(57)【要約】【課題】従来のエピタキシャルウェーハに比べて、発光輝度を向上させたエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】基板上にｎ型エピタキシャル層、ｐ型エピタキシャル層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法であって、ｎ型エピタキシャル層及びｐ型エピタキシャル層として、ＧａＡｓＰ及びＧａＰから選ばれる化合物半導体を含む層を形成し、ｎ型エピタキシャル層の形成は、化合物半導体の組成が一定であり、一定濃度の窒素を含む第一ｎ型層を形成する工程を有し、ｐ型エピタキシャル層の形成は、第一ｎ型層上に、化合物半導体の組成が一定であり、一定濃度の窒素を含む第一ｐ型層を形成する工程と、第一ｐ型層よりも上に、化合物半導体の組成が一定であり、窒素を含まず、第一ｐ型層よりもキャリア濃度が高い第二ｐ型層を形成する工程とを有し、第一ｎ型層の厚さを、第一ｐ型層の厚さより薄くするエピタキシャルウェーハの製造方法。【選択図】図１
2019004098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル成長によって、基板上にｎ型ドーパントドープ用ガスの導入によりｎ型エピタキシャル層を形成し、該ｎ型エピタキシャル層上にｐ型ドーパントドープ用ガスの導入によりｐ型エピタキシャル層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記ｎ型エピタキシャル層及び前記ｐ型エピタキシャル層として、ＧａＡｓＰ及びＧａＰから選ばれる化合物半導体を含む層を形成し、
前記ｎ型エピタキシャル層の形成は、前記化合物半導体の組成が一定であり、窒素ドープ用ガスの導入により一定濃度の窒素を含む第一ｎ型層を形成する工程を有し、
前記ｐ型エピタキシャル層の形成は、前記第一ｎ型層上に、前記化合物半導体の組成が一定であり、窒素ドープ用ガスの導入により一定濃度の窒素を含む第一ｐ型層を形成する工程と、前記第一ｐ型層よりも上に、前記化合物半導体の組成が一定であり、窒素を含まず、前記第一ｐ型層よりもキャリア濃度が高い第二ｐ型層を形成する工程とを有し、
前記第一ｎ型層の厚さを、前記第一ｐ型層の厚さより薄くすることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記第一ｎ型層の厚さを２〜６μｍとし、前記第一ｐ型層の厚さを１０〜３０μｍ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ェーハの製造方法。
【請求項３】
基板と、該基板上に形成されたｎ型エピタキシャル層と、該ｎ型エピタキシャル層の上に形成されたｐ型エピタキシャル層とを有するエピタキシャルウェーハであって、
前記ｎ型エピタキシャル層及び前記ｐ型エピタキシャル層が、ＧａＡｓＰ及びＧａＰから選ばれる化合物半導体を含む層であり、
前記ｎ型エピタキシャル層は、前記化合物半導体の組成が一定であり、一定濃度の窒素を含む第一ｎ型層を有し、
前記ｐ型エピタキシャル層は、前記第一ｎ型層上に形成され、前記化合物半導体の組成が一定であり、一定濃度の窒素を含む第一ｐ型層と、該第一ｐ型層よりも上に形成され、前記化合物半導体の組成が一定であり、窒素を含まず、前記第一ｐ型層よりもキャリア濃度が高い第二ｐ型層とを有し、
前記第一ｎ型層の厚さが、前記第一ｐ型層の厚さより薄いものであることを特徴とするエピタキシャルウェーハ。
【請求項４】
前記第一ｎ型層の厚さが２〜６μｍであり、前記第一ｐ型層の厚さが１０〜３０μｍであ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ェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャルウェーハ及びその製造方法に関し、具体的には、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と言う）用の半導体エピタキシャルウェーハ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。これは、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なためである。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には、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、気相成長又は液相成長法が使用されている。気相成長法では、石英製のリアクター内に、グラファイト製又は石英製のホルダーを配置して基板を保持し、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。
