JP3324102B2 - エピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents
エピタキシャルウェーハの製造方法Info
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Description
の製造方法に関し、更に詳しくは、GaP系発光ダイオ
ードを製造するのに用いるGaP単結晶基板上に複数の
GaP層が積層された発光素子基板(以下、GaPまた
はGaP系エピタキシャルウェーハという。)の製造方
法に関する。
n型GaP単結晶基板上にn型GaP層及びP型GaP
層を各々一層以上順次積層してpn接合を有するGaP
系エピタキシャルウェーハを製造し、これを素子化する
ことにより得られる。GaP系発光ダイオードには、大
別すると、緑色GaP発光ダイオード(黄緑色GaP発
光ダイオードともいう。)、赤色GaP発光ダイオード
及び純緑色GaP発光ダイオードの三種類がある。
接合近傍のn型GaP層に発光中心とする窒素(N)を
ドープしたGaPエピタキシャルウェーハ(図2)から
製造され、ピーク波長が567nm前後の黄緑色の発光
をする。また、赤色GaP発光ダイオード4は、亜鉛
(Zn)及び酸素(O)をp型GaP層にドープし、発
光中心となるZn−O対をp型GaP層内に形成したG
aPエピタキシャルウェーハ(図3)から製造され、そ
の発光ピーク波長は700nm前後である。
発光中心となる不純物を全くドープしていないGaPエ
ピタキシャルウェーハ(図4)から製造され、ピーク波
長555nm前後の純緑色の発光が得られる。
タキシャルウエーハ2、赤色発光ダイオード用GaPエ
ピタキシャルウェーハ4及び純緑色発光ダイオード用G
aPエピタキシャルウェーハ6の断面構造の一例を図2
〜図4に各々示す。前記緑色発光ダイオード用GaPエ
ピタキシャルウェーハ2は、n型GaP単結晶基板10
a上にn型GaPバッファ層11a、n型GaP層12
a、窒素ドープn型GaP層13a及びp型GaP層1
4aが順次形成された構造に、前記赤色発光ダイオード
用GaPエピタキシャルウェーハ4は、n型GaP単結
晶基板10b上にn型GaP層11b及びZn−O対が
形成されたp型GaP層14bが順次形成された構造に
なっている。また、前記純緑色発光ダイオード用GaP
エピタキシャルウェーハ6は、n型GaP単結晶基板1
0c上にn型GaPバッファ層11c、n型GaP層1
2c、低キャリア濃度のn型GaP層または低キャリア
濃度のp型GaP層13c及びp型GaP層14cが順
次形成された構造になっている。
aP層上に各GaP層を形成する方法としては、通常、
徐冷液相エピタキシャル成長法(以下、液相エピキシャ
ル成長法という。)がある。この液相エピタキシャル成
長法として、通常、積み上げ法又はメルトバツク法が採
用される。積み上げ法液相エピタキシャル成長法では、
例えば1060℃でGa融液にGaP多結晶を溶解した
Ga溶液(1060℃における、GaPの飽和Ga溶
液)をGaP基板上に配置し、これらを徐々に降温さ
せ、GaP溶液中のGaPを基板上に析出させることに
よつてGaP層を成長させる。また、メルトバツク法液
相エピタキシャル成長法では、GaP基板上にGa融液
を配置し、その後、例えば、1060℃まで昇温し、G
aP基板の上部をGa融液中に溶解させてGa溶液(1
060℃におけるGaPの飽和Ga溶液)とし、次に徐
々に降温し、前記積み上げ法液相エピタキシャル成長法
と同様にGaP基板上にGaP層を成長させる。
ウェーハは、その高輝度化のため、2ステップ以上の液
相エピタキシャル工程を踏んで製造されるのが通例とな
っている。
用GaPエピタキシャルウェーハ2を例にし、図2を参
照して説明する。例えば、第1のステップで、予め、n
型GaP単結晶基板10a上に、前記積み上げ法或いは
メルトバック法液相エピタキシャル成長法で、n型Ga
Pバッファ層11aを形成している多層GaP基板を作
製する。次の第2のステップにおいて、前記メルトバッ
ク法液相エピタキシャル成長法を用い、前記多層GaP
基板のn型GaPバッファ層11a上にn型GaP層1
2a、窒素ドープn型GaP層13a及びp型GaP層
14aを順次形成させる。
aPエピタキシャルウェーハ及び純緑色発光用GaPエ
ピタキシャルウェーハの場合、第1のステップで予め作
製される多層GaP基板は、各々、〔n型GaP層11
b/n型GaP単結晶基板10b〕及び〔n型GaPバ
ッファ層11c/n型GaP単結晶基板10c〕であ
る。
形成される複数のGaP層の総称をGaP発光構造層と
いう。例えば、図2に示す緑色発光ダイオード用GaP
エピタキシャルウェーハ2の場合、n型GaP層12
a、窒素ドープn型GaP層13a及びp型GaP層1
4aの3層を総称して(緑色発光ダイオード用GaPエ
