JP2011253956A - Method of manufacturing epitaxial wafer - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing an epitaxial wafer having a good forward voltage by reducing defective forward voltage (Vf) generated by Si which is mixed when forming a p-type layer as compared with prior art.SOLUTION: The method of manufacturing an epitaxial wafer includes at least a step for growing a p-type layer epitaxially on a substrate consisting of a compound semiconductor by hydride vapor phase epitaxial method. When temperature of the substrate is raised before starting epitaxial growth of the p-type layer, p-type dopant gas is fed more than that fed during epitaxial growth of the p-type layer.

Description

本発明は、ハイドライド気相成長法によるエピタキシャルウエーハの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing an epitaxial wafer by hydride vapor phase epitaxy.

GaAs単結晶基板上に、発光層部と電流拡散層とを形成した発光素子が従来知られている。
例えばGaAs単結晶基板上に、AlGaInPの4元からなる発光層部とGaPからなる電流拡散層(以下、窓層とも言う)を形成した発光素子が知られている。
このGaP電流拡散層は、発光層部側を有機金属気相成長法(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy法、以下単にMOVPE法ともいう)により比較的薄い第1電流拡散層を形成した後に、ハイドライド気相成長法(Hydride Vapor Phase Epitaxy法、以下単にHVPE法ともいう)により比較的厚い第2電流拡散層を成長させて形成するものであり、特許文献1等に開示されている。
この電流拡散層は、全体として200μm程度の厚さにまで成長させることがある。
A light emitting device in which a light emitting layer portion and a current diffusion layer are formed on a GaAs single crystal substrate is conventionally known.
For example, a light emitting device is known in which a light emitting layer portion composed of four elements of AlGaInP and a current diffusion layer composed of GaP (hereinafter also referred to as a window layer) are formed on a GaAs single crystal substrate.
This GaP current spreading layer is formed by forming a relatively thin first current spreading layer on the light emitting layer side by a metal organic vapor phase epitaxy method (hereinafter also referred to simply as MOVPE method), and then forming a hydride vapor phase. A relatively thick second current diffusion layer is grown and formed by a growth method (Hydride Vapor Phase Epitaxy method, hereinafter also simply referred to as HVPE method), which is disclosed in Patent Document 1 and the like.
The current spreading layer may be grown to a thickness of about 200 μm as a whole.

しかし、HVPE法によるエピタキシャル成長に用いる成長装置において、溶融III族金属を収容した坩堝や、成長容器、あるいはウエーハを支持するサセプタなどの石英製反応部品からのコンタミにより、第1電流拡散層と第2電流拡散層との界面がSiにより汚染されやすいという問題があった。   However, in the growth apparatus used for the epitaxial growth by the HVPE method, the first current diffusion layer and the second current are caused by contamination from a reaction part made of quartz such as a crucible containing a molten group III metal, a growth vessel, or a susceptor supporting a wafer. There was a problem that the interface with the current diffusion layer was easily contaminated by Si.

そして、このSiはn型ドーパントして働くため、p型第1電流拡散層と第2電流拡散層の界面でp型キャリアを補償しp型高抵抗層が形成されてしまい、得られる発光素子の駆動時の順方向電圧(Vf)が増大するという不具合が発生していた。   Since this Si acts as an n-type dopant, the p-type carrier is compensated at the interface between the p-type first current diffusion layer and the second current diffusion layer, and a p-type high resistance layer is formed. There has been a problem that the forward voltage (Vf) at the time of driving increases.

米国特許第5,008,718号公報US Patent No. 5,008,718

本発明はこのような上記の課題を解決するためになされたものであり、p型層を形成する際に混入するSiによって発生する順方向電圧(Vf)の不良を従来より低減させ、順方向電圧が良好なエピタキシャルウエーハの製造方法を提供するものである。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and reduces the forward voltage (Vf) defect generated by Si mixed when forming the p-type layer as compared with the prior art. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an epitaxial wafer having a good voltage.

上記課題を解決するため、本発明では、少なくとも、化合物半導体からなる基板上に、ハイドライド気相成長法によってp型層をエピタキシャル成長させる工程を有するエピタキシャルウエーハの製造方法であって、前記p型層のエピタキシャル成長を開始する前の前記基板の昇温時に、p型ドーパントガスを前記p型層のエピタキシャル成長時より多く流すことを特徴とするエピタキシャルウエーハの製造方法を提供する。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides an epitaxial wafer manufacturing method including a step of epitaxially growing a p-type layer on a substrate made of a compound semiconductor by a hydride vapor phase growth method. Provided is a method for manufacturing an epitaxial wafer, wherein a p-type dopant gas is allowed to flow more at the time of raising the temperature of the substrate before starting epitaxial growth than at the time of epitaxial growth of the p-type layer.

