專利名稱：Al_xGa_(1-x)As襯底、紅外LED用外延晶片、紅外LED、制造Al_xGa_(1-x)As襯底的方法、制造紅 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及AlxGaa_x)As襯底、紅外LED用外延晶片、紅外LED、制造AlxGaa_x)As襯 底的方法、制造紅外LED用外延晶片的方法以及制造紅外LED的方法。
背景技術(shù)：
利用化合物半導(dǎo)體AlxGa(1_x)AS (0 ^ χ ^ 1)(下文中也被稱作“AlGaAs” (砷化鋁 鎵))的LED(發(fā)光二極管)被廣泛用作紅外光源。在諸如光通訊和無(wú)線傳輸?shù)倪@些應(yīng)用中 使用紅外LED作為紅外光源，并且在這些應(yīng)用中，正在發(fā)生的傳輸數(shù)據(jù)量的不斷增大以及 在更長(zhǎng)范圍的傳輸距離內(nèi)進(jìn)行傳輸導(dǎo)致要求提高紅外LED的輸出功率。在日本特開(kāi)2002-335008號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)中公開(kāi)了制造這種紅外LED的方法 的例子。在該專利文獻(xiàn)中提出了下列工藝步驟的實(shí)施。即，首先通過(guò)液相外延法(LPE法) 在GaAs (砷化鎵)襯底上形成AlxGa(1_x)AS支撐襯底。在那時(shí)，Al (鋁)在所述AlxGa(1_x)As 支撐襯底中的組成比基本均勻。隨后，通過(guò)有機(jī)金屬氣相外延法(0MVPE法)或分子束外延 法(MBE法)形成外延層。引用列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2002-335008號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題在上述專利文獻(xiàn)1中，Al在所述AlxGa(1_x)AS支撐襯底中的組成比大致均勻。作 為專注研究工作的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)問(wèn)題在于，在Al的組成比高的情況下，使用這種 AlxGa(1_x)As支撐襯底制造的紅外LED的性能發(fā)生劣化。作為專注研究工作的另一結(jié)果，本 發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)問(wèn)題在于，在Al的組成比低的情況下，這種AlxGaa_x)As支撐襯底的透射性能 差。其中，本發(fā)明的目的是能夠獲得AlxGa(1_x)AS襯底、紅外LED用外延晶片、紅外LED、 制造AlxGaa_x)As襯底的方法、制造紅外LED用外延晶片的方法以及制造紅外LED的方法，借 以保持高水平的透射性能，由此在半導(dǎo)體器件的制造中，所述器件證明具有優(yōu)異的特性。解決問(wèn)題的手段作為特別專心的研究工作的結(jié)果，本發(fā)明人不僅發(fā)現(xiàn)當(dāng)Al的組成比高時(shí)，使用所 述AlxGa(1_x)AS支撐襯底制造的紅外LED的性能變差，而且還發(fā)現(xiàn)了造成這種問(wèn)題的原因。 即，鋁具有易于氧化的傾向，因此易于在所述AlxGaa_x)As襯底的表面上形成氧化物層。由于 所述氧化物層會(huì)損傷在所述AlxGaa_x)As襯底上生長(zhǎng)的外延層，所以證明其為造成問(wèn)題的因 素，因?yàn)榻?jīng)由其將缺陷引入到所述外延層中。將缺陷引入外延層中的問(wèn)題在于，它們對(duì)包含所述外延層的紅外LED的性能是有害的。同時(shí)，本發(fā)明人通過(guò)研究工作還發(fā)現(xiàn)，Al在襯底中的組成比越低，AlxGa(1_x)AS襯底 的透射性能越差。在本文中，本發(fā)明的AlxGa(1_x)AS襯底為具有AlxGa(1_x)AS層(0彡χ彡1)的AlxGa(1_x) As襯底，所述AlxGa(1_x)AS層具有主面和在所述主面相反側(cè)的背面，且本發(fā)明的AlxGa(1_x)AS 襯底的特征在于，在所述AlxGaa_x)As層中，在背面中Al的組成比χ大于在主面中Al的組成比X。在上述AlxGa(1_x)AS襯底中，AlxGa(1_x)As層優(yōu)選含有多個(gè)層，以及在從所述層背面 側(cè)的平面朝向其主面?zhèn)鹊钠矫娴姆较蛏?，所述多個(gè)層的各個(gè)層中Al的組成比單調(diào)下降。對(duì)于上述AlxGaa_x)As襯底，優(yōu)選還具有與所述AlxGa(1_x)As層的所述背面接觸的 GaAs襯底。本發(fā)明的紅外LED用外延晶片具有上述說(shuō)明中任一項(xiàng)所述的AlxGaa_x)As襯底，以 及在所述AlxGaa_x)As層的所述主面上形成的且包含有源層的外延層。在上述紅外LED外延晶片中，優(yōu)選地，在外延層的與所述AlxGa(1_x)AS層接觸的平 面中Al的組成比χ大于在AlxGa(1_x)AS層的與所述外延層接觸的平面中Al的組成比χ。對(duì)于上述紅外LED用外延晶片，優(yōu)選地，所述外延晶片用于發(fā)射波長(zhǎng)為900nm以上 的紅外LED，且所述有源層內(nèi)的阱層包含含銦(In)材料，所述阱層具有四個(gè)以下的層。在上述紅外LED的外延晶片中，優(yōu)選地，所述阱層是銦的組成比為0. 05以上的 InGaAs0對(duì)于上述紅外LED用外延晶片，優(yōu)選地，所述外延晶片用于發(fā)射波長(zhǎng)為900nm以 上的紅外LED，且所述有源層內(nèi)的阻擋層包含含磷(P)材料，且所述阻擋層具有三個(gè)以上的層。在上述紅外LED外延晶片中，優(yōu)選地，所述阻擋層是磷的組成比為0.05以上的 GaAsP 或AlGaAsP。本發(fā)明的紅外LED具有在上述說(shuō)明中任一項(xiàng)所述的AlxGa(1_x)AS襯底；外延層；第 一電極；和第二電極。在所述AlxGaa_x)As層的所述主面上形成所述外延層，且所述外延層 包含有源層。在所述外延層的表面上形成第一電極。在所述AlxGa(1_x)AS層的背面上形成第 二電極。在具有GaAs襯底的形式的AlxGaa_x)As襯底中，在所述GaAs襯底的背面上形成所 述第二電極。本發(fā)明AlxGaa_x)As襯底的制造方法包括準(zhǔn)備GaAs襯底的步驟；以及通過(guò)液相外 延法在所述GaAs襯底上生長(zhǎng)具有主面的AlxGaa_x)As層(0 < χ < 1)的步驟。然后，在所述 生長(zhǎng)AlxGaa_x)As層的步驟中，將所述AlxGa(1_x)AS層生長(zhǎng)為在所述層與所述GaAs襯底之間 的界面中Al的組成比χ大于在所述主面中Al的組成比。關(guān)于上述AlxGaa_x)As襯底的制造方法，在所述生長(zhǎng)AlxGa(1_x)As層的步驟中，優(yōu)選 生長(zhǎng)含有多個(gè)層的AlxGa(1_x)AS層，其中在從沿所述層與所述GaAs襯底的界面的平面朝向 所述層的主面?zhèn)鹊钠矫娴姆较蛏?，Al的組成比χ單調(diào)下降。關(guān)于上述AlxGa(1_x)AS襯底的制造方法，優(yōu)選還包括除去所述GaAs襯底的步驟。本發(fā)明制造紅外LED用外延晶片的方法包括通過(guò)在上述說(shuō)明中任一項(xiàng)所述的制 造AlxGa(1_x)AS襯底的方法制造所述AlxGa(1_x)AS襯底的步驟；以及通過(guò)有機(jī)金屬氣相外延法或分子束外延法的至少一種方法，或者通過(guò)兩種技術(shù)的組合在所述AlxGa(1_x)AS層的所述主 面上形成含有有源層的外延層的步驟。關(guān)于上述紅外LED外延晶片的制造方法，其中在外延層的與所述AlxGa(1_x)AS層接 觸的平面中Al的組成比χ大于在AlxGa(1_x)AS層的與所述外延層接觸的平面中Al的組成比
Xo關(guān)于上述制造紅外LED用外延晶片的方法，優(yōu)選所述方法為制造用于如下紅外 LED的外延晶片的方法，所述紅外LED的發(fā)射波長(zhǎng)為900nm以上，且在所述有源層內(nèi)的阱層 包含含銦(In)材料，且所述阱層的數(shù)目為四層以下。關(guān)于上述紅外LED外延晶片的制造方法，優(yōu)選所述阱層是銦的組成比為0.05以上 的 InGaAs0關(guān)于上述制造紅外LED用外延晶片的方法，優(yōu)選所述方法為制造用于如下紅外 LED的外延晶片的方法，其中所述紅外LED的發(fā)射波長(zhǎng)為900nm以上，且在所述有源層內(nèi)的 阻擋層包含含磷(P)材料，且所述阻擋層的數(shù)目為三層以上。關(guān)于上述紅外LED外延晶片的制造方法，優(yōu)選所述阻擋層是磷的組成比為0.05以 上的 GaAsP 或 AlGaAsP。本發(fā)明紅外LED的制造方法包括通過(guò)上述說(shuō)明中任一項(xiàng)所述的制造AlxGa(1_x)AS 襯底的方法制造AlxGaa_x)As襯底的步驟；通過(guò)有機(jī)金屬氣相外延法或分子束外延法在所述 AlxGa(1_x)As層的所述主面上形成含有有源層的外延層的步驟；在所述外延層的表面上形成 第一電極的步驟；以及或者在所述AlxGa(1_x)AS層的背面上或者在所述GaAs襯底的背面(在 具有GaAs襯底的形式的AlxGa(1_x)AS襯底中)上形成第二電極的步驟。發(fā)明優(yōu)點(diǎn)根據(jù)本發(fā)明的AlxGaa_x)As襯底、紅外LED用外延晶片、紅外LED、制造AlxGa(1_x)As 襯底的方法、制造紅外LED用外延晶片的方法以及制造紅外LED的方法，保持了高水平的透 射性能，且在半導(dǎo)體器件的制造中，得到具有優(yōu)異特性的器件。


