JP2002335009A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2002335009A
JP2002335009A JP2001136899A JP2001136899A JP2002335009A JP 2002335009 A JP2002335009 A JP 2002335009A JP 2001136899 A JP2001136899 A JP 2001136899A JP 2001136899 A JP2001136899 A JP 2001136899A JP 2002335009 A JP2002335009 A JP 2002335009A
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JP
Japan
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layer
semiconductor material
support layer
semiconductor
substrate
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JP2001136899A
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Japanese (ja)
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Yukio Shirai
幸夫 白井
Hideyuki Suzuki
秀行 鈴木
Hideyuki Watanabe
英行 渡邊
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Stanley Electric Co Ltd
Original Assignee
Stanley Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor device, wherein a substrate turning to a seed crystal for epitaxial growth is formed by a new manufacturing method, and a semiconductor layer is epitaxially grown on the substrate. SOLUTION: A temporary substrate of single crystal which is composed of first semiconductor material is prepared. A retaining layer composed of second semiconductor material which is different from the first semiconductor material is grown on the surface of the temporary substrate by using a liquid epitaxial growth method. The temporary substrate is eliminated, and the retaining layer is left. A first layer composed of third semiconductor material different from the first semiconductor material is epitaxially grown on the surface of the retaining layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特にバルク状単結晶基板を作製することが
困難な半導体材料で形成された基板上に、半導体層をエ
ピタキシャル成長させ半導体装置を製造する方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device by epitaxially growing a semiconductor layer on a substrate formed of a semiconductor material for which it is difficult to form a bulk single crystal substrate. On how to do it.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコンを用いたフォトダイオードの受
光感度が高い赤外波長領域(波長920nm以下の赤外
領域)の光を出力する素子として、ZnドープのGaA
s層をAlGaAs層で挟んだダブルへテロ型発光ダイ
オードが知られている。このダブルへテロ構造は、通常
GaAs基板上に形成される。GaAsの発光層で発光
した光は、GaAs基板で吸収されてしまう。従って、
基板側に光を取り出すことができない。
2. Description of the Related Art As an element for outputting light in an infrared wavelength region (infrared region having a wavelength of 920 nm or less) having high light receiving sensitivity of a photodiode using silicon, Zn-doped GaAs is used.
There is known a double hetero light-emitting diode in which an s layer is sandwiched between AlGaAs layers. This double hetero structure is usually formed on a GaAs substrate. Light emitted from the GaAs light emitting layer is absorbed by the GaAs substrate. Therefore,
Light cannot be extracted to the substrate side.

【0003】GaAs基板上にn型のAlGaAsクラ
ッド層とp型のGaAs活性層とp型のAlGaAsク
ラッド層とを液相エピタキシャル成長法により形成し、
その後GaAs基板を機械研磨等により除去する技術が
知られている(特開昭63−312685号公報の従来
技術参照)。しかし、この方法では高効率でかつ高速動
作可能な発光素子を得ることが困難である。
An n-type AlGaAs cladding layer, a p-type GaAs active layer and a p-type AlGaAs cladding layer are formed on a GaAs substrate by a liquid phase epitaxial growth method.
Then, a technique for removing the GaAs substrate by mechanical polishing or the like is known (see the prior art in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-31885). However, with this method, it is difficult to obtain a light-emitting element that can operate with high efficiency and high speed.

【0004】また、特開昭63−312685号公報
に、AlGaAs基板上に、AlGaAsクラッド層と
AlGaAsまたはGaAs活性層を有機金属化学気相
成長(MOCVD)により形成する技術が開示されてい
る。しかし、AlGaAs基板を用意すると記載されて
いるのみで、AlGaAs基板の製造方法については何
ら記載されていない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-312885 discloses a technique of forming an AlGaAs cladding layer and an AlGaAs or GaAs active layer on an AlGaAs substrate by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). However, it only states that an AlGaAs substrate is prepared, but does not disclose any method for manufacturing an AlGaAs substrate.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、新た
な製造方法によりエピタキシャル成長用の種結晶となる
基板を作製し、その上に半導体層をエピタキシャル成長
させる半導体装置の製造方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device in which a substrate serving as a seed crystal for epitaxial growth is manufactured by a new manufacturing method, and a semiconductor layer is epitaxially grown thereon. is there.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、第1の半導体材料からなる単結晶の仮の基板を準備
する工程と、前記仮の基板の表面上に、液相エピタキシ
ャル成長法により、前記第1の半導体材料とは異なる第
2の半導体材料からなる支持層を成長させる工程と、前
記仮の基板を除去し、前記支持層を残す工程と、前記支
持層の表面上に、前記第1の半導体材料とは異なる第3
の半導体材料からなる第1の層をエピタキシャル成長さ
せる工程とを有する半導体装置の製造方法が提供され
る。
According to one aspect of the present invention, there is provided a step of preparing a temporary single-crystal substrate made of a first semiconductor material, and a step of forming a temporary substrate on the temporary substrate by a liquid phase epitaxial growth method. Growing a support layer made of a second semiconductor material different from the first semiconductor material, removing the temporary substrate, and leaving the support layer; A third material different from the first semiconductor material;
Epitaxially growing a first layer made of a semiconductor material described above.

