JPH1145860A - 化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents
化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 混晶率の急激な変動を可能とし、しかも高品
質なエピタキシャル層を成長することができる化合物半
導体エピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。 【解決手段】 燐化ガリウムＧａＰあるいは砒化ガリウ
ムＧａＡｓからなる化合物半導体単結晶基板上に燐化砒
化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx の混晶率変化層４をエピタ
キシャル成長させる工程において、化合物半導体単結晶
基板を構成しない第Ｖ族元素の原料となる第Ｖ族系気体
の供給量を急増し且つ緩減することを１回以上行うと同
時に、化合物半導体単結晶基板を構成する第Ｖ族元素の
原料となる第Ｖ族系気体の供給量を漸減することによ
り、第III 族系気体と第Ｖ族系気体との分圧積を急増さ
せ且つ緩減させて、燐化砒化ガリウムＧａＡｓX Ｐ1-X
の混晶率変化層内に混晶率増加部と混晶率減少部を１組
以上形成する。
質なエピタキシャル層を成長することができる化合物半
導体エピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。 【解決手段】 燐化ガリウムＧａＰあるいは砒化ガリウ
ムＧａＡｓからなる化合物半導体単結晶基板上に燐化砒
化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx の混晶率変化層４をエピタ
キシャル成長させる工程において、化合物半導体単結晶
基板を構成しない第Ｖ族元素の原料となる第Ｖ族系気体
の供給量を急増し且つ緩減することを１回以上行うと同
時に、化合物半導体単結晶基板を構成する第Ｖ族元素の
原料となる第Ｖ族系気体の供給量を漸減することによ
り、第III 族系気体と第Ｖ族系気体との分圧積を急増さ
せ且つ緩減させて、燐化砒化ガリウムＧａＡｓX Ｐ1-X
の混晶率変化層内に混晶率増加部と混晶率減少部を１組
以上形成する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、化合物半導体エピ
タキシャルウェーハの製造方法に関するものであり、さ
らに詳しくは、混晶率変化層を有する化合物半導体エピ
タキシャルウェーハの製造方法に関するものである。
タキシャルウェーハの製造方法に関するものであり、さ
らに詳しくは、混晶率変化層を有する化合物半導体エピ
タキシャルウェーハの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】赤色発光ダイオードをはじめ、橙色や黄
色発光ダイオードを製造するためには、燐化ガリウムＧ
ａＰあるいは砒化ガリウムＧａＡｓの単結晶基板上に、
該単結晶基板を構成しないIII −Ｖ族化合物半導体であ
る砒化ガリウムＧａＡｓあるいは燐化ガリウムＧａＰが
ある一定の混晶率（１−ａ）とａにそれぞれ従うような
燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa （但し、ａは０≦ａ
≦１を満たす実数である。）からなる混晶率一定層を形
成した化合物半導体エピタキシャルウェーハが用いられ
ている。発光ダイオードの発光波長は混晶率ａによって
決定され、例えば単結晶基板が燐化ガリウムＧａＰの
時、黄色発光用はａ＝０．９、橙色用はａ＝０．６５、
赤色用はａ＝０．５７である。
色発光ダイオードを製造するためには、燐化ガリウムＧ
ａＰあるいは砒化ガリウムＧａＡｓの単結晶基板上に、
該単結晶基板を構成しないIII −Ｖ族化合物半導体であ
る砒化ガリウムＧａＡｓあるいは燐化ガリウムＧａＰが
ある一定の混晶率（１−ａ）とａにそれぞれ従うような
燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa （但し、ａは０≦ａ
≦１を満たす実数である。）からなる混晶率一定層を形
成した化合物半導体エピタキシャルウェーハが用いられ
ている。発光ダイオードの発光波長は混晶率ａによって
決定され、例えば単結晶基板が燐化ガリウムＧａＰの
時、黄色発光用はａ＝０．９、橙色用はａ＝０．６５、
赤色用はａ＝０．５７である。
【０００３】ところで、燐化ガリウムＧａＰもしくは砒
化ガリウムＧａＡｓといった化合物半導体単結晶基板に
より構成される基板と、前記基板上に形成されるＧａＡ
ｓ1-a Ｐa 混晶率一定層との格子不整合が大きい場合、
その界面にミスフィット転位が発生して格子不整合に起
因する応力を緩和する。しかし、この転位が発光領域の
形成される混晶率一定層にまで伝播すると、発光ダイオ
ードの発光効率が低下する原因となる。
化ガリウムＧａＡｓといった化合物半導体単結晶基板に
より構成される基板と、前記基板上に形成されるＧａＡ
ｓ1-a Ｐa 混晶率一定層との格子不整合が大きい場合、
その界面にミスフィット転位が発生して格子不整合に起
因する応力を緩和する。しかし、この転位が発光領域の
形成される混晶率一定層にまで伝播すると、発光ダイオ
ードの発光効率が低下する原因となる。
【０００４】そこで、こうしたミスフィット転位の伝播
を抑制するために、単結晶基板とＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶
率一定層との間に、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１
−ｘ）と燐化ガリウムＧａＰの混晶率ｘとが徐々に変化
するＧａＡｓ1-x Ｐx 混晶率変化層を形成することが行
われている。この混晶率変化層を形成する方法として、
前記混晶率変化層の成長雰囲気内に供給する原料ガスの
組成を徐々に変化させるとともに、気相成長温度も徐々
に変える方法が知られている（特開昭４９−１１４６８
号）。
を抑制するために、単結晶基板とＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶
率一定層との間に、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１
−ｘ）と燐化ガリウムＧａＰの混晶率ｘとが徐々に変化
するＧａＡｓ1-x Ｐx 混晶率変化層を形成することが行
われている。この混晶率変化層を形成する方法として、
前記混晶率変化層の成長雰囲気内に供給する原料ガスの
組成を徐々に変化させるとともに、気相成長温度も徐々
に変える方法が知られている（特開昭４９−１１４６８
号）。
【０００５】気相成長温度を変化させるのはＧａＡｓ
1-x Ｐx 混晶率変化層の結晶性を改善するためである。
この混晶率変化層の組成をエピタキシャル成長に伴い単
結晶基板の組成からＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶率一定層の組
成まで変動させるにあたり、砒化ガリウムＧａＡｓの混
晶率（１−ｘ）を増加させる場合、すなわち原料ガス中
のＡｓの組成比を上昇させながらＧａＰ基板上にＧａＡ
ｓＰ層をエピタキシャル成長させる際には気相成長温度
を徐々に低下させる必要があり、逆に燐化ガリウムＧａ
Ｐの混晶率ｘを増加させる場合、すなわち原料ガス中の
Ｐの組成比を上昇させながらＧａＡｓ基板上にＧａＡｓ
Ｐ層をエピタキシャル成長させる際には気相成長温度を
徐々に上昇させる必要がある。
1-x Ｐx 混晶率変化層の結晶性を改善するためである。
この混晶率変化層の組成をエピタキシャル成長に伴い単
結晶基板の組成からＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶率一定層の組
成まで変動させるにあたり、砒化ガリウムＧａＡｓの混
晶率（１−ｘ）を増加させる場合、すなわち原料ガス中
のＡｓの組成比を上昇させながらＧａＰ基板上にＧａＡ
ｓＰ層をエピタキシャル成長させる際には気相成長温度
を徐々に低下させる必要があり、逆に燐化ガリウムＧａ
Ｐの混晶率ｘを増加させる場合、すなわち原料ガス中の
Ｐの組成比を上昇させながらＧａＡｓ基板上にＧａＡｓ
Ｐ層をエピタキシャル成長させる際には気相成長温度を
徐々に上昇させる必要がある。
【０００６】ところで、本発明者らは、ミスフィット転
位がＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶率一定層まで伝播することを
防止でき、且つ、エピタキシャル層内に生じる格子不整
合による応力を効率的に緩和することができる混晶率変
化層の開発研究を重ねた結果、従来常識的に知られてい
たような混晶率を徐々に変化する方法ではなく、従来と
はむしろ逆に、混晶率変化層のエピタキシャル成長時に
混晶率を急激に変化させ、さらに、その直後に、混晶率
を比較的なだらかに若干戻すようにしながら層形成させ
ると良いことを見いだした（特願平８−２２０２９
号）。
位がＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶率一定層まで伝播することを
