JPH03163884A - エピタキシャルウェハ及びその製造方法 - Google Patents

エピタキシャルウェハ及びその製造方法

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JPH03163884A
JPH03163884A JP1303677A JP30367789A JPH03163884A JP H03163884 A JPH03163884 A JP H03163884A JP 1303677 A JP1303677 A JP 1303677A JP 30367789 A JP30367789 A JP 30367789A JP H03163884 A JPH03163884 A JP H03163884A
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忠重 佐藤
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Mitsubishi Kasei Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＧａＡｓ又はＧａＰ単結晶基板上にＧａＡｓ＋
−ｘＰ’＋単結晶層を成長させたエピタキシャルウェハ
において、単結晶基板とＧ　ａ　Ａ　ｓ　ｌ−ｘＰ．，
層の間に組成をｘ＝０から徐々に変化させた後一定のＸ
をもつＧ’ａ　Ａ　ｓ　ｌ−ｘ　Ｐ．層を成長させたエ
ピタキシャルウェハとその製法に関する。
〔従来の技術〕
ＧａＰ単結晶基板上にＧａＡｓ＋−ｘＰｘ単結晶膜をエ
ピタキシャル成長させたウエハは、後にＺｎを拡散して
ＰＮ接合を形成し、発光ダイオードとして広く用いられ
ている。ＧａＡｓ，−、Ｐ．層には、通常アイソエレク
トリックトラップとして窒素（Ｎ）をドーピングして発
光効率を上げている。発光ダイオードの発光波長は組成
Ｘによって決定され、黄色発光用はｘ＝０．９、橙色発
光用はｘ＝０．７５、赤色用はｘ＝０、６５を用いる。
発光ダイオードとして用いる時、このＧａＡｓ１−ｘＰ
ｘの結晶は良質のものでなければ非発光センターを発生
させ、高輝度の発光ダイオードは得られない。例えば第
８図のようにＧａＰ基板１２上に一定の組成ｘ＝０．７
５を持つ組成一定層ｌ１を直接エピタキシャル成長させ
ると、格子定数が違うため、格子緩和が不完全となり、
界面ｌ３からミスフィット転位が組成一定層１１内に伝
播し、組成一定層１１の結晶性は著しく悪化する。
これを回避するために、通常は第９図のようにＧａＰ基
板２３と組成一定層２１の間に組成Ｘを徐々に変化させ
た組成変化層２２を形成してＧａＰ基板２３と組成一定
層２２との格子不整合を緩和させる手法がとられている
。これによって、一定の組成を持つＧａＡｓ＋−ｘＰｘ
組成一定層２１には、ＧａＰ基板２３とエビタキシャル
層の界面２５に生じるミスフィット転位を抑制でき、良
質の結晶性を得ることができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、これまでは第９図の構造のものにおいては、
組成変化層２２における組成変化率は成長方向に対して
、■μｍ当たり０．０２以下とすることが一般的であっ
た。急激な組成変化は組成変化層２２の後に形成する組
成一定層２１の結晶性を低下するばかりでなく、組成一
定層２１の表面にヒルロックなどの表面結晶欠陥を生ず
ることが知られている。
しかし、組成変化層２２を介して組成一定層２１を形成
