專利名稱：化合物半導體外延晶片及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及化合物半導體外延晶片及其制造方法。
背景技術：
專利文獻1 美國專利5，008, 718號公報專利文獻2 特開2004-047960號公報專利文獻3 特開平07-240372號公報發(fā)光層部由(AlxGa1JyIrvy P固溶體(其中，0彡χ彡1，0 < y彡1 以下亦記載成 AlGaInP固溶體，或簡稱為AlGaInP)所形成的發(fā)光元件，是采用以能帶間隙大于薄AlGaInP 活性層的η型AlGaInP包覆層與ρ型AlGaInP包覆層，挾持該薄AlGaInP活性層成三明治 狀的雙異質結構(DH結構)，從而可實現(xiàn)高亮度的元件。例如，以AlGaInP發(fā)光元件為例，是以在η型GaAs基板上形成異質的方式，依次層 疊成η型GaAs緩沖層、η型AlGaInP包覆層、AlGaInP活性層、ρ型AlGaInP包覆層，以形成 具有雙異質結構的發(fā)光層部。向發(fā)光層部的通電，是通過元件表面所形成的金屬電極進行 的。在這里，金屬電極作為遮光體，以例如僅覆蓋在發(fā)光層部主表面中央部的方式形成，從 而使光線從其周圍的非電極形成區(qū)域取出。此時，盡可能縮小金屬電極的面積，可使電極周圍所形成的區(qū)域的面積越大，有利 于提升光取出率。以往，人們嘗試通過改變電極形狀，在元件內有效增大電流從而增加光取 出量。但這種情況也無法避免電極面積的增大，而且因光亮面積的縮小，反而陷入光取出量 受限的困境。還有，為使活性層內載流子(carrier)的發(fā)光再結合最佳化，包覆層摻雜劑 (dopant)的載流子濃度，甚至連導電率也多少受到抑制而降低，從而具有在面內方向上電 流難以擴大的傾向。這將導致電流密度集在電極覆蓋區(qū)域，且光亮區(qū)域的實際光取出量降 低。因此，一般采用如下方法，S卩，在發(fā)光層部與電極之間，設置厚且具導電性的透明 窗口層(電流擴散層；以下簡稱為窗口層)，從而使電流密度為最小的方法(專利文獻1)。 另外，還有為使有效形成電流擴散層，以通過金屬有機化合物氣相外延法(Metal Organic Vapor PhaseEpitaxy，以下亦稱為MOVPE法)形成薄的發(fā)光層的同時，通過氫化物氣相外延 法(Hydride Vapor Phase Epitaxial Growth Method，以下亦稱為HVPE法)來形成厚的電 流擴散層的方法(專利文獻2)。另一方面，到目前為止人們已經知道，如果使化合物半導體單結晶基板上生長外 延層，則該外延層的表面就很容易產生具有凹凸狀，被稱為小丘(hillock)的結晶缺陷。例 如，在專利文獻3中公開了通過MOVPE法在GaP基板上生長0. 5 μ m的GaP緩沖層和約3 μ m 的AlGaInP下部包覆層時，形成了高度約為6μπι的小丘，通過拋光(Polished)使其平坦， 再通過MOVPE法進行雙異質結構結晶的生長。但是，若基板材料、表面方位、層結構、生長溫 度等發(fā)生變化，則小丘的產生情況也會發(fā)生變化。發(fā)明的內容
發(fā)明所解決的問題如果在GaAs基板上形成的AlGaInP雙異質結構上進一步形成厚的成為窗口層的GaP層，在該GaP層的表面就很容易形成小丘。向儀器制造商提供具有由GaP層構成的窗口 層的如上述外延晶片時，一般通過光刻法(Photolithography)等對窗口層的表面進行研 磨使其平坦。但如果在其窗口層的表面形成具有凹凸形狀的小丘時，需要增加僅僅小丘高 度部分的研磨費用，從而產生效率低的問題。本發(fā)明解決了上述問題，其目的在于，提供一種化合物半導體外延晶片及其制造 方法，它能夠抑制通過氫化物氣相外延法形成厚窗口層時產生的小丘高度。技術方案及有益效果為解決上述問題，本發(fā)明的第一化合物半導體外延晶片，具有以<100>方向作為 基準方向，傾斜角為10°到20°之間的主軸的GaAs單結晶基板上，依次層疊由含有兩種以 上的III族元素的(AlxGa1JyIrvyP(其中0彡χ彡1，0 < y彡1)構成的發(fā)光層部，和厚度 在50 μ m到250 μ m之間的GaP層，GaP層的表面是未研磨的光面，且在該未研磨的光面上 形成高度在10 μ m以下的小丘。