圖1為示例性的概略示出本發(fā)明實(shí)施方案1中的AlxGa(1_x)AS襯底的截面圖。圖2為說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方案1中AlxGa(1_x)AS層中Al的組成比的圖。圖3為說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方案1中AlxGa(1_x)AS層中Al的組成比的圖。圖4為說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方案1中AlxGa(1_x)AS層中Al的組成比的圖。圖5㈧ (G)為說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方案1中AlxGa(1_x)AS層中Al的組成比的圖。圖6為表示制造本發(fā)明實(shí)施方案1中的AlxGa(1_x)AS襯底的方法的流程圖。圖7為示例性的概略示出本發(fā)明實(shí)施方案1中GaAs襯底的截面圖。圖8為示例性的概略示出本發(fā)明實(shí)施方案1中已生長(zhǎng)的AlxGaa_x)As層的截面圖。圖9㈧ (C)為說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方案1中具有多個(gè)層的AlxGaa_x)As層的效果的 圖，在所述多個(gè)層中Al的組成比χ單調(diào)下降。圖10為示例性的概略示出本發(fā)明實(shí)施方案2中的AlxGa(1_x)AS襯底的截面圖。圖11為表示制造本發(fā)明實(shí)施方案2中的AlxGa(1_x)AS襯底的方法的流程圖。圖12為示例性的概略示出本發(fā)明實(shí)施方案3中的紅外LED外延晶片的截面圖。
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圖13為圖12中區(qū)域XIII放大的截面圖。圖14為表示制造本發(fā)明實(shí)施方案3中的紅外LED外延晶片的方法的流程圖。圖15為示例性顯示本發(fā)明實(shí)施方案4中的紅外LED外延晶片的截面圖。圖16為表示制造本發(fā)明實(shí)施方案4中的外延晶片的方法的流程圖。圖17為示例性的概略示出本發(fā)明實(shí)施方案5中的紅外LED外延晶片的截面圖。圖18為示例性的概略示出本發(fā)明實(shí)施方案6中的紅外LED的截面圖。圖19為表示制造本發(fā)明實(shí)施方案6中的紅外LED的方法的流程圖。圖20為示例性的概略示出本發(fā)明實(shí)施方案7中的紅外LED的截面圖。圖21為繪制實(shí)施例1的AlxGaa_x)As層中透射性能與Al的組成比χ之間關(guān)系的 圖。圖22為繪制實(shí)施例1的AlxGa(1_x)AS層中表面氧氣量與Al的組成比χ之間關(guān)系的 圖。圖23為示例性的概略示出實(shí)施例3中的紅外LED外延晶片的截面圖。圖24為圖示在實(shí)施例3中，從具有多量子阱結(jié)構(gòu)的有源層的紅外LED外延晶片中 光輸出與從用于雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)紅外LED的外延晶片中光輸出的圖。圖25為示意性概要地示出實(shí)施例4中的紅外LED外延晶片的截面圖。圖26為表示實(shí)施例4中窗口層的厚度與光輸出功率之間關(guān)系的圖。圖27為示例性的概略示出在本發(fā)明實(shí)施方案7的修改例中的紅外LED的截面圖。圖28為繪制實(shí)施例6中的紅外LED的發(fā)射波長(zhǎng)的測(cè)量結(jié)果的圖。參考符號(hào)列表10a、IOb :AlxGa(1_x)As 襯底11 :AlxGa(1_x)As 層11a、13a:主面llb、13b、20c2、21c 背面13 =GaAs 襯底20a、20b、20c、40、50 外延晶片20cl 表面21 有源層21a:阱層12b:阻擋層23 :接觸層30a、30b、30c :LED31、32:電極33 管座41、44:包覆層42,43 未摻雜的波導(dǎo)層
具體實(shí)施例方式下面，將根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行說(shuō)明。
實(shí)施方案1首先，參考圖1，對(duì)本實(shí)施方案中的AlxGaa_x)As襯底進(jìn)行說(shuō)明。如圖1中所示，AlxGa(1_x)As襯底10具有GaAs襯底13和在所述GaAs襯底13上形 成的 AlxGa(1_x)As 層 11。所述GaAs襯底13具有主面13a、和在所述主面13a相反側(cè)的背面13b。所述 AlxGa(1_x)As層11具有主面Ila和在所述主面Ila相反側(cè)的背面lib。所述GaAs襯底13可以具有或不具有取向偏離角，例如所述襯底可以具有主面 13a，所述主面13a為{100}面或所述主面13a相對(duì)于{100}面傾斜大于0°但在15.8°以 下。優(yōu)選的是，所述GaAs襯底13具有主面13a，所述主面13a為{100}面或所述主面13a 相對(duì)于{100}面傾斜大于0°但在2°以下。還優(yōu)選的是，所述GaAs襯底13具有一個(gè)表面， 所述表面為{100}面或所述表面相對(duì)于{100}面傾斜大于0°但在0.2°以下。所述GaAs 襯底13的表面可以是鏡面，或者可以是粗糙面。(應(yīng)理解，括號(hào)“{}”表示一類平面。)所述AlxGaa_x)As層11具有主面Ila和在所述主面Ila相反側(cè)的背面lib。所述 主面Ila為在與GaAs襯底13接觸的表面的相反側(cè)的表面。所述背面lib為與所述GaAs 襯底13接觸的表面。形成所述AlxGa(1_x)AS層11，使其與所述GaAs襯底13的所述主面13a接觸。換言 之，形成所述GaAs襯底13，使其與所述AlxGaa_x)As層11的背面lib接觸。在所述AlxGaa_x)As層11中，所述背面1 Ib中Al的組成比χ大于所述主面1 Ia中 Al的組成比χ。應(yīng)理解，所述組成比χ為Al的摩爾分?jǐn)?shù)，同時(shí)組成比(1-χ)為Ga的摩爾分?jǐn)?shù)。其中，參考圖2 5，對(duì)所述AlxGaa_x)As層11中的摩爾分?jǐn)?shù)進(jìn)行說(shuō)明。在圖2 5中，縱軸表示在穿過(guò)所述AlxGa(1_x)AS層11從其背面到其主面的厚度方 向上的位置，而橫軸表示在各個(gè)位置中Al的組成比χ。如圖2中所示，關(guān)于所述AlxGaa_x)As層11，從背面lib到主面11a，Al的組成比χ 單調(diào)下降?！皢握{(diào)下降”是指從所述AlxGa(1_x)AS層11的背面lib朝向主面Ila(朝向生長(zhǎng) 方向)的方向上，所述組成比χ始終相同或下降，并且與所述背面lib相比，所述主面Ila 的組成比χ更低。換言之，“單調(diào)下降”不會(huì)包括其中在朝向生長(zhǎng)方向的方向上組成比χ增大的部分。如圖3 5中所示，AlxGaa_x)As層11可包括多個(gè)層(在圖3 5中，其包括兩個(gè) 層)。關(guān)于圖3中所示的AlxGaa_x)As層11，在從背面lib側(cè)到主面Ila側(cè)的各個(gè)層中，Al 的組成比χ單調(diào)下降。同時(shí)，關(guān)于圖4中所示的AlxGa(1_x)AS層11，在各個(gè)層中Al的組成 比χ是均勻的，但是在沿背面lib的層中Al的組成比χ大于在沿主面Ila的層中Al的組 成比χ。在另一方面，在沿圖5㈧中所示的AlxGaa_x)As層11的背面lib的層中Al的組成 比χ是均勻的，而在沿主面Ila的層中Al的組成比χ單調(diào)下降，同時(shí)，在沿背面lib的層中 Al的組成比χ大于在沿主面Ila中Al的組成比χ?？傊?，關(guān)于在圖4和圖5 (A)中所示的 AlxGa(1_x)As層11，總體上Al的組成比χ單調(diào)下降。應(yīng)理解，所述AlxGaa_x)As層11中Al的組成比χ不限于上述情況，例如，所述組成 可以為圖5(B) (G)中所示的，或者還可以為單獨(dú)的例子。而且，不應(yīng)將所述AlxGa(1_x)AS 層11限制為含有一個(gè)層或兩個(gè)層的上述情況，而是可含有三個(gè)以上的層，只要在所述背面lib中Al的組成比χ大于在所述主面Ila中Al的組成比χ即可。當(dāng)將所述AlxGaa_x)As襯底10用于LED中時(shí)，例如，所述AlxGa(1_x)As層11作為窗 口層，其擴(kuò)散電流并傳輸源自有源層的光。接下來(lái)，參考圖6，對(duì)制造本實(shí)施方案中AlxGaa_x)As襯底的方法進(jìn)行說(shuō)明。如圖6和圖7中所示，首先準(zhǔn)備GaAs襯底13 (步驟Si)。所述GaAs襯底13可以具有或具有取向偏離角，例如所述襯底具有主面13a，所述 主面13a為{100}面或所述主面13a相對(duì)于{100}面傾斜大于0°但在15.8°以下。優(yōu)選 所述GaAs襯底13具有主面13a，所述主面13a為{100}面，或所述主面13a相對(duì)于{100} 面傾斜大于0°但在2°以下。還優(yōu)選所述GaAs襯底13具有主面13a，所述主面13a為 {100}面，或所述主面13a相對(duì)于{100}面傾斜大于0°但在0. 2°以下。如圖6和圖8中所示，通過(guò)液相外延法在所述GaAs襯底13上生長(zhǎng)具有主面Ila 的下一個(gè)AlxGa(1_x)AS層(0彡χ彡1) 11 (步驟S2)。通過(guò)生長(zhǎng)所述AlxGa(1_x)As層11的步驟 S2，將所述AlxGaa_x)As層生長(zhǎng)為在所述層與所述GaAs襯底13之間的界面(背面lib)中 Al的組成比χ大于在所述主面Ila中Al的組成比χ。所述液相外延法不受特殊限制，能夠使用緩慢冷卻或溫度分布技術(shù)。應(yīng)理解，“液 相外延法”是指從液相生長(zhǎng)AlxGa(1_x)As(0彡χ彡1)晶體的技術(shù)。“緩慢冷卻”技術(shù)是逐漸 降低原料溶液的溫度來(lái)生長(zhǎng)AlxGaa_x)As晶體的方法?！皽囟确植肌奔夹g(shù)是指在原料溶液中 設(shè)置溫度梯度來(lái)生長(zhǎng)AlxGa(1_x)AS晶體的方法。當(dāng)要生長(zhǎng)所述AlxGa(1_x)AS層11中Al的組成比χ固定的層時(shí)，優(yōu)選利用溫度分布 技術(shù)和緩慢冷卻技術(shù)，而當(dāng)要生長(zhǎng)Al的組成比χ沿向上的方向(在生長(zhǎng)方向上)下降的層 時(shí)，優(yōu)選利用緩慢冷卻技術(shù)。