发光元件的制造方法、化合物半导体晶圆及发光元件技术

本发明专利技术提供一种发光元件的制造方法，是在成长用单结晶基板１上，依次外延生长由Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体所构成的发光层部２４与电流扩散层７，其中，依次实施以有机金属气相成长法将发光层部２４外延生长于成长用单结晶基板１上的有机金属气相成长步骤、以及以氢化物气相成长法将电流扩散层７外延生长于发光层部２４上的氢化物气相成长步骤。然后，使电流扩散层７具有位于靠近发光层部２４之侧的低速成长层７ａ、与连接该低速成长层７ａ的高速成长层７ｂ，在氢化物气相成长步骤中，将低速成长层７ａ的成长速度设定为小于高速成长层７ｂ的成长速度来成长。由此，使用氢化物气相成长法形成厚的电流扩散层时，可抑制凸起的产生。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是关于一种发光元件的制造方法、化合物半导体晶圆及发光元件。
技术介绍
(专利文献l)美国专利第5,008,718号公报〔专利文献2〕日本特开平2004—128452号公报 发光层部由(AlxGa卜x)yln卜yP固溶体(其中，O^x^l, O^y^l,以下亦 记载成AlGalnP固溶体，或仅记载成AlGalnP)所形成的发光元件，是釆用 以能带间隙大于薄AlGalnP有源层的n型AlGalnP包覆层与p型AlGalnP 包覆层，挟持该薄AlGalnP有源层成三明治状的双异质结构，由此而可实 现高亮度的元件。例如，以AlGalnP发光元件为例，是以在n型GaAs基板上形成异质 的方式，依次积层n型GaAs缓冲层、n型AlGalnP包覆层、AlGalnP有源 层、p型AlGalnP包覆层，以形成具有双异质结构的发光层部。对发光层部 进行通电，则是透过元件表面所形成的金属电极。此处，由于金属电极为 一遮光体，因此以例如仅覆盖在发光层部主表面之中央部的方式形成，而 使光线从其周围非电极形成区域射出。此时，由于尽可能缩小金属电极的面积，可使电极周围所形成的光亮 区域面积变得较大，因此从提升光取出效率的观点来看是有利的。以往， 虽尝试设计电极形状以在元件内有效增大电流使光取出量增加，但是也无法避免造成电极面积的增大，而因光亮面积的縮减，反而陷入光取出量受 到限制的困境。又，为了使有源层内载子的发光再结合最佳化，包覆层之 掺杂剂的载子浓度甚至导电率多少受到抑制，而造成在面内方向电流不易 增大。此将导致电流密度集中在电极覆盖区域，光亮区域的实质光取出量 降低。因此，已知如下方法，目卩，在发光层部与电极之间，设置厚且具导电 性的透光窗户层(电流扩散层)，由此使电流密度为最小的方法(专利文献1)。 另外，也已知如下方法，S卩，为了有效率地形成电流扩散层，以有机金属气相成长法(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy,以下亦称为MOVPE法)形 成薄的发光层，另以氢化物气相成长法(Hydride Vapor Phase Epitaxial Growth Method,以下亦称为HVPE法)来形成厚的电流扩散层之方法(专利 文献2)。
技术实现思路
专利技术所解决的技术课题然而，当使用氢化物气相成长法在高速下形成厚的电流扩散层时，则容 易在电流扩散层的表面产生称为凸起(Hillock)的结晶缺陷。由于凸起具有凹 凸形状，因此为了方便进行光微影步骤等，需要对电流扩散层的表面加以 研磨，使其平坦化。因此会预先估计到研磨费用，将电流扩散层成长为越 厚，效率将越差。又，若以高速形成电流扩散层，则会容易使得所制得之 发光元件的顺向电压(Vf)增高。本专利技术之目的，在于提供一种使用氢化物气相成长法形成厚的电流扩 散层时，可抑制凸起产生的发光元件的制造方法、用于制造该发光元件的 化合物半导体晶圆、及以该发光元件的制造方法所制得且可降低顺向电压 的发光元件。解决课题的方法及作用 效果为了解决上述问题，本专利技术第一之发光元件的制造方法，是依次外延生长分别由ni—v族化合物半导体所构成的发光层部与电流扩散层，其特征在于，依次实施以下两步骤有机金属气相成长步骤，是在该成长用单结晶基板上以有机金属气相 成长法外延生长发光层部；氢化物气相成长步骤，是在发光层部上以氢化物气相成长法外延生长 电流扩散层；且使电流扩散层成长为具有位于靠近发光层部侧的低速成长层与连接 该低速成长层的高速成长层。