(57)【要約】 【課題】  ハイドライド気相成長法を用いてＧａＰ電流拡散層を厚く形成する際にＧａＰ電流拡散層にピットが形成されることを抑制し、反りを生じた状態で研磨やダイシングなどの素子化加工を行った際に該ピットを基点とした割れ等を生じにくくする。【解決手段】  ＧａＡｓ単結晶基板１上に、２種以上のＩＩＩ族元素を含む（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１）にて構成される発光層部２４と、第一ＧａＰ層７ａとをこの順序にて有機金属気相成長法により形成する。そして、第一ＧａＰ７ａ層上に第二ＧａＰ層７をハイドライド気相成長法により形成する。第二ＧａＰ層７は、発光層部に近い側に位置するＧａＰ高速成長層７ｂと該ＧａＰ高速成長層７ｂに続くＧａＰ低速成長層７ｃとを有するものとして、ＧａＰ高速成長層７ｂを第一成長速度により、ＧａＰ低速成長層７ｃを第一成長速度よりも低い第二成長速度により、それぞれ成長する。【選択図】    図３
2010109283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
＜１００＞方向を基準方向として、該基準方向からのオフアングルが１０゜以上２０゜以下の主軸を有するＧａＡｓ単結晶基板上に、２種以上のＩＩＩ族元素を含む（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１）にて構成される発光層部と、第一ＧａＰ層とをこの順序にて形成する有機金属気相成長工程と、前記第一ＧａＰ層上に第二ＧａＰ層を形成するハイドライド気相成長工程とを有し、
前記第二ＧａＰ層を、前記発光層部に近い側に位置するＧａＰ高速成長層と該ＧａＰ高速成長層に続くＧａＰ低速成長層とを有するものとして、前記ＧａＰ高速成長層を第一成長速度により、前記ＧａＰ低速成長層を前記第一成長速度よりも低い第二成長速度により、それぞれ成長することを特徴とする化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記ＧａＡｓ単結晶基板の厚さが２５０μｍ以上３５０μｍ以下であり、前記第一ＧａＰ層と前記第二ＧａＰ層との合計厚さが１００μｍ以上２５０μｍ以下である請求項１記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記ＧａＰ高速成長層を５０μｍ以上の厚さに成長することを特徴とする請求項２に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記ＧａＰ低速成長層の厚さが５μｍ以上４９μｍ以下である請求項２又は請求項３に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記第一成長速度が、前記ＧａＰ高速成長層の表面にピットが発生しない程度の高速に設定されている請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記第一成長速度が、前記ＧａＰ低速成長層の表面に高さ５μｍ以上２０μｍ以下にてヒロックが残留する程度の高速に設定されている請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項７】
前記第一成長速度が２５μｍ／ｈｒ以上４０μｍ／ｈｒ以下に設定される請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項８】
前記第二成長速度が、前記第一成長速度の１／５以上１／２以下に設定される請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項９】
前記ＧａＰ低速成長層の表面に形成されたヒロックを研磨加工により除去する請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項１０】
前記第二ＧａＰ層の厚さを目標厚さより１０μｍ以上３０μｍ以下の範囲で厚く成長し、前記研磨加工により前記目標厚さとする請求項９記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項１１】
＜１００＞方向を基準方向として、該基準方向からのオフアングルが１０゜以上２０゜以下の主軸を有するＧａＡｓ単結晶基板上に、２種以上のＩＩＩ族元素を含む（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１）にて構成される発光層部と、第一ＧａＰ層とがこの順序にて有機金属気相成長法により形成され、前記第一ＧａＰ層上に第二ＧａＰ層がハイドライド気相成長法により形成され、さらに、前記第二ＧａＰ層が、前記発光層部に近い側に位置するＧａＰ高速成長層と該ＧａＰ高速成長層に続くＧａＰ低速成長層とからなることを特徴とする化合物半導体エピタキシャルウェーハ。
