JP2015018985A - Operation control method of vapor deposition apparatus and laminate manufacturing method using the method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる積層体をバッチ方式で製造する気相成長装置の新規な運転管理方法に関する。さらに、本発明は、該運転管理方法を使用して、バッチ方式で該積層体を繰り返し製造する新規な方法に関する。 The present invention relates to a novel operation management method for a vapor phase growth apparatus for manufacturing a laminated body made of a group III-V semiconductor by a batch method. Furthermore, the present invention relates to a novel method for repeatedly producing the laminate in a batch mode using the operation management method.
ＩＩＩ−Ｖ族半導体は、可視領域から紫外領域に相当するエネルギー帯の全領域でその多くが直接遷移型のバンド構造を持ち、高効率な発光素子の作製が可能である。そのため発光ダイオードおよびレーザーダイオードの研究が活発に行われ、現在では、可視領域から近紫外領域までの発光ダイオード、青色レーザーダイオードなどの半導体素子が製品化されている。 Most of III-V semiconductors have a direct transition band structure in the entire energy band corresponding to the visible region to the ultraviolet region, and a highly efficient light-emitting element can be manufactured. Therefore, research on light-emitting diodes and laser diodes has been actively conducted, and semiconductor devices such as light-emitting diodes and blue laser diodes from the visible region to the near-ultraviolet region have been commercialized.
このような半導体素子は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる積層体により構成される。該積層体は、公知の結晶成長法を用いて、例えば、基板上にバッファ層、Ｎ型キャップ層、Ｎ型クラッド層、活性層、Ｐ型クラッド層、Ｐ型キャップ層をエピタキシャル成長させて作製されている。このような結晶成長法は、バッチ方式の気相成長装置を使用して行われる。最終製品となる発光ダイオード、青色レーザーダイオードなどの半導体素子を作製するには、このようなＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる積層体を、さらに、電極形成、パッケージ化等の工程に供する必要がある。 Such a semiconductor element is composed of a laminated body made of a III-V group semiconductor. The stacked body is produced by, for example, epitaxially growing a buffer layer, an N-type cap layer, an N-type cladding layer, an active layer, a P-type cladding layer, and a P-type cap layer on a substrate using a known crystal growth method. ing. Such a crystal growth method is performed using a batch-type vapor phase growth apparatus. In order to produce a semiconductor element such as a light-emitting diode or a blue laser diode as a final product, it is necessary to further use such a laminated body made of a group III-V semiconductor for processes such as electrode formation and packaging.
ところが、同じ気相成長装置を使用して、繰り返しバッチ方式で行われる結晶成長において、気相成長装置の反応炉内に残留するドーパント元素等の影響が非常に大きいことが判明した。これは、ドーパント元素のメモリ効果として知られている（例えば、特許文献１参照）。メモリ効果とは、バッチ処理方式において、前バッチで使用した化合物が反応炉内に残留し、次バッチで該化合物またはその分解物等が脱離し、結晶中に取り込まれるものである。具体的には、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる積層体を製造した後には、原料の流通経路であり基板加熱時に高温となる反応炉内壁面に、原料に由来するＩＩＩ族原子（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）とＶ族原子とを主成分とする堆積物が形成される。この堆積物と共にドーパント元素も反応炉内壁面付着する。ドーパント元素は、新たなバッチ処理において反応炉内温度が上昇することによって脱離するものと考えられる。実際に、ドーパント元素が残留した装置内において、該バッチ処理を行うと、結晶中にドーパント元素が不純物として結晶成長時に取り込まれ、結晶表面の平滑性が悪化し、結晶品質が悪化する傾向にあった。結果として、発光素子の性能の指標である発光効率が低下する傾向にあった。 However, it has been found that the influence of dopant elements and the like remaining in the reactor of the vapor phase growth apparatus is very large in the crystal growth performed in the batch mode repeatedly using the same vapor phase growth apparatus. This is known as a memory effect of a dopant element (see, for example, Patent Document 1). The memory effect means that in the batch processing method, the compound used in the previous batch remains in the reaction furnace, and the compound or a decomposition product thereof is desorbed in the next batch and is taken into the crystal. Specifically, after manufacturing a laminated body made of a group III-V semiconductor, a group III atom (Al, Ga, A deposit mainly composed of In) and group V atoms is formed. The dopant element also adheres to the inner wall of the reactor along with this deposit. It is considered that the dopant element is desorbed when the temperature in the reaction furnace rises in a new batch process. Actually, when the batch treatment is performed in an apparatus in which the dopant element remains, the dopant element is incorporated into the crystal as an impurity during crystal growth, and the smoothness of the crystal surface tends to deteriorate and the crystal quality tends to deteriorate. It was. As a result, the light emission efficiency, which is an index of the performance of the light emitting element, tends to decrease.
このような問題を解決するため、例えば、特許文献１には、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを別の装置を用いて各々製造する、所謂、マルチチャンバ方式による気相成長装置が提案されている。この装置を使用すれば、ｎ型半導体層に含まれるｐ型ドーパント量、及びｎ型半導体層に含まれるｐ型ドーパント量を低減することができる。
In order to solve such a problem, for example,
しかしながら、該装置は、少なくとも２つの反応炉を有さなければならいこと、およびそれに伴い原料供給手段も複数必要となるため複雑な装置となり、さらに、運転が煩雑となり、装置の価格も高くなるといった点で改善の余地があった。 However, the apparatus must have at least two reaction furnaces, and accordingly, a plurality of raw material supply means are required, so that the apparatus becomes complicated, and the operation becomes complicated and the price of the apparatus increases. There was room for improvement.
これに対して、同一（単一）の気相成長装置内で半導体素子をバッチ方式で繰り返し製造する際、反応炉内に堆積する堆積物をクリーニングした後、半導体素子を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方法によれば、残留ＩＩＩ族元素（ＩＩＩ族元素化合物）が次バッチに与える影響を低減することができる。 On the other hand, a method of manufacturing a semiconductor element after cleaning deposits deposited in a reaction furnace when a semiconductor element is repeatedly manufactured in a batch system in the same (single) vapor phase growth apparatus is proposed. (For example, refer to Patent Document 2). According to this method, it is possible to reduce the influence of the residual group III element (group III element compound) on the next batch.
しかしながら、本発明者等の検討によれば、ドーパント元素は、ＩＩＩ族元素とは異なり反応炉内に残留しやすく、該クリーニングによっても取り除くことができないことが分かった。以上のことから、安価な単一の気相成長装置を使用した半導体素子の繰り返し製造において、残留ドーパントの影響が少ない、半導体素子の製造方法の開発が強く望まれていた。 However, according to the study by the present inventors, it was found that the dopant element is likely to remain in the reaction furnace unlike the group III element and cannot be removed even by the cleaning. In view of the above, it has been strongly desired to develop a method for manufacturing a semiconductor element that is less affected by residual dopants in repeated manufacturing of a semiconductor element using an inexpensive single vapor phase growth apparatus.
通常、最終製品である発光素子の品質は、発光状況によって判断されている。しかしながら、気相成長装置で製造されたＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる積層体を最終製品にするためには、該積層体のエッチング、電極形成、切断等の２次加工等の複数の仕上げ工程が必要であるため、最終製品の品質判断では、該メモリ効果が発光効率低下の主原因であるかを判断することが困難であった。また、該仕上げ工程後に発光素子の品質判断をする方法では、結晶成長等の初期工程に問題ある場合、製品（発光素子）の破棄だけでなく、後工程の工数の無駄によりコストが上昇してしまうという問題があった。 Usually, the quality of the light-emitting element that is the final product is determined by the light-emitting state. However, in order to make a laminated body made of a group III-V semiconductor manufactured by a vapor phase growth apparatus as a final product, a plurality of finishing processes such as secondary processing such as etching, electrode formation, and cutting of the laminated body are required. Therefore, it is difficult to determine whether the memory effect is the main cause of the decrease in light emission efficiency in determining the quality of the final product. In addition, in the method of judging the quality of the light emitting element after the finishing process, if there is a problem in the initial process such as crystal growth, the cost increases due to waste of man-hours in the subsequent process as well as discarding the product (light emitting element). There was a problem that.
そのため、最終製品を製造する前に（中途工程で）メモリ効果による発光効率の低下が管理できれば、不要な製品の製造をより低減できるようになる。加えて、破壊検査を行うことなく、メモリ効果による発光効率の低下が管理できれば、より一層、生産効率を向上することができる。 Therefore, if the decrease in light emission efficiency due to the memory effect can be managed before the final product is manufactured (in the middle process), the manufacture of unnecessary products can be further reduced. In addition, if the decrease in light emission efficiency due to the memory effect can be managed without performing destructive inspection, production efficiency can be further improved.
本発明はこのような実状に鑑みてなされ、その目的は、安価な単一の気相成長装置を使用した半導体素子の繰り返し製造において、ドーパントのメモリ効果をなるべく低減し、効率よくＩＩＩ-Ｖ族半導体からなる積層体、最終的には、発光効率を高い水準に維持した半導体素子を継続的に効率よく製造できる気相成長装置の運転方法、および該積層体の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to reduce the memory effect of the dopant as much as possible in the repetitive manufacturing of a semiconductor element using an inexpensive single vapor phase growth apparatus, and to make the III-V group efficiently. It is an object to provide a method for operating a vapor phase growth apparatus capable of continuously and efficiently producing a semiconductor laminate, and finally a semiconductor element having high luminous efficiency, and a method for producing the laminate. .
