(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、基板上に、エピタキシャル成長によってｎ型層と、該ｎ型層上にｐ型層とを形成し、該エピタキシャル成長の際に、少なくとも前記ｎ型層および前記ｐ型層形成時に窒素ドープ用ガスを、前記ｐ型層形成時にｐ型ドーパントドープ用ガスを導入するエピタキシャルウェーハの製造方法において、
前記ｎ型層および前記ｐ型層として、ＧａＡｓＰまたはＧａＰを形成し、
前記ｐ型層を、少なくとも第１ｐ型層形成後に、該第１ｐ型層よりキャリア濃度の高い第２ｐ型層を形成し、
前記第１ｐ型層の成長途中から前記第２ｐ型層の成長終了までの間に、前記窒素ドープ用ガスの導入量を０ｓｃｃｍまで徐々に減少させ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ｐ型層のエピタキシャル成長時に、前記第１ｐ型層の成長途中から前記第２ｐ型層の成長終了までの間に、前記窒素ドープ用ガスの導入量を０ｓｃｃｍまで徐々に減少させ、かつ、前記ｐ型ドーパントドープ用ガスの導入量を徐々に増加させ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】
前記ｐ型層を、前記第１ｐ型層形成後に該第１ｐ型層よりキャリア濃度が高く前記第２ｐ型層よりキャリア濃度の低い第３ｐ型層を形成し、かつ前記第１ｐ型層の成長途中から前記第３ｐ型層の成長終了までの間に、前記窒素ドープ用ガスの導入量を０ｓｃｃｍまで徐々に減少させ、かつ、前記ｐ型ドーパントドープ用ガスの導入量を徐々に増加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ェーハの製造方法。
【請求項４】
前記第３ｐ型層のキャリア濃度を、３×１０１７〜１×１０１８／ｃｍ３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ェーハの製造方法。
【請求項５】
前記ｎ型層および前記ｐ型層が、ＧａＡｓ１−ｘＰｘ（０．４５＜ｘ＜１）となるように形成し、かつ前記基板としてＧａＰ基板を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記ｎ型層および前記ｐ型層は、成長法がハイドライド法であることを特徴とする請求項１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ェーハの製造方法。
【請求項７】
前記窒素ドープ用ガスを、アンモニア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ェーハの製造方法。
【請求項８】
前記ｐ型ドーパントドープ用ガスを、ジメチル亜鉛とす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ェーハの製造方法。
【請求項９】
少なくとも、基板と、該基板上にエピタキシャル成長によって形成されたｎ型層および該ｎ型層上にｐ型層とを有するエピタキシャルウェーハにおいて、
前記ｎ型層および前記ｐ型層はＧａＡｓＰまたはＧａＰであり、前記ｐ型層は少なくとも第１ｐ型層と該第１ｐ型層より上に該第１ｐ型層よりキャリア濃度の高い第２ｐ型層とを有し、
前記第１ｐ型層から前記第２ｐ型層にかけての窒素濃度が減少率３〜９８％／μｍで徐々に減少した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１０】
前記第１ｐ型層から前記第２ｐ型層にかけてのｐ型ドーパントの濃度が増加率３〜９９％／μｍで徐々に増加したものであることを特徴とする請求項９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り、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は、通常、気相成長ないし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、また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、発光ダイオードとしての光出力を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は、一般的に気相成長法によって製造される。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ＮドープＧａＡｓＰ層を順次形成する。その後の加工工程で熱拡散により高濃度に亜鉛を拡散させて、エピタキシャル層表面に４〜１０μｍ程度のｐ型層を形成する。
【０００６】
また、気相成長法によるｐ型層を有したＧａＡｓＰ発光ダイオ−ド用基板に於ける高輝度化技術として、ｐｎ接合部よりバンドギャップの大きい層をｐ型層表面側に設けるエピタキシャルウェーハや、ｐｎ接合部より窒素濃度を減少した領域をｐ型層の表面側に設けるエピタキシャルウェーハが提案されている（例えば、特許文献１・２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特許第３６２５６７７号公報