利用緩慢冷卻技術(shù)，由于其優(yōu)異的大量生產(chǎn)能力和低成本，所 以特別優(yōu)選緩慢冷卻技術(shù)。還可將這些技術(shù)合并。關(guān)于LPE法，由于利用了液相和固相之間的化學(xué)平衡，所以生長(zhǎng)速度快。因此，可 容易地形成厚度相當(dāng)大的AlxGaa_x)As層11。具體來(lái)說(shuō)，生長(zhǎng)了具有高度Hll的AlxGa(1_x)As 層11，所述高度Hl 1優(yōu)選為10 μ m 1000 μ m,更優(yōu)選為20 μ m 140 μ m。(在這種情況下， 沿所述AlxGaa_x)As層11的厚度方向上高度Hll的厚度最小。)進(jìn)一步優(yōu)選的條件是，所述AlxGaa_x)As層11的高度Hll與所述GaAs襯底13的高 度H13之比(H11/H13)為0. 1 0. 5，更優(yōu)選為0. 3 0. 5。這種條件因素能夠減輕已經(jīng)在 所述GaAs襯底13上生長(zhǎng)的所述AlxGa(1_x)AS層11中翹曲的發(fā)生率。而且，例如，可生長(zhǎng)所述AlxGa(1_x)AS層11，以便引入ρ型摻雜劑如鋅(Zn)、鎂(Mg) 和碳(C)，以及η型摻雜劑如硒(Se)、硫(S)和碲(Te)。以這種方式，通過(guò)LPE法生長(zhǎng)AlxGaa_x)As層11，這在所述AlxGa(1_x)AS層11的主面 Ila中產(chǎn)生鋸齒，如圖8中所示。然后，對(duì)所述AlxGa(1_x)AS層11的主面Ila進(jìn)行洗滌(步驟S3)。在步驟S3中，優(yōu) 選使用堿性溶液進(jìn)行洗滌。然而，還可以使用氧化性溶液如磷酸或硫酸。所述堿性溶液優(yōu) 選含有氨水和過(guò)氧化氫。利用含有氨水和過(guò)氧化氫的堿性溶液對(duì)所述主面Ila進(jìn)行洗滌可 腐蝕所述表面，這使得所述表面能夠與空氣接觸并可以將粘附在所述主面Ila上的雜質(zhì)除 去。通過(guò)控制所述方法，使得例如在0. 2 μ m/分鐘以下的腐蝕速率下，從所述主面Ila側(cè)腐 蝕不超過(guò)0.2μπι，減少了所述主面Ila的雜質(zhì)，同時(shí)腐蝕程度將變輕。應(yīng)注意，洗滌所述主面Ila的步驟S3可以省略。然后，利用醇對(duì)所述GaAs襯底13和所述AlxGa(1_x)As層11進(jìn)行干燥。然而，該干 燥步驟可以省略。接下來(lái)，對(duì)所述AlxGa(1_x)AS層11的主面Ila進(jìn)行研磨(步驟S4)。研磨的方法不 受特殊限制；可以使用機(jī)械研磨、化學(xué)機(jī)械研磨、電解研磨或化學(xué)研磨等，而從研磨的方便 性考慮，優(yōu)選機(jī)械研磨或化學(xué)研磨。對(duì)主面Ila進(jìn)行研磨，從而使得所述主面Ila的RMS粗糙度為例如0. 05nm以下。 優(yōu)選所述RMS表面粗糙度最小化。本文中，“RMS粗糙度”是指表面的均方粗糙度，如同JIS B0601所定義的-即，從平均平面到測(cè)量平面之間距離(偏差)平方的平均值的平方根。應(yīng) 注意，該研磨步驟S4可省略。接下來(lái)，對(duì)所述AlxGa(1_x)AS層11的主面Ila進(jìn)行洗滌(步驟S5)。因?yàn)閷?duì)所述主 面Ila進(jìn)行洗滌的這種步驟5與在實(shí)施所述研磨步驟4之前對(duì)所述主面Ila進(jìn)行洗滌的步 驟3相同，所以不再對(duì)所述步驟進(jìn)行重復(fù)說(shuō)明。應(yīng)注意，該洗滌步驟S5可省略。然后，在外延生長(zhǎng)之前，在H2(氫氣)和AsH3(砷化氫)流中，通過(guò)利用所述 AlxGa(1_x)As襯底IOa對(duì)所述GaAs襯底13和所述AlxGaa_x)As層11進(jìn)行熱清潔。應(yīng)注意，該 熱清潔步驟可省略。實(shí)施上述步驟S 1 S5，能夠制造本實(shí)施方案中的AlxGa(1_x)AS襯底10a，如圖1中 所示。如上所述，本實(shí)施方案中的AlxGaa_x)As襯底IOa為具有AlxGa(1_x)As層11的 AlxGa(1_x)AS襯底10a，所述AlxGaa_x)As層11具有主面Ila和在所述主面Ila相反側(cè)的背面 11b，且所述AlxGaa_x)As襯底IOa的特征在于，在所述AlxGa(1_x)As層11中，在所述背面lib 中Al的組成比χ大于在所述主面Ila中Al的組成比χ。然后，還向這種構(gòu)造中提供了與所 述AlxGaa_x)As層11的所述背面lib接觸的GaAs襯底13。另外，制造本實(shí)施方案中AlxGa(1_x)AS襯底IOa的方法包括準(zhǔn)備GaAs襯底13的步 驟(Si)和通過(guò)液相外延法在所述GaAs襯底13上生長(zhǎng)具有主面Ila的AlxGa(1_x)As層11 的步驟(S2)。所述方法的特征在于，在生長(zhǎng)所述AlxGaa_x)As層11的步驟(步驟S2)中，將 AlxGa(1_x)AS層生長(zhǎng)為在所述層與所述GaAs襯底13之間的界面(在所述背面lib中)中Al 的組成比χ大于在所述主面Ila中Al的組成比χ。根據(jù)本實(shí)施方案中AlxGa(1_x)AS襯底IOa和制造AlxGaa_x)As襯底IOa的方法，在背 面lib中Al的組成比χ大于在主面Ila中Al的組成比χ。因此，將所述主面Ila的表面 上存在的具有氧化傾向的鋁保持為最少。因此，能夠抑制在所述AlxGa(1_x)AS襯底IOa的表 面(在本實(shí)施方案中所述AlxGa(1_x)AS層11的所述主面Ila)上形成會(huì)充當(dāng)絕緣體的氧化物層。特別地，由于通過(guò)LPE法來(lái)生長(zhǎng)所述AlxGa(1_x)As層11，所以不大可能將氧氣弓丨入 到除主面Ila之外的層內(nèi)部區(qū)域內(nèi)。因此，當(dāng)在所述AlxGa(1_x)AS襯底IOa上生長(zhǎng)外延層時(shí)， 能夠防止將缺陷引入到所述外延層內(nèi)。結(jié)果，能夠提高具有所述外延層的紅外LED的特性。如上所述，在主面Ila中Al的組成比χ小于在背面lib中Al的組成比χ。本發(fā) 明人通過(guò)深入的研究工作發(fā)現(xiàn)，Al的組成比χ越大，AlxGaa_x)As襯底IOa的透射性能越好。 并且即使所述層沿所述背面lib含有大量的鋁，因?yàn)樵谒霰砻嫔掀芈兜臅r(shí)間短，所以使形成的任何氧化物層最小化。因此，在形成氧化物層最少的區(qū)域上生長(zhǎng)更高Al組成比χ的 AlxGa(1_x)As晶體，使得可提高透射率。以這種方式，在所述AlxGa(1_x)AS層11中，使得沿主面Ila的Al的組成比χ更低， 從而提高器件特性，同時(shí)使得沿背面lib的Al的組成比X更高，從而提高透射率。因此，能 夠獲得保持高水平透明度的AlxGaa_x)As襯底10a，在通過(guò)該襯底制造器件時(shí)，所述器件證明 具有優(yōu)異的特性。在上述AlxGaa_x)As襯底IOa中，優(yōu)選地，如圖3中所示，所述AlxGa(1_x)As層11含 有多個(gè)層，且在從背面lib側(cè)的平面朝向主面Ila側(cè)的平面的方向上，在各個(gè)層中Al的組 成比χ單調(diào)下降。在上述AlxGaa_x)As襯底IOa的制造方法中，優(yōu)選地，在生長(zhǎng)所述AlxGa(1_x)As層11 的步驟(步驟S2)中，優(yōu)選生長(zhǎng)含有多個(gè)層的AlxGaa_x)As層11，其中，在從沿所述層與所述 GaAs襯底13的界面的平面(從背面lib)朝向所述層的主面Ila側(cè)的平面的方向上，Al的 組成比χ單調(diào)下降。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，這樣構(gòu)成AlxGaa_x)As襯底IOa能夠減輕所述襯底中翹曲的發(fā)生。 下面，參考圖9(A) (C)，對(duì)該問(wèn)題的原因進(jìn)行說(shuō)明。圖9(A)表示一種情況，如圖2中所 示，其中在所述AlxGa(1_x)AS層11中Al的組成比χ單調(diào)下降的層部分為單個(gè)層。圖9 (B)表 示一種情況，其中，如圖3中所示，在所述AlxGa(1_x)AS層11中Al的組成比χ單調(diào)下降的層 部分為兩個(gè)層。圖9(C)表示了一種情況，其中在所述AlxGa(1_x)AS層11中Al的組成比χ單 調(diào)下降的層部分為三個(gè)層。在圖9(A) (C)中，橫軸表示在穿過(guò)所述AlxGaa_x)As層11從 其背面lib到其主面Ila的厚度方向上的位置，而縱軸表示在所述AlxGa(1_x)AS層11中各 個(gè)位置中Al的組成比χ。關(guān)于圖9㈧ (C)中所示的所述AlxGa(1_x)AS層11，在所述背面 lib中和在所述主面Ila中Al的組成比χ相同。在圖9㈧ (C)中，通過(guò)沿表示Al的組成比χ的對(duì)角線y的最高位置(點(diǎn)A)、沿 對(duì)角線y的最低位置(點(diǎn)B)、以及在從點(diǎn)A向下延伸時(shí)且在從點(diǎn)B向左延伸時(shí)構(gòu)成的交點(diǎn) (點(diǎn)C)形成虛構(gòu)的三角形。這些三角形的總表面積為施加到所述AlxGa(1_x)As層11上的應(yīng) 力。在所述AlxGaa_x)As層11中，由于這種應(yīng)力而發(fā)生翹曲。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在所述AlxGaa_x)As層11中越可能呈現(xiàn)翹曲，在三角形的幾何中心 G與沿所述AlxGa(1_x)AS層11厚度上的中心之間的距離ζ越大。在圖9(A)中所示的情況 中，所述幾何中心G為根據(jù)對(duì)角線y形成的三角形的幾何中心G，而在圖9(B)和9(C)中所 示的情況中，其為沿連接根據(jù)對(duì)角線y形成的三角形幾何中心Gl G3的線的中心。所述 幾何中心G為在所述AlxGa(1_x)AS層11內(nèi)共同添加的應(yīng)力的合力作用的位置。如圖9㈧ (C)中所示，Al的組成比χ單調(diào)下降的層數(shù)越多，從沿厚度方向上的 中心至幾何中心G所位于的厚度點(diǎn)之間的距離ζ變得越短，因此在所述AlxGa(1_x)AS層11中 發(fā)生翹曲越少。因此，形成其中Al的組成比χ單調(diào)下降的多個(gè)層，會(huì)減輕AlxGaa_x)As襯底 IOa中的翹曲。在本文中，關(guān)于所述圖中的幾個(gè)三角形，Al的組成比χ的最大值和最小值以 及所述AlxGa(1_x)AS層11的厚度相同，但是它們并不是必須相同可根據(jù)諸如透射率、翹曲 和界面狀態(tài)的因素，對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。實(shí)施方案2參考圖10，對(duì)本實(shí)施方案中的AlxGaa_x)As襯底IOb進(jìn)行說(shuō)明。
