JPH01120031A - エピタキシャルウエーハの異常層検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ｐｎ接合を有する化合物半導体発光ダイオー
ド用エピタキシャルウェーハの異常層を容易かつ正確に
検出する方法に関する。

（従来の技術とその問題点） 一般に化合物半導体発光ダイオード用エピタキシャルウ
ェーハは、ＬＥＣ法で作られた単結晶を円板状にスライ
スして得た単結晶基板上に、基板と同一物質かまたはこ
れに他元素を組合せた混晶を気相あるいは液相でエピタ
キシャル成長させて作られる。

たとえばＧａＰのＬＥＣ法単結晶基板上にＧａＰを液相
エピタキシャル成長させる場合には（Ｔａｔｓｕｏ　Ｂ
ａｐｐｕ　ｅｔ　ａｌ；Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎ
ａｌ　ｏｆ　Ａｐ−ｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ、Ｖｏ
ｌ、１１．Ｎｏ、９．ｐ、１３３８．Ｓｅｐｔｅｍｂａ
ｒ。

１９７２参照）、エピタキシャル層は水平の２ゾ一ン方
式加熱炉内で下記条件にしたがってガリウム溶液から成
長させられる。すなわち。

■酸素を除くため、加熱炉内を高純度水素ガス（９９，
９９９９％純度）で完全に置換する。

■ドナーまたはアクセプターのドーパントは、加熱炉の
サブゾーンで加熱され、雰囲気ガスとしての高純度水素
気流で希釈されてガリウム溶液へ供給される。

■窒素ドープは雰囲気ガス中にＮＨ，を０．１％加えて
行なわれる。

■液相エピタキシャル成長はグラファイトボートを用い
て行なわれる。

気相エピタキシャル成長は、ＧａＰまたはＧａＡｓのＬ
ＥＣ法単結晶基板を反応室内に入れ、Ｇａのハロゲン化
物、ＰＨ３及びＡ　ｓ　Ｈｚを水素気流に適当な割合で
混合した雰囲気下で、約８５０℃に加熱し、Ｇａ、Ａｓ
、Ｐを反応沈積させて、混晶ＧａＡ　ｓ　Ｈ−エＰ工の
気相エピタキシャル成長層を得る。

この場合は３成分であるが１発光ダイオードを作る場合
はＡｓとＰ原子の構成比が重要である。

ｐｎ接合は、混晶形成の際に適当な不純物を同時に沈積
させて作るが、窒素ドープは雰囲気ガスに微量のＮＨ，
を混ぜて行なう。

一般に化合物半導体発光ダイオードの発光領域形成は、
以上のような液相法または気相法によるエピタキシャル
単結晶成長でなされるが、その過程でＰ型またはｎ型不
純物が成長単結晶のなかに組込まれたり、あるいはいず
れかの導電型でエピタキシャル成長させた後、熱拡散に
よって反対導電型の不純物原子を浸透させてｐｎ接合が
作られる。

このような従来法によって作られた発光ダイオードの発
光特性を測定すると、ｐｎ接合面近辺に高抵抗の異常層
が発生し、発光ダイオードの平均発光効率に対し、±１
００％以上にわたる不均一性を示したり、また電圧、電
流特性に異常を生じ、順方向の電圧降下が異常に大きく
なったり、あるいはいわゆるサイリスター現象が発生し
たりすることがある。

発光ダイオードにおける発光の励起は、ｐｎ接合に順方
向電流を流し少数キャリヤを注入して行なわれるが、上
記の異常現象を詳細に調べた結果、たとえばｎ型基板に
ｎ型のエピタキシャル層を成長させる際、その成長界面
に意図しないｐ型不純物による汚染があり、このために
制御されないｐｎ接合が不規則に発生したり、またエピ
タキシャル成長時または成長後に常法にしたがって形成
されるｐｎ接合表面に、望ましくないｎ型層の形成がみ
られることが判った。

ＧａＰ基板上にＧａＰを液相エピタキシャル成長させる
際は、材料がグラファイトであるボートを用いると、ア
クセプターの炭素がエピタキシャル成長層に混入し、こ
れがｐ型反転を起し、ｐｎ異常層を発生させることがあ
る。グラファイトボートを用いず、石英ボートを用いた
場合にも、たとえばＬＥＣ法で作られた単結晶基板内の
ｐ型不純物によってｐｎ異常層が発生し得る。

