KR20080012767A - 에피택셜 기판 및 액상 에피택셜 성장방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 기판 위에 에피택셜 층이 액상 에피택셜 성장방법에 의해 적층된 에피택셜 기판으로서, 상기 기판 위에 적층된 에피택셜 층에서의 카본 농도 프로파일이, 용매의 보지를 위한 카본제 치구로부터 공급될 수 있는 카본의 농도로부터 ±50%의 농도 프로파일과 교차하고 있는 것인 에피택셜 기판을 제공한다.

이것에 의해, 치구로부터의 오토 도프에 의한 고정된 카본의 농도 프로파일이 아니고, 조정된 임의의 카본 농도 프로파일을 갖는 에피택셜 기판 및 액상 에피택셜 성장방법이 제공된다.

기판, 에피택셜, 액상, 치구, 카본, 농도, 프로파일

Description

에피택셜 기판 및 액상 에피택셜 성장방법{Epitaxial Substrate and Liquid Phase Epitaxial Growth Method}

본 발명은, 액상 에피택셜 성장방법에 의해 에피택셜 층이 적층된 에피택셜 기판 및 액상 에피택셜 성장방법에 관한 것으로서, 특히, 적층되는 에피택셜층에 C(카본)가 도프된 에피택셜 기판 및 액상 에피택셜 성장방법에 관한 것이다.

일반적으로, 단결정 웨이퍼에 에피택셜 성장을 실시하기 위해서는, 기상 에피택시, 액상 에피택시, 분자선 에피택시등의 방법이 있다. 그 중에서, 액상 에피택셜법은 화합물 반도체의 에피택셜 기판을 제작하는 방법으로서 넓리 이용되어 왔다.

액상 에피택셜 법은, 예를 들면 포화된 용매의 온도를 서서히 내려 웨이퍼 위에 성장시키는 방법(서냉법), 웨이퍼 및 용매에 온도차를 부여하여 웨이퍼 위에 성장시키는 방법(온도차 법) 등이 있다.

이와 같은 액상 에피택셜 법에서는, 일반적으로, 제작된 에피택셜 층의 전위밀도, 점결함 밀도 등이 다른 방법과 비교하여 낮고, 특히 간접천이결정의 에피택시에는 유리하여, 예를 들면 GaP의 LED용 에피택셜 기판의 제작 등에 사용되어 왔 다.

또한, AlGaAs 에피택셜 기판을 제작하는 경우, 용매로서 사용되는 Ga에 Al 및 GaAs를 용해시켜, GaAs 기판상에 석출시키면, 비율적 간편하게 3원계의 혼정결정(混晶結晶)의 에피택시가 가능하다.

이와 같은 액상 에피택시에서는, 상기 용매를 보지(保持)하는 용기[치구(治具)]가 필요하고, 일반적으로는, 비교적 염가이고 가공을 실시하기 쉬운 그라파이트 카본 제의 것이나, 석영 유리 제의 것이 사용되고 있다.

그런데, 이 용매로 사용되는 Ga를 대표로 하는 금속은 이들 치구의 성분을 용입하기 때문에, 에피택셜 성장 중에 치구의 성분이 에피택셜 층에 오토 도프된다.

종래의 액상 에피택셜 성장 방법에서는, 예를 들면 에피택셜 층에 카본을 도프하여 에피택셜 성장시킬 때, 상기의 오토 도프를 이용하여, 카본제의 치구로부터 에피택셜 층에 카본을 공급하였다.

카본은 화합물 반도체에서는 p형의 불순물이고, p형 도펀트로서의 성질이 다른 p형 도펀트와 비교하여 양호하다고 하는 것이 알려져 있다(일본 특허 제163985호 공보 참조).

여기서, 우선, 도 7에, 종래의 일반적인 N(질소) 도프의 LED용 GaP 에피택셜 기판의 구조 및 불순물농도분포도를 나타낸다.

이 종래의 LED용 에피택셜 기판 1' 은, 기판 2' 위에, 순서대로, n형층 4', n형층 5＇ p형층 6' 으로 이루어진 에피택셜 층 3'이 적층되어 있다.

통상은 n형층 4＇, 5＇에는 p형 드펀트가 되는 카본은 불필요하기 때문에, 오토 도프에 의해 불필요하게 카본이 에피택셜 층에 공급되지 않도록 석영 등의 치구를 이용하여 에피택셜 성장이 행해지는 것으로 되어 있다.

카본이 치구로부터 오토 도프되지 않은 경우는, 에피택셜 층에서의 카본 농도는 5×10¹⁵ atoms/cm³에 미치지 못한다.

p형 불순물로서는 예를 들면 Zn가 이용된다.

한편, 전술한 것처럼, p형 도펀트로서의 성질이 비교적 우수한 카본을 도입한 에피택셜 기판의 경우, 오트 드프에 의해 카본을 공급할 수 있도록, 카본 그라파이트 등의 카본제의 치구를 이용하여 에피택셜 성장을 행하고, 예를 들면 도 8(a)에 나타난 바와 같은 구조의 에피택셜 기판 1”을 제조할 수가 있다.

이 에피택셜 기판 1”에서는, 기판 2”측으로부터, n형층 4", p형층 5”, p형층 6”의 에피택셜층 3”이 적층되어 있다.

그렇지만, 이와 같이 카본 제의 치구를 이용하여 카본을 오토 도프에 의해 공급하면서 에피택셜층 3”을 액상 에피택셜 성장했을 때에, 도 8(b)에 나타난 바와 같이, 에피택셜층 중의 카본 농도는, 기판측으로부터 서서히 저하하는 프로파일로 밖에 되지 않고, 고정되어 버려, 임의의 농도로 제어하는 것이 불가능할 뿐만 아니라, 다른 불순물(예를 들면 n형 도펀트인 Si)의 농도 프로파일에 따라서는, 예를 들면 p형층중에 n 반전층이 출현하여 의도하지 않게 사이리스터 구조가 되어 버리는 등의 문제가 발생하는 일이 있었다.

본 발명은, 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 치구로부터의 오토 도프에 의한 고정된 카본의 농도 프로파일이 아니고, 조정된 임의의 카본 농도 프로파일을 갖는 에피택셜 기판 및 액상 에피택셜 성장방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 기판 위에 에피택셜층이 액상 에피택셜 성장방법에 의해 적층된 에피택셜 기판으로서, 상기 기판 위에 적층된 에피택셜층에서의 카본 농도 프로파일이, 용매의 보지를 위한 카본제 치구로부터 공급 될 수 있는 카본의 농도로부터 ±50%의 농도 프로파일과 교차하고 있는 것인 것을 특징으로 하는 에피택셜 기판을 제공한다.

이와 같이, 에피택셜 층에서의 카본 농도 프로파일이, 카본제 치구로부터 공급될 수 있는 카본의 농도로부터 ±50%의 농도 프로파일과 교차하는 것은, 종래와 같이 오토 도프를 이용하여 얻어지는 카본 농도 프로파일로부터 완전하게 일탈(逸脫)한 프로파일을 갖는 에피택셜 기판으로, 본 발명에 의해 제공될 수 있는 것이다.

또한, 본 발명은, 기판 위에 에피택셜 층이 액상 에피택셜 성장방법에 의해 적층된 에피택셜 기판으로서, 상기 기판 위에 적층된 에피택셜 층에서의 카본 농도 프로파일이, 용매의 보지를 위한 카본제 치구로부터 공급될 수 있는 카본의 농도로 부터 ±50%의 농도 프로파일로 둘러싸인 영역에서 벗어난 부분을 가짐과 함께, 5×10¹⁵ a toms/cm³ 이상의 부분을 갖는 것인 것을 특징으로 하는 에피택셜 기판을 제공한다.

전술한 바와 같이, 종래의 에피택셜 층에 카본을 도프한 액상 에피택셜 성장방법에 의한 에피택셜 기판은, 카본제의 치구로부터 용매를 개입시켜 에피택셜층에 카본을 공급하여 도프하는 오토 도프를 이용한 것이다.

