エピタキシャルウェーハおよび発光ダイオード
【課題】発光ダイオード組み立て時のワイヤーボンディング工程においてクレータリングの発生を低減することができ、よって歩留りを向上させることができるエピタキシャルウェーハ及び発光ダイオードを提供する。
【解決手段】少なくとも、基板と、該基板上にエピタキシャル成長によって形成されたｎ型層および該ｎ型層上にｐ型層とを有するエピタキシャルウェーハにおいて、前記ｎ型層および前記ｐ型層はＧａＡｓＰまたはＧａＰであり、前記ｐ型層は少なくとも第１ｐ型層と、該第１ｐ型層より上にありキャリア濃度が高い第２ｐ型層とを有し、更に、前記ｎ型層と前記第１ｐ型層との間にｐ型キャリア濃度が漸増する第１ｐ型キャリア濃度増加層と、前記第１ｐ型層と前記第２ｐ型層との間にｐ型キャリア濃度が漸増する第２ｐ型キャリア濃度増加層を有するものであることを特徴とするエピタキシャルウェーハ。
【解決手段】少なくとも、基板と、該基板上にエピタキシャル成長によって形成されたｎ型層および該ｎ型層上にｐ型層とを有するエピタキシャルウェーハにおいて、前記ｎ型層および前記ｐ型層はＧａＡｓＰまたはＧａＰであり、前記ｐ型層は少なくとも第１ｐ型層と、該第１ｐ型層より上にありキャリア濃度が高い第２ｐ型層とを有し、更に、前記ｎ型層と前記第１ｐ型層との間にｐ型キャリア濃度が漸増する第１ｐ型キャリア濃度増加層と、前記第１ｐ型層と前記第２ｐ型層との間にｐ型キャリア濃度が漸増する第２ｐ型キャリア濃度増加層を有するものであることを特徴とするエピタキシャルウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャルウェーハおよび発光ダイオードに関し、具体的には、ワイヤーボンディング工程において、結晶にクレータリングが発生することを抑制できるエピタキシャルウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
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る。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、石英製のリアクター内にグラファイト製、または石英製のホルダーを配置して基板を保持し、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。
【０００４】
ＧａＡｓ１−ｘＰｘを例にとって説明すると、ＧａＡｓ１−ｘＰｘ（０．４５＜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倍程度向上させることができる。そのため、通常、ＧａＰ基板上に成長したＧａＡｓ１−ｘＰｘ（０．４５＜ｘ＜１）には窒素をドープする。
【０００５】
図５（ａ）にＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハの従来の構成例を示す。
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２１上にｎ型層２２を成長させる。この場合、基板２１とｎ型層２２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層を中間層として設けて、一定組成ＧａＡｓＰ層、アイソ・エレクトロニック・トラップとして窒素（Ｎ）をドープした一定組成窒素濃度増加ＧａＡｓＰ層および一定組成窒素ドープＧａＡｓＰ層を形成する。
その後、第１ｐ型層２３ｂと第２ｐ型層２３ｄの２層からなる構造としたｐ型層２３をエピタキシャル成長させることによって（例えば特許文献１等参照）、良好なオーミック接触を安定に得ることができ、また高輝度化を達成したエピタキシャルウェーハ２０とすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３３５７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、このような構造のエピタキシャルウェーハを用いた発光ダイオード製造の際のワイヤーボンディング工程において、エピタキシャル成長によって形成したｐ型層上の電極が、結晶ごとえぐられてしまう現象（以下クレータリングという）が発生している。
このクレータリングが発生した発光ダイオードは、通電（ひいては発光）自体が不可能になるため、歩留りが低下するといった問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、発光ダイオード組み立て時のワイヤーボンディング工程においてクレータリングの発生を低減することができ、よって歩留りを向上させることができるエピタキシャルウェーハ及び発光ダイオード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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明では、少なくとも、基板と、該基板上にエピタキシャル成長によって形成されたｎ型層および該ｎ型層上にｐ型層とを有するエピタキシャルウェーハにおいて、前記ｎ型層および前記ｐ型層はＧａＡｓＰまたはＧａＰであり、前記ｐ型層は少なくとも第１ｐ型層と、該第１ｐ型層より上にありキャリア濃度が高い第２ｐ型層とを有し、更に、前記ｎ型層と前記第１ｐ型層との間にｐ型キャリア濃度が漸増する第１ｐ型キャリア濃度増加層と、前記第１ｐ型層と前記第２ｐ型層との間にｐ型キャリア濃度が漸増する第２ｐ型キャリア濃度増加層を有するものであることを特徴とするエピタキシャルウェーハを提供する。
【００１０】
このように、ｎ型層と第１ｐ型層との間にｐ型キャリア濃度が漸増する第１ｐ型キャリア濃度増加層が設けられ、且つ第１ｐ型層と第２ｐ型層との間にｐ型キャリア濃度が漸増する第２ｐ型キャリア濃度増加層が設けられた構造のエピタキシャルウェーハとする。
これによって、ｎ型層から第１ｐ型層にかけてや、第１ｐ型層から第２ｐ型層にかけて、ｐ型キャリア濃度が急激に増加しないものとすることができ、格子定数の違いに起因する格子歪みとそれに伴う結晶欠陥の発生を抑制することができる。よって、ｐ型層全体の結晶が従来に比べて良好なエピタキシャルウェーハとなり、ワイヤーボンディング工程において発生するクレータリングの発生率を従来より小さくすることができる。
また、格子歪みと結晶欠陥を少なくできるため、発光輝度や発光寿命も改善することができる効果を奏するものである。
尚、本発明における「漸増」とは、連続的（直線的）な増加のみならず、ステップ状（階段状）の増加も含む。
【００１１】
ここで、前記第１ｐ型キャリア濃度増加層は、前記ｐ型キャリアの濃度増加率が２×１０１６〜２×１０１７ｃｍ−３／μｍであることが好ましい。
このように、第１ｐ型キャリア濃度増加層のｐ型キャリア濃度の増加率が２×１０１６〜２×１０１７ｃｍ−３／μｍであれば、ｐ型キャリア濃度が急激に増加することがなく、ｎ型層とｐ型層の界面の結晶性の悪化が抑制され、良好な結晶性のエピタキシャルウェーハとなっている。また、増加層の厚さが不必要に厚くなることが抑制され、生産性が高いものとすることができる。
【００１２】
また、前記第２ｐ型キャリア濃度増加層は、前記ｐ型キャリアの濃度増加率が３×１０１７〜３×１０１８ｃｍ−３／μｍであることが好ましい。
このように、第２ｐ型キャリア濃度増加層のｐ型キャリア濃度の増加率が上述の範囲内であれば、第１ｐ型層と第２ｐ型層にかけての結晶性が良好であり、また生産性が高いエピタキシャルウェーハとすることができる。
【００１３】
そして、前記第２ｐ型層は、キャリア濃度が０．６〜１．０×１０１９ｃｍ−３であることが好ましい。
このように、第２ｐ型層のキャリア濃度を０．６〜１．０×１０１９ｃｍ−３とすることによって、第２ｐ型層の結晶性が良好な状態で維持されたものとすることができ、よりクレータリングの発生が抑制され、且つ発光輝度などの特性も良好な発光ダイオードの製造に適したエピタキシャルウェーハとすることができる。
【００１４】
更に、前記第１ｐ型キャリア濃度増加層の層厚が、２〜６μｍ、前記第２ｐ型キャリア濃度増加層の層厚が、５〜１５μｍであることが好ましい。
このように、第１ｐ型キャリア濃度増加層や第２ｐ型キャリア濃度増加層の層の厚さを上述の範囲とすることによって、ｐ型キャリア濃度増加層の形成に時間がかからず、生産性が高いものとすることができる。またｐ型キャリアの濃度が急激に上昇させたものとならず、結晶性が良好なエピタキシャルウェーハとなっている。
【００１５】
また、本発明では、本発明に記載のエピタキシャルウェーハを用いて製造されたものであることを特徴とする発光ダイオードを提供する。
