TW202307294A - 紫外線發光元件用磊晶晶圓及其製造方法 - Google Patents

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山田雅人
永田和壽
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Abstract

本發明是一種紫外線發光元件用磊晶晶圓,其具有:第一支撐基板,其對於紫外光呈透明,且具有耐熱性;Al xGa 1 xN(0.5<x≦1)單晶的種晶層,其藉由貼合來接合於該第一支撐基板上;及,磊晶層,其是在該種晶層上依序積層生長以Al yGa 1 yN(0.5<y≦1)作為主成分的第一導電型包覆層、AlGaN系活性層和以Al zGa 1 zN(0.5<z≦1)作為主成分的第二導電型包覆層而得。藉此,提供一種紫外線發光元件用磊晶晶圓及其製造方法,該紫外線發光元件用磊晶晶圓較廉價且光取出效率良好,並且具有高品質的AlN等III族氮化物的磊晶層。

Description

紫外線發光元件用磊晶晶圓及其製造方法
本發明有關一種紫外線發光元件用磊晶晶圓及其製造方法。
近年來,從無汞、長壽命、緊緻化、輕量化、節能等的觀點來看,活用氮化物系半導體材料而得的深紫外線發光二極體作為殺菌用光源,期待市場擴大。
然而,這些深紫外線發光二極體用磊晶基板是將藍寶石基板或AlN基板作為基底基板,利用氫化物氣相磊晶(HVPE)法來使AlN層生長而得(專利文獻1)。當在不同晶格常數的藍寶石或SiC這樣的材料基板上形成有AlN層時,有下述傾向:因晶格不匹配而產生缺陷,降低內部量子效率,能量轉換效率下降。 又,在比250nm更短的波長的情況下,該影響變得進一步顯著。
又,晶格常數比較相近的獨立式GaN單晶基板因其能隙(bandgap)而成為光吸收基板,會使外部量子效率下降。獨立式AlN單晶基板雖然有望作為非常高品質的磊晶用基板,然而是難以製造且非常高價的材料。因此,高輸出、高效率的殺菌用深紫外線發光二極體的普及存在問題。 [先前技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1:日本專利第6042545號
[發明所欲解決的問題]
為了製作一種廉價且高品質的深紫外線發光二極體,可考慮使用由AlN陶瓷所構成之基板來製作深紫外線發光二極體。 然而,AlN陶瓷基板呈不透明,因此難以從基板側取出光。
本發明是有鑑於上述情事而完成,其目的在於提供一種紫外線發光元件用磊晶晶圓及其製造方法,該紫外線發光元件用磊晶晶圓較廉價且光取出效率良好,並且具有高品質的AlN等III族氮化物的磊晶層。 [解決問題的技術手段]
為了達成上述目的,本發明提供一種紫外線發光元件用磊晶晶圓,其特徵在於,具有: 第一支撐基板,其對於紫外光呈透明,且具有耐熱性; Al xGa 1 xN(0.5<x≦1)單晶的種晶層,其藉由貼合來接合於該第一支撐基板上;及, 磊晶層,其是在該種晶層上依序積層生長以Al yGa 1 yN(0.5<y≦1)作為主成分的第一導電型包覆層、AlGaN系活性層和以Al zGa 1 zN(0.5<z≦1)作為主成分的第二導電型包覆層而得。
若是這樣的紫外線發光元件用磊晶晶圓,則能夠從基板側取出光,因此能夠製成一種光取出效率提升且高品質的紫外線發光元件用磊晶晶圓。 又,種晶層是藉由貼合來接合,因而例如能夠利用貼合來將分離後的高價的氮化物半導體單晶的種基板再生使用,能夠顯著地降低整個步驟的材料成本。其結果,本發明的磊晶晶圓亦變得廉價。
