GaP外延片及GaP发光元件制造技术

提供可获得更高亮度的ＧａＰ外延片及使用其外延片的ＧａＰ发光元件。本发明专利技术的ＧａＰ外延片３是在ｎ型ＧａＰ单结晶基板１０的｛１１１｝Ｂ面形成ｎ型ＧａＰ缓冲层１１的ＧａＰ外延片，将｛０１－１｝裂面选择蚀刻后于ｎ型ＧａＰ缓冲层１１处观测到的梳齿状结晶缺陷的条数，为每１００μｍ的成长界面为３０条以下，其中该结晶缺陷为处于ｎ型ＧａＰ缓冲层１１成长界面且与平行面交叉并且延伸的梳齿状结晶缺陷。使用该ＧａＰ外延片３制作出的ＧａＰ发光元件１，具备高亮度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及GaP外延片及GaP发光元件。发光二极体等的发光元件，通常依照下述方法制得，即在化合物半导体基板上层积复数的化合物半导体层，以制作具有p-n接合的多层化合物半导体晶圆，再将其元件化。以往，在红色系或绿色系的化合物半导体发光元件中所使用的GaP外延片是在GaP(磷化钙)单结晶基板上形成GaP外延层的GaP外延片。化合物半导体发光元件有待改善的大问题之一乃亮度。为提高化合物半导体发光元件的亮度，已做过各种尝试，例如使用结晶缺陷少的质量良好的基板(参照专利文献1)、或使掺质的添加浓度最佳化(参照专利文献2)等等。〔专利文献1〕日本特开2000-143398号公报〔专利文献2〕日本特开平10-294489号公报本专利技术的目的然而，发光元件高亮度化的要求不断在增高，为回应该要求，需要研讨更进一步的改善方案。本专利技术的课题，是提供可获得更高亮度的GaP外延片及使用此外延片的GaP发光元件。专利技术的概述为解决该课题，本专利技术中的在n型GaP单结晶基板之{111}B面上形成的n型GaP层的GaP外延片，其特征在于，在将{01-1}裂面选择蚀刻后，于n型GaP层处可观察到的梳齿状结晶缺陷的条数为每100μm的成长界面为30条以下，其中该结晶缺陷为处于n型GaP层成长界面且与平行面交叉并且延伸的梳齿状结晶缺陷。本专利技术的GaP发光元件，是在n型GaP单结晶基板的{111}B面上，由复数个n型GaP层与至少1层的p型GaP层层积而构成，其特征在于，在将{01-1}裂面选择蚀刻后，于复数个n型GaP层中与n型GaP单结晶基板邻接的结晶性改善层处可观察到的梳齿状结晶缺陷的条数为每100μm的成长界面为30条以下，其中该结晶缺陷为处于结晶性改善层的成长界面且与平行面交叉并且延伸的梳齿状结晶缺陷。一般而言，用于GaP发光元件的GaP外延片，在GaP单结晶基板上具有n型GaP结晶性改善层(n型GaP缓冲层)。然而，尽管在结晶性改善层上形成含p-n连接的发光层部，也无法得到足够亮度的发光元件。为了探究其原因，本专利技术者们针对形成发光层部的前阶段，既GaP外延片的品质，实施了详细调查。因此，发现了梳齿状结晶缺陷的存在，既将在n型GaP单结晶基板的{111}B面处形成的n型GaP层的GaP外延片的{01-1}裂面选择蚀刻后，与n型GaP单结晶基板邻接的处于n型GaP缓冲层的成长界面且与平行面交叉并且延伸的梳齿状结晶缺陷。进而，针对该梳齿状结晶缺陷的条数与发光亮度的关系进行详细调查后完成了本专利技术。亦即，当使用了该种GaP外延片，既与n型GaP单结晶基板邻接的n型GaP层上观察到的梳齿状结晶缺陷条数，在GaP单结晶基板与n型GaP层间的成长界面处为每100μm中30条以下的GaP外延片，可抑制亮度的降低，从而制作出高亮度的发光元件。使用梳齿状结晶缺陷的条数超过30条的GaP外延片所制作出的发光元件，将会变得辉度不足。再者，GaP单结晶基板的{111}B面表示的是结晶方位为〔111〕的P填充面。亦即，当GaP单结晶以(111)面作为Ga填充面时，则(-1-1-1)面为P填充面。另外，{01-1}裂面包含(0-11)、(01-1)、(1-10)、(-110)、(10-1)、(-101)。面指数的上标“-”，为方便起见标以在数字前的“-”来替代。专利技术的具体描述以下参照附图说明本专利技术的一实施形态。图1系本专利技术之GaP发光元件之截面示意图。GaP发光元件1在n型GaP单结晶基板10的{111}B面上，具有依序层积n型GaP缓冲层11(结晶性改善层)、n型GaP层12、N(氮)掺杂n型GaP层13、p型GaP层14的构造。n型GaP单结晶基板10和n型GaP缓冲层11构成本专利技术的GaP外延片。n型GaP单结晶基板10、n型GaP缓冲层11及n型GaP层12中，添加有n型掺质、例如硅(Si)。