(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、化合物半導体からなる基板上に、ハイドライド気相成長法によってｐ型層をエピタキシャル成長させる工程を有するエピタキシャルウエーハの製造方法であって、
前記ｐ型層のエピタキシャル成長を開始する前の前記基板の昇温時に、ｐ型ドーパントガスを前記ｐ型層のエピタキシャル成長時より多く流すことを特徴とするエピタキシャルウエーハの製造方法。
【請求項２】
前記基板の昇温時の前記ｐ型ドーパントガスの流量を、前記ｐ型層のエピタキシャル層成長時の流量の１．１〜２０倍とすることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウエーハの製造方法。
【請求項３】
前記基板として、化合物半導体単体からなる基板上に、少なくとも、発光層、ｐ型第１電流拡散層とを有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させたものを用い、
該基板上に、前記ｐ型層として、前記ハイドライド気相成長法によってｐ型第２電流拡散層をエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエピタキシャルウエーハの製造方法。
【請求項４】
前記発光層を、組成式（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される化合物にて構成されたｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造からなるものとすることを特徴とする請求項３に記載のエピタキシャルウエーハの製造方法。
【請求項５】
前記化合物半導体単体からなる基板を、ＧａＡｓ基板とすることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のエピタキシャルウエーハの製造方法。
【請求項６】
前記ｐ型第１電流拡散層および前記ｐ型第２電流拡散層を、ＧａＰ、ＧａＡｓＰのいずれかからなるものとすることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載のエピタキシャルウエーハの製造方法。
【請求項７】
前記基板の昇温時の前記ｐ型ドーパントガスの流量を、前記ｐ型層のエピタキシャル成長時の流量の１．５〜２０倍の流量とすることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のエピタキシャルウエーハの製造方法。
【請求項８】
前記ｐ型ドーパントガスとして、ＤＭＺｎを用いることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のエピタキシャルウエーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイドライド気相成長法によるエピタキシャルウエーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ単結晶基板上に、発光層部と電流拡散層とを形成した発光素子が従来知られている。
例えばＧａＡｓ単結晶基板上に、ＡｌＧａＩｎＰの４元からなる発光層部とＧａＰからなる電流拡散層（以下、窓層とも言う）を形成した発光素子が知られている。
このＧａＰ電流拡散層は、発光層部側を有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ法、以下単にＭＯＶＰＥ法ともいう）により比較的薄い第１電流拡散層を形成した後に、ハイドライド気相成長法（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ法、以下単にＨＶＰＥ法ともいう）により比較的厚い第２電流拡散層を成長させて形成するものであり、特許文献１等に開示されている。
この電流拡散層は、全体として２００μｍ程度の厚さにまで成長させることがある。
【０００３】
しかし、ＨＶＰＥ法によるエピタキシャル成長に用いる成長装置において、溶融ＩＩＩ族金属を収容した坩堝や、成長容器、あるいはウエーハを支持するサセプタなどの石英製反応部品からのコンタミにより、第１電流拡散層と第２電流拡散層との界面がＳｉにより汚染されやすいという問題があった。
【０００４】
