TW202144631A - 化合物半導體磊晶晶圓及其製造方法 - Google Patents
化合物半導體磊晶晶圓及其製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TW202144631A TW202144631A TW110114436A TW110114436A TW202144631A TW 202144631 A TW202144631 A TW 202144631A TW 110114436 A TW110114436 A TW 110114436A TW 110114436 A TW110114436 A TW 110114436A TW 202144631 A TW202144631 A TW 202144631A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- mixed crystal
- crystal ratio
- layer
- steps
- compound semiconductor
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 58
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 278
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 53
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 claims description 62
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 27
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 12
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 104
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 81
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 81
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 76
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 18
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- -1 GaP compound Chemical class 0.000 description 3
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N Phosphine Chemical compound P XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N arsane Chemical compound [AsH3] RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 2
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- CONKBQPVFMXDOV-QHCPKHFHSA-N 6-[(5S)-5-[[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]methyl]-2-oxo-1,3-oxazolidin-3-yl]-3H-1,3-benzoxazol-2-one Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)N1CCN(CC1)C[C@H]1CN(C(O1)=O)C1=CC2=C(NC(O2)=O)C=C1 CONKBQPVFMXDOV-QHCPKHFHSA-N 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M chlorogallium Chemical compound [Ga]Cl XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本發明旨在提供以低成本改善結晶性並提升亮度的化合物半導體磊晶晶圓及其製造方法。本發明之化合物半導體磊晶晶圓，於由GaM所構成的單晶基板(M係P或As)和由GaA(1 － a)
Ma
所構成的混晶率固定層(其中，A係P或As，M和A不同。又，0≦a≦1)之間，包含由GaA(1 － x)