以MOVPE法生長發(fā)光層部時，如果使用不具有傾斜角的單結晶基板，III族原子不 會在發(fā)光層部內隨機分布，會產生原子排列不期望的規(guī)則化和不均勻分布的情況。在產生 這種規(guī)則化和不均勻的區(qū)域，與原本期望的能帶間隙能量具有不同的值，結果產生發(fā)光層 部整體的能帶間隙能量的分布，引起發(fā)光光譜形狀和中心波長的改變。然而，通過賦予單結 晶基板適當的傾斜角，可以大幅減輕上述III族元素的規(guī)則化和不均勻，從而得到具有整 齊的發(fā)光光譜形狀和中心波長的發(fā)光元件。又，在使用具有傾斜角的單結晶基板時，最終所 得到的窗口層表面幾乎不會產生刻面(facet)，進而能夠得到平滑性良好的窗口層。以(AlxGa1JyIrvyP構成發(fā)光層部時，單結晶基板可以使用，具有使用以<100>方 向為基準方向，相對于上述基準方向的傾斜角為10°到20°之間以下的主軸的GaAs單結 晶基板。在使用這類具有高角度傾斜角的GaAs單結晶，可進一步提升在通過HVPE法的第二 氣相生長外延步驟中最終得到的GaP窗口層表面平滑化的效果。使用傾斜角在1°到10° 以下的單結晶基板時，對于HVPE法得到的窗口層的表面，雖然可以有效防止形成與刻面振 幅一樣小的凹凸，但是振幅大的突起狀結晶缺陷也會大量殘留，引起在焊打線工藝中出現(xiàn) 錯誤檢測等不良情況。但是傾斜角在更大的10°到20°之間的范圍時，可有效抑制這種突 起狀結晶缺陷的發(fā)生。因為以HVPE法形成的厚度為50 μ m以上的GaP層時有厚度偏差，所以需要研磨 IOym以上使GaP層的表面平坦化。不需要增加將研磨之前的GaP層表面上形成的小丘的 高度弄成10 μ m以下的實質性的研磨費，就可以不余留小丘，而實現(xiàn)GaP層的表面平坦化。 另外，小丘的高度為1 μ m以下時，也完全包含在研磨費的范圍內，因此完全不用擔心研磨 時小丘的存在。為了獲得上述第一化合物半導體外延晶片，本發(fā)明發(fā)光元件的第一制造方法具有 以下步驟具有以<100>方向作為基準方向、傾斜角為10°到20°之間的主軸的GaAs單 結晶基板上，依次形成由包含兩種以上III族元素的(AlxGa1JyIrvyP(其中0彡χ彡1，0 <y^l)構成的發(fā)光層部和第一 GaP層的金屬有機化合物氣相外延步驟；在第一 GaP層上形成第二 GaP層的氫化物氣相外延步驟；將第二 GaP層的生長速度設為，在生長開始時預定的期間為第一生長速度，經過 該期間后設為比第一生長速度高的第二生長速度，在整個生長過程中，生長速度在10 μ m/ hr 至Ij40ym/hr 之間。本發(fā)明化合物半導體外延晶片的第一制造方法是，例如使用金屬有機化合物氣相 外延(M0VPE法)在單結晶基板上生長由含有兩種以上的III族元素的(AlxGa1JyIrvyP (其 中0彡χ彡l，0<y< 1 即，“含有兩種以上的III族元素”是指“至少含有Al與Ga中的 一個，和In”)構成的發(fā)光層部(金屬有機化合物氣相外延步驟)。另一方面，使用氫化物 氣相外延法可有效地形成需設定一定層厚的窗口層的第二GaP層(氫化物氣相外延步驟)。 HVPE法是在氫氣置換的石英制反應爐內，通過與氯化氫反應，將蒸氣壓低的Ga (鎵)轉換成 容易氣化的GaCl，以該GaCl為媒介，使V族元素源氣體與Ga反應，從而進行III-V族化合 物半導體層的氣相生長的方法。由于使用HVPE法能夠得到比MOVPE法更快的層生長速度， 也能夠高效率形成所需的一定厚度的第二GaP層，因此比MOVPE法更加節(jié)約原材料費用。而 且，HVPE法無須使用高價有機金屬作為III族元素源，相對于III族元素源的V族元素源 (AsH3、PH3等)的配合率也可大幅度地減少(例如1/3倍左右)，因此在成本上是有利的。但是，為了達成第二 GaP層的高速生長，供給高濃度的GaCl時，則很容易產生小 丘。