JP3355901B2 - 化合物半導体エピタキシャルウエーハ - Google Patents
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Classifications
-
- H01L21/203—
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体エピ
タキシャルウエーハに関するものであり、とりわけ窒素
が添加された燐化砒化ガリウム混晶エピタキシャル層を
有する化合物半導体エピタキシャルウエーハに関するも
のである。
タキシャルウエーハに関するものであり、とりわけ窒素
が添加された燐化砒化ガリウム混晶エピタキシャル層を
有する化合物半導体エピタキシャルウエーハに関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、赤色発光ダイオードをはじめ、橙
色や黄色発光ダイオード等の間接遷移型周期律表第３族
及び第５族化合物半導体を材料とする発光ダイオード、
とりわけ化合物半導体の燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-X
ＰX 系（ただし０．４５≦Ｘ＜１．０）発光ダイオード
は、燐化ガリウムＧａＰもしくは砒化ガリウムＧａＡｓ
の単結晶基板上に燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-X ＰX の
エピタキシャル層を形成し、さらに、 このエピタキシャ
ル層の最上層にｐ型不純物を熱拡散することによりｐ−
ｎ接合を形成して発光領域を設けたエピタキシャルウエ
ーハを用いている。
色や黄色発光ダイオード等の間接遷移型周期律表第３族
及び第５族化合物半導体を材料とする発光ダイオード、
とりわけ化合物半導体の燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-X
ＰX 系（ただし０．４５≦Ｘ＜１．０）発光ダイオード
は、燐化ガリウムＧａＰもしくは砒化ガリウムＧａＡｓ
の単結晶基板上に燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-X ＰX の
エピタキシャル層を形成し、さらに、 このエピタキシャ
ル層の最上層にｐ型不純物を熱拡散することによりｐ−
ｎ接合を形成して発光領域を設けたエピタキシャルウエ
ーハを用いている。
【０００３】発光は、外部電圧を印加することにより注
入された電子と正孔が発光領域であるｐ−ｎ接合部分で
再結合することによって生じるが、この発光効率にかか
わる要因として、まずｎ型キャリアーの濃度がある。従
来、 ｎ型キャリアーの濃度として１×１０15個／ｃｍ3
以上の範囲が用いられている。
入された電子と正孔が発光領域であるｐ−ｎ接合部分で
再結合することによって生じるが、この発光効率にかか
わる要因として、まずｎ型キャリアーの濃度がある。従
来、 ｎ型キャリアーの濃度として１×１０15個／ｃｍ3
以上の範囲が用いられている。
【０００４】例えば、特公昭５８−１５３９号公報に
は、ｎ型キャリアー濃度を３．５×１０15個／ｃｍ3 以
上８．８×１０15個／ｃｍ3 以下の範囲に収めることが
開示されている。 また、特公平６−１０１５８９号公報
では、ｎ型エピタキシャル層のキャリアー濃度を（１〜
５０）×１０15個／ｃｍ3 の範囲に収めるとともに、窒
素濃度に関連するフォトカレントスペクトルの遷移ピー
ク強度比を、発光ピークエネルギーで規定される範囲内
に収める構成が提案されている。
は、ｎ型キャリアー濃度を３．５×１０15個／ｃｍ3 以
上８．８×１０15個／ｃｍ3 以下の範囲に収めることが
開示されている。 また、特公平６−１０１５８９号公報
では、ｎ型エピタキシャル層のキャリアー濃度を（１〜
５０）×１０15個／ｃｍ3 の範囲に収めるとともに、窒
素濃度に関連するフォトカレントスペクトルの遷移ピー
ク強度比を、発光ピークエネルギーで規定される範囲内
に収める構成が提案されている。
【０００５】従来、ｎ型キャリアーの濃度として１×１
０15個／ｃｍ3 以上の範囲が用いられているのは、ｎ型
エピタキシャル層のキャリアー濃度を１×１０15個／ｃ
ｍ3以下に制御することが困難であったからである。例
えば、ｎ型キャリアー濃度を１×１０15個／ｃｍ3 以下
に低くしようとすると、過剰に低いキャリアー濃度を招
くことが多かった。
０15個／ｃｍ3 以上の範囲が用いられているのは、ｎ型
エピタキシャル層のキャリアー濃度を１×１０15個／ｃ
ｍ3以下に制御することが困難であったからである。例
えば、ｎ型キャリアー濃度を１×１０15個／ｃｍ3 以下
に低くしようとすると、過剰に低いキャリアー濃度を招
くことが多かった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで最大限の発光
出力を得るには、ｎ型エピタキシャル層の最上層表面か
らｐ型不純物が熱拡散されてｐ−ｎ接合が形成される領
域（以下、ｐ−ｎ接合形成領域という。）の近傍につい
て、熱拡散の前に適正な範囲のｎ型キャリアー濃度を選
択しておく必要がある。
出力を得るには、ｎ型エピタキシャル層の最上層表面か
らｐ型不純物が熱拡散されてｐ−ｎ接合が形成される領
域（以下、ｐ−ｎ接合形成領域という。）の近傍につい
て、熱拡散の前に適正な範囲のｎ型キャリアー濃度を選
択しておく必要がある。
【０００７】例えばｐ−ｎ接合形成領域の近傍において
ｎ型キャリアー濃度が高いと、結晶品質が低下して輝度
レベルが不安定になる上、光の再吸収率が大きくなるこ
とにより発光輝度が低下するので、ｎ型キャリアーは低
濃度にすることが好ましい。しかし、ｐ−ｎ接合領域の
ｎ型キャリアー濃度が低くなりすぎると、電子と正孔の
再結合機会が減少して発光出力が低下し、さらに発光開
始電圧Ｖｆも高くなる。つまり、ｐ−ｎ接合形成領域の
近傍においてｎ型キャリアー濃度が高すぎても低すぎて
も発光出力を低下させてしまうので、ｎ型キャリアー濃
度を適正な範囲に設定する必要がある。