又,能夠設為:前述第一支撐基板的主成分是合成石英或藍寶石。
作為以往產品的第一支撐基板的材質來使用的陶瓷由於是將粉末的原料加以成型、燒結來製作,因此在表面容易發生孔隙,因而以進行平坦化的步驟(化學氣相沉積(CVD)和研磨)填埋孔隙,然後加以研磨,但是難以完全去除。陶瓷的孔隙部分會塌陷,從而種晶層失去結晶性,因而擔心會成為缺陷,從而產率下降。然而,若是如上所述的材質,則相對廉價,而且能夠更確實地製成一種晶圓,該晶圓對於紫外光呈透明,且表面粗糙度較少,不會因高熱而變形、破損、蒸發。亦即,能夠成為一種高品質的紫外線發光元件用磊晶晶圓,其相較於第一支撐基板為陶瓷基板且容易發生缺陷之以往產品,更進一步廉價且結晶性得到改善。
又,能夠設為:前述AlGaN系活性層是由MQW結構所形成,存在有銦(In)作為鋁(Al)、鎵(Ga)、氮(N)以外的構成元素,該In的比例小於1%。
藉由以這樣的MQW結構形成,能夠促進復合,內部量子效率提升。
又,能夠設為:前述AlGaN系活性層在25℃注入0.2A/mm 2的電流時發光的光譜的峰值波長λp是比235nm更短的波長。
若具有這樣的峰值波長,則能夠成為一種作為殺菌用光源特別有用的紫外線發光元件用磊晶晶圓。
又,能夠設為:前述種晶層的能隙大於前述AlGaN系活性層的能隙。
若是這樣的紫外線發光元件用磊晶晶圓,則能夠更確實地使光不會被基板側的種晶層吸收。
又,能夠設為:前述種晶層的磊晶生長面是C面。
若是這樣的磊晶生長面,則能夠成為一種晶體容易生長且品質良好之薄膜。
又,本發明提供一種紫外線發光元件用磊晶晶圓的製造方法,其包含以下步驟: 以從Al xGa 1 xN(0.5<X≦1)單晶剝離轉印的方式將種晶層貼合在對於紫外光呈透明且具有耐熱性的第一支撐基板上,而製作貼合基板;及, 形成磊晶層,該磊晶層是在該貼合基板上依序磊晶生長以Al yGa 1 yN(0.5<y≦1)作為主成分的第一導電型包覆層、AlGaN系活性層和以Al zGa 1 zN(0.5<z≦1)作為主成分的第二導電型包覆層而得。
若是這樣的製造方法,則能夠製造一種高品質且廉價的紫外線發光元件用磊晶晶圓,該紫外線發光元件用磊晶晶圓能夠從基板側取出光,光取出效率提升。
又,能夠將前述第一支撐基板製成主成分是合成石英或藍寶石。
若以這樣的方式進行,則相對廉價,而且能夠更確實地製成一種晶圓,該晶圓對於紫外光呈透明,且表面粗糙度較少,不會因高熱而變形、破損、蒸發,能夠獲得一種更進一步廉價且結晶性得到改善的高品質的紫外線發光元件用磊晶晶圓。
又,能夠以MQW結構形成前述AlGaN系活性層,包含In作為Al、Ga、N以外的構成元素,將該In的比例設為小於1%。
藉由形成這樣的MQW結構,能夠促進復合,內部量子效率提升。
又,將前述AlGaN系活性層製成在25℃注入0.2A/mm 2的電流時發光的光譜的峰值波長λp是比235nm更短的波長。
若設為具有這樣的峰值波長,則能夠製造一種作為殺菌用光源特別有用的紫外線發光元件用磊晶晶圓。
又,能夠將前述種晶層製成能隙大於前述AlGaN系活性層的能隙。
若以這樣的方式進行,則能夠更確實地使光不會被基板側的種晶層吸收。
又,能夠將前述種晶層的磊晶生長面設為C面。
若以這樣的方式進行,則能夠獲得一種晶體容易生長且品質良好之薄膜。 [發明的功效]
