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1、10申请公布号CN104137280A43申请公布日20141105CN104137280A21申请号201380010216X22申请日20130130201203440020120220JPH01L33/30200601C23C16/22200601H01L21/205200601H01L33/2220060171申请人住友电气工业株式会社地址日本大阪府大阪市72发明人藤井慧石塚贵司秋田胜史74专利代理机构中原信达知识产权代理有限责任公司11219代理人陈海涛穆德骏54发明名称发光元件、外延晶片以及制造外延晶片的方法57摘要本发明提供外延晶片和发光元件，所述发光元件具有由IIIV族化合物半。
2、导体形成并以发射具有足够高强度的光的方式构造的II型MQW。所述方法包括在IIIV族化合物半导体衬底上生长具有II型多量子阱结构MQW的有源层的步骤，其中在形成所述II型多量子阱结构的步骤中，通过仅使用金属有机源的金属有机气相外延法形成所述II型多量子阱结构，并且使得所述II型多量子阱结构的对的数目为25以上。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014082086PCT国际申请的申请数据PCT/JP2013/0519952013013087PCT国际申请的公布数据WO2013/125309JA2013082951INTCL权利要求书1页说明书12页附图12页19中华人民共和国国家知。
3、识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书12页附图12页10申请公布号CN104137280ACN104137280A1/1页21一种制造外延晶片的方法，所述外延晶片包含由IIIV族化合物半导体形成的外延层结构，所述方法包括在IIIV族化合物半导体衬底上生长具有II型多量子阱结构的有源层的步骤，其中，在形成所述II型多量子阱结构的步骤中，通过仅使用金属有机源的金属有机气相外延法形成所述II型多量子阱结构，并且使得所述II型多量子阱结构的对的数目为25以上。2根据权利要求1的制造外延晶片的方法，其中在500以下的生长温度下生长所述II型多量子阱结构，以在所述外延层结构的表面中形成数量密度为1。
4、00个/CM2以上的凸起部或凹陷部。3根据权利要求1或2的制造外延晶片的方法，其中在450以上的生长温度下生长所述II型多量子阱结构。4根据权利要求13中任一项的制造外延晶片的方法，还包括形成由IIIV族化合物半导体形成的接触层的步骤，所述步骤在形成所述II型多量子阱结构的步骤之后实施，其中从开始生长所述多量子阱结构到所述含IIIV族化合物半导体的层的生长结束为止，在同一生长室内实施仅使用金属有机源的所述金属有机气相外延法，从而在形成所述多量子阱结构的步骤与形成所述接触层的步骤之间不会发生形成再生长界面的步骤。5根据权利要求14中任一项的制造外延晶片的方法，其中所述外延层结构包含含磷层。6根据。
5、权利要求15中任一项的制造外延晶片的方法，其中所述IIIV族化合物半导体衬底为INP衬底，且所述II型多量子阱结构具有INGAAS/GAASSB对。7一种用于发光元件的外延晶片，所述外延晶片包含由IIIV族化合物半导体形成的外延层结构，所述外延晶片包含IIIV族化合物半导体衬底；和设置在所述衬底上的II型多量子阱结构，其中所述II型多量子阱结构的对的数目为25以上。8根据权利要求7的外延晶片，其中所述外延层结构的表面具有数量密度为100个/CM2以上的凸起部或凹陷部。9根据权利要求7或8的外延晶片，在所述外延层结构的表面中还包含IIIV族化合物半导体接触层。10根据权利要求9的外延晶片，其中所。
6、述接触层由INGAAS形成。11根据权利要求710中任一项的外延晶片，其中所述II型多量子阱结构为具有INGAAS/GAASSB对的多量子阱结构。12根据权利要求711中任一项的外延晶片，包含设置在衬底侧上的衬底侧第一导电型INP覆盖层和设置在表面侧的表面侧第二导电型INP覆盖层，使得所述覆盖层在其间夹有所述II型多量子阱结构。13根据权利要求712中任一项的外延晶片，其中在所述II型多量子阱结构与所述外延层结构的表面之间不存在再生长界面。14一种发光元件，所述发光元件由根据权利要求713中任一项的外延晶片制造。权利要求书CN104137280A1/12页3发光元件、外延晶片以及制造外延晶片的。
