JPH0636438B2 - GaAlAsエピタキシヤルウエハ− - Google Patents

GaAlAsエピタキシヤルウエハ−

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JPH0636438B2
JPH0636438B2 JP14934787A JP14934787A JPH0636438B2 JP H0636438 B2 JPH0636438 B2 JP H0636438B2 JP 14934787 A JP14934787 A JP 14934787A JP 14934787 A JP14934787 A JP 14934787A JP H0636438 B2 JPH0636438 B2 JP H0636438B2
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哲朗 加藤
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はGaAlAsエピタキシャルウェハーに関し、特に液
相エピタキシャル成長工程において、基板ウェハーとし
て適用する場合に、エピタキシャル成長の生産歩留並び
に品質向上に寄与できるエピタキシャルウェハーの構造
に関する。
〔従来の技術〕
現在、主として民生分野においてGaAlAsを用いた高出力
(高輝度)かつ高速のダブルヘテロLEDが市販され始
めている。このLEDは第7図に示すP型GaAs基板7上
にP型GaAlAs層9およびN型GaAlAs層10を成長させた
従来のウェハーを用いたシングルヘテロLEDに比較す
ると、その構造上当然のことながら出力及び応答速度の
点においてはるかに優れていることは明らかである。し
かしながら、生産する側からみれば、特にエピタキシャ
ル成長工程に於いて成長技術的に後に詳述するような困
難を伴なう。
この種のダブルヘテロLEDエピタキシャルウェハーの
特徴は第4図に示されているように活性層5内に発生し
た光を有効に上面より引き出す為に、後に除去されるP
型GaAs基板3上に発光波長に対して充分な透過率が得ら
れる高AlAs混晶比を有する厚膜のP型Ga1-xAlxAsエピタ
キシャル層1が通常液相成長法により形成される。次に
このP型Ga1-xAlxAs層1にやはり液相成長法によりP型
Ga1-yAlyAsクラッド層4,アンドープ(又はP型)Ga1-
zAlzAs活性層5,及びN型Ga1-vAlvAsクラッド層6が順
次形成されるわけであるが、このときの形成方法として
は、前記厚膜P型Ga1-xAlxAs層1を形成後、一旦ウェハ
ーを成長炉外へ取り出し、改めて前述のダブルヘテロエ
ピタキシャル成長をする方法と厚膜P型Ga1-xAlxAs層1
を形成後連続してダブルヘテロエピタキシャル成長する
方法が考えられる。
しかしながら、通常の徐冷液相エピタキシャル成長法を
適用した場合、前記のP型Ga1-xAlxAs層1が通常〜150
μm以上であることと、成長処理枚数の大型化を考慮す
ると、後者は実用的にはかなり困難であるといえる。従
って成長方式としては基本的には前者の方法を用いるこ
とが生産性の点からみて望ましい(例えばアプライド・
フィジックス・レターズ43巻11号1034頁〜1036頁参
照)。
〔発明が解決しようとする問題点) 上述した従来のGaAlAs液相成長法を用いてエピタキシャ
ル成長層を得る場合には以下に示すように、厚膜エピタ
キシャル表面に起因する技術的課題を残している。即
ち、例えば発光中心波長(λp)が660ηmの赤色GaAlA
sダブルヘテロLEDエピタキシャルウェハーを成長す
る場合、厚膜Ga1-xAlxAsエピタキシャル層1におけるAl
As混晶比xはその透過率を考慮すると0.40以上が必要
となる。従ってこの厚膜Ga1-xAlxAsエピタキシャル層1
を成長後、前述したように一旦成長炉外へ取り出し、適
当な前処理を施した後、(この時通常P型GaAs基板3を
除去する)再びダブルヘテロエピタキシャル層を形成す
る為に成長炉内へ他の成長材料と共にチャージする。こ
の後、必要な真空排気を行なった後成長炉を昇温するわ
けであるが、このときに昇温前の成長炉内の排気を充分
行なった場合においてさえ、昇温中に成長ボート又は炉
芯管内壁等に吸着していた酸素(及び水分)がはき出さ
れ、前述した高AlAs混晶比の厚膜Ga1-xAlxAsエピタキシ
ャル層1の表面がAlの高い活性の為に容易に酸化される
という事態を招くことになる。この場合、酸化された厚
膜Ga1-xAlxAsエピタキシャル層1上へのGa溶液のぬれは
極めて悪い為に、ダブルヘテロの液相エピタキシャル成
長層が例えば島状にのみ形成されるという結果となる。
このため、通常P型Ga1-yGlyAsクラッド層4を形成する
ときのGa成長溶液は、そのAl,Asの溶質に対し、熱平衡
組成よりも仕込量を小さくすることにより、未飽和状態
として前述の厚膜Ga1-xAlxAs層1に接したときにおいて
このエピタキシャル層表面をメルトバックすることによ
り対処するが、表面が酸化されたGa1-xAlxAsエピタキシ
ャル層に対しては均一にメルトバックすること自体が困