本発明者等は、上記課題を解決するため、種々の検討を行った。そして、同一（単一）の気相成長装置によりバッチ方式で製造したＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる積層体のｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量、及び／又はｐ型半導体層中のｎ型ドーパント量を測定して該気相成長装置の運転の可否を判断することにより、該積層体の生産性を高められることを見出し、本発明を完成するに至った。さらに、ｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量は、その気相成長装置に供給したｐ型ドーパント量の累積供給量と相関があり、また、ｐ型半導体層中のｎ型ドーパント量は、その気相成長装置に供給したｎ型ドーパント量の累積供給量と相関があることを見出し、この相関を利用して気相成長装置の運転方法を管理すれば、発光効率を高い水準に維持した半導体素子を継続的により効率よく製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have made various studies in order to solve the above problems. And the amount of p-type dopant in the n-type semiconductor layer of the laminated body which consists of a III-V group semiconductor manufactured with the batch system by the same (single) vapor phase growth apparatus, and / or the n-type in a p-type semiconductor layer By measuring the amount of dopant and determining whether the vapor phase growth apparatus can be operated, it was found that the productivity of the laminate can be improved, and the present invention has been completed. Furthermore, the amount of p-type dopant in the n-type semiconductor layer is correlated with the cumulative amount of p-type dopant supplied to the vapor phase growth apparatus, and the amount of n-type dopant in the p-type semiconductor layer is Semiconductors that maintain a high luminous efficiency by finding that there is a correlation with the cumulative supply amount of the n-type dopant supplied to the vapor phase growth apparatus and managing the operation method of the vapor phase growth apparatus using this correlation The inventors have found that the device can be manufactured continuously and more efficiently, and have completed the present invention.
すなわち、第一の本発明は、
ＩＩＩ族原料ガス、ドーパント原料ガス、及びＶ族原料ガスを下流側に配置した基板上に対して供給することにより、該基板上にｎ型ドーパントをドープしたｎ型半導体層、及びｐ型ドーパントをドープしたｐ型半導体層を少なくとも有するＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる積層体を、バッチ方式で繰り返し製造する気相成長装置の運転管理方法であって、
該ｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量を測定する、及び／又は該ｐ型半導体層中のｎ型ドーパント量を測定することにより、該気相成長装置の運転の可否を判断することを特徴とする方法である。
That is, the first aspect of the present invention is
By supplying a group III source gas, a dopant source gas, and a group V source gas onto a substrate disposed on the downstream side, an n-type semiconductor layer doped with an n-type dopant on the substrate, and a p-type dopant are provided. An operation management method for a vapor phase growth apparatus for repeatedly producing a laminate composed of a group III-V semiconductor having at least a doped p-type semiconductor layer by a batch method,
Measuring the amount of p-type dopant in the n-type semiconductor layer and / or measuring the amount of n-type dopant in the p-type semiconductor layer to determine whether or not the vapor phase growth apparatus can be operated. It is a method.
第一の本発明においては、
ｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量を測定する方法が、バッチ方式で繰り返し製造した各積層体におけるｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量とその積層体を製造するまでに気相成長装置内に供給したｐ型ドーパント原料ガスの累積供給量との関係を予め求めておき、該累積供給量によりｐ型ドーパント量を算出する方法であり、
ｐ型半導体層中のｎ型ドーパント量を測定する方法が、バッチ方式で繰り返し製造した各積層体におけるｐ型半導体層中のｎ型ドーパント量と、その積層体を製造するまでに気相成長装置内に供給したｎ型ドーパント原料ガスの累積供給量との関係を予め求めておき、該累積供給量によりｎ型ドーパント量を算出する方法であることが好ましい。こうすることにより、より一層、簡便な方法で発光効率を高い水準に維持した半導体素子を継続的に効率よく製造することができる。
In the first invention,
The method for measuring the amount of p-type dopant in an n-type semiconductor layer is a vapor phase growth apparatus until the amount of p-type dopant in an n-type semiconductor layer in each laminate manufactured repeatedly in batch mode and the laminate is manufactured. In this method, a relationship with the cumulative supply amount of the p-type dopant source gas supplied to is previously determined, and the p-type dopant amount is calculated from the cumulative supply amount.
A method for measuring the amount of n-type dopant in a p-type semiconductor layer is a vapor phase growth apparatus until the amount of n-type dopant in a p-type semiconductor layer in each stacked body repeatedly manufactured by a batch method and the stacked body is manufactured. It is preferable to obtain a relationship with the cumulative supply amount of the n-type dopant source gas supplied in advance, and calculate the n-type dopant amount from the cumulative supply amount. By doing so, it is possible to continuously and efficiently manufacture a semiconductor element in which the light emission efficiency is maintained at a high level by a simpler method.
第二の本発明は、上記第一の本発明の方法を使用して、気相成長装置によりバッチ方式で繰り返し積層体を製造する方法である。 The second aspect of the present invention is a method for repeatedly producing a laminate in a batch mode using a vapor phase growth apparatus using the method of the first aspect of the present invention.
本発明によれば、中途工程の積層体におけるｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量、及び／又はｐ型半導体層中のｎ型ドーパント量を測定して気相成長装置の運転の可否を判断するため、ドーパントのメモリ効果による不良品の発生を抑制することができる。そして、高品質の該積層体、ひいては高発光効率の半導体素子を継続的に効率よく製造できる。 According to the present invention, the p-type dopant amount in the n-type semiconductor layer and / or the n-type dopant amount in the p-type semiconductor layer in the intermediate layer stack is measured to determine whether the vapor phase growth apparatus can be operated. Therefore, the generation of defective products due to the memory effect of the dopant can be suppressed. And it is possible to continuously and efficiently manufacture the high-quality laminate and, in turn, a semiconductor device with high luminous efficiency.
さらに、積層体におけるｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量と、ｐ型ドーパント原料ガスの累積供給量との相関、及び／又はｐ型半導体層中のｎ型ドーパント量と、ｎ型ドーパント原料ガスの累積供給量との相関を予め調べておけば、破壊検査をすることがなくなるため、より無駄なく高品質の該積層体、および高発光効率の半導体素子を継続的に効率よく製造できる。 Furthermore, the correlation between the p-type dopant amount in the n-type semiconductor layer and the cumulative supply amount of the p-type dopant source gas in the stacked body, and / or the n-type dopant amount in the p-type semiconductor layer, and the n-type dopant source gas If the correlation with the accumulated supply amount is previously examined, a destructive inspection is not required, so that the high-quality stacked body and the semiconductor device with high light emission efficiency can be continuously and efficiently manufactured without waste.
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
本発明は、基板上にｎ型ドーパントをドープしたｎ型半導体層、及びｐ型ドーパントをドープしたｐ型半導体層を少なくとも有するＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる積層体を、バッチ方式で繰り返し製造する気相成長装置の運転管理方法である。先ず、製造の対象となる積層体について説明する。 According to the present invention, a stacked body composed of a group III-V semiconductor having at least an n-type semiconductor layer doped with an n-type dopant and a p-type semiconductor layer doped with a p-type dopant on a substrate is repeatedly manufactured in a batch system. This is an operation management method for the phase growth apparatus. First, the laminated body used as manufacture object is demonstrated.
（ＩＩＩ族−Ｖ族半導体よりなる積層体）
本発明の運転管理方法を使用して製造される積層体は、基板上にｎ型ドーパントをドープしたｎ型半導体層、及びｐ型ドーパントをドープしたｐ型半導体層を少なくとも有するＩＩＩ族−Ｖ族半導体よりなる積層体である。
(Laminated body made of Group III-V semiconductor)
The laminate manufactured using the operation management method of the present invention includes a group III-V group having at least an n-type semiconductor layer doped with an n-type dopant and a p-type semiconductor layer doped with a p-type dopant on a substrate. It is a laminated body made of a semiconductor.
ＩＩＩ−Ｖ族半導体のＩＩＩ族元素およびＶ族元素は特に制限されるものではなく、ＩＩＩ族元素としてＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂ等が挙げられ、Ｖ族元素としてＮ、Ａｓ、Ｐ等が挙げられる。 The group III element and group V element of the group III-V semiconductor are not particularly limited, and examples of the group III element include Al, Ga, In, and B, and examples of the group V element include N, As, and P. It is done.
その中でも、本発明の効果が最もよく発揮されるのは、ＡｌＡＧａＢＢＣＮで表され、前記組成式中のＡ、ＢおよびＣが、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１、０．５≦Ａ≦１、０≦Ｂ≦０．５、０≦Ｃ≦０．１である関係を満足する半導体であり、発光波長が２００〜３５０ｎｍの発光素子を形成できるＡｌＧａＢＮ系の半導体よりなる積層体である。 Among them, the effect of the present invention are best exhibited is represented by Al A Ga B B C N, A in the composition formula, B and C, A + B + C = 1,0.5 ≦ A ≦ 1 , 0 ≦ B ≦ 0.5, 0 ≦ C ≦ 0.1, a laminated body made of an AlGaBN-based semiconductor capable of forming a light-emitting element having an emission wavelength of 200 to 350 nm.