そして、このＳｉはｎ型ドーパントして働くため、ｐ型第１電流拡散層と第２電流拡散層の界面でｐ型キャリアを補償しｐ型高抵抗層が形成されてしまい、得られる発光素子の駆動時の順方向電圧（Ｖｆ）が増大するという不具合が発生していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，００８，７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような上記の課題を解決するためになされたものであり、ｐ型層を形成する際に混入するＳｉによって発生する順方向電圧（Ｖｆ）の不良を従来より低減させ、順方向電圧が良好なエピタキシャルウエーハの製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明では、少なくとも、化合物半導体からなる基板上に、ハイドライド気相成長法によってｐ型層をエピタキシャル成長させる工程を有するエピタキシャルウエーハの製造方法であって、前記ｐ型層のエピタキシャル成長を開始する前の前記基板の昇温時に、ｐ型ドーパントガスを前記ｐ型層のエピタキシャル成長時より多く流すことを特徴とするエピタキシャルウエーハの製造方法を提供する。
【０００８】
このように、ハイドライド気相成長法によりｐ型エピタキシャル成長させる工程において、ｐ型層のエピタキシャル成長を開始させる前の基板温度の昇温時に、ｐ型ドーパントガスをエピタキシャル成長時の流量より多く流すこととする。
これによって、基板とｐ型層との成長界面の汚染Ｓｉ（ｎ型ドーパントとして作用）と相殺するようにｐ型ドーパントが成長界面に供給されるため、成長界面にｐ型高抵抗層が形成されることを従来に比べて抑制することができる。そしてこのような製造方法によって得られたエピタキシャルウエーハから製造される発光素子の順方向電圧を従来に比べて低く抑えることができ、製品歩留りの向上を図ることができ、製造コストの低減も図ることができる。
【０００９】
ここで、前記基板の昇温時の前記ｐ型ドーパントガスの流量を、前記ｐ型層のエピタキシャル層成長時の流量の１．１〜２０倍とすることが好ましい。
このように、ｐ型ドーパントガスを、昇温時にエピタキシャル成長時の流量の１．１〜２０倍の流量で流すことによって、得られる発光素子の駆動時の順方向電圧（Ｖｆ）をより確実に低く抑えることができ、更なる製造歩留りの向上を図ることができる。なお、２０倍を超える流量とすることは必要以上にｐ型ドーパントガスを消費し、コスト面から好ましくない。
【００１０】
また、前記基板として、化合物半導体単体からなる基板上に、少なくとも、発光層、ｐ型第１電流拡散層とを有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させたものを用い、該基板上に、前記ｐ型層として、前記ハイドライド気相成長法によってｐ型第２電流拡散層をエピタキシャル成長させることが好ましい。
このように、基板に上述のような構造のものを用い、そしてその基板上にｐ型層としてｐ型第２電流拡散層をハイドライド気相成長法によりエピタキシャル成長させることによって、ｐ型高抵抗層を形成させることなく厚膜の電流拡散層を早い速度でエピタキシャル成長させることができる。よって、効率的に光の取り出し効率を向上させることができ、高輝度の発光素子を製造することができるエピタキシャルウエーハをより効率的に製造することができる。
【００１１】
そして、前記発光層を、組成式（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）にて表される化合物にて構成されたｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層がこの順序で積層されたダブルへテロ構造からなるものとすることが好ましい。
このように、発光層を上述のような構造とすることによって、発光輝度が高く、かつ順方向電圧（Ｖｆ）の低いエピタキシャルウエーハを製造することができる。
【００１２】
更に、前記化合物半導体単体からなる基板を、ＧａＡｓ基板とすることが好ましい。
このように、化合物半導体単体からなる基板をＧａＡｓ基板とすれば、上記発光層と格子定数が一致するため、容易に発光層を成長させることが可能となる。
【００１３】
また、前記ｐ型第１電流拡散層および前記ｐ型第２電流拡散層を、ＧａＰ、ＧａＡｓＰのいずれかからなるものとすることが好ましい。
このように、ｐ型第１電流拡散層および前記ｐ型第２電流拡散層がＧａＰ、ＧａＡｓＰのいずれかからなるものとすることで、発光輝度をより高くすることができる。
【００１４】
そして、前記基板の昇温時の前記ｐ型ドーパントガスの流量を、前記ｐ型層のエピタキシャル成長時の流量の１．５〜２０倍の流量とすることが好ましい。
