JP5046182B2 - Method for producing compound semiconductor epitaxial wafer - Google Patents
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Description
この発明は化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a compound semiconductor epitaxial wafer.
(AlxGa1−x)yIn1−yP混晶(ただし、0≦x≦1,0≦y≦1;以下、AlGaInP混晶、あるいは単にAlGaInPとも記載する)により発光層部が形成された発光素子は、薄いAlGaInP活性層を、それよりもバンドギャップの大きいn型AlGaInPクラッド層とp型AlGaInPクラッド層とによりサンドイッチ状に挟んだダブルへテロ構造を採用することにより、高輝度の素子を実現できる。 The light-emitting layer portion is formed of (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P mixed crystal (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1; hereinafter also referred to as AlGaInP mixed crystal or simply AlGaInP). The light emitting device has a high brightness by adopting a double hetero structure in which a thin AlGaInP active layer is sandwiched between an n-type AlGaInP cladding layer and a p-type AlGaInP cladding layer having a larger band gap. An element can be realized.
例えば、AlGaInP発光素子を例に取れば、n型GaAs基板上にヘテロ形成させる形にて、n型GaAsバッファ層、n型AlGaInPクラッド層、AlGaInP活性層、p型AlGaInPクラッド層をこの順序にて積層し、ダブルへテロ構造をなす発光層部を形成する。発光層部への通電は、素子表面に形成された金属電極を介して行なわれる。ここで、金属電極は遮光体として作用するため、例えば発光層部主表面の中央部のみを覆う形で形成され、その周囲の電極非形成領域から光を取り出すようにする。 For example, taking an AlGaInP light emitting device as an example, an n-type GaAs buffer layer, an n-type AlGaInP cladding layer, an AlGaInP active layer, and a p-type AlGaInP cladding layer are formed in this order in a heterogeneous form on an n-type GaAs substrate. The light emitting layer part which laminates | stacks and makes a double hetero structure is formed. Energization of the light emitting layer portion is performed through a metal electrode formed on the element surface. Here, since the metal electrode acts as a light shield, it is formed, for example, so as to cover only the central portion of the main surface of the light emitting layer portion, and light is extracted from the surrounding electrode non-formation region.
この場合、金属電極の面積をなるべく小さくしたほうが、電極の周囲に形成される光漏出領域の面積を大きくできるので、光取出し効率を向上させる観点において有利である。従来、電極形状の工夫により、素子内に効果的に電流を拡げて光取出量を増加させる試みがなされているが、この場合も電極面積の増大はいずれにしろ避けがたく、光漏出面積の減少により却って光取出量が制限されるジレンマに陥っている。また、クラッド層のドーパントのキャリア濃度ひいては導電率は、活性層内でのキャリアの発光再結合を最適化するために多少低めに抑えられており、面内方向には電流が広がりにくい傾向がある。これは、電極被覆領域に電流密度が集中し、光漏出領域における実質的な光取出量が低下してしまうことにつながる。 In this case, reducing the area of the metal electrode as much as possible can increase the area of the light leakage region formed around the electrode, which is advantageous from the viewpoint of improving the light extraction efficiency. Conventionally, attempts have been made to increase the light extraction amount by effectively spreading the current in the element by devising the electrode shape, but in this case also the increase in the electrode area is unavoidable anyway, the light leakage area On the contrary, it falls into a dilemma where the amount of light extraction is limited by the decrease. In addition, the carrier concentration of the dopant in the clad layer, and thus the conductivity, is kept somewhat low in order to optimize the light emission recombination of carriers in the active layer, and the current tends not to spread in the in-plane direction. . This leads to concentration of current density in the electrode coating region, and a substantial light extraction amount in the light leakage region is reduced.
そこで、発光層部と電極との間に、厚くて導電性の透明窓層(電流拡散層)を設けることにより、電流密度が最小限となるようにする方法が知られている(特許文献1)。
また、電流拡散層を効率よく形成するために、薄い発光層部を有機金属気相成長法(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy:以下、MOVPE法ともいう)により形成する一方、厚い電流拡散層をハイドライド気相成長法(Hydride Vapor Phase Epitaxial Growth Method:以下、HVPE法ともいう)により形成する方法が知られている(特許文献2)。
Therefore, a method is known in which a current density is minimized by providing a thick and conductive transparent window layer (current diffusion layer) between the light emitting layer portion and the electrode (Patent Document 1). ).
