TW469511B - ZnO compound-based semiconductor light emitting element, and manufacturing process therefor - Google Patents
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Description
4 6 9 5 11 A7 五、發明說明(1 ) [技術領域] 本發明為關於一種使用Zn0系化合物半導體,且能 夠在具有高記憶密度之光碟存儲器或雷射光束印表機的高 精φ度化上所需之藍光範圍發光的半導體雷射或發光二極 管中使用之半導體發光元件及其製法,以及使用saw裝 置、焦電70件、壓電元件、氣體感測器等Ζη〇系化合物半 導體之7L件’及製造該元件之Ζη〇系化合物半導體層的結 晶成長方法。更詳細者,為有關一種使用可使電極自晶片 上下兩面取出及劈開,或可使Ζη〇系化合物半導體之結晶 性良好成長,而可提高發光效率等之元件特性的Ζη〇系化 合物半導體之元件,以及製造該元件之Ζη0系化合物半導 艘層的晶體成長方法。 [背景技術] 最近在全色彩顯示器及信號燈等之光源上所使用之藍 色系(意指紫外至黃色波長範圍,以下亦同)發光二極管(以 下稱之為LED)及室溫下連績振盪而可作為新世代高精密 DVD光源用之藍色系半導體雷射(以下稱之為方面, 可藉由在藍寶石基片之C面上疊積ο aN系化合物半導體層 製成而受到重視。 其構造即如第14圖之LD晶片的斜視說明圖所示,在 藍寶石基片21上由ΙΠ族氤化物之化合物半導體以有機金 屬化學氣相成長法(Metal Organic Chemical Vapor
Deposition ’以下稱之為M〇CVD)順序疊積,且依序疊積 成GW緩衝層22、n形GaN層23、AV12Ga0 88N形成之n (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公芨) 1 311649 46 95 1 A7 B7
修.li:: 補充I 五、發明說明(2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
形包覆層24、GaN形成之η形導光層25、InGaN系化合物 半導體之多量子拼式構造構成之激活層26、ρ形GaN形成 之P形導光層27、p形Al〇.2Ga0 8N形成之p形第1包覆層 28a、Al。12Ga0 88N形成之ρ形第2包覆層28b、p形GaN 形成之接觸層29、部份疊積之半導體層如第14圖所示, 係以乾式蝕刻等蝕刻,而使η形GaN層23露出,並在其 表面形成η側電極3 1,在前述接觸層29上則形成p側電 極3 0。 另一方面’ ΖηΟ系化合物半導體亦屬寬隙能半導體, 可與C d混晶而縮小其帶隙能,並得到同樣發出藍色光系 之光’且可用於SAW裝置及焦電元件、壓電元件等因而開 始有各種研究。同時’以ZnO系化合物半導體因與GaN 系化合物半導體及藍寶石同樣為六邊形(hexagonal)結晶, 晶格常數亦與其相仿’因此考慮以廣泛用在工業上之C面 為主面的(0001)藍寶石基片為基片。以作為GaN系化合物 半導體之磊晶成長用基片。 此(0001)藍寶石基片上之2nO系化合物半導體之成長 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 可以依「(Room-temperature ultraviolet laser emission from seif-assembled ZnO microcrystallite thin films)」(Applied Physics Letters) ’ 第 72 卷 25 號、1998 年 6 月 22 日號, 3270至3272頁)令之所載。 如前所述,已往藍色系之半導體發光元件因係使用C 面為主面的(0001)藍寶石基片為基片,所以基月無導電 性,而無法形成在疊積體上面及下面間形成有電極之垂直 衣纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格C?丨〇χ 297公釐) 2(疹正頁) 311649 A7 4 6 9 5 1 1 五、發明說明(3 ) f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 形元件(意即晶片之表面及内面形成電極之構造、以下相 同)。因此’在將疊積半導體層之表面及其一部份蝕刻而露 出之下層半導體層不得不設計兩端電極,因此製造步驟複 雜,而同時亦有晶片接合變為複雜之問題。又同時,因藍 寶石基片極為堅硬’劈開困難’因而在形成半導體雷射之 光共振器的鏡面所必需之平坦端面上有其困難。亦即,藍 寳石基片雖可得到優良的單結晶半導體層,但反而卻增加 製造元件時,其加工性及電極形成之困難點。 同時’藍寶石之c軸長(^為1.299inm,a軸長a為 0.4754nm,相 ’ Zn0 之 c 軸長 為 〇 52nnm,& 軸長 az為0.325nm 不配合度£:極大為ε 31.6%。此時’丨如第所示ΖηΟ結晶有可能迴轉3〇。 而成長’但該情形下不配合度ε極大為e _(2/31/2 · az-as)/as 21.1%。因离,尤其有結晶成長時之基片溫度及, Ζιι及Ο元素之供給量,基片表面處理方法及,傾斜角度 等各種參數複雜地作用,而缺少平垣性結晶成長面之再現 性的問題。 識 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此外,因藍寶石與Zn◦之^常數不配合,所以如前 述,ZnO可能迴轉30°而成長有未迴轉之結晶與3〇 。迴轉之結晶混雜,而在形成具平坦性結晶成長面的再現 性上有更缺少之問題。 因此’本發明為解決此種問題而創作者,本發明之第 1項目的在於提供一種LED及LD等之半導體發光元件, 係使用Zn〇系化合物半導體,且係從晶片之表、内兩面 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公复) 3 311649 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 4b 95 1 A7 B7 五、發明說明(4 ) 以取出電極之垂直型、本道 體層之結晶性優良、發光效率 亦尚’同時基片不使用藍窨 上為方便之構造。^石基片、在製造程序及使用面 本發月之第2項目的為提供—種半導體發光元件之製 法’為使ZnG系化合物半導體切基片上良好地成長特 別含有矽基片之適當表面處理方法。 