防止でき、且つ、エピタキシャル層内に生じる格子不整
合による応力を効率的に緩和することができる混晶率変
化層の開発研究を重ねた結果、従来常識的に知られてい
たような混晶率を徐々に変化する方法ではなく、従来と
はむしろ逆に、混晶率変化層のエピタキシャル成長時に
混晶率を急激に変化させ、さらに、その直後に、混晶率
を比較的なだらかに若干戻すようにしながら層形成させ
ると良いことを見いだした（特願平８−２２０２９
号）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、混晶率
が急激に変化した混晶率変化層をエピタキシャル成長す
るために、供給する周期律表第Ｖ族元素系（以下、単に
第Ｖ族系と記載する。）の気体原料の組成を急激に変化
させると同時に、混晶率の変化量に応じて気相成長温度
を急激に変化させようとしても、基板を載置するサセプ
タの熱容量が大きく、また、サセプタから基板への熱伝
達速度にも限度があるため、気相成長温度を急激に変え
ることはできない。そこで、気相成長温度を急激に変化
させるために瞬間的に過激な加熱又は冷却を行うとスリ
ップ転位等の結晶欠陥が発生しやすくなり、結晶品質が
低下してしまう。
が急激に変化した混晶率変化層をエピタキシャル成長す
るために、供給する周期律表第Ｖ族元素系（以下、単に
第Ｖ族系と記載する。）の気体原料の組成を急激に変化
させると同時に、混晶率の変化量に応じて気相成長温度
を急激に変化させようとしても、基板を載置するサセプ
タの熱容量が大きく、また、サセプタから基板への熱伝
達速度にも限度があるため、気相成長温度を急激に変え
ることはできない。そこで、気相成長温度を急激に変化
させるために瞬間的に過激な加熱又は冷却を行うとスリ
ップ転位等の結晶欠陥が発生しやすくなり、結晶品質が
低下してしまう。
【０００８】本発明は前記のような問題を解決するため
になされたものであり、その目的は、混晶率の急激な変
動を可能とし、しかも高品質なエピタキシャル層を成長
することができる化合物半導体エピタキシャルウェーハ
の製造方法を提供することにある。
になされたものであり、その目的は、混晶率の急激な変
動を可能とし、しかも高品質なエピタキシャル層を成長
することができる化合物半導体エピタキシャルウェーハ
の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の化合物半導体エピタキシャルウェ
ーハの製造方法は、燐化ガリウムＧａＰあるいは砒化ガ
リウムＧａＡｓからなる単結晶基板と、燐化砒化ガリウ
ムＧａＡｓ1-a Ｐa 〔ただし、（１−ａ）は砒化ガリウ
ムＧａＡｓの混晶率、ａは燐化ガリウムＧａＰの混晶率
を表し、０≦ａ≦１を満たす実数である。〕からなる混
晶率一定層との間に、燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐ
x 〔ただし、（１−ｘ）は砒化ガリウムＧａＡｓの混晶
率、ｘは燐化ガリウムＧａＰの混晶率を表し、０≦ｘ≦
１を満たす実数である。〕からなる混晶率変化層が介在
されてなる化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造
方法において、ガリウムＧａを供給する第III 族系気体
と、砒素Ａｓあるいは燐Ｐを供給する第Ｖ族系気体とを
用いて前記混晶率変化層をエピタキシャル成長させるに
際し、前記単結晶基板を構成する第Ｖ族元素の原料とな
る第Ｖ族系気体の供給量を全体的傾向として漸減させな
がら、前記単結晶基板を構成しない第Ｖ族元素の原料と
なる第Ｖ族系気体の供給量の急増／緩減サイクルを少な
くとも１回設けることにより、前記第III 族系気体の分
圧と前記第Ｖ族系気体の合計分圧との分圧積を少なくと
も１回急増／緩減させて、前記混晶率変化層の成長方向
に前記混晶率（１−ｘ）あるいは混晶率ｘの増加部と減
少部との組を少なくとも１組形成することを特徴とす
る。
め、請求項１に記載の化合物半導体エピタキシャルウェ
ーハの製造方法は、燐化ガリウムＧａＰあるいは砒化ガ
リウムＧａＡｓからなる単結晶基板と、燐化砒化ガリウ
ムＧａＡｓ1-a Ｐa 〔ただし、（１−ａ）は砒化ガリウ
ムＧａＡｓの混晶率、ａは燐化ガリウムＧａＰの混晶率
を表し、０≦ａ≦１を満たす実数である。〕からなる混
晶率一定層との間に、燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐ
x 〔ただし、（１−ｘ）は砒化ガリウムＧａＡｓの混晶
率、ｘは燐化ガリウムＧａＰの混晶率を表し、０≦ｘ≦
１を満たす実数である。〕からなる混晶率変化層が介在
されてなる化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造
方法において、ガリウムＧａを供給する第III 族系気体
と、砒素Ａｓあるいは燐Ｐを供給する第Ｖ族系気体とを
用いて前記混晶率変化層をエピタキシャル成長させるに
際し、前記単結晶基板を構成する第Ｖ族元素の原料とな
る第Ｖ族系気体の供給量を全体的傾向として漸減させな
がら、前記単結晶基板を構成しない第Ｖ族元素の原料と
なる第Ｖ族系気体の供給量の急増／緩減サイクルを少な
くとも１回設けることにより、前記第III 族系気体の分
圧と前記第Ｖ族系気体の合計分圧との分圧積を少なくと
も１回急増／緩減させて、前記混晶率変化層の成長方向
に前記混晶率（１−ｘ）あるいは混晶率ｘの増加部と減
少部との組を少なくとも１組形成することを特徴とす
る。
【００１０】請求項２に記載の化合物半導体エピタキシ
ャルウェーハの製造方法は、前記単結晶基板を構成しな
い第Ｖ族元素の原料となる第Ｖ族系気体の供給量を急増
させている間、前記単結晶基板を構成する第Ｖ族元素の
原料となる第Ｖ族系気体の供給量を一定に保つことを特
徴とする。
ャルウェーハの製造方法は、前記単結晶基板を構成しな
い第Ｖ族元素の原料となる第Ｖ族系気体の供給量を急増
させている間、前記単結晶基板を構成する第Ｖ族元素の
原料となる第Ｖ族系気体の供給量を一定に保つことを特
徴とする。
【００１１】請求項３に記載の化合物半導体エピタキシ
ャルウェーハの製造方法は、少なくとも前記第Ｖ族系気
体の供給量が変化している間、燐化砒化ガリウムＧａＡ
ｓ1-x Ｐx からなる混晶率変化層のエピタキシャル成長
を、燐化ガリウムＧａＰからなる単結晶基板上で行う場
合は気相成長温度を漸減させ、砒化ガリウムＧａＡｓか
らなる単結晶基板上で行う場合は気相成長温度を漸増さ
せることを特徴とする。
ャルウェーハの製造方法は、少なくとも前記第Ｖ族系気
体の供給量が変化している間、燐化砒化ガリウムＧａＡ
ｓ1-x Ｐx からなる混晶率変化層のエピタキシャル成長
を、燐化ガリウムＧａＰからなる単結晶基板上で行う場
合は気相成長温度を漸減させ、砒化ガリウムＧａＡｓか
らなる単結晶基板上で行う場合は気相成長温度を漸増さ
せることを特徴とする。
【００１２】請求項４に記載の化合物半導体エピタキシ
ャルウェーハの製造方法は、前記混晶率の増加部におけ
るエピタキシャル成長厚１μｍあたりの前記混晶率（１
−ｘ）または混晶率ｘの増加率を０．１〜２０とし、前
記混晶率の減少部におけるエピタキシャル成長厚１μｍ
あたりの前記混晶率（１−ｘ）または混晶率ｘの減少率
を０．００５〜０．０５とすることを特徴とする。
ャルウェーハの製造方法は、前記混晶率の増加部におけ
るエピタキシャル成長厚１μｍあたりの前記混晶率（１
−ｘ）または混晶率ｘの増加率を０．１〜２０とし、前
記混晶率の減少部におけるエピタキシャル成長厚１μｍ
あたりの前記混晶率（１−ｘ）または混晶率ｘの減少率
を０．００５〜０．０５とすることを特徴とする。
【００１３】請求項５に記載の化合物半導体エピタキシ
ャルウェーハの製造方法は、前記混晶率の増加部と前記
混晶率の減少部との１組の厚さを１〜１０μｍとするこ
とを特徴とする。
ャルウェーハの製造方法は、前記混晶率の増加部と前記
混晶率の減少部との１組の厚さを１〜１０μｍとするこ
とを特徴とする。
【００１４】さらに、請求項６記載の化合物半導体エピ
タキシャルウェーハの製造方法は、前記混晶率変化層の
形成の最終段階において、前記混晶率（１−ｘ）あるい
は混晶率ｘをそれぞれ前記混晶率（１−ａ）あるいは混
晶率ａと最終的に等しくなし得る混晶率調整部を形成す
ることを特徴とする。
タキシャルウェーハの製造方法は、前記混晶率変化層の
形成の最終段階において、前記混晶率（１−ｘ）あるい
は混晶率ｘをそれぞれ前記混晶率（１−ａ）あるいは混
晶率ａと最終的に等しくなし得る混晶率調整部を形成す
ることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明により製造される化合物半
導体エピタキシャルウェーハ１は、図６に示すように、
ｎ型の燐化ガリウムＧａＰ単結晶基板２上にｎ型の燐化
ガリウムＧａＰエピタキシャル層３と、基板を構成しな
いIII −Ｖ族化合物半導体である砒化ガリウムＧａＡｓ
の混晶率（１−ｘ）がエピタキシャル層の成長方向に変
化（増加あるいは減少）するｎ型の燐化砒化ガリウムＧ
ａＡｓ1-x Ｐx 混晶率変化層４（ただし、０≦ｘ≦ｌ）