【特許文献２】特許第３６２５６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし近年、より高輝度・長寿命のＬＥＤの要求が強くなってきた。
例えば表面側にｐｎ接合部よりバンドギャップの大きい層を設けるエピタキシャルウェーハを用いた場合では、ｐｎ接合部界面にミスフィット転位等の欠陥が発生するため、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。
【０００９】
本発明は、このような従来のエピタキシャルウェーハに比べて、結晶性が良好であり、また発光輝度を向上させることができるエピタキシャルウェーハの製造方法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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明では、少なくとも、基板上に、エピタキシャル成長によってｎ型層と、該ｎ型層上にｐ型層とを形成し、該エピタキシャル成長の際に、少なくとも前記ｎ型層および前記ｐ型層形成時に窒素ドープ用ガスを、前記ｐ型層形成時にｐ型ドーパントドープ用ガスを導入するエピタキシャルウェーハの製造方法において、前記ｎ型層および前記ｐ型層として、ＧａＡｓＰまたはＧａＰを形成し、前記ｐ型層を、少なくとも第１ｐ型層形成後に、該第１ｐ型層よりキャリア濃度の高い第２ｐ型層を形成し、前記第１ｐ型層の成長途中から前記第２ｐ型層の成長終了までの間に、前記窒素ドープ用ガスの導入量を０ｓｃｃｍまで徐々に減少させ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を提供する（請求項１）。
【００１１】
このように、本発明では、基板上に、エピタキシャル成長によってｎ型層と、該ｎ型層上にｐ型層とを形成し、少なくともｎ型層およびｐ型層形成時に窒素ドープ用ガスを導入するエピタキシャルウェーハの製造方法において、第１ｐ型層の成長途中から少なくとも第２ｐ型層の成長終了までの間に、窒素ドープ用ガスの導入量を０ｓｃｃｍまで徐々に減少させる。
このように、窒素ドープ用ガスの導入量を０ｓｃｃｍまで徐々に減少させることによって、ｐ型層の結晶組成をある地点で急激に変化させるのではなく徐々に変化させることによって、格子定数の違いに起因する格子歪みとそれに伴う結晶欠陥の発生を抑制する。これによってｐ型層の結晶性を従来より良好なものとすることができる。よって、発光輝度を従来より強くすることができ、また長時間の発光による発光輝度の低下を抑制する、つまり長寿命のＬＥＤとすることができる。
【００１２】
また、前記ｐ型層のエピタキシャル成長時に、前記第１ｐ型層の成長途中から前記第２ｐ型層の成長終了までの間に、前記窒素ドープ用ガスの導入量を０ｓｃｃｍまで徐々に減少させ、かつ、前記ｐ型ドーパントドープ用ガスの導入量を徐々に増加させることが好ましい（請求項２）。
このように、窒素ドープ用ガスの導入量を０ｓｃｃｍまで徐々に減少させ、またｐ型ドーパントドープ用ガスの導入量を徐々に増加させる。つまり窒素のドープ量を減少させる代わりにｐ型ドーパントのドープ量を増加させることによって、格子歪みの発生をより抑制することで、結晶欠陥がｐ型層に導入されることをより抑制することができる。従ってｐ型層の結晶性を更に良好なものとすることができる。そのため、発光輝度をより強くすることができ、また長時間の発光による発光輝度の低下をより抑制することができる。
【００１３】
また、前記ｐ型層を、前記第１ｐ型層形成後に該第１ｐ型層よりキャリア濃度が高く前記第２ｐ型層よりキャリア濃度の低い第３ｐ型層を形成し、かつ前記第１ｐ型層の成長途中から前記第３ｐ型層の成長終了までの間に、前記窒素ドープ用ガスの導入量を０ｓｃｃｍまで徐々に減少させ、かつ、前記ｐ型ドーパントドープ用ガスの導入量を徐々に増加させることができる（請求項３）。
このように、第１ｐ型層と第２ｐ型層の間にキャリア濃度を第１ｐ型層と第２ｐ型層の間にした第３ｐ型層を設け、かつ第１ｐ型層の成長途中から少なくとも第３ｐ型層の成長終了までの間に、窒素ドープ用ガスの導入量を０ｓｃｃｍまで徐々に減少させ、かつｐ型ドーパントドープ用ガスの導入量を徐々に増加させることによって、ｐ型層内のキャリア濃度分布を、発光輝度がより向上するような濃度分布とすることができる。よってＬＥＤとしたときの発光輝度をより向上させることができる。
【００１４】
また、前記第３ｐ型層のキャリア濃度を、３×１０１７〜１×１０１８／ｃｍ３とすることが好ましい（請求項４）。
このように、第３ｐ型層のキャリア濃度を、３×１０１７〜１×１０１８／ｃｍ３とすることによって、ｐ型層内のキャリア濃度分布を発光輝度が更に向上させることができる分布とすることができ、よってＬＥＤとしたときに発光輝度を更に向上させることができる。
