TWI359514B - - Google Patents

Description

1359514 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於GaP磊晶晶圓及GaP發光元件。 【先前技術】 發光二極體等的發光元件’通常，係在化合物半導體 基板上積層複數層化合物半導體層而製作出具有ρ·η接合 之多層化合物半導體晶圓’再將其元件化而製得。以往， 紅色系或綠色系之化合物半導體發光元件，係使用在

GaP(璘化鎵）單結晶基板形成Gap磊晶層而構成之Gap磊 晶晶圓。 化合物半導體發光元件待改善之一大問題乃亮度。為 提幵化合物半導體發光元件之亮度，已有各種嘗試，例如 使用結晶缺陷少的良質基板（參照專利文獻”、或使摻質 的添加濃度最佳化（參照專利文獻2)等等。 〔專利文獻1〕日本特開2000-143398號公報 〔專利文獻2〕日本特開平10·294489號公報 【發明内容】 然而，發光元件高亮度化的要求不斷增高，為因應該 要求，則需要更進一步檢討改善的對策。 本發明之課題，係提供一可獲得更高亮度之Gap磊晶 晶圓及使用其之GaP發光元件。 為解決該課題’本發明之GaP磊晶晶圓，係在η塑GaP 單>=»曰曰基板之{ 1 11 } B面形成n型Gap層而構成者；其 特徵在於，將{oi-U裂面選擇蝕刻後觀察11型Gap層時， 1359514 與π型GaP層成長界面的平杆 幻十仃面父又延伸之梳齒狀結晶缺 陷的條數’每100" m的成長界面為3〇條以下。 又本發明之Gap發光元件，係在n型Gap單結晶基板 之{in} b面，積層複數層的n型Gap層與至少】層p 型GaP層而構成者；其特徵在於，將{〇ι_ι}裂面選擇姓 刻後，觀察複數層η型GaP層中與。型Gap單結晶基板鄰 接之結晶性改善層日夺，與結晶性改善層成長界面的平行面 交叉延伸之梳齒狀結晶缺陷的條數，# i叫爪的成長界 面為30條以下。 一般而言，GaP發光元侏用夕p 。

庀兀仵用之GaP磊晶晶圓，係在GaP 單結晶基板上具有η型GaP結晶性改善層(η型⑽緩衝 層）。然而，儘管如此般在結晶性改善層上形成含㈣接合 之發光層冑’但仍會有無法獲得足夠亮度的發光元件。為 了探究其原因’本發明人等針對形成發光層部的前置階段 之GaP蟲晶晶圓的品質實施詳細調查。而發現出，在”型 GaP單結晶基板之丨111} Β面形成„型Gap層而構成㈣ 磊晶晶圓的情形，當將其{〇1·1}裂面選擇蝕刻後，在與 η型GaP單結晶基板鄰接之η型㈣緩衝層之成長界面， 會存在與其平行面交叉延伸之梳齒狀結晶缺陷。進一步針 對該梳齒狀結晶缺陷的條數與發光亮度的關係進行詳細調 查的結果’而到達本發明之完成。 亦即，在與η型GaP單結晶基板鄰接之n型Gap層上 觀察到的梳齒狀結晶缺陷條數，力Gap單結晶基板與η型 GaP層間之成長界面抑制在每1 〇〇 β m為3〇條以下，藉由 1359514 使用這種GaP蟲晶晶圓，可防止亮度降低而製作出高亮戶 的發光元件。使用梳齒狀結晶缺陷的條數超過3〇條之^ 磊晶晶圓時，所製作出之發光元件的亮度會不足。 又’㈣單結晶基板之面，係代表結晶方位 為〔⑴〕之P填充面。亦即，t GaP單結晶以⑴”面為

Ga填充面時，則（小面為p填充面。又，丨〇1"裂 面，係包含（WDOMHMOH-uohdo-D'HOD。、 面指數之上標“·“，為方便起見係以在數字前附加“ “來 替代。 【實施方式】 以下參照所附圖式說明本發明之-實施形態。目i係 本發明之Gap發光元件之截面示意圖。Gap發光元件i之 構造，係在η型GaP輩έ士 b |，λ 早，纟口日日基板10之U 11} Β面上，依 序積層η型GaP緩衝層u(結晶性改善層^型⑽層⑴ N(氮）接雜η型GaP層13、D刑raP a ,