しても組成一定層２１とＧａＰ基板２３との間に格子不
整合は存在し、組成変化層２２による格子不整合の緩和
が不完全なものとなることは避けられないことであった
。組成変化層２２の作或の手法で組成一定層２１の結晶
性は著しく変化し、結果としてこれを用いて作成した発
光ダイオードの輝度（光出力）は大きく変動し、組成変
化層２２の組成変化率を小さくすると組成変化層２２の
層厚の増加が避けられず、原料コストが高くなったり、
また単純には組成一定層２１の結晶性の向上は見られな
かった。
本発明は上記課題を解決するためのもので、ＧａＡｓ＋
−ｘＰｘエピタキシャルウエハの成長において、単結晶
基板と組成一定層Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　＋　−ｘ　Ｐ　ｘと
の間に組戒変化層を形成し、該組成変化層に少なくとも
１つの組成一定層と、少なくとも２つ以上の組成変化層
とを形成することにより高輝度の発光ダイオードを得る
ことができるエピタキシャルウェハ及びその製造方法を
提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、第１図に示すようにＧａＡｓまたはＧａＰ単
結晶基板１上に所定の組成Ｘをもつ良質のＧ　ａ　Ａ　
Ｓ　１−ｘ　Ｐう組成一定層３を成長するため、単結晶
基板１と組成一定層３の間に形成される組成変化層２を
、組成変化層部分２ａ，２ｃ，２ｅと組成一定層部分２
ｂ，２ｄとから形成したもので、組成一定層部分は少な
くとも１層形成してその層厚を１μｍ以上とし、また組
成変化層部分は少なくとも２層以上形成し、そのうちの
少なくとも１層は１μｍ当たりの組成変化率Δｘが、約
０．０２≦Δｘ≦約０．０８ となるように階段状に組成を変化させるようにしたもの
である。
〔作用〕
本発明は、ＧａＡｓまたはＧａＰ単結晶基板上に所定の
組成ｘをもつ良質のＧａＡｓ，−．Ｐ．組成一定層を威
長ずるため、単結晶基板と前記組成一定層の間に形成さ
れる組成変化層を２回以上に分けて組成変化を行い、さ
らにこの組成変化層部分の間に少なくとも所定の厚さを
持った組成一定層部分を１層以上形成させることで、Ｇ
ａＰ基板との格子不整合によって生じた転位を組成変化
層部分で固着させ、かつ組成変化部分の間の組成一定部
分で転位の回復を図ることにより転位を少なくし、所定
の組成Ｘをもつ組成一定な良質の結晶性を得ることが可
能となる。
〔実施例〕
以下、実施例を説明する。
〔実施例１〕 本発明に従い（尖頭発光波長約６１００ｍ±２　ｎｍ）
橙色発光ダイオード用リン化ひ素ガリウムエピタキシャ
ル膜ＧａＡｓ＋−ｘＰ’＋　　（ｘ″−．０．７５）を
ＧａＰ単結晶基板上に以下の如く形成した。
まず、ｎ型不純物として硫黄（Ｓ）が５×１０１７原子
個／　ｃｎｆ添加され、結晶学的面方位が〈１００〉面
より０　１　０＞方向に約６゜偏位した面を有するＧａ
Ｐ単結晶基板を用意した。ＧａＰ単結晶基板は、初め約
３７０μｍの厚さであったが有機溶媒による脱脂工程に
引き続いた機械一化学的研磨（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−
Ｃｈｅｍｉｃａｌｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理により、３
００μｍの厚さとなった。
次に内径７０ｍｍ，長さ１００ｃｍの水平型石英エビタ
キシャル・リアクター内の所定の場所にそれぞれ前記研
磨済みＧａＰ単結晶基板並びに高純度Ｇａ入り石英ボー