【０００３】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、可視光、赤外の波長に相当するバンドギャップを有するため、発光素子への応用がなされている。その中でも、ＧａＡｓＰ、ＧａＰは、特にＬＥＤ材料として広く用いられている。
【０００４】
ＧａＡｓ１−ｘＰｘを例にとって説明すると、ＧａＡｓ１−ｘＰｘ（０．４５＜ｘ＜１）は伝導電子を捕獲するアイソ・エレクトロニック・トラップとして窒素（Ｎ）をドープすることにより、ＬＥＤとしての光出力を１０倍程度向上させることができる。そのため、通常、ＧａＰ基板上に成長したＧａＡｓ１−ｘＰｘ（０．４５＜ｘ＜１）には窒素をドープする。
【０００５】
このようなＧａＡｓ１−ｘＰｘ層は、一般的に気相成長法によって成長される。この気相成長法では、反応器中に原料ガスを流し、ｎ型のＧａＰ基板上にｎ型エピタキシャル層を成長させる。この場合、基板とエピタキシャル層の格子定数の違いによる格子歪が発生しないように、組成を段階的に変化させた組成変化ＧａＡｓＰ層を中間層として設けて一定組成ＧａＡｓＰ層、アイソ・エレクトロニック・トラップとして窒素（Ｎ）をドープした一定組成窒素ドープｎ型ＧａＡｓＰ層を６μｍ程度の厚さで、また、一定組成窒素ドープｐ型ＧａＡｓＰ層を５μｍ程度の厚さで順次形成している。
【０００６】
近年では、より高輝度・長寿命のＬＥＤの要求が強くなってきている。ｐｎ接合部界面では、ドーパントの種類及び濃度が異なり、ミスフィット転位等の欠陥が発生しやすいため、この欠陥がウェーハをＬＥＤとしたときに発光輝度を下げる要因になっており、また、時間の経過と共に発光輝度が低下してしまっていた。この問題点を解消するために、例えば特許文献１では、ｐ型層を、平均キャリア濃度が０．０５〜２．２×１０１８ｃｍ−３の第１ｐ型層と、平均キャリア濃度が０．５〜４．５×１０１８ｃｍ−３でかつ第１ｐ型層の平均キャリア濃度の２倍以上の第２ｐ型層とで構成している。この特許文献１の実施例によれば、室温にて電流密度２４０Ａ／ｃｍ２で１６８時間通電後の光出力の残光率が８７％であるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３６１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、発光輝度に関しては、まだ十分とは言えず、更なる発光輝度の向上が求められている。本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、従来のエピタキシャルウェーハに比べて、発光輝度を向上させたエピタキシャルウェーハの製造方法及びエピタキシャルウェーハを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明では、エピタキシャル成長によって、基板上にｎ型ドーパントドープ用ガスの導入によりｎ型エピタキシャル層を形成し、該ｎ型エピタキシャル層上にｐ型ドーパントドープ用ガスの導入によりｐ型エピタキシャル層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記ｎ型エピタキシャル層及び前記ｐ型エピタキシャル層として、ＧａＡｓＰ及びＧａＰから選ばれる化合物半導体を含む層を形成し、前記ｎ型エピタキシャル層の形成は、前記化合物半導体の組成が一定であり、窒素ドープ用ガスの導入により一定濃度の窒素を含む第一ｎ型層を形成する工程を有し、前記ｐ型エピタキシャル層の形成は、前記第一ｎ型層上に、前記化合物半導体の組成が一定であり、窒素ドープ用ガスの導入により一定濃度の窒素を含む第一ｐ型層を形成する工程と、前記第一ｐ型層よりも上に、前記化合物半導体の組成が一定であり、窒素を含まず、前記第一ｐ型層よりもキャリア濃度が高い第二ｐ型層を形成する工程とを有し、前記第一ｎ型層の厚さを、前記第一ｐ型層の厚さより薄くするエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
【００１０】
このように、第一ｎ型層の厚さをその上の第一ｐ型層の厚さより薄くすることで、従来のエピタキシャルウェーハに比べて、発光輝度を向上させたエピタキシャルウェーハを比較的容易に製造することができる。
【００１１】
また、このとき、前記第一ｎ型層の厚さを２〜６μｍとし、前記第一ｐ型層の厚さを１０〜３０μｍとすることが好ましい。
【００１２】