と、一定の砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１−ａ）を
有するｎ型の燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶率
一定層５（ただし、０≦ａ≦１）とを順次形成し、さら
に、一定の砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１−ａ）を
有し窒素Ｎをドープしたｎ型の燐化砒化ガリウムＧａＡ
ｓ1-a Ｐa 混晶率一定層６と、該ＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶
率一定層６にｐ型不純物を拡散したｐ型の拡散層７とか
ら成る。このエピタキシャルウェーハ１に電極を取り付
けた後、適当なサイズに裁断しパッケージに封入する
と、発光ダイオードが完成する。
導体エピタキシャルウェーハ１は、図６に示すように、
ｎ型の燐化ガリウムＧａＰ単結晶基板２上にｎ型の燐化
ガリウムＧａＰエピタキシャル層３と、基板を構成しな
いIII −Ｖ族化合物半導体である砒化ガリウムＧａＡｓ
の混晶率（１−ｘ）がエピタキシャル層の成長方向に変
化（増加あるいは減少）するｎ型の燐化砒化ガリウムＧ
ａＡｓ1-x Ｐx 混晶率変化層４（ただし、０≦ｘ≦ｌ）
と、一定の砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１−ａ）を
有するｎ型の燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶率
一定層５（ただし、０≦ａ≦１）とを順次形成し、さら
に、一定の砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１−ａ）を
有し窒素Ｎをドープしたｎ型の燐化砒化ガリウムＧａＡ
ｓ1-a Ｐa 混晶率一定層６と、該ＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶
率一定層６にｐ型不純物を拡散したｐ型の拡散層７とか
ら成る。このエピタキシャルウェーハ１に電極を取り付
けた後、適当なサイズに裁断しパッケージに封入する
と、発光ダイオードが完成する。
【００１６】以上は単結晶基板２が燐化ガリウムＧａＰ
の場合であるが、砒化ガリウムＧａＡｓ基板についても
同様にして適用可能である。砒化ガリウムＧａＡｓ基板
を用いる場合は、燐化ガリウムＧａＰの混晶率ｘがエピ
タキシャル層の成長方向に変化（増加あるいは減少）す
る燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx 混晶率変化層４
（ただし、０≦ｘ≦１が形成され、さらに、一定の燐化
ガリウムＧａＰの混晶率ａを有する燐化砒化ガリウムＧ
ａＡｓ1-a Ｐa 混晶率一定層５（ただし、０≦ａ≦１）
を形成する。
の場合であるが、砒化ガリウムＧａＡｓ基板についても
同様にして適用可能である。砒化ガリウムＧａＡｓ基板
を用いる場合は、燐化ガリウムＧａＰの混晶率ｘがエピ
タキシャル層の成長方向に変化（増加あるいは減少）す
る燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx 混晶率変化層４
（ただし、０≦ｘ≦１が形成され、さらに、一定の燐化
ガリウムＧａＰの混晶率ａを有する燐化砒化ガリウムＧ
ａＡｓ1-a Ｐa 混晶率一定層５（ただし、０≦ａ≦１）
を形成する。
【００１７】次に、図１ないし図４に示されたグラフに
基づいて、本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウ
ェーハ１の製造方法を説明する。これらの図は、燐化砒
化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx 混晶率変化層４を気相成長
する際の各パラメータの変化の様子を示す。各図の縦軸
は、図１がＶ族系気体そのものの流量で希釈水素を含ま
ない値、図２がIII ・Ｖ分圧積、図３が気相成長温度、
図４が砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）であ
る。各線図の横軸は共通であり、エピタキシャル層の層
厚を示す。
基づいて、本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウ
ェーハ１の製造方法を説明する。これらの図は、燐化砒
化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx 混晶率変化層４を気相成長
する際の各パラメータの変化の様子を示す。各図の縦軸
は、図１がＶ族系気体そのものの流量で希釈水素を含ま
ない値、図２がIII ・Ｖ分圧積、図３が気相成長温度、
図４が砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）であ
る。各線図の横軸は共通であり、エピタキシャル層の層
厚を示す。
【００１８】まず、燐化ガリウムＧａＰ単結晶基板２上
に燐化ガリウムＧａＰエピタキシャル層３をｄ10の厚さ
に気相成長させる。次に、該燐化ガリウムＧａＰエピタ
キシャル層３上に砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１−
ｘ）が０から（１−ａ）の範囲内でエピタキシャル層の
成長方向に変化する燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx
混晶率変化層４を（ｄ16−ｄ10）の厚さに気相成長させ
る。
に燐化ガリウムＧａＰエピタキシャル層３をｄ10の厚さ
に気相成長させる。次に、該燐化ガリウムＧａＰエピタ
キシャル層３上に砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１−
ｘ）が０から（１−ａ）の範囲内でエピタキシャル層の
成長方向に変化する燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx
混晶率変化層４を（ｄ16−ｄ10）の厚さに気相成長させ
る。
【００１９】燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx 混晶率
変化層４は、エピタキシャル層の成長方向に砒化ガリウ
ムＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）を急激に増加させる混晶
率増加部Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３と、砒化ガリウムＧａ
Ａｓの混晶率（１−ｘ）の増加分を相殺しない範囲内で
なだらかにこの混晶率（１−ｘ）を減少させる混晶率減
少部Ｓ１１，Ｓ１２とから構成される。
変化層４は、エピタキシャル層の成長方向に砒化ガリウ
ムＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）を急激に増加させる混晶
率増加部Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３と、砒化ガリウムＧａ
Ａｓの混晶率（１−ｘ）の増加分を相殺しない範囲内で
なだらかにこの混晶率（１−ｘ）を減少させる混晶率減
少部Ｓ１１，Ｓ１２とから構成される。
【００２０】このような混晶率増加部と混晶率減少部の
組合せ（Ｒ１１とＳ１１、Ｒ１２とＳ１２）の反復回数
は、所定混晶率（１−ａ）の大きさならびに混晶率（１
−ｘ）の増加率と減少率により決定され、混晶率変化層
４内においてエピタキシャル層の層厚方向で少なくとも
１組形成される。また、混晶率変化層４の最上層部に
は、混晶率調整部Ａ１３が設けられていても良い。この
混晶率調整部Ａ１３の混晶率は、混晶率変化層４におい
て砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）が所定回数
の増減を経て既にａに達している場合には（１−ｘ）＝
（１−ａ）のまま推移しても良いが、（１−ａ）に若干
足りない場合には（１−ａ）まで緩やかに上昇される。
図示される例では、混晶率増加部Ｒ１３が形成された段
階で混晶率変化層４における砒化ガリウムＧａＡｓの混
晶率（１−ｘ）が（１−ａ）に達したので、混晶率調整
部Ａにおける砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率は（１−
ｘ）＝（１−ａ）のまま推移されている。
組合せ（Ｒ１１とＳ１１、Ｒ１２とＳ１２）の反復回数
は、所定混晶率（１−ａ）の大きさならびに混晶率（１
−ｘ）の増加率と減少率により決定され、混晶率変化層
４内においてエピタキシャル層の層厚方向で少なくとも
１組形成される。また、混晶率変化層４の最上層部に
は、混晶率調整部Ａ１３が設けられていても良い。この
混晶率調整部Ａ１３の混晶率は、混晶率変化層４におい
て砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）が所定回数