如圖10中所示，本實(shí)施方案中的AlxGaa_x)As襯底IOb基本上具有與實(shí)施方案1的 AlxGa(1_x)AS襯底IOa相同的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，但不同之處在于，其不具有GaAs襯底13。具體來(lái)說(shuō)，所述AlxGa(1_x)AS 襯底 IOb 具有 AlxGaa_x)As 層 11，所述 AlxGa(1_x)AS 層 11 具有主面Ila和在所述主面Ila相反側(cè)的背面lib。此外，在所述AlxGaa_x)As層11中，在 所述背面lib中Al的組成比χ大于在所述主面Ila中Al的組成比χ。優(yōu)選的是，本實(shí)施方案中AlxGa(1_x)AS層11的厚度足夠厚，從而使得所述AlxGa(1_x) As襯底IOb成為獨(dú)立式襯底。這種厚度Hll為例如70 μ m以上。接下來(lái)，參考圖11，對(duì)制造本實(shí)施方案中AlxGaa_x)As襯底IOb的方法進(jìn)行說(shuō)明。如圖11中所示，首先，以與實(shí)施方案1中相同的方式，實(shí)施準(zhǔn)備GaAs襯底13的步 驟Si、通過(guò)液相外延法生長(zhǎng)AlxGaa_x)As層11的步驟S2、洗滌步驟S3以及研磨步驟S4。從 而制造如圖1中所示的AlxGa(1_x)As襯底10a。然后，除去所述GaAs襯底13(步驟S6)。對(duì)于除去方法，例如，能夠使用諸如研磨 或腐蝕的技術(shù)。“研磨”是指在裝有金剛石研磨輪的研磨設(shè)備中使用研磨劑如氧化鋁、膠體 二氧化硅或金剛石來(lái)機(jī)械磨去所述GaAs襯底13。“腐蝕”是指使用腐蝕劑除去所述GaAs 襯底13，所述腐蝕劑通過(guò)將例如氨水、過(guò)氧化氫等進(jìn)行最佳混合來(lái)選擇，從而對(duì)AlxGa(1_x)AS 的腐蝕速率慢，但對(duì)GaAs的腐蝕速率快。接下來(lái)，以與實(shí)施方案1中相同的方式實(shí)施洗滌步驟S5。實(shí)施上述步驟S 1、32、53、54、56和35，能夠制造如圖10中所示的AlxGa(1_x)As襯 底 10b。應(yīng)理解，除了上述之外，另外的AlxGaa_x)As襯底IOb及其制造方法的構(gòu)成與實(shí)施 方案1中的AlxGa(1_x)AS襯底IOa及其制造方法相同，因此，利用相同的參考符號(hào)來(lái)標(biāo)記相同 的部分，并不再對(duì)它們進(jìn)行重復(fù)說(shuō)明。如上所述，本實(shí)施方案中的AlxGaa_x)As襯底IOb為具有AlxGa(1_x)As層11的 AlxGa(1_x)AS襯底10b，所述AlxGaa_x)As層11具有主面Ila和在所述主面Ila相反側(cè)的背面 11b，且所述AlxGaa_x)As襯底IOb的特征在于，在所述AlxGa(1_x)As層11中，在所述背面lib 中Al的組成比χ大于在所述主面Ila中Al的組成比χ。另外，制造本實(shí)施方案中AlxGa(1_x)AS襯底IOb的方法包括除去所述GaAs襯底13 的步驟(步驟S6)。根據(jù)本實(shí)施方案中的AlxGa(1_x)AS襯底IOb和制造AlxGaa_x)As襯底IOb的方法，可 獲得僅具有AlxGa(1_x)AS層11但不具有GaAs襯底13的AlxGa(1_x)As襯底10b。由于GaAs襯 底13吸收900nm以下波長(zhǎng)的光，所以在已經(jīng)除去了 GaAs襯底13的AlxGa(1_x)As襯底IOb上 生長(zhǎng)外延層，能夠制造用于紅外LED的外延晶片。使用這種紅外LED外延晶片來(lái)制造紅外 LED,使得能夠得到可保持高水平透明度并具有優(yōu)異器件特性的紅外LED。實(shí)施方案3參考圖12，對(duì)本實(shí)施方案中的外延晶片20a進(jìn)行說(shuō)明。如圖12中所示，所述外延晶片20a具有如圖1中所示的實(shí)施方案1的AlxGa(1_x)As 襯底10a、以及在所述AlxGa(1_x)AS層11的主面Ila上形成的含有有源層21的外延層。更 具體地說(shuō)，所述外延晶片20a具有GaAs襯底13、在所述GaAs襯底13上形成的AlxGa(1_x)As 層11以及在所述AlxGa(1_x)AS層11上形成的含有有源層21的外延層。所述有源層21的能帶間隙比所述AlxGa(1_x)AS層11的能帶間隙小。優(yōu)選的是，在所述有源層21與所述AlxGa(1_x)AS層11接觸的平面中(在所述有源 層的背面21c中)A1的組成比χ大于在所述AlxGa(1_x)AS層11與所述有源層21接觸的平面 (在本實(shí)施方案的主面Ila中)中Al的組成比χ。還優(yōu)選的是，在含有所述有源層21的所 述外延層中厚度最大的層中Al的組成比χ大于在所述AlxGa(1_x)AS層11與所述有源層21 接觸的平面中(在本實(shí)施方案中的主面Ila中)A1的組成比χ。這種方式能夠減輕在所述 外延晶片20a中發(fā)生的翹曲。應(yīng)理解，圖12中所示的區(qū)域XIII不限于所述有源層21的頂部。優(yōu)選的是，如圖 13中所示，所述有源層21具有多量子阱結(jié)構(gòu)。所述有源層21含有兩個(gè)以上阱層21a。將各 個(gè)所述阱層21a夾在能帶間隙大于所述阱層21a的阻擋層21b之間。特別地，將多個(gè)所述 阱層21a與帶隙大于所述阱層21a的多個(gè)所述阻擋層21b交替布置。關(guān)于所述有源層21， 可以將多個(gè)所述阱層21a全部夾在所述阻擋層21b之間，或者，將阱層21a布置在所述有源 層21的至少一個(gè)表面上，并將布置在所述有源層21的一個(gè)表面上的所述阱層21a夾在阻 擋層21b和另一個(gè)層(未示出)_如布置在所述阱層21a前側(cè)上的波導(dǎo)層或包覆層之間。所述有源層21優(yōu)選分別具有2 100個(gè)(包括兩個(gè)端值)、更優(yōu)選10 50個(gè)(包 括兩個(gè)端值)阱層21a和阻擋層21b。具有兩個(gè)以上阱層21a和阻擋層21b的方式構(gòu)成了 多量子阱結(jié)構(gòu)。具有十個(gè)以上的阱層21a和阻擋層21b通過(guò)提高光發(fā)射效率而提高了光輸 出。具有不超過(guò)一百個(gè)層的方式降低了為了建造所述有源層21的所需成本，并且具有不超 過(guò)五十個(gè)層的方式進(jìn)一步降低了這種成本。所述有源層21的厚度H21優(yōu)選為6nm 2 μ m(包括兩個(gè)端值)。6nm以上的厚度 H21提高了光強(qiáng)度。2μπι以下的厚度H21提高了產(chǎn)率。所述阱層21a的厚度H21a優(yōu)選為3nm 20nm(包括兩個(gè)端值)。所述阻擋層21b 的厚度H21b優(yōu)選為5nm 1 μ m(包括兩個(gè)端值)。同時(shí)構(gòu)成所述阱層21a的材料不受特殊限制，只要其具有比所述阻擋層21b小的 帶隙即可，能夠利用諸如GaAs、AlGaAs、InGaAs (砷化銦鎵)和AlInGaAs (砷化鋁銦鎵)的 材料。這些材料為與AlGaAs的晶格匹配非常合適的紅外發(fā)光物質(zhì)。在將所述外延晶片20a用于發(fā)射波長(zhǎng)為900nm以上的紅外LED的情況下，優(yōu)選地， 用于所述阱層21a的材料為含有In的InGaAs，其中In的組成比為0. 05以上。并且在所述 阱層21a包含含In材料的情況下，所述阱層21a和所述阻擋層21b優(yōu)選為各個(gè)具有四個(gè)以 下層的有源層21，更優(yōu)選為各個(gè)具有三個(gè)以下層的有源層21。同時(shí)所述阻擋層21b的材料不受限制，只要其帶隙大于所述阱層21a的帶隙即可， 可以利用AlGaAs、InGaP, AlInGaP, InGaAsP等材料。這些是與AlGaAs的晶格匹配合適的 材料。在將發(fā)射波長(zhǎng)為900nm以上、優(yōu)選940nm以上的外延晶片20a用于紅外LED的 情況下，用于所述有源層21內(nèi)的所述阻擋層21b的材料含有P，或優(yōu)選為或者GaAsP或者 AlGaAsP,其中P的組成比為0. 05以上。同樣地，在所述阻擋層21b包含含P材料的情況下， 優(yōu)選地，所述阱層21a和所述阻擋層21b為各個(gè)具有三個(gè)以上層的有源層21。優(yōu)選的是，除了在含有所述有源層21的所述外延層內(nèi)的原子(例如，元素如在外 延生長(zhǎng)環(huán)境中的原子)之外，原子元素的濃度低。