第一ｎ型層と第一ｐ型層をそれぞれこのような厚さとすれば、より確実に発光輝度を向上させたエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【００１３】
また、本発明では、基板と、該基板上に形成されたｎ型エピタキシャル層と、該ｎ型エピタキシャル層の上に形成されたｐ型エピタキシャル層とを有するエピタキシャルウェーハであって、前記ｎ型エピタキシャル層及び前記ｐ型エピタキシャル層が、ＧａＡｓＰ及びＧａＰから選ばれる化合物半導体を含む層であり、前記ｎ型エピタキシャル層は、前記化合物半導体の組成が一定であり、一定濃度の窒素を含む第一ｎ型層を有し、前記ｐ型エピタキシャル層は、前記第一ｎ型層上に形成され、前記化合物半導体の組成が一定であり、一定濃度の窒素を含む第一ｐ型層と、該第一ｐ型層よりも上に形成され、前記化合物半導体の組成が一定であり、窒素を含まず、前記第一ｐ型層よりもキャリア濃度が高い第二ｐ型層とを有し、前記第一ｎ型層の厚さが、前記第一ｐ型層の厚さより薄いものであるエピタキシャルウェーハを提供する。
【００１４】
このような第一ｎ型層の厚さがその上の第一ｐ型層の厚さより薄いエピタキシャルウェーハであれば、従来のエピタキシャルウェーハに比べて、発光輝度が向上したエピタキシャルウェーハとなる。
【００１５】
また、このとき、前記第一ｎ型層の厚さが２〜６μｍであり、前記第一ｐ型層の厚さが１０〜３０μｍであることが好ましい。
【００１６】
第一ｎ型層と第一ｐ型層がそれぞれこのような厚さであれば、より確実にエピタキシャルウェーハの発光輝度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明のエピタキシャルウェーハであれば、第一ｎ型層の厚さをその上の第一ｐ型層の厚さより薄くすることで、従来のエピタキシャルウェーハに比べて、発光輝度が例えば１０％程度向上したエピタキシャルウェーハとすることができる。また、本発明の製造方法であれば、このようなエピタキシャルウェーハを比較的容易に製造することができる。したがって、このような本発明のエピタキシャルウェーハ及びその製造方法であれば、高輝度のＬＥＤ用の半導体エピタキシャルウェーハ及びその製造方法として、特に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のエピタキシャルウェーハの一例を示す断面概略図である。
【図２】本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法に用いることができる気相成長装置の一例を示す概略図である。
【図３】実施例１〜４及び比較例のエピタキシャルウェーハから製造した発光素子の発光輝度を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
ＧａＡｓＰのＬＥＤでは、当初ｐ型層を拡散によって形成していた。ｐ型層の厚さは拡散時間によって決まるが、数μｍの厚さでも形成に数十時間を要するため、このような方法では厚いｐ型層を得ることは実質困難であった。また、ｐｎ接合を形成する方法は拡散方式からエピタキシャル成長方式に変更されてきたが、従来の構造（即ち、薄いｐ型層）で拡散品と同等レベルの発光輝度が得られていたため、これまでは厚いｐ型層を形成することは検討されていなかった。しかしながら、近年では、上述のように、従来のエピタキシャルウェーハに比べて、発光輝度を向上させることが求められており、これを実現できるエピタキシャルウェーハやその製造方法の開発が求められている。
【００２０】
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、化合物半導体の組成が一定であり一定濃度の窒素を含むｎ型エピタキシャル層（第一ｎ型層）の厚さを、その上の化合物半導体の組成が一定であり一定濃度の窒素を含むｐ型エピタキシャル層（第一ｐ型層）の厚さより薄くすることで、従来のエピタキシャルウェーハに比べて、発光輝度を向上させたエピタキシャルウェーハが得られることを見出し、本発明を完成させた。
【００２１】
即ち、本発明は、エピタキシャル成長によって、基板上にｎ型ドーパントドープ用ガスの導入によりｎ型エピタキシャル層を形成し、該ｎ型エピタキシャル層上にｐ型ドーパントドープ用ガスの導入によりｐ型エピタキシャル層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記ｎ型エピタキシャル層及び前記ｐ型エピタキシャル層として、ＧａＡｓＰ及びＧａＰから選ばれる化合物半導体を含む層を形成し、前記ｎ型エピタキシャル層の形成は、前記化合物半導体の組成が一定であり、窒素ドープ用ガスの導入により一定濃度の窒素を含む第一ｎ型層を形成する工程を有し、前記ｐ型エピタキシャル層の形成は、前記第一ｎ型層上に、前記化合物半導体の組成が一定であり、窒素ドープ用ガスの導入により一定濃度の窒素を含む第一ｐ型層を形成する工程と、前記第一ｐ型層よりも上に、前記化合物半導体の組成が一定であり、窒素を含まず、前記第一ｐ型層よりもキャリア濃度が高い第二ｐ型層を形成する工程とを有し、前記第一ｎ型層の厚さを、前記第一ｐ型層の厚さより薄くするエピタキシャルウェーハの製造方法である。
