JP2001036138A

JP2001036138A - エピタキシャルウエハの製造方法

Info

Publication number: JP2001036138A
Application number: JP20824099A
Authority: JP
Inventors: Tadashige Sato; 忠重佐藤
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1999-07-22
Filing date: 1999-07-22
Publication date: 2001-02-09

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高キャリア濃度のｐ型層における曇りやかす
れが少なく、かつ高光出力のＬＥＤを実現しうるエピタ
キシャルウエハを提供すること。【解決手段】構成元素として少なくともＧａを含みｐ
ｎ接合１７を有する化合物半導体エピタキシャルウエハ
を気相成長法により製造する方法において、ｐ型層３０
を成長する工程内に、該ｐｎ接合の接合面形成時の成長
温度よりも３℃以上高い成長温度で該ｐ型層の一部を成
長する工程が含まれていることを特徴とするエピタキシ
ャルウエハの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は化合物半導体エピタ
キシャルウエハの製造方法に関する。特に、高光出力の
発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」）を実現しうるエピタ
キシャルウエハの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体結晶を構成材料とするＬＥＤは表
示用素子として現在幅広く用いられている。その中でも
III−V族化合物半導体は可視光、赤外光の波長に相当す
るバンドギャップを有するため、発光素子へ応用する際
の利点が大きい。このため、III−V族化合物半導体はＬ
ＥＤのほとんどに材料として利用されており、特にＧａ
ＡｓＰはＬＥＤ用としての需要が極めて大きい。これら
の材料には、ＬＥＤの特性として最も重要な発光出力を
向上させることが要求されている。

【０００３】図２は、ＧａＰ単結晶基板上にＧａＡｓ
_1-xＰ_x（０．４５≦ｘ＜１）のエピタキシャル層を有す
る一般的なエピタキシャルウエハの構造を示したもので
ある。このエピタキシャルウエハは、ｎ型のＧａＰ単結
晶基板２０上に、基板と同一組成のホモ層２４、基板と
最上層の格子定数の差を緩和するために混晶比ｘを連続
的に１．０〜ｘ₀まで変化させたＧａＡｓ_1-xＰ_x組成変
化層２１、ＧａＡｓ_1-x0Ｐ_x0一定組成層２２、窒素
（Ｎ）をドープしたＧａＡｓ_1-x0Ｐ_x0低キャリア濃度一
定組成層２３を順次エピタキシャル成長した構造を有す
る。

【０００４】このエピタキシャルウエハでは、最上層で
ある低キャリア濃度一定組成層２３が発光層となる。一
定組成層２３の組成を変化させるとバンドギャップも変
化するため、組成に応じて赤色から緑色に発光するＬＥ
Ｄを製造することができる。このため一定組成層２３
は、通常はＬＥＤの発光波長に対応する混晶率ｘ₀の組
成を有し、窒素（Ｎ）と、ｎ型のドーパントであるテル
ル（Ｔｅ）又は硫黄（Ｓ）を所定のキャリア濃度になる
ようにドープしている。例えば赤色発光（波長６３０ｎ
ｍ）用としては、ｘ₀は約０．６５である。

【０００５】近年、ＬＥＤの低消費電力化、すなわちよ
り少ない消費電力で高い光出力が得られるＬＥＤを開発
することが求められるようになってきている。これらの
要求に応えるために、エピタキシャルウエハ構造を改良
することによって品質を向上させることが提案されてい
る（特開平６−１９６７５６号公報）。それによると、
発光層となるＮドープ低キャリア濃度一定組成層のキャ
リア濃度を３×１０¹⁵ｃｍ^-3以下にすれば、光出力の向
上と長寿命化が同時に実現できることが明らかにされて
いる。また、発光層の結晶の完全性が破壊されるのを最
小限にとどめ、注入されたキャリアの寿命を長くして高
光出力のＬＥＤを得るためには、キャリア濃度を３．５
〜８．８×１０¹⁵ｃｍ^-3にすれば良いことも明らかにさ
れている（特公昭５８−１５３９号公報）。

【０００６】しかしながら、上記の技術はあくまでもＬ
ＥＤの品質向上、特に光出力の向上にかかわるものであ
る。実際にはＬＥＤは１枚のウエハから大量に製造され
る。例えば前記のＧａＡｓＰエピタキシャルウエハは直
径が５０ｍｍのウエハ１枚から約２００００個が製造さ
れる。これまでは個々のＬＥＤの品質に注目されてきた
ため、ＬＥＤの製造面から見た品質の向上を図る必要が
ある。

