(57)【要約】【課題】発光ダイオード用エピタキシャルウエハ等の半導体デバイスを製造するにあたり、残さ等の欠陥の発生を最小限に抑制できる技術を提供する。【解決手段】下地基板１上に、第１のＡｌＧａＡｓ層２と、この層２よりも小さなＡｌ混晶比を有する第２のＡｌＧａＡｓ層３とをこの順に積層するにあたり、下地基板１を、各層２,３の原料溶液に順次接触させる液相エピタキシャル成長法を用いた半導体デバイスの製造方法において、第１のＡｌＧａＡｓ層２の形成が終了する前に、それまでに成長した当該エピタキシャル層の表面を自らの原料溶液により溶解し、次いで下地基板１を当該原料溶液から分離するようにした。【選択図】      図１
2004200525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地基板上に、少なくとも第１のＡｌＧａＡｓ層と、この層よりも小さなＡｌＡｓ混晶比を有する第２のＡｌＧａＡｓ層とをこの順に積層するにあたり、前記下地基板を、当該各層の原料溶液に順次接触させる液相エピタキシャル成長法を用いる半導体デバイスの製造方法において、
前記第１のＡｌＧａＡｓ層の形成が終了する前に、それまでに成長した当該エピタキシャル層の表面を自らの原料溶液により溶解し、次いで前記下地基板を当該原料溶液から分離することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記エピタキシャル層の表面を溶解するときには、前記第１のＡｌＧａＡｓ層の原料溶液を、Ａｌ及びＡｓが飽和溶解する温度よりも１〜１０℃高い温度に昇温することを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体デバイスの製造方法を用いることを特徴とする発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造方法に関し、特に発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＡｌＧａＡｓを用いた赤色発光ダイオードの輝度が向上し、ディスプレイパネルや自動車用ハイマウントストップランプとして用いられるようになってきた。これらの用途に用いるためには、白昼でも認識できる程度に輝度が高いことが要求される。この要求に応えるために、構造面では、シングルヘテロ接合構造(ＳＨ構造)、ダブルヘテロ接合構造(ＤＨ構造)、裏面反射型ＤＨ構造等の発光ダイオード(ＬＥＤ)が開発されてきた。
【０００３】
例えば、ＤＨ構造を有するＬＥＤ用エピタキシャルウエハは、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層においてはそのＡｌＡｓ混晶比を所望する発光波長が得られる値(ｙ)とし、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層(ＡｌＡｓ混晶比ｘ)及びｎ型ＡｌＧａＡｓウインドウ層(ＡｌＡｓ混晶比ｚ)においては、それぞれのＡｌＡｓ混晶比をｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層よりも大きな値とすることにより(ｘ,ｚ＞ｙ)、少数キャリア注入の高効率化と注入されたキャリアの閉じ込めによる再結合の促進という観点から、高い発光効率をもつＬＥＤを形成できる。
【０００４】
このようなＬＥＤの製造には、液相エピタキシャル成長法が用いられている。液相エピタキシャル成長法では、下地基板上に上記各層を積層するにあたり、該下地基板を各層の原料溶液に順次接触させてゆく。ここで、ＬＥＤの高出力化及び信頼性の向上には、エピタキシャル層内、特にｐｎ界面近傍での欠陥の低減が重要な課題となっている。従来、欠陥の低減を図るために、各層のドーパントやキャリア濃度の最適化、或いはエピタキシャル成長条件(例えば、温度や操作等)の最適化等が図られている(例えば、特許文献１参照)。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−８３９６７号公報（第２−３頁、第３図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、液相エピタキシャル成長では、複数のエピタキシャル層を連続して形成するが、下地基板を各層の原料溶液から分離する際に、エピタキシャル層の表面に「残さ」と呼ばれる欠陥がしばしば発生する。残さは、エピタキシャル成長中に溶液内でエピタキシャル成長に寄与しない過剰な溶質或いは溶液中の不純物を核として結晶化した微結晶が、分離の際にエピタキシャル層の表面に付着したものであると考えられる。
【０００７】
この残さは、ＬＥＤの発光出力や電気特性、信頼性に悪影響を及ぼすため低減する必要がある。しかしながら、液相エピタキシャル成長法では、残さを完全に無くすことは困難である。特に、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層の成長後に発生した残さは、発光動作をするｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層中に発生する欠陥の核となるため、確実に除去しておくことが望まれる。
【０００８】