【００２２】
本発明によって発光輝度が向上する理由については、以下のように考えることができる。ＧａＡｓＰのＬＥＤ構造は単純なｐｎ接合であることから、動きの速い電子がｎ型エピタキシャル層側からｐ型エピタキシャル層側に流れ込むことで、主にｐ型エピタキシャル層内で発光していると考えられる。そのため、窒素ドープｐ型エピタキシャル層（第一ｐ型層）が厚くなるほど発光する領域が広くなり、発光輝度が向上する。一方で、ｎ型エピタキシャル層は電子の供給源として必要であるが、発光領域よりも光の再吸収領域として作用しやすい。そのため、第一ｎ型層を薄くすることで、光の再吸収を抑えることができ、結果として発光輝度が向上する。
【００２３】
以下、本発明について図面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。
【００２４】
＜エピタキシャルウェーハ＞
本発明では、基板と、該基板上に形成されたｎ型エピタキシャル層と、該ｎ型エピタキシャル層の上に形成されたｐ型エピタキシャル層とを有するエピタキシャルウェーハであって、前記ｎ型エピタキシャル層及び前記ｐ型エピタキシャル層が、ＧａＡｓＰ及びＧａＰから選ばれる化合物半導体を含む層であり、前記ｎ型エピタキシャル層は、前記化合物半導体の組成が一定であり、一定濃度の窒素を含む第一ｎ型層を有し、前記ｐ型エピタキシャル層は、前記第一ｎ型層上に形成され、前記化合物半導体の組成が一定であり、一定濃度の窒素を含む第一ｐ型層と、該第一ｐ型層よりも上に形成され、前記化合物半導体の組成が一定であり、窒素を含まず、前記第一ｐ型層よりもキャリア濃度が高い第二ｐ型層とを有し、前記第一ｎ型層の厚さが、前記第一ｐ型層の厚さより薄いものであるエピタキシャルウェーハを提供する。
【００２５】
図１は、本発明のエピタキシャルウェーハの一例を示す断面概略図である。図１のエピタキシャルウェーハ１は、基板２と、基板２上に形成されたｎ型エピタキシャル層３と、ｎ型エピタキシャル層３の上に形成されたｐ型エピタキシャル層４とを有する。ｎ型エピタキシャル層３及びｐ型エピタキシャル層４は、ＧａＡｓＰ及びＧａＰから選ばれる化合物半導体を含む層である。ｎ型エピタキシャル層３は、化合物半導体の組成が一定であり、一定濃度の窒素を含む第一ｎ型層３ｅを有する。ｐ型エピタキシャル層４は、第一ｎ型層３ｅ上に形成され、化合物半導体の組成が一定であり、一定濃度の窒素を含む第一ｐ型層４ａと、第一ｐ型層４ａよりも上に形成され、化合物半導体の組成が一定であり、窒素を含まず、第一ｐ型層４ａよりもキャリア濃度が高い第二ｐ型層４ｅとを有する。また、本発明では、第一ｎ型層３ｅの厚さは、第一ｐ型層４ａの厚さより薄いものである。
【００２６】
また、図１のエピタキシャルウェーハ１において、ｎ型エピタキシャル層３は、基板２側（即ち、最下層）から順に、バッファ層３ａ、組成変化層（混晶率変化層）３ｂ、Ｎ非含有層３ｃ、Ｎ増加層３ｄ、第一ｎ型層３ｅを有する。また、ｐ型エピタキシャル層４は、第一ｎ型層３ｅ側（即ち、最下層）から順に、第一ｐ型層４ａ、Ｎ減少層４ｂ、Ｎ非含有層４ｃ、キャリア増加層４ｄ、第二ｐ型層４ｅを有する。
【００２７】
以下、基板及び各層について、基板側から順に説明する。
【００２８】
［基板］
本発明のエピタキシャルウェーハに用いられる基板としては、通常、ＬＥＤ用のエピタキシャル基板に用いられる単結晶基板と同じものを挙げることができ、例えばＧａＰからなるｎ型単結晶基板などを挙げることができる。
【００２９】
［ｎ型エピタキシャル層］
本発明のエピタキシャルウェーハは、基板の上に形成されたｎ型エピタキシャル層を有する。ｎ型エピタキシャル層は、ＧａＡｓＰ及びＧａＰから選ばれる化合物半導体を含む層であり、少なくとも、化合物半導体の組成が一定であり、一定濃度の窒素を含む第一ｎ型層を有する。ｎ型ドーパントとしては、特に限定されないが、例えば硫黄（Ｓ）などを挙げることができる。
【００３０】
（バッファ層）
ｎ型エピタキシャル層は、最下層にバッファ層を有していてもよい。バッファ層は、特に限定されず、基板（単結晶基板）と同一結晶からなるものであればよい。つまり、基板がＧａＰからなるｎ型単結晶基板の場合は、バッファ層はＧａＰからなるものであればよい。バッファ層は必ずしも含まれる必要はないが、バッファ層を有していれば、ミスフィット転位の発生を抑制して安定な高輝度を得ることができるため、好ましい。
