(57)【要約】      （修正有）【課題】主表面上に少なくとも１層の３種類以上の元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させても高い特性を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスが得られるＧａＡｓ半導体基板およびその製造方法を提供する。【解決手段】ＧａＡｓ半導体基板１０は、主表面１０ｍが（１００）面１０ａに対して６〜１６°の傾斜角θを有し、主表面１０ｍにおける塩素原子濃度が１×１０13ｃｍ-2以下である。また、ＧａＡｓ半導体基板１０の製造方法は、ＧａＡｓ半導体ウエハを研磨する研磨工程と、研磨されたＧａＡｓ半導体ウエハを洗浄する１次洗浄工程と、１次洗浄後のＧａＡｓ半導体ウエハの厚さおよび主表面１０ｍの粗さを検査する検査工程と、検査後のＧａＡｓ半導体ウエハを塩酸以外の酸およびアルカリのいずれかにより洗浄する２次洗浄工程と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面が（１００）面に対して６〜１６°の傾斜角を有し、前記主表面における塩素原子濃度が１×１０13ｃｍ-2以下であるＧａＡｓ半導体基板。
【請求項２】
前記主表面における前記塩素原子濃度が３×１０12ｃｍ-2以下である請求項１に記載のＧａＡｓ半導体基板。
【請求項３】
請求項１または請求項２のＧａＡｓ半導体基板の製造方法であって、
ＧａＡｓ半導体ウエハを研磨する研磨工程と、研磨された前記ＧａＡｓ半導体ウエハを洗浄する１次洗浄工程と、１次洗浄後の前記ＧａＡｓ半導体ウエハの厚さおよび主表面の粗さを検査する検査工程と、検査後の前記ＧａＡｓ半導体ウエハを塩酸以外の酸およびアルカリのいずれかにより洗浄する２次洗浄工程と、を備えるＧａＡｓ半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記１次洗浄工程は、研磨された前記ＧａＡｓ半導体ウエハを塩酸で洗浄する塩酸洗浄サブ工程を含む請求項３に記載のＧａＡｓ半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記１次洗浄工程、前記検査工程および前記２次洗浄工程は、クリーン室内で行われ、
前記クリーン室内では、室外から純水の霧中を通過して空気が導入され、導入された前記空気は前記活性炭を含んだフィルタを通過して循環される請求項３または請求項４に記載のＧａＡｓ半導体基板の製造方法。
【請求項６】
前記２次洗浄後における前記クリーン室内の塩素原子含有濃度は、１５００ｎｇ・ｍ-3以下である請求項５に記載のＧａＡｓ半導体基板の製造方法。
【請求項７】
前記２次洗浄後における前記クリーン室内の塩素原子含有濃度は、４００ｎｇ・ｍ-3以下である請求項５に記載のＧａＡｓ半導体基板の製造方法。
【請求項８】
請求項１または請求項２のＧａＡｓ半導体基板と、前記ＧａＡｓ半導体基板の前記主表面上に形成されている少なくとも１層の３種類以上の元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、を備えるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイス。
【請求項９】
請求項８のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスの製造方法であって、
前記ＧａＡｓ半導体基板を準備する工程と、前記ＧａＡｓ半導体基板の前記主表面上に少なくとも１層の３種類以上の元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、を備えるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスの基板として好適に用いられるＧａＡｓ半導体基板およびその製造方法、ならびにそのＧａＡｓ半導体基板を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ半導体基板は、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザダイオード）などに用いられるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスの基板として広く用いられている。ここで、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスは、ＧａＡｓ半導体基板の主表面上に１層以上のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を形成することにより得られる。
【０００３】
ＧａＡｓ半導体基板の主表面に不純物たる酸性物質が多く存在すると、その主表面が荒れる。このＧａＡｓ半導体基板の荒れた主表面上に形成されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層には形状欠陥が発生する。このため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスの歩留まりが低下する。
【０００４】
このため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスの歩留まりを高めるため、たとえば、研磨および洗浄後の表面において１ｃｍ2当たりの酸性物質の原子の個数が５×１０12以下であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハおよびその製造方法が提案されている（特許文献１を参照）。