^日w P型GaP層14而構成1型GaP 亭、，·口日日基板1 〇及η型GaP镇接ϊ爲1，〆#

尸緩衝層1卜係構成本發明之GaP 蟲晶晶圓3。 η型GaP單結晶基板1〇1型㈣緩衝層^及^型 中，係添加有η型推質、例如石夕⑻。Ν推雜^ 型GaP層13與ρ型Gap声 Λ| s 14之間係形成ρ-η接合。Ν摻 雜π型GaP層13，#换舳士 ， '、多雜有n型摻質之矽與氮（N)。氮的 作用係當作等雷+味，甘 θ ，、有助於發光效率的提昇。氮之摻 雜重’視所要求之發光 針s 九輸出位準與主發光波長值來做調 1 方面，以⑽層】添加有p型摻質、例如 1359514 鋅（Zn)〇 ㈣發光元件i ’以RC液將# {〇Μ}裂開面實施選 擇性钱刻時，於0型GaP緩衝層u所觀察到之梳齒狀結 晶缺陷（參照圖4)條數，於成長界面之平行方向每1〇〇〆 m為30條以下。因此’ n型⑽緩衝層u上所形成的n 垔GaP層12之結晶品質良好，並顯示高亮度。 其次，說明GaP發光元件！之製造方法。首先，以 LEC(Liquid Encapsulated〜加㈣）法等周知的單結晶育 成法製作GaP單結晶棒，將其切斷製得…ap單結晶基 型Gap單結晶基板10係實施去角、研磨等的前 處理。 其次’如圖2所示，將n型Gap單結晶基板1〇收容 =、長容器20内後，使成長容器2〇旋轉而讓^^單 ^基板H)與Ga溶液16接觸。Ga溶液】6，係溶有⑽ ^晶及η型摻質⑻而構成的飽和溶液。接著，將^溶 脾加熱，使n型GaP單結晶基板的表面回炫。接著， 溶液16的溫度以約〇 rc/分鐘的速度逐漸降低，使 =於Ga溶液！6中之GaP析出於n型㈣單結晶基板1〇 1〇μ為緩衝層U。如此般，即製得在η型㈣單結晶基板 照圖1)。 "而構成之。…晶圓3(參

接著’將結晶缺陷觀察用之Gap為晶晶圓3從成長容 :0取出後’從{ 〇11}面劈開，使用周知之π液，對 面進行選擇性姓刻’而形成梳齒狀之結晶缺陷eRC 1359514 液’係HF水溶液、hn〇3水溶液及AgN03所組成之混合 水溶液。 然後’將用RC液進行選擇性蝕刻處理之裂 面，使用光學顯微鏡來觀察。並計算η型GaP缓衝層11 上所觀察到之梳齒狀結晶缺陷的條數。梳齒狀結晶缺陷， 與η型GaP單結晶基板丨〇和n型GaP緩衝層丨丨之成長界 面（父界面）的平行面呈交又延伸。因此，梳齒狀結晶缺陷 之饴度’旎以{〇1_1丨裂面所出現之每1〇〇仁m成長界面 的條數來代表。計算結果為30條以下之GaP蟲晶晶圓3， 係適用於高亮度的GaP系發光元件。 又，當將GaP磊晶晶圓3之{ Μ」}裂面以RC液蝕 J時有時會觀察到木根狀的結晶缺陷（R〇〇ty fault) ^木根 狀、”。阳缺陷，係與成長層的凹凸完全一致，且沿基板交界 面之平仃方向延伸。相對於此，本發明所稱之梳齒狀結晶 、陷係和GaP單結晶基板呈交叉。因此，兩者就算同時 發生也能加以區別。 田確 < 出梳齒狀結晶缺陷的數目位於容許範圍内後， 在11型⑽緩衝層11上，依序形成η型GaP I 12、N摻 雜：型GaP層13及p型Gap! 14。這些磊晶層，如圖3 斤丁可藉由採用滑動晶舟（slide boat)法之液相成長事 60來進行連續成長。 液相成長裝置60之爐心管23，係形成相鄰之成 與摻質源收容室21。+ 士、至一 22 办至21。在成長室22内配置有，包含石英製 持具24及石英製溶液保持具25之滑動晶舟$Gap 蠢晶晶圓3,係收容於基板保持具24的凹部。在收容左 磊晶晶圓3之基板保持具24上，配置著收容有Ga溶液^ 之溶液保持具25〇Ga溶液3〇,係從周圍的氣氛取得摻質。 +又，在摻質源收容室2丨内配置晶舟28。晶舟28收容 者P型摻質源之zn。摻質源收容室21與氣體供給管31連 ，以將H2及Ar之至少一者、與N源之Nh3供給至爐心 官23内。又’在爐心管23外周配置著，用來加熱成長室 U之主加熱器32、及用來加熱摻質源收容室21之副加献 器27。 …、 首先，在未供給以及卵3下，形咸η型仏？層Η。 邊供給Ar氣體邊使成長室22内的溫度上昇後，使溶液保 持具25 /月動，讓GaP磊晶晶圓3與⑺溶液％接觸。接 著，在使成長室22内逐漸降溫下，進行11型^“層12之 成長。由於溶液保持具25所溶出之Si會溶入以溶液3〇 中，故η型換質之Si會自動摻雜於"㈣層12。 當η型GaP㉟12到達所期望的厚度後，將被Μ稀釋 之丽3氣體導入成長室22内。^溶液3〇之周圍氣氛之νη3 漢度H GaP發光元件之發域出位準及主發光波長來 設定。 接著，邊將ΑΓ稀釋贿3氣體供給至爐心管23内，邊 將成長室22内逐漸降溫’而進行N摻雜⑼㈣層㈣ 成長。N摻雜η型⑽層13，因^溶液3〇内之^與叫 反應被消耗而使Si的摻雜量減低，故載子的注入效率高。 當N摻雜以⑽層13到達所期望的厚度後，停止NH3 10 1359514 氣體的供給。 接者，在配置有晶舟28(收容Zn)之摻質源收容室21 内，藉副加熱器27昇溫而使Zn氣化，邊和載體之Μ或 η2-起供給至成長室22，邊使成長室22内逐漸降溫。藉 此，使Ζη摻雜η型GaP層14形成於Ν摻雜11型（^層13 上。 接著，在η型GaP單結晶基板1〇側形成n電極、在p 塑GaP層14側形成p電極後，經切割，將半導體晶片固 接於支持體上，再用引線實施打線，經樹脂封裝而製得GaP 發光元件。 (實驗例） 為確認本發明的效果而進行以下的實驗。 首先，將LEC法製作出的GaP單結晶棒切斷，獲得複 數個η型GaP單結晶基板1〇 ^在這些n型Gap單結晶基 板10上，於成長容器20内以液相磊晶成長法成長出n型