此時，在氫化物氣相外延步驟的初期階段即第二 GaP層的生長開始時，以第一生長速度 低速生長，能夠抑制小丘的產生。之后，提高生長速度，成為第二生長速度，整個生長過程的 速度在10 μ m/hr (小時)到40 μ m/hr (小時)之間進行，也能夠抑制小丘的產生。整個生長過程中生長速度低于ΙΟμπι/h時，與使用MOVPE法得到的生長速度的 差值變得很小，因而就幾乎沒有使用HVPE法的效果。另外，整個生長過程的生長速度超 過40 μ m/hr時，由于很難將產生小丘的高度抑制在10 μ m以下，因此盡可能將速度保持在 40 μ m/hr 以下。通過將第二 GaP層生長開始時的生長速度，即第一生長速度設為例如10 μ m/hr以 下，能夠抑制所產生的小丘的高度在10 μ m以下。特別是將該第一生長速度設為5 μ m/hr 以下時，能夠將產生的小丘的高度抑制在1 μ m以下。第一生長速度的下限值例如1 μ m/hr
左右ο為得到作為窗口層的效果，優(yōu)選第一 GaP層和第二 GaP層的總厚度在未研磨階段 下最好50 μ m以上。如果上述總厚度超過250 μ m,就很難將小丘的高度抑制在10 μ m以下。以HVPE法在800°C以上的溫度下氣相生長GaP層時，石英制的反應爐壁會因氫 或氯化氫等原因受到侵蝕而使硅容易游離出來，其中有一部份會以硅雜質的形式大量侵入 GaP層的生長開始區(qū)域。另外，如果在達不到650°C的溫度下氣相生長第二 GaP層時，則難 以形成單結晶層。因此，當以HVPE法形成第二 GaP生長層時，優(yōu)選650°C到800°C之間的溫 度進行生長。另外，使用上述本發(fā)明的制造方法時，本發(fā)明的化合物半導體外延晶片形成了由 以MOVPE法得到的第一 GaP層和以HVPE法得到的第二 GaP層構成的在發(fā)光層部上的GaP 層，在各個GaP層添加摻雜劑(dopant)。對于MOVPE法和HVPE法，由于所添加的摻雜劑的 濃度通常是不一致的，從而能夠區(qū)分這兩個GaP層。接著，本發(fā)明第二化合物半導體外延晶片，具有
具有以<100>方向作為基準方向、傾斜角為10°到20°之間的主軸的GaAs單 結晶基板上，通過外延生長形成的由含有兩種以上的III族元素的(AlxGah)yIrvyP(其中 0彡χ彡1，0 < y彡1)構成的發(fā)光層部，傾斜角在上述發(fā)光層部的主表面上外延生長的、厚度為50 μ m到250 μ m之間的主 表面?zhèn)菺aP層，面向在上述GaAs單結晶基板上生長的上述發(fā)光層部的該GaAs單結晶基板時，將位于相反側的主平面作為上述主表面，面向該GaAs單結晶基板一側的主平面作為主 反面；在通過去除上述GaAs單結晶基板而露出的上述發(fā)光層部的上述主反面上外延生 長的，厚度為50 μ m到250 μ m之間的主反面?zhèn)菺aP層；上述主表面?zhèn)菺aP層和上述主反面?zhèn)菺aP層的表面均具有未研磨面，并且在該未 研磨面上形成的小丘高度在10 μ m以下。為獲得上述本發(fā)明的第二化合物半導體外延晶片，本發(fā)明發(fā)光元件的第二制造方 法依次實施以下步驟具有以<100>方向作為基準方向，傾斜角為10°到20°之間的主軸的GaAs單 結晶基板上，依次形成由包含兩種以上III族元素的(AlxGa1JyIrvyP(其中0彡χ彡1，0 <y ^ 1)構成的發(fā)光層部和第一 GaP層的第一金屬有機化合物氣相外延步驟；在第一 GaP層上形成第二 GaP層的第一氫化物氣相外延步驟；從發(fā)光層部去除該GaAs單結晶基板的GaAs單結晶基板去除步驟；在因去除GaAs單結晶基板而顯現(xiàn)的發(fā)光層部的主反面上形成第三GaP層的第二 氫化物氣相外延步驟；在按這個順序實施的同時，將第二 GaP層和第三GaP層的生長速度設定為生長開 始時的預定期間為第一生長速度，經過該期間后設定為比第一生長速度高的第二生長速 度，并且在整個生長過程中，生長速度在10 μ m/hr到40 μ m/hr之間。在上述第二發(fā)明中，第一 GaP層和第二 GaP層合起來相當于與第一發(fā)明的GaP層 具有相同概念的主表面?zhèn)菺aP層。