上述のように、本発明のエピタキシャルウェーハは、ワイヤーボンディング工程におけるクレータリングの発生率が従来より抑制されたものであり、また発光輝度や発光寿命特性が良好なものである。そしてこのようなエピタキシャルウェーハを用いて製造された発光ダイオードは、従来より発光特性が良好であり、また高歩留りである。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、ｐ型層の結晶性が従来に比べて大幅に改善されたエピタキシャルウェーハとなり、このようなエピタキシャルウェーハを用いることによって、ワイヤーボンディング工程におけるクレータリングの発生率を従来に比べて大幅に低減することができる。また、従来に比べて結晶性が良好なものであり、発光輝度や発光寿命特性が改善されたものとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のエピタキシャルウェーハの概略の一例を示した図である。
【図２】本発明の実施例と比較例１〜３のエピタキシャルウェーハから作製した発光ダイオードのクレータリングの発生率を示した図である。
【図３】実施例と比較例１〜３の発光ダイオードの発光強度を実施例の発光ダイオードの発光強度を１００として比較した図である。
【図４】実施例と比較例１〜３の発光ダイオードの発光寿命を実施例の発光ダイオードの発光寿命を１００として比較した図である。
【図５】従来のエピタキシャルウェーハの概略の一例を示した図である。
【図６】ワイヤーボンディング工程においてクレータリングが発生した発光ダイオードチップの観察像である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、発光ダイオード組み立て時のワイヤーボンディング工程においてクレータリングの発生を低減することができ、これによって歩留りを向上させることができるエピタキシャルウェーハ及び発光ダイオードの開発が待たれていた。
【００１９】
そこで、本発明者は、クレータリングが発生した発光ダイオードに用いられたエピタキシャルウェーハやウェーハダイシング後のチップの構造について様々な調査を行った。
その結果、図６に示すように、クレータリングが発生した発光ダイオードチップを複数個観察した結果、クレータリングの発生によってえぐれた部分の深さが、主に第１ｐ型層と第２ｐ型層の界面付近、若しくはｎ型層と第１ｐ型層との界面付近であり、この部分の結晶性が良好でなく弱いために、クレータリングが発生しているのではないかと推察した。
【００２０】
そこで、第１ｐ型層と第２ｐ型層の界面付近やｎ型層と第１ｐ型層との界面付近での結晶の弱さを改善するためのエピタキシャルウェーハの構造について鋭意検討を重ねた結果、ｎ型層と第１ｐ型層との間にｐ型キャリア濃度が漸増するｐ型キャリア濃度増加層を設け、且つ第１ｐ型層と第２ｐ型層との間にもｐ型キャリア濃度が漸増するｐ型キャリア濃度増加層を設けることによって、これら界面付近におけるｐ型キャリアを急に増量してドープすることによる結晶性の悪化を抑制し、結晶性を改善することを発想した。
【００２１】
そしてこのような構造のエピタキシャルウェーハから発光ダイオードチップを製造することによって、ワイヤーボンディング工程におけるボンディングフォースの高さや、ボンディング時のＡｕボールが電極中心を外れて結晶面を叩いている等の理由によって発生するクレータリングは抑制が困難であるが、エピタキシャルウェーハの構造に由来するクレータリングの発生をほぼ抑制できることを発見し、本発明を完成させた。
【００２２】
以下、本発明について図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図１は本発明のエピタキシャルウェーハの概略の一例を示した図である。
図１に示すように、本発明のエピタキシャルウェーハ１０は、少なくとも基板１１と、該基板１１上にエピタキシャル成長によって形成されたｎ型層１２と、該ｎ型層１２上のｐ型層１３とを有している。
そしてｎ型層１２とｐ型層１３は、ＧａＡｓＰまたはＧａＰからなっており、またｐ型層１３は少なくとも第１ｐ型層１３ｂと、該第１ｐ型層１３ｂより上にあり、かつキャリア濃度が高い第２ｐ型層１３ｄとを有している。
更に、ｎ型層１２と第１ｐ型層１３ｂとの間に、ｐ型キャリア濃度が漸増する第１ｐ型キャリア濃度増加層１３ａと、第１ｐ型層１３ｂと第２ｐ型層１３ｄとの間にｐ型キャリア濃度が漸増する第２ｐ型キャリア濃度増加層１３ｃとを有するものである。
また、ｎ型層１２は、少なくとも組成変化層１２ａ、一定組成層１２ｂ、窒素濃度増加層１２ｃ、窒素濃度一定層１２ｄから構成されるものである。
【００２３】
このような構造のエピタキシャルウェーハであれば、ｎ型層から第１ｐ型層の間のｐ型キャリア濃度の違いや、第１ｐ型層から第２ｐ型層の間のｐ型キャリア濃度の違いによる格子歪みによって発生する結晶欠陥を抑制することができる。従って、ｎ型層からｐ型層にかけての結晶性が従来に比べて良好なものとすることができ、ワイヤーボンディング工程において発生するクレータリングの発生率を改善することができる。また同時に発光輝度、発光寿命特性を改善することができる。
【００２４】
ここで、基板１１は、少なくとも単結晶基板１１ａとエピタキシャル成長法によって形成された基板バッファー層１１ｂという構造とすることが望ましい。このような構造であれば、該基板１１上にｎ型層１２をエピタキシャル成長法によって形成する際に、基板１１に内在する結晶欠陥がｎ型層１２やｐ型層１３に導入されることを抑制することができる。
【００２５】
また、第２ｐ型層１３ｄのキャリア濃度を、０．６〜１．０×１０１９ｃｍ−３とすることができる。
これによって第２ｐ型層の結晶性をより良好なものとすることができ、よりクレータリングの発生を抑制することができるエピタキシャルウェーハを得ることができる。
【００２６】
そして、第１ｐ型キャリア濃度増加層１３ａのｐ型キャリアの濃度増加率を２×１０１６〜２×１０１７ｃｍ−３／μｍの範囲、より望ましくは４×１０１６〜１×１０１７ｃｍ−３／μｍの範囲とすることができる。
これによってｎ型層と第１ｐ型層との間のｐ型キャリアの濃度が急激に増加したものでなく、また増加率が緩やか過ぎとなることを抑制することができる。よって、ｎ型層と第１ｐ型層の界面の結晶性がより良好なものとなり、クレータリングの発生率をより低減でき、また発光輝度や発光寿命特性をより改善することができる。且つ効率よく製造されたものとすることができる。
【００２７】
更に、第１ｐ型キャリア濃度増加層１３ａの層厚を、２〜６μｍとすることができる。
これによって、層の形成に時間がかかることなく、生産性が高いものとなる。更に、ｐ型キャリアの濃度増加率が急激にならず、結晶性の悪化を抑制することができ、クレータリングの抑制効果をより高いものとすることができる。
【００２８】
また、第２ｐ型キャリア濃度増加層１３ｃのｐ型キャリアの濃度増加率を、３×１０１７〜３×１０１８ｃｍ−３／μｍの範囲、より望ましくは、５×１０１７〜１．５×１０１８ｃｍ−３／μｍの範囲とすることができる。
これによって第１ｐ型層と第２ｐ型層との間のｐ型キャリアの濃度が急激に増加したものでなく、また増加率が必要以上に緩やかとなることを抑制することができる。従って、ｐ型層の結晶性が更に良好になり、クレータリングの発生率や発光寿命特性などを更に改善することができるとともに、生産効率も低下させなくても済む。
【００２９】
そして、第２ｐ型キャリア濃度増加層１３ｃの層厚を、５〜１５μｍとすることができる。
これによって層の形成が長時間にならず、またｐ型キャリアの濃度増加率が急激なものとなることも抑制することができる。よって、高生産性で、結晶性が良好なエピタキシャルウェーハとすることができる。
【００３０】
更に、ｎ型層１２とｐ型層１３は、ＧａＡｓ１−ｘＰｘ（０．４５＜ｘ＜１）であり、かつ基板１１はＧａＰからなるものとすることが望ましい。
このように、本発明のエピタキシャルウェーハでは、クレータリングの発生率が従来に比べて低減されていると共に、光出力を向上させることができるものであるが、その他の構成は従来と同じにすることができるため、ｎ型層やｐ型層として上述のような組成のＧａＡｓＰとすることができ、また基板をＧａＰとすることができる。従って、簡単な構成で高品質なものとすることが出来る。
【００３１】
また、ｎ型層１２およびｐ型層１３のうち、少なくとも一方に窒素がドープされていることとすることが望ましい。
このように、ｎ型層とｐ型層のうち少なくとも一方に、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をドープすることによって、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エピタキシャルウェーハとできる。
【００３２】
そして、ｐ型層１３のｐ型キャリアが、亜鉛又はマグネシウム、又はその両方であることとすることが望ましい。
ｐ型キャリアとしては特に限定されないが、亜鉛、マグネシウム等が挙げられる。例えばジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）等の有機金属化合物を反応器内に供給することでドープすることができる。これにより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エピタキシャルウェーハの構成を容易に実現することができる。
【００３３】