【特許文献１】特許第３４８０４１１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、主表面における塩素原子濃度が高いＧａＡｓ半導体基板のその主表面上に少なくとも１層のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスを作製すると、半導体デバイスの歩留まりの低下だけでなく、半導体デバイスの特性が低下することが見出された。特に、３種類以上の元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる場合に得られる半導体デバイスについて、その特性の低下が大きいことが見出された。
【０００６】
そこで、本発明は、その主表面上に少なくとも１層の３種類以上の元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させても高い特性を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスが得られるＧａＡｓ半導体基板およびその製造方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、主表面が（１００）面に対して６〜１６°の傾斜角を有し、主表面における塩素原子濃度が１×１０13ｃｍ-2以下であるＧａＡｓ半導体基板である。ここで、主表面における塩素原子濃度は３×１０12ｃｍ-2以下が好ましい。
【０００８】
また、本発明は、上記のＧａＡｓ半導体基板の製造方法であって、ＧａＡｓ半導体ウエハを研磨する研磨工程と、研磨されたＧａＡｓ半導体ウエハを洗浄する１次洗浄工程と、１次洗浄後のＧａＡｓ半導体ウエハの厚さおよび主表面の粗さを検査する検査工程と、検査後のＧａＡｓ半導体ウエハを塩酸以外の酸およびアルカリのいずれかにより洗浄する２次洗浄工程と、を備えるＧａＡｓ半導体基板の製造方法である。
【０００９】
本発明にかかるＧａＡｓ半導体基板の製造方法において、１次洗浄工程は、研磨されたＧａＡｓ半導体ウエハを塩酸で洗浄する塩酸洗浄サブ工程を含むことができる。
【００１０】
また、本発明にかかるＧａＡｓ半導体基板の製造方法において、１次洗浄工程、検査工程および２次洗浄工程はクリーン室内で行われ、クリーン室内では、室外から純水の霧中を通過して空気が導入され、導入された前記空気は前記活性炭を含んだフィルタを通過して循環され得る。ここで、２次洗浄後におけるクリーン室内の塩素原子含有濃度を、１５００ｎｇ・ｍ-3以下、さらに、４００ｎｇ・ｍ-3以下とすることができる。
【００１１】
また、本発明は、上記のＧａＡｓ半導体基板と、ＧａＡｓ半導体基板の主表面上に形成されている少なくとも１層の３種類以上の元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、を備えるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスである。
【００１２】
また、本発明は、上記のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスの製造方法であって、ＧａＡｓ半導体基板を準備する工程と、ＧａＡｓ半導体基板の主表面上に少なくとも１層の３種類以上の元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させる工程と、を備えるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスの製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、その主表面上に少なくとも１層の３種類以上の元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させても高い特性を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスが得られるＧａＡｓ半導体基板およびその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施形態１）
本発明にかかるＧａＡｓ半導体基板の一実施形態は、図１を参照して、主表面１０ｍが（１００）面１０ａに対して６〜１６°の傾斜角θを有し、主表面１０ｍにおける塩素原子濃度が１×１０13ｃｍ-2以下である。かかるＧａＡｓ半導体基板の主表面上に少なくとも１層の３種類以上の元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長させても高い特性を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスが得られる。
【００１５】
本実施形態のＧａＡｓ半導体基板１０は、その主表面１０ｍが（１００）面１０ａに対して有する傾斜角θが６〜１６°であることから、この主表面上に３種類以上の元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を結晶性よくかつ容易に成長させることができる。傾斜角θが６°より小さいと、または、傾斜角θが１６°より大きいと、半導体層の結晶性が低下し、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスの特性が低下する。
【００１６】
また、本実施形態のＧａＡｓ半導体基板１０は、その主表面１０ｍにおける塩素原子濃度が１×１０13ｃｍ-2以下であることから、その主表面１０ｍ上に３種類以上の元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を１層以上成長させても高い特性を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスが得られる。