【0007】支持層から仮の基板を除去することによ
り、支持層をエピタキシャル成長用の種結晶基板として
用いることができる。仮の基板が除去されているため、
この製造方法は、支持層上に発光層を形成して、支持層
側に光を取り出す場合に特に有効である。
[0007] By removing the temporary substrate from the support layer, the support layer can be used as a seed crystal substrate for epitaxial growth. Since the temporary substrate has been removed,
This manufacturing method is particularly effective when a light emitting layer is formed on a support layer and light is extracted to the support layer side.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】図1及び図2を参照して、本発明
の実施例による半導体装置の製造方法について説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0009】図1(A)に示したGaAsからなる仮の
基板1を準備する。仮の基板1の主面は、GaAsの
(100)面である。また、仮の基板1にはZnがドー
プされてp型導電性が付与されており、その濃度は2〜
5×1019cm-3である。
A temporary substrate 1 made of GaAs shown in FIG. 1A is prepared. The main surface of the temporary substrate 1 is a (100) plane of GaAs. The temporary substrate 1 is doped with Zn to have p-type conductivity, and its concentration is 2 to 2.
It is 5 × 10 19 cm −3 .

【0010】仮の基板1の主面上に、液相エピタキシャ
ル成長(LPE)により、厚さ40μmのAl0.26Ga
0.74As高濃度層2及び厚さ150μmのAl0.26Ga
0.74As低濃度層3を順番に成長させる。この2層を支
持層4と呼ぶこととする。LPEには、主として温度差
法と徐冷法がある。ここでは、後に説明するように、温
度差法を採用する。成長装置として、例えばスライドボ
ート型のものを用いることができる。高濃度層2及び低
濃度層3には、それぞれZn濃度が1×1018cm-3
び5×1017cm-3になるように、成長中にZnがドー
プされる。
On the main surface of the temporary substrate 1, Al 0.26 Ga having a thickness of 40 μm is formed by liquid phase epitaxy (LPE).
0.74 As high concentration layer 2 and 150 μm thick Al 0.26 Ga
A 0.74 As low concentration layer 3 is grown in order. These two layers are referred to as a support layer 4. LPE mainly includes a temperature difference method and a slow cooling method. Here, the temperature difference method is employed as described later. As the growth apparatus, for example, a slide boat type apparatus can be used. The high-concentration layer 2 and the low-concentration layer 3 are doped with Zn during growth so that the Zn concentration becomes 1 × 10 18 cm −3 and 5 × 10 17 cm −3 , respectively.

【0011】用いた成長用溶液は、Ga溶媒中にGaA
s、Al及びZnを溶解させたものである。メルト槽内
に満たされた成長用溶液の上下方向の温度勾配は、約5
℃/cmであり、種結晶が接触する成長用溶液下部の温
度が830〜850℃である。なお、成長用溶液下部の
温度及び温度勾配は、成長中ほぼ一定に保持される。
The growth solution used was GaAs in a Ga solvent.
s, Al and Zn are dissolved. The vertical temperature gradient of the growth solution filled in the melt bath is about 5
° C / cm, and the temperature of the lower part of the growth solution in contact with the seed crystal is 830 to 850 ° C. The temperature and the temperature gradient at the lower part of the growth solution are kept almost constant during the growth.