若是本發明的紫外線發光元件用磊晶晶圓及其製造方法,則能夠獲得一種廉價且光取出效率高的高品質的紫外線發光二極體的磊晶晶圓。
以下,參照圖式來說明本發明的實施形態,但是本發明不限定於此。 如上所述,尋求一種廉價且高品質的磊晶晶圓,其適合用於紫外線區域(尤其是深紫外線區域(UVC:200~290nm))的發光二極體。 發明人反覆專心研究,結果發現一種磊晶晶圓,其具有:第一支撐基板,其對於紫外光呈透明,且具有耐熱性;Al xGa 1 xN(0.5<x≦1)單晶的種晶層,其藉由貼合來接合於該第一支撐基板上;及,磊晶層,其是在該種晶層上依序積層生長以Al yGa 1 yN(0.5<y≦1)作為主成分的第一導電型包覆層、AlGaN系活性層和以Al zGa 1 zN(0.5<z≦1)作為主成分的第二導電型包覆層而得;藉由該磊晶晶圓,能夠提供一種廉價且光取出效率良好的高品質的磊晶晶圓,從而完成本發明。
以下,參照圖式來進行說明。 第1圖所示的本發明的紫外線發光元件用磊晶晶圓100具有藉由貼合所製作的基板(貼合基板1)、及由氮化物半導體所構成之紫外線發光元件層2。 貼合基板1具有第一支撐基板3、接著層4及種晶層5,是將種晶(種晶層5)以貼合的方式接合在第一支撐基板3上而得。此處,是利用接著層4接合第一支撐基板3與種晶層5來製得。
第一支撐基板3只要是對於紫外光呈透明且具有耐熱性,則材質等並無特別限定。例如能夠使用一種基板,其在至少波長為230nm時的透光率為70%以上,並且具有在以超過1000℃的高溫進行的處理中不會熔融、剝離、破損的耐熱性。列舉更具體的例子,能夠使用以合成石英或藍寶石作為主成分之基板。尤其能夠設為合成石英基板或藍寶石基板。與以往產品的陶瓷製的基板相比,這些基板較廉價,而且表面粗糙度較小,因此,能夠防止損及利用貼合來接合的種晶層5的結晶性。其結果,能夠將種晶層5、以及紫外線發光元件層2製成更高品質,能夠成為一種優異的紫外線發光元件用磊晶晶圓。
雖然不限定於下述方法,但是能夠藉由例如下述方式在第一支撐基板3上製作由Al xGa 1 xN(0.5<x≦1)單晶所構成之種晶層5:準備獨立式Al xGa 1 xN(0.5<x≦1)單晶基板或Al xGa 1 xN(0.5<x≦1)磊晶基板 (種基板),對該基板實行離子植入,形成脆弱層,與第一支撐基板3貼合後,以脆弱層進行剝離轉印。 種晶層5是藉由這樣的貼合而得,因此能夠藉由進行表面研磨來製成離子植入面,從而將貼合來源的上述獨立式基板等(亦即,因種晶層5的剝離而被分離的種基板)重複用於進一步製作另一本發明的紫外線發光元件用磊晶晶圓時的種晶層。如此一來,能夠有效地重複使用相對高價的Al xGa 1 xN(0.5<x≦1)單晶的基板,因此能夠整體抑制成本,其結果,種晶層5、以及本發明的紫外線發光元件用磊晶晶圓100變得廉價。
進一步,較佳是種晶層5的能隙大於下述AlGaN系活性層的能隙。原因在於,能夠防止種晶層5中的光的吸收,更確實且更高效率地取出光。從此光吸收的防止的觀點來看,種晶層5的能隙越大越佳,沒有規定上限。又,種晶層5較佳是磊晶生長面是C面。若是這樣的種晶層5,則能夠獲得一種晶體更容易生長且高品質之薄膜(紫外線發光元件層2)。
再者,接著層4能夠接合第一支撐基板3與種晶層5,例如能夠設為SiO 2等對於紫外光呈透明的層。 或者,亦能夠設為:貼合基板1不是這樣以接著層4進行接合而得,而是將作為種晶層5的AlGaN單晶的表面藉由利用電漿或氬離子蝕刻加以活化來形成非晶層,並藉由進行加壓、加熱的方法以與第一支撐基板3貼合的方式加以接合而得。