【００１７】
ここで、３種類以上の元素を含むＩＩＩ−Ｖ族窒化物化合物半導体層とは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層であって、ＩＩＩ族元素およびＶ族元素から３種類以上の元素を含む層（ＩＩＩ−Ｖ族多元素化合物半導体層）をいい、特に制限はないが、たとえば、Ａｌ、ＧａおよびＡｓの３種類の元素を含むＡｌxＧａ1-xＡｓ（０＜ｘ＜１）半導体層、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＰの４種類の元素を含むＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＰ（０＜ｘ、０＜ｙ、ｘ＋ｙ＜１）半導体層などが挙げられる。
【００１８】
主表面１０ｍにおける塩素原子濃度が１×１０13ｃｍ-2より高いと、３種類以上の元素を含むＩＩＩ−Ｖ族窒化物化合物半導体層に塩素原子が取り込まれやすくなり、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスの特性が低下する。ここで、ＧａＡｓ半導体基板１０の主表面１０ｍにおける塩素原子濃度は、ＴＸＲＦ（全反射蛍光Ｘ線分析）によって測定することができる。さらに、本実施形態において、主表面１０ｍにおける塩素原子濃度は、３×１０13ｃｍ-2であることが、特性の高いＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスが得られる観点から好ましい。
【００１９】
（実施形態２）
本発明にかかるＧａＡｓ半導体基板の製造方法の一実施形態は、図２を参照して、実施形態１のＧａＡｓ半導体基板の製造方法であって、ＧａＡｓ半導体ウエハを研磨する研磨工程Ｓ１と、研磨されたＧａＡｓ半導体ウエハを洗浄する１次洗浄工程Ｓ２と、１次洗浄後のＧａＡｓ半導体ウエハの厚さおよび主表面の粗さを検査する検査工程Ｓ３と、検査後のＧａＡｓ半導体ウエハを塩酸以外の酸およびアルカリのいずれかにより洗浄する２次洗浄工程Ｓ４とを備える。かかる製造方法によって、実施形態１のＧａＡｓ半導体基板を製造することが可能となる。
【００２０】
本実施形態のＧａＡｓ半導体基板は、図２を参照して、具体的には以下のようにして製造される。まず、ＧａＡｓ半導体ウエハを準備する。ＧａＡｓ半導体ウエハは、ＧａＡｓ半導体結晶インゴットを（１００）面に対して６〜１６°の傾斜角を有する互いに平行な面でスライスして、その外周を研削して外形を整え、その表面部の加工変質層をエッチングにより除去することにより得られる。ここで、ＧａＡｓ半導体結晶インゴットを成長させる方法には、特に制限はなく、ＨＢ（水平ブリッジマン）法、ＬＥＣ（液体封止型チョクラルスキー）法、ＶＢ（垂直ブリッジマン）法などの各種方法によって成長させることができる。
【００２１】
次に、上記のようにして得られたＧａＡｓ半導体ウエハを研磨する（研磨工程Ｓ１）。研磨工程には、１以上のサブ工程が含まれ得る。ウエハの研磨効率を高めるため、ラッピング、粗（ラフ）ポリシング、微細（ファイン）ポリシングの３つのサブ工程が含まれることが好ましい。ここで、ラッピングにおいては、平均粒径が２μｍ〜１０μｍ程度の酸化セリウム砥粒または酸化アルミニウム砥粒が好ましく用いられる。また、粗ポリシングにおいては、コロイダルシリカと塩素系研磨剤との混合物が好ましく用いられる。また、微細ポリシングにおいては、塩素系研磨剤が好ましく用いられる。
【００２２】
次に、研磨されたＧａＡｓ半導体ウエハを１次洗浄する（１次洗浄工程Ｓ２）。１次洗浄工程には、１以上のサブ洗浄工程が含まれ得る。ウエハの洗浄効率を高めるために、有機溶剤洗浄、酸およびアルカリのいずれかによる洗浄、純水洗浄などのサブ工程が含まれることが好ましい。また、洗浄剤を除去するために、１次洗浄工程の最終サブ工程として、純水洗浄が好ましく行なわれる。
【００２３】
ここで、ＧａＡｓ半導体ウエハの主表面の粗さを低減する観点から、１次洗浄工程Ｓ２はＧａＡｓ半導体ウエハを塩酸で洗浄する塩酸洗浄サブ工程Ｓ２ａを含むことが好ましい。しかし、塩酸洗浄サブ工程Ｓ２ａ後のＧａＡｓ半導体ウエハの主表面には５×１０12ｃｍ-2程度の濃度の塩素原子が残存するため、そのサブ工程後のＧａＡｓ半導体ウエハを塩酸以外の酸およびアルカリのいずれかにより洗浄することが好ましい。
【００２４】
次いで、１次洗浄されたＧａＡｓ半導体ウエハを乾燥させる。かかる乾燥工程には、１以上のサブ工程が含まれ得る。ウエハの乾燥効率を高めるために、アルコール蒸気乾燥（たとえばイソプロピルアルコール蒸気乾燥）、スピン乾燥、マランゴニ乾燥、ロタゴニ乾燥などのサブ工程が含まれることが好ましい。
【００２５】
次に、１次洗浄後のＧａＡｓ半導体ウエハの厚さおよび主表面の平坦度を検査する（検査工程Ｓ３）。ここで、主表面の平坦度とは、ウエハの厚さバラツキ（ＴＴＶ:Total Thickness Variation）、そり（Warp）などウエハ全面に渡る平面の形状精度をいい、フィゾー干渉計などにより測定される。ウエハの厚さはウエハの機械的強度に関わる。また、ウエハの主表面の平坦度は、その主表面上に形成されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層上にパターンを形成してＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスを製造する場合に、そのパターンの精度を左右する。したがって、半導体ウエハの厚さおよび主表面の平坦度は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスの特性に関わる重要な検査項目である。
