JP2008244065A - Manufacturing method of epitaxial wafer for led (light emitting diode) - Google Patents

Manufacturing method of epitaxial wafer for led (light emitting diode) Download PDF

Info

Publication number
JP2008244065A
JP2008244065A JP2007081207A JP2007081207A JP2008244065A JP 2008244065 A JP2008244065 A JP 2008244065A JP 2007081207 A JP2007081207 A JP 2007081207A JP 2007081207 A JP2007081207 A JP 2007081207A JP 2008244065 A JP2008244065 A JP 2008244065A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
epitaxial wafer
growth
epitaxial
type
manufacturing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007081207A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukiya Shibata
幸弥 柴田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd filed Critical Hitachi Cable Ltd
Priority to JP2007081207A priority Critical patent/JP2008244065A/en
Publication of JP2008244065A publication Critical patent/JP2008244065A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture by high yield epitaxial wafer for LED, reduced in the contents of oxygen impurities in an epitaxial layer and excellent in light emitting characteristics, by removing oxygen contained in the material of the epitaxial layer effectively to reduce the concentration of oxygen in growth solution. <P>SOLUTION: In the manufacturing method of the epitaxial wafer, having a p<SP>-</SP>type GaAlAs active layer and an n-type GaAlAs clad layer having a necessary Al mixed crystal ratio necessary for a desired light emitting wavelength, on a p-type GaAs substrate through liquid phase epitaxial method, the blending of dopant material and/or aluminum material in the preparation of growth solution is carried out by throwing the material into the growth solution under a status that the material is heated to a predetermined temperature in a growth device while the predetermined temperature T (unit:K) is specified so as to be within the range of 0.8T<SB>m</SB>≤T≤0.99T<SB>m</SB>with respect to the melting point T<SB>m</SB>(unit:K) of the material. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、エピタキシャルウエハの製造方法に関し、特に、発光ダイオード(LED)用エピタキシャルウエハに好適な、酸素不純物濃度の低いエピタキシャルウエハの製造方法に関するものである。   The present invention relates to an epitaxial wafer manufacturing method, and more particularly to an epitaxial wafer manufacturing method suitable for a light emitting diode (LED) epitaxial wafer having a low oxygen impurity concentration.

近年、屋外用ディスプレイパネルや自動車用ランプとして発光ダイオード(LED)が広く用いられるようになってきたが、これらの用途に用いるためには、白昼でも視認できる程度に輝度が高いことが要求される。そこで、LEDの高輝度化および低コスト化(歩留り向上)のため、種々の検討が行われてきた。例えば、構造面ではシングルヘテロ構造、ダブルヘテロ構造、裏面反射型ダブルヘテロ構造などヘテロ構造の発光ダイオードが開発されている。   In recent years, light emitting diodes (LEDs) have been widely used as outdoor display panels and automobile lamps. However, in order to use them in such applications, it is required that the luminance is high enough to be visible even in daylight. . Therefore, various studies have been made to increase the luminance and the cost of the LED (improve the yield). For example, light emitting diodes having a hetero structure such as a single hetero structure, a double hetero structure, and a back reflection type double hetero structure have been developed.

赤色LEDを例にとると、シングルヘテロ構造のエピタキシャルウエハは、p型GaAs基板上に、所望する発光波長に必要なAl混晶比のp型GaAlAs活性層、n型GaAlAsクラッド層を液相エピタキシー法により順次形成して製造される。また、ダブルヘテロ構造のエピタキシャルウエハは、p型GaAs基板上に、p型GaAlAsクラッド層、所望する発光波長に必要なAl混晶比のp型GaAlAs活性層、n型GaAlAsクラッド層を液相エピタキシー法により順次形成して製造される。   Taking a red LED as an example, an epitaxial wafer having a single heterostructure is composed of a p-type GaAs substrate and a p-type GaAlAs active layer and an n-type GaAlAs clad layer having an Al mixed crystal ratio required for a desired emission wavelength by liquid phase epitaxy. It is formed and manufactured sequentially by the method. In addition, an epitaxial wafer having a double heterostructure includes a p-type GaAlAs cladding layer, a p-type GaAlAs active layer having an Al mixed crystal ratio required for a desired emission wavelength, and an n-type GaAlAs cladding layer on a p-type GaAs substrate. It is formed and manufactured sequentially by the method.

ここで、液相エピタキシー法により赤色LED用のエピタキシャルウエハを製造する場合、通常、原料としてはGa(ガリウム)、GaAs(砒化ガリウム)、Al(アルミニウム)、Zn(亜鉛)、Te(テルル)が用いられ、成長治具にはグラファイト(カーボン)製のものが使用される。Znはp型ドーパントとして、Teはn型ドーパントとして用いられる。   Here, when manufacturing an epitaxial wafer for red LED by the liquid phase epitaxy method, the raw materials are usually Ga (gallium), GaAs (gallium arsenide), Al (aluminum), Zn (zinc), Te (tellurium). A growth jig made of graphite (carbon) is used. Zn is used as a p-type dopant and Te is used as an n-type dopant.

一方、LED用エピタキシャルウエハに混入する不純物のうち、酸素は発光特性に大きく影響を及ぼしていることが知られている。不純物の酸素が成長溶液中のGa、Al、Zn、Te等と結合して酸化物が生成されると、エピタキシャル層中に結晶欠陥が増え発光特性が大きく劣化する。   On the other hand, it is known that oxygen among the impurities mixed in the epitaxial wafer for LED greatly affects the light emission characteristics. When an impurity oxygen is combined with Ga, Al, Zn, Te, or the like in the growth solution to generate an oxide, crystal defects increase in the epitaxial layer, and the light emission characteristics are greatly deteriorated.