在貼合基板1上氣相生長有紫外線發光元件層2。將紫外線發光元件層2的一例的概略示於第2圖。以下,詳細描述紫外線發光元件層的構成。 在貼合基板1上磊晶生長有同質磊晶層6。同質磊晶層是為了提升結晶品質而導入,能夠設計在厚度為100nm~500nm的範圍內。同質磊晶層亦能夠根據器件的設計而省略。
第一導電型包覆層7(Al yGa 1 yN(0.5<y≦1)為主成分)是為了對AlGaN系活性層8供給電子而形成,膜厚並無特別限定,例如能夠設為2.5μm。 AlGaN系活性層8具有量子阱結構,交互積層有障壁層9和阱層10(MQW結構)。再者,例如能夠設為:存在有In作為Al、Ga、N以外的構成元素,該In的比例大於0%且小於1%。若是這樣的AlGaN系活性層8,則能夠提升內部量子效率,更高效率地進行發光,因而較佳。又,AlGaN系活性層8能夠設為在25℃注入0.2A/mm 2的電流時發光的光譜的峰值波長λp是比235nm更短的波長,若是這樣的AlGaN系活性層8,則尤其能夠更確實地獲得深紫外線區域的光,作為殺菌用光源是有用的。作為此深紫外線區域的發光光譜的峰值波長λp的下限,例如能夠設為200nm。膜厚並無特別限定,例如能夠以6nm障壁層、1.5nm阱層設為3層積層。 第二導電型包覆層11(Al zGa 1 zN(0.5<z≦1)為主成分)是為了對AlGaN系活性層8供給電洞而形成。膜厚並無特別限定,例如能夠設為30nm。 藉由磊晶生長來依序積層這些層。
又,為了減少與電極的接觸電阻,而形成有p型AlGaN接觸層12。膜厚並無特別限定,例如能夠設為60nm。在本案的情況下,可以是配合第二導電型包覆層11的導電型來反轉P/N的層配置。
以下,說明本發明的紫外線發光元件用磊晶晶圓的製造方法。大致分為以下步驟,包含:貼合基板1的製造步驟、及在貼合基板1上製造紫外線發光元件層2的步驟。第3圖中示出本發明的紫外線發光元件用磊晶晶圓100的製造方法的一例。 首先,說明貼合基板1的製造步驟。 準備Al xGa 1 xN(0.5<x≦1)單晶的種基板13(例如AlN基板),然後從其中一面(離子植入面)實行離子植入(步驟A)。此時所植入的離子能夠設為例如氫離子和稀有氣體離子等。藉此,在種基板13內形成作為剝離位置的脆弱層(損傷層)14(步驟B)。 繼而,將種基板13的離子植入面與形成於另外準備的第一支撐基板3(例如合成石英基板)上的接著層4(例如SiO 2層)接合來製成接合基板15(步驟C)。
然後,由接合基板15中的種基板13的脆弱層14分離種基板13(步驟D)。藉由以這樣的方式進行,將Al xGa 1 xN(0.5<x≦1)單晶膜作為種晶層5予以薄膜轉印於第一支撐基板3上的接著層4上,從而成為積層有第一支撐基板3、接著層4、種晶層5之貼合基板1。再者,能夠根據需要而對表面進行例如研磨等(步驟E)。 另一方面,分離後的種基板13的殘部能夠藉由再次將表面研磨來製成離子植入面,從而重複用於進一步製作另一貼合基板時的種晶層。
繼而,參照第2圖、第3圖,示出紫外線發光元件層2(尤其是適合用於深紫外線區域的發光二極體的磊晶層)的製造步驟(步驟F)。 [1]導入至反應爐 將貼合基板1導入至金屬有機氣相磊晶(MOVPE)裝置的反應爐內。將貼合基板1導入至反應爐前,利用化學藥品實行清洗。將貼合基板1導入至反應爐內後,以氮氣等高純度惰性氣體充滿爐內,來將爐內的氣體排出。