【０００７】エピタキシャルウエハの品質として非常に
重要なのはエピタキシャル層の表面状態である。ボイド
やヒルロック等の欠陥があると、ＬＥＤチップの形状不
良や光出力低下不良が発生してしまう。さらにエピタキ
シャル層表面は鏡面であることが品質向上のためには重
要である。ＧａＡｓＰエピタキシャルウエハは、基板と
エピタキシャル層の格子定数の違いによりクロスハッチ
と呼ばれる非常に細かいスジ状のうねりが生じるが、肉
眼では鏡面を保っているように見える。実際には、かす
れや曇りが生じて透明度が悪くなり、光出力が低下する
等のＬＥＤの品質低下が問題になっていた。また、最近
ではＬＥＤチップの外観検査等の工程で画像認識装置に
よる自動化がすすみ、曇りやかすれがあると、正しく認
識出来ないという問題も生じている。曇りやかすれの目
安としては、肉眼で鏡面であることが必要である。

【０００８】気相成長法でｐ型層を成長ことによりｐｎ
接合を形成する方法が、ＧａＰエピタキシャル層の場合
について提案されている（特公昭５５−４３８９８号公
報）。ＧａＡｓＰの場合でも気相成長法でｐ型層を成長
することが、特開８−３３５７１５に記載されている。
しかしながら、この公報には約５×１０¹⁸ｃｍ^-3以上の
キャリア濃度のｐ型層を気相成長法で得ることは困難で
あると記載されている。ｐ型層のキャリア濃度を１×１
０¹⁸ｃｍ^-3以上にすると、ｐ型層のエピタキシャル層表
面の曇りが肉眼で見えはじめ、それ以上になるとキャリ
ア濃度の増加とともに曇りやかすれがきつく見えるよう
になる。曇りがきつくなるにつれて結晶の欠陥が増加し
てｐ型層の光吸収量が大きくなり、光出力の低下が生じ
ることになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
技術の問題点を解決することを課題とした。すなわち本
発明は、高キャリア濃度のｐ型層における曇りやかすれ
が少ないエピタキシャルウエハを提供することを解決す
べき課題とした。また、気相成長だけで製造することが
可能で、より高出力のＬＥＤを実現することができるエ
ピタキシャルウエハを製造することも解決すべき課題と
した。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、かかる課題
を解決すべく鋭意検討を進めた結果、ｐ型層を形成する
際の成長温度をｐｎ接合形成時の成長温度よりも高く制
御すれば、所期の効果を有する優れたエピタキシャルウ
エハを製造しうることを見出し、本発明を提供するに至
った。

【００１１】すなわち本発明は、構成元素として少なく
ともＧａを含みｐｎ接合を有する化合物半導体エピタキ
シャルウエハを気相成長法により製造する方法におい
て、ｐ型層を成長する工程内に、該ｐｎ接合の接合面形
成時の成長温度よりも３℃以上高い成長温度で該ｐ型層
の一部を成長する工程が含まれていることを特徴とする
エピタキシャルウエハの製造方法を提供する。形成する
ｐ型層の一部は、キャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上
であることが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下において、本発明のエピタキ
シャルウエハの製造方法について具体的な実施態様を示
しながら詳細に説明する。本発明は、構成元素として少
なくともＧａを含みｐｎ接合を有する化合物半導体エピ
タキシャルウエハの製造方法である。その特徴は、ｐ型
層を成長する工程内に、ｐｎ接合の接合面形成時の成長
温度よりも３℃以上高い成長温度で該ｐ型層の一部を成
長する工程が含まれている点にある。図１は、本発明の
方法により製造されるエピタキシャルウエハの代表例を
示す断面図である。図１のエピタキシャルウエハは、単
結晶基板１０の上にホモ層１４、組成変化層１１、一定
組成層１２、ｐ型層３０をこの順にエピタキシャル成長
させたものである。