이러한 종래의 에피택셜 기판에서는, 에피택셜층에서의 카본 농도의 프로파일은 에피택셜 성장 방향으로 서서히 감소하는 프로파일로 밖에 되지 않는다.

한편, 본 발명의 에피택셜 기판에서는, 에피택셜층에서의 카본 농도 프로파일은, 용매의 보지를 위한 카본제 치구로부터 공급될 수 있는 카본의 농도로부터 ±50%의 농도 프로파일로 둘러싸인 영역에서 벗어난 부분을 가짐과 함께, 5×10¹⁵ atoms/c m³이상의 부분을 가지고 있다.

상기와 같은 종래의 액상 에피택셜 성장방법에 의한 에피택셜 기판의 카본 농도 프로파일과는 달리, 오토 도프에 의해, 에피택셜 성장 시의 온도 만에 의존한 프로파일로부터 완전하게 일탈한 프로파일을 갖는 에피택셜 기판으로 할 수가 있다.

또한, 석영 치구 등의 오토 도프가 발생하지 않는 치구를 이용하여 성장된 에피택셜 층의 프로파일과도 달리, 5×10¹⁵ atoms/cm³ 이상의 부분을 갖는 에피택셜 기판으로 할 수 있다.

따라서, 카본 농도 프로파일이 고정되는 것이 아니고, 그것에 의해 예를 들면 사이리스터 구조 등의 의도하지 않는 농도 프로파일이 형성되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 에피택셜 기판이 된다.

또한, 기판 위에 에피택셜 층이 액상 에피택셜 성장방법에 의해 적층된 에피택셜 기판으로서, 상기 기판 위에 적층된 에피택셜 층의 적어도 하나의 적층 부위에서의 카본 농도가, 이 적층 부위보다 전에 적층된 부위에서의 카본 농도 보다도 높은 것인 것을 특징으로 하는 에피택셜 기판을 제공한다.

이와 같이, 에피택셜 층의 적어도 하나의 적층 부위에서의 카본 농도가, 이 적층 부위보다 전에 적층된 부위에서의 카본 농도 보다도 높은 것이면, 에피택셜 성장 방향으로 서서히 카본 농도가 감소하고 있는 프로파일과는 다른 카본 농도 프로파일을 갖는 에피택셜 기판으로 할 수가 있다.

즉, 본 발명의 에피택셜 기판에서는, 종래의 액상 에피택셜 성장방법에 의한 에피택셜 기판에서는 얻어지지 않았던 카본 농도 프로파일로 할 수가 있다.

또한, 본 발명은, 기판 위에 에피택셜 층이 액상 에피택셜 성장방법에 의해 적층된 에피택셜 기판으로서, 상기 기판 위에 적층된 에피택셜층은, 카본 농도가 1×10¹⁶ atoms/m³이상으로 적층된 부위를 가짐과 함께, 카본 농도가 5×10 ¹⁵ atoms/m³이하로 적층된 부위를 갖는 것인 것을 특징으로 하는 에피택셜 기판을 제공한다.

종래의 액상 에피택셜 성장방법에 의한 에피택셜 기판의 에피택셜층에서의 카본 농도 프로파일은, 에피택셜 성장 시의 온도 만에 의존하여, 에피택셜 성장 공정에서의 온도범위에 의해, 에피택셜층에 도프 되는 카본의 농도 범위(상한 및 하한)가 한정되어 버린다.

그렇지만, 본 발명의 에피택셜 기판에서는, 그러한 종래의 카본 농도 범위로 한정됨이 없이, 1×10¹⁶ atoms/cm³ 이상의 고농도로 적층된 부위를 가짐과 함께, 5×10¹⁵atoms/m³ 이하의 저농도로 적층된 부위를 갖는 것으로 할 수가 있다.

그리고, 상기 기판 위에 적층된 에피택셜 층은, 복수의 층이 순차적으로 적층된 것으로 할 수가 있다.

이와 같이, 용도 등에 따라, 기판 위에 적층된 에피택셜층을 복수의 층이 순차적으로 적층된 것으로 할 수가 있다.

이 때, 상기 복수의 층은, 기판측으로부터 n형층, p형층, p형층으로 할 수가 있다.이와 같이, 에피택셜층에서의 복수의 층이, 기판측으로부터 n형층, p형층, p형층이면, 예를 들면 발광다이오드를 형성했을 때에, pn 접합의 형성 위치가 전극과 비교적 떨어진 것으로 할 수가 있어, 전극에 흡수되는 비율을 작게 하여, 발광출력이 증가 된 것으로 할 수가 있다.

또한, 상기 에피택셜층이 화합물 반도체로 이루어진 층으로 할 수가 있다.

전술한 바와 같이, 액상 에피택셜 성장방법은 화합물 반도체를 에피택셜 성장시키는데 넓게 이용되고 있다.

본 발명의 에피택셜 기판과 같이 에피택셜층이 화합물 반도체로 이루어진 층 의 것이면, 카본 농도가 제어된 고품질의 것으로 할 수가 있어, 시장의 수요에 대하여 응할 수가 있는 것으로 할 수가 있다.

이 때, 상기 화합물 반도체가 GaP인 것으로 할 수가 있다.

이와 같이, 상기 화합물 반도체가 GaP이면, 카본 농도가 제어된 고품질의 GaP의 LED용 에피택셜 기판을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 기판에 용매를 접촉시켜 에피택셜층을 액상 에피택셜 성장시키는 방법으로서, 상기 기판 위에 에피택셜층을 액상 에피택셜 성장시킬 때, 상기 용매에 탄화수소 가스를 접촉시키는 것에 의해, 상기 성장하는 에피택셜층 중에 카본을 공급하여, 이 에피택셜층에 카본을 도프하는 것을 특징으로 하는 액상 에피택셜 성장방법을 제공한다.

이와 같이, 기판 위에 에피택셜층을 액상 에피택셜 성장 시킬 때, 기판에 접촉시키는 용매에 탄화수소 가스를 접촉시키는 것에 의해, 성장하는 에피택셜층 중에 카본을 공급하여 도프하면, 용매를 보지하는 카본제의 치구로부터의 오토 도프를 이용할 뿐인 종래의 액상 에피택셜 성장방법과는 달리, 카본을 에피택셜층에 자유로운 농도 및 타이밍으로 도프할 수가 있다.

즉, 에피택셜층에서의 카본 농도 프로파일은, 에피택셜 성장 시의 온도에 의해 일의(一意)적으로 결정되어 에피택셜 성장 방향으로 서서히 감소하는 종래의 카본 농도 프로파일로부터 일탈하여, 임의로 제어된 프로파일을 본 발명에 의해 얻을 수 있고, 그것에 의해 예를 들면 사이리스터 구조 등이 의도하지 않고 형성되어 버리는 것도 막을 수가 있다.

이 때, 에피택셜 층을 액상 에피택셜 성장시킬 때 상기 용매를 보지하는 치구를 석영제의 것으로 할 수가 있다.

이와 같이, 에피택셜 층을 액상 에피택셜 성장시킬 때 용매를 보지하는 치구를 석영 제의 것으로 하면, 치구로부터의 카본의 공급이 없어, 에피택셜층에 도프하는 카본의 농도는 탄화수소 가스의 공급 조건에 의해 거의 결정되기 때문에, 에피택셜층에 있어서 소망한 카본 농도로 정밀도 좋게 간편하게 제어하기 쉬어 바람직하다.

그리고, 상기 에피택셜층에 도프하는 카본의 농도를, 상기 탄화수소 가스의 유량을 조절하는 것에 의해 제어하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 에피택셜층에 도프하는 카본의 농도를, 탄화수소 가스의 유량을 조절 하는 것에 의해 제어하면, 도프되는 카본 농도와 탄화수소 가스의 유량의 상관관계가 높기(좋기) 때문에, 소망한 카본 농도로 정확하게 제어할 수가 있다.

또한, 상기 에피택셜층을 화합물 반도체로 이루어진 층으로 할 수가 있다.

이와 같이, 에피택셜층을 화합물 반도체로 이루어진 층으로 하면, 시장의 수요에 응할 수가 있는 고품질의 에피택셜 기판을 성장시킬 수가 있다.

