JP5240658B2 - Compound semiconductor epitaxial wafer manufacturing method, compound semiconductor epitaxial wafer, and light emitting device - 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、化合物半導体エピタキシャルウェーハ及び発光素子に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a compound semiconductor epitaxial wafer, a compound semiconductor epitaxial wafer, and a light emitting device.

米国特許5,008,718号公報US Patent No. 5,008,718 特開2004−128452号公報JP 2004-128452 A

(AlGa1−xIn1−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 by (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.

具体的には、n型GaAs単結晶基板上へのヘテロエピタキシーにより、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。   Specifically, an n-type GaAs buffer layer, an n-type AlGaInP cladding layer, an AlGaInP active layer, and a p-type AlGaInP cladding layer are stacked in this order by heteroepitaxy on an n-type GaAs single crystal substrate, and a double hetero A light emitting layer portion having a 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).

GaAs単結晶基板上にヘテロ成長したAlGaInP発光層部上に、ハイドライド気相成長法を用いてGaP電流拡散層を厚く成長すると、AlGaInP発光層部(ひいてはGaAs単結晶基板)とGaP電流拡散層との格子不整合による歪及び線膨張率の相違により、成長後の高温(例えば、750℃)から冷却する過程において得られたエピタキシャルウェーハには、GaAs単結晶基板側が凹面となりGaP電流拡散層側が凸面となる形で反りを生ずる。この反り量は、GaP電流拡散層の厚さによっても異なるが、例えば外径が50mm(約2インチ)程度のウェーハで500〜700μmとなり、研磨やダイシングなどの素子化加工を行った際に割れが生じやすい問題がある。特に、ハイドライド気相成長容器内にて原料ガスの供給が不足しやすい位置に配置されたウェーハ(例えば、ガス流通方向下流側、特に、該側にて容器下方に配置されたウェーハ)は、GaP電流拡散層にピットと称される孔状の欠陥が形成されやすく、これを基点とした割れ等を生じやすい。   When a GaP current diffusion layer is grown thickly using a hydride vapor phase growth method on an AlGaInP light emitting layer portion hetero-grown on a GaAs single crystal substrate, an AlGaInP light emitting layer portion (and hence a GaAs single crystal substrate), a GaP current diffusion layer, Due to the difference in strain and linear expansion coefficient due to lattice mismatch, the epitaxial wafer obtained in the process of cooling from a high temperature after growth (for example, 750 ° C.) has a concave surface on the GaAs single crystal substrate side and a convex surface on the GaP current diffusion layer side. Warp occurs in the form of The amount of warpage varies depending on the thickness of the GaP current diffusion layer. For example, a wafer having an outer diameter of about 50 mm (about 2 inches) has a thickness of 500 to 700 μm and is cracked when an element processing such as polishing or dicing is performed. There is a problem that tends to occur. In particular, a wafer (for example, a wafer disposed downstream in the gas flow direction, particularly below the container in the gas flow direction) at a position where supply of the source gas is likely to be insufficient in the hydride vapor phase growth vessel is GaP. Hole-like defects called pits are likely to be formed in the current diffusion layer, and cracks and the like based on the defects are likely to occur.

本発明は、ハイドライド気相成長法を用いてGaP電流拡散層を厚く形成する際にGaP電流拡散層にピットが形成されることを抑制し、反りを生じた状態で研磨やダイシングなどの素子化加工を行った際に該ピットを基点とした割れ等が生じにくい化合物半導体エピタキシャルウェーハとその製造方法、ならびに該化合物半導体エピタキシャルウェーハを用いて製造される発光素子を提供することにある。   The present invention suppresses the formation of pits in the GaP current diffusion layer when the GaP current diffusion layer is formed thick using hydride vapor phase epitaxy, and can be used as an element such as polishing or dicing in a warped state. An object of the present invention is to provide a compound semiconductor epitaxial wafer in which cracks or the like based on the pits are unlikely to occur when processing is performed, a method for manufacturing the compound semiconductor epitaxial wafer, and a light emitting device manufactured using the compound semiconductor epitaxial wafer.

課題を解決するための手段及び作用・効果Means and actions / effects for solving the problems

上記課題を解決するために、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は、
<100>方向を基準方向として、該基準方向からのオフアングルが10゜以上20゜以下の主軸を有するGaAs単結晶基板上に、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と、第一GaP層とをこの順序にて形成する有機金属気相成長工程と、第一GaP層上に第二GaP層を形成するハイドライド気相成長工程とを有し、
第二GaP層を、発光層部に近い側に位置するGaP高速成長層と該GaP高速成長層に続くGaP低速成長層とを有するものとして、GaP高速成長層を第一成長速度により、GaP低速成長層を第一成長速度よりも低い第二成長速度により、それぞれ成長し、
第一成長速度が、GaP高速成長層の表面にピットが発生しない程度の高速に設定されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the method for producing a compound semiconductor epitaxial wafer of the present invention comprises:
(AlxGa1-x) yIn1- containing two or more group III elements on a GaAs single crystal substrate having a main axis with a <100> direction as a reference direction and an off-angle from the reference direction of 10 ° to 20 °. a metal organic chemical vapor deposition step of forming a light emitting layer portion composed of yP (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 <y ≦ 1) and a first GaP layer in this order; and a first GaP layer A hydride vapor phase growth step for forming a second GaP layer thereon,
The second GaP layer has a GaP high-speed growth layer located on the side close to the light emitting layer portion and a GaP low-speed growth layer following the GaP high-speed growth layer. Each growth layer is grown at a second growth rate lower than the first growth rate ,
First growth rate, characterized that you have been set fast enough to prevent pits generated on the surface of the GaP high-rate growth layer.

また、本発明の化合物半導体エピタキシャルウェーハは、
<100>方向を基準方向として、該基準方向からのオフアングルが10゜以上20゜以下の主軸を有するGaAs単結晶基板上に、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と、第一GaP層とがこの順序にて有機金属気相成長法により形成され、第一GaP層上に第二GaP層がハイドライド気相成長法により形成され、さらに、第二GaP層が、発光層部に近い側に位置するGaP高速成長層と該GaP高速成長層に続くGaP低速成長層とからなり、
GaP高速成長層にピットが形成されていないことを特徴とする。
The compound semiconductor epitaxial wafer of the present invention is
(AlxGa1-x) yIn1- containing two or more group III elements on a GaAs single crystal substrate having a main axis with a <100> direction as a reference direction and an off-angle from the reference direction of 10 ° to 20 °. A light emitting layer portion composed of yP (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 <y ≦ 1) and a first GaP layer are formed in this order by metal organic vapor phase epitaxy, and the first GaP layer A second GaP layer is formed thereon by hydride vapor phase epitaxy; and a second GaP layer is a GaP fast growth layer located on the side closer to the light emitting layer portion; and a GaP slow growth layer following the GaP fast growth layer; Tona is,
No pit is formed in the GaP high-speed growth layer .