本發明之第3項目的為提供一種使用半導體發光元件 等Μ系化合物之元件,即使用藍寶石基片亦可得到結晶 性優良之Zn〇系化合物結晶層,而可提高元件特性。 本發明之第4項目的為提供__#ZnQ^b合物晶體之 成長方法,即使用藍寶石基片亦可得到結晶性優良之Μ 系化合物結晶層。 本發明之第5項目的為提供一種發光特性優良之 及LD等半導體發光元件,係使用藍寶石基片及具優良結 晶性之ZnO系化合物半導體。 [發明之開示] 本案發明人等為解除上述於藍寶石基片上成長Ζη〇 系化合物半導體之不便,以達成第i及第2項目的,反覆 研究如何以易操作之大口徑矽基片成長Zn〇系化合物半 導體。發現雖然欲使ZnO系化合物半導體直接在碎基片上 成長’但ZnO系化合物將不定形化而無法得到結晶性良好 之半導體層之理由在於,由於引入促成ZnO系化合物成長 之自由基氧,在ZnO系化合物半導體成長之前,矽基片表 面含先被強烈地氧化致不定形化,若事先在矽基片表面施 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)
-------------裝! (諳先間讀背面之注意事項再填寫本頁) -線- 311649 46 95 1 A7 B7 修.“二| 補充 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(5 ) 以氮化處理形成薄氮化膜,即可防止矽基片表面氧化,並 可成長結晶性優良之ZnO系化合物半導體層,而得到發光 特性優良之半導體發光元件。 因此為達成第1項目的,本發明之半導體發光元件含 碎基片及’該矽基片之表面所設置之矽氮化膜及,設在該 石夕II化膜上’且疊積至少具有Zn〇系化合物半導體形成的 Π形層及p形層’以形成發光層之半導體疊積部。 在此之ZnO系化合物半導體意指含Zn之氧化物,具 體之例可舉如ZnO以外之ΠΑ族元素與Zn或IIB族與Zn 或ΠΑ族元素及ΠΒ族元素與Zn之各氧化物。以下之發明 中亦同。 此構造係在矽基片表面上形成矽氮化膜,因此即使為 使ZnO系化合物半導體層成長而注入自由基氧,矽基片表 面亦不致被氡化、破壞’在該表面上Zn〇系化合物半導體 層之成長亦可有良好之結晶性成長。其結果,即可以得到 結晶性優良之半導體疊積部,並獲得具優良發光特性之半 導體發光元件》 上述石夕氮化膜表面不形成非晶形而形成平坦面,因此 其上成長之ZnO系化合物半導體層之結晶將可更為良 好。 此處所謂矽氮化膜之表面係形成平坦面,意即表面無 非晶形化且無嚴無凹凸不平,表面的晶格排列成可辨識程 度之狀態’即以例如反射高能電子繞射法(RHEED法;即 以經10至50kV加速之電子束自小角度(1至2。以下)射入 1111 111 11 I 訂- I — -----I (請先閱請背面之注意事項再填罵本頁) 本纸張尺度過闬中國國家標準(CNS)A4現格(2丨0x297公爱) 修正頁) 311649 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明(6 ) 基片表面’並將表面原子所反射繞射之電子束投影在螢光 幕以測定結晶之表面狀態的方法)可以顯現條狀狀態至點 狀(spotty)影像程度之狀態。 上述碎氮化膜可以形成lOnm以下之厚度,即妙氮化 棋之表面不多結晶化’因此易於形成平坦面。 上述半導體疊積部’係使CdxZnhOCOS χ<1)形成之激 活層具有帶隙能量較上述激活層為大之MgyZn^yCKO $ y<l) 包覆層夾住形成之雙異質構造’因此,可得到使用Zn〇系 化合物半導體且發光特性優良之LED及LD。 為達成第2項目的’本發明之半導體發光元件之製法 的特徵為’矽基片在氮存在環境下以熱處理形成矽基片表 面之碎氮化膜’並於該矽氮化膜上成長由Zn◦系化合物半 導體構成而形成發光層之半導體疊積部。 以此方法’不只可以在矽基片表面形成氮化臈以防止 其氧化’且表面不會多結晶化,而可以維持碎基片之結晶 面’並在表面成長優良結晶性ZnO系化合物半導體,同時 形成之矽氮化膜極薄、可以阻斷矽基片及半導體疊積部之 間的導電性。 上述形成矽氮化膜之處理中’可控制該處理之溫度及 時間而使形成之矽氮化膜表面可以維持矽基片為平坦面, 而可防止多結晶化《亦即,在例如以650°C進行氮化處理 時’以5至10分鐘左右’或7分鐘左右之氮化處理則更佳, 即可得到具優良結晶性之ZnO系化合物半導體層,但在15 分鐘左右時表面會多結晶化,其上成長之ZnO系化合物半 -------------:-裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 6 311649 46 95 1 A7 B7
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(7 ) 導體亦多結晶化’因此無法得到結晶性佳之Zn〇系化合物 半導體層。同時’以800<t進行氮化處理時,即使以3分 鐘左右之處理時間’亦可得到結晶性優良之Zn〇系化合物 半導體層’相反地在降低氮化溫度時,最好加長處理時間。 此些條件可以例如上述之RHEED法檢查矽氮化膜之表面 狀態,以設定矽氮化膜表面可為平坦,面之條件。 為達成第3項至第5項目的’本案發明人等反覆致力 研究ZnO系化合物結晶層在藍寶石基上成長時,如何成長 為晶格缺點少、結晶性優良之Zn〇系化合物層。結果發現 ZnO系化合物層在以藍寶石之a面等與c面直交之面為主 面的基片表面長成時,可以得到結晶性極為優良發光特性 等元件特性優良之元件。 為達成第3項目的,本發明之含Zn〇系化合物層元件 具有,以與藍寶石基片之C面直交之面為主面的藍寶石基 另、及該藍寶石基片之上述主面上磊晶成長之Zn〇系化合 物層。 此處所稱之與籃寶石基片C面直交之面,意指藍寶石 之A面外如該A面在c面内迴轉的面而與c面成直交之 面,所謂直父(直角)意指一般基片製作規格上在容許之土 0.5 °以下者。 因此構造,Zn〇系化合物層成長在藍寶石基片之c軸 方向的直角方向上,即沿著藍寶石之c軸與Zn〇之a軸並 列成長。其結果,沿c軸長(1 299111〇1)有Zn〇系化合物結 晶4個份之a軸長(0.325nm)並列,應可以得到結 配合 本紙張又度遡用中國國家標準(CNSJA4 ^(210 x 297 ) 311649 I-------一----· I-----—訂- - ------- {請先閱讀背面之;1意事項再填寫本頁) 46 9 5 A7 B7 %年㈣Λ丨爹正補充 經濟部智慧財產局員Η消f合作社印製 五、發明說明(8 ) 度極佳在0.07%左右之優良結晶面β 上述藍寶石基片之主面若為Α面,則容易得到藍寶石 基片因此較佳β 為達成第4項目的,本發明中Ζη〇系化合物層之晶體 成長方法’為藍寶石基片之(;軸與上述2η〇系化合物層之 c軸成直交’使上述ΖηΟ系化合物層磊晶成長。 