【0012】図1(B)に示す状態に至るまでの工程を
説明する。図1に示したGaAsからなる仮の基板1を
エッチングして除去する。これにより、支持層4のみが
残る。GaAsからなる仮の基板1は、アンモニア水と
過酸化水素水とを体積比で20:1に混合したエッチン
グ液を用いてエッチングすることができる。なお、アン
モニア水の濃度は28重量%であり、過酸化水素水の濃
度は31重量%である。
The steps up to the state shown in FIG. 1B will be described. The temporary substrate 1 made of GaAs shown in FIG. 1 is removed by etching. Thereby, only the support layer 4 remains. The temporary substrate 1 made of GaAs can be etched using an etching solution in which ammonia water and hydrogen peroxide solution are mixed at a volume ratio of 20: 1. The concentration of the ammonia water is 28% by weight, and the concentration of the hydrogen peroxide solution is 31% by weight.

【0013】次に、低濃度層3の表面を研削し、凹凸を
少なくする。さらに、研削された表面を研磨して加工ダ
メージを除去した後、化学機械研磨(CMP)による最
終仕上げを行う。一般に、温度差法で成長させた半導体
層は、徐冷法で成長させた半導体に比べて、表面の平坦
性が悪い。CMPによる最終仕上げを行うことにより、
表面の平坦性を高めることができる。
Next, the surface of the low concentration layer 3 is ground to reduce unevenness. Further, after the ground surface is polished to remove processing damage, final finishing by chemical mechanical polishing (CMP) is performed. Generally, a semiconductor layer grown by the temperature difference method has poorer surface flatness than a semiconductor grown by the slow cooling method. By performing the final finish by CMP,
The flatness of the surface can be improved.

【0014】図2に示すように、低濃度層3の表面上に
有機金属化学気相成長(MOCVD)により、AlGa
Asバッファ層5からGaAsコンタクト層12までの
各層を成長させる。バッファ層5は、Znがドープされ
たp型のAl0.26Ga0.74Asで形成され、その厚さは
0.2μm、そのZn濃度は1×1018cm-3である。
As shown in FIG. 2, AlGa is formed on the surface of the low concentration layer 3 by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).
Each layer from the As buffer layer 5 to the GaAs contact layer 12 is grown. The buffer layer 5 is formed of p-type Al 0.26 Ga 0.74 As doped with Zn, has a thickness of 0.2 μm, and a Zn concentration of 1 × 10 18 cm −3 .

【0015】下部クラッド層6は、Znがドープされた
p型のAl0.32Ga0.68Asで形成され、その厚さは
1.0μm、そのZn濃度は1×1018cm-3である。
下部キャリア閉込層7は、不純物を意図的にドープして
いないAl0.18Ga0.82Asで形成され、その厚さは1
0〜50nmである。なお、下部キャリア閉込層7のZ
nのバックグラウンド濃度は5×1016〜1×1017
-3である。
The lower cladding layer 6 is formed of Zn-doped p-type Al 0.32 Ga 0.68 As, has a thickness of 1.0 μm, and a Zn concentration of 1 × 10 18 cm −3 .
The lower carrier confinement layer 7 is formed of Al 0.18 Ga 0.82 As not intentionally doped with impurities, and has a thickness of 1 μm.
0 to 50 nm. The Z of the lower carrier confinement layer 7
The background concentration of n is 5 × 10 16 to 1 × 10 17 c
m -3 .

【0016】活性層8は、InGaAsで形成され、そ
の厚さは2.4〜5nmである。活性層8のInの組成
比は0.12〜0.25である。上部キャリア閉込層9
は、不純物を意図的にドープしていないAl0.18Ga
0.82Asで形成され、その厚さは10〜50nmであ
る。上部キャリア閉込層9のSiのバックグラウンド濃
度は5×1016〜1×1017cm-3である。上部クラッ
ド層10は、Siがドープされたn型のAl0.32Ga
0.68Asで形成され、その厚さは5.5μm、そのSi
濃度は1×1018cm-3である。
The active layer 8 is formed of InGaAs and has a thickness of 2.4 to 5 nm. The composition ratio of In in the active layer 8 is 0.12 to 0.25. Upper carrier confinement layer 9
Is Al 0.18 Ga not intentionally doped with impurities.
It is formed of 0.82 As and has a thickness of 10 to 50 nm. The background concentration of Si in the upper carrier confinement layer 9 is 5 × 10 16 to 1 × 10 17 cm −3 . The upper cladding layer 10 is made of n-type Al 0.32 Ga doped with Si.
0.68 As, its thickness is 5.5 μm, its Si
The concentration is 1 × 10 18 cm −3 .