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應(yīng)理解，未將所述有源層21特殊限制為多量子阱結(jié)構(gòu)，其可以由單層構(gòu)成，或可 以為雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)。而且，盡管在本實(shí)施方案中，已經(jīng)對(duì)僅包括有源層21作為外延層的方式進(jìn)行了說(shuō) 明，但是還可以包括其它層如包覆層和未摻雜層。接下來(lái)，參考圖14，對(duì)制造本實(shí)施方案中紅外LED外延晶片20a的方法進(jìn)行說(shuō)明。如圖14中所示，首先通過(guò)實(shí)施方案1中制造AlxGaa_x)As襯底IOa的方法來(lái)制造 AlxGa(1_x)As 襯底 IOa (步驟 Sl S5)。然后，通過(guò)有機(jī)金屬氣相外延法在所述AlxGaa_x)As層11的主面Ila上沉積含有源 層21的外延層(步驟S7)。在步驟S7中，優(yōu)選的是，以在所述外延層的與所述AlxGa(1_x)AS層11接觸的平面中 (在所述外延層的所述背面21c中)A1的組成比χ大于在所述AlxGa(1_x)AS層的與所述外延 層接觸的平面中(在本實(shí)施方案中的主面Ila中)A1的組成比χ的方式來(lái)形成所述外延層 (在本實(shí)施方案中的有源層21)。還優(yōu)選在所述外延層中最厚的層中Al的組成比χ大于在 所述AlxGaa_x)As層11的與所述外延層接觸的平面中Al的組成比χ。有機(jī)金屬氣相外延法通過(guò)前體氣體在所述AlxGa(1_x)AS層11上的熱分解反應(yīng)來(lái)生 長(zhǎng)有源層21，并且通過(guò)一種不介入非平衡體系中的化學(xué)反應(yīng)階段的技術(shù)來(lái)分子束外延生長(zhǎng) 有源層21 ；因此，OMVPE和MBE技術(shù)可容易地控制所述有源層21的厚度。因此，可生長(zhǎng)具有兩個(gè)以上層的多個(gè)阱層21a的有源層21。而且，所述外延層(在本實(shí)施方案中為有源層21)的厚度H21相對(duì)于所述AlxGa(1_x) As層11的厚度Hl 1 (H21/H11的比值)為例如0. 05 0. 25 (包括兩個(gè)端值)，更優(yōu)選0. 15-0. 25(包括兩個(gè)端值)。這種方式能夠減輕在已經(jīng)于AlxGa(1_x)AS層11上生長(zhǎng)了外延層的狀 態(tài)中的翹曲發(fā)生率。在該步驟S7中，在所述AlxGa(1_x)AS層11上生長(zhǎng)含有如上所述有源層21的外延層。具體來(lái)說(shuō)，形成分別具有2 100個(gè)(包括兩個(gè)端值)、更優(yōu)選10 50個(gè)(包括 兩個(gè)端值)阱層21a和阻擋層21b的有源層21。還優(yōu)選生長(zhǎng)所述有源層21，從而具有6nm 2μπι的厚度H21。同樣地，優(yōu)選生長(zhǎng) 厚度H21a為3nm 20nm的阱層21a和厚度H21b為5nm 1 μ m的阻擋層21b。還優(yōu)選生長(zhǎng)由GaAs, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs 等制成的阱層 21a 和由 AlGaAs、 InGaP、AlInGaP、GaAsP、AlGaAsP、InGaAsP 等制成的阻擋層 21b。對(duì)于所述有源層21，在構(gòu)成所述AlxGaa_x)As襯底的GaAs和AlGaAs中是否存在晶 格失配(晶格弛豫)都無(wú)所謂。如果在所述阱層21a中存在晶格失配，那么可以使得所述 阻擋層21b在相反方向上發(fā)生晶格失配，并且對(duì)于所述外延晶片的總體結(jié)構(gòu)，從壓縮_延伸 來(lái)平衡晶體的翹曲。而且，所述晶體翹曲可以不高于或不低于所述晶格弛豫極限。然而，如 果不低于所述弛豫界限，則因?yàn)橐子诎l(fā)生貫通晶體的位錯(cuò)，所以希望不大于所述界限。作為例子，提供了將InGaAs用于阱層21a的情況。因?yàn)镮nGaAs的晶格常數(shù)比所 述GaAs襯底的大，所以如果生長(zhǎng)固定厚度以上的外延層，則會(huì)發(fā)生晶格弛豫。因此，通過(guò)具 有低于發(fā)生晶格弛豫的水平的厚度，能夠獲得將晶體貫通位錯(cuò)的發(fā)生率控制為最低的良好 晶體。
而且，如果將GaAsP用于阻擋層21b，則因?yàn)镚aAsP的晶格常數(shù)比所述GaAs襯底的 小，所以在其上生長(zhǎng)固定厚度以上的外延層時(shí)，會(huì)發(fā)生晶格弛豫。因此，通過(guò)具有低于發(fā)生 晶格弛豫的水平的厚度，能夠獲得將晶體貫通位錯(cuò)的發(fā)生率控制為最低的良好晶體。最后，關(guān)于所述GaAs襯底，利用InGaAs的晶格常數(shù)大而GaAsP的晶格常數(shù)小的特 征，通過(guò)利用用于所述阱層21a的InGaAs并利用用于所述阻擋層21b的GaAsP以整體上抵 消晶體中的晶格翹曲，能夠在不導(dǎo)致晶格弛豫達(dá)到或超過(guò)上述極限的情況下獲得將晶體貫 通位錯(cuò)的發(fā)生率控制為最低的良好晶體。通過(guò)實(shí)施上述步驟Sl S5和S7，可制造圖12中所示的外延晶片20a。應(yīng)理解，可以另外實(shí)施除去所述GaAs襯底13的步驟S6。例如，本文中可以在生長(zhǎng) 外延層的步驟S7之后，實(shí)施步驟S6，但并不特殊限于所述順序。例如，可以在研磨步驟S4 和洗滌步驟S5之間實(shí)施步驟S6。這里的步驟S6是實(shí)施方案2中的步驟S6，因此，不再重 復(fù)對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。在實(shí)施步驟S6的情況中，獲得了與圖15的后述外延晶片20b相同的結(jié) 構(gòu)。如上所述，在本實(shí)施方案中的紅外LED外延晶片20a具有實(shí)施方案1的AlxGa(1_x) As襯底IOa以及在所述AlxGa(1_x)AS層11的主面Ila上形成的含有有源層21的外延層。而且，本實(shí)施方案中制造紅外LED外延晶片20a的方法包括通過(guò)實(shí)施方案1的 AlxGa(1_x)As襯底IOa制造方法來(lái)制造AlxGaa_x)As襯底IOa的程序(步驟Sl S6)以及通 過(guò)有機(jī)金屬氣相外延法或分子束外延法的至少一種方法，在所述AlxGaa_x)As層的主面Ila 上形成含有有源層21的外延層的步驟(步驟S7)。根據(jù)本實(shí)施方案的紅外LED外延晶片20a及其方法，在具有AlxGaa_x)As層11的 AlxGa(1_x)AS襯底IOa上形成外延層，其中在主面Ila中Al的組成比χ比在背面lib中的低。 因此，能夠得到保持了高水平透明度的紅外LED外延晶片20a，由此，當(dāng)利用所述外延晶片 20a來(lái)制造器件時(shí)，所述器件證明具有優(yōu)異的特性。在上述紅外LED外延晶片20a及其制造方法中，優(yōu)選的是，在所述外延層與所述 AlxGa(1_x)AS層11接觸的平面(所述外延層的相反面21c)中Al的組成比χ大于在所述 AlxGa(1_x)As層11與所述外延層接觸的平面(所述主面Ila)中Al的組成比χ。當(dāng)將所述AlxGa(1_x)AS層11和所述外延層看作是一個(gè)整體時(shí)，這些條件能夠減輕 在所述外延晶片20a中的翹曲，原因與實(shí)施方案1中論述的相同。在上述制造紅外LED外延晶片20a的方法中，優(yōu)選具有準(zhǔn)備GaAs襯底13的步驟 (步驟Si)；通過(guò)液相外延法在所述GaAs襯底13上生長(zhǎng)作為窗口層的AlxGaa_x)As層11的 步驟，所述窗口層擴(kuò)散電流并傳輸源自有源層的光(步驟S2)；對(duì)所述AlxGaa_x)As層11的 所述主面Ila進(jìn)行研磨的步驟(步驟S4)；通過(guò)有機(jī)金屬氣相外延法或分子束外延法的至 少一種方法，在所述AlxGaa_x)As層11的主面Ila上生長(zhǎng)有源層21的步驟，所述有源層21 具有多量子阱結(jié)構(gòu)，并且其能帶間隙小于所述AlxGa(1_x)AS層11的能帶間隙(步驟S7)。由于通過(guò)LPE法技術(shù)來(lái)生長(zhǎng)所述AlxGa(1_x)As層11 (步驟S2)，所以生長(zhǎng)速度快。 而且，關(guān)于LPE法，由于不需要使用昂貴的前體氣體和昂貴的設(shè)備，所以制造成本低。因此， 與OMVPE和MBE技術(shù)相比，能夠降低成本且能夠形成明顯厚的AlxGa(1_x)AS層11。通過(guò)對(duì)所 述AlxGaa_x)As層11的主面Ila進(jìn)行研磨，能夠降低所述AlxGa(1_x)As層11的所述主面Ila 的不平度。因此，在所述AlxGaa_x)As層11的所述主面Ila上形成含有有源層21的外延層時(shí)，能夠控制含有所述有源層21的所述外延層的異常生長(zhǎng)。同時(shí)，通過(guò)前體氣體的熱分解 反應(yīng)的OMVPE法以及不介入非平衡體系中的化學(xué)反應(yīng)階段的MBE法使得對(duì)膜厚度進(jìn)行最佳 控制。因此，在對(duì)所述主面Ila進(jìn)行研磨的步驟S4之后，通過(guò)OMVPE法或MBE法形成含有 所述有源層21的所述外延層能夠阻止異常生長(zhǎng)，并能夠形成具有多量子阱結(jié)構(gòu)(MQW結(jié)構(gòu)) 的有源層，其中已經(jīng)對(duì)所述有源層21的膜厚度進(jìn)行了最佳控制。具體來(lái)說(shuō)，由于在許多情況下，利用LED的膜厚度小于利用激光二極管(LD)的厚 度，所以利用OMVPE或MBE技術(shù)，借以膜厚度的可控性優(yōu)異，從而形成含有具有多量子阱結(jié) 構(gòu)的有源層21的外延層。本文中，在通過(guò)LPE法生長(zhǎng)所述AlxGa(1_x)AS層11的步驟S2之后，通過(guò)OMVPE法或 MBE法生長(zhǎng)所述有源層21。在液相外延法之后通過(guò)OMVPE法或MBE法生長(zhǎng)所述有源層21 防止了將長(zhǎng)時(shí)間的高溫?zé)崾┘拥剿鲇性磳?1上。因此，能夠防止因高溫?zé)岫谒鲇性?層21中引起的結(jié)晶缺陷所造成的結(jié)晶度劣化，并阻止了由LPE法引入的摻雜劑在所述有源 層21內(nèi)的擴(kuò)散。在本實(shí)施方案中生長(zhǎng)所述有源層21的步驟S7之后，不將所述有源層21曝露在液 相外延法所使用的高溫環(huán)境下。因此，例如能夠防止引入到所述AlxGa(1_x)AS層11中的易于 擴(kuò)散的P型摻雜劑擴(kuò)散到所述有源層21內(nèi)。因此，能夠?qū)ⅵ研洼d流子如ZruMg和C在所述 有源層21中的濃度控制為低濃度，例如低至lX1018cnT3以下。