Mx
(其中，0≦x≦1)所構成的混晶率變化層；混晶率變化層具有由A的混晶率的增加部和減少部所構成的複數之階梯，複數之階梯各自的厚度係2～4μm，於混晶率變化層中，階梯形成為5～19階梯，於各自的階梯之間，從單晶基板往混晶率固定層，A的混晶率係增加。
Description
本發明係關於化合物半導體磊晶晶圓及其製造方法，更詳言之，係關於具有混晶率變化層之化合物半導體磊晶晶圓及其製造方法。
為了製造以紅色發光二極體為首之如橙色或黃色發光二極體，而使用化合物半導體磊晶晶圓，該化合物半導體磊晶晶圓係於磷化鎵GaP或砷化鎵GaAs的單晶基板上，形成混晶率固定層，該混晶率固定層係由如不構成該單晶基板的III-V族化合物半導體之砷化鎵GaAs或磷化鎵GaP分別依照某固定的混晶率(1-a)和a而成之磷砷化鎵GaAs(1-a)
Pa
(其中，a係滿足0≦a≦1的實數)所構成。
發光二極體的發光波長係依混晶率a而定，例如單晶基板為磷化鎵GaP時，黃色發光用之a=0.9；橙色用之a=0.67；紅色用之a=0.57。
另外，於由磷化鎵GaP或砷化鎵GaAs等化合物半導體單晶基板所構成的基板與形成於此基板上的GaAs(1-a)
Pa
混晶率固定層之晶格失配為大的情形時，於該介面產生錯配差排而減緩因晶格失配所導致的應力。然而，若此差排傳播至形成有發光區域的混晶率固定層，則會成為發光二極體的發光效率下降的原因。
是故，為了抑制如此的錯配差排的傳播，而於單晶基板和GaAs(1-a)
Pa
混晶率固定層之間，形成砷化鎵GaAs的混晶率(1-x)和磷化鎵GaP的混晶率x逐漸變化之GaAs(1-x)
Px
混晶率變化層。作為形成此混晶率變化層的方法，為人所知有：使供給至混晶率變化層的成長環境內的原料氣體組成逐漸變化，且氣相成長溫度亦逐漸改變的方法(專利文獻1)。
使氣相成長溫度變化係為了改善GaAs(1-x)
Px
混晶率變化層的結晶性。於使此混晶率變化層的組成隨著磊晶成長而從單晶基板的組成變動至GaAs(1-a)
Pa
混晶率固定層的組成之際，於使砷化鎵GaAs的混晶率(1-x)增加的情形，亦即，於一面使原料氣體中的As的組成比上升，一面使GaAsP層磊晶成長於GaP基板上時，必須使氣相成長溫度逐漸下降，反之，於使磷化鎵GaP的混晶率x增加的情形，亦即，於一面使原料氣體中的P的組成比上升，一面使GaAsP層磊晶成長於GaAs基板上時，必須使氣相成長溫度逐漸上升。
又，針對混晶率變化層，除了如以往常識所知之使混晶率逐漸變化的方法外，亦揭示有毋寧是與習知相反，於混晶率變化層的磊晶成長時使混晶率急遽變化，再於其後不久，一面使混晶率較平緩地稍微返回一面形成層之方法(專利文獻2)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開昭49-11468號
[專利文獻2]日本特開平9-199757號
[發明欲解決之課題]
然而，若於混晶率變化層的變化幅度大，則混晶率固定層中的結晶性改善無法充分進行，最終成為留有錯配差排的結晶，而導致亮度下降。
本發明係用以解決上述課題，其目的在於提供一種以低成本改善結晶性並提升亮度的化合物半導體磊晶晶圓及其製造方法。
[解決課題之手段]
為了達成上述目的，本發明提供一種化合物半導體磊晶晶圓，其係於由GaM所構成的單晶基板(M係P或As)和由GaA(1-a)
Ma
所構成的混晶率固定層(其中，A係P或As，M和A不同，又，0≦a≦1)之間，包含由GaA(1-x)
Mx
(其中，0≦x≦1)所構成的混晶率變化層；
該混晶率變化層，具有由該A的混晶率的增加部和減少部所構成的複數之階梯，
該複數之階梯各自的厚度係2～4μm，
於該混晶率變化層中，該階梯形成為5～19階梯，
於各自的該階梯之間，從該單晶基板往該混晶率固定層，該A的混晶率係增加。
若為如此的化合物半導體磊晶晶圓，藉由使階梯數增多而使1次的混晶率增加幅度減小，可以低成本改善結晶性並提升亮度。
此時，該階梯各自的厚度宜為2～3μm，於該混晶率變化層中，該階梯宜形成為8～12階梯。
若如此，可更確實地達成提升亮度且更抑制材料成本。
又，本發明提供一種化合物半導體磊晶晶圓之製造方法，該化合物半導體磊晶晶圓係於由GaM所構成的單晶基板(M係P或As)和由GaA(1-a)
Ma
所構成的混晶率固定層(其中，A係P或As，M和A不同，又，0≦a≦1)之間，包含由GaA(1-x)
Mx
(其中，0≦x≦1)所構成的混晶率變化層；
該製造方法之特徵為：
使用供給Ga的第III族系氣體和供給As或P的第V族系氣體，使該混晶率變化層進行磊晶成長，
於該磊晶成長時，使成為該A的原料之該第V族系氣體的供給量的急增和漸減週期，進行5～19次，
於該週期中，於該混晶率變化層，形成由該A的混晶率的增加部和減少部所構成的複數之階梯，
將該複數之階梯各自的厚度設為2～4μm，