の増減を経て既にａに達している場合には（１−ｘ）＝
（１−ａ）のまま推移しても良いが、（１−ａ）に若干
足りない場合には（１−ａ）まで緩やかに上昇される。
図示される例では、混晶率増加部Ｒ１３が形成された段
階で混晶率変化層４における砒化ガリウムＧａＡｓの混
晶率（１−ｘ）が（１−ａ）に達したので、混晶率調整
部Ａにおける砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率は（１−
ｘ）＝（１−ａ）のまま推移されている。
【００２１】混晶率変化層４をエピタキシャル成長する
際、混晶率増加部Ｒ１１，Ｒ１２ではミスフィット転位
が発生しエピタキシャル層の成長方向に分布する格子不
整合による応力を局所毎に効果的に緩和するとともに、
混晶率減少部Ｓ１１，Ｓ１２においてミスフィット転位
の発生により損なわれた結晶の修復が行われるので、反
りが小さく結晶性の良いエピタキシャルウェーハを生産
することができる。また、混晶率増加部Ｒ１１，Ｒ１２
で混晶率を急激に増加するため、混晶率変化層４が薄く
なり、化合物半導体エピタキシャルウェーハを効率良く
生産することもできるのである。
際、混晶率増加部Ｒ１１，Ｒ１２ではミスフィット転位
が発生しエピタキシャル層の成長方向に分布する格子不
整合による応力を局所毎に効果的に緩和するとともに、
混晶率減少部Ｓ１１，Ｓ１２においてミスフィット転位
の発生により損なわれた結晶の修復が行われるので、反
りが小さく結晶性の良いエピタキシャルウェーハを生産
することができる。また、混晶率増加部Ｒ１１，Ｒ１２
で混晶率を急激に増加するため、混晶率変化層４が薄く
なり、化合物半導体エピタキシャルウェーハを効率良く
生産することもできるのである。
【００２２】ここで、燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐ
x 混晶率変化層４内の混晶率増加部Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ
１３において、エピタキシャル層の成長方向に砒化ガリ
ウムＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）を急激に増加させるた
めには、気体原料の組成を急激に変化させる必要があ
る。
x 混晶率変化層４内の混晶率増加部Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ
１３において、エピタキシャル層の成長方向に砒化ガリ
ウムＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）を急激に増加させるた
めには、気体原料の組成を急激に変化させる必要があ
る。
【００２３】砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）
が急激に増加するように気体原料の組成を変化させるに
は、例えば砒素Ａｓの気体原料のみを急激に増加する、
砒素Ａｓの気体原料を急激に増加すると同時に燐Ｐの気
体原料を急激に減少するなど幾通りもの方法があるが、
良好な結晶品質を再現性良く得るためには、ある一定の
条件に従うことが重要である。
が急激に増加するように気体原料の組成を変化させるに
は、例えば砒素Ａｓの気体原料のみを急激に増加する、
砒素Ａｓの気体原料を急激に増加すると同時に燐Ｐの気
体原料を急激に減少するなど幾通りもの方法があるが、
良好な結晶品質を再現性良く得るためには、ある一定の
条件に従うことが重要である。
【００２４】本発明者らは、様々な混晶率を有するエピ
タキシャル層について、気体原料の供給量と気相成長温
度とを変えて一連の実験を行い、エピタキシャル層の結
晶状態を観察した。その結果、良好なエピタキシャル層
の面状態が再現性良く得られるのは、図５に示される条
件を満足する時であることが判った。
タキシャル層について、気体原料の供給量と気相成長温
度とを変えて一連の実験を行い、エピタキシャル層の結
晶状態を観察した。その結果、良好なエピタキシャル層
の面状態が再現性良く得られるのは、図５に示される条
件を満足する時であることが判った。
【００２５】図５は、燐化ガリウムＧａＰ単結晶基板上
に形成された燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx エピタ
キシャル層について、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率
（１−ｘ）をパラメータとして、エピタキシャル層の面
状態を良好に保つために必要な気相成長温度と供給する
気体原料のIII ・Ｖ分圧積との関係を示すものである。
III ・Ｖ分圧積とは、気相エピタキシャル成長のために
供給される周期律表第III 族元素系（以下、単に第III
族系と記載する。）気体（ＧａＣｌ）の分圧と第Ｖ族系
の気体原料（ＡｓＨ3 及びＰＨ3 ）の分圧との積であ
る。
に形成された燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx エピタ
キシャル層について、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率
（１−ｘ）をパラメータとして、エピタキシャル層の面
状態を良好に保つために必要な気相成長温度と供給する
気体原料のIII ・Ｖ分圧積との関係を示すものである。
III ・Ｖ分圧積とは、気相エピタキシャル成長のために
供給される周期律表第III 族元素系（以下、単に第III
族系と記載する。）気体（ＧａＣｌ）の分圧と第Ｖ族系
の気体原料（ＡｓＨ3 及びＰＨ3 ）の分圧との積であ
る。
【００２６】本発明者らが図５に示されるデータに基づ
いて検討した結果、良好な面状態を有する燐化砒化ガリ
ウムＧａＡｓ1-x Ｐx 混晶率変化層４を再現性良く得る
ためには、混晶率増加部Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３の成長
終了時における混晶率と成長温度に最適なIII ・Ｖ分圧
積を図５から求め、前記III ・Ｖ分圧積になるように第
III 族系気体と第Ｖ族系気体の供給量を決定すれば良い
ことを見出した。例えば、図５において、Ｃ１１のIII
・Ｖ分圧積と成長温度で砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率
（１−ｘ）が０の時、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率
（１−ｘ）を０．１３にするためには、混晶率増加部Ｒ
１１の成長条件をＣ１１からＣ１２に変化させてIII ・
Ｖ分圧積を急増させれば良い。
いて検討した結果、良好な面状態を有する燐化砒化ガリ
ウムＧａＡｓ1-x Ｐx 混晶率変化層４を再現性良く得る
ためには、混晶率増加部Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３の成長
終了時における混晶率と成長温度に最適なIII ・Ｖ分圧
積を図５から求め、前記III ・Ｖ分圧積になるように第
III 族系気体と第Ｖ族系気体の供給量を決定すれば良い
ことを見出した。例えば、図５において、Ｃ１１のIII
・Ｖ分圧積と成長温度で砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率
（１−ｘ）が０の時、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率
（１−ｘ）を０．１３にするためには、混晶率増加部Ｒ
１１の成長条件をＣ１１からＣ１２に変化させてIII ・
Ｖ分圧積を急増させれば良い。
【００２７】次に、混晶率減少部Ｓ１１を成長するため
に、成長条件をＣ１２からＣ２１に変化させてIII ・Ｖ
分圧積をＣ１１の値にまで緩減すると同時に成長温度を
漸減することにより、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率
（１−ｘ）を０．１３から０．１１まで減少させる。こ
の時、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）を０．
１３に保たないで０．１１まで若干戻すのは、混晶率増
加部Ｒ１１で混晶率が急増したために生じる局部的な応
力を混晶率の減少により緩和するためである。
に、成長条件をＣ１２からＣ２１に変化させてIII ・Ｖ
分圧積をＣ１１の値にまで緩減すると同時に成長温度を
漸減することにより、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率
（１−ｘ）を０．１３から０．１１まで減少させる。こ
の時、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）を０．
１３に保たないで０．１１まで若干戻すのは、混晶率増
加部Ｒ１１で混晶率が急増したために生じる局部的な応
力を混晶率の減少により緩和するためである。