さらに、本発明の発光素子は、上記本発明の化合物半導体エピタキシャルウェーハに電極形成しダイシングすることにより製造され、GaAs単結晶基板上に、2種以上のIII族元素を含む(AlGa1−xIn1−yP(ただし、0≦x≦1,0<y≦1)にて構成される有機金属気相成長法により形成された発光層部と、有機金属気相成長法により形成された第一GaP層と、ハイドライド気相成長法により形成された第二GaP層とがこの順に積層され、さらに、第二GaP層が、発光層部に近い側に位置するGaP高速成長層と該GaP高速成長層に続くGaP低速成長層とからなることを特徴とする。 Furthermore, the light emitting device of the present invention is manufactured by forming an electrode on the compound semiconductor epitaxial wafer of the present invention and dicing, and includes two or more group III elements on a GaAs single crystal substrate (Al x Ga 1-1). x ) y In 1-y P (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 <y ≦ 1), a light emitting layer portion formed by metal organic vapor phase epitaxy, and by metal organic vapor phase epitaxy The formed first GaP layer and the second GaP layer formed by the hydride vapor phase growth method are stacked in this order, and the second GaP layer is located on the side closer to the light emitting layer portion. And a GaP slow growth layer following the GaP fast growth layer.

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(AlGa1−xIn1−yP(ただし、0≦x≦1,0<y≦1)にて構成される発光層部を、単結晶基板上に有機金属気相成長法(MOVPE法)を用いて成長する(有機金属気相成長工程)。一方、面内方向に電流を十分に拡げるために層厚をある程度大きく設定することが必要な電流拡散層は、ハイドライド気相成長法を用いて形成することが効率的である(ハイドライド気相成長工程)。HVPE法は、水素ガスで置換された石英製の反応炉内で蒸気圧の低いGa(ガリウム)を塩化水素との反応により気化しやすいGaClに転換し、該GaClを媒介とする形でV族元素源ガスとGaとを反応させることにより、III−V族化合物半導体層の気相成長を行なう方法である。MOVPE法による層成長速度が約1μm/hrであるのに対しHVPE法では約20μm/hrであり、HVPE法によると層成長速度をMOVPE法よりも大きくでき、ある程度厚さを要する電流拡散層も非常に高能率にて形成できるので、原材料費をMOVPE法よりもはるかに低く抑えることができる。また、HVPE法では、III族元素源として高価な有機金属を使用せず、III族元素源に対するV族元素源(AsH、PHなど)の配合比率もはるかに少なくて済む(例えば1/3倍程度)ので、コスト的に有利である。 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 ≦ The light emitting layer portion configured in 1) is grown on a single crystal substrate by using a metal organic vapor phase growth method (MOVPE method) (metal organic vapor phase growth step). On the other hand, it is efficient to form a current diffusion layer that needs to have a certain layer thickness in order to sufficiently expand the current in the in-plane direction by using a hydride vapor phase growth method (hydride vapor phase growth). Process). In the HVPE method, Ga (gallium) having a low vapor pressure is converted into GaCl which is easily vaporized by reaction with hydrogen chloride in a quartz reactor substituted with hydrogen gas, and the group V is formed through the GaCl as a medium. This is a method for performing vapor phase growth of a group III-V compound semiconductor layer by reacting an element source gas with Ga. The layer growth rate by the MOVPE method is about 1 μm / hr, whereas the HVPE method has a rate of about 20 μm / hr. According to the HVPE method, the layer growth rate can be made larger than the MOVPE method, Since it can be formed with very high efficiency, the raw material cost can be kept much lower than that of the MOVPE method. In the HVPE method, an expensive organic metal is not used as the group III element source, and the mixing ratio of the group V element source (AsH 3 , PH 3, etc.) to the group III element source is much smaller (for example, 1 / This is advantageous in terms of cost.

そして、本発明では、ハイドライド気相成長法により第二GaP層を成長する際に、成長開始時の予め定められた期間を第一成長速度に設定してGaP高速成長層を形成し、その後、第一成長速度よりも低い第二成長速度に設定してGaP低速成長層を形成する。つまり、第二GaP層の成長第一段階は、原料供給量を増加させた高速成長モードとすることで、原料不足傾向時に形成されやすいピットを抑制することができる。他方、高速成長モードでは、発光層部との界面での格子緩和が促進される結果、ヒロックと称される突起状の欠陥が形成されやすい傾向となる。そこで、成長第二段階として、原料供給量を低下させた低速成長モードにより、GaP高速成長層上にGaP低速成長層を形成することで、最終的に得られる第二GaP層表面のヒロック欠陥の大きさ及び量が過剰となることを防止できる。これにより、第二GaP層が形成するエピタキシャルウェーハ主表面の研磨加工の簡略化を図ることができる。   In the present invention, when the second GaP layer is grown by the hydride vapor phase growth method, the GaP high-speed growth layer is formed by setting a predetermined period at the start of growth as the first growth rate, A GaP slow growth layer is formed at a second growth rate lower than the first growth rate. That is, the first stage of growth of the second GaP layer is a high-speed growth mode in which the raw material supply amount is increased, thereby suppressing pits that are likely to be formed when the raw material is in short supply. On the other hand, in the high-speed growth mode, as a result of promoting lattice relaxation at the interface with the light emitting layer portion, a protruding defect called hillock tends to be formed. Therefore, as a second stage of growth, by forming a GaP slow growth layer on the GaP fast growth layer by a slow growth mode in which the raw material supply amount is reduced, hillock defects on the surface of the second GaP layer finally obtained are formed. It is possible to prevent the size and amount from becoming excessive. Thereby, simplification of the polishing process of the main surface of the epitaxial wafer formed by the second GaP layer can be achieved.

前述のごとく、GaAs単結晶基板上にヘテロ成長したAlGaInP発光層部上に、ハイドライド気相成長法を用いて第二GaP層を厚く成長すると、得られるエピタキシャルウェーハには、GaAs単結晶基板側が凹面となり第二GaP層側が凸面となる形で反りを生ずる。そして、第二GaP層にピットが多数形成されていると、研磨やダイシングなどの素子化加工を行った際に、このピットを基点としてウェーハに割れが生じやすくなる。しかし、上記のごとく、本発明の採用により、GaP電流拡散層の主体をなす第二GaP層へのピットの形成が抑制されるので、上記素子化加工の際にウェーハが割れにくくなる。   As described above, when the second GaP layer is grown thickly using the hydride vapor phase growth method on the AlGaInP light emitting layer portion hetero-grown on the GaAs single crystal substrate, the GaAs single crystal substrate side is concave on the resulting epitaxial wafer. The warp is generated in such a manner that the second GaP layer side becomes a convex surface. If a large number of pits are formed in the second GaP layer, cracks are likely to occur in the wafer from the pits as a base point when an element processing such as polishing or dicing is performed. However, as described above, the adoption of the present invention suppresses the formation of pits in the second GaP layer that is the main component of the GaP current diffusion layer, so that the wafer is less likely to be cracked during the element processing.