更に、このようなワイヤーボンディング工程におけるクレータリングの発生率が従来より抑制され、かつ発光輝度や発光寿命特性も良好な本発明のエピタキシャルウェーハを用いて作製された発光ダイオードは、同様に、従来に比べて発光ダイオードとしての特性が良好であり、またクレータリングの発生が少なく、高歩留りなものとなっている。
【００３４】
そして上述のような本発明のエピタキシャルウェーハは以下に示したような製造方法によって製造することができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
以下に示す製造方法では、ｎ型層およびｐ型層をＧａＡｓＰとし、基板にＧａＰを用いた場合について説明しているが、もちろんこれに限定されるものではなく、ｎ型層やｐ型層をＧａＰとすることもできる。
【００３５】
まずＧａＰの単結晶基板１１ａ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、それぞれ設置する。
次に、窒素（Ｎ２）ガスを該リアクター内に導入し、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）を導入し、Ｎ２の流れを止め昇温工程に入る。
そして上記Ｇａ入り石英ボート設置部分および単結晶基板１１ａの設置部分の温度が、所定の温度に一定に保持されていることを確認した後に、単結晶基板１１ａと同組成のＧａＰエピタキシャル膜の気相成長を開始する。
【００３６】
最初、ｎ型キャリアドープ用ガスをリアクター内に導入し、周期律表第ＩＩＩ族元素成分原料としてのＧａＣｌを生成させるために、高純度塩化水素ガス（ＨＣｌ）を上記石英ボート中のＧａ溜に吹き込み、Ｇａ溜上表面より吹き出させる。
他方、周期律表第Ｖ族元素成分として、高純度りん化水素ガス（ＰＨ３）を導入しつつ、第１層である基板バッファー層１１ｂを単結晶基板１１ａ上に成長させた。
【００３７】
次に、ＨＣｌの導入量を変えることなく、高純度ひ化水素ガス（ＡｓＨ３）の導入を開始した後導入量を徐々に増加し、また同時にｎ型キャリアドープ用ガスおよびＰＨ３の導入量を減少させて、第２層となるｎ型の組成変化層１２ａ（ＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層）を基板バッファー層１１ｂ上に成長させる。
【００３８】
次に、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の導入量を変えることなく、ｎ型キャリアドープ用ガスの導入量を徐々に減少させて、第３層となるｎ型の組成一定層１２ｂ（ＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層）を組成変化層１２ａ上に成長させる。
【００３９】
次は、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の導入量を変えることなく、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窒素ドープ用ガスを導入して、また同時にｎ型キャリアドープ用ガスの導入をやめてから、第４層となるｎ型の窒素濃度増加層１２ｃを組成一定層１２ｂ上に成長させる。
【００４０】
次はＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、窒素ドープ用ガスの導入量を変えることなく、第５層となるｎ型の窒素濃度一定層１２ｄを窒素濃度増加層１２ｃ上に成長させる。
【００４１】
そして、次にＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、窒素ドープ用ガスの導入量を変えることなく、ｐ型キャリアをドープするためにｐ型キャリアドープ用ガスの導入量を増加させながら導入を開始し、第６層となるＧａＡｓ１−ｘＰｘ第１ｐ型キャリア濃度増加層１３ａを窒素濃度一定層１２ｄ上に成長させる。
これによって、ｎ型層と第１ｐ型層の界面のｐ型キャリア濃度の違いによって発生する格子定数の違いに起因する結晶中のストレスを低減することができ、クレータリングの発生を抑制でき、また発光輝度や発光寿命特性を改善することができる。
尚、この時のｐ型キャリアドープ用ガスの導入量の増加方法は特に限定されず、直線的でもステップ状でも良いし、曲線状に導入量を増加させても良い。
【００４２】
その後、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、ｐ型キャリアドープ用ガスの導入量を変えることなく、また、窒素ドープ用ガスの導入量を徐々に減少させながら、第７層となるｐ型のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層（第１ｐ型層１３ｂ）を第１ｐ型キャリア濃度増加層１３ａ上に成長させる。
【００４３】
次に、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の導入量を変えることなく、ｐ型キャリアドープ用ガスの導入量を徐々に増加させながら、第８層となるｐ型のＧａＡｓ１−ｘＰｘ第２ｐ型キャリア濃度増加層１３ｃを第１ｐ型層１３ｂ上に成長させる。
これによって、第１ｐ型層と第２ｐ型層の界面のｐ型キャリア濃度の違いによる格子定数の違いに起因する結晶中のストレスを低減することができ、クレータリングの発生を抑制でき、また発光輝度や発光寿命特性を改善することができる。
尚、この時のｐ型キャリアドープ用ガスの導入量の増加方法も同様に特に限定されず、直線的でもステップ状でも良いし、曲線状に導入量を増加させても良い。
【００４４】
最後に、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、ｐ型キャリアドープ用ガスの導入量を変えることなく、第９層となるｐ型のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層（第２ｐ型層１３ｄ）を第２ｐ型キャリア濃度増加層１３ｃ上に成長させ、気相成長を終了することによって、ｎ型層からｐ型層にかけての結晶性が従来に比べて大幅に改善されたエピタキシャルウェーハ１０を得ることができる。
尚、この第２ｐ型層１３ｄのキャリア濃度が第１ｐ型層１３ｂより高くなるようにする。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、もちろん本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
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基板はテルル（Ｔｅ）が３〜１０×１０１７／ｃｍ３添加され、直径５０ｍｍの円形で、（１００）面から〔０１１〕方向に１０°偏位した面をもつものである。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２０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６５００ｓｃｃｍ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、それぞれ一定温度に保持されていることを確認した後、ＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル膜の気相成長を開始した。
【００４６】
最初、水素ガスで希釈したｎ型キャリアドープ用ガスを導入し、周期律表第ＩＩＩ族元素成分原料としてのＧａＣｌを生成させるため、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、高純度りん化水素ガス（ＰＨ３）を導入しつつ、第１層であるＧａＰバッファー層をＧａＰ単結晶基板上に成長させた。
【００４７】
次に、ＨＣｌの導入量を変えることなく、高純度ひ化水素ガス（ＡｓＨ３）の導入を開始した後導入量を徐々に増加し、また同時にＰＨ３の導入量を減少させて、第２層のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層を第１層のＧａＰバッファー層上に成長させた（ｎ型層−組成変化層）。
【００４８】
次に、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の導入量を変えることなく、ｎ型キャリアドープ用ガスの導入量を徐々に減少させて、第３層のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層を第２層のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層上に成長させた（ｎ型層−組成一定層）。
【００４９】
その後、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の導入量を変えることなく、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高純度アンモニアガス（ＮＨ３）を導入して、また同時にｎ型キャリアドープ用ガスの導入をやめてから、第４層のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層を第３層のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層上に成長させた（ｎ型層−窒素濃度増加層）。