また従来から、成長条件の面でも、例えば成長温度や成長速度等を最適化することによって、残さ等の欠陥を低減してＬＥＤの高出力化を図ることが検討されてはいる。しかしながら、成長条件の最適化によって残さの抑制を図るのは困難であり、またそのような条件下でＬＥＤ用エピタキシャルウエハを安定して再現性よく製造するのは実際上極めて困難である。
【０００９】
そこで本発明の目的は、発光ダイオード用エピタキシャルウエハ等の半導体デバイスを製造するにあたり、残さ等の欠陥の発生を最小限に抑制できる技術を提供することにある。また本発明の目的は、発光ダイオード用エピタキシャルウエハ等の半導体デバイスを製造するにあたり、残さ等の欠陥の発生を容易に抑制できる技術を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者は鋭意研究の結果、ＡｌＡｓ混晶比がｘのＡｌＧａＡｓ結晶は、ｘ以上のＡｌＡｓ混晶比を有するＡｌＧａＡｓ結晶の原料溶液には溶解するが、ｘよりも小さなＡｌＡｓ混晶比を有するＡｌＧａＡｓ結晶の原料溶液には極めて溶解しにくいというＡｌＧａＡｓ結晶の溶解特性を見出した。
【００１１】
つまり従来技術では、液相エピタキシャル成長により、ｐ型ＧａＡｓ基板上にｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層(混晶比ｘ)、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層(混晶比ｙ)、ｎ型ＡｌＧａＡｓウインド層(混晶比ｚ)を有するＬＥＤの製造過程において、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層成長後に発生した残さを、次に形成するｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層の原料溶液で溶解して除去しようとしても、両者のＡｌＡｓ混晶比の関係がｘ＞ｙであるため、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層の原料溶液では、その残さを溶解できない。そのため、この残さがｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層の成長中に、核として作用してしまう結果、該活性層に欠陥が発生していたものと考えられる。
【００１２】
そこでこの知見に基づいて、本発明によれば、下地基板上に、少なくとも第１のＡｌＧａＡｓ層と、この層よりも小さなＡｌＡｓ混晶比を有する第２のＡｌＧａＡｓ層とをこの順に積層するにあたり、前記下地基板を、前記各層の原料溶液に順次接触させる液相エピタキシャル成長法を用いる半導体デバイスの製造方法において、前記第１のＡｌＧａＡｓ層の形成が終了する前に、それまでに成長した当該エピタキシャル層の表面を自らの原料溶液により溶解し、次いで前記下地基板を当該原料溶液から分離することを特徴とする半導体デバイスの製造方法が提供される。
【００１３】
ここで、前記エピタキシャル層の表面を溶解するときには、前記第１のＡｌＧａＡｓ層の原料溶液を、Ａｌ及びＡｓが飽和溶解する温度よりも１〜１０℃高い温度に昇温するのが好ましい。また本発明によれば、上記半導体デバイスの製造方法を用いることを特徴とする発行ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法も提供される。
【００１４】
【作用】
第１のＡｌＧａＡｓ層の形成が終了する前に、それまでに成長した当該エピタキシャル層の表面を溶解するから、仮に当該原料溶液中に欠陥の核となりうる微結晶等が発生し、その微結晶等が残さとしてエピタキシャル層の表面に付着していたとしてもそれが溶解されて除去される。ここで上記残さは、それよりもＡｌＡｓ混晶比が小さい第２のＡｌＧａＡｓ層の原料溶液には溶解しにくいが、自らの原料溶液、即ち第１のＡｌＧａＡｓ層の原料溶液には容易に溶解するから、この残さを容易に除去できる。こうして残さを確実に除去した後に、下地基板を分離するから、次の第２のＡｌＧａＡｓ層の原料溶液には、残さ、即ち欠陥の核のない第１のＡｌＧａＡｓ層がもち込まれることになる。従って、第２のＡｌＧａＡｓ層の成長において核が成長して欠陥が形成されてしまうという従来の問題を回避できる。
【００１５】
特に、エピタキシャル層の表面を溶解するときには、第１のＡｌＧａＡｓ層の原料溶液をＡｌ及びＡｓが飽和溶解する温度よりも１〜１０℃高い温度に昇温することにより、該表面を容易に溶解できると共に、メルトバックの厚さも適量となる。従って、この条件下においては再現性よく安定して半導体デバイスを製造できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、実施の形態による赤色ＬＥＤ用エピタキシャルウエハの断面図である。このウエハは、下地基板としてのｐ型ＧａＡｓ基板１の上に、第１のＡｌＧａＡｓ層としてのｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２、第２のＡｌＧａＡｓ層としてのｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層３、及びｎ型ＡｌＧａＡｓウインドウ層４の三層がこの順に積層されてなる。即ち該ウエハは、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層３が、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２と、ｎ型ＡｌＧａＡｓウインドウ層４とで挟まれてなるＡｌＧａＡｓ系のＤＨ構造を有する。なお、ｎ型ＡｌＧａＡｓウインドウ層４の上にはｎ側表面電極５が設けられ、ｐ型ＧａＡｓ基板１の裏面にはｐ側裏面電極６が設けられている。
