JPH05343740A - りん化ひ化ガリウムエピタキシャルウエハ - Google Patents

りん化ひ化ガリウムエピタキシャルウエハ

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JPH05343740A JP14972692A JP14972692A JPH05343740A JP H05343740 A JPH05343740 A JP H05343740A JP 14972692 A JP14972692 A JP 14972692A JP 14972692 A JP14972692 A JP 14972692A JP H05343740 A JPH05343740 A JP H05343740A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】発光ダイオード等の素子製造の際のウエハの割
れの少ないりん化ひ化ガリウムエピタキシャルウエハを
提供することである。 【構成】所望の混晶率を有するりん化ひ化ガリウム混晶
率一定層中に混晶率の段差を設けることによって、りん
化ひ化ガリウムエピタキシャルウエハに残留する応力を
緩和する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内部応力による割れを
防止したりん化ひ化ガリウム(本明細書においては、G
aAs1-X x 、1>x>0.5であるものをいう。ま
た、混晶率は、xの値をいう。)エピタキシャルウエハ
に関する。
【0002】
【従来の技術】りん化ガリウム基板上にりん化ひ化ガリ
ウム混晶層をエピタキシャル成長法によって形成したり
ん化ひ化ガリウムエピタキシャルウエハは、主として赤
色から黄緑色の範囲の可視光の発光ダイオードの製造に
用いられる。かかるエピタキシャルウエハにおいては、
基板とエピタキシャル層の結晶の格子定数が異なるた
め、りん化ガリウム単結晶基板に直接所望のりん化ひ化
ガリウム混晶層を形成すると格子定数の差に起因する歪
が発生して、その結果、転位の増加、割れ等が生じる。
【0003】そこで、従来りん化ガリウム単結晶基板上
に、混晶率xが、1から所望の値まで変化する混晶率変
化層を形成して、その後所望の混晶率を有する混晶率一
定層を形成することによって、この歪を緩和していた。
このような技術による場合も、得られたエピタキシャル
ウエハが、湾曲するという問題があったので、本出願人
の出願にかかる特開平3−201575号公報記載のよ
うに混晶率の「オーバーシュート」を形成して上記ウエ
ハの湾曲を防止していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな「オーバーシュート」を形成してウエハの湾曲を防
止する技術によっても、なおエピタキシャルウエハの内
部に応力が残留して、ウエハの割れの原因となってい
た。割れ易いウエハを用いると発光ダイオードの製造工
程における収率が低下して問題となっていた。これは、
基板とりん化ひ化ガリウム混晶との間の格子定数に差が
あることにもよるが、特に両者の間の熱膨張係数の差に
より600℃から1000℃の高温で気相エピタキシャ
ル成長させた後常温に冷却する際に歪が生じて、エピタ
キシャルウエハ内に応力が残留するからである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、発光ダイ
オードの製造工程における割れの少ないりん化ひ化ガリ
ウムエピタキシャルウエハを提供することを目的として
鋭意研究を重ねた結果、本発明に到達したものである。
本発明の上記の目的は、りん化ガリウム単結晶基板上に
りん化ひ化ガリウム混晶率変化層及びりん化ひ化ガリウ
ム混晶率一定層をこの順に形成したりん化ひ化ガリウム
エピタキシャルウエハにおいて、上記りん化ひ化ガリウ
ム混晶率一定層中に、基板側の混晶率よりも表面側の混
晶率が0.01〜0.05低くなるように混晶率の段差
を形成したウエハにより達せられる。
【0006】本発明のエピタキシャルウエハを図1に基
づいて説明する。図1は、本発明のエピタキシャルウエ