ｎ型キャリアー濃度が高いと、結晶品質が低下して輝度
レベルが不安定になる上、光の再吸収率が大きくなるこ
とにより発光輝度が低下するので、ｎ型キャリアーは低
濃度にすることが好ましい。しかし、ｐ−ｎ接合領域の
ｎ型キャリアー濃度が低くなりすぎると、電子と正孔の
再結合機会が減少して発光出力が低下し、さらに発光開
始電圧Ｖｆも高くなる。つまり、ｐ−ｎ接合形成領域の
近傍においてｎ型キャリアー濃度が高すぎても低すぎて
も発光出力を低下させてしまうので、ｎ型キャリアー濃
度を適正な範囲に設定する必要がある。
【０００８】一方、発光効率にかかわる別の要因とし
て、窒素の濃度がある。間接遷移型第３族及び第５族化
合物半導体を材料とする発光ダイオートにおいては、ｐ
−ｎ接合単独では効率のよい発光が困難であるため、発
光領域内にアイソエレクトロニック・トラップと称せら
れ、発光中心となる窒素を添加して発光効率を高めてい
る。従って、アイソエレクトロニック・トラップとして
添加される窒素の濃度は、前記ｎ型キャリアーの濃度と
ともに、輝度・波長等の発光特性を左右する重要な因子
である。従来、前記のように選択可能なｎ型キャリアー
濃度の下限に限度があったために、対応する窒素濃度と
の組み合わせが最適化されず、よって発光性能に限界が
あった。
て、窒素の濃度がある。間接遷移型第３族及び第５族化
合物半導体を材料とする発光ダイオートにおいては、ｐ
−ｎ接合単独では効率のよい発光が困難であるため、発
光領域内にアイソエレクトロニック・トラップと称せら
れ、発光中心となる窒素を添加して発光効率を高めてい
る。従って、アイソエレクトロニック・トラップとして
添加される窒素の濃度は、前記ｎ型キャリアーの濃度と
ともに、輝度・波長等の発光特性を左右する重要な因子
である。従来、前記のように選択可能なｎ型キャリアー
濃度の下限に限度があったために、対応する窒素濃度と
の組み合わせが最適化されず、よって発光性能に限界が
あった。
【０００９】本発明は前記のような課題や欠点を解決す
るためなされたもので、その目的は窒素が添加された燐
化砒化ガリウムＧａＡｓ1-X ＰX 系エピタキシャルウエ
ーハにおいて、ｎ型キャリアーの濃度分布を最適化する
ことにより、あるいはｎ型キャリアー濃度とアイソエレ
クトロニック・トラップである窒素の濃度との組み合わ
せを最適化することにより高発光出力化を実現すること
ができる、化合物半導体エピタキシャルウエーハを提供
することにある。
るためなされたもので、その目的は窒素が添加された燐
化砒化ガリウムＧａＡｓ1-X ＰX 系エピタキシャルウエ
ーハにおいて、ｎ型キャリアーの濃度分布を最適化する
ことにより、あるいはｎ型キャリアー濃度とアイソエレ
クトロニック・トラップである窒素の濃度との組み合わ
せを最適化することにより高発光出力化を実現すること
ができる、化合物半導体エピタキシャルウエーハを提供
することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本出願の発明者らは、上
記課題を解消するため、窒素が添加された燐化砒化ガリ
ウム混晶エピタキシャル層のｎ型キャリアー濃度の膜厚
方向分布ならびに、ｎ型キャリアー濃度と窒素濃度の組
み合わせを最適化する研究を重ねた結果、以下のような
構成による化合物半導体エピタキシャルウエーハを開発
したものである。
記課題を解消するため、窒素が添加された燐化砒化ガリ
ウム混晶エピタキシャル層のｎ型キャリアー濃度の膜厚
方向分布ならびに、ｎ型キャリアー濃度と窒素濃度の組
み合わせを最適化する研究を重ねた結果、以下のような
構成による化合物半導体エピタキシャルウエーハを開発
したものである。
【００１１】前記課題を実現するための本発明に係る化
合物半導体エピタキシャルウエーハは、燐化ガリウムま
たは砒化ガリウムからなる単結晶基板上にエピタキシャ
ル層を形成してなる化合物半導体エピタキシャルウエー
ハにおいて、前記エピタキシャル層は少なくとも、窒素
が添加された燐化砒化ガリウム混晶エピタキシャル層を
有し、この燐化砒化ガリウム混晶エピタキシャル層は、
ｐ型不純物を拡散する前のｎ型キャリアー濃度が、層厚
方向に連続的あるいは段階的に漸減していることを特徴
とする。
合物半導体エピタキシャルウエーハは、燐化ガリウムま
たは砒化ガリウムからなる単結晶基板上にエピタキシャ
ル層を形成してなる化合物半導体エピタキシャルウエー
ハにおいて、前記エピタキシャル層は少なくとも、窒素
が添加された燐化砒化ガリウム混晶エピタキシャル層を
有し、この燐化砒化ガリウム混晶エピタキシャル層は、
ｐ型不純物を拡散する前のｎ型キャリアー濃度が、層厚
方向に連続的あるいは段階的に漸減していることを特徴
とする。
【００１２】あるいは、前記燐化砒化ガリウム混晶エピ
タキシャル層は、ｐ−ｎ接合形成領域の近傍において、
ｎ型キャリアー濃度が４×１０14個／ｃｍ3 以上３．５
×１０15個／ｃｍ3 未満の中間層と、ｎ型キャリアー濃
度が中間層の濃度以下である表皮層とを有することを特
徴とする。また、前記中間層のｎ型キャリアー濃度が、
４×１０14個／ｃｍ3 以上１．０×１０15個／ｃｍ3 未
満であることが好ましい。さらに、前記表皮層のｎ型キ
ャリアー濃度が、前記中間層のｎ型キャリアー濃度以下
であることが好ましい。
タキシャル層は、ｐ−ｎ接合形成領域の近傍において、
ｎ型キャリアー濃度が４×１０14個／ｃｍ3 以上３．５
×１０15個／ｃｍ3 未満の中間層と、ｎ型キャリアー濃
度が中間層の濃度以下である表皮層とを有することを特
徴とする。また、前記中間層のｎ型キャリアー濃度が、
４×１０14個／ｃｍ3 以上１．０×１０15個／ｃｍ3 未
満であることが好ましい。さらに、前記表皮層のｎ型キ
ャリアー濃度が、前記中間層のｎ型キャリアー濃度以下
であることが好ましい。
【００１３】あるいは、前記中間層の膜厚が７乃至１５
μｍであり、前記表皮層の層厚が２乃至５μｍであるこ
とが好ましい。
μｍであり、前記表皮層の層厚が２乃至５μｍであるこ
とが好ましい。
【００１４】あるいは、前記燐化砒化ガリウム混晶エピ
タキシャル層では、アイソエレクトロニック・トラップ