このように、ハイドライド気相成長法によりp型エピタキシャル成長させる工程において、p型層のエピタキシャル成長を開始させる前の基板温度の昇温時に、p型ドーパントガスをエピタキシャル成長時の流量より多く流すこととする。
これによって、基板とp型層との成長界面の汚染Si(n型ドーパントとして作用)と相殺するようにp型ドーパントが成長界面に供給されるため、成長界面にp型高抵抗層が形成されることを従来に比べて抑制することができる。そしてこのような製造方法によって得られたエピタキシャルウエーハから製造される発光素子の順方向電圧を従来に比べて低く抑えることができ、製品歩留りの向上を図ることができ、製造コストの低減も図ることができる。
As described above, in the step of p-type epitaxial growth by the hydride vapor phase growth method, the p-type dopant gas is allowed to flow more than the flow rate during epitaxial growth when the substrate temperature is raised before the epitaxial growth of the p-type layer is started.
As a result, the p-type dopant is supplied to the growth interface so as to offset the contaminated Si (acting as an n-type dopant) at the growth interface between the substrate and the p-type layer, so that a p-type high resistance layer is formed at the growth interface. It can suppress that compared with the past. In addition, the forward voltage of the light-emitting element manufactured from the epitaxial wafer obtained by such a manufacturing method can be suppressed lower than the conventional one, the product yield can be improved, and the manufacturing cost can be reduced. Can do.

ここで、前記基板の昇温時の前記p型ドーパントガスの流量を、前記p型層のエピタキシャル層成長時の流量の1.1〜20倍とすることが好ましい。
このように、p型ドーパントガスを、昇温時にエピタキシャル成長時の流量の1.1〜20倍の流量で流すことによって、得られる発光素子の駆動時の順方向電圧(Vf)をより確実に低く抑えることができ、更なる製造歩留りの向上を図ることができる。なお、20倍を超える流量とすることは必要以上にp型ドーパントガスを消費し、コスト面から好ましくない。
Here, it is preferable that the flow rate of the p-type dopant gas at the time of raising the temperature of the substrate is 1.1 to 20 times the flow rate at the time of epitaxial layer growth of the p-type layer.
In this way, by flowing the p-type dopant gas at a flow rate of 1.1 to 20 times the flow rate during epitaxial growth when the temperature is raised, the forward voltage (Vf) at the time of driving the obtained light emitting element is more reliably lowered. Therefore, the production yield can be further improved. A flow rate exceeding 20 times consumes p-type dopant gas more than necessary, which is not preferable from the viewpoint of cost.

また、前記基板として、化合物半導体単体からなる基板上に、少なくとも、発光層、p型第1電流拡散層とを有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させたものを用い、該基板上に、前記p型層として、前記ハイドライド気相成長法によってp型第2電流拡散層をエピタキシャル成長させることが好ましい。
このように、基板に上述のような構造のものを用い、そしてその基板上にp型層としてp型第2電流拡散層をハイドライド気相成長法によりエピタキシャル成長させることによって、p型高抵抗層を形成させることなく厚膜の電流拡散層を早い速度でエピタキシャル成長させることができる。よって、効率的に光の取り出し効率を向上させることができ、高輝度の発光素子を製造することができるエピタキシャルウエーハをより効率的に製造することができる。
Further, as the substrate, a substrate in which at least a light emitting layer and a p-type first current diffusion layer are epitaxially grown by a metal organic vapor phase epitaxy method on a substrate made of a single compound semiconductor is used. As the mold layer, it is preferable to epitaxially grow the p-type second current diffusion layer by the hydride vapor phase growth method.
Thus, the p-type high resistance layer is formed by epitaxially growing the p-type second current diffusion layer as a p-type layer on the substrate by the hydride vapor phase growth method. A thick current diffusion layer can be epitaxially grown at a high speed without being formed. Therefore, it is possible to efficiently improve the light extraction efficiency, and it is possible to more efficiently manufacture an epitaxial wafer that can manufacture a high-luminance light emitting element.

そして、前記発光層を、組成式(AlGa1−xIn1−yP(ただし、0≦x≦1,0≦y≦1)にて表される化合物にて構成されたn型クラッド層、活性層、p型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造からなるものとすることが好ましい。
このように、発光層を上述のような構造とすることによって、発光輝度が高く、かつ順方向電圧(Vf)の低いエピタキシャルウエーハを製造することができる。
Then, the light-emitting layer, the composition formula (Al x Ga 1-x) y In 1-y P ( However, 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) is constituted by represented by compound n It is preferable that the type cladding layer, the active layer, and the p-type cladding layer have a double hetero structure in which the layers are stacked in this order.
As described above, by forming the light emitting layer as described above, an epitaxial wafer having high light emission luminance and low forward voltage (Vf) can be manufactured.

更に、前記化合物半導体単体からなる基板を、GaAs基板とすることが好ましい。
このように、化合物半導体単体からなる基板をGaAs基板とすれば、上記発光層と格子定数が一致するため、容易に発光層を成長させることが可能となる。
Furthermore, the substrate made of the compound semiconductor alone is preferably a GaAs substrate.
Thus, if the substrate made of a compound semiconductor alone is a GaAs substrate, the light emitting layer can be easily grown because the lattice constant coincides with that of the light emitting layer.