ｐｎ異常層の発生箇所は、多くの場合基板とエピタキシ
ャル成長層との界面近傍であるが、この場合のエピタキ
シャルウェーハの深さ方向のドーパント濃度プロファイ
ルを模式的に示すと第４図のとおりである。さらにきわ
めて稀ではあるが。

内部にかかるｐｎ異常層がなくエピタキシャル成長層表
面にのみｎ層が発生しｎｐｎ構造の異常層を生じること
がある。たとえばｐ型ドーパントとしてＺｎを用い、ｎ
型ドーパントとしてＴａを用いた場合には、偏析により
、エピタキシャル層中のＴｅ濃度は、成長の進行ととも
に増大すなわちエピタキシャル層表面で最大濃度になる
ので、意図しないｐｎ層が形成されることがある。この
ような場合におけるエピタキシャルウェーハの深さ方向
ドーパント分布プロファイルを模式的に第５図に示す。

以上発光ダイオードのｐｎ異常層を主としてＧａＰの場
合で説明したが、化合物半導体単結晶として■−ｖ族及
び■−■族など、また混晶系の発光ダイオード及びレー
ザーにおいても同様の技術的問題が未解決の状態にある
。

また上記説明で自明なように、かかる問題は必ずしも液
相エピタキシャル法に限定されず、気相エピタキシャル
法においてもしばしばおこるものである。

このような制御されない基板表面近傍のエピタキシャル
層またはｐｎ接合面近傍の好ましくないｐｎ異常層は、
従来製造工程途中では検出せず、最終工程まで発光ダイ
オードの製造を進め、製品化したチップの光学的および
／または電気的最終検査で検出していたが、この方法は
最終製造工程まで進めるため製造コストを高め、生産能
率を低下させ非経済的である。

これに対しく１）選択エツチングしたエピタキシャルウ
ェーハの臂開面の顕＊＊ａ察、（２）つエーハ面の適当
な箇所に両足深さの環状切込みを施し、切込み内のウェ
ーハ面に探針を接触し、光学的および／または電気的に
検査を行う方法（特公昭５８−４０３３６号公報参照）
等が行われてきたが、これらもつぎの理由で必ずしも満
足すべきものではない、すなわち、（１）は断面の情報
を得るものであって、二次元的な異常層の広がりを確認
することはできず、さらに破壊検査法であるから、たと
えこの方法で異常層のないことを確認しても、この部分
は製品にできない、（２）は上記環状切込み近傍の異常
層を知ることはできるが、ウェーハ全面にわたって非破
壊的に検出することはできない。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、かかる従来方法の不利、欠点に鑑み。

非破壊で正確かつ容易にウェーハの異常層を判別検出す
る方法を提供するもので、これはｐｎ接合を有する化合
物半導体発光ダイオード用エピタキシャルウェーハのエ
ピタキシャル層側表面に触針を接触して反対面に向かっ
て順方向電圧を印加し、生じた発光領域分布を観察しお
よび／または順方向電圧電流特性を測定することを特徴
とするエピタキシャルウェーハの異常層検出方法である
。

（作用効果ならびに実施例） 以下に本発明を、−例を示す図面によって詳細に説明す
る。

第１図（ａ）、（ｂ）に示すように、２層１を上にｎ層
２を下にし１発光ダイオード用液試験ウエーハユを導電
性ステージ４の上に載せ、触針５を２層１の上面に接触
させ、電源６によってｎ層２の方向に所定の順方向電流
を流すと、触針直下に一定形状の発光領域７を生じ、触
針と導電性ステージ間に接続した電圧計８がｐｎ接合間
に加わる電圧を示す、この発光領域の分布形状と、ｐｎ
接合間に加わる電圧によって異常層が検出される。

すなわち触針の下に内部異常層がなければ、第１図に示
すように、７０ｍＡの順電流を流したとき触針直下に小
円板状の発光領域７を生じ、ｐｎ接合間の電圧も１５Ｖ
以下である。

