專利名稱：發(fā)光二極管用外延晶片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用異質(zhì)結(jié)的發(fā)光二極管用外延晶片。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，作為發(fā)光元件的發(fā)光二極管(LED)，其亮度已有提高，被廣泛應(yīng)用于信息顯示板以及鐵路道口等作為具有良好視認(rèn)性明示功能的材料(發(fā)光源)。
對(duì)于因價(jià)廉而被廣泛采用的LED，通常是以GaP、AlGaAs作為發(fā)光元件的p/n結(jié)的主要材料，采用用水平晶舟法(滑動(dòng)晶舟法)的液相外延(LPE)進(jìn)行制造。另外，在結(jié)構(gòu)方面，還開(kāi)發(fā)出了單異質(zhì)(SH)結(jié)構(gòu)、雙異質(zhì)(DH)結(jié)構(gòu)，背面反射型DH結(jié)構(gòu)等異質(zhì)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。
用與本發(fā)明的實(shí)施方式有關(guān)的附圖1來(lái)說(shuō)明結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的單異質(zhì)結(jié)構(gòu)。該單異質(zhì)結(jié)構(gòu)的外延晶片，是用液相外延法在p型GaAs襯底3上依次形成p型AlGaAs活性層2和n型AlGaAs窗口層1而形成的。
另外，用與本發(fā)明的實(shí)施方式有關(guān)的附圖3來(lái)說(shuō)明雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的外延晶片，如圖所示，該晶片是用液相外延法在p型GaAs襯底3上依次形成p型AlGaAs金屬包層4、p型AlGaAs活性層2和n型AlGaAs窗口層1而形成的。
作為這樣的采用液相外延法制造LED用的外延晶片的方法，有采用p型GaAs襯底的方法(例如參見(jiàn)特開(kāi)平7-30150公報(bào))和采用n型GaAs襯底的方法(例如參見(jiàn)特開(kāi)平8-46238公報(bào)、特開(kāi)平5-21848公報(bào))。
但是，以往對(duì)于用于LED用外延晶片的液相外延的p型襯底或n型襯底，沒(méi)有明確規(guī)定其位錯(cuò)密度(EPD)的恰當(dāng)?shù)臄?shù)值范圍。
在液相外延法的生長(zhǎng)中，外延層本身的結(jié)晶性的質(zhì)量與所使用的襯底的面內(nèi)的位錯(cuò)密度有關(guān)。嚴(yán)格控制該襯底面內(nèi)的位錯(cuò)密度的規(guī)格就可得到高價(jià)的外延晶片，放松控制則會(huì)使外延層自身的結(jié)晶性變差，采用其制造的LED芯片的可靠性也變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決以上問(wèn)題，通過(guò)將液相外延法中使用的襯底的面內(nèi)的位錯(cuò)密度最大值設(shè)定在適當(dāng)范圍內(nèi)，提供便宜且結(jié)晶性良好的高質(zhì)量的外延晶片。


圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的發(fā)光二極管用外延晶片的斷面圖。
圖2是表示所使用襯底的EPD值與芯片通電特性的關(guān)系的圖示.