また、前記p型第1電流拡散層および前記p型第2電流拡散層を、GaP、GaAsPのいずれかからなるものとすることが好ましい。
このように、p型第1電流拡散層および前記p型第2電流拡散層がGaP、GaAsPのいずれかからなるものとすることで、発光輝度をより高くすることができる。
Moreover, it is preferable that the p-type first current diffusion layer and the p-type second current diffusion layer are made of either GaP or GaAsP.
As described above, when the p-type first current diffusion layer and the p-type second current diffusion layer are made of either GaP or GaAsP, the emission luminance can be further increased.

そして、前記基板の昇温時の前記p型ドーパントガスの流量を、前記p型層のエピタキシャル成長時の流量の1.5〜20倍の流量とすることが好ましい。
このように、基板昇温時にp型ドーパントガスをエピタキシャル成長時の流量の1.5〜20倍の流量で流すことで、より確実に成長界面でのp型高抵抗層の形成を抑制できる。
The flow rate of the p-type dopant gas at the time of raising the temperature of the substrate is preferably 1.5 to 20 times the flow rate at the time of epitaxial growth of the p-type layer.
In this way, by flowing the p-type dopant gas at a flow rate of 1.5 to 20 times the flow rate during epitaxial growth when the substrate is heated, the formation of the p-type high resistance layer at the growth interface can be suppressed more reliably.

更に、前記p型ドーパントガスとして、DMZnを用いることが好ましい。
このように、p型ドーパントガスをDMZnとすれば、容易にp型ドーパントを供給することができる。
Furthermore, it is preferable to use DMZn as the p-type dopant gas.
Thus, if the p-type dopant gas is DMZn, the p-type dopant can be easily supplied.

以上のように、本発明のエピタキシャルウエーハの製造方法は、p型層をエピタキシャル成長させる前の昇温時に、p型ドーパントガスをエピタキシャル成長時より多く流すことによって、成長界面での汚染Si(n型ドーパントとして作用)を相殺するようにp型ドーパントを成長界面に供給することができる。このため、成長界面にp型高抵抗層が形成される可能性を従来に比べて低くすることができ、このような方法で製造されたエピタキシャルウエーハから製造される半導体素子の駆動電圧を、従来と比較して低く抑えることができる。   As described above, the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention allows contamination of Si (n-type dopant) at the growth interface by flowing more p-type dopant gas at the time of temperature rise before epitaxial growth of the p-type layer than at the time of epitaxial growth. P-type dopant can be supplied to the growth interface so as to cancel out the above. For this reason, the possibility that a p-type high resistance layer is formed at the growth interface can be reduced as compared with the prior art, and the driving voltage of a semiconductor element manufactured from an epitaxial wafer manufactured by such a method can be reduced. Compared to, it can be kept low.

本発明のエピタキシャルウエーハの製造方法の一例を示した工程フローである。It is the process flow which showed an example of the manufacturing method of the epitaxial wafer of this invention. 本発明のエピタキシャルウエーハから製造した発光素子の概略の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the outline of the light emitting element manufactured from the epitaxial wafer of this invention. 本発明のエピタキシャルウエーハの製造方法で用いるHVPE炉の一例を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed an example of the HVPE furnace used with the manufacturing method of the epitaxial wafer of this invention. 実施例1−3,比較例1のエピタキシャルウエーハのVfの最大値、平均値、最小値の関係を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the maximum value, the average value, and the minimum value of Vf of the epitaxial wafer of Example 1-3 and Comparative Example 1.

以下、本発明について図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図1は、本発明のエピタキシャルウエーハの製造方法の一例を示した工程フロー、図2は本発明のエピタキシャルウエーハから製造した発光素子の概略の一例を示した図である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. FIG. 1 is a process flow showing an example of a method for manufacturing an epitaxial wafer of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing an example of a schematic of a light emitting device manufactured from the epitaxial wafer of the present invention.

まず、図1の工程(a)に示すように、GaAs単結晶基板11上に、n型GaAsバッファ層12を例えば0.5μm成長させる。   First, as shown in step (a) of FIG. 1, an n-type GaAs buffer layer 12 is grown on the GaAs single crystal substrate 11 by 0.5 μm, for example.

次いで図1の工程(b)に示すように、n型GaAsバッファ層12上に、発光層13として、各々(AlGa1−xIn1−yP(ただし、0≦x≦1,0≦y≦1)よりなる、例えば厚さ0.8〜4μmのn型クラッド層13a、厚さ0.4〜2μmの活性層13b及び厚さ0.8〜4μmのp型クラッド層13cを、この順序にてエピタキシャル成長させる。なお、発光層13は、p型AlGaInPクラッド層側の表面が第一主表面である。 Next, as shown in step (b) of FIG. 1, (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (where 0 ≦ x ≦ 1) is formed on the n-type GaAs buffer layer 12 as the light emitting layer 13. , 0 ≦ y ≦ 1), for example, an n-type cladding layer 13a having a thickness of 0.8 to 4 μm, an active layer 13b having a thickness of 0.4 to 2 μm, and a p-type cladding layer 13c having a thickness of 0.8 to 4 μm Are epitaxially grown in this order. In the light emitting layer 13, the surface on the p-type AlGaInP cladding layer side is the first main surface.

