JP3156514B2 - 半導体エピタキシャルウェハの製造方法 - Google Patents

半導体エピタキシャルウェハの製造方法

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JP3156514B2 JP18823294A JP18823294A JP3156514B2 JP 3156514 B2 JP3156514 B2 JP 3156514B2 JP 18823294 A JP18823294 A JP 18823294A JP 18823294 A JP18823294 A JP 18823294A JP 3156514 B2 JP3156514 B2 JP 3156514B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の利用分野】本発明は半導体エピタキシャルウェ
ハの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年化合物半導体が光半導体素子材料と
して多く利用されている。そしてこの半導体材料として
は、単結晶基板上に所望の層をエピタキシャル成長した
ものを用いている。これは基板として用いられる結晶
は、欠陥が多く、純度も低いため、そのまま発光素子と
して使用することが困難であるためである。そして、基
板上に所望の発光波長を得るための組成の層を、エピタ
キシャル成長させている。主としてこのエピタキシャル
成長層は、3元混晶層が用いられている。そしてエピタ
キシャル成長は、通常気相成長ないし液相成長法が使用
されている。
【0003】図1を用いて通常の気相成長法の説明をす
る。気相成長法では、石英製のリアクタ内に、グラファ
イト製、または石英製のホルダーを配置し、原料ガスを
流し加熱する方法によってエピタキシャル成長を行って
いる。通常のホルダー上ではガスの流れに対して数度基
板を傾けて配置することが普通である。
【0004】例としてGaP基板GaAsPのエピタキ
シャルウェハの成長を例として、これを説明する。Ga
P基板はオリエンテーションフラットが(0,−1,
1)面のへき開面と平行で、[0,−1,−1]方向に
6°ずらした角度(オフアングル)をもつ(100)面
である。通常はオフアングル方向に垂直な方向の[0,
1,−1]方向をガス上流側にするように配置する。G
aPの場合、基板厚としては300μm程度が用いられ
ている。
【0005】
【発明が解決すべき課題】そしてかかる方法でエピタキ
シャル成長をさせたウェハが、昇温又は降温時に、しば
しば割れたり、欠けたりすることがあった。これは成長
中に原料ガスが基板とホルダーの間に直接入り、単結晶
基板の端部で裏面側にエピタキシャル層が成長すること
に起因する。すなわち気相成長中に、裏面側に50〜2
00μmのエピタキシャル層がウェハ端に成長してしま
う。このエピタキシャル層はしばしばホルダー面まで到
着し、ホルダー表面と基板を接着する。エピタキシャル
成長後の昇温過程の後、室温にすると熱膨張係数の違い
により、付着したところが割れ、それによりウェハ全体
が割れたりした。さらに、エピ成長後、わずかな欠損部
が残った場合でも、何らかのクラックがその部分にはい
っているので、エピ成長後外周加工を行うと、その時ウ
ェハが割れたりするため、歩留りの低下を招くという課
題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者は、かか
る課題を解決すべく鋭意検討の結果、基板の端部が様々
の方位を持つことに起因する成長速度の異方性を利用す
ることにより、かかる課題が解決することを見出し本発
明に到達した。すなわち本発明の目的は、化合物半導体
エピタキシャルウェハのエピタキシャル成長工程におい
て、該エピタキシャルウェハが原料ガス上流側の端部の
裏面で、エピタキシャル層が成長することに起因する、
前記エピタキシャルウェハの割れ、あるいはキズの発生
を抑制することであり、かかる目的は、せん亜鉛型(Z
incblende)構造型を有する単結晶半導体基板
上に、せん亜鉛型構造型を有する単結晶半導体エピタキ
シャル層を気相法で成長させる半導体エピタキシャルウ
ェハの製造方法において、該単結晶半導体基板表面がオ
フアングルを有する(100)面の面方位を有し、該オ
フアングルの方向又はその180°方向から30°以内
の方向から原料ガスを供給することを特徴とする半導体
エピタキシャルウェハの製造方法、により容易に達成さ
れる。以下本発明をより詳細に説明する。
【0007】本発明において使用される気相法は特に限
定されるものではなく、各種の熱分解法、ハロゲン輸送
法、MDCVD法、MBE法等が挙げられるが、一般に
普及しており、生産性のよいハロゲン輸送法を用いるの
が好ましい。又、本発明において用いられる基板は、せ
ん亜鉛型構造型を有するものであれば特に限定されない
