化合物半导体外延晶片及其制造方法技术

根据金属有机化合物气相外延法，具有以（１００）方向作为基准方向，倾斜角为１０°到２０°之间的主轴的ＧａＡｓ单结晶基板（１）上，依次形成由包含两个或多个以上ＩＩＩ族元素的（ＡｌｘＧａ１－ｘ）ｙＩｎ１－ｙＰ（其中０≤ｘ≤１，０＜ｙ≤１）构成的发光层部（２４）和第一ＧａＰ层（７ａ）。其中，倾斜角用氢化物气相外延法，在第一ＧａＰ层（７ａ）上形成第二ＧａＰ层（７ｂ），（７ｃ）。第二ＧａＰ层（７ｂ），（７ｃ）作为二阶段生长，以第一生长速度的低速生长区域（７ｂ）和以高于上述第一生长速度的第二生长速度的高速生长区域（７ｃ），在整个生长过程中，速度在１０μｍ／ｈｒ到４０μｍ／ｈｒ之间。从而提供一种化合物半导体外延晶片及其制造方法，它能够抑制通过氢化物气相外延法形成的厚的窗口层时产生的小丘高度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。
技术介绍
专利文献1 美国专利5，008, 718号公报专利文献2 特开2004-047960号公报专利文献3 特开平07-240372号公报发光层部由(AlxGa1JyIrvy P固溶体(其中，0彡χ彡1，0 < y彡1 以下亦记载成 AlGaInP固溶体，或简称为AlGaInP)所形成的发光元件，是采用以能带间隙大于薄AlGaInP 活性层的η型AlGaInP包覆层与ρ型AlGaInP包覆层，挟持该薄AlGaInP活性层成三明治 状的双异质结构(DH结构)，从而可实现高亮度的元件。例如，以AlGaInP发光元件为例，是以在η型GaAs基板上形成异质的方式，依次层 叠成η型GaAs缓冲层、η型AlGaInP包覆层、AlGaInP活性层、ρ型AlGaInP包覆层，以形成 具有双异质结构的发光层部。向发光层部的通电，是通过元件表面所形成的金属电极进行 的。在这里，金属电极作为遮光体，以例如仅覆盖在发光层部主表面中央部的方式形成，从 而使光线从其周围的非电极形成区域取出。此时，尽可能缩小金属电极的面积，可使电极周围所形成的区域的面积越大，有利 于提升光取出率。以往，人们尝试通过改变电极形状，在元件内有效增大电流从而增加光取 出量。但这种情况也无法避免电极面积的增大，而且因光亮面积的缩小，反而陷入光取出量 受限的困境。还有，为使活性层内载流子(carrier)的发光再结合最佳化，包覆层掺杂剂 (dopant)的载流子浓度，甚至连导电率也多少受到抑制而降低，从而具有在面内方向上电 流难以扩大的倾向。这将导致电流密度集在电极覆盖区域，且光亮区域的实际光取出量降 低。因此，一般采用如下方法，S卩，在发光层部与电极之间，设置厚且具导电性的透明 窗口层(电流扩散层；以下简称为窗口层)，从而使电流密度为最小的方法(专利文献1)。 另外，还有为使有效形成电流扩散层，以通过金属有机化合物气相外延法(Metal Organic Vapor PhaseEpitaxy，以下亦称为MOVPE法)形成薄的发光层的同时，通过氢化物气相外延 法(Hydride Vapor Phase Epitaxial Growth Method，以下亦称为HVPE法)来形成厚的电 流扩散层的方法(专利文献2)。另一方面，到目前为止人们已经知道，如果使化合物半导体单结晶基板上生长外 延层，则该外延层的表面就很容易产生具有凹凸状，被称为小丘(hillock)的结晶缺陷。例 如，在专利文献3中公开了通过MOVPE法在GaP基板上生长0. 5 μ m的GaP缓冲层和约3 μ m 的AlGaInP下部包覆层时，形成了高度约为6μπι的小丘，通过抛光(Polished)使其平坦， 再通过MOVPE法进行双异质结构结晶的生长。但是，若基板材料、表面方位、层结构、生长温 度等发生变化，则小丘的产生情况也会发生变化。专利技术的内容专利技术所解决的问题如果在GaAs基板上形成的AlGaInP双异质结构上进一步形成厚的成为窗口层的GaP层，在该GaP层的表面就很容易形成小丘。向仪器制造商提供具有由GaP层构成的窗口 层的如上述外延晶片时，一般通过光刻法(Photolithography)等对窗口层的表面进行研 磨使其平坦。但如果在其窗口层的表面形成具有凹凸形状的小丘时，需要增加仅仅小丘高 度部分的研磨费用，从而产生效率低的问题。本专利技术解决了上述问题，其目的在于，提供一种化合物半导体外延晶片及其制造 方法，它能够抑制通过氢化物气相外延法形成厚窗口层时产生的小丘高度。