化合物半导体外延晶片及其制造方法

专利名称：化合物半导体外延晶片及其制造方法
技术领域：
本发明涉及化合物半导体外延晶片及其制造方法。
背景技术：
专利文献1 美国专利5，008, 718号公报专利文献2 特开2004-047960号公报专利文献3 特开平07-240372号公报发光层部由(AlxGa1JyIrvy P固溶体(其中，0彡χ彡1，0 < y彡1 以下亦记载成 AlGaInP固溶体，或简称为AlGaInP)所形成的发光元件，是采用以能带间隙大于薄AlGaInP 活性层的η型AlGaInP包覆层与ρ型AlGaInP包覆层，挟持该薄AlGaInP活性层成三明治 状的双异质结构(DH结构)，从而可实现高亮度的元件。例如，以AlGaInP发光元件为例，是以在η型GaAs基板上形成异质的方式，依次层 叠成η型GaAs缓冲层、η型AlGaInP包覆层、AlGaInP活性层、ρ型AlGaInP包覆层，以形成 具有双异质结构的发光层部。向发光层部的通电，是通过元件表面所形成的金属电极进行 的。在这里，金属电极作为遮光体，以例如仅覆盖在发光层部主表面中央部的方式形成，从 而使光线从其周围的非电极形成区域取出。此时，尽可能缩小金属电极的面积，可使电极周围所形成的区域的面积越大，有利 于提升光取出率。以往，人们尝试通过改变电极形状，在元件内有效增大电流从而增加光取 出量。但这种情况也无法避免电极面积的增大，而且因光亮面积的缩小，反而陷入光取出量 受限的困境。还有，为使活性层内载流子(carrier)的发光再结合最佳化，包覆层掺杂剂 (dopant)的载流子浓度，甚至连导电率也多少受到抑制而降低，从而具有在面内方向上电 流难以扩大的倾向。这将导致电流密度集在电极覆盖区域，且光亮区域的实际光取出量降 低。因此，一般采用如下方法，S卩，在发光层部与电极之间，设置厚且具导电性的透明 窗口层(电流扩散层；以下简称为窗口层)，从而使电流密度为最小的方法(专利文献1)。 另外，还有为使有效形成电流扩散层，以通过金属有机化合物气相外延法(Metal Organic Vapor PhaseEpitaxy，以下亦称为MOVPE法)形成薄的发光层的同时，通过氢化物气相外延 法(Hydride Vapor Phase Epitaxial Growth Method，以下亦称为HVPE法)来形成厚的电 流扩散层的方法(专利文献2)。另一方面，到目前为止人们已经知道，如果使化合物半导体单结晶基板上生长外 延层，则该外延层的表面就很容易产生具有凹凸状，被称为小丘(hillock)的结晶缺陷。例 如，在专利文献3中公开了通过MOVPE法在GaP基板上生长0. 5 μ m的GaP缓冲层和约3 μ m 的AlGaInP下部包覆层时，形成了高度约为6μπι的小丘，通过抛光(Polished)使其平坦， 再通过MOVPE法进行双异质结构结晶的生长。但是，若基板材料、表面方位、层结构、生长温 度等发生变化，则小丘的产生情况也会发生变化。发明的内容
发明所解决的问题如果在GaAs基板上形成的AlGaInP双异质结构上进一步形成厚的成为窗口层的GaP层，在该GaP层的表面就很容易形成小丘。向仪器制造商提供具有由GaP层构成的窗口 层的如上述外延晶片时，一般通过光刻法(Photolithography)等对窗口层的表面进行研 磨使其平坦。但如果在其窗口层的表面形成具有凹凸形状的小丘时，需要增加仅仅小丘高 度部分的研磨费用，从而产生效率低的问题。本发明解决了上述问题，其目的在于，提供一种化合物半导体外延晶片及其制造 方法，它能够抑制通过氢化物气相外延法形成厚窗口层时产生的小丘高度。技术方案及有益效果为解决上述问题，本发明的第一化合物半导体外延晶片，具有以<100>方向作为 基准方向，倾斜角为10°到20°之间的主轴的GaAs单结晶基板上，依次层叠由含有两种以 上的III族元素的(AlxGa1JyIrvyP(其中0彡χ彡1，0 < y彡1)构成的发光层部，和厚度 在50 μ m到250 μ m之间的GaP层，GaP层的表面是未研磨的光面，且在该未研磨的光面上 形成高度在10 μ m以下的小丘。