為達成第5項目的’本發明之半導體發光元件,含以 與藍寶石基片之C面直交之面為主面之藍寶石基片,及整 積至少具有在該藍寶石基片之上述主面上磊晶成長之Ζη〇 系化合物半導想形成的η形層及ρ形層以形成發光層之半 導體養積部。與上述C面直交之藍寶石基片主面係可用例 如Α面。 上述半導體積層部具有雙異質構造,係使CdxZni_x〇(〇 S χ<1)形成之激活層為MgyZnbyC^O gy<l)所形成,且帶隙 能量較上述激活層大的包覆層夾住,因此,可得到使用 系化合物半導體’且發光特性優異之LED及LD。 [圖面之簡單說明] 第1圖為本發明之半導體發光元件實施形態之一的 led晶片之斜視說明圖。 第2圖所示為關於石夕基片表面氮化處理之溫度及時問 之適宜條件關係圖。 第3(a)至3(c)圖為以RHEED法檢查基片表面的方法 之說明圖及所觀察之基片表面的繞射像說明圖。 第4圖為顯示本發明之半導體發光元件的其他實施形 表紙張叉度適用中國國笨標準(CNS>A4現格(210 «297公笼) 311649 (請先閱讀背面之注音?事項再填寫本I) 今° r
態之斷面說明圖。 第5圖為顯示本發明之半導體發光元件的再其他之實 施形態的斷面說明圓。 第6圖為本發明之再其他實施形態中在A面藍寶石基 片上成長ZnO層之狀態的斷面說明圖。 第7(a)、(b)圖為藍寶石單結晶之代表性面方位之說明 圖。 第8(a)圖為本發明中在以a面為主面之藍寶石基片上 成長之ZnO層的X線反射像之極象圖、第8(b)圖為在以c 面為主面之藍寶石基片上成長之同樣的圖。 第9圖所示為本發明中在以a面為主面之藍寶石基片 上成長之ZnO層的光激發光光譜分析(A),與在以c面為 主面之藍寶石基片上成長者(C)比較之圖。 第10圖為本發明中於藍寶石之A面上成長Zn〇時之 ZnO晶體之配向狀態說明圖。 第11圖為使用A面藍寶石基片之本發明的半導體發 光元件之一例的LED晶片的說明圖。 第12圖為使用A面藍寶石基片之本發明的半導體發 光元件之其他例之LD晶片的說明圖。 第13圖為使用A面藍寶石基片之本發明的半導體發 光元件之再其他例的LD晶片的說明圖。 第14圖為使用已往GaN系化合物半導體之ld晶片 的一例之斜視說明圖。 第15圖為藍寶石之C面上成長與C面平行之ZnO時 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝
I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇 X 297公髮) 9 311649
^951 I 五、發明說明(10 ) 之結晶結構說明圖 [符號之說明] A7 B7 1 矽基片 1 a 藍寶石基片 2 矽氮化膜(Zn◦系化合物層) 3 n形層(接觸層) 4 η形層(包覆層) 5 ' 15 激活層 6 Ρ形層(包覆層) 7 P形層(接觸層) 8 透明電極(ΙΤΟ膜) 9 n例電極 10 ρ侧電極 11 半導體疊積部 14、 16導光層 17 電滴·集中層 18 條紋溝 51 電子槍 52 電子束 53 基片 54 電子束 55 螢光幕 -------------^4 11 ~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 [實施發明之最佳形態] 以下參考圖面說明本發明之使用矽基片的半導體發光 元件及其製法。 使用矽基片之本發明的半導體發光元件,如第〗圖中 其一實施形態之LED晶片的斜視說明圖所示,在碎美片1 表面上設置矽氮化膜2 ’該矽氮化膜2上則疊積至少具有 ZnO系化合物半導體形成之n形層3、4及p形層6、7, 以形成發光層之半導體疊積部11。 如上所述’本案發明人等反覆專心研究如何在發基片 上使ZnO系化合物半導體結晶性良好地成長之社 术:’發現 若使ZnO系化合物半導體在石夕基片上直接長成,則艺 系化合物半導體材料之自由基氧在開始時會與碎激烈反 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
、9 5 1 I 五、發明說明(11 ) 應’表面即形成凹凸之不定晶形,該原因將導致無法得到 結晶性良好之ZnO系化合物半導體層。同時也發現,矽基 片之表面先行氮化處理,使基片表面獨立區帶之以與^^ 化合’而在表面形成薄矽氮化膜,其上即可長成結晶性優 良之ZnO系化合物半導體。 此矽氮化膜係在氮氣或氨氣等氮存在的環境下進行熱 處理’並於矽基片之表面形成氮化膜而可得到良好結果, 但氮化處理過度時其上之Zn〇系化合物半導體反而會多 結晶化,而無法得到結晶性優良之Zn〇系化合物半導體。 亦即’矽基片1經洗淨處理後放入MBE(Molecular Beam Epitaxy ;分子束外延法)之晶體成長裝置内,再將例 如以RF電源激發成等離子狀態之ΝΑ氣體注入MBE晶體 成長裝置内,並測定改變各種形成矽氮化臈2之處理溫度 及處理時間時’其上所長成之Zn〇系化合物半導體層膜質 之狀態。該測定結果如表Ϊ中所示,以6501之熱處理進 行7分鐘時膜質非常良好(雙圓),進行5分鐘至1〇分鐘時, 可以得到膜質良好之Zn〇系化合物半導體層(白圈),但相 同溫度下進行熱處理]5分鐘時ZnO系化合物半導體層即 非晶化而不適宜(X記號)。同時,以8〇(rc進行氮化處理3 分鐘之結果’同樣可以得到膜質良好之Zn〇系化合物半導 體層。 ------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·. 本紙張尺度適用尹國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 11 311649 〇95 1 A7 B7 五、發明說明(12 處理溫度(°c) 650 處理時間(分) 5 膜質 L〇