ＩＩＩ−Ｖ族半導体の中でもＩＩＩ族窒化物半導体は、結晶成長温度が高く、炉内に付着したドーパント元素を含む化合物が結晶成長時に分解・脱離しやすい。そのため、ドーパントによるメモリ効果が顕著に現れる傾向がある。特に、前記組成式ＡｌＡＧａＢＢＣＮで表されるＩＩＩ族窒化物単結晶は、高い結晶成長温度を必要とするためメモリ効果がより現れやすい。 Among group III-V semiconductors, group III nitride semiconductors have a high crystal growth temperature, and a compound containing a dopant element adhering to the furnace is easily decomposed and desorbed during crystal growth. Therefore, the memory effect due to the dopant tends to appear remarkably. In particular, III nitride single crystal represented by the composition formula Al A Ga B B C N is more likely to appear more memory effect requires a high crystal growth temperature.
代表的な積層体を図１に示す。なお、図１には、基板を記載しているが、発光デバイスとする際は、該基板は除去したり、薄膜化したり、凹凸形状を設けたりすることも可能である。基板は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる単結晶がその上に成長できるものであれば特に制限されるものではないが、サファイア基板、ＡｌＮ単結晶基板、単結晶Ｓｉ基板、単結晶ＳｉＣ基板が好適に用いられる。 A typical laminate is shown in FIG. Note that although a substrate is illustrated in FIG. 1, when the light-emitting device is formed, the substrate can be removed, thinned, or provided with an uneven shape. The substrate is not particularly limited as long as a single crystal composed of a group III-V semiconductor can be grown thereon, but a sapphire substrate, an AlN single crystal substrate, a single crystal Si substrate, and a single crystal SiC substrate are preferable. Used for.
図１に示した通り、本発明で製造する積層体は、基板１上に、ｎ型クラッド層２（ｎ型半導体層２’）、活性層３、電子ブロック層４、ｐ型クラッド層５、ｐ型キャップ層６（ｐ型クラッド層５、及びｐ型キャップ層６は、ｐ型半導体層７に該当する）の構造とすることができる。
As shown in FIG. 1, the laminate manufactured according to the present invention includes an n-type cladding layer 2 (n-type semiconductor layer 2 ′), an
なお、ｎ型半導体層２’は、ｎ型クラッド層２の単層としているが、組成、ｎ型ドーパント量が異なる多層から構成されてよい。ｎ型半導体層２’、またはｐ型半導体層７が多層から形成される場合には、ｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量、及びｐ型半導体層中のｎ型ドーパント量は、平均値を算出するものとする。
The n-type semiconductor layer 2 ′ is a single layer of the n-type cladding layer 2, but may be composed of multiple layers having different compositions and n-type dopant amounts. When the n-type semiconductor layer 2 ′ or the p-
また、活性層３、電子ブロック層４は、ｎ型ドーパント原料ガス、ｐ型ドーパント原料ガスが供給されたものであってもよし、アンドープなものであってもよい。ドーパント原料ガスが供給された場合には、活性層３、電子ブロック層５を形成する際に供給されたドーパント原料ガスは、累積供給量に含むものとする。
The
ｎ型半導体層のドーパント元素は特に制限されるものではないが、Ｓｉ、Ｇｅ等を用いることができる。ｐ型半導体層のドーパント元素は特に制限されるものではないが、Ｍｇ、Ｂｅ等を用いることができる。 The dopant element of the n-type semiconductor layer is not particularly limited, but Si, Ge, or the like can be used. The dopant element of the p-type semiconductor layer is not particularly limited, but Mg, Be, or the like can be used.
以上のような積層体は、気相成長装置によって製造することができる。次に、この気相成長装置について説明する。 The laminate as described above can be manufactured by a vapor phase growth apparatus. Next, this vapor phase growth apparatus will be described.
（気相成長装置）
なお、本発明の係る結晶成長においては、各層を単結晶の状態で結晶成長させる方法を用いることが好ましく、そのような方法であれば、特に制限さるものではないない。具体的には、たとえば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線成長法（ＭＢＥ法）、ハライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）などが挙げられる。中でも、膜厚制御性および量産性の観点でＭＯＣＶＤ法が有利である。以下の説明においては、ＭＯＣＶＤ法を用いた気相成長装置の例を説明する。
(Vapor phase growth equipment)
In the crystal growth according to the present invention, it is preferable to use a method of growing each layer in a single crystal state, and there is no particular limitation as long as it is such a method. Specific examples include metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam growth (MBE), and halide vapor deposition (HVPE). Among these, the MOCVD method is advantageous from the viewpoint of film thickness controllability and mass productivity. In the following description, an example of a vapor phase growth apparatus using the MOCVD method will be described.
横型装置の一例を断面図として図２に示す。装置構造ついては、横型、縦型等の異なる構造が考えられ得るが、こうした構造に関して特に制限されるものではない。 An example of the horizontal apparatus is shown in FIG. 2 as a cross-sectional view. Regarding the device structure, different structures such as a horizontal type and a vertical type can be considered, but the structure is not particularly limited.
まず、気相成長装置の下流側に結晶成長用の基板１１は、配置のために、支持台１２の上に設置される。なお、気相成長装置の上流側は、原料ガスが供給される側である。 First, the substrate 11 for crystal growth is placed on the support table 12 for arrangement on the downstream side of the vapor phase growth apparatus. Note that the upstream side of the vapor phase growth apparatus is a side to which a source gas is supplied.
支持台１２は局所加熱方式で加熱体１３により加熱できるようにする。加熱体１３の加熱方式は、誘導電流加熱方式、抵抗加熱方式、光加熱方式等が適用可能であるが、特に制限されるものではない。基板１１、支持台１２、および加熱体１３は、上流側整流筒１４、および下流側整流筒１５により覆われる構造とすることが好ましい。なお、この上流側整流筒１４、及び下流側整流筒１５は、両者が一体となった一つの整流筒であってもよく、また、さらに細分化された部材より構成されていてもよい。これら整流筒は、ドーパント原料を含まない材質で形成されるか、該材質で表面をコーティングしたもので形成される。具体的には、ＡｌＮ、ＢＮ、あるいはこれらの混合物で形成されるまたはコーティングされていることが好ましい。コーティング部分は、上流側整流筒１４、及び下流側整流筒１５のうち、加熱体１３の加熱時に被コーティング基材が分解温度に達する部分を少なくとも含むことが好ましい。
The
上流側整流筒１４の鉛直方向中央部には、ＩＩＩ族原料ガスとＶ族原料ガスとを隔離して供給できるように、隔離板１６を設置する。ＩＩＩ族原料ガスとＶ族源原料ガスの上下の位置関係は特に制限されるものではないが、ＩＩＩ族原料ガス供給手段１７が上側に配置され、Ｖ族原料ガス供給手段１８が下側に配置されるように調整することが好ましい。なお、隔離板１６も、ドーパント原料を含まない材質で形成されるか、該材質で表面をコーティングしたもので形成される。
A
ドーパント原料ガスの供給方法は、特に制限されるものではないが、ｎ型のドーパント原料ガスはＶ族源ガスと、ｐ型のドーパント原料ガスはＩＩＩ族原料ガスと共に反応炉内にそれぞれ供給することが好ましい。 The method for supplying the dopant source gas is not particularly limited, but the n-type dopant source gas and the p-type dopant source gas are supplied into the reactor together with the group V source gas and the group III source gas, respectively. Is preferred.
（バッチ方式による積層体の製造方法）
次に、本発明に係るｎ型ドーパントをドープしたｎ型半導体層と、ｐ型ドーパントをドープしたｐ型半導体層とを少なくとも含むＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる積層体の製造方法を説明する。以下の製造方法は、図１の積層体を製造する１バッチの例である。
(Manufacturing method of laminate by batch method)
Next, the manufacturing method of the laminated body which consists of a III-V group semiconductor at least containing the n-type semiconductor layer which doped the n-type dopant which concerns on this invention, and the p-type semiconductor layer which doped the p-type dopant is demonstrated. The following manufacturing method is an example of one batch for manufacturing the laminate of FIG.
まず、基板１１を用意し、支持台１２上に搭載する。該基板上に、公知の気相成長方法を用いて各層を成長する。以下に、ＭＯＣＶＤ法により積層体を製造する際の一例を説明する。
First, the substrate 11 is prepared and mounted on the
ＭＯＣＶＤ法により積層体を製造する場合には、ＩＩＩ族原料ガスとしては、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、Ｇａ源ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等を用いることができる。なお、ＨＶＰＥ法を採用する場合には、ＩＩＩ族原料ガスは、ハロゲン化ＩＩＩ族ガスを使用すればよい。 When manufacturing a laminated body by MOCVD method, as a group III source gas, use trimethylaluminum (TMAl) as an Al source, trimethylgallium (TMGa) as a Ga source gas, trimethylindium (TMIn) as an In source, etc. Can do. In addition, when employ | adopting HVPE method, the group III source gas should just use halogenated group III gas.
Ｖ族原料ガスとしては、窒素源としてアンモニア、ヒドラジン等を用いることができる。 As the group V source gas, ammonia, hydrazine, or the like can be used as a nitrogen source.