圖3是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的發(fā)光二極管用外延晶片的斷面圖。
圖4是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的發(fā)光二極管用外延晶片的斷面圖。
圖5是表示本發(fā)明的改型例的發(fā)光二極管用外延晶片的斷面圖。
圖中1 n型AlGaAs窗口層2 p型AlGaAs活性層3 p型GaAs襯底4 p型AlGaAs金屬包層5 p型AlGaAs窗口層6 n型AlGaAs金屬包層7 n型GaAs襯底具體實(shí)施方式
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明構(gòu)成如下。
權(quán)利要求1的發(fā)明，其特征在于，在用晶舟(ボ-ト)法在p型GaAs襯底上依次液相外延p型AlGaAs活性層、n型AlGaAs窗口層的具有疊層結(jié)構(gòu)(SH單異質(zhì)結(jié)構(gòu))的發(fā)光二極管用的外延晶片中，規(guī)定上述p型GaAs襯底的面內(nèi)的位錯(cuò)密度(EPD)的最大值(max值)為5,000～22,000個(gè)/cm2的范圍。
權(quán)利要求2的發(fā)明，其特征在于，在用晶舟(ボ-ト)法在p型GaAs襯底上依次液相外延p型AlGaAs金屬包層、p型AlGaAs活性層、n型AlGaAs窗口層的、具有疊層結(jié)構(gòu)(DH雙異質(zhì)結(jié)構(gòu))的發(fā)光二極管用外延晶片中，規(guī)定上述p型GaAs襯底的面內(nèi)的位錯(cuò)密度(EPD)的最大值(max值)為5,000～22,000個(gè)/cm2的范圍。
權(quán)利要求3的發(fā)明，其特征在于，在用晶舟(ボ-ト)法在p型GaAs襯底上依次液相外延p型AlGaAs金屬包層、p型AlGaAs活性層、n型AlGaAs窗口層，然后選擇性腐蝕除去p型GaAs襯底的、具有疊層結(jié)構(gòu)(DDH雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)·除去襯底型)的發(fā)光二極管用外延晶片中，規(guī)定用于該制造材料的上述p型GaAs襯底的面內(nèi)的位錯(cuò)密度(EPD)的最大值(max值)為5,000～22,000個(gè)/cm2的范圍。
權(quán)利要求4的發(fā)明，其特征在于，在權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所記載的發(fā)光二極管用外延晶片中，上述各層的p型和n型為相反的傳導(dǎo)型。
本發(fā)明是以采用晶舟法液相外延的具有疊層結(jié)構(gòu)(單異質(zhì)結(jié)構(gòu)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)·除去襯底型中的任一種)的發(fā)光二極管用外延晶片作為對(duì)象。采用液相外延法是因?yàn)?，與通過(guò)其他氣相生長(zhǎng)法的外延相比，其具有不容易受位錯(cuò)密度(EPD)影響的特點(diǎn)。
本發(fā)明是基于本發(fā)明人對(duì)于所使用的襯底的以下見(jiàn)解而完成的。
即，假如對(duì)于位錯(cuò)密度嚴(yán)格限制其規(guī)格，例如，將使用的p型襯底的面內(nèi)的位錯(cuò)密度的最大值規(guī)定為1000個(gè)/cm2的話，就不會(huì)發(fā)生液相外延層自身的缺陷。但是，如果考慮到以晶舟法的襯底為對(duì)象，合格率會(huì)非常低，另外，即使使用用垂直溫度梯度凝固法(VGF法)或垂直布里奇曼法(VB法)得到的襯底，在這兩者之中不管哪一種情況下都會(huì)使襯底的單價(jià)變得非常高，不能提供價(jià)廉的LED用液相外延襯底(LED用外延晶片)。
另一方面，如果要求過(guò)于放松，例如，將使用的p型襯底的面內(nèi)的位錯(cuò)密度的最大值規(guī)定為30,000個(gè)/cm2的話，在位錯(cuò)密度為30,000個(gè)/cm2的部分上液相外延生長(zhǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生缺陷，在形成LED芯片時(shí)可靠性降低，不能達(dá)到作為L(zhǎng)ED的規(guī)格要求。
本發(fā)明通過(guò)將液相外延法中所使用的襯底的面內(nèi)的位錯(cuò)密度的最大值范圍規(guī)定為5,000～22,000個(gè)/cm2，提供了價(jià)格低且結(jié)晶性良好的高質(zhì)量的外延晶片。