In order to efficiently form a current spreading layer, a thin light emitting layer is formed by metal organic vapor phase epitaxy (hereinafter also referred to as MOVPE method), while a thick current spreading layer is formed by hydride gas. A method of forming by the phase growth method (Hydride Vapor Phase Epitaxial Growth Method: hereinafter also referred to as HVPE method) is known (Patent Document 2).
ところが、ハイドライド気相成長法を用いて電流拡散層を形成すると、GaAs基板の裏面に穴(以下、「裏面穴」ということがある)が形成されやすい。裏面穴が形成されている領域ではGaAs基板が薄いので、LED用のチップを形成する際に所望のチップ厚に加工できなくなる。また、裏面穴がGaAs基板を貫通して発光層部にまで達した領域では、通電時に発光しないので歩留が低下してしまう。 However, when the current diffusion layer is formed using the hydride vapor phase epitaxy method, a hole (hereinafter sometimes referred to as “back surface hole”) is easily formed on the back surface of the GaAs substrate. Since the GaAs substrate is thin in the region where the back hole is formed, it cannot be processed to a desired chip thickness when forming the LED chip. Further, in a region where the back surface hole penetrates the GaAs substrate and reaches the light emitting layer portion, light is not emitted during energization, so the yield is lowered.
本発明の課題は、ハイドライド気相成長法を用いて電流拡散層を形成する場合に、裏面穴を抑制することのできる、又は発生した裏面穴を除去することのできる化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a compound semiconductor epitaxial wafer manufacturing method capable of suppressing a back hole or removing a generated back hole when a current diffusion layer is formed using a hydride vapor phase growth method. Is to provide.
本発明の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法の第一は、GaAs単結晶基板上に(AlxGa1−x)yIn1−yP(ただし、0≦x≦1,0<y≦1)にて構成されるエピタキシャル層を気相成長する有機金属気相成長工程と、前記GaAs単結晶基板の裏面に付着したInP含有粒子を除去するInP含有粒子除去工程と、塩化ガリウムを原料ガスとして使用し水素雰囲気中でGaP層を前記エピタキシャル層上に気相成長するハイドライド気相成長工程とをこの順に行なうことを特徴とする。 The first method for producing a compound semiconductor epitaxial wafer of the present invention is (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 <y ≦ 1) on a GaAs single crystal substrate. A metal-organic vapor phase growth process for vapor-phase epitaxy layer, an InP-containing particle removal process for removing InP-containing particles attached to the back surface of the GaAs single crystal substrate, and gallium chloride as a source gas And a hydride vapor phase growth step in which a GaP layer is vapor-grown on the epitaxial layer in a hydrogen atmosphere in this order.
本発明の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法においては、例えば2種以上のIII族元素を含む(AlxGa1−x)yIn1−yP(ただし、0≦x≦1,0<y≦1)にて構成される発光層部を、GaAs基板上に有機金属気相成長法(MOVPE法)を用いて成長するため(有機金属気相成長工程)、GaAs基板を載置するサセプタ上にInP含有粒子が散在する。そして、InP含有粒子が散在するサセプタ上にGaAs基板を載置して有機金属気相成長工程を行なうと、GaAs基板の裏面にInP含有粒子が付着する。 In the method for producing a compound semiconductor epitaxial wafer of the present invention, for example, (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P containing two or more group III elements (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 <y ≦ In order to grow the light emitting layer portion constructed in 1) on the GaAs substrate by using the metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE method) (metal organic vapor phase epitaxy process), on the susceptor on which the GaAs substrate is placed. InP-containing particles are interspersed. Then, when a GaAs substrate is placed on a susceptor in which InP-containing particles are scattered and an organic metal vapor phase growth process is performed, the InP-containing particles adhere to the back surface of the GaAs substrate.
