TW389939B - Light emitting device, wafer for light emitting device, and manufacturing - Google Patents

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經濟部中央標準局貝工消費合作社印裂 A7 _____B7_______ 五、發明説明（1 ) [發明背景] (發明之領域） 本發明係關於一種發光元件，發光元件用晶圓及其製造 方法，更特定係關於一種使用氮化鎵（GaN)系半導體之呈現 藍色及藍綠色之發光元件、發光元件用晶圓及其製造方法。 (背景技術之説明） 近幾年，氮化鎵系之發光元件引人注目。其中特別是使 用藍寶石基板之發光元件正在被工業化之中。然而，藍寶 石基板爲絕緣性基板，所以難_以在基板下部形成金屬電極 。因此，必須利用蝕刻引出藍寶石基板上部的氮化物混晶 而形成金屬電極等，引起了製程的複雜化和成本增高。 此外，藍寶石基板無劈開性，所以考慮應用於雷射二極 體，就有以下缺點：不能形成由劈開面構成的反射鏡。於是 ’取代具有這種缺點的藍寶石基板，以往提出了使用碎化 鎵（GaAs)基板的發光元件。這些元件例如揭示於特開平8_ 181070號公報。 然而，使用這種砷化鎵基板的發光元件，對於相當於藍 色的短波長之光，光的吸收大。因此，通過坤化鎵基板之 光被吸收，該結果有以下問題··當作發光元件的全體發光亮 度降低。一般作爲決定發光元件發光亮度的要因之一，有 從發光元件之光取出口將光取出於空氣中時的光取出效率 。此光取出效率取決於基於結晶内光反射的要因和光吸收 於結晶中的要因。然而，使用坤化鎵基板時，爲後者之要 因的光吸收係數（cm·1)對於1 .4 8電子伏特（eV)以上能量之 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） " ----—-Ί---— 裝------訂------槔· (請先閱讀背面之注f項再 V寫本頁) 五、發明説明（2) A7 B7 經濟部中央棣準局貝工消費合作社印裝 光，成爲10,000以上之値，成爲通常藍寶石基板的1〇〇倍以 上之値。因此’使用坤化鎵基板時，與使用藍寶石基板時 相比，會產生顯示大吸收的不妥當。 [發明之概述] 本發明之一個目的，係提供一種發光亮度更高的發光元 件及發光元件用晶圓。 本發明之另一個目的，係在發光元件用晶圓之製造方法 方面，容易製造發光亮度更高的發光元件用晶圓。 根據本發明之一局面的發光A件用晶圓之製造方法，係 在砷化鎵（GaAs)基板上形成氮化鎵化合物。而且，形成該 氮化鎵化合物後，除去上述砷化鎵基板之至少—部分。如 此’藉由除去砷化鎵基板之至少一部分，與全體形成坤化 鎵基板的情況相比，可減少爲砷化鎵基板所吸收的光量。 該結果，可容易製造發光亮度更高的發光元件用晶圓。 上述氮化鎵化合物也可以含有氮化鎵緩衝層和氮化鎵磊 晶層，除去上述砷化鎵基板全部。這種情況，上述氮化鎵 緩衝層和上述氮化鎵磊晶層的合計膜厚定爲7〇# m以上4〇〇 m以下較佳，氮化鎵緩衝層和氮化鎵磊晶層構成氮化鎵基 板。 上述砷化鎵基板的除去也可以構成如下：機械加工除去方 法，使用氣（eh)氣的反應性離子蝕刻除去方法、使用氨和 過氧化氫的墀式蝕刻除去方法及在高溫氣化氩（HC1)氣體的 環境氣中的分解除去方法之中，使用至少一種方法進行。 此外，上述氮化鎵化合物也可以含有氮化鎵（(}aN)緩衝層 請 先 閏 面 之 注 項 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21 Οχ 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ______B7 五、發明説明（3 ) 、第一氮化鎵磊晶層、第一氮化鋁鎵（AlGaN)磊晶層、包含 氮化銦鎵（InGaN)的發光層、第二氮化鋁鎵（AlGaN)磊晶層 及第二氮化鎵磊晶層。這種情況的氮化鎵化合物也可以具 有70# m以上200# m以下的膜厚，除去砷化鎵基板全部。 此外’也可以將氮化鎵化合物構成具有ljum以上70# m以 下的膜厚，同時除去砷化鎵基板一部分。 也可以將形成上述氮化鎵化合物的製程構成如下：含有在 砷化鎵基板上形成由絕緣膜構成的條紋圖案的製程；其後， 在砷化鎵基板及條紋囷案上形诚由氮化鎵及氮化一 個構成的緩衝層的製程；及’在該緩衝層上形成氮化鎵磊 晶層的製程；同時將除去上述坤化鎵基板之至少一部分的 製程構成如下：含有除去砷化鎵基板全部的製程。如此藉由 使用由絕緣膜構成的條紋圖案，可使所形成的緩衝層及氮 化鎵县晶成長層的結晶性提高。又，上述絕緣膜最好是二 氧化梦及氮化珍之中的任何一個。此外，上述絕緣成最好 具有3/zm以上2〇#m以下的寬度和0.05"111以上〇5//111以 下的厚度。 根據本發明之其他局面的發光元件用晶圓，具備含有氛 化鎵缓衝層和氮化鎵蟲晶層的氮化鎵基板。而且，上述氛 化鎵緩衝層和上述氮化鎵磊晶層的合計膜厚爲7〇# m以上 400#m以下。如此一來，根據此其他局面的發光元件用晶 圓，藉由設置含有氮化鎵緩衝層和氮化鎵磊晶層的氮化鎵 基板，可將此氮化鎵基板用於各種用途。例如當作雷射二 極體用的基板也有效。這種情況，另一種基板不存在於氮 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4胁（21GX297公釐) ' -- I .1J.---裝-- (請先閲讀背面之注$項再f本頁)