因而，上述第二發(fā)明是將在本第一發(fā)明的發(fā)光層部的主 反面上殘留的GaAs單結晶基板去除，通過氫化物氣相外延法在該主反面上各自外延生長 第三GaP層。第三GaP層作為主反面?zhèn)鹊腉aP層。與第一發(fā)明不同，最終的化合物半導體 外延晶片不含有作為結構要件的GaAs單結晶基板，但是，第一 GaP層和第二 GaP層(主表 面?zhèn)菺aP層)是否是在被賦予10°到20°之間傾斜角的GaAs單結晶的<100>平面上外延 生長的GaP層是通過，該主表面?zhèn)菺aP層是否具有同樣<100>主表面，并且在主軸上是否形 成10°到20°之間的傾斜角來確認。。因而，發(fā)光層部還具有<100>主反面，并且由于在主軸上形成10°到20°之間的 傾斜角，所以去除基板后，在該主反面上通過同樣的方法外延生長的主反面?zhèn)菺aP層(第三 GaP層)也同樣具有<100>主表面，并且在主軸上形成10°到20°之間的傾斜角。因此，關于該主反面?zhèn)菺aP層，適用與第一發(fā)明完全相同的概念，通過氫化物氣相 外延法在第三GaP層生長開始時以第一生長速度低速生長，之后，將生長速度上升為第二 生長速度，就同樣能夠抑制小丘的產生。與主表面?zhèn)菺aP層相同，第三GaP層生長開始時的生長速度，即第一生長速度在 10 μ m/hr以下，優(yōu)選5 μ m/hr以下。第三GaP層的厚度最好在(即，主反面?zhèn)菺aP層)在50 μ m到250 μ m之間。以HVPE法形成第三GaP層時，最好在650 °C到800 °C之間的溫度下生長。


圖1是以層疊結構顯示了本發(fā)明第一化合物半導體晶片的一個例子的示意圖。圖2是表示圖1的化合物半導體晶片制造步驟的說明圖。圖3是接續(xù)圖2的說明圖。圖4是以層疊結構表示本發(fā)明的第二化合物半導體晶片的一個例子的示意圖。圖5是表示圖4的化合物半導體晶片的制造步驟的說明圖。圖6是接續(xù)圖5的說明圖。圖7是接續(xù)圖6的說明圖。 圖8是表示第二 GaP層低速生長區(qū)域的生長速度與在第二 GaP層表面產生的小丘 高度之間關系的示意圖。
具體實施例方式下面，將參照

本發(fā)明的實施例。圖1是表示根據本發(fā)明第一化合物半導體外延晶片100的一個例子的示意圖。化 合物半導體外延晶片100，是在η型GaAs單結晶基板(以下簡稱為基板)1的主表面上，形 成發(fā)光層部24 (換言之，形成為在發(fā)光層部24的主反面上殘留基板1的結構)。該基板1， 是具有以<100>方向為基準方向，相對該基準方向的傾斜角在10°到20°之間的主軸。形 成η型GaAs緩沖層2使其與上述基板1的主表面相接，然后在該緩沖層2上形成發(fā)光層部 24。接著，在該發(fā)光層部24上，形成主表面?zhèn)菺aP層7。發(fā)光層部24的結構是由ρ型(AlzGai_z)yIrvyP(其中，χ<ζ《1)所構成的ρ型包 覆層6與由η型(AlzGa1JyIrvyP (其中，x<z《D所構成的η型包覆層4之間挾持由無 摻雜(non-dope) (AlxGa1JyIni_yP (其中，0 彡 χ 彡 0. 55，0. 45 ^ y ^ 0. 55)混晶所構成的活 性層5。這里所謂的“無摻雜”是指“不進行摻雜劑(dopant)的積極添加”，不排除一般制 作工程中混入的摻雜劑成分(例如以IO13 IOlfVcm3左右為上限)。主表面?zhèn)菺aP層7形成為ρ型GaP層。主表面?zhèn)菺aP層7的形成厚度例如是50 μ m 到250 μ m之間。主表面?zhèn)菺aP層7是依次層積通過金屬有機化合物氣相外延形成的第一 GaP層7a，通過氫化物氣相外延法形成的第二 GaP層低速生長區(qū)域7b，第二 GaP層高速生長 區(qū)域7c而構成。第二 GaP層低速生長區(qū)域7b和第二 GaP層高速生長區(qū)域7c的載流子濃 度為 IXlO1Vcm3 到 2X1018/cm3 之間。下面，對圖1的化合物半導體外延晶片100的制造方法進行說明。