[2]在爐內清洗貼合基板表面的步驟 在反應爐內加熱貼合基板1,來清洗基板的表面。實行清洗的溫度能夠以貼合基板表面的溫度規定在1000℃至1200℃之間,尤其藉由在1050℃實行清洗,能夠獲得清淨的表面。 清洗是在爐內的壓力減壓後實施,爐內壓力能夠規定在200mbar至30mbar之間。在爐內,於供給了包含氫氣、氮氣、氨之混合氣體的狀態下實行例如10分鐘左右的清洗。這些條件僅為一例,並無特別限定。
[3]生長同質磊晶層的步驟 在此步驟中,於規定的爐內壓力和基板溫度,導入原料即作為Al源、Ga源、N源的氣體,藉此在貼合基板1上磊晶生長Al xGa 1 xN(0.5<x≦1)(同質磊晶層6)。 在此步驟中,例如能夠以爐內壓力為50mbar、基板溫度為1120℃的條件實行生長。作為Al源,能夠使用三甲基鋁(TMAl);作為Ga源,能夠使用三甲基鎵(TMGa);作為N源,能夠使用氨(NH 3)。又,為了獲得希望的Al組成的混晶,考慮到原料氣體的材料效率,以被摻入薄膜中的Al/Ga比成為所設定的比率的方式,設定原料的TMAl、TMGa的流量。在此步驟中,能夠在TMAl的流量於標準狀態下為例如0.24L/min(240sccm)、NH 3的流量為例如2.0L/min(2000sccm)的條件下實行AlN的生長。TMAl、TMGa、NH 3的載體氣體能夠使用例如氫氣。這些條件僅為一例,並無特別限定。
[4]生長第一導電型包覆層的步驟 此步驟是在同質磊晶層6上生長第一導電型包覆層7的步驟。 在此步驟中,將反應爐內保持在規定的爐內壓力、基板溫度後,將原料的TMAl、TMGa、NH 3、及用以製成n型導電性的雜質氣體供給至爐內來生長第一導電型包覆層7。能夠以主成分由Al yGa 1 yN(0.5<y≦1)表示的組成來自由地製作第一導電型包覆層7,作為一例,能夠設為Al 0.95Ga 0.05N。亦可改變組成來形成複數層。 此步驟的爐內壓力能夠設為例如75mbar,基板溫度能夠設為1100℃。為了獲得希望的Al組成的混晶,考慮到原料氣體的材料效率,以被摻入薄膜中的Al/Ga比成為所設定的比率的方式,設定原料的TMAl、TMGa的流量。這些值僅為一例,並無特別限定。 用以製成n型導電性的雜質氣體能夠使用單矽烷(SiH 4)。用以運送原料氣體的載體氣體能夠使用氫氣。再者,作為雜質氣體,可使用四乙基矽烷。
[5]生長AlGaN系活性層的步驟 此步驟是在第一導電型包覆層7上生長AlGaN系活性層8的步驟。在此步驟中,將反應爐內保持在規定的爐內壓力、基板溫度後,將原料的TMAl、TMGa、NH 3供給至爐內來生長AlGaN系活性層8。作為一例,AlGaN系活性層8能夠設為:障壁層9為Al 0.75Ga 0.25N,阱層10為Al 0.6Ga 0.4N。又,此步驟的爐內壓力能夠設為例如75mbar,基板溫度能夠設為1100℃。為了在各層獲得希望的Al組成的混晶,考慮到原料氣體的材料效率,以被摻入薄膜中的Al/Ga比成為所設定的比率的方式,設定原料的TMAl、TMGa的流量。這些值僅為一例,並無特別限定。