ハの一例の縦断面模型図である。1は、単結晶基板であ
る。単結晶基板としては、りん化ガリウム単結晶基板
が、発光ダイオードから放射される光の吸収が少ないの
で適当である。基板表面の面方位は、{100}面また
は{100}面から2〜10°<110>方向に傾いた
ものが好ましい。
【0007】2は、りん化ガリウムエピタキシャル層で
ある。本エピタキシャル層は必須ではないが、この層が
あるとりん化ひ化ガリウム混晶層基板に対する結晶性の
影響を取り除くことができる。従って、結晶性の良好な
りん化ひ化ガリウム混晶層を成長させることができる。
3は、りん化ひ化ガリウム混晶率変化層である。層3
は、りん化ガリウム、すなわち、混晶率x=1から所望
の混晶率まで連続的に変化させた層である。層3は、り
ん化ガリウム単結晶基板1とりん化ひ化ガリウム混晶率
一定層4の間の格子定数の差に基づく応力の発生を緩和
して、転位等の発生を避けるために設けられる。
【0008】4及び5は、りん化ひ化ガリウム混晶率一
定層である、りん化ひ化ガリウム混晶率一定層の混晶率
は、1>x>0.5の範囲で選択される。xが、0.5
未満では、基板に用いられるりん化ガリウムとの格子定
数の差が大となりすぎるので好ましくない。5は、混晶
率一定層4に対して混晶率の段差を有する混晶率一定層
である。層5内にpn接合を設ける。また、本発明のり
ん化ひ化ガリウムは、いわゆる間接遷移型であるので、
アイソエレクトロニック不純物として、窒素をドープし
て、量子効率を向上させる。
【0009】混晶率の段差は、基板側よりもエピタキシ
ャル層表面側が混晶率が小さくなるように形成するのが
好ましい。すなわち、層4の混晶率よりも層5の混晶率
を小さくする。混晶率の差は、0.01〜0.05の範
囲が好ましい。0.05を超えると基板のそりが大とな
るので好ましくない。また、0.01未満であると、エ
ピタキシャルウエハ中に歪が残留するのでLED製造工
程でのウエハの割れが増加するので好ましくない。
【0010】層4と5の界面の混晶率の段差は、所望の
混晶率の差を、好ましくは、厚さ10μm以内、さらに
好ましくは、厚さ5μm以内、最も好ましくは階段状に
変化させるのがよい。りん化ひ化ガリウム混晶層の成長
方法としては、気相成長法が好ましい。気相成長法とし
ては、ハロゲン輸送法、有機金属化学蒸着法(MOCVD
法)、分子線エピタキシー法等が用いられる。混晶率の
段差は、気相成長法等によりエピタキシャル成長させる
際にりん及び/またはひ素成分の供給量を調整すること
により行う。
【0011】
【発明の効果】本発明のエピタキシャルウエハは、基板
とは、格子定数及び熱膨張係数の異なるりん化ひ化ガリ
ウム混晶層を形成しても、内部歪が少なく、発光ダイオ
ードの製造工程でのウエハの割れを著しく減少させるこ
とができるので産業上の利用価値は大である。
【0012】
【実施例】本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説
明する。 実施例1 [GaAs0.450.55エピタキシャルウエハの製造]基
板として硫黄を4×1016/cm-3ドープしたりん化ガリ
ウム単結晶基板を用いた。この基板を横型エピタキシャ
ルリアクター内に設置した。基板は、直径が、50mm、
また、面方位は、{100}面から<110>方向へ、
6°偏位した面であった。
【0013】また、高純度ガリウムを収容した石英ボー
トをリアクターの所定の場所に設置した。リアクターに
アルゴンガスを導入して、空気を十分置換した後、キャ
リアガスとして、水素を3000ml/分の流量で導入
し、かつ、アルゴンガスの供給を停止した。続いて、昇
温を開始した。基板設置部の温度が930℃、ガリウム
を収容した石英ボート設置部の温度が830℃になった
のを確認した後、気相成長用ガスを以下のように導入し
て、りん化ガリウム層(図1の層2)の気相エピタキシ
ャル成長を開始した。
【0014】n型不純物として、硫化水素を10ppm 含
有する水素を6.2ml/分の流量でリアクターに導入し
た。高純度塩化水素ガスを91ml/分の流量でガリウム