【００１７】
ｐ型ＧａＡｓ基板１は、厚さが２５０[μｍ]、サイズがφ５０[mm]である。ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２は、厚さが３０[μｍ]、ＡｌＡｓ混晶比ｘ＝０．６５である。ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層３は、厚さが１[μｍ]、Ａｌ混晶比ｙ＝０．３５である。ｎ型ＡｌＧａＡｓウインドウ層４は、厚さが４０[μｍ]、Ａｌ混晶比ｚ＝０．６５である。このように、各層の混晶比の関係は、ｘ,ｚ＞ｙの関係にある。
【００１８】
以下、このウエハの製造方法の要部について説明する。本実施の形態では、図２に示す冶具を有する製造装置を用いた。この冶具は、ｐ型ＧａＡｓ基板１を保持するスライドボード１０と、このスライドボード１０の上に設けられ、三つの溶液溜め１２,１３,１４を有する原料ホルダ１１とを有する。これら溶液溜め１２,１３,１４にはそれぞれ、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２の原料溶液２ａ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層３の原料溶液３ａ、ｎ型ＡｌＧａＡｓウインドウ層４の原料溶液４ａが収容される。
【００１９】
まず、この冶具を用い、スライドボード１０にｐ型ＧａＡｓ基板１をセットすると共に、溶液溜め１２,１３,１４にそれぞれ原料を収容する。原料としては、Ｇａ，Ａｌ，ＧａＡｓ多結晶，ドーパントのＺｎ又はＴｅを用いることができる。各溶液溜め内の原料は、各層が所定の温度条件下で所望のＡｌＡｓ混晶比及び層厚等が得られるようにしておく。
【００２０】
次いで、この冶具を図示せぬ石英製の反応管の中にセットし、該反応管内の空気を排気した後、水素ガスを導入する。そしてこの状態で、図示せぬヒータによって反応管内の温度を冷却開始温度(例えば、約９００℃)まで昇温する。昇温後、その温度に保持し、各溶液溜め１２,１３,１４のＧａ溶液中に、Ａｌ，ＧａＡｓ多結晶、ドーパントのＺｎ又はＴｅを溶かして原料溶液２ａ,３ａ,４ａをつくる。
【００２１】
次いで、各原料溶液２ａ,３ａ,４ａの組成が均一になったら、反応管内の温度を徐々に冷却する。徐冷の割合は、例えば０．５〜２℃／分とする。そして、徐冷しながら、スライドボード１０を図２(ａ)に示すホームポジションから矢印Ｐ方向に順次移動させる。
【００２２】
移動の過程で、ｐ型ＧａＡｓ基板１が溶液溜め１２の下に位置するとき、ｐ型ＧａＡｓ基板１と原料溶液２ａとが接触して、該ｐ型ＧａＡｓ基板１の上にｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２が形成される(図２(ｂ)参照)。但し、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２の形成が終了する前に、それまでに成長した当該エピタキシャル層の表面を自らの原料溶液２ａにより溶解する。
【００２３】
エピタキシャル層の表面を溶解するときには、原料溶液２ａの徐冷を一旦停止し、該原料溶液２ａをＡｌ及びＡｓが飽和溶解する温度よりもＴ℃高い温度に再度昇温する。そして、昇温した原料溶液２ａにより該エピタキシャル層の表面を溶解する。ここで、再昇温する温度Ｔの最適条件は、１℃以上であれば本発明の効果を得ることができるが、再昇温された原料溶液２ａによるエピタキシャル層表面の溶解量(メルトバックの厚さ)との兼ね合いを考慮すると、１０℃以下に制限するのが好ましい。
【００２４】
次いで、エピタキシャル層の表面を溶解した後、ｐ型ＧａＡｓ基板１を原料溶液２ａから分離する。これにより、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２の形成が終了する。その後、徐冷を再開する。
【００２５】
次いで、徐冷によって原料溶液３ａ,４ａが所定の温度になった後、ｐ型ＧａＡｓ基板１が溶液溜め１３の下に位置するとき、ｐ型ＧａＡｓ基板１上のｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２と原料溶液３ａとが接触して、該ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２の上にｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層３が形成される(図２(ｃ)参照)。
【００２６】
次いで、ｐ型ＧａＡｓ基板１が原料溶液３ａから分離された後、溶液溜め１４の下に位置するとき、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２上のｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層３と原料溶液４ａとが接触して、該ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層３の上にｎ型ＡｌＧａＡｓウインドウ層４が形成される(図２(ｄ)参照)。以上により、ＤＨ構造のエピタキシャル層が形成される。