【００２８】また、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１
−ｘ）を０．１３から０．１１まで戻すことにより成長
温度の下げ幅を小さくすると、成長温度の低下時間を短
縮することができ、生産性の向上を図ることができると
いう効果もある。気相エピタキシャル成長を行う成長炉
内に載置される基板保持具などの部品は、グラファイト
等の熱容量が大きい部材で構成されるため、それらの温
度を急激に下げることができないのである。
−ｘ）を０．１３から０．１１まで戻すことにより成長
温度の下げ幅を小さくすると、成長温度の低下時間を短
縮することができ、生産性の向上を図ることができると
いう効果もある。気相エピタキシャル成長を行う成長炉
内に載置される基板保持具などの部品は、グラファイト
等の熱容量が大きい部材で構成されるため、それらの温
度を急激に下げることができないのである。
【００２９】燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx の混晶
率変化層４内に混晶率増加部と混晶率減少部を複数組形
成する場合には、III ・Ｖ分圧積を急増させ且つ緩減さ
せると同時に成長温度を漸減して、上記と同様の工程を
Ｃ１１→Ｃ１２→Ｃ２１→Ｃ２２→Ｃ３１→Ｃ３２→Ｃ
４１というように繰り返す。
率変化層４内に混晶率増加部と混晶率減少部を複数組形
成する場合には、III ・Ｖ分圧積を急増させ且つ緩減さ
せると同時に成長温度を漸減して、上記と同様の工程を
Ｃ１１→Ｃ１２→Ｃ２１→Ｃ２２→Ｃ３１→Ｃ３２→Ｃ
４１というように繰り返す。
【００３０】III ・Ｖ分圧積の急増及び緩減は、砒素Ａ
ｓの気体原料であるアルシンＡｓＨ3 の供給量を急増し
且つ緩減すると同時に、燐Ｐの気体原料であるホスフィ
ンＰＨ3 の供給量を緩減することにより行う。アルシン
ＡｓＨ3 の供給量を急増させている間にホスフィンＰＨ
3 の供給量を減少させると、図２に示される最適なIII
・Ｖ分圧積を達成することができないので、アルシンＡ
ｓＨ3 の供給量を急増させている間は、基板を構成する
第Ｖ族元素系の気体原料の供給量を一定に保つと良い。
ｓの気体原料であるアルシンＡｓＨ3 の供給量を急増し
且つ緩減すると同時に、燐Ｐの気体原料であるホスフィ
ンＰＨ3 の供給量を緩減することにより行う。アルシン
ＡｓＨ3 の供給量を急増させている間にホスフィンＰＨ
3 の供給量を減少させると、図２に示される最適なIII
・Ｖ分圧積を達成することができないので、アルシンＡ
ｓＨ3 の供給量を急増させている間は、基板を構成する
第Ｖ族元素系の気体原料の供給量を一定に保つと良い。
【００３１】
【実施例】次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に
説明する。
説明する。
【００３２】［実施例１］以下の方法で、砒化ガリウム
ＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）が０から０．３５まで変化
する燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx の混晶率変化層
４を有する橙色発光ダイオード用エピタキシャルウェー
ハ１を製造した。
ＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）が０から０．３５まで変化
する燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx の混晶率変化層
４を有する橙色発光ダイオード用エピタキシャルウェー
ハ１を製造した。
【００３３】ｎ型の燐化ガリウムＧａＰ単結晶を、所定
厚さにスライス後、化学エッチングと機械化学研磨を施
して厚さ約３００μｍの燐化ガリウムＧａＰ鏡面ウェー
ハを得、これを燐化ガリウムＧａＰ単結晶基板２とし
た。また、気相成長用ガスとして、水素Ｈ2 、５０ｐｐ
ｍに水素で希釈された硫化水素Ｈ2 Ｓ、１０％に水素で
希釈されたアルシンＡｓＨ3 、同じく１０％に水素で希
釈されたホスフィンＰＨ3 、高純度塩化水素ＨＣｌを用
いた。
厚さにスライス後、化学エッチングと機械化学研磨を施
して厚さ約３００μｍの燐化ガリウムＧａＰ鏡面ウェー
ハを得、これを燐化ガリウムＧａＰ単結晶基板２とし
た。また、気相成長用ガスとして、水素Ｈ2 、５０ｐｐ
ｍに水素で希釈された硫化水素Ｈ2 Ｓ、１０％に水素で
希釈されたアルシンＡｓＨ3 、同じく１０％に水素で希
釈されたホスフィンＰＨ3 、高純度塩化水素ＨＣｌを用
いた。
【００３４】まず、所定の場所に直径５０ｍｍ、ｎ型、
結晶方位（１００）でオフアングル１０°の燐化ガリウ
ムＧａＰ単結晶基板２と高純度ガリウムＧａの入った容
器とが配置された常圧用の気相成長炉内に、キャリアガ
スとして水素Ｈ2 を２８７０ｃｍ3 ／分の流量で導入し
て、気相成長炉内を水素Ｈ2 で十分に置換した後に昇温
を開始した。
結晶方位（１００）でオフアングル１０°の燐化ガリウ
ムＧａＰ単結晶基板２と高純度ガリウムＧａの入った容
器とが配置された常圧用の気相成長炉内に、キャリアガ
スとして水素Ｈ2 を２８７０ｃｍ3 ／分の流量で導入し
て、気相成長炉内を水素Ｈ2 で十分に置換した後に昇温
を開始した。
【００３５】燐化ガリウムＧａＰ単結晶基板２の温度が
８４５℃に達した後に、高純度の塩化水素ＨＣｌを９２
ｃｍ3 ／分の流量で導入しながら容器内に配置された高
純度のガリウムＧａと反応させて塩化ガリウムＧａＣｌ
を発生させ、同時に５０ｐｐｍに水素で希釈された硫化
水素Ｈ2 Ｓと１０％に水素で希釈されたホスフィンＰＨ
3 をそれぞれ１９０ｃｍ3 ／分と４６２ｃｍ3 ／分の流
量で導入することにより、燐化ガリウムＧａＰ単結晶基
板２上に厚さｄ10が約３μｍのｎ型燐化ガリウムＧａＰ
エピタキシャル層３を成長させた。以下に成長させるエ
ピタキシャル層には同様にして硫黄Ｓがドープされ、全
てｎ型である。
８４５℃に達した後に、高純度の塩化水素ＨＣｌを９２
ｃｍ3 ／分の流量で導入しながら容器内に配置された高
純度のガリウムＧａと反応させて塩化ガリウムＧａＣｌ
を発生させ、同時に５０ｐｐｍに水素で希釈された硫化
水素Ｈ2 Ｓと１０％に水素で希釈されたホスフィンＰＨ
3 をそれぞれ１９０ｃｍ3 ／分と４６２ｃｍ3 ／分の流
量で導入することにより、燐化ガリウムＧａＰ単結晶基
板２上に厚さｄ10が約３μｍのｎ型燐化ガリウムＧａＰ
エピタキシャル層３を成長させた。以下に成長させるエ
ピタキシャル層には同様にして硫黄Ｓがドープされ、全
てｎ型である。
【００３６】このｎ型燐化ガリウムＧａＰエピタキシャ
ル層３を成長させる際のIII ・Ｖ分圧積は式１に従って
求められる。
ル層３を成長させる際のIII ・Ｖ分圧積は式１に従って
求められる。
【００３７】すなわち、本実施例は常圧下（１ａｔｍ）
で行われるので、各気体の分圧値は気体の供給量に等し
い。本実施例で使用するIII 族系気体の供給量は塩化水
素ＨＣｌの供給量に等しく、９２ｃｍ3 ／分である。Ｖ
族系気体はホスフィンＰＨ3とアルシンＡｓＨ3 である
が、水素希釈されたホスフィンＰＨ3 のみが４６２ｃｍ
3 ／分の流量で供給されている。ただし、ホスフィンＰ
Ｈ3 は水素で１０％に希釈されているので、Ｖ族気体原
料の供給量としてはガス流量の１０％に当たる４６．２
ｃｍ3 ／分である。そして、これらに水素Ｈ2 と硫化水
素Ｈ2 Ｓの供給流量として２８７０ｃｍ3 ／分と１９０
ｃｍ3 ／分とを加えると、全気体の総流量となる。従っ
て、ｎ型燐化ガリウムＧａＰエピタキシャル層３を成長
させる際のIII ・Ｖ分圧積は ９２×４６．２÷（９２＋４６２＋２８７０＋１９０）
2＝３．２５×１０-4〔ａｔｍ〕2 である。
で行われるので、各気体の分圧値は気体の供給量に等し
い。本実施例で使用するIII 族系気体の供給量は塩化水
素ＨＣｌの供給量に等しく、９２ｃｍ3 ／分である。Ｖ
族系気体はホスフィンＰＨ3とアルシンＡｓＨ3 である
が、水素希釈されたホスフィンＰＨ3 のみが４６２ｃｍ
3 ／分の流量で供給されている。ただし、ホスフィンＰ
Ｈ3 は水素で１０％に希釈されているので、Ｖ族気体原
料の供給量としてはガス流量の１０％に当たる４６．２
ｃｍ3 ／分である。そして、これらに水素Ｈ2 と硫化水
素Ｈ2 Ｓの供給流量として２８７０ｃｍ3 ／分と１９０
ｃｍ3 ／分とを加えると、全気体の総流量となる。従っ
て、ｎ型燐化ガリウムＧａＰエピタキシャル層３を成長
させる際のIII ・Ｖ分圧積は ９２×４６．２÷（９２＋４６２＋２８７０＋１９０）
2＝３．２５×１０-4〔ａｔｍ〕2 である。
【００３８】続いて、前記燐化ガリウムＧａＰエピタキ
シャル層３の上に、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１
−ｘ）が０から０．３５まで変化する燐化砒化ガリウム
ＧａＡｓ1-x Ｐx の混晶率変化層４を以下のような工程
を通して成長させた。
シャル層３の上に、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１
−ｘ）が０から０．３５まで変化する燐化砒化ガリウム