[6]生長第二導電型包覆層的步驟 此步驟是在AlGaN系活性層8上生長第二導電型包覆層11的步驟。在此步驟中,將反應爐內保持在規定的爐內壓力、基板溫度後,原料的TMAl、TMGa、NH 3、及用以製成p型導電性的雜質原料供給至爐內來生長第二導電型包覆層11。能夠以由Al zGa 1 zN(0.5<z≦1)表示的組成來自由地製作第二導電型包覆層11,作為一例,能夠設為Al 0.95Ga 0.05N。亦可改變組成來形成複數層。 此步驟的爐內壓力能夠設為例如75mbar,基板溫度能夠設為1100℃。為了獲得希望的Al組成的混晶,考慮到原料氣體的材料效率,以被摻入薄膜中的Al/Ga比成為所設定的比率的方式,設定原料的TMAl、TMGa的流量。這些值僅為一例,並無特別限定。 用以製成p型導電性的雜質原料能夠使用雙(環戊二烯基)鎂(Cp 2Mg)。又,用以運送原料氣體的載體氣體能夠使用氫氣。
[7]生長p型AlGaN接觸層的步驟 此步驟是在第二導電型包覆層11上生長p型AlGaN接觸層12的步驟。在此步驟中,將反應爐內保持在規定的爐內壓力、基板溫度後,將原料的TMAl、TMGa、NH 3、及用以製成p型導電性的雜質原料供給至爐內來生長p型AlGaN接觸層12。此步驟的爐內壓力能夠設為例如75mbar,基板溫度能夠設為1100℃。這些值僅為一例,並無特別限定。 用以製成p型導電性的雜質原料能夠使用雙(環戊二烯基)鎂(Cp 2Mg)。又,用以運送原料氣體的載體氣體能夠使用氫氣。
[8]活化退火步驟 在此步驟中,藉由在加熱爐內以規定的溫度、時間對晶圓進行退火,來使第二導電型包覆層11、p型AlGaN接觸層12的p型雜質活化。加熱爐內的活化能夠設為例如在750℃10分鐘。
藉由以本發明的製造方法來製作紫外線區域(尤其是深紫外線區域)的發光二極體用磊晶晶圓100,能夠獲得一種基板,該基板在簡便的磊晶層中因空隙導致的缺陷較少,因而能夠提升磊晶步驟的生產性。 又,進行種晶層的剝離轉印後,回收AlN單晶基板或AlGaN單晶基板,然後進行再研磨,藉此能夠將高價的化合物半導體單晶基板作為種基板加以再利用,從而能夠重新剝離轉印種晶層,因而能夠廉價地製造紫外線區域的發光二極體用磊晶基板。 [實施例]
以下,列舉實施例及比較例來進一步具體地說明本發明,但是本發明不限定於這些例子。 (實施例) 根據如第3圖所示的本發明的製造方法來製造如第1圖、第2圖所示的深紫外線發光二極體用磊晶晶圓。亦即,根據貼合基板的製造步驟A~E、及紫外線發光元件層的製造步驟F(前述步驟[1]~[8])來進行製造。 在藍寶石基板上生長2μm的由SiO 2所構成之接著層(平坦化層),對表面實行化學機械研磨(CMP)加工,以使其平坦化。然後,準備基板(貼合基板),其是利用常溫接合將由AlN單晶所構成之種晶(種基板)貼合在上述藍寶石基板上,來加以剝離轉印而得。 在貼合基板上利用MOVPE法生長100nm的Al 0.95Ga 0.05N,在其上生長2.5μm的n型Al 0.95Ga 0.05N。在其上形成3層的由障壁層Al 0.75Ga 0.25N、阱層Al 0.6Ga 0.4N所構成之量子阱結構。然後,形成p型Al 0.95Ga 0.05N層和p型GaN接觸層。
與下述比較例1相比,在實施例中製作的磊晶基板中,缺陷顯著減少,缺陷密度減少至0.32個/cm 2。在比較例1中需要陶瓷基板的去除步驟,而在實施例中能夠從基板側取出紫外光,因而光取出效率良好,而且能夠更廉價地進行製造。又,與比較例2相比,得到了貫穿差排密度(threading dislocation density)較少且發光效率良好的器件。