首先，如圖2所 示，準備具有以<100>方向為基準方向，傾斜角在10°到20°之間的主軸的GaAs單結晶基 板1。然后，如步驟1和步驟2所示，在該基板1的主表面上，依次外延生長(金屬有機化 合物氣相外延步驟)例如0. 5 μ m的η型GaAs緩沖層2，接著作為發(fā)光層部24，按照分別由 (AlxGa1J yIrvyP所形成的IymWn型包覆層4 (η型摻雜劑為Si)，0. 6 μ m的活性層(無摻 雜)5以及1 μ m的ρ型包覆層6，ρ型第一 GaP層7a (ρ型摻雜劑為Mg 從有機金屬分子得 到的C也可作為ρ型摻雜劑)。這些各層的外延生長，可由公知的MOVPE法來進行。作為Al、Ga、In (銦)、P (磷)各成分來源的原料氣體，可使用以下物質· Al來源氣體三甲基鋁(TMAl)、三乙基鋁(TEAl)等；· Ga來源氣體三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)等；· In來源氣體三甲基銦(TMIn)、三乙基銦(TEIn)等。· P來源氣體三甲基磷(TMP)、三乙基磷(TEP)、磷酸三丁酯(TBP)、膦化氫(PH3)
寸。進入步驟3，在ρ型第一 GaP層7a上通過HVPE法，650°C到800°C之間的溫度下生 長第二 GaP層7b，7c (氫化物氣相外延法)，第一 GaP層7a和，第二 GaP層7b，7c的總厚度 在50 μ m至Ij 250 μ m之間。第二 GaP層是通過采用在生長開始時的生長速度低的第一生長速度形成第二 GaP 層低速生長區(qū)域7b，然后以比第一生長速度高的第二生長速度形成第二 GaP層高速生長區(qū) 域7c、在整個生長過程中生長速度為1(^111/虹到4(^111/虹之間。更具體的說，如果第二 GaP層低速生長區(qū)域7b的生長速度(第一生長速度)為10 μ m/hr以下時，則能夠在第二 GaP層形成后得到小丘高度為10 μ m以下的化合物半導體晶片100。另外，如果將第一生長 速度設為5 μ m/hr以下，則在第二 GaP層形成后得到小丘高度為1 μ m以下的化合物半導體 晶片100。第二GaP層低速生長區(qū)域7b例如達到0.5μπι到20μπι之間的厚度為止，從抑制 小丘高度上考慮最好是可以維持上述第一生長速度的低速生長。圖8中表示了第二 GaP層 低速生長區(qū)域7b的生長速度(第一生長速度)與直到第二 GaP層高速生長區(qū)域7c生長完 成時在第二 GaP層表面上產生的小丘高度之間的關系。以上步驟結束后，將第二 GaP層高速生長區(qū)域7c的表面研磨10 μ m以上，使層厚 變平坦的同時去除小丘。在平坦化后的第二 GaP層高速生長區(qū)域7c與基板1的各表面上 用真空蒸鍍法各自形成第一電極9與以及第二電極20，并且在第一電極9上配置接合墊 16 (bonding pad)，在適當溫度下實施用于固定電極的烘烤(Baking)。接著切片(Dicing) 后，通過將第二電極20用Ag膠(paste)等導電膠固定在兼作為支持體的圖中未顯示的端 子電極上(未圖標)，并以橫跨的形態(tài)將Au制的電線17接合在接合墊16和其它的端子電 極上，進一步形成樹脂模具后，可制得發(fā)光元件200。下面，將參照

對本發(fā)明的實施形態(tài)進行說明。圖4是表示本發(fā)明第二化合物半導體外延晶片300的一個例子的示意圖。化合物 半導體外延晶片300相當于，在圖1的本發(fā)明的第一化合物半導體外延晶片100的結構中， 從發(fā)光層部24的主反面?zhèn)热コ?，由此露出的發(fā)光層部24的主反面上形成主反面?zhèn)?GaP層8(與圖1的化合物半導體外延晶片100相同的部分用相同的符號表示，詳細的說明 省略)。主反面?zhèn)菺aP層8形成為η型GaP層。主反面?zhèn)菺aP層8的形成厚度為例如50 μ m 至Ij 250ym之間。主反面?zhèn)菺aP層8是以氫化物氣相外延法形成的第三GaP層(以下稱為 第三GaP層8)，依次層疊第三GaP層低速生長區(qū)域8b和第三GaP層高速生長區(qū)域8c而形 成的。