として添加された窒素に束縛されたエキシトンによる吸
収波長λN と同波長もしくは略同波長の光を入射光と
し、該入射光に対する、窒素が添加されていない燐化砒
化ガリウム混晶エピタキシャル層の吸収係数αと、窒素
が添加された燐化砒化ガリウム混晶エピタキシャル層の
吸収係数αN との差をΔα( Δα＝αN −α）とすると
き、該Δαが１００乃至３００／ｃｍ（両端値を含む）
となる濃度の窒素が添加されていることが好ましい。ま
た、前記Δαが１５０乃至２５０／ｃｍ（両端値を含
む）であることが好ましい。
タキシャル層では、アイソエレクトロニック・トラップ
として添加された窒素に束縛されたエキシトンによる吸
収波長λN と同波長もしくは略同波長の光を入射光と
し、該入射光に対する、窒素が添加されていない燐化砒
化ガリウム混晶エピタキシャル層の吸収係数αと、窒素
が添加された燐化砒化ガリウム混晶エピタキシャル層の
吸収係数αN との差をΔα( Δα＝αN −α）とすると
き、該Δαが１００乃至３００／ｃｍ（両端値を含む）
となる濃度の窒素が添加されていることが好ましい。ま
た、前記Δαが１５０乃至２５０／ｃｍ（両端値を含
む）であることが好ましい。
【００１５】本発明に係る化合物半導体エピタキシャル
ウエーハでは、窒素が添加された燐化砒化ガリウム混晶
エピタキシャル層のキャリアー濃度が該エピタキシャル
層の最表面に向かい、連続的にあるいは段階的に漸減す
るという膜厚方向分布を形成することにより、ｐ−ｎ接
合形成領域の近傍の結晶性が向上し、また光再吸収によ
る損失分が減少して発光特性が改善され、さらに発光開
始電圧Ｖｆが高くなることも防止できる。また、ｎ型キ
ャリアー濃度とアイソエレクトロニック・トラップであ
る窒素の濃度との組み合わせを最適化することにより、
発光特性がさらに改善される。
ウエーハでは、窒素が添加された燐化砒化ガリウム混晶
エピタキシャル層のキャリアー濃度が該エピタキシャル
層の最表面に向かい、連続的にあるいは段階的に漸減す
るという膜厚方向分布を形成することにより、ｐ−ｎ接
合形成領域の近傍の結晶性が向上し、また光再吸収によ
る損失分が減少して発光特性が改善され、さらに発光開
始電圧Ｖｆが高くなることも防止できる。また、ｎ型キ
ャリアー濃度とアイソエレクトロニック・トラップであ
る窒素の濃度との組み合わせを最適化することにより、
発光特性がさらに改善される。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る化合物半導体
エピタキシャルウエーハの構造ならびに、その製造方法
を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係
る化合物半導体エピタキシャルウエーハの一実施形態に
ついて、エピタキシャル層の最表面からの距離に対する
ｎ型キャリアー濃度の膜厚方向分布を説明する模式図で
ある。さらに図２は、図１に示された化合物半導体エピ
タキシャルウエーハの構成について説明する模式断面図
である。
エピタキシャルウエーハの構造ならびに、その製造方法
を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係
る化合物半導体エピタキシャルウエーハの一実施形態に
ついて、エピタキシャル層の最表面からの距離に対する
ｎ型キャリアー濃度の膜厚方向分布を説明する模式図で
ある。さらに図２は、図１に示された化合物半導体エピ
タキシャルウエーハの構成について説明する模式断面図
である。
【００１７】図２に示されるように、本発明に係る化合
物半導体エピタキシャルウエーハＥＷは、燐化ガリウム
ＧａＰの単結晶基板４上に、燐化ガリウムＧａＰエピタ
キシャル層５が形成され、さらにこの燐化ガリウムＧａ
Ｐエピタキシャル層５上に、混晶率が層厚方向に変化す
る燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-X ＰX の混晶率変化層６
が形成され、さらにこの混晶率変化層６に接して上に、
混晶率ａが一定値である燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a
Ｐa の組成一定層７が形成され、この組成一定層７の上
に窒素が添加された燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa
のエピタキシャル層８が形成されて成る。
物半導体エピタキシャルウエーハＥＷは、燐化ガリウム
ＧａＰの単結晶基板４上に、燐化ガリウムＧａＰエピタ
キシャル層５が形成され、さらにこの燐化ガリウムＧａ
Ｐエピタキシャル層５上に、混晶率が層厚方向に変化す
る燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-X ＰX の混晶率変化層６
が形成され、さらにこの混晶率変化層６に接して上に、
混晶率ａが一定値である燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a
Ｐa の組成一定層７が形成され、この組成一定層７の上
に窒素が添加された燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa
のエピタキシャル層８が形成されて成る。
【００１８】この窒素が添加されたエピタキシャル層８
は、組成一定層７上に隣接して形成されて添加する窒素
の濃度を徐々に調整するための窒素濃度調整層８１から
順に、一定の窒素濃度を有する定常層８２、ｐ−ｎ接合
部及びそのｎ側領域となる中間層８３、および、ｐ型不
純物が熱拡散される領域となる表皮層８４により構成さ
れる。
は、組成一定層７上に隣接して形成されて添加する窒素
の濃度を徐々に調整するための窒素濃度調整層８１から
順に、一定の窒素濃度を有する定常層８２、ｐ−ｎ接合
部及びそのｎ側領域となる中間層８３、および、ｐ型不
純物が熱拡散される領域となる表皮層８４により構成さ
れる。
【００１９】このヘテロ構造のエピタキシャルウエーハ
ＥＷに、表皮層８４の最表面からｐ型不純物を熱拡散し