(比較例1) 準備基板(貼合基板),其是在以AlN的陶瓷所製作的基板上生長2μm的由SiO 2所構成之平坦化層,貼合由Al 0.95Ga 0.05N單晶所構成之種晶,來加以剝離轉印而得。 在貼合基板上利用MOVPE法生長100nm的Al 0.95Ga 0.05N,在其上生長2.5μm的n型Al 0.95Ga 0.05N。在其上形成3層的由障壁層:Al 0.75Ga 0.25N、阱層:Al 0.6Ga 0.4N所構成之量子阱結構。然後,形成p型Al 0.95Ga 0.05N層和p型GaN接觸層。
在比較例1中製作的磊晶基板中,因陶瓷的凹凸導致磊晶基板產生缺陷,產生了12.2個/cm 2的缺陷密度。又,陶瓷基板由於無法被深紫外光透射,因此製作LED時與實施例相比,光取出效率惡化。 更具體而言,實施例為8%,比較例1為4%以下且大多為3%左右。
(比較例2) 用以下方式製造使用了藍寶石基板之深紫外線區域的發光二極體用磊晶基板。 [1]導入至反應爐 將藍寶石基板導入至MOVPE裝置的反應爐內。將藍寶石基板導入至反應爐前,利用化學藥品實行清洗。將藍寶石基板導入至反應爐內後,以氮氣等高純度惰性氣體充滿爐內,來將爐內的氣體排出。
[2]在爐內清洗藍寶石基板的步驟 在反應爐內加熱藍寶石基板,來實行基板的表面的清洗。清洗是在1030℃的溫度實行。又,爐內壓力設為150mbar。在爐內,於供給了氫氣或氮氣的狀態下實行10分鐘的清洗。
[3]生長緩衝層的步驟 在此步驟中,於規定的爐內壓力和基板溫度,導入原料即作為Al源、Ga源、N源的氣體,藉此在藍寶石基板上生長用以改善磊晶層的結晶性的緩衝層。調整基板上的核形成層和生長條件,重複低速生長層和高速生長層,該低速生長層以低速進行生長,藉此形成減少差排的層。生長3μm的緩衝層,以獲得適合作為紫外線LED之基板。
[4]生長第一導電型包覆層的步驟~[8]活化退火步驟是在與實施例相同的條件下製作深紫外線區域的發光二極體用磊晶基板。
將實行實施例及比較例1、2中製作的深紫外線發光二極體用磊晶基板的X射線繞射(XRD)搖擺曲線測定而得的結果示於表1。 尤其將實施例與比較例2的結果進行比較,結果實施例的深紫外線發光二極體用磊晶基板的AlN(0002)的XRD搖擺曲線的半高寬(FWHM)為43arcsec,相對於此,比較例2的FWHM為541arcsec,相較於比較例2,實施例能夠獲得結晶性較良好的磊晶晶圓。 如此一來,藉由以本發明的方式在利用貼合所形成的種晶層上進行磊晶生長,能夠獲得一種結晶性更高的高品質的磊晶晶圓。
[表1]
Figure 02_image001
再者,本發明並不限定於上述實施形態。上述實施形態為例示,任何具有實質上與本發明的申請專利範圍所記載的技術思想相同的構成且發揮相同功效者,皆包含在本發明的技術範圍內。
1:貼合基板 2:紫外線發光元件層 3:第一支撐基板 4:接著層 5:種晶層 12:p型AlGaN接觸層 13:種基板 14:脆弱層 15:接合基板 100:紫外線發光元件用磊晶晶圓
第1圖是示出本發明的紫外線發光元件用磊晶晶圓的一例的概略圖。 第2圖是示出紫外線發光元件層的一例的概略圖。 第3圖是示出本發明的紫外線發光元件用磊晶晶圓的製造方法的一例的流程圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
1:貼合基板
2:紫外線發光元件層
3:第一支撐基板
4:接著層
5:種晶層
100:紫外線發光元件用磊晶晶圓

Claims (16)