第三GaP層低速生長區(qū)域8b和第三GaP層高速生長區(qū)域8c的載流子濃度此時也是 1 X IO1Vcm3 到 2 X IO1Vcm3 之間。下面，對圖4的化合物半導體外延晶片300的制造方法進行說明。如圖5及圖6 所示的步驟1 步驟3是發(fā)光層部24和主表面?zhèn)菺aP層7的生長過程，基本上與圖2及圖3所示的步驟1 步驟3相同(第一金屬有機化合物氣相外延步驟和第二氫化物氣相外延步驟)相同。但是其中，以用金屬有機化合物氣相外延法在基板1上生長GaAs緩沖層2后 進一步生長由AlAs構成的蝕刻阻擋層3，之后生長發(fā)光層部24，這一點與圖2及圖3不同。 剝離層3的厚度為例如0. 5 μ m。接著，將上述晶片浸漬于例如含10%氫氟酸的腐蝕液中，通過對在緩沖層2與發(fā) 光層部24之間形成的AlAs剝離層3進行選擇腐蝕，從而將基板1從與發(fā)光層部24和與其 結合的Si基板7的層疊體中去除。另外，也可形成由AlInP構成的腐蝕層來取代AlAs剝 離層3，此時可進行以下步驟使用對GaAs具有選擇腐蝕性的第一腐蝕液(如氨/過氧化 氫混合液)將由GaAs構成的基板1及緩沖層2 —起腐蝕去除，接著使用對AlInP具有選擇 腐蝕性的第二腐蝕液(如鹽酸也可添加氫氟酸以去除Al氧化層)，將該蝕刻阻擋層層蝕 刻去除。然后，進行步驟4，將晶片上下翻轉，在除去基板1后露出的發(fā)光層部24的主反面 上用HVPE法在6500C到800°C之間的溫度下生長第三GaP層8 (第二氫化物氣相外延步驟)。 第三GaP層8的厚度為50 μ m到250 μ m之間。第三GaP層8是在生長開始時采用生長速度低的第一生長速度形成第三GaP層 低速生長區(qū)域8b，然后以比第一生長速度高的第二生長速度形成第三GaP層高速生長區(qū)域 8c，在整個生長過程中速度為lOym/hr到40μπιΛι·之間。更具體的說，如果第三GaP層低 速生長區(qū)域8b的生長速度(第一生長速度)為10 μ m/hr以下時，則能夠得到在第三GaP 層8形成后小丘高度為10 μ m以下的化合物半導體晶片300。另外，如果該第一生長速度為 5 μ m/hr以下時，則能夠得到在第三GaP層形成后小丘高度為1 μ m以下的化合物半導體晶 片300。第三GaP層低速生長區(qū)域8b例如達到0. 5 μ m到20 μ m之間的厚度前，從抑制小丘 高度上考慮最好是可以維持上述第一生長速度的低速生長。第三GaP層低速生長區(qū)域8b的 生長速度(第一生長速度)與直到第三GaP層高速生長區(qū)域8c生長完成時在第三GaP層 8的表面上產生的小丘高度之間的關系與顯示主表面?zhèn)菺aP層7的圖8的結果大致相同。以上步驟結束后，將第二 GaP層高速生長區(qū)域7c的主表面和第三GaP層高速生長 區(qū)域8c的主反面各自研磨10 μ m以上，使層厚平坦的同時去除小丘。在平坦化后的第二 GaP層高速生長區(qū)域7c的主表面和第三GaP層高速生長區(qū)域8c的主反面上各自以真空蒸 鍍法形成第一電極9與第二電極20，并且在第一電極9上進一步配置接合墊16，在適當溫 度下實施用于固定電極的烘烤。接著切片后，通過將第二電極20以Ag膠等導電膠固定在 兼作為支持體的未圖示的端子電極上，并以橫跨的形態(tài)將Au制的電線17接合在接合墊16 與其它的端子電極，進一步形成樹脂模具后，可制得發(fā)光元件400。
具體實施例(實施例1)各層以下述的厚度形成圖1所示的化合物半導體晶片100?！?η 型 AlGaInP 包覆層 4 = 1 μ m ；· AlGaInP 活性層 5 = 0. 6 μ m (發(fā)光波長 650nm)；· ρ 型 AlGaInP 包覆層 6 = 1 μ m ； 第一 GaP 層 7a = 3μπι ；