【0017】電流拡散層11は、Siがドープされたn
型のAl0.18Ga0.82Asで形成され、その厚さは4.
5μm、そのSi濃度は1×1018cm-3である。コン
タクト層12は、Siがドープされたn型のGaAsで
形成され、その厚さは0.1μm、そのSi濃度は2×
1018cm-3である。
The current spreading layer 11 is made of n-doped Si.
Type Al 0.18 Ga 0.82 As, the thickness of which is 4.
5 μm, and its Si concentration is 1 × 10 18 cm −3 . The contact layer 12 is formed of n-type GaAs doped with Si, the thickness is 0.1 μm, and the Si concentration is 2 ×
It is 10 18 cm -3 .

【0018】コンタクト層12の上に、下から順番にN
i層、Ge層、及びAu層が積層されたn側電極15を
形成する。n側電極15は、リフトオフ法により例えば
X字状の平面形状とされる。支持層4の一部を構成する
高濃度層2の表面上に、支持層4側から順番にAu層と
AuZn合金層とが積層されたp側電極16を形成す
る。p側電極16は、リフトオフ法によりハニカム形状
とされる。
On the contact layer 12, N
An n-side electrode 15 in which an i-layer, a Ge layer, and an Au layer are stacked is formed. The n-side electrode 15 has, for example, an X-shaped planar shape by a lift-off method. On the surface of the high concentration layer 2 constituting a part of the support layer 4, a p-side electrode 16 in which an Au layer and an AuZn alloy layer are sequentially stacked from the support layer 4 side is formed. The p-side electrode 16 has a honeycomb shape by a lift-off method.

【0019】n側電極15とp側電極16との間に順方
向バイアスを印加し、活性層8にキャリアを注入するこ
とにより、赤外領域(波長800〜920nm)の発光
を生じさせることができる。
By applying a forward bias between the n-side electrode 15 and the p-side electrode 16 and injecting carriers into the active layer 8, light emission in the infrared region (wavelength 800 to 920 nm) can be generated. it can.

【0020】上記実施例では、AlGaAsからなる支
持層4が、物理的支持力を有する基板となるとともに、
MOCVDの種結晶となる。基板材料としてGaAsを
用いていないため、コンタクト層12側からのみなら
ず、支持層4側からも光を取り出すことができる。な
お、GaAsからなるコンタクト層12は非常に薄いた
め、後のチップ化工程における酸処理で除去される。こ
のため、光の取り出しの障害にはならない。活性層8の
発光スペクトルのピークを与える波長が、仮の基板1を
形成する半導体材料のバンドギャップに相当する波長よ
りも短い場合に、特に、仮の基板1を除去する効果が高
い。
In the above embodiment, the support layer 4 made of AlGaAs becomes a substrate having a physical supporting force,
It becomes a MOCVD seed crystal. Since GaAs is not used as the substrate material, light can be extracted not only from the contact layer 12 side but also from the support layer 4 side. Since the contact layer 12 made of GaAs is very thin, it is removed by an acid treatment in a later chip forming step. For this reason, there is no obstacle to light extraction. When the wavelength at which the peak of the emission spectrum of the active layer 8 gives is shorter than the wavelength corresponding to the band gap of the semiconductor material forming the temporary substrate 1, the effect of removing the temporary substrate 1 is particularly high.

【0021】また、下部キャリア閉込層7、活性層8及
び上部キャリア閉込層9がMOCVDで形成されてい
る。このため、LPEで形成する場合に比べて、膜厚の
均一性を高めることができ、高い発光効率を実現するこ
とが可能になる。なお、MOCVDの代わりに分子線エ
ピタキシャル成長(MBE)を用いてもよい。
The lower carrier confinement layer 7, the active layer 8, and the upper carrier confinement layer 9 are formed by MOCVD. For this reason, compared with the case of forming by LPE, the uniformity of the film thickness can be improved, and high luminous efficiency can be realized. Note that molecular beam epitaxial growth (MBE) may be used instead of MOCVD.

【0022】図3に、支持層4の(400)面のX線ロ
ッキングカーブの半値幅と出力維持率との関係を示す。
横軸はX線ロッキングカーブの半値幅を単位「逆セカン
ト(arc sec)」で表し、縦軸は出力維持率を単
位「%」で表す。出力維持率は、初期状態の光出力を基
準としたときの、1000時間通電後の光出力の相対値
である。
FIG. 3 shows the relationship between the half-width of the X-ray rocking curve of the (400) plane of the support layer 4 and the output retention ratio.
The horizontal axis represents the half-width of the X-ray rocking curve in the unit of “reverse secant (arc sec)”, and the vertical axis represents the output maintenance ratio in the unit of “%”. The output maintenance ratio is a relative value of the light output after 1000 hours of energization, based on the light output in the initial state.