トをセットした。
エビタキシャル・リアクター内に窒素〈Ｎ２）を導入し
て空気を充分に置換除去し、次にキャリャーガスとして
水素ガス（Ｈ２）を３０００ｍｆ／分導入し、Ｎ２の流
れを止め昇温工程に入った。
前記Ｇａ入り石英ポートセット領域並びにＧａＰ単結晶
基板セット領域の温度がそれぞれ８３０℃並びに９３０
℃に保持されていることを確認後橙色発光ダイオード用
エビタキシャル膜ＧａＡｓ＋−ｘｐｘの気相成長を開始
した。
気相成長開始時より濃度１０ｐｐｍに水素ガスで希釈し
たｎ型不純物である硫化水素（Ｈ２　Ｓ）を６．　　３
ｍｆ／分導入し、一方■族或分として高純度塩化水素ガ
ス（ＨＣｊ！＞を６３一導入し、Ｇａと反応させること
によりほぼ１００％ＧａＣ１に変換生或させ、他方Ｈ２
で希釈された濃度１０％のＰＨａを２９１−／分導入し
、初めの１０分間は、成長温度（基板温度に相当）を９
３０℃に保持しつつ、ＧａＰ単結晶基板上に第１のＧａ
Ｐエピタヰシャル層を形成した。
第２の組戒変化層は以下の通りに形成した。
次の５分間は、成長温度を徐々に９３０℃から９１８℃
まで下げ、同時にＡ　ｓ　Ｈ　ｓをＯｒｎＩｌ／分から
２４．３ｒｄ／分に変化させた。このとき形成した層を
第２−１層とする。
次の２０分間は成長温度を９１８℃一定、ＡｓＨ３の流
量を２４、３−／分一定とした。この時形成した層を第
２−２層とする。
次の５分間は成長温度を徐々に９１８℃から９０５℃ま
で下げ、同時にＡ　ｓ　Ｈ　ｓの流量を２４．３ｗｄｌ
／分から４８．５ｍＮ／分変化させた。この時形成した
層を第２−３層とする。
次の２０分間は成長温度を９０５℃一定、ＡｓＨ，の流
量を４８．５ｒｎｌ／分一定とした。この時形成した層
を第２−４層とする。
次の５分間は成長温度を徐々に９０５℃から８９３℃ま
で下げ、同時にＡ　ｓ　Ｈ　ａの流量を４８。
５ｍｌ！／分から７２．８−／分に変化させた。この時
形成した層を第２−５層とする。
次の２０分間は成長温度を８９３℃一定、ＡｓＨ３の流
量を７２．８ｔｒｆ／分一定とした。この時形成した層
を第２−６層とする。
次の５分間は成長温度を８９３℃から８８０℃まで下げ
、同時にＡＳＨ３の流量を７２．８ｍｆ／分から９７ｍ
ｊ！／分に変化させた。この時形成した層を第２−７層
とする。
このようにして第２−Ｌ　　２−２、２−３、２一４、
２−５、２−６、２−７層からなる第２の層を形成した
。
次の３０分間は各ガスの流量を変えることなく、すなわ
ちＨ２、Ｈ２Ｓ，ＨＣｊ２ＳＰＨ３並びにＡｓ　Ｈ　３
をそれぞれ３０００ｒｄ／分、６．　　３ｍ！！／分、
６３−／分、２９１ｍｌ２／分並びに９７−／分導入し
て第３のＧａΔ８１−＞ＩＰＸエビタヰシャル層を成長
させた。
次ノ最終の６０分間は、第３のエビタキシャル層形成条
件に加え、新たに高純度ＮＨ．ガスを３０５ｒｎｐ．／
分導入し、窒素（Ｎ）をアイソ・エレクトロニックトラ
ップとしてドープした第４　Ｇ　ａ　ＡＳ　Ｉ　−ｗ　
Ｐ　Ｘエビタキシャル層を形成し、エビタキシャル多層
膜の全形成工程を終了した。
取出し後のエビタキシャル・ウエハの表面状態は極めて
良好で突起物その他の表面欠陥は見られなかった。
以上の如くして得られたエビタキシャル多層膜に対し各
種物性測定並びに解析を実施した結果、表１の結果を得
た。
表１において、第２層の中の第２−１、２−３、 ｌ１ ２−５、２−７層は組成変化率は０．０５４、０．０４
７、０．０３８、０．０３２（組成／μｍ）であり、第
２−２、２−４、２−６層の層厚は５．２、５．８、６