ＧａＡｓ1-x Ｐx の混晶率変化層４を以下のような工程
を通して成長させた。
【００３９】（工程１）Ｃ１１→Ｃ１２ 最初に、１０％に水素で希釈されたアルシンＡｓＨ3 の
流量を０ｃｍ3 ／分から６８ｃｍ3 ／分に急増させた。
この間、１０％に水素で希釈されたホスフィンＰＨ3 の
流量を４６２ｃｍ3 ／分に保つと、III ・Ｖ分圧積は ９２×（４６．２＋６．８）÷（９２＋４６２＋６８＋
２８７０＋１９０）2＝３．６０×１０-4〔ａｔｍ〕2 となった。III ・Ｖ分圧積を３．２５×１０-4から３．
６０×１０-4ａｔｍ2 まで急増させることにより、砒化
ガリウムＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）が０から０．１３
に急激に増加する厚さ（ｄ11−ｄ10）が約０．１μｍの
混晶率増加部Ｒ１１を成長した。エピタキシャル層が１
μｍ増加する間に増加する混晶率の割合を混晶率の増加
率でΔｘ1 と定義するとき、この間における砒化ガリウ
ムＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）の増加率Δｘ1 は約１．
３である。この混晶率の増加は、成長温度では追随でき
ない程に急激なものである。
流量を０ｃｍ3 ／分から６８ｃｍ3 ／分に急増させた。
この間、１０％に水素で希釈されたホスフィンＰＨ3 の
流量を４６２ｃｍ3 ／分に保つと、III ・Ｖ分圧積は ９２×（４６．２＋６．８）÷（９２＋４６２＋６８＋
２８７０＋１９０）2＝３．６０×１０-4〔ａｔｍ〕2 となった。III ・Ｖ分圧積を３．２５×１０-4から３．
６０×１０-4ａｔｍ2 まで急増させることにより、砒化
ガリウムＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）が０から０．１３
に急激に増加する厚さ（ｄ11−ｄ10）が約０．１μｍの
混晶率増加部Ｒ１１を成長した。エピタキシャル層が１
μｍ増加する間に増加する混晶率の割合を混晶率の増加
率でΔｘ1 と定義するとき、この間における砒化ガリウ
ムＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）の増加率Δｘ1 は約１．
３である。この混晶率の増加は、成長温度では追随でき
ない程に急激なものである。
【００４０】前記増加率Δｘ1 が０．１〜２０の範囲内
となる場合には、５０００ＦｔＬ（フィートランベル
ト）以上の高輝度が得られるので好ましい。しかし、前
記増加率Δｘ1 が０．１より小さい場合は、混晶率増加
部Ｒ１１において十分にミスフィット転位が発生しない
ので、エピタキシャル層の成長方向に分布する格子不整
合による応力を効果的に緩和することができなくなる。
一方、前記増加率Δｘ1 が２０よりも大きくなると、次
に示す混晶率減少部Ｓ１１において混晶率を減少させて
も結晶の修復が困難となり、輝度が低下してしまう。
となる場合には、５０００ＦｔＬ（フィートランベル
ト）以上の高輝度が得られるので好ましい。しかし、前
記増加率Δｘ1 が０．１より小さい場合は、混晶率増加
部Ｒ１１において十分にミスフィット転位が発生しない
ので、エピタキシャル層の成長方向に分布する格子不整
合による応力を効果的に緩和することができなくなる。
一方、前記増加率Δｘ1 が２０よりも大きくなると、次
に示す混晶率減少部Ｓ１１において混晶率を減少させて
も結晶の修復が困難となり、輝度が低下してしまう。
【００４１】（工程２）Ｃ１２→Ｃ２１ 次に、１０％に水素で希釈されたアルシンＡｓＨ3 の流
量を６８ｃｍ3 ／分から４８ｃｍ3 ／分まで緩減すなわ
ち緩やかに減少させるとともに、１０％に水素で希釈さ
れたホスフィンＰＨ3 の流量も４６２ｃｍ3 ／分から４
１４ｃｍ3 ／分まで漸減させて、III ・Ｖ分圧積を３．
６０×１０-4から３．３．２５×１０-4ａｔｍ2 まで緩
減させた。成長温度は、Ｃ１１からＣ２１の間に８４５
℃から８３５℃まで徐々に減少させる。このようにし
て、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）が０．１
３から０．１１に緩減する厚さ（ｄ12−ｄ11）が約３μ
ｍの混晶率減少部Ｓ１１を成長した。
量を６８ｃｍ3 ／分から４８ｃｍ3 ／分まで緩減すなわ
ち緩やかに減少させるとともに、１０％に水素で希釈さ
れたホスフィンＰＨ3 の流量も４６２ｃｍ3 ／分から４
１４ｃｍ3 ／分まで漸減させて、III ・Ｖ分圧積を３．
６０×１０-4から３．３．２５×１０-4ａｔｍ2 まで緩
減させた。成長温度は、Ｃ１１からＣ２１の間に８４５
℃から８３５℃まで徐々に減少させる。このようにし
て、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）が０．１
３から０．１１に緩減する厚さ（ｄ12−ｄ11）が約３μ
ｍの混晶率減少部Ｓ１１を成長した。
【００４２】エピタキシャル層が１μｍ増加する間に減
少する混晶率の割合を混晶率の減少率Δｘ2 と定義する
とき、この間における砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率
（１−ｘ）の減少率Δｘ2 は約０．００７である。前記
減少率Δｘ2 が０．００５〜０．０５の範囲内となる場
合には、混晶率増加部Ｒ１１において発生したミスフィ
ット転位を効果的に修復することができる。
少する混晶率の割合を混晶率の減少率Δｘ2 と定義する
とき、この間における砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率
（１−ｘ）の減少率Δｘ2 は約０．００７である。前記
減少率Δｘ2 が０．００５〜０．０５の範囲内となる場
合には、混晶率増加部Ｒ１１において発生したミスフィ
ット転位を効果的に修復することができる。
【００４３】しかし、前記減少率Δｘ2 を０．００５よ
り小さくすると、膜厚が厚くなりすぎて生産性や輝度が
低下する。また、前記減少率Δｘ2 を０．０５より大き
くすると結晶の修復が不十分となり、やはり輝度が低下
してしまう。
り小さくすると、膜厚が厚くなりすぎて生産性や輝度が
低下する。また、前記減少率Δｘ2 を０．０５より大き
くすると結晶の修復が不十分となり、やはり輝度が低下
してしまう。
【００４４】ここで、混晶率増加部Ｒ１１と混晶率減少
部Ｓ１１との厚さの和（ｄ12−ｄ10）は、１〜１０μｍ
であることが望ましい。１μｍより薄い場合はエピタキ
シャル層の結晶性が悪くなり、１０μｍより厚い場合は
混晶率変化層４の厚さが従来と同程度となるので、生産
性や輝度の向上があまり期待できなくなる。
部Ｓ１１との厚さの和（ｄ12−ｄ10）は、１〜１０μｍ
であることが望ましい。１μｍより薄い場合はエピタキ
シャル層の結晶性が悪くなり、１０μｍより厚い場合は
混晶率変化層４の厚さが従来と同程度となるので、生産
性や輝度の向上があまり期待できなくなる。
【００４５】（工程３，４，５，６）Ｃ２１→Ｃ２２→
Ｃ３１→Ｃ３２→Ｃ４１ 表１に示すようにして、さらに同様の気相成長工程を繰
り返すことにより、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１
−ｘ）が０．１１から０．２３に急激に増加する厚さ
（ｄ13−ｄ12）が約０．１μｍの混晶率増加部Ｒ１２
（Ｃ２１→Ｃ２２）、０．２３から０．２１に緩減する
厚さ（ｄ14−ｄ13）が約３μｍの混晶率減少部Ｓ１２
（Ｃ２２→Ｃ３１）、０．２１から０．３５に急激に増
加する厚さ（ｄ15−ｄ14）が約０．１μｍの混晶率増加
部Ｒ１３（Ｃ３１→Ｃ３２）、０．３５で一定の混晶率
調整部Ａ１３（Ｃ３２→Ｃ４１）を順次成長させた。こ
の間に、成長温度は、８３５℃から８１０℃まで徐々に
減少させた。さらに、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率
（１−ｘ）が０．３５で厚さ５μｍの混晶率一定層５を
成長し、図４に示すエピタキシャル層３，４，５を形成
した。
Ｃ３１→Ｃ３２→Ｃ４１ 表１に示すようにして、さらに同様の気相成長工程を繰
り返すことにより、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１
−ｘ）が０．１１から０．２３に急激に増加する厚さ
（ｄ13−ｄ12）が約０．１μｍの混晶率増加部Ｒ１２
（Ｃ２１→Ｃ２２）、０．２３から０．２１に緩減する
厚さ（ｄ14−ｄ13）が約３μｍの混晶率減少部Ｓ１２
（Ｃ２２→Ｃ３１）、０．２１から０．３５に急激に増
加する厚さ（ｄ15−ｄ14）が約０．１μｍの混晶率増加
部Ｒ１３（Ｃ３１→Ｃ３２）、０．３５で一定の混晶率
調整部Ａ１３（Ｃ３２→Ｃ４１）を順次成長させた。こ
の間に、成長温度は、８３５℃から８１０℃まで徐々に
減少させた。さらに、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率
（１−ｘ）が０．３５で厚さ５μｍの混晶率一定層５を
成長し、図４に示すエピタキシャル層３，４，５を形成
した。
【００４６】
【表１】