【００１５】
また、前記ｎ型層および前記ｐ型層が、ＧａＡｓ１−ｘＰｘ（０．４５＜ｘ＜１）となるように形成し、かつ前記基板としてＧａＰ基板を用いることが好ましい（請求項５）。
このように、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、発光輝度を従来に比べて向上させることのできる結晶構造であるエピタキシャルウェーハとできるため、ｎ型層やｐ型層として従来から用いられている上述のような組成のＧａＡｓＰとすることができ、また基板をＧａＰとすることができ、利用価値が高い。
【００１６】
また、前記ｎ型層および前記ｐ型層は、成長法がハイドライド法であることが好ましい（請求項６）。
このように、量産性に富むハイドライド法によってｎ型層およびｐ型層を形成することによって、高純度・高品質のｎ型層およびｐ型層を有するエピタキシャルウェーハを安価にかつ大量に製造することができる。
【００１７】
また、前記窒素ドープ用ガスを、アンモニアとすることが好ましい（請求項７）。
このように、窒素ドーパントガスとしては、高純度の原料が得られ、扱い易いアンモニア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ェーハを得ることができる。
【００１８】
また、前記ｐ型ドーパントドープ用ガスを、ジメチル亜鉛とすることが好ましい（請求項８）。
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ェーハを得ることができる。
【００１９】
また、本発明では、少なくとも、基板と、該基板上にエピタキシャル成長によって形成されたｎ型層および該ｎ型層上にｐ型層とを有するエピタキシャルウェーハにおいて、前記ｎ型層および前記ｐ型層はＧａＡｓＰまたはＧａＰであり、前記ｐ型層は少なくとも第１ｐ型層と該第１ｐ型層より上に該第１ｐ型層よりキャリア濃度の高い第２ｐ型層とを有し、前記第１ｐ型層から前記第２ｐ型層にかけての窒素濃度が減少率３〜９８％／μｍで徐々に減少したものであることを特徴とするエピタキシャルウェーハを提供する（請求項９）。
【００２０】
このように、本発明のエピタキシャルウェーハは、基板と、該基板上にエピタキシャル成長によって形成されたｎ型層および該ｎ型層上にｐ型層とを有するエピタキシャルウェーハにおいて、第１ｐ型層から第２ｐ型層にかけての窒素濃度が減少率３〜９８％／μｍで徐々に減少したものである。なお減少率とは最大のドープ量に対しての１μｍ当りの濃度減少率をいう。
このように、アイソ・エレクトロニック・トラップとしてドープされた窒素濃度が第１ｐ型層から第２ｐ型層にかけて減少率３〜９８％／μｍで徐々に減少しているものとすることによって、ｐ型層の結晶組成がある地点で急激に変化しているのではなく徐々に変化しているものとなっているため、格子定数の違いに起因する格子歪みとそれに伴う結晶欠陥の発生が抑制されたものとなっている。これによってｐ型層の結晶性が従来より良好なものとなっており、よって発光輝度を従来より強くすることができ、また長時間の発光による発光輝度の低下を抑制する、つまり長寿命のＬＥＤとすることができるエピタキシャルウェーハとなっている。
【００２１】
また、前記第１ｐ型層から前記第２ｐ型層にかけてのｐ型ドーパントの濃度が増加率３〜９９％／μｍで徐々に増加したものとすることが好ましい（請求項１０）。
このように、ｐ型ドーパント濃度が第１ｐ型層から第２ｐ型層にかけて３〜９９％／μｍで徐々に増加したものとすることによって、格子歪みの発生がより抑制されたものとなっており、ｐ型層に導入された結晶欠陥の量がより少ないものとすることができる。従ってｐ型層の結晶性が更に良好なものとなっており、そのため、発光輝度がより強いものとすることができ、また長時間の発光による発光輝度の低下をより抑制することができる。なお増加率とは最大のドープ量に対しての１μｍ当り濃度増加率をいう。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、窒素ドープ用ガスの導入量を０ｓｃｃｍまで徐々に減少させることによって、ｐ型層の結晶組成をある地点で急激に変化させるのではなく徐々に変化させることによって、格子定数の違いに起因する結晶欠陥がｐ型層に導入されることを抑制することができ、よってｐ型層の結晶性を良好なものとすることができる。そのため、発光輝度を従来より強くすることができ、また長寿命のエピタキシャルウェーハを製造することのできるエピタキシャルウェーハの製造方法とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、従来のエピタキシャルウェーハに比べて、結晶性が良好であり、また発光輝度を向上させることができるエピタキシャルウェーハの製造方法の開発が待たれていた。
【００２４】