【００３１】
（組成変化層（混晶率変化層））
ｎ型エピタキシャル層は、上述の基板（あるいはバッファ層）の上に組成変化層（混晶率変化層）を有していてもよい。組成変化層は、基板からの距離に応じて化合物半導体の組成が変化する層である。具体的には、組成変化層は、例えばｎ型のＧａＡｓ１−ｘＰｘ（０．４５＜ｘ＜１）の層であり、基板から遠ざかるにつれて混晶率ｘが１から低下するように構成することができる。その混晶率ｘは０．４５＜ｘ＜１の間で変化させるのが好ましい。後述のＮ非含有層、Ｎ増加層や第一ｎ型層は、化合物半導体の組成が一定の層（以下、「組成一定層」とも称する）であり、組成一定層は基板との格子定数の差が大きい。そこで、基板と組成一定層の間に組成変化層を形成することで、基板から組成一定層への格子定数の変化を緩和し、より結晶欠陥の少ない組成一定層を得ることができる。
【００３２】
（Ｎ非含有層・Ｎ増加層）
ｎ型エピタキシャル層は、窒素を含まないＮ非含有層、その上に窒素濃度が徐々に増加したＮ増加層を有していてもよい。これらの層は、例えばＧａＡｓ１−ｘ０Ｐｘ０からなる層であり、その組成（混晶率ｘ０）が一定の層（即ち、組成一定層）である。混晶率ｘ０としては、好ましくは０．４５＜ｘ０＜１であり、ＬＥＤの発光波長に対応する値が選択される。
【００３３】
（第一ｎ型層）
ｎ型エピタキシャル層は、最上層（即ち、ｐ型エピタキシャル層との接合面）に、第一ｎ型層を有する。第一ｎ型層は、化合物半導体の組成が一定であり、一定濃度の窒素を含む層である。本発明のエピタキシャルウェーハでは、この第一ｎ型層の厚さを、後述の第一ｐ型層の厚さより薄いものとすることで、従来のエピタキシャルウェーハに比べて、発光輝度を向上させることができる。第一ｎ型層の厚さは、好ましくは２〜６μｍ、より好ましくは２〜４μｍである。また、第一ｎ型層の窒素濃度は、特に限定されないが、例えば０．８×１０１８〜８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とすることが好ましい。
【００３４】
なお、上述のＮ増加層、第一ｎ型層、及び後述の第一ｐ型層、Ｎ減少層は、アイソ・エレクトロニック・トラップとして窒素（Ｎ）がドープされた層である。間接遷移型のバンドギャップを持つＧａＡｓＰに窒素をドープすることで、ＬＥＤの光出力を向上させることができる。
【００３５】
［ｐ型エピタキシャル層］
本発明のエピタキシャルウェーハは、ｎ型エピタキシャル層の上に形成されたｐ型エピタキシャル層を有する。ｐ型エピタキシャル層は、ＧａＡｓＰ及びＧａＰから選ばれる化合物半導体を含む層であり、少なくとも、第一ｎ型層上に形成され、化合物半導体の組成が一定であり、一定濃度の窒素を含む第一ｐ型層と、第一ｐ型層よりも上に形成され、化合物半導体の組成が一定であり、窒素を含まず、第一ｐ型層よりもキャリア濃度が高い第二ｐ型層とを有する。ｐ型ドーパントとしては、特に限定されないが、例えば亜鉛（Ｚｎ）などを挙げることができる。
【００３６】
（第一ｐ型層）
ｐ型エピタキシャル層は、最下層（即ち、ｎ型エピタキシャル層との接合面）に、第一ｐ型層を有する。第一ｐ型層は、上述の第一ｎ型層上に形成され、化合物半導体の組成が一定であり、一定濃度の窒素を含む層である。本発明のエピタキシャルウェーハでは、この第一ｐ型層の厚さを上述の第一ｎ型層の厚さより厚いものとする（即ち、上述の第一ｎ型層の厚さを、この第一ｐ型層の厚さより薄いものとする）ことで、従来のエピタキシャルウェーハに比べて、発光輝度を向上させることができる。第一ｐ型層の厚さは、好ましくは１０〜３０μｍ、より好ましくは１０〜２５μｍ、更に好ましくは１５〜２５μｍである。第一ｐ型層のキャリア濃度は、特に限定されないが、例えば０．５〜３．０×１０１７ｃｍ−３とすることができる。また、第一ｐ型層の窒素濃度は、特に限定されないが、例えば０．８×１０１８〜８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とすることが好ましい。
【００３７】
（Ｎ減少層・Ｎ非含有層・キャリア増加層）
ｐ型エピタキシャル層は、上述の第一ｐ型層の上に、窒素濃度が徐々に減少したＮ減少層、その上に窒素を含まないＮ非含有層、その上にｐ型ドーパント（Ｚｎ）濃度が増加したキャリア増加層を有していてもよい。なお、これらの層も、例えばＧａＡｓ１−ｘ０Ｐｘ０からなる組成一定層である。
【００３８】
（第二ｐ型層）
