TW201006017A - Alxga(1-x)as substrate, epitaxial wafer for infrared LED, infrared LED, method for production of alxga(1-x)as substrate, method for production of epitaxial wafer for infrared LED, and method for production of infrared LED - Google Patents
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201006017 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種AlxGa(i-x)As基板、紅外線LED用磊 晶晶圓、紅外線LED、AlxGa(1-x)As基板之製造方法、紅外 線LED用磊晶晶圓之製造方法及紅外線LED之製造方法。 ’ 【先前技術】
利用AlxGao.x)As(0S xS 1)(以下亦稱作AlGaAs(砷化鋁 鎵）)化合物半導體之LED(Light Emitting Diode，發光二極 零 體）被廣泛用作紅外線光源。作為紅外線光源之紅外線LED 係用於光通訊、空間傳輸等，伴隨傳輸資料之大容量化、 傳輸距離之長途化而需要提高輸出。 此種紅外線LED之製造方法，揭示於例如日本特開 2002-335008號公報中（專利文獻1)。該專利文獻1中記載有 實施以下步驟。具體而言，首先，藉由LPE(液相成長法·· Liquid Phase Epitaxy)法而於GaAs(坤化鎵）基板上形成 AlxGa(1.x)As支撐基板。此時，使AlxGa(1_x)As支撐基板之 A1(鋁）組成比大致均勻。其後，藉由OMVPE(有機金屬氣
相成長法；Organo Metallic Vapor Phase Epitaxy)法或 MBE - (Molecular Beam Epitaxy ··電子束蒸鑛）法而形成磊晶層。 _ 先前技術文獻 專利文獻 專利文獻1:日本特開2002-335008號公報 【發明内容】 發明所欲解決之問題 140719.doc 201006017 上述專利文獻1中，使AlxGa^yAs支撐基板之A1组成比 大致均勻。本發明者進行銳意研究之結果發現如下問題： 於A1組成比較高之情形時，使用該AlxGa(i x)As支撐基板所 製造之紅外線LED之特性會惡化。又，本發明者進行銳意 研究之結果發現如下問題：於八丨組成比較低之情形時， AlxGa(1_x)As支撐基板之透射特性較差。 因此，本發明之目的在於提供一種作為維持較高之透射 ， 特性，且製作元件時具有較高之特性之元件的"As 基板、紅外線LED用磊晶晶圓、紅外線[ED、AlxGa(i_x)As φ 基板之製造方法、紅外線LED用磊晶晶圓之製造方法及紅 外線LED之製造方法。 解決問題之技術手段 本發明者進行銳意研究之結果發現如下問題及其原因， 於A1組成比較高之情形時，使用該八^(^㈠…&支撐基板所 製1¾之紅外線LED之特性會惡化。具體而言，因八丨具有易 氧化之性質，故而ALGMmAs基板之表面上易於形成氧化 層。氧化層會抑制該AlxGa(ix)As基板上成長之遙晶層，因參 此成為磊晶層中出現缺陷之原因。若磊晶層中出現缺陷， 則存在具備該磊晶層之紅外線LED之特性會惡化的問題。 - 又，本發明者進行銳意研究之結果，發現A1組成比越 — 低，AlxGa(1-x)As基板之透射特性越會惡化。 因此，本發明之A1xGa(〗-x)As基板之特徵在於，其包括 X (i-x)As層（〇$ 丨），該八匕以(丨4八3層具有主表面、 ' 表面為相反側之背面，於AlxGa(i_x)As層中，背面 140719.doc 201006017 之A1組成比χ高於主表面之A!組成比χ。 於上述AlxGa^wAs基板中，較好的是，AixGa(i x)As層包 含複數層，且複數層之A1組成比x分別自背面側之面朝主 表面側之面單調減少。 於上述AlxGau^As基板中，較好的是，於令AlxGa(ix)As 層之厚度方向上之相異兩點的A1組成比χ之差為ΔΑ1，令2 處之厚度差（μηι)為At之情形時，δαι/μ超過〇/μιη。 於上述AlxGa(1_x)As基板中，較好的是，△八1/以為6)<1〇-2/叫1 以下。 於上述AlxGa(丨…As基板中，較好的是，aIxGm wAs層背 面之A1組成比X為0.12以上。 於上述AUGad-yAs基板中，較好的是進而具備與 AlxGa(1-x)As層之背面相接之GaAs基板。 本發明之紅外線LED用遙晶晶圓具備上述任一者中所全己 載之AlxGa^.yAs基板、及形成於該AlxGa(〗.x>As層之主表面 上且包含活性層之磊晶層。 於上述紅外線LED用遙晶晶圓中，較好的是，上述蟲晶 層中與AUGan-yAs層相接之面之A1組成比X，高於AlxGad )As 層中與磊晶層相接之面之A1組成比χ。 於上述紅外線led用蟲晶晶圓中，較好的是，蠢晶層進 而包含具有與AUGa^yAs層相接之面之緩衝層，且，緩衝 層之A1組成比χ低於活性層之A1組成比χ。 於上述紅外線LED用磊晶晶圓中，較好的是，磊晶層進 而包含具有與AlxGa^oAs層相接之面之緩衝層，且，緩衝 140719.doc 201006017 層之A1組成比χ ’低於AlxGa(1_x)As層中與磊晶層相接之面 之A1組成比X ’且低於活性層之八丨組成比χ。 於上述紅外線LED用磊晶晶圓中，較好的是，AlxGa(i x)As 層之主表面之氧之峰值濃度為5χΐ 〇2G atom/cm3以下。 於上述紅外線LED用蟲晶晶圓中，較好的是，AlxGa(1_x)As 層之主表面之氧之面密度為2.5xl〇i5 at〇m/cm2以下。 本發明之紅外線LED具備上述任一者記載之AlxGa(1_x)As 基板、磊晶層、第1電極、及第2電極。磊晶層形成於 AlxGa(1-x)As層之主表面上且包含活性層。第1電極形成於 遙晶層之表面。第2電極形成於AlxGa(1_x)As層之背面。於 具備GaAs基板之形態之AlxGa(1_x)As基板中，第2電極亦可 形成於GaAs基板之背面上。 本發明之AlxGa(i-x)As基板之製造方法之特徵在於，其具 備如下步驟：準備GaAs基板；藉由LPE法使具有主表面、 及與主表面為相反側之背面的八丨…化…^層（〇$xg ”成 長於GaAs基板上。而且，使AlxGa(i x)As層成長之步驟 中’使背面之A1組成比x高於主表面之A1組成比χ之 AlxGa(1-x)As層成長。 於AlxGa(1-x)As基板之製造方法中，較好的是，於使 AlxGa^-yAs層成長之步驟中，使包含μ組成比χ自背面側 之面朝主表面側之面單調減少之複數層的AlxGa㈠x)As層成 長。 於上述AlxGa^-yAs基板之製造方法中，較好的是，令 χ 層之厚度方向上之相異兩點的A!組成比χ之差 140719.doc 201006017 為ΔΑ1，令兩點之厚度差（μηι)為At之情形時，ΔΑΙ/Δΐ超過 O/μπι。 於上述AlxGa{1_x)As基板之製造方法中，較好的是， AAlMt為 6><1(Γ2/μηι以下。 於上述AUGa+yAs基板之製造方法中，較好的是， AlxGa(1_x)As層之背面之A1組成比X為0.12以上。 於上述AlxGa^j^As基板之製造方法中，較好的是進而具 備將GaAs基板除去之步驟。 本發明之紅外線LED用蟲晶晶圓之製造方法具備如下步 驟：藉由上述任一者中記載之AlxGa(1_x)As基板之製造方法 來製造AlxGa(丨-x)As基板；藉由OMVPE法及MBE法之至少 其一或者二者之組合，而於AlxGa(ix)As層之主表面上形成 包含活性層之磊晶層。 於上述紅外線LED用磊晶晶圓之製造方法中，較好的 是，磊晶層中與A1xGa(i-x)As層相接之面之A1組成比x高於 AlxGa(1.x)As層中與磊晶層相接之面之A1組成比X。 於上述紅外線LED用磊晶晶圓之製造方法中，較好的 是’形成磊晶層之步驟中形成進而包含緩衝層之磊晶層， 該緩衝層具有與層相接之面，緩衝層之ai組成 比X低於活性層之A1組成比X。 於上it、’·工外線LED用蟲晶晶圓之製造方法中，較好的 疋，形成磊晶層之步驟中形成進而包含緩衝層之磊晶層， 4緩衝層具有與AlxGa(i x)As層才目接之面，緩衝層之Μ組成 低於AlxGa^^As層中與磊晶層相接之面之八丨組成比χ， 140719.doc 201006017 且低於活性層之A1組成比x。 於上述紅外線LED用磊晶晶圓之製造方法中，較好的 是’ AUGa^yAs層之主表面上氧之峰值濃度為5χ1〇2〇 atom/cm3以下。 於上述紅外線led用磊晶晶圓之製造方法中，較好的 是，AlxGaowAs層之主表面上氧之面密度為2 5xl〇ls atom/cm2以下。 本發明之紅外線LED之製造方法具備如下步驟：藉由上 述任者中s己載之AlxGa^-^As基板之製造方法製造
AlxGa(i_x}As基板；藉由OMVPE 法或MBE 法於 AlxGa(卜 x)As 層之主表面上形成包含活性層之磊晶層，而獲得磊晶晶 圓；於磊晶晶圓之表面上形成第1電極；及，於AlxGa(i x)As 層之背面或（具備GaAs基板之形態之AlxGan x)As基板 上）GaAs基板之背面上形成第2電極。 發明之效果 根據本發明之AlxGa(i_x)As基板、紅外線led用磊晶晶 圓、紅外線LED、AlxGa^yAs基板之製造方法、紅外線 LED用磊晶晶圓之製造方法及紅外線led之製造方法，可 製成維持著較向之透射特性’且於製作元件時具有較高的 特性之元件。 【實施方式】 以下，基於圖式對本發明之實施形態進行說明。 (實施形態1) 首先，參照圖1對本實施形態之AkGhwAs基板進行說 140719.doc 201006017 明。 如圖1所示，AlxGa(i-x)As基板10a具備GaAs基板13、及 形成於GaAs基板13上之AlxGan-x)As層11。
GaAs基板13具有主表面13a、及與該主表面i3a為相反側 之背面13b。AlxGa(1.x)As層11具有主表面lla、及與該主表 面11a為相反侧之背面lib。
GaAs基板13可具有或不具有傾斜角，例如具有poo) 面、或自{100}傾斜超過0°且傾斜15.8。以下之主表面13a。 9
GaAs基板13較好的是具有{100}面、或自{1〇〇}傾斜超過〇。 且傾斜2°以下之主表面13a。GaAs基板13更好的是具有 {100}面、或自{100}傾斜超過〇。且傾斜0.2。以下之表面。 GaAs基板13之表面可為鏡面亦可為粗链面。再者，{}表示 聚合面。
AlxGa(1_x)As層11具有主表面ua、及與該主表面na為相 反側之背面11 b。主表面11 a係與GaAs基板13接觸之面為相 春反側的面。背面lib係與GaAs基板13接觸之面。
AlxGa(1_x)As層11开多成為與GaAs基板13之主表面13a相 接。亦即，GaAs基板13形成為與AlxGa(1_x>As層11之背面 lib相接。 -於AlxGau^As層11中，背面llbiA1組成比χ高於主表面 11a之Α1組成比X。再者，組成比^係八丨之莫耳比。組成比 (1-x)係Ga之莫耳比。 於此’參照圖2至圖5來對AlxGa(1-x)As層11之莫耳比進行 說明。 140719.doc 201006017 於圖2至圖5中，縱軸係自AlxGa(1…As層11之背面朝著主 表面表示厚度方向位置，橫軸表示各位置上之…組成比 X ° 如圖2所示’ AlxGa(1_x)As層11中，A1組成比X係自背面 11 b朝著主表面n a單調減少。所謂單調減少係指自 AlxGa(1_x)As層11之背面lib朝著主表面1U(朝成長方向）， 組成比X始終相同或不斷減少，且主表面1丨&之組成比X低 於背面1 lb之組成比。 亦即’所謂單調減少，並不包含組成比x朝著該成長方 向增加之部分》 如圖3至圖5所示，AlxGa(1-x)As層11亦可包含複數層（圖3 至圖5中為2層）。圖3所示之AlxGa(1-x)As層11於各個層中， A1組成比X係自背面llb側朝著主表面Ua側單調減少。 又’圖4所示之AlxGa(〗_x>As層11之各層之A1組成比X為均勻 的，且背面lib側之層之A1組成比X高於主表面ila側之A1 組成比X。又’圖5(A)所示之AlxGa(1.x)As層11之背面1比側 之層的A1組成比X為均勻的，且主表面11 &側之層的A!組成 比X單調減少，且背面11 b側之層的A1組成比X高於主表面 11a側之A1組成比X。亦即，圖4及圖5(A)所示之AlxGa+wAs 層11整體而言A1組成比X為單調減少。 再者’ AlxGa^wAs層11之A1組成比X並非限定於上述情 況，例如可為圖5(B)至圖5(G)之組成，進而亦可為其他 例。又，AlxGa(1_x)As層11中，若背面1 ib之A1組成比x高於 主表面11a之A1組成比X，則無需限定於上述之包含i層或2 140719.doc -10- 201006017 層之情形，而可包含3層以上之層。 當 AlxGan-x)As 基板 10a 用於 LED 時，AlxGa(1_x)As 層 11 發 揮著例如使電流擴散，且使來自活性層之光透射之窗口層 的作用。 又’將AUGan-yAs層11之厚度方向之相異兩點之A1組成 比X之差設為ΔΑ1 ’且將兩點之厚度差（μπι)設為At之情形 時’較好的是AAlMt超過0/μηι。AAlMt越大越好，但自製 造方面之理由考慮，上限為例如6χ 1 (Γ2/μιη以下，較好的 是 3><10·2/μιη以下。 △AIMt係利用 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer，電 子微探分析儀）及 SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy， 二次離子質譜分析儀），自AlxGa(1.x)As層11之主表面lia朝 背面1 lb以例如1 μιη為單位測定ΔΑ1所得。ΔΑΙ/Δί可於 AlxGa(1.x)As層11之任意位置上測得。 又’ AlxGa(1-x)As層11之背面lib之A1組成比X較好的是 0.12以上。 繼而，參照圖6，對本實施形態中之AlxGa(1-x)As基板之 製造方法進行說明。 如圖6及圖7所示，首先準備GaAs基板13(步驟S1)。
