TW200529473A - Gap epitaxial wafer and gap light-emitting component - Google Patents

Description

200529473 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於GaP磊晶晶圓及GaP發光元件。 【先前技術】 發光二極體等的發光元件，通常，係在化合物半導體 基板上積層複數層化合物半導體層而製作出具有pa接合 之多層化合物半導體晶圓’再將其元件化而製得。以往， 紅色糸或綠色糸之化合物半導體發光元件，係使用在 GaP(磷化鎵）單結晶基板形成GaP磊晶層而構成之GaP磊 晶晶圓 ° 化合物半導體發光元件待改善之一大問題乃亮度。為 提昇化合物半導體發光元件之亮度，已有各種嘗試，例如 使用結晶缺陷少的良質基板（參照專利文獻丨）、或使摻質 的添加濃度最佳化（參照專利文獻2)等等。 〔專利文獻1〕曰本特開2000-143398號公報 〔專利文獻2〕曰本特開平1〇_294489號公報 【發明内容】 /而’發光元件高亮度化的要求不斷增高，為因應該 要求，則需要更進一步檢討改善的對策。 本發明之課題，係提供一可茲丄 促仏了獲付更尚焭度之GaP磊晶 日日圓及使用其之GaP發光元件。 為解決該課題，本發明之GaP石曰曰m〆上 絲日日日日圓，係在n p 單結晶基板之{ 1 1 1 } Β面彤士 ^ J ϋ面形成τι型GaP層而構 豆 特徵在於，將{ 〇 1 - 1丨裂面撰I … 面、擇蝕刻後觀察11型Gap層時， 200529473 與η型㈣層成長界面的平行面交又延伸之梳齒狀結晶缺 陷的條數，每1 00 /z m的成長界面為3〇條以下。 又本發明之㈣發光元件，係在η型⑽單結晶基板 之{ 111 } Β面，積層複數層的η型Gap層與至少i層ρ 型GaP層而構成者；其特徵在於，將{ 〇i-i}裂面選擇餘 刻後，觀察複數層WGaP層中與⑻以單結晶基板鄰 ㈣吉晶性改善層日寺，與結晶性改善層成長界面的平行面 父又延伸之梳齒狀結晶缺陷的條數，每i〇〇 # m的成長界 面為3 0條以下。 一般而言，GaP發光元件用之Gap蟲晶晶圓，係在㈣ 早結晶基板上具有n型GaP結晶性改善層(η型㈣緩衝 層）。然而，儘管如此般在結晶性改善層上形成含接合 之：：層冑，但仍會有無法獲得足夠亮度的發光元件。為 了仏m ’本發明人等針對形成發光層部的前置階段 之_蟲晶晶圓的品質實施詳細調查。而發現出，在η型 ,Ρ單結晶基板之Mll} Β面形成η型Gap層而構成⑽ -晶晶圓的情形，當將# {〇1•"裂面選擇姓刻後，在與 η型GaP單紝曰苴抑从 合 早、、Ό日日基板鄰接之口型GaP緩衝層之成長界面， 曰：在與其平行面交又延伸之梳齒狀結晶缺陷。進一步針 齒狀結晶缺陷的條數與發光亮度的關係進行詳細調 一的結果，而到達本發明之完成。 晶基板鄰接之η型GaP層上 ，於GaP單結晶基板與η型 100/z m為30條以下，藉由 亦即’在與η型GaP單結 觀察到的梳齒狀結晶缺陷條數 GaP層間之成長界面抑制在每 200529473 使用這種㈣悬晶晶圓’可防止亮度降低而製作出高亮度 的毛光S #使用梳齒狀結晶缺陷的條數超過％條之 磊晶晶圓時，所製作出之發光元件的亮度會不足。 又，㈣單結晶基板之丨⑴丨B面，係代表結晶方位 為〔⑴〕之p填充面。亦即’ t GaP單結晶以⑴”

Ga填充面時，則（—i-u)面為 )囬馮P填充面。又，{01-1}裂 (υ (1-10)、（-11〇)、（1〇-1)、（-1〇1)。 面指數之上標“ ，為方# 4 為方便起見係以在數字前附加、“ 替代。 木 【實施方式】 以下參照所附圖式說明本發明之—實施形態。_ 本發明之GaP發光元侔夕畨；—立 ’、 尤凡件之截面不意圖。GaP發光元件！之 構造，係在η型GaP罝么士曰甘> , 曰基板10之{lu) B面上，依 序積層η型GaP緩衝層士曰 日日性改善層）、η型GaP層12、 N(氮）摻雜11型GaP層13、p型Gap 摩 罝处曰 aP層14而構成。n型Gap 早、，口日日基板1 0及n型GaP緩