以MOVPE法生长发光层部时，如果使用不具有倾斜角的单结晶基板，III族原子不 会在发光层部内随机分布，会产生原子排列不期望的规则化和不均勻分布的情况。在产生 这种规则化和不均勻的区域，与原本期望的能带间隙能量具有不同的值，结果产生发光层 部整体的能带间隙能量的分布，引起发光光谱形状和中心波长的改变。然而，通过赋予单结 晶基板适当的倾斜角，可以大幅减轻上述III族元素的规则化和不均勻，从而得到具有整 齐的发光光谱形状和中心波长的发光元件。又，在使用具有倾斜角的单结晶基板时，最终所 得到的窗口层表面几乎不会产生刻面(facet)，进而能够得到平滑性良好的窗口层。以(AlxGa1JyIrvyP构成发光层部时，单结晶基板可以使用，具有使用以<100>方 向为基准方向，相对于上述基准方向的倾斜角为10°到20°之间以下的主轴的GaAs单结 晶基板。在使用这类具有高角度倾斜角的GaAs单结晶，可进一步提升在通过HVPE法的第二 气相生长外延步骤中最终得到的GaP窗口层表面平滑化的效果。使用倾斜角在1°到10° 以下的单结晶基板时，对于HVPE法得到的窗口层的表面，虽然可以有效防止形成与刻面振 幅一样小的凹凸，但是振幅大的突起状结晶缺陷也会大量残留，引起在焊打线工艺中出现 错误检测等不良情况。但是倾斜角在更大的10°到20°之间的范围时，可有效抑制这种突 起状结晶缺陷的发生。因为以HVPE法形成的厚度为50 μ m以上的GaP层时有厚度偏差，所以需要研磨 IOym以上使GaP层的表面平坦化。不需要增加将研磨之前的GaP层表面上形成的小丘的 高度弄成10 μ m以下的实质性的研磨费，就可以不余留小丘，而实现GaP层的表面平坦化。 另外，小丘的高度为1 μ m以下时，也完全包含在研磨费的范围内，因此完全不用担心研磨 时小丘的存在。为了获得上述第一化合物半导体外延晶片，本发明发光元件的第一制造方法具有 以下步骤具有以<100>方向作为基准方向、倾斜角为10°到20°之间的主轴的GaAs单 结晶基板上，依次形成由包含两种以上III族元素的(AlxGa1JyIrvyP(其中0彡χ彡1，0 <y^l)构成的发光层部和第一 GaP层的金属有机化合物气相外延步骤；在第一 GaP层上形成第二 GaP层的氢化物气相外延步骤；将第二 GaP层的生长速度设为，在生长开始时预定的期间为第一生长速度，经过 该期间后设为比第一生长速度高的第二生长速度，在整个生长过程中，生长速度在10 μ m/ hr 至Ij40ym/hr 之间。本发明化合物半导体外延晶片的第一制造方法是，例如使用金属有机化合物气相 外延(M0VPE法)在单结晶基板上生长由含有两种以上的III族元素的(AlxGa1JyIrvyP (其 中0彡χ彡l，0<y< 1 即，“含有两种以上的III族元素”是指“至少含有Al与Ga中的 一个，和In”)构成的发光层部(金属有机化合物气相外延步骤)。另一方面，使用氢化物 气相外延法可有效地形成需设定一定层厚的窗口层的第二GaP层(氢化物气相外延步骤)。 HVPE法是在氢气置换的石英制反应炉内，通过与氯化氢反应，将蒸气压低的Ga (镓)转换成 容易气化的GaCl，以该GaCl为媒介，使V族元素源气体与Ga反应，从而进行III-V族化合 物半导体层的气相生长的方法。由于使用HVPE法能够得到比MOVPE法更快的层生长速度， 也能够高效率形成所需的一定厚度的第二GaP层，因此比MOVPE法更加节约原材料费用。而 且，HVPE法无须使用高价有机金属作为III族元素源，相对于III族元素源的V族元素源 (AsH3、PH3等)的配合率也可大幅度地减少(例如1/3倍左右)，因此在成本上是有利的。但是，为了达成第二 GaP层的高速生长，供给高浓度的GaCl时，则很容易产生小 丘。