【００２６】
次に、検査後のＧａＡｓ半導体ウエハを塩酸以外の酸およびアルカリのいずれかにより洗浄する（２次洗浄工程Ｓ４）。上記の検査工程Ｓ３においても、ウエハの主表面に塩素原子が付着する場合があるからである。ウエハの主表面に存在する塩素原子は、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐまたは主表面上に存在するアンモニアなどのアルカリと反応して塩化物を形成する。かかる塩化物は、塩酸以外の酸およびアルカリのいずれかによる洗浄により容易に除去される。塩酸以外の酸およびアルカリのいずれかにより洗浄されたＧａＡｓ半導体ウエハは、その後、純水洗浄され、次いで乾燥される。ここで、乾燥方法は、１次洗浄後の乾燥と同様の方法が行なわれる。
【００２７】
次に、２次洗浄されたＧａＡｓ半導体ウエハ（これをＧａＡｓ半導体基板いう）を、必要最小限の表面検査を行なった後、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＢＴ（ポリブチルテレフタレート）などの材質で形成された容器に入れ、その容器を酸素バリア性の高いアルミニウム箔をラミネートしたＰＥ（ポリエチレン）などの材質で形成された袋に入れて、その袋内を６６５Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）以下の真空とした後、窒素ガスを入れて、その袋をシールすることにより、ウエハを窒素ガス雰囲気内に封入する。
【００２８】
または、上記表面検査後のＧａＡｓ半導体基板を入れた上記容器を酸素透過度が０．５ｍｌ・ｍ-2・ｄａｙ-1・ａｔｍ-1以上の第１の樹脂袋に入れて、第１の樹脂袋をシール（１次シール）する。次いで、１次シールされた第１の樹脂袋を、脱酸素剤とともに、酸素透過度が０．５ｍｌ・ｍ-2・ｄａｙ-1・ａｔｍ-1未満の第２の樹脂袋に入れて、第２の樹脂袋をシールする。ここで、脱酸素剤として脱水作用をも有するもの（たとえば、鉄粉末、二酸化チタン粉末など）を用いることにより、上記容器内部の水分も低減することができる。
【００２９】
ここで、図３を参照して、本実施形態のＧａＡｓ半導体基板の製造方法において、１次洗浄工程、検査工程および２次洗浄工程はクリーン室１内で行われ、クリーン室１内では、室外から純水の霧２ｗ中を通過して空気が導入され、導入された空気は活性炭を含んだフィルタ４ｆを通過して循環されることが好ましい。クリーン室１内の空気が循環の際にフィルタ４ｆを通過することに加えて、室外の空気がクリーン室１内に導入される際に純水の霧２ｗ中を通過することにより、クリーン室１内の塩素原子含有濃度を効率よく低減し、低く維持することができる。このクリーン室内で、ＧａＡｓ半導体ウエハの１次洗浄工程、検査工程および２次洗浄工程を行なうことにより、２次洗浄工程後のＧａＡｓ半導体基板の主表面における塩素原子濃度を低く維持することができる。
【００３０】
図３を参照して、室外からクリーン室内への空気の導入は、たとえば以下のようにして行なわれる。ここで、図３の矢印は空気ライン６における空気の流れを示す。まず、室外の空気は空気ライン６ａを通して純水スクラバ室２内に導入される。純水スクラバ室２内では純水の霧２ｗが形成されており、空気は純水の霧２ｗ中を通過することにより、空気中の塩素原子含有濃度が低減される。純水の霧２ｗ中を通過した空気は、空気ライン６ｂを通して除湿室３に導入され、空気中の湿度が低減される。除湿室３内を通過した空気は、空気ライン６ｃを通してフィルタ室４に導入される。フィルタ室４には活性炭を含んだフィルタ４ｆが配置されており、空気は活性炭を含んだフィルタ４ｆを通過することにより、空気中の塩素原子含有濃度がさらに低減される。こうして、空気は活性炭を含んだフィルタ４ｆを通過した塩素原子含有濃度が極めて低減した空気が、空気ライン６ｄを通してクリーン室１内に導入される。
【００３１】
また、クリーン室内の空気の循環は、たとえば空気ライン６ｅに設置された空気循環装置７により、以下のようにして行なわれる。クリーン室１内の空気は、負圧バッファ室５を経由して空気ライン６ｅおよび６ｆを通してフィルタ室４内に流れる。空気はフィルタ４室内の活性炭を含んだフィルタ４ｆを通過することにより、クリーン室１の微小な隙間などからクリーン室１内に侵入した塩素原子、室内で発生した塩素原子などが効率的に除去され、空気中の塩素原子含有濃度がさらに低減され低く維持される。この塩素原子含有濃度がさらに低減され低く維持された空気が、空気ライン６ｄを通してクリーン室１内に戻る。ここで、空気循環装置７としては、循環ファン、循環ポンプなどが用いられる。
【００３２】
このようにして、塩素原子含有濃度が低減かつ維持されたクリーン室１が得られ、かかるクリーン室１内でＧａＡｓ半導体ウエハの１次洗浄工程、検査工程および２次洗浄工程を行なうことにより、主表面における塩素原子濃度が低減したＧａＡｓ半導体基板が得られる。ここで、主表面における塩素原子濃度が１×１０13ｃｍ-2以下のＧａＡｓ半導体基板を得る観点から、２次洗浄後におけるクリーン室内の塩素原子含有濃度は、１５００ｎｇ・ｍ-3以下であることが好ましい。また、主表面における塩素原子濃度が３×１０12ｃｍ-2以下のＧａＡｓ半導体基板を得る観点から、２次洗浄後におけるクリーン室内の塩素原子含有濃度は、４００ｎｇ・ｍ-3以下であることがより好ましい。
【００３３】
（実施形態３）