GaAs基板13可具有或不具有傾斜角，例如具有{100} 面、或自{100}傾斜超過0。且傾斜15.8。以下之主表面13a。 GaAs基板13較好的是具有{100}面、或自{100}傾斜超過0° 且傾斜2。以下之主表面13a。GaAs基板13更好的是具有 { 100}面、或自{ 傾斜超過〇。且傾斜0.2。以下之主表面 140719.doc 201006017 13a。 如圖6及圖8所示，接著，藉由LPE法而於GaAs基板13上 使具有主表面1 la之AlxGa(i.x)As層（Ogxg ι)ιι進行成長（步 驟 S2)。 使該AlxGa^-yAs層11成長之步驟S2，係使與GaAs基板 13之界面（背面iib)上之A1組成比χ高於主表面11&之八丨組成 比X的AlxGa^-yAs層11進行成長。又，較好的是，使背面 lib之A1組成比X為0.12以上之AlxGa(丨χ)Α^ n進行成長。 無需特別限定為LPE法，亦可使用緩冷法、溫差法等。 再者，LPE法係指使AlxGa(1_x)As(0g xg 1)結晶自液相成長 之方法。緩冷法係指使原料溶液之溫度緩慢降低來使 AlxGa+wAs結晶成長之方法。溫差法係指於原料溶液中形 成溫度梯度，以使AlxGa(1-x)As結晶成長之方法。 較好的疋，AlxGau—yAs層11中，使A1組成比乂為固定之 層成長之情形時採用溫差法及緩冷法，而當使八丨組成比χ 朝上方（成長方向）減少之層成長之情形時則採用緩冷法。 因緩冷法於量產性及低成本方面優異，故而特別好的是採 用該方法。又’亦可組合使用該等方法。 LPE法係利用液相與固相之化學平衡，故而成長速度 快。因此，可易於形成厚度大2AlxGa(〗…心層u。具體而 5 ’使具有較好的是1〇 μη!以上且1〇〇〇 μπι以下、更好的是 2〇 μιη以上且14〇 μπι以下之厚度HUiAlxGa(丨…^層^進 行成長。再者，此時之厚度1111為八1>{(}&(1…^層η之厚度 方向上之最小厚度。 140719.doc 12 201006017 又，AlxGa(1.x)As層11之厚度H11相對GaAs基板13之厚度 H13之比（HI 1/H13) ’較好的是例如〇_1以上且〇 5以下，更 好的是0.3以上且0.5以下。該情形時，可於在GaAs基板13 上使AUGa^wAs層11成長之狀態下，緩和翹曲之產生。 又，亦可以包含例如Zn(辞）、Mg(鎂）、C(碳）等p型摻雜 物、Se(磁）、S(硫）、Te(蹄）等η型掺雜物之方式，使 AlxGa(i.x)As 層 11成長。
若如此般以LPE法使AlxGa^-yAs層11成長，如圖8所 示’則會於AlxGao^As層11之主表面Ua上產生凹凸。 接著，對AlxGan^As層11之主表面lla進行清洗（步驟 S3)。較好的是，該步驟83中，使用鹼性溶液進行清洗。 再者，亦可使用磷酸或硫酸等氧化溶液等。鹼性溶液較好 的是含有氨及過氧化氫。若以含有氨及過氧化氫之驗性溶 液進行清>先，則會使主表面lla受到蝕刻，由此可將因與 空氣接觸而附著於主表面lla上之雜f除去。該情形時， 藉由以自±表面lla側以例如〇.2 _min以下之姓刻速率姓 刻〇.2 _以下之方式進行控制，便可降低主表面"a上之 雜質並且減少敍刻量。再者，亦可省略對該主表面lla進 行清洗之步驟S3。 =，剌乙、醇使GaAs基板13及仰3㈣ 、〃 再者，亦可省略該乾燥步驟。 接著，對丨之主表面_^ 丄：方法並無特別限定’可使用機械研磨法、化學 機械研磨法、電解研磨法、化學研磨法等，自研磨之便利 140719.doc •13· 201006017 性考慮’較好的是機械研磨或化學研磨。 、 表面lla之表面粗縫度Rms達到例如0.0 5 nm以下之 方式，對主表面11a進行研磨。表面粗糙度Rms越小越好。 再者’表面粗糙度Rms」係指nS(Japanese Industrial
Standard，日本工業標準）b〇6〇1中規定之表面之平方平均 粗縫度’即，將平均面至測定面為止之距離（偏差）平方進 行平均所得之值的平方根。再者，亦可省略該研磨步驟 S4 〇 接著’對AlxGa^.yAs層11之主表面lla進行清洗（步驟 S5)。對該主表面11a進行清洗之步驟S5，與實施研磨步驟 S4之前之對主表面Ua進行清洗的步驟83相同，因此對其 不進行重複說明。再者，亦可省略該清洗步驟S5。 接著’於使用AlxGa(1_x)As基板10a進行磊晶成長前，沖 淋 H2(氫）、AsH3(胂）對 GaAs基板 13及 AlxGa(1-x)As層 11 進行 熱清洗。再者，亦可省略該熱清洗步驟。 可藉由實施以上之步驟S1至S5，而製造圖1所示之本實 施形態中之AlxGa(Nx)As基板l〇a。 如以上說明般’本實施形態中之AUGa+yAs基板10a之 特徵在於，其係具備AlxGa(1_x)As層11者，該AlxGa(1_x)As層 11具有主表面11a、及與該主表面ua為相反側之背面 1 lb，於AlxGa(1.x)As層11中，背面lib之A1組成比X高於主 表面11a之A1組成比X。而且，該AlxGa(1_x)As基板10a進而 具備與該AlxGan-x)As層11之背面lib相接之GaAs基板13。 又，本實施形態中之AlxGa(1_x)As基板10a之製造方法具 140719.doc •14- 201006017 備如下步驟：準備GaAs基板13(步驟SI);及藉由LPE法而 於GaAs基板13上使具有主表面na之AixGa〇 χ)Α^ η成長 (步驟S2)。AlxGao-yAs基板l〇a之製造方法之特徵在於， 使該AlxGa^wAs層11成長之步驟（步驟S2)，係使與GaAs基 板13之界面（背面1 lb)上之A1組成比X高於主表面1 ia之A1組 成比X的AlxGa(1.x)As層11進行成長。 根據本實施形態中之AlxGa(1-x)As基板l〇a及AlxGa(1…As 基板l〇a之製造方法’背面llb2A1組成比X高於主表面Ua 之A1組成比X。因此，可抑制具有易被氧化性質之A1存在 於主表面1 la上。因此’可抑制AlxGa(1_x)As基板10a之表面 (本實施形態中為AUGa^-yAs層11之主表面1 ia)上形成絕 緣性氧化層。 尤其因利用LPE法使AlxGao^As層11成長，故而於主表 面11 a以外之内部區域中難以獲取氧。因此，於使磊晶層 在該AlxGa^yAs基板10a上成長時，可抑制磊晶層中出現 缺陷。其結果’可使具備該磊晶層之紅外線LEd之特性提 高。 又’主表面11a之A1組成比X低於背面llbiA1組成比χ。 本發明者進行銳意研究之結果發現A1組成比χ越高，
AlxGa(1_x)As基板i〇a之透射特性貝丨j變得越好。即便於背面 1 lb側含有大量Ai，因其露出於表面之時間短，故而可減 少氧化層之形成。因此，藉由使八丨組成比χ高之AlxGa(ix)As 結晶於能夠抑制氧化層形成之部分上進行成長，便可提高 透射特性。 140719.doc 15 201006017 如此，於AlxGau^As層11中，降低主表面i la側之乂組 成比X以使元件特性提高，且提高背面nb側之A1組成比χ 以使透射特性提高。由此，可實現如下2AlxGa(〗x)As基板 1 〇a，其作為元件維持著較高之透射特性，且於製作元件 時具有較高之特性。 於上述AlxGa(i-x)As基板l〇a中’較好的是如圖3所示， AlxGa^-yAs層11包含複數層，該複數層之A1組成比χ係分 別自背面11 b側之面朝著主表面11 a側之面而單調減少。 於上述AlxGa^wAs基板10a之製造方法中，較好的是， 使AUGa^-yAs層11成長之步驟（步驟δ2)中，使包含如下複 數層之AlxGau-yAs層11成長，該複數層中Ai組成比χ自與 GaAs基板13之界面側之面（背面llb)朝著主表面Ua侧之面 單調減少。 本發明者發現，藉此便可緩和AlxGa(1-x)As基板10a上所 產生之翹曲。以下’參照圖9(A)至圖9(C)來對其原因進行 說明。圖9(A)表示於AlxGa(1_x)As層11中A1組成比χ如圖2所 示般單調減少之層為1層之情形。圖9(6)表示於AlxGa(1…As 層11中A1組成比χ如圖3所示般單調減少之層為2層之情 形。圖9(C)表示於AlxGa(1-x)As層11中A1組成比χ單調減少 之層為3層之情形。 圖9(A)至圖9(C)中’橫軸表示自AlxGa(1_x)As層11之背面 lib朝主表面lla之厚度方向的位置，縱轴表示AixGa(1.x)As 層11於各位置上之A1組成比χ。圖9(A)至圖9(C)所示之 AlxGa(1-x)As層11中’背面lib及主表面11a之A1組成比χ相 140719.doc •16· 201006017 同。 圖9⑷至圖9(C)中，藉由與使表示A1組成比X之斜線y中 之最愚位Ϊ(點A)向下延伸’且使斜線y中最低位置（點B) 向左延伸時相交之交點（點c)，形成虛擬之三角形。該三 角形面積之、，息和係對AlxGa(i…八8層丨丨施加之應力。因該應 力而使得AlxGau-x)As層11中產生翹曲。 本發明者發現，該三角形之重心（^與AlxGa〇…^層丨丨之 厚度中心之距離2越大，八143(1){)心層11中越會產生翹 曲。該重心G於圖9(A)所示之情形時係基於斜線丫而形成之 三角形之重心G，而於圖9(B)及圖9(C)所示之情形時係使 基於斜線y所形成之三角形之重心⑴至⑺相連時之中心。 该重心G為AlxGan_x}As層11内應力相加所得之合力之作用 點。 如圖9(A)至圖9(C)所示，A1組成比X單調減少之層之數 量越多，自厚度中心至重心G所在之厚度為止之距離2則變 得越短，故而，AUGaowAs層11中所產生之翹曲將會變 小。因此’可藉由形成有複數個A1組成比X單調減少之層 來緩和AlxGa^.yAs基板10a之輕曲。於此，雖然於圖中之 複數個三角形中，使A1組成比X之最大值及最小值、與 AlxGa(1_x)As層11之厚度相同，但並非必須使之相同。可根 據透射性、翹曲、界面狀態等進行調整。 於上述AlxGao-yAs基板10a及其製造方法中，較好的 是，將AUGa^-yAs層11之厚度方向之相異兩點之A1組成之 差設為ΔΑ1，且將兩點之厚度差（um)設為At之情形時， 140719.doc •17· 201006017 △Al/At超過 0/μπι。 藉此’使氧化朝主表面11 a受到抑制，因此於使用 AlxGa(1.x)As基板l〇a製作紅外線LED時，可提高輸出。 於上述AlxGa^^As基板10a及其製造方法中，較好的 是，AAlMt為6χ1〇-2/μπι以下。藉此，於製作紅外線LED時 可進一步提高輸出。 (實施形態2) 圖ίο係概略性地表示本實施形態中之AlxGa(i x)As基板之 剖面圖。參照圖ίο，對本實施形態之AlxGa(ix)As基板i〇b 進行說明。 如圖10所示’本實施形態中之AlxGa(l x)As基板1〇b具備 與實施形態1中之AlxGao.yAs基板10a基本相同之構成，不 同之處在於不具備GaAs基板13。 具體而言，AlxGa^.yAs基板10b具備具有主表面lla、及 與主表面11a為相反側之背面ubiALG%…心層u。而 且，於AlxGa(〗-x》As層11中’背面lib之A1組成比\高於主表 面11a之A1組成比X。 本實施形態中之AlxG^wAs層11之厚度，較好的是能夠 使AlxGao-qAs基板l〇b成為自支撐基板之程度的厚度。如 此厚度Η11為例如7 0 μηι以上。 繼而’參照圖11 ’對本實施形態中之AlxGa(i x)As基板 10b之製造方法進行說明。 如圖11所示，首先，以與實施形態丨相同之方式實施如 下步驟’即，準備GaAs基板13之步驟S1、藉由LpE法使 140719.doc • 18 · 201006017 八15^%-?0^層u成長之步驟S2、清洗步驟s3及研磨步驟 S4。藉此，製造圖！所示之基板1〇a。 接著，將GaAs基板13除去（步驟S6卜除去方法可使用例 如研磨、蝕刻等方法。研磨係指藉由具有金剛石磨石之磨 削設備等’並使用氧化鋁 '膠體二氧化矽、金剛石等之研 磨劑機械性磨削GaAs基板13。蝕刻係指使用如下之選擇蝕 刻液來將GaAs基板13除去，該選擇蝕刻液係藉由對例如 氨、過氧化氫等進行最佳調和，而使得八丨山化…〜中蝕刻 速度緩慢’ GaAs中蝕刻速度較快。 於AlxGao^As層11之背面UbtA1組成比\為〇.12以上之 情形時’ GaAs與AlxGa^yAs之選擇性提高。因此，可提 高生產率除去GaAs基板。 接著，以與實施形態1相同之方式實施清洗步驟s 5。 可藉由實施以上之步驟SI、S2、S3、S4、S6、S5 ,來 製造圖10所示之AlxGa(1_x)As基板l〇b。 再者，上述以外之AlxGa(1_x)As基板l〇b及其製造方法之 構成’因與實施形態1中之AlxGa(1.x)As基板10a及其製造方 法之構成相同’因此對相同構件標註相同符號，對其不進 行重複說明。 如以上說明般’本實施形態之AlxGa(1_x)As基板l〇b之特 徵在於’其係具備AlxGa(1-x)As層11者，該AlxGa(1-x)As層11 具有主表面11a、及與主表面11a為相反側之背面lib，於 A1xGa(1_x)As層11中’背面lib之A1組成比X高於主表面iia 之A1組成比X。 140719.doc •19· 201006017 又’本實施形態之AlxGa(1_x)As基板l〇b之製造方法進而 具備將GaAs基板13除去之步驟（步驟S6)。 根據本實施形態之AUGa^yAs基板l〇b及AlxGa(丨_x)As基 板l〇b之製造方法，可實現僅具備丨丨而不具 備GaAs基板13之AlxGa(1-x)As基板l〇b。因GaAs基板13吸收 波長為900 nm以下之光’因此，可藉由使磊晶層於除去 GaAs基板13後之AlxGa(bx>As基板l〇b上進行成長，來製造 紅外線LED用磊晶晶圓。若使用該紅外線LED用磊晶晶圓 製造紅外線LED ’則可實現維持較高透射特性，且具有較 高元件特性之紅外線LED。 於上述AlxGan-yAs基板l〇b及其製造方法中，較好的 是’ AlxGa(1-x)As層11之背面1 lb之A1組成比乂為〇 12以上。 當A1組成比X較高達到0.12以上之情形時，可使用相對 GaAs而言触刻較快之溶液（濕式蝕刻法）、電漿、氣體種類 (乾式蝕刻法）等。因此，可藉由對（^^與八丨…％ x)As選擇 性高之蝕刻而將GaAs基板13除去。因此，可提高生產率並 提高選擇除去之良率。再者，於八\(^(15〇入3層11包含複數 層之情形時，若與GaAs基板13相接之層（最下層）之背面 lib之A1組成比X為〇·12以上，則具有相同之效果。 (實施形態3) 參照圖12 ’對本實施形態之磊晶晶圓2〇a進行說明。 如圖12所示，磊晶晶圓20a具備實施形態j中圖】所示之 AlxGan-x)As 基板 10a、及形成於 AlxGa( As <王表面 11a上且包含活性層21之磊晶層 亦即，磊晶晶圓2〇a具備 140719.doc • 20- 201006017
