化合物半导体外延片及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种以低成本改善了结晶性并提升了亮度的化合物半导体外延片及其制造方法。所述化合物半导体外延片在由GaM构成的单晶基板(M为P或As)和由GaA

【技术实现步骤摘要】
化合物半导体外延片及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种化合物半导体外延片及其制造方法，更详细而言，涉及一种具有混晶率变化层的化合物半导体外延片及其制造方法。

技术介绍

[0002]为了制造以红色发光二极管为首的橙色或黄色发光二极管而使用化合物半导体外延片，该化合物半导体外延片在磷化镓GaP或砷化镓GaAs的单晶基板上形成有混晶率恒定层，该混晶率恒定层由不构成该单晶基板的、作为III
‑
V族化合物半导体的砷化镓GaAs或磷化镓GaP分别符合恒定的混晶率(1
‑
a)和a的磷砷化镓GaAs
(1
‑
a)
P
a
(其中，a为满足0≤a≤1的实数)构成。
[0003]发光二极管的发光波长依混晶率a而定，例如单晶基板为磷化镓GaP时，用于黄色发光的a＝0.9、用于橙色的a＝0.67、用于红色的a＝0.57。
[0004]另外，当由磷化镓GaP或砷化镓GaAs等化合物半导体单晶基板构成的基板与形成在该基板上的GaAs
(1
‑
a)
P
a
混晶率恒定层的晶格失配较大时，会在该界面产生失配位错而减缓因晶格失配所导致的应力。然而，若该位错传播至形成有发光区域的混晶率恒定层，则会成为发光二极管的发光效率下降的原因。
[0005]因此，为了抑制这种失配位错的传播，在单晶基板和GaAs
(1
‑
a)
P
a
混晶率恒定层之间，形成砷化镓GaAs的混晶率(1
‑
x)和磷化镓GaP的混晶率x逐渐变化的GaAs
(1
‑
x)
P
x
混晶率变化层。作为形成该混晶率变化层的方法，已知有：使供给至混晶率变化层的生长环境内的原料气体的组成逐渐变化，且使气相生长温度也逐渐改变的方法(专利文献1)。
[0006]使气相生长温度变化是为了改善GaAs
(1
‑
x)
P
x
混晶率变化层的结晶性。在使该混晶率变化层的组成随着外延生长而从单晶基板的组成变动至GaAs
(1
‑
a)
P
a
混晶率恒定层的组成时，使砷化镓GaAs的混晶率(1
‑
x)增加的情况下，即一边使原料气体中的As的组成比上升、一边使GaAsP层外延生长在GaP基板上时，必须使气相生长温度逐渐下降，相反，使磷化镓GaP的混晶率x增加的情况下，即一边使原料气体中的P的组成比上升、一边使GaAsP层外延生长在GaAs基板上时，必须使气相生长温度逐渐上升。
[0007]此外，针对混晶率变化层，除了如以往常识所知的使混晶率逐渐变化而形成层的方法以外，还公开有一种与以往相反的在进行混晶率变化层的外延生长时使混晶率急剧变化，再于其后立即使混晶率较平缓地稍微恢复且同时形成层的方法(专利文献2)。现有技术文献专利文献
[0008]专利文献1：日本特开昭49
‑
11468号专利文献2：日本特开平9
‑
199757号