【００１３】単結晶基板１０の種類は特に制限されるも
のではないが、通常はＧａＰ又はＧａＡｓの何れかが選
択される。ｐｎ接合を形成するｎ型層１３が間接遷移型
のバンドギャップをもつＧａＡｓ_1-xＰ_x（０．４５≦ｘ
＜１）からなる場合は、ＬＥＤの発光色に対して透明で
あり、かつＬＥＤとして高い光出力を得るために、単結
晶基板１０はＧａＰであることが好ましい。単結晶基板
の厚さは好ましくは２００〜７００μｍであり、ＧａＰ
単結晶基板の場合は２２０〜３５０μｍが好ましい。

【００１４】単結晶基板１０の上に形成するホモ層１４
は、単結晶基板１０と同じ結晶からなる。ホモ層１４は
特に形成しなくてもよいが、ミスフィット転位の発生を
抑制して安定な高輝度を得るためには、ホモ層１４を
０．１〜１００μｍ、好ましくは０．５〜１５μｍ形成
するのがよい。

【００１５】その上に形成するエピタキシャル層は、単
結晶基板とは異なる組成を有し、少なくとも構成元素と
してＧａを含む。その組成として例えば、ＧａＡｓＰ、
ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ等の３元混晶
や、ＧａＰなどの２元混晶を例示することができる。中
でもＧａＡｓＰとＧａＰは需要が大きく、ＧａＡｓＰは
特にＬＥＤを製造した際の効果が大きいため好ましい。
特に、ｐｎ接合がＧａＡｓ_1-xＰ_x（０．４５≦ｘ＜１）
である態様は好ましい。エピタキシャル層を、組成の観
点から見た場合、少なくとも組成変化層１１及び一定組
成層１２を有する図１の態様が一般的である。基板とエ
ピタキシャル層の格子定数の差が大きいため、組成変化
層を用いることでより結晶欠陥の少ない一定組成層を得
ることができる。

【００１６】組成変化層１１は、基板からの距離に応じ
て組成が変化する層である。例えば、単結晶基板１０が
ＧａＰであるときは、組成変化層１１をＧａＡｓ_1-xＰ_x
として基板から遠ざかるにつれて混晶率ｘが１から低下
するように構成することができる。混晶率ｘは０≦ｘ＜
１の間で変化させることができるが、好ましくは０．４
５≦ｘ＜１の間で変化させる。また、単結晶基板１０が
ＧａＡｓであるときは、組成変化層１１をＧａＡｓ_1-m
Ｐ_mとして基板から遠ざかるにつれて混晶率ｍが０から
増加するように構成することができる。このときの混晶
率ｍは０＜ｍ≦１の間で変化させることができるが、好
ましくは０＜ｍ≦０．４５の間で変化させる。

【００１７】組成変化層１１の組成変化は、連続的であ
っても段階的であってもよい。また、組成変化層１１の
組成変化は、逆の組成変化部分を有しない単調増加であ
ることが好ましい。いずれの態様を採用しても、エピタ
キシャル層の比抵抗は主にキャリア濃度で決定されるた
め効果は同じである。組成変化層１１のキャリア濃度
は、０．５〜３０×１０¹⁷ｃｍ^-3であることが好まし
い。特に１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上あることと、３０×１０
¹⁷ｃｍ^-3以下であることが好ましい。中でも、平均で１
〜１０×１０¹⁷ｃｍ^-3であることがＬＥＤ化した時の順
方向電圧を下げ、良好な結晶性が得られる点で特に好ま
しい。キャリア濃度が３０×１０¹⁷ｃｍ^-3を越えると、
結晶性が悪化してエピタキシャル層表面に結晶欠陥が発
生したり、ＬＥＤの光出力の低下を生じる等の問題が生
じやすくなる傾向がある。組成変化層１１の層厚は、好
ましくは２〜１００μｍ、より好ましくは１０〜８０μ
ｍである。