本発明にかかるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスの一実施形態は、図４を参照して、主表面１０ｍが（１００）面１０ａに対して６〜１６°の傾斜角θを有し主表面１０ｍにおける塩素原子濃度が１×１０13ｃｍ-2以下であるＧａＡｓ半導体基板１０と、ＧａＡｓ半導体基板１０の主表面１０ｍ上に形成されている少なくとも１層の３種類以上の元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０と、を備える。かかる半導体デバイスは、ＧａＡｓ半導体基板の主表面における塩素原子濃度が１×１０13ｃｍ-2以下であるため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層への塩素原子の取り込みが少なく、半導体デバイスの特性が高くなる。
【００３４】
本実施形態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスは、たとえば、図４を参照して、ＧａＡｓ半導体基板１０であるｎ型ＧａＡｓ半導体基板と、ＧａＡｓ半導体基板１０の主表面１０ｍ上に形成されている少なくとも１層の３種類以上の元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０としてｎ型Ａｌx1Ｇａy1Ｉｎ1-x1-y1Ｐ（０＜ｘ１、０＜ｙ１、ｘ１＋ｙ１＜１）半導体層２１、５対の井戸層（Ｇａy3Ｉｎ1-y3Ｐ（０＜ｙ３＜１）層）と障壁層（Ａｌx4Ｇａy4Ｉｎ1-x4-y4Ｐ（０＜ｘ４、０＜ｙ４、ｘ４＋ｙ４＜１）層）で形成される多重量子井戸構造の発光層２２およびｐ型Ａｌx2Ｇａy2Ｉｎ1-x2-y2Ｐ（０＜ｘ２、０＜ｙ２、ｘ２＋ｙ２＜１）半導体層２３とを備えるＬＥＤである。
【００３５】
また、本実施形態のＬＥＤは、３種類以上の元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の最上層であるｐ型Ａｌx2Ｇａy2Ｉｎ1-x2-y2Ｐ（０＜ｘ２、０＜ｙ２、ｘ２＋ｙ２＜１）半導体層２３上にｐ型ＧａＡｓコンタクト層２５が形成され、このｐ型ＧａＡｓコンタクト層２５上にｐ側電極３０としてＡｕ−Ｚｎ電極を備え、ｎ型ＧａＡｓ半導体基板（ＧａＡｓ半導体基板１０）のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０が形成されていない主表面上にｎ側電極４０としてＡｕ−Ｇｅ電極を備える。
【００３６】
本実施形態のＬＥＤは、ＧａＡｓ半導体基板１０の主表面１０ｍにおける塩素原子濃度が１×１０13ｃｍ-2以下であるため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０への塩素原子の取り込みが少ないため、発光層２２からの発光が阻害されないため、高い発光強度が得られる。
【００３７】
（実施形態４）
本発明にかかるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスの製造方法の一実施形態は、図４を参照して、実施形態３のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスの製造方法であって、ＧａＡｓ半導体基板１０を準備する工程と、ＧａＡｓ半導体基板１０の主表面１０ｍ上に少なくとも１層の３種類以上の元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０を成長させる工程とを備える。かかる製造方法により、高い特性を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスが容易に得られる。
【００３８】
ここで、ＧａＡｓ半導体基板１０を準備する工程において、たとえば、実施形態２の製造方法により得られるＧａＡｓ半導体基板を準備することができる。
【００３９】
また、図４を参照して、ＧａＡｓ半導体基板１０の主表面１０ｍ上に少なくとも１層の３種類以上の元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０を成長させる工程において、たとえば、ＧａＡｓ半導体基板１０であるｎ型ＧａＡｓ半導体基板の主表面上に、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法により、少なくとも１層の３種類以上の元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０として、ｎ型Ａｌx1Ｇａy1Ｉｎ1-x1-y11Ｐ（０＜ｘ１、０＜ｙ１、ｘ１＋ｙ１＜１）半導体層２１、５対の井戸層（Ｇａy3Ｉｎ1-y3Ｐ（０＜ｙ３＜１）層）と障壁層（Ａｌx4Ｇａy4Ｉｎ1-x4-y4Ｐ（０＜ｘ４、０＜ｙ４、ｘ４＋ｙ４＜１）層）で形成される多重量子井戸構造の発光層２２およびｐ型Ａｌx2Ｇａy2Ｉｎ1-x2-y2Ｐ（０＜ｘ２、０＜ｙ２、ｘ２＋ｙ２＜１）半導体層２３を順次成長させる。
【００４０】
次に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０の最上層であるｐ型Ａｌx2Ｇａy2Ｉｎ1-x2-y2Ｐ（０＜ｘ２、０＜ｙ２、ｘ２＋ｙ２＜１）半導体層２３上に、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法により、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２５を成長させる。
【００４１】