ｎ型半導体層を形成する際のｎ型ドーパント原料ガスは、特に制限されるものではないが、ドーパントがＳｉの場合にはテトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）、モノシラン（ＳｉＨ４）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）等を用いることができる。ドーパントがＧｅの場合には、テトラエチルゲルマニウム（ＴＥＧｅ）、ゲルマンガス（ＧｅＨ４）等を用いることができる。ｎ型ドーパント原料ガスの流量は、公知の条件と変わらないが、例えば、ＴＥＳｉを用いる場合には、ＴＥＳｉ流量を０．１〜１００ｎｍｏｌ／ｍｉｎで供給することが好ましい。 The n-type dopant source gas for forming the n-type semiconductor layer is not particularly limited, but when the dopant is Si, tetraethylsilane (TESi), monosilane (SiH 4 ), silicon tetrachloride (SiCl 4). ) Etc. can be used. When the dopant is Ge, tetraethyl germanium (TEGe), germane gas (GeH 4 ), or the like can be used. The flow rate of the n-type dopant source gas is not different from known conditions, but for example, when TESi is used, it is preferable to supply the TESi flow rate at 0.1 to 100 nmol / min.
ｐ型半導体層を形成する際のｐ型ドーパント原料ガスは、特に制限されるものではないが、ドーパントがＭｇの場合にはビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム等を用いることができる。ドーパントがＢｅの場合にはビス（シクロペンタジエニル）ベリリウム等を用いることができる。ｎ型ドーパント原料ガスの流量は、公知の条件と変わらないが、例えば、ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウムを用いる場合、０．０５〜５０μｍｏｌ／ｍｉｎで供給することが好ましい。 The p-type dopant source gas for forming the p-type semiconductor layer is not particularly limited, but bis (cyclopentadienyl) magnesium or the like can be used when the dopant is Mg. When the dopant is Be, bis (cyclopentadienyl) beryllium or the like can be used. The flow rate of the n-type dopant source gas is not different from known conditions, but for example, when bis (cyclopentadienyl) magnesium is used, it is preferably supplied at 0.05 to 50 μmol / min.
これらＩＩＩ族原料ガスの供給量比、Ｖ族原料ガス、およびドーパント原料ガスの供給量を調製することにより、所望とする組成を満足するＩＩＩ−Ｖ族半導体（単結晶）からなる各層を成長させて積層体を製造すればよい。 Each layer made of a III-V semiconductor (single crystal) satisfying a desired composition is grown by adjusting the supply amount ratio of the group III source gas, the supply amount of the group V source gas, and the dopant source gas. Thus, a laminated body may be manufactured.
具体的には、図１に示す積層体を製造する場合には、基板１上に、所望とする組成を満足するように、ＩＩＩ族原料ガスの供給量比、Ｖ族原料ガス、およびドーパント原料ガス供給量を調製し、基板１上に、ｎ型クラッド層２（ｎ型半導体層２’）、活性層３、電子ブロック層４、ｐ型クラッド層５、ｐ型キャップ層６（ｐ型クラッド層５、及びｐ型キャップ層６は、ｐ型半導体層７）を形成すればよい。なお、基板１のサーマルクリーニングの条件、基板１の成長時の温度等は、公知の方法を採用することができる。
Specifically, when the laminate shown in FIG. 1 is manufactured, the supply ratio of the group III source gas, the group V source gas, and the dopant source so as to satisfy the desired composition on the
全ての半導体層の成長が完了した後、公知の方法にて、本発明に係る半導体層が積層された基板（積層体）を気相成長装置から取り出す。 After the growth of all the semiconductor layers is completed, the substrate (stacked body) on which the semiconductor layers according to the present invention are stacked is taken out from the vapor phase growth apparatus by a known method.
以上がＭＯＣＶＤ法による積層体の製造方法（１バッチ分）である。なお、次のバッチで積層体を製造する前には、ＩＩＩ族原料ガス由来の堆積物の影響をなくすため、特許文献２に記載のクリーニング方法を採用することが好ましい。 The above is the manufacturing method (one batch) of the laminated body by MOCVD method. In addition, before manufacturing a laminated body by the next batch, in order to eliminate the influence of the deposit derived from group III source gas, it is preferable to employ | adopt the cleaning method of patent document 2. FIG.
通常であれば、同じ気相成長装置を使用して、繰り返し積層体を製造する。その際、気相成長装置内にドーパント原料ガス由来の堆積物が堆積し、メモリ効果により最終製品である発光素子の発光効率を低下させる。本発明の方法によれば、発光素子の発光効率を高い水準に維持した半導体素子を継続的により効率よく製造できる。 Usually, the same vapor phase growth apparatus is used to repeatedly produce a laminate. At that time, a deposit derived from the dopant source gas is deposited in the vapor phase growth apparatus, and the light emission efficiency of the light emitting element as the final product is lowered due to the memory effect. According to the method of the present invention, a semiconductor element in which the light emission efficiency of the light emitting element is maintained at a high level can be continuously and efficiently manufactured.
（ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる積層体の運転管理方法）
（バッチ方式で繰り返し積層体を製造する際の運転管理方法）
単一の気相成長装置（結晶成長部が一つである気相成長装置）を使用した場合には、前記の「バッチ方式による積層体の製造方法」を繰り返し行う。本発明は、最終的に得られる発光素子の発光効率の低下を抑制させるため、得られた積層体のｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量、及び／又はｐ型半導体層中のｎ型ドーパント量を測定することにより、該気相成長装置の運転の可否を判断するものである。
(Operation management method of laminated body made of III-V group semiconductor)
(Operation management method when repeatedly producing laminates in batch mode)
When a single vapor phase growth apparatus (a vapor phase growth apparatus having one crystal growth portion) is used, the above-described “batch method for producing a laminate” is repeatedly performed. In order to suppress a decrease in luminous efficiency of the finally obtained light emitting device, the present invention provides a p-type dopant amount in the n-type semiconductor layer of the obtained laminate and / or an n-type dopant in the p-type semiconductor layer. By measuring the amount, it is determined whether or not the vapor phase growth apparatus can be operated.
本発明者等は、積層体のｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量、及び／又はｐ型半導体層中のｎ型ドーパント量は発光効率（以下、発光効率は外部量子効率を指す）に相関があることを見出した。そして、単一の気相成長装置を使用する場合、発光効率と該ドーパント量との相関を予め調べておけば、積層体、および発光素子の品質管理を行うことができることを見出した。例えば、一バッチ目で製造した積層体からなる発光素子の発光効率を１とし、良品の発光効率を０．７までと決めた場合、各層のドーパント量と発光効率との相関からその気相成長装置で製造可能な積層体のバッチ数が予測できる。そのため、良品の発光効率の値（一バッチ目に対する良品の発光効率の割合）を決めてやれば、積層体を製造する際の運転管理が可能となる。なお、当然のことではあるが、良品の発光効率の値（一バッチ目に対する良品の発光効率の割合：以下、「発光効率比」とする場合もある）は、使用目的等に応じて適宜決定すればよいが、より安定した製品を製造するためには、０．８５以上に決定することが好ましく、さらには０．９５以上に決定することが好ましい。 The present inventors have found that the amount of p-type dopant in the n-type semiconductor layer of the laminate and / or the amount of n-type dopant in the p-type semiconductor layer correlates with the light emission efficiency (hereinafter, the light emission efficiency indicates the external quantum efficiency). Found that there is. And when using a single vapor phase growth apparatus, it discovered that the quality control of a laminated body and a light emitting element could be performed if the correlation of luminous efficiency and this dopant amount was investigated beforehand. For example, when the luminous efficiency of the light-emitting element made of the laminate manufactured in the first batch is set to 1 and the luminous efficiency of non-defective products is determined to be up to 0.7, the vapor phase growth is performed from the correlation between the dopant amount of each layer and the luminous efficiency. The number of batches of the laminate that can be manufactured by the apparatus can be predicted. Therefore, if the value of the luminous efficiency of the non-defective product (ratio of the luminous efficiency of the non-defective product with respect to the first batch) is determined, the operation management at the time of manufacturing the laminate can be performed. Of course, the value of the luminous efficiency of the non-defective product (ratio of the luminous efficiency of the non-defective product to the first batch: hereinafter sometimes referred to as “luminous efficiency ratio”) is appropriately determined according to the purpose of use and the like. However, in order to produce a more stable product, it is preferably determined to be 0.85 or more, and more preferably 0.95 or more.