このように、基板昇温時にｐ型ドーパントガスをエピタキシャル成長時の流量の１．５〜２０倍の流量で流すことで、より確実に成長界面でのｐ型高抵抗層の形成を抑制できる。
【００１５】
更に、前記ｐ型ドーパントガスとして、ＤＭＺｎを用いることが好ましい。
このように、ｐ型ドーパントガスをＤＭＺｎとすれば、容易にｐ型ドーパントを供給することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明のエピタキシャルウエーハの製造方法は、ｐ型層をエピタキシャル成長させる前の昇温時に、ｐ型ドーパントガスをエピタキシャル成長時より多く流すことによって、成長界面での汚染Ｓｉ（ｎ型ドーパントとして作用）を相殺するようにｐ型ドーパントを成長界面に供給することができる。このため、成長界面にｐ型高抵抗層が形成される可能性を従来に比べて低くすることができ、このような方法で製造されたエピタキシャルウエーハから製造される半導体素子の駆動電圧を、従来と比較して低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のエピタキシャルウエーハの製造方法の一例を示した工程フローである。
【図２】本発明のエピタキシャルウエーハから製造した発光素子の概略の一例を示した図である。
【図３】本発明のエピタキシャルウエーハの製造方法で用いるＨＶＰＥ炉の一例を示した模式図である。
【図４】実施例１−３，比較例１のエピタキシャルウエーハのＶｆの最大値、平均値、最小値の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明について図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図１は、本発明のエピタキシャルウエーハの製造方法の一例を示した工程フロー、図２は本発明のエピタキシャルウエーハから製造した発光素子の概略の一例を示した図である。
【００１９】
まず、図１の工程（ａ）に示すように、ＧａＡｓ単結晶基板１１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１２を例えば０．５μｍ成長させる。
【００２０】
次いで図１の工程（ｂ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１２上に、発光層１３として、各々（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）よりなる、例えば厚さ０．８〜４μｍのｎ型クラッド層１３ａ、厚さ０．４〜２μｍの活性層１３ｂ及び厚さ０．８〜４μｍのｐ型クラッド層１３ｃを、この順序にてエピタキシャル成長させる。なお、発光層１３は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層側の表面が第一主表面である。
【００２１】
上記各層のエピタキシャル成長は、公知の有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により行うことができる。
この各層のエピタキシャル層を形成するための製造条件は、求めるエピタキシャル層の厚さや、組成比によって適宜選択することができる。
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。
【００２２】
また、ドーパントガスとしては、以下のようなものを使用できる。
（ｐ型ドーパント）
・Ｍｇ源：ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）など、
・Ｚｎ源：ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）など、
（ｎ型ドーパント）
・Ｓｉ源：モノシランなどのシリコン水素化物など。
【００２３】
次に図１の工程（ｃ）に示すように、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１３ｃ上に、例えばｐ型ＧａＰからなるｐ型第１電流拡散層１４を、有機金属気相成長法によりヘテロエピタキシャル成長させて、ＭＯエピタキシャルウエーハ（基板）を得る。
【００２４】
次に、ＨＶＰＥ炉にＭＯエピタキシャルウエーハを投入し、ｐ型第２電流拡散層をＨＶＰＥ法によってエピタキシャル成長させるために、エピタキシャル成長温度（例えば６４０〜８６０℃）まで基板を昇温する。
そして、本発明においては、その際にｐ型第２電流拡散層のエピタキシャル成長時に流すよりも多くｐ型ドーパントガスを流すようにする。