在本發(fā)明中將襯底的位錯(cuò)密度的最大值的下限規(guī)定為5,000個(gè)/cm2，這是因?yàn)椋镁е鄯ㄉL(zhǎng)的襯底的位錯(cuò)密度高，如果將襯底面內(nèi)的位錯(cuò)密度的最大值規(guī)定為不到5,000個(gè)/cm2，則幾乎所有的襯底在可靠性上都不合格。另外，在本發(fā)明中將襯底的位錯(cuò)密度的最大值的上限規(guī)定為22,000個(gè)/cm2，這是因?yàn)槌^(guò)22,000個(gè)/cm2時(shí)LED的相對(duì)輸出低于90％，可靠性不能滿足規(guī)定要求。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于液相成長(zhǎng)LED用外延晶片時(shí)所使用的襯底，由于將該襯底面內(nèi)的位錯(cuò)密度的最大值規(guī)定為5,000～22,000個(gè)/cm2，從而可以提供價(jià)廉質(zhì)優(yōu)的外延晶片。
只要襯底面內(nèi)的位錯(cuò)密度的最大值在5,000～22,000個(gè)/cm2范圍內(nèi)，就可以不受襯底的面內(nèi)位錯(cuò)密度的影響，保持外延的結(jié)晶性，提供可靠的LED芯片。但是，如果超出這個(gè)范圍，則受襯底的面內(nèi)的位錯(cuò)密度的影響，影響外延層的結(jié)晶性，從而使LED芯片的可靠性降低，不能滿足規(guī)定的要求。
具體實(shí)施例方式
以下，基于附圖所示的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明加以說(shuō)明。
<實(shí)施方式1>
圖1表示第一實(shí)施方式的單異質(zhì)結(jié)構(gòu)(SH結(jié)構(gòu))的LED用外延晶片。該晶片是采用液相外延法在p型GaAs襯底3上依次形成期望的發(fā)光波長(zhǎng)所需的Al混晶比的p型AlGaAs活性層2和n型AlGaAs窗口層1。
首先，用液相外延法生長(zhǎng)圖1所示的SH結(jié)構(gòu)的LED用外延晶片。使用該晶片制造LED元件。并且，在該LED元件中流過(guò)45mA的電流，通電1000小時(shí)。
圖2中所表示的，是上述液相外延生長(zhǎng)時(shí)所使用的p型GaAs襯底的面內(nèi)的位錯(cuò)密度(EPD)的最大值(以下簡(jiǎn)稱“EPD值”)，以及由使用該襯底的外延晶片得到的LED芯片的可靠性試驗(yàn)結(jié)果。圖中，橫軸為通電時(shí)間(hr)，縱軸為亮度下降率(相對(duì)輸出)(％)，在25℃、30mA的通電條件下通電1000小時(shí)。另外，以襯底的面內(nèi)的EPD值作為參數(shù)，將其變化為1000、2000、10000、20000、23000、30000個(gè)/cm2。亮度降低率90％的橫線是區(qū)分可靠性合格與否的分界線，該亮度降低率在90％以上者是可靠性合格的LED。
從圖2的結(jié)果可知，p型GaAs襯底的EPD值為30000個(gè)/cm2和23000個(gè)/cm2時(shí)，低于分界線(90％)，LED的可靠性不滿足規(guī)格要求。
與此相地對(duì)，其他的p型GaAs襯底的EPD值為1000、2000、10000、20000個(gè)/cm2者，在分界線(90％)之上，可靠性滿足要求規(guī)格。但是，其中p型GaAs襯底的EPD值為1000個(gè)/cm2、2000個(gè)/cm2，襯底的單價(jià)非常高，不能提供便宜的LED用液相外延襯底(LED用外延晶片)。另外，由于液相外延使用的襯底是采用晶舟法生長(zhǎng)的，用晶舟法生長(zhǎng)的襯底位錯(cuò)密度高，如果襯底面內(nèi)的位錯(cuò)密度的最大值(EPD值)不到5,000個(gè)/cm2，則幾乎所有的襯底都不合格。也就是說(shuō)，作為基本上可以適用的范圍，襯底面內(nèi)的位錯(cuò)密度的最大值(EPD值)必須在5,000個(gè)/cm2以上。
因此，使用的p型GaAs襯底的面內(nèi)的位錯(cuò)密度的最大值(EPD值)在5,000～22,000個(gè)/cm2為合適范圍。
即，在生長(zhǎng)圖1所示的SH結(jié)構(gòu)的LED用外延晶片在成長(zhǎng)時(shí)，作為p型GaAs襯底3，通過(guò)使用位錯(cuò)密度的最大值(EPD值)為5,000～22,000個(gè)/cm2的p型襯底，可以得到價(jià)格低、質(zhì)量高的LED用外延晶片。
<實(shí)施方式2>
作為第二實(shí)施方式，生長(zhǎng)圖3所示的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)(DH結(jié)構(gòu))的LED用外延晶片。該晶片為采用晶舟法在p型GaAs襯底3上依次液相外延p型AlGaAs金屬包層4、預(yù)期發(fā)光波長(zhǎng)所需的Al混晶比的p型AlGaAs活性層2以及n型AlGaAs窗口層1的、具有疊層結(jié)構(gòu)(DH、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu))的LED用外延晶片。
在生長(zhǎng)該DH結(jié)構(gòu)的LED用外延晶片時(shí)，作為圖3的p型GaAs襯底3，使用位錯(cuò)密度的最大值(EPD值)為5,000～22,000個(gè)/cm2的p型襯底，因而可以得到價(jià)格低且結(jié)晶性良好的高質(zhì)量的外延晶片。
<實(shí)施方式3>
