(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボート上に上流から下流にむかい複数枚の単結晶基板が載置され、石英製の反応管内に第３族原料ガスと第５族原料ガスとがそれぞれ単独に流され、第３族原料ガスをボート上流から下流にむかい供給し、第５族原料ガスを単結晶基板近傍まで配管輸送して単結晶基板ごとに分散供給して、該単結晶基板ごとに形成するエピタキシャル層中のｎ型キャリアー濃度を１×１０15個／ｃｍ3以下に制御することを特徴とする化合物半導体エピタキシャルウエーハの製造方法。
【請求項２】
前記単結晶基板は燐化ガリウムまたは砒化ガリウムからなり、該単結晶基板上に燐化砒化ガリウム混晶エピタキシャル層を形成することを特徴とする請求項１記載の化合物半導体エピタキシャルウエーハの製造方法。
【請求項３】
上流から下流にむかい複数枚の単結晶基板を載置するボートと、ガス放出ノズルがボート上流から下流の順に、かつボート上のそれぞれの単結晶基板近傍に対応する位置に設けられたガス供給管とを石英製の反応管内に備え、第３族原料ガスをボート上流から下流にむかい供給し、前記ガス放出ノズルから第５族原料ガスを単結晶基板ごとに分散供給して、該単結晶基板ごとに形成するエピタキシャル層中のｎ型キャリアー濃度を１×１０15個／ｃｍ3以下に制御することを特徴とする化合物半導体エピタキシャルウエーハの製造装置。
【請求項４】
ガス排出口が形成された遮蔽板を前記ボートよりも下流側に設け、反応管の排気側から反応管内への不純物の逆拡散を防止するようにしたことを特徴とする請求項３記載の化合物半導体エピタキシャルウエーハの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化合物半導体エピタキシャルウエーハの製造方法及び製造装置に関し、とりわけ窒素が添加された燐化砒化ガリウム混晶エピタキシャル層を有する化合物半導体エピタキシャルウエーハを得るのに好適な製造方法及び製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、赤色発光ダイオードをはじめ、橙色や黄色発光ダイオード等の間接遷移型周期律表第３族及び第５族化含物半導体を材料とする発光ダイオード、とりわけ化合物半導体の燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx 系（ただし０．４５≦Ｘ＜１．０）発光ダイオードは、燐化ガリウムＧａＰもしくは砒化ガリウムＧａＡｓの単結晶基板上に燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx のエピタキシャル層を形成し、さらに、このエピタキシャル層の最上層にｐ型不純物を熱拡散することによりｐ−ｎ接合を形成して発光領域を設けたエピタキシャルウエーハを用いている。
【０００３】
発光は、外部電圧を印加することにより注入された電子と正孔が発光領域であるｐ−ｎ接合部分で再結合することによって生じるが、この発光効率にかかわる要因として、まずｎ型キャリアーの濃度がある。従来、ｎ型キャリアーの濃度として１×１０15個／ｃｍ3 以上の範囲が用いられている。
【０００４】
例えば、特公昭５８−１５３９号公報には、ｎ型キャリアー濃度を３．５×１０15個／ｃｍ3 以上８．８×１０15個／ｃｍ3 以下の範囲に収めることが開示されている。また、特公平６−１０１５８９号公報では、ｎ型エピタキシャル層のキャリアー濃度を（１〜５０）×１０15個／ｃｍ3 の範囲に収めるとともに、窒素濃度に関連するフォトカレントスペクトルの遷移ピーク強度比を、発光ピークエネルギーで規定される範囲内に収める構成が提案されている。
【０００５】