另外獲得的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠防 止在所述有源層21中形成雜質(zhì)帶，從而使得可維持所述阱層21a和所述阻擋層21b之間的 帶隙差。因此，由于能夠形成具有改進(jìn)性能的多量子阱結(jié)構(gòu)的有源層21，所以當(dāng)除去所述 GaAs襯底13(步驟S6)并形成器件電極時(shí)，通過(guò)改變所述有源層21中的狀態(tài)密度，發(fā)生了 電子和空穴的有效重組。因此，能夠生長(zhǎng)用于構(gòu)成提高了發(fā)光效率的紅外LED的外延晶片 20a。應(yīng)理解，關(guān)于作為窗口層的AlxGa(1_x)AS層11，由于電流在與層壓所述AlxGa(1_x)As 層11和所述有源層21的方向(圖1中的縱向)相交的方向(圖1中的橫向)中擴(kuò)散，所 以提高了光取出效率，從而提高了發(fā)光效率。在上述制造紅外LED外延晶片20a的方法中，優(yōu)選的是，至少在AlxGa(1_x)AS層11 的生長(zhǎng)步驟S2和研磨步驟S4之間、或在研磨步驟S4與外延層生長(zhǎng)步驟S7之間的一處，提 供對(duì)所述AlxGaa_x)As層11的表面進(jìn)行洗滌的步驟S3和S5。即使當(dāng)因所述AlxGaa_x)As層11與大氣接觸而將雜質(zhì)粘附或混入到所述AlxGa(1_x) As層11中時(shí)，這樣提供洗滌步驟也將所述雜質(zhì)除去。在上述制造紅外LED外延晶片20a的方法中，優(yōu)選的是，在洗滌步驟S3和S5中， 使用堿性溶液來(lái)對(duì)所述主面Ila進(jìn)行洗滌。當(dāng)已經(jīng)將雜質(zhì)粘附或混入到所述AlxGa(1_x)AS層11中時(shí)，洗滌步驟的這種優(yōu)選使 用使得更有效地從所述AlxGa(1_x)AS層11中將雜質(zhì)除去。在上述紅外LED外延晶片20a及其制造方法中，優(yōu)選的是，所述AlxGa(1_x)AS層11 的厚度Hl 1為10 μ m 1000 μ m (包括兩個(gè)端值)，更優(yōu)選的是，其為20 μ m 140 μ m (包括 兩個(gè)端值)。所述厚度Hll為至少10 μ m的方式提高了發(fā)光效率，而所述厚度Hll為20 μ m以
16上的方式能夠進(jìn)一步提高發(fā)射效率。將所述厚度Hll保持在1000 μ m以下降低了形成所述 AlxGa(1_x)AS層11所需要的成本，而將所述厚度Hll控制在140 μ m以下進(jìn)一步降低了沉積 所述襯底AlxGaa_x)As層11所涉及的成本。在上述紅外LED外延晶片20a及其制造方法中，優(yōu)選的是，在所述有源層21中，將 所述阱層21a與帶隙大于所述阱層21a的所述阻擋層21b交替布置，并且所述有源層21具 有10 50個(gè)(包括兩個(gè)端值)阱層21a和10 50個(gè)(包括兩個(gè)端值)阻擋層21b。具有十個(gè)以上層的方式進(jìn)一步提高了發(fā)射效率，而不超過(guò)五十個(gè)層的方式降低了 形成所述有源層21所涉及的成本。關(guān)于上述紅外LED用外延晶片20a及其制造方法，優(yōu)選地，將上述外延晶片及其制 造方法用于發(fā)射波長(zhǎng)為900nm以上的紅外LED，并且所述有源層21內(nèi)的所述阱層21a包含 含In材料，且所述阱層21a的數(shù)目為四層以下。更優(yōu)選發(fā)射波長(zhǎng)為940nm以上。通過(guò)形成包含含In材料并具有四個(gè)以下層的阱層的有源層21，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，將 晶格弛豫控制為最低。因此，能夠獲得能被用于波長(zhǎng)為900nm以上的紅外LED的外延晶片。在上述紅外LED外延晶片20a及其制造方法中，優(yōu)選地，所述阱層21a為InGaAs， 其中銦的組成比為0. 05以上。這能夠獲得能被用于波長(zhǎng)為900nm以上的紅外LED的有用外延晶片20a。關(guān)于用于紅外LED的上述外延晶片20a及其制造方法，優(yōu)選地，將所述外延晶片 及其制造方法用于發(fā)射波長(zhǎng)為900nm以上的紅外LED，并且所述有源層21內(nèi)的所述阻擋層 21b包含含P材料，且阻擋層21b的數(shù)目為三層以上。本發(fā)明人通過(guò)形成包含含P材料的有源層21，他們發(fā)現(xiàn)，能夠?qū)⒕Ц癯谠タ刂茷?最低。因此，他們能夠獲得能被用于波長(zhǎng)為900nm以上的紅外LED的外延晶片。在上述紅外LED外延晶片及其制造方法中，優(yōu)選地，所述阻擋層21b為或者GaAsP 或者AlGaAsP,其中P的組成比為0. 05以上。這能夠獲得能被用于波長(zhǎng)為900nm以上的紅外LED的有用外延晶片20a。實(shí)施方案4參考圖15，對(duì)本實(shí)施方案中的紅外LED外延晶片20b進(jìn)行說(shuō)明。如圖15中所示，本實(shí)施方案中的外延晶片20b具有如圖10中所示的實(shí)施方案2 的AlxGaa_x)As襯底IOb以及在所述AlxGa(1_x)As層11的所述主面Ila上形成的含有有源層 21的外延層。本實(shí)施方案中的外延晶片20b基本具有與實(shí)施方案3的外延晶片20a相同的結(jié)構(gòu) 構(gòu)成，但不同之處在于其不具有GaAs襯底13。接下來(lái)，參考圖16，對(duì)本實(shí)施方案中制造外延晶片20b的方法進(jìn)行說(shuō)明。如圖16中所示，首先通過(guò)實(shí)施方案2中制造AlxGa(1_x)AS襯底IOb的方法(步驟 Si、S2、S3、S4、S6 和 S5)來(lái)制造 AlxGa(1_x)As 襯底 10b。然后，以與實(shí)施方案3中相同的方式，通過(guò)有機(jī)金屬氣相外延法在所述AlxGa(1_x)AS 層11的所述主面Ila上沉積含有有源層21的外延層(步驟S7)。實(shí)施上述步驟Sl S7，能夠制造圖15中所示的紅外LED外延晶片20b。應(yīng)理解，除了上述之外，另外的紅外LED外延晶片及其制造方法的構(gòu)成與實(shí)施方 案3中的紅外LED外延晶片20a及其制造方法的相同；因此，利用相同的參考符號(hào)來(lái)標(biāo)記相同的部分，并不再對(duì)它們進(jìn)行重復(fù)說(shuō)明。如上所述，本實(shí)施方案中的紅外LED外延晶片20b具有AlxGa(1_x)AS層11以及在所 述AlxGaa_x)As層11的主面Ila上形成的含有有源層21的外延層。另外，本實(shí)施方案中制造紅外LED外延晶片20b的方法包括除去所述GaAs襯底13 的步驟(步驟S6)。根據(jù)本實(shí)施方案中的紅外LED外延晶片20b及其制造方法，利用已經(jīng)除去了所述 GaAs襯底的AlxGa(1_x)AS襯底10b，所述GaAs襯底吸收可見(jiàn)光范圍內(nèi)的光。因此，進(jìn)一步在 所述外延晶片20b上形成電極能夠獲得保持高水平透明度并保持優(yōu)異的器件特性的構(gòu)成 紅外LED的外延晶片20b。實(shí)施方案5參考圖17，對(duì)本實(shí)施方案中紅外LED外延晶片20c進(jìn)行說(shuō)明。如圖17中所示，本實(shí)施方案中的外延晶片20c具有與實(shí)施方案4的外延晶片20b 基本相同的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，但不同之處在于，所述外延層還包括接觸層23。即，在本實(shí)施方案中， 所述外延層含有有源層21和接觸層23。具體來(lái)說(shuō)，所述外延晶片20c具有AlxGaa_x)As層11、在所述AlxGa(1_x)AS層11上形 成的有源層21、以及在所述有源層21上形成的接觸層23。例如，所述接觸層23由ρ型GaAs構(gòu)成并具有0. 01 μ m以上的厚度H23。接下來(lái)，對(duì)制造本實(shí)施方案中紅外LED外延晶片20c的方法進(jìn)行說(shuō)明。制造本實(shí) 施方案中紅外LED外延晶片20c的方法具有與實(shí)施方案4的外延晶片20b的制造方法相同 的構(gòu)成，但不同之處在于，形成外延層的步驟S7還包括形成接觸層23的分步。具體來(lái)說(shuō)，在生長(zhǎng)所述有源層21之后，在所述有源層21的表面上形成接觸層23。 盡管形成所述接觸層23的方法不受特殊限制，但是優(yōu)選通過(guò)有機(jī)金屬氣相外延法或分子 束外延法的至少一種方法、或通過(guò)OMVPE法和MBE法的組合來(lái)生長(zhǎng)所述接觸層23，因?yàn)檫@些 沉積技術(shù)能夠形成薄膜層。優(yōu)選通過(guò)與所述有源層21相同的技術(shù)來(lái)生長(zhǎng)所述接觸層23，因 為那時(shí)能夠在生長(zhǎng)所述有源層21時(shí)連續(xù)生長(zhǎng)所述接觸層23。應(yīng)理解，除了上述之外，另外的紅外LED外延晶片及其制造方法的構(gòu)成與實(shí)施方 案4中的紅外LED外延晶片20b及其制造方法的相同，因此，利用相同的參考符號(hào)來(lái)標(biāo)記相 同的部分，并不再對(duì)其進(jìn)行重復(fù)說(shuō)明。應(yīng)理解，不僅在實(shí)施方案4中，而且在實(shí)施方案3中也能夠發(fā)現(xiàn)本實(shí)施方案中紅外 LED外延晶片20c及其制造方法的應(yīng)用。實(shí)施方案6參考圖18，對(duì)本實(shí)施方案中的紅外LED30a進(jìn)行說(shuō)明。如圖18中所示，本實(shí)施方案 中的紅外LED30a具有如圖17中所示的實(shí)施方案5的紅外LED外延晶片20c、分別在所述外 延晶片20c的前側(cè)20cl和后側(cè)20c2上形成的電極31和32、以及管座33。在所述外延晶片20c的前側(cè)20cl上(在本實(shí)施方案中的接觸層23上)提供了與 其接觸的所述電極31，同時(shí)在后側(cè)20c2上(在本實(shí)施方案中的AlxGaa_x)As層11上)提供 了與其接觸的所述電極32。