【請求項１２】
前記ＧａＡｓ単結晶基板の厚さが２５０μｍ以上３５０μｍ以下であり、前記第一ＧａＰ層と前記第二ＧａＰ層との合計厚さが１００μｍ以上２５０μｍ以下である請求項１１記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハ。
【請求項１３】
前記ＧａＰ高速成長層の厚さが５０μｍ以上であることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハ。
【請求項１４】
前記ＧａＰ低速成長層の厚さが５μｍ以上４９μｍ以下であることを特徴とする請求項１３に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハ。
【請求項１５】
前記ＧａＰ高速成長層にピットが形成されていない請求項１１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハ。
【請求項１６】
前記ＧａＰ低速成長層の表面が研磨面とされている請求項１１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハ。
【請求項１７】
請求項１１ないし請求項１６のいずれか１項に記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハに電極形成しダイシングすることにより製造され、ＧａＡｓ単結晶基板上に、２種以上のＩＩＩ族元素を含む（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１）にて構成される有機金属気相成長法により形成された発光層部と、有機金属気相成長法により形成された第一ＧａＰ層と、ハイドライド気相成長法により形成された第二ＧａＰ層とがこの順に積層され、さらに、前記第二ＧａＰ層が、前記発光層部に近い側に位置するＧａＰ高速成長層と該ＧａＰ高速成長層に続くＧａＰ低速成長層とからなることを特徴とする発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法、化合物半導体エピタキシャルウェーハ及び発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】米国特許５，００８，７１８号公報
【特許文献２】特開２００４−１２８４５２号公報
【０００３】
（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ混晶（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１；以下、ＡｌＧａＩｎＰ混晶、あるいは単にＡｌＧａＩｎＰとも記載する）により発光層部が形成された発光素子は、薄いＡｌＧａＩｎＰ活性層を、それよりもバンドギャップの大きいｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とによりサンドイッチ状に挟んだダブルへテロ構造を採用することにより、高輝度の素子を実現できる。
【０００４】
具体的には、ｎ型ＧａＡｓ単結晶基板上へのヘテロエピタキシーにより、ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ＡｌＧａＩｎＰ活性層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層をこの順序にて積層し、ダブルへテロ構造をなす発光層部を形成する。発光層部への通電は、素子表面に形成された金属電極を介して行なわれる。ここで、金属電極は遮光体として作用するため、例えば発光層部主表面の中央部のみを覆う形で形成され、その周囲の電極非形成領域から光を取り出すようにする。
【０００５】
この場合、金属電極の面積をなるべく小さくしたほうが、電極の周囲に形成される光漏出領域の面積を大きくできるので、光取出し効率を向上させる観点において有利である。従来、電極形状の工夫により、素子内に効果的に電流を拡げて光取出量を増加させる試みがなされているが、この場合も電極面積の増大はいずれにしろ避けがたく、光漏出面積の減少により却って光取出量が制限されるジレンマに陥っている。また、クラッド層のドーパントのキャリア濃度ひいては導電率は、活性層内でのキャリアの発光再結合を最適化するために多少低めに抑えられており、面内方向には電流が広がりにくい傾向がある。これは、電極被覆領域に電流密度が集中し、光漏出領域における実質的な光取出量が低下してしまうことにつながる。