石曰曰 9 1，係構成本發明之GaP 曰曰曰曰圓 3 〇 η型GaP單結晶基板1〇 r d既， 主0W緩衝層11及η型

GaP層12中，係添加有 ^ Gap . ^ , 貝、例如矽（Si)。N 摻雜 n i Gap層13與p型GaP層Μ 雜η型r Ρ μ ^ 之間係形成Ρ-Μ妾合。Ν摻 雜η尘（jap層13，孫攸；, ’、乡/、有n型換質 作用係當作等電子阱，1女丄 /乳（IN)虱的 雜旦.目 ”有助於發光效率的提昇。氮之摻 雜里，視所要求之發光輸出位 ^ 0 〇 + /、主毛光波長值來做調

整。另一方面，P型GaP層M ^ H、、加有P型摻質、例如 200529473 辞（Zn)。

GaP發光元件1，以RC液將其{ ^ }裂開面實施選 擇性蝕刻時，於η型GaP緩衝層！ i所翻 所觀察到之梳齒狀結 日日缺陷（參照圖4)條數，於成長界面之平 卞仃方向，每100// m為30條以下。因此，n型GaP緩衝層丨丨上所形成的n 型GaP層12之結晶品質良好，並顯示高亮度。 、 其次，說明GaP發光元件1之萝拌 <表w方法。首先，以 LEC(Liquid Encapsulated Cz〇chralski)法等周知的單結晶育 成法製作GaP單結晶棒，將其切斷製得n型單結晶基 板1〇。η型GaP單結晶基板10係實施去角、研磨等° = 處理。 其次，如圖2所示，將n型GaP單結晶基板1〇收容 於成長容器20内後，使成長容器20旋轉而讓n型Gap單 f晶基板10與Ga溶液16接觸。Ga溶液16，係溶有Gap 多結晶及n型摻質（Si)而構成的飽和溶液。接著，將Ga溶 液16加熱，使n型Gap單結晶基板的表面回熔。接著， 將Ga /合液丨6的溫度以約〇 2。〔: /分鐘的速度逐漸降低，使 溶解於Ga溶液16中之GaP析出於„型Gap單結晶基板1〇 而作為緩衝層11。如此般，即製得在η型GaP單結晶基板 10上形成η型GaP緩衝層U而構成之Gap磊晶晶圓3(參 照圖1)。 接著’將結晶缺陷觀察用之GaP磊晶晶圓3從成長容 0取出後’從{ 〇 1丨面劈開，使用周知之RC液，對 该裂面進行選擇性蝕刻，而形成梳齒狀之結晶缺陷。Rc 200529473 液’係HF水溶液、HN〇3水溶液及AgN〇3所組成之混合 水溶液。 。後將用RC液進行選擇性蝕刻處理之丨〇卜丨丨裂 面使用光學顯微鏡來觀察。並計算n型㈣緩衝層u 上所觀祭到之梳齒狀結晶缺陷的條數。梳齒狀結晶缺陷， 兵η型GaP單結晶基板1〇和η型㈣緩衝層^之成長界 (一乂 ”面)的平行面呈父又延伸。因&，梳齒狀結晶缺陷 之社度，能以{ 01] }裂面所出現之每1〇〇"⑽成長界面 的條數來代表。計算結果為3〇條以下之磊晶晶圓3， 係適用於高亮度的GaP系發光元件。 又田將GaP磊晶晶圓3之{ 〇1-1 }裂面以RC液蝕 刻時，有時會觀察到木根狀的結晶缺陷（R〇〇tyfauh)。木根 狀結晶缺陷’係與成長層的凹凸完全一致，且沿基板交界 “ T方向延伸。相對於此，本發明所稱之梳齒狀結晶 缺fe ’係# Gap單結晶基板呈交又。因此，兩者就算同時 發生也能加以區別。 田隹〜出梳齒狀結晶缺陷的數目位於容許範圍内後， 在n型GaP緩衝層11上，依序形成η型GaP層12、N換 雜:ι型GaP層13及p型㈣㉟14。這些磊晶層，如圖3 斤示可藉由採用滑動晶舟（slide boat)法之液相成長裝置 60來進行連續成長。 液相成長裝置60之爐心管23,係形成相鄰之成長室22 令至21。在成長室22内配置有，包含石英製 基板保持具24及石英製溶液保持具25之滑動晶舟26。⑽ 200529473 :::圓3 ’係收容於基板保持具24的凹部。在收容左GaP 石石:曰曰圓3之基板保持具24上，配置著收容有Ga溶液30 之命液保持具25。Ga溶液3〇，係從周圍的氣氛取得摻質。 “又在摻質源收容室21内配置晶舟28。晶舟28收容 著P型払貝源之Zn。^參質源收容室21與氣體供給管31連 接’以將及Ar夕$小 4. ^ 之至少一者、與Ν源之ΝΗ3供給至爐心 '23内。又’在爐心管23外周配置著，用來加熱成長室 22之主加熱器、32、及用來加熱摻質源收容室21之副加埶 器27。 …、 首先，在未供給以及ΚΙ下，形成11型GaI^ 12。 邊供給Ar氣體邊#点、i n & 孔瓊使成長至22内的溫度上昇後，使溶液保 持具25滑動，讓Gap磊晶曰 职日日日日Η 3與Ga溶液30接觸。接 著，在使成長室22内逐漸降溫下，進行^ GaP層12之 成長。由於溶液保持具25所溶出之Si會溶入仏溶液％ 中，故η型摻質之81會自動捧雜於⑶Gap層12。 當η型㈣層12到達所期望的厚度後，將被Ar稀釋 之nh3氣體導入成長室22内。Ga溶液3〇之周圍氣氛之則3 濃度H GaP發光元件之發光輸出位準及主發光波長來 設定。 接著，邊將Ar稀釋NH3氣體供給至爐心管23内，邊 將成長室22内逐漸降溫，而進η摻雜^㈣層"的 成長。Ν播雜η型^1>層13,因仏溶液3〇内之以與迎 反應被消耗而使Si的摻雜量減低，故載子的注入效率高。’ 當N摻雜η塑GaP | 13到達所期望的厚度後，停止 10 200529473 氣體的供給。 接著’在配置有晶舟28(收容Zn)之摻質源收容室21 内’藉副加熱器27昇溫而使Ζιι氣化，邊和載體之αγ或 & 一起供給至成長室22，邊使成長室22内逐漸降溫。藉 此’使Zn摻雜η型GaP層14形成於N摻雜η型GaP層13 上0 接著，在η型GaP單結晶基板10側形成η電極、在p 型GaP層14側形成ρ電極後，經切割，將半導體晶片固 接於支持體上，再用引線實施打線，經樹脂封裝而製得Gap 發光元件。 (實驗例） 為確e忍本發明的效果而進行以下的實驗。 百先，將LEC法製作出的GaP單結晶棒切斷，獲得複 數個η型Gap單結晶基板1 〇。在這些打型單結晶基 板10上，於成長容器2〇内以液相磊晶成長法成長出^型 ㈣緩衝層1 1，而獲得複數個GaP磊晶晶圓3。之後，以 採用π動晶舟法之液相成長裝置6〇(參照圖3)，在各 蠢晶晶圓3靈形成㈣層12、13、14，而製作出多層構造 的GaP發光元件1。 測定各GaP發光元件i之亮度後，將{〇1·ι}裂面以 C液餘刻，用光學顯微鏡觀察。並計算出η型ο#緩衝 :11上所觀察到的梳齒狀結晶缺陷之條數。根據此結果， =作出梳齒狀結晶缺陷之條數（密度）、與亮度之相關圖（圖 圖4係梳齒狀結晶缺陷之較少發生時（16條⑽㈣的 200529473 顯微鏡相片，ffl 5係、梳齒狀結晶缺陷之大量發 鏡相片。 ”、、員锨