上記各層のエピタキシャル成長は、公知の有機金属気相成長(MOVPE)法により行うことができる。
この各層のエピタキシャル層を形成するための製造条件は、求めるエピタキシャル層の厚さや、組成比によって適宜選択することができる。
Al、Ga、In(インジウム)、P(リン)の各成分源となる原料ガスとしては以下のようなものを使用できる。
・Al源ガス;トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリエチルアルミニウム(TEAl)など、
・Ga源ガス;トリメチルガリウム(TMGa)、トリエチルガリウム(TEGa)など、
・In源ガス;トリメチルインジウム(TMIn)、トリエチルインジウム(TEIn)など、
・P源ガス:トリメチルリン(TMP)、トリエチルリン(TEP)、ホスフィン(PH)など。
The epitaxial growth of each of the above layers can be performed by a known metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) method.
The manufacturing conditions for forming the epitaxial layer of each layer can be appropriately selected depending on the thickness of the desired epitaxial layer and the composition ratio.
The following materials can be used as source gases for the source of each component of Al, Ga, In (indium), and P (phosphorus).
-Al source gas; trimethylaluminum (TMAl), triethylaluminum (TEAl), etc.
Ga source gas: trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa), etc.
In source gas: trimethylindium (TMIn), triethylindium (TEIn), etc.
P source gas: trimethyl phosphorus (TMP), triethyl phosphorus (TEP), phosphine (PH 3 ), etc.

また、ドーパントガスとしては、以下のようなものを使用できる。
(p型ドーパント)
・Mg源:ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)など、
・Zn源:ジメチル亜鉛(DMZn)、ジエチル亜鉛(DEZn)など、
(n型ドーパント)
・Si源:モノシランなどのシリコン水素化物など。
Moreover, the following can be used as dopant gas.
(P-type dopant)
Mg source: biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg), etc.
Zn source: dimethyl zinc (DMZn), diethyl zinc (DEZn), etc.
(N-type dopant)
Si source: silicon hydride such as monosilane.

次に図1の工程(c)に示すように、p型AlGaInPクラッド層13c上に、例えばp型GaPからなるp型第1電流拡散層14を、有機金属気相成長法によりヘテロエピタキシャル成長させて、MOエピタキシャルウエーハ(基板)を得る。   Next, as shown in step (c) of FIG. 1, a p-type first current diffusion layer 14 made of, for example, p-type GaP is heteroepitaxially grown on the p-type AlGaInP cladding layer 13c by metal organic chemical vapor deposition. Then, an MO epitaxial wafer (substrate) is obtained.

次に、HVPE炉にMOエピタキシャルウエーハを投入し、p型第2電流拡散層をHVPE法によってエピタキシャル成長させるために、エピタキシャル成長温度(例えば640〜860℃)まで基板を昇温する。
そして、本発明においては、その際にp型第2電流拡散層のエピタキシャル成長時に流すよりも多くp型ドーパントガスを流すようにする。
Next, the MO epitaxial wafer is put into an HVPE furnace, and the substrate is heated to an epitaxial growth temperature (for example, 640 to 860 ° C.) in order to epitaxially grow the p-type second current diffusion layer by the HVPE method.
In the present invention, more p-type dopant gas is allowed to flow than at the time of epitaxial growth of the p-type second current diffusion layer.

特に、HVPE炉内に基板を投入してから成長温度まで昇温してからエピタキシャル成長の開始までの過程では、成長容器あるいは基板を支持するサセプタなどの石英製反応部品からの珪素(Si)の炉内での濃度が高くなっており、昇温時に基板の表面(成長界面)に付着し、n型ドーパントとして作用する。
しかし、本発明のように、この昇温時において、成長時に流すp型ドーパントガスよりも多いp型ドーパントガスを流すようにすることで、成長界面のSiと相殺するようにp型ドーパントが成長界面に供給されるため、成長界面にp型高抵抗層が形成されることを従来に比べて強く抑制することができる。そして、このような方法で製造したエピタキシャルウエーハから製造される半導体素子の駆動電圧を、従来のものに比べて低く抑えることができ、製品歩留りを改善することができる。
In particular, in the process from the introduction of the substrate into the HVPE furnace to the temperature rise to the growth temperature to the start of the epitaxial growth, a silicon (Si) furnace from a quartz reaction part such as a growth vessel or a susceptor that supports the substrate. The concentration in the substrate is high, and it adheres to the surface (growth interface) of the substrate when the temperature is raised, and acts as an n-type dopant.
However, as in the present invention, at the time of this temperature rise, the p-type dopant is grown so as to offset the Si at the growth interface by flowing more p-type dopant gas than the p-type dopant gas that is flowed during growth. Since it is supplied to the interface, the formation of the p-type high resistance layer at the growth interface can be strongly suppressed as compared with the conventional case. And the drive voltage of the semiconductor element manufactured from the epitaxial wafer manufactured by such a method can be restrained low compared with the conventional one, and the product yield can be improved.