【０００６】
そこで、発光層部と電極との間に、厚くて導電性の透明窓層（電流拡散層）を設けることにより、電流密度が最小限となるようにする方法が知られている（特許文献１）。
また、電流拡散層を効率よく形成するために、薄い発光層部を有機金属気相成長法（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy：以下、ＭＯＶＰＥ法ともいう）により形成する一方、厚い電流拡散層をハイドライド気相成長法（Hydride Vapor Phase Epitaxial Growth Method：以下、ＨＶＰＥ法ともいう）により形成する方法が知られている（特許文献２）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＧａＡｓ単結晶基板上にヘテロ成長したＡｌＧａＩｎＰ発光層部上に、ハイドライド気相成長法を用いてＧａＰ電流拡散層を厚く成長すると、ＡｌＧａＩｎＰ発光層部（ひいてはＧａＡｓ単結晶基板）とＧａＰ電流拡散層との格子不整合による歪及び線膨張率の相違により、成長後の高温（例えば、７５０℃）から冷却する過程において得られたエピタキシャルウェーハには、ＧａＡｓ単結晶基板側が凹面となりＧａＰ電流拡散層側が凸面となる形で反りを生ずる。この反り量は、ＧａＰ電流拡散層の厚さによっても異なるが、例えば外径が５０ｍｍ（約２インチ）程度のウェーハで５００〜７００μｍとなり、研磨やダイシングなどの素子化加工を行った際に割れが生じやすい問題がある。特に、ハイドライド気相成長容器内にて原料ガスの供給が不足しやすい位置に配置されたウェーハ（例えば、ガス流通方向下流側、特に、該側にて容器下方に配置されたウェーハ）は、ＧａＰ電流拡散層にピットと称される孔状の欠陥が形成されやすく、これを基点とした割れ等を生じやすい。
【０００８】
本発明は、ハイドライド気相成長法を用いてＧａＰ電流拡散層を厚く形成する際にＧａＰ電流拡散層にピットが形成されることを抑制し、反りを生じた状態で研磨やダイシングなどの素子化加工を行った際に該ピットを基点とした割れ等が生じにくい化合物半導体エピタキシャルウェーハとその製造方法、ならびに該化合物半導体エピタキシャルウェーハを用いて製造される発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法は、
＜１００＞方向を基準方向として、該基準方向からのオフアングルが１０゜以上２０゜以下の主軸を有するＧａＡｓ単結晶基板上に、２種以上のＩＩＩ族元素を含む（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１）にて構成される発光層部と、第一ＧａＰ層とをこの順序にて形成する有機金属気相成長工程と、第一ＧａＰ層上に第二ＧａＰ層を形成するハイドライド気相成長工程とを有し、
第二ＧａＰ層を、発光層部に近い側に位置するＧａＰ高速成長層と該ＧａＰ高速成長層に続くＧａＰ低速成長層とを有するものとして、ＧａＰ高速成長層を第一成長速度により、ＧａＰ低速成長層を第一成長速度よりも低い第二成長速度により、それぞれ成長することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の化合物半導体エピタキシャルウェーハは、
＜１００＞方向を基準方向として、該基準方向からのオフアングルが１０゜以上２０゜以下の主軸を有するＧａＡｓ単結晶基板上に、２種以上のＩＩＩ族元素を含む（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１）にて構成される発光層部と、第一ＧａＰ層とがこの順序にて有機金属気相成長法により形成され、第一ＧａＰ層上に第二ＧａＰ層がハイドライド気相成長法により形成され、さらに、第二ＧａＰ層が、発光層部に近い側に位置するＧａＰ高速成長層と該ＧａＰ高速成長層に続くＧａＰ低速成長層とからなることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明の発光素子は、上記本発明の化合物半導体エピタキシャルウェーハに電極形成しダイシングすることにより製造され、ＧａＡｓ単結晶基板上に、２種以上のＩＩＩ族元素を含む（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１