【００１８】組成変化層１１の上には、組成一定層１２
が形成されており、該組成一定層１２の表面がｐｎ接合
を形成していることが好ましい。ｐｎ接合を形成するｎ
型層側が間接遷移型のバンドギャップをもつＧａＡｓ
_1-xＰ_x（０．４５＜ｘ＜１）からなる場合は、ｐｎ接合
のｎ層側は低キャリア濃度領域となる。低キャリア濃度
領域１３は、平均キャリア濃度が２０×１０¹⁵ｃｍ^-3以
下が好ましく、９×１０¹⁵ｃｍ^-3以下がより好ましい。
０．１×１０¹⁵ｃｍ^-3以下になるとキャリア濃度の制御
が困難となったり、比抵抗が高くなってＬＥＤの順方向
電圧の増加を招くことがある。高光出力を得ることがで
き、しかも電気特性を安定化するためには、平均キャリ
ア濃度を０．５〜９×１０¹⁵ｃｍ^-3にすることが好まし
い。低キャリア濃度領域１３の厚さは通常は１〜１００
μｍであり、好ましくは１〜５０μｍ、さらに好ましく
は１〜２５μｍである。１００μｍを越えると低キャリ
ア濃度領域による抵抗の増大で順方向電圧の増加を招く
傾向がある。

【００１９】低キャリア濃度領域１３以外の一定組成層
１２は、組成変化層１１と同じキャリア濃度範囲内に設
定することが好ましい。また、低キャリア濃度領域１３
以外の一定組成層１２の厚さは、３〜５０μｍにするの
が好ましく、成長時間が長くなることによるコスト上昇
を避けるためには５〜２０μｍとすることがより好まし
い。

【００２０】ｐｎ接合１７には少なくともＮがドープさ
れていると光出力が向上するので好ましい。Ｎのドープ
は、ｐｎ接合１７を形成するｐ型層とｎ型層の両側また
はいずれか一方、および低キャリア濃度領域に限定され
るものではない。これら以外のエピタキシャル層のいず
れかの部分にドープされていても、発光はｐｎ接合で生
じるため問題は生じない。一定組成層１２中の組成はミ
スフィット転位等の結晶欠陥をできるだけ抑制するた
め、できる限り一定であることが望ましい。一定組成層
１２の組成の変動は±０．０５以内、好ましくは±０．
０２以内である。

【００２１】本発明の製造方法では、ｐｎ接合形成時の
成長温度よりも３℃以上高い成長温度でｐ型層の一部を
成長する工程を含む。ｐｎ接合の成長温度は４００〜１
１００℃、好ましくは５００〜１０５０℃の範囲内から
選択され、るが、ＧａＡｓＰまたはＧａＰにおいては５
５０〜９８０℃の範囲から選択される。特にＧａＡｓ
_1-xＰ_x（０．４５≦ｘ＜１）またはＧａＰでｐｎ接合に
Ｎがドープされる場合は、成長温度は７８０〜９５０
℃、好ましくは８００〜９４０℃の間で選択される。

【００２２】ｐｎ接合の成長温度はＬＥＤの光出力等の
品質に非常に大きく影響するため、これらの品質が最も
良くなるように決定することが好ましい。また、高キャ
リア濃度のｐ型層の成長温度も、曇りが少なくなるよう
に決定することが望ましい。そこで、曇りの少ない高い
キャリア濃度のｐ型層の成長を得るために鋭意研究を行
った結果、ｐｎ接合の成長温度よりｐ型層の成長温度を
３℃以上高くするという本発明の構成を採用することに
より、曇りが大幅に改善できることが本発明者により明
らかにされた。

【００２３】ｐｎ接合形成時の成長温度より３℃以上高
い成長温度で形成されるｐ型層は、キャリア濃度が１×
１０¹⁸ｃｍ^-3以上であることが好ましい。キャリア濃度
は２〜３０×１０¹⁸ｃｍ^-3がより好ましく、３〜２０×
１０¹⁸ｃｍ^-3が特に好ましい。これらのキャリア濃度を
採用することによって、より曇りが少なく、かつ光吸収
の少ないｐ型層が得られる。逆に、キャリア濃度が３０
×１０¹⁸ｃｍ^-3を越えると結晶性が著しく悪くなる傾向
にある。成長温度は３℃以上高ければよいが、３〜２０
０℃高いことが好ましく、５〜１５０℃高いことがより
好ましく、９〜１００℃高いことが特に好ましい。これ
らの温度範囲であれば、高い光出力を維持し、安定で曇
りが極めて少ないｐ型層を形成することができる。逆
に、３℃未満では曇り低減効果がなく、２００℃を越え
ると光出力が低下する傾向にある。