【００５０】
次に、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、ＮＨ３の量を変えることなく導入しながら、第５層のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層を第４層のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層上に成長させた（ｎ型層−窒素濃度一定組成層）。
【００５１】
次にＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、ＮＨ３の導入量を変えることなく、Ｈ２ガスによって０．４％に希釈したＤＭＺｎガスをｐ型キャリアドープ用ガスとして徐々に所定流量までランピングで増加させながら、第６層の第１ｐ型キャリア濃度増加層を第５層のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層上に成長させた。
【００５２】
そして、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、ＤＭＺｎの量を変えることなく、また、ＮＨ３ガスの導入量を徐々に減少させながら、第７層のｐ型のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層（第１ｐ型層）を第６層の第１ｐ型キャリア濃度増加層上に成長させた。
【００５３】
次にＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の導入量を変えることなくＤＭＺｎ流量を徐々にランピングで増加させて、かつＮＨ３の導入を止めた状態で、第８層の第２ｐ型キャリア濃度増加層を第７層のｐ型のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層上に成長させた。
【００５４】
そして、最後はＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の量を変えることなく、ＤＭＺｎガスの導入量を固定し、第９層のｐ型のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層（第２ｐ型層）を第８層の第２ｐ型キャリア濃度増加層上に成長させ、気相成長を終了し、エピタキシャルウェーハを製造した。
第１ｐ型キャリア濃度増加層の層厚は４μｍ、第１ｐ型層の層厚は８μｍ、第２ｐ型キャリア濃度増加層の層厚は１０μｍ、第２ｐ型層の層厚は４μｍであった。
【００５５】
その後、作製したエピタキシャルウェーハに対して電極形成、ダイシング、モールディング等を行い、発光ダイオードを製造した。
【００５６】
製造した発光ダイオードに対して、以下に示す様な評価を行った。
まず、ワイヤーボンディングの後のｐ型層側の電極形成面を観察し、クレータリングの発生の有無を評価した。その結果を図２に示す。図２は実施例と後述する比較例１〜３のエピタキシャルウェーハから作製した発光ダイオードのクレータリングの発生率を示した図であり、縦軸は、１００万個の発光ダイオードのうち、クレータリングが発生した発光ダイオードの数を表している。
次に、製造した発光ダイオードの発光輝度の評価を行った。その結果を図３に示す。図３は実施例と後述する比較例１〜３の発光ダイオードの発光強度を比較した図であり、実施例を１００とした時の相対値である。
そして、製造した発光ダイオードの発光寿命を評価した。その結果を図４に示す。図４は実施例と後述する比較例１〜３の発光ダイオードの発光寿命を比較した図であり、実施例を１００とした時の相対値である。
【００５７】
（比較例１）
実施例１において、第１ｐ型キャリア濃度増加層と第２ｐ型キャリア濃度増加層の形成を行わず、第１ｐ型層の厚さを８μｍ、第２ｐ型層の厚さを４μｍとした以外は実施例１と同様の方法によって、図５（ａ）に示すようなＧａＰ基板２１とｎ型層２２と第１ｐ型層２３ｂと第２ｐ型層２３ｄとからなるエピタキシャルウェーハ２０を製造し、同様に発光ダイオードを製造した。そして、実施例１と同様の評価を行った。
【００５８】
（比較例２）
実施例１において、第１ｐ型キャリア濃度増加層の形成を行わず、第１ｐ型層の厚さを８μｍ、第２ｐ型キャリア濃度増加層の厚さを１０μｍ、第２ｐ型層の厚さを４μｍとした以外は実施例１と同様の方法によって、図５（ｂ）に示すようなＧａＰ基板２１とｎ型層２２と第１ｐ型層２３ｂ’とｐ型キャリア濃度増加層２３ｅと第２ｐ型層２３ｄ’とからなるエピタキシャルウェーハ２０’を製造し、同様に発光ダイオードを製造し、実施例１と同様の評価を行った。
【００５９】
（比較例３）
実施例１において、第２ｐ型キャリア濃度増加層の形成を行わず、第１ｐ型層の厚さを８μｍ、第１ｐ型キャリア濃度増加層の厚さを４μｍ、第２ｐ型層の厚さを４μｍとした以外は実施例１と同様の方法によって、図５（ｃ）に示すようなＧａＰ基板２１とｎ型層２２とｐ型キャリア濃度増加層２３ｅ’と第１ｐ型層２３ｂ’’と第２ｐ型層２３ｄ’’とからなるエピタキシャルウェーハ２０’’を製造し、同様に発光ダイオードを製造し、実施例１と同様の評価を行った。
【００６０】
図２に示すように、実施例の発光ダイオードでは、クレータリングの発生率は２ｐｐｍであったのに対し、比較例１では４７ｐｐｍ、比較例２では１９ｐｐｍ、比較例３では３３ｐｐｍであり、第１ｐ型キャリア濃度増加層および第２ｐ型キャリア濃度増加層の両方を設けることによって、クレータリングの発生を大幅に抑制でき、片方ではさほど効果がないことが判った。
【００６１】
また、図３に示すように、実施例の発光ダイオードの発光輝度を１００とした時、比較例１の発光ダイオードでは９２、比較例２は９７、比較例３は９４であった。このように、ｐ型キャリア濃度増加層をｎ型層と第１ｐ型層の界面と第１ｐ型層と第２ｐ型層の界面の両方に設ける事によって発光輝度も改善できることが判った。
【００６２】
そして図４に示すように、実施例の発光ダイオードの発光寿命を１００とした時、比較例１の発光ダイオードは９０、比較例２は９５、比較例３は９３であり、第１ｐ型キャリア濃度増加層および第２ｐ型キャリア濃度増加層の両方を設けることによって、クレータリングの発生率などと同様に発光寿命も大幅に改善できることが判った。
【００６３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００６４】
１０…エピタキシャルウェーハ、
１１…基板、 １１ａ…単結晶基板、 １１ｂ…基板バッファー層、
１２…ｎ型層、 １２ａ…組成変化層、 １２ｂ…一定組成層、 １２ｃ…窒素濃度増加層、 １２ｄ…窒素濃度一定層、
１３…ｐ型層、 １３ａ…第１ｐ型キャリア濃度増加層、 １３ｂ…第１ｐ型層、 １３ｃ…第２ｐ型キャリア濃度増加層、 １３ｄ…第２ｐ型層、
２０，２０’，２０’’…エピタキシャルウェーハ、 ２１…ＧａＰ基板、 ２２…ｎ型層、 ２３…ｐ型層、 ２３ｂ，２３ｂ’，２３ｂ’’…第１ｐ型層、 ２３ｄ，２３ｄ’，２３ｄ’’…第２ｐ型層、 ２３ｅ，２３ｅ’…ｐ型キャリア濃度増加層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャルウェーハおよび発光ダイオードに関し、具体的には、ワイヤーボンディング工程において、結晶にクレータリングが発生することを抑制できるエピタキシャルウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
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る。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、石英製のリアクター内にグラファイト製、または石英製のホルダーを配置して基板を保持し、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。
【０００４】
ＧａＡｓ１−ｘＰｘを例にとって説明すると、ＧａＡｓ１−ｘＰｘ（０．４５＜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倍程度向上させることができる。そのため、通常、ＧａＰ基板上に成長したＧａＡｓ１−ｘＰｘ（０．４５＜ｘ＜１）には窒素をドープする。
【０００５】
図５（ａ）にＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハの従来の構成例を示す。
