JPH09309793A - Production of epitaxial wafer and single crystal substrate using the same - Google Patents

Production of epitaxial wafer and single crystal substrate using the same

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JPH09309793A
JPH09309793A JP12836496A JP12836496A JPH09309793A JP H09309793 A JPH09309793 A JP H09309793A JP 12836496 A JP12836496 A JP 12836496A JP 12836496 A JP12836496 A JP 12836496A JP H09309793 A JPH09309793 A JP H09309793A
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JP
Japan
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plane
single crystal
crystal substrate
orientation flat
substrate
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Application number
JP12836496A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadashige Sato
忠重 佐藤
Megumi Imai
めぐみ 今井
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To inhibit an epitaxial wafer from being broken or chipped, which is prepared by vapor-phase growth of an epitaxial layer on a single crystal substrate having a crystalline structure of sphalerite type. SOLUTION: After an epitaxial layer is grown in the vapor phase on a single crystal substrate that has a crystalline structure of sphalerite type and the surface deviating from the face 100} by 1-16 deg. in an arbitrary direction with an outer diameter of D where an orientation flat satisfying the length L>D×0.18 is not formed, the main orientation flat is formed. In this single crystal substrate, the epitaxial layer is grown in the vapor phase on a single crystal substrate that has a crystalline structure of sphalerite type and the surface deviating from the face 100} by 1-16 deg. in an arbitrary direction with an outer diameter of D in which an orientation flat satisfying the length L>D×0.18 is not formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は発光ダイオード(以
下LED)等に好適に用い得るエピタキシャルウエハお
よびそれに用いる単結晶基板に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an epitaxial wafer which can be suitably used for a light emitting diode (LED) and the like and a single crystal substrate used for the epitaxial wafer.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年化合物半導体が光半導体素子材料と
して多く利用されている。そしてこの半導体材料として
は、単結晶基板上に所望の半導体結晶の層をエピタキシ
ャル成長したものを用いている。現在入手可能なもので
基板として用いられる結晶は、欠陥が多く、純度も低い
ため、そのまま発光素子として使用することが困難であ
るためである。そのため、基板上に所望の発光波長を得
るための組成の層を、エピタキシャル成長させている。
主としてこのエピタキシャル成長層は、3元混晶層が用
いられている。そしてエピタキシャル成長には、通常、
気相成長ないし液相成長法が使用されている。気相成長
法では、石英製のリアクタ内にグラファイト製、または
石英製のホルダーを配置し、原料ガスを流し加熱する方
法によってエピタキシャル成長を行っている。LED用
のエピタキシャルウエハは一般にせん亜鉛構造をもつII
I −V族化合物半導体が実用化されており、これらは劈
開性をもち割れ易い。通常はGaP基板の場合は、[0
−1−1]方向に数度、好ましくは3〜10°偏位した
角度(オフアングル)をもつ(100)面である。Ga
Pの場合、基板厚300μm程度で、直径約45〜55
mmの円形の基板を用いるのが一般的である。このGa
P等の基板上にGaAsPエピタキシャル層を成長した
エピタキシャルウエハは発光ダイオード(以下LED)
用として加工される。最終的にLEDとするためには、
加工されたエピタキシャルウエハをダイシングによって
素子分離をする。ダイシングは回転刃によってエピタキ
シャルウエハを直接切り込むことである。劈開性のある
エピタキシャルウエハの場合は、ダイシング方向とエピ
タキシャルウエハの結晶方位、すなわち劈開性のあると
きは劈開性のある方向を合わせる必要がある。合わせな
いと、ダイシング後のLEDチップ欠けが発生して、不
良品を発生させたりする。通常、基板製造用の単結晶の
インゴットを製造した際、X線等により結晶の方位を決
定した後、円筒状のインゴットの表面を結晶の劈開方向
に平行に研削してから基板を切り出すことにより、該劈
開方向に平行に円形の基板の一部が弓形に除去された主
オリエンテーションフラットが形成された単結晶基板と
なし、その上にエピタキシャル層を気相成長することが
行われている。これにより、以後の工程において劈開性
のある方向を精密かつ容易に決定することができる。そ
して、その様な方向を精密かつ容易に決定すべく、主オ
リエンテーションフラットの長さは10〜22mmであ
ることが一般である。通常は主オリエンテーションフラ
ット面と劈開方向が合っているので、この主オリエンテ
ーションフラットによってダイシング方向を決定する。
2. Description of the Related Art In recent years, compound semiconductors have been widely used as optical semiconductor device materials. As this semiconductor material, a material obtained by epitaxially growing a desired semiconductor crystal layer on a single crystal substrate is used. This is because currently available crystals used as a substrate have many defects and low purity, so that it is difficult to use them as they are as light emitting elements. Therefore, a layer having a composition for obtaining a desired emission wavelength is epitaxially grown on the substrate.
A ternary mixed crystal layer is mainly used as the epitaxial growth layer. And for epitaxial growth,
Vapor or liquid phase growth methods are used. In the vapor phase growth method, a graphite or quartz holder is placed in a quartz reactor, and epitaxial growth is performed by flowing a raw material gas and heating. Epitaxial wafers for LEDs generally have zinc-zinc structure II
I-V group compound semiconductors have been put into practical use, and they have a cleavage property and are easily cracked. Normally, in the case of GaP substrate, [0
The (100) plane has an angle (off-angle) deviated by several degrees in the (-1-1) direction, preferably 3 to 10 °. Ga
In the case of P, the substrate thickness is about 300 μm and the diameter is about 45 to 55.
It is common to use a circular substrate of mm. This Ga
An epitaxial wafer with a GaAsP epitaxial layer grown on a substrate such as P is a light emitting diode (LED)
It is processed for use. In order to finally use LED,
The processed epitaxial wafer is separated into elements by dicing. Dicing is to directly cut the epitaxial wafer with a rotary blade. In the case of a cleavable epitaxial wafer, it is necessary to match the dicing direction with the crystal orientation of the epitaxial wafer, that is, the cleavable direction when cleavable. If they are not matched, LED chips may be chipped after dicing, resulting in defective products. Usually, when a single crystal ingot for manufacturing a substrate is manufactured, the orientation of the crystal is determined by X-rays or the like, and then the surface of the cylindrical ingot is ground parallel to the cleavage direction of the crystal, and then the substrate is cut out. A single crystal substrate having a main orientation flat formed by removing a part of a circular substrate parallel to the cleavage direction in an arcuate shape is used, and an epitaxial layer is vapor-phase grown thereon. This makes it possible to accurately and easily determine the cleavable direction in the subsequent steps. The length of the main orientation flat is generally 10 to 22 mm in order to determine such a direction precisely and easily. Normally, the cleavage direction is aligned with the main orientation flat surface, so the dicing direction is determined by this main orientation flat.