第一GaP層と第二GaP層とは、GaP電流拡散層としての光取出効率向上に有効に寄与するためには、両者の合計厚さが100μm以上となっていることが望ましい。また、生産性等を考慮すれば、該合計厚さは250μm以下となっていることが望ましい。他方、GaAs単結晶基板の厚さは、製造時のハンドリング等に耐える基板強度等を考慮すれば250μm以上350μm以下であるのが妥当である。   The first GaP layer and the second GaP layer desirably have a total thickness of 100 μm or more in order to effectively contribute to improving the light extraction efficiency as the GaP current diffusion layer. In consideration of productivity and the like, the total thickness is preferably 250 μm or less. On the other hand, it is appropriate that the thickness of the GaAs single crystal substrate is not less than 250 μm and not more than 350 μm in consideration of the substrate strength that can withstand handling during manufacturing.

このうち、第一GaP層は、発光層部との格子整合を保ちつつ、その後に成長される第二GaP層の成長基面として安定に寄与させるために、1μm以上に形成することが望ましい。ただし、成長速度の小さい有機金属成長法が採用されることを考慮すれば、製造能率上の観点から第一GaP層の厚さは5μm以下であることが望ましい。   Among these, the first GaP layer is desirably formed to have a thickness of 1 μm or more in order to stably contribute as a growth base surface of the second GaP layer grown thereafter while maintaining lattice matching with the light emitting layer portion. However, considering that an organic metal growth method with a low growth rate is adopted, the thickness of the first GaP layer is desirably 5 μm or less from the viewpoint of manufacturing efficiency.

第二GaP層は、成長速度の大きいハイドライド気相成長法によりGaP電流拡散層の主要部をなすものとして形成されるので、その厚さは99μm以上であることが望ましい。このうち、GaP高速成長層を50μm以上の厚さに成長することで、層へのピット形成を十分抑制しつつ、第二GaP層全体の形成能率向上にも寄与できる。また、GaP低速成長層の厚さは5μm以上49μm以下であることが望ましい。   Since the second GaP layer is formed as a main part of the GaP current diffusion layer by a hydride vapor phase growth method having a high growth rate, the thickness is desirably 99 μm or more. Among these, by growing the GaP high-speed growth layer to a thickness of 50 μm or more, the formation efficiency of the entire second GaP layer can be improved while sufficiently suppressing the formation of pits in the layer. The thickness of the GaP slow growth layer is preferably 5 μm or more and 49 μm or less.

GaP高速成長層を形成するための第一成長速度は、該GaP高速成長層の表面にピットが発生しない程度の高速に設定することが望ましい。ピットが形成されないためには、GaP低速成長層をさらに成長したとき、その表面に高さ5μm以上20μm以下にてヒロックが残留する程度の高速に設定すること、より具体的には、25μm/hr以上40μm/hr以下に設定することが望ましい。   The first growth rate for forming the GaP high-speed growth layer is desirably set to a high speed that does not generate pits on the surface of the GaP high-speed growth layer. In order to prevent the formation of pits, when a GaP low-speed growth layer is further grown, the surface should be set to a high speed at which a hillock remains at a height of 5 μm to 20 μm, more specifically 25 μm / hr. It is desirable to set it to 40 μm / hr or less.

一方、GaP低速成長層を形成するための第二成長速度は、第一成長速度の1/5以上1/2以下に設定するのがよい。低速成長層を高速成長層の1/2以下の成長速度で成長すると、GaP低速成長層の表面にヒロックが過剰に残留する不具合を防止できる。ただし、第二成長速度が第一成長速度の1/5より小さい場合は、成長速度の制御が困難になりやすいので、第二成長速度を第一成長速度の1/5以上とすることが望ましい。   On the other hand, the second growth rate for forming the GaP slow growth layer is preferably set to 1/5 or more and 1/2 or less of the first growth rate. When the low-speed growth layer is grown at a growth rate that is 1/2 or less that of the high-speed growth layer, it is possible to prevent a problem that excessive hillocks remain on the surface of the GaP low-speed growth layer. However, if the second growth rate is less than 1/5 of the first growth rate, it is difficult to control the growth rate, so it is desirable that the second growth rate be 1/5 or more of the first growth rate. .

GaP低速成長層の表面に形成されたヒロックは、研磨加工により除去することができる。GaP低速成長層の表面にヒロックが高さ5μm以上20μm以下にて残留する場合、第二GaP層の厚さを目標厚さより10μm以上30μm以下の範囲で厚く成長し、研磨加工により目標厚さとする工程を採用できる。この場合、得られる化合物半導体エピタキシャルウェーハのGaP低速成長層の表面は研磨面となる。   Hillock formed on the surface of the GaP slow growth layer can be removed by polishing. When hillocks remain on the surface of the GaP slow growth layer at a height of 5 μm or more and 20 μm or less, the thickness of the second GaP layer grows to a thickness within the range of 10 μm or more and 30 μm or less from the target thickness, and is set to the target thickness by polishing. A process can be adopted. In this case, the surface of the GaP slow growth layer of the obtained compound semiconductor epitaxial wafer is a polished surface.

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、成長用単結晶基板としてのn型GaAs単結晶基板(以下、単に基板ともいう)1の第一主表面上に発光層部24が形成されている。該基板1は、<100>方向を基準方向として、該基準方向に対するオフアングルが10゜以上20゜以下の主軸Aを有するものである。この基板1の第一主表面と接するように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が形成される。そして、その発光層部24の上に、第一GaP層7aと第二GaP層7とが形成されている。
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 epitaxial wafer 100 of the present invention. The compound semiconductor epitaxial wafer 100 has a light emitting layer portion 24 formed on a first main surface of an n-type GaAs single crystal substrate (hereinafter also simply referred to as a substrate) 1 as a growth single crystal substrate. The substrate 1 has a main axis A having an off angle with respect to the reference direction of 10 ° or more and 20 ° or less with the <100> direction as a reference direction. An n-type GaAs buffer layer 2 is formed in contact with the first main surface of the substrate 1, and a light emitting layer portion 24 is formed on the buffer layer 2. A first GaP layer 7 a and a second GaP layer 7 are formed on the light emitting layer portion 24.