．３μｍであった。このときの組成の断面構造は第２図
に示すようなものである。
図において横軸は基板とエビタキシャル層界面からの距
離、縦軸は組成Ｘを表して５）る。なお、組ｅｘはＸ線
マイクロアナライザによって特性Ｘ線を測定し、ＺＡＦ
補正法によって求めたものである。
次に本実施例により得られたエビタキシャル膜を有する
エビタキシャル・ウエハを用い、橙色発光ダイオードを
作成し、輝度値（光出力）を実測した。
即ち、該エビタキシャル・ウエハを、Ｐ型不純物として
ＺｎＡｓ２２５ｍｇと共に高純度石英アンプル中に真空
封入し、温度７２０℃で不純物熱拡散を行って得られた
Ｐ−ｎ接合深さは、表面より４．４μｍであった。
以上の如くして得られたエビタキシャル・ウ工１２ ハを、裏面（基板）研磨工程、電極形成工程、ワイヤー
・ボンディング工程等一連のデバイス製作ラインに投入
し、橙色発光ダイオード・チップを作威した。
次に該発光ダイオード・チップ（チップ寸法及びＰ　／
　ｎ接合寸法は、共に５００μｍＸ５００μｍ角）に対
し直流電流密度２ＯＡ／ｃｎｌの電流を通電し、該チッ
プにエポキシ樹脂コート無しの条件下で輝度値（光出力
）を測定した。その結果、尖頭発波長６１０ｎｍ±２ｎ
ｍ，輝度値が４１４０〜４３２０Ｆｔ−Ｌ平均４２６０
Ｆｔ−Ｌであった。
〔実施例２〕 第２−５層、第２−７層の成長時間を１５分とした以外
は〔実施例１］と全く同様にしてエピタキシャルウェハ
を作或し、同様の方法で物性測定及び解析を実施したと
ころ表２の結果が得られた。
表２ （実施例２のデータ） このときの組成の断面構造は第３図に示すようなもので
ある。
次に、〔実施例１〕と全く同様にしてダイオードチップ
を作或して同一条件で測定したところ、尖頭発光波長６
１０ｎｍ±２ｎｍ、輝度値が３９４０〜４４２０Ｆｔ−
Ｌ，平均４１９０Ｆｔ−Ｌであった。
〔比較例１〕 本発明に従い（尖頭発光波長約６１０ｎｍ±２ｎｍ）橙
色発光ダイオード用リン化ひ化ガリウムエピタキシャル
膜ＧａＡｓ１−，Ｐ．（ｘ！＝＝０．７５〉を、ＧａＰ
単結晶基板上に辺下の如くして形成した。
まず、ｎ型不純物として硫黄（Ｓ）が５×１０１７原子
個／ｃＩＩ１添加され、結晶学的面方位が＜１００〉面
より＜１　１　０＞方向に約６゜偏位した面を有するＧ
ａＰ単結晶基板を用意した。ＧａＰ単結晶基板は、初め
約３７０μｍの厚さであったが有機溶媒による脱脂工程
に引き続いた機械一化学的研磨処理により、３００μｍ
の厚さとなった。
次に内径７０ｍｍ，長さ１００ｃｍの水平型石英エビタ
キシャル・リアクター内の所定の場所にそれぞれ前記研
磨済みＧａＰ単結晶基板並びに高純度Ｇａ入り石英ボー
トをセットした。
エビタキシャル・リアクター内に窒素（Ｎ２）を導入し
て空気を充分に置換除去し、次にキャリャーガスとして
水素ガス（Ｈ２）を３０００−／分導入し、Ｎ２の流れ
を止め昇温工程に入った。
前記Ｇａ入り石英ポートセット領域並びにＧａ１５ Ｐ単結晶基板セット領域の温度がそれぞれ８３０℃並び
に９３０℃に保持されていることを確認後、橙色発光ダ
イオード用エビタキシャル膜ＧａＡｓｐＭの気相成長を
開始した。
気相成長開始時より濃度１０ｐｐｍに水素ガスで希釈し
たｎ型不純物である硫化水素（Ｈ２Ｓ）を６．３ｄ／分
導入し、一方■族或分として高純度塩化水素ガス（Ｈ．
Ｃ　．１！　）を６３−／分導入し、Ｇａと反応させる
ことによりほぼ１００％ＧａＣｌに変換生威させ、他方
Ｈ２で希釈された濃度ｌＯ％のＰＨ．を２９１ｍｅ／分
導入し、初めの１０分間は、成長温度（基板温度に相当