【0003】なお、エピタキシャルウエハには当然成長
後主オリエンテーションフラットが付いており、(10
0)面系の面方位をもつ基板では劈開方向に主オリエン
テーションフラットがあると、オフアングル方向と角度
によっても変化するが、ほぼ主オリエンテーションに大
して垂直な方向にも劈開する。また、従来はLED加工
工程は多くの工程が手作業で行われ、エピタキシャルウ
エハの扱いは丁寧に行われていたが、近年、LEDのコ
ストダウンのため加工工程の全工程の自動化が押し進め
られるようになった。自動化された加工装置でエピタキ
シャルウエハを取り扱える様にするためにも、基板を主
オリエンテーションフラットを設けた一定の形状とし、
劈開方向を正確に把握しておくことは重要となってい
る。さらに、主オリエンテーションフラットとは別に、
それより小さいオリエンテーションフラットを主オリエ
ンテーションフラットと平行ではない任意の方向に設け
て基板の表裏を区別することも行われており、その様
な、長さLが基板の外径Dの18%以下の長さしかない
オリエンテーションフラットを副オリエンテーションフ
ラットという。
Incidentally, the epitaxial wafer is naturally provided with a main orientation flat after the growth, (10
0) If a substrate having a plane orientation of a plane system has a main orientation flat in the cleavage direction, it also changes in a direction substantially perpendicular to the main orientation, although it changes depending on the off-angle direction and the angle. Further, in the past, many LED processing steps were manually performed and epitaxial wafers were handled carefully, but in recent years, automation of all processing steps has been promoted to reduce the cost of LEDs. Became. In order to be able to handle epitaxial wafers with automated processing equipment, the substrate has a fixed shape with a main orientation flat,
It is important to know the cleavage direction accurately. Furthermore, apart from the main orientation flat,
A smaller orientation flat is provided in an arbitrary direction that is not parallel to the main orientation flat to distinguish the front and back of the substrate, and such a length L is 18% or less of the outer diameter D of the substrate. An orientation flat that is only long is called a sub-orientation flat.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】エピタキシャル成長を
させたウエハが、昇温もしくは降温時に、または、ウエ
ハ外周を取り除く加工中に、しばしば割れたり、欠けた
りすることがあった。工程途中で割れればコストアップ
につながる。さらにLED加工中においても、一層割れ
にくいエピタキシャルウエハが要求されている。
A wafer that has been epitaxially grown is often cracked or chipped during temperature increase or decrease or during processing for removing the outer periphery of the wafer. If it breaks during the process, it will increase the cost. Furthermore, there is a demand for an epitaxial wafer that is even more resistant to breakage during LED processing.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】そこで本発明者は、かか
る課題を解決すべく鋭意検討した結果、上述のエピタキ
シャルウエハの割れや欠けは、主オリエンテーションフ
ラット付近から発生することが多いことに着目し、主オ
リエンテーションフラットにはこれに垂直方向に劈開性
があるところに、直線的な端部形状のため応力が集中し
易く、エピタキシャルウエハが主オリエンテーションフ
ラットから割れ易いものと推定した。そして、主オリエ
ンテーションフラットを設けない単結晶基板を用いてエ
ピタキシャル層の気相成長を行ったところ、割れや欠け
の発生が大幅に低減できること、およびせん亜鉛構造を
もつエピタキシャルウエハが劈開性をもつことから、エ
ピタキシャル成長後に主オリエンテーションフラットを
容易に形成できることを見出し本発明に到達した。即
ち、本発明の要旨は、せん亜鉛鉱型の結晶構造を有し、
表面が{100}面から任意の方向へ1〜16°偏位し
た面である外径Dの単結晶基板であって、長さLがL>
D×0.18を満足する主オリエンテーションフラット
が形成されていない単結晶基板上に、エピタキシャル層
を気相成長させた後で、該主オリエンテーションフラッ
トを形成することを特徴とするエピタキシャルウエハの
製造方法、およびせん亜鉛鉱型の結晶構造を有し、表面
が{100}面から任意の方向へ1〜16°偏位した面
である外径Dの単結晶基板であって、長さLがL>D×
0.18を満足する主オリエンテーションフラットが形
成されていないことを特徴とするエピタキシャルウエハ
用単結晶基板に存する。
Therefore, as a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has noticed that the above-mentioned cracks and chips of the epitaxial wafer often occur near the main orientation flat. It was presumed that stress was likely to be concentrated in the main orientation flat where the main orientation flat had a cleavability in the direction perpendicular thereto, and that the epitaxial wafer was easily broken from the main orientation flat. When vapor phase growth of the epitaxial layer was performed using a single crystal substrate without a main orientation flat, the occurrence of cracks and chips could be significantly reduced, and the epitaxial wafer with a zinc-zinc structure had cleavability. From the above, they have found that the main orientation flat can be easily formed after the epitaxial growth, and arrived at the present invention. That is, the gist of the present invention is to have a zinc blende type crystal structure,
A single crystal substrate having an outer diameter D, whose surface is displaced from the {100} plane by 1 to 16 ° in an arbitrary direction, and has a length L of L>
A method for producing an epitaxial wafer, which comprises vapor-depositing an epitaxial layer on a single crystal substrate on which a main orientation flat satisfying D × 0.18 is not formed, and then forming the main orientation flat. , And a sphalerite type crystal structure, the surface of which is a plane deviated from the {100} plane by 1 to 16 ° in an arbitrary direction, and has a diameter L of L > D ×
A single orientation substrate for an epitaxial wafer is characterized in that a main orientation flat satisfying 0.18 is not formed.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下、本発明をより詳細に説明す
る。本発明の単結晶基板は、せん亜鉛鉱型の結晶構造を
有する。単結晶基板の表面があまり低次の面方位のもの
であると、その上にエピタキシャル層を成長させる際、
成長速度が低くなってしまうため、(100)のような
低次の面方位の面を得たい時に、わざと(100)面よ
り数度ずらした面を表面とする。その低次の面と、実際
の表面の角度の差をオフアングルと呼んでおり、本発明
においては、表面が{100}面から任意の方向へ1〜
16°偏位した面、即ちオフアングルが1〜16°であ
る単結晶基板を用いる。オフアングルは、単結晶基板が
りん化ガリウム(GaP)である場合、5〜11°、ひ
化ガリウム(GaAs)の場合、1〜7°であることが
ある程度以上の成長速度で結晶性よくエピタキシャル成
長できる点で好ましい。そしてオフアングルの方向は基
本的には任意だが、基板上により結晶性のよいエピタキ
シャル層を成長させるためには、単結晶基板の表面が次
のいずれかの面であることが好ましく、かかる結晶性の
よいエピタキシャル層を成長させる場合に、本発明の割
れおよび欠け防止の効果はより大きい。 (100)面から[001]、[010]、[00−
1]もしくは[0−10]方向に1〜16°偏位した面 (100)面から[011]もしくは[0−1−1]
方向に1〜16°偏位した面 (100)面から[01−1]もしくは[0−11]
方向に1〜16°偏位した面 または上記〜の面と結晶学的に等価な面。このう
ち、の場合はオフアングルが6〜12°、および
の場合はオフアングルが4〜12°であることが結晶性
の点で好ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The single crystal substrate of the present invention has a zinc blende type crystal structure. If the surface of the single crystal substrate has a surface orientation of too low order, when an epitaxial layer is grown thereon,
Since the growth rate becomes low, when it is desired to obtain a plane having a low-order plane orientation such as (100), the plane intentionally deviated from the (100) plane by several degrees is used as the surface. The difference between the angle of the low-order surface and the actual surface is called an off-angle, and in the present invention, the surface is 1 to 1 in any direction from the {100} plane.
A surface deviated by 16 °, that is, a single crystal substrate having an off angle of 1 to 16 ° is used. The off-angle is 5 to 11 ° when the single crystal substrate is gallium phosphide (GaP), and is 1 to 7 ° when the single crystal substrate is gallium arsenide (GaAs). It is preferable because it is possible. The off-angle direction is basically arbitrary, but in order to grow an epitaxial layer with better crystallinity on the substrate, the surface of the single crystal substrate is preferably one of the following planes. The effect of preventing cracking and chipping of the present invention is greater when a good epitaxial layer is grown. From the (100) plane, [001], [010], [00-
1] or a plane deviated by 1 to 16 ° in the [0-10] direction [011] or [0-1-1] from the (100) plane
A plane deviated by 1 to 16 ° from the (100) plane to [01-1] or [0-11]
A plane deviated by 1 to 16 ° in the direction or a plane crystallographically equivalent to the above planes. Of these, in the case of, the off-angle is preferably 6 to 12 °, and in the case of, the off-angle is preferably 4 to 12 ° in terms of crystallinity.