次に、ハイドライド気相成長法を用いて電流拡散層を形成するために、塩化ガリウム(GaCl)と例えばホスフィン(PH3)を原料ガスとして使用し水素雰囲気中でGaP層を気相成長すると、気相成長雰囲気中にHClが生成される。そして、HClの一部がGaAs基板の裏面側に回り込み、GaAs基板とInP含有粒子との境界領域に形成されたInAsがHClによりエッチングされて裏面穴が形成される。InPやGaPもHClによりエッチングされる。 Next, in order to form a current diffusion layer using a hydride vapor phase growth method, when a GaP layer is vapor-phase grown in a hydrogen atmosphere using gallium chloride (GaCl) and, for example, phosphine (PH 3 ) as a source gas, HCl is generated in the vapor phase growth atmosphere. Then, a part of HCl goes around to the back surface side of the GaAs substrate, and InAs formed in the boundary region between the GaAs substrate and the InP-containing particles is etched by HCl to form a back surface hole. InP and GaP are also etched by HCl.
エッチングは数時間にわたるハイドライド気相成長中に継続して行われるため、GaAs基板中に20μm以上300μm以下程度の裏面穴が形成される。裏面穴がGaAs単結晶基板を貫通し、AlGaInPにて構成される発光層部まで到達すると、その領域では通電時に発光することができない。 Etching is continuously performed during hydride vapor phase growth for several hours, so that a back hole of about 20 μm to 300 μm is formed in the GaAs substrate. When the back surface hole penetrates the GaAs single crystal substrate and reaches the light emitting layer portion composed of AlGaInP, the region cannot emit light when energized.
そこで、有機金属気相成長工程とハイドライド気相成長工程の間に、GaAs単結晶基板の裏面に付着したInP含有粒子を除去する(InP含有粒子除去工程)。InP含有粒子除去工程は、InP含有粒子の付着しているGaAs単結晶基板の裏面を例えばペングラインダー等を用いて部分的に除去することにより行なってもよいし、例えば研磨加工あるいはアンモニア/過酸化水素水等を用いたウェットエッチングを施してGaAs単結晶基板の裏面全体を1μm以上10μm以下除去することにより行なってもよい。
Therefore, the InP-containing particles attached to the back surface of the GaAs single crystal substrate are removed between the metal organic vapor phase growth step and the hydride vapor phase growth step (InP-containing particle removal step). The InP-containing particle removal step may be performed by partially removing the back surface of the GaAs single crystal substrate on which the InP-containing particles are adhered using, for example, a pen grinder, or polishing process or ammonia / peroxidation, for example. You may perform by performing wet etching using hydrogen water etc. and removing the whole back surface of a GaAs
本発明の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法の第二は、GaAs単結晶基板上に(AlxGa1−x)yIn1−yP(ただし、0≦x≦1,0<y≦1)にて構成されるエピタキシャル層を気相成長する有機金属気相成長工程と、前記GaAs単結晶基板の裏面に付着したInP含有粒子の付着量を観測するInP付着量観測工程と、前記InP含有粒子の付着量の大きいGaAs単結晶基板ほど、塩化ガリウムを含む原料ガス供給の上流側に配置して水素雰囲気中でGaP層を前記エピタキシャル層上に気相成長するハイドライド気相成長工程とをこの順に行なうことを特徴とする。 The second method for producing a compound semiconductor epitaxial wafer of the present invention is (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 <y ≦ 1) on a GaAs single crystal substrate. A metal-organic vapor phase growth step for vapor-growing an epitaxial layer comprising: an InP adhesion amount observing step for observing an adhesion amount of InP-containing particles attached to the back surface of the GaAs single crystal substrate; and the InP-containing particles A GaAs single crystal substrate having a larger adhesion amount is arranged on the upstream side of a source gas supply containing gallium chloride, and a hydride vapor phase growth step in which a GaP layer is vapor-grown on the epitaxial layer in a hydrogen atmosphere in this order. It is characterized by performing.