）を９３０℃に保持しつつ、ＧａＰ単結晶基板上に第１
のＧａＰエピタキシャル層を形成した。
次の１００分間で成長温度を徐々に８８０℃まで下げ、
同時にＡ　ｓ　Ｈ　３をＯｄ／分から９７ｍｉ！／分に
変化させて第２のエビタキシャル層を形成した。
次の３０分間は、各ガスの流量を変えることなく、即ち
Ｈ２、Ｈ２ＳＳＨＣＣ　ＰＨ３並びにＡ１６ ｓＨ３をそれぞれ３０００ａｌｌ！／分、６．３７／分
、６３−／分、２９１ｍｆｆ／分並びに９７−／分導入
して第３のＧａＡｓ，−．Ｐエエピタヰシャル層を成長
させた。
次の最終の６０分間は、第３のエビタキシャル層形成条
件に加え、新たに高純度ＮＨ．ガスを３０５−／分導入
し、窒素（Ｎ）をアイソ・エレクトロニックトラップと
してドープした第４のＧａＡ　Ｓ　＋　−ｗ　Ｐ　）Ｉ
エビタキシャル層を形成し、エビタキシャル多層膜の全
形成工程を終了した。
取出し後のエビタキシャル・ウエハの表面状態は極めて
良好で突起物その他の表面欠陥は見られなかった。
以上の如くして得られたエビタキシャル多層膜に対し各
種物性測定並びに解析を実施した結果、表３の結果を得
た。
（以下余白〉 表３ （比較例１のデータ） 表３において、第２層の組成＊■、＊■、＊■は、それ
ぞれＧａＰ基板とエビ層界面から９μｍ１１５μｍ１２
０μｍの３点において測定したものである。表３から分
かるように、第２層における組成変化率は０．０２ＪＪ
．下であり、また層厚は２２．４μｍであった。このと
きの組成の断面構造を第４図に示す。
次に比較例ｌにより得られたエビタキシャル膜を有した
エビタキシャル・ウェハーを用い、橙色発光ダイオード
を作或し、輝度値（光出力）を実測した。
即ち、該エビタキシャル・ウエハを、Ｐ型不純物として
ＺＴＩＡ８２　２５■と共に高純度石英アンプル中に真
空封入し、温度７２０℃で不純物熱拡散を行い得られた
Ｐ−ｎ接合深さは、表面より４．５μｍであった。
以上の如くして得られたエビタキシャル・ウエハを、裏
面（基板）研磨工程、電極形成工程、ワイヤー・ボンデ
ィング工程等一連のデバイス製作ラインに投入し、橙色
発光ダイオード・チップを作或し、次に該発光ダイオー
ド・チップ（チップ寸法及びＰ　／　ｎ接合寸法は、共
に５００μｒｌｘ５００μｍ角）に対し直流電流密度２
０Ａ／ｃｌの電流を通電し、該チップにエポキシ樹脂コ
ート無しの条件下で輝度値（光出力〉を測定した。その
結果、尖頭発波長６１０ｎｍ±２ｎｍ，輝度値が３３３
０〜３５２ＱＦｔ−Ｌ平均３４１ＱＦｔ−Ｌであった。
〔実施例３〕 単結晶基板として、直径５０ｍｍの円形で、厚さ１９ が３５０μｍのＧａＡｓ単結晶基板を用いた。この基板
の表面は、鏡面に研磨されており、その面方位は、（０
０１＞面から０　　１　　０＞方向へ２，０゜傾いた面
であった。このＧａＡｓ単結晶基板は、シリコンがドー
プされており、ｎ型キャリア濃度が７．　　Ｏ　Ｘ　Ｉ
　Ｑ　”ｃｍ−３であった。
上記単結晶基板を、内径７０ｍｍ、長さｌ０００ｍｍの
石英製水平型エビタキシャルリアクター内に設置した。
続いて、金属ガリウムを収容した石英製ボートを上記り
了クター内に設置した。
リアクターにアルゴンを流して、空気を置換した後、ア
ルゴンの供給を停止して、高純度の水素ガスを２８００
ｒｄ／分の流量で上記リアクターに流しながら昇温した
。
上記ガリウム入り石英ボート設置部の温度が８３０℃、
また、基板設置部の温度が７５０℃に達した後、その温
度を保ちながら、塩化水素ガスを９０ｍｌ！／分の流量
で２分間、上記ガリウム入り石英ボートよりも下流で２