本专利技术的发光元件的制造方法，是使用有机金属气相成长法(MOVPE 法)，在单结晶基板上成长例如由含有2种以上之in族元素的(AlxGa^)yl化 ，P(其中，0SxSl， (Ky^l)所构成的发光层部(有机金属气相成长步骤)。 另一方面，为了在面内方向充分扩大电流，需设定在一定厚度的电流扩散 层，该电流扩散层使用氢化物气相成长法来形成较为有效(氢化物气相成长 步骤)。HVPE法是在充满氢气的石英制反应炉内，通过与氯化氢反应，将 低蒸气压的Ga(gallium)转换成容易气化的GaCI，以该GaCl作为媒介，使 V族元素源气体与Ga反应，由此进行III一V族化合物半导体层的气相成 长。相对于MOVPE法的约lum/小时的层成长速度，HVPE法的层成长 速度约20 P m /小时，故若使用HVPE法，则可能得到比MOVPE法更快 的层成长速度，由于也能以非常高的效率形成需要一定厚度的电流扩散层， 因此比MOVPE法大幅度地抑制原材料费用。而且，HVPE法无须使用高 价有机金属作为m族元素源，V族元素源(AsH3、 PH3等)相对III族元素源的 配合比例也可大幅度地减少(例如1 / 3左右)，因此在成本上是有利的。但是，当为了达成电流扩散层的高速成长，高浓度供给GaCl时，则会 容易产生凸起。因此，在氢化物气相成长步骤的初期阶段，抑制GaCl的供 给浓度使其低速成长，先形成低速成长层。因此，即使在其后高速成长高速成长层，也能抑制凸起的发生。如上所述，虽然当高浓度供给GaCl时容易产生凸起，但若降低GaCl 的供给浓度时，却会容易产生凹洞(pit)。本专利技术的低速成长层，较佳为，以 会产生凹洞程度的低速形成在其表面。此凹洞之大小，虽然在低速成长层 形成结束时，以光学显微镜等可观察得到，但是若在其上形成高速成长层 时，便不易从该高速成长层的表面观察。可通过适度调整高速成长层的成 长速度，得到表面没有凸起或凹洞的电流扩散层。当以高速成长层1 / 2以下的成长速度成长低速成长层时，则可更进一 步确实抑制在高速成长层的表面产生凸起。但是如果低速成长层的成长速 度小于高速成长层的1/5时，成长速度的控制将变得困难，因此较佳为以 高速成长层之1 / 5以上的成长速度成长低速成长层。以有机金属气相成长步骤，形成由包含2种以上之III族元素的(Al,Gaj i)yIn卜yP(其中，0^xSl， (KySl)所构成的上述发光层部时，若电流扩散 层是由GaP所构成的话，由于GaP较AlGalnP具有更广的能带间隙，因此 不容易发生光吸收现象。但是，电流扩散层由GaP所构成，发光层部由AlGalnP所构成时，由 于GaP与AlGalnP的晶格常数差大，因此若在发光层部上直接以HVPE法 形成电流扩散层时，则有可能导致电流扩散层的结晶性降低、发光性能变 差。因此，若与该发光层同样方式成长以有机金属气相成长法所形成的GaP 接续层，作为连接发光层之层，然后，再以氢化物气相成长法成长GaP电 流扩散层的话，则可提升电流扩散层的结晶性，进而得到发光特性良好的 发光元件。此时，通过将GaP电流扩散层成长为GaP低速成长层与GaP高 速成长层，积层包含接续层在内、成长方法不同的3层GaP层，可同时达 成抑制凸起的发生与结晶性的提升。艮口，较佳为以上述有机金属气相成长步骤，将GaP接续层形成在由包 含2种以上之III族元素的(AlxGa卜x)yln卜yP(其中，O^x^l, (Xy^l)所构成的上述发光层部上，然后以氢化物气相成长步骤，成长GaP低速成长层 作为低速成长层并连接该GaP接续层，且成长GaP高速成长层作为高速成 长层。以HVPE法在高于80(TC之温度下气相状态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光元件的制造方法，是在成长用单结晶基板上，依次外延生长分别由Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体所形成的发光层部与电流扩散层，其特征在于，依次实施以下两步骤：　有机金属气相成长步骤，是在该成长用单结晶基板上以有机金属气相成长法外延生长上述发光层部；　氢化物气相成长步骤，是在该发光层部上以氢化物气相成长法外延生长上述电流扩散层；　且使该电流扩散层成长为具有位于靠近该发光层部之侧的低速成长层与连接该低速成长层的高速成长层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：久米史高，筱原政幸，
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]