発光素子は、積層体を製造した後、電極形成工程等の多くの工程を必要とする。発光素子の発光状況を確認して品質管理を実施するのは当然のことであるが、この積層体の時点で品質を確認できれば、不要な積層体について電極形成等を行わなくても済むため、生産性の向上に繋がる。そして、積層体の時点で品質を確認できれば、特にメモリ効果による品質低下を確認できれば、その時点で気相成長装置の運転を止め、メモリ効果対策（例えば、気相成長装置の部品交換等）を実施することができる。本発明は、バッチ方式で繰り返し積層体を製造する際、ｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量を測定する、及び／又は該ｐ型半導体中のｎ型ドーパント量を測定することにより、該気相成長装置の運転の可否を判断するため、効率のよい気相成長装置の運転を実施することができる。その結果、発光素子の発光効率の低下を抑制することができる。本発明は、ｎ型半導体層作製時にｐ型ドーパントが多量に混入すると、ｎ型ドーパントの効果が打ち消された結果、ｎ型半導体特性が悪化し、発光素子を作製しても十分な発光効率を得られない場合があり、また、ｐ型半導体作製時におけるｎ型ドーパントの混入も同様の問題を引き起こす場合があることを利用したものである。 A light emitting element requires many processes, such as an electrode formation process, after manufacturing a laminated body. It is natural to check the light emission status of the light emitting element and carry out quality control, but if the quality can be confirmed at the time of this laminate, it is not necessary to perform electrode formation etc. on unnecessary laminates, It leads to productivity improvement. And if the quality can be confirmed at the time of the laminated body, especially if the deterioration in quality due to the memory effect can be confirmed, the operation of the vapor phase growth apparatus is stopped at that time, and measures against the memory effect (for example, replacement of parts of the vapor phase growth apparatus, etc.) are taken. Can be implemented. In the present invention, when a laminated body is repeatedly produced by a batch method, the amount of p-type dopant in an n-type semiconductor layer is measured and / or the amount of n-type dopant in the p-type semiconductor is measured, thereby In order to determine whether or not the phase growth apparatus can be operated, it is possible to efficiently operate the vapor phase growth apparatus. As a result, a decrease in light emission efficiency of the light emitting element can be suppressed. In the present invention, when a large amount of p-type dopant is mixed during the production of an n-type semiconductor layer, the effect of the n-type dopant is canceled, resulting in a deterioration of the n-type semiconductor characteristics. In some cases, it may not be possible to obtain the same problem, and mixing of an n-type dopant during the production of a p-type semiconductor may cause the same problem.
（ドーパント量の測定方法）
次に、ｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量を測定する、及び／又は該ｐ型半導体中のｎ型ドーパント量を測定する具体的な方法について説明する。まず、上記積層体の製造方法で、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなる積層体を繰り返し製造する。そして、各バッチで製造した積層体の一部を取出し、ｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量およびｐ型半導体層中のｎ型ドーパント量を測定する。積層体から取出す一部は、各バッチの積層体においてほぼ同じ位置であることが好ましい。測定方法は特に制限されないが、ＳＩＭＳにて測定することができる。このドーパント量の測定は、積層体の製造後、可及的速やかに実施し、次バッチの積層体の製造を実施するかどうかの判断指標とする。
(Measurement method of dopant amount)
Next, a specific method for measuring the amount of p-type dopant in the n-type semiconductor layer and / or measuring the amount of n-type dopant in the p-type semiconductor will be described. First, the laminated body which consists of a III-V group semiconductor is repeatedly manufactured with the manufacturing method of the said laminated body. Then, a part of the laminated body manufactured in each batch is taken out, and the p-type dopant amount in the n-type semiconductor layer and the n-type dopant amount in the p-type semiconductor layer are measured. It is preferable that a part taken out from the laminated body is at substantially the same position in the laminated body of each batch. The measurement method is not particularly limited, but can be measured by SIMS. The measurement of the amount of dopant is performed as soon as possible after the laminated body is manufactured, and is used as a judgment index for determining whether or not to manufacture the laminated body of the next batch.
該積層体において、気相成長装置の運転の可否を決定する、ｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量、及び／又はｐ型半導体中のｎ型ドーパント量は、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることが好ましい。該ドーパント量を１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることで、以下の実施例からすると、例えば、発光効率比０．７以上となる良品を効率よく製造できる。つまり、ｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量、及び／又はｐ型半導体中のｎ型ドーパント量が、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３超えない場合には良品の積層体と判断し、次バッチの積層体を製造する。一方、ドーパント量が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上となった場合には、不良品の積層体と判断し、次バッチの積層体を製造せず、気相成長装置に対してメモリ効果対策を実施する。該ドーパント量が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超える場合には、ｎ型または／およびｐ型特性が悪化し、また表面平滑性が悪化し高品質なｎ型半導体層または／およびｐ型半導体層を得ることができない傾向にある。 In the stacked body, the amount of the p-type dopant in the n-type semiconductor layer and / or the amount of the n-type dopant in the p-type semiconductor, which determines whether the vapor phase growth apparatus can be operated, is 1 × 10 17 atoms / cm 3. The following is preferable. By setting the amount of the dopant to 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less, a non-defective product having a luminous efficiency ratio of 0.7 or more can be efficiently manufactured according to the following examples. That is, if the amount of p-type dopant in the n-type semiconductor layer and / or the amount of n-type dopant in the p-type semiconductor does not exceed 1 × 10 17 atoms / cm 3, it is determined as a non-defective laminate, and the next batch The laminated body of is manufactured. On the other hand, when the dopant amount is 1 × 10 17 atoms / cm 3 or more, it is judged as a defective laminate, and the next batch is not manufactured. To implement. When the amount of dopant exceeds 1 × 10 17 atoms / cm 3 , the n-type or / and p-type characteristics are deteriorated, and the surface smoothness is deteriorated, resulting in a high-quality n-type semiconductor layer and / or p-type semiconductor. There is a tendency not to get a layer.
より良好なｎ型または／およびｐ型特性を有する高品質な積層体を効率よく得るためには、該ドーパント量の基準を８×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とすることが好ましい（８×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えない場合には、良品の積層体が得られるため、次バッチの積層体の製造を行い、８×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超える場合には、不良品の積層体と判断し、次バッチの積層体を製造せず、気相成長装置に対してメモリ効果対策を実施する。）。該ドーパント量を８×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることで、以下の実施例からすると、例えば、発光効率比０．８５以上となる良品を効率よく製造できる。 In order to efficiently obtain a high-quality laminate having better n-type and / or p-type characteristics, it is preferable to set the reference of the dopant amount to 8 × 10 16 atoms / cm 3 (8 × 10 16 If it does not exceed atoms / cm 3 , a non-defective laminate is obtained. Therefore, a laminate of the next batch is manufactured, and if it exceeds 8 × 10 16 atoms / cm 3 , Judgment is made and the memory effect countermeasure is implemented for the vapor phase growth apparatus without producing the next batch of laminates. By setting the dopant amount to 8 × 10 16 atoms / cm 3 or less, a non-defective product having a light emission efficiency ratio of 0.85 or more can be efficiently produced from the following examples.
さらに、より平滑な表面を有する高品質な積層体を得るためには、該ドーパント量の基準を５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（良品：５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、不良品：５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超える）とすることがより好ましい。該ドーパント量を５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることで、以下の実施例からすると、例えば、発光効率比０．９５以上となる良品を効率よく製造できる。 Furthermore, in order to obtain a high-quality laminate having a smoother surface, the reference of the dopant amount is 5 × 10 16 atoms / cm 3 (non-defective product: 5 × 10 16 atoms / cm 3 or less, defective product: 5 More preferably, it exceeds x10 16 atoms / cm 3 . By setting the dopant amount to 5 × 10 16 atoms / cm 3 or less, a non-defective product having a luminous efficiency ratio of 0.95 or more can be efficiently produced from the following examples.
また、本発明では、バッチ方式で繰り返し製造した各積層体におけるｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量（上記のＳＩＭＳ測定により直接測定したドーパント量）とその積層体を製造するまでに気相成長装置内に供給したｐ型ドーパント原料ガスの累積供給量との関係を予め求めておき、該累積供給量によりｐ型ドーパント量を算出することもできる。また、同様に、バッチ方式で繰り返し製造した各積層体におけるｐ型半導体層中のｎ型ドーパント量（上記のＳＩＭＳ法により直接ドーパント量）とその積層体を製造するまでに気相成長装置内に供給したｎ型ドーパント原料ガスの累積供給量との関係を予め求めておき、該累積供給量によりｎ型ドーパント量を算出することもできる。 Further, in the present invention, the amount of p-type dopant in the n-type semiconductor layer (the amount of dopant directly measured by the SIMS measurement) in each stacked body repeatedly manufactured by a batch method and vapor phase growth until the stacked body is manufactured. A relationship with the cumulative supply amount of the p-type dopant source gas supplied into the apparatus can be obtained in advance, and the p-type dopant amount can be calculated from the cumulative supply amount. Similarly, the amount of n-type dopant in the p-type semiconductor layer in each stacked body repeatedly manufactured by the batch method (the amount of dopant directly by the SIMS method) and the stack until the stacked body is manufactured. A relationship with the cumulative supply amount of the supplied n-type dopant source gas can be obtained in advance, and the n-type dopant amount can be calculated from the cumulative supply amount.
