TW540164B - Radiation-emitting semiconductor-body and its production method - Google Patents

Description

540164 五、發明説明（5 ) 體，活性層序列2之總厚度通常只有數個μπι。

AlGaAs層4，5，6較佳是藉由液相磊晶法（LPE)而製成 且厚度可達50μιη。在生長方向中液相磊晶法中所產生之 鋁空乏（depletion)可藉由本發明之AlGaAs多層結構而成 爲”無害處（undamaged)’’。以本發明具有二個或多個 AlGaAs層之AlGaAs多層結構爲基礎，則可藉由多次LPE 生長（或拉升（boot))過程而製成層厚度較大之無支撐式透 明之AlGaAs-LPE層。具有足夠之機械穩定性之總厚度介 於100和200μηι之間之層可以上述方式很簡單地製成。沈 積時之溫度是在7〇〇-l〇〇〇°C。 緦之，AlGaAs多層結構4，5，6中之A1含量未超過一 較大之層厚度（> 1 〇〇nm)時對活性層中所產生之光而言須下 降至小於該透明範圍之下，所發出之光在AlGaAs層中因 此不會被大量地（>3%)吸收。但鋁含量小於透明範圍之這 些薄層（10-30 Onm)(例如，請比較第lb圖中以圓圈所示之 由AlGaAs多層結構至活性層序列2之接面區10)特別是 可作爲鋁含量很高之AlGaAs層用之覆蓋層，因此可使含 鋁之層在空氣中不會被氧化，否則氧化後之層對該活性層 序列2之隨後之各磊晶層而言是一種不期望之電性隔離用 之截止層。 在第2a至2e圖所示之製造第la，lb圖之可發出輻射 之半導體主體所用之方法中，首先在磊晶基板7(其例如由 GaAs或其它適當之材料所構成）上藉由液相磊晶法依序生 長二個AlGaAs層4，5，6。這些步驟是在第一'製程溫度（ 540164 五、發明説明（7 ) (Freez)法（VGF)來製成。 爲了獲得電性接觸區相面對之此種晶片結構，則磊晶基 板Π須摻雜成具有導電性。 本發明之半導體層序列同樣特別適合用來製成半導體主 體，其中經由視窗層3親合而出或親合而入之輻射之波長 是在紅外線區域中或紅色光譜區中且小於8 70nm。視窗層 3之吸收邊緣調整至一種較耦合而出或耦合而入之輻射還 短之波長處。 本發明之層序列可有利地用於垂直式表面發射之半導體 雷射結構中或用於發光二極體結構中。 本發明之半導體主體之半導體層依據組件結構而由下述 方式所形成： -在發光之二極體（LEDs)中由各導電層（可能另有一些佈 拉格（Bragg)反射層）所形成，其對該活性層中所產生之 光而言是透明的。活性層通常由一個或多個量子膜所構 成。一種配置在活性層上之層序列另外可由導電層所構 成以便與電性接觸區形成歐姆連接。由AlGaAs-多層結 構及AlGaAs-嘉晶基板之穿透性，則低能量光束之一部 份可由活性層經由AlGaAs-視窗層之背面或藉由可反射 之背面接觸區而反射至AlGaAs-視窗層之背面且一部份 向外耦合至側面及/或向前耦合而出。因此，藉助於透 明之AlGaAs-多層結構或透明之AlGaAs-磊晶基板亦可 形成向後發射用之LED結構。活性LED結構之磊晶過 程直接在視窗層上進行，即，在AlGaAs多層結構上或 -9- 540164 五、發明説明（8 )