GaAs基板13、形成於GaAs基板13上之AlxGa(1_x)As層11、 及形成於AlxGa^-wAs層11上且包含活性層21之磊晶層。活 性層21之能隙小於AlxGa(1_x)As層11之能隙。 較好的是，活性層21中與AlxGa(1_x)As層11相接之面（背 面21 c)之A1組成比X，馬於AlxGa(!-x)As層11中與活性層21 相接之面（本實施形態中為主表面11&)之八丨組成比χ。又， 較好的是，包含活性層21之磊晶層中厚度最大之層之八丨組 成比X，尚於AlxGa^yAs層11中與活性層21相接之面（本實 施形態中為主表面11 a)之A1組成比X。該情形時，可緩和 屋晶晶圓20a上所產生之想曲。
AlxGa(1_x)As層11與磊晶層（本實施形態中為活性層21)之 界面處氧之峰值濃度’較好的是5xl〇20 atom/cm3以下，更 好的·是 4><1019atom/cm3 以下。
AlxGa(1_x)As層11與磊晶層（本實施形態中為活性層21)之 界面處氧之面歡度，較好的是2·5χ1015 atom/cm2以下，更 好的是 3.5xl014atom/cm2以下。 上述AlxGan 4 As層11與蠢晶層之界面處之氧濃度可藉由 例如SIMS來測定。 如圖13所示，較好的是活性層21具有多重量子井構造。 活性層21包含2層以上之井層21a。該井層211分別由能 隙大於井層21a之層即阻障層21b夾持。 亦即，複數個井層21a、與能隙大於井層21a之複數個阻 障層21b為交替配置。活性層21中，複數個井層21 a可全部 由阻障層21b所夾持，或者，亦可將井層2U配置於活性層 140719.doc -21- 201006017 21之至少其一之表面上’且配置於表面上之井層21a可由 表面侧所配置之波導層、披覆層（未圖示）等其他層、與阻 障層21 b夾持。再者，圖丨3所示之區域χιπ於活性層2 j中 並非限定為上部。 活性層21分別具有較好的是2層以上且1 〇〇層以下、更好 的是10層以上且50層以下之井層21a及阻障層21b。於井層 21a及阻障層21b為2層以上之情形時，將構成多重量子井 層。於井層21a及阻障層21b為10層以上之情形時，可藉由 提高發光效率來提高光輸出。於井層21 a及阻障層21b為 100層以下之情形時，可降低用以形成活性層2丨所需之成 本。於井層21 a及阻障層21b為50層以下之情形時，可進一 步降低用以形成活性層21所需之成本。 活性層2 1之厚度H21較好的是6 nm以上且2 μιη以下。於 厚度Η21為6 nm以上之情形時，可提高發光強度。於厚度 H21為2 μιη以下之情形時，可提高生產率。 井層21a之厚度Η2 1 a較好的是3 nm以上且20 nm以下。阻 障層21b之厚度H2 lb較好的是5 nm以上且1 μιη以下。 若井層21a之能隙小於阻障層21b之能隙，則井層21a之 材料並無特別限定’可使用GaAs、AlGaAs、InGaAs(神化 銦鎵）、AlInGaAs(砷化鋁銦銶）等。該等材料係與A1GaAs 之晶格匹配度適合之紅外線發光材料。 於蠢晶晶圓20a用於發光波長為900 nm以上之紅外線 LED之情形時，較好的是井層21a之材料為含有InAIn組成 比為0.05以上之InGaAs。又，於井層21a具有含有In之材料 140719.doc -22- 201006017 之情形時，較好的是活性層21具有各4層以下之井層213及 阻障層21b。更好的是活性層21具有各3層以下之井層21& 及阻障層21b。 若阻障層21b之能隙大於井層21a之能隙，則阻障層21b 之材料並無特別限定，可使用AlGaAs、InGaP、AlInGap、 InGaAsP等。該等材料係與A1GaAs之晶格匹配度適合之材 料。 於遙晶晶圓20a用於發光波長為900 nm以上、較好的是 940 nm以上之紅外線LED之情形時，活性層21内之阻障層 21b之材料，較好的是含有p且p組成比為〇〇5以上之GaAsp 或AlGaAsP。又’於阻障層21b具有含有p之材料之情形 時，較好的是活性層21具有各3層以上之井層21a及阻障層 21b。 較好的是’包含活性層21之磊晶層中之元素以外之元素 (例如使之成長之環境中之元素等）的濃度較低。 再者，活性層21並非特別限定於多重量子井構造，其可 由1層構成，亦可為雙異質構造。 又’本實施形態中對僅含有活性層21作為磊晶層之情形 進行了說明，但亦可進而含有坡覆層、非摻雜層等其他 層。 繼而，參照圖14，對本實施形態中之紅外線led用磊晶 晶圓20a之製造方法進行說明。 如圖14所示，首先，藉由實施形態！中之AlxGa(i x)As* 板10a之製造方法來製造AlxGa(1.x)As基板i〇a(步驟si至 140719.doc -23· 201006017 S5) ° 接著’藉由OMVPE法而於AlxGa(1_x)As層11之主表面lla 上形成包含活性層21之磊晶層（步驟S7)。 該步驟S7中，較好的是以磊晶層（本實施形態中為活性 層21)中與AlxGa(1_x)As層11相接之面（背面21c)之A1組成比 X ’高於AlxGau-yAs層中與磊晶層相接之面（本實施形態為 主表面11a)之A1組成比X的方式形成磊晶層。又，較好的 疋’蟲晶層中厚度最大之層之A1組成比X，高於AlxGa(1.x)As 層Π中與磊晶層相接之面之A1組成比X。 OMVPE法係藉由使原料氣體於AlxGa(i_x)A^ u上進行 熱分解反應來使活性層21成長，MBE法係以於非平衡系統 中不經由化學反應過程之方法使活性層21成長，因此 OMVPE法及MBE法能夠易於控制活性層21之厚度。 因此’可使具有2層以上複數層之井層21a之活性層21成 長。 又’蠢晶層（本實施形態中為活性層21)之厚度H21相對 AlxGa(i_x)As層 11 之厚度 HI 1(H21/H11) ’ 較好的是例如 〇.〇5 以上且0.25以下，更好的是0.15以上且0.25以下。該情形 時’可於使磊晶層於AlxGa+yAs層11上成長之狀態下緩和 翹曲之產生。 又’ AlxGa^-j^As層11與蟲晶層（本實施形態中為活性層 21)之界面處氧之峰值濃度’較好的是5xl〇-20 atom/cm3以 下’更好的是4xl019atom/cm3以下。 又，AlxGa(i.x}As層11與磊晶層（本實施形態中為活性層 140719.doc •24- 201006017 21)之界面處氧之面密度，較好的是2·5χ1015 atom/cm2以 下，更好的是3.5><1014atom/cm2以下。 該步驟S7中，使含有上述活性層21之磊晶層於AlxGan_x；)As 層11上成長。 具體而言，形成如下之活性層2 1，該活性層21具有較好 的是各為2層以上且100層以下、更好的是各為10層以上且 5 0層以下之井層2 la及阻障層21b。 又，較好的是，以具有6 nm以上且2 μιη以下之厚度H21 之方式使活性層21成長。又，較好的是，使具有3 nm以上 且2〇11111以下之厚度11213之井層213、及具有5 11111以上且1 μπι以下之厚度H21b之阻障層21b成長。 又，較好的是，使包含GaAs、AlGaAs、InGaAs、 AlInGaAs等之井層 21a、及包含AlGaAs、InGaP、AlInGaP、 GaAsP、AlGaAsP、InGaAsP 等之阻障層 21b 成長。 活性層21可相對於作為AlxGa(1_x)As基板之GaAs及 AlGaAs存在晶格失配（晶格弛緩），亦可不存在晶格失配。 於井層21a具有晶格失配之情形時，會使阻障層21b中具有 反向之晶格失配’作為蟲晶晶圓之整體構造5可使壓縮-伸展之結晶扭曲獲得平衡。又，扭曲量可為晶格弛緩之極 限以下或以上。但是，晶格弛緩之極限以上之情形時，易 於產生穿透結晶之差排，因此較理想的是晶格弛緩之極限 以下。 作為一例，列舉井層21a中使用InGaAs之情形。InGaAs 與GaAs基板相比晶格常數較大，因此若使固定厚度以上之 140719.doc -25- 201006017 蟲晶層成長，則會產生晶格弛緩。因此，可藉由使厚度為 產生晶格弛緩之極限以下，而獲得穿透結晶之差排之產生 受到抑制的良好結晶。 又’若阻障層21b中使用GaAsP，則GaAsP與GaAs基板 相比晶格常數較小’故若使固定厚度以上之磊晶層成長， 則會產生晶格弛緩。因此’可藉由使厚度為產生晶格弛緩 之極限以下’而獲得穿透結晶之差排之產生受到抑制的良 好結晶。 最後’應用與GaAs基板相比，InGaAs之晶格常數較 大’且GaAsP之晶格常數較小之特徵，於井層2丨a中使用
InGaAs ’並於阻障層21b中使用GaAsP，使結晶整體之結 晶扭曲獲得平衡’藉此於上述極限以上為止便不會產生晶 格弛緩’從而可獲得穿透結晶之差排之產生受到抑制的良 好結晶。 可藉由實施以上之步驟S1至S5及S7，而製造圖12所示之 遙晶晶圓20a。 再者，亦可進而實施將GaAs基板13除去之步驟S6。該 步驟S6係於例如使磊晶層成長之步驟S7之後實施，但並非 特別限定於該順序。步驟S6亦可於例如研磨步驟S4與清洗 步驟S5之間實施。該步驟S6與實施形態2之步驟S6相同， 因此對其不進行重複說明。於該步驟86經實施後，便成為 與後述之圖15之磊晶晶圓20b相同之構造。 如以上說明般’本實施形態中之紅外線led用磊晶晶圓 2〇a具備實施形態1之AlxGa(丨-x)As基板l〇a、及形成於 U0719.doc •26- 201006017
AlxGa(卜x)As基板10a之AlxGa(1.x)As層11之主表面1 la上且包 含活性層21之磊晶層。 又’本實施形態中之紅外線LED用磊晶晶圓20a之製造 方法具備如下步驟：藉由實施形態1之AlxGa(l x)As基板l〇a 之製造方法來製造AlxGa(1-x)As基板10a(步驟S1至S6);及 藉由OMVPE法或MBE法之至少其一而於AlxGa(1—x)As層11 之主表面11a上形成包含活性層21之磊晶層（步驟S7)。 根據本實施形態中之紅外線LED用磊晶晶圓20a及其製 造方法，於具備AlxGa(i_x)As層11之AlxGa(1-x)As基板l〇a上 形成有蠢晶層’該AlxGa+yAs層11中主表面lla之A1組成 比X低於背面lib之A1組成比X。因此，可實現作為如下元 件之紅外線LED用之蟲晶晶圓2〇a，該元件維持較高之透 射特性，且使用磊晶晶圓20a製作元件時具有較高之特 性。 於上述紅外線LED用磊晶晶圓20a及其製造方法中，較 好的是’磊晶層中與AlxGa(1_x)As層11相接之面（遙晶層之 背面21c)之A1組成比X，高於八\(^(1}〇^層u中與磊晶層 相接之面（主表面H a)之A1組成比X。 藉此’若嘗試使AlxGa(1_x)As層11與磊晶層成為一體，則 與實施形態1中所述之理由相同，可緩和磊晶晶圓2〇a之翹 曲0 於上述紅外線led用磊晶晶圓20a之製造方法中，較好 的是具備如下步驟：準備GaAs基板13(步驟Si);藉由LpE 法而於GaAs基板13上使AlxGa(i_x)AS層11成長’該AlxGan_x)As 140719.doc -27- 201006017 層11作為窗口層’使電流擴散且使來自活性層之光透射 (步驟S2);對AlxGa(i-x)As層11之主表面lla進行研磨（步驟 S4);及藉由〇MVPE法及MBE法之至少其一而於AlxGa(丨.x)As 層11之主表面lla上使活性層21成長，該活性層21具有多 重量子井構造，且能隙小於AlxGa(1_x)As層11之能隙（步驟 S7)。 由於藉由LPE法而使AlxGa(1_x)As層11成長（步驟S2)，因 此成長速度較快。又，LPE法中無需昂貴之原料氣體及昂 貴之裝置，因此製造成本較低。因此’較之OMVPE法及 MBE法，可降低成本形成厚度大之AlxGa(i x)A^ u。可藉 由對該AlxGau.yAs層11之主表面11£1進行研磨來減少 AlxGa(1-x)As層11之主表面lla之凹凸。因此，當於AlxGa(ix)As 層11之主表面lla上形成包含活性層21之磊晶層時，可抑 制包含活性層21之磊晶層之異常成長。又，利用原料氣體 之熱分解反應之OMVPE法、或於非平衡系統中不經由化 學反應過程之MBE法可良好地控制膜厚。