【００２５】
特に、ＨＶＰＥ炉内に基板を投入してから成長温度まで昇温してからエピタキシャル成長の開始までの過程では、成長容器あるいは基板を支持するサセプタなどの石英製反応部品からの珪素（Ｓｉ）の炉内での濃度が高くなっており、昇温時に基板の表面（成長界面）に付着し、ｎ型ドーパントとして作用する。
しかし、本発明のように、この昇温時において、成長時に流すｐ型ドーパントガスよりも多いｐ型ドーパントガスを流すようにすることで、成長界面のＳｉと相殺するようにｐ型ドーパントが成長界面に供給されるため、成長界面にｐ型高抵抗層が形成されることを従来に比べて強く抑制することができる。そして、このような方法で製造したエピタキシャルウエーハから製造される半導体素子の駆動電圧を、従来のものに比べて低く抑えることができ、製品歩留りを改善することができる。
【００２６】
ここで図３は、本発明のハイドライド気相成長工程において用いるＨＶＰＥ炉の一例を示す模式図である。
このＨＶＰＥ炉３０は、Ｇａ融液３３を収容する坩堝３２が配置される第一室と、基板Ｗを保持する例えば石英製のサセプタ３１が収容される第二室から成る成長容器３５を有する。そして第一室と第二室は、坩堝３２とともに石英にて構成され、それぞれ個別のヒータ３６により昇温されるようになっている。
そしてこのようなＨＶＰＥ炉３０を用いてｐ型層をエピタキシャル成長させる際には、第一室と第二室の内部は、ＨＶＰＥ反応が十分に進むよう、適正な成長温度に昇温され、成長容器３５内にはガス導入口３４より例えば塩化水素ガスと、キャリアガスと、Ｐ源ガスと、ｐ型ドーパントガスを導入して、ｐ型ＧａＰ層をエピタキシャル成長させる。
【００２７】
この場合、昇温時と成長時のｐ型ドーパントガスの流量の比率としては１．１〜２０倍、望ましくは１．５〜２０倍、より望ましくは１．５〜３倍とすることができる。
このように、ｐ型ドーパントガスを、昇温時にエピタキシャル成長時の流量の１．１〜２０倍、特には１．５〜２０倍の流量で流すことによって、より確実に基板とｐ型層との成長界面でのｐ型高抵抗層の形成を抑制でき、得られる発光素子の駆動時の順方向電圧（Ｖｆ）をより確実に低く抑えることができる。また、必要以上にｐ型ドーパントガスを流すことを抑制でき、ガスの使用量の必要以上の増加を抑制でき、製造コストの上昇が発生することも防ぐことができる。
【００２８】
また、ｐ型ドーパントガスとしてはジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）等とすることができる。
このように、ｐ型ドーパントガスとしては、高純度の原料が得やすいジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）、特にジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）を用いることによって、より高純度・高品質のエピタキシャルウエーハを得ることができる。
【００２９】
次に、図１の工程（ｄ）に示すように、基板が所定の温度になったら、ｐ型ドーパントガスの流量を下げ、ＭＯエピタキシャルウエーハのｐ型第１電流拡散層１４上に、ｐ型層として例えば厚いｐ型ＧａＰからなるｐ型第２電流拡散層１５を、ハイドライド気相成長法でエピタキシャル成長させる。
このＨＶＰＥ法は、具体的には、容器内にてＩＩＩ族元素である金属Ｇａを所定の温度に加熱保持しながら、その金属Ｇａ上に塩化水素を導入して、下記（１）式の反応によりＧａＣｌを生成させ、キャリアガスであるＨ２ガスとともに基板上に供給する。
Ｇａ（液体）＋ＨＣｌ（気体）    →    ＧａＣｌ（気体）＋１／２Ｈ２（気体）‥‥（１）
成長温度は例えば６４０℃以上８６０℃以下に設定する。また、Ｖ族元素であるＰは、ＰＨ３をキャリアガスであるＨ２ともに基板上に供給する。さらに、ｐ型ドーパントであるＺｎは、ＤＭＺｎ（ジメチルＺｎ）の形で供給する。
ＧａＣｌ（気体）＋ＰＨ３（気体）
→ＧａＰ（固体）＋ＨＣｌ（気体）＋Ｈ２（気体）‥‥（２）
【００３０】
以上の工程（ｄ）が終了すれば、本発明のエピタキシャルウエーハ１０が完成する。
【００３１】
なお、上記例示では、基板にＧａＡｓ、ｐ型第１電流拡散層及びｐ型第２電流拡散層にＧａＰを用いる場合について説明したが、本発明はこれらに限定されず、窓層としてはＧａＡｓＰを用いることができ、基板も発光層や電流拡散層を形成するのに適したものを適宜採用することができる。
【００３２】