ｐ型エピタキシャル層は、上述の第一ｐ型層よりも上（例えば、上述のキャリア増加層上）に、第二ｐ型層を有する。第二ｐ型層は、化合物半導体の組成が一定であり、窒素を含まず、第一ｐ型層よりもキャリア濃度が高い層である。第二ｐ型層のキャリア濃度は、第一ｐ型層よりも高ければ特に限定されないが、例えば第一ｐ型層の２倍以上とすることが好ましい。
【００３９】
以上のように、本発明のエピタキシャルウェーハであれば、第一ｎ型層の厚さをその上の第一ｐ型層の厚さより薄くすることで、従来のエピタキシャルウェーハに比べて、発光輝度が例えば１０％程度向上したエピタキシャルウェーハとすることができる。したがって、このような本発明のエピタキシャルウェーハであれば、ＬＥＤ用の半導体エピタキシャルウェーハとして、特に好適である。
【００４０】
＜エピタキシャルウェーハの製造方法＞
また、本発明では、エピタキシャル成長によって、基板上にｎ型ドーパントドープ用ガスの導入によりｎ型エピタキシャル層を形成し、該ｎ型エピタキシャル層上にｐ型ドーパントドープ用ガスの導入によりｐ型エピタキシャル層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記ｎ型エピタキシャル層及び前記ｐ型エピタキシャル層として、ＧａＡｓＰ及びＧａＰから選ばれる化合物半導体を含む層を形成し、前記ｎ型エピタキシャル層の形成は、前記化合物半導体の組成が一定であり、窒素ドープ用ガスの導入により一定濃度の窒素を含む第一ｎ型層を形成する工程を有し、前記ｐ型エピタキシャル層の形成は、前記第一ｎ型層上に、前記化合物半導体の組成が一定であり、窒素ドープ用ガスの導入により一定濃度の窒素を含む第一ｐ型層を形成する工程と、前記第一ｐ型層よりも上に、前記化合物半導体の組成が一定であり、窒素を含まず、前記第一ｐ型層よりもキャリア濃度が高い第二ｐ型層を形成する工程とを有し、前記第一ｎ型層の厚さを、前記第一ｐ型層の厚さより薄くするエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
【００４１】
まず、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一例について、図１を参照しながら説明する。本発明のエピタキシャルウェーハ１の製造方法では、エピタキシャル成長によって、基板２上にｎ型ドーパントドープ用ガスの導入によりｎ型エピタキシャル層３を形成し、ｎ型エピタキシャル３層上にｐ型ドーパントドープ用ガスの導入によりｐ型エピタキシャル層４を形成する。ｎ型エピタキシャル層３及びｐ型エピタキシャル層４としては、ＧａＡｓＰ及びＧａＰから選ばれる化合物半導体を含む層を形成する。また、ｎ型エピタキシャル層３の形成は、化合物半導体の組成が一定であり、窒素ドープ用ガスの導入により一定濃度の窒素を含む第一ｎ型層３ｅを形成する工程を有する。ｐ型エピタキシャル層４の形成は、第一ｎ型層３ｅ上に、化合物半導体の組成が一定であり、窒素ドープ用ガスの導入により一定濃度の窒素を含む第一ｐ型層４ａを形成する工程と、第一ｐ型層４ａよりも上に、化合物半導体の組成が一定であり、窒素を含まず、第一ｐ型層４ａよりもキャリア濃度が高い第二ｐ型層４ｅを形成する工程とを有する。また、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、第一ｎ型層３ｅの厚さを、第一ｐ型層４ａの厚さより薄くする。なお、基板、その上に形成されるｎ型エピタキシャル層、及びｐ型エピタキシャル層は、上述の本発明のエピタキシャルウェーハの説明で挙げたものと同様のものとすることができる。
【００４２】
次に、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法について、図１及び図２を参照して説明する。なお、図２は本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法に用いることができる気相成長装置の一例を示す概略図である。
【００４３】
まず、ＧａＰからなる単結晶基板Ｗ（図１の基板２）及び高純度ガリウム（Ｇａ）を、Ｇａ溜め用の石英ボート２０を有するエピタキシャル・リアクター２１内の所定の場所（単結晶基板Ｗはホルダー２２上）に、それぞれ設置する。次に、ガス導入管２３から窒素（Ｎ２）ガスをリアクター２１内に導入し、空気を十分置換除去した後、キャリヤ・ガスとして高純度水素（Ｈ２）を導入し、Ｎ２の流れを止め、ヒーター２４で加熱して昇温工程に入る。そして、上記Ｇａ入り石英ボート２０設置部分及び単結晶基板Ｗの設置部分の温度が、所定の温度に一定に保持されていることを確認した後に、例えばＧａＰからなる単結晶基板Ｗと同組成のバッファ層（図１のバッファ層３ａ）の気相成長を開始する。
【００４４】