前述のように、GaAs単結晶基板の裏面にInP含有粒子が付着した状態でハイドライド気相成長を行なうと、気相成長中に生成するHClの一部が、GaAs単結晶基板の裏面側に回り込んでInP含有粒子をエッチングすると同時に、InP含有粒子の付着している部分のGaAsもエッチングされて裏面穴が形成される。HCl濃度は、原料ガス供給の上流側では比較的小さいが、下流側ほどHCl濃度が高くなる。 As described above, when hydride vapor phase growth is performed with InP-containing particles attached to the back surface of the GaAs single crystal substrate, a part of HCl generated during the vapor phase growth passes to the back surface side of the GaAs single crystal substrate. At the same time, the InP-containing particles are etched, and at the same time, the GaAs where the InP-containing particles are attached is also etched to form a back hole. The HCl concentration is relatively small on the upstream side of the source gas supply, but the HCl concentration is higher on the downstream side.
そこで、有機金属気相成長工程後に、GaAs単結晶基板の裏面に付着したInP含有粒子の付着量を観測し(InP付着量観測工程)、InP含有粒子の付着量の大きいGaAs単結晶基板ほど、塩化ガリウムを含む原料ガス供給の上流側に配置して水素雰囲気中でGaP層のハイドライド気相成長を行なう。すると、原料ガス供給の上流側ではHCl濃度が下流側に比べて低いので、InP含有粒子の付着量が大きくても裏面穴が形成され難くなる。 Therefore, after the metal organic chemical vapor deposition process, the amount of InP-containing particles adhering to the back surface of the GaAs single crystal substrate is observed (InP adhesion amount monitoring step). Hydride vapor phase growth of the GaP layer is performed in a hydrogen atmosphere by being arranged upstream of the source gas supply containing gallium chloride. Then, since the HCl concentration is lower on the upstream side of the source gas supply than on the downstream side, it is difficult to form a back hole even if the amount of InP-containing particles attached is large.
本発明の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法の第三は、GaAs単結晶基板上に(AlxGa1−x)yIn1−yP(ただし、0≦x≦1,0<y≦1)にて構成されるエピタキシャル層を気相成長する有機金属気相成長工程と、塩化ガリウムを原料ガスとして使用し水素雰囲気中でGaP層を前記エピタキシャル層上に気相成長するハイドライド気相成長工程と、前記GaAs単結晶基板の裏面に形成された裏面穴を除去する裏面穴除去工程とをこの順に行ない、
前記裏面穴除去工程は、前記ハイドライド気相成長工程の後に、前記GaAs単結晶基板の裏面に集光を照射して前記裏面穴を検知する裏面穴検知工程で裏面穴の位置を特定してから行なうことを特徴とする。
A third method for producing a compound semiconductor epitaxial wafer according to the present invention is an epitaxial structure composed of (AlxGa1-x) yIn1-yP (where 0≤x≤1, 0 <y≤1) on a GaAs single crystal substrate. A metal-organic vapor phase growth process for vapor-depositing a layer; a hydride vapor phase growth process for vapor-depositing a GaP layer on the epitaxial layer in a hydrogen atmosphere using gallium chloride as a source gas; and the GaAs single crystal substrate rows that have a back hole removal step of removing the backside hole formed on the back surface in this order,
After the backside hole removing step, after the hydride vapor phase growth step, the backside hole detection step of detecting the backside hole by irradiating light on the backside of the GaAs single crystal substrate identifies the position of the backside hole. and wherein the line of Ukoto.
有機金属気相成長工程でGaAs単結晶基板の裏面にInP含有粒子が付着した状態でGaP層のハイドライド気相成長工程を行なうと、GaAs単結晶基板に裏面穴が形成されやすい。裏面穴がGaAs基板を貫通して発光層部にまで達した領域では、通電時に発光しないので、化合物半導体エピタキシャルウェーハをチップ化する前に裏面穴を除去するとよい。しかし、ハイドライド気相成長工程後のGaAs単結晶基板裏面には、Asが遊離して形成される破砕層も形成されており、裏面穴を特定することがしばしば困難となる。 When the hydride vapor phase growth process of the GaP layer is performed in a state where the InP-containing particles are attached to the back surface of the GaAs single crystal substrate in the metal organic vapor phase growth process, a back hole is easily formed in the GaAs single crystal substrate. In the region where the back hole penetrates the GaAs substrate and reaches the light emitting layer portion, no light is emitted when energized. Therefore, the back hole is preferably removed before the compound semiconductor epitaxial wafer is chipped. However, a crushed layer formed by free As is also formed on the back surface of the GaAs single crystal substrate after the hydride vapor phase growth step, and it is often difficult to specify the back surface hole.