【００４７】最後に、混晶率一定層５と同じ混晶率を有
し、発光中心として窒素をドープした厚さ２０μｍの混
晶率一定層６を気相成長し、さらに、前記混晶率一定層
６に亜鉛Ｚｎを拡散してｐ型の拡散層７を形成すること
により、応力を緩和する３組の層が成長方向に分布して
形成されたエピタキシャルウェーハ１を得た。このエピ
タキシャルウェーハ１に電極を取り付けた後、適当なサ
イズに裁断しパッケージに封入すると、中心発光波長が
６２９ｎｍの橙色用発光ダイオードが完成する。
し、発光中心として窒素をドープした厚さ２０μｍの混
晶率一定層６を気相成長し、さらに、前記混晶率一定層
６に亜鉛Ｚｎを拡散してｐ型の拡散層７を形成すること
により、応力を緩和する３組の層が成長方向に分布して
形成されたエピタキシャルウェーハ１を得た。このエピ
タキシャルウェーハ１に電極を取り付けた後、適当なサ
イズに裁断しパッケージに封入すると、中心発光波長が
６２９ｎｍの橙色用発光ダイオードが完成する。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると混
晶率を急激に変化させることができる。本発明に係る化
合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法は、化合
物半導体単結晶基板を構成しない第Ｖ族系の気体原料の
供給量を急増することにより、第III 族系気体と第Ｖ族
系気体との分圧積を急増させるので、燐化砒化ガリウム
ＧａＡｓ1-x Ｐx の混晶率変化層内に、成長温度では追
随できないほど急激に混晶率が変化する混晶率増加部を
形成することが可能となる。
晶率を急激に変化させることができる。本発明に係る化
合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法は、化合
物半導体単結晶基板を構成しない第Ｖ族系の気体原料の
供給量を急増することにより、第III 族系気体と第Ｖ族
系気体との分圧積を急増させるので、燐化砒化ガリウム
ＧａＡｓ1-x Ｐx の混晶率変化層内に、成長温度では追
随できないほど急激に混晶率が変化する混晶率増加部を
形成することが可能となる。
【００４９】また、化合物半導体単結晶基板を構成しな
い第Ｖ族系の気体原料の供給量を急増し且つ緩減するこ
とを１回以上行うと同時に、化合物半導体単結晶基板を
構成する第Ｖ族系気体の供給量を漸減することにより、
第III 族系気体と第Ｖ族系気体との分圧積を急増させ且
つ緩減させるので、応力を緩和する混晶率変化層を効率
的に形成することができる結果、高品質なエピタキシャ
ル層を効率的に成長することが実現できる。
い第Ｖ族系の気体原料の供給量を急増し且つ緩減するこ
とを１回以上行うと同時に、化合物半導体単結晶基板を
構成する第Ｖ族系気体の供給量を漸減することにより、
第III 族系気体と第Ｖ族系気体との分圧積を急増させ且
つ緩減させるので、応力を緩和する混晶率変化層を効率
的に形成することができる結果、高品質なエピタキシャ
ル層を効率的に成長することが実現できる。
【図１】本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウェ
ーハの製造方法の実施形態において、第Ｖ族系気体の流
量変化を示すグラフである。
ーハの製造方法の実施形態において、第Ｖ族系気体の流
量変化を示すグラフである。
【図２】本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウェ
ーハの製造方法の実施形態において、第III 族系気体と
第Ｖ族系気体との分圧積の変化を示すグラフである。
ーハの製造方法の実施形態において、第III 族系気体と
第Ｖ族系気体との分圧積の変化を示すグラフである。
【図３】本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウェ
ーハの製造方法の実施形態において、気相成長温度の変
化を示すグラフである。
ーハの製造方法の実施形態において、気相成長温度の変
化を示すグラフである。
【図４】本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウェ
ーハの製造方法の実施形態において、砒化ガリウムＧａ
Ａｓの混晶率（１−ｘ）の変化を示すグラフである。
ーハの製造方法の実施形態において、砒化ガリウムＧａ
Ａｓの混晶率（１−ｘ）の変化を示すグラフである。
【図５】III ・Ｖ分圧積と砒化ガリウムＧａＡｓの混晶
率（１−ｘ）と気相成長温度との関係を示すグラフであ
る。
率（１−ｘ）と気相成長温度との関係を示すグラフであ
る。
【図６】本発明に係るエピタキシャルウェーハの一実施
形態の構成を説明する模式断面図である。
形態の構成を説明する模式断面図である。
１ 化合物半導体エピタキシャルウェーハ ２ ＧａＰ単結晶基板 ３ ＧａＰエピタキシャル層 ４ 混晶率変化層 ５ 混晶率一定層 ６ 窒素ドープ混晶率一定層 ７ 拡散層 Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３ 混晶率増加部 Ｓ１１，Ｓ１２ 混晶率減少部 Ａ１３ 混晶率調整部
Claims (6)
- 【請求項１】 燐化ガリウムＧａＰあるいは砒化ガリウ
ムＧａＡｓからなる単結晶基板と、燐化砒化ガリウムＧ
ａＡｓ1-a Ｐa 〔ただし、（１−ａ）は砒化ガリウムＧ
ａＡｓの混晶率、ａは燐化ガリウムＧａＰの混晶率を表
し、０≦ａ≦１を満たす実数である。〕からなる混晶率
一定層との間に、燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐ
x 〔ただし、（１−ｘ）は砒化ガリウムＧａＡｓの混晶
率、ｘは燐化ガリウムＧａＰの混晶率を表し、０≦ｘ≦
１を満たす実数である。〕からなる混晶率変化層が介在
されてなる化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造
方法において、 ガリウムＧａを供給する第III 族系気体と、砒素Ａｓあ
るいは燐Ｐを供給する第Ｖ族系気体とを用いて前記混晶
率変化層をエピタキシャル成長させるに際し、前記単結
晶基板を構成する第Ｖ族元素の原料となる第Ｖ族系気体
の供給量を全体的傾向として漸減させながら、前記単結
晶基板を構成しない第Ｖ族元素の原料となる第Ｖ族系気
体の供給量の急増／緩減サイクルを少なくとも１回設け
ることにより、前記第III 族系気体の分圧と前記第Ｖ族
系気体の合計分圧との分圧積を少なくとも１回急増／緩
減させて、前記混晶率変化層の成長方向に前記混晶率
（１−ｘ）あるいは混晶率ｘの増加部と減少部との組を
少なくとも１組形成することを特徴とする化合物半導体
エピタキシャルウェーハの製造方法。 - 【請求項２】 前記単結晶基板を構成しない第Ｖ族元素
の原料となる第Ｖ族系気体の供給量を急増させている
間、前記単結晶基板を構成する第Ｖ族元素の原料となる
第Ｖ族系気体の供給量を一定に保つ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ェーハの製
造方法。 - 【請求項３】 少なくとも前記第Ｖ族系気体の供給量が
変化している間、燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx か
らなる混晶率変化層のエピタキシャル成長を、燐化ガリ
ウムＧａＰからなる単結晶基板上で行う場合は気相成長
温度を漸減させ、砒化ガリウムＧａＡｓからなる単結晶
基板上で行う場合は気相成長温度を漸増させることを特
徴とする請求項１または請求項２記載の化合物半導体エ
ピタキシャルウェーハの製造方法。 - 【請求項４】 前記混晶率の増加部においてエピタキシ
ャル成長厚１μｍあたりの前記混晶率（１−ｘ）または
混晶率ｘの増加率は０．１〜２０であり、前記混晶率の
減少部においてエピタキシャル成長厚１μｍあたりの前
記混晶率（１−ｘ）または混晶率ｘの減少率は０．００
５〜０．０５であることを特徴とする請求項１ないし請
求項３のいずれか１項記載の化合物半導体エピタキシャ
ルウェーハの製造方法。 - 【請求項５】 前記混晶率の増加部と前記混晶率の減少
部との１組の厚さが１〜１０μｍであることを特徴とす
る請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の化合物
半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。 - 【請求項６】 前記混晶率変化層の形成の最終段階で
は、前記混晶率（１−ｘ）または混晶率ｘをそれぞれ前
記混晶率（１−ａ）または混晶率ａと最終的に等しくな
し得る混晶率調整部を形成することを特徴とする請求項
１ないし請求項５のいずれか１項記載の化合物半導体エ
ピタキシャルウェーハの製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36505797A JP3301371B2 (ja) | 1997-05-27 | 1997-12-19 | 化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法 |