【0023】支持層4のX線ロッキングカーブの半値幅
は、支持層4の研削、研磨、及びCMP条件によって変
動する。例えば、研削時のグラインダ粒度を細かくする
と、研削による結晶性の低下を抑制することができる。
The half width of the X-ray rocking curve of the support layer 4 varies depending on the grinding, polishing and CMP conditions of the support layer 4. For example, when the grinder particle size at the time of grinding is reduced, a decrease in crystallinity due to grinding can be suppressed.

【0024】X線ロッキングカーブの半値幅が増大する
に従って出力維持率が低下していることがわかる。一般
的に、出力維持率70%以上を確保することが望まれ
る。このために、支持層4の(400)面のX線ロッキ
ングカーブの半値幅の逆セカントが100以下になるよ
うにすることが好ましい。
It can be seen that the output maintenance ratio decreases as the half width of the X-ray rocking curve increases. Generally, it is desired to secure an output maintenance ratio of 70% or more. For this reason, it is preferable that the inverse secant of the half width of the X-ray rocking curve of the (400) plane of the support layer 4 be 100 or less.

【0025】図4(A)の右図は、深さ方向に関するA
l組成比の分布を示す。横軸は、支持層4の表面からの
深さを単位「μm」で表し、右縦軸はAl組成比を表
す。なお、上記実施例では、支持層4のAlの組成比を
0.2としたが、図4(A)に示されている試料は、A
l組成比が0.28になるように制御されたものであ
る。温度差法で成長させると、成長最表面の温度がほぼ
一定に保たれるため、Al組成比をほぼ一定にすること
ができる。
FIG. 4A is a view on the right in the depth direction.
1 shows the distribution of the composition ratio. The horizontal axis represents the depth from the surface of the support layer 4 in the unit of “μm”, and the right vertical axis represents the Al composition ratio. In the above embodiment, the Al composition ratio of the support layer 4 was 0.2, but the sample shown in FIG.
The l composition ratio is controlled to be 0.28. When the growth is performed by the temperature difference method, the temperature of the outermost growth surface is kept almost constant, so that the Al composition ratio can be made almost constant.

【0026】図4(B)の左図は、活性層8の発光スペ
クトルの一例を示す。縦軸は波長を表し、その目盛は、
右図の縦軸のAl組成比を有するAlGaAsのバンド
ギャップ相当の波長に対応する。横軸は発光強度を表
す。発光スペクトルのほとんどの部分が、支持層4のA
l組成比0.28に対応する波長よりも長波長側に位置
する。このため、活性層4で発光した光は、支持層4に
ほとんど吸収されることなく、支持層4を透過する。こ
のため、支持層4側に光を効率的に取り出すことができ
る。
FIG. 4B shows an example of the emission spectrum of the active layer 8. The vertical axis represents wavelength, and its scale is
The vertical axis of the right figure corresponds to the wavelength corresponding to the band gap of AlGaAs having the Al composition ratio. The horizontal axis represents the emission intensity. Most part of the emission spectrum is A
It is located on the longer wavelength side than the wavelength corresponding to the 1 composition ratio 0.28. Therefore, the light emitted from the active layer 4 is transmitted through the support layer 4 without being absorbed by the support layer 4. Therefore, light can be efficiently extracted to the support layer 4 side.

【0027】図4(B)に、比較例として、徐冷法でA
lGaAs層を成長させた場合のAl組成比の分布を示
す。徐冷法を用いると、成長最表面の温度が変動するた
め、Al組成比も変動する。ある温度まで低下した後再
加熱すると、Al組成比が不連続に変化する。このた
め、Al組成比の分布が三角波状になる。このため、例
えばAl組成比が0.28になるように制御しても、組
成比が0.28以下になる部分も現れる。Al組成比が
0.28以下の部分は、活性層8から放出された光のう
ち一部(図4(B)の発光スペクトルのLの部分)を吸
収してしまう。このため、支持層4側への光の取り出し
効率が低下してしまう。
FIG. 4B shows, as a comparative example, A by the slow cooling method.
4 shows the distribution of the Al composition ratio when an lGaAs layer is grown. When the slow cooling method is used, the temperature of the outermost growth surface changes, so that the Al composition ratio also changes. When the temperature is lowered to a certain temperature and reheating is performed, the Al composition ratio changes discontinuously. Therefore, the distribution of the Al composition ratio becomes triangular. Therefore, for example, even if the Al composition ratio is controlled to be 0.28, a part where the composition ratio becomes 0.28 or less also appears. The portion having an Al composition ratio of 0.28 or less absorbs a part of the light emitted from the active layer 8 (the portion L in the emission spectrum of FIG. 4B). For this reason, the light extraction efficiency to the support layer 4 side decreases.