、1T A7 _____B7_ 五、發明説明（4 ) 化鎵緩衝層下方，所以可使雷射在晶片端面的劈開的反射 面非常平滑，該結果，可使雷射特性提高。 根據本發明之另外其他局面的發光元件，具備坤化鎵基 板和氛化鎵化合物。砷化鎵基板具有主表面。氮化鎵化合 物形成於砷化鎵基板之主表面上，含有藍色及藍綠色的發 光層。此氮化鎵化合物含有氮化鎵緩衝層、第一氮化鎵县 晶層、第一氮化銘鎵羞晶層、包含.氮化銦鎵的發光層、第 二氮化铭鎵磊晶層及第二氮化鎵磊晶層。此外，除去坤化 鎵基板一部分而露出上述氮化|化合物表面。如此一來， 根據此另外其他局面的發光元件’由於藉由除去珅化鎵基 板一部分而露出氮化鎵化合物表面，與全體形成坤化鎵基 板的情況相比，相當於藍色的短波長之光的吸收量減少， 藉此可得到發光亮度更高的發光元件。這種情況的發光元 件之氮化鎵化合物厚度最好設定在m以上70# m以下。 本發明之上述或其他目的、特徵、優越性、由以下的詳 細説明和所附上的囷面當可明白。 [圖式之簡單説明] 圖1 A爲顯示根據本發明第一實施形態之發光元件的截面 圖，圖1B爲圖1 A所示之發光元件的底面囷。 圖2爲説明用於根據本發明第一及第二實施形態之發光元 件之磊晶晶圓製程的截面圖β 圖3爲顯示根據本發明第二實施形態之發光元件的截面圖。 圖4爲説明用於根據本發明第三實施形態之發光元件之磊 晶晶圓製程的截面圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4itfeT2T〇X297^« ) ------.-1----^裝 I - (請先閲讀背面之注意^項再^^本頁 訂 經濟部中央標準局負工消费合作社印聚 經濟部中央樣準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（5 ) 囷5爲顯示根據本發明第三實施形態之發光元件的截面圖。 圖6爲顯示用於本發明之化合物半導體磊晶層形成之氣相 成長裝置結構的概略圖β [較佳實施形態説明] 以下’根據圖面説明本發明之實施形態。 (第一實施形態） 參照圖1 Α及圖1 Β ’根據本發明之第一實施形態，係在砷 化鎵基板8之一方表面上形成爲氮化鎵化合物的氮化物混晶 9 ’在砷化鎵基板8之他方表面-上形成金屬電極71^此外， 在氮化物混晶9之上部表面上形成金屬電極7a。/ 氮化物混晶9含有氮化鎵緩衝層1，η型氮化鎵磊晶層2， π型氣化銘嫁屋晶層3、氣化姻嫁發光層4、p型氮化銘嫁县 晶層5及ρ型氮化鎵磊晶層6的六個層。又，氮化物混晶9具 有雙異質結構，該雙異質結構係以作爲敷鍍層的氮化鋁鎵 羞晶層3及5夾住氮化鋼嫁發光層4兩面。此外，氮化鎵 羞晶層2和p型氮化鎵屋晶層6具有在蚀刻製程中作爲保護膜 的功能。這是因爲η型氮化鎵磊晶層2與p型氮化鎵磊晶層6 和作爲鍍層的η型氮化铭鎵层晶層3與ρ型氮化铭鎵羞晶層5 比較，耐蝕性佳的緣故。 此處’根據此第一實施形態，除去砷化鎵基板8 一部分， 在該所除去的部分露出氮化鎵缓衝層1表面。又，金屬電極 7b形成於砷化鎵基板之未被除去部分1〇的表面。 如此，根據此第一實施形態’藉由除去砷化鎵基板8 一部 分，與習知全面形成坤化嫁基板8的發光元件相比，爲坤化 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

A7 B7 五、發明説明（6)