이 때, 상기 화합물 반도체를 GaP로 할 수가 있다.

이와 같이, 상기 화합물 반도체를 GaP로 할 수가 있어, 카본 농도가 제어된 고품질의 GaP의 LED용 에피택셜 기판을 얻을 수 있다.

그리고, 상기 탄화수소 가스를 메탄으로 할 수가 있다.

이와 같이, 탄화수소 가스를 메탄으로 하면, 메탄은 염가로 입수하기 쉽기 때문에, 비교적 코스트를 들이지 않고 소망한 에피택셜 기판에 액상 에피택셜 성장시킬 수가 있다.

본 발명의 에피택셜 기판에 따라, 오토 도프에 의해 에피택셜 성장 시의 온도에 의해 결정되어 에피택셜 성장 방향으로 감소해 가는 패턴으로부터 일탈하고, 석영 치구 등을 이용했을 뿐인 경우의 패턴과도 달리, 임의로 제어된 카본 농도 프로파일을 갖는 액상 에피택셜 성장방법에 의한 에피택셜 기판을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 액상 에피택셜 성장방법에 따라, 에피택셜층에 자유롭게 카본을 도프하는 것이 가능하여, 소망한 카본 농도 프로파일을 갖는 에피택셜 기판에 액상 에피택셜 성장시킬 수가 있다.

이하, 본 발명에 대하여 실시 형태를 설명 하지만, 본 발명은 이것들에 한정되는 것은 아니다.

종래에는, 기판 위에 용매를 접촉시켜 에피택셜층을 액상 에피택셜 성장시킬 때, 카본을 그 에피택셜층에 도프하는 경우, 용매를 보지하는 치구를 카본제의 것으로 하고, 용매 중에 카본을 용입시키는 것에 의해 에피택셜층 중에 카본을 도입하는 오토 도프를 이용하고 있었다.

그렇지만, 도 8에 나타난 바와 같이, 예를 들면 GaP층을 에피택셜 성장시킬 때, 이렇게 하여 p형 도펀트인 카본을 도프하는 경우, 예를 들면 Si의 n형 도펀트의 농도 프로파일에 따라서는, p형 에피택셜층중에 n 반전층이 출현하여, 의도하지 않게 사이리스터 구조가 형성되어 버린다고 하는 문제가 있었다.

이와 같은 문제가 발생하여 버리는 것은, 상술한 종래의 액상 에피택셜 성장방법에서는, 에피택셜층에서의 카본 농도는, 에피택셜 성장 시의 온도에 의해 일의적으로 결정되어 버려, 자유도가 거의 없는 것에 원인이 있다고 생각된다.

치구로부터의 오토 도프만에서는, 에피택셜층에의 카본의 도프 양(농도)은 이 치구의 재질의 용매에의 용해도로 정해진다.

따라서, 도프 양은 온도의 함수가 되어, 에피택셜 성장 시의 온도에 의해 결정되어 에피택셜 성장이 진행함에 따라 카본 농도가 서서히 감소하는 패턴의 프로파일로 고정되어 버린다.

이와 같이, 종래법에서는, 상기 오토 도프에 의한 카본 농도 프로파일로부터 일탈하여 에피택셜층에 임의의 농도로 카본을 도프하는 것은 곤란하다.

그래서 본 발명자들이, 액상 에피택셜 성장방법에서의 에피택셜층중에의 카본의 도프 방법에 대하여 예의연구를 거듭한 결과, 액상 에피택셜 성장을 실시할 때, 용매에 탄화수소 가스를 접촉시키면, 용매 중에 카본이 도입되고, 그 결과, 성장하는 에피택셜층중에 카본을 자유롭게 공급하는 것이 가능할 것이라고 생각했다.

이와 같이 하여, 액상 에피택셜 성장 때에, 에피택셜층에 카본을 소망한 농도나 타이밍으로 도프할 수가 있어 에피택셜층에서의 카본 농도 프로파일을 임의로 제어할 수 있는 것과 동시에, 상술한 바와 같은 의도하지 않는 n 반전층 등이 형성되어 버리는 것을 방지할 수가 있다는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시켰다.

이하에서는, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1은, 본 발명의 에피택셜 기판의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.

도 1과 같이, 본 발명의 에피택셜 기판 1에서는, 기판 2상에 에피택셜층 3이 액상 에피택셜 성장방법에 의해 형성되어 있다.

우선, 액상 에피택셜 성장방법에 의해 성장시킨 것이므로, 기상 에피택셜 성장방법이나 분자빔 에피택셜 성장방법 등의 다른 방법에 의한 것 보다도, 에피택셜층 3에서의 전위밀도나 점결함 밀도가 비교적 낮은 것으로 할 수가 있다.

그리고, 이 기판 2이나, 에피택셜층 3의 재질은 특히 한정되지 않고, 용도에 따라 적의 선정할 수가 있다.

상술한 바와 같이, 일반적으로 액상 에피택셜 성장방법은 넓게 사용되고 있고, 특히 간접천이결정의 에피택시에 대하여 유효하기 때문에, 에피택셜 층3이 화합물 반도체, 예를 들면 GaP로 이루어진 층이면, 시장에서의 수요도 높은 화합물 반도체의 에피택셜 기판 1으로 할 수가 있다.

또한, 에피택셜층 3은 복수의 층이 순차적으로 적층된 것으로 할 수가 있다.

적층하는 층의 수나, 각층의 두께 등은, 용도에 따라 그때마다 결정할 수가 있다.

예를 들면, 도 1에 나타난 바와 같이, 기판 2측으로부터 n형층 4, p형층 5, p형층 6이 순차적으로 적층된 것으로 할 수가 있다.

이러한 구조이면, 예를 들면 도 2에 나타내는 것 같은, 전극 8이 형성되어 소자화 된 발광 디바이스 7에서는, pn 접합의 형성 위치가 전극 8으로부터 비교적 떨어져 있어 전극 8에 의해 빛이 흡수되는 비율을 보다 작게 하는 것이 가능하다.

여기서, 도 17에, 도 2와 같이 적층한 경우(B)와 기판 2측으로부터 n형층, n형층, p형층을 순차적으로 적층한 경우(C)에 대해, 전극에 의한 빛의 흡수 상태를 비교 한 설명도를 나타낸다.

이와 같이, 도 2와 같은 구조(B)이면, 예를 들면(C)의 경우 보다도 효율 좋게 빛을 취출할 수가 있어, 발광출력을 높이는 것이 가능하다.

여기서, 본 발명의 에피택셜 기판 1의 에피택셜층 3에서의 카본 농도 프로파일에 대하여 상술한다.

예로서, 화합물 반도체 GaP가 액상 에피택셜 성장된 경우에 대하여 기술하지만, 상기한 바와 같이, 본 발명은 화합물 반도체에 한정되는 것은 아니고, 또한, 당연히 화합물 반도체에 있어서도 GaP에 한정되는 것도 아니다.

도 8에 나타난 바와 같이, 종래와 같이 치구로부터의 오토 도프를 이용하여 제조한 에피택셜 기판에서의 카본 농도 프로파일은, 에피택셜 성장 방향, 즉, 기판 2”측으로부터 에피택셜 기판 1”의 표면을 향하는 방향으로 서서히 감소해 나가는 프로파일이 된다.

이것은, 전술한 바와 같이, 에피택셜층에 도프되는 카본의 농도는, 치구로부터 용매에의 용해도에 의해 결정되는 것으로, 바꾸어 말하면, 에피택셜 성장 시의 온도에 의존한다.

따라서, 온도를 내려 서서히 에피택셜층을 순차적으로 적층해 나가는 액상 에피택셜 성장방법에서는, 그 온도변화에 대응하여 도프되는 카본 농도는 서서히 감소해 나가는 패턴으로 밖에 되지 않는다.

그렇지만, 예를 들면 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 에피택셜 기판 1(발광 디바이스 7)에서는, 종래법에 의해 카본제 치구를 이용하여 카본을 오토 도프 했을 경우에 얻어지는 프로파일, 즉 도 8에 나타난 바와 같은 서서히 감소해 나갈 뿐인 오토 도프에 의해 농도가 고정된 종래의 프로파일(카본제의 치구로부터 공급될 수 있는 카본의 농도의 프로파일 L)과는 다른 프로파일 C_l를 가진 것으로 할 수가 있다.