【0007】なお、せん亜鉛鉱型結晶の場合、(10
0)面と結晶学的に等価な面には、(100)、(01
0)、(001)、(−100)、(0−10)、(0
0−1)の6種類の面があり、これらを{100}面と
総称する。また、上記〜の面と結晶学的に等価な面
とは、(100)面と結晶学的に等価な面から1〜16
°偏位した面であって、偏位の方向は、上記〜に示
された各方向と(100)面との相対的位置関係を保存
する方向にとればよい。具体的には、例えば(010)
面については、 (010)面から[100]、[001]、[−10
0]もしくは[00−1]方向に1〜16°偏位した面 (010)面から[101]もしくは[−10−1]
方向に1〜16°偏位した面 (010)面から[−101]もしくは[10−1]
方向に1〜16°偏位した面がそれぞれ上記〜の面
と結晶学的に等価な面である。本発明は、かかる単結晶
基板に、長さLがL>D×0.18を満足する主オリエ
ンテーションフラットが形成されておらず、より好まし
くはL>D×0.14を満足するいかなるオリエンテー
ションフラットも形成されていないことを特徴とする。
In the case of sphalerite type crystals, (10
The planes crystallographically equivalent to the (0) plane are (100), (01
0), (001), (-100), (0-10), (0
There are six types of planes, 0-1), and these are collectively referred to as {100} planes. Further, the planes crystallographically equivalent to the above planes 1 to 16 are from the planes crystallographically equivalent to the (100) plane.
The surface is deviated, and the direction of the deviation may be a direction that preserves the relative positional relationship between each of the above-mentioned directions (1) to (100). Specifically, for example, (010)
Regarding the planes, from the (010) plane to [100], [001], [-10
0] or a plane deviated by 1 to 16 ° in the [00-1] direction [101] or [-10-1] from the (010) plane
A plane deviated by 1 to 16 ° from the (010) plane to [-101] or [10-1]
The planes deviated by 1 to 16 ° in the direction are crystallographically equivalent to the above planes. According to the present invention, such a single crystal substrate is not formed with a main orientation flat having a length L satisfying L> D × 0.18, and more preferably any orientation flat satisfying L> D × 0.14. Is also not formed.

