JP3143040B2 - エピタキシャルウエハおよびその製造方法 - Google Patents
エピタキシャルウエハおよびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発光ダイオード（以下、
ＬＥＤと言う）用の半導体エピタキシャルウエハ及びそ
の製造方法に関する。
ＬＥＤと言う）用の半導体エピタキシャルウエハ及びそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年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、石英製のリアクタ内にグラファイト製、ま
たは石英製のホルダーを配置し、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。
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、石英製のリアクタ内にグラファイト製、ま
たは石英製のホルダーを配置し、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。
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-x Ｐx を例にとって説明する
と、ＧａＡｓ1-x Ｐx （０．５＜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倍程度向上することができる。そのた
め、通常、ＧａＰ基板上に成長したＧａＡｓ1-x Ｐ
x （０．４５＜ｘ≦１．０）には窒素をドープする。
と、ＧａＡｓ1-x Ｐx （０．５＜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倍程度向上することができる。そのた
め、通常、ＧａＰ基板上に成長したＧａＡｓ1-x Ｐ
x （０．４５＜ｘ≦１．０）には窒素をドープする。
【０００５】図２にＧａＡｓＰエピタキシャルウエハの
従来の構成を示す。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１上にＮ型のエピタキシャ
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２を中間
層として設けて一定組成ＧａＡｓＰ層３、４を形成し、
層４にはアイソ・エレクトロニック・トラップとして窒
素（Ｎ）をドープする。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型の層５を形成する。これにより
良好なオーミック接触を安定に得ることができる。熱拡
散法は一度に数十〜百枚程度のエピタキシャルウエハを
一度に処理でき、コスト的に有利なため、一般には、気
相成長法によりＮ型の層だけ成長したあとで熱拡散法に
よりＰ層を形成している。
従来の構成を示す。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１上にＮ型のエピタキシャ
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２を中間
層として設けて一定組成ＧａＡｓＰ層３、４を形成し、
層４にはアイソ・エレクトロニック・トラップとして窒
素（Ｎ）をドープする。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型の層５を形成する。これにより
良好なオーミック接触を安定に得ることができる。熱拡
散法は一度に数十〜百枚程度のエピタキシャルウエハを
一度に処理でき、コスト的に有利なため、一般には、気
相成長法によりＮ型の層だけ成長したあとで熱拡散法に
よりＰ層を形成している。
【０００６】これにより安定的にＬＥＤを得ることがで
きるが、ＰＮ接合部のＰ層５のキャリア濃度が高くなり
すぎて光吸収が増加し、ＬＥＤの光出力の低下をまねい
てしまい、また、ＰＮ接合部が熱ダメージを受けてエピ
タキシャル層の結晶の品質が低下してしまう。著しく拡
散温度を低くすればこれらの問題は解決するものの、Ｐ
層の厚さが薄くなりすぎ、表面のキャリア濃度の低下に
より良好なオーミック接触を得にくい。
きるが、ＰＮ接合部のＰ層５のキャリア濃度が高くなり
すぎて光吸収が増加し、ＬＥＤの光出力の低下をまねい
てしまい、また、ＰＮ接合部が熱ダメージを受けてエピ
タキシャル層の結晶の品質が低下してしまう。著しく拡
散温度を低くすればこれらの問題は解決するものの、Ｐ
層の厚さが薄くなりすぎ、表面のキャリア濃度の低下に
より良好なオーミック接触を得にくい。
【０００７】上記したように、気相成長したエピタキシ
ャルウエハはエピタキシャル層、ＧａＰ基板の両方とも
Ｎ型の伝導型をもつ。一般に、ＧａＡｓＰのエピタキシ
ャル成長では亜鉛をドーパントとして用いて気相成長中
にＰ層を成長することができる。気相成長でジエチル亜
鉛ガスを用いてＰ型ドーパントの亜鉛をドープすると、
