(57)【要約】【課題】サイリスタ不良の発生を大幅に減少できるエピタキシャルウエハの製造方法及び発光ダイオードの製造方法を提供する。【解決手段】液相エピタキシャル成長装置内に設置したｐ型ＧａＡｓ基板１上に、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層２、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３を順次、液相エピタキシャル成長させた後、そのまま液相エピタキシャル成長装置内で再度温度を上昇させる熱処理を施してエピタキシャルウエハを作製する。エピタキシャル成長後、再度温度を上昇させる熱処理により、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層２との組成界面付近のｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３に含まれる炭素のピーク濃度が下がるため、組成界面付近でｐ型変換層が発生せず、サイリスタ不良が発生しないエピタキシャルウエハが得られる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラファイト製の成長治具を用い、ｐ型ＧａＡｓ基板上に、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層を液相エピタキシャル法により順次形成した後、同一プロセス中で熱処理を施して、上記ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層と上記ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層との組成界面付近の上記ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層に含まれる炭素のピーク濃度を低減するようにしたことを特徴とするエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項２】
グラファイト製の成長治具を用い、ｐ型ＧａＡｓ基板上に、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層を液相エピタキシャル法により順次形成した後、同一プロセス中で熱処理を施して、上記ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層と上記ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層との組成界面付近の上記ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層に含まれる炭素のピーク濃度を低減するようにしたことを特徴とするエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のエピタキシャルウエハの製造方法により製造されたエピタキシャルウエハを用い、上記エピタキシャルウエハの上記ｐ型ＧａＡｓ基板を除去して裏面反射構造のエピタキシャルウエハを作製したことを特徴とするエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のエピタキシャルウエハの製造方法において、上記同一プロセス中での熱処理による温度を、７５０℃〜９００℃としたことを特徴とするエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のエピタキシャルウエハの製造方法により製造されたエピタキシャルウエハを用い、上記エピタキシャルウエハの表面及び裏面に、それぞれｎ側表面電極とｐ側裏面電極を形成したことを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード用のエピタキシャルウエハの製造方法及び発光ダイオードの製造方法に関し、特にｐｎ接合部付近のエピタキシャル層中の炭素濃度分布を改善したエピタキシャルウエハの製造方法及び発光ダイオードの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、液相エピタキシャル法により赤色発光ダイオード用のエピタキシャルウエハを作る際には、ｐ型ドーパントとしてＺｎ(亜鉛)が用いられる。Ｚｎは、エピタキシャル成長を行う温度（９００〜７００℃）において、大変、拡散しやすい性質をもっている。
【０００３】
このため、図４に示す従来のシングルヘテロ構造のエピタキシャルウエハでは、ｐ型ＧａＡｓ基板１上のｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層２のｐ型ドーパントＺｎがｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３に拡散するため、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３の組成界面付近にｐ型変換層１０が発生してｐｎｐｎ接合となり、発光ダイオードがサイリスタ特性を示す不良(サイリスタ不良)が生じると考えられていた。
【０００４】
そこで、組成界面付近でｐ型変換層１０が発生するのを防止するために、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３のドーパントであるＴｅ(テルル)量を増やすことや、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層２のＺｎ量を減らすことが検討されている。
【０００５】
なお、基板と活性層との界面付近のＺｎ濃度を低減するために、発光ダイオード用エピタキシャルウエハの成長プロセス終了後に、熱処理を施す方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−１１１４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したように、サイリスタ不良を防止するために、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３のＴｅ量を増やすと、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３の結晶性が悪くなるため、輝度が低下する。また、Ｚｎ量を減らすと、輝度の面から最適であるｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層２のキャリア濃度を確保できず、やはり輝度の低下を招くこととなってしまう。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決し、サイリスタ不良の発生を大幅に減少できるエピタキシャルウエハの製造方法及び発光ダイオードの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、グラファイト製の成長治具を用い、ｐ型ＧａＡｓ基板上に、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層を液相エピタキシャル法により順次形成した後、同一プロセス中で熱処理を施して、上記ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層と上記ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層との組成界面付近の上記ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層に含まれる炭素のピーク濃度を低減するようにしたエピタキシャルウエハの製造方法である。