本発明者等は、同一の気相成長装置であれば、ｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量、及びｐ型半導体層中のｎ型ドーパント量は、ｐ型ドーパント原料ガスの累積供給量、及びｎ型ドーパント原料ガスの累積供給量と相関があることを見出した。つまり、ある気相成長装置において、ドーパント原料ガスの累積供給量と、直接測定したｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量、及びｐ型半導体層中のｎ型ドーパント量との関係を一度求めておけば、ドーパント原料ガスの累積供給量だけでドーパント量の予測が成り立つことを見出した。例えば、ｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量、及び／又はｐ型半導体中のｎ型ドーパント量が基準とした値を超えた時の、気相成長装置内に供給したｐ型ドーパント原料ガスの累積供給量（Ｎｐｍａｘ）、およびｎ型ドーパント原料ガスの累積供給量（Ｎｎｍａｘ）を確認しておけば、同じ気相成長装置を使用する場合には、その累積供給量を超えると気相成長装置の運転を停止し、メモリ効果対策を実施することができる。このＮｐｍａｘ、およびＮｎｍａｘの値は、先ず良品の発光効率比を決定し、それからｎ型またはｐ型半導体層中のドーパント量を求め、そのドーパント量から決定すればよい。なお、当然のことであるが、最初のバッチにおいては、気相成長装置内がメモリ効果を発現しないもの、すなわち、ドーパント由来の堆積物が存在しない気相成長装置を使用する必要がある。 If the present inventors are the same vapor phase growth apparatus, the amount of p-type dopant in the n-type semiconductor layer and the amount of n-type dopant in the p-type semiconductor layer are the cumulative supply amount of the p-type dopant source gas, And it discovered that there was a correlation with the cumulative supply amount of n-type dopant source gas. That is, in a certain vapor phase growth apparatus, the relationship between the cumulative supply amount of the dopant source gas, the directly measured p-type dopant amount in the n-type semiconductor layer, and the n-type dopant amount in the p-type semiconductor layer is obtained once. In that case, the inventors have found that the amount of dopant can be predicted only by the cumulative supply amount of the dopant source gas. For example, when the amount of p-type dopant in the n-type semiconductor layer and / or the amount of n-type dopant in the p-type semiconductor exceeds a reference value, the p-type dopant source gas supplied into the vapor phase growth apparatus If the cumulative supply amount (Npmax) and the cumulative supply amount (Nnmax) of the n-type dopant source gas are confirmed, when the same vapor phase growth apparatus is used, if the cumulative supply amount is exceeded, the vapor phase growth apparatus is exceeded. Can be stopped and measures against memory effects can be implemented. The values of Npmax and Nnmax may be determined by first determining the luminous efficiency ratio of non-defective products, then determining the amount of dopant in the n-type or p-type semiconductor layer, and determining the amount of dopant. As a matter of course, in the first batch, it is necessary to use a vapor phase growth apparatus in which the vapor phase growth apparatus does not exhibit a memory effect, that is, a dopant-derived deposit does not exist.
Ｎｐｍａｘ、Ｎｎｍａｘは装置に特有の値であるが、メモリ効果の程度はドーパント原料ガスの累積供給量に比例するため、上記の方法により実験的にＮｐｍａｘ、Ｎｎｍａｘを求める方法は、どのような気相成長装置においても適用可能である。 Npmax and Nnmax are values peculiar to the apparatus. However, since the degree of the memory effect is proportional to the cumulative supply amount of the dopant source gas, the method for obtaining Npmax and Nnmax experimentally by the above method is any gas phase. The present invention can also be applied to a growth apparatus.
具体的な運転管理方法としては、気相成長装置を使用してバッチ方式でｎ型ドーパントをドープしたｎ型半導体層、及びｐ型ドーパントをドープしたｐ型半導体層を有する積層体を作製する際に、インプットパラメータをｐ型ドーパント原料ガスの累積供給量及びｎ型ドーパント原料ガスの累積供給量とし、このインプットパラメータと該ｎ型半導体層中のｐ型ドーパントの量、及び／又は該ｐ型半導体中のｎ型ドーパントの量の関係を算出して積層体の良品・不良品の判断を行い、気相成長装置の運転の可否を判断する（良品であれば運転を続け、不良品であれば運転を停止し、メモリ効果対策を実施する。）。この算出方法の根拠として、該インプットパラメータと実際に該積層体のｎ型半導体層に取り込まれるｐ型ドーパント量及びｐ型半導体層の結晶中に取り込まれるｎ型ドーパント量の関係をＳＩＭＳ法の測定値によってグラフ化する。この関係を一度押さえることにより、上記インプットパラメータを用いて直接、積層体の良品・不良品の判断を行うことができる。こうすることにより、該積層体の生産時に製品の破壊検査（例えば、ＳＩＭＳ法）を実施する必要がなくなり、簡便で効率的に製品検査が可能となり、効率よく気相成長装置を運転することができる。なお、当然のことではあるが、累積供給量は、メモリ効果をリセットする対策、例えば、部品交換した後の最初バッチから測定した値である。 As a specific operation management method, when a vapor-phase growth apparatus is used to produce a stacked body having an n-type semiconductor layer doped with an n-type dopant and a p-type semiconductor layer doped with a p-type dopant in a batch mode. And the input parameters are the cumulative supply amount of the p-type dopant source gas and the cumulative supply amount of the n-type dopant source gas, and the input parameter and the amount of the p-type dopant in the n-type semiconductor layer, and / or the p-type semiconductor. Calculate the relationship between the amount of n-type dopant in the stack and determine whether the stack is non-defective or defective, and determine whether or not the vapor phase growth apparatus can be operated. Stop operation and implement memory effect measures.) As a basis for this calculation method, the relationship between the input parameter and the amount of p-type dopant actually taken into the n-type semiconductor layer of the stack and the amount of n-type dopant taken into the crystal of the p-type semiconductor layer is measured by the SIMS method. Graph by value. By depressing this relationship once, it is possible to directly judge the non-defective product / defective product of the laminate using the input parameters. By doing so, it is not necessary to carry out a destructive inspection of the product (for example, SIMS method) at the time of production of the laminated body, the product inspection can be performed easily and efficiently, and the vapor phase growth apparatus can be operated efficiently. it can. As a matter of course, the cumulative supply amount is a value measured from the first batch after replacement of parts, for example, a measure for resetting the memory effect.
（気相成長装置の部材交換）
また、本発明において、積層体が不良品と判断された場合、例えば、ｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量、及び／又はｐ型半導体中のｎ型ドーパント量が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超える積層体があるバッチで確認された際は、基板よりも上流側であって、かつ、ｐ型ドーパント原料ガス、及び／又はｎ型ドーパント原料ガスが接触する気相成長装置の部材を少なくとも交換して、積層体を製造すればよい。気相成長装置のうちドーパント元素による汚染箇所を交換することによって、メモリ効果がリセットされるためである。なお、当然のことではあるが、交換した部材は、メモリ効果を有さない（ドーパント原料の堆積物が存在しない）ものを使用する。
(Replacement of components of vapor phase growth equipment)
In the present invention, when the stacked body is determined to be defective, for example, the amount of p-type dopant in the n-type semiconductor layer and / or the amount of n-type dopant in the p-type semiconductor is 1 × 10 17 atoms / cm. When a batch having more than 3 laminates is confirmed in a batch, a vapor phase growth apparatus member that is upstream of the substrate and is in contact with the p-type dopant source gas and / or the n-type dopant source gas What is necessary is just to manufacture a laminated body by exchanging at least. This is because the memory effect is reset by exchanging the contaminated portion by the dopant element in the vapor phase growth apparatus. As a matter of course, the replaced member is a member that does not have a memory effect (no deposit of dopant material exists).
上記のように、例えば、ｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量、及び／又はｐ型半導体中のｎ型ドーパント量が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超える積層体が確認された際、気相成長装置内の、基板の下流側端部よりも上流側であって、かつ、ドーパント原料ガスが接触する部材を交換することにより、該ドーパント元素によるメモリ効果をリセットすることができる。メモリ効果の原因となるドーパント元素が、気相成長装置のうちこの部位に残留するためである。この部位は基板の下流側端部より上流側にあり、かつ積層体の製造時に温度が上昇する部位であるため、付着したドーパント化合物が分解・脱離しやすくメモリ効果を顕著に引き起こしたものと思われる。気相成長装置が図２に示すＭＯＣＶＤ装置の場合、上流側整流筒１４、下流側整流筒１５、隔離板１６を少なくとも交換する。上記部材交換後、繰り返しバッチ方式にて該発光素子の製造を行う場合、部材交換時点から累積で供給したｐ型ドーパントの量、およびｎ型ドーパントの量がそれぞれＮｐｍａｘ、Ｎｎｍａｘを越えなければ良品、超えれば不良品と判断できる。
As described above, for example, when a stacked body in which the amount of p-type dopant in the n-type semiconductor layer and / or the amount of n-type dopant in the p-type semiconductor exceeds 1 × 10 17 atoms / cm 3 is confirmed, The memory effect by the dopant element can be reset by exchanging the member in the phase growth apparatus which is upstream from the downstream end of the substrate and is in contact with the dopant source gas. This is because the dopant element causing the memory effect remains in this portion of the vapor phase growth apparatus. This part is located upstream from the downstream edge of the substrate, and the temperature rises during the production of the laminate. Therefore, it seems that the adhering dopant compound is prone to decomposition and desorption, and that the memory effect is noticeably caused. It is. When the vapor phase growth apparatus is the MOCVD apparatus shown in FIG. 2, at least the
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。 Hereinafter, although this invention is demonstrated based on a more detailed Example, this invention is not limited to these Examples.