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２１上にｎ型層２２を成長させる。この場合、基板２１とｎ型層２２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層を中間層として設けて、一定組成ＧａＡｓＰ層、アイソ・エレクトロニック・トラップとして窒素（Ｎ）をドープした一定組成窒素濃度増加ＧａＡｓＰ層および一定組成窒素ドープＧａＡｓＰ層を形成する。
その後、第１ｐ型層２３ｂと第２ｐ型層２３ｄの２層からなる構造としたｐ型層２３をエピタキシャル成長させることによって（例えば特許文献１等参照）、良好なオーミック接触を安定に得ることができ、また高輝度化を達成したエピタキシャルウェーハ２０とすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３３５７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、このような構造のエピタキシャルウェーハを用いた発光ダイオード製造の際のワイヤーボンディング工程において、エピタキシャル成長によって形成したｐ型層上の電極が、結晶ごとえぐられてしまう現象（以下クレータリングという）が発生している。
このクレータリングが発生した発光ダイオードは、通電（ひいては発光）自体が不可能になるため、歩留りが低下するといった問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、発光ダイオード組み立て時のワイヤーボンディング工程においてクレータリングの発生を低減することができ、よって歩留りを向上させることができるエピタキシャルウェーハ及び発光ダイオード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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明では、少なくとも、基板と、該基板上にエピタキシャル成長によって形成されたｎ型層および該ｎ型層上にｐ型層とを有するエピタキシャルウェーハにおいて、前記ｎ型層および前記ｐ型層はＧａＡｓＰまたはＧａＰであり、前記ｐ型層は少なくとも第１ｐ型層と、該第１ｐ型層より上にありキャリア濃度が高い第２ｐ型層とを有し、更に、前記ｎ型層と前記第１ｐ型層との間にｐ型キャリア濃度が漸増する第１ｐ型キャリア濃度増加層と、前記第１ｐ型層と前記第２ｐ型層との間にｐ型キャリア濃度が漸増する第２ｐ型キャリア濃度増加層を有するものであることを特徴とするエピタキシャルウェーハを提供する。
【００１０】
このように、ｎ型層と第１ｐ型層との間にｐ型キャリア濃度が漸増する第１ｐ型キャリア濃度増加層が設けられ、且つ第１ｐ型層と第２ｐ型層との間にｐ型キャリア濃度が漸増する第２ｐ型キャリア濃度増加層が設けられた構造のエピタキシャルウェーハとする。
これによって、ｎ型層から第１ｐ型層にかけてや、第１ｐ型層から第２ｐ型層にかけて、ｐ型キャリア濃度が急激に増加しないものとすることができ、格子定数の違いに起因する格子歪みとそれに伴う結晶欠陥の発生を抑制することができる。よって、ｐ型層全体の結晶が従来に比べて良好なエピタキシャルウェーハとなり、ワイヤーボンディング工程において発生するクレータリングの発生率を従来より小さくすることができる。
また、格子歪みと結晶欠陥を少なくできるため、発光輝度や発光寿命も改善することができる効果を奏するものである。
尚、本発明における「漸増」とは、連続的（直線的）な増加のみならず、ステップ状（階段状）の増加も含む。
【００１１】
ここで、前記第１ｐ型キャリア濃度増加層は、前記ｐ型キャリアの濃度増加率が２×１０１６〜２×１０１７ｃｍ−３／μｍであることが好ましい。
このように、第１ｐ型キャリア濃度増加層のｐ型キャリア濃度の増加率が２×１０１６〜２×１０１７ｃｍ−３／μｍであれば、ｐ型キャリア濃度が急激に増加することがなく、ｎ型層とｐ型層の界面の結晶性の悪化が抑制され、良好な結晶性のエピタキシャルウェーハとなっている。また、増加層の厚さが不必要に厚くなることが抑制され、生産性が高いものとすることができる。
【００１２】
また、前記第２ｐ型キャリア濃度増加層は、前記ｐ型キャリアの濃度増加率が３×１０１７〜３×１０１８ｃｍ−３／μｍであることが好ましい。
このように、第２ｐ型キャリア濃度増加層のｐ型キャリア濃度の増加率が上述の範囲内であれば、第１ｐ型層と第２ｐ型層にかけての結晶性が良好であり、また生産性が高いエピタキシャルウェーハとすることができる。
【００１３】
そして、前記第２ｐ型層は、キャリア濃度が０．６〜１．０×１０１９ｃｍ−３であることが好ましい。
このように、第２ｐ型層のキャリア濃度を０．６〜１．０×１０１９ｃｍ−３とすることによって、第２ｐ型層の結晶性が良好な状態で維持されたものとすることができ、よりクレータリングの発生が抑制され、且つ発光輝度などの特性も良好な発光ダイオードの製造に適したエピタキシャルウェーハとすることができる。
【００１４】
更に、前記第１ｐ型キャリア濃度増加層の層厚が、２〜６μｍ、前記第２ｐ型キャリア濃度増加層の層厚が、５〜１５μｍであることが好ましい。
このように、第１ｐ型キャリア濃度増加層や第２ｐ型キャリア濃度増加層の層の厚さを上述の範囲とすることによって、ｐ型キャリア濃度増加層の形成に時間がかからず、生産性が高いものとすることができる。またｐ型キャリアの濃度が急激に上昇させたものとならず、結晶性が良好なエピタキシャルウェーハとなっている。
【００１５】
また、本発明では、本発明に記載のエピタキシャルウェーハを用いて製造されたものであることを特徴とする発光ダイオードを提供する。
上述のように、本発明のエピタキシャルウェーハは、ワイヤーボンディング工程におけるクレータリングの発生率が従来より抑制されたものであり、また発光輝度や発光寿命特性が良好なものである。そしてこのようなエピタキシャルウェーハを用いて製造された発光ダイオードは、従来より発光特性が良好であり、また高歩留りである。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、ｐ型層の結晶性が従来に比べて大幅に改善されたエピタキシャルウェーハとなり、このようなエピタキシャルウェーハを用いることによって、ワイヤーボンディング工程におけるクレータリングの発生率を従来に比べて大幅に低減することができる。また、従来に比べて結晶性が良好なものであり、発光輝度や発光寿命特性が改善されたものとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のエピタキシャルウェーハの概略の一例を示した図である。
【図２】本発明の実施例と比較例１〜３のエピタキシャルウェーハから作製した発光ダイオードのクレータリングの発生率を示した図である。
【図３】実施例と比較例１〜３の発光ダイオードの発光強度を実施例の発光ダイオードの発光強度を１００として比較した図である。
【図４】実施例と比較例１〜３の発光ダイオードの発光寿命を実施例の発光ダイオードの発光寿命を１００として比較した図である。
【図５】従来のエピタキシャルウェーハの概略の一例を示した図である。
【図６】ワイヤーボンディング工程においてクレータリングが発生した発光ダイオードチップの観察像である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、発光ダイオード組み立て時のワイヤーボンディング工程においてクレータリングの発生を低減することができ、これによって歩留りを向上させることができるエピタキシャルウェーハ及び発光ダイオードの開発が待たれていた。
【００１９】
そこで、本発明者は、クレータリングが発生した発光ダイオードに用いられたエピタキシャルウェーハやウェーハダイシング後のチップの構造について様々な調査を行った。
その結果、図６に示すように、クレータリングが発生した発光ダイオードチップを複数個観察した結果、クレータリングの発生によってえぐれた部分の深さが、主に第１ｐ型層と第２ｐ型層の界面付近、若しくはｎ型層と第１ｐ型層との界面付近であり、この部分の結晶性が良好でなく弱いために、クレータリングが発生しているのではないかと推察した。
【００２０】
そこで、第１ｐ型層と第２ｐ型層の界面付近やｎ型層と第１ｐ型層との界面付近での結晶の弱さを改善するためのエピタキシャルウェーハの構造について鋭意検討を重ねた結果、ｎ型層と第１ｐ型層との間にｐ型キャリア濃度が漸増するｐ型キャリア濃度増加層を設け、且つ第１ｐ型層と第２ｐ型層との間にもｐ型キャリア濃度が漸増するｐ型キャリア濃度増加層を設けることによって、これら界面付近におけるｐ型キャリアを急に増量してドープすることによる結晶性の悪化を抑制し、結晶性を改善することを発想した。
【００２１】
そしてこのような構造のエピタキシャルウェーハから発光ダイオードチップを製造することによって、ワイヤーボンディング工程におけるボンディングフォースの高さや、ボンディング時のＡｕボールが電極中心を外れて結晶面を叩いている等の理由によって発生するクレータリングは抑制が困難であるが、エピタキシャルウェーハの構造に由来するクレータリングの発生をほぼ抑制できることを発見し、本発明を完成させた。
【００２２】