発光層部24は、ノンドープ(AlGa1−xIn1−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(AlGa1−zIn1−yP(ただしx<z≦1)からなるp型クラッド層6とn型(AlGa1−zIn1−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。図1の化合物半導体エピタキシャルウェーハ100では、第一GaP層7a及び第二GaP層7側にp型AlGaInPクラッド層6が配置され、n型GaAs単結晶基板1側にn型AlGaInPクラッド層4が配置されている。従って、発光素子となったときの通電極性は第一GaP層7a及び第二GaP層7側が正である。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/cm程度を上限とする)をも排除するものではない。 The light emitting layer portion 24 includes the active layer 5 made of a non-doped (Al x Ga 1-x ) y In 1-y P (where 0 ≦ x ≦ 0.55, 0.45 ≦ y ≦ 0.55) mixed crystal. , p-type (Al z Ga 1-z) y In 1-y P ( except x <z ≦ 1) p-type cladding layer 6 and the n-type composed of (Al z Ga 1-z) y In 1-y P ( However, it has a structure sandwiched between n-type cladding layers 4 made of x <z ≦ 1). In the compound semiconductor epitaxial wafer 100 of FIG. 1, the p-type AlGaInP cladding layer 6 is disposed on the first GaP layer 7a and the second GaP layer 7 side, and the n-type AlGaInP cladding layer 4 is disposed on the n-type GaAs single crystal substrate 1 side. Has been. Therefore, the current-carrying polarity when the light emitting element is obtained is positive on the first GaP layer 7a and second GaP layer 7 side. The term “non-doped” as used herein means “does not actively add dopant”, and contains a dopant component inevitably mixed in a normal manufacturing process (for example, 10 13 to 10 16 / cm 3). It is not excluded that the upper limit is about 3 ).

第二GaP層7は、ドーパントをZnとしたp型GaP層として形成されている。第一GaP層7aと第二GaP層7との合計厚さは、例えば100μm以上250μm以下である。第二GaP層7は、ハイドライド気相成長法による、GaP高速成長層7bとGaP低速成長層7cとがこの順に積層されてなる。GaP高速成長層7bの厚さは例えば50μm以上(上限は、例えば200μm)であり、GaP低速成長層7cの厚さは、例えば5μm以上49μm以下である。GaP高速成長層7bにはピットが形成されておらず、GaP低速成長層7cの表面は鏡面研磨面とされている。   The second GaP layer 7 is formed as a p-type GaP layer whose dopant is Zn. The total thickness of the first GaP layer 7a and the second GaP layer 7 is, for example, not less than 100 μm and not more than 250 μm. The second GaP layer 7 is formed by laminating a GaP high-speed growth layer 7b and a GaP low-speed growth layer 7c in this order by a hydride vapor phase growth method. The thickness of the GaP fast growth layer 7b is, for example, 50 μm or more (the upper limit is, for example, 200 μm), and the thickness of the GaP slow growth layer 7c is, for example, 5 μm or more and 49 μm or less. No pit is formed in the GaP high-speed growth layer 7b, and the surface of the GaP low-speed growth layer 7c is a mirror-polished surface.

第一GaP層7aと、GaP高速成長層7bとGaP低速成長層7cとには、いずれもp型ドーパントが添加される。p型ドーパントとして、本実施形態のように7a,7a,7bの全てにZnを採用することもできるが、MOVPEにて形成される第一層7aのドーパントは、p型クラッド層6側への拡散を生じにくいMg及び/又はCとし、HVPEにて形成されるGaP高速成長層7bとGaP低速成長層7cとのドーパントをZnとしてもよい。   A p-type dopant is added to each of the first GaP layer 7a, the GaP fast growth layer 7b, and the GaP slow growth layer 7c. As the p-type dopant, Zn can be adopted for all of 7a, 7a, and 7b as in the present embodiment, but the dopant of the first layer 7a formed by MOVPE is applied to the p-type cladding layer 6 side. Mg and / or C which hardly causes diffusion may be used, and Zn may be used as a dopant for the GaP high-speed growth layer 7b and the GaP low-speed growth layer 7c formed by HVPE.

以下、図1の化合物半導体エピタキシャルウェーハ100の製造方法について説明する。まず、図2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単結晶基板1を用意する。そして、工程2に示すように、その基板1の第一主表面に、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(AlGa1−xIn1−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(PH)など。
Hereinafter, a method for manufacturing the compound semiconductor epitaxial wafer 100 of FIG. 1 will be described. First, as shown in Step 1 of FIG. 2, a GaAs single crystal substrate 1 having a main axis with an off angle of 10 ° to 20 ° is prepared with the <100> direction as a reference direction. Then, as shown in step 2, the n-type GaAs buffer layer 2 is, for example, 0.5 μm on the first main surface of the substrate 1, and then the light emitting layer portion 24 is (Al x Ga 1-x ) y In A 1 μm n-type cladding layer 4 (the n-type dopant is Si), a 0.6 μm active layer (non-doped) 5, a 1 μm p-type cladding layer 6, and a p-type first GaP layer 7 a ( The p-type dopant is Mg: C from the organometallic molecule can also contribute as the p-type dopant) in this order (organic metal vapor phase growth step). Epitaxial growth of each of these layers is performed by a known MOVPE method. The following materials can be used as source gases for the source components of Al, Ga, In (indium), and P (phosphorus);
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.

次に、図3に進み、p型のGaP高速成長層7b(工程3)とGaP低速成長層7c(工程4)とを、第一GaP層7aの直上にHVPE法により成長させる(ハイドライド気相成長工程)。MOVPE法により第一GaP層7aを成長した後、HVPE法により第二GaP層7を成長するには、図2の工程2に示す、第一GaP層7aまでを形成した中間基板211を、MOVPE用の装置からHVPE用の装置に移し替える必要がある。   Next, proceeding to FIG. 3, a p-type GaP high-speed growth layer 7b (step 3) and a GaP low-speed growth layer 7c (step 4) are grown on the first GaP layer 7a by the HVPE method (hydride vapor phase). Growth process). In order to grow the second GaP layer 7 by the HVPE method after the first GaP layer 7a is grown by the MOVPE method, the intermediate substrate 211 formed up to the first GaP layer 7a shown in Step 2 of FIG. It is necessary to transfer from the device for the HVPE to the device for the HVPE.

図7は、HVPE装置の一例を示す模式図であり、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、中間基板211を保持するサセプタ210(例えば石英製であるが、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。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、それぞれ個別のヒータ202,203により昇温されるようになっている。つまり、サセプタ210の収容空間(第二室205)と、第二GaP層7の原料金属融液を収容する坩堝208の収容空間(第一室204)との双方が、個別のヒータ202,203により独立に温度調整が可能に構成されている。   FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of an HVPE apparatus. The apparatus 201 includes a first chamber 204 in which a crucible 208 for storing a Ga melt 209 is disposed, and a susceptor 210 (for example, quartz) that holds an intermediate substrate 211. A growth vessel having a second chamber 205 in which is accommodated, but not limited to. The first chamber 204 and the second chamber 205 are made of quartz together with the crucible 208, and are heated by individual heaters 202 and 203, respectively. That is, both the housing space (second chamber 205) of the susceptor 210 and the housing space (first chamber 204) of the crucible 208 that stores the raw metal melt of the second GaP layer 7 are individually heaters 202 and 203. Thus, the temperature can be adjusted independently.

