(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相エピタキシャル成長炉の成長室内の温度を制御して上記成長室内のＮ型ＧaＡs基板上にＧaＡsエピタキシャル層を形成する発光素子の製造方法において、
上記Ｎ型ＧaＡs基板上に、第１の成長速度となる降温速度と、その第１の成長速度よりも遅い第２の成長速度となる降温速度の順に２つの降温速度でＮ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させる工程と、
上記Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層上に連続してＰ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させる工程と、
上記Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させる工程の後で、かつ、上記Ｐ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させる工程の前に、ＰＮ反転温度近傍で上記Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層をメルトバックする工程と
を有することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の発光素子の製造方法において、
上記Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層上に連続してＰ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させる工程において、上記Ｐ型ＧaＡsエピタキシャル層を、第３の成長速度となる降温速度その第３の成長速度よりも速い第４の成長速度となる降温速度の順に２つの降温速度で成長させることを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発光素子の製造方法において、
上記Ｐ型ＧaＡsエピタキシャル層の成長終了温度が７３０℃〜７７０℃の範囲内であることを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の発光素子の製造方法において、
上記Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層および上記Ｐ型ＧaＡsエピタキシャル層のドーパントにＳiを用いたことを特徴とする発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液相エピタキシャル成長を用いてＧaＡs赤外発光ダイオードを製造する発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来、発光素子の製造方法としては、殆ど液相エピタキシャル成長によって製造されるＧaＡs赤外発光ダイオードの製造方法がある。このＧaＡs赤外発光ダイオードの製造方法では、ＰＮ接合を形成させるために用いるドーパントにＳiを用いている。このドーパントに用いられるＳiは、Ｐ型とＮ型の両極性を持つことができる。上記液相エピタキシャル成長により形成されるＧaＡsエピタキシャル層は、成長温度が高くかつ成長速度が速いほどＮ型になる一方、成長温度が低くかつ成長速度が遅いほどＰ型になる特性を持っている。
【０００３】
上記ドーパントにＳiを用いた液相エピタキシャル成長方法では、一般に成長温度を低下させてＮ型からＰ型に反転する温度を利用してＰＮ接合を形成している。この場合、成長室内の温度分布はきわめて均一でなければならない。もし、成長ウエハ面内で温度不均一が起これば、成長速度の不均一さによりＮ型からＰ型に反転する位置ズレが発生するため、イナズマ状のＰＮ接合断面が形成される。このイナズマ状のＰＮ接合断面部はサイリスタ構造の原因となり、発光ダイオードの特性を損ねる要因の１つとなる。
【０００４】
そこで、このイナズマ状のＰＮ接合断面を抑制させるため、この原因である成長速度の均一化を図るべく、ＧaＡs基板の面方位を一般的に用いられている(１００)から数度ずらして改善させることが提案されている。しかしながら、ＧaＡs基板の面方位を(１００)から数度ずらしても、成長室内の温度不均一性の方が面方位による成長速度差よりも大きいと改善効果が低くなるという問題がある。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、ＧaＡs発光ダイオードにおいて、均一なＰＮ接合を容易に形成でき、良好な電流−電圧特性を有する発光素子の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の発光素子の製造方法は、Ｎ液相エピタキシャル成長炉の成長室内の温度を制御して上記成長室内のＮ型ＧaＡs基板上にＧaＡsエピタキシャル層を形成する発光素子の製造方法において、上記Ｎ型ＧaＡs基板上に、第１の成長速度となる降温速度と、その第１の成長速度よりも遅い第２の成長速度となる降温速度の順に２つの降温速度でＮ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させる工程と、上記Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層上に連続してＰ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させる工程と、上記Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させる工程の後で、かつ、上記Ｐ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させる工程の前に、ＰＮ反転温度近傍で上記Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層をメルトバックする工程と特徴としている。