実施例１
本実施例では、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、ｎ型ドーパントとしてＳｉをドープしたｎ型半導体層、及びｐ型ドーパントとしてＭｇをドープしたｐ型半導体層を有する積層体を繰り返して計１５バッチ作製した。
Example 1
In this example, a stacked body having an n-type semiconductor layer doped with Si as an n-type dopant and a p-type semiconductor layer doped with Mg as a p-type dopant by using a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method). A total of 15 batches were produced by repetition.
積層体の作製
（基板の用意）
まず、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を結晶成長させるための基板として、１インチの窒化アルミニウム＋Ｃ面単結晶基板（厚み０．５ｍｍ）を用いた。これをＭＯＣＶＤ装置の反応炉内の支持台上に設置した後、水素ガスを１３ｓｌｍの流量で流しながら、加熱体の加熱により基板を１２５０℃まで加熱し、１０分間保持することで基板表面のクリーニングを行った。
Fabrication of laminate (preparation of substrate)
First, a 1-inch aluminum nitride + C-plane single crystal substrate (thickness 0.5 mm) was used as a substrate for crystal growth of a group III-V semiconductor. After this is installed on a support in the reactor of the MOCVD apparatus, the substrate surface is heated to 1250 ° C. by heating the heated body while flowing hydrogen gas at a flow rate of 13 slm, and the substrate surface is cleaned by holding for 10 minutes. Went.
（ｎ型半導体層の成長）
次いで、Ｓｉがドープされた厚み１．０μｍのＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層を成長した。なお、ＳｉがドープされたＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層の形成は、基板温度が１１８０℃、ＴＭＧ流量が１３μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡ流量が３５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＥＳｉ流量が２２ｎｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が１．５ｓｌｍ、全体のガス流量が１０ｓｌｍ、圧力が４０Ｔｏｒｒの条件で行った。
(Growth of n-type semiconductor layers)
Next, an Al 0.7 Ga 0.3 N layer having a thickness of 1.0 μm doped with Si was grown. The formation of the Al 0.7 Ga 0.3 N layer doped with Si is performed at a substrate temperature of 1180 ° C., a TMG flow rate of 13 μmol / min, a TMA flow rate of 35 μmol / min, a TESi flow rate of 22 nmol / min, and an ammonia flow rate. Was 1.5 slm, the total gas flow rate was 10 slm, and the pressure was 40 Torr.
（活性層の成長）
次に、ノンドープの活性層（バリア層が厚さ１０ｎｍのＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ、井戸層が厚さ２ｎｍのＡｌ０．４Ｇａ０．６Ｎで、５回の繰り返し構造）を成長した。なお活性層の成長条件は、バリア層でＴＭＧ流量が１６μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡ流量が１３μｍｏｌ／ｍｉｎ、井戸層でＴＭＧ流量が２２μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡ流量が１８μｍｏｌ／ｍｉｎであり、その他はＳｉがドープされたＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層と同様であった。
(Growth of active layer)
Next, the non-doped active layer (the barrier layer is Al 0.7 Ga 0.3 N with a thickness of 10 nm, the well layer is Al 0.4 Ga 0.6 N with a thickness of 2 nm, and the structure is repeated five times). grown. The growth conditions of the active layer are as follows: the TMG flow rate is 16 μmol / min, the TMA flow rate is 13 μmol / min in the barrier layer, the TMG flow rate is 22 μmol / min, the TMA flow rate is 18 μmol / min in the well layer, and the others are doped with Si. This was the same as the Al 0.7 Ga 0.3 N layer.
（電子ブロック層の成長）
さらに、ノンドープでＡｌ０．９５Ｇａ０．０５Ｎの組成を有する厚み５０ｎｍの電子ブロック層を成長した。なお、電子ブロック層の成長条件は、ＴＭＧ流量が２．２μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡ流量が３５μｍｏｌ／ｍｉｎであり、その他はＳｉがドープされたＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層と同様であった。
(Growth of electronic block layer)
Further, an electron blocking layer having a thickness of 50 nm and having a composition of Al 0.95 Ga 0.05 N was grown undoped. The growth conditions of the electron blocking layer were as follows: the TMG flow rate was 2.2 μmol / min, the TMA flow rate was 35 μmol / min, and the others were the same as the Al 0.7 Ga 0.3 N layer doped with Si. .
（ｐ型半導体層の成長）
次いで、Ｍｇがドープされた厚み５０ｎｍのＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層を成長した。なお、ＭｇがドープされたＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層の形成は、ＴＥＳｉの代わりにビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を流量１．０μｍｏｌ／ｍｉｎで供給する以外は、ＳｉがドープされたＡｌ０．７Ｇａ０．３Ｎ層と同様であった。
(P-type semiconductor layer growth)
Next, an Al 0.7 Ga 0.3 N layer having a thickness of 50 nm doped with Mg was grown. The Mg 0.7- doped Al 0.7 Ga 0.3 N layer is formed except that bis (cyclopentadienyl) magnesium (Cp 2 Mg) is supplied at a flow rate of 1.0 μmol / min instead of TESi. This was the same as the Al 0.7 Ga 0.3 N layer doped with Si.
続けて、Ｍｇがドープされた厚み５００ｎｍのＧａＮ層を成長した。なお、ＭｇがドープされたＧａＮ層の形成は、基板温度が１０５０℃、ＴＭＧ流量が１１μｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｃｐ２Ｍｇ流量が１．０μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニア流量が３ｓｌｍ、全体のガス流量が６ｓｌｍ、圧力が１５０Ｔｏｒｒの条件で行った。ＭｇがドープされたＧａＮ層の形成後、加熱体の加熱を止め支持台の温度が室温付近まで下がったことを確認して、ＩＩＩ−Ｖ族半導体層が形成された基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出した。 Subsequently, a GaN layer having a thickness of 500 nm doped with Mg was grown. In addition, the formation of the GaN layer doped with Mg includes a substrate temperature of 1050 ° C., a TMG flow rate of 11 μmol / min, a Cp 2 Mg flow rate of 1.0 μmol / min, an ammonia flow rate of 3 slm, an overall gas flow rate of 6 slm, and a pressure. Was performed under the condition of 150 Torr. After the formation of the Mg-doped GaN layer, heating of the heating element was stopped, and it was confirmed that the temperature of the support was lowered to near room temperature, and the substrate on which the III-V group semiconductor layer was formed was taken out from the MOCVD apparatus. .
上記ＩＩＩ−Ｖ族半導体の作製において、気相成長装置内に供給されたｐ型ドーパント量およびｎ型ドーパントの量は、それぞれ６４μｍｏｌ、１．１μｍｏｌであった。 In the production of the group III-V semiconductor, the amounts of the p-type dopant and the n-type dopant supplied into the vapor phase growth apparatus were 64 μmol and 1.1 μmol, respectively.
以上のＩＩＩ−Ｖ族半導体の作製の操作を計１５回繰り返した。なお、各バッチ間では、特許文献２に記載の方法に従い、クリーニング処理を行った。 The above operation for producing a group III-V semiconductor was repeated 15 times. In addition, between each batch, according to the method of patent document 2, the cleaning process was performed.
（積層体の評価）
上記で繰り返し作製した積層体の中心部について、各積層体のｎ型半導体層中のＭｇ量をＳＩＭＳ分析により測定した。図３に、ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウムの累積供給量と各積層体におけるｎ型半導体層中のＭｇ量との関係を示した。この測定において、測定下限値はｎ型半導体層中のＭｇ量が２×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、及びｐ型半導体層中のＳｉ量が２×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。
(Evaluation of laminate)
About the center part of the laminated body produced repeatedly above, the amount of Mg in the n-type semiconductor layer of each laminated body was measured by SIMS analysis. FIG. 3 shows the relationship between the cumulative supply amount of bis (cyclopentadienyl) magnesium and the Mg amount in the n-type semiconductor layer in each stacked body. In this measurement, the measurement lower limit n-type Mg amount in the semiconductor layer is 2 × 10 15 atoms / cm 3 , and Si of the p-type semiconductor layer was 2 × 10 15 atoms / cm 3 .
（発光素子（ＬＥＤ）の作製・評価）
上記１５バッチまでに成長した積層体に公知の方法で電極を形成して発光素子（ＬＥＤ）とし、発光効率（外部量子効率）を測定した。図４に、ｎ型半導体層中のＭｇ量と各積層体から作製した発光素子（ＬＥＤ）の発光効率（外部量子効率）との関係を示した。なお、この発光効率は、電極等に明らかに不備があるものは除き、平均値を求めた。図４には、一バッチ目の積層体から得られた発光素子の発光効率を１とし、その他のバッチの積層体から得られた発光素子の発光効率はその比（発光効率比）と、それら積層体のｎ型半導体層中のＭｇ量（ＳＩＭＳ測定値）との関係を示した。
(Production and evaluation of light emitting element (LED))
Electrodes were formed on the laminates grown up to 15 batches by a known method to obtain a light emitting device (LED), and the light emission efficiency (external quantum efficiency) was measured. FIG. 4 shows the relationship between the amount of Mg in the n-type semiconductor layer and the light emission efficiency (external quantum efficiency) of the light emitting element (LED) manufactured from each stacked body. The luminous efficiency was determined as an average value, except for the case where the electrodes and the like were clearly defective. In FIG. 4, the light emission efficiency of the light emitting device obtained from the laminate of the first batch is 1, and the light emission efficiency of the light emitting devices obtained from the other batch of laminates is the ratio (light emission efficiency ratio) and The relationship with the amount of Mg (SIMS measured value) in the n-type semiconductor layer of the laminate was shown.