7、方法技术领域0001本发明涉及发光元件、外延晶片以及制造所述外延晶片的方法。具体地，本发明涉及发光元件，所述发光元件由IIIV族化合物半导体形成并以在近红外区域中发光的方式构造；外延晶片；以及制造所述外延晶片的方法。背景技术0002由IIIV族化合物半导体形成的II型多量子阱结构MQW具有与近红外区域相对应的截止波长并因此进行了大量研究以开发用于动物和植物的组织的观察、通信、在夜间采集图像等的光电二极管。0003关于发光元件，主要使用I型MQW。然而，关于上述近红外区域的发光元件优选具有II型MQW。0004在从I型MQW发光的情况中，跃迁概率高，因此，即使当发光层的膜厚度或对的数目小时，也能。
8、够实现足够高的发光强度。然而，在从II型MQW发光的情况中，跃迁概率低，因此，需要提高对的数目以实现足够高的发光强度。然而，随着对的数目的增大，缺陷在量子阱中积聚，从而难以实现高结晶性。0005非专利文献1公开了，在由INP基化合物半导体形成的发光二极管LED和激光二极管LD的实例的情况中，其中基于上述原因将INGAAS/GAASSB对的数目限制为1020的II型MQW构成的有源层的实例。在该实例中，通过金属有机气相外延MOVPE法在INP衬底上生长外延层结构。0006引用列表0007非专利文献0008非专利文献1MPETER等人，“基于INP衬底上的GA1XINXAS/GAAS1YSBYII。
9、型超晶格的发光二极管和激光二极管”“LIGHTEMITTINGDIODESANDLASERDIODESBASEDONAGA1XINXAS/GAAS1YSBYTYPEIISUPERLATTICEONINPSUBSTRATE”，应用物理快报APPLPHYSLETT，第74卷，第14期，1999年4月5日发明内容0009技术问题0010然而，各自具有由1020对INGAAS/GAASSB构成的II型MQW的这种LED等不能实现足够高的发光强度。与包含膜厚度与II型MQW类似的块状晶体或I型MQW的发光元件相比，在II型MQW中发光的跃迁概率低且发光强度低。为了提高发光强度，需要提高对的数目。然而，当。
10、对的数目提高时，在量子阱之间的界面处产生缺陷。随着对的数目的增大，缺陷积聚并被上层继承。结果，结晶性劣化且发光强度降低。另外，随着缺陷增大，载流子扩散长度变短。基于该原因，即使当对的数目提高时，许多对仍不有助于发光。这导致发光强度下降。0011基于该原因，当前不存在具有以在近红外区域内以足够高强度发光的方式构造的说明书CN104137280A2/12页4II型MQW有源层的发光元件。0012本发明的目的是提供发光元件，所述发光元件具有由IIIV族化合物半导体形成的II型MQW并以在足够高强度下发光的方式构造；充当所述发光元件的中间材料的外延晶片；以及制造所述外延晶片的方法。0013解决问题的方。
11、案0014根据本发明的制造外延晶片的方法为制造包含由IIIV族化合物半导体形成的外延层结构的外延晶片的方法。该方法包括在IIIV族化合物半导体衬底上生长具有II型多量子阱结构MQW的有源层的步骤，其中在形成II型多量子阱结构的步骤中，通过仅使用金属有机源的金属有机气相外延法形成II型多量子阱结构，并且使得II型多量子阱结构的对的数目为25以上。0015此处，称作全金属有机源MOVPE法的仅使用金属有机源的金属有机气相外延法，是指仅将由有机物质与金属之间的化合物构成的金属有机源用作气相外延的源原料。0016根据上述制造方法，通过全金属有机源MOVPE法淀积所有外延层。在全金属有机源MOVPE法中。
12、，源气体的分解效率高且不大可能产生中间反应产物。由此，阻碍发生急剧组成变化的源气体不大可能残留在与晶体生长相关的近衬底区域内。因此，即使当MQW对的数目增大时，仍能够得到具有高结晶性的外延层。即使当MQW对的数目增大至25以上时，载流子扩散长度也变得足够大且整个MQW都有助于发光，从而导致发光强度提高。现有发光元件对的数目为20以下；然而，如上所述，其能够提高至25以上，或50以上。对的数目可以为100以上。然而，即使利用全金属有机源MOVPE法，对的数目过大仍造成结晶性劣化。因此，对的数目的上限优选为约300。0017发光元件没有限制，只要其为被构造为发光的元件即可。发光元件可以为任意发光元。