）にて構成される有機金属気相成長法により形成された発光層部と、有機金属気相成長法により形成された第一ＧａＰ層と、ハイドライド気相成長法により形成された第二ＧａＰ層とがこの順に積層され、さらに、第二ＧａＰ層が、発光層部に近い側に位置するＧａＰ高速成長層と該ＧａＰ高速成長層に続くＧａＰ低速成長層とからなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法においては、例えば２種以上のＩＩＩ族元素を含む（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０＜ｙ≦１）にて構成される発光層部を、単結晶基板上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いて成長する（有機金属気相成長工程）。一方、面内方向に電流を十分に拡げるために層厚をある程度大きく設定することが必要な電流拡散層は、ハイドライド気相成長法を用いて形成することが効率的である（ハイドライド気相成長工程）。ＨＶＰＥ法は、水素ガスで置換された石英製の反応炉内で蒸気圧の低いＧａ（ガリウム）を塩化水素との反応により気化しやすいＧａＣｌに転換し、該ＧａＣｌを媒介とする形でＶ族元素源ガスとＧａとを反応させることにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の気相成長を行なう方法である。ＭＯＶＰＥ法による層成長速度が約１μｍ／ｈｒであるのに対しＨＶＰＥ法では約２０μｍ／ｈｒであり、ＨＶＰＥ法によると層成長速度をＭＯＶＰＥ法よりも大きくでき、ある程度厚さを要する電流拡散層も非常に高能率にて形成できるので、原材料費をＭＯＶＰＥ法よりもはるかに低く抑えることができる。また、ＨＶＰＥ法では、ＩＩＩ族元素源として高価な有機金属を使用せず、ＩＩＩ族元素源に対するＶ族元素源（ＡｓＨ３、ＰＨ３など）の配合比率もはるかに少なくて済む（例えば１／３倍程度）ので、コスト的に有利である。
【００１３】
そして、本発明では、ハイドライド気相成長法により第二ＧａＰ層を成長する際に、成長開始時の予め定められた期間を第一成長速度に設定してＧａＰ高速成長層を形成し、その後、第一成長速度よりも低い第二成長速度に設定してＧａＰ低速成長層を形成する。つまり、第二ＧａＰ層の成長第一段階は、原料供給量を増加させた高速成長モードとすることで、原料不足傾向時に形成されやすいピットを抑制することができる。他方、高速成長モードでは、発光層部との界面での格子緩和が促進される結果、ヒロックと称される突起状の欠陥が形成されやすい傾向となる。そこで、成長第二段階として、原料供給量を低下させた低速成長モードにより、ＧａＰ高速成長層上にＧａＰ低速成長層を形成することで、最終的に得られる第二ＧａＰ層表面のヒロック欠陥の大きさ及び量が過剰となることを防止できる。これにより、第二ＧａＰ層が形成するエピタキシャルウェーハ主表面の研磨加工の簡略化を図ることができる。
【００１４】
前述のごとく、ＧａＡｓ単結晶基板上にヘテロ成長したＡｌＧａＩｎＰ発光層部上に、ハイドライド気相成長法を用いて第二ＧａＰ層を厚く成長すると、得られるエピタキシャルウェーハには、ＧａＡｓ単結晶基板側が凹面となり第二ＧａＰ層側が凸面となる形で反りを生ずる。そして、第二ＧａＰ層にピットが多数形成されていると、研磨やダイシングなどの素子化加工を行った際に、このピットを基点としてウェーハに割れが生じやすくなる。しかし、上記のごとく、本発明の採用により、ＧａＰ電流拡散層の主体をなす第二ＧａＰ層へのピットの形成が抑制されるので、上記素子化加工の際にウェーハが割れにくくなる。
【００１５】
第一ＧａＰ層と第二ＧａＰ層とは、ＧａＰ電流拡散層としての光取出効率向上に有効に寄与するためには、両者の合計厚さが１００μｍ以上となっていることが望ましい。また、生産性等を考慮すれば、該合計厚さは２５０μｍ以下となっていることが望ましい。他方、ＧａＡｓ単結晶基板の厚さは、製造時のハンドリング等に耐える基板強度等を考慮すれば２５０μｍ以上３５０μｍ以下であるのが妥当である。
【００１６】
このうち、第一ＧａＰ層は、発光層部との格子整合を保ちつつ、その後に成長される第二ＧａＰ層の成長基面として安定に寄与させるために、１μｍ以上に形成することが望ましい。ただし、成長速度の小さい有機金属成長法が採用されることを考慮すれば、製造能率上の観点から第一ＧａＰ層の厚さは５μｍ以下であることが望ましい。
【００１７】