於各自的該階梯之間，從該單晶基板往該混晶率固定層，使該A的混晶率增加。
若為如此的化合物半導體磊晶晶圓之製造方法，可製造較簡便地提升亮度的化合物半導體晶圓。
此時，該急增和漸減週期宜設為8～12次，該階梯各自的厚度宜設為2～3μm。
若如此，於大致維持材料成本或生產性的同時，可更確實地提升亮度。
[發明效果]
本發明的化合物半導體磊晶晶圓，係以低成本改善結晶性並提升亮度之化合物半導體磊晶晶圓。又，若為本發明的化合物半導體磊晶晶圓之製造方法，則可製造較簡便地提升亮度的化合物半導體晶圓。
如上所述，本發明旨在提供一種以低成本改善結晶性並提升亮度的化合物半導體磊晶晶圓及其製造方法。
本發明人等針對上述課題歷經多次精心研討發現，若為本發明之化合物半導體磊晶晶圓，則可成為以低成本改善結晶性並提升亮度的化合物半導體磊晶晶圓，因而完成本發明。本發明之化合物半導體磊晶晶圓，其係於由GaM所構成的單晶基板(M係P或As)和由GaA(1-a)
Ma
所構成的混晶率固定層(其中，A係P或As，M和A不同，又，0≦a≦1)之間，包含由GaA(1-x)
Mx
(其中，0≦x≦1)所構成的混晶率變化層；混晶率變化層具有由A的混晶率的增加部和減少部所構成的複數之階梯，複數之階梯各自的厚度係2～4μm，於混晶率變化層中，階梯形成為5～19階梯，於各自的階梯之間，從單晶基板往混晶率固定層，A的混晶率係增加。
以下，參考圖式詳細說明本發明，本發明不受限於此等內容。
圖1顯示本發明的化合物半導體磊晶晶圓的一例的概略剖面圖。化合物半導體磊晶晶圓1，於n型磷化鎵(GaP)單晶基板2上，依序形成n型GaP磊晶層3、不構成基板的III-V族化合物半導體之砷化鎵(GaAs)的混晶率(1-x)於磊晶層的成長方向變化(增加或減少)之n型磷砷化鎵(GaAs(1-x)
Px
)混晶率變化層4(其中，0≦x≦l)、及具有固定的GaAs的混晶率(1-a)之n型GaAs(1-a)
Pa
混晶率固定層5(其中，0≦a≦1)之後，再形成具有固定的GaAs的混晶率(1-a)且已摻雜氮(N)之n型GaAs(1-a)
Pa
混晶率固定層6、及於該GaAs(1-a)
Pa
混晶率固定層6上摻雜p型雜質並使成長之p型GaAs(1-a)
Pa
混晶率固定層(N摻雜)7。
混晶率變化層4具有由As混晶率的增加部和減少部所構成的複數之階梯。此意謂以1個增加部和1個減少部為一對而形成1個階梯，且該階梯有複數個。減少部為不抵銷As的增加份量的範圍，且階梯各自的厚度為2～4μm。又，階梯於混晶率變化層4中係形成為5～19階梯。再者，於階梯之間，從GaP單晶基板往GaAs(1-a)
Pa
混晶率固定層，As的混晶率係增加。
此時，階梯各自的厚度宜為2～3μm，於混晶率變化層中，階梯宜形成為8～12階梯。若如此，於維持材料成本的同時，可更確實地達成提升亮度。
如上所述，若為本發明的化合物半導體磊晶晶圓，則可為以低成本改善結晶性並提升亮度的化合物半導體磊晶晶圓。
於將此化合物半導體磊晶晶圓1安裝於電極之後，若裁切成適當尺寸並封入封裝體，則完成發光二極體。發光二極體並無特別限定，例如，可為中心發光波長為629nm的橙色用發光二極體。
以上係單晶基板2為GaP的情形，但對於GaAs基板，亦能以同樣方式應用。
亦即，於使用GaAs基板的情形時，於GaAs單晶基板上，形成GaAs磊晶層、不構成基板的III-V族化合物半導體之GaP的混晶率(1-x)於磊晶層的成長方向變化(增加或減少)之n型GaAsx
P(1-x)
混晶率變化層(其中，0≦x≦l)，再依n型、p型的順序形成具有固定的GaP的混晶率(1-a)之GaAsa
P(1-a)
混晶率固定層(其中，0≦a≦1)。
於GaAs基板的情形時，混晶率變化層具有由P混晶率的增加部和減少部所構成的複數之階梯。減少部為不抵銷P的增加份量的範圍，又，階梯各自為2～4μm的厚度。又，階梯於混晶率變化層中係形成為5~19階梯。再者，於階梯之間，從GaAs單晶基板往GaAsa
P(1-a)
混晶率固定層，P的混晶率係增加。
此時，與GaP基板的情形相同，階梯各自的厚度宜為2～3μm，於混晶率變化層中，階梯宜形成8～12階梯。若如此，於GaAs基板中，亦於維持材料成本的同時，可更確實地達成提升亮度。
又，本發明亦提供化合物半導體磊晶晶圓之製造方法。
本發明的化合物半導體磊晶晶圓之製造方法中，該化合物半導體磊晶晶圓係於由GaM所構成的單晶基板(M係P或As)和由GaA(1-a)
Ma
所構成的混晶率固定層(其中，A係P或As，M和A不同，又，0≦a≦1)之間，包含由GaA(1-x)
Mx
(其中，0≦x≦1)所構成的混晶率變化層；
該製造方法之特徵為：
使用供給Ga的第III族系氣體和供給As或P的第V族系氣體，使混晶率變化層進行磊晶成長，於該磊晶成長時，使成為A的原料之第V族系氣體的供給量的急增和漸減週期，進行5～19次，於該週期中，於混晶率變化層，形成由A的混晶率的增加部和減少部所構成的複數之階梯，將該複數之階梯各自的厚度設為2～4μm，於各自的階梯之間，從單晶基板往混晶率固定層，使A的混晶率增加。