【００２７】
次いで、ｐ型ＧａＡｓ基板１が原料溶液４ａから分離され、エピタキシャル成長が終了したら、ヒータを切り、温度を下げる。そして、得られたエピタキシャルウエハの表面と裏面に、それぞれ蒸着とホトリソグラフにより電極５,６を形成する。詳細には、表面中央に、直径１５０[μｍ]の電極５を、裏面には全面電極６を形成した後、０．３[mm]×０．３[mm]×０．３[mm]のＬＥＤチップとしてウエハから切り出す。
【００２８】
〔実施例〕
原料溶液２ａを再昇温する上記温度Ｔを、０，１，２，５，７，１０，１５℃としたそれぞれ異なる７種類の条件下でＤＨ構造のエピタキシャルウエハを作成し、ＤＨ構造ＬＥＤチップを作成して、その発光特性及び電気特性を測定した。その結果、再昇温する温度Ｔ＝１，２，５，７，１０℃のときに、不良チップの発生数を従来(即ちＴ＝０℃のとき)の半分以下に低減できた。この結果から、Ｔの好ましい温度範囲は、１〜１０℃であると考えられる。
【００２９】
本実施の形態によれば、次のような効果が得られる。
【００３０】
(1)ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２の形成が終了する前に、それまでに成長した当該エピタキシャル層の表面を溶解するから、仮に当該原料溶液２ａ中に欠陥の核となりうる微結晶等が発生し、その微結晶等が残さとしてエピタキシャル層の表面に付着していたとしてもそれが除去される。こうして残さを確実に除去した後に、下地基板１を分離するから、次のｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層３の原料溶液３ａには、残さのないｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２がもち込まれる。従って、残さ等の欠陥の発生を最小限に抑制できるから、ＤＨ構造等のＬＥＤにおいて、高い発光出力及び高い信頼性を安定して得ることができる。
【００３１】
(2)上記残さは、それよりもＡｌＡｓ混晶比が小さいｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層３の原料溶液３ａには溶解しにくいが、自らの原料溶液２ａ、即ちｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２の原料溶液２ａには容易に溶解するから、この残さを容易に除去できる。
【００３２】
(3)エピタキシャル層の表面を溶解するときには、自らの原料溶液２ａをＡｌ及びＡｓが飽和溶解する温度よりも１〜１０℃高い温度に昇温することにより、該表面を容易に溶解できると共に、メルトバックの厚さも適量となる。このように、温度条件の変更のみで従来と同様の方法でウエハを製作できるため、これを容易に製作できると共に、発光出力が高く、高信頼性のＬＥＤを高歩留まりで安定して製造できる。
【００３３】
なお、本発明はＤＨ構造を有する裏面反射型のＬＥＤ用エピタキシャルウエハの製造にも同様に適用できる。また本発明は、赤色のＬＥＤに限らず、ＡｌＧａＡｓ系の他の発光波長をもつＬＥＤ、例えば赤外ＬＥＤの製造等にも適用できる。さらに本発明は、ＬＥＤのみならず、半導体レーザやヘテロジャンクションＦＥＴ等の半導体デバイスの製造にも適用できる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、発光ダイオード用エピタキシャルウエハ等の半導体デバイスを製造するにあたり、残さ等の欠陥の発生を最小限に抑制できる。また本発明によれば、発光ダイオード用エピタキシャルウエハ等の半導体デバイスを製造するにあたり、残さ等の欠陥の発生を容易に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態によるＬＥＤ用エピタキシャルウエハの断面を模式的に示す図。
【図２】実施の形態によるＬＥＤ用エピタキシャルウエハの製造装置の概念図。
【符号の説明】
１  ｐ型ＧａＡｓ基板(下地基板)
２  ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層(第１のＡｌＧａＡｓ層)
２ａ  ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層の原料溶液
３  ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層(第２のＡｌＧａＡｓ層)
３ａ  ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層の原料溶液
４  ｎ型ＡｌＧａＡｓウインドウ層
４ａ  ｎ型ＡｌＧａＡｓウインドウ層の原料溶液
５  ｎ側表面電極
６  ｐ側裏面電極
１０  スライドボード
１１  原料ホルダ
１２,１３,１４  溶液溜め
【図１】
2004200525.tif 000003
【図２】
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