In —J· J— IJ ΊΊ I n n . (請先閲讀背面之注項本頁 鎵基板8所吸收的光之量變少，該結果，比以往可提供發光 亮度更高的發光元件。/ 又’此第一實施形態中的氮化物混晶9膜厚設定在1 // m 以上70# m以下。之所以如此比較薄地形成氯化物混晶9， ’是因爲可利用砷化鎵基板8之剩餘部分1〇保持強度。因此 ’根據此第一實施形態，可提供使用成本上廉價的校薄氮 化物混晶9之發光元件。又，坤化鎵基板8之剩餘部分1〇需 要形成如下：面積盡量小且對發光部無礙。/ 氣化物混晶9中的氮化鎵羞u晶層2及6以外的各層具有 〇·1〜0.2" m薄的厚度。因此，實際上氮化物混晶9的厚度 和氮化鎵磊晶層2及6的合計厚度大致相同。因此，加大氮 化物混晶9的厚度，要考慮加大氮化鎵磊晶層2及6的厚度》 此外’加大夾住氮化銦鎵發光層4之成爲敷鍍層的η型氮化 銘鎵羞晶層3和ρ型氮化鋁鎵磊晶層5的厚度，有時在使強度 增加上也有效。 經濟部中央標準局員工消費合作社印褽 其次’參照圖2及圖6，就用於圖1Α及圖1Β所示的根據第 一實施形態之發光元件的磊晶半導體晶圓製程加以説明。 首先’參照圖6，就用於使用有機金屬氣化物氣相磊晶法 (MOCVPE法）的磊晶晶圓製造之氣相成長裝置加以説明。此 裝置係由具有第一氣體導入口 51、第二氣體導入口 52和排 氣口 53的反應室54及從此反應室54外部加熱反應室54全體 的電阻加熱加熱器55所構成。使用這種裝置進行如圖2所示 的磊晶晶圓製造。具體而言，首先在由石英構成的反應室 54内設置由氣化氳（HC1)系蝕刻液所前處理過的坤化鎵 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（2丨0父297公釐） Α7 Β7 五、發明説明（7) (lll)A面基板8。所謂砷化鎵（ln)A面基板，意味著在砷 化鎵（111)面具有鎵面的基板。 其次’利用電阻加熱加熱器55從外部加熱反應室54全體 ’並且形成將基板8保持在500 r的狀態。在此狀舉，下，從 第一氣體導入口 5 1分|||^分壓8xl0-4大氣壓及8χ1〇-4大氣 壓導入二甲基鎵（TM|g及氣化氫（HC1)作爲III族原料。其 另一方面，從第二氣__入口52以分壓56χι〇-丨大氣壓導 入氨氣（NH3)作爲料》在這種條件下，藉由15分鐘使 磊晶成長進行，將具有3〇 nm厚度的氮化鎵緩衝層1形成於 砷化鎵基板8上。 此後，藉由以電阻加熱加熱器55加熱已形成氮化鎵缓衝 層1的坤化鎵基板8，使其上升到8 5 〇 。此後，將三甲基 鎵、氣化氫及氨氣的分壓分別設定在8χΐ〇·4大氣壓、 8χ10·4大氣壓及1.6x1ο·1大氣壓，在該條件不，1〇〇分鐘 使磊晶成長進行。藉此，在氮化鎵緩衝層丨上形成六方晶之 η型氮化鎵磊晶層2。 其次，一面將砷化鎵基板8的溫度用電阻加熱加熱器55維 持0 0〜850 °C的溫度，一面將三曱基鎵、三甲基鋁 (τ 氣化氫及氨氣在三甲基鎵和三甲基鋁的分壓相等 的條導入，1〇分鐘使磊晶成長進行。藉此，形成由η型 氮化鎵〇.9構成的磊晶層3。

其，將此砷化鎵基板8的溫度以電阻加熱加熱器55降溫 到^_C〜70(TC的範園。此後，將三曱基鎵、三甲基I (τϋ&氯化氫及氨氣在三甲基銦分壓成爲三甲基鎵分壓 、

V— * I -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ----U-J,..----^ I. « .t/ (請先聞讀背面之注$項再本頁 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製

、1T A7 B7 五、發明説明（8) 20倍的條件下導入，10分鐘使磊晶成長進行。藉此，形成 由氮化姻0.3嫁0.7構成的發光廣4。 其次，回到形成由η型氮化鋁〇1鎵〇 9構成的磊晶層3的條 件，同樣形成由ρ型氮化鋁01鎵0 9構成的磊晶層5。此磊晶 層3及5成爲夹住發光層4的敷鍍層。 在和上述η型氮化鎵磊晶層2形成條件相同的形成條件下 ’在ρ型氮化鋁鎵磊晶層5上使ρ型氮化鎵磊晶層6成長。又 ，作爲導入氮化鎵層的接雜物，在η型使用梦（si)或硫（s) ，至於P型則使用鎂（Mg) ^此外，：氮化銦鎵發光層4本來顯 示η型。在此時，磊晶成長完畢，暫且從爐中取出基板。然 後，利用研磨機研磨和形成砷化鎵基板8之上述磊晶成長層 之側相反側的表面。藉由此研磨，使具有6〇〇"瓜厚度的砷 化鎵基板8減少到約1 〇 〇 # m厚度》

此後，在上面及下面利用電漿化學氣相成長法漿CVD 法）形成具有300nm厚度的二氧化矽膜。然後，將該二氧化 矽膜使用光刻技術形成囷案。此所形成圖案的二氧化矽膜 用於掩蔽》 具體而言，使用反應性蝕刻裝置（未圖示）除去未爲二氧化 矽膜所掩蔽部分的砷化鎵基板8。此處，在反應性蝕刻裝置 上般设置連接於高頻電源的平面電極和與此平面電極對 向的對向電極。此反應性蝕刻裝置具備導入反應性氣體的 氣體導入系統和將蝕刻室内的壓力保持於一定的排氣系統 進行蝕刻時，在施加高頻電力的平面電極上配置晶圓， 在平面電極和對向電極之間使電漿發生。反應性氣體的離 -_ 請先聞讀背面之注意事項再本頁) -裝 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 -11-