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該關係如第2圖所示’可得到良好膜質之範圍中,岑 然在低溫下處理速度較為緩慢,但長時間之處理仍可以: 到同樣之膜質’以第2时實線所包含㈣p之條件處理 即可以得到膜質良好之矽氮化臈,因此,推想其上成長之 Zn〇系化合物半導體層亦可具有良好之膜質。 該膜質之檢查,如第3圖⑷所示,係使用在一般mbe 裝置中裝設之所謂的反射高能電子繞射法(RHEED法)之 方法,亦即由電子搶51將以10至5〇kv加速之電子束52 由小角度(1至2以下)Θ射入基片53表面,再將表面原 子所反射繞射之電子東54投影至螢光幕55,以測定結晶 之表面狀態的方法’而電子之加速電壓係以V進行。 依據此方法時,因電子束之入射、反射、繞射束之測定是 以小角度進行,因此並不影響幾乎與基片53為垂直方向之 分子光朿的供給,而可以在成膜中測定。 以繞射像,在基片表面為結晶構造時呈直線或帶狀明 暗(條狀圖像),但基片表面出現凹凸而形成島時,以些島 對透過繞射電子束之影響增大,因此條狀圖像消失而出現 點狀(spotty)像。若表面進一步形成多晶體,則點會消失而 得到環狀之繞射像。此乃是因微結晶之方位成不規則分饰 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公复) 12 311649 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 6 95 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明(u) 所造成。若表面再進而成非晶形,則原子排列失去週期性, 因此不合繞射條件,RHEED線即形成同樣強度之帶狀(暈 圈)。因此依據該測定來觀察矽氧化膜2之表面狀態,同時 測定其上成長之Zn〇系化合物半導體之膜質,即可得到兩 者之間的相關性。 一面進行此表面狀態之測定,一面先氮化處理矽基片 1之表面,則開始時因矽基片之表面形成氧化膜,表面失 去平坦性,而可得到如第3(c)圖所示之環狀繞射像。此狀 態下再將上述以RF電源激發成等離子狀態之NH3氣體注 入MBE裝置之箱内,並將基片昇溫至65{rc左右則矽基 片1表面上氧化之氧被還原而得以去除,表面即呈現如第 3(b)圖所示之點狀像的狀態。再保持該狀態,則表面的氧 被去除,形成獨立區帶之Si及N即化合形成矽氮化物, 氮化處理再持續時,若為1 〇nm左右以下厚度之氮化膜2 ’ 繞射像便可維持上述之點狀像。但氮化處理持續比分鐘 長時,點狀之像即模糊,進行15分鐘左右,則再度形成如 第3(c)圖所示之環狀像。 因此’要得到上述良好之膜質Ζώ0系化合物半導體從 可得到如第3(b)圖所示之點狀繞射像之狀態長成點狀像稍 為模糊狀態之帶平坦性氮化膜狀態下,若繞射像形成如第 3(c)圖所示的環狀’則氮化處理已過度,表面狀態凹凸明 顯’該狀態下其上成長之ZnO系化合物半導體之結晶性即 降低。因此’使表面非晶性化不會形成明顯之凹凸,而可 維持平坦性之氮化處理’以得到膜質良好之Zn〇系化合物 --------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 士-° 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 13 311649 A7 469511 B7 -------- 五、發明說明(14 ) 半導體。 矽基片1,可以用在一般之iC等,可使用例如摻雜碟 (P)之η形矽基片(111)。但摻雜硼(B)等之p形基片及面方 位為(1〇〇)者亦可。該矽基片1係進行以丙酮、乙醇以及單 純超音波洗淨等之有機洗淨、及以稀釋氟酸光蝕刻基片之 表面氧化膜的基板洗淨。 矽氮化臈2如前所述係在氮存在之環境下經熱處理形 成’矽基片1之表面為在不是多結晶及非晶性狀態之狀態 易於形成。此氮化處理,並不須要如上述之ΜΒΕ裝置, 但要一面觀察表面狀態一面進行處理時,則屬ΜΒΕ裝置 為佳’因其可以如前述一面以RHEED法觀察一面處理。 同時,氮存在之環境’可如上述例使用激發成等離子之氨 氣,但也可以使用激發成等離子之ν2氣體,亦可以使用 Ν〇2。此矽氮化臈2係不形成上述非多結晶狀態,而是處 理成可得到平坦面之狀態。亦即形成1 〇nm以下厚度,更 好疋5nm以下厚度。此條件可由處理溫度及處理時間調 整,亦即溫度尚時短時間、溫度低時則以較長時間處理。 半導體疊積部11如第丨圖所示之例,係由含(}3之11 形ZnO形成左右之接觸層3’同樣由含Ga之 MgyZni-y〇(〇客y<1,例如y = 〇 15)形成〇2只瓜左右之n形 包覆層4 ’由CdxZni_x〇(〇g χ<ι,且帶隙能量較包覆層小 者組成,例如:㈣·08)形成之〇1心左右的激活層5,同 時含Ga及N之y<i,例如y = 〇〗5)形成之 〇.2"m左右的?形包覆層6,同時含Ga&N2Zn〇形成 --------------裝 _! {請先閱靖背面之注意事項再填寫本頁) * 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適时關冢鮮(CNS)A4規格~^) χ 297公爱- 14 311649 A7 469511 ___B7__ 五、發明說明(15 ) 的1/zm左右的p形接觸層7’之各層疊積成具雙異質構造 之發光層形成部的半導體疊積部11。此半導體層可在上述 MBE裝置中持續氣化處理而成長。此外,激活層5,為避 免形成非發光再結合中心’最好是無摻雜物。同時,η形 及Ρ形包覆層4、6之帶隙較激活層5大,且具有將載波有 效地封閉於激活層5内之效果。 半導體疊積部1〗上為使電流擴散,可以例如形成〇 2 仁m左右之ΙΤΟ膜透明電極8,在其部份表面以上升法形 成Ni/Al或Ni/Au等之疊積體的ρ側電極1〇,同時,在石夕 基片1之内側整面由真空蒸鍍形成Ti/ΑΙ或Ti/Au等之叠 積體的η側電極9。 其次’說明此LED之製法。可舉例如將矽基片〗置於 MBE裝置内’再將基片1之溫度調為650°C左右下,以流 速0.6sccm通入NH3氣體’並以電力300W左右之高頻電 源通入箱内激發成等離子狀態。此程度流量下,因可得到 強等離子激發光故佳。其後’進行氮化處理7分鐘左右。 其次’使基片1溫度為300至450°C左右,再於等離 子氧之照射條件下’開啟Zn源(隔室)開關、照射Zn,同 時開啟η形摻雜劑之Ga開關’以長成n形ZnO所形成! /z m左右之η形接觸層3。其次’再開啟Mg源(隔室)之開 關,成長0.2々m左右之Mg。υΖη。85〇之n形包覆層4。 其次’為長成激活層5,關閉Mg隔室及換雜劑之Ga 隔室’開啟Cd源金屬隔室之開關,並照射cd,以長成〇 1 # m左右之Cd。〇8ZnQ.92〇,其次,關閉Cd隔室之開關,再 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公楚) 15 311649 46 95 1 五、發明說明(μ ) 開啟Mg隔室及Ga隔室,再注人㈣摻雜劑之激發等離子 n2。