도 2에는, 예를 들면 농도의 측정 장치의 정밀도 등을 고려해, 카본제의 치구로부터 공급될 수 있는 카본의 농도의 프로파일 L 에 대하여 ±50%의 농도를 나타내는 프로파일 L＇도 표시하고 있다.

이 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 예에서의 프로파일 C_l는 프로파일 L＇와 교차하고 있다.

프로파일 L＇와의 교차는,＋ 50%,－50%의 농도 프로파일의 적어도 어느 쪽이든 좋다.

이러한 프로파일 L＇와 교차하는 것 같은 프로파일 C_l는, 오토 도프에 의한 종래법에 따르는 프로파일과는 완전하게 일탈하고 있으며, 종래법에서는 얻을 수 없고, 본 발명에 의해 얻을 수 있는 것이다.

에피택셜 층 3에 있어서, 종래의 에피택셜 기판에서는, 예를 들면 p형층에 있어서, 의도하지 않게 n 반전층이 생겨 사이리스터 구조가 되어 버리는 것 같은 n형 도펀트의 실리콘의 농도 프로파일을 갖는 경우라도[도 8(b) 참조], 도 2에 나타 난 바와같은 본 발명의 에피택셜 기판 1이면, p형층 5에 있어서 카본 농도가 실리콘 농도에 역전되지 않는 것으로 할 수가 있어 n 반전층은 형성되지 않는다.

당연히 사이리스터 구조는 되지 않고, 소망한 구조의 에피택셜 기판으로 할 수가 있다.

또한, 도 3에, 본 발명의 에피택셜 기판 1의 다른 실시형태가 나타나 있다.

이 예에서는, 카본 농도는, 에피택셜층 3의 기판 2측으로부터 어느 일정한 깊이에서 급격하게 감소하고, 그 깊이로부터 에피택셜 기판 1의 표면까지 낮은 값을 유지 한 프로파일 C2가 되고 있다.

이와 같이, 카본제의 치구로부터 공급될 수 있는 카본 농도의 프로파일 L에 대해서± 50%의 농도를 나타내는 프로파일 L' 로 둘러싸인 영역 R_L' 에서 벗어난 부분이 존재하고, 또한 5 ×10¹⁵ atoms/cm³ 이상의 부분을 갖는 프로파일 C2의 에피택셜 기판 1은, 종래의 프로파일 L로부터 완전하게 일탈한 것으로 되어 있고, 또한, 석영 치구를 이용했을 뿐인 종래의 경우(도 7 참조)와도 달라, 종래법의 것이라 할 수 없고, 본 발명에 의한 것이라고 할 수 있다.

또한, 5×10¹⁵ atoms/cm³ 이상의 부분의 카본 농도의 상한에 대해서는, 특히 한정되지 않고, 소망한 농도 값으로 할 수가 있다.

또한, 본 발명의 다른 예를 도 4에 나타내었다.

도 4의 본 발명의 에피택셜 기판 1에서의 카본 농도 프로파일 C₃는, 에피택 셜층 3의 기판 2측으로부터 어느 일정한 깊이까지는 서서히 감소하고 있지만, 그 깊이에서 급격하게 증가하고, 에피택셜 기판 1의 표면까지, 그 증가한 값 그대로 유지된 프로파일로 되어 있는 것으로 할 수가 있다.

이와 같이, 특정의 층에만, 카본을 도프할 수가 있다.

이와 같이, 어느 하나의 적층 부위(이 경우, 적층 부위 21)에서의 카본 농도가, 전에 적층된 부위(적층 부위 20)에서의 카본 농도 보다도 높게 되어 있다.

또한, 도 5에 나타난 예에서는, 카본 농도 프로파일 C₄와 같이, 카본 농도가 1×10¹⁶ atoms/cm³이상의 적층 부위 22를 가짐과 함께, 5×10¹⁵ atoms/cm³이하의 농도의 적층 부위 23도 가진 에피택셜 기판 1이 된다.

전술한 바와 같이, 종래의 에피택셜 기판에서는, 카본 농도 프로파일은 에피택셜 성장 시의 온도에 의해 일의적으로 정해져 버려, 카본 농도의 상한이나 하한은 한정되어 버린다.

그렇지만, 본 발명의 에피택셜 기판 1에서는, 그러한 범위로 특히 한정되지 않고, 1×10¹⁶ atoms/cm³이상의 고농도치와 5×10¹⁵ atoms/cm³이하의 저농도치의 양쪽 모두를 볼 수 있는 프로파일을 갖는 것이 가능하다.

이들 1×10¹⁶ atoms/cm³이상의 고농도치의 상한, 5×10¹⁵ atoms/cm³이하의 저농도치의 하한은 특히 한정되지 않고, 소망한 농도 값으로 할 수가 있다.

이하, 본 발명의 액상 에피택셜 성장방법에 대하여 상술한다.

또한, 여기에서는 서냉법에 의한 방법을 예로 들어 기술하지만, 본 발명은 이것에한정되지 않고, 온도차 법 등에 의해 실시하는 것도 가능하다.

또한, 도 6에 나타난 바와 같은 GaP 에피택셜 기판을 액상 에피택셜 성장시키는 예를 들어 설명하지만, 이것에 한정하지 않고, 전술한 프로파일의 것이면 좋고, 기판이나 에피택셜층도 화합물 반도체, 또한 GaP로 한정되는 것은 아니다.

얻으려고 하는 에피택셜 기판의 용도에 따라, 적절한 기판 등을 준비하여 실시하면 좋다.

여기서, 우선, 상기 본 발명의 방법을 실시하는데 사용할 수가 있는 액상 에피택셜 성장 장치에 대하여 설명한다.

도 9에 그 장치의 일례가 나타나 있다.

이 액상 에피택셜 성장 장치 10에서는, 석영 튜브 17내에 에피택셜 성장을 행하기 위한 석영 치구 14가 배치되어 있다.

이 석영 치구 14의 저부에, n형 GaP 단결정 기판 2가 고정되고, 또한 석영 치구 14내에는 Ga용액 15가 채워져 있다.

또한, 석영 치구 14 상부에는 도펀트를 통과할 수 있도록 가공된 석영 뚜껑 16이 설치되어 있다.

석영 튜브 17의 한편의 단부부근에는, p형 도펀트가 되는 Zn을 내부에 갖는 도가니13이 배치되어 있다.

석영 튜브 17의 외주부에는, n형 GaP 단결정 기판 2 및 Ga용액 15등을 승강온(昇降溫)하기 위한 히터 11와 Zn를 승온하기 위한 서브 히터 12가 설치되어 있 다.

그리고, 석영 튜브 17의 Zn 도가니 13가 배치된 측의 단부에는 개구부가 설치되어 있어, 카본을 도프하기 위한 탄화수소 가스가, 예를 들면 H₂나 Ar 등의 캐리어 가스와 함께 석영 튜브 17내에 공급된다.

또한, 질소 도프도 실시하는 것이면, NH₃도 이 개구부로부터 공급할 수가 있다.

이러한 액상 에피택셜 성장 장치 10에 의해, GaP 단결정 기판 2상에 GaP 에피택셜층 3을 적층시킬 수가 있다.

또한, 이 액상 에피택셜 성장장치 10에서는, 석영 치구 14를 배치하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 카본제의 치구를 배치한 것으로 할 수도 있다.

우선, 석영 치구 14이면, 치구에서 실리콘을 공급할 수가 있는 것과 함께, 치구로부터 카본이 공급되는 것을 막을 수가 있다.

이 때문에, 도프되는 카본의 농도는, 석영 튜브 17의 개구부로부터 공급하는 탄화수소 가스만에 의한 것이므로 비교적 조정하기 쉽다.

당연히 석영제 이외의 카본이 오토 도프 되지 않는 치구로 할 수도 있다.

한편, 카본제의 치구를 이용하는 것이면 카본이 오토 도프된다.