此时，在氢化物气相外延步骤的初期阶段即第二 GaP层的生长开始时，以第一生长速度 低速生长，能够抑制小丘的产生。之后，提高生长速度，成为第二生长速度，整个生长过程的 速度在10 μ m/hr (小时)到40 μ m/hr (小时)之间进行，也能够抑制小丘的产生。整个生长过程中生长速度低于ΙΟμπι/h时，与使用MOVPE法得到的生长速度的 差值变得很小，因而就几乎没有使用HVPE法的效果。另外，整个生长过程的生长速度超 过40 μ m/hr时，由于很难将产生小丘的高度抑制在10 μ m以下，因此尽可能将速度保持在 40 μ m/hr 以下。通过将第二 GaP层生长开始时的生长速度，即第一生长速度设为例如10 μ m/hr以 下，能够抑制所产生的小丘的高度在10 μ m以下。特别是将该第一生长速度设为5 μ m/hr 以下时，能够将产生的小丘的高度抑制在1 μ m以下。第一生长速度的下限值例如1 μ m/hr
左右ο为得到作为窗口层的效果，优选第一 GaP层和第二 GaP层的总厚度在未研磨阶段 下最好50 μ m以上。如果上述总厚度超过250 μ m,就很难将小丘的高度抑制在10 μ m以下。以HVPE法在800°C以上的温度下气相生长GaP层时，石英制的反应炉壁会因氢 或氯化氢等原因受到侵蚀而使硅容易游离出来，其中有一部份会以硅杂质的形式大量侵入 GaP层的生长开始区域。另外，如果在达不到650°C的温度下气相生长第二 GaP层时，则难 以形成单结晶层。因此，当以HVPE法形成第二 GaP生长层时，优选650°C到800°C之间的温 度进行生长。另外，使用上述本发明的制造方法时，本发明的化合物半导体外延晶片形成了由 以MOVPE法得到的第一 GaP层和以HVPE法得到的第二 GaP层构成的在发光层部上的GaP 层，在各个GaP层添加掺杂剂(dopant)。对于MOVPE法和HVPE法，由于所添加的掺杂剂的 浓度通常是不一致的，从而能够区分这两个GaP层。接着，本发明第二化合物半导体外延晶片，具有
具有以<100>方向作为基准方向、倾斜角为10°到20°之间的主轴的GaAs单 结晶基板上，通过外延生长形成的由含有两种以上的III族元素的(AlxGah)yIrvyP(其中 0彡χ彡1，0 < y彡1)构成的发光层部，倾斜角在上述发光层部的主表面上外延生长的、厚度为50 μ m到250 μ m之间的主 表面侧GaP层，面向在上述GaAs单结晶基板上生长的上述发光层部的该GaAs单结晶基板时，将位于相反侧的主平面作为上述主表面，面向该GaAs单结晶基板一侧的主平面作为主 反面；在通过去除上述GaAs单结晶基板而露出的上述发光层部的上述主反面上外延生 长的，厚度为50 μ m到250 μ m之间的主反面侧GaP层；上述主表面侧GaP层和上述主反面侧GaP层的表面均具有未研磨面，并且在该未 研磨面上形成的小丘高度在10 μ m以下。为获得上述本发明的第二化合物半导体外延晶片，本发明发光元件的第二制造方 法依次实施以下步骤具有以<100>方向作为基准方向，倾斜角为10°到20°之间的主轴的GaAs单 结晶基板上，依次形成由包含两种以上III族元素的(AlxGa1JyIrvyP(其中0彡χ彡1，0 <y ^ 1)构成的发光层部和第一 GaP层的第一金属有机化合物气相外延步骤；在第一 GaP层上形成第二 GaP层的第一氢化物气相外延步骤；从发光层部去除该GaAs单结晶基板的GaAs单结晶基板去除步骤；在因去除GaAs单结晶基板而显现的发光层部的主反面上形成第三GaP层的第二 氢化物气相外延步骤；在按这个顺序实施的同时，将第二 GaP层和第三GaP层的生长速度设定为生长开 始时的预定期间为第一生长速度，经过该期间后设定为比第一生长速度高的第二生长速 度，并且在整个生长过程中，生长速度在10 μ m/hr到40 μ m/hr之间。在上述第二发明中，第一 GaP层和第二 GaP层合起来相当于与第一发明的GaP层 具有相同概念的主表面侧GaP层。