次に、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層２５上に、真空蒸着法により、ｐ側電極３０としてＡｕ−Ｚｎ電極を形成し、ｎ型ＧａＡｓ半導体基板（ＧａＡｓ半導体基板１０）のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０が形成されていない主表面上に、真空蒸着法により、ｎ側電極４０としてＡｕ−Ｇｅ電極を形成する。
【実施例】
【００４２】
（実施例１）
１．ＧａＡｓ半導体ウエハの準備
縦型ボート（垂直ブリッジマン）法により成長させたＧａＡｓ半導体インゴットを、（１００）面から［０１１］方向に１５°傾いた面に平行にワイヤーソーでスライスして、ＧａＡｓ半導体ウエハを得た。このＧａＡｓ半導体ウエハの主表面は、（１００）面から［０１１］方向に１５°傾いた面に対して０．１°以下の面である。このＧａＡｓ半導体ウエハの外周部分をダイヤモンド砥石で研削し、外形を整えた。外形を整えたＧａＡｓ半導体ウエハの加工変質層を除去するため、その主表面をアンモニアおよび過酸化水素を含む水溶液（アンモニア濃度４質量％、過酸化水素濃度４質量％）でエッチングした。
【００４３】
２．研磨工程（Ｓ１）
ＧａＡｓ半導体ウエハの研磨する主表面と反対側の主表面（主裏面）にワックスを塗布して加熱したセラミック板に接着した。このセラミック板を冷却した後、以下の手順でＧａＡｓ半導体ウエハの主表面のラッピング、粗ポリッシュ、微細ポリッシュを実施した。まず、平均粒径が６μｍのＳｉＣ砥粒あるいは酸化アルミニウム砥粒を用いて、ラッピングを実施した。次いで、平均粒径０．０３μｍのコロイダルシリカと塩素系研磨剤（フジミインコーポレーテッド社製ＩＮＳＥＣ  ＮＩＢ）の混合物を用いて、粗ポリシングを実施した。次いで、塩素系研磨剤（フジミ研磨剤社製ＩＮＳＥＣ  ＮＩＢ）を用いて、微細ポリッシュを実施した。
【００４４】
３．１次洗浄工程（Ｓ２）
上記研磨後に、ＧａＡＳ半導体ウエハを超純水（本願においては、比抵抗１０ＭΩ・ｃｍ以上に精製された純水をいう。以下同じ。）で洗浄して、ウエハをセラミックス板から分離した。次に、上記研磨後のＧａＡｓ半導体ウエハを、クリーン室内に移動して、クリーン室内において以下の有機溶剤洗浄、酸およびアルカリのいずれかによる洗浄、純水洗浄を実施した。まず、ウエハの主裏面のワックスをイソプロピルアルコールで有機溶剤洗浄を実施した。次いで、１質量％の塩酸および０．５質量％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキシド）のいずれかによる洗浄を実施した。次いで、超純水で純水洗浄した。次いで、クリーン室内で、１次洗浄後のＧａＡｓ半導体ウエハをイソプロピルアルコールでアルコール蒸気乾燥を行なった。
【００４５】
４．検査工程（Ｓ３）
次に、クリーン室内で、乾燥後のＧａＡｓ半導体ウエハの厚さおよび主表面の粗さを検査した。検査方法には、特に制限はないが、ウエハの厚さは非接触厚さ計などにより検査し、主表面の平坦度はフィゾー干渉計などにより検査した。
【００４６】
５．２次洗浄工程（Ｓ４）
次に、クリーン室内で、検査後のＧａＡｓ半導体ウエハについて、以下の手順で塩酸以外の酸およびアルカリのいずれかによる洗浄、純水洗浄を実施した。まず、１質量％の硝酸および０．５質量％のアンモニアのいずれかによる洗浄を実施した。次いで、超純水で純水洗浄を実施した。次いで、２次洗浄後のＧａＡｓ半導体ウエハをイソプロピルアルコールでアルコール蒸気乾燥を実施した。
【００４７】
図３を参照して、上記１次洗浄工程、検査工程および２次洗浄工程が行なわれるクリーン室１は、室外から純水の霧２ｗ中を通過して空気が導入され、導入された空気は活性炭を含んだフィルタ４ｆを通過して循環させた。このため、クリーン室内の塩素原子含有濃度は低く維持されており、上記２次洗浄後のクリーン室内の塩素原子含有濃度は１２０ｎｇ・ｃｍ-3であった。
【００４８】
上記の工程を経た後のＧａＡｓ半導体ウエハ（すなわちＧａＡｓ半導体基板）を、表面検査をして、クリーン室内に２時間置いた。このときのＧａＡｓ半導体基板の主表面における塩素原子濃度は、ＴＸＲＦにより測定したところ、１６７×１０10ｃｍ-2であった。結果を表１にまとめた。
【００４９】
６．ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＰ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）エピタキシャル層の成長
次に、図ＧａＡｓ半導体基板の主表面上に、少なくとも１層の３種類以上の元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層２０として、ＯＭＶＰＥ（有機金属気相成長）法により、厚さ１μｍのｎ型Ａｌx1Ｇａy1Ｉｎ1-x1-y1Ｐ（ｘ１＝０．２５、ｙ１＝０．２５）半導体層２１、５対の厚さ１０ｎｍの井戸層（Ｇａy3Ｉｎ1-y3Ｐ（ｙ３＝０．５）半導体層）と厚さ１０ｎｍの障壁層（Ａｌx4Ｇａy4Ｉｎ1-x4-y4Ｐ（ｘ４＝０．２５、ｙ４＝０．２５）半導体層）で形成される多重量子井戸構造の発光層２２およびｐ型Ｇａy3Ｉｎ1-y3Ｐ（ｙ３＝０．５）半導体層２３を順にエピタキシャル成長させた。こうして得られる複数のエピタキシャル成長層をＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層と呼ぶ。
【００５０】