【0028】また、Al組成比が不連続に変化する部分
に、ポテンシャルの低い領域が現れ、ここにキャリアが
蓄積される。この蓄積されたキャリアは、高速動作を阻
害する要因になる。さらに、Al組成比の大きな領域
は、相対的に電気抵抗が高くなるため、素子全体の抵抗
を高くしてしまう。
Further, a region having a low potential appears in a portion where the Al composition ratio changes discontinuously, and carriers are accumulated therein. The accumulated carriers become a factor that hinders high-speed operation. Furthermore, the region having a large Al composition ratio has a relatively high electric resistance, so that the resistance of the entire device is increased.

【0029】上述のように、発光素子を形成するための
基板として使用する支持層4は、温度差法で成長させる
ことが好ましい。
As described above, the support layer 4 used as a substrate for forming a light emitting element is preferably grown by a temperature difference method.

【0030】図5に、p型Al0.26Ga0.74Asの、波
長860nmの光に対する透過率の測定結果を示す。横
軸はZn濃度を単位「cm-3」で表し、縦軸は透過率を
表す。図中の丸記号、四角記号、及び三角記号は、それ
ぞれ厚さが32.5μm、75μm、及び150μmの
AlGaAs試料の透過率を示す。
FIG. 5 shows the measurement results of the transmittance of p-type Al 0.26 Ga 0.74 As for light having a wavelength of 860 nm. The horizontal axis represents the Zn concentration in the unit “cm −3 ”, and the vertical axis represents the transmittance. The circle symbol, square symbol, and triangle symbol in the figure indicate the transmittance of the AlGaAs sample having a thickness of 32.5 μm, 75 μm, and 150 μm, respectively.

【0031】不純物濃度が高くなると、透過率が低下す
ることがわかる。従って、透過率を高めるという観点か
らは、支持層4側から光を取り出すために、支持層4の
不純物濃度を低くすることが好ましい。ところが、図2
に示した支持層4とp側電極16との接触抵抗を下げる
ためには、支持層4の不純物濃度を高くすることが好ま
しい。より具体的には、不純物濃度を1〜3×1018
-3とすることが好ましい。
It can be seen that the transmittance decreases as the impurity concentration increases. Therefore, from the viewpoint of increasing the transmittance, it is preferable to lower the impurity concentration of the support layer 4 in order to extract light from the support layer 4 side. However, FIG.
In order to reduce the contact resistance between the support layer 4 and the p-side electrode 16 shown in FIG. 3, it is preferable to increase the impurity concentration of the support layer 4. More specifically, the impurity concentration is set to 1 to 3 × 10 18 c
m- 3 is preferred.

【0032】支持層4は、LPEによる結晶成長の種結
晶となるとともに、物理的支持力を有する支持基板とし
ての機能を有する。このため、支持層4の厚さを100
μm以上とすることが好ましく、200μm以上とする
ことがより好ましい。例えば、支持層4の不純物濃度を
2×1018cm-3とし、厚さを150μmとすると、図
5に示したように、透過率が0.68程度まで低下して
しまう。
The support layer 4 serves as a seed crystal for crystal growth by LPE and has a function as a support substrate having physical support force. Therefore, the thickness of the support layer 4 is set to 100
It is preferably at least 200 μm, more preferably at least 200 μm. For example, when the impurity concentration of the support layer 4 is 2 × 10 18 cm −3 and the thickness is 150 μm, the transmittance is reduced to about 0.68 as shown in FIG.