分間、上記ガリウム入り石英ボートよりも下流側から、
リアクターに供給２０ してＧａＡｓ単結晶基板の表面をエッチングした。
上記塩化水素ガスの供給を停止した後、ジェチルテルル
を１０体積ｐｐｍ含有する水素ガスを１０一／分の流量
でリアクターに供給した。
続いて、塩化水素ガスを、２０、２−／分の流量で、リ
アクター内の上記ガリウム入り石英ボート内のガリウム
の表面に触れるようにリアクター内に吹き出させた。続
いて、アルシン（ＡＳＨ３）及び、ホスフィン（ＰＨ．
）を、以下の通り供給して第１層である混晶率変化層を
形成した。
ＰＨ３、ＡｓＨ！ｌともＨ２で希釈された濃度１０％の
ガスを用いた。初めにＡ　ｓ　Ｈ　ｓを３７６一／分の
流量でリアクターに供給し、９分間に徐々に３５３−／
分の流量まで減少させた。同時にＰＨ３を０−／分から
２２．４−／分の流量まで増加させて、第１−１層を形
成した。
次の２０分間はＡｓＨ，、ＰＨ３の流量をそれぞれ３４
５ｍｆ／分、６７．２ｒｎＩ！／分一定として第１−２
層を形成した。
次の９分間はＡｓＨ３の流量を３４５ｒｄ／分から３２
９ｍｊ２／分に徐々に変化させｔこ。同時にＰＨ，の流
量を２２．４ｍｅ／分から４４．８−／分に徐々に変化
させて第１−３層を形成した。
次の２０分間はＡＳＨ３　、ＰＨ．＋の流量をそれぞれ
３２９ｒｄ／分、４４．８ｍｅ／分一定として第１−４
層を形戒した。
次の９分間はＡＳＨ３の流量を３２９−／分から３０６
ｄ／分に徐々に変化させた。同時にＰＨ３の流量を４４
．８ｍｌ／分から８９．６ｍｌ．／分に変化させて、第
１−５層を形成した。
このように第１−１、１−２、１−３、１−４、１−５
層から或る第１層を混晶率変化層として形成をした。
混晶率変化層の形成を開始した時点から、６０分経過後
、アルシンを含有する水素ガスの流量を２８２ｄ／分、
ホスフィンを含有する水素ガスの流量を８９．６−／分
、及びジエチルテルルを含有する水素ガスの流量を１１
．２ｍｆ／分に保って、６０分間混晶率一定層を形成し
た。続いて、リアクターの温度を降下させて、エビタキ
シャル・ウエハの製造を終了した。
以上の如くして得られたエビタキシャル多層膜に対して
各種物性測定並びに解析を実施した結果、表４が得られ
た。
このときの組成の断面構造は第５図に示す通りである。
次に本実施例により得られたエビタキシャル膜を有した
エビタキシャル・ウェハーを用い、赤色発光ダイオード
を作威し、輝度値（光出力）を実測した。
即ち、該エビタキシャル・ウェハーを、Ｐ型不純物とし
てＺｎＡｓ２２５ｍｇと共に高純度石英ア２３ ンプル中に真空封入し、温度７２０℃で不純物熱拡散を
行って得られたＰ−ｎ接合深さは、表面より３．８μｍ
であった。
以上の如くして得られたエビタキシャル・ウエハーを、
裏面（基板）研磨工程、電極形成工程、ワイヤー・ボン
ディング工程等一連のデバイス製作ラインに投入し、赤
色発光ダイオード・チップを作或した。
次に該発光ダイオード・チップ（チップ寸法及びＰ／ｎ
接合寸法は、共に５００μｍＸ５００μｍ角）に対し直
流電流密度２ＯＡ／ｃｕｔの電流を通電し、該チップに
エポキシ樹脂コート無しの条件下で輝度値（光出力）を
測定した。その結果、尖頭発波長６６０ｎｍ±２ｎｍ，
輝度値が１３９０Ｆｔ−Ｌ−１５２０Ｆｔ−Ｌ，平均１
４８０Ｆｔ・Ｌであった。
〔実施例４〕 第１−５層の成長時間を２０分間とした以外は〔実施例
３〕と全く同様にしてエピタキシャルウェハを作或し、
同様の方法で物性測定及び解析を２４ 実施したところ表５が得られた。