【０００９】
本発明者は、長年のサイリスタ不良対策への取り組みにより、上述した組成界面付近でｐ型変換層が発生するのは、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層へのＺｎ拡散よりも、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層中に含まれる不純物Ｃ（炭素）が大きく原因している事を解明した。
液相エピタキシャル成長に用いる成長治具はグラファイトでできているため、おのずとＣは成長溶液中に含まれてしまい、そのためエピタキシャル層中にもＣが含まれてしまう。
図５には、従来のエピタキシャルウエハにおける、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層とｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層との組成界面付近のＣ濃度をＳＩＭＳにより測定した結果を示す。図５の左縦軸はＣの濃度、右縦軸はＡｓの二次イオン強度であり、図中、４はＣ濃度分布、５はＡｓ強度分布である。図５に示すように、Ｃのピーク濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以上の高濃度である。通常、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層の組成界面付近のＴｅ濃度は１〜５×１０１７ｃｍ−３であるため、ｐ型不純物であるＣがそれ以上含まれた場合、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層がｐ型に変換してしまう。従って、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層中の不純物Ｃ濃度は、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層のＴｅ濃度より高くなってはいけない。すなわち、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層の組成界面付近のＣ濃度は、Ｔｅ濃度１〜５×１０１７ｃｍ−３以下でなければならない。
【００１０】
そこで、第１の発明では、液相エピタキシャル法によりエピタキシャル層を形成した後、同一プロセス中で温度を上昇させる熱処理を施して、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層とｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層との組成界面付近のｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層に含まれる炭素のピーク濃度を低減するようにしている。この熱処理によって炭素ピーク濃度が低減するメカニズムは、明確には分かっていないが、昇温加熱により、エピタキシャル層中の炭素が拡散して炭素濃度のピークが減少するものと推定される。
上記熱処理による炭素ピーク濃度の低減は、第１の発明（シングルヘテロ構造のエピタキシャルウエハ）だけではなく、下記の第２の発明（ダブルヘテロ構造のエピタキシャルウエハ）、第３の発明（裏面反射構造のエピタキシャルウエハ）においても同様である。
【００１１】
第２の発明は、グラファイト製の成長治具を用い、ｐ型ＧａＡｓ基板上に、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層を液相エピタキシャル法により順次形成した後、同一プロセス中で熱処理を施して、上記ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層と上記ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層との組成界面付近の上記ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層に含まれる炭素のピーク濃度を低減するようにしたエピタキシャルウエハの製造方法である。
【００１２】
第３の発明は、第２の発明のエピタキシャルウエハの製造方法により製造されたエピタキシャルウエハを用い、上記エピタキシャルウエハの上記ｐ型ＧａＡｓ基板を除去して裏面反射構造のエピタキシャルウエハを作製したエピタキシャルウエハの製造方法である。
【００１３】
第４の発明は、第１ないし第３の発明において、上記同一プロセス中での熱処理による温度を、７５０℃〜９００℃としたエピタキシャルウエハの製造方法である。
【００１４】
第５の発明は、第１ないし第４の発明のいずれかのエピタキシャルウエハの製造方法により製造されたエピタキシャルウエハを用い、上記エピタキシャルウエハの表面及び裏面に、それぞれｎ側表面電極とｐ側裏面電極を形成した発光ダイオードの製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、エピタキシャル成長後にエピタキシャルウエハに熱処理を施すことにより、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層との組成界面付近のｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層に含まれる炭素のピーク濃度が下がり、サイリスタ不良が発生しないエピタキシャルウエハ及び発光ダイオードが高歩留まりで得られる。また、熱処理を同一プロセス中で行っているので、この熱処理による生産性の低下や製造コストの上昇を極力抑えることができる。更に、グラファイト製の成長治具を用いてエピタキシャルウエハを作製しているので、安定した信頼性の高い製造が行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明に係るエピタキシャルウエハの製造方法の一実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、この実施形態により製造されるエピタキシャルウエハの断面構造を示すものであって、液相エピタキシャル成長装置(図示省略)内に設置したｐ型ＧａＡｓ基板１上に、所望する発光波長に必要なＡｌ混晶比のｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層２、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３を、徐々に降温させながら順次、液相エピタキシャル成長させた後、そのまま液相エピタキシャル成長装置内で再度温度を上昇させる熱処理を施して作製したシングルヘテロ構造のエピタキシャルウエハである。