根據圖6的數據可知，若使用梳齒狀結晶缺陷為條 β m以下之Gap蠢晶晶圓，相較於使用其缺陷超過％ 條/100// m之GaP磊晶晶圓時的預想值（圖6的虛線），發 光元件之亮度（相對值）係顯示更高的數值。 X 【圖式簡單說明】 圖1係本發明之GaP發光元件之截面示意圖。 圖2係n型GaP緩衝層之形成方法的說明圖。 圖3係含p-n接合之GaP層形成方法之說明圖。 圖4係本發明之高亮度GaP發光元件之{ ου丨裂面 之顯微鏡相片。 圖5係低亮度Gap發光元件之{ 〇1_丨}裂面之顯微鏡 相片。 圖6係梳齒狀結晶缺陷的密度與發光亮度之相關圖。 【主要元件符號說明】 1 GaP發光元件 3 GaP蠢晶晶圓 10 η型GaP單結晶基板 11 η型GaP緩衝層（結晶性改善層） 12 η型GaP層 13 N摻雜η型GaP層 14 P型GaP層 12

Claims (1)

1. 200529473 十、申請專利範圍： 1、 一種GaP蟲晶晶®，係在n型㈣單結晶基板之 { 111丨B面形成n型GaP層而構成者；其特徵在於， 將{01-1}裂面選擇姓刻後觀察η型GaP層時，與n 型GaP層成長界面的平行面交叉延伸之梳齒狀結晶缺陷的 條數，每100# m的成長界面為30條以下。 2、 -種GaP發光元件’係在巧⑽單結晶基板之 { 111 } B面，積層複數層的n型Gap層與至少】層p型 GaP層而構成者；其特徵在於， 將{ 01-1 }裂面選擇蝕刻後，觀察複數層η型Gap声 中與η型GaP單結晶基板鄰接之結晶性改善層時，與結晶 I*生改善層成長界面的平行面交叉延伸之梳齒狀結晶缺陷的 條數’每100 M m的成長界面為30條以下。 十一、圖式·· 如次頁。 13