ピタキシャルウェーハの)GaP発光構造層19aとい
い、図4に示す純緑色発光ダイオード用GaPエピタキ
シャルウェーハ6の場合、n型GaP層12c、低キャ
リア濃度のn型GaP層または低キャリア濃度のp型G
aP層13c及びp型GaP層14cの3層を総称して
(純緑色発光ダイオード用GaPエピタキシャルウェー
ハの)GaP発光構造層19cという。また、図3に示
す赤色発光ダイオード用GaPエピタキシャルウェーハ
の場合、単層であるが、p型GaP層14bを本願明細
書においては(赤色発光ダイオード用エピタキシャルウ
ェーハの)GaP発光構造層14bともいう。
を1ステップ、1層としたが、発光ダイオード特性を更
に向上させるためには、2ステップ以上、2層以上にす
ることが好ましい。
度化の手法、即ち、2ステップ或いは2ステップを超え
る液相エピタキシャル工程を踏んで発光ダイオード用G
aP系エピタキシャルウェーハを製造しても、未だ十分
なる高輝度化が達成し得ないという問題があった。
成し得ない要因を検討した結果、GaP単結晶基板上に
形成されたGaPエピタキシャル層表面には結晶欠陥を
伴なった凹凸を生じ、該凹凸を有する前記GaP層上に
次のステップの液相エピタキシャル工程でGaP発光構
造層を形成すると、この凹凸は該GaP発光構造層にま
で影響を及ぼしてGaP発光構造層の結晶性を悪化させ
輝度の低下をもたらすことが判明した。
題を解決し、従来より更に高輝度の発光ダイオードが製
造できるGaP系エピタキシャルウェーハの製造方法を
提供することを目的とする。
め、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の第1
の態様は、GaP単結晶基板上にバッファ層を形成する
工程と、該バッファ層の表面を平坦化する工程と、平坦
化したバッファ層の上部をメルトバックして、発光構造
層をメルトバック法により液相エピタキシャル成長する
工程とを有することを特徴とする。上記平坦化する工程
は、鏡面加工手段により行うことができる。上記発光構
造層は、複数のGaP層であることが好ましい。上記バ
ッファ層は、積み上げ法又はメルトバック法により形成
されることが好適である。本発明のエピタキシャルウェ
ーハの製造方法の第2の態様は、GaP多結晶及びn型
ドーパントを溶解させたGa溶液の温度を徐々に低下さ
せてn型GaP単結晶基板上にn型GaPバッファ層を
積み上げ法により形成する第1の液相エピタキシャル成
長工程と、前記n型GaPバッファ層の形成されたエピ
タキシャルウェーハをGa溶液より取り出し、n型Ga
Pバッファ層の表面を平坦化する工程と、Ga溶液の温
度を上昇させて、前記平坦化したn型GaPバッファ層
の上部を溶解してGaPの飽和溶液を形成後、該飽和溶
液の温度を低下させてメルトバック法によりn型GaP
層を形成する第2の液相エピタキシャル成長工程と、さ
らに温度を低下させて、窒素及びn型ドーパントがドー
プされた窒素ドープn型GaP層を形成する第3の液相
エピタキシャル成長工程と、p型ドーパントがドープさ
れたp型GaP層を形成する第4の液相エピタキシャル
成長工程とをこの順序で行って、緑色の発光構造層を構
成することを特徴とする。
イオード用GaPエピタキシャルウェーハの製造を例に
とって、添付図面とともに説明する。
ピタキシャルウェーハの製造工程図を示した。まず、図
1(A)に示すように、1060℃でGaP多結晶及び
n型ドーパントとなるテルル(Te)を溶解させたGa
溶液16をn型GaP単結晶基板10上に配置する。こ
のGa溶液16は、1060℃におけるGaPの飽和G
a溶液である。
ながら、前記Ga溶液16を含む系の温度を徐々に低下
させ、Ga溶液中に溶解しているGaPをn型GaP単
結晶基板10上に析出させる。この様にして、厚さ約1
50μmのn型GaPバッファ層11がn型GaP単結
晶基板10上に形成された多層GaP基板15が作製さ
れる〔図1(B)〕。
り取り出し〔図1(C)〕、GaP研磨剤(フジミイン
コーポレーテッド(株)製INSEC P)にてn型G
aPバッファ層11の表面を約20μm研磨して、n型
GaPバッファ層表面を平担化する。この様にして、表
面が鏡面かつ平担化された多層GaP基板15aが得ら
れる〔図1(D)〕。
Pバッファ層表面を研磨加工した前記多層GaP基板1
5a上にn型ドーパント及びGa多結晶を添加しないG
a融液を配置する。この時の温度は600℃に設定す
る。
00℃まで上昇させる。すると、n型GaPバッファ層
11の上部は徐々にGa融液17に溶解して、1000
℃におけるGaPの飽和Ga溶液(Ga溶液17a)と
なる。なお、この時、n型GaPバッファ層11中に含
まれるTeも前記Ga溶液17aに溶解する〔図1
(F)〕。
(Te)がドープされたn型GaP層12を成長させた
後〔図2(G)〕、NH3 をキャリアガスのH2 ととも