第二ＧａＰ層は、成長速度の大きいハイドライド気相成長法によりＧａＰ電流拡散層の主要部をなすものとして形成されるので、その厚さは９９μｍ以上であることが望ましい。このうち、ＧａＰ高速成長層を５０μｍ以上の厚さに成長することで、層へのピット形成を十分抑制しつつ、第二ＧａＰ層全体の形成能率向上にも寄与できる。また、ＧａＰ低速成長層の厚さは５μｍ以上４９μｍ以下であることが望ましい。
【００１８】
ＧａＰ高速成長層を形成するための第一成長速度は、該ＧａＰ高速成長層の表面にピットが発生しない程度の高速に設定することが望ましい。ピットが形成されないためには、ＧａＰ低速成長層をさらに成長したとき、その表面に高さ５μｍ以上２０μｍ以下にてヒロックが残留する程度の高速に設定すること、より具体的には、２５μｍ／ｈｒ以上４０μｍ／ｈｒ以下に設定することが望ましい。
【００１９】
一方、ＧａＰ低速成長層を形成するための第二成長速度は、第一成長速度の１／５以上１／２以下に設定するのがよい。低速成長層を高速成長層の１／２以下の成長速度で成長すると、ＧａＰ低速成長層の表面にヒロックが過剰に残留する不具合を防止できる。ただし、第二成長速度が第一成長速度の１／５より小さい場合は、成長速度の制御が困難になりやすいので、第二成長速度を第一成長速度の１／５以上とすることが望ましい。
【００２０】
ＧａＰ低速成長層の表面に形成されたヒロックは、研磨加工により除去することができる。ＧａＰ低速成長層の表面にヒロックが高さ５μｍ以上２０μｍ以下にて残留する場合、第二ＧａＰ層の厚さを目標厚さより１０μｍ以上３０μｍ以下の範囲で厚く成長し、研磨加工により目標厚さとする工程を採用できる。この場合、得られる化合物半導体エピタキシャルウェーハのＧａＰ低速成長層の表面は研磨面となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の化合物半導体エピタキシャルウェーハ１００の一例を示す概念図である。化合物半導体エピタキシャルウェーハ１００は、成長用単結晶基板としてのｎ型ＧａＡｓ単結晶基板（以下、単に基板ともいう）１の第一主表面上に発光層部２４が形成されている。該基板１は、＜１００＞方向を基準方向として、該基準方向に対するオフアングルが１０゜以上２０゜以下の主軸Ａを有するものである。この基板１の第一主表面と接するようにｎ型ＧａＡｓバッファ層２が形成され、該バッファ層２上に発光層部２４が形成される。そして、その発光層部２４の上に、第一ＧａＰ層７ａと第二ＧａＰ層７とが形成されている。
【００２２】
発光層部２４は、ノンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦０．５５，０．４５≦ｙ≦０．５５）混晶からなる活性層５を、ｐ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｐ型クラッド層６とｎ型（ＡｌｚＧａ１−ｚ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただしｘ＜ｚ≦１）からなるｎ型クラッド層４とにより挟んだ構造を有する。図１の化合物半導体エピタキシャルウェーハ１００では、第一ＧａＰ層７ａ及び第二ＧａＰ層７側にｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６が配置され、ｎ型ＧａＡｓ単結晶基板１側にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４が配置されている。従って、発光素子となったときの通電極性は第一ＧａＰ層７ａ及び第二ＧａＰ層７側が正である。なお、ここでいう「ノンドープ」とは、「ドーパントの積極添加を行なわない」との意味であり、通常の製造工程上、不可避的に混入するドーパント成分の含有（例えば１０１３〜１０１６／ｃｍ３程度を上限とする）をも排除するものではない。
【００２３】
第二ＧａＰ層７は、ドーパントをＺｎとしたｐ型ＧａＰ層として形成されている。第一ＧａＰ層７ａと第二ＧａＰ層７との合計厚さは、例えば１００μｍ以上２５０μｍ以下である。第二ＧａＰ層７は、ハイドライド気相成長法による、ＧａＰ高速成長層７ｂとＧａＰ低速成長層７ｃとがこの順に積層されてなる。ＧａＰ高速成長層７ｂの厚さは例えば５０μｍ以上（上限は、例えば２００μｍ）であり、ＧａＰ低速成長層７ｃの厚さは、例えば５μｍ以上４９μｍ以下である。ＧａＰ高速成長層７ｂにはピットが形成されておらず、ＧａＰ低速成長層７ｃの表面は鏡面研磨面とされている。
【００２４】