因此，於對主表 面lla進行研磨之步驟S4之後，藉由〇MvpE法或MBE法而 形成包含活性層21之磊晶層，藉此可形成異常成長受到抑 制，活性層21之膜厚得到良好控制且具有多重量子井構造 (MQW(multiple-quantum well)構造）之活性層。 尤其，LED之膜厚大多數情況下小於LD(Laser Di〇de 雷射二極體）之膜厚，因此可藉由使用膜厚控制性良好之 OMVPE法或MBE法，而形成包含具有多重量子井構造之 活性層2 1之磊晶層。 140719.doc •28· 201006017 又’於利用LPE法使AlxGa(1_x)As層11成長之步驟S2之 後’藉由OMVPE法或MBE法來使活性層21成長。若於LPE 法之後’利用OMVPE法或MBE法使活性層21成長，則可 防止活性層21長時間受到高溫加熱。因此，可防止因高溫 熱量而導致於活性層21產生結晶缺陷等結晶性出現劣化之 現象’且可防止因LPE法使所導入之摻雜物向活性層21擴 散。 本實施形態中’於使活性層21成長之步驟S7之後，並不 使活性層21暴露於LPE法中所用之高溫環境下，因此可防 止導入至例如AlxGh-yAs層11中且易於擴散之p型摻雜物 擴散至活性層21内。因此，可將活性層21中之zn、Mg、C 等P型載子濃度降低至例如lxl〇18 cm-3以下。因此，可防 止活性層21中形成雜質能階等，故可維持井層2U與阻障 層2lb之能隙差。 因此’可形成性能提高之具有多重量子井構造之活性層 21，因此若將GaAs基板13除去（步驟S6)且形成電極，則可 藉由於活性層21中改變狀態密度來高效地進行電子與電洞 之再結合。因此，可使成為發光效率提高之紅外線Led之 磊晶晶圓20a進行成長。 再者，作為窗口層之AlxGa(i_x》As層11中，電流沿著與 AUGhwAs層11及活性層21之積層方向（圖為縱向）相 交之方向（圖1中為橫向）擴散，因此可藉由提高光提取效率 來提1¾發光效率。 於上述紅外線LED用磊晶晶圓20a之製造方法中，較好 140719.doc -29- 201006017 的是進而具備如下之步驟S3、S5，該等步驟μ、μ係於使 11成長之步驟S2與進行研磨之步驟S4之間、 及於進行研磨之步驟S4與使蟲晶層成長之步㈣之間之至 乂其 對八丨\〇&(1_5^八3層11之表面進行清洗。 藉此，即便因AlxGao^As層11與大氣接觸而導致 上附著或混入有雜質之情形，亦可將該雜 質除去。 於上述紅外線LED用磊晶晶圓2〇a之製造方法中，較好 的是，進行清洗之步驟S3、S5中，使用鹼性溶液對主表面 1 la進行清洗。 藉此，於AlxGao^As層11上附著或混入有雜質之情形 時’可更有效地自AlxGau.j^As層11除去雜質。 於上述紅外線LED用蟲晶晶圓2〇a及其製造方法中， AlxGa(i.x)As層11之厚度H11較好的是1〇 μιη以上且1〇〇〇 μπι 以下，更好的是20 μπι以上且140 以下。 於厚度Η11為10 μπι以上之情形時，可提高發光效率。 於厚度Η11為20 μιη以上之情形時，可進一步提高發光效 率。於厚度HI 1為1000 μιη以下之情形時，可降低用以形成 AlxGa(1.x)As層11所需之成本。於厚度Η11為140 μπι以下之 情形時，可進一步降低用以形成八丨…〜…^層^所需之成 本。 於上述红外線LED用蠢晶晶圓2〇a及其製造方法中，較 好的是’活性層21中交替配置有井層21a、及能隙大於井 層21a之能隙之阻障層21b ’且具有各為1〇層以上且5〇層以 140719.doc -30- 201006017 下之井層21 a及阻障層21b。 於10層以上之情形時’可進一步提高發光效率。於5〇層 以下之情形時’可降低用以形成活性層21所需之成本。 於上述紅外線LED用磊晶晶圓20a及其製造方法中，較 好的是’ AlxGa(1_x)As層11之主表面1 la之氧之峰值濃度為 5xl02Q atom/cm3以下。又，於上述紅外線i^ED用磊晶晶圓 20a及其製造方法中，較好的是，AlxGa(i-x>As層之主表面 11a之氧之面密度為2_5xl〇15atom/cm2以下。 藉此’當主表面11a上形成有磊晶層時，可降低界面處 氧之峰值濃度及氧之面密度。因此，當使用AlxGa(ix)As* 板l〇a製作紅外線LED時可提高輸出。 上述紅外線LED用磊晶晶圓20a及其製造方法中，較好 的是發光波長為900 nm以上之紅外線LED中所用之蟲晶晶 圓及其製造方法，且，活性層21内之井層21a具有含In之 材料’井層21 a之層數為4層以下。更好的是發光波長為 940 nm以上。 本發明者發現可藉由形成具有如下井層之活性層21來抑 制晶格弛緩’該井層具有包含In之材料且為4層以下。因 此，可實現能夠用於波長為9〇〇 nm以上之紅外線lED之磊 晶晶圓。 於上述紅外線LED用磊晶晶圓20a及其製造方法中，較 好的是，井層21a係銦組成比為0 05以上之In(3aAs。 藉此’可實現可有效用於波長為9〇〇 nm以上之紅外線 LED之蠢晶晶圓2〇a 〇 140719.doc 31 201006017 上述紅外線LED用磊晶晶圓20a及其製造方法中，較好 的是發光波長為900 nm以上之紅外線LED中所用之蠢晶晶 圓及其製造方法，且，活性層21内之阻障層21b具有包含P 之材料，阻障層2 lb之層數為3層以上。 本發明者發現藉由形成具有含P材料之活性層21而使晶 格弛緩受到抑制。因此，可實現能夠用於波長為900 nm以 上之紅外線LED之蟲晶晶圓。 於上述紅外線LED用磊晶晶圓及其製造方法中，較好的 是，阻障層21b係P組成比為0.05以上之GaAsP或 AlGaAsP 0 藉此，可實現能夠有效用於波長為900 nm以上之紅外線 L E D之蟲晶晶圓2 0 a。 (實施形態4) 參照圖1 5，對本實施形態之紅外線LED用磊晶晶圓20b 進行說明。 如圖15所示，本實施形態之磊晶晶圓20b具備實施形態2 中之圖10所示之AlxGa(1_x)As基板10b、及形成於AlxGau_x)As 層11之主表面11a上且包含活性層21之磊晶層。 又，本實施形態之磊晶晶圓20b，具備與實施形態3所示 之磊晶晶圓20a基本相同之構成，不同之處在於不具備 GaAs基板 13。 繼而，參照圖16對本實施形態之蟲晶晶圓20b之製造方 法進行說明。 如圖16所示，首先，藉由實施形態2中之AlxGan_x)As基 I40719.doc -32- 201006017 板l〇b之製造方法來製造AlxGan_x)As基板10b(步驟SI、 S2、S3、S4 ' S6、S5) ° 接著，以與實施形態3相同之方式，藉由OMVPE法而於 AlxGan.x)As層11之主表面11a上形成包含活性層21之磊晶 層（步驟S7)。 可藉由實施以上之步驟S1至S7，而製造圖15所示之紅外 線LED用蟲晶晶圓20b。 再者，此外之紅外線LED用磊晶晶圓及其製造方法，與 實施形態3中之紅外線LED用磊晶晶圓20a及其製造方法之 構成相同，因此對相同構件標註相同符號，並對其不進行 重複說明。 如以上說明，本實施形態中之紅外線LED用磊晶晶圓 20b具備AlxGa(1_x)As層11、及形成於AlxGad-yAs層11之主 表面11a上且包含活性層21之磊晶層。 又，本實施形態中之紅外線LED用磊晶晶圓20b之製造 方法進而具備將GaAs基板13除去之步驟（步驟S6)。 根據本實施形態中之紅外線LED用磊晶晶圓20b及其製 造方法，使用吸收可見光之GaAs基板經除去之AlxGa(1.x)As 基板1 Ob。因此，若於磊晶晶圓20b上進而形成電極，則可 實現作為維持較高之透射特性，且維持較高之元件特性的 紅外線L E D之蟲晶晶圓2 0 b。 (變形例） 參照圖27，對本實施形態之變形例中之紅外線LED用磊 晶晶圓20d進行說明。如圖27所示，變形例中之磊晶晶圓 140719.doc -33- 201006017 20d’具備與圖15所示之磊晶晶圓2〇13基本相同之構成，不 同之處在於磊晶層進而包含緩衝層25。 緩衝層25具有與AlxGa(1_x)As層11相接之面。亦即，變形 例之羞晶晶圓20d具備AlxGa(1.x)As層11、形成於AlxGa(i-x)As 層11上之緩衝層25、及形成於緩衝層25上之活性層21。 緩衝層25含有A卜緩衝層25之A1組成比X低於活性層21 之A1組成比X。於此，活性層21之入丨組成比X係指活性層21 之整體平均之A1組成比、或者活性層21内之彼覆層之A1組 成比。 於緩衝層25之A1組成比X低於活性層21之A1組成比X之情 形時’緩衝層25之A1組成比X，可低於AlxGa(1_x)As層11中 與蠢晶層（本實施形態中為緩衝層25)相接之面之A1組成比 x°亦即’成為AlxGa(丨-x)As層11之A1組成比x>緩衝層25之 A1組成比x<活性層21之A1組成比X。進而換言之，A1組成 比包含活性層21之Α1組成比>AlxGa(1_x)As層11之Α1組成比X 之情形、及活性層21之A1組成比x<AlxGa(i-x)As層11之A1組 成比X之情形。 又’於緩衝層25之A1組成比X低於活性層21之A1組成比 x ’且蟲晶層中與AlxGa(1-x)As層11相接之面之A1組成比X高 於AlxGa^wAs層11中與蟲晶層相接之面之A1組成比X的情 形時，A1組成比則為AlxGa(1_x)As層11之A1組成比x<緩衝層 25之Α1組成比χ<活性層21之Α1組成比X。 變形例中之磊晶晶圓之製造方法具備與實施形態4基本 相同之構成，但形成磊晶層之步驟S7中形成進而包含緩衝 140719.doc • 34- 201006017 層25之蟲晶層，該緩衝層25具有與AlxGa(i χ)Α^ u相接之 面。 具體而言，製造出之後，於AlxGa(ix)As 層11之主表面11 a上形成緩衝層25〇緩衝層25之形成方法 並無特別限定，可藉由OMVPE法、MBE法等而形成。其 後’於緩衝層上形成活性層21。緩衝層25較好的是含有 A1 ’ A1組成比x係如上所述。 如以上說明般’實施形態4之變形例中之紅外線LEd用 蟲晶晶圓20d係磊晶層中與AixGa(1…^層丨i相接之面之A1 組成比X高於AlxGa(丨."As層11中與磊晶層相接之面之A1組 成比X’且磊晶層進而包含具有與AlxGa(1.x>As層11相接之 面之緩衝層25 ’緩衝層之A1組成比X低於活性層21之A1組 成比X。 上述紅外線LED用磊晶晶圓20d之製造方法中，使磊晶 層中與AlxGa(1_x)As層11相接之面之A1組成比X高於AlxGa(1.x)As 層11中與磊晶層相接之面之A1組成比X，且形成磊晶層之 步驟S7中’形成進而包含如下緩衝層25之磊晶層，該緩衝 層25具有與AlxGa(1_x)As層11相接之面，緩衝層25之A1組成 比X低於活性層21之A1組成比X。 又’變形例之紅外線LED用磊晶晶圓20d中，磊晶層進 而包含具有與AlxGa(i_x)As層11相接之面之緩衝層25，緩衝 層25之A1組成比X可低於AlxGa(1_x)As層11中與磊晶層相接 之面之A1組成比X，且低於活性層21之八1組成比X。 上述紅外線LED用磊晶晶圓20d之製造方法係於形成磊 140719.doc -35- 201006017 晶層之步驟S7中，形成進而包含如下緩衝層25之磊晶層， 該緩衝層25具有與八丨…帕…^層丨丨相接之面’緩衝層乃之 A1組成比X可低於Α1χ(}Μ…^層u中與磊晶層相接之面之 A1組成比X，且低於活性層21之八1組成比X。 本發明者進行銳意研究之結果發現，可藉由形成包含以 上述方式控制A1組成比X之緩衝層25之磊晶層，而有效降 低順時針方向電壓（VF)的絕對值及不均。 有時於製造包含AlxGa(1_x)As層11之AlxGa(i_x)As基板之 後’將該AlxGa^yAs基板暴露於大氣中直至形成磊晶層為 止。雖然具有於本實施形態之AlxGa(i.x)As層11之主表面 11a上減少氧化層形成之效果，但有時會因與大氣進行反 應而形成氧化層。若以將氧化反應性高之活性層21與該 AlxGa(1.x)As層11之主表面lla相接之方式形成，則於 AlxGa(1.x)As層11與活性層之間將形成因A1與氧反應而產生 之缺陷。由此導致電性之VF增加及不均。然而，變形例 中’由於將A1組成比低於活性層21之A1組成比之緩衝層25 形成於AlxGa(1_x)As層11之主表面lla上，因此可有效地抑 制於AlxGa(1.x)As層11與蟲晶層之界面上形成缺陷。其結 果’可使具備該磊晶晶圓20d之紅外線LED之VF特性提 南。 (實施形態5) 參照圖17，對本實施形態中之紅外線LED用磊晶晶圓 20c進行說明。 如圖17所示，本實施形態中之磊晶晶圓20c，具備與實 140719.doc -36 - 201006017 施形態4申之磊晶晶圓20b基本相同之構成，不同之處在於 蟲晶層進而包含接觸層23。亦即，本實施形態中，蟲晶層 包含活性層2 1、及接觸層23。 具體而言，蟲晶晶圓20c具備AlxGa(1_x)As層11、形成於 AlxGa(1.x)As層11上之活性層21、及形成於活性層21上之接 觸層23。 接觸層23包含例如p型GaAs，且具有〇.〇1 μιη以上之厚度 Η23。 9 繼而’對本實施形態中之紅外線LED用磊晶晶圓20c之 製造方法進行說明。本實施形態中之紅外線led用磊晶晶 圓20c之製造方法’具備與實施形態4中之磊晶晶圓2〇b之 製造方法相同之構成，不同之處在於形成磊晶層之步驟S7 進而包含形成接觸層23之階段。 具體而言，於使活性層2 1成長之後，於活性層2丨之表面 上形成接觸層23 ^接觸層23之形成方法並無特別限定，但 蠹 為了能夠形成厚度較薄之層，較好的是，藉由OMVP^^ 及MBE法之至少其一、或者二者之組合來使之成長。為了 能夠與活性層21連續地進行成長，更好的是以相同之方法 _ 與活性層21進行成長。 - 再者，此外之紅外線led用磊晶晶圓及其製造方法，與 實施形態4中之紅外線LED用磊晶晶圓2〇b及其製造方法、 構成相同，因此對相同構件標註相同符號，並對其不進2 重複說明。 订 再者’本實施形態中之紅外線LED用蟲晶晶圓2〇。及其 140719.doc -37· 201006017 製造方法不僅可應用於實施形態4，亦可應用於實施形態 (實施形態6) 參照圖18 ’對本實施形態中之紅外線led 30a進行說 明。如圖18所示，本實施形態中之紅外線led 30a具備實 施形態5中之圖17所示之紅外線LED用磊晶晶圓20c、該磊 晶晶圓20c之表面20cl及背面20c2上所分別形成之電極 31、32、及晶座33。 县晶晶圓20c之表面20c 1 (本實施形態中為接觸層23)上相 接設置有電極31，於背面20c2(本實施形態中為AlxGa(1.x)As 層11)相接設置有電極32。於電極3 1中’與磊晶晶圓2〇c相 反之一側上相接設置有晶座33。 具體而言，晶座3 3由例如鐵系材料所構成。電極3 1係由 例如Au(金）與Zn(鋅）之合金所構成之p型電極。該電極3 1相 對於P型接觸層23而形成。該接觸層23形成於活性層21之 上部。s亥活性層21形成於AlxGa(1_x)As層11之上部。該 AlxGa(1_x)As層11上所形成之電極32係由例如Au與Ge(鍺）之 合金所構成之η型電極。 繼而，參照圖19，對本實施形態中之紅外線LED 30a之 製造方法進行說明。 首先，藉由實施形態3中之紅外線LED用磊晶晶圓2〇&之 製造方法（步驟S1至S5、S7)來製造磊晶晶圓202^再者， 使磊晶層成長之步驟S7中，形成活性層21及接觸層23 ^接 著，將GaAs基板除去（步驟S6)。再者’若實施該步驟S6， 140719.doc -38- 201006017 則可製造圖17所示之紅外線LED用磊晶晶圓2〇c。 接著’於紅外線LED用蠢晶晶圓20c之表面20cl及背面 20c2上形成電極31、32(步驟su)。具體而言，藉由例如蒸 鑛法’對表面20cl上蒸鑛Au與Zn ’又，對背面2〇c2上蒸錄 Au與Ge之後，實施合金化，形成電極31、32。 接著，對該LED進行封裝（步驟S12)。具體而言，例如， 使電極3 1側朝下’於晶座33上以Ag漿等晶片接合劑或 AuSn等之共晶合金進行晶片接合。 可藉由實施上述步驟S1至S12來製造圖18所示之紅外線 LED 30a 〇 再者，本實施形態中對使用實施形態5之紅外線LED用 磊晶晶圓20c之情形進行了說明，但亦可應用實施形態3及 4之紅外線LED用磊晶晶圓20a、20b。其中，亦可於完成 紅外線LED 30a之前，實施將GaAs基板13除去之步驟S6。 如以上說明般，本實施形態中之紅外線LED 30a具備實 施形態2中之AlxGa(1_x)As基板10b、形成於AlxGa0-x)As層11 之主表面11a上且包含活性層21之磊晶層、形成於磊晶層 之表面20cl上之第1電極31、及形成於AlxGa(i_x)As層11之 背面20c2上之第2電極32。 又，本實施形態中之紅外線LED 30a之製造方法具備如 下步驟：藉由實施形態2之AlxGan_x)As基板l〇b之製造方法 來製造AlxGa(1-x)As基板10b(步驟S1至S6);藉由OMVPE法 而於AlxGan.x)As層11之主表面11a上形成包含活性層21之 磊晶層（步驟S7);於磊晶晶圓20c之表面20cl上形成第1電 140719.doc -39- 201006017 極31(步驟S11);及，於AlxGa(1_x)As層11之背面1 ib上形成 第2電極32(步驟S11)。 根據本實施形態之紅外線LED 30a及其製造方法，由於 使用AlxGa(丨-x)As層11之A1組成比X經控制之AixGa(i x)As* 板1 Ob，因此，可實現維持較高之透射特性，且製作元件 時具有較高之特性的紅外線LED 30a。 又’於活性層21側形成有電極31 ’且於AlxGa(1.x)As層11 側形成有電極32。根據該構造，可自電極32，藉由 AlxGa(bX)As層11而使電流進一步擴散遍及紅外線led 30a 之整個面。因此，可獲得發光效率得以進一步提高之紅外 線 LED 3 0a。 (變形例） 如圖28所示’變形例之紅外線LED 30d具備與實施形態6 中之紅外線LED 30a基本相同之構成，不同之處在於使用 實施形態4之變形例中之磊晶晶圓20d。該情形時，可實現 使VF特性提高之紅外線LED 30a。 (實施形態7) 參照圖20，對本實施形態之紅外線LED 30b進行說明。 如圖20所示，本實施形態之紅外線LED 30b具備與實施形 態6之紅外線LED 30a基本相同之構成，不同之處在於 AlxGa(1…As層11側配置於晶座33上。 具體而言，於磊晶晶圓20c之表面20cl(本實施形雜中為 接觸層23)上相接設置有電極31，且於背面2〇c2(本實施形 態中為AlxGa(1-x)As層11)上相接設置有電極32。 140719.doc •40· 201006017 電極31為提取光而將磊晶晶圓20c之表面20cl之一部分 覆蓋。因此’磊晶晶圓20c之表面2〇cl之剩餘部分露出。 電極32將磊晶晶圓2〇c之背面2〇c2之整個面覆蓋。 本實施形態中之紅外線LED 3 Ob之製造方法，具備與實 施形態6中之紅外線LED 30a之製造方法基本相同之構成， 不同之處在於形成上述之電極31、32之步驟S11。 再者，此外之紅外線LED 30b及其製造方法，與實施形 態6中之紅外線LED 30a及其製造方法之構成相同’因此對 相同構件標註相同符號，並對其不進行重複說明。 又’於GaAs基板13未被除去之情形時，亦可於（jaAs基 板13之背面13b形成電極。於實施形態3之磊晶晶圓2〇a中 使用蟲晶層進而包含接觸層之磊晶晶圓來形成紅外線LEd 之情形時’則成為如同圖29所示之紅外線LED 30c般之構 造。該情形時’作為代表例，如圖29所示，於GaAs基板13 側配置晶座33。作為其變形例，亦可使GaAs基板13侧位於 與晶座3 3相反之一側上。 實施例1 本實施例中，對AlxGa(丨_x)As層11中背面lib之A1組成比X 咼於主表面11a之A1組成比X的效果進行分析。具體而言， 依照實施形態1中之AlxGa(1_x)As基板l〇a之製造方法來製造 AlxGa(1.x)As基板 l〇a。 更具體而言，準備GaAs基板13(步驟S1)。接著，利用 LPE法於該GaAs基板13上使A1組成比X為ogxSi之各種 AlxGa(1.x)As層11進行成長（步驟S2)。 140719.doc -41- 201006017 對該11，就發光波長為850 nm、880 nm及 94〇 nm時之透射特性及表面之氧含量進行分析。為了確認 “等特11 ’而將圖〗之A丨xGa(i…八3層η以於深度方向上之 Α1，及成比達到均勻之方式，以8〇叫至1 〇〇 pm之厚度製 成’並如圖11之流程般將GaAs基板13除去，使之達到圖10 之狀態’並以透射率測定器測定透射率特性。氧含量係依 ，、'、圖14之流程製成相同之試樣，並利用OMVPE法使磊晶 層成長，於將GaAs基板13除去之前，利用SIMS(Sec〇ndary
Ion Mass Spectr〇sc〇py，二次離子質譜分析儀）對八咖(㈣As 層11之主表面11&進行測定。其結果示於圖21及圖22中。 圖21中，縱軸表示AlxG^^As層11之A1組成比x，橫轴 表示透射特性。於圖21中越向右側該透射特性越好。又， 觀察發光波長為880 nm之情形而得知即便更低之A1組成， 透射特性亦良好。又，可確認於發光波長為94〇 nm之情形 時，即便A1組成更低，亦難以使透射率降低。 接著’圖22中’縱轴表示AlxGa(i x)A^丨丨之八丨組成比 X，橫轴表示表面之氧含量。於圖22中，越向左侧該氧含 量越好。再者’發光波長為85〇nm、88〇 nm及940 nm時表 面之氧含量相同。 於此，本實施例中，如上所述以沿深度方向A1組成比達 至】均勻之方式製成AlxGau-qAs層11，但由於氧含量主要取 決於AlxGa(】_x〉As層11之主表面iia之A1組成比，因此，根 據與上述相同之實驗而確認出，即便如圖2至圖5所示於A1 組成比中具有梯度之情形時，該氧含量亦具有與主表面上 1407l9.doc •42· 201006017 之A1組成比較強之關聯性。 相同之傾向亦適於透射特性，透射特性，於如圖2至圖5 所不A1組成比巾具有梯度之情料，會受到μ組成比最低 之4刀之影響。具體而言，於具有圖2至圖5所示之梯度之 情形時，當梯度之圖形（層數、各層之梯度、厚度）、及梯 度（ΔΑ1/距離）相同時，層中之平均A1組成比之大小具有與 透射特性較強之關聯性。 如圖21所示可得知，α1Αμ-χ)α8層"之八丨組成比乂越 尚，透射特性則越提高。又，如圖22所示，AlxGa(i_x)A^ 11之A1組成比X越低，則越可降低主表面上所含之氧含 量。 以上根據本實施例，可知於中可藉由提 问月面11 b之A1組成比X來維持高透射特性，並藉由降低主 表面11a之A1組成比X來降低主表面之氧含量。 實施例2 φ 本實施例中，對AlxGa〇…As層11具備自背面lib側之面 朝主表面11 a側之面A1組成比x分別單調減少之複數層的效 果進行了分析。具體而言，依照實施形態丨中圖丨所示之 • AlxGa(1-x)As基板10a之製造方法，製造^種八⑶％…心基 板 10a。 更具體而言，準備2英吋及3英吋之GaAs基板（步驟S1)。 接著，藉由緩冷法使AlxGa^yAs層11成長（步驟S2)。該 步驟S2中’以含有1層以上之如圖2所示A1組成比X朝著成 長方向不斷減少之層的方式’使八15{(3&(1_?〇八8層U成長。詳 140719.doc •43- 201006017 細而言，以AlxGao^As層11之主表面11&之乂組成比χ(Αι 組成比X之最小值）、各層中背面llb側之面之八丨組成比X與 主表面11a側之面的A1組成比X之差（A1組成比χ之差）、及自 背面1 lb側之面朝主表面i la側之面A1組成比χ分別單調減 少之層的數量（層數）按照下述表所示之方式，使32種 AlxGau.yAs層11成長。藉此，製造出基板 10a 〇 對該等AlxGao.yAs基板l〇a ’使用厚度規，於以凸面為 上面之AlxGao-oAs基板l〇a與平行台之間隙中，測定 AlxGa^yAs基板l〇a上所產生之翹曲。其結果示於下述表j 中。表1中，將AlxGa^wAs基板l〇a上所產生之魅曲於使用 2英寸GaAs基板時為200 μηι以下，且於使用3英对GaAs基 板時為300 μιη以下之情形記為〇，而將於使用2英吋GaAs 基板時超過200 μηι，且於使用3英吋GaAs基板時超過3〇〇 μιη之情形記為χ。 140719.doc •44- 201006017 •· 140719.doc 【r—Iΐ 各層數中之翹曲 〇 〇 〇 X 〇 〇 〇 X m 〇 〇 〇 X 〇 〇 〇 X (N 〇 〇 X X 〇 〇 X X 〇 X X X 〇 X X X Α1組成比X之差 ο X VII ο in (Ν ο 厶 VII Ο m ο X VII (Ν ο 0.35^χ 0^χ<0.15 yn <Ν ο χ VII ο I 0.25^χ<0.35 X VII κη ο Α1組成比X之最小值 0.1-0.3 0.3-0.5 -45- 201006017 如表1所不，無論主表面lla之AI組成比χ如何，單調減 乂之層中之八丨組成比x之差越小，AlxGa(1-x)A s基板10a上便 越難以產生趣曲。彳知於A1組成比X之差為G.15以上且未 滿0.35之情形時，可藉由使八1"〜沟入3層11包含多層單調 減少之層來緩和翹曲。由此，推測於A1組成比X之差較小 為〇.15以下，且進而降低翹曲之情形時，增加A1組成比x 單調減少之層數較為有效。又’推測即便於A1組成比X之 差為0.35以上之情形時，亦可藉由將單調減少之層數增加 至5層以上而緩和勉曲。再者，使用2英对及3英忖之 基板，特性亦不會存在差異。 如以上說明般，可確認根據本實施例可藉由使 11包含複數個自背面Ub侧之面朝主表面丨ia 側之面顯成比X分別單調減少之層，來緩和_(^ 基板10a之麵曲。 實施例3 本實施例中，對紅外線LED用磊晶晶圓具備多重量子井 構造之活性層之效果、及阻障層與井層之較佳層數進行分 析。 本實施例中，使僅將多重量子井構造之活性層21之厚度 及層數變更之圖23所示的4種磊晶晶圓4〇進行成長。 具體而言，首先，準備GaAs基板13(步驟S1)。接著藉 由OMVPE法而依序使n型披覆層41、非摻雜波導層芯活 性層21、非摻雜波導層43、？型彼覆層44、Ai^a(i x)As層 11及接觸層23成長。各層之成長溫度為75〇t：。n型坡覆層 140719.doc -46 - 201006017 41具有0_5 μηι之厚度且包含AlowGaowAs，非摻雜波導層 42具有0.02 μηι之厚度且包含αι〇 3〇Ga().7()As，非摻雜波導層 43具有0.02 μιη之厚度且包含AlmGaQjAs，p型披覆層44 具有 0.5 μπι 之厚度且包含 αι〇 35Ga〇.65As ’ AlxGa(1.x)As層 11 具有2 μιη之厚度且包含p型aiq 15Ga〇.85As，接觸層23具有 0.01 μηι之厚度且包含p型GaAs。又，活性層21係發光波長 為840 nm至860 nm，且具有各2層、10層、20層及50層之 井層與阻障層的多重量子井構造（MQW)。各井層係具有 7.5 nm之厚度且包含GaAs之層，各阻障層係具有5 nm之厚 度且包含Al〇.3〇Ga〇.7〇As之層。 又’本實施例中’作為紅外線LED用之其他磊晶晶圓， 係使僅於如下方面不同之雙異質構造之磊晶晶圓進行成 長’該不同之處係該磊晶晶圓中具有發光波長為87〇 nm且 僅由具有0.5 pm厚度之井層所構成之活性層。 對於經成長之各個磊晶晶圓，不將GaAs基板除去而分 別製作磊晶晶圓。