因而，上述第二发明是将在本第一发明的发光层部的主 反面上残留的GaAs单结晶基板去除，通过氢化物气相外延法在该主反面上各自外延生长 第三GaP层。第三GaP层作为主反面侧的GaP层。与第一发明不同，最终的化合物半导体 外延晶片不含有作为结构要件的GaAs单结晶基板，但是，第一 GaP层和第二 GaP层(主表 面侧GaP层)是否是在被赋予10°到20°之间倾斜角的GaAs单结晶的<100>平面上外延 生长的GaP层是通过，该主表面侧GaP层是否具有同样<100>主表面，并且在主轴上是否形 成10°到20°之间的倾斜角来确认。。因而，发光层部还具有<100>主反面，并且由于在主轴上形成10°到20°之间的 倾斜角，所以去除基板后，在该主反面上通过同样的方法外延生长的主反面侧GaP层(第三 GaP层)也同样具有<100>主表面，并且在主轴上形成10°到20°之间的倾斜角。因此，关于该主反面侧GaP层，适用与第一发明完全相同的概念，通过氢化物气相 外延法在第三GaP层生长开始时以第一生长速度低速生长，之后，将生长速度上升为第二 生长速度，就同样能够抑制小丘的产生。与主表面侧GaP层相同，第三GaP层生长开始时的生长速度，即第一生长速度在 10 μ m/hr以下，优选5 μ m/hr以下。第三GaP层的厚度最好在(即，主反面侧GaP层)在50 μ m到250 μ m之间。以HVPE法形成第三GaP层时，最好在650 °C到800 °C之间的温度下生长。


图1是以层叠结构显示了本发明第一化合物半导体晶片的一个例子的示意图。图2是表示图1的化合物半导体晶片制造步骤的说明图。图3是接续图2的说明图。图4是以层叠结构表示本发明的第二化合物半导体晶片的一个例子的示意图。图5是表示图4的化合物半导体晶片的制造步骤的说明图。图6是接续图5的说明图。图7是接续图6的说明图。 图8是表示第二 GaP层低速生长区域的生长速度与在第二 GaP层表面产生的小丘 高度之间关系的示意图。
具体实施例方式下面，将参照

本发明的实施例。图1是表示根据本发明第一化合物半导体外延晶片100的一个例子的示意图。化 合物半导体外延晶片100，是在η型GaAs单结晶基板(以下简称为基板)1的主表面上，形 成发光层部24 (换言之，形成为在发光层部24的主反面上残留基板1的结构)。该基板1， 是具有以<100>方向为基准方向，相对该基准方向的倾斜角在10°到20°之间的主轴。形 成η型GaAs缓冲层2使其与上述基板1的主表面相接，然后在该缓冲层2上形成发光层部 24。接着，在该发光层部24上，形成主表面侧GaP层7。发光层部24的结构是由ρ型(AlzGai_z)yIrvyP(其中，χ<ζ《1)所构成的ρ型包 覆层6与由η型(AlzGa1JyIrvyP (其中，x<z《D所构成的η型包覆层4之间挟持由无 掺杂(non-dope) (AlxGa1JyIni_yP (其中，0 彡 χ 彡 0. 55，0. 45 ^ y ^ 0. 55)混晶所构成的活 性层5。这里所谓的“无掺杂”是指“不进行掺杂剂(dopant)的积极添加”，不排除一般制 作工程中混入的掺杂剂成分(例如以IO13 IOlfVcm3左右为上限)。主表面侧GaP层7形成为ρ型GaP层。主表面侧GaP层7的形成厚度例如是50 μ m 到250 μ m之间。主表面侧GaP层7是依次层积通过金属有机化合物气相外延形成的第一 GaP层7a，通过氢化物气相外延法形成的第二 GaP层低速生长区域7b，第二 GaP层高速生长 区域7c而构成。第二 GaP层低速生长区域7b和第二 GaP层高速生长区域7c的载流子浓 度为 IXlO1Vcm3 到 2X1018/cm3 之间。下面，对图1的化合物半导体外延晶片100的制造方法进行说明。首先，如图2所 示，准备具有以<100>方向为基准方向，倾斜角在10°到20°之间的主轴的GaAs单结晶基 板1。