外延晶片及元件制造技术

一种外延晶片，具备基板（３）、缓冲层（９）、受光层（１１）、窗层（１３）。缓冲层（９）形成于基板（３）上。受光层（１１）形成于缓冲层（９）上。受光层（１１）由具有比构成基板（３）的材料的晶格常数更大的晶格常数的外延膜构成。窗层（１３）形成于受光层（１１）上，由被与受光层（１１）接触地配置的１层或多层构成。构成窗层（１３）的层当中的与受光层（１１）接触的层的晶格常数比受光层（１１）的晶格常数及缓冲层（９）的晶格常数当中的任意一个较大的晶格常数更小。窗层（１３）的厚度在０．２μｍ以上、２．０μｍ以下。由此，本发明专利技术提供能够实现特性的改善的外延晶片及元件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及外延晶片及元件，更具体来说，涉及晶格不匹配类化合物半导体外延晶片及使用该外延晶片制造的元件。
技术介绍
以往已知具有基板、形成于该基板上并与基板的晶格常数不同的外延层的外延晶片及使用该外延晶片制造的元件(例如参照特开平6-188447及特开2003-309281)。所述特开平6-188447中，为了提高元件的特性，公布有作为如下元件的发光二极管，即，在基板上形成多段地插入了变形超晶格层的缓冲层，继而在该缓冲层上形成作为动作层的GaInAs吸收层，另外，以0.1μm以下的膜厚在GaInAs吸收层上形成了以-0.5～0.5％与GaInAs吸收层的晶格常数一致地设定了的晶格常数的InAsP窗层。所述特开平6-188447中，通过在该缓冲层上形成作为动作层的GaInAs吸收层，来缓解该GaInAs吸收层的晶格常数不匹配，另外，通过形成厚度较薄的InAsP窗层，来抑制该窗层中的光的吸收或光的干涉。其结果是，可以实现具有高分光灵敏度的发光二极管。另外，所述特开2003-309281中，公布有在InP基板或InP缓冲层和InP窗层之间夹隔了InGaAs受光层的方式的受光元件。该受光元件中，受光层的InGaAs混晶不具有一定的组成比，In组成比在层厚方向上变化。即，作为动作层的InGaAs受光层中，为了提高与InP基板或InP缓冲层的界面或与InP窗层的界面的晶格匹配性，随着接近这些相邻层而减少In组成比。其结果是，可以抑制由受光层和相邻层之间的界面的较大的晶格常数差引起的界面变形的发生。所以，就可以抑制在受光层中导入很多缓解该界面变形的晶格缺陷。但是，本专利技术人研究的结果判明，仅通过如上所述地缓解与相邻层的晶格常数不匹配来抑制错位等晶格缺陷向动作层的导入，在提高动作层的结晶性方面是有限制的。即，本专利技术人得到了如下的见解，即，作为决定动作层的结晶性良好与否的要因，虽然晶格缺陷少的确是重要的要因之一，但是另外在形成元件的制造程序的热程序中抑制在动作层中产生的机械的变形也是重要的要因。此外，一直以来，一直还未实现从抑制此种机械的变形的观点考虑的动作层的结晶性的改善。其结果是，一直以来，利用提高元件的动作层的结晶性获得的特性的改善并不充分。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，获得实现了特性的改善的外延晶片及元件。依照本专利技术的外延晶片具备基板、缓冲层、动作层、覆盖层。缓冲层形成于基板上。动作层形成于缓冲层上。动作层由具有比构成基板的材料的晶格常数更大的晶格常数的外延膜构成。覆盖层形成于动作层上，由被与动作层接触地配置的1层或多层构成。构成覆盖层的层当中的与动作层接触的层的晶格常数比动作层的晶格常数及缓冲层的晶格常数当中的任意一个较大的晶格常数更小。覆盖层的厚度在0.2μm以上、2.0μm以下。