液相エピタキシー法によるLED用エピタキシャルウエハの製造は、通常、水素雰囲気中で行われるため、従来、成長治具や原料に含まれる酸素は還元され、エピタキシャル層中に酸素不純物は殆ど含まれないと考えられていた。しかし実際には、グラファイト製の成長治具中に含まれる水分から酸素が発生し、エピタキシャル層中に酸素不純物が混入することが分かった。この問題を解決するため、成長溶液中の酸素濃度を低減する検討が行われた。   Since the production of LED epitaxial wafers by the liquid phase epitaxy method is usually performed in a hydrogen atmosphere, conventionally, oxygen contained in growth jigs and raw materials has been reduced, and almost no oxygen impurities are contained in the epitaxial layer. It was thought. However, it has been found that oxygen is actually generated from moisture contained in the graphite growth jig and oxygen impurities are mixed into the epitaxial layer. In order to solve this problem, studies have been made to reduce the oxygen concentration in the growth solution.

例えば、特許文献1(特開2001−15800号公報)のエピタキシャルウエハは、グラファイト製成長治具に対する前処理として高温空焼きを行い、治具中に含まれる(付着・吸着を含む)水分を除去した後、該治具が大気に触れないようにすることで、治具の水分から発生する酸素不純物の低減を図る製造方法が開示されている。   For example, the epitaxial wafer disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-15800) is subjected to high-temperature baking as a pretreatment for a graphite growth jig to remove moisture (including adhesion and adsorption) contained in the jig. Then, a manufacturing method for reducing oxygen impurities generated from moisture in the jig is disclosed by preventing the jig from coming into contact with the atmosphere.

特開2001−15800号公報JP 2001-15800 A

しかしながら、特許文献1に記載の従来のエピタキシャルウエハでは、エピタキシャル層原料に含まれる酸素の具体的な除去方法の開示が無く、原料に起因する酸素不純物を低減できる保障が無い。特に、AlとZnは酸化し易い物質であり、原料表面に酸化皮膜等を形成しやすい。また、ZnとTeはGaよりも融点と密度が高い物質であることから、成長装置内で昇温して原料を溶解する際、ZnやTeは液体Gaに覆われてしまう(Zn:融点≒420℃,密度≒7.1g/cm、Te:融点≒450℃,密度≒6.2g/cm、Ga:融点≒30℃,密度≒5.9g/cm)。このため、水素雰囲気中で昇温した場合においても、該原料の酸化皮膜の除去(還元・純化)が不完全になりやすく、酸素不純物の低減が阻害される懸念がある。 However, in the conventional epitaxial wafer described in Patent Document 1, there is no disclosure of a specific method for removing oxygen contained in the epitaxial layer material, and there is no guarantee that oxygen impurities caused by the material can be reduced. In particular, Al and Zn are easily oxidizable substances and easily form an oxide film or the like on the surface of the raw material. Further, since Zn and Te are substances having a melting point and density higher than those of Ga, Zn and Te are covered with liquid Ga when the temperature is raised in the growth apparatus to dissolve the raw material (Zn: melting point≈ 420 ° C., density ≈ 7.1 g / cm 3 , Te: melting point ≈ 450 ° C., density ≈ 6.2 g / cm 3 , Ga: melting point ≈ 30 ° C., density ≈ 5.9 g / cm 3 ). For this reason, even when the temperature is raised in a hydrogen atmosphere, the removal (reduction / purification) of the oxide film of the raw material tends to be incomplete, and there is a concern that the reduction of oxygen impurities is hindered.

従って、本発明の目的は、エピタキシャル層原料に含まれる酸素を効果的に除去し、成長溶液中の酸素濃度を低減することによって、エピタキシャル層中の酸素不純物が少なく発光特性が良好なLED用エピタキシャルウエハを高い歩留り(低コスト)で製造する方法を供給することにある。   Therefore, an object of the present invention is to effectively remove oxygen contained in the epitaxial layer material and reduce the oxygen concentration in the growth solution, thereby reducing the number of oxygen impurities in the epitaxial layer and improving the emission characteristics of the LED. The object is to provide a method for manufacturing a wafer at a high yield (low cost).

本発明は、上記目的を達成するため、p型GaAs基板上に、所望する発光波長に必要なAl混晶比のp型GaAlAs活性層、 n型GaAlAsクラッド層を液相エピタキシー法により順次形成するシングルヘテロ構造エピタキシャルウエハの製造方法、または、
p型GaAs基板上に、 p型GaAlAsクラッド層、所望する発光波長に必要なAl混晶比のp型GaAlAs活性層、 n型GaAlAsクラッド層を液相エピタキシー法により順次形成したダブルヘテロ構造のエピタキシャルウエハの製造方法であって、
成長溶液の調合におけるドーパント材料および/またはアルミニウム材料の混合が、成長装置内で前記材料を所定の温度に加熱した状態で成長溶液に投入して行われ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。
In order to achieve the above object, the present invention sequentially forms, on a p-type GaAs substrate, a p-type GaAlAs active layer and an n-type GaAlAs clad layer having an Al mixed crystal ratio required for a desired emission wavelength by a liquid phase epitaxy method. Method for producing single heterostructure epitaxial wafer, or
A double heterostructure epitaxial structure in which a p-type GaAlAs cladding layer, a p-type GaAlAs active layer having an Al mixed crystal ratio required for a desired emission wavelength, and an n-type GaAlAs cladding layer are sequentially formed on a p-type GaAs substrate by liquid phase epitaxy. A wafer manufacturing method comprising:
A method for producing an epitaxial wafer, wherein mixing of a dopant material and / or an aluminum material in preparation of a growth solution is performed by introducing the material into a growth solution in a state where the material is heated to a predetermined temperature in a growth apparatus. provide.

また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明に係る製造方法において、前記ドーパント材料および/またはアルミニウム材料を投入する所定の温度T〔単位:K〕が、前記材料の融点T〔単位:K〕に対して0.8T≦T≦0.99Tであ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。 In order to achieve the above object, according to the present invention, in the manufacturing method according to the present invention, the predetermined temperature T (unit: K) at which the dopant material and / or the aluminum material is added is the melting point T of the material. m [unit: K] provides a method for producing an epitaxial wafer, which is a 0.8T m ≦ T ≦ 0.99T m against.