最も普及しているハイドライド輸送法を用いたとき、成
長温度が高いため５×１０18ｃｍ-3程度が上限で、それ
以上の濃度にドープすることは困難である。それでもＰ
Ｎ接合付近のＰ層のキャリア濃度がこれ以下であるた
め、Ｐ層による光の吸収を抑えることができ、ＰＮ接合
を気相成長で一度にできるため良質の結晶性をもたせる
ことができる。また、光出力は熱拡散でＰ層を形成した
ものよりも通常で２０〜３０％程度向上させることがで
きる。なお、たとえ気相成長で亜鉛を高濃度にドープし
ようと成長条件を調整しても、エピタキシャル層の結晶
性の悪化をまねいてしまう。
ャルウエハはエピタキシャル層、ＧａＰ基板の両方とも
Ｎ型の伝導型をもつ。一般に、ＧａＡｓＰのエピタキシ
ャル成長では亜鉛をドーパントとして用いて気相成長中
にＰ層を成長することができる。気相成長でジエチル亜
鉛ガスを用いてＰ型ドーパントの亜鉛をドープすると、
最も普及しているハイドライド輸送法を用いたとき、成
長温度が高いため５×１０18ｃｍ-3程度が上限で、それ
以上の濃度にドープすることは困難である。それでもＰ
Ｎ接合付近のＰ層のキャリア濃度がこれ以下であるた
め、Ｐ層による光の吸収を抑えることができ、ＰＮ接合
を気相成長で一度にできるため良質の結晶性をもたせる
ことができる。また、光出力は熱拡散でＰ層を形成した
ものよりも通常で２０〜３０％程度向上させることがで
きる。なお、たとえ気相成長で亜鉛を高濃度にドープし
ようと成長条件を調整しても、エピタキシャル層の結晶
性の悪化をまねいてしまう。
【０００８】通常III −Ｖ族化合物半導体ではＰ層に良
好なオーミック接触の電極を形成するには、Ｐ型層のキ
ャリア濃度を１×１０19ｃｍ-3以上にすることが必要で
ある。良好なオーミック接触を得るために、電極の材料
をＡｕＺｎ、ＡｕＮｉＺｎなどの材料をいろいろ工夫し
て用いたり、多層構造としたり、電極の材料組成をかえ
るなどの手法がとられてきた。それでも、最も有効な手
法としてはＰ層のキャリア濃度を上げることであり、Ｇ
ａＡｓの場合は５×１０18ｃｍ-3以上の高濃度に亜鉛を
ドープすることであった。しかし、亜鉛の拡散温度を上
げて亜鉛のドープ量すなわちキャリア濃度を上げると、
逆に発光した光をＰ層で吸収することとなり、さらに、
熱歪等による結晶欠陥を発生させＬＥＤの発光出力の低
下をまねく。また、ＬＥＤの光出力は亜鉛の拡散温度を
下げて亜鉛の濃度を低く、すなわち約５×１０18ｃｍ-3
以下程度にすると向上するが、一方、キャリア濃度が下
がるためＰ層のオーミック電極の形成が困難になり、Ｌ
ＥＤとした時の順方向電圧のばらつきや増加を引き起こ
してしまう。
好なオーミック接触の電極を形成するには、Ｐ型層のキ
ャリア濃度を１×１０19ｃｍ-3以上にすることが必要で
ある。良好なオーミック接触を得るために、電極の材料
をＡｕＺｎ、ＡｕＮｉＺｎなどの材料をいろいろ工夫し
て用いたり、多層構造としたり、電極の材料組成をかえ
るなどの手法がとられてきた。それでも、最も有効な手
法としてはＰ層のキャリア濃度を上げることであり、Ｇ
ａＡｓの場合は５×１０18ｃｍ-3以上の高濃度に亜鉛を
ドープすることであった。しかし、亜鉛の拡散温度を上
げて亜鉛のドープ量すなわちキャリア濃度を上げると、
逆に発光した光をＰ層で吸収することとなり、さらに、
熱歪等による結晶欠陥を発生させＬＥＤの発光出力の低
下をまねく。また、ＬＥＤの光出力は亜鉛の拡散温度を
下げて亜鉛の濃度を低く、すなわち約５×１０18ｃｍ-3
以下程度にすると向上するが、一方、キャリア濃度が下
がるためＰ層のオーミック電極の形成が困難になり、Ｌ
ＥＤとした時の順方向電圧のばらつきや増加を引き起こ
してしまう。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情を
考慮してなされたもので、ＰＮ接合を有するエピタキシ
ャルウエハにおいて、Ｐ層の中でＰＮ接合部分とオーミ
ック接触部分とで最適なキャリア濃度に違いがあること
を見いだし、光出力の向上と良好なオーミック電極の形
成を可能にする最適なＰ層の構造を提供すること、ま
た、このエピタキシャルウエハの有効な製造方法を提供
することを目的とする。
考慮してなされたもので、ＰＮ接合を有するエピタキシ
ャルウエハにおいて、Ｐ層の中でＰＮ接合部分とオーミ
ック接触部分とで最適なキャリア濃度に違いがあること
を見いだし、光出力の向上と良好なオーミック電極の形
成を可能にする最適なＰ層の構造を提供すること、ま
た、このエピタキシャルウエハの有効な製造方法を提供
することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】そこで本発明は、かかる
課題を解決すべく、鋭意検討の結果、Ｐ層を２つの層か
らなる構造とし、かつ、ＬＥＤの特性を決定する最も大
きな要因であるキャリア濃度を最適化することで、良好
なオーミック接触を安定に実現でき、かつ、従来よりも
ＬＥＤの光出力が２０〜３０％向上することを見出した