第一室204と第二室205の内部は、いずれも前記のHVPE反応が十分に進むよう、700℃以上の適正な処理温度に昇温される。Ga融液209が収容される石英製坩堝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Hガスと、P(V族元素)源ガスとしてのPHと、ドーパントガスとしてのDM(ジメチル)ZnあるいはDMMgとが導入される。 Both the first chamber 204 and the second chamber 205 are heated to an appropriate processing temperature of 700 ° C. or higher so that the HVPE reaction proceeds sufficiently. Into the first chamber 204 in which the quartz crucible 208 in which the Ga melt 209 is accommodated is placed, from the inlet 206, HCl gas, H 2 gas as a carrier gas, and P (group V element) source gas. PH 3 and DM (dimethyl) Zn or DMMg as a dopant gas are introduced.

Ga上にHClを導入することにより、下記(1)式の反応によりGaClが生成する。
Ga(液体)+HCl(気体) → GaCl(気体)+1/2H‥‥(1)
GaClはPHとの反応性に優れ、下記(2)式の反応により、第二GaP層7を効率よく成長させることができる:
GaCl(気体)+PH(気体)
→GaP(固体)+HCl(気体)+H(気体)‥‥(2)
By introducing HCl onto Ga, GaCl is generated by the reaction of the following formula (1).
Ga (liquid) + HCl (gas) → GaCl (gas) + 1 / 2H 2 (1)
GaCl is excellent in reactivity with PH 3, and the second GaP layer 7 can be efficiently grown by the reaction of the following formula (2):
GaCl (gas) + PH 3 (gas)
→ GaP (solid) + HCl (gas) + H 2 (gas) (2)

GaP低速成長層7cの成長速度は、GaP高速成長層7bの成長速度よりも低くする。より具体的には、GaP高速成長層7bの成長速度を25μm/hr以上で40μm/hr以下の原料ガスが過多の高速成長とする。GaP高速成長層7bは、これをかなり高速で形成するため原料ガス供給量が通常よりも高く設定されており、成長後の層表面7mにはピットがほとんど観察されない。他方、該層表面7mには微小なヒロックHKが形成される。通常、GaP高速成長層7bとGaP低速成長層7cとの間では基板1をハイドライド気相成長装置から取り出さないが、基板1をハイドライド気相成長装置から一旦取り出すと、GaP高速成長層7bの表面にほとんどピットが見られず、微小なヒロックは散在する様子を観察できる。   The growth rate of the GaP slow growth layer 7c is set lower than the growth rate of the GaP fast growth layer 7b. More specifically, the growth rate of the GaP high-speed growth layer 7b is set to a high-speed growth in which the source gas having a growth rate of 25 μm / hr or more and 40 μm / hr or less is excessive. Since the GaP high-speed growth layer 7b is formed at a considerably high speed, the supply amount of the source gas is set higher than usual, and almost no pits are observed on the layer surface 7m after the growth. On the other hand, a minute hillock HK is formed on the surface 7m of the layer. Normally, the substrate 1 is not taken out from the hydride vapor phase growth apparatus between the GaP high speed growth layer 7b and the GaP low speed growth layer 7c, but once the substrate 1 is taken out from the hydride vapor growth apparatus, the surface of the GaP high speed growth layer 7b is obtained. There are almost no pits and small hillocks can be observed scattered.

図7のサセプタ210上にはガス流通方向に複数枚の中間基板211が載置され、特に、その下流側に位置する中間基板211は原料ガスが不足傾向となりやすく、ピットがより形成されやすいが、上記のように原料ガス供給量を高く設定することにより、このような下流側の中間基板211についてもピットの形成を顕著に抑制できる。また、サセプタ210を上下に複数段設け、上下方向にも中間基板211を複数配置することが可能である。この場合は、下段側に位置する中間基板211にて原料ガスの欠乏が生じやすいが、この場合も上記のように原料ガス供給量を高く設定することによりピットの形成を顕著に抑制できる。   A plurality of intermediate substrates 211 are placed on the susceptor 210 in FIG. 7 in the gas flow direction. In particular, the intermediate substrate 211 located on the downstream side of the susceptor 210 tends to have a shortage of source gas, and pits are more easily formed. By setting the raw material gas supply amount high as described above, it is possible to remarkably suppress the formation of pits on the downstream intermediate substrate 211 as well. It is also possible to provide a plurality of susceptors 210 in the vertical direction and to arrange a plurality of intermediate substrates 211 in the vertical direction. In this case, the shortage of the source gas is likely to occur in the intermediate substrate 211 located on the lower side, but in this case as well, the formation of pits can be remarkably suppressed by setting the source gas supply amount high as described above.

GaP高速成長層7bを成長する際の原料供給のタイミングは、図7の装置にてHClガスの供給を停止することにより成長開始時にIII族成分の供給を停止しつつ、V族原料(PH)のみを流しておき、その状態でIII族ガスを瞬時に急峻に流すことにより、発光層部との界面での格子緩和をさらに促進することができる。これにより、微量のヒロックが形成される層成長を再現性よく実施できる。 Timing of supply of raw materials during the growth of the GaP high-rate growth layer 7b, while stopping the supply of the group III component at the start of growth by stopping the supply of HCl gas in the apparatus of FIG 7, V group raw material (PH 3 ) Only, and in this state, the group III gas is allowed to flow instantaneously and steeply to further promote lattice relaxation at the interface with the light emitting layer portion. Thereby, layer growth in which a minute amount of hillock is formed can be performed with good reproducibility.

その後、GaP低速成長層7cを、GaP高速成長層7bの1/5以上1/2以下の成長速度で形成する。ヒロックHKは、高さが多少減じられるものの、5μm以上20μm以下のレベルにてGaP低速成長層7c上にも残留した状態となる。第二GaP層7(=GaP高速成長層7b+GaP低速成長層7c)の厚さは、該ヒロックHKの研磨による除去を見越して、目標厚さより10μm以上30μm以下の範囲で厚く成長しておく。   Thereafter, the GaP slow growth layer 7c is formed at a growth rate of 1/5 or more and 1/2 or less of the GaP fast growth layer 7b. Although the height of the hillock HK is somewhat reduced, the hillock HK remains on the GaP slow growth layer 7c at a level of 5 μm to 20 μm. The thickness of the second GaP layer 7 (= GaP high-speed growth layer 7b + GaP low-speed growth layer 7c) is thickly grown in a range of 10 μm to 30 μm from the target thickness in anticipation of removal of the hillock HK by polishing.