また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明に係る製造方法において、前記ドーパント材料がZnであ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。   Moreover, this invention provides the manufacturing method of the epitaxial wafer characterized by the said dopant material being Zn in the manufacturing method which concerns on said this invention, in order to achieve the said objective.

また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明に係る製造方法により製造されたエピタキシャルウエハを提供する。   Moreover, this invention provides the epitaxial wafer manufactured by the manufacturing method which concerns on said this invention, in order to achieve the said objective.

本発明によれば、エピタキシャル層原料に含まれる酸素を効果的に除去し、成長溶液中の酸素濃度を低減することによって、エピタキシャル層中の酸素不純物が少なく発光特性が良好なLED用エピタキシャルウエハを高い歩留り(低コスト)で製造することができる。   According to the present invention, by effectively removing oxygen contained in the raw material of the epitaxial layer and reducing the oxygen concentration in the growth solution, an epitaxial wafer for LED having good emission characteristics with few oxygen impurities in the epitaxial layer is obtained. It can be manufactured at a high yield (low cost).

本実施の形態におけるエピタキシャルウエハの製造方法は、p型GaAs基板上に、所望する発光波長に必要なAl混晶比のp型GaAlAs活性層、 n型GaAlAsクラッド層を液相エピタキシー法により順次形成するシングルヘテロ(SH)構造エピタキシャルウエハの製造方法、または、
p型GaAs基板上に、 p型GaAlAsクラッド層、所望する発光波長に必要なAl混晶比のp型GaAlAs活性層、 n型GaAlAsクラッド層を液相エピタキシー法により順次形成したダブルヘテロ(DH)構造のエピタキシャルウエハの製造方法であって、
成長溶液の調合におけるドーパント材料および/またはアルミニウム材料の混合が、成長装置内で前記材料を所定の温度に加熱した状態で成長溶液に投入して行われ、前記所定の温度T〔単位:K〕が、前記材料の融点T〔単位:K〕に対して0.8T≦T≦0.99Tであることを特徴とする。
In this embodiment, an epitaxial wafer is manufactured by sequentially forming, on a p-type GaAs substrate, a p-type GaAlAs active layer and an n-type GaAlAs cladding layer having an Al mixed crystal ratio required for a desired emission wavelength by a liquid phase epitaxy method. A method of manufacturing a single hetero (SH) structure epitaxial wafer, or
Double hetero (DH) in which a p-type GaAlAs cladding layer, a p-type GaAlAs active layer having an Al mixed crystal ratio required for a desired emission wavelength, and an n-type GaAlAs cladding layer are sequentially formed on a p-type GaAs substrate by liquid phase epitaxy. A method of manufacturing an epitaxial wafer having a structure,
Mixing of the dopant material and / or the aluminum material in the preparation of the growth solution is performed by introducing the material into the growth solution in a state where the material is heated to a predetermined temperature in the growth apparatus, and the predetermined temperature T [unit: K]. but the melting point T m [unit: K] of said material characterized in that it is a 0.8T m ≦ T ≦ 0.99T m against.

(エピタキシャルウエハの構造)
図1は、本発明の実施の結果として得られるSH構造のGaAlAs系赤色LED用エピタキシャルウエハの1例を示す断面模式図である。このエピタキシャルウエハは、p型のGaAs基板1上に、p型GaAlAs活性層2と、n型GaAlAsクラッド層3が形成されている。p型GaAlAs活性層2は、例えば、膜厚25μm、Al混晶比0.35であり、p型ドーパントとしてZnがドープされている。また、n型GaAlAsクラッド層3は、例えば、膜厚40μm、Al混晶比0.60であり、n型ドーパントとしてTeがドープされている。
(Epitaxial wafer structure)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an SH wafer-structured GaAlAs red LED epitaxial wafer obtained as a result of the practice of the present invention. In this epitaxial wafer, a p-type GaAlAs active layer 2 and an n-type GaAlAs cladding layer 3 are formed on a p-type GaAs substrate 1. The p-type GaAlAs active layer 2 has, for example, a film thickness of 25 μm and an Al mixed crystal ratio of 0.35, and is doped with Zn as a p-type dopant. The n-type GaAlAs cladding layer 3 has, for example, a film thickness of 40 μm, an Al mixed crystal ratio of 0.60, and is doped with Te as an n-type dopant.

図2は、本発明の実施の結果として得られるDH構造のGaAlAs系赤色LED用エピタキシャルウエハの1例を示す断面模式図である。このエピタキシャルウエハは、p型のGaAs基板1上に、p型GaAlAsクラッド層4と、p型GaAlAs活性層2’と、n型GaAlAsクラッド層3’が形成されている。p型GaAlAsクラッド層4は、例えば、膜厚20μm、Al混晶比0.6であり、p型ドーパントとしてZnがドープされている。p型GaAlAs活性層2’は、例えば、膜厚2μm、Al混晶比0.35であり、p型ドーパントとしてZnがドープされている。また、n型GaAlAsクラッド層3’は、例えば、膜厚40μm、Al混晶比0.6であり、n型ドーパントとしてTeがドープされている。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a GaAlAs-based red LED epitaxial wafer having a DH structure obtained as a result of the implementation of the present invention. In this epitaxial wafer, a p-type GaAlAs cladding layer 4, a p-type GaAlAs active layer 2 ′, and an n-type GaAlAs cladding layer 3 ′ are formed on a p-type GaAs substrate 1. The p-type GaAlAs cladding layer 4 has, for example, a film thickness of 20 μm and an Al mixed crystal ratio of 0.6, and is doped with Zn as a p-type dopant. The p-type GaAlAs active layer 2 ′ has a thickness of 2 μm and an Al mixed crystal ratio of 0.35, for example, and is doped with Zn as a p-type dopant. The n-type GaAlAs cladding layer 3 ′ has, for example, a film thickness of 40 μm and an Al mixed crystal ratio of 0.6, and is doped with Te as an n-type dopant.