예를 들면, 이 치구에서 오토 도프되는 카본 농도를 고려하여, 결과로서 소망한 농도의 카본이 도프되도록, 공급하는 탄화수소 가스를 조절하면 좋다.

또한, 예를 들면 미리 Ga용액 15에 실리콘 분말을 혼입시켜 두는 것으로, n 형 도펀트가 되는 실리콘도 도프할 수가 있다.

다음에, 이러한 액상 에피택셜 성장 장치 10을 이용하여, 기판 2상에 에피택셜층 3을 적층시켜 본 발명의 에피택셜 기판 1으로 성장시키는 공정의 일례에 대하여 상술한다.

공정의 개략을 도 10에 나타내었다.

여기에서는, 전술한 바와 같이, 도 6과 같이, 에피택셜층 3중에 있어서, p형층 5에 카본이 도프된 카본 농도 프로파일 C₅를 갖는 에피택셜 기판 1을 제조하는 순서에 대하여 설명한다.

우선, 도 10(a)에 나타난 바와 같이, n형 GaP 단결정 기판 2상에 Ga용액 15를 배치한다.

이 때의 온도는, 예를 들면 히터 11은 600℃이하로, 서브 히터 12는 그것보다 충분히 낮은 온도로 설정한다.

다음에, 석영 튜브 17내에 H₂를 흐르게 함과 함께, 히터 11의 온도를 1000℃정도까지 승온시킨다.

그러면, n형 GaP 단결정 기판 2의 상부는 서서히 용해하고, GaP가 Ga용액 15중에 용해하고, Ga(＋GaP) 용액 15a가 된다[도 10(b)].

이와 같이 n형 GaP 단결정 기판 2의 상부의 용해를 실시한 후, 도 10(c) 이후의 공정을 실시한다.

도 10(c) 이후의 공정에서는, 석영 튜브 17내를 강온(降溫)해 가고, 용해한 n형 GaP 단결정 기판 2 a상에, GaP 에피택셜층 3을 액상 에피택셜 성장시킨다.

우선, 도 10(c)에 나타난 바와 같이, 이 강온 공정으로 GaP층을 에피택셜 성장시키는 것과 함께, 석영 치구 14로부터 용입한 n형 도펀트가 되는 Si가, 성장하는 에피택셜층에 도프된다.

이와 같이 하여, 실리콘이 충분히 도프된 n형층 4이 형성된다.

또한, 도 10(d)에 나타난 바와 같이, 탄화수소 가스로서 예를 들면 Ar를 캐리어 가스로 하여 이것에 CH₄를 추가하여 석영 튜브 17내에 공급하는 것에 의해, 카본이 도프된 p 형층 5를, 상기의 실리콘이 과잉으로 도프된 n형층 4 위에 성장시킨다.

또한, 상기에서는, CH₄를 공급하는 경우를 들었지만, 카본을 공급할 수가 있는 탄화수소 가스이면 좋고, 특히 한정되지 않는다.

예를 들면 방향족 탄화수소 가스로 할 수도 있고, 가스 상태로 석영 튜브 17내에 공급 할 수가 있으면 좋다.

다만, CH₄이면 비교적 염가로 해결되고, 입수하기 쉽기 때문에 간편하다.

캐리어 가스도 Ar로 한정되지 않고, H₂를 이용해도 좋다.

또한, 이 때, 이 공급하는 CH₄ 등의 탄화수소 가스의 유량을 조절하는 것에 의해, 도프하는 카본의 농도를 제어할 수가 있다.

여기서, 도 11에, CH₄의 유량과 에피택셜층중의 카본 농도의 상관관계를 나 타내는 그래프를 나타낸다.

이 그래프는 공급하는 기상 중의 CH₄농도(유량)를 변화시켜, 각 유량에서 성장한 에피택셜 층중의 카본 농도(최대치 및 평균치)를 플롯 한 것이다.

이 그래프(평균치)로부터 0.986의 기여율 R²이 얻어져, CH₄의 유량과 에피택셜 층중의 카본 농도의 상관관계가 높아, CH₄의 유량을 조절하는 것에 의해, 성장하는 에피택셜 층에서의 카본 농도를 충분히 제어할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.

다음에, 도 10(e)에 나타난 바와 같이, Ar, CH₄ 등을 흘리는 것을 중지하고, 서브 히터 12의 온도를 예를 들면 700℃로 승온하고, 이어서 히터 11의 강온을 실시한다.

이것에 의해, 도가니 13중의 Zn가 캐리어 가스 H₂와 함께 석영 튜브 17내로 흐르고, Zn가 도프된 p형층 6이 카본 도프의 p형층 5상에 형성된다.

또한, GaP는 간접천이형반도체이고, pn 접합을 형성하더라도 그 상태로는 휘도가 극히 낮기 때문에, 질소를 도프하여 발광출력을 높일 수도 있다.

에피택셜층 3에의 질소 도프는, 에피택셜 성장 중에 NH₃등을 석영 튜브 17내에 공급 하는 것에 의해 실시할 수가 있다.

또한, 상기 공정으로 한정되지 않고, 소망한 구조, 농도 프로파일이 얻어지도록, 각 가스 및 각 도펀트(특히 카본 관련)의 공급 타이밍이나 양을 자유롭게 설정할 수가 있다.

이것에 의해, 성장한 에피택셜층중의 카본 농도 및 그 외의 도펀트 농도를 임의로 제어할 수가 있다.

이상과 같이 하여, 본 발명의 액상 에피택셜 성장방법을 이용하고, 기판 2상에 에피택셜층 3을 액상 에피택셜 성장시켜, 본 발명의 에피택셜 기판 1에 액상 에피택셜 성장시킬 수가 있다.

도 6에, 상기 공정으로 제조된 에피택셜 기판 1에서의 불순물 농도 프로파일이 나타나 있다.

이와 같이, CH₄등의 탄화수소 가스를 공급하는 것에 의해, 액상 에피택셜 성장하는 에피택셜층 3의 적층 부위(상기의 예의 경우, p형층 5)에, 카본을 자유롭게 소망한량 만큼 도프하는 것이 가능하다.

본 발명의 방법에 따라, 치구로부터의 오토 도프에만 의존하고, 에피택셜 성장 방향에서 서서히 감소해 나갈 뿐인 종래의 에피택셜 기판의 고정된 카본 농도 프로파일로부터 충분히 일탈하고, 임의로 조정된 카본 농도 프로파일을 갖는 고품질의 에피택셜 기판을 얻는 것이 가능하다.

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어 보다 상세에 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다.

(실시예 1)

도 9에 나타난 액상 에피택셜 성장 장치를 이용하여, n형 GaP 단결정 기판 위에 Ga용액을 배치하고, 도 1의 에피택셜 기판 1과 같이, 기판 측으로부터 n형층, p형층, p형층의 순서로, GaP 에피택셜 층을 본 발명의 액상 에피택셜 성장방법에 의해 성장시켰다.

이 때의 공정 시간·온도, 가스나 도펀트의 공급 타이밍·공급량 등의 실시 조건의 개략을 도 18에 나타내었다.

기판 및 Ga용액을 보지하는 치구는 석영 제의 것으로 했다.

우선, GaP 단결정 기판 및 Ga용액을 치구 내에 배치한 후, 석영 튜브 내에 H₂(유량：1.O slm) 및 Ar(유량：1.Oslm)를 흘리는 것과 동시에, 히터의 온도를 1000℃까지 승온시켜, GaP 단결정 기판의 상부를 Ga용액중에 용해시켰다.

GaP 단결정 기판을 소정 두께 용해시킨 후, 석영 튜브 내를 강온해 가고, GaP 에피텍셜층 3을 성장시켰다.

최초로, n형 도펀트가 되는 Si를 도프시켜 n형층 4를 성장시켰다(두께: 약 10㎛).

Si의 도프 방법은, 석영 치구로부터의 오토 도프이고, 8×10¹⁶ atoms/cm³의 농도로 도프 되어 있다.

다음에, p형 도펀트가 되는 카본을 도프시켜 p형층 5를 성장시켰다(두께: 약 12㎛).