【００２４】ｐｎ接合形成時の成長温度より３℃以上高
い成長温度で形成されるｐ型層の層厚は、成長温度にも
響されるが通常は０．５〜１００μｍであり、０．５〜
８０μｍであることが好ましい。また、形成されるｐ型
層は、特にＬＥＤを製造する場合にはエピタキシャル層
表面に隣接していることが好ましい。ただし、ＬＥＤ以
外の用途に用いる場合は、特にエピタキシャル層表面に
隣接させる必要はなく、ｐ型層内の任意の領域に形成さ
せることができる。

【００２５】図１のｐ型層３０は、本発明の製造方法に
より形成されたｐ型層の典型例である。ｐ型層３０は、
第１ｐ型層３１と第２ｐ型層３２の２種類の層から構成
されている。第１ｐ型層３１は低キャリア濃度層であ
り、ｐｎ接合１７を形成するためキャリア濃度が０．０
５〜４．５×１０¹⁸ｃｍ^-3であることが好ましい。第２
ｐ型層３２の平均キャリア濃度は、第１ｐ型層３１の平
均キャリア濃度の１．２倍以上であることが好ましく、
１．５倍以上であることがより好ましく、２倍以上であ
ることが特に高光出力が得られるので好ましい。すなわ
ち、第２ｐ型層３２の平均キャリア濃度は、３〜３０×
１０¹⁸ｃｍ^-3であることが好ましく、３〜１６×１０¹⁸
ｃｍ^-3であることが、最も良い良好な結晶性を維持しな
がらｐ型層が安定に得られるので好ましい。

【００２６】エピタキシャル層内のキャリア濃度プロフ
ァイルは、エピタキシャル層を斜めに研磨した後、ショ
ットキーバリアダイオードをその表面に作製して、Ｃ−
Ｖ法によって測定することができる。特にｐ型層のキャ
リア濃度プロファイルの測定には、日本バイオ・ラッド
・ラボラトリー社のセミコンダクタ・プロファイル・プ
ロッタＰＮ４３００の様に、直接エピタキシャル層を電
解液でエッチングしながら測定する方法が有効である。
図１の構成では、第２ｐ型層３２の少なくとも一部をｐ
ｎ接合形成時の成長温度より３℃以上高い成長温度で形
成する。

【００２７】ｐ型層３０の全層厚は２〜３００μｍあれ
ば良いが、好ましくは２〜２００μｍ、さらに好ましく
は４〜７５μｍあればさらに高光出力が得られるので好
ましい。第１ｐ型層３１と第２ｐ型層３２の間には任意
のキャリア濃度プロファイルのｐ型層が有っても構わな
い。また、第１ｐ型層３１と第２ｐ型層３２の間のキャ
リア濃度の変化は急峻であっても階段状であってもよ
く、任意の態様を採用することができる。さらに、第２
ｐ型層３２のエピタキシャル層表面側には他の層が形成
されていてもよい。また、第２ｐ型層３２がエピタキシ
ャル層表面に隣接する場合は、エピタキシャル層表面か
ら数μｍ、通常は１μｍ以下の部分はキャリア濃度が粗
れや酸化等で変動してしまうのが一般的である。このよ
うな経時の変動を受けたエピタキシャルウエハであって
も、製造時ないしは出荷時に本発明の要件を充足してい
れば本発明の範囲内に包含される。なお、ｐ型層３０は
ｐｎ接合と同じ組成をもつ一定組成層であることが一般
的であるが、ｐｎ接合部以外の領域では違う組成になっ
ていても構わない。

【００２８】本発明のエピタキシャルウエハの製造方法
は、複雑なエピタキシャル層構造を製造できる気相成長
法により行う。具体的にはハロゲン輸送法または有機金
属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）のいずれかを選択して用い
ることが好ましい。原料としてハロゲン化合物原料を少
なくとも１つ以上有するハロゲン輸送法は、高純度のエ
ピタキシャル層が得られ、かつ量産性に富むことから有
利である。特にハイドライド法が一般的である。ｐ型ド
ーパントとしてはＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｂｅ等がある。高
光出力が得られ、有害性も少ないことからＺｎまたはＭ
ｇが選択される。ドーパントガスとしては高純度の原料
が得られ、使いやすいことからＺｎはジエチル亜鉛（Ｃ
₂Ｈ₅）₂Ｚｎ、Ｍｇはシクロペンタジエニルマグネシウ
ム（Ｃ₅Ｈ₅）Ｍｇ（またはＣｐ₂Ｍｇ）などの有機金属
化合物として使用される。