(液相エピタキシー法における成長治具)
図1に示したようなSH構造エピタキシャルウエハの場合を例にして、液相エピタキシー法における成長治具について説明する。なお、図2に示したようなDH構造エピタキシャルウエハの場合は、下記図3に対して、p型クラッド層4用の成長溶液溜、材料投入用容器および付帯治具が追加される。
(Growth jig in liquid phase epitaxy method)
The growth jig in the liquid phase epitaxy method will be described by taking the case of the SH structure epitaxial wafer as shown in FIG. 1 as an example. In the case of the DH structure epitaxial wafer as shown in FIG. 2, a growth solution reservoir for the p-type cladding layer 4, a material input container, and an accompanying jig are added to FIG.

図3は、本発明を実施するための液相エピタキシー法におけるスライドボート式成長治具およびエピタキシャル層成長方法の1例を示した断面模式図である。成長治具本体10は、グラファイト素材で形成され、活性層成長溶液溜12’と、クラッド層成長溶液溜13’と、活性層ドーパント材料(Zn)14および活性層材料(Al)16を収容する容器17と、クラッド層ドーパント材料(Te)15およびクラッド層材料(Al)16’を収容する容器18と、基板1を収容する基板ホルダ11から構成されている。また、容器17の底蓋17’をスライドさせるための押し棒19と、容器18の底蓋18’をスライドさせるための引き棒20と、基板ホルダ11をスライドさせるための引き棒21を有している。なお、成長装置の図示は省略した。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a slide boat type growth jig and an epitaxial layer growth method in the liquid phase epitaxy method for carrying out the present invention. The growth jig main body 10 is formed of a graphite material and accommodates an active layer growth solution reservoir 12 ′, a cladding layer growth solution reservoir 13 ′, an active layer dopant material (Zn) 14, and an active layer material (Al) 16. A container 17, a container 18 that contains a cladding layer dopant material (Te) 15 and a cladding layer material (Al) 16 ′, and a substrate holder 11 that houses the substrate 1. Further, it has a push bar 19 for sliding the bottom lid 17 ′ of the container 17, a pull bar 20 for sliding the bottom lid 18 ′ of the container 18, and a pull bar 21 for sliding the substrate holder 11. ing. The growth apparatus is not shown.

(エピタキシャルウエハの製造方法)
図1に示したようなエピタキシャルウエハの製造は、例えば次のような手順で行われる。基板1を収容した基板ホルダ11を成長治具本体10にセットする。成長治具本体10の活性層成長溶液溜12’とクラッド層成長溶液溜13’にエピタキシャル層の原料であるGaおよびGaAsを収容し、容器17に活性層ドーパント材料(Zn)14および活性層材料(Al)16を収容し、容器18にクラッド層ドーパント材料(Te)15およびクラッド層材料(Al)16’を収容する。なお、特開2001−15800号公報に記載されているように、成長治具本体10にあらかじめ高温空焼きを行い、その後、該治具が大気に触れないようにすることは好ましい。
(Epitaxial wafer manufacturing method)
The epitaxial wafer as shown in FIG. 1 is manufactured in the following procedure, for example. A substrate holder 11 containing the substrate 1 is set on the growth jig body 10. The active layer growth solution reservoir 12 ′ and the cladding layer growth solution reservoir 13 ′ of the growth jig body 10 contain Ga and GaAs as raw materials for the epitaxial layer, and the container 17 contains the active layer dopant material (Zn) 14 and the active layer material. The (Al) 16 is accommodated, and the cladding layer dopant material (Te) 15 and the cladding layer material (Al) 16 ′ are accommodated in the container 18. As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-15800, it is preferable that the growth jig body 10 is preliminarily heated at a high temperature and then the jig is not exposed to the atmosphere.

基板とエピタキシャル層材料が収容された成長治具本体10を液相エピタキシャル成長装置内の所定の箇所に設置する。押し棒19および引き棒20,21の取り付けは、適宜行えばよい。上記成長治具本体を水素気流中にて1〜5℃/minの割合で850〜950℃まで加熱する。この昇温途中の所定の温度T〔単位:K〕において、押し棒19を用いて容器17の底蓋17’を段階的にスライドさせて、活性層ドーパント材料(Zn)14および活性層材料(Al)16を活性層成長溶液溜12’中の活性層成長溶液12に投入する。同様に、所定の温度T〔単位:K〕において、引き棒20を用いて容器18の底蓋18’を段階的にスライドさせて、クラッド層ドーパント材料(Te)15およびクラッド層材料(Al)16’をクラッド層成長溶液溜13’中のクラッド層成長溶液13に投入する。Alの融点(約660℃)はZnの融点(約420℃)やTeの融点(約450℃)よりも高いことから、底蓋17’,18’を段階的にスライドさせることが望ましい。   The growth jig body 10 containing the substrate and the epitaxial layer material is placed at a predetermined location in the liquid phase epitaxial growth apparatus. The push rod 19 and the pull rods 20 and 21 may be attached as appropriate. The growth jig body is heated to 850 to 950 ° C. at a rate of 1 to 5 ° C./min in a hydrogen stream. At a predetermined temperature T [unit: K] in the middle of the temperature rise, the bottom lid 17 ′ of the container 17 is slid stepwise using the push rod 19, and the active layer dopant material (Zn) 14 and the active layer material ( Al) 16 is charged into the active layer growth solution 12 in the active layer growth solution reservoir 12 '. Similarly, at a predetermined temperature T [unit: K], the bottom lid 18 ′ of the container 18 is slid stepwise using the pull rod 20, and the cladding layer dopant material (Te) 15 and the cladding layer material (Al). 16 'is thrown into the cladding layer growth solution 13 in the cladding layer growth solution reservoir 13'. Since the melting point of Al (about 660 ° C.) is higher than the melting point of Zn (about 420 ° C.) and the melting point of Te (about 450 ° C.), it is desirable to slide the bottom lids 17 ′ and 18 ′ stepwise.