そこで、本発明者らは、ｐｎ接合部界面にミスフィット転位等の結晶欠陥が発生する原因について鋭意検討を重ねた。
【００２５】
その結果、本発明者らは、ｐ型層を形成する際に、窒素ドープ用ガスの導入量を、急激に０ｓｃｃｍとして完全に停止すると、エピタキシャルウェーハに窒素がドープされることが急に終わってしまうため、層中の結晶組成が変わってしまいウェーハ中の格子定数が異なり、格子歪みが発生し、よって結晶性が悪化することを発見した。そして、窒素ドープ用ガスの導入量を徐々に減少させることによって結晶性の悪化を抑制することができることを発見し、本発明を完成させた。
【００２６】
以下、本発明について図１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ェーハの製造方法によって作成されるエピタキシャルウェーハの断面概略図の一例である。
【００２７】
図１（Ａ）において、エピタキシャルウェーハ１０は、少なくとも単結晶基板１１ａと該単結晶基板１１ａ上にエピタキシャル成長によって形成した単結晶基板１１ａと同組成の基板バッファー層１１ｂとからなる基板１１、該基板１１上にエピタキシャル成長によって形成されたｎ型層１２と、該ｎ型層１２よりキャリア濃度が高く、またｎ型層より上にｐ型層１３とを有している。そしてｎ型層１２とｐ型層１３は、ＧａＡｓＰまたはＧａＰからなっており、またｐ型層１３は少なくとも第１ｐ型層１３ａと、該第１ｐ型層１３ａより上の第２ｐ型層１３ｂとを有している。また、ｎ型層１２は、少なくとも組成変化層１２ａ、一定組成層１２ｂ、窒素濃度増加層１２ｃ、窒素濃度一定層１２ｄから構成されている。
【００２８】
そして、第１ｐ型層１３ａから第２ｐ型層１３ｂにかけての窒素濃度が減少率３〜９８％／μｍで徐々に減少したものとなっている。
このように、第１ｐ型層１３ａから第２ｐ型層１３ｂにかけて窒素濃度が徐々に減少したものであるため、ｐ型層の結晶組成がある地点で急激に変化しているのではなく徐々に変化しているものとなっているため、格子定数の違いに起因する格子歪みとそれに伴う結晶欠陥の発生が抑制されたものとなっている。これによってｐ型層の結晶性が従来より良好なものとなっており、よって発光輝度を従来より強くすることができ、また長時間の発光による発光輝度の低下を抑制する、つまり長寿命のＬＥＤとすることができるエピタキシャルウェーハとなっている。
【００２９】
ここで、第１ｐ型層１３ａから第２ｐ型層１３ｂにかけての窒素濃度が減少率１０〜５０％／μｍであることが望ましい。
窒素濃度の減少率が上述の範囲であれば、よりｐ型層の結晶性を良好なものとすることができ、よって更に発光輝度を強くすることができ、また長寿命のＬＥＤとすることができる。
【００３０】
また、第１ｐ型層１３ａから第２ｐ型層１３ｂにかけてのｐ型ドーパントの濃度が増加率３〜９９％／μｍで徐々に増加したものとすることができる。
ｐ型ドーパントの濃度の増加率が上述のような範囲であれば、格子歪みの発生がより抑制されたものとすることができ、よって、ｐ型層に導入された結晶欠陥の量がより少ないものとすることができる。従ってｐ型層の結晶性が更に良好なものとなっており、そのため、発光輝度がより強いものとすることができ、また長時間の発光による発光輝度の低下をより抑制することができる。
【００３１】
更に、第１ｐ型層１３ａから第２ｐ型層１３ｂにかけてのｐ型ドーパントの濃度が増加率１０〜８０％／μｍであることが望ましい。
ｐ型ドーパント濃度の増加率が上述の範囲であれば、さらにｐ型層の結晶性を良好なものとすることができ、より発光輝度が強く、また長寿命とすることができる。
【００３２】
また、基板バッファー層１１ｂの厚さは２〜１０μｍ、組成変化層１２ａの厚さは２〜２０μｍ、一定組成層１２ｂの厚さは２〜１０μｍ、窒素濃度増加層１２ｃの厚さは１〜５μｍ、窒素濃度一定層１２ｄの厚さは３〜１５μｍ、第１ｐ型層１３ａの厚さは４〜５０μｍ、第２ｐ型層１３ｂの厚さは２〜１０μｍとすることが望ましい。また、図１（ｂ）のように、第１ｐ型層１３ａと第２ｐ型層１３ｂの間に第３ｐ型層１３ｃが形成されたエピタキシャルウェーハにおいては、第３ｐ型層１３ｃの厚さは２〜５０μｍとすることが望ましい。
【００３３】
そして上述のような本発明のエピタキシャルウェーハは以下に示したような製造方法によって製造することができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
以下に示す製造方法では、ｎ型層およびｐ型層をＧａＡｓＰとし、基板にＧａＰを用いた場合について説明しているが、もちろんこれに限定されるものではなく、ｎ型層やｐ型層をＧａＰとすることもできる。
【００３４】
まずＧａＰの単結晶基板１１ａおよび高純度ガリウム（Ｇａ）を、Ｇａ溜め用石英ボート付きのエピタキシャル・リアクター内の所定の場所に、それぞれ設置する。
次に、窒素（Ｎ２）ガスを該リアクター内に導入し、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の流れを止め昇温工程に入る。