然后，如步骤1和步骤2所示，在该基板1的主表面上，依次外延生长(金属有机化 合物气相外延步骤)例如0. 5 μ m的η型GaAs缓冲层2，接着作为发光层部24，按照分别由 (AlxGa1J yIrvyP所形成的IymWn型包覆层4 (η型掺杂剂为Si)，0. 6 μ m的活性层(无掺 杂)5以及1 μ m的ρ型包覆层6，ρ型第一 GaP层7a (ρ型掺杂剂为Mg 从有机金属分子得 到的C也可作为ρ型掺杂剂)。这些各层的外延生长，可由公知的MOVPE法来进行。作为Al、Ga、In (铟)、P (磷)各成分来源的原料气体，可使用以下物质· Al来源气体三甲基铝(TMAl)、三乙基铝(TEAl)等；· Ga来源气体三甲基镓(TMGa)、三乙基镓(TEGa)等；· In来源气体三甲基铟(TMIn)、三乙基铟(TEIn)等。· P来源气体三甲基磷(TMP)、三乙基磷(TEP)、磷酸三丁酯(TBP)、膦化氢(PH3)
寸。进入步骤3，在ρ型第一 GaP层7a上通过HVPE法，650°C到800°C之间的温度下生 长第二 GaP层7b，7c (氢化物气相外延法)，第一 GaP层7a和，第二 GaP层7b，7c的总厚度 在50 μ m至Ij 250 μ m之间。第二 GaP层是通过采用在生长开始时的生长速度低的第一生长速度形成第二 GaP 层低速生长区域7b，然后以比第一生长速度高的第二生长速度形成第二 GaP层高速生长区 域7c、在整个生长过程中生长速度为1(^111/虹到4(^111/虹之间。更具体的说，如果第二 GaP层低速生长区域7b的生长速度(第一生长速度)为10 μ m/hr以下时，则能够在第二 GaP层形成后得到小丘高度为10 μ m以下的化合物半导体晶片100。另外，如果将第一生长 速度设为5 μ m/hr以下，则在第二 GaP层形成后得到小丘高度为1 μ m以下的化合物半导体 晶片100。第二GaP层低速生长区域7b例如达到0.5μπι到20μπι之间的厚度为止，从抑制 小丘高度上考虑最好是可以维持上述第一生长速度的低速生长。图8中表示了第二 GaP层 低速生长区域7b的生长速度(第一生长速度)与直到第二 GaP层高速生长区域7c生长完 成时在第二 GaP层表面上产生的小丘高度之间的关系。以上步骤结束后，将第二 GaP层高速生长区域7c的表面研磨10 μ m以上，使层厚 变平坦的同时去除小丘。在平坦化后的第二 GaP层高速生长区域7c与基板1的各表面上 用真空蒸镀法各自形成第一电极9与以及第二电极20，并且在第一电极9上配置接合垫 16 (bonding pad)，在适当温度下实施用于固定电极的烘烤(Baking)。接着切片(Dicing) 后，通过将第二电极20用Ag胶(paste)等导电胶固定在兼作为支持体的图中未显示的端 子电极上(未图标)，并以横跨的形态将Au制的电线17接合在接合垫16和其它的端子电 极上，进一步形成树脂模具后，可制得发光元件200。下面，将参照

对本发明的实施形态进行说明。图4是表示本发明第二化合物半导体外延晶片300的一个例子的示意图。化合物 半导体外延晶片300相当于，在图1的本发明的第一化合物半导体外延晶片100的结构中， 从发光层部24的主反面侧去除基板1，由此露出的发光层部24的主反面上形成主反面侧 GaP层8(与图1的化合物半导体外延晶片100相同的部分用相同的符号表示，详细的说明 省略)。主反面侧GaP层8形成为η型GaP层。主反面侧GaP层8的形成厚度为例如50 μ m 至Ij 250ym之间。主反面侧GaP层8是以氢化物气相外延法形成的第三GaP层(以下称为 第三GaP层8)，依次层叠第三GaP层低速生长区域8b和第三GaP层高速生长区域8c而形 成的。第三GaP层低速生长区域8b和第三GaP层高速生长区域8c的载流子浓度此时也是 1 X IO1Vcm3 到 2 X IO1Vcm3 之间。下面，对图4的化合物半导体外延晶片300的制造方法进行说明。