第一ＧａＰ層７ａと、ＧａＰ高速成長層７ｂとＧａＰ低速成長層７ｃとには、いずれもｐ型ドーパントが添加される。ｐ型ドーパントとして、本実施形態のように７ａ，７ａ，７ｂの全てにＺｎを採用することもできるが、ＭＯＶＰＥにて形成される第一層７ａのドーパントは、ｐ型クラッド層６側への拡散を生じにくいＭｇ及び／又はＣとし、ＨＶＰＥにて形成されるＧａＰ高速成長層７ｂとＧａＰ低速成長層７ｃとのドーパントをＺｎとしてもよい。
【００２５】
以下、図１の化合物半導体エピタキシャルウェーハ１００の製造方法について説明する。まず、図２の工程１に示すように、＜１００＞方向を基準方向として、オフアングルが１０゜以上２０゜以下の主軸を有するＧａＡｓ単結晶基板１を用意する。そして、工程２に示すように、その基板１の第一主表面に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層２を例えば０．５μｍ、次いで、発光層部２４として、各々（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰよりなる、１μｍのｎ型クラッド層４（ｎ型ドーパントはＳｉ）、０．６μｍの活性層（ノンドープ）５、及び１μｍのｐ型クラッド層６、ｐ型第一ＧａＰ層７ａ（ｐ型ドーパントはＭｇ：有機金属分子からのＣもｐ型ドーパントとして寄与しうる）を、この順序にてエピタキシャル成長させる（有機金属気相成長工程）。これら各層のエピタキシャル成長は、公知のＭＯＶＰＥ法により行なわれる。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ（インジウム）、Ｐ（リン）の各成分源となる原料ガスとしては以下のようなものを使用できる；
・Ａｌ源ガス；トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）など；
・Ｇａ源ガス；トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）など；
・Ｉｎ源ガス；トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）など；
・Ｐ源ガス：トリメチルリン（ＴＭＰ）、トリエチルリン（ＴＥＰ）、ホスフィン（ＰＨ３）など。
【００２６】
次に、図３に進み、ｐ型のＧａＰ高速成長層７ｂ（工程３）とＧａＰ低速成長層７ｃ（工程４）とを、第一ＧａＰ層７ａの直上にＨＶＰＥ法により成長させる（ハイドライド気相成長工程）。ＭＯＶＰＥ法により第一ＧａＰ層７ａを成長した後、ＨＶＰＥ法により第二ＧａＰ層７を成長するには、図２の工程２に示す、第一ＧａＰ層７ａまでを形成した中間基板２１１を、ＭＯＶＰＥ用の装置からＨＶＰＥ用の装置に移し替える必要がある。
【００２７】
図７は、ＨＶＰＥ装置の一例を示す模式図であり、該装置２０１は、Ｇａ融液２０９を収容する坩堝２０８が配置される第一室２０４と、中間基板２１１を保持するサセプタ２１０（例えば石英製であるが、これに限定されない）が収容される第二室２０５とを有する成長容器を有する。第一室２０４と第二室２０５とは、坩堝２０８とともに石英にて構成され、それぞれ個別のヒータ２０２，２０３により昇温されるようになっている。つまり、サセプタ２１０の収容空間（第二室２０５）と、第二ＧａＰ層７の原料金属融液を収容する坩堝２０８の収容空間（第一室２０４）との双方が、個別のヒータ２０２，２０３により独立に温度調整が可能に構成されている。
【００２８】
第一室２０４と第二室２０５の内部は、いずれも前記のＨＶＰＥ反応が十分に進むよう、７００℃以上の適正な処理温度に昇温される。Ｇａ融液２０９が収容される石英製坩堝２０８が配置される第一室２０４には、導入口２０６より、ＨＣｌガスと、キャリアガスとしてのＨ２ガスと、Ｐ（Ｖ族元素）源ガスとしてのＰＨ３と、ドーパントガスとしてのＤＭ（ジメチル）ＺｎあるいはＤＭＭｇとが導入される。
【００２９】
Ｇａ上にＨＣｌを導入することにより、下記（１）式の反応によりＧａＣｌが生成する。
Ｇａ（液体）＋ＨＣｌ（気体）  →  ＧａＣｌ（気体）＋１／２Ｈ２‥‥（１）
ＧａＣｌはＰＨ３との反応性に優れ、下記（２）式の反応により、第二ＧａＰ層７を効率よく成長させることができる：
ＧａＣｌ（気体）＋ＰＨ３（気体）
→ＧａＰ（固体）＋ＨＣｌ（気体）＋Ｈ２（気体）‥‥（２）
【００３０】
ＧａＰ低速成長層７ｃの成長速度は、ＧａＰ高速成長層７ｂの成長速度よりも低くする。より具体的には、ＧａＰ高速成長層７ｂの成長速度を２５μｍ／ｈｒ以上で４０μｍ／ｈｒ以下の原料ガスが過多の高速成長とする。ＧａＰ高速成長層７ｂは、これをかなり高速で形成するため原料ガス供給量が通常よりも高く設定されており、成長後の層表面７ｍにはピットがほとんど観察されない。他方、該層表面７ｍには微小なヒロックＨＫが形成される。通常、ＧａＰ高速成長層７ｂとＧａＰ低速成長層７ｃとの間では基板１をハイドライド気相成長装置から取り出さないが、基板１をハイドライド気相成長装置から一旦取り出すと、ＧａＰ高速成長層７ｂの表面にほとんどピットが見られず、微小なヒロックは散在する様子を観察できる。