を収容したボート設置領域に導入した。ホスフィン(P
3 )を10%含有する水素を166ml/分リアクター
に導入した。
【0015】上記りん化ガリウム層を10分間成長させ
た後、次のように、りん化ひ化ガリウム混晶率変化層
(図1の層3)の成長を開始した。即ち、基板設置部の
温度を930℃から850℃まで、冷却速度1.3℃/
分で冷却しながら、アルシン(AsH3 )を10%含有
する水素を流量0ml/分から122ml/分まで一定の割
合で増加させながら供給した。他の条件は、変化させな
かった。続いて、アルシンの流量及び基板設置部の温度
を一定に保持したまま、15分間混晶率一定層(図1の
層4)の成長を行った。
【0016】次にアルシンの流量を2分間で122ml/
分から136ml/分に変化させて段差を形成した後、条
件を変化させずに78分間混晶率一定層(図1の層5)
を成長させた。混晶率一定層5の成長の最後の60分間
は、アイソエレクトロニック・トラップとして、窒素を
ドープするために、高純度アンモニアガスを239ml/
分の流量でリアクターに導入した。得られたエピタキシ
ャルウエハの表面には、突起物の生成もなく、きわめて
良好であった。また、層5のキャリア濃度は、1.2×
1016cm-3であった。
【0017】[発光ダイオードの製造]得られたエピタ
キシャルウエハを用いて、発光ダイオードを製造した。
発光ダイオードの製造は、エピタキシャルウエハの裏面
(基板側)を研磨した後p型不純物として亜鉛を拡散さ
せた。続いて、電極形成、ダイシング、ワイヤーボンデ
ィング等の各工程を実施して、500μm角の発光ダイ
オードチップを製造した。得られた発光ダイオードの尖
頭発光波長は、650nm±2.0nm、また、輝度は、5
130FtL(電流密度:20A/cm2)であった。
【0018】実施例2、3、比較例1〜4 表1に記載の条件以外は、実施例1と同様にしてGaA
0.450.55エピタキシャルウエハを製造した。
【0019】
【表1】
【0020】各実施例及び比較例で得られたエピタキシ
ャルウエハのキャリア濃度、各層厚、混晶率の段差につ
いては、表2に示した。
【0021】
【表2】
【0022】発光ダイオード製造工程におけるウエハの
割れ発生率については、表3及び図2に示した。割れ発
生率は、各実施例及び比較例で得られたエピタキシャル
ウエハ100枚について測定した。
【0023】
【表3】
【0024】図2は、発光ダイオードの製造工程におけ
るウエハの割れの発生率と混晶率の段差との関係を示し
たものである。図2の縦軸は、割れの発生率を示し、横
軸は、混晶率の段差を示す。図2から明らかなとおり、
本発明のエピタキシャルウエハは、割れの発生率は6%
を超えない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のエピタキシャルウエハの一例の縦断面
模型図。
【図2】発光ダイオードの製造工程におけるウエハの割
れの発生率と混晶率の段差との関係の説明図。
【符号の説明】
1 基板 2 りん化ガリウムエピタキシャル層 3 りん化ひ化ガリウム混晶率変化層 4 りん化ひ化ガリウム混晶率一定層 5 混晶率の段差を有するりん化ひ化ガリウム混晶率一
定層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 りん化ガリウム単結晶基板上にりん化ひ
    化ガリウム混晶率変化層及びりん化ひ化ガリウム混晶率
    一定層をこの順に形成したりん化ひ化ガリウムエピタキ
    シャルウエハにおいて、上記りん化ひ化ガリウム混晶率
    一定層中に、基板側の混晶率よりも表面側の混晶率が
    0.01〜0.05低くなるように混晶率の段差を形成
    したことを特徴とするウエハ。
JP14972692A 1992-06-09 1992-06-09 りん化ひ化ガリウムエピタキシャルウエハ Expired - Lifetime JP3111644B2 (ja)

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