N掺杂n型GaP层13与p型GaP层14之间系形成p-n连接。N掺杂n型GaP层13中，掺杂有n型掺质的硅(Si)与氮(N)。氮的作用是当作等电子阱，其有助于发光效率的提升。氮之掺杂量，视所要求的发光输出水平与主发光波长值来做调整。另一方面，p型GaP层14中，添加有p型掺质、例如锌(Zn)。用RC液将其{01-1}裂开面实施选择性蚀刻时，于n型GaP缓冲层11所观察到的梳齿状结晶缺陷(参照图4)条数，在成长界面的平行方向上每100μm为30条以下的是GaP发光元件1。因此，n型GaP缓冲层11上所形成的n型GaP层12的结晶质量良好，而且显示高亮度。其次，说明GaP发光元件1的制造方法。首先，切断用LEC(LiquidEncapsulated Czochralski)法等众所周知的单结晶育成法制作的GaP单结晶棒，得n型GaP单结晶基板10。n型GaP单结晶基板10做去角、研磨等的预处理。其次，如图2所示，将n型GaP单结晶基板10收容于成长容器20内后，旋转成长容器20使n型GaP单结晶基板10与Ga溶液16接触。Ga溶液16，是溶有GaP多结晶及n型掺质(Si)而构成的饱和溶液。接着，将Ga溶液16加热，使n型GaP单结晶基板的表面回熔(meltback)。接着，将Ga溶液16的温度以约0.2℃/分钟的速度逐渐降低，使溶解于Ga溶液16中的GaP析出于n型GaP单结晶基板10作为缓冲层11。如此制得在n型GaP单结晶基板10上形成n型GaP缓冲层11的GaP外延片3(参照图1)。接着，从成长容器20取出用于结晶缺陷观察的GaP外延片3后，从{01-1}面劈开，使用众所周知的RC液，对该裂面进行选择性蚀刻形成梳齿状结晶缺陷。RC是由HF水溶液、HNO3水溶液及AgNO3组成的混合水溶液。然后，将用RC液进行选择性蚀刻处理的{01-1}裂面，使用光学显微镜来观察。并计算n型GaP缓冲层11上所观察到的梳齿状结晶缺陷条数。梳齿状结晶缺陷，与n型GaP单结晶基板10和n型GaP缓冲层11的成长界面(交界面)的平行面呈交叉延伸。因此，将梳齿状结晶缺陷的密度以每100μm{01-1}裂面中出现的条数来表示为最佳。其计算结果为30条以下的GaP外延片3，适用于高亮度的GaP系发光元件。当以RC液蚀刻GaP外延片3的{01-1}裂面时，有时会观察到树根状的结晶缺陷(Rooty fault)。树根状结晶缺陷与成长层的凹凸完全一致，且沿着与基板的交界面平行的方向延伸。相对于此，本专利技术所称的梳齿状结晶缺陷和GaP单结晶基板呈交叉。因此，两者就算同时发生也能加以区别。当确认出梳齿状结晶缺陷的数目位于容许范围内后，在n型GaP缓冲层11上，依序形成n型GaP层12、N掺杂n型GaP层13及p型GaP层14。这些外延层，如图3所示，由采用滑动晶舟(slide boat)法的液相成长装置60来可进行连续成长。液相成长装置60之炉心管23形成相邻的成长室22与掺质源收容室21。包含石英制基板架24及石英制溶液架25的滑动晶舟26配置在成长室22内。GaP外延片3收容于基板架24的凹部。在收容有GaP外延片3的基板架24上，配置着收容有Ga溶液30的溶液架25。Ga溶液30是从周围的气氛取得掺质。在掺质源收容室21内配置晶舟28。晶舟28收容着用作p型掺质源的Zn。掺质源收本文档来自技高网...

【技术保护点】
在ｎ型ＧａＰ单结晶基板之｛１１１｝Ｂ面上形成的ｎ型ＧａＰ层的ＧａＰ外延片，其特征在于，在将｛０１－１｝裂面选择蚀刻后，于ｎ型ＧａＰ层处可观察到的梳齿状结晶缺陷的条数为每１００μｍ的成长界面为３０条以下，其中该结晶缺陷为处于ｎ型ＧａＰ 层成长界面且与平行面交叉并且延伸的梳齿状结晶缺陷。

【技术特征摘要】
JP 2004-2-19 043535/041.在n型GaP单结晶基板之{111}B面上形成的n型GaP层的GaP外延片，其特征在于，在将{01-1}裂面选择蚀刻后，于n型GaP层处可观察到的梳齿状结晶缺陷的条数为每100μm的成长界面为30条以下，其中该结晶缺陷为处于n型GaP层成长界面且与平行面交叉并且延伸的梳齿状结晶缺陷。...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村秋夫，茂木勇，吉田裕二，
申请(专利权)人：信越半导体株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]