以為n形摻雜劑,因可與激發等離子κ同時換雜而 有效地p形化,因此須同時捧雜。同時,由· 一。85() 形成之Ρ形包覆層6成長成0、m左右,同樣地同時使 摻雜p形Zn0形成之P形接觸層7長成】_左右,以成 長成半導體疊積層部11。 之後’取出由刪裝置外延成長之極板再放入例 如錢裝置中使其形成IT0肖,成為厚度為02㈣左右 之透明電極8。之後,研磨美Η 叫僧暴片1之内面成100 左右之 厚度,再以真空蒸錢等在基片1之内面整面上形成Tl/A1 等之2 y m左右的n側電極9,以例如上升法在部份π。 膜8上形成Tl/A1等之〇·2心左右的Ρ側電極10。之後, 極板經晶片化,即可得到如第】圖所示之咖晶片。 依據本發明使用石夕基片之半導體發光元件,切基片 表面具有銳切膜’其上並疊積2η〇系化合物半導體層, 因此,Ζ„〇系化合物半導體層可成良好之結晶性成長,且 使用石夕基片之藍色系半導體發光元件,可如同在藍寶石基 月上之成長同樣有高發光效率。亦即,已往在矽基片上 系化合物半導體即使成長,其膜質亦不良,且非發光再姓 合中心多,因此發光效率極差,但本發明卻可得到用㈣ 片之藍色系半導體發光元件。 另方面,氮化矽膜係形成1 Onm以下極薄之層,因 此由上下之導電性半導體層包爽時,導電性幾乎無電壓降 I低。其結果,2形成從晶月之上下’"彳電極及“則電極 1 本紙張尺度適财_家標準ϋ)Α伐格⑵χ 297公爱 311649 A7
469511 五、發明說明(Π ) (請先朋讀背面之注意事項再^寫本頁) 可分別取出之垂直型發光元件’且形成電極之部份疊積半 導趙層無需經過蝕刻’不惟製造步驟極為簡化’同時在固 定發光元件裝置時’兩電極無需經引線接合,一方可經晶 粒接合直接連接於電極,因此可以減少線接合,使用上極 為方便。 另一方面,形成如後所述之LD時,最好使光諧振器 之端面為鏡面’而矽基片上因疊積立方晶之半導體層,半 導體疊積部係藉由立方晶整齊排列於基板上,因此比藍寶 石基片更容易劈開’光講振器之端面可以形成劈開面β其 結果即可以得到振盪特性優良之藍色系半導體雷射。 上述之例為LED之例子,而LD亦相同《此種場合, 半導體疊積部11有若干變化,最好可例如第4圖之斷面圖 (所不’由無換雜之Cd0.03Zri0.97O/Cd0.2Zn0.8O的阻推層及解 1層各5nm及4nm交互疊積2至5層成多量子阱式構造’形 γ成激活層15。此外’激活層15薄至無法將光充份地封閉 於激活層15内時,亦可例如在激活層15之兩側設置ZnO t形成之導光層14、16。
I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 同時’在第4團所示之例中,包埋電流集中層17之 SAS型構造的LD晶片之例中,在p形Mg015Zn0 85〇形成 之P形第1包覆層6a上設置例如η形Mg。2Ζηϋ8〇形成之 〇·4μ m左右的電流集中層17,再一次將極板自結晶成長 裝置中取出,並於表面由電阻膜形成條紋狀圖案,再置入 NaOH等驗溶液内蝕刻成條紋狀之電流集中層17,並形成 條紋溝18,再再次將極板放回MBE裝置,如上述之例同 本紙張尺度適用中囷國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 17 311649 4 6 9 6 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明(18 ) 樣使ρ形Mg。成長形成p形第2包覆層讣及p 形Zn〇形成之p形接觸層7。此場合時,不需二〇形成之 透明電極’而在p形接觸層7上接近整面地形成p側電極 10。同時,在囷中並未示出,但p形第】包覆層“及電流 集中層17之間最好設置p形GaN形成之蝕刻終止層。 因ZnO Μ匕合物|導體可以濕式敍刻法钱刻處理因 此可以形成GaN系化合物半導體中難以包埋電流集中層 之SAS型構造的LD晶片,也可在接近激活層處形成電流 集中層,而得到高特性之半導體雷射光。然而,LD晶片 之構造並不限於SAS型構造,亦可以形成只有p側電極為 條紋狀之電極條紋構造’或自條紋狀電極之兩側半導體層 至P形包覆層上部蝕刻成台面型形狀之台式條狀構造,或 打入質子之質子打入型。電極條紋構造之LD晶片可例舉 如苐5圖所示者。在該構造中,由於p側電極Μ形成條紋 狀形狀’且只有未設置電流集中層之點與第4圖之構造不 同’其他構造幾乎與第4圖相同,且相同的部份附記之符 號相同’而省略其說明》同時,6為p形包覆層。 即使在此種構造’因基片使用妙,因此,可自上、下 兩側取出兩電極,不只製造面與使用面兩者皆非常方便, 同時可以劈開光諧振器之端面形成劈開面,故可以得到高 特性之半導體雷射。 上述例中LED為雙異質構造之例,但亦可為單純之pn 接合或MIS(金屬-絕緣層-半導體層)構造等之其他構造β 同時’ LD晶片構造亦可無導光層,而設其他之層,或不 -I--I---I I I I J » - I I <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁> 訂· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297~^釐了 18 311649 469511 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明(I9 限定於上述之疊積構造。此外,矽基片之氮化處理及其後 之ZnO系化合物半導體的成長是在mbe裝置内進行,亦 可以MOCVD裝置進行氮化處理及之後的半導體層成長, 且只要設定條件,無需——觀察表面狀態亦可形成同樣之 表面狀態,且亦可以其他方法製造。 使用矽基片之本發明可在矽基片上成長成Zn〇系化 合物半導體,並得到上下兩面設有電極之垂直型藍色系半 導體發光元件。因此,不只製造步驟簡單且可降低成本, 同時使用之際可以減少引線接合,因此得到之半導體發光 元件易使用且價廉。 此外,因可以劈開,故可得到有優良端面之雷射諧振 器,且可得到可利用於具高記憶密度之光碟及雷射光束印 表機之高精細化的高性能短波長半導體雷射。 其-人,說明使用以與C面直交之面為主面之藍寶石基 片的本發明所得到之ZnO系化合物層的元件,及該元件製 造時ZnO系化合物層之晶體成長方法。 具有使用以與C面直交之面為主面之藍寶石基片的本 發明之ZnO系化合物層的元件,其一實施形態如第6圖之 斷面說明圖所示,係在A面為主面之藍寳石基片la上成 長ZnO化合物層,而在與藍寶石基片13之〇面直交之面, 例如以A面(11-20)為主面之藍寶石基片u的上述主面(a 面)上外延成長ZnO系化合物層2 ^該Zn〇系化合物層之 成長’可依目的元件以必要之组成(Mg& Cd等之混晶、 摻雜之摻雜劑)成長成必需之厚度。例如在半導體發光元 ---I-------— 丨(·裝 i I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I. 本紙張尺度邊用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297 $爱7 19 311649 .469511 A7