【０００７】
上記構成の発光素子の製造方法によれば、例えば、ドーパントとしてＳiを添加させて充分に飽和したＧaＡs溶液に、上記Ｎ型ＧaＡs基板を浸積させて、まず、Ｎ型からＰ型に極性が反転させるまで温度を低下させていき、Ｎ型ＧaＡs基板上にＮ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させる。ここで、液相エピタキシャル成長により形成されるＧaＡsエピタキシャル層は、成長温度が高くかつ成長速度が速いほどＮ型になり、極性が反転する温度近傍の手前で成長速度を小さくして、上記第１の成長速度よりも遅い上記第２の成長速度で成長させて、成長室内の温度不均一さを最小限に小さくする。なお、成長開始時から成長速度を遅くすることは量産性の観点から好ましくない。そして、さらに温度を下げながら、上記Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層上に連続してＮ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させることにより、ＰＮ接合を形成する。
【０００８】
これにより、ＧaＡs発光素子の特性を損ねる要因の１つであるイナズマ状のＰＮ接合断面部の発生を抑制することができ、素子状態でのサイリスタ特性のない良好な電流−電圧特性を有する発光素子を安定して製造することができる。また、特性歩留りも高水準で安定させることことができ、量産性を高める効果がある。
【０００９】
【００１０】
また、上記第１の成長速度よりも遅い第２の成長速度を小さくした後のＮ型エピタキシャル成長層はＰ型に極性反転しやすい状態になり、Ｎ型エピタキシャル成長終了時には一部Ｐ型化している部分がある。そこで、上記実施形態の発光素子の製造方法によれば、極性が反転する温度近傍でメルトバック工程を行うことによって、Ｎ型エピタキシャル成長終了時に一部Ｐ型化している部分を溶かすことにより、良好なＰＮ接合面が得られる。
【００１１】
また、一実施形態の発光素子の製造方法は、上記Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層上に連続してＰ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させる工程において、上記Ｐ型ＧaＡsエピタキシャル層を、第３の成長速度となる降温速度その第３の成長速度よりも速い第４の成長速度となる降温速度の順に２つの降温速度で成長させることを特徴としている。
【００１２】
上記実施形態の発光素子の製造方法によれば、ＰＮ反転温度近傍でＮ型ＧaＡsエピタキシャル層をメルトバックする工程の後、温度を下げながら成長速度を小さくして上記第３の成長速度で再成長を開始させる。このとき、成長温度が極性反転しやすい温度近傍であり、かつ、成長速度が小さいことから、エピタキシャル成長層の極性はＰ型化する。さらに温度を下げていく過程で、量産性を考慮し、上記第３の成長速度よりも速い第４の成長速度でＮ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させる。この第４の成長速度において、成長温度が極性反転する温度より充分低いと、成長速度を大きくしてもＮ型化することはない。
【００１３】
また、一実施形態の発光素子の製造方法は、上記Ｐ型ＧaＡsエピタキシャル層の成長終了温度が７３０℃〜７７０℃の範囲内であることを特徴としている。
【００１４】
上記実施形態の発光素子の製造方法によれば、上記Ｐ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させる工程では、成長温度を下げていき７５０±２０℃でＰ型エピタキシャル成長を終了させる。この段階で、良好な電流−電圧特性をもたせるためのキャリア濃度の確保ができる。なお、これ以上成長させるとエピタキシャル成長表面の面状態および光出力の低下が生じる。
【００１５】
また、一実施形態の発光素子の製造方法は、上記Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層および上記Ｐ型ＧaＡsエピタキシャル層のドーパントにＳiを用いたことを特徴としている。
【００１６】
上記実施形態の発光素子の製造方法によれば、上記ドーパントにＳiを用いた液相エピタキシャル成長により形成されるＧaＡsエピタキシャル層は、成長温度を制御することによって、Ｐ型とＮ型の特性が得られるので、ＧaＡsエピタキシャル層を連続して成長させながらＰＮ接合を容易に形成できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の発光素子の製造方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１８】
図１はこの発明の実施の一形態の発光素子の製造方法としてのＧaＡs発光ダイオードの製造方法の液相エピタキシャル成長温度プログラムを示す図である。図１において、(Ａ)〜(Ｉ)は液相エピタキシャル成長炉(図示せず)の設定温度の各ステップにおける変化を示している。また、図２は上記ＧaＡs発光ダイオードの断面構造を示しており、Ｎ型ＧaＡs基板１上にＮ型ＧaＡsエピタキシャル層２とＮ型ＧaＡsエピタキシャル層３が順次形成されている。