【００２９】なお成長温度の定義であるが、直接基板の
温度を測定しても良いが、実際には基板の温度を直接測
定することは困難であるため、基板温度を代表する測温
点または間接的に測定した温度で代用しうる。たとえ
ば、ハイドライド法による場合は反応性ガスを原料とす
るため熱電対をリアクタ内に配置出来ない。このため、
通常は基板近くでありかつリアクタの外側に配置した熱
電対温度を成長温度と見なす。または、基板からの輻射
光で温度を測定する光放射温度計で直接リアクタ外から
基板の温度を測定した温度を成長温度とすることができ
る。また、リアクタ内で成長するために基板を配置する
ホルダーの温度を成長温度と見なすこともできる。

【００３０】本発明の方法により製造されたエピタキシ
ャルウエハは、さまざまな用途に供することができる。
例えば、本発明の方法により製造されたエピタキシャル
ウエハを用いてＬＥＤを製造することができる。ＬＥＤ
の構成や製造方法は特に制限されるものではなく、エピ
タキシャルウエハからＬＥＤを製造する際に用いられる
通常の方法を利用して製造することができる。ＬＥＤの
好ましい一実施態様として、図３に断面図を示すＬＥＤ
を挙げることができる。図３に示すＬＥＤは、本発明の
エピタキシャルウエハのエピタキシャル層側と基板側に
それぞれ電極１８を設けることにより製造される。従来
のエピタキシャルウエハを用いて同型のＬＥＤを製造す
ると、ｐ型層のキャリア濃度が低いために電流がｐｎ接
合１７全体に拡がらず、電極１８の下で主に発光してし
まうために光出力が向上しない。第２ｐ型層３２を有す
る本発明のエピタキシャルウエハを用いればこのような
問題を解消することができ、高出力のＬＥＤを製造する
ことができる。

【００３１】

【実施例】以下に実施例を記載して本発明をさらに具体
的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割
合、操作等は、本発明の精神から逸脱しない限り適宜変
更することができる。したがって、本発明の範囲は以下
に示す具体例に制限されるものではない。なお、以下の
説明では、ガス流量単位として標準状態に換算したＳＣ
ＣＭを用いた。（実施例）ＧａＰ基板および高純度ガリウム（Ｇａ）
を、Ｇａ溜め用石英ボ−ト付きのエピタキシャル・リア
クタ−内の所定の場所に、それぞれ設置した。ＧａＰ基
板として、硫黄（Ｓ）が３〜１０×１０¹⁷原子個／ｃｍ
³添加され、直径５０ｍｍの円形で、（１００）面から
［００１］方向に１０゜偏位した面をもつＧａＰ基板を
用いた。これらを、同時にホルダー上に配置した。ホル
ダーは毎分３回転させた。

【００３２】窒素（Ｎ₂）ガスを該リアクタ−内に１５
分間導入し空気を充分に置換除去した後、キャリヤガス
として高純度水素（Ｈ₂）を９６００ＳＣＣＭ導入し、
Ｎ₂の流れを止めて昇温工程に入った。上記Ｇａ入り石
英ボ−ト設置部分及びＧａＰ単結晶基板設置部分の温
度、すなわち成長温度がそれぞれ８００℃及び９３０℃
の一定温度に保持されていることをリアクタ外側に配置
した熱電対の測定により確認した後、確認した後、尖頭
発光波長６３０±５ｎｍのＧａＡｓ_1-xＰ_xエピタキシャ
ル膜の気相成長を開始した。最初、濃度５０ｐｐｍに水
素ガスで希釈したｎ型不純物であるジエチルテルル
（（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｔｅ）を１５ＳＣＣＭ導入し、周期律表
第III族元素成分原料としてのＧａＣｌを、３６９ＳＣ
ＣＭ生成させるため高純度塩化水素ガス（ＨＣｌ）を上
記石英ボ−ト中のＧａ溜に毎分３６９ｃｃ吹き込み、Ｇ
ａ溜上表面より吹き出させた。また、周期律表第Ｖ族元
素成分として、Ｈ₂で濃度１０％に希釈したりん化水素
（ＰＨ₃）を毎分７３７ＳＣＣＭ導入しつつ、２０分間
にわたり、第１層であるＧａＰ層をＧａＰ単結晶基板上
に成長させた。