た後に、電極を取り付け、適当なサイズに裁断し、パッ
ケージに封入して発光ダイオードが完成する。
ＥＷに、表皮層８４の最表面からｐ型不純物を熱拡散し
た後に、電極を取り付け、適当なサイズに裁断し、パッ
ケージに封入して発光ダイオードが完成する。
【００２０】以上は単結晶基板が燐化ガリウムＧａＰの
場合であるが、砒化ガリウムＧａＡｓについても同様に
して適用可能である。
場合であるが、砒化ガリウムＧａＡｓについても同様に
して適用可能である。
【００２１】つぎに図１に示された、エピタキシャル層
の最表面からの距離に対するｎ型キャリアー濃度の膜厚
方向分布に基づいて、本発明に係る化合物半導体エピタ
キシャルウエーハの構成を説明する。同図は、アイソエ
レクトロニック・トラップである窒素の濃度を規定し後
述される吸収係数差Δαの値が２１３／ｃｍで、かつ輝
度が５８００Ｆｔ・Ｌの燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-X
ＰX エピタキシャルウエーハＥＷ( 窒素が添加されたエ
ピタキシャル層８においてＸ＝０．８９）について、ｎ
型キャリアー濃度の膜厚方向分布の一例を示すもので、
横軸はエピタキシャル成長層最表面からの距離Ｌ、縦軸
はｎ型キャリアー濃度Ｃ（個／ｃｍ3 ）である。
の最表面からの距離に対するｎ型キャリアー濃度の膜厚
方向分布に基づいて、本発明に係る化合物半導体エピタ
キシャルウエーハの構成を説明する。同図は、アイソエ
レクトロニック・トラップである窒素の濃度を規定し後
述される吸収係数差Δαの値が２１３／ｃｍで、かつ輝
度が５８００Ｆｔ・Ｌの燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-X
ＰX エピタキシャルウエーハＥＷ( 窒素が添加されたエ
ピタキシャル層８においてＸ＝０．８９）について、ｎ
型キャリアー濃度の膜厚方向分布の一例を示すもので、
横軸はエピタキシャル成長層最表面からの距離Ｌ、縦軸
はｎ型キャリアー濃度Ｃ（個／ｃｍ3 ）である。
【００２２】エピタキシャル成長層最表面からの距離Ｌ
７〜Ｌ６は、燐化ガリウムＧａＰエピタキシャル層５に
相当し、厚さ４μｍの層５内には、単結晶基板４のｎ型
キャリアー濃度である５×１０17個／ｃｍ3 から１×１
０17個／ｃｍ3 まで減少し再度３×１０17個／ｃｍ3 ま
で増加するキャリアー濃度ｃ７が形成されている。
７〜Ｌ６は、燐化ガリウムＧａＰエピタキシャル層５に
相当し、厚さ４μｍの層５内には、単結晶基板４のｎ型
キャリアー濃度である５×１０17個／ｃｍ3 から１×１
０17個／ｃｍ3 まで減少し再度３×１０17個／ｃｍ3 ま
で増加するキャリアー濃度ｃ７が形成されている。
【００２３】同様に、距離Ｌ６〜Ｌ５とＬ５〜Ｌ４は、
それぞれ燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-X ＰX の混晶率変
化層６と、燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa の組成一
定層７に相当し、厚さがそれぞれ５μｍ，４．５μｍの
これら各層内には３×１０17個／ｃｍ3 で略一定のキャ
リアー濃度ｃ６，ｃ５が夫々形成されている。
それぞれ燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-X ＰX の混晶率変
化層６と、燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa の組成一
定層７に相当し、厚さがそれぞれ５μｍ，４．５μｍの
これら各層内には３×１０17個／ｃｍ3 で略一定のキャ
リアー濃度ｃ６，ｃ５が夫々形成されている。
【００２４】距離Ｌ４からエピタキシャル成長層最表面
までは窒素が添加されたエピタキシャル層８であり、こ
の層８の最下層にあたる窒素濃度調整層８１は距離Ｌ４
〜Ｌ３間に４μｍの厚さで形成されるが、ここでキャリ
アー濃度ｃ４は３×１０17個／ｃｍ3 から３×１０16個
／ｃｍ3 まで成長層最表面方向に漸減する構成となって
いる。
までは窒素が添加されたエピタキシャル層８であり、こ
の層８の最下層にあたる窒素濃度調整層８１は距離Ｌ４
〜Ｌ３間に４μｍの厚さで形成されるが、ここでキャリ
アー濃度ｃ４は３×１０17個／ｃｍ3 から３×１０16個
／ｃｍ3 まで成長層最表面方向に漸減する構成となって
いる。
【００２５】つぎに距離Ｌ３〜Ｌ２間に形成される厚さ
４μｍの定常層８２は、キャリアー濃度ｃ４下端に連続
する３×１０16個／ｃｍ3 で略一定のキャリアー濃度ｃ
３を有し、さらに距離Ｌ２〜Ｌ１間に形成される厚さ８
μｍの中間層８３には、キャリアー濃度ｃ３からステッ
プ状に８×１０14個／ｃｍ3 まで急減したキャリアー濃
度ｃ２が層厚方向に略平坦に分布し、さらに距離Ｌ１〜
最表面間に形成される厚さ４μｍの表皮層８４には、キ
ャリアー濃度ｃ２からさらに５×１０14個／ｃｍ3 まで
連続的に減少したキャリアー濃度ｃ１が層厚方向に分布
した構成となっている。
４μｍの定常層８２は、キャリアー濃度ｃ４下端に連続
する３×１０16個／ｃｍ3 で略一定のキャリアー濃度ｃ
３を有し、さらに距離Ｌ２〜Ｌ１間に形成される厚さ８
μｍの中間層８３には、キャリアー濃度ｃ３からステッ
プ状に８×１０14個／ｃｍ3 まで急減したキャリアー濃
度ｃ２が層厚方向に略平坦に分布し、さらに距離Ｌ１〜
最表面間に形成される厚さ４μｍの表皮層８４には、キ
ャリアー濃度ｃ２からさらに５×１０14個／ｃｍ3 まで
連続的に減少したキャリアー濃度ｃ１が層厚方向に分布
した構成となっている。
【００２６】このように、本発明に係る化合物半導体エ
ピタキシャルウエーハＥＷのエピタキシャル成長層で
は、窒素濃度調整層８１から表皮層８４までのｎ型キャ
リアー濃度が連続的あるいは段階的に漸減する構成とな
っている。
ピタキシャルウエーハＥＷのエピタキシャル成長層で
は、窒素濃度調整層８１から表皮層８４までのｎ型キャ
リアー濃度が連続的あるいは段階的に漸減する構成とな