最初、ｎ型ドーパントドープ用ガスをリアクター２１内に導入し、周期律表第ＩＩＩ族元素成分原料としてのＧａＣｌを生成させるために、高純度塩化水素ガス（ＨＣｌ）を上記石英ボート２０中のＧａ溜２５に吹き込み、Ｇａ溜２５上表面より吹き出させる。他方、ｎ型ドーパントドープ用ガス（Ｈ２Ｓ）、及び周期律表第Ｖ族元素成分として高純度燐化水素ガス（ＰＨ３）を導入しつつ、バッファ層を単結晶基板Ｗ上に成長させる。
【００４５】
次に、ＨＣｌとＨ２Ｓの導入量を変えることなく、高純度砒化水素ガス（ＡｓＨ３）の導入量を徐々に増加させ、また同時にＰＨ３の導入量を減少させて、ｎ型の組成変化層（ＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層；図１の組成変化層３ｂ）をバッファ層上に成長させる。
【００４６】
次に、ＨＣｌ、ＡｓＨ３、ＰＨ３の導入量を変えることなく、ｎ型ドーパントドープ用ガス（Ｈ２Ｓ）の導入量を徐々に減少させて、Ｓの濃度を変化させたｎ型の組成一定層（ＧａＡｓ１−ｘ０Ｐｘ０エピタキシャル層；図１のＮ非含有層３ｃ）を組成変化層上に成長させる。
【００４７】
次に、ＨＣｌ、ＡｓＨ３、ＰＨ３の導入量を変えることなく、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窒素ドープ用ガス（ＮＨ３）を導入して、またｎ型ドーパントドープ用ガス（Ｈ２Ｓ）の導入をやめてＮの濃度を変化させたｎ型の組成一定層（図１のＮ増加層３ｄ）を成長させる。
【００４８】
次に、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の導入量を変えることなく、窒素ドープ用ガス（ＮＨ３）を一定として、一定濃度のＮを含むｎ型の組成一定層（図１の第一ｎ型層３ｅ）を成長させる。このとき、第一ｎ型層の厚さは、２〜６μｍとすることが好ましく、２〜４μｍとすることがより好ましい。
【００４９】
そして、次に、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、ＮＨ３の導入量を変えることなく、ｐ型ドーパントをドープするためにｐ型ドーパントドープ用ガス（ジメチル亜鉛；ＤＭＺｎ）を導入し、一定濃度のＮを含むｐ型の組成一定層（図１の第一ｐ型層４ａ）を成長させる。第一ｐ型層のキャリア濃度は、特に限定されないが、例えば０．５〜３．０×１０１７ｃｍ−３とすることができる。また、第一ｐ型層の厚さは、１０〜３０μｍとすることが好ましく、１０〜２５μｍとすることがより好ましく、１５〜２５μｍとすることが更に好ましい。本発明では、この第一ｐ型層を上述の第一ｎ型層より厚く成長させる（即ち、第一ｎ型層の厚さを、第一ｐ型層の厚さより薄くする）ことで、従来のエピタキシャルウェーハに比べて、発光輝度を向上させることができる。
【００５０】
次に、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の導入量を変えることなく、窒素ドープ用ガス（ＮＨ３）を徐々に減少させ、最終的に導入をやめることで、Ｎの濃度を変化させたあるいはＮを含まないｐ型の組成一定層（図１のＮ減少層４ｂ、Ｎ非含有層４ｃ）を成長させる。
【００５１】
更に、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の導入量を変えることなく、ｐ型ドーパントドープ用ガス（ＤＭＺｎ）を徐々に増加させキャリア増加層（図１のキャリア増加層４ｄ）を形成した後、ｐ型ドーパントドープ用ガス（ＤＭＺｎ）を一定量として、第一ｐ型層よりもキャリア濃度が高いｐ型の組成一定層（図１の第二ｐ型層４ｅ）を形成し、気相成長を終了する。これによって、エピタキシャルウェーハ（図１のエピタキシャルウェーハ１）を得ることができる。なお、第二ｐ型層のキャリア濃度は、第一ｐ型層よりも高ければ特に限定されないが、例えば第一ｐ型層の２倍以上とすることが好ましい。
【００５２】
以上のように、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法であれば、第一ｎ型層の厚さをその上の第一ｐ型層の厚さより薄くすることで、従来のエピタキシャルウェーハに比べて、発光輝度が例えば１０％程度向上したエピタキシャルウェーハを比較的容易に製造することができる。したがって、このような本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法であれば、ＬＥＤ用の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法として、特に好適である。
【実施例】
【００５３】