Α7 Β7 五、發明説明（9) 子沿著電極間的垂直電場而垂直入射到晶圓表面上，在該 垂直方向晶圓表面的蚀刻進行。 作爲此時的反應性氣體，使氣氣流動，這種情況，將全 壓設定在1.3x1 Ο·3大氣壓，將使電漿發生的高頻電力（頻率 13.56微赫）設定在150瓦，蚀刻神化鎵基板8。 如此一來，以二氧化矽膜爲罩幕，使用反應性離子蝕刻 裝置除去坤化鎵基板8 —部分。此後，除去二氧化碎膜，在 除去了砷化鎵基板8之二氧化矽膜部分的表面蒸鍍歐姆性金 屬電極7b。和此同時，在p型氮化·鎵磊晶層6的表面也蒸鍍 金屬電極7a。如此，製造圖丨八及圖1B所示的根據第一實施 形態之雙異質型發光元件》 (第二實施形態） 兹參照圖2及囷3 ’就第二實施形態加以説明。首先，就 此第二實施形態之發光元件構造而言，和圖1A所示的第一 實施形態之發光元件不同，如圖3所示，完全除去砷化鎵基 板8。具體而言，在氮化物混晶9背面直接形成金屬電極71) ，在氮化物混晶9上面之預定部分也形成金屬電極 經濟部中央標準局貝工消费合作社印聚 (請先閲讀背面之注f項再期寫本頁) 在根據此實施形態2之發光元件方面，氮化物混晶9和圖 1A所示的第一實施形態之構造同樣，含有氮化鎵缓衝層1 、11型氛化嫁為晶層2、η型氮化铭嫁蟲晶層3、氮化姻嫁發 光層4、ρ型氮化銘鎵羞晶層5及ρ型氮化鎵羞晶層6的六個 層。但是，此圖3所示的實施形態2之發光元件和第一實施 形態不同’完全除去了坤化鎵基板8，所以需要使氮化物混 晶9的強度增加。因此，在此第二實施形態方面，最好將氮 -12- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 _____B7___ 五、發明説明（10) 化物混晶9的膜厚設定在7 0 # m以上2 0 0 // m以下。因爲若 是不滿70//m，則強度上弱，而比200jwm大，則成本上過 高。/ 又，氣化嫁蟲晶層2及6以外的氣化物混晶9之各層爲 0 1〜0.2 # m，非常薄。因此，實際上氮化物混晶9的厚度 和氣化嫁羞晶層2及6的合計厚度大致相同。因此，要使氮 化物混晶9的厚度增加，使氮化鎵盖晶層2及6的厚度增加有 效。此外，加大從兩側夾住氮化銦鎵發光層4的成爲敷鍍層 之η型氮化鋁鎵磊晶層3和ρ型氮化··銘鎵磊晶層5的厚度，有 時在使強度增加上也有效。 圖3所示的根據第二實施形態之發光元件，因完全除去坤 化鎵基板8而可防止砷化鎵的發光時光吸收。該結果，與第 一實施形態之發光元件相比，可提供發光亮度更高的發光 元件。/ 兹將圖3所示的根據第二實施形態之發光元件的製程説明 於下。和上述第一實施形態之製程同樣，如圖2所示，在砷 化鎵（1 1 1) Α面基板8上形成氮化鎵缓衝層1。此氮化鎵缓衝 層1的厚度爲l"m以下’非常薄。因此，此氮化鎵缓衝層1 不太有助於氮化物混晶9的厚度。其次，將形成了氮化鎵緩 衝層1的坤化鎵基板8溫度以電阻加熱加熱器55加熱到850 C。此後’將三曱基鎵、氯化氫及氨氣的分壓分別.設定在 8父10_4大氣壓、8?{10-4大氣壓及16311〇.1大氣壓，在該條 件下使蟲晶成長進行。藉此，形成厚度約4 〇 # m的六方晶 之η型氮化鎵磊晶層2。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21〇Χ297公釐） """"" 請先閲讀背面之注意事項再f本頁 訂 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 五、發明説明（11) A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 其次’使砷化鎵基板8的溫度以電阻加熱加熱器55 800〜85(TC的溫度。然後，將三甲基鎵、三甲基鋁（τ 、氯化氫及氨氣在三曱基鎵和三甲基鋁的分壓相等的_ 下導入。在此狀態下，10分鐘使磊晶成長進行。該結 形成由η型氮化鋁〇丨鎵。9構成的磊晶層3。 其次’將此绅化嫁基板8的溫度以電阻加熱加熱器55.降溫 到5 0 0 °C〜7 0 0 eC啲範圍。此後，將三甲基鎵、三甲基銦、 氣化氫及氨氣在三甲基銦分壓成爲三甲基鎵分壓2〇倍的條 件下導入’ 10分鐘使羞晶成長進_行？藉此，形成由氮化銦〇 3 嫁0.7構成的發光層4。 此後，回到形成由η型氮化鋁^。鎵❹9構成的磊晶層3的條 件，同樣形成由ρ型氮化鋁〇1鎵。9構成的磊晶層5。此η型 氮化铭鎵磊晶層3和ρ型氮化鋁鎵磊晶層5起作用成爲夹住發 光層4的敷艘層。 在ρ型氮化鋁鎵磊晶層5上用和上述η型氮化鎵磊晶層2同 樣的成長條件使ρ型氮化鎵磊晶層6成長。在此階段，磊晶 成長完畢，暫且從爐中取出砷化鎵基板8。然後，利用研磨 機研磨和形成神化鎵基板8之层晶層之側相反側。藉由此研 磨，使600// m的砷化鎵基板8厚度減少到約l〇〇jum厚度。 其後，將砷化鎵基板8固定於蝕刻專用爐上。在該蝕刻專 用爐方面，以氫氣爲載氣，在常壓下使基板溫度成爲8〇〇°c ’使氣化氫10 seem流動。藉此，利用無電漿的熱分解姓 刻全部除去神化鎵基板8。又，所謂1〇 seem，意味著〇eCl 氣壓在1分鐘l〇cc的流量。