其次，根據圖2，說明依本發明之化合物半導體磊晶晶圓之製造方法。圖2顯示於GaP基板2上使GaAs(1-x)
Px
混晶率變化層4進行氣相成長時各參數變化的模樣。圖2的縱軸係砷化鎵GaAs的混晶率(1-x)。又，橫軸表示磊晶層的層厚。
於本發明的化合物半導體磊晶晶圓之製造方法中，使用供給鎵(Ga)的第III族系氣體和供給砷(As)或磷(P)的第V族系氣體，使混晶率變化層進行磊晶成長。於本發明的化合物半導體磊晶晶圓之製造方法中，Ga供給源、As或P供給源並無特別限定，例如，可使高純度Ga和氯化氫(HCl)反應而作為Ga源供給氣體(第III族系氣體)，可使用砷化氫(AsH3
)作為As源，可使用磷化氫(PH3
)作為P源。又，亦可供給H2
等載子氣體。
首先，於GaP單晶基板2上使GaP磊晶層3氣相成長為d10
的厚度。其次，於該GaP磊晶層3上，於GaAs的混晶率(1-x)為0至(1-a)的範圍內，使於磊晶層的成長方向變化的GaAs(1-x)
Px
混晶率變化層4氣相成長為(d22
-d10
)的厚度。
圖2中，係記載為具有5階梯的GaAs的混晶率增加層，但本發明的化合物半導體磊晶晶圓之製造方法，包含5～19個混晶率的急增和漸減的週期(階梯)，最好包含8～12個的週期(階梯)。
再者，於各週期中，形成由混晶率的增加部和減少部所構成的複數之階梯，將此階梯各自的厚度設為2～4μm，最好設為2～3μm。
GaAs(1-x)
Px
混晶率變化層4，係由使GaAs的混晶率(1-x)於磊晶層的成長方向急遽增加之混晶率增加部R11
、R12
、R13
、R14
、R15
、R16
、於不抵銷GaAs的混晶率(1-x)的增加份量的範圍內使此混晶率(1-x)平緩減少之混晶率減少部S11
、S12
、S13
、S14
、S15
、及混晶率調整部A13
所構成。
如此之混晶率增加部和混晶率減少部的組合(R11
和S11
、R12
和S12
、R13
和S13
、R14
和S14
、R15
和S15
)的反復次數，係依既定混晶率(1-a)的大小、及混晶率(1-x)的增加率和減少率而決定。
又，於混晶率變化層4的最上層部，設有混晶率調整部A13
。此混晶率調整部A13
的混晶率，於混晶率變化層4中於砷化鎵GaAs的混晶率(1-x)經過既定次數的增減已達到(1-a)的情形時，亦可維持(1-x)=(1-a)而推移，但於稍微不足(1-a)的情形時，則使緩慢上升至(1-a)。於圖2所示例中，於混晶率增加部R16
形成的階段，因混晶率變化層4中之化鎵GaAs的混晶率(1-x)已達到(1-a)，故混晶率調整部A13
中之砷化鎵GaAs的混晶率維持(1-x)=(1-a)而推移。
於使混晶率變化層4進行磊晶成長之際，於混晶率增加部R11
～R16
中產生錯配差排，可於各局部有效地緩和因分布於磊晶層的成長方向的晶格失配所導致的應力，並可於混晶率減少部S11
～S15
中進行因產生錯配差排而受損的結晶之修復，故可生產翹曲小且結晶性優良的磊晶晶圓。又，因於混晶率增加部R11
～R16
使混晶率急遽增加，故混晶率變化層4變薄，亦可有效地生產化合物半導體磊晶晶圓。
在此，於GaAs(1-x)
Px
混晶率變化層4內的混晶率增加部R11
～R16
中，為了使GaAs的混晶率(1-x)於磊晶層的成長方向急遽增加，故必須使氣體原料的組成急遽變化。
為了使氣體原料的組成變化以令GaAs的混晶率(1-x)急遽增加，例如有僅使砷(As)的氣體原料急遽增加、使As的氣體原料急遽增加並同時使磷(P)的氣體原料急遽減少等多種方法，但為了能再現性佳地得到良好的結晶品質，依循某固定的條件為重要。
本發明人等針對具有各種混晶率的磊晶層，改變氣體原料的供給量和氣相成長溫度並進行一連串實驗，而觀察磊晶層的結晶狀態。結果得知，為了得到良好的磊晶層的結晶性，可設為下述情形：使包含5～19個混晶率的急增和漸減的週期，最好包含8～12個的週期，且更於各週期中於混晶率變化層，形成由As的混晶率的增加部和減少部所構成的複數之階梯，並將此階梯的厚度設為2～4μm，最好設為2～3μm。
於如此地形成混晶率變化層之後，例如，將氯化氫(HCl)、砷化氫(AsH3
)、磷化氫(PH3
)的流量設為固定，並一面減少硫化氫(H2
S)氣體，一面使混晶率固定層成長。
最後，使具有與組成固定層相同的混晶率且摻雜氮以作為發光中心而成之混晶率固定層進行氣相成長，並進一步形成摻雜鋅(Zn)等p型摻雜物的p型層，藉此可製造發光二極體用的化合物半導體磊晶晶圓。
於將此化合物半導體磊晶晶圓安裝於電極之後，裁切成適當尺寸並封入封裝體，而製造發光二極體。發光二極體部並無特別限定，例如，可製造中心發光波長為629nm的橙色用發光二極體。
以上，係單晶基板2為GaP的情形，但對於GaAs基板，亦能以同樣方式應用。