難であり、抜本的な対策とはなり得ない。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の目的は前述した従来の厚膜Ga1-xAlxAsエピタキ
シャル層上への液相成長法の困難さに鑑みなされたもの
で、従来の厚膜エピタキシャル層を使用した場合に比
し、生産性並びに品質の向上の面で極立って優れた結果
を得ることができる。GaAlAsエピタキシャルウェハー構
造を提供するものである。
本発明のGaAlAsエピタキシャルウェハーは100μm以上
の厚さを有するGa1-xAlxAs(0.1<x≦1)結晶の一主面
上に0.05〜100μmの厚さを有するGa1-uAluAs(0≦x<
0.1)結晶が隣接して存在する構造を有するものであ
る。
すなわち、従来のGaAlAs液相エピタキシャル成長法にお
いてはダブルヘテロの液相成長に用いられる基板は、表
面において高AlAs混晶比を有する厚膜Ga1-xAlxAsエピタ
キシャルウェハーである為に、本質的に表面酸化の問題
を解決することは不可能である。これに対し、本発明は
酸化され易い高AlAs混晶比のGa1-xAlxAs結晶上に酸化防
止膜としての低AlAs混晶比のGa1-uAluAs結晶又はGaAs結
晶を隣接させているので、従来の表面酸化の問題はなく
なる。
〔実施例〕
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明によるGaAlAsエピタキシャルウェハーの
断面図である。通常のスライド式ボード使用の徐冷液相
エピタキシャル成長法により第2図に示されるように、
(100)P型GaAs基板3上にZnドープのP型Ga1-xAlxAsエ
ピタキシャル層1及びアンドープGaAs層2を形成する。
このときの成長開始温度は900℃で、第1溶液組成はGa
1gに対し、GaAs55mg,Al4.7mg,及びZn0.5mgであ
る。0.1℃/minで降温し、750℃になった時点で第1溶
液を切り離し、P型Ga1-xAlxAsエピタキシャル層1の成
長を停止すると共にそのままスライドボードを操作し、
このエピタキシャルウェハーに第2溶液を接触させる。
第2溶液組成はGa1gに対し、GaAs26mgであり、747
℃でこの第2溶液を切り離し、成長を完了する。このと
きGa1-xAlxAs層1の厚さは〜200μmであり、AlAs混晶
比はP型GaAs基板3との界面で0.65,成長終了後のエピ
タキシャル層表面で0.40であった。また、P型Ga1-xAlx
As層1上のアンドープGaAsエピタキシャル層2の層厚は
〜3μmであった。
次にこのようにして得られたエピタキシャルウェハーの
P型GaAs基板3を機械研磨又はケミカルエッチングによ
り完全に除去し、第1図に示されるように本発明による
エピタキシャルウェハーを完成する。
本発明のエピタキシャルウェハーによる効果を示すため
に、本エピタキシャルウェハー上へ発光波長660nmの
LED用ダブルヘテロエピタキシャル層を液相成長法に
より形成する。アンドープGaAsエピタキシャル層2を損
なわない範囲で適当な前処理を施した後、ダブルヘテロ
液相成長を行なう。このときの成長開始温度は880℃で
あるが、第3溶液(P型Ga1-yAlyAsクタッド層4成長
用)組成をGa1gに対し、GaAs3.8mg,As5.3mg,及びZn
0.6mgとすることにより上記成長開始温度において溶質
の未飽和状態とする。この温度で前述のアンドープGaAs
エピタキシャル層2を有した本発明のエピタキシャルウ
ェハーを溶液に接触させ20分間保持した後、0.3℃/m
inで徐冷する。このとき880℃において溶質未飽和状態
のGa溶液により、アンドープGaAsエピタキシャル層2が
完全に、しかも均一性よくメルトバックされ(第3
図)、その後の徐冷によりP型Ga1-yAlyAsクラッド層4
が形成される。850℃において第3溶液を切り離し、ひ
き続きP型Ga1-zAlzAs活性層5及びN型Ga1-vAlvAsクラ
ッド層6を順に成長させる。このときの各層のAlAs混晶
比はy:〜0.7,Z:0.35,v:〜0.7であり、また層厚
はこの順に〜20μm,〜1μm,〜25μmとなった(第
4図)。このエピタキシャル成長において極めて特徴的
なことはメルトバックに続くP型Ga1-yAlyAsクラッド層
4のエピタキシャル成長がウェハー面内において極めて
均一に行なわれ、最終の成長層であるN型Ga1-vAlvAsク
ラッド層6の表面は全域にわたって鏡面であることのみ
ならず、このエピタキシャルウェハーのLEDとしての
デバイス特性(発光出力)、及び信頼度(通電寿命)の
中心値の大巾な向上、並びにバラツキが改善されたこと
である。
比較の為、アンドープGaAsエピタキシャル層2を成長せ
ず、表面のAlAs混晶比が0.4の厚膜P型Ga1-xAlxAsエピ
タキシャルウェハーを基板として用いた従来の方法でダ
ブルヘテロエピタキシャル成長したが、高AlAs混晶比を
有するエピタキシャル層表面へのGa溶液のぬれ性は表面
酸化の影響を受け易いことにより極めて悪く、成長は部
分的にしか行なわれていなかった。
尚、本実施例におけるP型Ga1-yAlyAsクラッド層4のAl
As混晶比についてはアンドープGaAsエピタキシャル層2