在與所述外延晶片20c的相反側(cè)上，提供與所述電極31接觸的 管座33。對(duì)所述LED 30a的構(gòu)成進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明所述管座33由例如鐵基材料構(gòu)成。所述電極31為由例如金(Au)和鋅(Zn)的合金構(gòu)成的ρ型電極。在所述ρ型接觸層23上形成所 述電極31。在所述有源層21的頂部形成所述接觸層23。在所述AlxGa(1_x)AS層11的頂部形 成所述有源層21。在所述AlxGa(1_x)AS層11上形成的所述電極32為由例如Au和Ge (鍺) 的合金構(gòu)成的η型電極。接下來(lái)，參考圖19，對(duì)制造本實(shí)施方案中的紅外LED30a的方法進(jìn)行說(shuō)明。首先，通過(guò)實(shí)施方案3中用于制造紅外LED外延晶片20a的程序(步驟Sl S5 和S7)來(lái)制造外延晶片20a。在這種情況下，在所述外延晶片生長(zhǎng)步驟S7中形成了所述有 源層21和所述接觸層23。然后，除去所述GaAs襯底(步驟S6)。應(yīng)理解，實(shí)施步驟S6使 得可制造如圖17中所示的紅外LED外延晶片20c。隨后，在所述紅外LED外延晶片20c的前側(cè)20cl和后側(cè)20c2上形成電極31和 32。具體來(lái)說(shuō)，例如，通過(guò)氣相沉積技術(shù)，在所述前側(cè)20cl上氣相沉積Au和Zn，而且，在所 述后側(cè)20c2上進(jìn)行氣相沉積之后將Au和Ge合金化，從而形成所述電極31和32。接下來(lái)，對(duì)所述LED進(jìn)行表面安裝(步驟S12)。具體來(lái)說(shuō)，例如，將所述電極31側(cè) 向下，并利用芯片連接膠粘劑如Ag糊或利用共晶合金如AuSn在所述管座33上進(jìn)行芯片連 接。實(shí)施上述步驟Sl S12，能夠制造圖18中所示的紅外LED30a。應(yīng)理解，在本實(shí)施方案中，盡管已經(jīng)對(duì)利用實(shí)施方案5的紅外LED外延晶片20c的 方式進(jìn)行了描述，但是也可以應(yīng)用實(shí)施方案3或4的紅外LED外延晶片20a或20b。然而， 在完成所述紅外LED30a之前，建議實(shí)施除去所述GaAs襯底13的步驟S6。然而，在不將所 述GaAs襯底13除去的方式中，可在所述GaAs襯底13的背面上形成電極。如上所述，本實(shí)施方案中的紅外LED30a具有實(shí)施方案2的AlxGaa_x)As襯底IOb ； 在所述AlxGa(1_x)AS層11的主面Ila上形成的含有有源層21的外延層；在所述外延層的前 側(cè)20cl上形成的第一電極31 ；以及在所述AlxGa(1_x)AS層11的后側(cè)20c2上形成的第二電 極32。因此，制造本實(shí)施方案中的紅外LED30a的方法包括通過(guò)實(shí)施方案2的AlxGa(1_x) As襯底IOb的制造方法制造AlxGaa_x)As襯底IOb的程序(步驟Sl S6)；通過(guò)有機(jī)金屬 氣相外延法在所述AlxGa(1_x)AS層11的主面Ila上形成含有有源層21的外延層的步驟(步 驟S7)；在所述外延晶片20的前側(cè)20cl上形成第一電極31的步驟(步驟Sll)；以及在所 述AlxGaa_x)As層11的背面lib上形成第二電極32的步驟(步驟Sll)。根據(jù)本實(shí)施方案中的紅外LED30a及其制造方法，由于使用了已經(jīng)對(duì)所述AlxGa(1_x) As層11中Al的組成比進(jìn)行控制的AlxGa(1_x)AS襯底10b，所以可以獲得保持高水平透射性 能且在半導(dǎo)體器件的制造中具有優(yōu)異特性的紅外LED 30a。而且，在所述晶片的有源層21側(cè)上形成所述電極31，同時(shí)在其AlxGaa_x)As層11 側(cè)上形成所述電極32。這種結(jié)構(gòu)使得源自電極32的電流能夠通過(guò)所述AlxGaa_x)As層11 而在所述紅外LED30a的整個(gè)表面上擴(kuò)散。因此，能夠得到光發(fā)射效率進(jìn)一步提高的紅外 LED30ao實(shí)施方案7參考圖20，對(duì)本實(shí)施方案中的紅外LED30b進(jìn)行說(shuō)明。如圖20中所示，本實(shí)施方案 中的紅外LED30b具有與實(shí)施方案6的紅外LED30a基本相同的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，但是不同之處在于，在所述晶片的AlxGa(1_x)AS層11側(cè)上配置所述管座33。具體來(lái)說(shuō)，在所述外延晶片20c的前側(cè)20cl上(在本實(shí)施方案中的所述接觸層23 上)提供了與其接觸的所述電極31，同時(shí)在后側(cè)20c2上(在本實(shí)施方案中的所述AlxGa(1_x) As層11上)提供了與其接觸的所述電極32。為了取出光，所述電極31覆蓋了所述外延晶片20c的前側(cè)20cl的一部分，從而使 得所述外延晶片20c的前側(cè)20cl的剩余區(qū)域曝露出來(lái)。同時(shí)，所述電極32覆蓋了所述外 延晶片20c的后側(cè)20c2的整個(gè)表面。制造本實(shí)施方案中的紅外LED30b的方法具有上與實(shí)施方案6的紅外LED 30a的 制造方法基本相同的構(gòu)成，但是如上所述，不同之處在于形成所述電極31和32的步驟Sl 1。應(yīng)理解，除了上述之外，另外的紅外LED 30b及其制造方法的構(gòu)成與實(shí)施方案6中 的紅外LED30a及其制造方法相同，因此，利用相同的參考符號(hào)來(lái)標(biāo)記相同的部分，并不再 對(duì)其進(jìn)行重復(fù)說(shuō)明。而且，在未除去GaAs襯底13的情況下，可在所述GaAs襯底13的反面13b上形成 電極。關(guān)于實(shí)施方案3的外延晶片20a，在利用所述外延層還含有接觸層的外延晶片來(lái)形成 紅外LED的情況下，作為代表例，其會(huì)具有與圖27中所示的紅外LED30c相似的結(jié)構(gòu)。在這 種情況下，如圖27中所示，在器件的所述GaAs襯底13側(cè)上設(shè)置管座33。作為其修改例，可 以將所述GaAs襯底13側(cè)置于所述管座33的相反側(cè)上。實(shí)施例1在本實(shí)施例中，對(duì)在AlxGaa_x)As層11中，背面lib中Al的組成比χ大于主面Ila 中Al的組成比χ的效果進(jìn)行了研究。具體來(lái)說(shuō)，根據(jù)實(shí)施方案1的AlxGa(1_x)AS襯底IOa的 制造方法，制造了 AlxGa(1_x)AS襯底10a。更具體地說(shuō)，準(zhǔn)備了 GaAs襯底13 (步驟Si)。然后，通過(guò)液相外延法在所述GaAs 襯底13上生長(zhǎng)了 Al的組成比χ為0彡χ彡1的各種AlxGa(1_x)AS層11 (步驟S2)。對(duì)在它們的發(fā)射波長(zhǎng)為850nm、880nm和940nm時(shí)AlxGa(1_x)As層11的透射率和表 面氧氣的量進(jìn)行了檢驗(yàn)。為了檢驗(yàn)這些特性以在厚度方向上Al的組成比均勻的方式，制 造了圖1中厚度為80 μ m 100 μ m的AlxGa(1_x)As層11 ；按圖11的流程除去所述GaAs襯 底13 ；以及關(guān)于圖10狀態(tài)中的所述層，利用透射率測(cè)量?jī)x測(cè)量它們的透射率。關(guān)于氧氣的 量按照?qǐng)D14中的流程，制造了相同的試樣；通過(guò)OMVPE技術(shù)生長(zhǎng)了外延層；并在除去所述 GaAs襯底13之前，通過(guò)次級(jí)離子質(zhì)譜(SIMS)表征，對(duì)所述AlxGa(1_x)As層11的所述主面 Ila進(jìn)行了測(cè)量。結(jié)果示于圖21和圖22中。在圖21中，縱軸表示在所述AlxGa(1_x)AS層11中Al的組成比X，而橫軸表示透射 性能。沿圖21中的軸，越靠右的位置，透射性能越好。而且，從發(fā)射波長(zhǎng)為880nm的情況來(lái) 看，應(yīng)理解，即使Al成分的含量較低，透射性能仍然良好。而且，在發(fā)射波長(zhǎng)為940nm的情 況下，能夠確認(rèn)，即使Al成分的水平較低，透射性能依然不太可能發(fā)生劣化。然后，在圖22中，縱軸表示在所述AlxGaa_x)As層11中Al的組成比X，而橫軸表示 表面氧氣的量。沿圖22中的軸，位置越靠左，氧氣的量越好。應(yīng)理解，當(dāng)發(fā)射波長(zhǎng)為850nm、 880nm和940nm時(shí)，表面氧氣的量相同。在這里，在本實(shí)施方案中，如上所述，以使得在厚度方向上Al的組成比均勻的 方式制造了所述AlxGa(1_x)AS層11，還通過(guò)上述相同的實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了，因?yàn)橹饕ㄟ^(guò)所述