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*?T 1_v • —η · -14. 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） A7 ______B7 __ 五、發明説明（1¾ 如上所述，姓刻除去砷化鎵基板8，該結果，形成只由氮 化物混晶9構成的磊晶晶圓。又，如上所述，除去坤化鎵基 板8之際’用研磨機預先使坤化鎵基板8的厚度減少到約 1 0 0 A m後’進行蝕刻，可縮短蝕刻時間。藉此，可使因蝕 刻而氮化物混晶9受到的損傷減少。 此後，在氮化物混晶9之上面及下面蒸鍍歐姆性金屬電極 7後’將磊晶晶圓切成發光元件的大小。藉此，可製造如圏 3所示的以氮化鋁鎵磊晶層3及5爲敷鍍層的根據第二實施形 態之雙異質型發光元件。又，瀾3.·所示的氮化物混晶9全體 厚度形成200" m程度》藉此，可提供強度上也穩定的發光 元件。 又’作爲砷化鎵基板8的除去方法，也考慮使用如下的反 應性離子蝕刻的方法。具體而言，形成圖2所示狀態的發光 元件用晶圓後’將該晶圓固定在反應性離子蚀刻裝置上。 在反應性蚀刻裝置方面，使氣氣流動作爲反應性氣體，將 全壓設定在1.3xl〇·3大氣壓，將使電漿發生的高頻電力設 定在13.56微赫、150瓦，蝕刻砷化鎵基板8 ^其後，如圖3 所示’在砷化鎵基板上面和下面分別蒸鍍歐姆性金屬電極 7a及7b。然後，藉由將磊晶晶圓切成發光元件的大小，形 成雙異質型發光元件。 又’反應性離子蝕刻的條件，即使是氣和氫的混合氣體 也可得到同樣的效果。此時氣體的全壓爲1.3xl〇·4大氣磨 ，使電漿發生的高頻電力爲13.56微赫、50〜300瓦，可有 效地進行蚀刻。 -15- 本張尺度適用中國國家榇準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） " ----ρ--^----1^1 請先閲讀背面之注意事項再本頁

、1T • J» - 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（13) (第三實施形態） 1· n^i ml·- ntn ^in ---'vs. 請先閱讀背面之注項再本頁. 以下’用圖4及圖5就第三實施形態加以説明。首先，參 照圖5，_此第三實施形態之發光元件和上述第—及第二實施 形態不同，氮化物混晶9，以氮化鎵緩衝層i、η型氮化鎵羞 晶層2、氮化銦鎵發光層4及ρ型氮化鎵磊晶層6的四個層構 成氮化物混晶9 »而且，在這種氮化物混晶9上面和下面分 別形成金屬電極7a及7b。在此第三實施形態之發光元件方 面，在後述製程中也完全除去坤化鎵基板8，所以不會因碎 化鎵基板8而吸收光。因此，與圖·· 1 A所示的第一實施形態 之發光元件相比，可提供發光亮度更高的發光元件。又， 此第三實施形態中的氮化物混晶9厚度設定在70// m程度。

、1T 以下’用圖4及圖5就第三實施形態之發光元件的製程加 以説明。 首先，使用在第一實施形態之製程説明之圖6所示的氣相 成長裝置，進行如圖4所示的磊晶晶圓形成。具體而言，如 圖6所示，在由石英構成的反應室54内設置用氣化氫（HC1) 系蝕刻液所前處理過的坤化鎵（1 1 1)A面基板8。 經濟部中央標準局員工消費合作社印^ 其次，利用電阻加熱加熱器55從外部加熱反應室54全體 ，將砷化鎵基板8保持在5 0 0 °C。在此狀態下，從第一-氣體 導入口 51分別以分壓8X10·4大氣壓及8X10 *4大氣壓導入 三甲基鎵（TMf及氣化氫（HC1)作爲III族原料。其另一方 面，從第二氣體導入口 52以分壓5.6X10·1大氣壓導入氨氣 (NH3)作爲V族原料。在這種條件下，15分鐘使磊晶成長進 行。藉此，在坤化鎵基板8表面上形成具有3 0n m膜厚的氮 -16- 本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） A7 B7 五、發明説明（Η) 化鎵緩衝層1。 其次，將形成了氮化鎵緩衝層1的砷化鎵基板8溫度以電 阻加熱加熱器55加熱到85(TC。此後，將三甲基鎵、氣化 氫及氨氣的分壓分別設定在8xl〇·4大氣壓、8xl〇-4大氣壓 及1.6X10·1大氣壓，在該條件下，1〇〇分鐘使磊晶成長進 行。藉此’使具有5# m厚度的六方晶之η型氮化鎵羞晶層2 成長。 其次，將形成了氮化鎵緩衝層1及η型氮化鎵磊晶層2的神 化鎵基板8溫度以電阻加熱加熱器55降溫到。(：〜7 0 〇 的範圍。此後，將三甲基鎵、三甲基銦氣化氫及 氨氣以三甲基銦分壓成爲三甲基鎵分壓1〇命冲:條件導入， 10分鐘使磊晶成長進行。藉此，形成由氮化3鎵〇7構成 的發光層4。 其次’在和形成η型氮化鎵磊晶層2的條件相同的條件下 ’形成ρ型氮化鎵蟲晶層6。如此一來，.可形成如圖4所示的 發光元件用的磊晶晶圓。 此後，取出該發光元件用的磊晶晶圓，固定在蝕刻專用 爐上。在蝕刻專用爐方面，以氫（Η2)氣爲載氣，在常壓下 設基板溫度爲800 C ’使氣化氫以seem流動。藉此，利 用蝕刻完全除去砷化鎵基板8 ^該結果，可形成完全除去砰 化鎵基板8之由氮化物混晶9構成的磊晶晶圓。 其後，在這種磊晶晶圓上面及下面蒸鍍欧姆性金屬電極 7 a及7 b。然後，將該磊晶晶圓切成發光元件的大小。藉此 ，形成根據第三實施形態之雙異質型發光元件：具有如圖5 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公釐） (請先閲讀背面之注$項再*^本 •裝·