そこで、ハイドライド気相成長工程の後に、GaAs単結晶基板の裏面に集光を照射して前記裏面穴を検知(裏面穴検知工程)することにより、裏面穴の位置を特定してから行なうことが望ましい。通常、GaAs単結晶基板は集光を透過しないので、灰色ないし黒色に見える。一方、裏面穴が形成された領域ではGaAs単結晶基板が局部的に薄くなるか完全にエッチング除去されており、集光を照射すると裏面穴が赤く光るので、その色の違いにより裏面穴として容易に検知することができる。あるいは、ハイドライド気相成長工程の後に、GaAs単結晶基板の裏面に研磨工程を施すと破砕層が除去されて裏面穴の判別が容易になるので、裏面に研磨工程を施してから裏面穴除去工程を行なっても良い。 Therefore, after the hydride vapor phase growth step, the back surface hole is detected by irradiating the back surface of the GaAs single crystal substrate to detect the back surface hole (back surface hole detection step), and then the position of the back surface hole is specified. desirable. Usually, the GaAs single crystal substrate does not transmit the condensed light, so it looks gray or black. On the other hand, in the area where the back hole is formed, the GaAs single crystal substrate is locally thinned or completely removed by etching, and the back hole glows red when irradiated with condensed light. Can be detected. Alternatively, after the hydride vapor phase growth process, if the polishing process is performed on the back surface of the GaAs single crystal substrate, the crushed layer is removed and the back surface hole can be easily identified. May be performed.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の製造方法により製造できる化合物半導体エピタキシャルウェーハ100の一例を示す概念図である。化合物半導体エピタキシャルウェーハ100は、n型GaAs単結晶基板(以下、単にGaAs基板ともいう)1の第一主表面MP1上に発光層部24が形成され、このGaAs基板1の第一主表面MP1と接するようにn型GaAsバッファ層2が形成され、該バッファ層2上に発光層部24が形成され、その発光層部24の上にp型GaP電流拡散層7が形成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a compound semiconductor
発光層部24は、ノンドープ(AlxGa1−x)yIn1−yP(ただし、0≦x≦0.55,0.45≦y≦0.55)混晶からなる活性層5を、p型(AlzGa1−z)yIn1−yP(ただしx<z≦1)からなるp型クラッド層6とn型(AlzGa1−z)yIn1−yP(ただしx<z≦1)からなるn型クラッド層4とにより挟んだ構造を有する。なお、ここでいう「ノンドープ」とは、「ドーパントの積極添加を行なわない」との意味であり、通常の製造工程上、不可避的に混入するドーパント成分の含有(例えば1013〜1016/cm3程度を上限とする)をも排除するものではない。
The light
p型GaP電流拡散層7の形成厚さは、例えば30μm以上300μm以下である。p型GaP電流拡散層7は、有機金属気相成長法により形成された第一GaP層7aと、ハイドライド気相成長法により形成された第二GaP層7bとがこの順に積層されてなる。
The formation thickness of the p-type GaP
p型GaP電流拡散層7の上に、発光層部24に発光駆動電圧を印加するための第一電極9を形成し、基板1の第二主表面MP2側に、同じく第二電極20を全面に形成すると、発光素子200となる(図2)。第一電極9は、第一主表面PFの略中央に形成され、該第一電極9の周囲の領域が発光層部24からの光取出領域とされている。また、第一電極9の中央部に電極ワイヤ17を接合するためのAu等にて構成されたボンディングパッド16が配置されている。発光素子200では、第一電極9側にp型AlGaInPクラッド層6が配置され、第二電極20側にn型AlGaInPクラッド層4が配置されている。従って、通電極性は第一電極9側が正である。