技术方案及有益效果为解决上述问题，本专利技术的第一化合物半导体外延晶片，具有以<100>方向作为 基准方向，倾斜角为10°到20°之间的主轴的GaAs单结晶基板上，依次层叠由含有两种以 上的III族元素的(AlxGa1JyIrvyP(其中0彡χ彡1，0 < y彡1)构成的发光层部，和厚度 在50 μ m到250 μ m之间的GaP层，GaP层的表面是未研磨的光面，且在该未研磨的光面上 形成高度在10 μ m以下的小丘。以MOVPE法生长发光层部时，如果使用不具有倾斜角的单结晶基板，III族原子不 会在发光层部内随机分布，会产生原子排列不期望的规则化和不均勻分布的情况。在产生 这种规则化和不均勻的区域，与原本期望的能带间隙能量具有不同的值，结果产生发光层 部整体的能带间隙能量的分布，引起发光光谱形状和中心波长的改变。然而，通过赋予单结 晶基板适当的倾斜角，可以大幅减轻上述III族元素的规则化和不均勻，从而得到具有整 齐的发光光谱形状和中心波长的发光元件。又，在使用具有倾斜角的单结晶基板时，最终所 得到的窗口层表面几乎不会产生刻面(facet)，进而能够得到平滑性良好的窗口层。以(AlxGa1JyIrvyP构成发光层部时，单结晶基板可以使用，具有使用以<100>方 向为基准方向，相对于上述基准方向的倾斜角为10°到20°之间以下的主轴的GaAs单结 晶基板。在使用这类具有高角度倾斜角的GaAs单结晶，可进一步提升在通过HVPE法的第二 气相生长外延步骤中最终得到的GaP窗口层表面平滑化的效果。使用倾斜角在1°到10° 以下的单结晶基板时，对于HVPE法得到的窗口层的表面，虽然可以有效防止形成与刻面振 幅一样小的凹凸，但是振幅大的突起状结晶缺陷也会大量残留，引起在焊打线工艺中出现 错误检测等不良情况。但是倾斜角在更大的10°到20°之间的范围时，可有效抑制这种突 起状结晶缺陷的发生。因为以HVPE法形成的厚度为50 μ m以上的GaP层时有厚度偏差，所以需要研磨 IOym以上使GaP层的表面平坦化。不需要增加将研磨之前的GaP层表面上形成的小丘的 高度弄成10 μ m以下的实质性的研磨费，就可以不余留小丘，而实现GaP层的表面平坦化。 另外，小丘的高度为1 μ m以下时，也完全包含在研磨费的范围内，因此完全不用担心研磨 时小丘的存在。为了获得上述第一化合物半导体外延晶片，本专利技术发光元件的第一制造方法具有 以下步骤具有以<100>方向作为基准方向、倾斜角为10°到20°之间的主轴的GaAs单 结晶基板上，依次形成由包含两种以上III族元素的(AlxGa1JyIrvyP(其中0彡χ彡1，0 <y^l)构成的发光层部和第一 GaP层的金属有机化合物气相外延步骤；在第一 GaP层上形成第二 GaP层的氢化物气相外延步骤；将第二 GaP层的生长速度设为，在生长开始时预定的期间为第一生长速度，经过 该期间后设为比第一生长速度高的第二生长速度，在整个生长过程中，生长速度在10 μ m/ hr 至Ij40ym/hr 之间。本专利技术化合物半导体外延晶片的第一制造方法是，例如使用金属有机化合物气相 外延(M0VPE法)在单结晶基板上生长由含有两种以上的III族元素的(AlxGa1JyIrvyP (其 中0彡χ彡l，0<y< 1 即，“含有两种以上的III族元素”是指“至少含有Al与Ga中的 一个，和In”)构成的发光层部(金属有机化合物气相外延步骤)。另一方面，使用氢化物 气相外延法可有效地形成需设定一定层厚的窗口层的第二GaP层(氢化物气相外延步骤)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化合物半导体外延晶片，其特征在于，在具有以＜１００＞方向作为基准方向、倾斜角为１０°到２０°之间的主轴的ＧａＡｓ单结晶基板上，依次层叠由含有两种以上的Ⅲ族元素的（Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］）↓［ｙ］Ｉｎ↓［１－ｙ］Ｐ（其中０≤ｘ≤１，０＜ｙ≤１）构成的发光层部和厚度为５０μｍ到２５０μｍ之间的ＧａＰ层，上述ＧａＰ层的表面是未研磨面，而且在上述未研磨面上形成的小丘的高度在１０μｍ以下。

【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]