以下、本発明について図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図１は本発明のエピタキシャルウェーハの概略の一例を示した図である。
図１に示すように、本発明のエピタキシャルウェーハ１０は、少なくとも基板１１と、該基板１１上にエピタキシャル成長によって形成されたｎ型層１２と、該ｎ型層１２上のｐ型層１３とを有している。
そしてｎ型層１２とｐ型層１３は、ＧａＡｓＰまたはＧａＰからなっており、またｐ型層１３は少なくとも第１ｐ型層１３ｂと、該第１ｐ型層１３ｂより上にあり、かつキャリア濃度が高い第２ｐ型層１３ｄとを有している。
更に、ｎ型層１２と第１ｐ型層１３ｂとの間に、ｐ型キャリア濃度が漸増する第１ｐ型キャリア濃度増加層１３ａと、第１ｐ型層１３ｂと第２ｐ型層１３ｄとの間にｐ型キャリア濃度が漸増する第２ｐ型キャリア濃度増加層１３ｃとを有するものである。
また、ｎ型層１２は、少なくとも組成変化層１２ａ、一定組成層１２ｂ、窒素濃度増加層１２ｃ、窒素濃度一定層１２ｄから構成されるものである。
【００２３】
このような構造のエピタキシャルウェーハであれば、ｎ型層から第１ｐ型層の間のｐ型キャリア濃度の違いや、第１ｐ型層から第２ｐ型層の間のｐ型キャリア濃度の違いによる格子歪みによって発生する結晶欠陥を抑制することができる。従って、ｎ型層からｐ型層にかけての結晶性が従来に比べて良好なものとすることができ、ワイヤーボンディング工程において発生するクレータリングの発生率を改善することができる。また同時に発光輝度、発光寿命特性を改善することができる。
【００２４】
ここで、基板１１は、少なくとも単結晶基板１１ａとエピタキシャル成長法によって形成された基板バッファー層１１ｂという構造とすることが望ましい。このような構造であれば、該基板１１上にｎ型層１２をエピタキシャル成長法によって形成する際に、基板１１に内在する結晶欠陥がｎ型層１２やｐ型層１３に導入されることを抑制することができる。
【００２５】
また、第２ｐ型層１３ｄのキャリア濃度を、０．６〜１．０×１０１９ｃｍ−３とすることができる。
これによって第２ｐ型層の結晶性をより良好なものとすることができ、よりクレータリングの発生を抑制することができるエピタキシャルウェーハを得ることができる。
【００２６】
そして、第１ｐ型キャリア濃度増加層１３ａのｐ型キャリアの濃度増加率を２×１０１６〜２×１０１７ｃｍ−３／μｍの範囲、より望ましくは４×１０１６〜１×１０１７ｃｍ−３／μｍの範囲とすることができる。
これによってｎ型層と第１ｐ型層との間のｐ型キャリアの濃度が急激に増加したものでなく、また増加率が緩やか過ぎとなることを抑制することができる。よって、ｎ型層と第１ｐ型層の界面の結晶性がより良好なものとなり、クレータリングの発生率をより低減でき、また発光輝度や発光寿命特性をより改善することができる。且つ効率よく製造されたものとすることができる。
【００２７】
更に、第１ｐ型キャリア濃度増加層１３ａの層厚を、２〜６μｍとすることができる。
これによって、層の形成に時間がかかることなく、生産性が高いものとなる。更に、ｐ型キャリアの濃度増加率が急激にならず、結晶性の悪化を抑制することができ、クレータリングの抑制効果をより高いものとすることができる。
【００２８】
また、第２ｐ型キャリア濃度増加層１３ｃのｐ型キャリアの濃度増加率を、３×１０１７〜３×１０１８ｃｍ−３／μｍの範囲、より望ましくは、５×１０１７〜１．５×１０１８ｃｍ−３／μｍの範囲とすることができる。
これによって第１ｐ型層と第２ｐ型層との間のｐ型キャリアの濃度が急激に増加したものでなく、また増加率が必要以上に緩やかとなることを抑制することができる。従って、ｐ型層の結晶性が更に良好になり、クレータリングの発生率や発光寿命特性などを更に改善することができるとともに、生産効率も低下させなくても済む。
【００２９】
そして、第２ｐ型キャリア濃度増加層１３ｃの層厚を、５〜１５μｍとすることができる。
これによって層の形成が長時間にならず、またｐ型キャリアの濃度増加率が急激なものとなることも抑制することができる。よって、高生産性で、結晶性が良好なエピタキシャルウェーハとすることができる。
【００３０】
更に、ｎ型層１２とｐ型層１３は、ＧａＡｓ１−ｘＰｘ（０．４５＜ｘ＜１）であり、かつ基板１１はＧａＰからなるものとすることが望ましい。
このように、本発明のエピタキシャルウェーハでは、クレータリングの発生率が従来に比べて低減されていると共に、光出力を向上させることができるものであるが、その他の構成は従来と同じにすることができるため、ｎ型層やｐ型層として上述のような組成のＧａＡｓＰとすることができ、また基板をＧａＰとすることができる。従って、簡単な構成で高品質なものとすることが出来る。
【００３１】
また、ｎ型層１２およびｐ型層１３のうち、少なくとも一方に窒素がドープされていることとすることが望ましい。
このように、ｎ型層とｐ型層のうち少なくとも一方に、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をドープすることによって、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エピタキシャルウェーハとできる。
【００３２】
そして、ｐ型層１３のｐ型キャリアが、亜鉛又はマグネシウム、又はその両方であることとすることが望ましい。
ｐ型キャリアとしては特に限定されないが、亜鉛、マグネシウム等が挙げられる。例えばジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）等の有機金属化合物を反応器内に供給することでドープすることができる。これにより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エピタキシャルウェーハの構成を容易に実現することができる。
【００３３】
更に、このようなワイヤーボンディング工程におけるクレータリングの発生率が従来より抑制され、かつ発光輝度や発光寿命特性も良好な本発明のエピタキシャルウェーハを用いて作製された発光ダイオードは、同様に、従来に比べて発光ダイオードとしての特性が良好であり、またクレータリングの発生が少なく、高歩留りなものとなっている。
【００３４】
そして上述のような本発明のエピタキシャルウェーハは以下に示したような製造方法によって製造することができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
以下に示す製造方法では、ｎ型層およびｐ型層をＧａＡｓＰとし、基板にＧａＰを用いた場合について説明しているが、もちろんこれに限定されるものではなく、ｎ型層やｐ型層をＧａＰとすることもできる。
【００３５】
まずＧａＰの単結晶基板１１ａ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、それぞれ設置する。
次に、窒素（Ｎ２）ガスを該リアクター内に導入し、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）を導入し、Ｎ２の流れを止め昇温工程に入る。
そして上記Ｇａ入り石英ボート設置部分および単結晶基板１１ａの設置部分の温度が、所定の温度に一定に保持されていることを確認した後に、単結晶基板１１ａと同組成のＧａＰエピタキシャル膜の気相成長を開始する。
【００３６】
最初、ｎ型キャリアドープ用ガスをリアクター内に導入し、周期律表第ＩＩＩ族元素成分原料としてのＧａＣｌを生成させるために、高純度塩化水素ガス（ＨＣｌ）を上記石英ボート中のＧａ溜に吹き込み、Ｇａ溜上表面より吹き出させる。
他方、周期律表第Ｖ族元素成分として、高純度りん化水素ガス（ＰＨ３）を導入しつつ、第１層である基板バッファー層１１ｂを単結晶基板１１ａ上に成長させた。
【００３７】
次に、ＨＣｌの導入量を変えることなく、高純度ひ化水素ガス（ＡｓＨ３）の導入を開始した後導入量を徐々に増加し、また同時にｎ型キャリアドープ用ガスおよびＰＨ３の導入量を減少させて、第２層となるｎ型の組成変化層１２ａ（ＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層）を基板バッファー層１１ｂ上に成長させる。
【００３８】
次に、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の導入量を変えることなく、ｎ型キャリアドープ用ガスの導入量を徐々に減少させて、第３層となるｎ型の組成一定層１２ｂ（ＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層）を組成変化層１２ａ上に成長させる。
【００３９】
次は、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の導入量を変えることなく、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窒素ドープ用ガスを導入して、また同時にｎ型キャリアドープ用ガスの導入をやめてから、第４層となるｎ型の窒素濃度増加層１２ｃを組成一定層１２ｂ上に成長させる。
【００４０】
次はＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、窒素ドープ用ガスの導入量を変えることなく、第５層となるｎ型の窒素濃度一定層１２ｄを窒素濃度増加層１２ｃ上に成長させる。
【００４１】
そして、次にＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、窒素ドープ用ガスの導入量を変えることなく、ｐ型キャリアをドープするためにｐ型キャリアドープ用ガスの導入量を増加させながら導入を開始し、第６層となるＧａＡｓ１−ｘＰｘ第１ｐ型キャリア濃度増加層１３ａを窒素濃度一定層１２ｄ上に成長させる。
これによって、ｎ型層と第１ｐ型層の界面のｐ型キャリア濃度の違いによって発生する格子定数の違いに起因する結晶中のストレスを低減することができ、クレータリングの発生を抑制でき、また発光輝度や発光寿命特性を改善することができる。
尚、この時のｐ型キャリアドープ用ガスの導入量の増加方法は特に限定されず、直線的でもステップ状でも良いし、曲線状に導入量を増加させても良い。
【００４２】
その後、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、ｐ型キャリアドープ用ガスの導入量を変えることなく、また、窒素ドープ用ガスの導入量を徐々に減少させながら、第７層となるｐ型のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層（第１ｐ型層１３ｂ）を第１ｐ型キャリア濃度増加層１３ａ上に成長させる。
【００４３】
次に、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の導入量を変えることなく、ｐ型キャリアドープ用ガスの導入量を徐々に増加させながら、第８層となるｐ型のＧａＡｓ１−ｘＰｘ第２ｐ型キャリア濃度増加層１３ｃを第１ｐ型層１３ｂ上に成長させる。
これによって、第１ｐ型層と第２ｐ型層の界面のｐ型キャリア濃度の違いによる格子定数の違いに起因する結晶中のストレスを低減することができ、クレータリングの発生を抑制でき、また発光輝度や発光寿命特性を改善することができる。
尚、この時のｐ型キャリアドープ用ガスの導入量の増加方法も同様に特に限定されず、直線的でもステップ状でも良いし、曲線状に導入量を増加させても良い。
【００４４】
最後に、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、ｐ型キャリアドープ用ガスの導入量を変えることなく、第９層となるｐ型のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層（第２ｐ型層１３ｄ）を第２ｐ型キャリア濃度増加層１３ｃ上に成長させ、気相成長を終了することによって、ｎ型層からｐ型層にかけての結晶性が従来に比べて大幅に改善されたエピタキシャルウェーハ１０を得ることができる。
尚、この第２ｐ型層１３ｄのキャリア濃度が第１ｐ型層１３ｂより高くなるようにする。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、もちろん本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
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基板はテルル（Ｔｅ）が３〜１０×１０１７／ｃｍ３添加され、直径５０ｍｍの円形で、（１００）面から〔０１１〕方向に１０°偏位した面をもつものである。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２０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６５００ｓｃｃｍ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、それぞれ一定温度に保持されていることを確認した後、ＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル膜の気相成長を開始した。
【００４６】
最初、水素ガスで希釈したｎ型キャリアドープ用ガスを導入し、周期律表第ＩＩＩ族元素成分原料としてのＧａＣｌを生成させるため、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、高純度りん化水素ガス（ＰＨ３）を導入しつつ、第１層であるＧａＰバッファー層をＧａＰ単結晶基板上に成長させた。
【００４７】
次に、ＨＣｌの導入量を変えることなく、高純度ひ化水素ガス（ＡｓＨ３）の導入を開始した後導入量を徐々に増加し、また同時にＰＨ３の導入量を減少させて、第２層のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層を第１層のＧａＰバッファー層上に成長させた（ｎ型層−組成変化層）。
【００４８】
次に、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の導入量を変えることなく、ｎ型キャリアドープ用ガスの導入量を徐々に減少させて、第３層のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層を第２層のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層上に成長させた（ｎ型層−組成一定層）。
【００４９】
その後、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の導入量を変えることなく、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高純度アンモニアガス（ＮＨ３）を導入して、また同時にｎ型キャリアドープ用ガスの導入をやめてから、第４層のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層を第３層のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層上に成長させた（ｎ型層−窒素濃度増加層）。
【００５０】
次に、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、ＮＨ３の量を変えることなく導入しながら、第５層のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層を第４層のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層上に成長させた（ｎ型層−窒素濃度一定組成層）。
【００５１】
次にＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、ＮＨ３の導入量を変えることなく、Ｈ２ガスによって０．４％に希釈したＤＭＺｎガスをｐ型キャリアドープ用ガスとして徐々に所定流量までランピングで増加させながら、第６層の第１ｐ型キャリア濃度増加層を第５層のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層上に成長させた。
【００５２】
そして、ＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３、ＤＭＺｎの量を変えることなく、また、ＮＨ３ガスの導入量を徐々に減少させながら、第７層のｐ型のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層（第１ｐ型層）を第６層の第１ｐ型キャリア濃度増加層上に成長させた。
【００５３】
次にＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の導入量を変えることなくＤＭＺｎ流量を徐々にランピングで増加させて、かつＮＨ３の導入を止めた状態で、第８層の第２ｐ型キャリア濃度増加層を第７層のｐ型のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層上に成長させた。
【００５４】
そして、最後はＨＣｌ、ＰＨ３、ＡｓＨ３の量を変えることなく、ＤＭＺｎガスの導入量を固定し、第９層のｐ型のＧａＡｓ１−ｘＰｘエピタキシャル層（第２ｐ型層）を第８層の第２ｐ型キャリア濃度増加層上に成長させ、気相成長を終了し、エピタキシャルウェーハを製造した。
第１ｐ型キャリア濃度増加層の層厚は４μｍ、第１ｐ型層の層厚は８μｍ、第２ｐ型キャリア濃度増加層の層厚は１０μｍ、第２ｐ型層の層厚は４μｍであった。
【００５５】
その後、作製したエピタキシャルウェーハに対して電極形成、ダイシング、モールディング等を行い、発光ダイオードを製造した。
【００５６】
製造した発光ダイオードに対して、以下に示す様な評価を行った。