この時、所定の温度T〔単位:K〕は、投入する材料の融点T〔単位:K〕に対して0.8T≦T≦0.99Tであることが望ましい。より望ましくは0.9T≦T≦0.99Tであり、さらに望ましくは0.95T≦T≦0.98Tである。所定の温度TがT<0.8Tであると、投入される材料の還元・純化(酸化物皮膜の除去)が不完全になりやすく、歩留まり低下の要因となる。また、所定の温度Tが0.99T<Tであると、過冷度(例えば、材料表面の曲率半径に起因)による融点降下により、投入される材料が溶融して不完全投入となる場合があり、成長溶液の組成ズレが起きやすく、発光特性劣化の要因となる。 At this time, the predetermined temperature T [Unit: K] is the melting point T m [unit: K] of the material to be introduced is preferably a 0.8T m ≦ T ≦ 0.99T m against. More preferably a 0.9T m ≦ T ≦ 0.99T m, more desirably 0.95T m ≦ T ≦ 0.98T m. When the predetermined temperature T is T <0.8 Tm , reduction / purification (removal of the oxide film) of the input material tends to be incomplete, resulting in a decrease in yield. In addition, when the predetermined temperature T is 0.99 T m <T, the material to be melted is incompletely charged due to the melting point drop due to the degree of supercooling (for example, due to the curvature radius of the material surface). Therefore, the composition of the growth solution is likely to be misaligned, resulting in deterioration of the light emission characteristics.

なお、所定の温度Tにおいて、保持時間を設けることは好ましい。また、Al材料は、密度(約2.7g/cm)がGaの密度(約5.9g/cm)よりも小さく、液体Gaに浮くことから、成長溶液投入後も材料の還元・純化が進行しやすいと考えられるので、ZnやTeのドーパント材料と同時投入することも可能である。また、あらかじめ活性層成長溶液溜12’とクラッド層成長溶液溜13’に収容することも可能である。 Note that it is preferable to provide a holding time at a predetermined temperature T. In addition, since the Al material has a density (about 2.7 g / cm 3 ) smaller than the Ga density (about 5.9 g / cm 3 ) and floats in liquid Ga, the material is reduced and purified even after the growth solution is added. Therefore, it is possible to simultaneously add with a dopant material such as Zn or Te. It is also possible to store in the active layer growth solution reservoir 12 ′ and the clad layer growth solution reservoir 13 ′ in advance.

上述した850〜950℃まで昇温した後、2〜5時間保持して成長溶液を安定させる。その後、700℃まで0.5〜2℃/minの割合で降温させながら、引き棒21を用いて基板ホルダ11をスライドさせ、基板1を成長溶液12,13に順次接触させて、p型GaAlAs活性層、 n型GaAlAsクラッド層をエピタキシャル成長させる。これによりエピタキシャルウエハが製造される。   After heating up to 850-950 degreeC mentioned above, it hold | maintains for 2 to 5 hours, and stabilizes a growth solution. Thereafter, while lowering the temperature to 700 ° C. at a rate of 0.5 to 2 ° C./min, the substrate holder 11 is slid using the pulling rod 21, the substrate 1 is sequentially brought into contact with the growth solutions 12 and 13, and p-type GaAlAs is obtained. An active layer and an n-type GaAlAs cladding layer are epitaxially grown. Thereby, an epitaxial wafer is manufactured.

(他の成長治具)
図4は、本発明を実施するための液相エピタキシー法におけるスライドボート式成長治具およびエピタキシャル層成長方法の他の1例を示した断面模式図である。成長治具本体30は、グラファイト素材で形成され、活性層成長溶液溜32と、クラッド層成長溶液溜33と、活性層ドーパント材料(Zn)14を収容する容器34と、活性層材料(Al)16を収容する容器36と、クラッド層ドーパント材料(Te)15を収容する容器35と、クラッド層材料(Al)16’を収容する容器37と、基板1を収容する基板ホルダ31から構成されている。また、容器34を回転させるための回し棒39と、容器36を回転させるための回し棒39’と、容器35を回転させるための回し棒40と、容器37を回転させるための回し棒40’と、基板ホルダ31をスライドさせるための引き棒41を有している。なお、成長装置は図示していない。
(Other growth jigs)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another example of a slide boat type growth jig and an epitaxial layer growth method in the liquid phase epitaxy method for carrying out the present invention. The growth jig body 30 is formed of a graphite material, and includes an active layer growth solution reservoir 32, a clad layer growth solution reservoir 33, a container 34 containing an active layer dopant material (Zn) 14, and an active layer material (Al). 16, a container 35 for storing the cladding layer dopant material (Te) 15, a container 37 for storing the cladding layer material (Al) 16 ′, and a substrate holder 31 for storing the substrate 1. Yes. In addition, a rotating rod 39 for rotating the container 34, a rotating rod 39 'for rotating the container 36, a rotating rod 40 for rotating the container 35, and a rotating rod 40' for rotating the container 37. And a pulling rod 41 for sliding the substrate holder 31. Note that the growth apparatus is not shown.

図4の成長治具を用いたエピタキシャルウエハの製造は、図3の成長治具を用いた場合と同様に行われる。なお、活性層ドーパント材料(Zn)14、活性層材料(Al)16、クラッド層ドーパント材料(Te)15、クラッド層材料(Al)16’を各成長溶液に投入するにあたり、図3の成長治具を用いた場合の「底蓋17’,18’を段階的にスライドさせる」の代わりに、回し棒39〜40’を用いて容器34〜37を投入温度Tの低いほうから順次回転させて行われる。   The production of the epitaxial wafer using the growth jig of FIG. 4 is performed in the same manner as in the case of using the growth jig of FIG. In addition, when the active layer dopant material (Zn) 14, the active layer material (Al) 16, the clad layer dopant material (Te) 15, and the clad layer material (Al) 16 'are added to each growth solution, the growth treatment shown in FIG. Instead of “sliding the bottom lids 17 ′ and 18 ′ stepwise” in the case of using tools, the containers 34 to 37 are sequentially rotated from the lower input temperature T by using the turning rods 39 to 40 ′. Done.