如图5及图6 所示的步骤1 步骤3是发光层部24和主表面侧GaP层7的生长过程，基本上与图2及图3所示的步骤1 步骤3相同(第一金属有机化合物气相外延步骤和第二氢化物气相外延步骤)相同。但是其中，以用金属有机化合物气相外延法在基板1上生长GaAs缓冲层2后 进一步生长由AlAs构成的蚀刻阻挡层3，之后生长发光层部24，这一点与图2及图3不同。 剥离层3的厚度为例如0. 5 μ m。接着，将上述晶片浸渍于例如含10%氢氟酸的腐蚀液中，通过对在缓冲层2与发 光层部24之间形成的AlAs剥离层3进行选择腐蚀，从而将基板1从与发光层部24和与其 结合的Si基板7的层叠体中去除。另外，也可形成由AlInP构成的腐蚀层来取代AlAs剥 离层3，此时可进行以下步骤使用对GaAs具有选择腐蚀性的第一腐蚀液(如氨/过氧化 氢混合液)将由GaAs构成的基板1及缓冲层2 —起腐蚀去除，接着使用对AlInP具有选择 腐蚀性的第二腐蚀液(如盐酸也可添加氢氟酸以去除Al氧化层)，将该蚀刻阻挡层层蚀 刻去除。然后，进行步骤4，将晶片上下翻转，在除去基板1后露出的发光层部24的主反面 上用HVPE法在6500C到800°C之间的温度下生长第三GaP层8 (第二氢化物气相外延步骤)。 第三GaP层8的厚度为50 μ m到250 μ m之间。第三GaP层8是在生长开始时采用生长速度低的第一生长速度形成第三GaP层 低速生长区域8b，然后以比第一生长速度高的第二生长速度形成第三GaP层高速生长区域 8c，在整个生长过程中速度为lOym/hr到40μπιΛι·之间。更具体的说，如果第三GaP层低 速生长区域8b的生长速度(第一生长速度)为10 μ m/hr以下时，则能够得到在第三GaP 层8形成后小丘高度为10 μ m以下的化合物半导体晶片300。另外，如果该第一生长速度为 5 μ m/hr以下时，则能够得到在第三GaP层形成后小丘高度为1 μ m以下的化合物半导体晶 片300。第三GaP层低速生长区域8b例如达到0. 5 μ m到20 μ m之间的厚度前，从抑制小丘 高度上考虑最好是可以维持上述第一生长速度的低速生长。第三GaP层低速生长区域8b的 生长速度(第一生长速度)与直到第三GaP层高速生长区域8c生长完成时在第三GaP层 8的表面上产生的小丘高度之间的关系与显示主表面侧GaP层7的图8的结果大致相同。以上步骤结束后，将第二 GaP层高速生长区域7c的主表面和第三GaP层高速生长 区域8c的主反面各自研磨10 μ m以上，使层厚平坦的同时去除小丘。在平坦化后的第二 GaP层高速生长区域7c的主表面和第三GaP层高速生长区域8c的主反面上各自以真空蒸 镀法形成第一电极9与第二电极20，并且在第一电极9上进一步配置接合垫16，在适当温 度下实施用于固定电极的烘烤。接着切片后，通过将第二电极20以Ag胶等导电胶固定在 兼作为支持体的未图示的端子电极上，并以横跨的形态将Au制的电线17接合在接合垫16 与其它的端子电极，进一步形成树脂模具后，可制得发光元件400。
具体实施例(实施例1)各层以下述的厚度形成图1所示的化合物半导体晶片100。· η 型 AlGaInP 包覆层 4 = 1 μ m ；· AlGaInP 活性层 5 = 0. 6 μ m (发光波长 650nm)；· ρ 型 AlGaInP 包覆层 6 = 1 μ m ； 第一 GaP 层 7a = 3μπι ；
第二 GaP层低速生长区域7b =约15μπι; 第二 GaP层高速生长区域7c =约150 μ m。另外，使用的GaAs单结晶基板是采用以<100>方向为基准方向，将相对于该基准方向的倾斜角设定为约15°。以MOVPE装置形成η型AlGaInP包覆层4、AlGaInP活性层 5、ρ型AlGaInP包覆层6、第一 GaP层7a (金属有机化合物气相外延步骤)，使用氢化物气 相外延装置在650°C到800°C之间的温度的氢气雾中形成第二 GaP层低速生长区域7b与第 二 GaP层高速生长区域7c (氢化物气相外延步骤)，从而得到化合物半导体晶片100。