ここで図3は、本発明のハイドライド気相成長工程において用いるHVPE炉の一例を示す模式図である。
このHVPE炉30は、Ga融液33を収容する坩堝32が配置される第一室と、基板Wを保持する例えば石英製のサセプタ31が収容される第二室から成る成長容器35を有する。そして第一室と第二室は、坩堝32とともに石英にて構成され、それぞれ個別のヒータ36により昇温されるようになっている。
そしてこのようなHVPE炉30を用いてp型層をエピタキシャル成長させる際には、第一室と第二室の内部は、HVPE反応が十分に進むよう、適正な成長温度に昇温され、成長容器35内にはガス導入口34より例えば塩化水素ガスと、キャリアガスと、P源ガスと、p型ドーパントガスを導入して、p型GaP層をエピタキシャル成長させる。
Here, FIG. 3 is a schematic view showing an example of an HVPE furnace used in the hydride vapor phase growth process of the present invention.
The HVPE furnace 30 has a growth vessel 35 composed of a first chamber in which a crucible 32 for storing a Ga melt 33 is disposed and a second chamber in which a susceptor 31 made of, for example, quartz holding a substrate W is stored. The first chamber and the second chamber are made of quartz together with the crucible 32, and each is heated by an individual heater 36.
When the p-type layer is epitaxially grown using such an HVPE furnace 30, the inside of the first chamber and the second chamber is heated to an appropriate growth temperature so that the HVPE reaction proceeds sufficiently, and the growth vessel For example, hydrogen chloride gas, carrier gas, P source gas, and p-type dopant gas are introduced into the gas 35 from the gas inlet 34 to epitaxially grow the p-type GaP layer.

この場合、昇温時と成長時のp型ドーパントガスの流量の比率としては1.1〜20倍、望ましくは1.5〜20倍、より望ましくは1.5〜3倍とすることができる。
このように、p型ドーパントガスを、昇温時にエピタキシャル成長時の流量の1.1〜20倍、特には1.5〜20倍の流量で流すことによって、より確実に基板とp型層との成長界面でのp型高抵抗層の形成を抑制でき、得られる発光素子の駆動時の順方向電圧(Vf)をより確実に低く抑えることができる。また、必要以上にp型ドーパントガスを流すことを抑制でき、ガスの使用量の必要以上の増加を抑制でき、製造コストの上昇が発生することも防ぐことができる。
In this case, the ratio of the flow rate of the p-type dopant gas at the time of temperature rise and growth can be 1.1 to 20 times, preferably 1.5 to 20 times, more preferably 1.5 to 3 times. .
Thus, by flowing the p-type dopant gas at a flow rate of 1.1 to 20 times, particularly 1.5 to 20 times the flow rate during epitaxial growth when the temperature is raised, the substrate and the p-type layer are more reliably connected. The formation of the p-type high resistance layer at the growth interface can be suppressed, and the forward voltage (Vf) during driving of the obtained light emitting element can be more reliably suppressed to a low level. Further, it is possible to suppress the p-type dopant gas from flowing more than necessary, to suppress an increase in the amount of gas used more than necessary, and to prevent an increase in manufacturing cost.

また、p型ドーパントガスとしてはジメチル亜鉛(DMZn)、ジエチル亜鉛(DEZn)等とすることができる。
このように、p型ドーパントガスとしては、高純度の原料が得やすいジメチル亜鉛(DMZn)、ジエチル亜鉛(DEZn)、特にジメチル亜鉛(DMZn)を用いることによって、より高純度・高品質のエピタキシャルウエーハを得ることができる。
The p-type dopant gas may be dimethyl zinc (DMZn), diethyl zinc (DEZn), or the like.
As described above, as the p-type dopant gas, dimethyl zinc (DMZn), diethyl zinc (DEZn), particularly dimethyl zinc (DMZn), which is easy to obtain a high-purity raw material, is used, so that a higher purity and higher quality epitaxial wafer can be obtained. Can be obtained.