従来、ｎ型キャリアーの濃度として１×１０15個／ｃｍ3 以上の範囲が用いられているのは、ｎ型エピタキシャル層のキャリアー濃度を１×１０15個／ｃｍ3 以下に制御することが困難であったからである。例えば、ｎ型キャリアー濃度を１×１０15個／ｃｍ3 以下に低くしようとすると、過剰に低いキャリアー濃度を招くことが多かった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで最大限の発光出力を得るには、ｎ型エピタキシャル層の最上層表面からｐ型不純物が熱拡散されてｐ−ｎ接合が形成される領域（以下、ｐ−ｎ接合形成領域という。）の近傍について、熱拡散の前に適正な範囲のｎ型キャリアー濃度を選択しておく必要がある。
【０００７】
例えばｐ−ｎ接合形成領域の近傍においてｎ型キャリアー濃度が高いと、結晶品質が低下して輝度レベルが不安定になる上、光の再吸収率が大きくなることにより発光輝度が低下するので、ｎ型キャリアーは低濃度にすることが好ましい。しかし、ｐ−ｎ接合領域のｎ型キャリアー濃度が低くなりすぎると、電子と正孔の再結合機会が減少して発光出力が低下し、さらに発光開始電庄Ｖｆも高くなる。つまり、ｐ−ｎ接合形成領域の近傍においてｎ型キャリアー濃度が高すぎても低すぎても発光出力を低下させてしまうので、ｎ型キャリアー濃度を適正な範囲に設定する必要がある。
【０００８】
一方、発光効率にかかわる別の要因として、窒素の濃度がある。間接遷移型第３族及び第５族化合物半導体を材料とする発光ダイオートにおいては、ｐ−ｎ接合単独では効率のよい発光が困難であるため、発光領域内にアイソエレクトロニック・トラップと称せられ、発光中心となる窒素を添加して発光効率を高めている。従って、アイソエレクトロニック・トラップとして添加される窒素の濃度は、前記ｎ型キャリアーの濃度とともに、輝度・波長等の発光特性を左右する重要な因子である。従来、前記のように選択可能なｎ型キャリアー濃度の下限に限度があったために、対応する窒秦濃度との組み合わせが最適化されず、よって発光性能に限界があった。
【０００９】
本発明は前記のような課題や欠点を解決するためなされたもので、その目的は、窒素が添加された燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx 系エピタキシャルウエーハの製造の際に、ｎ型キャリアーの濃度分布を最適化することにより、あるいはｎ型キャリアー濃度とアイソエレクトロニック・トラップである窒素の濃度との組み合わせを最適化することにより高発光出力化を実現できる化合物半導体エピタキシャルウエーハを製造することの可能な、所定の構成を備えた化合物半導体エピタキシャルウエーハの製造方法およびその方法を実施するための製造装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため、窒素が添加された燐化砒化ガリウム混晶エピタキシャル層のｎ型キャリアー濃度の膜厚方向分布ならびに、ｎ型キャリアー濃度と窒素濃度の組み合わせを最適化する研究を重ねた結果、下記構成の製造方法及び製造装置を開発したものである。
【００１１】
本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウエーハの製造方法は、ボート上に上流から下流にむかい複数枚の単結晶基板が載置され、石英製の反応管内に第３族原料ガスと第５族原料ガスとがそれぞれ単独に流され、第３族原料ガスをボート上流から下流にむかい供給し、第５族原料ガスを単結晶基板近傍まで配管輸送して単結晶基板ごとに分散供給して、該単結晶基板ごとに形成するエピタキシャル層中のｎ型キャリアー濃度を１×１０15個／ｃｍ3以下に制御することを特徴とする。
【００１２】
前記反応管としては、たとえば石英製のものが設けられる。また、上記製造方法では、たとえば燐化ガリウムまたは砒化ガリウムからなる単結晶基板上に燐化砒化ガリウム混晶エピタキシャル層を形成する。
【００１３】
本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウエーハの製造装置は、上流から下流にむかい複数枚の単結晶基板を載置するボートと、ガス放出ノズルがボート上流から下流の順に、かつボート上のそれぞれの単結晶基板近傍に対応する位置に設けられたガス供給管とを石英製の反応管内に備え、第３族原料ガスをボート上流から下流にむかい供給し、前記ガス放出ノズルから第５族原料ガスを単結晶基板ごとに分散供給して、該単結晶基板ごとに形成するエピタキシャル層中のｎ型キャリアー濃度を１×１０15個／ｃｍ3以下に制御することを特徴とする。