なお、GaP低速成長層7cは、700℃以上800℃以下の温度にて成長する。他方、GaP高速成長層7bはGaP低速成長層7cよりも高温で成長することにより、より高い成長速度を確保しやすくなる。このようにして、第一GaP層7aからGaP低速成長層7cまでの厚さ(GaP電流拡散層の厚さ)が100μm以上250μm以下、GaP低速成長層7cの厚さが5μm以上50μm以下、GaP高速成長層7bの厚さが100μm以上であって、ピットの発生の抑制され、かつ、微小なヒロックが残留した表面状態を有する化合物半導体ウェーハ100を得ることができる。   The GaP slow growth layer 7c grows at a temperature of 700 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. On the other hand, the GaP high-speed growth layer 7b grows at a higher temperature than the GaP low-speed growth layer 7c, thereby making it easier to ensure a higher growth rate. In this way, the thickness from the first GaP layer 7a to the GaP slow growth layer 7c (the thickness of the GaP current diffusion layer) is 100 μm or more and 250 μm or less, the thickness of the GaP slow growth layer 7c is 5 μm or more and 50 μm or less, GaP The compound semiconductor wafer 100 having a surface state in which the high-speed growth layer 7b has a thickness of 100 μm or more, the generation of pits is suppressed, and minute hillocks remain can be obtained.

以上の工程が終了すれば、図4の工程5に進み、第二GaP層7の表層部7gを、目標の厚さまで研磨加工(ラッピング+ポリッシング)してヒロックHKを除去する。これにより、GaP低速成長層7cの主表面は研磨面となる。次いで、工程6に示すように該、研磨面に真空蒸着法により第一電極9及び第二電極20を形成し、適当な温度で電極定着用のベーキングを施す。その後、ウェーハをダイシングして個別の素子に分離する。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、第一電極9及に通電用のワイヤをボンディングし、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。   When the above steps are completed, the process proceeds to step 5 in FIG. 4, where the surface layer portion 7g of the second GaP layer 7 is polished to the target thickness (lapping + polishing) to remove hillocks HK. Thereby, the main surface of the GaP slow growth layer 7c becomes a polished surface. Next, as shown in Step 6, the first electrode 9 and the second electrode 20 are formed on the polished surface by vacuum deposition, and baking for electrode fixing is performed at an appropriate temperature. Thereafter, the wafer is diced and separated into individual elements. Then, the second electrode 20 is fixed to a terminal electrode (not shown) that also serves as a support using a conductive paste such as an Ag paste, while a current-carrying wire is bonded to the first electrode 9 and a resin mold is formed. By doing so, the light emitting element 200 is obtained.

図5に示すように、GaAs単結晶基板1上にヘテロ成長したAlGaInP発光層部24に、ハイドライド気相成長法を用いて第二GaP層7を厚く成長すると、AlGaInP発光層部24(ひいてはGaAs単結晶基板1)と第二GaP層7との格子不整合による歪及び線膨張率の相違により、得られたエピタキシャルウェーハには、成長後の高温から冷却する過程においてGaAs単結晶基板1側が凹面となり第二GaP層7側が凸面となる形で反りを生ずる。この反り量は、第二GaP層7の厚さによっても異なるが、例えば外径が50mm(約2インチ)程度のウェーハで500〜700μmとなる。   As shown in FIG. 5, when the second GaP layer 7 is grown thickly on the AlGaInP light emitting layer portion 24 hetero-grown on the GaAs single crystal substrate 1 by using a hydride vapor phase growth method, the AlGaInP light emitting layer portion 24 (and thus GaAs). Due to the difference in strain and linear expansion coefficient due to lattice mismatch between the single crystal substrate 1) and the second GaP layer 7, the resulting epitaxial wafer has a concave surface on the GaAs single crystal substrate 1 side in the process of cooling from a high temperature after growth. Thus, warpage occurs in a form in which the second GaP layer 7 side becomes a convex surface. The amount of warpage varies depending on the thickness of the second GaP layer 7, but is 500 to 700 μm for a wafer having an outer diameter of about 50 mm (about 2 inches), for example.

図6左に示すように、第二GaP層7内にピットPTが形成されていると、加圧によりウェーハの反りを矯正しつつ研磨やダイシングを行った際に、該ピットPTを基点として割れCKを生じやすい。しかし、本発明の採用により第二GaP層7内にピットPTが形成されていなければ、ウェーハの反りを矯正しつつ研磨やダイシングを行っても割れを生じにくくなる。   As shown on the left of FIG. 6, when the pit PT is formed in the second GaP layer 7, when polishing or dicing is performed while correcting the warp of the wafer by pressurization, the pit PT is used as a base point. CK is likely to occur. However, if the pit PT is not formed in the second GaP layer 7 by adopting the present invention, cracking is less likely to occur even if polishing or dicing is performed while correcting the warpage of the wafer.

図3に示す化合物半導体ウェーハ200を、各層が以下の厚さとなるように形成する。なお、GaAs単結晶基板は、<100>方向を基準方向として、該基準方向に対するオフアングルが約15°に設定された、厚さ280μmのものを用いる。n型AlGaInPクラッド層4、AlGaInP活性層5、p型AlGaInPクラッド層6、第一GaP層7aはMOVPE装置を用いて形成し(有機金属気相成長工程)、GaP低速成長層7cとGaP高速成長層7bとは、ハイドライド気相成長装置を用いて約760℃の水素雰囲気中にて形成し(ハイドライド気相成長工程)、化合物半導体ウェーハ200を得る。GaP高速成長層7bの成長速度は、比較例も含めて10μm/hr〜40μm/hrの種々の値に設定した。他方、GaP低速成長層7cの成長速度は約6μm/hrに固定した。なお、各層の厚さは以下の通りである。
・n型AlGaInPクラッド層4=1μm;
・AlGaInP活性層5=0.6μm(発光波長650nm);
・p型AlGaInPクラッド層6=1μm;
・第一GaP層7a=3μm;
・GaP高速成長層7b=90μm;
・GaP低速成長層7c=40μm;
The compound semiconductor wafer 200 shown in FIG. 3 is formed so that each layer has the following thickness. As the GaAs single crystal substrate, a substrate having a thickness of 280 μm with the <100> direction as the reference direction and an off-angle with respect to the reference direction set to about 15 ° is used. The n-type AlGaInP clad layer 4, the AlGaInP active layer 5, the p-type AlGaInP clad layer 6 and the first GaP layer 7a are formed using a MOVPE apparatus (metal organic vapor phase growth process), and the GaP slow growth layer 7c and the GaP fast growth layer are formed. The layer 7b is formed in a hydrogen atmosphere at about 760 ° C. using a hydride vapor phase growth apparatus (hydride vapor phase growth step) to obtain the compound semiconductor wafer 200. The growth rate of the GaP high-speed growth layer 7b was set to various values of 10 μm / hr to 40 μm / hr including the comparative example. On the other hand, the growth rate of the GaP slow growth layer 7c was fixed at about 6 μm / hr. The thickness of each layer is as follows.
N-type AlGaInP cladding layer 4 = 1 μm;
AlGaInP active layer 5 = 0.6 μm (emission wavelength 650 nm);
P-type AlGaInP cladding layer 6 = 1 μm;
First GaP layer 7a = 3 μm;
GaP high-speed growth layer 7b = 90 μm;
GaP slow growth layer 7c = 40 μm;