接著，藉由蒸鍍法而分別於接觸層23上 形成包含AuZn之電極，於11型（^^基板13上形成包含 AuGe之電極。藉此獲得紅外線LED。 藉由恆定電流源與光輸出測定器（積分球），而測定各個 '·工外線LED於20 mA電流流動時之光輸出。其結果示於圖 24中。再者，圖24之橫轴中，「DH」係指具有雙異質構 造之LED，「MQW」係指在活性層中具備井層及阻障層之 LED，層數係指井層及阻障層各自之層數。 如圖24所示得知，與具有雙異質構造之LED相比，具備 140719.doc •47- 201006017 具有多重量子井層之活性層之LED可使光輸出提高。尤其 可知’井層及阻障層為10層以上且50層以下之LED可大幅 提高光輸出。 於此，本實施例中，藉由OMVPE法來製造八丨山％…^ 層11 ’但OMVPE法如實施例！等所示，於八丨力叫⑷〜層" 之厚度較大之情形時，極其需要時間以使該八丨"^…&層 11成長。除此方面以外，所形成之紅外線led之特性，因 與本發明之使用LPE法及OMVPE法之紅外線LED相同，故 而可應用於本發明之紅外線LED。再者，於八15^3(1^)八3層 η之厚度較大之情形時，藉由使用LPE法而進一步達到能 夠縮短用以使AlxGa^wAs層1 1成長所需之時間的效果。 又，本實施例中，作為紅外線！^ΕΙ)用之進而其他磊晶晶 圓，使僅於如下方面不同之多重量子井構造之磊晶 晶圓進行成長，該不同之處係該磊晶晶圓具備發光波長為 940 nm且包含具有inGaAs之井層之活性層。井層之111(^^ 中，厚度為2 nm至1〇 nm，in組成比為〇丨至〇 3。又，阻障 層包含 Al〇.3〇Ga〇 7〇As。 對於該磊晶晶圓，亦以與上述相同之方式，形成電極並 製成紅外線LED。以與上述相同之方式，對該紅外線 LED ’亦測定光輸出，其結果獲得發光波長為940 nm之光 輸出。 再者’根據實驗而確認出阻障層中即便GaAs〇 9〇p〇 ι〇乃 至Al0.3〇Ga0.7〇As〇_9〇p〇 ]〇 ’亦具有相同之結果。又，根據實 驗亦確認出In組成比、p組成比可任意進行調整。 140719.doc 201006017 根據以上所述可確認出，於發光波長為840 nm以上且 890 nm以下之情形時，能夠將以GaAs為井層用作 活性層’又’於發光波長為86〇 nm以上且89〇 nm以下之情 形時，能夠應用包含GaAs之雙異質（dh)構造。進而確認 出，於發光波長為850 nm以上且11〇〇 nm以下之情形時， 可由包含InGaAs之井層製成活性層。 實施例4 本實施例中，對紅外線LED用磊晶晶圓之 11之厚度的有效範圍進行分析。 本實施例中’使僅AlxGao—j^As層11之厚度經變更之圖25 所不之5種蟲晶晶圓50進行成長。 具體而言，首先’準備GaAs基板13(步驟S1)。接著，藉 由LPE法而分別形成具有2 μηι、1〇 μηι、20 μηι、100 μπι及 140 μηι之厚度且包含αΖη為摻雜物之卩型八1()35(^。65八8之
AlxGa(]_x)As層 11(步驟 S2)。使 AlxGa(1.x)As層 11 成長之[PE 法之成長溫度為780°C，成長速度為平均4 μπι/Η。接著， 使用鹽酸及硫酸，對AlxGa^-wAs層11之主表面1 ia進行清 洗（步驟S3)。接著，藉由化學機械研磨對八丨………^層η 之主表面11a進行研磨（步驟S4)。其次，使用氨及過氧化 氫’對AlxGa(1_x)As層11之主表面lla進行清洗（步驟S5)。 接著’藉由OMVPE法而依序使p型披覆層41、非摻雜波導 層42、活性層21、非摻雜波導層43、η型披覆層44及η型接 觸層23進行成長（步驟S6)。使該等層成長之〇MVPE法之成 長溫度為750°C，成長速度為1至2 μπι/Η。再者，ρ型披覆 I40719.doc • 49· 201006017 層41、非摻雜波導層42、非摻雜波導層43、η型披覆層44 及η型接觸層23採用與實施例3相同之厚度及材料（摻雜物 除外）。又，使具有各20層之井層及阻障層之活性層2 i成 長各井層係具有7.5 nm之厚度且包含GaAs之層，各阻障 層係具有5 nm之厚度且包含Alo.wGauoAs之層〇 接著，將GaAs基板13除去（步驟S7)。藉此，製造具備具 有5種厚度之AlxGau-yAs層之紅外線LED用磊晶晶圓。 接著，藉由蒸鍍法而分別於接觸層23上形成包含AuGe 之電極，並於AlxGao.yAs層11之背面llb上形成包含AuZn 之電極。藉此，製造紅外線LED。 以與實施例3相同之方式，對各個紅外線led，測定光 輸出。其結果示於圖26中。 如圖26所示’具備具有20 μιη以上且140 μπι以下之厚度 之AixGauwAs層11的紅外線LED可使光輸出大幅提高，而 具備具有100 μιη以上且140 μιη以下之厚度之AlxGa(丨χ)Α^ 11的紅外線LED可使光輸出極大幅度提高。 再者，因未滿20 μιη而使除去GaAs基板13之效果無法呈 現的原因在於’自發光影像觀察發光面積之擴展幾乎未產 生變化。其原因在於，以摻雜物之p型AlxGa(i ^8層i i中 遷移率較低故而電流不擴散。此方面可藉由改為Te摻雜物 之η型AlxGa^wAs層11來提高遷移率進行改善。後述之實 施例5中，因改為Te摻雜物而使得發光影像擴散，呈現輸 出提尚。 實施例5 140719.doc -50· 201006017 本實施例中，就對本發明之紅外線LED之活性層之擴散 較小情況下的效果進行分析。 (試樣1) 試樣1之紅外線LED用磊晶晶圓係以如下方式製造。具 體而言’首先，準備GaAs基板13(步驟S1)。接著，藉由 LPE法而使摻雜有Te、具有20 μιη之厚度且包含η型
Al0.35Ga〇.65As之 AlxGa(1_x)As層 11 進行成長（步驟 S2)。接 著’使用鹽酸與硫酸，對AlxGa(1_x)As層11之主表面11a進 行清洗（步驟S3)。接著’藉由化學機械研磨，對AlxGa(i x)As 層Π之主表面11a進行研磨（步驟S4)e接著，使用氨及過氧 化氫，對AlxGa+yAs層11之主表面ua進行清洗（步驟 S5)。接著，藉由OMVPE法，如圖25所示，依序使摻雜有 Si之η型彼覆層41 '非摻雜波導層42、活性層21、非摻雜 波導層43、以及摻雜有Ζη之ρ型披覆層44及ρ型接觸層23成 長（步驟S6)。再者，η型披覆層41、非摻雜波導層42、非 摻雜波導層43及ρ型彼覆層44之厚度及摻雜物以外之材料 與實施例3相同。又’使具有各20層之井層及阻障層之活 性層21成長。各井層係具有7.5 nm之厚度且包含GaAs之 層’各阻障層係具有5 nm之厚度且包含AlmGaowAs之 層。再者’ LPE法及OMVPE法之成長溫度及成長速度與實 施例4相同。 接著，將GaAs基板13除去（步驟S7)。藉此製造出試樣1 之紅外線LED用磊晶晶圓。 接著，藉由蒸鍍法，於ρ接觸層23上形成包含AuZn之電 140719.doc •51- 201006017 極’於AlxGa(i-x)As層11下形成包含AuGe之電極（步驟 S11)。藉此製造出紅外線LED。 (試樣2) 就試樣2而言’首先準備GaAs基板13(步驟S1)。接著， 藉由OMVPE法’並以與試樣1相同之方式，依序使p型彼 覆層44、非掺雜波導層43、活性層21、非摻雜波導層42及 η型披覆層41進行成長。接著，利用LPE法形成AlxGa+yAs 層11。AUGao-yAs層11之厚度及材料與試樣1相同。 接著’以與試樣1相同之方式，將GaAs基板13除去，製 造出試樣2之紅外線LED用磊晶晶圓。 接著’以與试樣1相同之方式，於蠢晶晶圓之表面及背 面上形成電極，製造出試樣2之紅外線LED。 (測定方法） 對試樣1及試樣2之紅外線LED，測定Zn擴散長度及光輸 出。具體而言，藉由SIMS來測定活性層與波導層之界面 上之Zn濃度’進而，藉由SIMS來測定該Zn濃度為丨/…以 下之活性層内之位置’將自活性層與波導層之界面至活性 層之距離作為Zn擴散長度。又，以與實施例3相同之方 式，測定光輸出。 其結果記載於下述表2中。 [表2]
Zn擴散長度(μιη) 活性層内之Zn最大濃度(cm·3) 光輸出(mW) 本發明例 0 6.〇χ1015 13 比較例 0.3 6.〇χ1017 0.62 140719.doc •52- 201006017 (測定結果） 如表.2所示，於藉由LPE法使AlxGa^wAs層11成長之 後，利用OMVPE法使活性層成長的試樣1中，可防止推雜 於先於活性層所形成之AlxGan^As層11中之Zn向活性層内 擴散，且可降低活性層21中之Zn濃度。其結果，試樣 紅外線LED ’與試樣2相比可使光輸出大幅提高。 根據以上所•述可確認，根據本實施例，於藉由LPE法而 形成AlxGaowAs層11(步驟S2)之後，形成包含活性層之悬 晶層（步驟S7)，藉此能夠提高光輸出。 實施例6 本實施例中對ΔΑ1/Μ超過0/μηι情形之效果進行分析。 具體而言，準備GaAs基板（步驟S1)。接著，藉由緩冷法 而使具有各種厚度及A1組成比X之AlxGa+yAs層11成長（步 驟 S2)。 該步驟S2中，以包含1層以上之A1組成比χ朝成長方向不 斷減少之層的方式’使AlxGa^wAs層11成長。接著，伴隨 實施清洗、研磨、及清洗之步驟（步驟S3至S5)，製作出形 成有GaAs基板之AlxGao.yAs基板。接著，藉由〇ΜνρΕ& 而於AlxGa^-j^As層11之主表面iia上形成活性層2i(步驟 S7)。其次’將GaAs基板除去（步驟S6)。藉此製造出複數 個蠢晶晶圓。 於該磊晶晶圓之剖面上，藉由EPMA(Electron Probe Micro Analyzer，電子微探分析儀）自AlxGa(ix)As*板之背 面朝主表面，以1 μϊη為單位測定A1組成比χ。將A1組成比x 140719.doc -53- 201006017 朝成長方向不斷減少之層為1層之試樣3、4、與A1組成比X 朝成長方向不斷減少之層為3層之試樣5的結果示於圖30及 圖31中。再者’圖30及圖31中，橫軸之厚度〇對應於 AlxGa(1_x)As基板之背面側。 如圖30及圖31所示’對A1組成比X經測定之AlxGau.x；)As 基板，求出作為A1組成比斜率之△AiMt(單位：組成比差/ μιη)。其結果示於圖32及圖33中。再者，於圖32及圖33 中’將AlxGa(1-x)As基板之背面作為厚度為〇。 圖32所示之試樣3或試樣4之AAlMt為1χ1〇-3/μιη至2xl〇-2/pm 。圖 33所示之試樣 5之 ΔΑ1/Μ為 1χ1〇-3/μηι至 3χ1〇-2/μπι。 如此，對試樣3至5以外之複數個AlxGa(1_x)As基板亦同樣 測定AAlMt。 其後，將具備該AlxGa^.yAs基板之磊晶晶圓製成4〇〇 μιη 見方之LED晶片。而且，對該等[ED測定20 mA/晶片中之 光輸出，並以參考輸出進行標準化。八\(^(4)八3層11之平 均 A1組成比4〇$χ<0.3、〇 3$χ<〇 5、〇 5^d〇之情形 時之結果分別示於圖34至圖36中。 又，作為比較例，準備如下之基板，其包含 A1組成比X為固定之〇」、〇.3、〇^Α1χ&(丨…心層^並 以相同之方式於該AIxGM^As基板上形成磊晶層，將其製 成LED晶片。對該LED同樣以參考輸出進行標準化，並將 各自之結果作為比較例’示於圖34至圖36中。 圖4之比較例之A1組成比為〇 1，圖3 5之比較例之μ組 成比為〇,3，圖36之比較例之A1組成比為05。再者，比較 140719.doc •54· 201006017 例之AA1/At為0，但為了進行比較而於圖34至圖％中以虛 線表示比較例之參考輸出。 如圖34至圖36所示，與A1組成比χ為固定之情形相比， △Al/At超過0之本發明例可提高輸出。 又，如圖34所示，於A1組成比較低（0gx<〇3)之情形時 透射性低，因此難以整體上提高輸出，但若ΔΑ1/Δί變大， 則會具有顯著提南透射性之效果。 又’如圖36所示’於A1組成比較高（〇 i 〇)之情形 時’ AlxGa0-x}As層之主面會被氧化，因此於組成比固定之 比較例之情形下無法獲得輸出。然而，即便為八丨組成比較 高之情形，若ΔΑ1/Μ超過〇，則可抑制主面之氧化，提高 輸出。 於Α1組成為圖34與圖36之間之圖35所示之情形時 (0·3 S χ<0.5) ’即便Α1組成比為固定（〇.3)之情形，與Ai組 成比為固定之〇· 1及〇 5之比較例相比亦可提高輸出。然 而’ ΔΛ1/Μ超過〇之本發明例，與八丨組成比為ο』之比較例 相比’仍可提高輸出。 由以上所述根據本實施例，可確認藉由使ΔΑ1/Μ超過〇 便可提高輸出。 又’可碟認ΔΑ1/Μ越大便越能提高輸出。本實施例中， 如圖35所示可製造ΔΑΙ/Δί為6χ1〇-2/μιη以下之AlxGao^As基 板。 進而可確認，若A1組成比X超過0.3且為1以下，則可極 大地提高輸出。 140719.doc -55· 201006017 實施例7 本實施例中，對AlxGa(1-x)As層與磊晶層之界面處氧之峰 值濃度為5 X 102。atom/cm3以下之效果、及氧之面密度為 2.5xi〇15 at〇m/cm2以下之效果進行分析。 具體而言，準備GaAs基板（步驟S1)。接著，藉由緩冷法 而使AlxGa(1_x)As層11於各種條件下進行成長（步驟S2)。該 步驟S2中，以包含1層之A1組成比X朝成長方向不斷減少之 層的方式，使 AlxGa(1_x)As層 11 成長。又，AlxGa(1.x)As層 11 之厚度為3·6μιη。藉此’製造出8種AlxGa(1_x)As基板。 接著，藉由OMVPE法而於AUGao.yAs層11之主表面Ua 上形成活性層21(步驟S7) ^該活性層21之厚度為0.6 μΓη。 藉此，製造出8種磊晶晶圓。 將藉由SIMS而測定1個磊晶晶圓中氧濃度及二次離子強 度之結果示於圖37中。圖37中，橫軸係以活性層之表面為 〇而自活性層之表面朝八丨………^層之背面之厚度（單位： M·111)。A1濃度與氧濃度之交點係層與磊晶層之 界面。圖37之蠢晶晶圓中，AlxGa(i x)As層與蟲晶層之界面 (AUGhwAs層之主面）上之氧之峰值濃度為扒…8 atom/cm3。 以如此方式測定8種磊晶晶圓之氧濃度及二次離子強 度。而且’藉由求出氧濃度之峰值濃度，來曰 _ 必日_日日 圓測定層與羞晶層之界面、即AlxGa(1.x)As層之 主表面上之氧之峰值濃度。χ，根據二次離子強度與厚度 求出面雄度藉此對8種蟲晶晶圓分別測定AIxGa(1_x)As 140719.doc 201006017 繼晶層之界面、即AlxGa㈣^層之主表面上之氧之面 祗度。其結果示於圖38及圖39中》 其後，降具備該AlxGa(1-x)As基板之蟲晶晶圓製成4〇〇畔 見方之LED晶片。而且，對該等LED晶片測定μ心晶片 中之光輸出’並以參考輸出進行標準化。其結果示於圖38 及圖39中。