、1T 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（ιή 所示的以η型氮化鎵磊晶層2和p型氮化鎵磊晶層6失住氮化 銦鎵發光層4的構造。這種情況，氮化物混晶9的厚度爲7〇 # m程度’所以強度上不太強。然而，實際上使電流流到如 上述所形成的根據第三實施形態之雙異質型發光元件的結 果’確認了可得到比使用神化鎵基板8之發光元件明亮的藍 色發光。 此發光係成爲敷鍵層的π型氣化嫁蟲晶層2及p型氮化鎵羞 晶層6和發光層4的能隙小而弱的發光。然而，完全除去了 吸收發光的砷化鎵基板8，所以··認爲僅該情況得到了藍色發 光。 (第四實施形態） 在此第四實施形態方面，首先前處理坤化鎵（ln)A面基 板8後，在圖6所示的反應室54内設置該坤化鎵（iii)a面基 板8。然後’利用電阻加熱加熱器55加熱該绅化鎵（iii)a 面基板8，將砷化鎵基板8保持在500 *C。在此狀態下，從 第一氣體導入口 51 ¥|,私分壓8x1 0·4大氣壓及8x1 0·4大氣 壓導入三甲基鎵（τιν|ίχ|^及氣化氫。另一方面，從第二氣體 導入口 52以分壓5x0-^大氣壓導入氨氣（ΝΗ3)。在此條件 下，藉由1 5分鐘使其:成長，使約30 mm的氮化鎵緩衝層在 砷化鎵基板8上成長。再藉由利用電阻加熱加熱器55加熱此 砷化鎵基板8，升溫到92(TC。此後，將三甲基鎵、氣化氫 、氨氣的各分壓設定在2xl0·3大氣壓、2x10 ·3大氣壓、 2Χ10·1大氣壓，1〇小時使其成長。該結果，在氮化鎵緩衝 層上使約1 0 0 m的氮化鎵磊晶層成長。雖然在實際製造的 -18-

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J -If · 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印褽 A7 ________B7_ 五、發明説明（l6) 此氮化鎵磊晶層上發現了裂缝，但該氮化鎵磊晶層具有鏡 面狀表面，從X光結晶解析確認了是六方晶系氮化鎵的單結 晶厚膜。 其次，藉由在使過氧化氫水和氨以體積比成爲2比1的腐 蚀劑中’約3 0分鐘進行濕式蚀刻，全部除去坤化鎵基板。 如此一來，可製造由氮化鎵緩衝層和氮化鎵磊晶層構成的 氮化鎵基板。此基板可用於各種用途作爲單體的氮化鎵基 板。 例如作爲雷射二極體用基板_也有效。在此氮化鎵基板方 面’由於別種基板不存在於氮化鎵層下方，所以可使雷射 在晶片端面的劈開的反射面非常平滑，藉此可使雷射特性 顯著提高。 在實際以上述方法製造的氮化鎵基板上，利用和實施形 態1同樣的方法如下述再實施異質磊晶成長。即，在構成氮 化鎵基板的氮化鎵磊晶層上，首先1·6χ1〇-ι大氣壓導入氨 氣，均6xl〇·4大氣壓程度導入三甲基鎵、三甲基鋁，以 850C約10分鐘使其成長。藉此，形成氛化結鎵層。其後 ，以800°C，氨氣流量和上述同量，使三甲基銦以4χ1〇·4 大氣壓、使三甲基鎵以2Χ10·1大氣壓的分壓流動，在氮化 .铭嫁層上形成由氮化姻嫁構成的羞晶成長層。再在氣化姻 鎵磊晶成長層上使氮化鋁鎵層以和上述氮化鋁鎵層成長條 件相同的條件成長。如此一來，可在氮化鎵其板上形成雙 異質構造。其次，從此氮化鎵基板背面用金剛石筆加上劃 線而進行劈開。該結果，得到鏡面狀劈開面，確認了雷射 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS Μ4規格（2丨0X297公釐） ----^-1-----裝-- (請先閲讀背面之注意事項再本頁) 訂 -^.Γ 經濟部中央標準局貝工消費合作社印褽 A7 B7 五、發明説明（17) 二極體作爲反射鏡的平坦性及平行度充分。 雷射二極體通常在基板端面設置反射鏡，以端面發光爲 基本。這種情況，一般認爲基板劈開性，即其端面平坦性 決定其特性。使用通常的藍寶石基板，就會產生以下不妥 當：因藍寶石基板和氮化鎵的劈開面不同而不能順利劈開。 然而，根據本發明，由於氮化鎵以外的基板不存在，.所以 基板及磊晶層都成爲氮化鎵系，很瑄想的劈開成爲可能。 又，由氮化錠緩衝層和氮化鎵磊晶層構成的氮化鎵基板 最好形成具有70# m以上400 /z-m以下的厚度。之所以使上 限大到400/im，是因爲用作基板單體而厚的膜厚較佳。 (第五實施形態） 在此第五實施形態方面，首先在坤化鎵（lli)A面基板8 上用反應性濺鍍以1〇〇〇埃（fl·)程度的厚度形成二氧化矽薄膜 。其後，用光刻法在二氧化矽膜上形成5# m程度寬的帶狀 抗蚀圖》其後，以該抗蝕圖爲軍幕，利用反應性離子蝕刻 法（RIE)蝕刻除去從抗蝕劑之帶狀窗露出的二氧化矽膜。其 後’藉由除去該抗蝕劑，作成由具有1〇〇〇埃程度厚度的二 氧化矽構成的具有5// m程度間距的條紋圖案之坤化鎵 (1 1 1)A面基板8。 此後’和上述實施形態同樣，在砷化鎵（ιη)Α面基板8 上使氮化鎵成長。具體而言，利用氣化氩系蝕刻液前處理 坤化鎵（lll)A面基板8後，將該坤化鎵（ιη)Α面基板8設 置於反應室54内。然後，利用電阻加熱加熱器55加熱砷化 鎵（111 )A面基板8，和上述實施形態同樣’將坤化鎵 -20· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公楚) ----6Ί----^—--Iί 裝 — (請先閲讀背面之注—項再本頁