亦即，於使用GaAs基板的情形時，首先，於GaAs單晶基板上，使GaAs磊晶層進行氣相成長。其次，與上述的GaAs(1-x)
Px
混晶率變化層相同地，形成不構成基板的III-V族化合物半導體之GaP的混晶率(1-x)於磊晶層的成長方向變化(增加或減少)的n型GaAsx
P(1-x)
混晶率變化層(其中，0≦x≦l)，再依n型、p型的順序，形成具有固定的GaP的混晶率(1-a)之GaAsa
P(1-a)
混晶率固定層(其中，0≦a≦1)。
於GaAs基板的情形時，混晶率變化層具有由P混晶率的增加部和減少部所構成的複數之階梯。將減少部設為不抵銷P的增加份量的範圍，又將階梯各自設為2～4μm的厚度，於混晶率變化層中，將階梯形成為5～19階梯。又，於階梯之間，從GaAs單晶基板往GaAsa
P(1-a)
混晶率固定層，使P的混晶率增加。
此時，急增和漸減週期宜設為8～12次，階梯各自的厚度宜設為2～3μm。若如此，可更確實地提升亮度且可更減少材料成本。
如上所述，若為本發明的化合物半導體磊晶晶圓之製造方法，可製造較簡便地提升亮度的化合物半導體晶圓。
[實施例]
以下，以實施例詳細說明本發明，但其非用以限定本發明。
(實施例1)
藉由以下方法，製造具有GaAs的混晶率(1-x)從0至0.33變化之GaAs(1-x)
Px
的混晶率變化層之橙色發光二極體用磊晶晶圓。
將n型GaP單晶切片成既定厚度之後，施以化學蝕刻和機械化學研磨而得到厚度約300μm的GaP鏡面晶圓，並以此作為GaP單晶基板。
又，使用氫(H2
)、以氫稀釋至50ppm的硫化氫(H2
S)、高純度砷化氫(AsH3
)、高純度磷化氫(PH3
)、高純度氯化氫(HCl)，作為氣相成長用氣體。
首先，於在既定場所配置有直徑50mm、n型、於結晶方位(100)偏角10°的GaP單晶基板和裝入有高純度鎵(Ga)的容器之常壓用的氣相成長爐內，以2870cm3
/分鐘的流量導入氫H2
作為載子氣體，將氣相成長爐內以氫H2
充分進行置換後開始升溫。
於GaP單晶基板的溫度達到845℃之後，一面導入高純度的HCl，一面使與配置於容器內的高純度的鎵反應，而產生氯化鎵(GaCl)，同時導入H2
S和PH3
，而於GaP單晶基板上使成長厚度約3μm的n型GaP磊晶層。其次，藉由將AsH3
和PH3
導入1分鐘，而於GaP磊晶層上進行磊晶成長，使GaP的混晶率減少0.034(亦即，使GaAs的混晶率上升0.034)。其次，改變AsH3
和PH3
的流量，使溫度下降，並使其以GaP的混晶率於16分鐘增加0.005的方式(亦即，使GaAs的混晶率減少0.005)成長。利用此混晶率的減少和增加所得之磊晶層的厚度(1階梯的厚度)為2.51μm，並將此重複進行10次。
進一步改變流量而進行成長，並於1分鐘使GaP的混晶率減少0.034後，改變流量以GaP的混晶率於16分鐘減少0.004的方式成長。如此而形成混晶率變化層。其次，將HCl、AsH3
、PH3
的流量設為固定，一面使H2
S氣體減少一面使混晶率固定層成長38分鐘。
最後，使具有與組成固定層相同的混晶率且摻雜氮以作為發光中心而成的n型混晶率固定層進行氣相成長，再藉由氣相成長形成摻雜鋅(Zn)的p型層，藉此而得到發光二極體用的化合物半導體磊晶晶圓。於將此化合物半導體磊晶晶圓安裝於電極之後，裁切成適當尺寸並封入封裝體，而製造中心發光波長為629nm的橙色用發光二極體。
(實施例2)
藉由將AsH3
和PH3
各自導入1分鐘，而於GaP磊晶層上進行磊晶成長，使GaP的混晶率減少0.059。其次，改變AsH3
和PH3
的流量，使溫度下降並使其以GaP的混晶率於25分鐘增加0.005的方式成長。利用此混晶率的減少和增加所得之磊晶層的厚度(1階梯的厚度)為3.92μm，並將此重複進行5次。除了進一步改變流量進行成長，並使GaP的混晶率於1分鐘減少0.059之後，改變流量以GaP的混晶率於25分鐘減少0.004的方式成長而形成混晶率變化層以外，以與實施例1相同的條件製造發光二極體用磊晶晶圓。
(實施例3)
藉由將AsH3
和PH3
各自導入1分鐘，而於GaP磊晶層上進行磊晶成長，使GaP的混晶率減少0.034。其次，改變AsH3
和PH3
的流量，使溫度下降並使其以GaP的混晶率於25分鐘增加0.005的方式成長。利用此混晶率的減少和增加所得之磊晶層的厚度(1階梯的厚度)為3.92μm，並將此重複進行10次。除了進一步改變流量進行成長，並使GaP的混晶率於1分鐘減少0.034之後，改變流量使以GaP的混晶率於25分鐘減少0.004的方式成長而形成混晶率變化層以外，以與實施例1相同的條件製造發光二極體用磊晶晶圓。
(實施例4)
藉由將AsH3
和PH3
各自導入1分鐘，而於GaP磊晶層上進行磊晶成長，使GaP的混晶率減少0.021。其次，改變AsH3
和PH3