っている。
【００２７】ｎ型キャリアー濃度に関しては、燐化ガリ
ウムＧａＰエピタキシャル層５から定常層８２までの濃
度が（１〜５０）×１０16個／ｃｍ3 の範囲であり、中
間層８３の濃度が（４〜３５）×１０14個／ｃｍ3 の範
囲であり、表皮層８４の濃度が中間層８３の濃度以下で
あることが好ましい。なお上記の範囲はいずれも境界値
を含むものである。
ウムＧａＰエピタキシャル層５から定常層８２までの濃
度が（１〜５０）×１０16個／ｃｍ3 の範囲であり、中
間層８３の濃度が（４〜３５）×１０14個／ｃｍ3 の範
囲であり、表皮層８４の濃度が中間層８３の濃度以下で
あることが好ましい。なお上記の範囲はいずれも境界値
を含むものである。
【００２８】図６は、Δαが１５０／ｃｍ以上２５０／
ｃｍ以下となる濃度の窒素が添加された中間層８３にお
ける、ｎ型キャリアー濃度と発光輝度との関係を示した
特性図である。図６に示されるように、ｎ型キャリアー
濃度が３．５×１０15個／ｃｍ3 以上になると、結晶の
均一性が悪くなり輝度レベルが不安定になる上、結晶品
質の低下と、 光の再吸収率が大きくなることにより、発
光輝度が低下してしまう。一方、ｎ型キャリアー濃度が
４×１０14個／ｃｍ3 以下になると、電子の数が少なす
ぎて電子と正孔の再結合機会が減少し、 発光出力が低下
する上、発光開始電圧Ｖｆも急激に高くなってしまう。
また、同図に示されるように、中間層８３のｎ型キャリ
アー濃度が４×１０14個／ｃｍ3 以上１×１０15個／ｃ
ｍ3 未満の範囲内において、特に高い発光輝度が得られ
る。
ｃｍ以下となる濃度の窒素が添加された中間層８３にお
ける、ｎ型キャリアー濃度と発光輝度との関係を示した
特性図である。図６に示されるように、ｎ型キャリアー
濃度が３．５×１０15個／ｃｍ3 以上になると、結晶の
均一性が悪くなり輝度レベルが不安定になる上、結晶品
質の低下と、 光の再吸収率が大きくなることにより、発
光輝度が低下してしまう。一方、ｎ型キャリアー濃度が
４×１０14個／ｃｍ3 以下になると、電子の数が少なす
ぎて電子と正孔の再結合機会が減少し、 発光出力が低下
する上、発光開始電圧Ｖｆも急激に高くなってしまう。
また、同図に示されるように、中間層８３のｎ型キャリ
アー濃度が４×１０14個／ｃｍ3 以上１×１０15個／ｃ
ｍ3 未満の範囲内において、特に高い発光輝度が得られ
る。
【００２９】さらに、窒素が添加されたエピタキシャル
層８の層厚が１８乃至３０μｍであり、そのうち定常層
８２の層厚が１μｍ以上であり、中間層８３の膜厚が７
乃至１５μｍであり、表皮層８４の層厚が２乃至５μｍ
であることが好ましい。なお、 上記の範囲はいずれも境
界値を含むものとする。
層８の層厚が１８乃至３０μｍであり、そのうち定常層
８２の層厚が１μｍ以上であり、中間層８３の膜厚が７
乃至１５μｍであり、表皮層８４の層厚が２乃至５μｍ
であることが好ましい。なお、 上記の範囲はいずれも境
界値を含むものとする。
【００３０】図３は、本発明に係る化合物半導体エピタ
キシャルウエーハの製造装置Ｒの斜視図である。該エピ
タキシャルウエーハ製造装置Ｒは、図中で左側が上流、
右側が下流である長尺のボート１５と、このボート１５
上部に沿って伸びるガス供給管２を備え、ガス供給管２
にはガス放出ノズル２Ａ、２Ｂ、２Ｃが上流から下流の
順に設けられている。上記ガス放出ノズルから製造装置
Ｒ内に、アルシンやホスフィン等の周期律表第５族の原
料ガスＶが供給される。なおボート１５やガス供給管２
等が収容されるエピタキシャル成長炉のベッセルは図示
されない。
キシャルウエーハの製造装置Ｒの斜視図である。該エピ
タキシャルウエーハ製造装置Ｒは、図中で左側が上流、
右側が下流である長尺のボート１５と、このボート１５
上部に沿って伸びるガス供給管２を備え、ガス供給管２
にはガス放出ノズル２Ａ、２Ｂ、２Ｃが上流から下流の
順に設けられている。上記ガス放出ノズルから製造装置
Ｒ内に、アルシンやホスフィン等の周期律表第５族の原
料ガスＶが供給される。なおボート１５やガス供給管２
等が収容されるエピタキシャル成長炉のベッセルは図示
されない。
【００３１】ボート１５上には上流から下流にむかい複
数枚の基板１３が載置され、これら基板１３に、ガス放
出ノズル２Ａ、２Ｂ、２Ｃから第５族原料ガスＶが下方
向に放出供給される。一方、ガリウムを主体とする第３
族原料ガスＷはボート１５上流から下流にむかい別途供
給される。
数枚の基板１３が載置され、これら基板１３に、ガス放
出ノズル２Ａ、２Ｂ、２Ｃから第５族原料ガスＶが下方
向に放出供給される。一方、ガリウムを主体とする第３
族原料ガスＷはボート１５上流から下流にむかい別途供
給される。
【００３２】このように、エピタキシャルウエーハ製造
装置Ｒは、従来の装置が第３族原料ガスＷと第５族原料
ガスＶを一括して反応炉の上方あるいは下方のどちらか
一端から他端方向に流して構成していたのに比して、第
５族原料ガスＶを単独に、しかも各基板１３近傍まで配
管輸送して分散供給する構成であるので、従来制御する
ことが困難であった１×１０15個／ｃｍ3 以下のｎ型キ
ャリアー濃度についても、制御が可能になった。
装置Ｒは、従来の装置が第３族原料ガスＷと第５族原料
ガスＶを一括して反応炉の上方あるいは下方のどちらか
一端から他端方向に流して構成していたのに比して、第
５族原料ガスＶを単独に、しかも各基板１３近傍まで配
管輸送して分散供給する構成であるので、従来制御する
ことが困難であった１×１０15個／ｃｍ3 以下のｎ型キ
ャリアー濃度についても、制御が可能になった。
【００３３】すなわち、原料ガスを一括供給する従来の
構成では、原料ガスの導入部付近での高濃度の原料ガス
により石英製の反応管１が侵食されてしまう。その結
果、珪素が反応炉から遊離し、反応管１内に供給された
ドーパントとともにウエーハ内に取り込まれて、ｎ型キ
ャリアーとして作用する。反応管１が侵食されて遊離す
る珪素の量は７〜３０×１０14個／ｃｍ3 の範囲で変動
するので、１×１０15個／ｃｍ3 以下の濃度を制御する
ことができなかったものと考えられる。