〔実施の形態の効果〕
上記の本発明の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
(1)成長溶液の調合において、ドーパント材料やアルミニウム材料に含まれる酸素成分を効果的に除去できることから、成長溶液中の酸素濃度を低減することができる。
(2)成長溶液中の酸素濃度の低減は、エピタキシャル層中の酸素不純物の低減につながることから、発光特性が良好なLED用エピタキシャルウエハを高い歩留り(低コスト)で製造することができる。
[Effect of the embodiment]
According to the above embodiment of the present invention, the following effects can be obtained.
(1) In the preparation of the growth solution, the oxygen component contained in the dopant material and the aluminum material can be effectively removed, so that the oxygen concentration in the growth solution can be reduced.
(2) Since the reduction of the oxygen concentration in the growth solution leads to the reduction of oxygen impurities in the epitaxial layer, it is possible to produce an LED epitaxial wafer with good light emission characteristics at a high yield (low cost).

以下、本発明を実施例に基づいて更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in more detail based on an Example, this invention is not limited to these.

(実施例1〜3および比較例1〜4の作製)
はじめに、成長治具として図3に示したようなグラファイト製のスライドボート式成長治具を用意した。この成長治具に対し、空焼き(水素雰囲気中、950℃で10時間保持)を行って治具中に含まれる水分を除去した後、該治具が大気に触れないように窒素雰囲気のグローブボックス内に保管した。
(Production of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4)
First, a graphite slide boat type growth jig as shown in FIG. 3 was prepared as a growth jig. This growth jig is baked (held in a hydrogen atmosphere at 950 ° C. for 10 hours) to remove moisture contained in the jig, and then a glove in a nitrogen atmosphere is used so that the jig does not come into contact with the atmosphere. Stored in a box.

次に、グローブボックス内でp型GaAs基板とエピタキシャル層の原料であるGa、GaAs、Al、Zn、Teを成長治具にセットした。このとき、従来技術と同様に、活性層成長溶液溜にGa、GaAs、Al、Znを収容し、クラッド層成長溶液溜にGa、GaAs、Al、Teを収容したものを比較例1とした。一方、他の比較例(比較例2〜4)および実施例1〜3は、ドーパント原料(Zn、Te)とAl原料をそれぞれ図3に示したように、活性層成長溶液溜やクラッド層成長溶液溜と異なる容器に収容した。その後、大気に触れないようにしながら、各成長治具を液相エピタキシャル成長装置内の所定の箇所に設置した。   Next, Ga, GaAs, Al, Zn, and Te, which are raw materials for the p-type GaAs substrate and the epitaxial layer, were set in a growth jig in the glove box. At this time, as in the prior art, Comparative Example 1 was prepared by containing Ga, GaAs, Al, and Zn in the active layer growth solution reservoir and containing Ga, GaAs, Al, and Te in the cladding layer growth solution reservoir. On the other hand, in other comparative examples (Comparative Examples 2 to 4) and Examples 1 to 3, the dopant raw material (Zn, Te) and the Al raw material are respectively shown in FIG. It was stored in a container different from the solution reservoir. Thereafter, each growth jig was placed at a predetermined location in the liquid phase epitaxial growth apparatus while not touching the atmosphere.

次に、水素気流中3℃/minの割合で上記成長装置を900℃まで加熱した。昇温途中の所定の温度において、ドーパント原料(Zn、Te)とAl原料を活性層成長溶液およびクラッド層成長溶液に投入した。このとき、活性層ドーパント原料(Zn)の投入温度を変化させ、200℃で投入(比較例2)、250℃で投入(比較例3)、300℃で投入(実施例1)、350℃で投入(実施例2)、400℃で投入(実施例3)、450℃で投入(比較例4)とした。また、クラッド層ドーパント原料(Te)とAl原料の投入温度は、比較例2〜4および実施例1〜3をとおして、それぞれ400℃、600℃で統一した。   Next, the growth apparatus was heated to 900 ° C. at a rate of 3 ° C./min in a hydrogen stream. The dopant raw materials (Zn, Te) and the Al raw material were added to the active layer growth solution and the clad layer growth solution at a predetermined temperature during the temperature increase. At this time, the input temperature of the active layer dopant raw material (Zn) was changed, and charged at 200 ° C. (Comparative Example 2), charged at 250 ° C. (Comparative Example 3), charged at 300 ° C. (Example 1), and at 350 ° C. Input (Example 2), input at 400 ° C. (Example 3), and input at 450 ° C. (Comparative Example 4). Further, the input temperatures of the cladding layer dopant raw material (Te) and the Al raw material were unified at 400 ° C. and 600 ° C. through Comparative Examples 2 to 4 and Examples 1 to 3, respectively.

900℃に到達後、3時間保持して成長溶液を安定させた。次に、700℃まで1℃/minの割合で降温させながらp型GaAs基板を順次成長溶液に接触させて、p型GaAlAs活性層、n型GaAlAsクラッド層をエピタキシャル成長させ、各条件で複数枚のLED用エピタキシャルウエハを作製した。   After reaching 900 ° C., the growth solution was stabilized by maintaining for 3 hours. Next, the p-type GaAs substrate is sequentially brought into contact with the growth solution while the temperature is decreased to 700 ° C. at a rate of 1 ° C./min, and the p-type GaAlAs active layer and the n-type GaAlAs cladding layer are epitaxially grown. An epitaxial wafer for LED was produced.

(発光特性評価)
上記で作製した各エピタキシャルウエハに対し、発光特性の評価を行った。まず、グルービング測定装置(株式会社オプト・システム製、型式:WG−105)を用いて、エピタキシャルウエハ表面にリング状の溝加工(外径φ0.9mm、内径φ0.6mm、pn界面の深さ以上)を多数施した。次に、溝加工中央の島部上面(外径φ0.6mm)に電極針を接触させ、ウェハ裏面電極(別途形成)との間で通電し発光特性を測定した。通電電流は20mAとし、各作製条件(実施例1〜3および比較例1〜4)で1000箇所ずつ測定した。発光特性が10mcd未満であるものを不良品と判定し、不良発生率を求めた。結果を表1に示す。
(Emission characteristic evaluation)
The light emission characteristics of each epitaxial wafer produced above were evaluated. First, using a grooving measuring device (manufactured by Opt-System Co., Ltd., model: WG-105), a ring-shaped groove (outside diameter φ0.9 mm, inside diameter φ0.6 mm, pn interface depth or more) on the epitaxial wafer surface ). Next, the electrode needle was brought into contact with the upper surface of the island part (outer diameter φ0.6 mm) at the center of the groove processing, and the light emission characteristics were measured by applying current between the wafer back electrode (separately formed). The energizing current was 20 mA, and 1000 locations were measured under each production condition (Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4). Those having a light emission characteristic of less than 10 mcd were determined to be defective, and the defect occurrence rate was determined. The results are shown in Table 1.