AlGaAs磊晶基板上進行，此時事後不必藉由技術上昂 貴之晶圓連結或熔合而形成部份導電性之透明之基板載 體接觸區。 -在由導電層構成之共振發光二極體（RCLEDs)中，其具 有週期數較少（典型上是5個週期，因此未使用雷射功 倉g)之回授式佈拉格（Bragg)反射層，其對活性層中所產 生之光而言是透明的。 活性層通常由一個或多個量子膜所構成。總厚度是發 射波長之一半之整數倍。量子膜之位置是在駐波場 (field)之腹部位置中。 隨後所配置之層序列由相位已調整之佈拉格-反射層 所構成。這些層另外可由稍後之歐姆金屬接觸用之導電 層所構成。 由於AlGaAs多層結構或AlGaAs磊晶基板之透明性 ，則低能量光束之一部份可由活性層經由AlGaAs-視窗 層之背面或藉由可反射之背面接觸區而反射至AlGaAs-視窗層之背面且一部份向外耦合至側面及/或向前耦合而 出。因此，藉助於透明之AlGaAs-多層結構或透明之 AlGaAs-磊晶基板亦可形成向後發射用之LED結構。活 性RCLED結構之嘉晶過程直接在AlGaAs-多層結構上 或AlGaAs-磊晶基板上進行，此時事後不必藉由技術上 昂貴之晶圓連結或熔合而形成部份導電性之透明之基板 載體接觸區。 -在經由基板向後耦合而出之垂直式表面發射用雷射結構 -10- 540164 五、發明説明（9) (VCSEL)中，其由導電層所構成且具有週期數較多（典型 上是22個週期）之回授式佈拉格反射層，因此可在品質 較高之共振器中在大於臨限（threshold)電流時使用吸收 性較小之雷射功能。 活性層通常由一個或多個量子膜所構成。總厚度是發 射波長之一半之整數倍。量子膜之位置是在駐波場 (field)之腹部位置中。 隨後所配置之層序列由相位已調整之佈拉格-反射層（ 典型上是27週期）所構成，其作爲活性層中所產生之光 束用之較高品質之反射器（R大約是0.99)。這些層另外 可由稍後之歐姆金屬接觸用之導電層所構成。 由於AlGaAs -多層結構或AlGaAs -嘉晶基板之透明性 ，則低能量之雷射束之此部份（其由於已回授之佈拉格 反射層之較小之反射性而離開雷射共振器）未被吸收即 經由AlGaAs-背面層耦合而出。藉助於透明之AlGaAs-多層結構或AlGaAs-磊晶基板，則可製成可向後發射之 VCSEL結構。活性VCSEL結構之磊晶過程直接在視窗 層上進行’即，在AlGaAs多層結構上或AlGaAs嘉晶 基板上進行，此時事後不必藉由技術上昂貴之晶圓連結 或熔合而形成部份導電性之透明之基板載體接觸區。 符號之說明 1 半導體主體 2 層序列 3 視窗層 4,5,6 AlGaAs 層 -11- 540164 10 磊晶基板 接觸層 五、發明説明（） 7,11 8,9 -12-

Claims (1)

1. 540164 q碎Lf月H補土六、申請專利範圍 第90 1 27499號「可發出輻射之半導體主體及其製造方法 」專利案 (92年4月修正） 六、申請專利範圍： 1. 一種可發出輻射之半導體主體（1)，其包含：一可發 出輻射之層序列（2 )及一種對所產生之輻射而言至少 是一部份可透過之視窗層（3 )，其特徵爲： 視窗層具有一個或多個依序配置之 AlGaAs層 (4，5，6 )，其藉由液相磊晶法或相同形式之方法而製 成且在遠離層序列（2)之處分別具有一種A1含量， 此種A1含量使AlGaAs對所產生之光束而言是可透 過的且此種A1含量在每一 AlGaAs層（4, 5,6)中在輻 射產生用之層序列（2 )中逐漸減少。 2. 如申請專利範圍第1項之可發出輻射之半導體主體 (1)，其中鄰接於層序列（2)之AlGaAs層（6)在至層 序列（2 )之接面區中具有一種鈍化層。 3. 如申請專利範圍第1項之可發出輻射之半導體主體 (1 )，其中鄰接於層序列（2)之AlGaAs層（6)在至層 序列（2)之接面區中具有一種鋁含量，其中AlGaAs 在含氧之大氣中未被氧化或只稍微氧化，因此該 AlGaAs層可用作鈍化層。 4. 如申請專利範圍第3項之可發出輻射之半導體主體（1 ) ，其中該接面區之層厚度介於10nm和3 0nm之間。 ^164 六 申凊專利範圍