表５（実施例４のデータ） このときの組成の断面構造は第６図に示す通りである。
次に、〔実施例３〕と全く同様にしてダイオードチップ
を作或して同一条件で測定したところ、尖頭発波長６６
０ｎｍ±２ｎｍ，輝度値が１４１０Ｆｔ−Ｌ　〜１５０
０Ｆｔ−Ｌ，平均１４６０Ｆ１−］，であった。
〔比較例２〕 単結晶基板として、直径５０ｍｍの円形で、厚さが３５
０μｍのＧａＡｓ単結晶基板を用いた。この基板の表面
は、鏡面に研摩されており、その面方位は、（００１）
面から＜１　　１　　０＞方向へ２．０゜傾いた面であ
った。このＧａＡｓｊｌ！結晶基板はシリコンがドープ
されており、ｎ型キャリア濃度が７．　　Ｏ　ｘ．ｌ　
Ｏ　Ｉ７ｃｍ−３のものであった。
上記単結晶基板を、内径７０ｍ＋ｎ長さ１０００ａｕｎ
の石英製水平型エビタキシャルリアクター内に設置した
。続いて、金属ガリウムを収容した石英製ボートを上記
リアクター内に設置した。
リアクターにアルゴンを流して、空気を置換した後、ア
ルゴンの供給を停止して、高純度の水素ガスを２８００
−／分の流量で上記リアクターに流しながら昇温した。
上記ガリウム入り石英ボート設置部の温度が８３０℃、
また、基板設置部の温度が７５０℃に達した後、その温
度を保ちながら、塩化水素ガスを９０−／分の流量で２
分間、上記ガリウム入り石英ボートよりも下流側から、
リアクターに供給して、ＧａＡｓ単結晶基板の表面をエ
ッチングした。
上記塩化水素ガスの供給を停止した後、ジエチルテルル
を１０体積ｐｐｍ含有する水素ガスをｌ〇一／分の流量
でリアクターに供給した。
続いて、塩化水素ガスを、２０．２ｍｌ！／分の流量で
、リアクター内の上記ガリウム入り石英ボート内のガリ
ウムの表面に触れるように、リアクター内に吹き出させ
た。続いて、アルシン（ΔｓＨ３）及び、ホスフィン（
ＰＨ．）を、以下の通り、供給して、混晶率変化層を形
成した。すなわち、アルシンを１０体積％含有する水素
ガスを、３７６ｒｎｌ．／分の流量でリアクターに供給
し、６２分間に、２８２ｄ／分まで流量を徐々に減少さ
せた。
同時に、ホスフィンをｌＯ体積％含有する水素ガスを、
０−／分の流量で供給し、６０分間に、８９．６ｒｎＩ
！／分まで流量を徐々に増加させた。
混晶率変化層の形成を開始した時点から、６０分経過後
、アルシンを含有する水素ガスの流量を２８２−／分、
ホスフィンを含有する水素ガスの流量を８９．６ｍｆ／
分、及び、ジエチルテルルを含有する水素ガスの流量を
１１．２ｄ／分に保って、６０分間混晶率一定層を形成
した。続いて、２７ リアクターの温度を降下させて、エビタキシャルウェハ
の製造を終了した。
以上の如くして得られたエビタキシャル多層膜に対して
各種物性定数解析を実施した結果表４が得られた。
表４において＊■、＊■は、それぞれ基板とエビ層界面
から１０μｍ、２０μｍの位置における値である。この
表から分かるように第１層である組成変化層の組成変化
率はすべて、０．０２（組成／μｍ）以下であった。こ
のときの組筬の断面構造は第７図に示す通りである。
次に本比較例により得られたエビタキシャル膜を有した
エビタキシャル・ウェハーを用い、赤色２８ 発光ダイオードを作或し、輝度値（光出力）を実測した
。
即ち、該エビタキシャル・ウェハーを、Ｐ型不純物とし
てＺｎＡｓ２２５ｍｇと共に高純度石英アンプル中に真
空封入し、温度７２０℃で不純物熱拡散を行って得られ
たＰ−ｎ接合深さは、表面より３．９μｍであった。
以上の如くして得られたエビタキシャル・ウエハーを、