13、件如LED发光二极管或LD激光二极管。0018通过在500以下的生长温度下生长II型多量子阱结构，能够在外延层结构的表面中形成数量密度为100个/CM2以上的凸起部或凹陷部。0019通过形成由表面中的凸起部或凹陷部构成的表面图案，从有源层发射的光在接触层表面处不大可能经历全反射，从而有助于从外延层结构或接触层的表面的光发射。换言之，光的提取提高，从而能够提高发光强度。通常，缺陷的产生还造成表面粗糙化或形成不规则；然而，缺陷的产生造成发光强度降低。根据本发明人实施的研究，特殊的表面图案不是由缺陷造成的且不会造成发光强度的下降。在通过标准MOVPE法实施的生长中，源的分解效率低并因此在500以下的。
14、淀积难以实现。然而，全金属有机源MOVPE法使得即使在500以下源的分解效率也高，从而能够形成具有高结晶性的多量子阱结构。应注意，在500以下的生长温度范围中，随着对的数目增大，在接触层的表面中形成表面图案。该问题的原因未知；然而，其发生的再现率为100。0020上述凸起部或凹陷部各自具有约30M以下的直径。当单位面积的凸起部或凹陷部的数目超过106/CM2时，整个表面塞满并覆盖有凸起部或凹陷部且各个凸起部或凹陷部的计数变得难以实施。当数量密度为106/CM2以下时，能够努力实现计数。凸起部或凹陷部的平面形状通常为圆形，但在某些情况中，为细长的矩形或椭圆形。在这种情况中，将“在更短长度方向上测。
15、量的直径”定义为直径。直径的下限为约5M以上。0021生长温度是指通过利用包含红外线照相机和红外线分光仪的高温计进行监控而说明书CN104137280A3/12页5得到的衬底表面温度。该温度称作衬底表面温度，但严格地其为淀积在衬底上的外延层的表面的温度。将所述温度称作各种名称如衬底温度、生长温度和淀积温度；然而，这些名称是指通过监控得到的上述温度。0022优选在450以上的生长温度下生长所述II型多量子阱结构。0023当将生长温度设定为低于450时，晶格缺陷密度由于低温生长而增大，从而导致结晶性劣化且发光强度下降。基于该原因，将生长温度优选设定为450以上。0024可以还包括形成由IIIV族化。
16、合物半导体形成的接触层的步骤，所述步骤在形成所述II型多量子阱结构的步骤之后实施，其中从开始生长所述多量子阱结构到所述接触层的生长结束为止，在同一生长室内实施仅使用金属有机源的所述金属有机气相外延法，从而在形成所述多量子阱结构的步骤与形成所述接触层的步骤之间不会发生形成再生长界面的步骤。0025在此情况中，所述外延层结构可以包含含磷P层。0026结果，能够提供如下优势。0027E1通过全金属有机源MOVPE法之外的淀积法如分子束外延MBE法难以实施含磷层如INP的淀积。该问题的原因如下。在MBE法中，使用的源为固体源。因此，用于INP窗口层的磷P源为固体磷。由此，随着淀积的进行，作为源自淀积的。
17、残渣的固体磷积聚在淀积室的壁上。固体磷源具有高可燃性。因此，当设备处于开放状态时如在MBE法中的维护期间或源投入期间，发生火灾的可能性高。需要采取预防措施以防止火灾。相反，全金属有机源MOVPE法标准MOVPE同样不使用任何固体材料作为P源并因此在安全性等方面优异。另外，与MBE法相比，MOVPE法在生长效率方面更有利。0028E2另外，全金属有机源MOVPE法仅使用金属有机源气体如叔丁基膦TBP和三甲基铟TMI作为用于含磷层如INP的源气体。这种金属有机源气体的热分解易于实现并能够将生长温度设定为500以下。由此，通过利用全金属有机源MOVPE法生长含磷层如INP覆盖层，例如能够抑制下层的多。
18、量子阱结构的热分解。0029当在不使用任何金属有机源气体的条件下生长含磷层如INP覆盖层时，可以使用利用PH3膦作为磷源的方法。然而，PH3的热分解温度高且难以实施在500以下INP的生长。0030E3由于不会造成暴露在空气下，所以不包括含氧或碳的再生长界面。结果，能够确保高结晶性。0031此处，将这种再生长界面定义如下。通过预定生长法生长第一结晶层并然后将其临时暴露在空气下，并通过另一种生长方法在第一结晶层上以与其接触的方式生长第二结晶层。再生长界面是指第一结晶层与第二结晶层之间的界面。这种再生长界面满足11017CM3以上的氧浓度和11017CM3以上的碳浓度中的至少一者。0032E4由于。