第二 GaP層低速生長區(qū)域7b =約15μπι; 第二 GaP層高速生長區(qū)域7c =約150 μ m。另外，使用的GaAs單結晶基板是采用以<100>方向為基準方向，將相對于該基準方向的傾斜角設定為約15°。以MOVPE裝置形成η型AlGaInP包覆層4、AlGaInP活性層 5、ρ型AlGaInP包覆層6、第一 GaP層7a (金屬有機化合物氣相外延步驟)，使用氫化物氣 相外延裝置在650°C到800°C之間的溫度的氫氣霧中形成第二 GaP層低速生長區(qū)域7b與第 二 GaP層高速生長區(qū)域7c (氫化物氣相外延步驟)，從而得到化合物半導體晶片100。第二 GaP層低速生長區(qū)域7b的生長速度(第一生長速度)約為9. 5 μ m/hr,而第二 GaP層高速 生長區(qū)域7c的生長速度(第二生長速度)約為38 μ m/hr。整個氫化物氣相外延過程的生 長速度約為30 μ m/hr。在激光顯微鏡下觀察得出，以上述條件所制得的化合物半導體晶片100的主表 面，即第二 GaP層高速生長區(qū)域7c的表面上產生的小丘高度約為8 μ m。(實施例2)將第二 GaP層低速生長區(qū)域7b的生長速度(第一生長速度)設為約5 μ m/hr,其 他條件是與實施例1相同的條件下進行金屬有機化合物氣相外延步驟與氫化物氣相外延 步驟。在激光顯微鏡下觀察得出，第二 GaP層高速生長區(qū)域7c的表面上產生的小丘高度約 為 1 μ m。(實施例3)從實施例1的化合物半導體晶片100上去除基板1，在露出的發(fā)光層部24的主反 面上，各層以下述的厚度形成第三GaP層8。 第三GaP層低速生長區(qū)域8b =約15 μ m ； 第三GaP層高速生長區(qū)域8c =約150 μ m。另外，使用氫化物氣相外延裝置在650°C到800°C之間的溫度下的氫氣霧中形成 第三GaP層低速生長區(qū)域8b與第三GaP層高速生長區(qū)域8c (氫化物氣相外延步驟)，從而 得到化合物半導體晶片300。第三GaP層低速生長區(qū)域8b的生長速度(第一生長速度)約 為9. 5 μ m/hr,而第三GaP層高速生長區(qū)域8c的生長速度(第二生長速度)約為38 μ m/hr。 整個氫化物氣相外延過程的生長速度約為30 μ m/hr。在激光顯微鏡下觀察得出，以上述條件所制得的化合物半導體晶片400的主反 面，即第三GaP層高速生長區(qū)域8c的表面上產生的小丘高度與第二 GaP層高速生長區(qū)域7c 側相同，約為8 μ m。(實施例4)除了將第三GaP層低速生長區(qū)域8b的生長速度(第三生長速度)設為約5ym/hr 之外，在與實施例3相同的條件下進行金屬有機化合物氣相外延步驟與氫化物氣相外延步 驟。在激光顯微鏡下觀察得出，第三GaP層高速生長區(qū)域8c的表面上產生的小丘高度約為 1 μ m0
權利要求
一種化合物半導體外延晶片，其特征在于，在具有以<100>方向作為基準方向、傾斜角為10°到20°之間的主軸的GaAs單結晶基板上，依次層疊由含有兩種以上的III族元素的(AlxGa1-x)yIn1-yP(其中0≤x≤1，0＜y≤1)構成的發(fā)光層部和厚度為50μm到250μm之間的GaP層，上述GaP層的表面是未研磨面，而且在上述未研磨面上形成的小丘的高度在10μm以下。
2. 一種化合物半導體外延晶片，其特征在于，具有向具有以<100>方向作為基準方向、傾斜角為10°到20°之間的主軸的GaAs單結晶 基板上外延生長形成的，由含有兩種以上的III族元素的(AlxGa1JyIrvyP (其中0彡χ彡1， 0 < y < 1)構成的發(fā)光層部；面向在上述GaAs單結晶基板上生長的上述發(fā)光層部的該GaAs單結晶基板時，將位于 相反側的主平面作為上述主表面，面向該GaAs單結晶基板一側的主平面作為主反面，且在 上述發(fā)光層部的主表面上外延生長的、厚度為50 μ m到250 μ m之間的主表面?zhèn)菺aP層；通過去除上述GaAs單結晶基板而顯現(xiàn)出的上述發(fā)光層部的上述主反面上外延生長 的、厚度為50 μ m到250 μ m之間的主反面?zhèn)菺aP層，并且上述主表面?zhèn)菺aP層和上述主反面?zhèn)菺aP層的表面均為未研磨面，在該未研磨面 上形成的小丘高度在10 μ m以下。
3.根據權利要求1或2所述的化合物半導體外延晶片，其特征在于，上述小丘的高度在 Iym以下。