裏面（基板）研磨工程、電極形成工程、ワイヤー・ボン
ディング工程等一連のデバイス製作ラインに投入し、赤
色発光ダイオード・チップを作或し、次に該発光ダイ才
一ド・チップ（チップ寸法及びＰ　／　ｎ接合寸法は、
共に５００μ×５００μ角）に対し直流電流密度２ＯＡ
／ｃｎｆの電流を通電し、該チップにエボキシ樹脂コー
ト無しの条件下で、輝度値（光出力）を測定した。その
結果、尖頭発波長６　６　０　ｎｍ±２ｎｍ，輝度値が
１０５０Ｆｔ−Ｌ〜１１６０Ｆｔ−Ｌ，平均１０９０Ｆ
ｔ−Ｌであった。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、組成変化層の構造と、組
成一定層と急激な組成変化層を交互に所定の構造に形成
することにより、ＧａＡｓまたはＧａＰ基板の格子不整
合による転位の発生を組戒変化層内で抑制することがで
きるので、発光層となるＧ　ａ　Ａ　ｓ　＋　−ｗ　Ｐ
　Ｘ層として結晶欠陥転位の少ない良質の結晶性を有す
るものを得ることができ、本発明のエピタキシャルウェ
ハを用いることにより高輝度の発光ダイオードを得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の発光ダイオードの断面構造を示す図、
第２図、第３図は本発明によるＧａＰ単結晶基板を用い
た発光ダイオードの実施例における断面構造を示す図、
第４図は比較例の断面構造を示す図、第５図、第６図は
ＧａＡｓ単結晶基板を用いた発光ダイ才一ドの実施例に
おける断面構造を示す図、第７図は比較例の断面構造を
示す図、第８図、第９図は従来の発光ダイオードの断面
構造を示す図である。 １・・・ＧａＡｓまたはＧａＰ単結晶基板、２・・・組
成変化層、 ３　−Ｇ　ａ　Ａ　Ｓ　＋ ８　Ｐつ。 出 願 人 三菱モンサント化或株式会社 （外１名）

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ＧａＡｓまたはＧａＰ単結晶基板上にＧａＡｓ＿
    １＿−＿ｘＰ＿ｘをエピタキシャル成長させ、単結晶基
    板と組成一定層ＧａＡｓ＿１＿−＿＿ｘＰ＿ｘとの間に
    組成変化層を形成したエピタキシャルウェハにおいて、
    前記組成変化層は層厚１μｍ以上の少なくとも１つの組
    成一定層部分と、少なくとも２つ以上の組成変化層部分
    とを有し、組成変化層部分のうちの少なくとも１層は１
    μｍ当たりに対する組成変化率Δｘが、 約０．０２≦Δｘ≦約０．０８ であることを特徴とするエピタキシャルウェハ。
  2. （２）ＧａＡｓまたはＧａＰ単結晶基板上にエピタキシ
    ャル成長させ、単結晶基板と組成一定層ＧａＡｓ＿１＿
    −＿ｘＰ＿ｘとの間に組成変化層を形成するエピタキシ
    ャルウェハの製造方法において、組成変化層の形成は、
    原料供給量と温度とを同時に変化させて組成変化層部分
    を形成する工程と、原料供給量と温度とを一定にして組
    成一定層部分を形成する工程とからなることを特徴とす
    るエピタキシャルウェハの製造方法。
  3. （３）請求項２記載のエピタキシャルウェハの製造方法
    において、基板と組成一定層との間の組成変化層を形成
    する開始の成長温度が９７０〜８９０℃であり、終了時
    の成長温度が９１０〜８００℃であることを特徴とする
    製造方法。
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