こうして得られたＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層のＰＬ（フォトルミネッセンス）強度を以下のようにして測定した。励起光としてＡｒレーザをＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層に照射して、ＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層から放出されるＰＬ光として波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲の光を分光して、フォトマルで検出してＰＬ強度を算出した。本実施例におけるＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層のＰＬ強度は、７０ＡＵ（任意単位）であった。結果を表１にまとめた。
【００５１】
（実施例２）
２次洗浄後のクリーン室内の塩素原子含有濃度Ｘが７５０ｎｇ・ｃｍ-3であること以外は、実施例１と同様にして、ＧａＡｓ半導体ウエハについて、研磨工程、１次洗浄工程、検査工程および２次洗浄工程を実施してＧａＡｓ半導体基板を得た。本実施例で得られたＧａＡｓ半導体基板の主表面における塩素原子濃度Ｙは、６６８×１０10ｃｍ-2であった。次に、実施例１と同様にして、このＧａＡｓ半導体基板の主表面上にＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層を形成した。本実施例におけるＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層のＰＬ強度Ｚは、６４ＡＵであった。結果を表１にまとめた。
【００５２】
（比較例１）
１次洗浄工程、検査工程および２次洗浄工程を上記クリーン室で行なうことなく、２次洗浄後の基板の周りの雰囲気塩素原子濃度Ｘが１５１４ｎｇ・ｃｍ-3であること以外は、実施例１と同様にして、ＧａＡｓ半導体ウエハについて、研磨工程、１次洗浄工程、検査工程および２次洗浄工程を実施してＧａＡｓ半導体基板を得た。本比較例で得られたＧａＡｓ半導体基板の主表面における塩素原子濃度Ｙは、１３０２×１０10ｃｍ-2であった。次に、実施例１と同様にして、このＧａＡｓ半導体基板の主表面上にＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層を形成した。本比較例におけるＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層のＰＬ強度Ｚは、６０ＡＵであった。結果を表１にまとめた。
【００５３】
（比較例２）
２次洗浄後の基板の周りの雰囲気塩素原子濃度Ｘが５３８７ｎｇ・ｃｍ-3であること以外は、比較例１と同様にして、ＧａＡｓ半導体ウエハについて、研磨工程、１次洗浄工程、検査工程および２次洗浄工程を実施してＧａＡｓ半導体基板を得た。本比較例で得られたＧａＡｓ半導体基板の主表面における塩素原子濃度Ｙは、２２９９×１０10ｃｍ-2であった。次に、実施例１と同様にして、このＧａＡｓ半導体基板の主表面上にＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層を形成した。本比較例におけるＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層のＰＬ強度Ｚは、５３ＡＵであった。
【００５４】
（比較例３）
２次洗浄後の基板の周りの雰囲気塩素原子濃度Ｘが２４７１ｎｇ・ｃｍ-3であること以外は、比較例１と同様にして、ＧａＡｓ半導体ウエハについて、研磨工程、１次洗浄工程、検査工程および２次洗浄工程を実施してＧａＡｓ半導体基板を得た。本比較例で得られたＧａＡｓ半導体基板の主表面における塩素原子濃度Ｙは、２４１３×１０10ｃｍ-2であった。次に、実施例１と同様にして、このＧａＡｓ半導体基板の主表面上にＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層を形成した。本比較例におけるＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層のＰＬ強度Ｚは、５１ＡＵであった。
【００５５】
（比較例４）
２次洗浄後の基板の周りの雰囲気塩素原子濃度Ｘが５７００ｎｇ・ｃｍ-3であること以外は、比較例１と同様にして、ＧａＡｓ半導体ウエハについて、研磨工程、１次洗浄工程、検査工程および２次洗浄工程を実施してＧａＡｓ半導体基板を得た。本比較例で得られたＧａＡｓ半導体基板の主表面における塩素原子濃度Ｙは、４４２１×１０10ｃｍ-2であった。次に、実施例１と同様にして、このＧａＡｓ半導体基板の主表面上にＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層を形成した。本比較例におけるＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層のＰＬ強度Ｚは、３８ＡＵであった。
【００５６】
（比較例５）
２次洗浄後の基板の周りの雰囲気塩素原子濃度Ｘが６８００ｎｇ・ｃｍ-3であること以外は、比較例１と同様にして、ＧａＡｓ半導体ウエハについて、研磨工程、１次洗浄工程、検査工程および２次洗浄工程を実施してＧａＡｓ半導体基板を得た。本比較例で得られたＧａＡｓ半導体基板の主表面における塩素原子濃度Ｙは、４８９５×１０10ｃｍ-2であった。次に、実施例１と同様にして、このＧａＡｓ半導体基板の主表面上にＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層を形成した。本比較例におけるＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層のＰＬ強度Ｚは、３２ＡＵであった。結果を表１にまとめた。
【００５７】
【表１】