A
以下、化合物半導体エピタキシャルウェーハ100ならびに発光素子200の製造方法について説明する。まず、図3の工程1に示すように、<100>方向を基準方向として、オフアングルが10゜以上20゜以下の主軸を有するGaAs基板1を用意し、有機金属気相成長装置内に設けられたサセプタ上に載置する。AlGaInP層を形成させる有機金属気相成長装置のサセプタ上にはInP含有粒子が多数存在するので、サセプタ上に載置したGaAs基板1の裏面MP2にもInP含有粒子D1,D2,D3が付着する。
Hereinafter, a method for manufacturing the compound
次に、工程2に示すように、GaAs基板1の第一主表面MP1に、n型GaAsバッファ層2を例えば0.5μm、次いで、発光層部24として、各々(AlxGa1−x)yIn1−yPよりなる、1μmのn型クラッド層4(n型ドーパントはSi)、0.6μmの活性層(ノンドープ)5、及び1μmのp型クラッド層6、p型第一GaP層7a(p型ドーパントはMg:有機金属分子からのCもp型ドーパントとして寄与しうる)を、この順序にてエピタキシャル成長させてMOエピタキシャルウェーハ50を得る(有機金属気相成長工程)。これら各層のエピタキシャル成長は、公知のMOVPE法により行なわれる。Al、Ga、In(インジウム)、P(リン)の各成分源となる原料ガスとしては以下のようなものを使用できる;
・Al源ガス;トリメチルアルミニウム(TMAl)、トリエチルアルミニウム(TEAl)など;
・Ga源ガス;トリメチルガリウム(TMGa)、トリエチルガリウム(TEGa)など;
・In源ガス;トリメチルインジウム(TMIn)、トリエチルインジウム(TEIn)など。
・P源ガス:トリメチルリン(TMP)、トリエチルリン(TEP)、ホスフィン(PH3)など。
Next, as shown in
Al source gas; trimethylaluminum (TMAl), triethylaluminum (TEAl), etc .;
Ga source gas; trimethylgallium (TMGa), triethylgallium (TEGa), etc .;
In source gas; trimethylindium (TMIn), triethylindium (TEIn), etc.
P source gas: trimethyl phosphorus (TMP), triethyl phosphorus (TEP), phosphine (PH 3 ), etc.
工程2の終了後、MOエピタキシャルウェーハ50を有機金属気相成長装置から取り出し、GaAs基板1の裏面MP2に付着したInP含有粒子D1,D2,D3の付着量(以下、InP付着量ともいう)を、例えば蛍光灯下で目視観測する(工程3、InP付着量観測工程)。InP付着量観測工程は、GaAs基板1の裏面MP2を画像処理し、InP含有粒子D1,D2,D3の付着部分を判別してその合計面積を演算することにより、InP付着量を求めても良い。InP付着量が比較的少ない場合は、ペングラインダー等を用いてGaAs基板1の裏面MP2を部分的に除去することにより、裏面MP2に付着したInP含有粒子を除去する(工程4、InP含有粒子除去工程)。以下の説明の都合上、当該InP含有粒子除去工程でInP含有粒子D1が除去され、InP含有粒子D2,D3はGaAs基板1の裏面MP2に残存するものとする。
After the
InP付着量が比較的多い場合や当該除去工程を施すMOエピタキシャルウェーハ50の枚数が多い場合は、GaAs基板1の裏面に研磨を施したりウェットエッチングを施したりすることにより、GaAs基板1の裏面全体を除去するほうが効率的である。
When the amount of InP deposited is relatively large or when the number of MO
工程5に進み、MOエピタキシャルウェーハ50をHVPE気相成長装置内に設けられたサセプタ上に載置し、p型第一GaP層7aの直上に、塩化ガリウム(GaCl)を原料ガスとして使用し水素雰囲気中でp型第二GaP層7bをHVPE法により気相成長させる(ハイドライド気相成長工程)。図5は、HVPE気相成長装置の一例を示す模式図である。該装置201は、Ga融液209を収容する坩堝208が配置される第一室204と、MOエピタキシャルウェーハ50を保持するサセプタ210(例えばカーボン製であるが、これに限定されない)が収容される第二室205とを有する成長容器を有する。
Proceeding to step 5, the
HVPE法は、具体的には、容器内にてIII族元素であるGaを所定の温度に加熱保持しながら、そのGa上に塩化水素を導入することにより、下記(1)式の反応によりGaClを生成させ、キャリアガスであるH2ガスとともにMOエピタキシャルウェーハ50上に供給する。
Ga(液体)+HCl(気体) → GaCl(気体)+1/2H2‥‥(1)