Figure 2008244065
Figure 2008244065

表1の結果から明らかなように、ドーパント材料およびアルミニウム材料を投入する所定の温度T〔単位:K〕が、該材料の融点T〔単位:K〕に対して0.8T≦T≦0.99Tであるエピタキシャルウエハを用いたLED(実施例1〜3)は、低い不良発生率を示し、歩留まり良く製造できたことが判る。これは、成長装置の昇温過程において、ドーパント材料およびアルミニウム材料に含まれる酸素成分を効果的に除去(還元・純化)できたことから、成長溶液中の酸素濃度を低減することができ、その結果、エピタキシャル層中の酸素不純物が低減したためと考えられる。 As is clear from the results in Table 1, the predetermined temperature T [unit: K] for introducing the dopant material and the aluminum material is 0.8 T m ≦ T ≦ with respect to the melting point T m [unit: K] of the material. It can be seen that the LEDs (Examples 1 to 3) using the epitaxial wafer of 0.99 Tm exhibited a low defect occurrence rate and could be manufactured with a high yield. This is because the oxygen component contained in the dopant material and the aluminum material can be effectively removed (reduction / purification) in the temperature rising process of the growth apparatus, so that the oxygen concentration in the growth solution can be reduced. As a result, it is considered that oxygen impurities in the epitaxial layer are reduced.

これに対し、本発明の規定から外れて製造されたLED用エピタキシャルウエハ(比較例1〜4)では、不良発生率がほとんど改善されていないことが判る。これは、ドーパント材料およびアルミニウム材料に含まれる酸素成分の除去(還元・純化)が不十分であったためと考えられる。   On the other hand, it can be seen that the defect occurrence rate is hardly improved in the epitaxial wafers for LEDs (Comparative Examples 1 to 4) manufactured outside the definition of the present invention. This is presumably because the removal (reduction / purification) of the oxygen component contained in the dopant material and the aluminum material was insufficient.

なお、比較例4においては、ドーパント材料(Zn)投入温度がZnの融点を超えており、Znが容器内(言い換えると、活性層成長溶液溜の外)で溶融したことに伴ってドーパント投入量に不足が生じ、不良発生率が増大したものと考えられる。   In Comparative Example 4, the dopant material (Zn) input temperature exceeds the melting point of Zn, and the amount of dopant input accompanying the melting of Zn in the container (in other words, outside the active layer growth solution reservoir). It is thought that the shortage occurred and the defect occurrence rate increased.

上記の実施例は、シングルヘテロ構造のエピタキシャルウエハにおいて実施したものであるが、ダブルヘテロ構造のエピタキシャルウエハにおいても同様の効果が期待できる。また、本発明は、ダブルヘテロ構造のエピタキシャルウエハからGaAs基板を除去して作製される裏面反射型の発光ダイオードにも適用できる。   Although the above embodiment is performed on an epitaxial wafer having a single hetero structure, the same effect can be expected also on an epitaxial wafer having a double hetero structure. The present invention can also be applied to a back-reflection type light emitting diode manufactured by removing a GaAs substrate from an epitaxial wafer having a double hetero structure.

本発明の実施の結果として得られるSH構造のGaAlAs系赤色LED用エピタキシャルウエハの1例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the epitaxial wafer for GaAlAs type | system | group red LED of SH structure obtained as a result of implementation of this invention. 本発明の実施の結果として得られるDH構造のGaAlAs系赤色LED用エピタキシャルウエハの1例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the epitaxial wafer for GaAlAs type | system | group red LED of DH structure obtained as a result of implementation of this invention. 本発明を実施するための液相エピタキシー法におけるスライドボート式成長治具およびエピタキシャル層成長方法の1例を示した断面模式図である。It is the cross-sectional schematic diagram which showed one example of the slide boat type growth jig | tool and the epitaxial layer growth method in the liquid phase epitaxy method for implementing this invention. 本発明を実施するための液相エピタキシー法におけるスライドボート式成長治具およびエピタキシャル層成長方法の他の1例を示した断面模式図である。It is the cross-sectional schematic diagram which showed another example of the slide boat type growth jig | tool and the epitaxial layer growth method in the liquid phase epitaxy method for implementing this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…基板、2,2’…活性層、3,3’…クラッド層、4…クラッド層、10…成長治具本体、11…基板ホルダ、12…活性層成長溶液、12’…活性層成長溶液溜、13…クラッド層成長溶液、13’…クラッド層成長溶液溜、14…活性層ドーパント材料、15…クラッド層ドーパント材料、16…活性層材料、16’…クラッド層材料、17,18…容器、17’,18’…底蓋、19…押し棒、20,21…引き棒、30…成長治具本体、31…基板ホルダ、32…活性層成長溶液溜、33…クラッド層成長溶液溜、34,35,36,37…容器、39,39’,40,40’…回し棒、41…引き棒。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 2, 2 '... Active layer, 3, 3' ... Cladding layer, 4 ... Cladding layer, 10 ... Growth jig main body, 11 ... Substrate holder, 12 ... Active layer growth solution, 12 '... Active layer growth Solution reservoir, 13 ... cladding layer growth solution, 13 '... cladding layer growth solution reservoir, 14 ... active layer dopant material, 15 ... cladding layer dopant material, 16 ... active layer material, 16' ... cladding layer material, 17, 18 ... Container, 17 ', 18' ... Bottom lid, 19 ... Push rod, 20, 21 ... Pull rod, 30 ... Growth jig body, 31 ... Substrate holder, 32 ... Active layer growth solution reservoir, 33 ... Clad layer growth solution reservoir , 34, 35, 36, 37 ... container, 39, 39 ', 40, 40' ... rotating rod, 41 ... pulling rod.