   5·如申請專利範圍第1至4項中任一項之可發出輻射 之半導體主體（1)，其中一經由視窗層（3)耦合而出 或耦合而入之輻射之波長小於870nm且視窗層（3)之 吸收邊緣藉由可改變之鋁含量而整體上處於較短之 波長中。 6·如申請專利範圍第1項之可發出輻射之半導體主體 (1)，其中AlGaAs層（4,5,6)摻雜成具有導電性。 7·如申請專利範圍第1項之可發出輻射之半導體主體 ㈠），其中視窗層（3)之厚度大於5μπι。 δ· 申請專利範圍第7項之可發出輻射之半導體主體 (1 )，其中視窗層（3 )具有一種無支撐之基板，其厚 度介於ΙΟΟμπι和ΙΟΟΟμπι之間。 9·如申請專利範圍第1項之可發出輻射之半導體主體 (1 )，其中視窗層（3 )藉由液相磊晶或類似方法生長 而成，層序列（2 )藉由氣相磊晶，特別是藉由金屬有 機之氣相磊晶或分子束磊晶或類似之磊晶方式，生 長而成。 10.—種可發出輻射之半導體主體（1)，其包含：一可發 出輻射之層序列（2 )及一種對所產生之輻射而言至少 是一部份可透過之視窗層（3 )，其特徵爲： 視窗層（3 )由無支撐之磊晶基板（1 1 )所形成，其由 AlGaAs所構成且具有一種鋁（Α1 )含量，此種鋁含量 使AlGaAs對所產生之輻射而言是可透過的。 540164 _______I 你丨》上―i U^—麵 六、申請專利範圍 ; 11·如申請專利範圍第1 0項之可發出輻射之半導體主體 (1 )，其中一經由視窗層（3 )耦合而出或耦合而入之 輻射之波長小於870nm且視窗層（3)之吸收邊緣處於 一種較短之波長中。 12如申請專利範圍第1 0或1 1項之可發出輻射之半導 體主體（1 )，其中該磊晶基板藉由 Vert i cal Gradient Freeze方法而製成。 Π如申請專利範圍第1或1 0項之可發出輻射之半導體 主體（1 )，其中視窗層（3 )摻雜成具有導電性。 14. 如申請專利範圍第1或1 0項之可發出輻射之半導體 主體（1)，其中層序列（2)具有一垂直式表面發射用 之半導體雷射結構。 15. 如申請專利範圍第1或1 0項之可發出輻射之半導體 主體（1 )，其中此層序列（2 )具有發光二極體結構。 16. —種可發出輻射之半導體主體（1 )之製造方法，此半 導體主體（1 )是申請專利範圍第1至9項中任一項或 第1 3至1 5項中任一項（其依附於第1至9項中任一 項）所述者，其特徵爲以下各步驟： a )製備一種裔晶基板（7 ); b )在第一製程溫度中藉由液相磊晶而在磊晶基板（7 ) 上生長 AlGaAs 層（4,5,6); c )在第二製程溫度中藉由金屬有機之氣相磊晶或分 子束磊晶而在AlGaAs層（4, 5,6)上生長該層序列 540164 屮年9月，构修正 六、申請專利範圍 (2)0 17. 如申請專利範圍第1 6項之製造方法，其中第一製程 溫度介於7 0 0 °C和1 0 0 0 °C之間，第二製程溫度介於 400°C 及 800°C 之間。 18. 如申請專利範圍第1 6或1 7項之製造方法，其中在 步驟c )之後使嘉晶基板（7 )被去除。 ia —種可發出輻射之半導體主體（1)之製造方法，此半 導體主體（1)是申請專利範圍第10，11或12項或第 1 3，1 4或1 5項（其依附於第1 0，1 1或1 2項）所述 者，其特徵爲以下各步驟： a) 製備一種無支撐之磊晶基板（11)，其由AlGaAs多 層結構所構成且具有一種A1含量，此種a 1含量 使AlGaAs對所產生之輻射而言是可透過的， b) 在第二製程溫度中藉由金屬有機之氣相磊晶或分 子中磊晶而在磊晶基板上生長該層序列（2 )。 2〇·如申請專利範圍第1 9項之製造方法，其中磊晶基板 藉由垂直梯度冷凍法（Vertical Gradient Freeze (VGF))方法而製成。 21· —種基板（3 )之製造方法，其用來生長一可發出輻射 之半導體主體，其特徵爲以下各步驟： a )製備一種磊晶基板（7 ); b)藉由液相嘉晶在嘉晶板（7)上生長一*種AlGaAs層 (4，5，6)，其中磊晶層中之A1含量隨著生長厚度 540164 六、申請專利範圍 涿漸增加而減少且須選取AlGaAs層之厚度，使其 中之A1含量對該可發出輻射之結構中所產生之輻 射而言不小於-或只在厚度到達30nm時才小於穿 透極限値； c)重複步驟b)直至基板（由AlGaAs層（4,5,6)所構 成）達到所期望之厚度爲止。 22. —種可發出輻射之半導體主體生長所用之基板（3 )， 其特徵爲： 其具有一個或多個依序配置之AlGaAs層（4,5, 6) ，這些層藉由液相磊晶法或類似之方法所製成且其 平均具有一種A1含量，此種A1含量使AlGaAs對一 種在可發出輻射之半導體主體中所產生之輻射而言 是可透過的，且在每一 AlGaAs層中由面向基板（3) 之第一主面之此側開始在至一種面向此基板（3 )之 第二主面（其與第一主面相面對）之此側之方向中此 AlGaAs具有下降之A1含量，其中之A1含量對所 產生之輻射而言不小於或只有厚度到達30nm時才 小於穿透極限値。