次に、図1の工程(d)に示すように、基板が所定の温度になったら、p型ドーパントガスの流量を下げ、MOエピタキシャルウエーハのp型第1電流拡散層14上に、p型層として例えば厚いp型GaPからなるp型第2電流拡散層15を、ハイドライド気相成長法でエピタキシャル成長させる。
このHVPE法は、具体的には、容器内にてIII族元素である金属Gaを所定の温度に加熱保持しながら、その金属Ga上に塩化水素を導入して、下記(1)式の反応によりGaClを生成させ、キャリアガスであるHガスとともに基板上に供給する。
Ga(液体)+HCl(気体) → GaCl(気体)+1/2H(気体)‥‥(1)
成長温度は例えば640℃以上860℃以下に設定する。また、V族元素であるPは、PHをキャリアガスであるHともに基板上に供給する。さらに、p型ドーパントであるZnは、DMZn(ジメチルZn)の形で供給する。
GaCl(気体)+PH(気体)
→GaP(固体)+HCl(気体)+H(気体)‥‥(2)
Next, as shown in step (d) of FIG. 1, when the substrate reaches a predetermined temperature, the flow rate of the p-type dopant gas is decreased, and the p-type first current diffusion layer 14 of the MO epitaxial wafer is formed on the p-type. A p-type second current diffusion layer 15 made of, for example, thick p-type GaP as a layer is epitaxially grown by a hydride vapor phase growth method.
Specifically, this HVPE method introduces hydrogen chloride onto the metal Ga while heating and maintaining the metal Ga, which is a group III element, at a predetermined temperature in the container, and the reaction of the following formula (1) Then, GaCl is generated and supplied onto the substrate together with H 2 gas which is a carrier gas.
Ga (liquid) + HCl (gas) → GaCl (gas) + 1 / 2H 2 (gas) (1)
The growth temperature is set to, for example, 640 ° C. or more and 860 ° C. or less. P, which is a group V element, supplies PH 3 onto the substrate together with H 2, which is a carrier gas. Furthermore, Zn which is a p-type dopant is supplied in the form of DMZn (dimethyl Zn).
GaCl (gas) + PH 3 (gas)
→ GaP (solid) + HCl (gas) + H 2 (gas) (2)

以上の工程(d)が終了すれば、本発明のエピタキシャルウエーハ10が完成する。   When the above step (d) is completed, the epitaxial wafer 10 of the present invention is completed.

なお、上記例示では、基板にGaAs、p型第1電流拡散層及びp型第2電流拡散層にGaPを用いる場合について説明したが、本発明はこれらに限定されず、窓層としてはGaAsPを用いることができ、基板も発光層や電流拡散層を形成するのに適したものを適宜採用することができる。   In the above example, the case where GaAs is used for the substrate and GaP is used for the p-type first current diffusion layer and the p-type second current diffusion layer has been described. However, the present invention is not limited thereto, and GaAsP is used as the window layer. A substrate suitable for forming a light emitting layer or a current diffusion layer can be used as appropriate.

その後、真空蒸着法により、p型第2電流拡散層15上に第一電極21を、n型GaAs基板11上に第二電極22を形成し、更に第一電極21上にボンディングパッドを配置して、適当な温度で電極定着用のシンタリングを施す。
その後、ダイシングによりチップ化し、第二電極22をAgペースト等の導電性ペーストを用いて支持体を兼ねた図示しない端子電極に固着する一方、ボンディングパッドと別の端子電極とにまたがる形態でAu製のワイヤをボンディングし、更に樹脂モールドを形成することにより、図2に示すような発光素子20が得られる。
Thereafter, the first electrode 21 is formed on the p-type second current diffusion layer 15 and the second electrode 22 is formed on the n-type GaAs substrate 11 by vacuum deposition, and a bonding pad is further disposed on the first electrode 21. Then, sintering for electrode fixing is performed at an appropriate temperature.
Thereafter, the chip is formed by dicing, and the second electrode 22 is fixed to a terminal electrode (not shown) that also serves as a support using a conductive paste such as an Ag paste, while being made of Au in a form extending over a bonding pad and another terminal electrode. The light emitting element 20 as shown in FIG. 2 is obtained by bonding these wires and further forming a resin mold.

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1−3)
前記した本発明のエピタキシャルウエーハの製造方法である図1の工程に従い、厚さ280μmのn型GaAs基板上にn型GaAsバッファ層を0.5μm成長させた後、MOVPE法でAlGaInP発光層を8μm形成し、更にp型GaPからなる第1電流拡散層を1μm形成した。
以上の工程で製造された複数のMOエピタキシャルウエーハを、HVPE炉に移して窒素(N)ガスをHVPE炉内に20分導入し、空気を十分置換除去後、キャリアガスとして高純度水素(H)を導入し、Nを停止して昇温作業に入った。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
(Example 1-3)
In accordance with the process of FIG. 1 which is the manufacturing method of the epitaxial wafer of the present invention described above, after growing an n-type GaAs buffer layer by 0.5 μm on an n-type GaAs substrate having a thickness of 280 μm, an AlGaInP light emitting layer is formed by 8 μm by MOVPE Then, a first current diffusion layer made of p-type GaP was formed to 1 μm.
A plurality of MO epitaxial wafers manufactured in the above steps are transferred to an HVPE furnace, nitrogen (N 2 ) gas is introduced into the HVPE furnace for 20 minutes, air is sufficiently replaced and removed, and high purity hydrogen (H 2 ) was introduced, N 2 was stopped, and the heating operation was started.