【００１４】
上記製造装置においては前記反応管として、たとえば石英製のものが設けられる。また、この製造装置では、ガス排出口が形成された遮蔽板を前記ボートよりも下流側に設け、反応管の排気側から反応管内への不純物の逆拡散を防止することが好ましい。
【００１５】
本発明の製造方法を使用し、基板上にエピタキシャル成長反応を起こさせることにより、燐化ガリウムまたは砒化ガリウムからなる単結晶基板上にエピタキシャル層を形成してなる化合物半導体エピタキシャルウエーハにおいて、前記エピタキシャル層が少なくとも、窒素が添加された燐化砒化ガリウム混晶エピタキシャル層を有し、この燐化砒化ガリウム混晶エピタキシャル層の、ｐ型不純物を拡散する前のｎ型キャリアー濃度が、層厚方向に連続的あるいは段階的に漸減している化合物半導体エピタキシャルウエーハが好適に得られる。
【００１６】
前記燐化砒化ガリウム混晶エヒタキシャル層は、ｐ−ｎ接合形成領域の近傍において、ｎ型キャリアー濃度が４×１０14個／ｃｍ3 以上３．５×１０15個／ｃｍ3 未満の中間層と、ｎ型キャリアー濃度が中間層の濃度以下である表皮層とを有することを特徴とする。また、前記中間層のｎ型キャリアー濃度が、４×１０14個／ｃｍ3 以上１．０×１０15個／ｃｍ3 未満であることが好ましい。さらに、前記表皮層のｎ型キャリアー濃度が、前記中間層のｎ型キャリアー濃度以下であることが好ましい。
【００１７】
この化合物半導体エピタキシャルウエーハでは、前記中間層の膜厚が７乃至１５μｍであり、前記表皮層の層厚が２乃至５μｍであることが好ましい。
【００１８】
前記燐化砒化ガリウム混晶エピキシャル層では、アイソエレクトロニック・トラップとして添加された窒素に束縛されたエキシトンによる吸収波長λN と同波長もしくは略同波長の光を入射光とし、該入射光に対する、窒素が添加されていない燐化砒ガリウム混晶エピタキシャル層の吸収係数αと、窒素が添加された燐化砒化ガリウム混晶エピタキシャル層の吸収係数αN との差を△α（△α＝αN −α）とするとき、該△αが１００乃至３００／ｃｍ（両端値を含む）となる濃度の窒素が添加されていることが好ましい。また、前記△αが１５０乃至２５０／ｃｍ（両端値を含む）であることが好ましい。
【００１９】
本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウエーハの製造方法では、従来第３族原料ガスと第５族原料ガスを一括して反応炉の上方あるいは下方のどちらか一端から他端方向に流していたのに比して、第５族原料ガスを単独に、しかも各基板近傍まで配管輸送して分散供給するので、従来制御することが困難であった１×１０15個／ｃｍ3 以下のｎ型キャリアー濃度についても、制御が可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形熊】
以下、本発明の一実施形態および、これにより得られる化合物半導体エピタキシャルウエーハを、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウエーハの製造装置を示す斜視図である。図２は、この製造装置で得られる化合物半導体エピタキシャルウエーハの一例を示す模式図で、エピタキシャル層の最表面からの距離に対するｎ型キャリアー濃度の膜厚方向分布を説明するものである。さらに図３は、図２に示された化合物半導体エピタキシャルウエーハの構成について説明する模式断面図である。
【００２１】
図１に示すエピタキシャルウエーハ製造装置Ｒは、図中で左側が上流、右側が下流である長尺のボート１５と、このボート１５上部に沿って伸びるガス供給管２を備え、ガス供給管２にはガス放出ノズル２Ａ、２Ｂ、２Ｃが上流から下流の順に設けられている。上記ガス放出ノズルから製造装置Ｒ内に、アルシンやホスフィン等の周期律表第５族の原料ガスＶが供給される。なおボート１５やガス供給管２等が収容されるエピタキシャル成長炉のベッセル(Ｖｅｓｓｅｌ)は図示されない。