作為第三實(shí)施方式，生長(zhǎng)圖4所示的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)且除去襯底型(DDH結(jié)構(gòu))的LED用外延晶片。該晶片是，用晶舟法在p型GaAs襯底3(參照?qǐng)D3)上依次液相外延p型AlGaAs金屬包層4、預(yù)期的發(fā)光波長(zhǎng)所需的Al混晶比的p型AlGaAs活性層2以及n型AlGaAs窗口層1后、選擇性腐蝕除去p型GaAs襯底的、具有疊層結(jié)構(gòu)(DDH雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)·除去襯底型)的LED用外延晶片。
在生長(zhǎng)該DDH結(jié)構(gòu)的LED用外延晶片時(shí)，作為通過(guò)選擇腐蝕除去的p型GaAs襯底3(參照?qǐng)D3)，使用位錯(cuò)密度的最大值(EPD值)為5,000～22,000個(gè)/cm2的p型襯底。這樣可以得到價(jià)格低且結(jié)晶性良好的高質(zhì)量的DDH結(jié)構(gòu)的LED用外延晶片。
在上述圖1、圖3及圖4的實(shí)施方式中，說(shuō)明了在p型襯底上形成的n側(cè)在上方的液相外延的疊層結(jié)構(gòu)，不過(guò)，本發(fā)明的LED用外延晶片對(duì)于在n型GaAs襯底上形成的p側(cè)在上方結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，即上述各層的p型和n型為相反的傳導(dǎo)型的結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管也可以適用。
圖5表示這種情況的一個(gè)例子，即用晶舟法在n型GaAs襯底7上依次液相外延n型AlGaAs金屬包層6、p型AlGaAs活性層2以及p型AlGaAs窗口層5的、具有疊層結(jié)構(gòu)(DH、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu))的LED用外延晶片。
即使是生長(zhǎng)該DH結(jié)構(gòu)的LED用外延晶片時(shí)，作為圖5的n型GaAs襯底7，使用位錯(cuò)密度的最大值(EPD值)為5,000～22,000個(gè)/cm2的n型襯底，也可以得到價(jià)格低且結(jié)晶性良好的高質(zhì)量的外延晶片。
權(quán)利要求
1.發(fā)光二極管用外延晶片，其特征是，在采用晶舟法在p型GaAs襯底上依次液相外延p型AlGaAs活性層、n型AlGaAs窗口層的具有疊層結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管用外延晶片中，規(guī)定上述p型GaAs襯底的面內(nèi)的位錯(cuò)密度的最大值為5,000～22,000個(gè)/cm2的范圍。
2.發(fā)光二極管用外延晶片，其特征是，在采用晶舟法在p型GaAs襯底上依次液相外延p型AlGaAs金屬包層、p型AlGaAs活性層以及n型AlGaAs窗口層的具有疊層結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管用外延晶片中，規(guī)定上述p型GaAs襯底的面內(nèi)的位錯(cuò)密度的最大值為5,000～22,000個(gè)/cm2的范圍。
3.發(fā)光二極管用外延晶片，其特征是，在采用晶舟法在p型GaAs襯底上依次液相外延p型AlGaAs金屬包層、p型AlGaAs活性層和n型AlGaAs窗口層后、選擇性地腐蝕除去p型GaAs襯底的、具有疊層結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管用外延晶片中，規(guī)定用于其制造材料的上述p型GaAs襯底的面內(nèi)的位錯(cuò)密度的最大值為5,000～22,000個(gè)/cm2的范圍。
4.權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管用外延晶片，其中，上述各層的p型和n型為相反的傳導(dǎo)型。
全文摘要
通過(guò)將液相外延法中所使用的襯底的面內(nèi)的位錯(cuò)密度最大值設(shè)定在適當(dāng)范圍內(nèi)，提供了價(jià)格低且結(jié)晶性良好的高質(zhì)量的外延晶片。在使用晶舟法在GaAs襯底3上液相外延生長(zhǎng)的具有疊層結(jié)構(gòu)(單異質(zhì)結(jié)構(gòu)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)·除去襯底型中的任一種)的LED用外延晶片中，規(guī)定上述GaAs襯底3的面內(nèi)的位錯(cuò)密度的最大值為5,000～22,000個(gè)/cm
文檔編號(hào)H01L33/00GK1819285SQ20051009759
公開(kāi)日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月7日
發(fā)明者小森洋介 申請(qǐng)人:日立電線株式會(huì)社