【００３３】次に、（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｔｅ、ＨＣｌ、ＰＨ₃の
各ガスの導入量を変えること無く、Ｈ₂で濃度１０％に
希釈したひ化水素（ＡｓＨ₃）の導入量を、０ＳＣＣＭ
から４９２ＳＣＣＭまで徐々に増加させ、同時にＧａＰ
基板の温度（すなわち成長温度）を９３０℃から８７０
℃まで徐々に降温させ、９０分間にわたり、第２層であ
るＧａＡｓ_1-xＰ_xエピタキシャル層を第１層上に成長さ
せた。次の３０分間は、（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｔｅ、ＨＣｌ、Ｐ
Ｈ₃、ＡｓＨ₃の導入量を、それぞれ１５ＳＣＣＭ，３６
９ＳＣＣＭ，８５８ＳＣＣＭ，４９２ＳＣＣＭで一定に
保持しつつ、第３層であるＧａＡｓ_1-xＰ_xエピタキシャ
ル層を第２層上に成長させた。

【００３４】次の２０分間は（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｔｅ、ＨＣ
ｌ、ＰＨ₃、ＡｓＨ₃の導入量を変えることなく導入しな
がらこれにＮアイソ・エレクトロニック・トラップ添加
用として２１４ＳＣＣＭの高純度アンモニア・ガス（Ｎ
Ｈ₃）を添加して第４層であるＧａＡｓ_1-xＰ_xエピタキ
シャル層を第３層上に成長させた。次の１０分間は（Ｃ
₂Ｈ₅）₂Ｔｅ、ＨＣｌ、ＰＨ₃、ＡｓＨ₃、ＮＨ₃の導入量
を変えることなく、ｐ型ドーパンントを供給するために
２５℃に一定に保温された（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｚｎ入りのボン
ベにＨ₂ガスを１５ＳＣＣＭ導入して（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｚｎ蒸
気を含ませて、そのＨ₂ガスを導入して、第５層である
ｐ型のＧａＡｓ_1-xＰ _xエピタキシャル層を第４層上に成
長させた。

【００３５】次の２０分間は（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｔｅ、ＨＣ
ｌ、ＰＨ₃の導入量を変えることなく、（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｚｎ
の導入量を１５ＳＣＣＭから１５０ＳＣＣＭまで徐々に
増加させ、同時に最初のＧａＰ基板の温度（すなわち成
長温度）を８７０℃から８８５℃まで徐々に上昇させ
て、第６層であるｐ型のＧａＡｓ_1-xＰ_xエピタキシャル
層を第５層上に成長させた。次の２０分間は（Ｃ₂Ｈ₅）
₂Ｔｅ、ＨＣｌ、ＰＨ₃、（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｚｎの導入量を変
えることなく、成長温度を８８５℃に保持したままで、
第７層であるｐ型のＧａＡｓ_1-xＰ_xエピタキシャル層を
第６層上に成長させて、気相成長を終了した。

【００３６】第１〜７層の膜厚は、それぞれ４μｍ、３
９μｍ、１３μｍ、９μｍ、５μｍ、８μｍ、６μｍで
あった。ｐｎ接合形成時の成長温度より３℃以上高い成
長温度で形成されたｐ型層の厚さは、第６層と第７層の
合計である１４μｍである。第１〜４層のキャリア濃度
を、エピタキシャル層を約１゜斜めに研磨してその表面
にショットキーバリアダイオードを作製して測定した。
第１〜３層のキャリア濃度は２〜３×１０¹⁷ｃｍ^-3であ
った。第４層はｎ型であり、そのキャリア濃度は３×１
０¹⁵ｃｍ^-3であった。なお、第４層のキャリア濃度はＬ
ＥＤ化した後に直接ｐｎ接合に逆方向電圧を印可してＣ
Ｖ測定をしても、ほぼ同じであった。