ものである。
課題を解決すべく、鋭意検討の結果、Ｐ層を２つの層か
らなる構造とし、かつ、ＬＥＤの特性を決定する最も大
きな要因であるキャリア濃度を最適化することで、良好
なオーミック接触を安定に実現でき、かつ、従来よりも
ＬＥＤの光出力が２０〜３０％向上することを見出した
ものである。
【００１１】図１に本発明のエピタキシャルウエハの構
成を示す。図１において、ＧａＰ基板１、組成変化層
２、一定組成層３、４は図２に示したものと同じであ
る。一般に、ＬＥＤ用としてＧａＰ基板上に成長したＧ
ａＡｓ1-x Ｐx （０．４５＜ｘ≦１．０）は発光層とな
るＮ型の層のキャリア濃度は０．１〜２×１０16ｃｍ-3
で、好ましくは０．１〜０．９×１０16ｃｍ-3で、一定
組成層４には発光センターとして窒素をドープしてい
る。
成を示す。図１において、ＧａＰ基板１、組成変化層
２、一定組成層３、４は図２に示したものと同じであ
る。一般に、ＬＥＤ用としてＧａＰ基板上に成長したＧ
ａＡｓ1-x Ｐx （０．４５＜ｘ≦１．０）は発光層とな
るＮ型の層のキャリア濃度は０．１〜２×１０16ｃｍ-3
で、好ましくは０．１〜０．９×１０16ｃｍ-3で、一定
組成層４には発光センターとして窒素をドープしてい
る。
【００１２】第１Ｐ層６は気相成長法で、第２Ｐ層７は
気相成長後の熱拡散で形成され、ＰＮ接合面側の第１Ｐ
層６のキャリア濃度は、０．５〜５×１０18ｃｍ-3、好
ましくは０．８〜３×１０18ｃｍ-3が最適である。ま
た、第１Ｐ層６および第２Ｐ層７には窒素をドープして
も、あるいは一部分または全くドープしなくとも効果は
同じである。
気相成長後の熱拡散で形成され、ＰＮ接合面側の第１Ｐ
層６のキャリア濃度は、０．５〜５×１０18ｃｍ-3、好
ましくは０．８〜３×１０18ｃｍ-3が最適である。ま
た、第１Ｐ層６および第２Ｐ層７には窒素をドープして
も、あるいは一部分または全くドープしなくとも効果は
同じである。
【００１３】オーミック接触用となるＰ層はキャリア濃
度が５×１０18ｃｍ-3以上、好ましくは８×１０18ｃｍ
-3以上となるように形成することで、ＬＥＤ用の最適な
構造とすることができる。また、第１Ｐ層６と第２Ｐ層
７の合計の厚さが５μｍ以下であると、通常の約２８０
μｍ角のＬＥＤ構造では電流の広がりが不十分なため適
さない。電流の広がりを十分とするためには、第１Ｐ層
６と第２Ｐ層７の合計の厚さは８μｍ以上、好ましくは
２０μｍ以上であることが要求される。気相成長法を用
いれば、拡散法よりも厚いＰ層を容易に形成することが
でき、２０μｍ以上の層厚を得ることができる。
度が５×１０18ｃｍ-3以上、好ましくは８×１０18ｃｍ
-3以上となるように形成することで、ＬＥＤ用の最適な
構造とすることができる。また、第１Ｐ層６と第２Ｐ層
７の合計の厚さが５μｍ以下であると、通常の約２８０
μｍ角のＬＥＤ構造では電流の広がりが不十分なため適
さない。電流の広がりを十分とするためには、第１Ｐ層
６と第２Ｐ層７の合計の厚さは８μｍ以上、好ましくは
２０μｍ以上であることが要求される。気相成長法を用
いれば、拡散法よりも厚いＰ層を容易に形成することが
でき、２０μｍ以上の層厚を得ることができる。
【００１４】このような２段階のキャリア濃度をもつＰ
層の構造は、拡散法のみでも実現できるが、低キャリア
濃度と深い拡散層厚を得ることは原理的に困難である。
特に８μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上の層厚を得る
ためには、あらかじめ低キャリアの第１Ｐ層６を気相成
長中に形成し、後に拡散により第１Ｐ層６の表面に高キ
ャリア濃度の第２Ｐ層７を形成することが好ましい。
層の構造は、拡散法のみでも実現できるが、低キャリア
濃度と深い拡散層厚を得ることは原理的に困難である。
特に８μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上の層厚を得る
ためには、あらかじめ低キャリアの第１Ｐ層６を気相成
長中に形成し、後に拡散により第１Ｐ層６の表面に高キ
ャリア濃度の第２Ｐ層７を形成することが好ましい。
【００１５】気相成長法は、有機金属気相法（ＭＯ−Ｃ
ＶＤ）、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）、ハロゲン
輸送法などでも有効であるが、ハロゲン輸送法の特にハ
イドライド法が量産性に富み、高純度の結晶を得られる
ことから好ましい。Ｐ型ドーパントとしては亜鉛、マグ
ネシウム等で、例えばジエチル亜鉛（（Ｃ2 Ｈ5 ）2Ｚ
ｎ）シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）
などの有機金属化合物として反応炉内に供給することが
好ましい。マグネシウムをドーパントとすれば高濃度の
キャリア濃度を得ることができ、気相成長だけで本発明
のキャリア濃度と層厚の構成を実現できる。
ＶＤ）、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）、ハロゲン