【0033】図2に示した上記実施例では、支持層4の
うちp側電極16に接触する部分を高濃度層2とするこ
とにより、接触抵抗の低減を図り、他の部分を低濃度層
3とすることにより、透過率の低下を抑制しつつ機械的
強度を確保している。低濃度層3の不純物濃度は、2〜
5×1017cm-3程度とすることが好ましい。また、高
濃度層2を低濃度層3よりも薄くし、支持層4のうち高
濃度層3の占める比率を50%未満とすることが好まし
い。
In the above-described embodiment shown in FIG. 2, the portion of the support layer 4 that contacts the p-side electrode 16 is formed as the high-concentration layer 2 so that the contact resistance is reduced and the other portions are formed as the low-concentration layer. By setting 3, the mechanical strength is secured while suppressing a decrease in transmittance. The impurity concentration of the low concentration layer 3 is 2
It is preferred to be about 5 × 10 17 cm −3 . In addition, it is preferable that the high-concentration layer 2 be thinner than the low-concentration layer 3 so that the ratio of the high-concentration layer 3 in the support layer 4 is less than 50%.

【0034】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
仮の基板上に、LPEにより仮の基板とは異なる半導体
材料からなる支持層をエピタキシャル成長させ、その後
仮の基板を除去する。これにより、バルク状の基板を作
製するのが困難な半導体材料からなる種結晶基板を作製
することができる。この種結晶基板の上に、気相エピタ
キシャル成長や分子線エピタキシャル成長等により、高
品質の半導体層を成長させることができる。
As described above, according to the present invention,
A support layer made of a semiconductor material different from that of the temporary substrate is epitaxially grown on the temporary substrate by LPE, and then the temporary substrate is removed. This makes it possible to manufacture a seed crystal substrate made of a semiconductor material for which it is difficult to manufacture a bulk substrate. A high-quality semiconductor layer can be grown on the seed crystal substrate by vapor phase epitaxial growth, molecular beam epitaxial growth, or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例による半導体装置の製造方法を
説明するための基板の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a substrate for describing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例による半導体装置の製造方法で
製造された半導体装置の断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor device manufactured by a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図3】支持層のX線ロッキングカーブの半値幅と、半
導体装置の出力維持率との関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a half width of an X-ray rocking curve of a support layer and an output maintenance ratio of a semiconductor device.

【図4】図4(A)は、実施例による方法で作製した支
持層のAl組成比の分布、及び発光スペクトルを示すグ
ラフであり、図4(B)は、比較例による方法で作製し
た支持層のAl組成比の分布、及び発光スペクトルを示
すグラフである。
FIG. 4A is a graph showing a distribution of an Al composition ratio and an emission spectrum of a support layer manufactured by a method according to an example, and FIG. 4B is manufactured by a method according to a comparative example. 5 is a graph showing a distribution of an Al composition ratio of a support layer and an emission spectrum.

【図5】支持層のp型不純物濃度と透過率との関係を示
すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a p-type impurity concentration of a support layer and transmittance.

【符号の説明】 1 GaAsからなる仮基板 2 AlGaAs高濃度層 3 AlGaAs低濃度層 4 支持層 5 AlGaAsバッファ層 6 AlGaAs下部クラッド層 7 AlGaAs下部キャリア閉込層 8 AlGaAs活性層 9 AlGaAs上部キャリア閉込層 10 AlGaAs上部クラッド層 11 AlGaAs電流拡散層 12 GaAsコンタクト層 15 p側電極 16 n側電極DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Temporary substrate made of GaAs 2 AlGaAs high concentration layer 3 AlGaAs low concentration layer 4 Support layer 5 AlGaAs buffer layer 6 AlGaAs lower cladding layer 7 AlGaAs lower carrier confinement layer 8 AlGaAs active layer 9 AlGaAs upper carrier confinement Layer 10 AlGaAs upper cladding layer 11 AlGaAs current diffusion layer 12 GaAs contact layer 15 p-side electrode 16 n-side electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡邊 英行 東京都目黒区中目黒2−9−13 スタンレ ー電気株式会社内 Fターム(参考) 5F041 AA31 CA04 CA22 CA34 CA36 CA63 CA65 CA74 CA85 5F053 AA03 AA36 DD05 DD12 FF02 GG01 HH04 KK01 KK04 LL04 RR03  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Hideyuki Watanabe 2-9-13 Nakameguro, Meguro-ku, Tokyo Stanley Electric Co., Ltd. F-term (reference) 5F041 AA31 CA04 CA22 CA34 CA36 CA63 CA65 CA74 CA85 5F053 AA03 AA36 DD05 DD12 FF02 GG01 HH04 KK01 KK04 LL04 RR03