이 때, n형 도펀트의 Si의 농도 프로파일을 충분히 고려하여, 반전층 등이 의도하지 않게 형성되지 않도록 주의하여 CH₄를 석영 튜브 내에 공급하고, 2×10¹⁶ atoms/cm³ 의 농도로 도프되도록 조절 했다(CH₄가스농도：Ar 베이스 5%, (Ar＋CH₄) 유량：200 sccm).

또한, 동시에 NH₃를 공급하여 2×10¹⁸ atoms/cm³ 정도의 농도로 N를 도프했다(유량：50 sccm).

이 후, 또한 p형 도펀트가 되는 Zn를 도프시켜 p형층 6을 성장시켰다(두께: 27㎛).

서브 히터의 온도를 700℃로 승온하는 것에 의해, Zn를 캐리어 가스 H₂와 함께 석영 튜브 내로 흘려, 1×10¹⁸ atoms/cm³ 정도의 농도로 도프되도록 했다.

또한, 이 p형층 6을 두께 7㎛ 성장시켰을 때에, CH₄를 공급하는 것을 중지하였다.

그 후, 에피택셜층이 대부분 성장하지 않게 되는 800℃에서 H₂, NH₃, Zn의 공급을 중지하여 추가로 더 강온하여, 실온까지 내려 본 발명의 에피택셜 기판을 얻었다.

이와 같이 하여 얻어진 본 발명의 에피택셜 기판 1의 불순물의 농도 프로파일을 SI MS에 의해 분석했다(검출한계: 1×10¹⁵ atoms/cm³).

분석 결과를 도 12에 나타내었다.

도 12에는, 비교를 위하여, 카본제의 치구로부터 공급될 수 있는 카본의 농 도의 프로파일 L, 프로파일 L에 대해서 ±50%의 농도를 나타내는 프로파일 L＇, 및 프로파일 L'로 둘러싸인 영역 R_L' 도 표시하였다.

도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, CH₄를 공급한 p형층 5 및 p형층 6의 일부에서 만 카본 농도가 2×10¹⁶ atoms/cm³의 농도로 도프되어 있고, p형층 5의 전에 적층된 n형층 5보다도 고농도로 p형층 5등에 도프된 가파른(急峻) 프로파일을 얻을 수 있다.

또한, 영역 R_L'에서 벗어난 부분을 갖고, 또한, 5×10¹⁵ atoms/cm³ 이상의 부분을 갖는 프로파일이 된다.

프로파일 L＇와 교차하고 있다.

또한, 1×10¹⁵ atoms/cm³ 이상의 농도의 부위를 가짐과 동시에, 5×10¹⁵ atoms/cm³ 이하의 농도의 부위를 가진 프로파일이 된다.

이와 같이, 본 발명에 의해, 종래 방법에서의 카본제의 치구로부터 공급될 수 있는 카본의 농도의 프로파일 L로부터 크게 일탈한 프로파일을 얻을 수 있어 소망한 카본 농도 프로파일로 할 수가 있다.

이와 같이 하여, 카본 농도가 제어된 고품질의 에피택셜 기판을 얻을 수 있었다.

또한, 상기 실시예 1과 동일하게 하여, 본 발명의 액상 에피택셜 성장방법에 의해 카본을 도프하여 본 발명의 에피택셜 기판을 30매 제작했는데, 종래와 같은 서서히 감소해 나갈 뿐인 고정된 프로파일 과는 달리, 모두 도 12와 같은 농도 프로파일을 가지고 있고, 또한, 의도하지 않게 반전층이 형성되어 버린 것은 없었다.

(비교예 1)

도 9에 나타난 액상 에피택셜 성장 장치를 이용하여, n형 GaP 단결정 기판 위에 Ga용액을 배치하고, 기판 측으로부터 n형층, p형층, p형층의 순서로, GaP에피택셜층을 종래의 액상 에피택셜 성장방법에 의해 성장시켰다.

다만, 본 발명을 실시한 상기 실시예 1과는 달리 CH₄의 공급은 행하지 않았다.

또한, 기판 및 Ga용액을 보지하는 치구는 카본제로 하고, 종래법과 같이 오토 도프에 의해 카본을 도프했다.

우선, GaP 단결정 기판 및 Ga용액을 치구내에 배치한 후, 석영 튜브 내에 H₂(유량：1.O slm) 및 Ar(유량：1.O slm)를 흘리는 것과 동시에, 히터의 온도를 1000℃까지 승온시켜, GaP 단결정 기판의 상부를 Ga용액중에 용해시켰다.

GaP 단결정 기판을 소정 두께 용해시킨 후, 석영 튜브 내를 강온해 나가, GaP에피택셜층을 성장시켰다.

최초로, n형 도펀트가 되는 Si를 도프시켜 n형층을 성장시켰다(두께：22㎛).

Si의 도프 방법은, 실온 상태에서 Ga중에 고순도의 Si 결정을 미리 혼입시켜 두는 방법으로 실시하고, 2×10¹⁷ atoms/cm³의 농도로 도프 되도록 Si량을 조절했 다.

이 후, 상기 방법에 의한 Si의 공급을 중지하고, 카본의 오토 도프에 의한 p형층을 성장 시켰다(두께：16㎛).

이 때, NH₃를 공급하여 1×10¹⁸ atoms/cm³ 정도의 농도로 도프했다(유량：50 sccm).

또한, p형 도펀트가 되는 Zn를 도프시켜 p형층을 성장시켰다(두께：22㎛).

서브 히터의 온도를 700℃로 승온하는 것으로써, Zn를 캐리어 가스 H₂와 함께 석영 튜브 내에 흘려, 1×10¹⁸ atoms/cm³ 정도의 농도로 도프되도록 했다.

이 후, 각 가스, Zn의 공급을 중지하고, 실온까지 내려 종래법에 의한 에피택셜 기판을 얻었다.

또한, 상기한 바와 같이, 카본은 에피택셜 성장중에, 카본제의 치구로부터 Ga용액 중에 용해되어, 성장하는 에피택셜층(상기 n형층, p형층, p형층) 중에 도프되었다.

이러한 종래법에서 얻어진 에피택셜 기판의 불순물의 농도 프로파일을 SIMS에 의해 분석했다.

분석 결과를 도 13에 나타내었다.

도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1의 에피택셜층에서의 카본 농도 프로파일은, 카본 제의 치구로부터 공급될 수 있는 카본의 농도의 프로파일 L에 따르고 있고, 영역 R_L'내에 모두 자리잡고 있는 프로파일이 되고 있는 것을 확인할 수 있다.

이와 같이, 종래법에서는, 본 발명과는 달리, 카본 농도를 임의로 조정할 수 없고, 프로파일 L로부터 크게 일탈한 카본 농도 프로파일을 얻을 수 없다.

이 비교예 1과 동일하게 하여, 종래의 에피택셜 성장방법에 의해 카본을 도프하여 에피택셜 기판을 30매 제작했는데, 2매에 반전층이 의도하지 않게 형성되어 버렸다.

종래법에서는, 본 발명의 방법과는 달리, 카본을 결정된 패턴으로 밖에 도프할 없고, 다른 불순물(실리콘 등 )의 변화에 대해서 유연하게 대응할 수 없었기 때문에 반전층을 형성시켜 버렸기 때문이라고 생각된다.

(실시예 2·비교예 2)

실시예 1과 동일한 순서로, 다만 도 14에 나타낸 바와 같은 구조 및 농도 프로파일이 되도록 가스 유량, 공급 타이밍 등을 변경하여 에피택셜 기판을 33매 제작했다.

에피택셜층은, 기판 측으로부터 순서적으로 n형층, p형층, p형층으로 했다(실시예 2).

이 에피택셜 기판에 전극을 형성하고, 소자화 하여, LED용 디바이스를 제조했다.

또한, 모두 반전층 등은 형성되지 않고, 모두 소망한 구조·농도 프로파일을 갖는에피택셜 기판, LED용 디바이스를 얻을 수 있었다.

한편, 상기 실시예 2와 동일하게 하고, 다만 CH₄는 공급하지 않고, 카본의 도프는 행하지 않고 도 15에 나타난 바와 같은 종래의 일반적인 구조 및 농도 프로파일을 갖는 에피택셜 기판을 29매 제작했다.