这样，例如当缓冲层的晶格常数大于动作层的晶格常数时，在覆盖层中与动作层接触的层(以下也称作接触层)的晶格常数至少会小于缓冲层的晶格常数。由此，当因外延晶片的制造工序中的热处理等，缓冲层、动作层、接触层的温度上升而各自热膨胀时，就可以使覆盖层的接触层的热膨胀的程度小于缓冲层的热膨胀的程度。由此，与在动作层中与缓冲层的接触部中产生的(由缓冲层的热膨胀造成的)变形相比，可以减小在动作层中与覆盖层的接触层的接触部中产生的(由接触层的热膨胀造成的)变形。其结果是，与接触层的晶格常数为与缓冲层的晶格常数同等或在其以上的情况相比，会减小动作层的变形，或者说由接触层引起的变形作为消除来自缓冲层的变形的方向的力作用，因此可以提高动作层的结晶性。其结果是，可以获得提高了动作层的动作特性(例如如果动作层为受光层，则降低了噪音而提高了受光灵敏度)的晶格不匹配类的外延晶片。另外，通过将覆盖层的厚度如上所述地规定，就可以充分地施加消除被从缓冲层向动作层赋予的变形的方向的力，而不降低该动作层的灵敏度。即，如果覆盖层的厚度小于0.2μm，则覆盖层的厚度过薄，无法向动作层赋予充分的变形。另外，如果覆盖层的厚度超过2.0μm，则覆盖层的厚度过厚，将动作层作为受光层等使用时的动作层的灵敏度降低。在所述外延晶片中，构成覆盖层的层当中的与动作层接触的层的晶格常数最好小于动作层的晶格常数及缓冲层的晶格常数当中的任意一个较小的晶格常数。此时，例如当考虑缓冲层的晶格常数大于动作层的晶格常数的情况时，覆盖层中与动作层接触的接触层的晶格常数就小于动作层的晶格常数。由此，当因外延晶片的制造工序中的热处理使缓冲层、动作层、接触层的温度上升而各自热膨胀时，动作层的热膨胀的程度就小于缓冲层的热膨胀的程度，另外，与动作层的热膨胀的程度相比，覆盖层的接触层的热膨胀的程度更小。由此，就可以使动作层中与缓冲层的接触部上产生的(由缓冲层的热膨胀造成的)变形的方向、在动作层中与覆盖层的接触层的接触部上产生的(由接触层的热膨胀造成的)变形的方向反向。其结果是，在动作层中，由缓冲层的热膨胀造成的变形和由接触部的热膨胀造成的变形就会向消除相互的影响的方向作用。所以，结果就可以抑制由该变形引起的动作层中的结晶性的恶化。其结果是，可以提高动作层的动作特性。在所述外延晶片中，动作层也可以由多个层构成。与构成覆盖层的层当中的与动作层接触的层的晶格常数比较的动作层的晶格常数也可以是构成动作层的多个层当中的与覆盖层接触的层的晶格常数。此时，通过利用多个层构成动作层，就可以增大外延晶片的设计的自由度。在所述外延晶片中，基板也可以是铟磷(InP)基板，缓冲层也可以由铟砷磷(InAsXP1-X)构成，动作层也可以由铟镓砷(InYGa1-YAs)构成，覆盖层也可以由铟砷磷(InAsZP1-Z)构成。此时，就可以获得特别适于形成接受波长1.6～2.6μm频带的光的红外受光元件的晶格不匹配类的化合物半导体外延晶片。在所述外延晶片中，构成覆盖层的层当中的与动作层接触的层和缓冲层的晶格不匹配度的差也可以超过0％而在1.0％以下。另外，最好所述晶格不匹配度的差在0.03％以上1.0％以下。此时，就可以更为可靠地提高动作层的结晶性。而且，如果晶格不匹配度的差为0％，则很难利用覆盖层的热膨胀产生能够缓解由缓冲层的热膨胀引起的动作层中的变形的变形。另外，当晶格不匹配度的差超过1.0％时，则相反，由覆盖层的热膨胀引起的动作层中的变形变得过大，对动作层的结晶性造成不良影响，结果在动作层中就产生大量晶格缺陷。其结果是，有可能因动作层的结晶性恶化而使动作层无法正常地动作。另外，如果将晶格不匹配度的差设为0.03％以上，则可以从覆盖层向动作层，对动作层充分地赋予缓解由缓冲层的热膨胀引起的变形的方向的变形。