、1T 經濟部中央橾隼局負工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（18) (lll)A面基板8保持在5 00°C程度。在此狀態下，從第一氣 趙導入口 51 以分壓8x10 ·4大氣壓及8x10 ·4大氣;i·導入 三甲基鎵（Tl|_丨及氣化氫。另一方面，從第二氣體導入口 52以分壓5χ賴躁大氣壓導入氨氣（ΝΗ3)。在此條件下，15 :-.C.. q : -I. 分鐘使其成，使約3 0 nm的氮化鎵緩衝層在绅化鎵 (lll)A面基板8上成長》再藉由利用電阻加熱加熱器55加 熱砷化鎵（1 1 1)A面基板8，升溫到92(TC。此後，將三甲基 鎵、氣化氫、氨氣的各分壓設定在2x10 _3大氣壓、2χ1(Γ2 大氣壓、2x10」大氣壓，1〇小_時使其成長。該結果，在氮 化鎵緩衝層上使約100 # m的氮化鎵磊晶層成長。 此氮化鎵羞晶層在成長初期產生選擇成長，不在二氧化 矽膜上完全成長’而只在砷化鎵（lll)A面基板8上成長》 然而，隨著成長進行，氮化鎵磊晶成長層厚度增加，隨此 在二氧化矽膜上也產生氮化鎵磊晶層的橫方向成長（lateral growth)。藉此，在二氧化矽膜上從兩側成長起來的·氮化鎵 羞晶層連接’這接產晶層一艘化β如此所形成的具有約100 厚度的氮化鎵磊晶層完全看不見裂缝，具有鏡面狀表面 ，從X光結晶解析確認了是六方晶系氮化鎵的單結晶厚膜。 其次，在使過氧化氫水和氨成爲2比1的腐蝕劑中，約3 〇 分鐘進行濕式蝕刻，全部除去砷化鎵（lll)A面基板8 ^如 此一來，可作成由氮化鎵緩衝層和氮化鎵磊晶層構成的具 有100埃程度厚度的氮化鎵基板。此氮化鎵基板可用於各種 用途作爲單雜的氮化鎵基板。例如作爲雷射二極體用基板 也有效。在此氮化鎵基板方面，由於別種基板不存在於氮 -21- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210X297公浼） 7·------Ί[^—:-----IT-----ί —锒-------Γ------------ .id (请先Η讀背面之注意事項再令寫本頁) 明説 明發 \ϊ/ 19 A7 B7 化鎵層下方，所以可使雷射在晶片端面的劈開的反射面非 常平滑，藉此可使雷射特性顯著提高。 在實際以上述方法製造的氮化鎵基板上，利用和實施形 態1同樣的方法如下述再實施異質磊晶成長。即，在構成氮 化鎵基板的氮化鎵磊晶層上，首先16xl(rl大氣壓導入氨 氣，均6x1 0·4大氣壓程度導入三甲基鎵、三甲基鋁，以 850°C約10分鐘使其成長。藉此，形成氮化鋁鎵層。其後 ，以800 C，氨氣流量和上述同量，使三甲基銦以4χ1 〇·4 大氣壓、使三曱基鎵以2x10“太氣壓的分壓流動，在氮化 鋁鎵層上形成由氮化銦鎵構成的磊晶成長層。再在該氮化 銦鎵磊晶成長層上使氮化鋁鎵層以和上述氮化鋁鎵層成長 條件相同的條件成長。如此一來，可在氮化鎵基板上形成 雙異質構造。其次，從此氮化鎵基板背面用金剛石筆加上 劃線而進行劈開。該結果，得到鏡面狀劈開面，確認了雷 射二極體作爲反射鏡的平坦性及平行度充分β 經濟部中央標準局貞工消費合作社印装 (請先閱讀背面之注$項再本頁) 又’在上述第一及第二實施形態方面，係使用鎵、鋁及 氮三元系的氮化鋁鎵磊晶層3及5作爲敷鍍層，但本發明不 限於此，也可以使用鎵、鋁、銦及氮四元系的磊晶層作爲 敷鍵層。這種三元系及四元系的敷鍍層和氮化銦鎵發光層4 比較’能帶隙（energy band gap)都大，所以認爲氮化銦鎵發 光層4會發光。 .22. 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）