しかしながら、゛内部異常層１０（ｐ現反転層または高
抵抗層）が触針下部に存在して、サイリスタ構造あるい
は高抵抗層を形成している場合は電流が流れ難く、第２
図（ａ）、（ｂ）に示すように、触針直下は発光せず、
これを縁どる形で異常層周辺にリング状の発光領域１１
が現れる。これは容易に目視でＩ！察できるので、内部
の異常層の有無およびその存在領域の確認は容易である
。またこのときの触針と導電性ステージ間の電圧は、導
電性ステージの材質およびこれとウェーハとの電気的接
触の程度で変わるが１通常は３０〜６０Ｖ程度である。

この値から、上記二つの理由による電圧増加部分を除い
た電圧印加部のウェーハにおける高抵抗層と望ましくな
いｐ現反転層の存在による電圧増加部分とを識別するこ
とは、実際の生産工程のなかでいちじるしく困難であり
、したがって電圧値のみでこれら異常層を判定すること
は不可能である。このような理由で電流のまわり込みに
よる発光領域の異常に注目して、抵抗層の望ましくない
ｐ現反転層の検出には、電流のまわり込みによる発光領
域異常に注目するのがよい。

つぎに、第３図に示すように、２層１表面の触針５の接
触点に表面反転（ｎ型への反転）あるいはｎ型への反転
にはいたらない高抵抗による表面異常層１２が存在する
ときは、電流はきわめて流れ難く、触針と導電性ステー
ジ間に加わる電圧を２０Ｖ以上として漸＜１０ｍＡの電
流が流れる。この場合発光は触針の直下に限られ１発光
領域は広がらない、この種の異常は定電流を流したとき
の電圧値の異常な高さに注目することで検出できる。し
たがって、ウェーハに所定の順方向電流（１０ｍＡまた
は７０ｍＡ）を流してｐｎ接合間の電圧が規定値でない
場合、異常を知らせる警告ランプを作動させるようにす
ると、多量生産の場合でも容易に異常層を有するウェー
ハを検出することができる。

なお、特に液相エピタキシャルの場合には、第６図に示
すように１周辺部に周辺異常成長層（通称クラウン）が
発生する。この場合順方向電流を流すと、周辺部への電
流のまわり込みが起きるので、図上の破線部より、外側
すなわち周辺から０．５膿の部分は、正常な検査を行な
うためにカットしなければならない、気相成長エピタキ
シャルウェーハでも、同様の現象がみられる場合、周辺
部を事前にカットすることは言うまでもない。

（発明の効果） 以上のように本発明の方法は、発光ダイオード用ウェー
ハを導電性ステージに載せ、ウェーハの表面に接触させ
た触針から順方向電流を流し、発光領域分布および／ま
たはｐｍ間に加わる電圧によって、内部あるいは表面異
常層を非破壊的に正確かつ容易に検出できるもので、産
業上きわめて価値の高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による異常層の検出方法のうち異常層の
ない場合で、（ａ）は導電性ステージに載せた被検出ウ
ェーハの斜視図を、（ｂ）は触針を通る拡大縦断面図を
、第２図は本発明による異常層の検出方法のうち内部異
常層のある場合で、（ａ）は被検出ウェーハの斜視図を
、（ｂ）は触針を通る拡大縦断面図を、第３図は本発明
による検出方法のうち表面異常層のある場合の触針をと
おる縦断面図を、第４図は異常層が内部（基板近傍）に
ある場合、第５図は異常層が表面にある場合のエピタキ
シャルウェーハ成長層深さ方向のドーパント濃度プロフ
ァイルをそれぞれ示す模式図を、第６図はウェーハのエ
ピタキシャル成長直後に生じる周辺異常成長層の説明図
を示す。 １・・・ｐｍ、　　　　　　　　２・・・ｎＪｌ、ｌ・
・・被試験ウェーハ、　４・・・導電性ステージ、５・
・・触針、　　　　　　　６・・・電源。 ７・・・発光領域、　　　　８・・・電圧計、９・・・
電流、　　　　　　ｌＯ・・・内部異常層。 １１・・・リング状の発光領域、 １２・・・表面異常層。 第１図 第６図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ｐｎ接合を有する化合物半導体発光ダイオード用エピ
   タキシャルウェーハのエピタキシャル層側表面に触針を
   接触して反対面に向かって順方向電圧を印加し、生じた
   発光領域分布を観察しおよび／または順方向電圧電流特
   性を測定することを特徴とするエピタキシャルウェーハ
   の異常層検出方法。