19、在同一单个生长室内连续实施处理，所以能够在短时间内有效得到外延晶片。0033IIIV族化合物半导体衬底可以为INP衬底且II型多量子阱结构可以具有INGAAS/GAASSB对。0034这使得可发射波长在近红外区域内的光。在这种多量子阱中，INGAAS/GAASSB各自优选具有2NM以上且6NM以下的层厚度，并优选具有4NM以上且12NM以下范围内的对厚说明书CN104137280A4/12页6度。0035根据本发明的外延晶片是用于发光元件的外延晶片，所述外延晶片包含由IIIV族化合物半导体形成的外延层结构。这种外延晶片包含IIIV族化合物半导体衬底和设置在所述衬底上的II型多量子阱结构，其中I。
20、I型多量子阱结构对的数目为25以上。0036结果，能够获得具有高发光强度的发光元件。如上所述，现有发光元件的对的数目为20以下；然而，优选将其提高至25以上，或50以上。对的数目可以为100以上。然而，对的数目过大造成结晶性劣化。因此，对的数目优选为约300以下。0037还可以将接触层包含在外延层结构的表面中。另外，接触层可以由INGAAS形成。通过利用INGAAS形成接触层，与在INP上直接形成电极的情况相比，接触电阻能够下降。0038外延层结构的表面可以具有数量密度为100个/CM2以上的凸起部或凹陷部。0039通过在表面中形成由凸起部或凹陷部构成的表面图案，从有源层发射的光在外延层结构或。
21、接触层的表面处不大可能经历全反射，从而有助于通过外延层结构的表面将光发射到外部。为此，需要具有102个/CM2以上数量密度的凸起部或凹陷部。如上所述，随着对的数目的增大，凸起部或凹陷部的密度增大。当数量密度超过106个/CM2时，整个表面塞满并覆盖有凸起部或凹陷部且各个凸起部或凹陷部的计数变得难以实施。然而，即使在这种状态下，仍提供有助于将从有源层发射的光通过接触层的表面发射到外部的效果。应注意，数量密度期望为106个/CM2以下，因为对的数目增大造成结晶性劣化并不能获得足够的发光。0040关于凸起部或凹陷部，随着对的数目的增大并随着在500以下的生长温度范围内生长温度下降，在外延层结构的表面。
22、中形成表面图案。0041以上述方式测量凸起部或凹陷部。0042所述II型多量子阱结构可以为具有INGAAS/GAASSB对的多量子阱结构。0043在此情况中，能够得到以发射波长在近红外区域内的光的方式构造的发光元件；另外，能够使得光致发光PL的峰值波长为2000NM以上且3000NM以下。在这种多量子阱结构中，INGAAS/GAASSB各自优选具有2NM以上6NM以下范围内的层厚度，并优选具有4NM以上12NM以下范围内的对厚度。0044可以包含设置在衬底侧上的衬底侧第一导电型INP覆盖层和设置在表面侧的表面侧第二导电型INP覆盖层，使得所述覆盖层在其间夹有II型多量子阱结构。0045在此情况。
23、中，由具有宽带隙的INP形成的覆盖层夹住有源层，从而抑制载流子的泄漏并能够促进LED发光二极管等的发光。除了INP覆盖层之外，还存在INGAAS层和INGAASP层。然而，这些层具有比INP更小的带隙且INP覆盖层在抑制载流子泄漏方面更好。具有高折射率的INGAAS层、INGAASP层等适合作为LD激光二极管中的光导层等并在大量实例中进行了公开。然而，关于LED，这种层不是特别必要的且在异质界面的品质方面并从不需要要求晶体生长技术的四元体系生长考虑优选使用INP覆盖层。还不寻常的是，将INP覆盖层用作设置在有源层两侧上的覆盖层。0046可以使用其中在II型多量子阱结构与外延层结构的表面之间不存。
24、在再生长界面的构造。0047在此情况中，由于不存在再生长界面，所以能够得到晶格缺陷密度低且结晶性高的外延层结构。说明书CN104137280A5/12页70048由上述外延晶片中的任意一者制造根据本发明的发光元件。0049在此情况中，能够得到具有高发光强度的发光元件。0050发明效果0051例如，由根据本发明的外延晶片，能够得到发光元件，其具有由IIIV族化合物半导体形成的II型MQW并以发射具有足够强度的光的方式构造。附图说明0052图1显示根据本发明实施方案的外延晶片。0053图2是制造图1中的外延晶片的流程图。0054图3显示用于全金属有机源MOVPE法的淀积设备的管道系统等。0055图。
25、4A显示金属有机分子的流动和热流动。0056图4B是衬底表面上的金属有机分子的示意图。0057图5A是实施例1中的发明例A1中的接触层表面的示意图。0058图5B是实施例1中的发明例A2中的接触层表面的示意图。0059图5C是实施例1中的发明例A3中的接触层表面的示意图。0060图6A是实施例1中的比较例B1中的接触层表面的示意图。0061图6B是实施例1中的发明例A4中的接触层表面的示意图。0062图7A是显示在实施例1中的发明例A1中PL强度与波长之间的关系的图。0063图7B是显示在实施例1中的发明例A2中PL强度与波长之间的关系的图。0064图7C是显示在实施例1中的发明例A3中PL强。