技术实现思路

本专利技术要解决的技术问题
[0009]然而，若于混晶率变化层的变化幅度大，则无法充分进行混晶率恒定层中的结晶性改善，最终形成留有失配位错的晶体，导致亮度下降。
[0010]本专利技术是为了解决上述技术问题而进行的，其目的在于提供一种以低成本改善了结晶性并提升了亮度的化合物半导体外延片及其制造方法。解决技术问题的技术手段
[0011]为了达成上述目的，本专利技术提供一种化合物半导体外延片，其在由GaM构成的单晶基板(M为P或As)和由GaA
(1
‑
a)
M
a
构成的混晶率恒定层(其中，A为P或As，M和A不同；且0≤a≤1)之间，包含由GaA
(1
‑
x)
M
x
(其中，0≤x≤1)构成的混晶率变化层，所述化合物半导体外延片的特征在于，所述混晶率变化层具有由所述A的混晶率增加部和所述A的混晶率减少部构成的多个阶梯(step)，该多个阶梯各自的厚度为2～4μm，在所述混晶率变化层中形成有5～19个所述阶梯，在各个所述阶梯之间，所述A的混晶率从所述单晶基板向所述混晶率恒定层增加。
[0012]若为这种化合物半导体外延片，由于增加了阶梯数而减少了1次的混晶率增加幅度，因此可以以低成本改善结晶性并提升亮度。
[0013]此时，所述阶梯各自的厚度优选为2～3μm，在所述混晶率变化层中优选形成有8～12个所述阶梯。
[0014]若如此，则可更确实地实现亮度的提升且进一步抑制材料成本。
[0015]此外，本专利技术提供一种化合物半导体外延片的制造方法，其为在由GaM构成的单晶基板(M为P或As)和由GaA
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‑
a)
M
a
构成的混晶率恒定层(其中，A为P或As，M和A不同；且0≤a≤1)之间，包含由GaA
(1
‑
x)
M
x
(其中，0≤x≤1)构成的混晶率变化层的化合物半导体外延片的制造方法，所述制造方法的特征在于：使用供给Ga的第III族系气体和供给As或P的第V族系气体，使所述混晶率变化层外延生长，进行该外延生长时，进行5～19次所述第V族系气体的供给量的骤增和递减周期(cycle)，所述第V族系气体为所述A的原料，在该周期中，在所述混晶率变化层中形成由所述A的混晶率增加部和所述A的混晶率减少部构成的多个阶梯，将该多个阶梯各自的厚度设为2～4μm，在各个所述阶梯之间，使所述A的混晶率从所述单晶基板向所述混晶率恒定层增加。
[0016]若为这种化合物半导体外延片的制造方法，则能够制造较简便地提升了亮度的化合物半导体晶圆。
[0017]此时，优选将所述骤增和递减周期设为8～12次，优选将所述阶梯各自的厚度设为2～3μm。
[0018]若如此，可在大致维持材料成本或生产性的同时，更确实地提升亮度。专利技术效果
[0019]本专利技术的化合物半导体外延片为以低成本改善了结晶性并提升了亮度的化合物半导体外延片。此外，若为本专利技术的化合物半导体外延片的制造方法，则能够制造较简便地提升了亮度的化合物半导体晶圆。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的化合物半导体外延片的一个实例的剖面示意图。图2为示出将本专利技术的化合物半导体外延片的制造方法设为5个阶梯时的、层厚和GaAs的混晶率(1
‑
x)的关系的一个实例的图。图3为实施例1～4及比较例1～5中的亮度的比较图。附图标记说明1：化合物半导体外延片；2：n型GaP单晶基板；3：n型GaP外延层；4：n型GaAs
(1
‑
x)
P
x
混晶率变化层；5：n型GaAs
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化合物半导体外延片，其在由GaM构成的单晶基板和由GaA
(1
‑
a)
M
a
构成的混晶率恒定层之间，包含由GaA
(1
‑
x)
M
x
构成的混晶率变化层，其中，M为P或As、A为P或As、M与A不同，且0≤a≤1、0≤x≤1，所述化合物半导体外延片的特征在于，所述混晶率变化层具有由所述A的混晶率增加部和所述A的混晶率减少部构成的多个阶梯，该多个阶梯各自的厚度为2～4μm，在所述混晶率变化层中形成有5～19个所述阶梯，在各个所述阶梯之间，所述A的混晶率从所述单晶基板向所述混晶率恒定层增加。2.根据权利要求1所述的化合物半导体外延片，其特征在于，所述阶梯各自的厚度为2～3μm，在所述混晶率变化层中形成有8～12个所述阶梯。3.一种化合物半导体外延片的制造方法，其为在由GaM构成的单晶基板和由GaA
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【专利技术属性】
技术研发人员：篠原政幸，酒井健滋，高桥雅宣，
申请(专利权)人：信越半导体株式会社，
类型：发明
国别省市：