各化合物半導体ウェーハは、GaP高速成長層7bを成長し終わった段階で、GaP高速成長層7bの主表面を蛍光灯下で目視観察し、ピットとヒロックの存在状況を確認した。いずれも、視野面積1cmあたりのピット形成数が0個のものを「無し」、1個以上100個未満のものを「小」、100個以上1000個未満のものを「中」、1000個以上のものを「多」として、図7のサセプタ210上の各位置(上流、中流、下流)について個別に評価した。結果を表1及び表2に示す。 In each compound semiconductor wafer, when the GaP high-speed growth layer 7b had been grown, the main surface of the GaP high-speed growth layer 7b was visually observed under a fluorescent lamp to confirm the presence of pits and hillocks. In all cases, the number of pits formed per 1 cm 2 of viewing area is 0, “none”, 1 to less than 100 “small”, 100 to less than 1000 “medium”, 1000 With the above as “many”, each position (upstream, middle stream, downstream) on the susceptor 210 in FIG. 7 was evaluated individually. The results are shown in Tables 1 and 2.

Figure 0005240658
Figure 0005240658

Figure 0005240658
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GaP高速成長層7bの成長速度を25μm/hr以上40μm/hr以下とすることにより、ピットはほとんど形成されなくなり、逆にヒロックは増加していることがわかる。成長速度が低い場合のピット形成は、特に下流側の基板において著しいが、成長速度を25μm/hr以上に設定すれば、下流側の基板についてもピット形成が顕著に抑制されていることがわかる。   It can be seen that when the growth rate of the GaP high-speed growth layer 7b is set to 25 μm / hr or more and 40 μm / hr or less, pits are hardly formed and hillocks are increased. The formation of pits when the growth rate is low is particularly remarkable in the downstream substrate, but it can be seen that if the growth rate is set to 25 μm / hr or more, pit formation is also significantly suppressed in the downstream substrate.

また、各ウェーハは、GaP低速成長層7cを形成後、ラッピング研磨により表層部を約15μm研磨するとともに、研磨中にウェーハに割れが生じたかどうかを目視確認した。なお、各成長速度についてウェーハを120枚ずつ研磨試験に供し、割れていないウェーハの比率を健全率として算出した。その結果を図8に示す。これによると、GaP高速成長層7bの成長速度を25μm/hr以上40μm/hr以下とすることにより、ウェーハの健全率が顕著に上昇し、成長速度を30μm/hrに設定すれば、ピット形成されやすい下流側のウェーハについても、割れが極めて顕著に抑制されていることがわかる。   In addition, after forming the GaP slow growth layer 7c on each wafer, the surface layer portion was polished by about 15 μm by lapping polishing, and it was visually confirmed whether or not the wafer was cracked during polishing. For each growth rate, 120 wafers were subjected to a polishing test, and the ratio of unbroken wafers was calculated as the soundness rate. The result is shown in FIG. According to this, when the growth rate of the GaP high-speed growth layer 7b is set to 25 μm / hr or more and 40 μm / hr or less, the soundness rate of the wafer is remarkably increased, and if the growth rate is set to 30 μm / hr, pits are formed. It can be seen that cracks are also remarkably suppressed in the downstream wafer, which is easy.

本発明の化合物半導体エピタキシャルウェーハの一例を積層構造にて示す模式図。The schematic diagram which shows an example of the compound semiconductor epitaxial wafer of this invention by a laminated structure. 本発明の化合物半導体ウェーハの製造工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the manufacturing process of the compound semiconductor wafer of this invention. 図2に続く説明図。Explanatory drawing following FIG. 図3に続く説明図。Explanatory drawing following FIG. 化合物半導体エピタキシャルウェーハにそりが発生する様子を示す模式図。The schematic diagram which shows a mode that a curvature generate | occur | produces in a compound semiconductor epitaxial wafer. ピットがウェーハの割れ発生要因となる様子を説明する図。The figure explaining a mode that a pit becomes a crack generating factor of a wafer. HVPE装置の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of an HVPE apparatus. GaP高速成長層の成長速度とウェーハ割れとの関係を調べた実験結果を示すグラフ。The graph which shows the experimental result which investigated the relationship between the growth rate of a GaP high-speed growth layer, and a wafer crack.

符号の説明Explanation of symbols

1 GaAs単結晶基板(成長用基板)
4 n型クラッド層
5 活性層
6 p型クラッド層
7a 第一GaP層
7 第二GaP層
7b GaP高速成長層
7c GaP低速成長層
100 化合物半導体エピタキシャルウェーハ
200 発光素子
1 GaAs single crystal substrate (growth substrate)
4 n-type cladding layer 5 active layer 6 p-type cladding layer 7a first GaP layer 7 second GaP layer 7b GaP high-speed growth layer 7c GaP low-speed growth layer 100 compound semiconductor epitaxial wafer 200 light emitting device

Claims (15)