26、度与波长之间的关系的图。0065图8A是显示在实施例1中的比较例B1中PL强度与波长之间的关系的图。0066图8B是显示在实施例1中的发明例A4中PL强度与波长之间的关系的图。0067图9A是实施例2中的发明例A5中的接触层表面的示意图。0068图9B是实施例2中的发明例A3中的接触层表面的示意图。0069图9C是实施例2中的发明例A6中的接触层表面的示意图。0070图10A是显示在实施例2中的发明例A5中PL强度与波长之间的关系的图。0071图10B是显示在实施例2中的发明例A3中PL强度与波长之间的关系的图。0072图10C是显示在实施例2中的发明例A6中PL强度与波长之间的关系的图。00。
27、73附图标记00741INP衬底；2衬底侧N型覆盖层；3II型MQW有源层；4表面侧P型覆盖层；5P型接触层；10外延晶片发光元件；10A生长期间的外延晶片；60用于全金属有机源MOVPE法的淀积设备；61红外线温度计；63生长室；65石英管；66衬底台；66H加热器；69生长室窗口具体实施方式0075图1是显示根据本发明实施方案的用于形成发光元件的外延晶片10的示意图。在图1中，外延晶片10在INP衬底1上包含由IIIV族化合物半导体形成并具有如下构造的外延层结构。0076INP衬底1/衬底侧N型覆盖层2/由INGAAS/GAASSBII型MQW构成的有源层说明书CN104137280A6/。
28、12页83/表面侧P型覆盖层4/P型接触层50077在由INGAAS/GAASSB对构成的II型MQW中，膜厚度的组合没有特别限制，但各个层的厚度能够从2NM6NM的范围适当选择。0078例如，优选选择4NM/4NM。对的数目没有特别限制，只要其为25以上即可。例如，对的数目优选为50以上且约300以下。0079覆盖层2和4可以由具有比有源层3的带隙更大的带隙的任意IIIV族化合物半导体形成，并例如可以由INP形成。即，衬底侧N型INP覆盖层2和表面侧P型INP覆盖层4能够以夹住有源层3的方式设置。在此情况中，衬底侧N型INP覆盖层2优选以具有1000NM1M厚度的方式形成并掺杂有SI，从而具。
29、有11018CM3的载流子浓度。表面侧P型INP覆盖层4优选以具有800NM厚度的方式形成并掺杂有ZN，从而具有11018CM3的载流子浓度。覆盖层2和4可以由INP、INGAAS或INGAASP形成。然而，INP具有更宽的带隙并因此适用于载流子限域。例如，这对于LED应用是优选的。0080P型接触层5可以由可以容易地与P电极未示出形成欧姆接触并具有不会造成从有源层3发射的光的吸收的大带隙的任意IIIV族化合物半导体形成。例如，P型接触层5可以由INGAAS形成。P型INGAAS层5优选以具有例如约200NM厚度的方式形成并掺杂有ZN，从而具有11019CM3的载流子浓度。为了制造发光元件，将。
30、与P电极成对使用的N电极未示出设置在衬底侧N型INP覆盖层2上；并将载流子注入在N电极与P电极之间，从而在有源层3中造成II型跃迁。0081在发光期间，发生从INGAAS的导带到GAASSB的价带的电子跃迁II型跃迁，所述INGAAS为具有较低能量的导带的层，所述GAASSB为具有较高能量的价带的层。对应于跃迁的能量差的波长落在近红外区域内。发生II型跃迁的概率与INGAAS的导带中电子的波函数和GAASSB的价带中电子的波函数的乘积成比例。然而，波函数在空间上相互偏离且其间重叠小，从而乘积变小。由此，约10对的这种乘积值之和不会提供大的值。然而，根据本发明，通过提高对的数目，能够实现足够水平。
31、的发光强度。此处，问题在于，当对的数目增大时，得到晶格缺陷密度低的结晶层。下面将对其进行描述。本发明的一个重要点在于，以具有25对以上的方式形成构成有源层3的II型MQW。对的数目可以为50以上，或100以上。0082图2是显示外延层结构的生长过程的流程图。将IIIV族化合物半导体衬底如INP衬底设置在生长室的衬底台上，在所述生长室内实施全金属有机源MOVPE法。在该INP衬底上，以具有1000NM厚度的方式生长衬底侧N型INP覆盖层。该INP覆盖层还具有缓冲层的作用。该层掺杂有充当掺杂剂的SI，从而具有11018CM3的载流子浓度。随后，在500以下的生长温度下生长由II型MQWINGAAS。