第二 GaP层低速生长区域7b的生长速度(第一生长速度)约为9. 5 μ m/hr,而第二 GaP层高速 生长区域7c的生长速度(第二生长速度)约为38 μ m/hr。整个氢化物气相外延过程的生 长速度约为30 μ m/hr。在激光显微镜下观察得出，以上述条件所制得的化合物半导体晶片100的主表 面，即第二 GaP层高速生长区域7c的表面上产生的小丘高度约为8 μ m。(实施例2)将第二 GaP层低速生长区域7b的生长速度(第一生长速度)设为约5 μ m/hr,其 他条件是与实施例1相同的条件下进行金属有机化合物气相外延步骤与氢化物气相外延 步骤。在激光显微镜下观察得出，第二 GaP层高速生长区域7c的表面上产生的小丘高度约 为 1 μ m。(实施例3)从实施例1的化合物半导体晶片100上去除基板1，在露出的发光层部24的主反 面上，各层以下述的厚度形成第三GaP层8。 第三GaP层低速生长区域8b =约15 μ m ； 第三GaP层高速生长区域8c =约150 μ m。另外，使用氢化物气相外延装置在650°C到800°C之间的温度下的氢气雾中形成 第三GaP层低速生长区域8b与第三GaP层高速生长区域8c (氢化物气相外延步骤)，从而 得到化合物半导体晶片300。第三GaP层低速生长区域8b的生长速度(第一生长速度)约 为9. 5 μ m/hr,而第三GaP层高速生长区域8c的生长速度(第二生长速度)约为38 μ m/hr。 整个氢化物气相外延过程的生长速度约为30 μ m/hr。在激光显微镜下观察得出，以上述条件所制得的化合物半导体晶片400的主反 面，即第三GaP层高速生长区域8c的表面上产生的小丘高度与第二 GaP层高速生长区域7c 侧相同，约为8 μ m。(实施例4)除了将第三GaP层低速生长区域8b的生长速度(第三生长速度)设为约5ym/hr 之外，在与实施例3相同的条件下进行金属有机化合物气相外延步骤与氢化物气相外延步 骤。在激光显微镜下观察得出，第三GaP层高速生长区域8c的表面上产生的小丘高度约为 1 μ m0
权利要求
一种化合物半导体外延晶片，其特征在于，在具有以<100>方向作为基准方向、倾斜角为10°到20°之间的主轴的GaAs单结晶基板上，依次层叠由含有两种以上的III族元素的(AlxGa1-x)yIn1-yP(其中0≤x≤1，0＜y≤1)构成的发光层部和厚度为50μm到250μm之间的GaP层，上述GaP层的表面是未研磨面，而且在上述未研磨面上形成的小丘的高度在10μm以下。
2. 一种化合物半导体外延晶片，其特征在于，具有向具有以<100>方向作为基准方向、倾斜角为10°到20°之间的主轴的GaAs单结晶 基板上外延生长形成的，由含有两种以上的III族元素的(AlxGa1JyIrvyP (其中0彡χ彡1， 0 < y < 1)构成的发光层部；面向在上述GaAs单结晶基板上生长的上述发光层部的该GaAs单结晶基板时，将位于 相反侧的主平面作为上述主表面，面向该GaAs单结晶基板一侧的主平面作为主反面，且在 上述发光层部的主表面上外延生长的、厚度为50 μ m到250 μ m之间的主表面侧GaP层；通过去除上述GaAs单结晶基板而显现出的上述发光层部的上述主反面上外延生长 的、厚度为50 μ m到250 μ m之间的主反面侧GaP层，并且上述主表面侧GaP层和上述主反面侧GaP层的表面均为未研磨面，在该未研磨面 上形成的小丘高度在10 μ m以下。
3.根据权利要求1或2所述的化合物半导体外延晶片，其特征在于，上述小丘的高度在 Iym以下。