的流量，使溫度下降並使其以GaP的混晶率於16分鐘增加0.005的方式成長。利用此混晶率的減少和增加所得之磊晶層的厚度(1階梯的厚度)為2.51μm，並將此重複進行19次。除了進一步改變流量進行成長，並使GaP的混晶率於1分鐘減少0.021之後，改變流量使以GaP的混晶率於16分鐘減少0.004的方式成長而形成混晶率變化層以外，以與實施例1相同的條件製造發光二極體用磊晶晶圓。
(比較例1)
藉由將AsH3
和PH3
各自導入1分鐘，而於GaP磊晶層上進行磊晶成長，使GaP的混晶率減少0.112。其次，改變AsH3
和PH3
的流量，使溫度下降並使其以GaP的混晶率於25分鐘增加0.005的方式成長。利用此混晶率的減少和增加所得之磊晶層的厚度(1階梯的厚度)為3.92μm，並將此重複進行2次。除了進一步改變流量進行成長，並使GaP的混晶率於1分鐘減少0.112之後，改變流量使以GaP的混晶率於25分鐘減少0.004的方式成長而形成混晶率變化層以外，以與實施例1相同的條件製造發光二極體用磊晶晶圓。
(比較例2)
藉由將AsH3
和PH3
各自導入1分鐘，而於GaP磊晶層上進行磊晶成長，使GaP的混晶率減少0.059。其次，改變AsH3
和PH3
的流量，使溫度下降並使其以GaP的混晶率於12分鐘增加0.005的方式成長。利用此混晶率的減少和增加所得之磊晶層的厚度(1階梯的厚度)為1.88μm，並將此重複進行5次。除了進一步改變流量進行成長，並使GaP的混晶率於1分鐘減少0.059之後，改變流量使以GaP的混晶率於12分鐘減少0.004的方式成長而形成混晶率變化層以外，以與實施例1相同的條件製造發光二極體用磊晶晶圓。
(比較例3)
藉由將AsH3
和PH3
各自導入1分鐘，而於GaP磊晶層上進行磊晶成長，使GaP的混晶率減少0.069。其次，改變AsH3
和PH3
的流量，使溫度下降並使其以GaP的混晶率於12分鐘增加0.005的方式成長。利用此混晶率的減少和增加所得之磊晶層的厚度(1階梯的厚度)為1.88μm，並將此重複進行4次。除了進一步改變流量進行成長，並使GaP的混晶率於1分鐘減少0.069之後，改變流量使以GaP的混晶率於12分鐘減少0.004的方式成長而形成混晶率變化層以外，以與實施例1相同的條件製造發光二極體用磊晶晶圓。
(比較例4)
藉由將AsH3
和PH3
各自導入1分鐘，而於GaP磊晶層上進行磊晶成長，使GaP的混晶率減少0.034。其次，改變AsH3
和PH3
的流量，使溫度下降並使其以GaP的混晶率於6分鐘增加0.005的方式成長。利用此混晶率的減少和增加所得之磊晶層的厚度(1階梯的厚度)為0.94μm，並將此重複進行10次。除了進一步改變流量進行成長，並使GaP的混晶率於1分鐘減少0.034之後，改變流量使以GaP的混晶率於6分鐘減少0.004的方式成長而形成混晶率變化層以外，以與實施例1相同的條件製造發光二極體用磊晶晶圓。
(比較例5)
藉由將AsH3
和PH3
各自導入1分鐘，而於GaP磊晶層上進行磊晶成長，使GaP的混晶率減少0.02。其次，改變AsH3
和PH3
的流量，使溫度下降並使其以GaP的混晶率於16分鐘增加0.005的方式成長。利用此混晶率的減少和增加所得之磊晶層的厚度(1階梯的厚度)為2.51μm，並將此重複進行21次。除了進一步改變流量進行成長，並使GaP的混晶率於1分鐘減少0.02之後，改變流量使以GaP的混晶率於16分鐘減少0.004的方式成長而形成混晶率變化層以外，以與實施例1相同的條件製造發光二極體用磊晶晶圓。
於表1中，顯示實施例1～4、比較例1～5各自的化合物半導體磊晶晶圓的混晶率變化層的比較。又，表1的GL厚度(μm)係以下述定義。
GL=1階梯厚度×總階梯數
又，圖3中，顯示實施例1～4、比較例1～5各自的各發光二極體的亮度的比較結果。
[表1]
| 實施例1 | 實施例2 | 實施例3 | 實施例4 | 比較例1 | 比較例2 | 比較例3 | 比較例4 | 比較例5 | |
| 1階梯厚度[μm] | 2.51 | 3.92 | 3.92 | 2.51 | 3.92 | 1.88 | 1.88 | 0.94 | 2.51 |
| 總階梯數 | 10 | 5 | 10 | 19 | 2 | 5 | 4 | 10 | 21 |
| GL厚度[μm] | 25.1 | 19.6 | 39.2 | 47.7 | 7.84 | 9.40 | 7.53 | 9.40 | 52.7 |
| 亮度[mcd] | 5.17 | 5.05 | 5.27 | 5.33 | 4.72 | 4.67 | 4.55 | 3.11 | 5.33 |
| 成本 | O | O | O | O | O | O | O | O | X |
如表1及圖3所明白顯示，可知：於比較例1～4中亮度低於5mcd而亮度下降。又，比較例5的亮度雖與實施例4為相同程度，但因混晶率變化層變厚，故相較於實施例而言材料成本變高。