Claims (1)

1. A8 B8 C8 ^____ D8 R、申請專利範圍 ^ 種發光元件用晶圓之製造方法，其特徵在於：具備在 绅化鎵基板（8)上形成氮化鎵化合物（9)的製程；及， 形成前述氮化鎵化合物後，除去前述坤化鎵基板之至 少一部分的製程者。 2·根據申請專利範圍第i項之發光.元件用晶圓之製造方法 ，其中 前述氮化鎵化合物含有氮化鎵緩衝層和氮化鎵磊晶層， 除去前述坤化鎵基板全部。 3.根據申請專利範固第2項之發光元件用晶圓之製造方法 ，其中 前述氮化鎵緩衝層和前述氮化鎵磊晶層的合計膜厚爲 70# m以上400# m以下， 前述氮化鎵緩衝層和前述氮化鎵磊晶層構成氮化鎵基 板0 4·根據申請專利範圍第1項之發光元件用晶圓之製造方法 ，其中 趣濟部中夫標準局WC工消費合作社印«. ---:·Ί ΙΊΙ--r-裝--- w f \l. (請先«讀背面之注$項再t本頁) M. 前述坤化鎵基板的除去，係機械加工除去方法，使用 氣氣的反應性離子蝕刻除去方法、使用氨和過氧化氫的 濕式蝕刻除去方法及在高溫氣化氫氣體的環境氣中的分 解除去方法之中，利用至少一種方法進行。 5.根據申請專利範園第1項之發光元件用晶圓之製造方法 ，其中 前述氮化鎵化合物含有氮化鎵緩衝層（丨）、第一氮化 鎵是晶層（2)、第一氣化铭鎵是晶層（3)、包含氮化銦鎵 • i - -- —^1 I -23- 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A8 389939 ?1 D8 六、申請專利範圍 一..1-1--裝—— (請先閱讀背面之注$項再W本頁 的發光層（4)、第二氮化鋁鎵磊晶層（5)及第二氮化鎵磊 晶層（6)。 6. 根據申請專利範圍第5項之發光元件用晶圓之製造方法 ，其中 前述氮化鎵化合物（9)具有70# m以上200// m以下 的膜厚， 除去前述砷化鎵基板全部。 7. 根據申請專利範圍第5項之發光元件用晶圓之製造方法 ，其中 · -· .* 前述氮化鎵化合物（9)具有1# m以上70# m以下的膜 厚， 除去前述砷化鎵基板一部分。 8·根據申請專利範圍第1項之發光元件用晶圓之製造方法 ，其中 形成前述氮化鎵化合物的製程含有： 碎 在前述砷化鎵基板上形成由絕緣膜構成的條紋圖案的 製程； 經濟部中央標準局負工消費合作社印裝 前述條紋圖案形成後，在前述砷化鎵基板及前述條紋 圖案上形成由氮化鎵及氮化鋁任何一個構成的緩衝層的 製程；及， 在前述緩衝層上形成氮化鎵磊晶層的製程， 除去前述砷化鎵基板之至少一部分的製程含有除去前 述坤化鎵基板全部的製程。 9.根據申請專利範圍第8項之發光元件用晶圓之製造方法 -24- 本紙張尺度逋用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X；297公釐） 389939 ~~~~---'中請專利範圍 A8 B8 C8 D8 經濟部中央揉準局只工消費合作社印製 ，其中 前述絕緣膜是二氧化矽及氮化矽之中的任何一個。 10·根據申請專利範圍第8項之發光元件用晶圓之製造方法 ，其中 前述絕緣膜具有3" m以上20" m以下的寬度和〇.〇5 "m以上0.5# m以下的厚度。 11·—種發光元件用晶圓，其特徵在於：具備含有氮化鎵緩 衝層和氮化鎵磊晶層的氮化鎵基板， 前述氮化鎵緩衝層和前述氳化鎵磊晶層的合計膜厚爲 7〇#m以上40〇Aim以下者。 12· —種藍色及藍綠色之發光元件，其特徵在於：具備具有 主表面的坤化鎵基板（8):及， 形成於前述砷化鎵基板之主表面上之含有藍色及藍綠 色的發光層（4)的氮化鎵化合物（9)， 前述氮化鎵化合物含有氮化鎵緩衝層（1)、第一氮化 鎵磊晶層（2)、第一氮化鋁鎵磊晶層（3)、包含氣化銦鎵 的發光層（4)、第二氮化鋁鎵磊晶層（5)及第二氮化鎵磊 晶層.(6 )，. 除去前述坤化鎵基板一部分而露出前述氮化鎵化合物 表面者。 13.根據申請專利範圍第12項之發光元件，其中 前述氮化鎵化合物（9)具有1# m以上70# m以下的膜 厚。 25- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（2丨〇><297公釐） 請 先 Μ 之 注 I 裝 頁 訂 線