【００１９】
まず、Ｎ型ＧaＡs基板および成長用ソース原料を、液相エピタキシャル成長ボート(図示せず)にセットする。ここで、Ｎ型ＧaＡs基板は(１００)面方位で、キャリア濃度２×１０17ｃｍ-3〜１０×１０17ｃｍ-3のものを使用している。また、成長用ソース原料としては、Ｇa，アンドープＧaＡs多結晶およびドーパントとしてＳiを用いている。液相エピタキシャル成長ボートの成長枚数は、例えば５０枚で、そのときのＧa使用量は２５００ｇ程度である。また、成長室の容積は、概ね７０００ｃｍ3である。
【００２０】
所定の準備を完了した成長用ボートを液相エピタキシャル成長炉にセットし、図１に示すプログラム(ステップ(Ａ)〜(Ｉ))に従って運転させる。ここで、反応管内での雰囲気ガスは水素を用い、２リットル／ｍｉｎでフローさせている。
(Ａ)  等温保持  １２０分
充分に水素置換された状態で、成長用ボートを昇温させる。９２０℃に昇温した後、そのまま１２０分程度温度保持し、充分にＧaＡs溶液を飽和させる。
(Ｂ)  昇温速度  １℃／ｍｉｎ
その後、成長室にセットされたＮ型ＧaＡs基板にＧaＡs溶液を浸積させ、９２３℃に１℃／ｍｉｎの速度で昇温する。
(Ｃ)  等温保持  １０分
１０分間９２３℃に保持する。これにより基板表面をメルトバックさせる。
(Ｄ)  徐冷速度  １〜２℃／ｍｉｎ
次に、徐冷速度１〜２℃／ｍｉｎで冷却を開始し、第１の成長速度でＮ型ＧaＡsエピタキシャル層の成長を開始させる。成長室内の温度均一性を確保するためには徐冷速度が小さい方がよいが、生産効率を考慮して、この徐冷速度を用いている。そうして、８７０℃まで徐冷速度１〜２℃／ｍｉｎでＮ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させる。ここで、徐冷速度が大きいほど第１の成長速度は速くなり、徐冷速度が小さいほど第１の成長速度は遅くなる。
(Ｅ)  徐冷速度  ０.５〜１.０℃／ｍｉｎ
上記Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層を途中まで成長させた後、０.５〜１.０℃／ｍｉｎに徐冷速度を切り換えて、８５０℃まで温度を降下させながら、第２の成長速度でＮ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させる。ドーパントであるＳiが作用する極性がＮ型からＰ型に反転する温度は８５０℃近傍であることを確認しており、成長温度８５０℃では成長層の一部がＰ型に反転している確率が高い。８７０℃から８５０℃への温度降下中は、成長室内の温度分布を均一にさせる意図で徐冷速度を小さくし、成長温度８５０℃近傍で成長層の一部がＰ型化し始める確率を抑制させている。
(Ｆ)  昇温速度  ０.５〜１.０℃／ｍｉｎ
次に、８５０℃から３〜５℃のメルトバック工程を実施する。これは、不均一にＰ型化し成長した部分を想定して、これをメルトバックさせるものである。８５０℃から０.５〜１.０℃／ｍｉｎの昇温速度で８５３〜８５５℃にする。
(Ｇ)  等温保持  １０分
そして、メルトバック工程後、８５３〜８５５℃の温度で１０分間等温保持する。
(Ｈ)  徐冷速度  ０.５〜１.０℃／ｍｉｎ
その後、第３の成長速度となる０.５〜１.０℃／ｍｉｎの徐冷速度にて再び成長開始する。このとき、成長温度が低いこと、また、成長速度が小さいことから、成長するエピタキシャル層はＰ型となる。８３０℃まで０.５〜１.０℃／ｍｉｎの徐冷速度で冷却した後、
(Ｉ)  徐冷速度  １〜２℃／ｍｉｎ
次に、上記ステップ(Ｈ)の徐冷速度０.５〜１.０℃／ｍｉｎから第４の成長速度となる徐冷速度１〜２℃／ｍｉｎに切り換えて、７５０±２０℃まで成長させた後、終了する。ここで、ステップ(Ｈ)から(Ｉ)への徐冷速度の切り換えは生産効率を考えたものである。また、７５０±２０℃で成長を終了するのは良好な電流−電圧特性をもたせるためのキャリア濃度の確保ができており、これ以上成長させるとエピタキシャル成長表面の面状態および光出力の低下が生じるためである。
【００２１】
このようにして作製されたエピウエハを所定の厚みに、例えば２５０μｍにＮ型ＧaＡs基板側をグラインド加工する。その後、グラインド加工されたＮ型ＧaＡs基板側に適当な表面エッチング処理を施し、Ｐ側にはＡuＺn／Ｔi／ＡlのＰＶＤ(Physical Vapor Deposition)膜を形成する一方、Ｎ側にはＡuＧeのＰＶＤ膜を形成して、電極を作製する。そして、所定のピッチ(例えば２８０μｍ)でウエハダイシングすることにより、チップを作製する。
【００２２】
上記ステップ(Ｄ)において第１の成長速度でＮ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させて、さらにステップ(Ｅ)において第１の成長速度よりも遅い第２の成長速度でＮ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させることによって、従来のようなエピタキシャル成長室内での温度不均一箇所(特にウエハ周辺部)に見られたＰＮ接合断面部のイナズマ状のサイリスタ構造がなくなり、チップ状態でサイリスタ特性のない良好な電流−電圧特性を有するＧaＡs発光ダイオードを安定して製造することができる。
【００２３】