が、表面の欠陥の少ない材料が容易に入手できる点よ
り、好ましくは、ガリウムヒ素系、ガリウムリン系、セ
レン化亜鉛系等の半導体基板が使用できる。
【0008】この基板はその表面の面方位がオフアング
ルを有する(100)であることを必須要件にしてい
る。オフアングルとは、基板表面が、あまり低次の面方
位のものであると、成長速度が低くなってしまうため、
(100)のような低次の面方位の面を得たい時に、わ
ざと(100)面より数度ずらした面を表面とし、ここ
に成長させる、その低次の面と、実際の表面の角度の差
をオフアングルと呼んでいる。そしてオフアングルの方
向とは、本明細書においては、(100)面の法線と、
実際の表面の法線が含まれる面と、実際の表面の交線で
あって、表面側の(100)面の法線から実際の表面の
法線へ向かう方向のことをいう。
【0009】そしてオフアングルの方向は通常[01
1]、[01−1]、[0−11]、[0−1−1]方
向にずらすかあるいは[001]、[010]、[00
−1]、[0−10]方向にずらすことが多く行われて
いる。このオフアングルの好適な角度はそれぞれの方
向、基板の種類により異なるが、好適な範囲としてGa
P基板の場合、(100)面に対して[011]、[0
1−1]、[0−11]、[0−1−1]方向にであれ
ば、3〜10°、好ましくは3〜7°であり、[00
1]、[010]、[00−1]、[0−10]方向に
であれば、4〜15°、好ましくは5〜11°である。
そしてGaAs基板の場合、(100)面に対して[0
11]、[01−1]、[0−11]、[0−1−1]
方向にであれば、1〜7°、好ましくは1〜5°であ
り、[001]、[010]、[00−1]、[0−1
0]方向にであれば、1〜15°、好ましくは1〜5°
である。
【0010】この内特に本発明の効果が顕著であるの
は、GaP基板でオフアングルの方向が、[011]、
[0−1−1]であるもの、GaAs基板でオフアング
ルの方向が、[001]、[010]、[00−1]、
[0−10]方向であるものである。
【0011】本発明の最大の特徴は、エピタキシャル成
長の際の原料ガスを供給する方向を該オフアングルの方
向又はその180°方向から30°以内の方向とするこ
とである。該オフアングルの方向又はその180°方向
から10°以内の方向であればより好ましい。尚、この
時の原料供給の方向に関しては、理由はよくわからない
が、基板を載せた台等が回転したりした場合であって
も、その回転による原料供給の方向のずれは考慮しなく
てよい。従って図1に示したように、バレル型を用いた
のであればバレルの上側が原料供給の方向になり、図2
に示すような平面型であれば平面の中心の方向になる。
【0012】この方向に基板をセットすると、基板のオ
フアングル方向がガスの上流になり、エピウェハの端面
に、ファセット成長が生じ、このため多結晶の成長によ
り、異常に速い速度での裏面への成長が生じないため、
基板の背面側に成長が生じにくく、その結果基板とホル
ダー表面の接着が生じず、エピ成長後の割れの発生を極
減させることができる。
【0013】
【実施例】以下本発明を実施例を用いて説明するが、本
発明はその要旨を越えない限り、実施例に限定されるも
のではない。
【0014】(実施例1)硫黄(S)が2〜10×10
17原子個/cm3 添加され、結晶学的面方位が(10
0)面より[0−1−1]方向に6°偏位したGaP端
結晶基板及び、高純度Gaを、Ga溜め用石英ボート付
きのエピタキシャル・リアクター内の所定の場所に、そ
れぞれ設置した。石英製のホルダーのガスの上流側が
[0−1−1]方向になるようにGaP基板を配置し
た。ホルダーは毎分3回転させた。次に窒素(N2 )ガ
スを該リアクター内に15分間導入し空気を充分置換除
去した後、キャリヤ・ガスとして高純度水素(H2 )を
毎分9500cc導入し、N2 の流れを止め昇温工程に
入った。上記Ga入り石英ボート設置部分及びGaP単
結晶基板設置部分の温度が、それぞれ800℃及び93
0℃一定に保持されていることを確認した後、尖頭発光
波長590±5nmのGaAs1-XX(x=0.9)エ
ピタキシャル層の気相成長を開始した。最初、濃度50
ppmに水素ガスで希釈したn型不純物のテルル(T
e)のドーパントガスであるジエチルテルル((C
252Te)を毎分30cc導入し、周期律表第II
I族元素成分としてのGaClを、毎分380cc生成
させるため高純度塩化水素ガス(HCl)を上記石英ボ
ート中のGa溜に毎分380cc吹き込み、Ga溜上表
面より吹き出ささせて導入した。同時に周期律表第V族
元素成分として、H2で濃度10%に希釈した燐化水素
(PH3)を毎分1190cc導入しつつ、20分間に
わたり第1層であるGaP層をGaP単結晶基板上に成
長させた。次に(C252Te、HCl、PH3の各ガ