在所述外延晶片中，构成覆盖层的层当中的与动作层接触的层和动作层的晶格不匹配度的差也可以超过0％而在1.0％以下。另外，最好所述晶格不匹配度的差在0.03％以上而在1.0％以下。此时，就可以更为可靠地提高动作层的结晶性。而且，当晶格不匹配度的差为0％时，则很难利用覆盖层的热膨胀在动作层中产生能够缓解由缓冲层的热膨胀引起的动作层中的变形的变形。另外，当晶格不匹配度的差超过1.0％时，则相反，由覆盖层的热膨胀引起的动作层中的变形变得过大，对动作层的结晶性造成不良影响。其结果是，有可能因动作层的结晶性恶化而使动作层无法正常地动作。另外，如果将晶格本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外延晶片，其特征是，具备：基板（３）、形成于所述基板（３）上的缓冲层（９）、形成于所述缓冲层（９）上并由具有比构成所述基板（３）的材料的晶格常数更大的晶格常数的外延膜制成的动作层（１１）、形成于所述动作层 （１１）上并被按照与所述动作层（１１）接触的方式配置的由１层或多层构成的覆盖层（１３），构成所述覆盖层（１３）的层当中的与所述动作层（１１）接触的层的晶格常数比所述动作层（１１）的晶格常数及所述缓冲层（９）的晶格常数当中的任意一个较 大的晶格常数更小，所述覆盖层（１３）的厚度在０．２μｍ以上２．０μｍ以下。

【技术特征摘要】
JP 2004-9-13 2004-2655371.一种外延晶片，其特征是，具备基板(3)、形成于所述基板(3)上的缓冲层(9)、形成于所述缓冲层(9)上并由具有比构成所述基板(3)的材料的晶格常数更大的晶格常数的外延膜制成的动作层(11)、形成于所述动作层(11)上并被按照与所述动作层(11)接触的方式配置的由1层或多层构成的覆盖层(13)，构成所述覆盖层(13)的层当中的与所述动作层(11)接触的层的晶格常数比所述动作层(11)的晶格常数及所述缓冲层(9)的晶格常数当中的任意一个较大的晶格常数更小，所述覆盖层(13)的厚度在0.2μm以上2.0μm以下。2.根据权利要求1所述的外延晶片，其特征是，构成所述覆盖层(13)的层当中的与所述动作层(11)接触的层的晶格常数小于所述动作层(11)的晶格常数及所述缓冲层(9)的晶格常数当中的任意一个较小的晶格常数。3.根据权利要求1所述的外延晶片，其特征是，所述动作层(11)由多个层(17a、17b)构成，与构成所述覆盖层(13)的层当中的与所述动作层(11)接触的层的晶格常数比较的所述动作层(11)的晶格常数是，构成所述动作层(11)的多个层(17a、17b)当中的与所述覆盖层(13)接触的层(17b)的晶格常数。4.根据权利要求1所述的外延晶片，其特征是，所述基板(3)为铟磷基板，所述缓冲层(9)由铟砷磷构成，所述动作层(11)由铟镓砷构成，所述覆盖层(13)由铟砷磷构成。5.根据权利要求1所述的外延晶片，其特征是，构成所述覆盖层(13)的层当中的与所述动作层(11)接触的层和所述缓冲层(9)的晶格不匹配度的差超过0％而在1.0％以下。6.根据权利要求1所述的外延晶片，其特征是，构成所述覆盖层(13)的层当中的与所述动作层(11)接触的层和所述动作层(11)的晶格不匹配度的差超过0％而在1.0％以下。7.一种外延晶片，其特征是，具备基板(3)、形成于所述基板(3)上的缓冲层(9)、形成于所述缓冲层(9)上并由具有比构成所述基板(3)的材料的晶格常数更大的晶格常数的外延膜制成的动作层(11)...

【专利技术属性】
技术研发人员：泽田滋，岩崎孝，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]