Claims (4)

p型GaAs基板上に、所望する発光波長に必要なAl混晶比のp型GaAlAs活性層、 n型GaAlAsクラッド層を液相エピタキシー法により順次形成するシングルヘテロ構造エピタキシャルウエハの製造方法、または、
p型GaAs基板上に、 p型GaAlAsクラッド層、所望する発光波長に必要なAl混晶比のp型GaAlAs活性層、 n型GaAlAsクラッド層を液相エピタキシー法により順次形成したダブルヘテロ構造のエピタキシャルウエハの製造方法であって、
成長溶液の調合におけるドーパント材料および/またはアルミニウム材料の混合が、成長装置内で前記材料を所定の温度に加熱した状態で成長溶液に投入して行われることを特徴とするエピタキシャルウエハの製造方法。
A method for producing a single heterostructure epitaxial wafer in which a p-type GaAlAs active layer and an n-type GaAlAs cladding layer having an Al mixed crystal ratio necessary for a desired emission wavelength are sequentially formed on a p-type GaAs substrate by liquid phase epitaxy, or
A double heterostructure epitaxial structure in which a p-type GaAlAs cladding layer, a p-type GaAlAs active layer having an Al mixed crystal ratio required for a desired emission wavelength, and an n-type GaAlAs cladding layer are sequentially formed on a p-type GaAs substrate by liquid phase epitaxy. A wafer manufacturing method comprising:
A method for producing an epitaxial wafer, wherein mixing of a dopant material and / or an aluminum material in preparation of a growth solution is performed by introducing the material into a growth solution in a state where the material is heated to a predetermined temperature in a growth apparatus.
請求項1に記載の製造方法において、前記ドーパント材料および/またはアルミニウム材料を投入する所定の温度T〔単位:K〕が、前記材料の融点T〔単位:K〕に対して0.8T≦T≦0.99Tであることを特徴とするエピタキシャルウエハの製造方法。 2. The manufacturing method according to claim 1, wherein the predetermined temperature T [unit: K] at which the dopant material and / or the aluminum material is charged is 0.8 T m with respect to the melting point T m [unit: K] of the material. method for manufacturing an epitaxial wafer, which is a ≦ T ≦ 0.99T m. 請求項1乃至請求項2に記載の製造方法において、前記ドーパント材料がZnであることを特徴とするエピタキシャルウエハの製造方法。   3. The method for manufacturing an epitaxial wafer according to claim 1, wherein the dopant material is Zn. 4. 請求項1乃至請求項3に記載した製造方法により製造されたエピタキシャルウエハ。   An epitaxial wafer manufactured by the manufacturing method according to claim 1.
JP2007081207A 2007-03-27 2007-03-27 Manufacturing method of epitaxial wafer for led (light emitting diode) Pending JP2008244065A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007081207A JP2008244065A (en) 2007-03-27 2007-03-27 Manufacturing method of epitaxial wafer for led (light emitting diode)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007081207A JP2008244065A (en) 2007-03-27 2007-03-27 Manufacturing method of epitaxial wafer for led (light emitting diode)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008244065A true JP2008244065A (en) 2008-10-09

Family

ID=39915061

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007081207A Pending JP2008244065A (en) 2007-03-27 2007-03-27 Manufacturing method of epitaxial wafer for led (light emitting diode)

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008244065A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100370065C (en) B-ga2o3 single crystal growing method, thin-film single crystal growing method, ga2o3 light-emitting device, and its manufacturing method
KR101582021B1 (en) Composite substrates, a method of producing the same, a method of producing a functional layer of a nitride of a group 13 element and functional devices
US20050059229A1 (en) Method of manufacturing Group III nitride crystal substrate, etchant used in the method, Group III nitride crystal substrate, and semiconductor device including the same
JP2005298269A (en) Group iii nitride crystal substrate and its manufacturing method, and group iii nitride semiconductor device
US7255742B2 (en) Method of manufacturing Group III nitride crystals, method of manufacturing semiconductor substrate, Group III nitride crystals, semiconductor substrate, and electronic device
JP7117690B2 (en) Method for producing group III-V compound crystal and method for producing semiconductor device
US9941442B2 (en) Group 13 element nitride crystal substrate and function element
JP4554287B2 (en) Group III nitride crystal manufacturing method and semiconductor substrate manufacturing method
JP2009018961A (en) Process for producing group iii nitride crystal, group iii nitride crystal substrate, and group iii nitride semiconductor device
JP2005119893A (en) Inorganic composition, its production method, and method for producing nitride of group iii element using the same
JP6169292B1 (en) Group 13 element nitride crystal substrate and functional device
JPH0537018A (en) Compound semiconductor single crystal
JP2008244065A (en) Manufacturing method of epitaxial wafer for led (light emitting diode)
US8003421B2 (en) Method for manufacturing compound semiconductor substrate, compound semiconductor substrate and light emitting device
JP5116632B2 (en) Method for producing Group III element nitride crystal
JP2010077022A (en) Group iii nitride crystal substrate, method for producing the same, and group iii nitride semiconductor device
JPH05335621A (en) Gallium phosphide green light emitting diode
TW498560B (en) Epitaxial wafer for infrared light-emitting device and light-emitting device using the same
JP2001339099A (en) Epitaxial wafer for ir light emitting diode and light emitting diode using the same
JP2001339099A5 (en)
JP5924800B1 (en) Group 13 element nitride crystal layer and functional device
TW508835B (en) Epitaxial wafer for infrared light-emitting device and light-emitting device using the same
JP2006128279A (en) Method and device of liquid phase growth
JP2007161547A (en) Liquid phase growing apparatus, growing tool for liquid phase growing apparatus and liquid phase growing method
JP2006216812A (en) Liquid-phase-epitaxial growth method and epitaxial wafer obtained thereby