| US09/081,662 US6171394B1 (en) | 1997-05-27 | 1998-05-20 | Method for manufacturing compound semiconductor epitaxial wafer |
| EP98304024A EP0881667A3 (en) | 1997-05-27 | 1998-05-21 | A method for manufacturing compound semiconductor epitaxial wafer |
| TW087108217A TW374206B (en) | 1997-05-27 | 1998-05-27 | Method of manufacturing compound semiconductor epitaxial wafers |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-152947 | 1997-05-27 | ||
| JP15294797 | 1997-05-27 | ||
| JP36505797A JP3301371B2 (ja) | 1997-05-27 | 1997-12-19 | 化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1145860A true JPH1145860A (ja) | 1999-02-16 |
| JP3301371B2 JP3301371B2 (ja) | 2002-07-15 |
Family
ID=26481715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36505797A Expired - Fee Related JP3301371B2 (ja) | 1997-05-27 | 1997-12-19 | 化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6171394B1 (ja) |
| EP (1) | EP0881667A3 (ja) |
| JP (1) | JP3301371B2 (ja) |
| TW (1) | TW374206B (ja) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2021182615A (ja) * | 2020-05-15 | 2021-11-25 | 信越半導体株式会社 | 化合物半導体エピタキシャルウェーハ及びその製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US9157169B2 (en) * | 2005-09-14 | 2015-10-13 | International Rectifier Corporation | Process for manufacture of super lattice using alternating high and low temperature layers to block parasitic current path |
| DE102005056950A1 (de) * | 2005-09-30 | 2007-04-05 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleitersubstrat aus GaAs und Halbleiterbauelement |
| JP5552934B2 (ja) * | 2010-07-20 | 2014-07-16 | Ｔｄｋ株式会社 | 被覆体及び電子部品 |
| JP7351241B2 (ja) * | 2020-03-02 | 2023-09-27 | 信越半導体株式会社 | 化合物半導体エピタキシャルウェーハ及びその製造方法 |
| CN115216837A (zh) * | 2022-07-07 | 2022-10-21 | 西安唐晶量子科技有限公司 | 一种改善vcsel外延片翘曲度的方法及激光器 |
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| US4510515A (en) * | 1981-01-28 | 1985-04-09 | Stanley Electric Co., Ltd. | Epitaxial wafer of compound semiconductor display device |
| JPS61291491A (ja) * | 1985-06-19 | 1986-12-22 | Mitsubishi Monsanto Chem Co | りん化ひ化ガリウム混晶エピタキシヤルウエハ |
| DE3721761A1 (de) * | 1987-07-01 | 1989-01-12 | Telefunken Electronic Gmbh | Leuchtdiode aus iii/v-verbindungs-halbleitermaterial |
| DE4011145A1 (de) | 1990-04-06 | 1991-10-10 | Telefunken Electronic Gmbh | Lumineszenz-halbleiterelement |
| US5077587A (en) * | 1990-10-09 | 1991-12-31 | Eastman Kodak Company | Light-emitting diode with anti-reflection layer optimization |
| JPH06125141A (ja) * | 1992-08-25 | 1994-05-06 | Olympus Optical Co Ltd | 半導体量子井戸光学素子 |
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| DE69408755T2 (de) * | 1993-09-03 | 1998-06-25 | Mitsubishi Chem Corp | Verfahren zum Herstellen eines III-V-Halbleitermaterials und ein III-V-Halbleitermaterial |
| CA2125212A1 (en) * | 1993-09-13 | 1995-03-14 | John E. Cunningham | Method for producing a precise alloy composition from input variables under nonlinear incorporation conditions |
| JPH08264464A (ja) * | 1995-03-24 | 1996-10-11 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 気相成長方法 |
| JP3143040B2 (ja) | 1995-06-06 | 2001-03-07 | 三菱化学株式会社 | エピタキシャルウエハおよびその製造方法 |
| JPH0936431A (ja) * | 1995-07-13 | 1997-02-07 | Toshiba Corp | 半導体発光素子 |
| JP3341564B2 (ja) | 1996-01-12 | 2002-11-05 | 信越半導体株式会社 | 化合物半導体エピタキシャルウエーハ |
-
1997
- 1997-12-19 JP JP36505797A patent/JP3301371B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-05-20 US US09/081,662 patent/US6171394B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-05-21 EP EP98304024A patent/EP0881667A3/en not_active Withdrawn
- 1998-05-27 TW TW087108217A patent/TW374206B/zh active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021182615A (ja) * | 2020-05-15 | 2021-11-25 | 信越半導体株式会社 | 化合物半導体エピタキシャルウェーハ及びその製造方法 |
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|---|---|
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| EP0881667A3 (en) | 1999-08-25 |
| TW374206B (en) | 1999-11-11 |
| JP3301371B2 (ja) | 2002-07-15 |
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