構成では、原料ガスの導入部付近での高濃度の原料ガス
により石英製の反応管１が侵食されてしまう。その結
果、珪素が反応炉から遊離し、反応管１内に供給された
ドーパントとともにウエーハ内に取り込まれて、ｎ型キ
ャリアーとして作用する。反応管１が侵食されて遊離す
る珪素の量は７〜３０×１０14個／ｃｍ3 の範囲で変動
するので、１×１０15個／ｃｍ3 以下の濃度を制御する
ことができなかったものと考えられる。
【００３４】前記エピタキシャルウエーハ製造装置Ｒで
は、分散供給により各ガス放出ノズルから従来装置の１
／３ないし１／４の濃度で第５族原料ガスＶを供給する
ため、原料ガスが局所的に高濃度にならず、石英製反応
炉が侵食され難いので、ｎ型キャリアーとして作用する
珪素が反応炉からほとんど遊離しない。その結果、１×
１０15個／ｃｍ3 以下の濃度まで制御することができる
ようになった。
は、分散供給により各ガス放出ノズルから従来装置の１
／３ないし１／４の濃度で第５族原料ガスＶを供給する
ため、原料ガスが局所的に高濃度にならず、石英製反応
炉が侵食され難いので、ｎ型キャリアーとして作用する
珪素が反応炉からほとんど遊離しない。その結果、１×
１０15個／ｃｍ3 以下の濃度まで制御することができる
ようになった。
【００３５】さらに、前記エピタキシャルウエーハ製造
装置Ｒでは、とりわけ第５族原料ガスＶの流量の制御す
なわち供給量の制御が精密にできるという特徴があり、
これによってエピタキシャル膜厚制御をはじめ、各層内
のキャリアー濃度および混晶率を精密に制御することを
可能にしている。また、前記エピタキシャルウエーハ製
造装置Ｒでは、反応管１の排気側からの不純物の逆拡散
を防止するためにボート１５の下流側に遮蔽板３を設
け、排気側よりの不純物拡散を防止している。したがっ
て、この装置は、本発明に係る化合物半導体エピタキシ
ャルウエーハの製造の実施を容易にするものである。
装置Ｒでは、とりわけ第５族原料ガスＶの流量の制御す
なわち供給量の制御が精密にできるという特徴があり、
これによってエピタキシャル膜厚制御をはじめ、各層内
のキャリアー濃度および混晶率を精密に制御することを
可能にしている。また、前記エピタキシャルウエーハ製
造装置Ｒでは、反応管１の排気側からの不純物の逆拡散
を防止するためにボート１５の下流側に遮蔽板３を設
け、排気側よりの不純物拡散を防止している。したがっ
て、この装置は、本発明に係る化合物半導体エピタキシ
ャルウエーハの製造の実施を容易にするものである。
【００３６】次に、前記製造装置Ｒを用い、本発明に係
る化合物半導体エピタキシャルウエーハを製造する方法
について説明する。
る化合物半導体エピタキシャルウエーハを製造する方法
について説明する。
【００３７】まず、単結晶基板４上に第３族原料ガスＷ
と第５族原料ガスＶを、それぞれ単独に流し、とりわけ
第５族原料ガスＶの供給量を高精度に制御して、燐化ガ
リウムＧａＰエピタキシャル層５、混晶率が層厚方向に
変化する燐化砒化ガリウムＧａＡｓ １−Ｘ Ｐ Ｘ の混晶率
変化層６、混晶率が一定値ａの燐化砒化ガリウムＧａＡ
ｓ１−ａＰａの組成一定層７を形成させる。
と第５族原料ガスＶを、それぞれ単独に流し、とりわけ
第５族原料ガスＶの供給量を高精度に制御して、燐化ガ
リウムＧａＰエピタキシャル層５、混晶率が層厚方向に
変化する燐化砒化ガリウムＧａＡｓ １−Ｘ Ｐ Ｘ の混晶率
変化層６、混晶率が一定値ａの燐化砒化ガリウムＧａＡ
ｓ１−ａＰａの組成一定層７を形成させる。
【００３８】さらに、窒素が添加されたエピタキシャル
層８として組成一定層７上に隣接して形成される窒素濃
度調整層８１から順に定常層８２、中間層８３、表皮層
８４をこの順に形成させる際に、定常層８２から中間層
８３までは、ｎ型のドーパントガスを連続的あるいは段
階的に漸減させて供給し、表皮層８４の形成時にはｎ型
のドーパントガスの供給を停止する。
層８として組成一定層７上に隣接して形成される窒素濃
度調整層８１から順に定常層８２、中間層８３、表皮層
８４をこの順に形成させる際に、定常層８２から中間層
８３までは、ｎ型のドーパントガスを連続的あるいは段
階的に漸減させて供給し、表皮層８４の形成時にはｎ型
のドーパントガスの供給を停止する。
【００３９】図４は、エピタキシャル層の成長時間に対
するｎ型のドーパントガスの供給流量の変化を示す一例
であり、ｎ型のドーパントガスである硫化水素Ｈ2 Ｓを
水素Ｈ2 ガスで５０ｐｐｍに希釈して、エピタキシャル
層の成長開始から組成一定層７の形成終了までは１４０
分間に１９０ｃｍ3 ／分を流し、窒素濃度調整層８１と
定常層８２の形成には６０分間に７ｃｍ3 ／分を流し、
中間層８３の形成には６０分間に１ｃｍ3 ／分を供給
し、表皮層８４を形成する３０分間はドーパントガスを
供給しない。
するｎ型のドーパントガスの供給流量の変化を示す一例
であり、ｎ型のドーパントガスである硫化水素Ｈ2 Ｓを
水素Ｈ2 ガスで５０ｐｐｍに希釈して、エピタキシャル
層の成長開始から組成一定層７の形成終了までは１４０
分間に１９０ｃｍ3 ／分を流し、窒素濃度調整層８１と
定常層８２の形成には６０分間に７ｃｍ3 ／分を流し、
中間層８３の形成には６０分間に１ｃｍ3 ／分を供給
し、表皮層８４を形成する３０分間はドーパントガスを
供給しない。
【００４０】これにより、窒素が添加されたエピタキシ
ャル層８内のｎ型キャリアー濃度が、表皮層８４の最表
面に向かい連続的にあるいは段階的に漸減する構成を形
成する。この結果、ｐ−ｎ接合形成領域近傍の結晶性が
向上し、発光特性が改善される。また、基板側のｎ型キ
ャリアー濃度は漸次増加しておりキャリアー濃度が低く
なり過ぎるのを防止できるから、発光開始電圧Ｖｆも高
くなることがない。
ャル層８内のｎ型キャリアー濃度が、表皮層８４の最表
面に向かい連続的にあるいは段階的に漸減する構成を形
成する。この結果、ｐ−ｎ接合形成領域近傍の結晶性が
向上し、発光特性が改善される。また、基板側のｎ型キ
ャリアー濃度は漸次増加しておりキャリアー濃度が低く
なり過ぎるのを防止できるから、発光開始電圧Ｖｆも高