の層厚を考慮し、成長溶液組成を調整することにより設
計値に対し、バラツキを含め充分に一致する値が再現性
良く得られることが確認された。
第5図は本発明の他の実施例によるエピタキシャルウェ
ハーの断面図である。前述の実施例と基本的に異なる点
はP型GaAs基板7上に厚膜P型Ga1-xAlxAsエピタキシャ
ル層8を形成した後成長を終了し、その後、P型GaAs基
板7を機械研磨又はケミカルエッチングによりその厚さ
が〜20μmになるまで加工することにある。即ち、前述
の実施例においてはアンドープGaAsエピタキシャル層2
が酸化防止膜としての機能を果すが、本実施例において
は同一の機能をP型GaAs基板の一部(20μmの厚さの領
域)にもたせることがその特徴である。この場合、加工
後のP型GaAs基板7の厚さの精度は実施例1の場合より
若干劣るが、例えば実施例1において述べたLED用の
ダブルヘテロエピタキシャル成長に際しては、P型Ga1-
yAlyAsクラッド層4の許容AlAs混晶比の範囲は特に上限
については比較的ラフであってもデバイス特性において
直接的な影響が小さい為に、本実施例におけるP型GaAs
基板7の厚さ加工精度であっても充分に実用的であり、
このことは実験的に確認された。
〔発明の効果〕
以上、実施例を用いて具体的に説明したように本発明に
よるGaAlAsエピタキシャルウェハーは本質的に表面酸化
の問題を生じるGa1-xAlxAs(0.1<x≦1)結晶の一主面
上に酸化防止用としてのGa1-uAluAs(0≦u<0.1)結晶
を隣接することにより、後工程であるエピタキシャル成
長において使用された場合に均一な成長層が得られ、生
産性並びに品質の向上に多大な寄与が実現できる効果が
ある。
この場合、Ga1-uAluAs(0≦u<0.1)層の層厚は実用的
には0.05μm以上あれば処理上の問題を含め、その機能
を充分満足し、かつ後工程での完全かつ均一なメルトバ
ックによる除去を考慮すると100μm以下であることが
製造プロセスからの制約となる。一方、Ga1-xAlxAs(0.1
<x≦1)結晶の層厚については、本発明は〔発明が解
決しようとする問題点〕において述べたようにGaAs基板
を除去して使用する場合を前提としており、その場合に
おいて100μm以上が必要となり、また逆にそれ以下の
層厚の場合には、徐冷の液相成長法においても1回のプ
ロセスで成長可能となる。
尚、本実施例においてはいずれもP型GaAs基板の上へP
型の厚膜Ga1-xAlxAs層を成長する場合を述べたが、N型
の場合も全く同様に本発明のエピタキシャルウェハー構
造が実現でき、また、それによる効果も同程度に期待で
きることを付記する。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第4図は本発明の一実施例で製作されたGaAlAs
ダブルヘテロ赤色LEDエピタキシャルウェハーの各製
造工程での断面図であり、順にP型GaAs基板除去後、ア
ンドープGaAsエピタキシャル成長後、アンドープGaAsエ
ピタキシャル層メルトバック除去後及びダブルヘテロエ
ピタキシャル成長後のものを各々示す。第5図及び第6
図は本発明の他の実施例で製作されたGaAlAsエピタキシ
ャルウェハーの各製造工程での断面図であり、第5図は
P型GaAs基板加工後、第6図は厚膜Ga1-xAlxAsエピタキ
シャル成長後のものを各々示す。第7図は従来のGaAlAs
シングルヘテロLEDエピタキシャルウェハーの断面図
である。 1……厚膜P型Ga1-xAlxAsエピタキシャル層、2……ア
ンドープGaAsエピタキシャル層、3……P型GaAs基板、
4……P型Ga1-yAlyAsクラッド層、5……P型Ga1-zAlz
As活性層、6……N型Ga1-vAlvAsクラッド層、7……P
型GaAs基板、8……厚膜P型Ga1-xAlxAsエピタキシャル
層、9……P型Ga1-xAlxAsエピタキシャル層、10……
N型Ga1-yAlyAsエピタキシャル層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】100μm以上の厚さを有するGa1-xAlxAs(0.
    1<x≦1)結晶の一主面上に0.05〜100μmの厚さを有
    するGa1-uAluAs(0≦u<0.1)結晶が隣接しているるこ
    とを特徴とするGaAlAsエピタキシャルウェハー。
JP14934787A 1987-06-15 1987-06-15 GaAlAsエピタキシヤルウエハ− Expired - Lifetime JPH0636438B2 (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61135170A (ja) * 1984-12-05 1986-06-23 Sharp Corp 発光ダイオ−ドの製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS61135170A (ja) * 1984-12-05 1986-06-23 Sharp Corp 発光ダイオ−ドの製造方法

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