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の半導体材料からなる単結晶の仮の
基板を準備する工程と、 前記仮の基板の表面上に、液相エピタキシャル成長法に
より、前記第1の半導体材料とは異なる第2の半導体材
料からなる支持層を成長させる工程と、 前記仮の基板を除去し、前記支持層を残す工程と、 前記支持層の表面上に、前記第1の半導体材料とは異な
る第3の半導体材料からなる第1の層をエピタキシャル
成長させる工程とを有する半導体装置の製造方法。
A step of preparing a temporary single-crystal substrate made of a first semiconductor material; and a second step of forming a second substrate different from the first semiconductor material on a surface of the temporary substrate by a liquid phase epitaxial growth method. Growing a support layer made of a semiconductor material of the following; removing the temporary substrate and leaving the support layer; and forming a third semiconductor different from the first semiconductor material on the surface of the support layer. Epitaxially growing a first layer made of a material.
【請求項2】 さらに、前記第1の層の上に、前記第3
の半導体材料のバンドギャップよりも小さなバンドギャ
ップを有する第4の半導体材料からなる活性層をエピタ
キシャル成長させる工程と、 前記活性層の上に、前記第4の半導体材料のバンドギャ
ップよりも大きなバンドギャップを有する第5の半導体
材料からなる第2の層をエピタキシャル成長させる工程
とを有し、前記活性層の発光スペクトルのピークを与え
る波長が、前記第1の半導体材料のバンドギャップに相
当する波長よりも短くなるように、前記活性層の厚さ及
び前記第3〜第5の半導体材料が選択されている請求項
1に記載の半導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, further comprising: forming the third layer on the first layer.
Epitaxially growing an active layer made of a fourth semiconductor material having a band gap smaller than the band gap of the semiconductor material; and forming a band gap larger than the band gap of the fourth semiconductor material on the active layer. Epitaxially growing a second layer made of a fifth semiconductor material having a wavelength at which a peak of an emission spectrum of the active layer is shorter than a wavelength corresponding to a band gap of the first semiconductor material. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the active layer and the third to fifth semiconductor materials are selected such that:
【請求項3】 前記第1の半導体材料がGaAsであ
り、前記第2の半導体材料、第3の半導体材料、及び第
5の半導体材料がAlGaAsであり、前記第4の半導
体材料がInGaAsである請求項1に記載の半導体装
置の製造方法。
3. The first semiconductor material is GaAs, the second semiconductor material, the third semiconductor material, and the fifth semiconductor material are AlGaAs, and the fourth semiconductor material is InGaAs. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
【請求項4】 前記支持層を成長させる工程において、
成長させるべき前記第1の半導体材料が溶解した溶液の
上下に温度差を設けて、前記仮の基板を低温側に配置
し、該仮の基板の表面上に前記支持層を成長させる請求
項1〜3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
4. In the step of growing the support layer,
The temperature difference is provided above and below the solution in which the first semiconductor material to be grown is dissolved, the temporary substrate is arranged on the low temperature side, and the support layer is grown on the surface of the temporary substrate. 4. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of items 1 to 3.
【請求項5】 前記仮の基板を除去した後、前記第1の
層を成長させる前に、前記支持層の成長表面を化学機械
研磨する工程を含む請求項1〜4のいずれかに記載の半
導体装置の製造方法。
5. The method according to claim 1, further comprising a step of chemically and mechanically polishing a growth surface of the support layer after removing the temporary substrate and before growing the first layer. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項6】 前記支持層を成長させる工程が、 前記第2の半導体材料に、アクセプタまたはドナーとな
る不純物をドープしながら第1の支持層を成長させる工
程と、 前記第1の支持層の上に、該第1の支持層の不純物濃度
よりも低い不純物濃度となる条件で、該不純物をドープ
しながら第2の支持層を成長させる工程とを含む請求項
1〜5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
6. The step of growing the support layer, the step of growing a first support layer while doping the second semiconductor material with an impurity serving as an acceptor or a donor; 6. The method according to claim 1, further comprising the step of growing the second support layer while doping the impurity under a condition that the impurity concentration is lower than the impurity concentration of the first support layer. Of manufacturing a semiconductor device.
【請求項7】 前記第1の支持層が前記第2の支持層よ
りも薄い請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
7. The method according to claim 6, wherein the first support layer is thinner than the second support layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10392313B4 (en) * 2002-12-04 2014-07-10 Emcore Corp. Gallium nitride based devices and manufacturing processes

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