輸送法などでも有効であるが、ハロゲン輸送法の特にハ
イドライド法が量産性に富み、高純度の結晶を得られる
ことから好ましい。Ｐ型ドーパントとしては亜鉛、マグ
ネシウム等で、例えばジエチル亜鉛（（Ｃ2 Ｈ5 ）2Ｚ
ｎ）シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）
などの有機金属化合物として反応炉内に供給することが
好ましい。マグネシウムをドーパントとすれば高濃度の
キャリア濃度を得ることができ、気相成長だけで本発明
のキャリア濃度と層厚の構成を実現できる。
【００１６】
【作用】本発明は、ＰＮ接合を有するエピタキシャルウ
エハのＰ型層を２段階のキャリア濃度をもつ構造とし、
ＰＮ接合側のキャリア濃度を抑制することにより高い光
出力が得られ、Ｐ型層表面側のキャリア濃度を高くする
ことにより良好なオーミック接触が得られる。また、気
相成長法を用いてＰ型層を形成することにより、ＰＮ接
合を形成する際の拡散の熱ダメージを受けることがな
く、ＬＥＤを作製したとき十分な電流広がりを得ること
ができる十分に厚いＰ層厚を容易に得ることが可能とな
る。
エハのＰ型層を２段階のキャリア濃度をもつ構造とし、
ＰＮ接合側のキャリア濃度を抑制することにより高い光
出力が得られ、Ｐ型層表面側のキャリア濃度を高くする
ことにより良好なオーミック接触が得られる。また、気
相成長法を用いてＰ型層を形成することにより、ＰＮ接
合を形成する際の拡散の熱ダメージを受けることがな
く、ＬＥＤを作製したとき十分な電流広がりを得ること
ができる十分に厚いＰ層厚を容易に得ることが可能とな
る。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 〔実施例〕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
板は硫黄（Ｓ）が３〜１０×１０17原子個／ｃｍ3 添加
され、直径５０ｍｍの円形で、（１００）面から〔００
１〕方向に６°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
１５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 ）を毎分９６００ｃｃ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６３０±１
０ｎｍのＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキシャル膜の気相成長
を開始した。
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
板は硫黄（Ｓ）が３〜１０×１０17原子個／ｃｍ3 添加
され、直径５０ｍｍの円形で、（１００）面から〔００
１〕方向に６°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
１５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 ）を毎分９６００ｃｃ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６３０±１
０ｎｍのＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキシャル膜の気相成長
を開始した。
【００１８】最初、濃度５０ｐｐｍに水素ガスで希釈し
たｎ型不純物であるジエチルテルル（（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｔ
ｅ）を毎分２５ｃｃ導入し、周期律表第III 族元素成分
原料としてのＧａＣｌを毎分３６９ｃｃ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溜に毎分３６９ｃｃ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、
Ｈ2 で濃度１０％に希釈したりん化水素（ＰＨ3 ）を毎
分９１０ｃｃ導入しつつ、２０分間にわたり、第１層で
あるＧａＰ層をＧａＰ単結晶基板上に成長させた。
たｎ型不純物であるジエチルテルル（（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｔ
ｅ）を毎分２５ｃｃ導入し、周期律表第III 族元素成分
原料としてのＧａＣｌを毎分３６９ｃｃ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溜に毎分３６９ｃｃ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、
Ｈ2 で濃度１０％に希釈したりん化水素（ＰＨ3 ）を毎
分９１０ｃｃ導入しつつ、２０分間にわたり、第１層で
あるＧａＰ層をＧａＰ単結晶基板上に成長させた。