第一室204と第二室205とは坩堝208とともに石英にて構成され、それぞれヒータ202,203により、前記のHVPE反応が十分に進むよう、適正な成長温度に昇温される。GaPの場合、成長温度は例えば640℃以上860℃以下に設定する。坩堝208が配置される第一室204には、導入口206より、HClガスと、キャリアガスとしてのH2ガスと、P源ガスとしてのPH3と、ドーパントガスとしてのDMZn(ジメチル亜鉛)が導入される。
Specifically, in the HVPE method, GaCl, which is a group III element, is heated and held at a predetermined temperature in a container, and hydrogen chloride is introduced onto the Ga, thereby causing GaCl by the reaction of the following formula (1). And is supplied onto the
Ga (liquid) + HCl (gas) → GaCl (gas) + 1 / 2H 2 (1)
The
GaClはPH3との反応性に優れ、図4の工程5に示すごとく、下記(2)式の反応により、p型GaP電流拡散層7の要部をなすp型第二GaP層7bを成長させることができる:
GaCl(気体)+PH3(気体)
→GaP(固体)+HCl(気体)+H2(気体)‥‥(2)
図5において、MOエピタキシャルウェーハ50は、成長容器内において原料ガスの流通方向に複数配置され、それらの複数のMOエピタキシャルウェーハ50にp型第二GaP層7bが一括してエピタキシャル成長される。
GaCl is excellent in reactivity with PH 3, and as shown in
GaCl (gas) + PH 3 (gas)
→ GaP (solid) + HCl (gas) + H 2 (gas) (2)
In FIG. 5, a plurality of MO
(2)式に示すように、反応が進むにつれてHClガスが生成する。図4の工程5に示すごとく、このとき、HClの一部がGaAs基板1の裏面(MP1)側に回り込み、GaAs基板1とInP含有粒子D2,D3との境界領域に形成されたInAsをエッチングする結果、それらInP含有粒子D2,D3が付着していた位置に裏面穴H2,H3が発生する。HClガスは、原料のGaClとPH3の濃度が高い原料ガス供給の上流側では比較的濃度が低く、(2)式の反応が終わって排気される下流側ほど濃度が高くなっていく。一方、裏面穴H2,H3は、InP含有粒子の付着量が大きいほど発生しやすい。
As shown in the equation (2), HCl gas is generated as the reaction proceeds. As shown in
そこで、図5に示すように、InP含有粒子Dの付着量の大きいGaAs基板1を有するMOエピタキシャルウェーハ50ほど、塩化ガリウムを含む原料ガス供給の上流側に配置し、逆に付着量の小さいものほど下流側に配置して水素雰囲気中で第二GaP層7bを気相成長すると、裏面穴はバッチ内全体にわたり発生し難くなる。
Therefore, as shown in FIG. 5, the
図4に戻り、工程5のハイドライド気相成長工程終了後、p型第二GaP層7bの形成された化合物半導体ウェーハ60をHVPE気相成長装置内から取り出し、GaAs基板1の裏面MP2に集光を照射して裏面穴H2,H3を検知する(裏面穴検知工程)。蛍光灯下で裏面穴H2,H3は、破砕層の形成されたGaAs基板1とほぼ同じ灰色に見えるため検知することが難しいが、集光を照射すると赤く見えるため、裏面穴H2,H3の位置を容易に特定することができる。
Returning to FIG. 4, after completion of the hydride vapor phase growth process in
そこで、ハイドライド気相成長工程後のGaAs基板1の裏面MP2に集光を照射すると、裏面穴H2,H3の発生位置を容易かつ確実に特定できるので、その後に裏面穴除去工程(工程6)を無駄なく短時間に行なうことが可能になる。裏面穴除去工程は、例えば、裏面穴H2,H3の発生部位を劈開により除去することにより実施してもよいし、周辺部に発生した裏面穴H3をGaAs基板1の周辺部をグラインダー等で研削除去することにより実施してもよい。
Therefore, if the back surface MP2 of the
ハイドライド気相成長工程終了直後のGaAs基板1の裏面MP2には破砕層が形成されているため、裏面穴H2,H3を検知することは難しいが、GaAs基板1の裏面MP2に研磨工程を施すと破砕層が除去されるため、蛍光灯下でも裏面穴H2,H3を容易に検知することが可能になる。また、穴が比較的浅く形成された裏面穴H2は、研磨工程を施すだけで除去することができる。そこで、裏面穴除去工程は、ハイドライド気相成長工程の後に、GaAs基板1の裏面MP2に研磨工程を施してから行なってもよい。この場合、研磨工程後に残存する裏面穴H3の除去工程は、前述と同様、劈開あるいは研削により除去することができる。