そして上記Ｇａ入り石英ボート設置部分および単結晶基板１１ａ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、単結晶基板１１ａと同組成のＧａＰエピタキシャル膜の気相成長を開始する。
【００３５】
最初、ｎ型ドーパントドープ用ガスをリアクター内に導入し、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）を上記石英ボート中のＧａ溜に吹き込み、Ｇａ溜上表面より吹き出させる。
他方、周期律表第Ｖ族元素成分として、高純度りん化水素ガス（ＰＨ３）を導入しつつ、第１層である基板バッファー層１１ｂを単結晶基板１１ａ上に成長させた。
【００３６】
次に、ＨＣｌの導入量を変えることなく、高純度ひ化水素ガス（ＡｓＨ３）の導入を開始し、また同時にｎ型ドーパントドープ用ガスおよびＰＨ３の導入量を減少させて、第２層となるｎ型層−組成変化層１２ａ（ＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層）を基板バッファー層１１ｂ上に成長させる。
【００３７】
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の導入量を徐々に減少させて、第３層となるｎ型層−組成一定層１２ｂ（ＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層）を組成変化層１２ａ上に成長させる。
【００３８】
次は、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３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を導入して、また同時にｎ型ドーパントドープ用ガスの導入をやめてから、第４層となるｎ型層−窒素濃度増加層１２ｃを組成一定層１２ｂ上に成長させる。
【００３９】
ここで、窒素ドープ用ガスを、アンモニアとすることができる。
このように、高純度の原料が得られ、扱い易いアンモニアを窒素ドーパントガスとして用いることによって、高純度のエピタキシャルウェーハをより容易に得ることができる。
【００４０】
次はＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、窒素ドープ用ガスの導入量を変えることなく、第５層となるｎ型層−窒素濃度一定層１２ｄを窒素濃度増加層１２ｃ上に成長させる。
【００４１】
そして、次にＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３ガス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を導入し、また窒素ドープ用ガスの導入量を該層の成長途中で減少させながら、第６層となる第１ｐ型層１３ａを窒素濃度一定層１２ｄ上に成長させる。
【００４２】
ここで、ｐ型ドーパントドープ用ガスを、ジメチル亜鉛とすることができる。
このように、高純度の原料が得られるジメチル亜鉛をｐ型ドーパントガスとして用いることによって、より高純度のエピタキシャルウェーハを得ることができる。
【００４３】
最後に、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の量を変えることなく、ｐ型ドーパントドープ用ガスの導入量を増加させ、かつ窒素ドープ用ガスの導入を該層の成長が終了するまでにやめて、第７のｐ型のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層（第２ｐ型層１３ｂ）を第６のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層上に成長させ、気相成長を終了し、エピタキシャルウェーハ１０を得ることができる。
ここで、第１ｐ型層１３ａの成長途中から少なくとも第２ｐ型層１３ｂの成長終了までの間に、窒素ドープ用ガスの導入量を０ｓｃｃｍまで徐々に減少させるとは、第１ｐ型層１３ａの形成途中から窒素ドープ用ガスの導入量を減少させ始め、第１ｐ型層１３ａの形成途中において導入量を０ｓｃｃｍになるように減少させることを含み、また第２ｐ型層１３ｂの形成途中で０ｓｃｃｍにすることも含む。さらに、第２ｐ型層１３ｂの形成が終了する時点で０ｓｃｃｍになるように減少させることを含むものである。
【００４４】
ここで、第１ｐ型層１３ａの成長途中から少なくとも第２ｐ型層１３ｂの成長終了までの間に、窒素ドープ用ガスの導入量を０ｓｃｃｍまで徐々に減少させ、かつ、ｐ型ドーパントドープ用ガスの導入量を徐々に増加させることが好ましい。
窒素を減少させる代わりにｐ型ドーパントを増加させることによって、結晶欠陥がｐ型層に導入されることをより抑制することができ、よってｐ型層の結晶性をより良好なものとすることができる。そのため、発光輝度をより強くすることができ、また長寿命のＬＥＤとすることができる。