くなることがない。
【００４１】次に、本発明に係る化合物半導体エピタキ
シャルウエーハでは、前記のようなｎ型キャリアー濃度
の構成に最適に組み合わされる窒素濃度は、以下に説明
する、吸収係数の差に基づくΔα法により決定される。
シャルウエーハでは、前記のようなｎ型キャリアー濃度
の構成に最適に組み合わされる窒素濃度は、以下に説明
する、吸収係数の差に基づくΔα法により決定される。
【００４２】Δα法とは、間接遷移型化合物半導体中に
アイソエレクトロニック・トラップとして添加されてい
る窒素の濃度を測定する方法（特願平７−５５５０９
号）であり、アイソエレクトロニック・トラップに束縛
されたエキシトンによる吸収波長λN と同波長または略
同波長の光を入射光とし、入射光に対する、窒素が添加
されている化合物半導体の吸収係数αN と、窒素が添加
されていない化合物半導体の吸収係数αの差Δαを求
め、あらかじめ得られているΔαと化合物半導体中の窒
素濃度との相関関係から、窒素濃度を求める方法であ
る。
アイソエレクトロニック・トラップとして添加されてい
る窒素の濃度を測定する方法（特願平７−５５５０９
号）であり、アイソエレクトロニック・トラップに束縛
されたエキシトンによる吸収波長λN と同波長または略
同波長の光を入射光とし、入射光に対する、窒素が添加
されている化合物半導体の吸収係数αN と、窒素が添加
されていない化合物半導体の吸収係数αの差Δαを求
め、あらかじめ得られているΔαと化合物半導体中の窒
素濃度との相関関係から、窒素濃度を求める方法であ
る。
【００４３】Ｉ0 を入射光の強度、ＩN 及びＩを透過光
の強度とし、αN を窒素が添加されたＧａＰの吸収係
数、αを窒素が添加されていないＧａＰの吸収係数とし
た場合、透過光の強度ＩN とＩを測定することにより、
入射光に対する、窒素が添加されたＧａＰ層の吸収係数
αN と窒素が添加されていないＧａＰ層の吸収係数αと
の差Δαを得ることができる。
の強度とし、αN を窒素が添加されたＧａＰの吸収係
数、αを窒素が添加されていないＧａＰの吸収係数とし
た場合、透過光の強度ＩN とＩを測定することにより、
入射光に対する、窒素が添加されたＧａＰ層の吸収係数
αN と窒素が添加されていないＧａＰ層の吸収係数αと
の差Δαを得ることができる。
【００４４】したがって、アイソエレクトロニック・ト
ラップとして添加されている窒素濃度を、光吸収係数の
測定値とあらかじめ得られているα，αN の相関関係か
ら導出することにより、窒素が添加されたエピタキシャ
ル層８内の窒素濃度を、非破壊で高精度かつ簡便に測定
することができる。また、このΔαと、ＳＩＭＳで測定
して得られた窒素濃度値との間には、極めて精度のよい
相関関係のあることが確認されている。
ラップとして添加されている窒素濃度を、光吸収係数の
測定値とあらかじめ得られているα，αN の相関関係か
ら導出することにより、窒素が添加されたエピタキシャ
ル層８内の窒素濃度を、非破壊で高精度かつ簡便に測定
することができる。また、このΔαと、ＳＩＭＳで測定
して得られた窒素濃度値との間には、極めて精度のよい
相関関係のあることが確認されている。
【００４５】図５は、このようにして製造された、キャ
リアー濃度が（６〜１０）×１０14個／ｃｍ3 の場合に
おける、本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウエ
ーハに関して発光輝度とΔαで表された窒素濃度との関
係を示す特性図である。
リアー濃度が（６〜１０）×１０14個／ｃｍ3 の場合に
おける、本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウエ
ーハに関して発光輝度とΔαで表された窒素濃度との関
係を示す特性図である。
【００４６】図５に示されるように、定常層８２から表
皮層８４までの各層内の窒素濃度を、窒素が添加されて
いない化合物半導体の吸収係数αと、窒素が添加されて
いる間接遷移型第３−第５族化合物半導体の吸収係数α
N との差Δαで表す時、Δαが１００乃至３００／ｃｍ
（両端値を含む）の範囲で良好な発光輝度が得られる。
また、さらに好ましくは、Δαが１５０乃至２５０／ｃ
ｍ（両端値を含む）の範囲で最も良好な発光輝度が得ら
れる。
皮層８４までの各層内の窒素濃度を、窒素が添加されて
いない化合物半導体の吸収係数αと、窒素が添加されて
いる間接遷移型第３−第５族化合物半導体の吸収係数α
N との差Δαで表す時、Δαが１００乃至３００／ｃｍ
（両端値を含む）の範囲で良好な発光輝度が得られる。
また、さらに好ましくは、Δαが１５０乃至２５０／ｃ
ｍ（両端値を含む）の範囲で最も良好な発光輝度が得ら
れる。
【００４７】さらに図５と図６から明らかなように、ｐ
−ｎ接合形成領域のキャリアー濃度とΔαで表される窒
素濃度を適正に選択することにより、最高の発光輝度を
実現することができる。
−ｎ接合形成領域のキャリアー濃度とΔαで表される窒
素濃度を適正に選択することにより、最高の発光輝度を
実現することができる。
【００４８】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係る化合物
半導体エピタキシャルウエーハは、ｐ−ｎ接合形成領域
のキャリアー濃度と、対応する窒素濃度との組み合わせ
を最適化する構成としたので、よって発光性能が最大限
に発揮され、高い発光輝度が実現されるという顕著な効
果がある。
半導体エピタキシャルウエーハは、ｐ−ｎ接合形成領域
のキャリアー濃度と、対応する窒素濃度との組み合わせ
を最適化する構成としたので、よって発光性能が最大限
に発揮され、高い発光輝度が実現されるという顕著な効
果がある。
【００４９】さらに、窒素が添加されたエピタキシャル
層内のｎ型キャリアー濃度を適度に低く、しかも表皮層
の最表面に向かい漸減させる構成としたので、結晶の均
一性が改善されて輝度レベルが安定し、さらに光再吸収
による損失を減少できる。しかも、工程が安定化され、
工程歩留りが改善される。
層内のｎ型キャリアー濃度を適度に低く、しかも表皮層