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を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。
【００５４】
（実施例１）
ＧａＰ基板上に、Ｇａ、ＨＣｌ、ＰＨ３、及びＨ２Ｓを用いた気相成長によりＧａＰバッファ層を形成した。次いで、ＨＣｌ、Ｈ２Ｓの導入量を変えることなく、ＡｓＨ３の導入を開始し、また同時にＰＨ３の導入量を減少させて、ＧａＰから所定のＧａＡｓＰ組成までＡｓとＰの割合を変化させた組成変化層、ＧａＡｓＰ組成を一定としたｎ型層を形成した。この上に、ＨＣｌ、ＡｓＨ３、ＰＨ３流量は一定とした状態で、ｎ型ドーパントガスとなるＨ２で希釈したＨ２Ｓの流量を減少させ最終的に０ｓｃｃｍとし、ＮＨ３は所定の流量まで増加させて１５分間気相成長を行い、厚さ２μｍの層を形成した。この上に、引き続きＨＣｌ、ＡｓＨ３、ＰＨ３流量一定でＮＨ３も所定流量で一定として２０分間気相成長を行い、厚さ２．５μｍの第一ｎ型層を形成した。この上に、ＨＣｌ、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＮＨ３流量一定でｐ型ドーパントであるＨ２希釈ＤＭＺｎガスを１．７ｓｃｃｍ流して１５０分間気相成長を行い、厚さ１８μｍの第一ｐ型層を形成した。この上に、ＤＭＺｎの流量が一定でＮＨ３を減少させた層とＮＨ３の流量を０ｓｃｃｍとした層を形成し、更にＤＭＺｎの流量を２００ｓｃｃｍまで増加させた層と２００ｓｃｃｍで一定とした層（第二ｐ型層）を気相成長させて、反応を終了した。
【００５５】
（実施例２）
実施例１において、第一ｎ型層の成長時間を４０分間とすることで第一ｎ型層の厚さを５μｍとした以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャル成長を行い、エピタキシャルウェーハを作製した。
【００５６】
（実施例３）
実施例１において、第一ｐ型層の成長時間を１００分間とすることで第一ｐ型層の厚さを１２μｍとした以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャル成長を行い、エピタキシャルウェーハを作製した。
【００５７】
（実施例４）
実施例１において、第一ｐ型層の成長時間を２２５分間とすることで第一ｐ型層の厚さを２７μｍとした以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャル成長を行い、エピタキシャルウェーハを作製した。
【００５８】
（比較例）
実施例１において、第一ｎ型層の成長時間を５０分間とすることで第一ｎ型層の厚さを６μｍとし、かつ第一ｐ型層の成長時間を４０分間とすることで第一ｐ型層の厚さを５μｍとした以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャル成長を行い、エピタキシャルウェーハを作製した。
【００５９】
上記実施例１〜４及び比較例のエピタキシャルウェーハから発光素子を製造し、発光輝度を比較した結果を図３に示す。図３に示されるように、第一ｎ型層の厚さを第一ｐ型層の厚さよりも厚くした比較例では、発光出力が０．０７ｍＷ程度であるのに対し、第一ｎ型層の厚さを第一ｐ型層の厚さよりも薄くした実施例１〜４では、発光出力が０．０８ｍＷ以上、特に実施例１では０．０９ｍＷ以上であり、比較例と比べて発光輝度が向上していた。
【００６０】
以上のことから、本発明であれば、従来のエピタキシャルウェーハに比べて、発光輝度を向上させたエピタキシャルウェーハを製造できることが明らかとなった。
【００６１】
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】
【００６２】
１…エピタキシャルウェーハ、  ２…基板、  ３…ｎ型エピタキシャル層、
３ａ…バッファ層、  ３ｂ…組成変化層（混晶率変化層）、  ３ｃ…Ｎ非含有層、
３ｄ…Ｎ増加層、  ３ｅ…第一ｎ型層、  ４…ｐ型エピタキシャル層、
４ａ…第一ｐ型層、  ４ｂ…Ｎ減少層、  ４ｃ…Ｎ非含有層、
４ｄ…キャリア増加層、  ４ｅ…第二ｐ型層、
２０…石英ボート、  ２１…エピタキシャル・リアクター、  ２２…ホルダー、
２３…ガス導入管、  ２４…ヒーター、  ２５…Ｇａ溜、
Ｗ…単結晶基板。
【図１】
2019004098.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年4月16日(2018.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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