4. 一種化合物半導體外延晶片的制造方法，其特征在于，包括以下步驟在具有以<100>方向作為基準方向、傾斜角為10°到20°之間的主軸的GaAs單結 晶基板上，依次形成由包含兩種以上III族元素的(AlxGa1JyIrvyP(其中0彡x彡1，0 <y ^ 1)構成的發(fā)光層部和第一 GaP層的金屬有機化合物氣相外延步驟；和在上述第一 GaP層上形成第二 GaP層的氫化物氣相外延步驟；上述第二 GaP層的生長速度設定為，生長開始時的預定期間為第一生長速度，經過 該期間后設為比上述第一生長速度高的第二生長速度，且在整個生長過程中，生長速度在 10 μ m/hr 至Ij 40 μ m/hr 之間。
5.根據權利要求4所述的化合物半導體外延晶片的制造方法，其特征在于，上述第一 生長速度在10 μ m/hr以下。
6.根據權利要求4或5所述的化合物半導體外延晶片的制造方法，其特征在于，上述第 一生長速度在5 μ m/hr以下。
7.根據權利要求4 6任一項所述的化合物半導體外延晶片的制造方法，其特征在于， 上述第一 GaP層和上述第二 GaP層的總厚度為50 μ m到250 μ m之間。
8.根據權利要求4 7任一項所述的化合物半導體外延晶片的制造方法，其特征在于， 上述第二 GaP層在650°C到800°C之間的溫度條件下生長。
9.一種化合物半導體外延晶片的制造方法，其特征在于，包括以下步驟在具有以<100>方向作為基準方向、傾斜角為10°到20°之間的主軸的GaAs單結 晶基板上，依次形成由包含兩種以上的III族元素的仏1!^ _!￡\1111彳(其中0彡乂彡1,0 <y ^ 1)構成的發(fā)光層部和第一 GaP層的第一金屬有機化合物氣相外延步驟；在上述第一 GaP層上形成第二 GaP層的第一氫化物氣相外延步驟；從上述發(fā)光層部去除上述GaAs單結晶基板的GaAs單結晶基板去除步驟；因去除上述GaAs單結晶基板而露出的上述發(fā)光層部的主反面上形成第三GaP層的第 二氫化物氣相外延步驟，在按上述步驟的順序實施的同時，將上述第二 GaP層和上述第三GaP層的生長速度設 定為，生長開始時的預定期間為第一生長速度，經過該期間后設定比上述第一生長速度快 的第二生長速度，并且在整個生長過程中，生長速度在10 μ m/hr到40 μ m/hr之間。
10.根據權利要求9所述的化合物半導體外延晶片的制造方法，其特征在于，上述第一 生長速度在10 μ m/hr以下。
11.根據權利要求9或10所述的化合物半導體外延晶片的制造方法，其特征在于，上述 第一生長速度在5 μ m/hr以下。
12.根據權利要求9 11中任意一項所述的化合物半導體外延晶片的制造方法，其特 征在于，上述第一 GaP層和上述第二 GaP層的總厚度及上述第三GaP層的厚度分別為50 μ m 至Ij 250 μ m之間。
13.根據權利要求9 12中任意一項所述的化合物半導體外延晶片的制造方法，其特 征在于，上述第二 GaP層和上述第三GaP層分別在650°C到800°C之間的溫度條件下生長。
全文摘要
根據金屬有機化合物氣相外延法，具有以<100>方向作為基準方向，傾斜角為10°到20°之間的主軸的GaAs單結晶基板(1)上，依次形成由包含兩個或多個以上III族元素的(AlxGa1-x)yIn1-yP(其中0≤x≤1，0＜y≤1)構成的發(fā)光層部(24)和第一GaP層(7a)。其中，傾斜角用氫化物氣相外延法，在第一GaP層(7a)上形成第二GaP層(7b)，(7c)。第二GaP層(7b)，(7c)作為二階段生長，以第一生長速度的低速生長區(qū)域(7b)和以高于上述第一生長速度的第二生長速度的高速生長區(qū)域(7c)，在整個生長過程中，速度在10μm/hr到40μm/hr之間。從而提供一種化合物半導體外延晶片及其制造方法，它能夠抑制通過氫化物氣相外延法形成的厚的窗口層時產生的小丘高度。
文檔編號C30B29/40GK101809769SQ20088010904
公開日2010年8月18日 申請日期2008年10月7日 優(yōu)先權日2007年10月10日
發(fā)明者久米史高, 筱原政幸 申請人:信越半導體株式會社