에피택셜층은, 기판 측으로부터 순서적으로 n형층, n형층, p형층으로 했다(비교예 2).

이 에피택셜 기판에 전극을 형성하고, 소자화 하여, LED용 디바이스를 제조했다.

실시예 2 및 비교예 2의 디바이스에 대하여, 직상휘도(直上輝度)Iv(mcd), 방사속(放射束)Po(mw) 광속(光束) Pv(mlm)를 측정하여 각 평균치를 비교하였다.

비교 결과를 도 16[(a) 직상휘도Ⅰv,(b)방사속 Po, (c) 광속 Pv]에 나타내었다.

도 16으로부터 알 수 있는 바와 같이, 어느 데이터도, 실시예 2 쪽이 비교예 2보다도 양호한 값을 나타내고 있다.

이것은, 우선, 도 15에 나타난 바와 같이, 비교예 2에서는 pn 접합이 표면으로부터 20㎛의 부분에 형성된다.

한편, 실시예 2에서는, 도 14에 나타난 바와 같이, pn 접합은 표면으로부터 40㎛의 부분에 형성되어 있다.

LED용 디바이스에 있어서, 발광한 빛이 가장 많이 흡수되는 것은, 표면의 전 극이다.

간단한 기하학 계산에서는, pn 접합 중심으로부터 발광된 빛이 전극에 흡수되는 비율이, 비교예 2에 대하여 실시예 2에서는 56%정도로 억제되어, 광의 취출효율이 높아지는 것을 알 수 있다(도 17 참조).

또한, p형층이 2배가 되기 때문에, 전류의 확산에 대한 효과도 높아진다.

게다가, p형 도펀트로서 카본을 도프한 것에 의해, 실시예 2는 보다 우수한 특성을 갖는 것이 된다.

(실시예 3~8)

실시예 3, 4, 7, 8에서는 CH₄의 공급하는 유량 및 타이밍의 조건을 변경하고, 실시예 5 및 6에서는 CH₄의 공급하는 유량 및 타이밍의 조건을 변경하고, 또한 Zn의 공급은 행하지 않고, 각각, 상기 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 본 발명의 액상 에피택셜 성장방법을 실시했다.

실시예 3~8에서의 CH₄의 공급 조건을 표 1에 나타내었다.

	CH4의 공급 조건
실시예 3	에피택셜 성장 개시와 함께 유량 200 sccm(주 1)로 공급하기 시작하고, p형층 6을 두께 7㎛ 성장시킨 후에 공급을 정지한다.
실시예 4	n형층 4를 8㎛ 성장시킨 후에 유량 200 sccm(주 2)로 공급하기 시작하고, p형층 6을 소정 두께 성장을 끝마칠 때까지 공급한다.
실시예 5	에피택셜 성장 개시와 함께 유량 200 sccm(주 3)로 공급하기 시작하고, p형층 5를 12㎛성장시킨 후에 100%의 CH4를 230 sccm로 공급하고, p형층 6을 소정 두께 성장을 끝마칠 때까지 공급한다.
실시예 6	n형층 4를 8 ㎛성장시킨 후에 유량 200 sccm(주 4)로 공급하기 시작하고 p형층 5를 12㎛ 성장시킨 후에 100%의 CH4를 230 sccm로 공급하고, p형층 6을 소정 두께 성장을 끝마칠 때까지 공급한다.
실시예 7	에피택셜 성장 개시와 함께 유량 150 sccm(주 5)로 공급하기 시작하고, 서서히 유량을 줄여 가, p형층 6을 소정 두께 성장을 끝마칠 때까지 공급한다. 또한, p형층 6을 성장 끝마칠 때의 공급 유량은 130 sccm(주 6)이다.
실시예8	에피택셜 성장 개시와 함께 유량 100%의 CH4를 230 sccm로 공급하기 시작하고, 서서히 유량을 줄여가고, p형층 6을 소정 두께 성장을 끝마칠 때까지 공급한다. 또한, p형층 6을 성장 끝마칠 때의 공급 유량은 115 sccm이다.
(주 1~6) CH4가스농도가 Ar 베이스 5%의(Ar＋CH4)유량을 나타낸다.

실시예 3~8로 얻은 본 발명의 에피택셜 기판 1의 불순물의 농도 프로파일을 SIMS에 의해 분석했다.

모두, CH₄의 유량이 조절된 공급 조건에 따라 카본 농도가 조정되어, 종래법에서는 얻을 수 없는 카본 농도 프로파일을 얻을 수 있었다.

분석 결과를 도 19~24에 나타내었다.

우선, 실시예 3(도 19)에서 얻은 에피택셜 기판에서는, 에피택셜 성장개시 시 부터CH₄를 일정량 공급하고, 그것에 대응하여 카본 농도가 2×10¹⁶ atoms/cm³ 정도의 농도로 일정하게 되어 있는 것을 알 수 있다.

그리고, p형층 6을 두께 7㎛ 성장시킨 후에 공급을 중지한 것에 대응하여 카본 농도가 급강하하고 있다.

검출한계 값에 가까운 1×10¹⁵ atoms/cm³ 정도로 되어 있다.

또한, 실시예 4(도 20)에서는, n형층 4에 있어서는 CH₄를 공급하지 않기 때문에 검출한계 값이고, p형층 5, 6에 있어서는, CH₄의 공급에 의해 카본 농도가 급상승하고, 2×10¹⁶ atoms/cm³ 정도의 농도가 얻어진다.

다음에, 실시예 5(도 21)에서는, CH₄의 공급에 의해 n형층 4, p형층 5에서 2×10¹⁶ atoms/cm³ 정도의 농도에서 카본이 도핑 되고, p형층 6에서는, 100%의 CH₄를 230 sccm 흘린 것으로 카본 농도가 급상승하고, 4×10¹⁷ atoms/cm³ 정도의 고농도로 카본이 도핑 되어 있다.

그리고, 실시예 6(도 22)에서는, 실시예 4와 실시예 5를 조합한 것 같은 농도 프로파일을 얻을 수 있었다.

이것은, 실시예 4와 같이, 에피택셜 성장 개시 시는 CH₄를 공급 하지 않기 때문에, 검출한계 값이지만, CH₄의 공급에 의해 카본 농도가 급상승하여 2×10¹⁶ atoms/cm³ 정도의 농도가 되고, 그리고, 실시예 5와 같이, 100%의 CH₄를 230 sccm 흘린 것으로 카본 농도가 급상승하여 4×10¹⁷ atoms/cm³ 정도의 고농도가 되는 농도 프로파일을 얻을 수 있다.

또한, 실시예 7(도 23), 실시예 8(도 24)과 같이 에피택셜 성장의 최초부터 카본을 도프하는 프로파일에서도, CH₄의 유량을 조절하는 것에 의해 프로파일 전체를 농도의 높이 방향으로 자유롭게 시프트 할 수가 있어 종래법에서는 얻을 수 없는 범위의 농도를 갖는 카본 농도 프로파일을 얻을 수 있다.

특히, 실시예 8에서는, 에피택셜층에 있어서 기판 2보다도 높은 카본 농도를 갖는 프로파일이 되고, 이러한 것은 본 발명에 의해서만 얻을 수 있는 것이다.

이상과 같이, 본 발명의 에피택셜 기판 및 액상 에피택셜 성장방법이면, 종래와 같은 카본제 치구로부터의 오토 도프에 의한 고정된 카본 농도 프로파일로부터 일탈하고, 석영 치구 등을 이용했을 뿐인 종래 법에 의한 프로파일과도 달리, 임의의 카본 농도 프로파일을 갖는 고품질의 에피택셜 기판을 얻을 수 있다.

또한, 그것에 의해, 예를 들면 반전층 등이 의도하지 않게 발생해 버리는 것을 효과적으로 방지할 수도 있다.

또한, 본 발명은, 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태는, 예시이며, 본 발명의 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용 효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

도 1은 본 발명의 에피택셜 기판의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.