【００３７】第５〜７層のｐ型層のキャリア濃度は、日
本バイオ・ラッド・ラボラトリー社のセミコンダクタ・
プロファイル・プロッタＰＮ４３００によって測定し
た。第５層のキャリア濃度は、０．７×１０¹⁸ｃｍ^-3で
あった。第６層および第７層のキャリア濃度は、第６層
で変化して、第７層で６．５×１０¹⁸ｃｍ^-3であった。
エピタキシャル層表面にはわずかに曇りが見られたが、
鏡面であった。続いて、真空蒸着による電極形成等を行
って５００μｍ×５００μｍ×２８０μｍ（厚さ）の角
柱型ＬＥＤを形成した。エポキシコートなしで測定した
ところ、５チップで光出力は９８で、ピーク波長は６３
０±１ｎｍであった。順方向電圧は１．９Ｖであった。

【００３８】（比較例１）第５〜７層の成長温度を８７
０℃に保持したままで成長した以外は、実施例と同一条
件で製造しエピタキシャルウエハを得た。第１〜５層の
膜厚は、それぞれ５μｍ、３９μｍ、１４μｍ、８μ
ｍ、２０μｍであった。第１〜４層のキャリア濃度を実
施例と同様に測定したところ、同じ値が得られた。第５
層のキャリア濃度は、０．７×１０¹⁸ｃｍ^-3であった。
また、第６層および第７層のキャリア濃度は、第６層で
変化して、第７層で７．５×１０¹⁸ｃｍ^-3であった。エ
ピタキシャル層表面は鏡面ではなく、肉眼でもはっきり
と曇っていることが確認され、荒れも少し生じていた。
実施例と同様にＬＥＤを形成して、エポシキコートなし
で測定したところ、５チップで光出力は５２、ピーク波
長は６３１±１ｎｍであった。順方向電圧は１．９Ｖで
あった。

【００３９】（比較例２）第５層を（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｚｎの
導入量を１５ＳＣＣＭにして５０分間成長し、第６層お
よび第７層を形成しなかったこと以外は、実施例と同一
条件で製造しエピタキシャルウエハを得た。第１〜５層
の膜厚は、それぞれ５μｍ、３９μｍ、１４μｍ、９μ
ｍ、２０μｍであった。第１〜４層のキャリア濃度を実
施例と同様に測定したところ、同じ値が得られた。第５
層のキャリア濃度は、０．７×１０¹⁸ｃｍ^-3であった。
エピタキシャル層表面は鏡面で曇りはまったくなかっ
た。実施例と同様にＬＥＤを形成して、エポシキコート
なしで測定したところ、５チップで光出力は３５で、ピ
ーク波長は６３０±１ｎｍであった。順方向電圧は２．
５Ｖで、良好なオーミック電極が出来ていなかった。

【００４０】

【発明の効果】本発明の方法によれば、高キャリア濃度
のｐ型層における曇りやかすれが少ないエピタキシャル
ウエハを提供することができる。このため、気相成長だ
けでより高出力のＬＥＤを製造することが可能であり、
本発明はさまざまな分野に広範に応用し、特にＬＥＤの
需要増大に貢献しうるものと期待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法により製造されるエピタキシャ
ルウェハの層構成例を示す断面説明図である。

【図２】従来のエピタキシャルウェハの一般的層構成
を示す断面説明図である。

【図３】ＬＥＤの構成例を示す断面説明図である。

【符号の説明】

１０単結晶基板１１組成変化層１２一定組成層１３低キャリア濃度領域１４ホモ層１５高キャリア濃度領域１６エピタキシャル層１７ｐｎ接合１８電極２０ＧａＰ単結晶基板２１ＧａＡｓ_1-xＰ_x組成変化層２２ＧａＡｓ_1-x0Ｐ_x0一定組成層２３ＮドープＧａＡｓ_1-x0Ｐ_x0低キャリア濃度一定組
成層２４ＧａＰホモ層３０ｐ型層３１第１ｐ型層３２第２ｐ型層

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構成元素として少なくともＧａを含みｐ
ｎ接合を有する化合物半導体エピタキシャルウエハを気
相成長法により製造する方法において、ｐ型層を成長す
る工程内に、該ｐｎ接合の接合面形成時の成長温度より
も３℃以上高い成長温度で該ｐ型層の一部を成長する工
程が含まれていることを特徴とするエピタキシャルウエ
ハの製造方法。
【請求項２】ｐｎ接合の接合面形成時の成長温度より
も３℃以上高い成長温度で成長させるｐ型層が１×１０
¹⁸ｃｍ^-3以上のキャリア濃度を有することを特徴とする
請求項１のエピタキシャルウエハの製造方法。