五、發明說明(20 ) 構成之情形下,可如下述,依序疊積以例如Zn〇系化合物 半導體層之η形包覆層及p形包覆層,包夾帶隙能量比包 覆層小之激活層,以構成發光層形成部。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如第7(a)圖之藍寶石單結晶之代表性面方位,第7(b) 圖之單結晶C面之正面圖所示,藍寶石之A面為與c面柵 極中隔一柵極連線份之C面垂直之面,亦即藍寶石單結晶 之(11-20)之面方位所示的面。此面方位有6次對稱,如第 7(b)圖所示’係一形成六角柱之結晶有6處。該a面若如 下述’對應藍寶石之c軸長為4個份之Zn〇的a軸長,則 應可得到優良之結晶構造’但根據此想法,亦未必—定要 A面’亦可如第7(b)圖之X所示’ A面雖為C面内迴轉之 面’但對C面成直角’因此只要是與c面直交之面即可。 同時,此對C面成直角(直交)即指大致成直角程度者,一 般面方位誤差在± 0.5°左右之範圍即不影響結晶軸長之 準線。 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製
ZnO化合物層在該藍寶石基片ia上之成長,是先以丙 軻、乙醇、脫脂洗淨主面為A面之藍寶石極板la,最後再 單純洗淨。之後,將洗淨之極板置入固定(Load Lock)室 内,在133x 10-6Pa左右以下之真空度中,以400°C左右預 先加熱1小時左右以使多餘水份蒸散。 預先加熱完了後,再移入保持於Ι33χ ΙΟ9至133x 10·'° Pa 左右真空度之 MBE(Molecular Beam Epitaxy)裝置 中。之後以800°C左右之熱底金屬清洗30分鐘左右後,調 為65 0°C左右。之後,以13.56MHz之RF將激活02等離 ί尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 20 311649 A7 469511 五、發明說明(Μ ) 子化後注入,並開啟Zn隔室之開關使Zn〇層2外延成長。 同時,在Mg及Cd等混晶’或摻雜摻雜劑之場合,亦可開 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁:> 啟此些元素隔室而可得到期望之Zn〇系化合物層。同時, 在此例中,洗淨後是以8001左右進行30分鐘左右之熱底 金屬清洗’但以1000°C左右進行1小時左右之熱焙發色處 理使其成長時’亦確定可大為提高Ζη〇層結晶性之再現 性。 如此,為測定主面為Α面之藍寶石基片表面上外延成 長之ZnO膜之結晶狀態,以χ光照射成長成數百nm左右 厚度之ZnO膜表面,而第8圖所示即由該反射強度分佈得 到之面的法線方向的位置以及面方位。第8(a)圖所示之圖 為本發明在A面為主面的藍寶石基片上成長之膜的法線方 向位置,第8(b)圖所示之圖為在€面為主面的藍寶石基片 上成長之ZnO臈之面的法線方向位置。 因為ZnO在a軸方向有6個對稱,原本應該只出現6 點之繞射型態(面之法線方向位置),但如第8(b)圖所示, 在c面上成長之Zn0膜中,在211〇之3軸及藍寶石之& 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 軸平行處之外,亦混雜在ZnO之a軸對銨4 』益質石之a軸迴轉 3〇°之形態’而可觀察到]2點形態(實際所示迴轉。之 位置之形態強度較弱’比例較少)。相對 ^ 對於此,如第8(a) 圖所不,本發明在A面上成長之Zn〇臌 计⑪ 踢 Zn0之A面與 藍寶石之C面成為平行,因此ZnO以一宏今认 雜τ , 疋之結晶方向在藍 寶石之c軸方向成長,而可觀察到只有6 ^ β 個對稱之繞射形 遙。亦即可知無30。迴轉之結晶成長。 匕紙張尺度適用t國國家標準(CNS)A4規格(21G X 297公复) 311649 469511 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 311649 A7 五、發明說明(22 ) 此外,以RHEED法(反射高能電子繞射法;即由電子 搶將以10至50kV加速之電子束自小角度(1至2。以下) 射入基片表面’並將表面原子所反射繞射之電子束投影在 螢光幕上以測定結晶表面狀態之方法)測定以MBE法成長 1分鐘左右之狀態(數十ηιη左右之厚度),結果可觀察到在 藍寶石C面上成長之膜内,在原本Ζη〇形態之間有較弱形 態出現,但本發明之Α面上成長的ΖηΟ膜内,只有向面内 而無紊IL之原本ΖηΟ形態。 第9圖為再另以其他之方法測定Ζη〇膜結晶狀態之 圖’即由帶隙能量較此ΖηΟ大的4eV左右之光照射,激起 光激發光譜’在此波長下顯示其發光強度。於第9圖之a 中所示之特性為本發明以A面為主面之藍寶石基片上成長 的ΖηΟ膜之特性,c中所示之特性為以(^面為主面之藍寶 石基片上成長之ΖηΟ的特性。而由苐9圖亦可知,本發明 之ΖηΟ膜可得到較在c面上成長之ΖηΟ膜強約30倍的 光,其半值幅在C面上成長者為3〇meV,相對地本發明在 A面上成長者為較小之〇.7meV,顯示明顯地可得到良好之 結晶。 本發明因係在主面為與C面直交之八面的藍寶石基片 上成長ΖηΟ系化合物,因此可如上所述得到結晶性優良之 ΖηΟ系化合物層。其理由推想如次。亦即,藍寶石之c軸 長Cs,如前所述為a輛長1為〇 325nm, 因此cs約為4az。所以,如第10圖在主面為A面之藍寶石 基片上成長之Zn〇的結晶狀態(C面)之平面圖所示,在藍 _ _ _ (&S)A4 規格⑽ χ 挪公餐)~~ -- ,{ I I ---- I [ I I I -—— <請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 6 9 5 1 五、發明說明(23 ) 寶石之c軸長Cs上排列2個份之Zn〇結晶(a轴為4個份之 結晶),因此,推想在面内排列極為安定,可—直以一定之 面内方向成長。此時之柵極配合度ε為ε =(4x &= ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 〇 配合度極高。其結果即可以保持高度結晶性成長。 由此觀點’可以推測即使非A面,而如前面第7圖所 不之X面,因A面為在c面内迴轉之面,亦即只要為與c 面直交之面,如上述第10圖所示,藍寶石之c軸長對應於