4. 一种化合物半导体外延晶片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤在具有以<100>方向作为基准方向、倾斜角为10°到20°之间的主轴的GaAs单结 晶基板上，依次形成由包含两种以上III族元素的(AlxGa1JyIrvyP(其中0彡x彡1，0 <y ^ 1)构成的发光层部和第一 GaP层的金属有机化合物气相外延步骤；和在上述第一 GaP层上形成第二 GaP层的氢化物气相外延步骤；上述第二 GaP层的生长速度设定为，生长开始时的预定期间为第一生长速度，经过 该期间后设为比上述第一生长速度高的第二生长速度，且在整个生长过程中，生长速度在 10 μ m/hr 至Ij 40 μ m/hr 之间。
5.根据权利要求4所述的化合物半导体外延晶片的制造方法，其特征在于，上述第一 生长速度在10 μ m/hr以下。
6.根据权利要求4或5所述的化合物半导体外延晶片的制造方法，其特征在于，上述第 一生长速度在5 μ m/hr以下。
7.根据权利要求4 6任一项所述的化合物半导体外延晶片的制造方法，其特征在于， 上述第一 GaP层和上述第二 GaP层的总厚度为50 μ m到250 μ m之间。
8.根据权利要求4 7任一项所述的化合物半导体外延晶片的制造方法，其特征在于， 上述第二 GaP层在650°C到800°C之间的温度条件下生长。
9.一种化合物半导体外延晶片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤在具有以<100>方向作为基准方向、倾斜角为10°到20°之间的主轴的GaAs单结 晶基板上，依次形成由包含两种以上的III族元素的仏1!^ _!￡\1111彳(其中0彡乂彡1,0 <y ^ 1)构成的发光层部和第一 GaP层的第一金属有机化合物气相外延步骤；在上述第一 GaP层上形成第二 GaP层的第一氢化物气相外延步骤；从上述发光层部去除上述GaAs单结晶基板的GaAs单结晶基板去除步骤；因去除上述GaAs单结晶基板而露出的上述发光层部的主反面上形成第三GaP层的第 二氢化物气相外延步骤，在按上述步骤的顺序实施的同时，将上述第二 GaP层和上述第三GaP层的生长速度设 定为，生长开始时的预定期间为第一生长速度，经过该期间后设定比上述第一生长速度快 的第二生长速度，并且在整个生长过程中，生长速度在10 μ m/hr到40 μ m/hr之间。
10.根据权利要求9所述的化合物半导体外延晶片的制造方法，其特征在于，上述第一 生长速度在10 μ m/hr以下。
11.根据权利要求9或10所述的化合物半导体外延晶片的制造方法，其特征在于，上述 第一生长速度在5 μ m/hr以下。
12.根据权利要求9 11中任意一项所述的化合物半导体外延晶片的制造方法，其特 征在于，上述第一 GaP层和上述第二 GaP层的总厚度及上述第三GaP层的厚度分别为50 μ m 至Ij 250 μ m之间。
13.根据权利要求9 12中任意一项所述的化合物半导体外延晶片的制造方法，其特 征在于，上述第二 GaP层和上述第三GaP层分别在650°C到800°C之间的温度条件下生长。
全文摘要
根据金属有机化合物气相外延法，具有以<100>方向作为基准方向，倾斜角为10°到20°之间的主轴的GaAs单结晶基板(1)上，依次形成由包含两个或多个以上III族元素的(AlxGa1-x)yIn1-yP(其中0≤x≤1，0＜y≤1)构成的发光层部(24)和第一GaP层(7a)。其中，倾斜角用氢化物气相外延法，在第一GaP层(7a)上形成第二GaP层(7b)，(7c)。第二GaP层(7b)，(7c)作为二阶段生长，以第一生长速度的低速生长区域(7b)和以高于上述第一生长速度的第二生长速度的高速生长区域(7c)，在整个生长过程中，速度在10μm/hr到40μm/hr之间。从而提供一种化合物半导体外延晶片及其制造方法，它能够抑制通过氢化物气相外延法形成的厚的窗口层时产生的小丘高度。
文档编号C30B29/40GK101809769SQ20088010904
公开日2010年8月18日 申请日期2008年10月7日 优先权日2007年10月10日
发明者久米史高, 筱原政幸 申请人:信越半导体株式会社