<100>方向を基準方向として、該基準方向からのオフアングルが10゜以上20゜以下の主軸を有するGaAs単結晶基板上に、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と、第一GaP層とをこの順序にて形成する有機金属気相成長工程と、前記第一GaP層上に第二GaP層を形成するハイドライド気相成長工程とを有し、
前記第二GaP層を、前記発光層部に近い側に位置するGaP高速成長層と該GaP高速成長層に続くGaP低速成長層とを有するものとして、前記GaP高速成長層を第一成長速度により、前記GaP低速成長層を前記第一成長速度よりも低い第二成長速度により、それぞれ成長し、
前記第一成長速度が、前記GaP高速成長層の表面にピットが発生しない程度の高速に設定されている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。
(AlxGa1-x) yIn1- containing two or more group III elements on a GaAs single crystal substrate having a main axis with a <100> direction as a reference direction and an off-angle from the reference direction of 10 ° to 20 °. a metal organic vapor phase growth step of forming a light emitting layer portion composed of yP (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 <y ≦ 1) and a first GaP layer in this order, and the first GaP A hydride vapor phase growth step of forming a second GaP layer on the layer,
The second GaP layer has a GaP high-speed growth layer positioned on the side close to the light emitting layer portion and a GaP low-speed growth layer following the GaP high-speed growth layer, and the GaP high-speed growth layer is formed at a first growth rate. Each of the GaP slow growth layers is grown at a second growth rate lower than the first growth rate ,
It said first growth rate, production method of a compound semiconductor epitaxial wafer pit on the surface of the GaP high-rate growth layer is characterized that you have been set to a high speed so as not to occur.
前記GaAs単結晶基板の厚さが250μm以上350μm以下であり、前記第一GaP層と前記第二GaP層との合計厚さが100μm以上250μm以下である請求項1記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。   2. The compound semiconductor epitaxial wafer according to claim 1, wherein the thickness of the GaAs single crystal substrate is 250 μm or more and 350 μm or less, and the total thickness of the first GaP layer and the second GaP layer is 100 μm or more and 250 μm or less. Method. 前記GaP高速成長層を50μm以上の厚さに成長することを特徴とする請求項2に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。   The method of manufacturing a compound semiconductor epitaxial wafer according to claim 2, wherein the GaP high-speed growth layer is grown to a thickness of 50 µm or more. 前記GaP低速成長層の厚さが5μm以上49μm以下である請求項2又は請求項3に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。   4. The method for producing a compound semiconductor epitaxial wafer according to claim 2, wherein the GaP slow growth layer has a thickness of 5 μm or more and 49 μm or less. 5. 前記第一成長速度が、前記GaP低速成長層の表面に高さ5μm以上20μm以下にてヒロックが残留する程度の高速に設定されている請求項1ないし請求項のいずれか1項に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。 Said first growth rate, according to any one of the GaP low-rate growth layer surface to a height 5μm or 20μm claims 1 to 4 is set so fast hillocks remaining in the following A method of manufacturing a compound semiconductor epitaxial wafer. 前記第一成長速度が25μm/hr以上40μm/hr以下に設定される請求項1ないし請求項のいずれか1項に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。 The method for producing a compound semiconductor epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 5 , wherein the first growth rate is set to 25 µm / hr or more and 40 µm / hr or less. 前記第二成長速度が、前記第一成長速度の1/5以上1/2以下に設定される請求項1ないし請求項のいずれか1項に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。 It said second growth rate, production method of the compound semiconductor epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 6 is set to be 1/5 to 1/2 of the first growth rate. 前記GaP低速成長層の表面に形成されたヒロックを研磨加工により除去する請求項1ないし請求項のいずれか1項に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。 The manufacturing method of the compound semiconductor epitaxial wafer of any one of Claim 1 thru | or 7 which removes the hillock formed in the surface of the said GaP slow growth layer by grinding | polishing process. 前記第二GaP層の厚さを目標厚さより10μm以上30μm以下の範囲で厚く成長し、前記研磨加工により前記目標厚さとする請求項記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。 9. The method of manufacturing a compound semiconductor epitaxial wafer according to claim 8 , wherein the thickness of the second GaP layer is grown to be thicker than the target thickness in a range of 10 [mu] m to 30 [mu] m, and the target thickness is obtained by the polishing process. <100>方向を基準方向として、該基準方向からのオフアングルが10゜以上20゜以下の主軸を有するGaAs単結晶基板上に、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と、第一GaP層とがこの順序にて有機金属気相成長法により形成され、前記第一GaP層上に第二GaP層がハイドライド気相成長法により形成され、さらに、前記第二GaP層が、前記発光層部に近い側に位置するGaP高速成長層と該GaP高速成長層に続くGaP低速成長層とからなり、
前記GaP高速成長層にピットが形成されていない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。
(AlxGa1-x) yIn1- containing two or more group III elements on a GaAs single crystal substrate having a main axis with a <100> direction as a reference direction and an off-angle from the reference direction of 10 ° to 20 °. A light emitting layer portion composed of yP (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 <y ≦ 1) and a first GaP layer are formed in this order by metal organic vapor phase epitaxy, and the first GaP A second GaP layer is formed on the layer by hydride vapor phase epitaxy, and the second GaP layer is a GaP high-speed growth layer located on the side close to the light emitting layer portion and a GaP low-speed growth layer following the GaP high-speed growth layer. Ri Do from the growth layer,
A compound semiconductor epitaxial wafer characterized in that pits are not formed in the GaP high-speed growth layer .
前記GaAs単結晶基板の厚さが250μm以上350μm以下であり、前記第一GaP層と前記第二GaP層との合計厚さが100μm以上250μm以下である請求項1記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハ。 Wherein not more than 350μm thickness 250μm or more GaAs single crystal substrate, said compound semiconductor epitaxial wafer according to claim 1 0, wherein the total thickness of the first GaP layer and the second GaP layer is 100μm or more 250μm or less. 前記GaP高速成長層の厚さが50μm以上であることを特徴とする請求項1又は請求項1に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハ。 Compound semiconductor epitaxial wafer according to claim 1 0 or claim 1 1, wherein the thickness of the GaP high-rate growth layer is 50μm or more. 前記GaP低速成長層の厚さが5μm以上49μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハ。 Compound semiconductor epitaxial wafer according to claim 1 2, wherein the thickness of the GaP low-rate growth layer is 5μm or more 49μm or less. 前記GaP低速成長層の表面が研磨面とされている請求項1ないし請求項1のいずれか1項に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハ。 The compound semiconductor epitaxial wafer according to any one of GaP low-rate growth layer surface polished surface and has been has claim 1 0 to claims 1 to 3. 請求項1ないし請求項1のいずれか1項に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハに電極形成しダイシングすることにより製造され、GaAs単結晶基板上に、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)にて構成される有機金属気相成長法により形成された発光層部と、有機金属気相成長法により形成された第一GaP層と、ハイドライド気相成長法により形成された第二GaP層とがこの順に積層され、さらに、前記第二GaP層が、前記発光層部に近い側に位置するGaP高速成長層と該GaP高速成長層に続くGaP低速成長層とからなることを特徴とする発光素子。 Produced by compound semiconductor epitaxial wafer electrode formed on the dicing according to any one of claims 1 0 to Claim 1 4, the GaAs single crystal substrate, comprising two or more Group III elements (AlxGa1 -X) A light emitting layer portion formed by metal organic vapor phase epitaxy composed of yIn1-yP (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 <y ≦ 1), and formed by metal organic vapor phase epitaxy. The first GaP layer and the second GaP layer formed by the hydride vapor phase growth method are stacked in this order, and the second GaP layer is located on the side closer to the light emitting layer portion. And a GaP slow growth layer following the GaP fast growth layer.
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