ZnO系化合物結晶可排列4個份之Zn〇之汪輛長因此同 樣可得到良好結晶性ZnO系化合物結晶層。 其次’說明使用主面為A面(11至20)之藍寶石基片而 成長ΖηΟ系化合物半導體層之藍色系半導體發光元件的 構成例。 以與C面直交之面為主面之藍寶石基片的本發明之半 導體發光元件’係如第11圖LED晶片之斜視說明圖所示, 在主面為A面之藍寶石基片ia表面上疊積有至少具有 ZnO系化合物半導體所形成之n形層3、4及p形層6、7, 以形成發光層之半導體疊積部11。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
於第11圖所示之例中,半導體疊積部11是由1μιη& 右摻雜Ga之ΖηΟ形成的接觸層3,同樣由左右摻 雜Ga之MgyZn^yO(0 Sy<l ’例如y = 〇.l5)形成之η形包 覆層4’ Ο.ΐμπι左右由CdxZnhOiOS χ< 1,且帶隙能量較 包覆層為小而組成’例如χ = 0·08)形成之激活層5,〇,2μιη 左右由同時摻雜Ga及Ν之y < 1,例如 y=0·15)形成之p形包覆層6’lμm左右由同時摻雜Ga及N
本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) TIT5W A7 B7 46 95 1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明說明(24 ) tZnO形成之P形接觸層7’各層叠積形成具雙異質構造 之發光層形成部的半導體疊積部u。此些半導體層可於上 述刪裝置中連續成長。此外,激活層5為避免形成非 發光再結合中心,最好是無摻雜物。同時,n形及p形包 覆層4、6,最好帶隙能量較激活層5大,且具有可有封閉 載波於激活層5内之效果而形成。 在半導體疊積《卩π上為擴散電流,可以例如ιτο膜 形成0.2" m左右之透明電極,且在其部份表面以上升法 等使Ni/Al或Ni/Au等昼積體形成之p側電極,同時以 #刻使半導體疊積部11之部份去除,而露出之η形接觸層 3上以真空蒸鍍形成有Ti/A丨或Ti/Au等疊積體之側電極 9 ° 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其次’說明邊LED之製法。如上述,a面為主面之藍 寶石基片1先以丙酮等脫脂洗淨,再於固定室預先加熱, 並於MBE裝置内熱底金屬清洗後,供給成為650艺左右之 激活氧,同時開啟Zn、Mg、Cd、Ga等所要材料之隔室之 開關’並依序外延成長成上述組成之ZnO系化合物半導體 層的各上述厚度’以形成半導體疊積部11。同時,形成η 形層之場合摻雜Ga為摻雜劑,形成ρ形層之場合,則同 時摻雜N2等離子及Ga為摻雜劑。 之後’取出在MBE裝置内外延成長之極片,並以反 應性離子蝕刻(RIE)等乾式蝕刻法,蝕刻部份半導體疊積部 使π形接觸層3露出。此蝕刻可以以硫酸系蝕刻劑等施行 濕式敍刻。之後,再放入例如嗔满;裝置内,而在ρ形接觸 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 24 311649 46 95 1 五、發明說明(25 ) 層7上形成ΙΤ〇_,即成〇2//m左右厚度之透明電極卜 之後’再以上升法等在11形接觸層3上形成Ti/A1等所形 成之11側電極9 ’在ITO膜8上部份形成Ti/AI等之p側 電極10 ’且分別形成〇2 " m左右。之後極板再經晶片化, 即可得到第11圖所示之LED晶片。
使用藍寶石基片之本發明之半導體發光元件,為Zn〇 系化口物半導體層在主面面之藍寶石基片纟面外延成 長所以藍寶石之e轴長及Zn〇系化合物之4個&韩長將 整〇排列並成長成結晶性良好之ΖηΟ系化合物半導體 層15因在其上成長之Ζη〇系化合物半導體層亦與ΖηΟ為 同種之化合物,所以可沿Ζη〇層之結晶成長成整體之結晶 層。其結果,即不會發生膜質不良時的非發光再結合中心, 内部量子效率則可大幅提高,與具有Ζη〇系化合物之高激 發子一起’可以得到發光效率極高之半導體發光元件。同 時,在Α面為主面之藍寶石基片上成長之化合物半導體 層’即使非ZnO而為由Mg或Cd等取代部份Zn之ZnO 系化合物半導體’其栅極常數亦幾乎不改變,同樣可以有 良好結晶性成長。
上述之例為LED之例,但LD亦相同。此時,半導體 #積部11有若干不同’例如如第12圖之斜視說明圖所示, 激活層15可由無摻雜之Cd。03Zu0.97〇/Cd。2Zn08〇形成之 阻擋層及牌層,各以5 nm及4 nm交互疊積2至5層成多量 子阱式構造而構成。此外’若激活層I 5薄而無法充份封閉 激活層1 5内之光時’可以例如在激活層1 5之兩側設置ZnO ί I ί 一-裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _ _ - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 25 311649 469511 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 311649 五、發明說明(26 ) 形成之導光層14 ' 16。同時’使部份半導體疊積部11蝕 刻、而在露出之η形接觸層3上形成η側電極9,係與上 述LED之情形相同。 此外,在第12圖所示之例,為包埋電流集中層17之 SAS型構造的LD晶片,即在p形Mg015Zn0 850形成之p 形第1包覆層6a上,再設置例如〇.4#m左右由η形 MgQ 2Ζη0 80形成之電流集中層1 7,先暫將極板自結晶成長 裝置中取出’並在表面設置電阻膜而形成條紋狀,再以硫 酸系溶液等蝕刻電流集中層17成條紋狀,以形成寬度為2 至3 y m之條紋溝18,然後再度將極板放回ΜΒΕ裝置内, 同上述之例同樣成長形成p形Mg0 15Zn085O之p形第2包 覆層6b及p形ZnO之p形接觸層7。此時,不需ITO形 成之透明電極’ p形接觸層7上亦幾近全面形成p側電極 10。