圖3 8所示，於八1){(^(1_?〇八8層之主表面上之氧之_值濃 度超過5xl〇2。atom/cm3之情形時，幾乎無法獲得輸出。然 而，於氧之峰值濃度為5xl02〇 at〇m/cm3以下之情形時則可 獲得輸出。尤其於氧之峰值濃度為4xl〇i9 at〇m/cm3以下之 情形時，輸出超過1，故而使得輸出大幅提高。 又，如圖39所示，於AlxGh.yAs層之主表面上之氧之面 密度為2.5xl〇15 atom/cm2的情形時，幾乎無法獲得輸出。 然而’於氧之面密度為2·5χ1015 atom/cm2以下之情形時則 可獲得輸出。尤其於氧之面密度為3·5χ1014 at〇m/cm2以下 之情形時’輸出超過1，故而使得輸出大幅提高。 由以上所述根據本實施例’可確認若AlxGa(i x)As層與蟲 晶層之界面處氧之峰值濃度為5x1020 atom/cm3以下，或氧 之面密度為2·5χ1015 atom/cm2以下，則於製作出led時可 提兩輸出。 實施例8 本實施例中，對AlxGa(1-x)As基板與活性層之間形成有Ai 組成比經控制之緩衝層之效果進行分析。 (試樣6) 140719.doc -57- 201006017 試樣6係首先準備GaAs基板（步驟si)，接著，藉由緩冷 法而使AlxGa(1_x)As層11成長（步驟S2)。該步驟S2中，以包 含1層之A1組成比X朝成長方向不斷減少之層的方式，使 AlxGa(,.x)As層 11成長。又，AixGa(1_x)As層 11之主表面 1U 之A1組成比X為0.25。又，AlxGa0-x)As層11之載子濃度為 5><1017 cm'3 ° 接著，藉由OMVPE法而於AlxGa(1.x)As層11之主表面lia 上形成緩衝層25。緩衝層25之A1組成比X為固定之0.15， 且厚度為100nm，載子濃度為5xl017cm·3。 接著’藉由OMVPE法而於緩衝層25上形成活性層21。 活性層中之彼覆層（n型、p型均可）之八丨組成比X為固定之 0.35，且厚度為500 nm ’ η型披覆層之載子濃度為5χ10ΐ7 cm'3 ° 藉此，製造20個圖27所示之磊晶晶圓20d。試樣6中， AlxGan.x)As基板之主表面之A1組成比（0.25)>緩衝層25之A1 組成比（0.15)<活性層21之A1組成比（〇·3 5)。 (試樣7) 试樣7之蟲晶晶圓之製造方法，與試樣6基本相同，不同 之處在於緩衝層及活性層之方面。具體而言，使緩衝層25 之A1組成比X為〇 ’亦即使緩衝層25為GaAs層。又，使緩衝 層25之厚度為1〇 nm。進而，使活性層21内及披覆層之A1 組成比X為0.6。試樣7中，AlxGa(1.x)As基板之主表面之A1 組成比（0.25)>緩衝層25之A1組成比（0)<活性層21之A1組成 比（0.6)。 140719.doc -58- 201006017 (試樣8) -式樣8之磊晶晶圓之製造方法’與試樣6基本相同，不同 之處在於並未形成有緩衝層。 (試樣9) 試樣9之蟲晶晶圓之製造方法，與試樣7基本相同，不同 之處在於並未形成有緩衝層。 * (測定方法） ❿ 使用試樣6至9之2〇個磊晶晶圓，製作2〇個 LED。而且， 對各個LED測定於順時針方向測定時之if= 2〇 mA下之電 壓值即順時針方向電壓^。將該等測定值之最大值、最小 值及平均值示於圖40中。 (測定結果） 如圖40所示，形成有A1組成低之緩衝層25之試樣6及7 中，與並未形成有緩衝層之試樣8及9相比，可抑制順時針 方向電壓VF之不均。 • 又，試樣7中形成GaAs層來作為緩衝層25，由於使其厚 度較薄，因此可抑制光之吸收。因此，即便形成有A1組成 比X極低之緩衝層之情形時，亦可藉由使厚度較薄而實現 對光輸出之影響較小的蟲晶晶圓。 尤其，試樣9係直接於AlxGh.^As基板上形成有A1組成 比高之活性層，因此VF之不均較大。然而，於形成有緩衝 層25之試樣7中，即便形成有A1組成比高之活性層之情 形，亦可抑制VF之不均。 由以上所述根據本實施例，可確認藉由於AlxGa(ix)As* 140719.doc •59· 201006017 板與活性層之間，形成有將A1组成比控制為低於活性層的 緩衝層，而於製作LED時提高特性。 實施例9 本實施例中，對AlxGa(1-x)As層11之背面lib之A1組成比X 為0_12以上之效果進行分析。 具體而言，準備GaAs基板（步驟S1)。接著，藉由緩冷法 而使AUGa^yAs層11成長（步驟S2)。該步驟S2中，以包含 1層之A1組成比x朝成長方向不斷減少之層的方式，使 AlxGa(1.x)As層11成長。又，以使背面Ub之A1組成比X不同 之方式’使複數層AlxGa(1_x)As層11成長。藉此準備 AlxGa(i_x)As 基板。 接著，準備氨：過氧化氫水=1: 10之蚀刻溶液。使用 該姓刻溶液於室溫下對複數個AlxGa(i x)As基板之GaAs* 板進行蝕刻。 其結果，於AlxGau-yAs層11中與GaAs基板相接之背面 lib之A1組成比為0.12以上之情形時，可於鐘内以3至5 μηι /分鐘之蝕刻速率將GaAs*板除去（步驟S3)。進而於 AlxGa^yAs層11中與GaAs基板相接之背面丨化之八丨組成比 為0.12以上之情形時，可於該八丨…叫…^層之背面上選擇 性地使钱刻停止。 由以上所述根據本實施例，可確認藉由使八^(^(4)八3層 11之背面1 lb之A1組成比X為〇. 12以上便可有效地將GaA^ 板除去。 實施例10 140719.doc -60 - 201006017 &例中’對可製成發光波長為900 nm以上之紅外線 LED之效果進行分析。 本實施例中，以與實施例4之紅外線LED之製造方法相 同之方式製造該紅外線LED，不同之處僅在於活性層21。 體而5，本實施例中，使包含各20層之具有ό nm之厚 度’且包含In〇12Ga() 88As之井層、及具有丨2 nm之厚度， 且包含GaAsopPaj之阻障層之活性層21進行成長。 對該紅外線LED測定發光波長。其結果示於圖4丨中。如 圖41所示’可確認能夠製造發光波長為940 nm之紅外線 LED。 實施例11 本實施例中’對發光波長為900 nm以上之紅外線LED中 所用之磊晶晶圓的條件進行分析。 (本發明例1至4) 本發明例1至4之紅外線LED係以與實施例10之紅外線 LED之製造方法相同之方法進行製造，不同之處僅在於
AlxGa(1.x)As層11及活性層21。具體而言，將AlxGa(1_x)As層 11之平均A1組成比設為下述表3中所記載者。 作為一例，以（背面、主表面）之順序列舉AlxGa0_x)As層 Π之主表面及背面之A1組成比’則各A1組成比為〇.〇5之情 形（0.10、0.01)、0.15 之情形（0.25、0.05)、0.25 之情形 (0_35、0.15)、0.35 之情形（〇_40、0.30)。其中，平均 乂組 成比及（背面、主表面）之組成比可進行任意調整》再者， AlxGao.yAs層11中自背面朝主表面，A1組成比單調減少。 140719.doc -61- 201006017 又，_就活性層21而言，使分別具有各5層之包含InGaAs層 之井層、及包含GaAs之阻障層的活性層21進行成長。該紅 外線LED具有890 nm之發光波長。 (本發明例5至8) 本發明例5至8之紅外線LED係以與本發明例1至4之紅外 線LED之製造方法相同之方法來進行製造，不同之處在於 發光波長為940 nm。 (比較例1、2) 比較例1、2之紅外線LED係以分別與本發明例1至4、及 本發明例5至8之紅外線LED相同之方式進行製造，不同之 處在於不具備AlxGa(i.x)As層11。亦即’未形成有AlxGa(i_x)As 層11，且未將GaAs基板除去。 (測定方法） 對本發明例1至8及比較例1、2之紅外線LED，測定晶格 弛緩。藉由PL(Photoluminesence，光激發螢光）法、X射線 繞射法、表面目視檢查而測定晶格弛緩。若將晶格弛緩之 磊晶晶圓製成紅外線LED，則確認有暗線（dark line)。 又，以與實施例3相同之方式，對本發明例1至8及比較例 1、2之紅外線LED測定光輸出。其結果示於下述表3中。 140719.doc -62- 201006017 [表3]
1 k板 活性層 晶格弛緩 發光波長 光輸出 材料 A1組成比 組成 層數 本發明例1 AlGaAs 0.05 InGaAs/GaAs 5 無 890 nm 5mW 本發明例2 AlGaAs 0.15 InGaAs/GaAs 5 無 890 nm 6mW 本發明例3 AlGaAs 0.25 InGaAs/GaAs 5 無 890ren 6mW 本發明例4 AlGaAs 0.35 InGaAs/GaAs 5 無 890 nm 6mW 比較例1 GaAs - InGaAs/GaAs 5 無 890 nm 1.5 mW 本發明例5 AlGaAs 0.05 InGaAs/GaAs 5 有 940 nm 2mW 本發明例6 AlGaAs 0.15 InGaAs/GaAs 5 有 940 nm 3 mW 本發明例7 AlGaAs 0.25 InGaAs/GaAs 5 有 940 nm 3.5 mW 本發明例8 AlGaAs 0.35 InGaAs/GaAs 5 有 940 nm 3.5 mW 比較例2 GaAs InGaAs/GaAs 5 無 940 nm 1.5 mW
如表3所示，發光波長為890 nm之紅外線LED中，無論 基板為GaAs基板抑或是AlxGa(i_x>As層 '均不存在晶格弛 緩（晶格失配）。又，僅包含GaAs基板之比較例2之紅外線 LED中，即便發光波長為940 nm亦不存在晶格弛緩。然 而，具備AlxGa(1_x)As層11來作為AlxGa(1_x)As基板，且發光 波長為940 nm之本發明例5至8之紅外線LED中存在晶格弛 緩。如此可得知，具備AlxGad.wAs層11來作為AlxGa(1.x)As 基板之紅外線LED中，相對於不存在晶格弛緩之紅外線 LED之輸出為5 mW至6 mW，存在晶格弛緩之紅外線LED 之輸出較低為2 mW至3.5 mW，即便於同一晶圓面内亦存 在較大之不均。更具體而言，此為具有2至4英吋0之晶圓 直徑之晶圓中之測定不均。 由此得知，可應用於GaAs基板上之技術，將無法應用於 發光波長為900 nm以上之紅外線LED中所用之磊晶晶圓。 140719.doc -63- 201006017 因此，本發明者如下述般對於發光波長為900 nm以上之 紅外線LED中所用之蟲晶晶圓中抑制晶格他緩之條件進行 了銳意研究。 具體而言，以如下方式製造本發明例9至24及比較例3至 6之發光波長為940 nm之紅外線LED。 (本發明例9至12) 本發明例9至12之紅外線LED基本上以與本發明例$至8 之紅外線LED相同之方式進行製造，不同之處在於使井層 及阻障層之層數各為3層。該井層之In組成比為〇 12。 (本發明例13至16) 本發明例13至16之紅外線LED基本上以與本發明例5至8 之紅外線LED相同之方式進行製造，不同之處在於使阻障 層為GaAsP，且使井層及阻障層之層數各為3層。該阻障 層之P組成比為0.10。 (本發明例17至20) 本發明例17至20之紅外線led基本上以與本發明例1 3至 16之紅外線LED相同之方式進行製造，不同之處在於使井 層及阻障層之層數各為1〇層。 (本發明例21至24) 本發明例21至24之紅外線LED基本上以與本發明例5至8 之紅外線LED相同之方式進行製造，不同之處在於使阻障 層為AlGaAsP，且使井層及阻障層之層數各為2〇層。該阻 障層之P組成比為〇.1〇。 (比較例3至6) 140719.doc • 64 - 201006017 比較例3之紅外線LED基本上以分別與本發明例9至12、 本發明例13至16、本發明例17至20、本發明例21至24之紅 外線LED相同之方式進行製造，不同之處在於使用不具備 作為 AlxGa(1_x)As基板之 AlxGa(1_x)As層之 GaAs基板。 (測定方法） 以與上述方法相同之方式，測定晶格弛緩及光輸出。其 ' 結果示於下述表4中。 [表4]