【００４５】
また、図１（Ｂ）に示すように、第１ｐ型層１３ａ形成後に、第１ｐ型層１３ａよりキャリア濃度が高く第２ｐ型層１３ｂよりキャリア濃度の低い第３ｐ型層１３ｃを形成し、かつ第１ｐ型層１３ａの成長途中から少なくとも第３ｐ型層１３ｃの成長終了までの間に、窒素ドープ用ガスの導入量を０ｓｃｃｍまで徐々に減少させ、かつ、ｐ型ドーパントドープ用ガスの導入量を徐々に増加させることができる。
上述のようにすることで、第１ｐ型層１３ａと第３ｐ型層１３ｃ及び第３ｐ型層１３ｃと第２ｐ型層１３ｂのキャリア濃度差が小さくなり、結晶欠陥がｐ型層に導入されることを抑制する事ができ、よってｐ型層の結晶性をより良好なものにすることができる。更に窒素ドープのないｐ型層が厚くなることになり光取り出し効率が上がり、発光強度をより強くすることができる。
【００４６】
そして、第３ｐ型層１３ｃのキャリア濃度を、３×１０１７〜１×１０１８／ｃｍ３とすることができる。
第３ｐ型層１３ｃのキャリア濃度を、３×１０１７〜１×１０１８／ｃｍ３とすることによって、電流は発光面全域にわたって十分拡散できるようになる。そのため、発光強度をより強くすることができる。
【００４７】
ここで、ｎ型層およびｐ型層が、ＧａＡｓ１−ｘＰｘ（０．４５＜ｘ＜１）となるように形成し、かつ基板としてＧａＰ基板を用いることができる。
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、発光輝度を従来に比べて向上させることのできる結晶構造であるエピタキシャルウェーハとできるため、ｎ型層やｐ型層として上述のような組成のＧａＡｓＰとすることができ、また基板をＧａＰとすることができ、利用価値が高いものとすることができる。
【００４８】
また、ｎ型層およびｐ型層は、成長法がハイドライド法であることとすることができる。
量産性に富むハイドライド法によってｎ型層およびｐ型層を形成することによって、高純度・高品質のｎ型層およびｐ型層を有するエピタキシャルウェーハを大量かつ安価に製造することができる。
【００４９】
ここで、各々の層を気相成長またはエピタキシャル成長させる際に、各々の層の厚さは、前述のような厚さとなるように形成することが望ましい。
【００５０】
このように、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、ｐ型層の窒素ドープ量をある地点で急激に変化させるのではなく徐々に変化させることによって、格子定数の違いに起因する結晶欠陥がｐ型層に導入されることを抑制することができ、よってｐ型層の結晶性を良好なものとすることができる。そのため、発光輝度を従来より強くすることができ、また長時間の発光による発光輝度の低下を抑制することができる。
【実施例】
【００５１】
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、もちろん本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
ＧａＰ基板および高純度ガリウム（Ｇａ）を、Ｇａ溜め用石英ボート付きのエピタキシャル・リアクター内の所定の場所に、それぞれ設置した。ＧａＰ基板はテルル（Ｔｅ）が３〜１０×１０１７／ｃｍ３添加され、直径５０ｍｍの円形で、（１００）面から〔０１１〕方向に１０°偏位した面をもつＧａＰ基板を用い、これらを同時にホルダー上に配置し、ホルダーは毎分３回転させた。次に、窒素（Ｎ２）ガスを該リアクター内に２０分間導入し、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６５００ｓｃｃｍ導入し、Ｎ２の流れを止め昇温工程に入った。上記Ｇａ入り石英ボート設置部分およびＧａＰ単結晶基板設置部分の温度が、それぞれ８００℃および９３０℃一定に保持されていることを確認した後、尖頭発光波長５８５±１０ｎｍのＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル膜の気相成長を開始した。
【００５２】
最初、濃度５０ｐｐｍに水素ガスで希釈したｎ型不純物となる硫黄を導入するための硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ）を３２８ｓｃｃｍ導入し、また周期律表第ＩＩＩ族元素成分原料としてのＧａＣｌを１１８ｓｃｃｍ生成させるため、高純度塩化水素ガス（ＨＣｌ）を上記石英ボート中のＧａ溜に１１８ｓｃｃｍ吹き込み、Ｇａ溜上表面より吹き出させた。他方、周期律表第Ｖ族元素成分として、高純度りん化水素ガス（ＰＨ３）を４９ｓｃｃｍ導入しながら、４５分間にわたり第１層となるＧａＰバッファー層をＧａＰ単結晶基板上に成長させた。
【００５３】