その後、真空蒸着法により、ｐ型第２電流拡散層１５上に第一電極２１を、ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に第二電極２２を形成し、更に第一電極２１上にボンディングパッドを配置して、適当な温度で電極定着用のシンタリングを施す。
その後、ダイシングによりチップ化し、第二電極２２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、ボンディングパッドと別の端子電極とにまたがる形態でＡｕ製のワイヤをボンディングし、更に樹脂モールドを形成することにより、図２に示すような発光素子２０が得られる。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１−３）
前記した本発明のエピタキシャルウエーハの製造方法である図１の工程に従い、厚さ２８０μｍのｎ型ＧａＡｓ基板上にｎ型ＧａＡｓバッファ層を０．５μｍ成長させた後、ＭＯＶＰＥ法でＡｌＧａＩｎＰ発光層を８μｍ形成し、更にｐ型ＧａＰからなる第１電流拡散層を１μｍ形成した。
以上の工程で製造された複数のＭＯエピタキシャルウエーハを、ＨＶＰＥ炉に移して窒素（Ｎ２）ガスをＨＶＰＥ炉内に２０分導入し、空気を十分置換除去後、キャリアガスとして高純度水素（Ｈ２）を導入し、Ｎ２を停止して昇温作業に入った。
【００３４】
そしてこの昇温作業中には、ｐ型ドーパントドープ用ガスであるＤＭＺｎをエピタキシャル成長開始２分前から８ｃｃ／ｍｉｎ（実施例１）、１０ｃｃ／ｍｉｎ（実施例２）、２０ｃｃ／ｍｉｎ（実施例３）の流量でＨＶＰＥ炉内に導入した。
そして、高純度りん化水素ガス（ＰＨ３）の導入を開始し、所定の温度に到達した後、ＧａＣｌを生成させるため高純度塩化水素ガスを石英ボート中のＧａ溜めに吹き込み、ＭＯエピタキシャルウエーハの最表面（ｐ型ＧａＰ）と同組成のＧａＰエピタキシャル層の気相成長を行った。
また、塩化水素ガスを流すと同時に、ＤＭＺｎ流量を所定のキャリア濃度を得るための６ｃｃ／ｍｉｎに下げた。
【００３５】
その後、狙いのエピ厚（１５０μｍ）に応じた時間の間、ＨＣｌとＰＨ３及びＤＭＺｎガスを流してｐ型ＧａＰ層のエピタキシャル成長を行い、エピタキシャルウエーハを製造した。
【００３６】
その後、実施例１−３のエピタキシャルウエーハに真空蒸着法により第一電極及び第二電極を形成し、更に第一電極上にボンディングパッドを配置して、適当な温度で電極定着用のシンタリングを施し、その後ダイシングによりチップ化し発光素子を複数個得た。
そしてこの作製した実施例１−３の発光素子各々複数個に対して定電流電源にて２０ｍＡの電流を通電して、順方向電圧Ｖｆを測定・評価した。その結果を図４に示す。
【００３７】
（比較例１）
エピタキシャル成長開始２分前からのＤＭＺｎ流量を６ｃｃ／ｍｉｎとし、塩化水素ガスを流す際にＤＭＺｎガスの流量を変化させなかった以外は実施例１と同様な方法でエピタキシャルウエーハ及び発光素子を製造した。そして実施例１−３と同様の評価を行い、その結果を図４に示した。
【００３８】
図４に示すように、実施例１では（最大値）２．３１Ｖ（平均値）２．０４Ｖ（最小値）１．９１Ｖ（標準偏差）０．１２８Ｖ、実施例２では（最大値）２．０１Ｖ（平均値）１．９６Ｖ（最小値）１．９４Ｖ（標準偏差）０．０１３Ｖ、実施例３では（最大値）１．９８Ｖ（平均値）１．９６Ｖ（最小値）１．９６Ｖ（標準偏差）０．００６Ｖであったのに対し、比較例１では（最大値）２．９１Ｖ（平均値）２．１６Ｖ（最小値）１．９３Ｖ（標準偏差）０．２８７Ｖであった。
このように、本発明のエピタキシャルウエーハの製造方法によればＳｉ汚染によるＶｆの上昇を抑制することができ、また順方向電圧のバラツキも小さくすることができることが判った。
【００３９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４０】
１０…エピタキシャルウエーハ、
１１…ＧａＡｓ基板、  １２…ＧａＡｓバッファ層、  １３…発光層、  １３ａ…ｎ型クラッド層、  １３ｂ…活性層、  １３ｃ…ｐ型クラッド層、  １４…ｐ型第１電流拡散層（ｐ型ＧａＰ層）、  １５…ｐ型第２電流拡散層（ｐ型ＧａＰ層）、
２０…発光素子、  ２１…第一電極、  ２２…第二電極、
３０…ＨＶＰＥ炉、  ３１…サセプタ、  ３２…坩堝、  ３３…Ｇａ融液、  ３４…ガス導入口、  ３５…成長容器、  ３６…ヒータ、  Ｗ…基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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