【００１７】
このエピタキシャルウエハの具体的な作製方法を次に述べる。
ｐ型ＧａＡｓ基板１とエピタキシャル層の原料とを、スライドボート構造を有する二層成長用のグラファイト製の成長治具にセットし（原料は、第１層用としてＧａ,Ａｌ,ＧａＡｓ多結晶,Ｚｎを、第２層用としてＧａ,Ａｌ,ＧａＡｓ多結晶,Ｔｅを用いた）、液相エピタキシャル成長装置内の所定の箇所に設置した。装置内の空気を排気した後、水素ガスを導入し、水素気流中で上記成長装置を９００℃に加熱して、３時間保持した後、７００℃まで１℃/minの割合で降温させた。この降温中に、上記基板１を順次、第１層用成長溶液、第２層用成長溶液に接触させ、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層２、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３を液相エピタキシャル成長させた。なお、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３の組成界面付近のＴｅ濃度は、３×１０１７ｃｍ−３になるよう条件を定めて成長した。
成長終了後、再度加熱して成長装置内を８５０℃に温度を上昇させ、５時間保持した後、プロセスを終了した。図２に、この実施形態におけるエピタキシャルウエハ作製中の温度プログラムを示す。
【００１８】
また、同様の方法で、再昇温時の温度だけ変えて、更に３種類のエピタキシャルウエハの作製を行った。再昇温の温度は、９００℃、８００℃、７５０℃で実施した。また、実施形態と比較するための比較例として、再昇温しない通常の温度条件で（図３に比較例のエピタキシャル成長温度プログラムを示す）、エピタキシャルウエハを作製した。
【００１９】
得られたエピタキシャルウエハの半分のウエハ面を用いて、組成界面付近のＣ濃度ＳＩＭＳ測定を行い、残りの半分のウエハ面には、その表面及び裏面に、それぞれｎ側表面電極とｐ側裏面電極を形成してチップを作製後、ステムに取り付けてエポキシ樹脂でコートして発光ダイオードを作製した。また、比較例のエピタキシャルウエハに対しても、上記と同様にエピタキシャルウエハの半分の面を用いてＣ濃度ＳＩＭＳ測定を行い（図５）、残りの半分の面で発光ダイオードを作製した。
【００２０】
表１に、本実施形態と比較例とにより作製されたエピタキシャルウエハ及び発光ダイオードに対する、サイリスタ不良の発生率とｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層のピークＣ濃度を示す。
【表１】
2007095854.tif 000003
表１から明らかな通り、本実施形態により得られたエピタキシャルウエハでは、比較例のエピタキシャルウエハに比べて、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３の組成界面付近のピークＣ濃度が低下し、本実施形態により得られたエピタキシャルウエハを用いて製造した発光ダイオードでは、サイリスタ不良発生率が大幅に減少している。特に、再昇温の温度条件８５０℃で得られた本実施形態のエピタキシャルウエハを用いて製造した発光ダイオードは、比較例のエピタキシャルウエハを用いて製造した発光ダイオードと比較して、サイリスタ不良の発生率が１／３００と少なくなっている。これは、ピークＣ濃度がｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３の組成界面付近のＴｅ濃度より低いため、組成界面付近でｐ型変換層が生じなくなったためである。
なお、本実施形態の熱処理後も、ｐ型不純物Ｚｎは、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層３中に、あまり変わらずに存在するが、サイリスタ不良等の悪影響は認められない。
【００２１】
上記実施形態では、シングルヘテロ構造のエピタキシャルウエハについて説明したが、ダブルヘテロ構造のエピタキシャルウエハ及びこれを用いて作製される発光ダイオードにおいても同様に本発明の製造方法を適用できる。また、ダブルヘテロ構造のエピタキシャルウエハからＧａＡｓ基板を除去して作られる裏面反射型のエピタキシャルウエハ及びこれを用いて作製される発光ダイオードにも、もちろん本発明の製造方法を適用できる。また、上記実施形態では、液相エピタキシャル成長させた後、再度温度を上昇させる熱処理を施したが、液相エピタキシャル成長させた直後の温度、あるいはこの直後の温度より低い温度に保持するような熱処理によって、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層の組成界面付近に含まれる炭素のピーク濃度を低減するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明にかかるエピタキシャルウエハの製造方法の一実施形態により作製された、シングルヘテロ構造のエピタキシャルウエハを示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるエピタキシャルウエハ作製中の温度プログラムを示す図である。
【図３】従来例(比較例)のエピタキシャル成長温度プログラムを示す図である。
【図４】従来のシングルヘテロ構造のエピタキシャルウエハの断面図である。
【図５】従来例(比較例)のｐｎ接合部付近のＣ濃度をＳＩＭＳ測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  ｐ型ＧａＡｓ基板
２  ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層
３  ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層
４  Ｃ濃度分布
５  Ａｓ強度分布
１０  ｐ型変換層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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