次に、ＨＣｌの導入量を変えることなく、高純度ひ化水素ガス（ＡｓＨ３）の導入を開始し、導入量を４．７ｓｃｃｍまで徐々に増加させ、また同時にＨ２Ｓの導入量を１９１ｓｃｃｍに、ＰＨ３の導入量を４７ｓｃｃｍに減少させながら、４２分間にわたり第２層となるＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層（ｎ型層−組成変化層）を第１のＧａＰバッファー層上に成長させた。
【００５４】
次に、ＨＣｌ、ＡｓＨ３、ＰＨ３の導入量を変えることなく、Ｈ２Ｓの導入量を１９１ｓｃｃｍから６５ｓｃｃｍまで徐々に減少させながら、３２分間にわたり第３層となるＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層（ｎ型層−組成一定層）を第２のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層上に成長させた。
【００５５】
次の３０分間は、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３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１６１ｓｃｃｍまで導入量を漸増させて高純度アンモニアガス（ＮＨ３）を窒素ドープ用ガスとして導入して、また同時にＨ２Ｓガスの導入を０ｓｃｃｍにして、第４層となるＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層（ｎ型層−窒素濃度増加層）を第３のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層上に成長させた。このときの窒素ドープ量は３×１０１８／ｃｍ３であった。
【００５６】
次の３０分間はＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、ＮＨ３の導入量を変えることなく、第５層となるＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層（ｎ型層−窒素濃度一定組成層）を第４のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層上に成長させた。
【００５７】
そして、次の４０分間はＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の導入量を変えることなく、Ｈ２ガスによって０．４％に希釈したＤＭＺｎガスをｐ型ドーパントドープ用ガスとして１．７ｓｃｃｍ導入して、またＮＨ３ガスの導入量を０ｓｃｃｍまで徐々に減少させながら、第６層となるｐ型のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層（第１ｐ型層）を第５のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層上に成長させた。
【００５８】
そして、最後の３０分間はＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の導入量を変えることなく、ＤＭＺｎガスの導入量を２００ｓｃｃｍに徐々に増加させながら、第７層となるｐ型のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層（第２ｐ型層）を第６のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層上に成長させ、気相成長を終了し、エピタキシャルウェーハを製造した。
作製したエピタキシャルウェーハの第１ｐ型層、第２ｐ型層の膜厚はそれぞれ６μｍ、４μｍであった。また窒素濃度は第１ｐ型層が３．０×１０１８／ｃｍ３〜０／ｃｍ３、第２ｐ型層が０／ｃｍ３であった。このときの窒素濃度の減少率は４０％／μｍであった。またＺｎ濃度の増加率は７０％／μｍであった。
【００５９】
このように作製したエピタキシャルウェーハの発光輝度および発光時間に対する発光輝度の残光率（発光開始時の発光輝度を１としたときの発光輝度の割合）を評価するため、以下のような手順の評価を行った。
作製したエピタキシャルウェーハを取り出し、裏面ラップを行った。その後、ウェーハ裏面にｎ型電極を形成し、表面のエピ層にｐ型電極を形成した。そして、３００μｍピッチでＣｈｉｐサイズにカットした。その後、ウェーハの外周側から５ｍｍ付近（ＯＦ部及び反ＯＦ部）と、ウェーハ中心部の３箇所から２個ずつ計６個Ｃｈｉｐを取り出した。取り出したＣｈｉｐからＬＥＤランプを作製した。その後、室温、通常湿度状態で作製したＬＥＤランプに直流電流２０ｍＡを流した時の全方位光出力（発光輝度）を積分球にて測定した。また、残光率の測定は、全方位光出力の測定が終了したＬＥＤランプに室温、通常湿度状態にて直流電流９５ｍＡを流し、所定の時間経過後、直流電流２０ｍＡを流したときの全方位光出力を積分球にて測定し、先の作製直後の時の値と比較することによって行った。
【００６０】
（比較例１）