【００３１】
図７のサセプタ２１０上にはガス流通方向に複数枚の中間基板２１１が載置され、特に、その下流側に位置する中間基板２１１は原料ガスが不足傾向となりやすく、ピットがより形成されやすいが、上記のように原料ガス供給量を高く設定することにより、このような下流側の中間基板２１１についてもピットの形成を顕著に抑制できる。また、サセプタ２１０を上下に複数段設け、上下方向にも中間基板２１１を複数配置することが可能である。この場合は、下段側に位置する中間基板２１１にて原料ガスの欠乏が生じやすいが、この場合も上記のように原料ガス供給量を高く設定することによりピットの形成を顕著に抑制できる。
【００３２】
ＧａＰ高速成長層７ｂを成長する際の原料供給のタイミングは、図７の装置にてＨＣｌガスの供給を停止することにより成長開始時にＩＩＩ族成分の供給を停止しつつ、Ｖ族原料（ＰＨ３）のみを流しておき、その状態でＩＩＩ族ガスを瞬時に急峻に流すことにより、発光層部との界面での格子緩和をさらに促進することができる。これにより、微量のヒロックが形成される層成長を再現性よく実施できる。
【００３３】
その後、ＧａＰ低速成長層７ｃを、ＧａＰ高速成長層７ｂの１／５以上１／２以下の成長速度で形成する。ヒロックＨＫは、高さが多少減じられるものの、５μｍ以上２０μｍ以下のレベルにてＧａＰ低速成長層７ｃ上にも残留した状態となる。第二ＧａＰ層７（＝ＧａＰ高速成長層７ｂ＋ＧａＰ低速成長層７ｃ）の厚さは、該ヒロックＨＫの研磨による除去を見越して、目標厚さより１０μｍ以上３０μｍ以下の範囲で厚く成長しておく。
【００３４】
なお、ＧａＰ低速成長層７ｃは、７００℃以上８００℃以下の温度にて成長する。他方、ＧａＰ高速成長層７ｂはＧａＰ低速成長層７ｃよりも高温で成長することにより、より高い成長速度を確保しやすくなる。このようにして、第一ＧａＰ層７ａからＧａＰ低速成長層７ｃまでの厚さ（ＧａＰ電流拡散層の厚さ）が１００μｍ以上２５０μｍ以下、ＧａＰ低速成長層７ｃの厚さが５μｍ以上５０μｍ以下、ＧａＰ高速成長層７ｂの厚さが１００μｍ以上であって、ピットの発生の抑制され、かつ、微小なヒロックが残留した表面状態を有する化合物半導体ウェーハ１００を得ることができる。
【００３５】
以上の工程が終了すれば、図４の工程５に進み、第二ＧａＰ層７の表層部７ｇを、目標の厚さまで研磨加工（ラッピング＋ポリッシング）してヒロックＨＫを除去する。これにより、ＧａＰ低速成長層７ｃの主表面は研磨面となる。次いで、工程６に示すように該、研磨面に真空蒸着法により第一電極９及び第二電極２０を形成し、適当な温度で電極定着用のベーキングを施す。その後、ウェーハをダイシングして個別の素子に分離する。そして、第二電極２０をＡｇペースト等の導電性ペーストを用いて支持体を兼ねた図示しない端子電極に固着する一方、第一電極９及に通電用のワイヤをボンディングし、さらに樹脂モールドを形成することにより、発光素子２００が得られる。
【００３６】
図５に示すように、ＧａＡｓ単結晶基板１上にヘテロ成長したＡｌＧａＩｎＰ発光層部２４に、ハイドライド気相成長法を用いて第二ＧａＰ層７を厚く成長すると、ＡｌＧａＩｎＰ発光層部２４（ひいてはＧａＡｓ単結晶基板１）と第二ＧａＰ層７との格子不整合による歪及び線膨張率の相違により、得られたエピタキシャルウェーハには、成長後の高温から冷却する過程においてＧａＡｓ単結晶基板１側が凹面となり第二ＧａＰ層７側が凸面となる形で反りを生ずる。この反り量は、第二ＧａＰ層７の厚さによっても異なるが、例えば外径が５０ｍｍ（約２インチ）程度のウェーハで５００〜７００μｍとなる。
【００３７】
図６左に示すように、第二ＧａＰ層７内にピットＰＴが形成されていると、加圧によりウェーハの反りを矯正しつつ研磨やダイシングを行った際に、該ピットＰＴを基点として割れＣＫを生じやすい。しかし、本発明の採用により第二ＧａＰ層７内にピットＰＴが形成されていなければ、ウェーハの反りを矯正しつつ研磨やダイシングを行っても割れを生じにくくなる。
【実施例１】
【００３８】