そしてこの昇温作業中には、p型ドーパントドープ用ガスであるDMZnをエピタキシャル成長開始2分前から8cc/min(実施例1)、10cc/min(実施例2)、20cc/min(実施例3)の流量でHVPE炉内に導入した。
そして、高純度りん化水素ガス(PH)の導入を開始し、所定の温度に到達した後、GaClを生成させるため高純度塩化水素ガスを石英ボート中のGa溜めに吹き込み、MOエピタキシャルウエーハの最表面(p型GaP)と同組成のGaPエピタキシャル層の気相成長を行った。
また、塩化水素ガスを流すと同時に、DMZn流量を所定のキャリア濃度を得るための6cc/minに下げた。
During this temperature raising operation, DMZ which is a p-type dopant doping gas is 8 cc / min (Example 1), 10 cc / min (Example 2), 20 cc / min (Example 3) from 2 minutes before the start of epitaxial growth. ) In the HVPE furnace.
Then, introduction of high-purity hydrogen phosphide gas (PH 3 ) is started, and after reaching a predetermined temperature, high-purity hydrogen chloride gas is blown into the Ga reservoir in the quartz boat to generate GaCl. Vapor phase growth of a GaP epitaxial layer having the same composition as the outermost surface (p-type GaP) was performed.
Further, simultaneously with the flow of hydrogen chloride gas, the DMZn flow rate was lowered to 6 cc / min for obtaining a predetermined carrier concentration.

その後、狙いのエピ厚(150μm)に応じた時間の間、HClとPH及びDMZnガスを流してp型GaP層のエピタキシャル成長を行い、エピタキシャルウエーハを製造した。 Then, for a time corresponding to the target epi thickness (150 μm), HCl, PH 3 and DMZn gas were flowed to perform epitaxial growth of the p-type GaP layer, thereby manufacturing an epitaxial wafer.

その後、実施例1−3のエピタキシャルウエーハに真空蒸着法により第一電極及び第二電極を形成し、更に第一電極上にボンディングパッドを配置して、適当な温度で電極定着用のシンタリングを施し、その後ダイシングによりチップ化し発光素子を複数個得た。
そしてこの作製した実施例1−3の発光素子各々複数個に対して定電流電源にて20mAの電流を通電して、順方向電圧Vfを測定・評価した。その結果を図4に示す。
Thereafter, a first electrode and a second electrode are formed on the epitaxial wafer of Example 1-3 by vacuum deposition, and a bonding pad is further disposed on the first electrode, and electrode fixing sintering is performed at an appropriate temperature. After that, a plurality of light emitting elements were obtained by dicing into chips.
Then, a forward current Vf was measured and evaluated by applying a current of 20 mA to each of the manufactured light emitting elements of Example 1-3 with a constant current power source. The result is shown in FIG.

(比較例1)
エピタキシャル成長開始2分前からのDMZn流量を6cc/minとし、塩化水素ガスを流す際にDMZnガスの流量を変化させなかった以外は実施例1と同様な方法でエピタキシャルウエーハ及び発光素子を製造した。そして実施例1−3と同様の評価を行い、その結果を図4に示した。
(Comparative Example 1)
An epitaxial wafer and a light emitting device were manufactured in the same manner as in Example 1 except that the flow rate of DMZn from 6 minutes before the start of epitaxial growth was 6 cc / min and the flow rate of DMZn gas was not changed when hydrogen chloride gas was flown. And evaluation similar to Example 1-3 was performed and the result was shown in FIG.

図4に示すように、実施例1では(最大値)2.31V(平均値)2.04V(最小値)1.91V(標準偏差)0.128V、実施例2では(最大値)2.01V(平均値)1.96V(最小値)1.94V(標準偏差)0.013V、実施例3では(最大値)1.98V(平均値)1.96V(最小値)1.96V(標準偏差)0.006Vであったのに対し、比較例1では(最大値)2.91V(平均値)2.16V(最小値)1.93V(標準偏差)0.287Vであった。
このように、本発明のエピタキシャルウエーハの製造方法によればSi汚染によるVfの上昇を抑制することができ、また順方向電圧のバラツキも小さくすることができることが判った。
As shown in FIG. 4, in Example 1, (maximum value) 2.31 V (average value) 2.04 V (minimum value) 1.91 V (standard deviation) 0.128 V, and in Example 2 (maximum value) 2. 01V (average value) 1.96V (minimum value) 1.94V (standard deviation) 0.013V, in Example 3 (maximum value) 1.98V (average value) 1.96V (minimum value) 1.96V (standard) Deviation) was 0.006V, while in Comparative Example 1, (maximum value) 2.91V (average value) 2.16V (minimum value) 1.93V (standard deviation) 0.287V.
As described above, according to the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention, it was found that an increase in Vf due to Si contamination can be suppressed, and variations in forward voltage can be reduced.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.

