JP3531205B2 - エピタキシャル成長用基板およびエピタキシャルウエハ - Google Patents
エピタキシャル成長用基板およびエピタキシャルウエハInfo
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- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
エハ用基板および半導体エピタキシャルウエハに関す
る。
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半導体結晶の層をエピタキシ
ャル成長したものを用いている。現在入手可能なもので
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。そのため、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。図3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。GaP基板上にGaAsP層をエピタキシャ
ル成長させる例を図3で説明し、従来のGaP基板の形
状と結晶の方位を図2に示す。GaP基板は主オリエン
テーションフラットが(0−11)面の劈開面と平行
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。エピタキシャル成長
にあたっては、通常はオフアングル方向に垂直な方向の
〔01−1〕方向をガス上流側にするように配置する。
GaPの場合、基板厚としては300μm程度が用いら
れている。GaP基板の外形は直径約45〜55mmの
円形、主オリエンテーションフラットの長さは10〜2
2mmであることが一般である。
ピタキシャル成長をさせたウエハが、昇温または降温時
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50〜200μmのエピタキシャル層がウエハ端に成
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
ウエ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
部分に入っているので、エピ成長後にエピタキシャルウ
エハの外周を除去する加工を行うと、その時ウエハが割
れたりするため、歩留りの低下をまねいた。これは鋭意
研究の結果、特願平5−204228号に示した原料ガ
スの供給方向をオフアングルの方向又はその180°方
向から30°以内とする発明によって解決できた。とこ
ろが、前記の基板をそのまま使用した時、主オリエンテ
ーションフラットは必然的にガスと平行な方向となる。
この場合エピタキシャル層の厚み分布は主オリエンテー
ションフラットに対して、従来のものと90°異なるこ
とになる。これを図に示すと、図4のような、エピタキ
シャル層の厚み分布になってしまう。すなわち主オリエ
ンテーションフラット部分のエピタキシャル層の厚みも
厚くなり、主オリエンテーションフラット部分のエピタ
キシャル層がポリ化しやすくなる。このため、クラック
が入りやすくなり、後工程であるLED加工過程でエピ
タキシャルウエハが割れやすくなるという課題があっ
た。
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、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エハのエピタキシ
ャル成長工程において、該エピタキシャルウエハが原料
ガス上流側の端部の裏面で、エピタキシャル層が成長す
ることに起因するエピタキシャルウエハの割れ、あるい
はキズの発生を抑制することであり、又、本発明の他の
目的は、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エ
ハおよびエピタキシャル用基板において、特願平5−2
04228号に記載した前述の発明を実施しながら、エ
ピタキシャルウエハのエピタキシャル層厚分布を従来の
ものと同じくし、また主オリエンテーションフラット部
分の層厚を薄くすることで、LED加工時におけるエピ
タキシャルウエハの割れを一層少なくすることである。
0)の面方位を持つGaP単結晶の半導体基板であっ
て、主面方位〔100〕方向から〔01−1〕、〔0−
11〕、〔011〕または〔0−1−1〕方向に3〜1
6°傾けた面を持ち、かつ、主オリエンテーションフラ
ット面が、前記傾けた方向と60〜120°で交わる面
である基板に対し、気相成長法で、原料ガスを、前記傾
けた方向又はその180°方向から30°以内の方向か
ら供給し、基板上に半導体結晶層をエピタキシャル成長
させ、その後、基板の端部の裏面に成長した結晶層を除
去する外周加工してなることを特徴とするエピタキシャ
ルウエハ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。
用基板、またはエピタキシャルウエハの製造方法は特に
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。また、エピタキシャルウエハは、エピタ
キシャル成長後も同じオフアングルをもつことは言うま
でもない。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。
常は(110)面系の劈開面と平行な面を用いることが
多い。そしてオフアングルの方向は通常〔011〕、
〔01−1〕、〔0−11〕、〔0−1−1〕方向とす
ることが多く行われている。このオフアングルの好適な
角度は好適な範囲としてGaP基板の場合、(100)
面に対して〔011〕、〔01−1〕、〔0−11〕、
〔0−1−1〕方向であれば3〜16°で、好ましくは
5〜12°である。本発明で用いられるオフアングルの
方向と主オリオンテーションフラットの組み合わせは以
下となる。
ているが(100)と同じ面群の面、例えば(010)
面等は、全く等価であるので(100)面と見なすもの
とする。
主オリエンテーションフラット面を垂直にすることであ
る。ガスの原料方向と基板のオフアングル方向を合わせ
ることでエピタキシャルウエハのホルダーに付着するこ
とによるエピタキシャル成長時の割れを抑制し、かつ、
エピタキシャル層分布が主オリエンテーションフラット
に対して同じであり、かつ、LED加工特の割れを防ぐ
ことにある。通常はGaP基板としては円形または円形
に近い形のものが用いられ、主オリエンテーションフラ
ットの他に、副オリエンテーションフラットが主オリエ
ンテーションフラットに対して90°の位置に通常は主
オリエンテーションフラットより短い長さでつけられる
こともある。両フラットがあったとしても効果は同じで
あることは言うまでもない。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、ま
た特願平5-204228号にも示したようにオフアン
グルの方向と主オリエンテーションフラット面の角度は
90°が好ましいが、必ずしも90°である必要はな
く、60〜120°以内であれば効果が得られる。特に
好ましくは90±5°の範囲である。エピタキシャルウ
エハの端面に、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、エピタキシャ
ル成長後の割れの発生を極減させることができ、かつ、
エピタキシャル成長後でエピタキシャル層分布が従来の
ものと同じであり、LED加工工程で割れの少ないエピ
タキシャルウエハを提供することが出来る。そして前述
のGaP基板の場合、上に成長させるエピタキシャル成