図３に示す化合物半導体ウェーハ２００を、各層が以下の厚さとなるように形成する。なお、ＧａＡｓ単結晶基板は、＜１００＞方向を基準方向として、該基準方向に対するオフアングルが約１５°に設定された、厚さ２８０μｍのものを用いる。ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４、ＡｌＧａＩｎＰ活性層５、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６、第一ＧａＰ層７ａはＭＯＶＰＥ装置を用いて形成し（有機金属気相成長工程）、ＧａＰ低速成長層７ｃとＧａＰ高速成長層７ｂとは、ハイドライド気相成長装置を用いて約７６０℃の水素雰囲気中にて形成し（ハイドライド気相成長工程）、化合物半導体ウェーハ２００を得る。ＧａＰ高速成長層７ｂの成長速度は、比較例も含めて１０μｍ／ｈｒ〜４０μｍ／ｈｒの種々の値に設定した。他方、ＧａＰ低速成長層７ｃの成長速度は約６μｍ／ｈｒに固定した。なお、各層の厚さは以下の通りである。
・ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４＝１μｍ；
・ＡｌＧａＩｎＰ活性層５＝０．６μｍ（発光波長６５０ｎｍ）；
・ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層６＝１μｍ；
・第一ＧａＰ層７ａ＝３μｍ；
・ＧａＰ高速成長層７ｂ＝９０μｍ；
・ＧａＰ低速成長層７ｃ＝４０μｍ；
【００３９】
各化合物半導体ウェーハは、ＧａＰ高速成長層７ｂを成長し終わった段階で、ＧａＰ高速成長層７ｂの主表面を蛍光灯下で目視観察し、ピットとヒロックの存在状況を確認した。いずれも、視野面積１ｃｍ２あたりのピット形成数が０個のものを「無し」、１個以上１００個未満のものを「小」、１００個以上１０００個未満のものを「中」、１０００個以上のものを「多」として、図７のサセプタ２１０上の各位置（上流、中流、下流）について個別に評価した。結果を表１及び表２に示す。
【００４０】
【表１】
2010109283.tif 000003
【００４１】
【表２】
2010109283.tif 000004
【００４２】
ＧａＰ高速成長層７ｂの成長速度を２５μｍ／ｈｒ以上４０μｍ／ｈｒ以下とすることにより、ピットはほとんど形成されなくなり、逆にヒロックは増加していることがわかる。成長速度が低い場合のピット形成は、特に下流側の基板において著しいが、成長速度を２５μｍ／ｈｒ以上に設定すれば、下流側の基板についてもピット形成が顕著に抑制されていることがわかる。
【００４３】
また、各ウェーハは、ＧａＰ低速成長層７ｃを形成後、ラッピング研磨により表層部を約１５μｍ研磨するとともに、研磨中にウェーハに割れが生じたかどうかを目視確認した。なお、各成長速度についてウェーハを１２０枚ずつ研磨試験に供し、割れていないウェーハの比率を健全率として算出した。その結果を図８に示す。これによると、ＧａＰ高速成長層７ｂの成長速度を２５μｍ／ｈｒ以上４０μｍ／ｈｒ以下とすることにより、ウェーハの健全率が顕著に上昇し、成長速度を３０μｍ／ｈｒに設定すれば、ピット形成されやすい下流側のウェーハについても、割れが極めて顕著に抑制されていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の化合物半導体エピタキシャルウェーハの一例を積層構造にて示す模式図。
【図２】本発明の化合物半導体ウェーハの製造工程を示す説明図。
【図３】図２に続く説明図。
【図４】図３に続く説明図。
【図５】化合物半導体エピタキシャルウェーハにそりが発生する様子を示す模式図。
【図６】ピットがウェーハの割れ発生要因となる様子を説明する図。
【図７】ＨＶＰＥ装置の一例を示す模式図。
【図８】ＧａＰ高速成長層の成長速度とウェーハ割れとの関係を調べた実験結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４５】
１  ＧａＡｓ単結晶基板（成長用基板）
４  ｎ型クラッド層
５  活性層
６  ｐ型クラッド層
７ａ  第一ＧａＰ層
７    第二ＧａＰ層
７ｂ  ＧａＰ高速成長層
７ｃ  ＧａＰ低速成長層
１００  化合物半導体エピタキシャルウェーハ
２００  発光素子
【図１】
2010109283.tif 000005
【図２】
2010109283.tif 000006
【図３】
2010109283.tif 000007
【図４】
2010109283.tif 000008
【図５】
2010109283.tif 000009
【図６】
2010109283.tif 000010
【図７】
2010109283.tif 000011
【図８】
2010109283.tif 000012