【００２２】
ボート１５上には上流から下流にむかい複数枚の基板１３が載置され、これら基板１３に、ガス放出ノズル２Ａ、２Ｂ、２Ｃから第５族原料ガスＶが下方向に放出供給される。一方、ガリウムを主体とする第３族原料ガスＷはボート１５上流から下流にむかい別途供給される。
【００２３】
このように、エピタキシャルウエーハ製造装置Ｒは、従来の装置が第３族原料ガスＷと第５族原料ガスＶを一括して反応炉の上方あるいは下方のどちらか一端から他端方向に流して構成していたのに比して、第５族原料ガスＶを単独に、しかも各基板１３近傍まで配管輸送して基板ごとに分散供給する構成であるので、従来制御することが困難であった１×１０15 個／ｃｍ3 以下のｎ型キャリアー濃度についても、制御が可能になった。
【００２４】
すなわち、原料ガスを一括供給する従来の構成では、原料ガスの導入部付近での高濃度の原料ガスにより石英製の反応管１が侵食されてしまう。その結果、珪素が反応炉から遊離し、反応管１内に供給されたドーパントとともにウエーハ内に取り込まれて、ｎ型キャリアーとして作用する。反応管１が侵食されて遊離する珪素の量は７〜３０×１０14個／ｃｍ3 の範囲で変動するので、１×１０15個／ｃｍ3 以下の濃度を制御することができなかったものと考えられる。
【００２５】
前記エピタキシャルウエーハ製造装置Ｒでは、上記態様の分散供給により各ガス放出ノズルから従来装置の１／３ないし１／４の濃度で第５族原料ガスＶを供給するため、原料ガスが局所的に高濃度にならず、石英製反応炉が侵食され難いので、ｎ型キャリアーとして作用する珪素が反応炉からほとんど遊離しない。その結果、１×１０15 個／ｃｍ3 以下の濃度まで制御することができるようになった。
【００２６】
さらに、前記エピタキシャルウエーハ製造装置Ｒでは、とりわけ第５族原料ガスＶの流量の制御すなわち供給量の制御が精密にできるという特徴があり、これによってエピタキシャル膜厚制御をはじめ、各層内のキャリアー濃度および混晶率を精密に制御することを可能にしている。また、前記エピタキシャルウエーハ製造装置Ｒでは、反応管１の排気側からの不純物の逆拡散を防止するためにボート１５の下流側に遮蔽板３を設け、排気側よりの不純物拡散を防止している。したがって、この装置は、本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウエーハの製造の実施を容易にするものである。
【００２７】
次に、前記製造装置Ｒを用い、化合物半導体エピタキシャルウエーハを製造する方法について、図２および図３をもとに説明する。
【００２８】
まず、単結晶基板４上に第３族原料ガスＷと第５族原料ガスＶを、それぞれ単独に流し、とりわけ第５族原料ガスＶの供給量を高精度に制御して、燐化ガリウムＧａＰエピタキシャル層５、混晶率が層厚方向に変化する燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx の混晶率変化層６、混晶率が一定値ａの燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-ａＰａの組成一定層７を形成させる。
【００２９】
さらに、窒素が添加されたエピタキシャル８として組成一定層７上に隣接して形成される窒素濃度調整層８１から順に定常層８２、中間層８３、表皮層８４をこの順に形成させる際に、定常層８２から中間層３までは、ｎ型のドーパントガスを連続的あるいは段階的に漸減させて供給し、表皮層８４の形成時にはｎ型のドーパントガスの供給を停止する。
【００３０】