【0008】エピタキシャルウエハの外周端では、ただ
でさえ成長速度が早く、結晶学的な面方位が外周では変
化しており、また一般にはウエハ外周端は加工ダメージ
が存在し、さらには、成長中に原料ガスが基板とホルダ
ーの間に直接入り、単結晶基板の端部で裏面側にエピタ
キシャル層が成長する等の理由によりエピタキシャル層
に多結晶化が発生する。そして、外周部ではエピタキシ
ャル層が厚くなるため、内部応力が特に大きくなり、多
結晶化はエピタキシャルウエハの端にクラック状に発生
することになる。あらかじめ主オリエンテーションフラ
ットが形成されていると主オリエンテーションフラット
は、これに垂直な方向に劈開性がある上に、直線的な端
部形状のため内部応力が集中しやすくそれだけクラック
がはいりやすく、エピタキシャル層が厚くなったり、多
結晶化したりもしやすい。
At the outer peripheral edge of the epitaxial wafer, the growth rate is already high, the crystallographic plane orientation changes at the outer peripheral edge, and generally there is processing damage at the outer peripheral edge of the wafer. In addition, the source gas directly enters between the substrate and the holder, and the epitaxial layer is polycrystallized due to the growth of the epitaxial layer on the back surface side at the end of the single crystal substrate. Then, since the epitaxial layer becomes thicker in the outer peripheral portion, the internal stress becomes particularly large, and polycrystallization occurs in a crack shape at the edge of the epitaxial wafer. When the main orientation flat is formed in advance, the main orientation flat has a cleavage property in the direction perpendicular to it, and since the linear end shape tends to concentrate internal stress, it is easy for cracks to be introduced. Is likely to become thick and become polycrystalline.

【0009】エピタキシャルウエハを特に成長中に割れ
にくくするためには、単結晶基板にオリエンテーション
フラットをつけないのがもっともよい方法である。しか
し本発明においては、エピタキシャルウエハのLED加
工工程中の自動化装置での使用を容易とすべく、単結晶
基板の外径、即ち円形の場合も楕円形や円形の一部を欠
く不完全円形の場合もその最大の外径をDとしたとき、
長さLがL≦D×0.18、好ましくはL≦D×0.1
4を満足する副オリエンテーションフラットを劈開方向
の目印として設けてもよい。副オリエンテーションフラ
ットは本来は基板の表裏を識別するためのもので、長さ
が短すぎるため劈開方向を正確に決定するのは困難だ
が、目安としては充分である。そしてそのためにはLは
ある程度以上大きいことが好ましく、D×0.07以上
が好ましい。しかし、例えば2つ以上の副オリエンテー
ションフラットを基板の表裏判別の目的で用いる場合等
には、ひとつの副オリエンテーションフラットの長さL
はさほど大きくする必要はなく、D×0.05≦L≦D
×0.12程度が好ましい。例としてGaP基板上にG
aAsPエピタキシャル層を成長させたエピタキシャル
ウエハの製造で説明する。GaP基板の直径は約50m
mである。主オリエンテーションフラットがない、また
は、9mm以下、好ましくは7mm以下の副オリエンテ
ーションフラットしかない基板を用いて、エピタキシャ
ル成長を行ったあとで、主オリエンテーションフラット
をつける。
In order to make the epitaxial wafer less likely to break during growth, it is best not to give the orientation flat to the single crystal substrate. However, in the present invention, in order to facilitate the use in an automated device during the LED processing step of the epitaxial wafer, the outer diameter of the single crystal substrate, that is, even in the case of a circular shape, an elliptical shape or an incomplete circular shape lacking a part of the circular shape Also in the case where the maximum outer diameter is D,
Length L is L ≦ D × 0.18, preferably L ≦ D × 0.1
A sub-orientation flat that satisfies 4 may be provided as a mark in the cleavage direction. The sub-orientation flat is originally for identifying the front and back of the substrate, and it is difficult to accurately determine the cleavage direction because the length is too short, but it is sufficient as a guide. For that purpose, L is preferably large to some extent or more, and D × 0.07 or more is preferable. However, for example, when two or more sub-orientation flats are used for the purpose of discriminating between the front and back of the substrate, the length L of one sub-orientation flat is
It does not need to be so large, D × 0.05 ≦ L ≦ D
It is preferably about × 0.12. As an example, G on a GaP substrate
It will be described in the manufacture of an epitaxial wafer on which an aAsP epitaxial layer is grown. GaP substrate diameter is about 50m
m. After the epitaxial growth is performed using a substrate having no main orientation flat or a sub-orientation flat of 9 mm or less, preferably 7 mm or less, the main orientation flat is formed.