基板 活性層 晶格弛缓 光輸出 材料 A1組成比 組成 層數 本發明例9 AlGaAs 0.05 InGaAs/GaAs 3 無 6mW 本發明例10 AlGaAs 0.15 InGaAs/GaAs 3 無 6mW 本發明例11 AlGaAs 0.25 InGaAs/GaAs 3 無 6mW 本發明例12 AlGaAs 0.35 InGaAs/GaAs 3 無 6mW 比較例3 GaAs - InGaAs/GaAs 3 無 1.5 mW 本發明例13 AlGaAs 0.05 InGaAs/GaAsP 3 無 6mW 本發明例14 AlGaAs 0.15 InGaAs/GaAsP 3 無 6mW 本發明例15 AlGaAs 0.25 InGaAs/GaAsP 3 無 6mW 本發明例16 AlGaAs 0.35 InGaAs/GaAsP 3 無 6mW 比較例4 GaAs . InGaAs/GaAsP 3 無 1.5 mW 本發明例17 AlGaAs 0.05 InGaAs/GaAsP 10 無 6mW 本發明例18 AlGaAs 0.15 InGaAs/GaAsP 10 無 6mW 本發明例19 AlGaAs 0.25 InGaAs/GaAsP 10 無 6mW 本發明例20 AlGaAs 0.35 InGaAs/GaAsP 10 無 6mW 比較例5 GaAs - InGaAs/GaAsP 10 無 1.5 mW 本發明例21 AlGaAs 0.05 InGaAs/AlGaAsP 20 無 6mW 本發明例22 AlGaAs 0.15 InGaAs/AlGaAsP 20 無 6mW 本發明例23 AlGaAs 0.25 InGaAs/AlGaAsP 20 無 6mW 本發明例24 AlGaAs 0.35 InGaAs/AlGaAsP 20 無 6mW 比較例6 GaAs - InGaAs/AlGaAsP 20 無 1.5 mW 140719.doc -65- 201006017 (測定結果） 如表4所示，活性層21内之井層具有包含WAs， 井層之層數為4層以下之本發明例9至12未產生晶格他 緩。 活!·生層内之阻障層具有包含p之GaAsp或A】GaAsp， 且阻障層之層數為3層以上之本發明例13至24未產生晶格 弛緩。 根據、上清形發現·根據本實施例，於發光波長為9⑽ nm以上之紅外線LED中所用之蟲晶晶圓中，當活性層内之 井層具有匕3 In之材料，且井層之層數為4層以下時，及 田活層内之阻障層具有包含p之材料，且阻障層之層數 為3層以上時，可抑制晶格失配。 應認為此次揭示之實施形態及實施例之所有方面均為例 不而並非限制性者。本發明之範圍並非由上述實施形態來 表示而疋由申請專利範圍表示，且包含與申請專利範圍均 等之意思及範圍内之所有變更。 【圖式簡單說明】 圖1係概略性地表示本發明實施形態1中之AlxGa(i x)As* 板之剖面圖； 圖2係用以說明本發明實施形態1中之AlxGan-x)As層之A1 組成比X之圖； 圖3係用以說明本發明實施形態1中之AlxGa(1-x)As層之A1 組成比X之圖； 圖4係用以說明本發明實施形態1中之AlxGa(1_x)As層之A1 140719.doc -66· 201006017 組成比X之圖； 圖5(A)至圖5(G)係用以說明本發明實施形態1中之 A1xGa(1_x)As層之A1組成比X之圖； 圖6係表示本發明實施形態1中之AlxGa(1_x)As基板之製造 方法之流程圖； 圖7係概略性地表示本發明實施形態1中之GaAs基板之 剖面圖； 圖8係概略性地表示使本發明實施形態1中之AlxGa(i x)As 層成長之狀態的剖面圖； 圖9(A)至圖9(C)係用以說明本發明實施形態1中之 入1340&(1_5〇入8層具備入1組成比\單調減少的複數層時之效果 之圖； 圖10係概略性地表示本發明實施形態2中之AlxGa(1.x)As 基板之剖面圖； 圖11係表示本發明實施形態2中之AlxGa(i_x)As*板之製 造方法之流程圖； 圖12係概略性地表示本發明實施形態3中之紅外線lEd 用磊晶晶圓之剖面圖； 圖13係概略性地表示本發明實施形態3中之活性層之放 大剖面圖； 圖14係表示本發明實施形態3中之紅外線led用磊晶晶 圓之製造方法之流程圖； 圖15係概略性地表示本發明實施形態*中之紅外線lEd 用蟲晶晶圓之剖面圖； 140719.doc -67· 201006017 圖16係表示本發明實施形態4中之磊晶晶圓之製造方法 之流程圖； 圖17係概略性地表示本發明實施形態5中之紅外線LED 用Λδ日日晶圓之剖面圖； 圖18係概略性地表示本發明實施形態6中之紅外線LED 之剖面圖； 圖19係表示本發明實施形態6中之紅外線LED之製造方 法的流程圖； 圖20係概略性地表示本發明實施形態7中之紅外線LED 之剖面圖； 圖21係表示實施例1中AlxGa(1_x)As層之相對於A1組成比X 之透射特性之圖； 圖22係表示實施例i中AlxGa(i x)As層之相對於A1組成比χ 之表面之氧含量的圖； 圖23係概略性地表示實施例3中之紅外線led用磊晶晶 圓之剖面圖； 圖24係表示實施例3中之具備具有多重量子井構造之活 性層的紅外線LEDU日日日晶圓、及雙異質構造之紅外線 LED用蠢晶晶圓之光輸出之圖； 圖25係概錢地表*實關4巾之紅外^则蟲晶晶 圓之剖面圖； 圖26係表示實施例4中之窗口 尚增厚度與先輸出之關係之 圖27係概略性地表示本發明 實施形態4之變形例中 的紅 140719.doc •68· 201006017 外線LED之剖面圖； 明實施形態6之變形例中之紅 圖28係概略性地表示n 外線LED之剖面圖； 圖29係概略性地表示太 本發明實施形態7之變形例中之红 外線LED之剖面圖； j τ & 圖30係表示實施例6令斌楛 八樣3及4之厚度與八丨組成比之關 係之圖；
圖31係表示實施例6中試樣5之厚度與AK组成比之關係之 圖； 圖32係表示實施例6之試樣…中厚度與△鳩^之關係 之圖； 圖33係表示實施例6之試樣5中厚度與ΔΑΙ/Δί之關係之 圃， 圖34係表示實施例6中A1組成比為〇以上且未滿〇 3之 △Al/At與輸出之關係之圖； 圖35係表示實施例6中八丨組成比為〇 3以上且未滿〇.5之 ΔΑ1/Μ與輸出與關係之圖； 圖3 6係表示實施例6中A1組成比為〇.5以上且1.0以下之 ΔΑ1/Μ與輸出之關係之圖； 圖37係表示實施例7之磊晶晶圓中氧濃度及二次離子強 度與厚度之關係之剖面圖； 圖38係表示實施例7中八13^&(1_3〇入8層之主表面之氧之峰 值濃度與輸出之關係之圖； 圖39係實施例7中AlxGa(1_x)As層之主表面之氧之面密度 140719.doc •69· 201006017 與輸出之關係之圖； 圖40係表示實施例8中之試樣6至9之順時針方向電壓之 圖；及 圖41係表示實施例1〇中之紅外線led之發光波長之測定 結果之圖。 【主要元件符號說明】 10a、10b AlxGa(i_x)As 基板 11 AlxGa(1_x)As 層 11a、13a 主表面 lib、13b、20c2、21c 背面 13 GaAs基板 20a、20b、20c、40、50 m晶晶圓 20cl 表面 21 活性層 21a 井層 21b 阻障層 23 接觸層 25 緩衝層 30a、30b、30c、30d LED 31 ' 32 電極 33 晶座 41 ' 44 坡覆層 42 ' 43 非摻雜波導層 140719.doc -70-
Claims (1)
- 201006017 七、申請專利範圍： 1. 一種AlxGa(1_x)As基板，其特徵在於， 其包括具有主表面及與上述主表面為相反側之背面的 AlxGa(1_x)As層（OSxg 1)， 於上述AlxGa(1-x)As層中，上述背面之A1組成比X高於 上述主表面之A1組成比X。 2. 如凊求項1之AlxGa(1_x)As基板，其中， 上述AlxGa(1_x)As層包含複數層，且 上述複數層中A1組成比X係分別自上述背面側之面朝 上述主表面側之面單調減少。 3. 如請求項1或2之AlxGa(1_x)As基板，其中，令上述 AlxGa+yAs層之厚度方向上相異2點的A1組成比X之差為 △A1 ’令上述2點之厚度差（gm)為μ時，μι/μ超過 0/μπι。 4·如請求項3之AlxGa(i x)As基板，其中，上述ΔΑ1/Δί為 6χ 10·2/μηι以下。 5.如請求項1至4中任一項之AUGa(ix)As基板，其中，上述 AlxGa(1-x)As層之上述背面之A1組成比X為0.12以上。 6·如請求項1至5中任一項之AlxGa(lx)As基板，其進而包括 與上述AlxGa(〗-x)As層之上述背面相接之GaAs基板。 7. 一種紅外線LED用磊晶晶圓，其包括： 如請求項1至5中任一項之AlxGan_x)As基板；及 蟲晶層，其形成於上述AlxGao-yAs層之上述主表面 上’且包含活性層。 140719.doc 201006017 8.如請求項7之紅外線led用磊晶晶圓，其中，上述磊晶層 中與上述AlxGa(Kx)As層相接之面之A1組成比X，高於上 述AlxGao^As層中與上述磊晶層相接之面之八丨組成比 X 〇 9_如請求項8之紅外線LED用磊晶晶圓，其中， 上述磊晶層進而包括具有與上述AlxGa(1-x)As層相接之 面之緩衝層， 上述緩衝層之A1組成比x低於上述活性層之A1組成比 X ° 10. 如請求項7之紅外線LED用磊晶晶圓，其中， 上述磊晶層進而包括具有與上述AlxGa(1-x)As層相接之 面之緩衝層， 上述緩衝層之A1組成比X低於上述八丨"％…^層中與 上述蟲晶層相接之面之A1組成比X ’且低於上述活性層 之A1組成比X。 11. 如请求項7至1〇中任一項之紅外線LED用磊晶晶圓，其 中’上述AlxGa(i-x)As層與上述磊晶層之界面處氧之峰值 濃度為5 X 1 〇2。atom/ cm3以下。 12. 如請求項7至11中任一項之紅外線LED用磊晶晶圓，其 中’上述AlxGao^As層與上述磊晶層之界面處氧之面密 度為 2.5x10" at〇m/ cm2以下。 13. —種紅外線LED，其包括： 如請求項1至5中任一項之AlxGa(丨-x)As基板； 蟲晶層’其形成於上述AlxGa(Nx)As層之上述主表面 140719.doc 201006017 上’且包含活性層； 第1電極’其形成於上述磊晶層之表面；及 第2電極’其形成於上述AlxGa(1-x)As層之上述背面。 14. 一種紅外線led，其包括： 如請求項6之AlxGa(1…As基板； 蟲晶層’其形成於上述AlxGa(i 4)入8層之上述主表面 上’且包含活性層； 第1電極，其形成於上述磊晶層之表面；及 第2電極，其形成於上述（}£1八3基板之上述背面。 15. —種AlxGau.x)As基板之製造方法，其特徵在於：其包 括： 準備GaAs基板之步驟；及 藉由LPE法使具有主表面及與上述主表面為相反側之 背面的AlxGau^As層（Ogxgi)成長於上述GaAs基板上之 步驟；且 於使上述AlxGau—yAs層成長之步驟中，使上述背面之 A1組成比X尚於上述主表面之A1組成比X的上述AixGa(ix)As 層成長。 16. 如請求項15之AUGa^-yAs基板之製造方法，其中，於使 上述AlxGa〇_x}AS層成長之步驟中，使包含複數層之上述 AlxGa(1_x)As層成長，上述複數層係A1組成比x自上述背 面側之面朝上述主表面側之面單調減少者。 17. 如請求項15或^之八丨力叫勾^基板之製造方法，其中， 令上述AlxGao^As層之厚度方向上相異2點的Al組成比χ 140719.doc 201006017 之差為ΔΑ1 過 〇/μιη。 令上述2點 之厚度差（μπι)為Δί；時，ΔΑ1/Δ1;超 18. 19. 20. 21. 22. 23. 如請求項17之AlxGai1 Α (i-x；)As基板之製造方法，其中，上述 △AIMt為 6χ1〇-2/μηι以下。 如請求項15至18Φ& = 、 中任—項之AlxGa(丨_x)As基板之製造方 法其中，上述AlxGa(1-x)A0之上述背面之A1組成比X 為0.12以上。 如。月求項15至19中任一項之AlxGa(“x)As基板之製造方 法，其進而包括將上述GaAs基板除去之步驟。 種紅外線LED用磊晶晶圓之製造方法，其包括以下步 驟： 藉由如請求項15至20中任一項之AlxGa(1.x)As基板之製 造方法製造AlxGa(1_x)As基板；及 藉由OMVPE法或MBE法之至少其一，於上 層之上述主表面上形成包含活性層之磊晶層。 如請求項21之紅外線LED用磊晶晶圓之製造方法，其 中’上述蟲晶層中與上述AlxGa(1_x)As層相接之面之A1組 成比X，高於上述AlxGa(1_x)As層中與上述磊晶層相接之 面之A1組成比^ 如請求項22之紅外線LED用遙晶晶圓之製造方法，其 中， 於形成上述磊晶層之步驟中，形成進而包含緩衝層之 上述蟲晶層，該緩衝層具有與上述AlxGa(1.x)As層相接之 面， 140719.doc 201006017 上述緩衝層之A1組成比χ低於上述活性層之A1組成比χ 低。 24. 如請求項2丨之紅外線lED用磊晶晶圓之製造方法，其 中， 於形成上述磊晶層之步驟中，形成進而包含緩衝層之 上述蟲晶層’該緩衝層具有與上述八1%(^(1〇〇^層相接之 面， 上述緩衝層之A1組成比χ低於上述AlxGa(1_x)As層中與 上述蟲晶層相接之面之A1組成比χ，且低於上述活性層 之A1組成比x。 25. 如請求項21至24中任一項之紅外線Led用磊晶晶圓之製 造方法，其中，上述與上述磊晶層之界面 處乳之峰值濃度為5><1 〇20 atom/ cm3以下。 26. 如請求項21至25中任一項之紅外線LED用磊晶晶圓之製 造方法，其中，上述八丨………^層與上述磊晶層之界面 處氧之面选、度為2.5><1〇15 atom/ cm2以下。 27. —種紅外線LED之製造方法，其包括以下步驟： 藉由如請求項15至19中任一項之八丨…〜…心基板之製 造方法製造AlxGa(1_x)As基板； 藉由OMVPE法或MBE法於上述AUGap^As層之上述 主表面上形成包含活性層之磊晶層，而獲得磊晶晶圓； 於上述蠢晶晶圓之表面形成第1電極；及 於上述GaAs基板之上述背面形成第2電極。 2 8. —種紅外線LED之製造方法’其包括以下步驟： 140719.doc 201006017 藉由如請求項2〇之AlxGa(1.x)As基板之製造方法製造 AlxGau^As 基板； 藉由OMVPE法或MBE法於上述AlxGa(1_x)As層之上述 主表面上形成包含活性層之磊晶層，而獲得磊晶晶圓； 於上述磊晶晶圓之表面形成第1電極；及 於上述AlxGa^yAs層之上述背面形成第2電極。 140719.doc
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