実施例１において、第１ｐ型層の形成を、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の導入量を変えることなく、ＤＭＺｎガスを４．８ｓｃｃｍ導入しながら、またＮＨ３ガスの導入量を０ｓｃｃｍまで即時減少させて行い、そして第２ｐ型層の形成を、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の導入量を変えずにＤＭＺｎガスの導入量を２００ｓｃｃｍに増加させて行った以外は実施例１と同様の条件でエピタキシャルウェーハの作製を行い、同様の評価を行った。
このときの第１ｐ型層、第２ｐ型層の膜厚はそれぞれ６μｍ、４μｍであった。また窒素濃度は第１ｐ型層が３．０×１０１８／ｃｍ３、第２ｐ型層が０／ｃｍ３であった。このときの窒素濃度の減少率は∞％／μｍであった。
【００６１】
（実施例２）
実施例１において、第１ｐ型層の形成を、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の導入量を変えることなく、ＮＨ３ガスの導入量を０ｓｃｃｍまで徐々に減少させながら、同時にＤＭＺｎガスを１．７ｓｃｃｍ導入した後に２００ｓｃｃｍまで徐々に増加させながら行い、そして、第２ｐ型層の形成はＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、ＤＭＺｎガスの導入量を変えることなく行った以外は実施例１と同様の条件でエピタキシャルウェーハの作製を行い、同様の評価を行った。
このときの第１ｐ型層、第２ｐ型層の膜厚はそれぞれ６μｍ、４μｍであった。また窒素濃度は第１ｐ型層が３．０×１０１８／ｃｍ３〜０／ｃｍ３、第２ｐ型層が０／ｃｍ３であった。このときの窒素濃度の減少率は４０％／μｍであった。またＺｎ濃度の増加率は７０％／μｍであった。
【００６２】
ここで図２に、各実施例・比較例のエピタキシャルウェーハをＬＥＤランプとした時の発光輝度を比較したグラフを示す。
実施例１のエピタキシャルウェーハをＬＥＤランプにしたときの発光輝度は０．０６１ｍＷであり、また実施例２のエピタキシャルウェーハでは０．０６７ｍＷ、比較例１のエピタキシャルウェーハでは０．０５７ｍＷとなった。このように、本発明のエピタキシャルウェーハでは、従来のように窒素ドープ量を減少させる際に窒素ドープガスを急に減少させることなく徐々に減少させることによってＬＥＤランプとした際の発光輝度を強いものとすることができる。
【００６３】
また、図３に、各実施例・比較例のエピタキシャルウェーハの発光時間に対する残光率について比較したグラフである。
実施例１・２、比較例１のエピタキシャルウェーハをＬＥＤランプにした時、発光時間に対する残光率は、発光時間の経過と共に発光輝度は減少することがわかった。しかし、発光開始から１６時間後の発光輝度は各実施例・比較例によって異なり、比較例１、実施例１、実施例２の順で、残光率が発光開始時に比べて小さくった。つまり実施例１・２のウェーハを用いて作製されたＬＥＤランプに比べて比較例１のウェーハを用いたものは、発光時間の経過と共に発光輝度がより弱くなっていることが分かった。
【００６４】
（実施例３）
実施例１において、第１ｐ型層と第２ｐ型層を形成する間に、層中のキャリア濃度が７×１０１７／ｃｍ３となるようにＤＭＺｎガスを導入して第３ｐ型層を形成した以外は実施例１と同様の条件でエピタキシャルウェーハの製造を行い、そして同様の評価を行った。このときの窒素濃度の減少率は４０％／μｍであった。またＺｎ濃度の増加率は７０％／μｍであった。
その結果、実施例３のエピタキシャルウェーハをＬＥＤランプとしたときの発光輝度は０．０６９ｍＷであり、第３ｐ型層を設けることによって実施例１、２に比べて発光輝度を向上させることができることがわかった。
【００６５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によって作成されるエピタキシャルウェーハの断面概略図の一例である。
【図２】各実施例・比較例のエピタキシャルウェーハをＬＥＤランプとした時の発光輝度を比較した図である。
【図３】各実施例・比較例のエピタキシャルウェーハの発光時間に対する残光率について比較した図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０…エピタキシャルウェーハ、  １１…基板、  １１ａ…単結晶基板、  １１ｂ…基板バッファー層、  １２…ｎ型層、  １２ａ…組成変化層、  １２ｂ…一定組成層、  １２ｃ…窒素濃度増加層、  １２ｄ…窒素濃度一定層、  １３…ｐ型層、  １３ａ…第１ｐ型層、  １３ｂ…第２ｐ型層、  １３ｃ…第３ｐ型層。
【図１】
0004572942.tif 000002
【図２】
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【図３】
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