2009137776.tif 000003
【００５８】
ここで、実施例１，２および比較例１〜５のそれぞれにおける２次洗浄後の基板の周りの雰囲気塩素原子含有濃度（実施例１，２においては、クリーン室内の塩素原子含有濃度Ｘ（単位：ｎｇ・ｍ-3）と基板の主表面における塩素原子濃度Ｙ（単位：×１０10ｃｍ-2）との関係を、それぞれＡ点〜Ｇ点として、図６のグラフにプロットした。さらに、他の実施例および比較例における上記関係を図６のグラフにプロットした。
【００５９】
図６から明らかなように、２次洗浄後の基板の周りの雰囲気塩素原子含有濃度Ｘ（単位：ｎｇ・ｍ-3）と基板の主表面における塩素原子濃度Ｙ（単位：×１０10ｃｍ-2）との間には、相関係数ｒ＝０．８７０９の強さで、式（１）
Ｙ＝１．３０６６Ｘ0.9261          （１）
の相関関係が認められる。なお、両対数目盛りである図６において、（１）式は、ｌｏｇＹ＝０．９２６１ｌｏｇＸ＋１．３０６６と表わされる。
【００６０】
式（１）から、２次洗浄後のクリーン室内の塩素含有濃度Ｘを１５００ｎｇ・ｍ-3以下とすることにより主表面における塩素原子濃度Ｙが１×１０13ｃｍ-2以下のＧａＡｓ半導体基板が得られ、２次洗浄後のクリーン室内の塩素含有濃度Ｘを４００ｎｇ・ｍ-3以下とすることにより主表面における塩素原子濃度Ｙが３×１０12ｃｍ-2以下のＧａＡｓ半導体基板が得られることがわかる。
【００６１】
また、実施例１，２および比較例１〜５のそれぞれにおける基板の主表面における塩素原子濃度Ｙ（単位：×１０10ｃｍ-2）とその基板の主表面上に形成したＡｌＧａＩｎＮエピタキシャル層のＰＬ強度Ｚ（単位：ＡＵ（任意単位））との関係を、それぞれＡ点〜Ｇ点として、図７のグラフにプロットした。
【００６２】
図７から明らかなように、基板の主表面における塩素原子濃度Ｙ（単位：×１０10ｃｍ-2）と基板の主表面上に形成されたＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層のＰＬ強度Ｚ（単位：ＡＵ）との間には、相関係数ｒ＝０．９９７２の強さで、式（２）
Ｚ＝−０．００７５Ｙ＋６９．７９２          （２）
の相関関係が認められる。
【００６３】
式（２）から、主表面における塩素原子濃度Ｙが１×１０13ｃｍ-2以下のＧａＡｓ半導体基板の主表面上に６２ＡＵ以上の高いＰＬ強度を有するＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層が形成され、主表面における塩素原子濃度Ｙが３×１０12ｃｍ-2以下のＧａＡｓ半導体基板の主表面上に６９ＡＵ以上のさらに高いＰＬ強度を有するＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層が形成されることがわかる。ここで、ＰＬ強度が高いＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層を有する半導体デバイスほど発光が強く閾値が下がり高性能となる。
【００６４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明にかかるＧａＡｓ半導体基板の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】本発明にかかるＧａＡｓ半導体基板の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図３】本発明にかかるＧａＡｓ半導体基板の製造方法において用いられるクリーン室の一実施形態を示す概略図である。
【図４】本発明にかかるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体デバイスの一実施形態を示す概略断面図である。
【図５】エピタキシャル層の構造の一例を示す概略断面図である。
【図６】２次洗浄後の基板の周りの雰囲気塩素原子含有濃度と基板の主表面における塩素原子濃度との関係を示すグラフである。
【図７】基板の主表面における塩素原子濃度と基板の主表面上に形成されたＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層のＰＬ強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１  クリーン室、２  純水スクラバ室、２ｗ  純水の霧、３  除湿室、４  フィルタ室、４ｆ  フィルタ４、５  負圧バッファ室、５ｄ  ダンパー、６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ  空気ライン、７  空気循環装置、１０  ＧａＡｓ半導体基板、１０ａ  （１００）面、１０ｍ  主表面、２０  ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層、２１  ｎ型Ａｌx1Ｇａy1Ｉｎ1-x1-y1Ｐ半導体層、２２  発光層、２３  ｐ型Ａｌx2Ｇａy2Ｉｎ1-x2-y2Ｐ半導体層、２５  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、３０  ｐ側電極、４０  ｎ側電極、Ｓ１  研磨工程、Ｓ２  １次洗浄工程、Ｓ３  検査工程、Ｓ４  ２次洗浄工程。
【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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【図７】
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