【００１９】次に、（Ｇ2 Ｈ5 ）2 Ｔｅ、ＨＣｌ、ＰＨ
3 の各ガスの導入量を変えることなく、Ｈ2 で濃度１０
％に希釈したひ化水素（ＡｓＨ3 ）の導入量を毎分０ｃ
ｃから毎分４３１ｃｃまで徐々に増加させ、同時にＧａ
Ｐ基板の温度を９３０℃から８７０℃まで徐々に降温さ
せ、９０分間にわたり第２のＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキ
シャル層を第１のＧａＰエピタキシャル層上に成長させ
た（組成変化層）。
3 の各ガスの導入量を変えることなく、Ｈ2 で濃度１０
％に希釈したひ化水素（ＡｓＨ3 ）の導入量を毎分０ｃ
ｃから毎分４３１ｃｃまで徐々に増加させ、同時にＧａ
Ｐ基板の温度を９３０℃から８７０℃まで徐々に降温さ
せ、９０分間にわたり第２のＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキ
シャル層を第１のＧａＰエピタキシャル層上に成長させ
た（組成変化層）。
【００２０】次の３０分間は、（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｔｅ、Ｈ
Ｃｌ、ＰＨ3 、ＡｓＨ3 の導入量を変えることなく、す
なわち、毎分それぞれ１５ｃｃ、３６９ｃｃ、９１０ｃ
ｃ、４３１ｃｃに保持しつつ、第３のＧａＡｓ1-x Ｐx
エピタキシャル層を第２のＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキシ
ャル層上に成長させた（一定組成層）。
Ｃｌ、ＰＨ3 、ＡｓＨ3 の導入量を変えることなく、す
なわち、毎分それぞれ１５ｃｃ、３６９ｃｃ、９１０ｃ
ｃ、４３１ｃｃに保持しつつ、第３のＧａＡｓ1-x Ｐx
エピタキシャル層を第２のＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキシ
ャル層上に成長させた（一定組成層）。
【００２１】次の１０分間は、（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｔｅの導
入量を毎分１ｃｃに減少させ、ＨＣｌ、ＰＨ3 、ＡｓＨ
3 の量を変えることなく導入しながら、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毎分２１
４ｃｃの高純度アンモニア・ガス（ＮＨ3 ）を添加し
て、第４のＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキシャル層を第３の
ＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキシャル層上に成長させた（一
定組成Ｎドープ層）。
入量を毎分１ｃｃに減少させ、ＨＣｌ、ＰＨ3 、ＡｓＨ
3 の量を変えることなく導入しながら、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毎分２１
４ｃｃの高純度アンモニア・ガス（ＮＨ3 ）を添加し
て、第４のＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキシャル層を第３の
ＧａＡｓ1-x Ｐx エピタキシャル層上に成長させた（一
定組成Ｎドープ層）。
【００２２】最終の４０分間は（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｔｅ、Ｈ
Ｃｌ、ＰＨ3 、ＡｓＨ3 、ＮＨ3 の量を変えることな
く、Ｐ型ドーパントガスを供給するために２５℃に一定
に保温された（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｚｎ入りのボンベにＨ2 ガ
スを毎分５０ｃｃ導入して（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｚｎ蒸気を含
ませて、そのＨ2 ガスを導入して第５のＰ型のＧａＡｓ
1-x Ｐx エピタキシャル層を第４のＧａＡｓ1-x Ｐx エ
ピタキシャル層上に成長させ、気相成長を終了した。
Ｃｌ、ＰＨ3 、ＡｓＨ3 、ＮＨ3 の量を変えることな
く、Ｐ型ドーパントガスを供給するために２５℃に一定
に保温された（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｚｎ入りのボンベにＨ2 ガ
スを毎分５０ｃｃ導入して（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｚｎ蒸気を含
ませて、そのＨ2 ガスを導入して第５のＰ型のＧａＡｓ
1-x Ｐx エピタキシャル層を第４のＧａＡｓ1-x Ｐx エ
ピタキシャル層上に成長させ、気相成長を終了した。
【００２３】第１、第２、第３、第４、第５のエピタキ
シャル層の膜厚はそれぞれ５μｍ、４０μｍ、１６μ
ｍ、８μｍ、２１μｍであった。
シャル層の膜厚はそれぞれ５μｍ、４０μｍ、１６μ
ｍ、８μｍ、２１μｍであった。