32、/GAASSB构成的有源层，从而具有25以上4NM/4NM的对如50对250对。在生长衬底侧N型覆盖层2期间可以提前将生长温度设定为500以下。随后，以具有800NM厚度的方式生长表面侧P型INP覆盖层4。该层掺杂有充当掺杂剂的ZN以实现11018CM3。随后，在表面侧上生长P型INGAAS接触层5以具有200NM的厚度。该层掺杂有充当掺杂剂的ZN，从而实现11019CM3。0083将II型MQWINGAAS/GAASSB的生长温度设定为500以下，从而在构成外延层结构的表面层的接触层5的表面中形成具有30M以下直径的凸起部或凹陷部参考图5A、5B、5C、6A、6B、9A、9B和9C。这种凸起。
33、部或凹陷部的形成机理是未知的。另外，只要对的数说明书CN104137280A7/12页9目不过大且形成这种凸起部或凹陷部，则II型MQW等具有高结晶性，其原因也是未知的。将在接触层的表面中凸起部和正极的现象发现总结如下。00841通过将II型MQW3的生长温度设定为约500以下产生凸起部或凹陷部。在525的生长温度下，基本不产生凸起部或凹陷部在250对的情况中。随着生长温度从约500下降，凸起部或凹陷部的密度其单位面积的数目下降。这些发现是以其中II型MQW的对的数目为250的情况为基础的。00852在将生长温度固定为500的同时，改变II型MQW对的数目。随着对的数目增大，凸起部或凹陷部的密。
34、度增大。当II型MQW对的数目为约250时，数量密度变为106CM2。在此情况中，发光强度最大。00863当II型MQW3对的数目过大时，产生超过106CM2的数量密度的凸起部或凹陷部并且凸起部或凹陷部覆盖整个表面。在此情况中，II型MQW3等的结晶性也因为对的数目过大而劣化。II型MQW3的对的数目的增大是造成结晶性劣化的因素。因此，在例如300对以上的情况中发光效率下降的直接原因不是凸起部或凹陷部的影响，而是MQW自身结晶性的劣化。00874鉴于所有上述现象等，在接触层5的表面中产生的凸起部或凹陷部提高发光强度的原因如下。当在II型MQW中产生光且发射光以通过接触层5的表面时，这种凸起部或。
35、凹陷部抑制全反射的发生，从而提高光对外部的透过率发射率。0088即使当将II型MQW3对的数目提高至25以上如50以上时，也能够确保高结晶性。这通过生长方法来实现。0089图3显示用于全金属有机源MOVPE法的淀积设备60的管道系统等。将石英管65设置在生长室室63内。将源气体引入石英管65。在石英管65中，以旋转并密封的方式设置衬底台66。衬底台66安装有用于加热衬底的加热器66H。利用红外线温度计61通过设置在生长室63的天花板部分中的窗口69对淀积期间外延晶片10A的表面温度进行监控。将该监控的温度称作例如生长期间的温度、生长温度或衬底温度。关于在根据本发明的制造方法中在500以下的生长。
36、温度下形成MQW，该500以下的温度为在温度监控中测得的温度。利用真空泵对石英管65强制排气。0090通过连接到石英管65的管道供应源气体。全金属有机源MOVPE法具有以由有机物质与金属之间的化合物构成的金属有机源的形式供应所有源气体的特征。尽管图3未描述例如控制导电类型的杂质的源气体，但也以金属有机源的形式引入杂质。金属有机源包含在恒温浴中并保持在恒定温度下。所使用的载气为氢气H2和氮气N2。将金属有机源用载气进行运送并利用真空泵进行抽吸以由此引入石英管65。利用质量流量控制器MFC对载气的流量进行精确控制。大量的质量流量控制器、电磁阀等利用微型计算机来自动控制。0091在生长衬底侧覆盖层2。
37、之后，形成具有II型MQW的有源层3，其中量子阱由INGAAS/GAASSB对构成。在MQW中，GAASSB具有例如4NM的膜厚度；INGAAS具有例如4NM的膜厚度。在GAASSB的生长中，使用三乙基镓TEGA、叔丁基砷TBAS和三甲基锑TMSB。至于INGAAS，可以使用TEGA、三乙基铟TMIN和TBAS。这些源气体为全金属有机源。因此，所述气体能够在450以上且500以下的温度下完全分解以有助于晶体生长。通过全金属有机源MOVPE法可以形成具有II型MQW的有源层3，从而在量子阱中的界面处具有急说明书CN104137280A8/12页10剧的组成变化。结果，能够以高精确度实施分光光度法。