まず、ワイヤーボンディングの後のｐ型層側の電極形成面を観察し、クレータリングの発生の有無を評価した。その結果を図２に示す。図２は実施例と後述する比較例１〜３のエピタキシャルウェーハから作製した発光ダイオードのクレータリングの発生率を示した図であり、縦軸は、１００万個の発光ダイオードのうち、クレータリングが発生した発光ダイオードの数を表している。
次に、製造した発光ダイオードの発光輝度の評価を行った。その結果を図３に示す。図３は実施例と後述する比較例１〜３の発光ダイオードの発光強度を比較した図であり、実施例を１００とした時の相対値である。
そして、製造した発光ダイオードの発光寿命を評価した。その結果を図４に示す。図４は実施例と後述する比較例１〜３の発光ダイオードの発光寿命を比較した図であり、実施例を１００とした時の相対値である。
【００５７】
（比較例１）
実施例１において、第１ｐ型キャリア濃度増加層と第２ｐ型キャリア濃度増加層の形成を行わず、第１ｐ型層の厚さを８μｍ、第２ｐ型層の厚さを４μｍとした以外は実施例１と同様の方法によって、図５（ａ）に示すようなＧａＰ基板２１とｎ型層２２と第１ｐ型層２３ｂと第２ｐ型層２３ｄとからなるエピタキシャルウェーハ２０を製造し、同様に発光ダイオードを製造した。そして、実施例１と同様の評価を行った。
【００５８】
（比較例２）
実施例１において、第１ｐ型キャリア濃度増加層の形成を行わず、第１ｐ型層の厚さを８μｍ、第２ｐ型キャリア濃度増加層の厚さを１０μｍ、第２ｐ型層の厚さを４μｍとした以外は実施例１と同様の方法によって、図５（ｂ）に示すようなＧａＰ基板２１とｎ型層２２と第１ｐ型層２３ｂ’とｐ型キャリア濃度増加層２３ｅと第２ｐ型層２３ｄ’とからなるエピタキシャルウェーハ２０’を製造し、同様に発光ダイオードを製造し、実施例１と同様の評価を行った。
【００５９】
（比較例３）
実施例１において、第２ｐ型キャリア濃度増加層の形成を行わず、第１ｐ型層の厚さを８μｍ、第１ｐ型キャリア濃度増加層の厚さを４μｍ、第２ｐ型層の厚さを４μｍとした以外は実施例１と同様の方法によって、図５（ｃ）に示すようなＧａＰ基板２１とｎ型層２２とｐ型キャリア濃度増加層２３ｅ’と第１ｐ型層２３ｂ’’と第２ｐ型層２３ｄ’’とからなるエピタキシャルウェーハ２０’’を製造し、同様に発光ダイオードを製造し、実施例１と同様の評価を行った。
【００６０】
図２に示すように、実施例の発光ダイオードでは、クレータリングの発生率は２ｐｐｍであったのに対し、比較例１では４７ｐｐｍ、比較例２では１９ｐｐｍ、比較例３では３３ｐｐｍであり、第１ｐ型キャリア濃度増加層および第２ｐ型キャリア濃度増加層の両方を設けることによって、クレータリングの発生を大幅に抑制でき、片方ではさほど効果がないことが判った。
【００６１】
また、図３に示すように、実施例の発光ダイオードの発光輝度を１００とした時、比較例１の発光ダイオードでは９２、比較例２は９７、比較例３は９４であった。このように、ｐ型キャリア濃度増加層をｎ型層と第１ｐ型層の界面と第１ｐ型層と第２ｐ型層の界面の両方に設ける事によって発光輝度も改善できることが判った。
【００６２】
そして図４に示すように、実施例の発光ダイオードの発光寿命を１００とした時、比較例１の発光ダイオードは９０、比較例２は９５、比較例３は９３であり、第１ｐ型キャリア濃度増加層および第２ｐ型キャリア濃度増加層の両方を設けることによって、クレータリングの発生率などと同様に発光寿命も大幅に改善できることが判った。
【００６３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００６４】
１０…エピタキシャルウェーハ、
１１…基板、 １１ａ…単結晶基板、 １１ｂ…基板バッファー層、
１２…ｎ型層、 １２ａ…組成変化層、 １２ｂ…一定組成層、 １２ｃ…窒素濃度増加層、 １２ｄ…窒素濃度一定層、
１３…ｐ型層、 １３ａ…第１ｐ型キャリア濃度増加層、 １３ｂ…第１ｐ型層、 １３ｃ…第２ｐ型キャリア濃度増加層、 １３ｄ…第２ｐ型層、
２０，２０’，２０’’…エピタキシャルウェーハ、 ２１…ＧａＰ基板、 ２２…ｎ型層、 ２３…ｐ型層、 ２３ｂ，２３ｂ’，２３ｂ’’…第１ｐ型層、 ２３ｄ，２３ｄ’，２３ｄ’’…第２ｐ型層、 ２３ｅ，２３ｅ’…ｐ型キャリア濃度増加層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、基板と、該基板上にエピタキシャル成長によって形成されたｎ型層および該ｎ型層上にｐ型層とを有するエピタキシャルウェーハにおいて、
前記ｎ型層および前記ｐ型層はＧａＡｓＰまたはＧａＰであり、前記ｐ型層は少なくとも第１ｐ型層と、該第１ｐ型層より上にありキャリア濃度が高い第２ｐ型層とを有し、
更に、前記ｎ型層と前記第１ｐ型層との間にｐ型キャリア濃度が漸増する第１ｐ型キャリア濃度増加層と、前記第１ｐ型層と前記第２ｐ型層との間にｐ型キャリア濃度が漸増する第２ｐ型キャリア濃度増加層を有するものであることを特徴とするエピタキシャルウェーハ。
【請求項２】
前記第１ｐ型キャリア濃度増加層は、前記ｐ型キャリアの濃度増加率が２×１０１６〜２×１０１７ｃｍ−３／μｍであることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウェーハ。
【請求項３】
前記第２ｐ型キャリア濃度増加層は、前記ｐ型キャリアの濃度増加率が３×１０１７〜３×１０１８ｃｍ−３／μｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエピタキシャルウェーハ。
【請求項４】
前記第２ｐ型層は、キャリア濃度が０．６〜１．０×１０１９ｃｍ−３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項に記載のエピタキシャルウェーハ。
【請求項５】
前記第１ｐ型キャリア濃度増加層の層厚が、２〜６μｍ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項に記載のエピタキシャルウェーハ。
【請求項６】
前記第２ｐ型キャリア濃度増加層の層厚が、５〜１５μｍであ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項に記載のエピタキシャルウェーハ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のエピタキシャルウェーハを用いて製造されたものであることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項１】
少なくとも、基板と、該基板上にエピタキシャル成長によって形成されたｎ型層および該ｎ型層上にｐ型層とを有するエピタキシャルウェーハにおいて、
前記ｎ型層および前記ｐ型層はＧａＡｓＰまたはＧａＰであり、前記ｐ型層は少なくとも第１ｐ型層と、該第１ｐ型層より上にありキャリア濃度が高い第２ｐ型層とを有し、
更に、前記ｎ型層と前記第１ｐ型層との間にｐ型キャリア濃度が漸増する第１ｐ型キャリア濃度増加層と、前記第１ｐ型層と前記第２ｐ型層との間にｐ型キャリア濃度が漸増する第２ｐ型キャリア濃度増加層を有するものであることを特徴とするエピタキシャルウェーハ。
【請求項２】
前記第１ｐ型キャリア濃度増加層は、前記ｐ型キャリアの濃度増加率が２×１０１６〜２×１０１７ｃｍ−３／μｍであることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウェーハ。
【請求項３】
前記第２ｐ型キャリア濃度増加層は、前記ｐ型キャリアの濃度増加率が３×１０１７〜３×１０１８ｃｍ−３／μｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエピタキシャルウェーハ。
【請求項４】
前記第２ｐ型層は、キャリア濃度が０．６〜１．０×１０１９ｃｍ−３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項に記載のエピタキシャルウェーハ。
【請求項５】
前記第１ｐ型キャリア濃度増加層の層厚が、２〜６μｍ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項に記載のエピタキシャルウェーハ。
【請求項６】
前記第２ｐ型キャリア濃度増加層の層厚が、５〜１５μｍであ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項に記載のエピタキシャルウェーハ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のエピタキシャルウェーハを用いて製造されたものであることを特徴とする発光ダイオード。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−３５３５０（Ｐ２０１１−３５３５０Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８３１９４（Ｐ２００９−１８３１９４）
【出願日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
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