10…エピタキシャルウエーハ、
11…GaAs基板、 12…GaAsバッファ層、 13…発光層、 13a…n型クラッド層、 13b…活性層、 13c…p型クラッド層、 14…p型第1電流拡散層(p型GaP層)、 15…p型第2電流拡散層(p型GaP層)、
20…発光素子、 21…第一電極、 22…第二電極、
30…HVPE炉、 31…サセプタ、 32…坩堝、 33…Ga融液、 34…ガス導入口、 35…成長容器、 36…ヒータ、 W…基板。
10: Epitaxial wafer,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... GaAs substrate, 12 ... GaAs buffer layer, 13 ... Light emitting layer, 13a ... N-type clad layer, 13b ... Active layer, 13c ... P-type clad layer, 14 ... P-type 1st electric current diffusion layer (p-type GaP layer) 15 ... p-type second current diffusion layer (p-type GaP layer),
20 ... Light-emitting element, 21 ... First electrode, 22 ... Second electrode,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 ... HVPE furnace, 31 ... Susceptor, 32 ... Crucible, 33 ... Ga melt, 34 ... Gas introduction port, 35 ... Growth container, 36 ... Heater, W ... Substrate.

Claims (8)

少なくとも、化合物半導体からなる基板上に、ハイドライド気相成長法によってp型層をエピタキシャル成長させる工程を有するエピタキシャルウエーハの製造方法であって、
前記p型層のエピタキシャル成長を開始する前の前記基板の昇温時に、p型ドーパントガスを前記p型層のエピタキシャル成長時より多く流すことを特徴とするエピタキシャルウエーハの製造方法。
An epitaxial wafer manufacturing method comprising a step of epitaxially growing a p-type layer on a substrate made of a compound semiconductor at least by a hydride vapor phase growth method,
A method of manufacturing an epitaxial wafer, wherein a larger amount of p-type dopant gas is allowed to flow at the time of temperature rise of the substrate before starting the epitaxial growth of the p-type layer than at the time of epitaxial growth of the p-type layer.
前記基板の昇温時の前記p型ドーパントガスの流量を、前記p型層のエピタキシャル層成長時の流量の1.1〜20倍とすることを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルウエーハの製造方法。   2. The epitaxial wafer according to claim 1, wherein a flow rate of the p-type dopant gas at the time of raising the temperature of the substrate is 1.1 to 20 times a flow rate at the time of epitaxial layer growth of the p-type layer. Production method. 前記基板として、化合物半導体単体からなる基板上に、少なくとも、発光層、p型第1電流拡散層とを有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させたものを用い、
該基板上に、前記p型層として、前記ハイドライド気相成長法によってp型第2電流拡散層をエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のエピタキシャルウエーハの製造方法。
As the substrate, at least a light emitting layer and a p-type first current diffusion layer are epitaxially grown on a substrate made of a compound semiconductor alone by metal organic chemical vapor deposition,
3. The method for manufacturing an epitaxial wafer according to claim 1, wherein a p-type second current diffusion layer is epitaxially grown on the substrate as the p-type layer by the hydride vapor phase growth method. 4.
前記発光層を、組成式(AlGa1−xIn1−yP(ただし、0≦x≦1,0≦y≦1)にて表される化合物にて構成されたn型クラッド層、活性層、p型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造からなるものとすることを特徴とする請求項3に記載のエピタキシャルウエーハの製造方法。 An n-type cladding in which the light-emitting layer is composed of a compound represented by a composition formula (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) 4. The method for producing an epitaxial wafer according to claim 3, wherein the layer, the active layer, and the p-type cladding layer have a double hetero structure in which the layers are laminated in this order. 前記化合物半導体単体からなる基板を、GaAs基板とすることを特徴とする請求項3または請求項4に記載のエピタキシャルウエーハの製造方法。   5. The method for manufacturing an epitaxial wafer according to claim 3, wherein the substrate made of a single compound semiconductor is a GaAs substrate. 前記p型第1電流拡散層および前記p型第2電流拡散層を、GaP、GaAsPのいずれかからなるものとすることを特徴とする請求項3ないし請求項5のいずれか1項に記載のエピタキシャルウエーハの製造方法。   The said p-type 1st current spreading layer and the said p-type 2nd current spreading layer shall consist of either GaP or GaAsP, The any one of Claim 3 thru | or 5 characterized by the above-mentioned. Epitaxial wafer manufacturing method. 前記基板の昇温時の前記p型ドーパントガスの流量を、前記p型層のエピタキシャル成長時の流量の1.5〜20倍の流量とすることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のエピタキシャルウエーハの製造方法。   The flow rate of the p-type dopant gas at the time of raising the temperature of the substrate is 1.5 to 20 times the flow rate at the time of epitaxial growth of the p-type layer. The method for producing an epitaxial wafer according to claim 1. 前記p型ドーパントガスとして、DMZnを用いることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載のエピタキシャルウエーハの製造方法。   8. The method for producing an epitaxial wafer according to claim 1, wherein DMZn is used as the p-type dopant gas.
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