図４より、１３バッチ目の積層体のｎ型半導体層中のＭｇ量は１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。また、１３バッチ目の積層体を用いた発光素子（ＬＥＤ）の発光効率比は０．７３であった。この１３バッチ目を製造するまでに気相成長装置に供給したビス（シクロペンタジエニル）マグネシウムの累積供給量は８．３×１０−４ｍｏｌであった。 From FIG. 4, the amount of Mg in the n-type semiconductor layer of the 13th batch was 1 × 10 17 atoms / cm 3 . Moreover, the luminous efficiency ratio of the light emitting element (LED) using the 13th batch laminate was 0.73. The cumulative supply amount of bis (cyclopentadienyl) magnesium supplied to the vapor phase growth apparatus until the 13th batch was manufactured was 8.3 × 10 −4 mol.
以上のことから、良品の発光効率比を０．７以上と決定した場合、この気相成長装置を用いた場合には、上記条件においては１３バッチまで製造可能であることが分かった。また、この時、ｐ型ドーパント原料ガスの累積供給量は８．３×１０−４ｍｏｌ以下にすればよいことも分かった。 From the above, it was found that when the luminous efficiency ratio of non-defective products was determined to be 0.7 or more, when this vapor phase growth apparatus was used, up to 13 batches could be manufactured under the above conditions. Moreover, it turned out that the accumulation supply amount of p-type dopant source gas should just be 8.3x10 <-4> mol or less at this time.
実施例２
実施例１におけるメモリ効果をリセットするため、実施例１を実施した後に、同気相成長装置にて、基板の下流側端部よりも上流側であって、ドーパント原料ガスが接触する気相成長装置の部材（図２の上流側整流筒１４、下流側整流筒１５、隔離板１６）を交換して、実施例１と同じ条件で積層体を１３バッチ製造した。得られた積層体の評価（ただし、ＳＩＭＳ法分析は省略した。）、および発光素子（ＬＥＤ）の作製、評価を実施例１と同様に実施した。図５にビス（シクロペンタジエニル）マグネシウムの累積供給量と発光効率比の関係を示した。なお、この図５は、実施例１において、ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウムの累積供給量と発光効率比との関係を示した図と同じであった。
Example 2
In order to reset the memory effect in the first embodiment, after performing the first embodiment, in the same vapor phase growth apparatus, the vapor phase growth that is upstream of the downstream end portion of the substrate and in contact with the dopant source gas is performed. The apparatus members (upstream rectifying
図５に示す通り、実施例１と同様の結果が得られた。すなわち、良品の発光効率比を０．７以上と決定した場合、この気相成長装置を用いた場合には、上記条件においては１３バッチまで製造可能であることが判明した。 As shown in FIG. 5, the same results as in Example 1 were obtained. That is, when the luminous efficiency ratio of non-defective products was determined to be 0.7 or more, it was found that up to 13 batches can be manufactured under the above conditions when this vapor phase growth apparatus is used.
この気相成長装置においては、上記操作によりメモリ効果をリセットすることにより、再び運転可能となり、上記条件においては、１３バッチ（ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウムの累積供給量は８．３×１０−４ｍｏｌ）まで可能であることが確認できた。 This vapor phase growth apparatus can be operated again by resetting the memory effect by the above operation. Under the above conditions, the cumulative supply amount of 13 batches (bis (cyclopentadienyl) magnesium is 8.3 × 10 -4 mol) was confirmed to be possible.
なお、上記実施例では、ｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量を測定した場合の結果しか示していないが、ｐ型半導体層中のｎ型ドーパント量を測定し場合も同様の結果が得られる。 In addition, in the said Example, although only the result at the time of measuring the amount of p-type dopants in an n-type semiconductor layer is shown, the same result is obtained also when measuring the amount of n-type dopants in a p-type semiconductor layer. .
１ 基板
２ ｎ型クラッド層（２’ ｎ型半導体層）
３ 活性層
４ 電子ブロック層
５ ｐ型クラッド層
６ ｐ型キャップ層
７ ｐ型半導体層
１２ 支持台
１３ 加熱体
１４ 上流側整流筒
１５ 下流側整流筒
１６ 隔離板
１７ ＩＩＩ族原料ガス供給手段
１８ Ｖ族原料ガス供給手段
1 Substrate 2 n-type cladding layer (2 ′ n-type semiconductor layer)
3
Claims (7)
該ｎ型半導体層中のｐ型ドーパント量を測定する、及び／又は該ｐ型半導体層中のｎ型ドーパント量を測定することにより、該気相成長装置の運転の可否を判断することを特徴とする方法。 An n-type semiconductor layer doped with an n-type dopant on the substrate by supplying a group III source gas, a dopant source gas, and a group V source gas from an upstream side to a downstream side, and a p-type dopant A vapor phase growth apparatus operation management method for repeatedly producing a laminate composed of a group III-V semiconductor having at least a p-type semiconductor layer doped with
Measuring the amount of p-type dopant in the n-type semiconductor layer and / or measuring the amount of n-type dopant in the p-type semiconductor layer to determine whether or not the vapor phase growth apparatus can be operated. And how to.
ｐ型半導体層中のｎ型ドーパント量を測定する方法が、バッチ方式で繰り返し製造した各積層体におけるｐ型半導体層中のｎ型ドーパント量とその積層体を製造するまでに気相成長装置内に供給したｎ型ドーパント原料ガスの累積供給量との関係を予め求めておき、該累積供給量によりｎ型ドーパント量を算出する方法であることを特徴とする請求項１に記載の方法。 The method for measuring the amount of p-type dopant in an n-type semiconductor layer is a vapor phase growth apparatus until the amount of p-type dopant in an n-type semiconductor layer in each laminate manufactured repeatedly in batch mode and the laminate is manufactured. In this method, a relationship with the cumulative supply amount of the p-type dopant source gas supplied to is previously determined, and the p-type dopant amount is calculated from the cumulative supply amount.
The method for measuring the amount of n-type dopant in the p-type semiconductor layer is a vapor phase growth apparatus until the n-type dopant amount in the p-type semiconductor layer in each stacked body repeatedly manufactured by the batch method and the stacked body are manufactured. 2. The method according to claim 1, wherein a relationship with the cumulative supply amount of the n-type dopant source gas supplied to is previously determined, and the n-type dopant amount is calculated from the cumulative supply amount.
基板の下流側端部よりも上流側であって、かつ、ｐ型ドーパント原料ガス、及び／又はｎ型ドーパント原料ガスが接触する気相成長装置の部材を少なくとも交換して積層体を製造することを特徴とする請求項５に記載の方法。 When a stacked body in which the amount of p-type dopant in the n-type semiconductor layer and / or the amount of n-type dopant in the p-type semiconductor exceeds 1 × 10 17 atoms / cm 3 is confirmed,
A laminate is manufactured by exchanging at least a member of a vapor phase growth apparatus that is upstream of the downstream end portion of the substrate and is in contact with the p-type dopant source gas and / or the n-type dopant source gas. The method according to claim 5, wherein:
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|---|---|---|---|---|
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07240376A (en) * | 1994-02-28 | 1995-09-12 | Sumitomo Sitix Corp | Vertical vapor growing device |
| JPH11112030A (en) * | 1997-08-04 | 1999-04-23 | Sumitomo Chem Co Ltd | Production of iii-v compound semiconductor |
| JP2004241463A (en) * | 2003-02-04 | 2004-08-26 | Hitachi Cable Ltd | Method of vapor depositing compound semiconductor |
| JP2007317752A (en) * | 2006-05-23 | 2007-12-06 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | Template substrate |
| JP2012129388A (en) * | 2010-12-16 | 2012-07-05 | Stanley Electric Co Ltd | Semiconductor light-emitting device |
-
2013
- 2013-07-12 JP JP2013146092A patent/JP6091366B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07240376A (en) * | 1994-02-28 | 1995-09-12 | Sumitomo Sitix Corp | Vertical vapor growing device |
| JPH11112030A (en) * | 1997-08-04 | 1999-04-23 | Sumitomo Chem Co Ltd | Production of iii-v compound semiconductor |
| JP2004241463A (en) * | 2003-02-04 | 2004-08-26 | Hitachi Cable Ltd | Method of vapor depositing compound semiconductor |
| JP2007317752A (en) * | 2006-05-23 | 2007-12-06 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | Template substrate |
| JP2012129388A (en) * | 2010-12-16 | 2012-07-05 | Stanley Electric Co Ltd | Semiconductor light-emitting device |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021082745A (en) * | 2019-11-21 | 2021-05-27 | 株式会社沖データ | Light emitting thyristor, light emitting device chip, optical print head, and image forming apparatus |
| JP7395983B2 (en) | 2019-11-21 | 2023-12-12 | 沖電気工業株式会社 | Light emitting thyristor, light emitting element chip, optical print head, and image forming device |
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