スの導入量を変えることなく、H2で濃度10%に希釈
した砒化水素(AsH3)の導入量を、毎分0ccから
毎分140ccまで徐々に増加させ、同時にGaP基板
の温度を910℃から860℃まで徐々に降温させ、9
0分間にわたり、第2のGaAs1-XXエピタキシャル
層を第1のGaPエピタキシャル層上に成長させた。次
の30分間は(C252Te、HCl、PH3、AsH
3の導入量を変えることなく、毎分それぞれ30cc、
380cc、1190cc、140ccに保持しつつ第
3のGaAs1-XXエピタキシャル層を第2のGaPエ
ピタキシャル層上に成長させた。最後に50分間(C2
52Te、HCl、PH3、AsH3の導入量を変える
ことなく導入しながらこれに窒素アイソ・エレクトロニ
ック・トラップの窒素(N)の添加用として毎分320
ccの高純度アンモニア・ガス(NH3)を添加して第
4のGaAs1-XXエピタキシャル層を第3のGaPエ
ピタキシャル層上に成長させ、気相成長を終了した。エ
ピタキシャル膜の第1、第2、第3、第4のエピタキシ
ャル層の膜厚はそれぞれ5μm、39μm、15μm、
27μm、第4のエピタキシャル層のn型キャリア濃度
は1.2×1016cm-3であった。
【0015】次に、ZnAs2 を拡散源としてp形不純
物であるZnを拡散させて表面から6μmの深さにp−
n接合を形成した。このもののシート抵抗は15Ω/cm
2であった。続いて、写真蝕刻、真空蒸着による電極形
成等を行って直径180μmのメサ型p−n接合を有し
た500μm×500μm×180μm(厚さ)の角柱
型発光ダイオードを形成してた。初期輝度値は電流15
mAでエポキシコートなしで5200ftLであった。
品質に問題はなかった。さらに、エピタキシャル成長を
繰り返した。その結果、付着割れの発生は35枚中で0
枚であった。エピタキシャルウェハの原料ガス上流側の
端部の裏面のエピタキシャル層の厚さは約60μmで、
その層に付着によるキズもほとんどなかった。
【0016】(実施例2)実施に当たっては、原料ガス
の上流側にGaP基板の[011]を配置する以外、す
べて実施例1に同じであった。その結果、付着割れの発
生は12枚中で0枚であった。エピタキシャルウェハの
原料ガス上流側の端部の裏面のエピタキシャル層の厚さ
は約50μmで、その層に付着によるキズもほとんどな
かった。
【0017】(比較例)実施に当たっては、原料ガスの
上流側にGaP基板の[01−1]を配置する以外、す
べて実施例1に同じであった。その結果、付着割れの発
生は24枚中で5枚であった。エピタキシャルウェハの
原料ガス上流側の端部の裏面のエピタキシャル層の厚さ
は約150μmで、その層に付着によるキズが全数に発
生していた。
【0018】
【発明の効果】この発明によれば、ウェハの結晶方位と
ガス流の方向最適化することにより最も基板の裏面の成
長したエピタキシャル層とホルダー表面との付着を防止
することが出来る。GaAs基板の成長でも、全く同じ
効果が得られることは言うまでもない。これによって成
長したエピウェハは割れやキズがなく、後に加工しやす
いエピタキシャルウェハとなる。これによって、エピタ
キシャル工程の歩留り向上、および、品質の向上をする
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はウェハを成長させるためのバレル型ホル
ダーの一例を示す説明図である。
【図2】図2はウェハを成長させるための平面型ホルダ
ーの一例を示す説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 C30B 25/14 C30B 25/18 C30B 29/40 502

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 せん亜鉛型構造型を有する単結晶半導体
    基板上に、せん亜鉛型構造型を有する単結晶半導体エピ
    タキシャル層を気相法で成長させる半導体エピタキシャ
    ルウェハの製造方法において、該単結晶半導体基板表面
    がオフアングルを有する(100)面の面方位を有し、
    該オフアングルの方向又はその180°方向から30°
    以内の方向から原料ガスを供給することを特徴とする半
    導体エピタキシャルウェハの製造方法。
  2. 【請求項2】 該オフアングルの方向が、[0,−1,
    −1]又は[0,1,1]から3〜10°の範囲である
    請求項1記載の半導体エピタキシャルウェハの製造方
    法。
  3. 【請求項3】 該単結晶半導体基板が、ヒ化ガリウム又
    はリン化ガリウムである請求項1又は2のいずれかに記
    載の半導体エピタキシャルウェハの製造方法。
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