38、。0092GA镓源可以为TEGA三乙基镓或三甲基镓TMGA。IN铟源可以为TMIN三甲基铟或三乙基铟TEIN。AS砷源可以为TBAS叔丁基砷或三甲基砷TMAS。0093SB锑源可以为TMSB三甲基锑、三乙基锑TESB、三异丙基锑TIPSB或三二甲基氨基锑TDMASB。0094将金属有机源通过管道运载、引入石英管65并排出。通过提高管道数目，可以将任意数目的金属有机源供应至石英管65。例如，通过打开/关闭电磁阀能够控制甚至超过十种的源气体。0095利用图3中所示的质量流量控制器MFC控制金属有机源的流量并通过打开/关闭电磁阀来开始/停止将金属有机源引入石英管65。利用真空泵对石英管65强制排气。。
39、源气体不会停滞在任何位置且平稳地自动控制其流速。因此，在形成构成量子阱的对期间快速实现组成的转换。0096图4A显示金属有机分子的流动和热流动。图4B是衬底表面上的金属有机分子的示意图。对外延晶片10A的表面温度进行监控。表面温度为450以上且500以下。当将具有图4B中所示的大尺寸的金属有机分子流过晶片表面时，发生分解而有助于晶体生长的金属有机分子可能限制为与表面接触的分子和存在于从表面延伸几个金属有机分子长度的厚度范围内的分子。0097然而，当外延晶片表面温度或衬底温度过低而小于450时，大的金属有机分子、特别是碳不能充分分解或除去且并入外延晶片10A中。并入IIIV族化合物半导体中的碳充。
40、当P型杂质并形成不期望的半导体元件。由此，半导体的固有功能劣化，从而导致制造的半导体元件的性能劣化。0098当以对应于所述对的化学组成的方式利用电磁阀选择源气体并利用真空泵强制排气而引入所述源气体时，在由于惯性而轻微生长具有旧的化学组成的晶体之后，能够在不受旧的金属有机源气体的影响的情况下生长具有新化学组成的晶体。结果，能够在异质界面处实现急剧的组成变化。这意味着，旧金属有机源气体基本不会残留在石英管65中。0099当通过在超过500的温度范围内的生长形成II型MQW3时，未形成凸起部或凹陷部且MQW的GAASSB层明显经历相分离。鉴于此，应避免这种生长。然而，另一方面，如上所述，当采用小于4。
41、50的生长温度时，将必须包含在源气体中的碳并入外延晶片中。并入的碳充当P型杂质并因此造成性能劣化。0100另一点是，在同一生长室或同一石英管65内通过全金属有机源MOVPE法从生长衬底侧N型INP覆盖层2起、通过形成MQW3、到形成表面侧P型INP覆盖层4和P型INGAAS接触层5，连续实施图1中外延层结构的生长。可以在同一生长室内通过全金属有机源MOVPE法连续生长的主要原因是在生长其他层之后能够连续生长含磷P层而无问题。在IIIV族化合物半导体中，使用大量含P层如INP覆盖层和INGAASP覆盖层。0101当通过例如MBE分子束外延法生长含磷层如INP覆盖层时，如上所述，造成如下问题。01。
42、02在MBE法中，使用的源为固体源。因此，用于INP窗口层的磷P源为固体磷。由此，随着淀积进行，作为源自淀积的残渣的固体磷积聚在淀积室的壁上。固体磷源具有高可燃性。因此，当设备处于开放状态时如在MBE法中的维护期间或源投入期间，发生火灾的可说明书CN104137280A109/12页11能性高。需要采取预防措施以防止火灾。0103在全金属有机源MOVPE法中能够避免上述问题。通过全金属有机源MOVPE法生长含磷层如INP的优势如下。0104E1全金属有机源MOVPE法标准MOVPE同样不使用任何固体材料作为P源并因此在安全性等方面优异。另外，与MBE法相比，MOVPE法在生长效率方面更有利。0。
43、105E2全金属有机源MOVPE法仅使用金属有机源如TBP叔丁基膦和TMI三甲基铟作为用于INP的源气体。由此，易于实现热分解并能够将生长温度设定为500以下。充当磷源的无机物质PH3膦在500以下的低温下不会分解并不能有助于生长。当将生长温度设定为超过500的高温时，倾向于造成II型MQW的热分解且变得难以形成正常的MQW。当通过全金属有机源MOVPE法淀积INP层等时，保持具有高结晶性的多量子阱层有源层并例如能够形成表面侧INP覆盖层4。当通过全金属有机源MOVPE法形成表面侧INP覆盖层4时，由于仅将金属有机源用作如上所述的源气体，所以源气体在500以下发生热分解并能够在该热分解温度下生。