【0010】主オリエンテーションフラットは必ずしも
劈開に平行でなくともよく、ベベリング機械を用いる研
削等の方法により、必要に応じて任意の方向に形成でき
るが、劈開性を利用した方が簡便であり、好ましい。特
にGaAsPエピタキシャルウエハ表面には、肉眼でも
十分に識別できるクロスハッチと呼ばれる<110>方
向に平行な凹凸による十字に重なった2つの縞模様が現
れ、劈開面はこの縞模様と平行または垂直であるので、
これに合わせて手作業で容易に劈開により主オリエンテ
ーションフラットを形成できる。GaAsPでは縞模様
には[011]方向と[01−1]方向に違いがあり、
例えば、(100)面で[0−1−1]方向に6°偏位
した基板では、必ず[01−1]方向に平行な縞模様の
方が強く見える。これにより、(0−11)面または
(0−1−1)面で劈開することで、主オリエンテーシ
ョンフラットの方向を劈開方向にまちがいなく形成する
ことができる。
The main orientation flat does not necessarily have to be parallel to the cleavage and can be formed in any direction as needed by a method such as grinding using a beveling machine. However, it is preferable to utilize the cleavage because it is easy to use. . In particular, on the surface of the GaAsP epitaxial wafer, two striped patterns overlapping with crosses due to unevenness parallel to the <110> direction called cross hatch, which can be sufficiently identified by the naked eye, appear, and the cleavage plane is parallel or perpendicular to this striped pattern. So
In accordance with this, the main orientation flat can be easily formed by cleavage manually. In GaAsP, there is a difference in the stripe pattern between the [011] direction and the [01-1] direction,
For example, in a substrate deviated by 6 ° in the [0-1-1] direction on the (100) plane, a striped pattern parallel to the [01-1] direction always appears stronger. As a result, by cleaving on the (0-11) plane or the (0-1-1) plane, the direction of the main orientation flat can be surely formed in the cleavage direction.

【0011】また、エピタキシャルウエハのガス上流側
には、通常クラウンと呼ばれるエピタキシャル層の非常
に厚い部分がある。クラウンはLED加工工程中の割れ
の発生原因ともなるので、クラウン部分を主オリエンテ
ーションフラット加工すればクラウンを除去できる。あ
らかじめ基板の方向を決めて、エピタキシャル成長して
おけば、劈開でクラウンを容易に除去できる。
On the gas upstream side of the epitaxial wafer, there is a very thick portion of the epitaxial layer, usually called a crown. Since the crown also causes cracks during the LED processing process, the crown can be removed by subjecting the crown portion to main orientation flat processing. If the direction of the substrate is determined beforehand and epitaxial growth is performed, the crown can be easily removed by cleavage.

【0012】本発明において使用されるエピタキシャル
用基板、またはエピタキシャルウエハの製造方法は特に
限定されるものではなく、各種の熱分解方法、ハロゲン
輸送法、MOCVD、MBE法等が挙げられるが、一般
に普及しており、生産性のよいハロゲン輸送法を用いる
のが好ましい。また、エピタキシャルウエハは、エピタ
キシャル成長後も同じオフアングルをもつことは言うま
でもない。そしてオフアングルの方向とは、本明細書に
おいては、(100)面の法線と、実際の表面の法線が
含まれる面と、実際の表面の交線であって、表面側の
(100)面の法線から実際の表面の法線へ向かう方向
のことをいう。また、主オリエンテーションフラットは
せん亜鉛型構造を有するエピタキシャル用基板およびエ
ピタキシャルウエハであれば、前記基板および前記エピ
タキシャルウエハ面の垂直な方向の面方位を表し、通常
は(110)面系の劈開面と平行な面を示すことが多
い。
The method for manufacturing the epitaxial substrate or the epitaxial wafer used in the present invention is not particularly limited, and various thermal decomposition methods, halogen transport methods, MOCVD, MBE methods and the like can be mentioned, but they are generally popular. Therefore, it is preferable to use the halogen transport method with good productivity. Needless to say, the epitaxial wafer has the same off-angle after the epitaxial growth. In this specification, the off-angle direction is a line of intersection of the normal line of the (100) plane, the plane including the normal line of the actual surface, and the actual surface, which is (100 ) The direction from the surface normal to the actual surface normal. If the main orientation flat is an epitaxial substrate or an epitaxial wafer having a zinc-zinc structure, it represents the plane orientation of the substrate and the epitaxial wafer in a direction perpendicular to the plane, and is usually a cleavage plane of the (110) plane system. Often shows parallel planes.

【0013】[0013]