に前記系内に流しながら、さらに温度を低下させてn型
GaP層12上に窒素(N)及びn型ドーパント(T
e)がドープされた窒素ドープn型GaP層13が形成
される〔図2(H)〕。
トした系の温度を700℃程度に上昇させ、引続き前記
Ga溶液を含む系の降温を行う。これにより、Znがキ
ャリアガスのH2 とともに流れ、Znがドープされたp
型GaP層14が窒素ドープn型GaP層13上に形成
される〔図2(I)〕。なお、図2(I)において、n
型GaP層12、窒素ドープn型GaP層13及びp型
GaP層14の3層によって(緑色発光ダイオード用G
aPエピタキシャルウェーハの)GaP発光構造層19
が構成される。
10上に、n型GaPバッファ層11、n型GaP層1
2、窒素ドープn型GaP層13及びp型GaP層14
が順次積層された緑色発光ダイオード用GaPエピタキ
シャルウェーハが製造され、このエピタキシャルウェー
ハを素子化することにより、緑色発光するGaP発光ダ
イオードが得られる。
aPエピタキシャルウェーハの評価結果を以下に示す。
なお、比較例(従来法)は、多層GaP基板15を作製
後、研磨処理を施こさずにGaPエピタキシャルウェー
ハを製造した場合であり、その他の工程は全て実施例1
と同じくしたものである。
=100枚の平均値
例(従来法)における、輝度値及び多層GaP基板上に
形成された発光構造層の欠陥密度を示したものである。
表1から明らかなように、本発明方法によれば、従来法
に対し、輝度で約26%の向上が見られる。これは、同
表に示したように、発光構造層の結晶性の悪化が防止さ
れ、結晶性の改善が図れた為と推察される。
用GaPエピタキシャルウェーハ及び純緑色発光ダイオ
ード用GaPエピタキシャルウェーハに試みた結果、前
記緑色発光ダイオード用GaPエピタキシャルウェーハ
の場合と同様に約25%の輝度向上が達成できた。
ば、GaP発光構造層の結晶性の改善ができ、このGa
P系エピタキシャルウェーハを用いて製造したGaP系
発光ダイオードは十分高い輝度(従来法に対し約25%
向上)が得られるという効果がある。
ェーハの一断面構造を示す図面である。
ェーハの一断面構造を示す図面である。
ウェーハの一断面構造を示す図面である。
ア濃度のp型GaP層 14,14a,14b,14c p型GaP層 15,15a 多層GaP基板 16 Ga溶液 17 Ga融液 17a Ga溶液 19,19a,19c GaP発光構造層
Claims (6)
- 【請求項1】 GaP単結晶基板上にバッファ層を形成
する工程と、該バッファ層の表面を平坦化する工程と、
平坦化したバッファ層の上部をメルトバックして、発光
構造層をメルトバック法により液相エピタキシャル成長
する工程とを有することを特徴とするエピタキシャルウ
ェーハの製造方法。 - 【請求項2】 前記平坦化する工程は、鏡面加工手段に
より行うことを特徴とする請求項1記載のエピタキシャ
ルウェーハの製造方法。 - 【請求項3】 前記発光構造層は、複数のGaP層であ
ることを特徴とする請求項1又は2記載のエピタキシャ
ルウェーハの製造方法。 - 【請求項4】 前記バッファ層は、積み上げ法により形
成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項
記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。 - 【請求項5】 前記バッファ層は、メルトバック法によ
り形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか
1項記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。 - 【請求項6】 GaP多結晶及びn型ドーパントを溶解
させたGa溶液の温度を徐々に低下させてn型GaP単
結晶基板上にn型GaPバッファ層を積み上げ法により
形成する第1の液相エピタキシャル成長工程と、 前記n型GaPバッファ層の形成されたエピタキシャル
ウェーハをGa溶液より取り出し、n型GaPバッファ
層の表面を平坦化する工程と、 Ga溶液の温度を上昇させて、前記平坦化したn型Ga
Pバッファ層の上部を溶解してGaPの飽和溶液を形成
後、該飽和溶液の温度を低下させてメルトバック法によ
りn型GaP層を形成する第2の液相エピタキシャル成
長工程と、 さらに温度を低下させて、窒素及びn型ドーパントがド
ープされた窒素ドープn型GaP層を形成する第3の液
相エピタキシャル成長工程と、p型ドーパントがドープ
されたp型GaP層を形成する第4の液相エピタキシャ
ル成長工程とをこの順序で行って、緑色の発光構造層を
構成することを特徴とするエピタキシャルウェーハの製
造方法。
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