同時,在此並未圖示出,但最好在p形第i包覆層6a 及電流集令層17之間設置p形GaN之蝕刻終止層。 因為ZnO系化合物半導體’可以以濕式蝕刻做蝕刻處 理,因此可以形成在GaN系化合物半導體中難以包埋電流 集中層之SAS型構造之LD晶片,亦可以在接近激活層處 形成電流集中層,而得到高特性之半導體雷射。然而,lD 晶片之構造並不只限於SAS型構造,亦可使p側電極為只 有條”文狀之電極條紋構造,或在條紋狀電極兩側之半導體 層至p形包覆層上部為止蚀刻成台面型形狀而構成台面式 條狀構造’或打入質子之質子打入型。電極條紋構造之LD 晶片的例子如第1 3圖所示。該構造除形成條紋狀P側電極 規格⑽ x 297 公爱)----—— -- ----------丨丨—♦裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4〇95 1 \ A7 _ B7 五、發明說明(27) 10,且不設置電流集令層之點與第12圖構造不同外,其他 構造與第12圖幾乎相同’因此相同部份以相同符號表示, 並省略其說明。此外,6為包覆層。 上述之例的led為雙異質構造之例,但單純的接 合或MIS(金屬_絕緣層-半導艎層)構造等其他構造亦無不 可。同時,LD晶片之構造,亦可無導光層而設置其他層, 亦即不限於上述疊積構造。 另外’上述各例中ZnO系化合物層之成長是利用mbE 裝置進行’但亦可以用MOCVD裝置等。此時,反應氣體 可用:在Zn為二乙基鋅(Zn(C2H5)2)、〇為四氫呋喃 (C4H8〇)、Mg為環丙基二乙基鎂(Cp2Mg)、Cd為二乙基鎘 (Cd(C2H5)2)、摻雜劑之Ga為三6基鎵(TEG)、Ν2為等離子 Ν2以產生氣相反應。 以外’上述之例中,利用ZnO系化合物半導體元件之 例只有半導體發光元件,但在SAW裝置、壓電元件、焦電 元件等之中’有需要優良結晶性的ZnO系化合物層之場 合’可同樣使用主面為與C面直交之面的藍寶石基片來成 經濟部智慧財產局負工消費合作杜印製 ------------裝--- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 長’即可以得到具有優良結晶性之ZnO系化合物半導體層 之元件。 依本發明’可以成長成結晶性極為優良之ZnO系化合 物層’故其上疊積之ZnO系化合物層之結晶性亦佳,而可 得到具優良特性之ZnO系化合物層之元件。 同時’依本發明之半導體發光元件,疊積之Zn〇系化 合物半導體層之結晶性極為優良,因此得到之藍色系半導 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公變) 27 311649 46 9 5 A7 B7 五、發明說明(28 ) 體發光元件之内部量子效率極優良,為可以由以濕式蝕刻 處理之材料獲得者。 [產業上之利用性] 依本發明’可以在矽基月或藍寶石基片上形成結晶性 極為優良之ZnO系化合物半導體層’且可以得到價格低廉 但有高特性之藍色系LED或LD等之發光元件、SAW裝 置、壓電元件、焦電元件等。因可廉價得到高特性之藍色 系LED、LD ’故可以利用為全色彩顯示器及信號燈等之光 源、下世代之高記憶密度DVD、雷射光束印表機等之光 源。 ,·裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格(210 X 297公釐) 28 311649
Claims (1)
- 46 95 1 B8 C8 D8 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 7 ‘ 六、申請專利範圍 1_ 一種使用砂基片之Zn0系化合物半導體發光元件,含 矽基片、攻置於該矽基片表面之矽氮化膜、設置於該矽 氣化膜上且叠積至少有Zn〇系化合物半導體之η形 層及Ρ形層而形成發光層之半導體疊積部。 2. 如申請專利範圍第】項之半導體發光元件,其中上述矽 氮化膜表面並無非晶化而係形成平坦之面。 3. 如申請專·圍第!項之半導體發光元件,其中上述石夕 氮化膜形成I 〇ηηι以下之厚度。 4·如申請專利範圍第丨項之半導體發光元件,其中,上述 半導體疊積部具有使cdxzni_x〇({^x<1)形成之激活 層,由MgyZnhCKO各y<i)形成,且帶隙能量較上述激 活層大之包覆層夾住之雙異質構造。 5. —種半導體發光元件之製法,其特徵為矽基片在氮存在 之環境下經熱處理,使矽基片表面上形成矽氮化膜, ZnO系化合物半導體即在該矽氮化膜上成長形成半導 體疊積部之發光層。 6. 如申請專利範圍第5項之半導體發光元件之製法,其 中’上述形成矽氮化膜之處理’是控制該處理溫度及時 間’以使形成之矽氮化膜之表面可以維持矽基片成平垣 面0 一種含ZnO系化合物層之元件’為含有Zn〇系化合物 層之元件,包含主面為與藍寶石基片之C面直交之面的 藍寶石基片,及該藍寶石之上述主面上外延成長之 系化合物層。 I -----------(4--------訂--- ----- "^ <請先閱讀背面之注急事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中囤國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 29 311649 46 95 1申5青專利範圍 如申請專利範圍第7項之元件,其中,上述藍寶石基片 之主面為A面。 種Zn〇系化合物層之結晶成長方法,為在藍寶石基 片上外延成長ZnO系化合物層之方法,且上述Zn〇系 化合物層外延成長成藍寶石基片之c轴與上述ZnO系 化合物層之c轴成直交。 種zn〇系化合物半導體發光元件,含主面為與藍寶 石基片之C面直交之面的藍寶石基片,及疊積在該藍寶 石基片之上述主面上至少含外延成長之ZnO系化合物 半導體形成之η形層及p形層而形成發光層之半導體疊 積部。 11·如申請專利範圍第1〇項之半導體發光元件,其中,上 述藍寶石基片之主面為Α面。 申請專利範圍第項之半導體發光元件,其中,上 述半導體疊積部具有使CdxZni_xO(OSx<l)形成之激活 層’由Mg/iihCKOSyCl)形成,且帶隙能量較上述激 活層為大之包覆層夾住之雙異質構造。 ------------| ."--------訂---------線( (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 30 311649
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