另一方面可知，本發明的化合物半導體磊晶晶圓的例之實施例1～4中，亮度為5mcd以上，且高於比較例1～4。因此可知，本發明的化合物半導體磊晶晶圓，係為以低成本改善結晶性並提升亮度的化合物半導體磊晶晶圓，並可製造如此的化合物半導體磊晶晶圓。
又，於本實施例及比較例中，基板係使用GaP而進行，但於將基板設為GaAs而使混晶率變化層的P變化的情形時，亦可得到相同效果。
又，本發明不限於上述實施態樣。上述實施態樣僅為例示，只要具有和本發明之申請專利範圍所記載之技術思想實質上相同的構成，並可發揮相同的作用效果者，無論係何種態樣均包含於本發明的技術範圍。
1:化合物半導體磊晶晶圓
2:n型GaP單晶基板
3:n型GaP磊晶層
4:n型GaAs(1 － x)
Px
混晶率變化層
5:n型GaAs(1 － a)
Pa
混晶率固定層
6:n型GaAs(1 － a)
Pa
混晶率固定層(N摻雜)
7:p型GaAs(1 － a)
Pa
混晶率固定層(N摻雜)
A13
:混晶率調整部
d10
~d22
:層厚
R11
~R16
:混晶率增加部
S11
~S15
:混晶率減少部
[圖1]本發明的化合物半導體磊晶晶圓的一例的概略剖面圖。
[圖2]將本發明的化合物半導體磊晶晶圓之製造方法設為5階梯的情形時之層厚和GaAs的混晶率(1-x)的關係的一例圖。
[圖3]實施例1～4及比較例1～5中之亮度的比較圖。
1:化合物半導體磊晶晶圓
2:n型GaP單晶基板
3:n型GaP磊晶層
4:n型GaAs(1-x)
Px
混晶率變化層
5:n型GaAs(1-a)
Pa
混晶率固定層
6:n型GaAs(1-a)
Pa
混晶率固定層(N摻雜)
7:p型GaAs(1-a)
Pa
混晶率固定層(N摻雜)
Claims (4)
- 一種化合物半導體磊晶晶圓，其係於由GaM所構成的單晶基板(M係P或As)和由GaA(1 － a) Ma 所構成的混晶率固定層(其中，A係P或As，M和A不同，又，0≦a≦1)之間，包含由GaA(1 － x) Mx (其中，0≦x≦1)所構成的混晶率變化層； 該混晶率變化層具有由該A的混晶率之增加部和減少部所構成的複數之階梯， 該複數之階梯各自的厚度係2～4μm， 於該混晶率變化層中，該階梯形成為5～19階梯， 於各自的該階梯之間，從該單晶基板往該混晶率固定層，該A的混晶率係增加。
- 如請求項1之化合物半導體磊晶晶圓，其中， 該階梯各自的厚度係2～3μm，於該混晶率變化層中，該階梯形成為8～12階梯。
- 一種化合物半導體磊晶晶圓之製造方法， 該化合物半導體磊晶晶圓係於由GaM所構成的單晶基板(M係P或As)和由GaA(1 － a) Ma 所構成的混晶率固定層(其中，A係P或As，M和A不同，又，0≦a≦1)之間，包含由GaA(1 － x) Mx (其中，0≦x≦1)所構成的混晶率變化層； 該製造方法之特徵為： 使用供給Ga的第III族系氣體和供給As或P的第V族系氣體，使該混晶率變化層進行磊晶成長， 於該磊晶成長時，使成為該A的原料之該第V族系氣體的供給量的急增和漸減週期，進行5～19次， 於該週期中，於該混晶率變化層，形成由該A的混晶率的增加部和減少部所構成的複數之階梯， 將該複數之階梯各自的厚度設為2～4μm， 於各自的該階梯之間，從該單晶基板往該混晶率固定層，使該A的混晶率增加。
- 如請求項3之化合物半導體磊晶晶圓之製造方法，其中， 將該急增和漸減週期設為8～12次，將該階梯各自的厚度設為2～3μm。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020-086084 | 2020-05-15 | ||
| JP2020086084 | 2020-05-15 | ||
| JP2020-105116 | 2020-06-18 | ||
| JP2020105116A JP2021182615A (ja) | 2020-05-15 | 2020-06-18 | 化合物半導体エピタキシャルウェーハ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202144631A true TW202144631A (zh) | 2021-12-01 |
Family
ID=78538094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW110114436A TW202144631A (zh) | 2020-05-15 | 2021-04-22 | 化合物半導體磊晶晶圓及其製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113675306A (zh) |