図２および図３に示されるように、上記製造方法で得られた化合物半導体エピタキシャルウエーハＥＷでは、燐化ガリウムＧａＰの単結晶基板４上に、燐化ガリウムＧａＰエピタキシャル層５が形成され、さらにこの燐化ガリウムＧａＰエピタキシャル層５上に、混晶率が層厚方向に変化する燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx の混晶率変化層６が形成され、さらにこの混晶率変化層６に接して上に、混晶率ａが一定値である燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa の組成一定層７が形成され、この組成一定層７の上に窒素が添加された燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-ａＰａのエピタキシャル層８が形成される。
【００３１】
この窒素が添加されたエピタキシャル層８は、組成一定層７上に隣接して形成されて添加する窒素の濃度を徐々に調整するための窒素濃度調整層８１から順に、一定の窒素濃度を有する定常層８２、ｐ−ｎ接合部及びそのｎ側領域となる中間層８３、および、ｐ型不純物が熱拡散される領域となる表皮層８４により構成される。
【００３２】
このヘテロ構造のエピタキシャルウエーハＥＷに、表皮層８４の最表面からｐ型不純物を熱拡散した後に、電極を取り付け、適当なサイズに裁断し、パッケージに封入して発光ダイオードが完成する。
【００３３】
以上は単結晶基板が燐化ガリウムＧａＰの場合であるが、砒化ガリウムＧａＡｓについても同様にして適用可能である。
【００３４】
つぎに図２に示された、エピタキシャル層の最表面からの距離に対するｎ型キャリアー濃度の膜厚方向分布に基づいて、上記化合物半導体エピタキシャルウエーハの構成を説明する。同図は、アイソエレクトロニック・トラップである窒素の濃度を規定し後述される吸収係数差△αの値が２１３／ｃｍで、かつ輝度が５８００Ｆｔ・Ｌの燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキシャルウエーハＥＷ（窒素が添加されたエピタキシャル層８においてＸ＝０．８９）について、ｎ型キャリアー濃度の膜厚方向分布の一例を示すもので、横軸はエピタキシャル成長層最表面からの距離Ｌ、縦軸はｎ型キャリアー濃度Ｃ（個／ｃｍ3 ）である。
【００３５】
エピタキシャル成長層最表面からの距離Ｌ７〜Ｌ６は、燐化ガリウムＧａＰエピタキシャル層５に相当し、厚さ４μｍの層５内には、単結晶基板４のｎ型キャリアー濃度である５×１０17個／ｃｍ3 から１×１０17個／ｃｍ3 まで減少し再度３×１０17個／ｃｍ3 まで増加するキャリアー濃度ｃ７が形成されている。
【００３６】
同様に、距離Ｌ６〜Ｌ５とＬ５〜Ｌ４は、それぞれ燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx の混晶率変化層６と、燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa の組成一定層７に相当し、厚さがそれぞれ５μｍ，４．５μｍのこれら各層内には３×１０17個／ｃｍ3 で略一定のキリアー濃度ｃ６，ｃ５が夫々形成されている。
【００３７】
距離Ｌ４からエピタキシャル成長層最表面までは窒素が添加されたエピタキシャル層８であり、この層８の最下層にあたる窒素濃度調整層８１は距離Ｌ４〜Ｌ３間に４μｍの厚さで形成されるが、ここでキャリアー濃度ｃ４は３×１０17個／ｃｍ3 から３×１０16個／ｃｍ3 まで成長層最表面方向に漸減する構成となっている。
【００３８】
つぎに距離Ｌ３〜Ｌ２間に形成される厚さ４μｍの定常層８２は、キャリアー濃度ｃ４下端に連続する３×１０16個／ｃｍ3 で略一定のキャリアー濃度ｃ３を有し、さらに距離Ｌ２〜Ｌ１間に形成される厚さ８μｍの中間層８３には、キャリアー濃度ｃ３からステップ状に８×１０14個／ｃｍ3 まで急減したキャリアー濃度ｃ２が層厚方向に略平坦に分布し、さらに距離Ｌ１〜最表面間に形成される厚さ４μｍの表皮層８４には、キャリアー濃度ｃ２からさらに５×１０14個／ｃｍ3 まで連続的に減少したキャリアー濃度ｃ１が層厚方向に分布した構成となっている。
【００３９】