【実施例】【Example】

(実施例1)GaP基板および高純度ガリウム(Ga)
を、Ga溜め用石英ボート付きのエピタキシャル・リア
クター内の所定の場所に、それぞれ設置した。GaP基
板は硫黄(S)が3〜10×1017原子個/cm3 添加
され、直径50mmの円形で副オリエンテーションフラ
ットは(011)面で劈開した面と平行で、約3mmの
長さで、かつ、 (100)面から[001]方向に6°偏位した面を
もつGaP基板 (100)面から[011]方向に6°偏位した面を
もつGaP基板 (100)面から[01−1]方向に6°偏位した面
をもつGaP基板 を用いた。これらを、同時にホルダー上に配置した。ホ
ルダーは毎分3回転させた。次に窒素(N2 )ガスを該
リアクター内に15分間導入し空気を充分置換除去した
後、キャリア・ガスとして高純度水素(H2 )を毎分9
600cc導入し、N2 の流れを止め昇温工程に入っ
た。上記Ga入り石英ボート設置部分及びGaP単結晶
基板設置部分の温度が、それぞれ800℃及び930℃
で一定に保持されていることを確認した後、尖頭発光波
長630±10nmのGaAs1-x x エピタキシャル
膜の気相成長を開始した。最初、濃度50ppmに水素
ガスで希釈したn型不純物であるジエチルテルル((C
2 5 2 Te)を毎分15cc導入し、周期律表第II
I 族元素成分としてのGaClを、毎分369cc生成
させるため高純度塩化水素ガス(HCl)を上記石英ボ
ート中のGa溜に毎分369cc吹き込み、Ga溜上表
面より吹き出させた。他方周期律表第V族元素成分とし
て、H2 で濃度10%に希釈したりん化水素(PH3
を毎分910cc導入しつつ、20分間にわたり、第1
層であるGaP層をGaP単結晶基板上に成長させた。
次に、(C2 5 2 Te、HCl、PH3 の各ガスの
導入量を変えること無く、H2 で濃度10%に希釈した
ひ化水素(AsH3 )の導入量を、毎分0ccから毎分
431ccまで徐々に増加させ、同時にGaP基板の温
度を930℃から870℃まで徐々に降温させ、90分
間にわたり、第2のGaAs 1-x x エピタキシャル層
を第1のGapエピタキシャル層上に成長させた。次の
30分間は、(C2 5 2 Te、HCl、PH3 、A
sH3 の導入量を変えることなく、即ち、毎分それぞれ
15cc,369cc,910cc,431ccに保持
しつつ、第3のGaAs1-x x エピタキシャル層を第
2のGaAs1- x x エピタキシャル層上に成長させ
た。最終の50分間は(C2 5 2 Te、HCl、P
3 、AsH3 の量を変えることなく導入しながらこれ
に窒素アイソ・エレクトロニック・トラップ添加用とし
て毎分214ccの高純度アンモニア・ガス(NH3
を添加して第4のGaAs1-x x エピタキシャル層を
第3のGaAs1-x x エピタキシャル層上に成長さ
せ、気相成長を終了した。エピタキシャル膜の第1、第
2、第3、第4のエピタキシャル層の膜厚はそれぞれ5
μm、40μm、16μm、26μm、第4のエピタキ
シャル層の混晶率xは、0.67、また、n型キャリア
濃度は0.7×1016cm-3であった。
 (Example 1) GaP substrate and high-purity gallium (Ga)
Epitaxial rear with quartz boat for Ga storage
Each of them was installed at a predetermined place in the doctor. GaP group
The plate contains 3 to 10 x 10 sulfur (S)17Atom / cmThreeAddition
It is a circle with a diameter of 50 mm and has a sub-orientation
Is parallel to the plane cleaved by the (011) plane and has a length of about 3 mm.
A plane that is 6 degrees away from the (100) plane in the [001] direction
The GaP substrate with the (100) plane is deviated by 6 ° in the [011] direction.
GaP substrate with a plane deviated by 6 ° in the [01-1] direction from the (100) plane
A GaP substrate having These were placed on the holder at the same time. E
Ruder rotated 3 revolutions per minute. Next, nitrogen (NTwo) The gas
Introduced into the reactor for 15 minutes to sufficiently remove air.
Later, high-purity hydrogen (HTwo) 9 per minute
Introduce 600cc, NTwoFlow is stopped and the temperature rise process begins
Was. The above-mentioned Ga-containing quartz boat installation portion and GaP single crystal
The temperature of the board installation part is 800 ℃ and 930 ℃, respectively.
After confirming that it is held constant at
630 ± 10 nm long GaAs1-xP xEpitaxial
The vapor phase growth of the film was started. First, hydrogen to a concentration of 50 ppm
Diethyl tellurium ((C
TwoHFive)TwoTe) is introduced at a rate of 15 cc / min, and Periodic Table II
Generates 369 cc / min of GaCl as a group I element component
High purity hydrogen chloride gas (HCl) is added to the quartz
369cc per minute is blown into the Ga reservoir in the container, and the Ga reservoir top table
It was blown out from the surface. On the other hand, as a group V element component of the periodic table
And HTwoHydrogen phosphide diluted to 10% concentration withThree)
Introducing 910 cc / min for 20 minutes
A GaP layer as a layer was grown on a GaP single crystal substrate.
Next, (CTwoHFive)TwoTe, HCl, PHThreeOf each gas
H without changing the introduction amountTwoDiluted to 10% with
Hydrogen arsenide (AsHThree) Introduction amount from 0 cc per minute
Gradually increase to 431cc, and at the same time, increase the temperature of the GaP substrate.
Gradually lower the temperature from 930 ℃ to 870 ℃ for 90 minutes
Second GaAs 1-xPxEpitaxial layer
Were grown on the first Gap epitaxial layer. next
For 30 minutes, (CTwoHFive)TwoTe, HCl, PHThree, A
sHThreeWithout changing the introduction amount, that is, each minute
Hold at 15cc, 369cc, 910cc, 431cc
While the third GaAs1-xPxEpitaxial layer
2 GaAs1- xPxGrown on the epitaxial layer
Was. For the last 50 minutes (CTwoHFive)TwoTe, HCl, P
HThree, AsHThreeWhile introducing without changing the amount of
For adding nitrogen iso-electronic trap
High-purity ammonia gas (NH 3)Three)
Addition of 4th GaAs1-xPxEpitaxial layer
Third GaAs1-xPxGrown on an epitaxial layer
Then, the vapor phase growth was completed. Epitaxial film first, first
The film thickness of each of the second, third and fourth epitaxial layers is 5
μm, 40 μm, 16 μm, 26 μm, fourth epitaxy
The mixed crystal ratio x of the Charl layer is 0.67, and the n-type carrier
Concentration is 0.7 × 1016cm-3Met.