【００２４】次に、成長したエピタキシャルウエハの半
分をＺｎＡｓ2 を拡散源としてＰ型不純物であるＺｎと
何もコーティングしないで石英アンプル内に真空封入さ
せて、７６０℃の温度で表面から４μｍの深さまでＺｎ
を拡散させた。Ｐ層のキャリア濃度は、英国ポーラロン
社のセミコンダクタプロファイルプロッタ装置によって
測定した。残りの半分の拡散なしのエピタキシャルウエ
ハのＰ層のキャリア濃度は、２×１０18ｃｍ-3であっ
た。拡散したものは、表面側は１．２×１０19ｃｍ
-3で、ＰＮ接合側は２×１０18ｃｍ-3であった。第４層
は拡散したものと拡散しないものは同じでＮ型で、キャ
リア濃度は８×１０15ｃｍ-3であった。続いて、真空蒸
着による電極形成等を行って５００μｍ×５００μｍ×
１８０μｍ（厚さ）の角柱型発光ダイオードを形成し
て、輝度値は１０Ａ／ｃｍ2 エポキシコートなしで測定
した。拡散なしのチップは１００チップで順方向電圧が
２．３±０．５Ｖとばらつき、Ｐ層の電極接触部分の発
熱のために光出力が低下して平均は２４００Ｆｔ・Ｌで
尖頭波長は６３２±４ｎｍであった。それに対して、拡
散したものは１５チップで、順方向電圧１．８±０．１
Ｖで光出力は６１００Ｆｔ・Ｌ、尖頭波長は６３１±３
ｎｍであった。
分をＺｎＡｓ2 を拡散源としてＰ型不純物であるＺｎと
何もコーティングしないで石英アンプル内に真空封入さ
せて、７６０℃の温度で表面から４μｍの深さまでＺｎ
を拡散させた。Ｐ層のキャリア濃度は、英国ポーラロン
社のセミコンダクタプロファイルプロッタ装置によって
測定した。残りの半分の拡散なしのエピタキシャルウエ
ハのＰ層のキャリア濃度は、２×１０18ｃｍ-3であっ
た。拡散したものは、表面側は１．２×１０19ｃｍ
-3で、ＰＮ接合側は２×１０18ｃｍ-3であった。第４層
は拡散したものと拡散しないものは同じでＮ型で、キャ
リア濃度は８×１０15ｃｍ-3であった。続いて、真空蒸
着による電極形成等を行って５００μｍ×５００μｍ×
１８０μｍ（厚さ）の角柱型発光ダイオードを形成し
て、輝度値は１０Ａ／ｃｍ2 エポキシコートなしで測定
した。拡散なしのチップは１００チップで順方向電圧が
２．３±０．５Ｖとばらつき、Ｐ層の電極接触部分の発
熱のために光出力が低下して平均は２４００Ｆｔ・Ｌで
尖頭波長は６３２±４ｎｍであった。それに対して、拡
散したものは１５チップで、順方向電圧１．８±０．１
Ｖで光出力は６１００Ｆｔ・Ｌ、尖頭波長は６３１±３
ｎｍであった。
【００２５】〔比較例〕上記第４の層を５０分間成長
し、第５層を成長しない以外の条件はすべて実施例に同
じで、気相成長を終了した。エピタキシャル膜の第１、
第２、第３、第４のエピタキシャル層の膜厚はそれぞれ
５μｍ、３９μｍ、１５μｍ、２７μｍであった。
し、第５層を成長しない以外の条件はすべて実施例に同
じで、気相成長を終了した。エピタキシャル膜の第１、
第２、第３、第４のエピタキシャル層の膜厚はそれぞれ
５μｍ、３９μｍ、１５μｍ、２７μｍであった。
【００２６】第４層のキャリア濃度は表面にショトッキ
ーバリアダイオードを作製してＣ−Ｖ法で測定したとこ
ろ７×１０16ｃｍ-3であった。次に、ＺｎＡｓ2 を拡散
源としてＰ型不純物であるＺｎと何もコーティングしな
いエピタキシャルウエハを石英アンプル内に封入し、７
６０℃の温度で拡散させて表面から４μｍの深さまでＰ
Ｎ接合を形成した。Ｐ層のキャリア濃度は、英国ポーラ
ロン社のセミコンダクタプロファイルプロッタ装置によ
って測定した。拡散したものは、表面側は１．５×１０
19ｃｍ-3であった。第４の層は、Ｎ型でキャリア濃度は
８×１０15ｃｍ-3であった。続いて、真空蒸着による電
極形成等を行って５００μｍ×５００μｍ×１８０μｍ
（厚さ）の角柱型発光ダイオードを形成して、輝度値は
１０Ａ／ｃｍ2 エポキシコートなしで測定した。１５チ
ップで順方向電圧１．８±０．１Ｖで光出力は３４００
Ｆｔ・Ｌ、尖頭波長は６３１±３ｎｍであった。
ーバリアダイオードを作製してＣ−Ｖ法で測定したとこ
ろ７×１０16ｃｍ-3であった。次に、ＺｎＡｓ2 を拡散
源としてＰ型不純物であるＺｎと何もコーティングしな
いエピタキシャルウエハを石英アンプル内に封入し、７
６０℃の温度で拡散させて表面から４μｍの深さまでＰ
Ｎ接合を形成した。Ｐ層のキャリア濃度は、英国ポーラ
ロン社のセミコンダクタプロファイルプロッタ装置によ
って測定した。拡散したものは、表面側は１．５×１０
19ｃｍ-3であった。第４の層は、Ｎ型でキャリア濃度は
８×１０15ｃｍ-3であった。続いて、真空蒸着による電
極形成等を行って５００μｍ×５００μｍ×１８０μｍ
（厚さ）の角柱型発光ダイオードを形成して、輝度値は
１０Ａ／ｃｍ2 エポキシコートなしで測定した。１５チ
ップで順方向電圧１．８±０．１Ｖで光出力は３４００
Ｆｔ・Ｌ、尖頭波長は６３１±３ｎｍであった。
【００２７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、表示用の