このように、上記化合物半導体エピタキシャルウエーハＥＷのエピタキシャル成長層では、窒素濃度調整層８１から表皮層８４までのｎ型キャリアー濃度が連続的あるいは段階的に漸減する構成となっている。
【００４０】
ｎ型キャリアー濃度に関しては、燐化ガリムＧａＰエピタキシャル層５から定常層８２までの濃度が（１〜５０）×１０16個／ｃｍ3 の範囲であり、中間層８３の濃度が（４〜３５）×１０14個／ｃｍ3 の範囲であり、表皮層８４の濃度が中間層８３の濃度以下であることが好ましい。なお上記の範囲はいずれも境界値を含むものである
【００４１】
図４は、エピタキシャル層の成長時間に対するｎ型のドーパントガスの供給流量の変化を示す一例であり、ｎ型のドーパントガスである硫化水素Ｈ2 Ｓを水素Ｈ2 ガスで５０ｐｐｍに希釈して、エピタキシャル層の成長開始から組成一定層７の形成終了までは１４０分間に１９０ｃｍ3 ／分を流し、窒素濃度調整層８１と定常層８２の形成には６０分間に７ｃｍ3 ／分を流し、中間層８３の形成には６０分間に１ｃｍ3 ／分を供給し、表皮層８４を形成する３０分間はドーパントガスを供給しない。
【００４２】
これにより、窒素が添加されたエピタキシャル層８内のｎ型キャリアー濃度が、表皮層８４の最表面に向かい連続的にあるいは段階的に漸減する構成を形成する。この結果、ｐ−ｎ接合形成領域近傍の結晶性が向上し、発光特性が改善される。また、基板側のｎ型キャリアー濃度は漸次増加しておりキャリアー濃度が低くなり過ぎるのを防止できるから、発光開始電圧Ｖｆも高くなることがない。
【００４３】
図５は、△αが１５０／ｃｍ以上２５０／ｃｍ以下となる濃度の窒素が添加された中間層８３における、ｎ型キャリアー濃度と発光輝度との関係を示した特性図である。図５に示されるように、ｎ型キャリアー濃度が３．５×１０15個／ｃｍ3 以上になると、結晶の均一性が悪くなり輝度レベルが不安定になる上、結晶品質の低下と、光の再吸収率が大きくなることにより、発光輝度が低下してしまう。一方、ｎ型キャリアー濃度が４×１０14個／ｃｍ3 以下になると、電子の数が少なすぎて電子と正孔の再結合機会が減少し、発光出力が低下する上、発光開始電圧Ｖｆも急激に高くなってしまう。また、同図に示されるように、中間層８３のｎ型キャリー濃度が４×１０14個／ｃｍ3 以上１×１０15個／ｃｍ3 未満の範囲内において、特に高い発光輝度が得られる。
【００４４】
さらに、窒素が添加されたエピタキシャル層８の層厚が１８乃至３０μｍであり、そのうち定常層８２の層厚が１μｍ以上であり、中間層８３の膜厚が７乃至１５μｍであり、表皮層８４の層厚が２乃至５μｍであることが好ましい。なお、上記の範囲はいずれも境界値を含むものとする。
【００４５】
図６は、このようにして製造された、キャリアー濃度が（６〜１０）×１０14個／ｃｍ3 の場合における、本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウエーハに関して発光輝度と△αで表された窒素濃度との関係を示す特性図である。
【００４６】
図６に示されるように、定常層８２から表皮層８４までの各層内の窒素濃度を、窒素が添加されていない化合物半導体の吸収係数αと、窒素が添加されている間接遷移型第３−第５族化合物半導体の吸収係数αN との差△αで表す時、△αが１００乃至３００／ｃｍ（両端値を含む）の範囲で良好な発光輝度が得られる。また、さらに好ましくは、△αが１５０乃至２５０／ｃｍ（両端値を含む）の範囲で最も良好な発光輝度が得られる。
【００４７】
次に、上記化合物半導体エピタキシャルウエーハでは、前記のようなｎ型キャリアー濃度の構成に最適に組み合わされる窒素濃度は、以下に説明する、吸収係数の差に基づく△α法により決定される。
【００４８】
△α法とは、間接遷移型化合物半導体中にアイソエレクトロニック・トラップとして添加されている窒素の濃度を測定する方法（特願平７−５５５０９号）であり、アイソエレクトロニック・トラップに束縛されたエキシトンによる吸収波長λN と同波長または略同波長の光を入射光とし、入射光に対する、窒素が添加されている化合物半導体の吸収係数αN と、窒秦が添加されていない化合物半導体の吸収係数αの差△αを求め、あらかじめ得られている△αと化合物半導体中の窒素濃度との相関関係から、窒素濃度を求める方法である。