도 2는 본 발명의 에피택셜 기판에서의 불순물 농도 프로파일의 일례를 나타내는 그래프이다.

도 3은 본 발명의 에피택셜 기판에서의 불순물 농도 프로파일의 다른 예를 나타내는 그래프이다.

도 4는 본 발명의 에피택셜 기판에서의 불순물 농도 프로파일의 다른 예를 나타내는 그래프이다.

도 5는 본 발명의 에피택셜 기판에서의 불순물 농도 프로파일의 다른 예를 나타내는 그래프이다.

도 6은 본 발명의 에피택셜 기판에서의 불순물 농도 프로파일의 다른 예를 나타내는 그래프이다.

도 7은 종래의 에피택셜 기판(석영 치구 사용)에서의 불순물 농도 프로파일의 일례를 나타내는 그래프이다.

도 8의 (a)는 종래의 에피택셜 기판(카본제 치구 사용)에서의 불순물 농도 프로파일의 일례를 나타내는 그래프이다.

(b)는 반전층을 갖는 에피택셜 기판(카본제 치구 사용)에서의 불순물 농도 프로파일의 일례를 나타내는 그래프이다.

도 9는 액상 에피택셜 성장 장치의 일례를 나타내는 구성 개략도이다.

도 10은 본 발명의 액상 에피택셜 성장방법의 공정의 일례를 나타내는 개략 공정도이다.

도 11은 본 발명의 액상 에피택셜 성장방법에서의 CH₄의 공급 유량과 에피택셜층 중의 카본 농도의 상관관계를 나타내는 그래프이다.

도 12는 실시예 1의 불순물 농도 프로파일을 나타내는 그래프이다.

도 13은 비교예 1의 불순물 농도 프로파일을 나타내는 그래프이다.

도 14는 실시예 2의 에피택셜 기판에서의 불순물 농도 프로파일을 나타내는 그래프이다.

도 15는 비교예 2의 에피택셜 기판에서의 불순물 농도 프로파일을 나타내는 그래프이다.

도 16은 실시예 2와 비교예 2의(a) 직상휘도, (b) 방사속, (c) 광속의 비교 결과를 나타내는 그래프이다.

도 17은 전극에의 빛의 흡수 상태의 예를 나타내는 개략 설명도이다.

도 18은 실시예 1의 실시 조건의 개략을 나타내는 설명도이다.

도 19는 실시예 3의 불순물 농도 프로파일을 나타내는 그래프이다.

도 20은 실시예 4의 불순물 농도 프로파일을 나타내는 그래프이다.

도 21은 실시예 5의 불순물 농도 프로파일을 나타내는 그래프이다.

도 22는 실시예 6의 불순물 농도 프로파일을 나타내는 그래프이다.

도 23은 실시예 7의 불순물 농도 프로파일을 나타내는 그래프이다.

도 24는 실시예 8의 불순물 농도 프로파일을 나타내는 그래프이다.

Claims (22)

1. 기판 위에 에피택셜 층이 액상 에피택셜 성장방법에 의해 적층된 에피택셜 기판으로서, 상기 기판 위에 적층된 에피택셜 층에서의 카본 농도 프로파일이, 용매의 보지를 위한 카본제 치구로부터 공급될 수 있는 카본의 농도로부터 ±50%의 농도 프로파일과 교차하고 있는 것인 것을 특징으로 하는 에피택셜 기판.
2. 기판 위에 에피택셜 층이 액상 에피택셜 성장방법에 의해 적층된 에피택셜 기판으로서, 상기 기판 위에 적층된 에피택셜 층에서의 카본 농도 프로파일이, 용매의 보지를 위한 카본제 치구로부터 공급될 수 있는 카본의 농도로부터 ±50%의 농도 프로파일로 둘러싸인 영역에서 벗어난 부분을 가짐과 함께, 5×10¹⁵ atoms/cm³ 이상의 부분을 갖는 것인 것을 특징으로 하는 에피택셜 기판.
3. 기판 위에 에피택셜 층이 액상 에피택셜 성장방법에 의해 적층된 에피택셜 기판으로서, 상기 기판 위에 적층된 에피택셜층의 적어도 하나의 적층 부위에서의 카본 농도가, 이 적층 부위 보다 전에 적층된 부위에서의 카본 농도 보다도 높은 것인 것을 특징으로 하는 에피택셜 기판.
4. 기판 위에 에피택셜 층이 액상 에피택셜 성장방법에 의해 적층된 에피택셜 기판으로서, 상기 기판 위에 적층된 에피택셜 층은, 카본 농도가 1×10¹⁶atoms/cm³이상으로 적층된 부위를 가짐과 함께, 카본 농도가 5×10¹⁵ atoms/cm³이하로 적층된 부위를 갖는 것인 것을 특징으로 하는 에피택셜 기판.
5. 제1항에 있어서, 상기 기판 위에 적층된 에피택셜 층은, 복수의 층이 순차적으로 적층된 것인 것을 특징으로 하는 에피택셜 기판.
6. 제2항에 있어서, 상기 기판 위에 적층된 에피택셜 층은, 복수의 층이 순차적으로 적층된 것인 것을 특징으로 하는 에피택셜 기판.
7. 제3항에 있어서, 상기 기판 위에 적층된 에피택셜 층은, 복수의 층이 순차적으로 적층된 것인 것을 특징으로 하는 에피택셜 기판.
8. 제4항에 있어서, 상기 기판 위에 적층된 에피택셜 층은, 복수의 층이 순차적으로 적층된 것인 것을 특징으로 하는 에피택셜 기판.
9. 제5항에 있어서, 상기 복수의 층은, 기판 측으로부터 n형층, p형층, p형층인 것을 특징으로 하는 에피택셜 기판.
10. 제6항에 있어서, 상기 복수의 층은, 기판 측으로부터 n형층, p형층, p형층인 것을 특징으로 하는 에피택셜 기판.
11. 제7항에 있어서, 상기 복수의 층은, 기판 측으로부터 n형층, p형층, p형층인 것을 특징으로 하는 에피택셜 기판.
12. 제8항에 있어서, 상기 복수의 층은, 기판 측으로부터 n형층, p형층, p형층인 것을 특징으로 하는 에피택셜 기판.
13. 제1항에서 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 에피택셜 층이 화합물 반도체로 이루어진 층인 것을 특징으로 하는 에피택셜 기판.
14. 제13항에 있어서, 상기 화합물 반도체가 GaP인 것을 특징으로 하는 에피택셜 기판.
15. 기판에 용매를 접촉시켜 에피택셜 층을 액상 에피택셜 성장시키는 방법으로서, 상기 기판 위에 에피택셜 층을 액상 에피택셜 성장시킬 때, 상기 용매에 탄화수소 가스를 접촉시키는 것에 의해, 상기 성장하는 에피택셜 층중에 카본을 공급하여, 이 에피택셜 층에 카본을 도프하는 것을 특징으로 하는 액상 에피택셜 성장방법
16. 제15항에 있어서, 상기 에피택셜 층을 액상 에피택셜 성장시킬 때 상기 용매를 보지하는 치구를 석영제의 것으로 하는 것을 특징으로 하는 액상 에피택셜 성장방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 에피택셜 층에 도프하는 카본의 농도를, 상기 탄화수소 가스의 유량을 조절하는 것에 의해 제어하는 것을 특징으로 액상 에피택셜 성장방법
18. 제16항에 있어서, 상기 에피택셜 층을 화합물 반도체로 이루어진 층으로 하는 것을 특징으로 하는 액상 에피택셜 성장방법.
19. 제17항에 있어서, 상기 에피택셜 층을 화합물 반도체로 이루어진 층으로 하는 것을 특징으로 하는 액상 에피택셜 성장방법.
20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 화합물 반도체를 GaP로 하는 것을 특징으로 하는 액상 에피택셜 성장방법.
21. 제15항에서 제19항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 탄화수소 가스를 메탄으로 하는 것을 특징으로 하는 액상 에피택셜 성장방법.
22. 제20항에 있어서, 상기 탄화수소 가스를 메탄으로 하는 것을 특징으로 하는 액상 에피택셜 성장방법.

Images