20AlxGa(1_x)AS層11的主面Ila中Al的組成比來(lái)確定氧氣的量，所以即使在所述層中Al的組 成比具有梯度的情況下，如圖2 圖5中所示，所述主面中Al的組成比的相關(guān)性仍然很強(qiáng)。關(guān)于透射性能，相同的趨勢(shì)是適用的在所述層具有如圖2 圖5中所示Al的組 成比梯度的情況下，通過(guò)Al的組成比最低的區(qū)域來(lái)影響透射性能。具體來(lái)說(shuō)，在所述層具 有如圖2 圖5中所示的梯度的情況下，如果梯度的模式(層數(shù)、在各個(gè)層中的梯度、厚度) 和梯度(ΔΑ1/距離)相同，則透射性能與所述層內(nèi)Al的平均組成比的大小之間的相關(guān)性 強(qiáng)。據(jù)認(rèn)為，如圖21中所示，在所述AlxGa(1_x)AS層11中Al的組成比χ越大，透射性能 提高的越多。同樣，據(jù)認(rèn)為，如圖22中所示，在所述AlxGa(1_x)AS層11中Al的組成比χ越 小，能夠?qū)⑺鲋髅嬷邪难鯕饬拷档偷脑蕉?。從上述可理解，根?jù)本實(shí)施例，在所述AlxGa(1_x)AS層11中，升高所述背面lib中 Al的組成比可保持高水平的透射性能，而降低所述主面Ila中Al的組成比χ能夠降低所述 主面中的氧氣量。實(shí)施例2在本實(shí)施例中，對(duì)具有多個(gè)層的AlxGa(1_x)AS層11的效果進(jìn)行了研究，其中在所述 多個(gè)層的各個(gè)層中，在從所述層的背面lib側(cè)的平面朝向其主面Ila側(cè)的平面的方向上，Al 的組成比χ單調(diào)下降。具體來(lái)說(shuō)，根據(jù)實(shí)施方案1的制造方法中圖1所示的AlxGaa_x)As襯 底10a，制造了 AlxGa(1_x)AS襯底IOa的32種不同的試樣。更具體地說(shuō)，準(zhǔn)備了 2英寸和3英寸的 襯底(步驟1)。然后，通過(guò)緩慢冷卻技術(shù)生長(zhǎng)了 AlxGaa_x)As層11 (步驟S2)。在步驟S2中，生長(zhǎng) 所述層，以使得在各個(gè)層中含有一個(gè)以上的層，如圖2中所示，在朝向生長(zhǎng)方向的方向上Al 的組成比χ恒定下降。詳細(xì)地說(shuō)，生長(zhǎng)了 AlxGa(1_x)AS層11的32種不同試樣，其中下列參數(shù) 與下表I中所示的相同在所述AlxGa(1_x)AS層11的所述主面Ila中Al的組成比χ(Α1的 組成比χ的最小值)；在各個(gè)層中，在所述層的背面lib側(cè)的平面中Al的組成比χ與其主 面Ila側(cè)的平面中Al的組成比χ之差；以及在各個(gè)層中從所述層的背面lib側(cè)的平面朝向 其主面Ila側(cè)的平面的方向上，Al的組成比χ單調(diào)下降的層的數(shù)目(層數(shù))。從而制造了 AlxGa(1_x)As襯底IOa的32種不同試樣。關(guān)于AlxGa(1_x)AS襯底IOa自身，通過(guò)使用厚度儀來(lái)測(cè)量在AlxGaa_x)As襯底IOa中 出現(xiàn)的翹曲-在其中凸起的偏離面朝上的AlxGa(1_x)AS襯底IOa與平坦區(qū)域之間的間隙。將 結(jié)果列表于下表I中。在表I中，將在使用2英寸的GaAs襯底時(shí)在AlxGaa_x)As襯底IOa中 發(fā)生的翹曲為200 μ m以下以及在使用3英寸的GaAs襯底時(shí)翹曲為300 μ m以下的情況指 定為“0”，而將在使用2英寸的GaAs襯底時(shí)翹曲超過(guò)200 μ m以及在使用3英寸的GaAs襯 底時(shí)翹曲超過(guò)300 μ m的情況指定為“ X ”。表 I
權(quán)利要求
一種具有AlxGa(1 x)As層(0≤x≤1)的AlxGa(1 x)As襯底，所述AlxGa(1 x)As層具有主面和在所述主面相反側(cè)的背面；所述AlxGa(1 x)As襯底的特征在于，在所述AlxGa(1 x)As層中，所述背面中Al的組成比x大于在所述主面中Al的組成比x。
2.如權(quán)利要求1所述的AlxGaa_x)As襯底，其中 所述AlxGa(1_x)AS層含有多個(gè)層；以及在從所述層的背面?zhèn)鹊钠矫娉蚱渲髅鎮(zhèn)鹊钠矫娴姆较蛏?，所述多個(gè)層的各個(gè)層中Al 的組成比χ單調(diào)下降。
3.如權(quán)利要求1或2所述的AlxGaa_x)As襯底，還具有與所述AlxGaa_x)As層的所述背面 接觸的GaAs襯底。
4.一種紅外LED用外延晶片，所述晶片具有權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)的AlxGa(1_x)AS襯底；和在所述AlxGa(1_x)AS層的所述主面上形成的且包含有源層的外延層。
5.如權(quán)利要求4所述的紅外LED用外延晶片，其中在外延層的與所述AlxGaa_x)As層接 觸的平面中Al的組成比χ大于在AlxGa(1_x)AS層的與所述外延層接觸的平面中Al的組成比Xo
6.如權(quán)利要求4或5所述的紅外LED用外延晶片，所述外延晶片用于發(fā)射波長(zhǎng)為900nm 以上的紅外LED，且其中所述有源層內(nèi)的阱層包含含銦材料，且所述阱層的數(shù)目為四層以 下。
7.如權(quán)利要求6所述的紅外LED用外延晶片，其中所述阱層是銦的組成比為0.05以上 的 InGaAs0
8.如權(quán)利要求4或5所述的紅外LED用外延晶片，所述外延晶片用于發(fā)射波長(zhǎng)為900nm 以上的紅外LED，且其中所述有源層內(nèi)的阻擋層包含含磷材料，且所述阻擋層的數(shù)目為三層 以上。
9.如權(quán)利要求8所述的紅外LED用外延晶片，其中所述阻擋層是磷的組成比為0.05以 上的 GaAsP 或 AlGaAsP。
10.一種紅外LED，其具有權(quán)利要求1或2的AlxGa(1_x)AS襯底；在所述AlxGa(1_x)AS層的所述主面上形成的且包含有源層的外延層； 在所述外延層的表面上形成的第一電極；和 在所述AlxGa(1_x)AS層的背面上形成的第二電極。
11.一種紅外LED，其具有權(quán)利要求3的AlxGa(1_x)AS襯底；在所述AlxGa(1_x)AS層的所述主面上形成的且包含有源層的外延層； 在所述外延層的表面上形成的第一電極；和 在所述GaAs襯底的背面上形成的第二電極。
12.一種制造AlxGaa_x)As襯底的方法，所述方法包括 準(zhǔn)備GaAs襯底的步驟；以及通過(guò)液相外延法在所述GaAs襯底上生長(zhǎng)具有主面的AlxGa(1_x)AS層(0彡χ彡1)的步 驟；其特征在于在所述生長(zhǎng)AlxGa(1_x)AS層的步驟中，將所述AlxGa(1_x)AS層生長(zhǎng)為在所述層與所述GaAs 襯底之間的界面中Al的組成比χ大于在所述主面中Al的組成比χ。
13.如權(quán)利要求12所述的制造AlxGa(1_x)AS襯底的方法，其中在所述生長(zhǎng)AlxGaa_x)As層 的步驟中，生長(zhǎng)含有多個(gè)層的AlxGaa_x)As層，其中在從沿所述層與所述GaAs襯底的界面的 平面朝向所述層的主面?zhèn)鹊钠矫娴姆较蛏?，Al的組成比χ單調(diào)下降。
14.如權(quán)利要求12或13所述的制造AlxGa(1_x)AS襯底的方法，還包括除去所述GaAs襯 底的步驟。
15.一種制造紅外LED用外延晶片的方法，所述方法包括通過(guò)權(quán)利要求12 14中任一項(xiàng)的制造AlxGaa_x)As襯底的方法制造所述AlxGa(1_x)As 襯底的步驟；以及通過(guò)有機(jī)金屬氣相外延法或分子束外延法中的至少一種方法在所述AlxGaa_x)As層的 所述主面上形成含有有源層的外延層的步驟。
16.如權(quán)利要求15所述的制造紅外LED用外延晶片的方法，其中在外延層的與所述 AlxGa(1_x)As層接觸的平面中Al的組成比χ大于在AlxGaa_x)As層的與所述外延層接觸的平 面中Al的組成比χ。
17.如權(quán)利要求15或16所述的制造紅外LED用外延晶片的方法，其為制造用于如下紅 外LED的外延晶片的方法，所述紅外LED的發(fā)射波長(zhǎng)為900nm以上，且其中在所述有源層內(nèi) 的阱層包含含銦材料，且所述阱層的數(shù)目為四層以下。
18.如權(quán)利要求17所述的制造紅外LED用外延晶片的方法，其中所述阱層是銦的組成 比為0. 05以上的InGaAs。
19.如權(quán)利要求15或16所述的制造紅外LED用外延晶片的方法，其為制造用于如下紅 外LED的外延晶片的方法，所述紅外LED的發(fā)射波長(zhǎng)為900nm以上，且其中在所述有源層內(nèi) 的阻擋層包含含磷材料，且所述阻擋層的數(shù)目為三層以上。
20.如權(quán)利要求19所述的制造紅外LED用外延晶片的方法，其中所述阻擋層是磷的組 成比為0. 05以上的GaAsP或AlGaAsP。
21.一種制造紅外LED的方法，所述方法包括通過(guò)權(quán)利要求12或13的制造AlxGa(1_x)AS襯底的方法制造AlxGa(1_x)As襯底的步驟；通過(guò)有機(jī)金屬氣相外延法或分子束外延法在所述AlxGa(1_x)AS層的所述主面上形成含 有有源層的外延層以得到外延晶片的步驟；在所述外延晶片的表面上形成第一電極的步驟；以及在所述GaAs襯底的背面上形成第二電極的步驟。
22.一種制造紅外LED的方法，所述方法包括通過(guò)權(quán)利要求14的制造AlxGa(1_x)AS襯底的方法制造AlxGa(1_x)As襯底的步驟；通過(guò)有機(jī)金屬氣相外延法或分子束外延法在所述AlxGa(1_x)AS層的所述主面上形成含 有有源層的外延層以得到外延晶片的步驟；在所述外延晶片的表面上形成第一電極的步驟；以及在所述AlxGa(1_x)AS層的背面上形成第二電極的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了AlxGa(1-x)As(0≤x≤1)襯底、紅外LED用外延晶片、紅外LED、制造AlxGa(1-x)As襯底的方法、制造紅外LED用外延晶片的方法以及制造紅外LED的方法。所述AlxGa(1-x)As襯底能保持高水平的透射性能，并能通過(guò)該襯底制造具有優(yōu)異的光輸出特性的半導(dǎo)體器件。具體地，本發(fā)明涉及具有AlxGa(1-x)As層(11)的AlxGa(1-x)As襯底(10a)，所述AlxGa(1-x)As層(11)具有主面(11a)和在所述主面(11a)相反側(cè)的背面(11b)，其中所述背面(11b)中Al的組成比(x)大于在所述主面(11a)中Al的組成比(x)。另外，所述AlxGa(1-x)As襯底(10a)還可包含GaAs襯底(13)，并使其與所述AlxGa(1-x)As層(11)的所述背面(11b)接觸。
文檔編號(hào)H01L21/205GK101960056SQ20098010754
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月3日
發(fā)明者北林弘之, 宮原賢一, 森下知典, 森分達(dá)也, 片山浩二, 田中聰 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社