素子として、ＬＥＤの光出力が高いエピタキシャルウエ
ハを安定に提供できる。ＬＥＤは屋外に用いられるた
め、光出力の向上は重要な要求となっているが、光出力
に最も重要なＰＮ接合部分のキャリア濃度を抑制できる
ので、高い光出力を得ることができる。しかも気相成長
法を用いればＰＮ接合部分のＰ層のキャリア濃度を安定
に制御でき、ＬＥＤを作製したとき十分な電流広がりを
得ることができる十分に厚いＰ層を容易に得ることがで
きる。さらに、気相成長ではＰＮ接合を形成する際の拡
散の熱ダメージを受けることがなく、より高品質のＰＮ
を接合を得ることができ、高い光出力を得ることができ
る。さらに、拡散によりＰ層表面側を高キャリア濃度と
することにより、良好なオーミック接触を実現すること
が可能となる。なお、本実施例では気相成長のＰ型ドー
パントを亜鉛としたが、マグネシウムを用いて気相成長
したものに、亜鉛等で熱拡散しても同じ効果が得られ
る。
素子として、ＬＥＤの光出力が高いエピタキシャルウエ
ハを安定に提供できる。ＬＥＤは屋外に用いられるた
め、光出力の向上は重要な要求となっているが、光出力
に最も重要なＰＮ接合部分のキャリア濃度を抑制できる
ので、高い光出力を得ることができる。しかも気相成長
法を用いればＰＮ接合部分のＰ層のキャリア濃度を安定
に制御でき、ＬＥＤを作製したとき十分な電流広がりを
得ることができる十分に厚いＰ層を容易に得ることがで
きる。さらに、気相成長ではＰＮ接合を形成する際の拡
散の熱ダメージを受けることがなく、より高品質のＰＮ
を接合を得ることができ、高い光出力を得ることができ
る。さらに、拡散によりＰ層表面側を高キャリア濃度と
することにより、良好なオーミック接触を実現すること
が可能となる。なお、本実施例では気相成長のＰ型ドー
パントを亜鉛としたが、マグネシウムを用いて気相成長
したものに、亜鉛等で熱拡散しても同じ効果が得られ
る。
【図１】 本発明のエピタキシャルウエハの構成を示す
図である。
図である。
【図２】 従来のエピタキシャルウエハの構成を示す図
である。
である。
１…ＧａＰ基板、２…組成変化ＧａＡｓＰ層、３…一定
組成ＧａＡｓＰ層、４…一定組成ＮドープＧａＡｓＰ
層、６…第１Ｐ層、７…第２Ｐ層。
組成ＧａＡｓＰ層、４…一定組成ＮドープＧａＡｓＰ
層、６…第１Ｐ層、７…第２Ｐ層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−268256（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−13811（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−326792（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−175548（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−142764（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−69541（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−342935（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−3275（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50
Claims (11)
- 【請求項１】 ＰＮ接合を有するエピタキシャルウエハ
において、エピタキシャル層がＧａＡｓＰまたはＧａＰ
であり、Ｐ型層は第１Ｐ型層と第２Ｐ型層とからなり、
Ｐ型層のキャリア濃度は、 第１Ｐ型層：０．５〜５×１０ 18 ｃｍ -3 、 第２Ｐ型層：５×１０ 18 ｃｍ -3 以上 であり、第１Ｐ型層と第２Ｐ型層とは隣接し、かつ第１
Ｐ型層はＰＮ接合に、第２Ｐ型層はエピタキシャル層表
面に接している ことを特徴とするエピタキシャルウエ
ハ。 - 【請求項２】 ＰＮ接合を有するエピタキシャルウエハ
において、エピタキシャル層はＧａＡｓＰまたはＧａＰ
であり、Ｐ型層は第１Ｐ型層と第２Ｐ型層とからなり、
Ｐ型層のキャリア濃度は、 第１Ｐ型層：０．８〜３×１０18ｃｍ-3 第２Ｐ型層：８×１０18ｃｍ-3以上 であり、第１Ｐ型層と第２Ｐ型層とは隣接し、かつ第１
Ｐ型層はＰＮ接合に、第２Ｐ型層はエピタキシャル層表
面に接していることを特徴とするエピタキシャルウエ
ハ。 - 【請求項３】 請求項１または２記載のエピタキシャル
ウエハにおいて、エピタキシャル層は、ＧａＡｓ1-x Ｐ
x （０．４５＜ｘ＜１）であり、基板はＧａＰであるこ
とを特徴とするエピタキシャルウエハ。 - 【請求項４】 請求項１、２または３記載のエピタキシ
ャルウエハにおいて、少なくともＰＮ接合面を構成する
Ｎ層側に、またはＮ層とＰ層の両側に窒素がドープされ