44、长表面侧INP覆盖层4。关于表面侧INP覆盖层4的这种低温生长，全金属有机源MOVPE法优于其他方法。0106E3由于在同一单个生长室内连续生长外延层，所以图1中的外延晶片发光元件10不具有任何再生长界面。再生长界面满足11017CM3以上的氧浓度和11017CM3以上的碳浓度中的至少一者。因此，这种再生长界面的结晶性低且外延层结构倾向于不具有平滑表面。在本发明中，除了IIIV族化合物半导体衬底与衬底侧INP覆盖层2之间的EPI衬底界面之外，氧和碳的浓度各自小于11017CM3。0107E4由于在同一单个生长室内连续实施处理，所以能够在短时间内有效地得到外延晶片。0108将全金属有机源MOVP。
45、E法用于实施在500以下且450以上的生长温度下从II型INGAAS/GAASSBMQW3到INGAAS接触层5的生长。结果，F1在其中对的数目为25以上或50以上的II型MQW中能够确保高结晶性；且F2在接触层5的表面中能够形成数量密度为100个CM2以上的凸起部或凹陷部。0109实施例0110图1中的外延晶片发光元件10在MQW对的数目和生长温度方面发生变化并关于如下各种性能进行测量INP衬底/衬底侧N型INP覆盖层厚度1000NM，SI的浓度11018CM3/II型INGAAS4NM和GAASSB4NMMQW/表面侧P型INP覆盖层厚度800NM，ZN的浓度11018CM3/P型INGA。
46、AS接触层厚度200NM，ZN的浓度11019CM3。0111实施例1MQW对的数目的影响0112使用如下五种样品。生长条件等描述于表I中。0113比较例B115对，生长温度为5000114发明例A150对，生长温度为5000115发明例A2150对，生长温度为5000116发明例A3250对，生长温度为5000117发明例A4350对，生长温度为5000118测量项目1具有30M以下直径的凸起部或凹陷部的密度，和2在室温下光致发光的强度、峰值波长和半峰宽。说明书CN104137280A1110/12页1201191接触层表面中的凸起部或凹陷部0120首先对接触层表面中的凸起部或凹陷部进行说明。
47、。图5A、5B和5C是分别显示在50对发明例A1、150对发明例A2和250对发明例A3的情况中接触层的表面的示意图。在图5A中的50对的情况中，密度太低，使得在努力下能够将凸起部或凹陷部捕集在视野内。该数量密度为100CM2。随着将对的数目从150提高到250，数量密度从5104CM2提高到1106CM2。0121图6A和6B是分别显示在15对比较例B1和350对发明例A4的情况中接触层的表面的示意图。在15对的情况中，数量密度为30CM2。在图6A中，在视野中显示单个凸起部或凹陷部。然而，当随机选择视野时，大部分地，在其中未捕集到任何凸起部或凹陷部。相反，在图6B中，凸起部或凹陷部具有超过。
48、106CM2的数量密度并变成连续流动状形式。具有这种形式的凸起部或凹陷部的密度不能确定。01222室温下的光致发光0123图7A7C是其中绘制发明例A1A3中光致发光PL强度对波长的关系的图。波长区域为2000NM2600NM。发明例A1A3中的峰值波长一致落在2300NM10NM内。相对于定义为1的发明例A3的强度，所述峰值强度为08和09的高相对强度。0124图8A和8B是其中绘制分别在15对比较例B1和350对发明例A4的情况中光致发光PL强度对波长的关系的图。比较例B1中的峰值波长为2230NM，其比发明例A1A3的峰值波长短约70NM。相反，发明例A4具有2340NM的峰值波长，其比。
49、发明例A1A3的峰值波长长约40NM。比较例B1的峰值强度为04且发明例A4的峰值强度为05。其中对的数目为15的比较例B1在本发明的范围之外并且与其他实施例相比，具有较差的发光特性。与其他发明例相比，其中对的数目为25以上但过大的350的发明例A4也具有较差的发光特性。0125将这些结果总结于表I中。0126表I0127说明书CN104137280A1211/12页130128上述结果指示如下各自具有25对以上的发明例的外延晶片发光元件具有预定的发光强度；其中，各自具有50250对的外延晶片发光元件尤其具有足够高的发光强度。0129实施例2生长温度的影响0130随后，将II型MQW的生长温度在450525的范围内变化并测量与实施例1中相同的特性。使用如下样品。发明例A3与实施例1中相同。0131发明例A5250对，生长温度为4500132发明例A3250对，生长温度为5000133发明例A6250对，生长温度为52501341接触层表面中的凸起部或凹陷部0135图9A、9B和9C是分别显示在450的生长温度发明例A5、500的生长温度发明例A3和525的生长温度发明例A6的情况中接触层的表面的示意图。在图9A中的450的情况中，产。