Since a crushed layer is formed on the back surface MP2 of the
なお、裏面穴の抑制を図るための具体的手段は、裏面穴の発生程度に応じて、InP含有粒子除去工程(工程4)と、ハイドライド気相成長工程(工程5)において、InP含有粒子Dの付着量の大きいGaAs基板1を有するMOエピタキシャルウェーハ50ほど、塩化ガリウムを含む原料ガス供給の上流側に配置する手法と、裏面穴除去工程(工程6)との、どれか1つを単独で行い、他を特に行なわないようにすることも可能であるし、逆に2つ以上を組み合わせて実施することも可能である。
In addition, the specific means for aiming at suppression of a back surface hole is InP content particle | grains D in an InP containing particle removal process (process 4) and a hydride vapor phase growth process (process 5) according to the generation | occurrence | production degree of a back surface hole. The
以上の工程により、裏面穴H2,H3を有さない図1の化合物半導体ウェーハ100を得た後に、図2に示すごとく、真空蒸着法により第一電極9及び第二電極20を形成し、さらに第一電極9上にボンディングパッド16を配置して、適当な温度で電極定着用のベーキングを施す。そして、第二電極20をAgペースト等の導電性ペーストを用いて支持体を兼ねた図示しない端子電極に固着する一方、ボンディングパッド16と別の端子電極とにまたがる形態でAu製のワイヤ17をボンディングし、さらに樹脂モールドを形成することにより、発光素子200が得られる。
After obtaining the
1 GaAs単結晶基板
4 n型クラッド層
5 活性層
6 p型クラッド層
7 p型GaP電流拡散層
7a 第一GaP層
7b 第二GaP層
9 第一電極
24 発光層部
100 化合物半導体ウェーハ
200 発光素子
1 GaAs single crystal substrate 4 n-
Claims (8)
前記裏面穴除去工程は、前記ハイドライド気相成長工程の後に、前記GaAs単結晶基板の裏面に集光を照射して前記裏面穴を検知する裏面穴検知工程で裏面穴の位置を特定してから行なうことを特徴とする化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。 A metal-organic vapor phase growth step of vapor-phase-growing an epitaxial layer composed of (AlxGa1-x) yIn1-yP (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 <y ≦ 1) on a GaAs single crystal substrate; A hydride vapor phase growth process in which gallium is used as a source gas and a GaP layer is vapor-grown on the epitaxial layer in a hydrogen atmosphere, and a back hole removal process in which a back hole formed on the back surface of the GaAs single crystal substrate is removed. bet the line stomach in this order,
After the backside hole removing step, after the hydride vapor phase growth step, the backside hole detection step of detecting the backside hole by irradiating light on the backside of the GaAs single crystal substrate identifies the position of the backside hole. method of manufacturing a compound semiconductor epitaxial wafer, comprising a row of Ukoto.
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