【0014】劈開方向はエピタキシャル層表面のクロス
ハッチパターンを顕微鏡使わず肉眼で観察して決定し
て、劈開によって形成した。副オリエンテーションフラ
ットだけでは劈開方向を決定するには困難であったが、
これにより容易に形成できた。さらにエピタキシャル成
長を繰り返し、割れの発生を調べた。全ての基板
で差はほとんどなく、すべて25枚中割れは1枚もなか
った。次に、ZnAs2 を拡散源としてp型不純物であ
るZnと何もコーティングしないエピタキシャルウエハ
を石英アンプル内に封入させて、760℃の温度で拡散
させて表面から4μmの深さにp−n接合を形成した。
続いて、真空蒸着による電極形成等のLED工程を行な
って、300μm角のメサ型LEDチップを作成し、全
LEDに対して発光出力、波長、電気特性の測定を行な
った。発光波長は631±3nmでオフアングルの違い
で変化はなかった。電気特性の差もなかった。
The cleavage direction was determined by observing the cross-hatch pattern on the surface of the epitaxial layer by observing with a naked eye without using a microscope, and was formed by cleavage. Although it was difficult to determine the cleavage direction with the sub-orientation flat alone,
This made it easy to form. Further, epitaxial growth was repeated to examine the occurrence of cracks. There was almost no difference between all the substrates, and there was no single crack in 25 substrates. Next, using ZnAs 2 as a diffusion source, an epitaxial wafer not coated with Zn, which is a p-type impurity, was encapsulated in a quartz ampoule, diffused at a temperature of 760 ° C., and a pn junction was formed at a depth of 4 μm from the surface. Was formed.
Subsequently, an LED process such as electrode formation by vacuum vapor deposition was performed to prepare a 300 μm square mesa-type LED chip, and the emission output, wavelength, and electrical characteristics were measured for all LEDs. The emission wavelength was 631 ± 3 nm and did not change due to the difference in off angle. There was no difference in electrical characteristics.

【0015】(実施例2)GaP基板に全く副オリエン
テーションフラットを付けないGaP基板を用いて、他
は実施例1とすべて同じで、割れの発生を調べた。基板
の全て25枚中割れの発生は1枚もなかった。 (比較例)GaP基板は直径50mmの円形で、主オリ
エンテーションフラットは(01−1)面で劈開した面
と平行で16mmの長さをもつものを用いた。他は実施
例1とすべて同じであった。割れの発生は基板で25
枚中2枚、基板で25枚中2枚、基板で25枚中3
枚であった。
Example 2 Using a GaP substrate having no sub-orientation flat on the GaP substrate, the same as in Example 1 except that the occurrence of cracks was examined. None of the 25 substrates had cracks. (Comparative Example) A GaP substrate having a circular shape with a diameter of 50 mm and a main orientation flat having a length of 16 mm in parallel with the plane cleaved by the (01-1) plane were used. Everything else was the same as in Example 1. 25 cracks occur on the substrate
2 out of 25, 2 out of 25 on board, 3 out of 25 on board
It was a sheet.

【0016】[0016]

【発明の効果】本発明によれば、特定のオフアングルを
有する表面を有し、主オリエンテーションフラットが形
成されていない単結晶基板を用い、該単結晶基板上にエ
ピタキシャル層を気相成長させた後に、主オリエンテー
ションフラットを形成することにより、エピタキシャル
ウエハの割れおよび欠けを著しく抑制できる。主オリエ
ンテーションフラットは、高度な技術を用いることな
く、クロスハッチパターンを肉眼で観察して劈開するこ
とにより容易に形成することができる。これによって成
長したエピタキシャルウエハは割れにくく、LED加工
工程でも割れが著しく少ないことで後に加工しやすいエ
ピタキシャルウエハとなるので、LED加工工程の歩留
り向上をすることができる。
According to the present invention, a single crystal substrate having a surface having a specific off-angle and not having a main orientation flat is used, and an epitaxial layer is vapor-phase grown on the single crystal substrate. By forming a main orientation flat later, the cracking and chipping of the epitaxial wafer can be significantly suppressed. The main orientation flat can be easily formed by observing and cleaving the cross-hatch pattern with the naked eye without using an advanced technique. The epitaxial wafer thus grown is not easily cracked, and since the number of cracks in the LED processing step is extremely small, the epitaxial wafer can be easily processed later. Therefore, the yield of the LED processing step can be improved.