の最表面に向かい漸減させる構成としたので、結晶の均
一性が改善されて輝度レベルが安定し、さらに光再吸収
による損失を減少できる。しかも、工程が安定化され、
工程歩留りが改善される。
【図１】本発明に係る化合物エピタキシャルウエーハの
一実施形態の、成長層最表面からの距離に対するｎ型キ
ャリアー濃度の膜厚方向分布を説明する模式図である。
一実施形態の、成長層最表面からの距離に対するｎ型キ
ャリアー濃度の膜厚方向分布を説明する模式図である。
【図２】図１に示された化合物エピタキシャルウエーハ
の構成を説明する模式断面図である。
の構成を説明する模式断面図である。
【図３】本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウエ
ーハを製造するのに適するエピタキシャルウエーハ製造
装置の要部を示す一部破断部を含む斜視図である。
ーハを製造するのに適するエピタキシャルウエーハ製造
装置の要部を示す一部破断部を含む斜視図である。
【図４】エピタキシャル成長時間に対するドーパントガ
ス流量の供給量変化を示す線図である。
ス流量の供給量変化を示す線図である。
【図５】本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウエ
ーハの発光輝度と、Δαで表された窒素濃度との関係を
示す特性図である。
ーハの発光輝度と、Δαで表された窒素濃度との関係を
示す特性図である。
【図６】本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウエ
ーハの発光輝度と、ｎ型キャリアー濃度との関係を示し
た特性図である。
ーハの発光輝度と、ｎ型キャリアー濃度との関係を示し
た特性図である。
１：反応管 ２：ガス供給管 ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ：ガス放出ノズル ３：遮蔽板 ４：ＧａＰの単結晶基板 ５：ＧａＰのエピタキシャル層 ６：ＧａＡｓ1-X ＰX の混晶率変化層 ７：ＧａＡｓ1-a Ｐa の組成一定層 ８：窒素が添加されたＧａＡｓ1-a Ｐa のエピタキシャ
ル層 １３：基板 １５：ボート ８１：窒素濃度調整層 ８２：定常層 ８３：中間層 ８４：表皮層 Ｃ、ｃ１〜ｃ７：キャリアー濃度（個／ｃｍ3 ） ＥＷ：化合物半導体エピタキシャルウエーハ Ｌ、Ｌ１〜Ｌ７：エピタキシャル成長層最表面からの距
離 Ｒ：化合物半導体エピタキシャルウエーハの製造装置 Ｖ：周期律表第５族の原料ガス Ｗ：周期律表第３族の原料ガス
ル層 １３：基板 １５：ボート ８１：窒素濃度調整層 ８２：定常層 ８３：中間層 ８４：表皮層 Ｃ、ｃ１〜ｃ７：キャリアー濃度（個／ｃｍ3 ） ＥＷ：化合物半導体エピタキシャルウエーハ Ｌ、Ｌ１〜Ｌ７：エピタキシャル成長層最表面からの距
離 Ｒ：化合物半導体エピタキシャルウエーハの製造装置 Ｖ：周期律表第５族の原料ガス Ｗ：周期律表第３族の原料ガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 正久 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越 半導体株式会社 磯部工場内 (56)参考文献 特開 平４−328878（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−196756（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−163884（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 H01L 21/205 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (5)
- 【請求項１】 燐化ガリウムまたは砒化ガリウムからな
る単結晶基板上にエピタキシャル層を形成してなる化合
物半導体エピタキシャルウエーハにおいて、前記エピタ
キシャル層は少なくとも、窒素が添加された燐化砒化ガ
リウム混晶エピタキシャル層を有し、この燐化砒化ガリ
ウム混晶エピタキシャル層は、ｐ型不純物を拡散する前
のｎ型キャリアー濃度が、層厚方向に連続的あるいは段
階的に漸減しており、かつｐ−ｎ接合部及びそのｎ側領
域となる中間層のｎ型キャリアー濃度が４×１０14個／
ｃｍ3 以上３．５×１０15個／ｃｍ3 未満であり、ｐ型
不純物が拡散される領域となる表皮層のｎ型キャリアー
濃度が中間層の濃度以下であることを特徴とする化合物
半導体エピタキシャルウエーハ。 - 【請求項２】 前記燐化砒化ガリウム混晶エピタキシャ
ル層は、前記中間層のｎ型キャリアー濃度が、４×１０
14個／ｃｍ3 以上１．０×１０15個／ｃｍ3未満である
ことを特徴とする請求項１記載の化合物半導体エピタキ
シャルウエーハ。 - 【請求項３】 前記燐化砒化ガリウム混晶エピタキシャ
ル層は、前記中間層の膜厚が７乃至１５μｍであり、前
記表皮層の層厚が２乃至５μｍであることを特徴とする
請求項１または２記載の化合物半導体エピタキシャルウ
エーハ。 - 【請求項４】 前記燐化砒化ガリウム混晶エピタキシャ
ル層は、アイソエレクトロニック・トラップとして添加
された窒素に束縛されたエキシトンによる吸収波長λN
と同波長もしくは略同波長の光を入射光とし、該入射光
に対する、窒素が添加されていない燐化砒化ガリウム混
晶エピタキシャル層の吸収係数αと、窒素が添加された
燐化砒化ガリウム混晶エピタキシャル層の吸収係数αN
との差をΔα（Δα＝αN −α）とするとき、該Δαが
１００乃至３００／ｃｍ（両端値を含む）となる濃度の
窒素が添加されていることを特徴とする請求項１乃至３
のいずれか１項記載の化合物半導体エピタキシャルウエ
ーハ。 - 【請求項５】 前記Δαが１５０乃至２５０／ｃｍ（両
端値を含む）であることを特徴とする請求項４記載の化
合物半導体エピタキシャルウエーハ。
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