ていることを特徴とするエピタキシャルウエハ。 - 【請求項５】 請求項１〜４のうち何れか１項記載のエ
ピタキシャルウエハにおいて、第１Ｐ型層と第２Ｐ型層
の合計の厚さは８μｍ以上であることを特徴とするエピ
タキシャルウエハ。 - 【請求項６】 請求項１〜４のうち何れか１項記載のエ
ピタキシャルウエハにおいて、第１Ｐ型層と第２Ｐ型層
の合計の厚さは２０μｍ以上であることを特徴とするエ
ピタキシャルウエハ。 - 【請求項７】 請求項１〜６のうち何れか１項記載のエ
ピタキシャルウエハにおいて、Ｐ型ドーパントが、亜鉛
またはマグネシウム、またはその両方であることを特徴
とするエピタキシャルウエハ。 - 【請求項８】 請求項１〜７のうち何れか１項記載のエ
ピタキシャルウエハの製造方法において、第１Ｐ型層を
気相成長法で成長させた後、熱拡散法により第１Ｐ型層
に第１Ｐ型層より高いキャリア濃度の第２Ｐ型層を形成
する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９】 請求項８記載の製造方法において、成長
法はハロゲン輸送法又はハイドライド法であることを特
徴とするエピタキシャルウエハの製造方法。 - 【請求項１０】 請求項８記載の製造方法において、成
長法はハイドライド法である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１１】 請求項８、９または１０記載の製造方
法において、気相成長に用いるＰ型ドーパントガスは亜
鉛もしくはマグネシウムの有機金属化合物であることを
特徴とするエピタキシャルウエハの製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13962395A JP3143040B2 (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | エピタキシャルウエハおよびその製造方法 |
| US08/657,360 US5856208A (en) | 1995-06-06 | 1996-06-03 | Epitaxial wafer and its fabrication method |
| KR1019960020001A KR100433039B1 (ko) | 1995-06-06 | 1996-06-05 | 에피택셜웨이퍼및그제조방법 |
| DE19622704A DE19622704A1 (de) | 1995-06-06 | 1996-06-05 | Epitaxialwafer und Verfahren zu seiner Herstellung |
| TW085106760A TW395064B (en) | 1995-06-06 | 1996-06-06 | Epitaxial wafer and its fabrication method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13962395A JP3143040B2 (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | エピタキシャルウエハおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08335715A JPH08335715A (ja) | 1996-12-17 |
| JP3143040B2 true JP3143040B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=15249599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13962395A Expired - Lifetime JP3143040B2 (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | エピタキシャルウエハおよびその製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5856208A (ja) |
| JP (1) | JP3143040B2 (ja) |
| KR (1) | KR100433039B1 (ja) |
| DE (1) | DE19622704A1 (ja) |
| TW (1) | TW395064B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010206220A (ja) * | 2010-06-09 | 2010-09-16 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | エピタキシャルウェーハ |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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