長層は、GaAs1-xPx(0.45≦x≦1)が好適で
ある。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。
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単
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〕方向で、かつ、主オリエンテーションフラット
はガスの下流の(011)面も平行なものになるように
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、キャリア・ガスとして高
純度水素(H2 )を毎分9500ml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830℃に一定に保持されている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6μm、38μm、12μ
m、23μm、第4のエピタキシャル層のn型キャリア
濃度は0.9×1016cm-3であった。エピタキシャル
ウエ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。この付着による割れはなかった。次に、
ZnAs2 を拡散源としてp型不純物であるZnを拡散
させて表面から5.5μmの深さにp−n接合を形成し
た。このシート抵抗は15Ω/cm2 であった。続い
て、写真蝕刻、真空蒸着による電極形成等のLED工程
を行なって、全面に300μm×300μmのLEDチ
ップを作成し、全LEDに対して発光出力、波長、電気
特性の測定を行なった。その結果これらの特性は従来品
と分布は全く同じであり、特性の不良もなかった。ま
た、この同じ工程により200枚のエピタキシャルウエ
ハのLED加工を行なったところ、LED加工工程中の
割れは1枚であった。
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単
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〕方向で、かつ、主オリエンテーションフラット
が〔011〕面に平行になるものをガスの下流になるよ
うにGaP基板を配置した。実施に当たっては、使用す
るGaP基板が従来のものである以外、すべて実施例1
に同じであった。エピタキシャルウエハの原料ガス上流
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。この
付着による割れはなかった。実施例1と同様にLED工
程に流したところ、また、エピタキシャル層の分布も主
オリエンテーションフラットに対して同じであった。特
性には従来のものと同じであった。LED加工工程に1
50枚流した時、加工工程中の割れは1枚発生した。
原子個/cm3 添加され、結晶学的面方位が(100)
面より〔0−1−1〕方向に6°偏位した、かつ、従来
と同じ〔01−1〕面方向に平行な主オリエンテーショ
ンフラットを持つGaP単結晶基板及び、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〕方向で、かつ、
GaP基板を配置した。ホルダーは毎分3回転させた。
実施に当たっては、GaP基板が従来のものと同じであ
り、そのため主オリエンテーションフラットがガス流に
対して平行である以外すべて実施例1に同じであった。
エピタキシャル層分布は従来のものと主オリエンテーシ
ョンフラットに対して、90°変化したものになった。
成長後の付着による割れはなかった。また、LED加工
工程に流したところ200枚中10枚がLED加工工程
中に割れてしまった。
ガス流の方向最適化およびGaP基板の主オリエンテー
ションフラットの方位を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。これによって成長したエ
ピタキシャルウエハは割れやキズがなく、LED加工工
程でも割れが著しく少ないことで後に加工しやすいエピ
タキシャルウエハとなる。これによって、LED加工工
程の歩留り向上をすることができる。もちろん、副オリ
エンテーションフラットが有っても同じ効果が得られる
ことは言うまでもない。
図である。
である。
説明図である。
エピタキシャル用基板でエピタキシャル成長した時のエ
ピタキシャル層厚の面内分布を示す説明図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 (100)の面方位を持つGaP単結晶
の半導体基板であって、主面方位〔100〕方向から
〔01−1〕、〔0−11〕、〔011〕または〔0−
1−1〕方向に3〜16°傾けた面を持ち、かつ、主オ
リエンテーションフラット面が、前記傾けた方向と60
〜120°で交わる面である基板に対し、気相成長法
で、原料ガスを、前記傾けた方向又はその180°方向
から30°以内の方向から供給し、基板上に半導体結晶
層をエピタキシャル成長させ、その後、基板の端部の裏
面に成長した結晶層を除去する外周加工してなることを
特徴とするエピタキシャルウエハ。 - 【請求項2】 前記半導体結晶層がGaAs1-xP
x(0.45≦X≦1)である請求項1に記載のエピタ
キシャルウエハ。 - 【請求項3】 気相成長法がハロゲン輸送法である請求
項1又は2に記載のエピタキシャルウエハ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06484294A JP3531205B2 (ja) | 1994-04-01 | 1994-04-01 | エピタキシャル成長用基板およびエピタキシャルウエハ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06484294A JP3531205B2 (ja) | 1994-04-01 | 1994-04-01 | エピタキシャル成長用基板およびエピタキシャルウエハ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07277886A JPH07277886A (ja) | 1995-10-24 |
JP3531205B2 true JP3531205B2 (ja) | 2004-05-24 |
Family
ID=13269892
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP06484294A Expired - Lifetime JP3531205B2 (ja) | 1994-04-01 | 1994-04-01 | エピタキシャル成長用基板およびエピタキシャルウエハ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3531205B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001233698A (ja) * | 2000-02-23 | 2001-08-28 | Mitsubishi Chemicals Corp | りん化ひ化ガリウム混晶エピタキシャルウエハ |
-
1994
- 1994-04-01 JP JP06484294A patent/JP3531205B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07277886A (ja) | 1995-10-24 |
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