GaP緩衝層u，而獲得複數個Gap磊晶晶圓3。之後，以 採用滑動晶舟法之液相成長裝置6〇(參照圖3)，在各 蟲晶晶圓形成⑽層12、13、M，而製作出多層構造 的GaP發光义件i。 測定各GaP發光元件1之亮度後，將{ 〇11 }裂面以 RC液蝕刻，用光學顯微鏡觀察。並計算出n型Qap緩衝 1上所觀察到的梳嵩狀結晶缺陷之條數。根據此結果， 製作出梳齒狀結晶缺陷之條數（密度）、與亮度之相關圖（圖 6)圖4係梳齒狀結晶缺陷之較少發生時（16條/loo#叫的 1359514 顯微鏡相片，圖5係梳齒狀結晶缺陷之大量發生 鏡相片。 ，顯微 根據圖6的數據可知，若使用梳齒狀結晶缺陷為條 /100// m以下之GaP蟲晶晶圓，相較於使用其缺陷超過3〇 條/100/z m之GaP磊晶晶圓時的預想值（圖6的虛線），發 光元件之亮度（相對值）係顯示更高的數值。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明之GaP發光元件之截面示意圖。 圖2係π型GaP緩衝層之形成方法的說明圖。 圖3係含p-n接合之GaP層形成方法之說明圖β. 圖4係本發明之向亮度Gap發光元件之（〇丨_丨）裂面 之顯微鏡相片。 圖5係低亮度GaP發光元件之{ ο〗])裂面之顯微鏡 相片。 圖6係梳齒狀結晶缺陷的密度與發光亮度之相關圖。 主要元件符號說明】 1 GaP發光元件 3 GaP蟲晶晶圓 10 η型GaP單結晶基板 11 η型GaP緩衝層（結晶性改善層） 12 η型GaP層 13 N摻雜η型GaP層 14 p型GaP層 12

Claims (1)

1. 059 rco 公告本專利範圍] 100年11月q日替換頁 種GaP發光元件的製造方法，其係： 在η型GaP單結晶基板之{ i i丄} B面製造多 ”⑽層的㈣蟲晶晶圓，將各Gap蟲晶晶圓的{〇ιι} 裂面選擇蝕刻，於該經選擇蝕刻的該裂面上，計算該η型 GaP層内之與該η型GaP層之成長界面平行面交又延伸之 梳齒狀結晶缺陷的條數’選取該結晶缺陷的條數為每1〇〇 /z m 30條以下的GaP磊晶晶圓，使用此經選取的Gap磊晶 晶圓而製造GaP發光元件。 -j«—、圖式： 如次頁。 13