  1. 一種紫外線發光元件用磊晶晶圓,其特徵在於,具有: 第一支撐基板,其對於紫外光呈透明,且具有耐熱性; Al xGa 1 xN(0.5<x≦1)單晶的種晶層,其藉由貼合來接合於該第一支撐基板上;及, 磊晶層,其是在該種晶層上依序積層生長以Al yGa 1 yN(0.5<y≦1)作為主成分的第一導電型包覆層、AlGaN系活性層和以Al zGa 1 zN(0.5<z≦1)作為主成分的第二導電型包覆層而得。
  2. 如請求項1所述之紫外線發光元件用磊晶晶圓,其中,前述第一支撐基板的主成分是合成石英或藍寶石。
  3. 如請求項1所述之紫外線發光元件用磊晶晶圓,其中,前述AlGaN系活性層是由MQW結構所形成,存在有In作為Al、Ga、N以外的構成元素,該In的比例小於1%。
  4. 如請求項2所述之紫外線發光元件用磊晶晶圓,其中,前述AlGaN系活性層是由MQW結構所形成,存在有In作為Al、Ga、N以外的構成元素,該In的比例小於1%。
  5. 如請求項1~4中任一項所述之紫外線發光元件用磊晶晶圓,其中,前述AlGaN系活性層在25℃注入0.2A/mm 2的電流時發光的光譜的峰值波長λp是比235nm更短的波長。
  6. 如請求項1~4中任一項所述之紫外線發光元件用磊晶晶圓,其中,前述種晶層的能隙大於前述AlGaN系活性層的能隙。
  7. 如請求項5所述之紫外線發光元件用磊晶晶圓,其中,前述種晶層的能隙大於前述AlGaN系活性層的能隙。
  8. 如請求項1~4中任一項所述之紫外線發光元件用磊晶晶圓,其中,前述種晶層的磊晶生長面是C面。
  9. 一種紫外線發光元件用磊晶晶圓的製造方法,其包含以下步驟: 以從Al xGa 1 xN(0.5<X≦1)單晶剝離轉印的方式將種晶層貼合在對於紫外光呈透明且具有耐熱性的第一支撐基板上,而製作貼合基板;及, 形成磊晶層,該磊晶層是在該貼合基板上依序磊晶生長以Al yGa 1 yN(0.5<y≦1)作為主成分的第一導電型包覆層、AlGaN系活性層和以Al zGa 1 zN(0.5<z≦1)作為主成分的第二導電型包覆層而得。
  10. 如請求項9所述之紫外線發光元件用磊晶晶圓的製造方法,其中,將前述第一支撐基板製成主成分是合成石英或藍寶石。
  11. 如請求項9所述之紫外線發光元件用磊晶晶圓的製造方法,其中,以MQW結構形成前述AlGaN系活性層,包含In作為Al、Ga、N以外的構成元素,將該In的比例設為小於1%。
  12. 如請求項10所述之紫外線發光元件用磊晶晶圓的製造方法,其中,以MQW結構形成前述AlGaN系活性層,包含In作為Al、Ga、N以外的構成元素,將該In的比例設為小於1%。
  13. 如請求項9~12中任一項所述之紫外線發光元件用磊晶晶圓的製造方法,其中,將前述AlGaN系活性層製成在25℃注入0.2A/mm 2的電流時發光的光譜的峰值波長λp是比235nm更短的波長。
  14. 如請求項9~12中任一項所述之紫外線發光元件用磊晶晶圓的製造方法,其中,將前述種晶層製成能隙大於前述AlGaN系活性層的能隙。
  15. 如請求項13所述之紫外線發光元件用磊晶晶圓的製造方法,其中,將前述種晶層製成能隙大於前述AlGaN系活性層的能隙。
  16. 如請求項9~12中任一項所述之紫外線發光元件用磊晶晶圓的製造方法,其中,將前述種晶層的磊晶生長面設為C面。
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