【００４９】
Ｉ0 を入射光の強度、ＩN 及びＩを透過光の強度とし、αN を窒素が添加されたＧａＰの吸収係数、αを窒素が添加されていないＧａＰの吸収係数とした場合、透過光の強度ＩN とＩを測定することにより、入射光に対する、窒素が添加されたＧａＰ層の吸収係数αN と窒素が添加されていないＧａＰ層の吸収係数αとの差△αを得ることができる。
【００５０】
したがって、アイソエレクトロニック・トラップとして添加されている窒素濃度を、光吸収係数の測定値とあらかじめ得られているα，αN の相関関係から導出することにより、窒素が添加されたエピタキシャル層８内の窒素濃度を、非破壊で高精度かつ簡便に測定することができる。また、この△αと、ＳＩＭＳで測定して得られた窒素濃度値との間には、極めて精度のよい相関関係のあることが確認されている
【００５１】
さらに図５と図６から明らかなように、ｐ−ｎ接合形成領域のキャリアー濃度と△αで表される窒素濃度を適正に選択することにより、最高の発光輝度を実現することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明に係る化合物半薄体エピタキシャルウエーハの製造方法および製造装置によれば、第５族原料ガスを単独に、しかも各基板近傍まで配管輸送して基板ごとに分散供給するので、従来制御することが困難であった１×１０15 個／ｃｍ3 以下のｎ型キャリアー濃度についても、制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウエーハ製造装置の要部斜視図であって、一部を破断して示すものである。
【図２】本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウエーハの一実施形態の、成長層最表面からの距離に対するｎ型キヤリアー濃度の膜厚方向分布を説明する模式図である。
【図３】図２に示された化合物半導体エピタキシャルウエーハの構成を説明する模式断面図である。
【図４】エピタキシャル成長時間に対するドーパントガス流量の供給量変化を示す線図である。
【図５】本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウエーハの発光輝度と、ｎ型キャリアー濃度との関係を示した特性図である。
【図６】本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウエーハの発光輝度と、△αで表された窒素濃度との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１：反応管
２：ガス供給管
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ：ガス放出ノズル
３：遮蔽板
４：ＧａＰの単結晶基板
５：ＧａＰのエピタキシャル層
６：ＧａＡｓ1-x Ｐx の混晶率変化層
７：ＧａＡｓ1-a Ｐa の組成一定層
８：窒素が添加されたＧａＡｓ1-a Ｐa のエピタキシャル層
１３：基板
１５：ボート
８１：窒素濃度調整層
８２：定常層
８３：中間層
８４：表皮層Ｃ
Ｃ、ｃ１〜ｃ７：キャリアー濃度（個／ｃｍ3 ）
ＥＷ：化合物半導体エピタキシャルウエーハ
Ｌ、Ｌ１〜Ｌ７：エピタキシャル成長層最表面からの距離
Ｒ：化合物半導体エピタキシャルウエーハの製造装置
Ｖ：周期律表第５族の原料ガス
Ｗ：周期律表第３族の原料ガス
【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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【図６】
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