| TW (1) | TW202144631A (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115216837A (zh) * | 2022-07-07 | 2022-10-21 | 西安唐晶量子科技有限公司 | 一种改善vcsel外延片翘曲度的方法及激光器 |
-
2021
- 2021-04-22 TW TW110114436A patent/TW202144631A/zh unknown
- 2021-05-12 CN CN202110518659.6A patent/CN113675306A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113675306A (zh) | 2021-11-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8829489B2 (en) | Nitride semiconductor template and light-emitting diode | |
| US7998773B2 (en) | Method of growing semiconductor heterostructures based on gallium nitride | |
| JP4991828B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体の作製方法 | |
| US6023077A (en) | Group III-V compound semiconductor and light-emitting device | |
| JP2001160627A (ja) | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 | |
| JP2000091234A (ja) | 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の製造方法 | |
| JP6933265B2 (ja) | Ｉｉｉ族窒化物半導体基板の製造方法 | |
| US9755111B2 (en) | Active region containing nanodots (also referred to as “quantum dots”) in mother crystal formed of zinc blende-type (also referred to as “cubic crystal-type”) AlyInxGal-y-xN Crystal (y[[□]][≧] 0, x > 0) grown on Si substrate, and light emitting device using the same (LED and LD) | |
| TW202144631A (zh) | 化合物半導體磊晶晶圓及其製造方法 | |
| US5445897A (en) | Epitaxial wafer and process for producing the same | |
| EP1869717B1 (en) | Production method of group iii nitride semioconductor element | |
| JPH0936429A (ja) | ３−５族化合物半導体の製造方法 | |
| JP3301371B2 (ja) | 化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法 | |
| JPH10163523A (ja) | ３−５族化合物半導体の製造方法および発光素子 | |
| JP2021182615A (ja) | 化合物半導体エピタキシャルウェーハ及びその製造方法 | |
| JPH03163884A (ja) | エピタキシャルウェハ及びその製造方法 | |
| KR100765386B1 (ko) | 질화 갈륨계 화합물 반도체 및 이의 제조 방법 | |
| JPH05343740A (ja) | りん化ひ化ガリウムエピタキシャルウエハ | |
| JP2645055B2 (ja) | ダブルヘテロウェハ及びダブルヘテロ接合型半導体レーザ装置 | |
| WO2020209014A1 (ja) | 発光素子および発光素子の製造方法 | |
| JP7133786B2 (ja) | Ｉｉｉ族窒化物半導体およびその製造方法 | |
| KR100309402B1 (ko) | 화합물반도체에피택셜웨이퍼의제조방법 | |
| JP3788344B2 (ja) | ３−５族化合物半導体の生産性向上方法 | |
| KR19990077155A (ko) | 화합물 반도체 에피택셜 웨이퍼 | |
| CN116705942A (zh) | 发光二极管及其制备方法 |