また、上記ステップ(Ｆ),(Ｇ)で３〜５℃のメルトバック工程を行うことによって、Ｎ型エピタキシャル成長終了時に一部Ｐ型化している部分を溶かすことにより、良好なＰＮ接合面が得られる。
【００２４】
また、上記ステップ(Ｉ)においてステップ(Ｈ)の第３の成長速度よりも速い第４の成長速度でＮ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させることによって、Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層の成長時間を短縮化でき、量産性を向上できる。
【００２５】
また、上記ステップ(Ｉ)の７５０±２０℃での成長終了によるＰ型ＧaＡsエピタキシャル層の厚みの最適化により光出力も向上し、従来よりも大幅に歩留りを向上させることができる。
【００２６】
また、上記Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層およびＰ型ＧaＡsエピタキシャル層のドーパントにＳiを用いて成長温度を制御することによって、ＧaＡsエピタキシャル層を連続して成長させながらＰＮ接合を容易に形成することができる。
【００２７】
上記実施の形態では、ドーパントにＳiを用いたＧaＡs発光ダイオードの製造方法について説明したが、ドーパントはこれに限らず、Ｐ型とＮ型の両極性を持つものであればよい。
【００２８】
また、実施の形態では、ステップ(Ｆ),(Ｇ)でＮ型ＧaＡsエピタキシャル層のメルトバックを行ったが、Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層の成長終了時にＰＮ接合面となる面の状態が良好な場合は、メルトバックしなくてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の発光素子の製造方法によれば、ＧaＡs基板上に液相エピタキシャル成長を用いてＧaＡsエピタキシャル層を形成する発光素子の製造方法において、Ｎ型ＧaＡs基板上に、第１の成長速度とその第１の成長速度よりも遅い第２の成長速度の順に２つの成長速度でＮ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させた後、Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層上に連続してＰ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させるものである。
【００３０】
上記発光素子の製造方法によれば、Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層の成長時、極性が反転する温度近傍の手前で成長速度を小さくして、上記第１の成長速度よりも遅い上記第２の成長速度で成長させて、成長室内の温度不均一さを最小限に小さくすることにより、ＧaＡs発光素子の特性を損ねる要因の１つであるイナズマ状のＰＮ接合断面部の発生を抑制することができる。したがって、素子状態でのサイリスタ特性のない良好な電流−電圧特性を有する発光素子を安定して製造することができ、高い歩留りが得られ、量産性を向上することができる。
また、上記Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させる工程の後で、かつ、上記Ｐ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させる工程の前に、ＰＮ反転温度近傍でＮ型ＧaＡsエピタキシャル層をメルトバックする工程を行うことによって、Ｎ型エピタキシャル成長終了時に一部Ｐ型化している部分を溶かして、面状態の良好なＰＮ接合が得られる。
また、ＰＮ反転温度近傍でＮ型ＧaＡsエピタキシャル層をメルトバックした後、成長速度を小さくして上記第３の成長速度でＮ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させ、さらに温度を下げていく過程で、上記第３の成長速度よりも速い第４の成長速度でＮ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させることによって、Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層の成長時間を短縮化でき、量産性を向上できる。
また、上記Ｐ型ＧaＡsエピタキシャル層を成長させる工程において、成長温度を下げていき７５０±２０℃でＰ型エピタキシャル成長を終了させることによって、良好な電流−電圧特性をもたせるためのキャリア濃度の確保ができると共に、エピタキシャル成長表面の面状態が良好になり、光出力も向上する。
また、液相エピタキシャル成長にドーパントとしてＳiを用いることによって、成長温度の制御によりＰ型とＮ型の特性が得られるので、ＧaＡsエピタキシャル層を連続して成長させながらＰＮ接合を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１はこの発明の実施の一形態の発光素子の製造方法としてのＧaＡs発光ダイオードの製造方法における液相エピタキシャル成長温度プログラムを示す図である。
【図２】  図２は上記ＧaＡs発光ダイオードの断面構造図である。
【符号の説明】
１…Ｎ型ＧaＡs基板、
２…Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層、
３…Ｎ型ＧaＡsエピタキシャル層。
【図１】
0003927847.tif 000002
【図２】
0003927847.tif 000003