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 せん亜鉛鉱型の結晶構造を有し、表面が
{100}面から任意の方向へ1〜16°偏位した面で
ある外径Dの単結晶基板であって、長さLがL>D×
0.18を満足する主オリエンテーションフラットが形
成されていない単結晶基板上に、エピタキシャル層を気
相成長させた後で、該主オリエンテーションフラットを
形成することを特徴とするエピタキシャルウエハの製造
方法。
1. A single crystal substrate having an outer diameter D, which has a zinc blende type crystal structure and whose surface is displaced from the {100} plane by 1 to 16 ° in an arbitrary direction, and has a length of L is L> D ×
A method for producing an epitaxial wafer, comprising forming an epitaxial layer on a single crystal substrate on which a main orientation flat satisfying 0.18 is not formed, and then forming the main orientation flat.
【請求項2】 前記単結晶基板の表面が、 (100)面から[001]、[010]、[00−
1]もしくは[0−10]方向に1〜16°偏位した面 (100)面から[011]もしくは[0−1−1]
方向に1〜16°偏位した面 (100)面から[01−1]もしくは[0−11]
方向に1〜16°偏位した面 または上記〜の面と結晶学的に等価な面である請求
項1の方法。
2. The surface of the single crystal substrate is [001], [010], [00-
1] or a plane deviated by 1 to 16 ° in the [0-10] direction [011] or [0-1-1] from the (100) plane
A plane deviated by 1 to 16 ° from the (100) plane to [01-1] or [0-11]
The method according to claim 1, which is a plane deviated by 1 to 16 ° in the direction or a plane crystallographically equivalent to the above planes.
【請求項3】前記単結晶基板の表面が、(100)面か
ら[001]、[010]、[00−1]もしくは[0
−10]方向に6〜12°偏位した面またはそれと結晶
学的に等価な面である請求項2の方法。
3. The surface of the single crystal substrate is [001], [010], [00-1] or [0] from the (100) plane.
3. The method according to claim 2, which is a plane deviated by 6 to 12 ° in the −10] direction or a plane crystallographically equivalent thereto.
【請求項4】 前記単結晶基板が、L≦D×0.18を
満足する副オリエンテーションフラットが形成されてい
る基板であることを特徴とする請求項1乃至3の方法。
4. The method according to claim 1, wherein the single crystal substrate is a substrate on which a sub-orientation flat satisfying L ≦ D × 0.18 is formed.
【請求項5】 前記単結晶基板が、{100}面から5
〜12°偏位した表面を有するりん化ガリウム(Ga
P)基板である請求項1乃至4の方法。
5. The single crystal substrate is formed from the {100} plane by 5
Gallium phosphide (Ga) with a surface offset by ~ 12 °
The method of claims 1 to 4 which is a P) substrate.
【請求項6】 前記単結晶基板が、{100}面から1
〜7°偏位した表面を有するひ化ガリウム(GaAs)
基板である請求項1乃至4の方法。
6. The single crystal substrate is 1 from the {100} plane.
Gallium arsenide (GaAs) with a surface offset by ~ 7 °
A method according to claims 1 to 4 which is a substrate.
【請求項7】 エピタキシャル層がりん化ひ化ガリウム
(GaAsP)である請求項1乃至6の方法。
7. The method according to claim 1, wherein the epitaxial layer is gallium arsenide phosphide (GaAsP).
【請求項8】 エピタキシャル層の気相成長法がハイド
ライド輸送法である請求項1乃至7の方法。
8. The method according to claim 1, wherein the vapor phase growth method of the epitaxial layer is a hydride transport method.
【請求項9】 主オリエンテーションフラットをエピタ
キシャル層表面のクロスハッチパターンと平行または垂
直に設ける請求項1乃至8の方法。
9. The method according to claim 1, wherein the main orientation flat is provided parallel or perpendicular to the crosshatch pattern on the surface of the epitaxial layer.
【請求項10】 主オリエンテーションフラットを、劈
開によって形成する請求項1乃至9の方法。
10. The method according to claim 1, wherein the main orientation flat is formed by cleavage.
【請求項11】 せん亜鉛鉱型の結晶構造を有し、表面
が{100}面から任意の方向へ1〜16°偏位した面
である外径Dの単結晶基板であって、長さLがL>D×
0.18を満足する主オリエンテーションフラットが形
成されていないことを特徴とするエピタキシャルウエハ
用単結晶基板。
11. A single crystal substrate having an outer diameter D, which has a zincblende type crystal structure and whose surface is displaced from the {100} plane by 1 to 16 ° in an arbitrary direction, and has a length of L is L> D ×
A single crystal substrate for an epitaxial wafer, in which a main orientation flat satisfying 0.18 is not formed.
【請求項12】 表面が、 (100)面から[001]、[010]、[00−
1]もしくは[0−10]方向に1〜16°偏位した面 (100)面から[011]もしくは[0−1−1]
方向に1〜16°偏位した面 (100)面から[01−1]もしくは[0−11]
方向に1〜16°偏位した面 または上記〜の面と結晶学的に等価な面である請求
項11の単結晶基板。
12. The surface is [001], [010], [00-] from the (100) plane.
1] or a plane deviated by 1 to 16 ° in the [0-10] direction [011] or [0-1-1] from the (100) plane
A plane deviated by 1 to 16 ° from the (100) plane to [01-1] or [0-11]
The single-crystal substrate according to claim 11, which is a plane deviated by 1 to 16 ° in the direction or a plane crystallographically equivalent to the above planes.
【請求項13】表面が、(100)から[001]、
[010]、[00−1]もしくは[0−10]方向に
6〜12°偏位した面またはそれと結晶学的に等価な面
である請求項12の単結晶基板。
13. The surface is (100) to [001],
The single crystal substrate according to claim 12, which is a plane deviated by 6 to 12 ° in the [010], [00-1] or [0-10] direction or a plane crystallographically equivalent thereto.
【請求項14】 L≦D×0.18を満足する副オリエ
ンテーションフラットが形成されている請求項11乃至
13の単結晶基板。
14. The single crystal substrate according to claim 11, wherein a sub-orientation flat satisfying L ≦ D × 0.18 is formed.
【請求項15】 りん化ガリウム(GaP)からなり、
前記方向のいずれかに5〜12°偏位した面を有する請
求項11乃至14の単結晶基板。
15. A method comprising gallium phosphide (GaP),
The single crystal substrate according to any one of claims 11 to 14, which has a surface displaced by 5 to 12 ° in any of the directions.
【請求項16】 ひ化ガリウム(GaAs)からなり、
前記方向のいずれかに1〜7°偏位した面を有する請求
項11乃至14の単結晶基板。
16. A method comprising gallium arsenide (GaAs),
15. The single crystal substrate according to claim 11, which has a surface displaced by 1 to 7 degrees in any of the directions.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001233698A (en) * 2000-02-23 2001-08-28 Mitsubishi Chemicals Corp Gallium phosphide-arsenide mixed crystal epitaxial wafer
WO2019163083A1 (en) * 2018-02-23 2019-08-29 住友電気工業株式会社 Gallium nitride crystal substrate

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