(57)【要約】【課題】  基板表面の酸化膜及び不純物を最小限に除去できる液相エピタキシャル成長方法を提供することにある。【解決手段】  ＧａＡｓ基板４上にＡｌＧａＡｓ層を液相エピタキシャル法によりエピタキシャル成長するに際し、上記ＡｌＧａＡｓ層の成長開始温度をＡｌ及びＡｓが飽和溶解する温度よりも１〜１０℃高めることで、基板４の表面を溶解しながら成長させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にＡｌＧａＡｓ層を液相エピタキシャル法によりエピタキシャル成長するに際し、
上記ＡｌＧａＡｓ層の成長開始温度をＡｌ及びＡｓが飽和溶解する温度よりも１〜１０℃高めることで、基板の表面を溶解し成長させることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
【請求項２】
基板上に、ＡｌＧａＡｓ活性層、ＡｌＧａＡｓクラッド層を液相エピタキシャル法により順次成長してシングルヘテロ接合構造のエピタキシャルウェハとする成長方法において、
上記活性層の成長開始温度をＡｌ及びＡｓが飽和溶解する温度よりも１〜１０℃高めることで、基板の表面を溶解し成長させることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
【請求項３】
基板上に、第１導電型ＡｌＧａＡｓクラッド層、ＡｌＧａＡｓ活性層、第２導電型ＡｌＧａＡｓクラッド層を、液相エピタキシャル法により順次成長してダブルヘテロ接合構造のエピタキシャルウェハとする成長方法において、
上記第１導電型クラッド層の成長開始温度をＡｌ及びＡｓが飽和溶解する温度よりも、１〜１０℃高めることで、基板の表面を溶解し成長させることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の液相エピタキシャル成長方法において、
上記基板にＧａＡｓ基板を用いることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの液相エピタキシャル成長方法で得られたことを特徴とするエピタキシャルウェハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード等の半導体デバイスの製造に適した液相エピタキシャル成長方法及びその方法で得られたエピタキシャルウェハに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＡｌＧａＡｓを用いた赤色発光ダイオードの輝度が向上し、ディスプレイパネルや自動車用ハイマウントストップランプとして用いられるようになってきた。
【０００３】
これらの用途に用いるためには、白夜でも認識できる程度に輝度が高いことが要求される。この要求に応えるべく、構造面では、シングルヘテロ接合構造（ＳＨ構造）、ダブルヘテロ接合構造（ＤＨ構造）、裏面反射型ＤＨ構造等の発光ダイオード（ＬＥＤ）が開発されてきた。また、海外でも生産され、発光輝度を含めた電気特性の向上、安価な生産が最重要課題となっている。
【０００４】
このようなＬＥＤの製造には、一般に液相エピタキシャル成長法が用いられている。液相エピタキシャル成長法では、基板上に上記各層を積層するにあたり、基板を各層の原料溶液に順次接触させて行く。ここでＬＥＤの高輝度化を含めた電気特性の向上、歩留り向上のためには、基板−エピタキシャル層界面での欠陥低減や、エピタキシャル層内での欠陥の低減が重要である。
【０００５】
エピタキシャル層内での欠陥の低減に関しては、ｐｎ界面つまり１層目のＡｌＧａＡｓ層の上に２層目のＡｌＧａＡｓ層を成長させるに際し、それまでに成長した１層目の表面を自らの原料溶液により溶解し、これにより、１層目のＡｌＧａＡｓ層の表面に「残さ」と呼ばれる欠陥が発生するのをなくす技術が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２００５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１には基板−エピタキシャル層界面での欠陥を低減する技術については開示がない。
【０００７】
液相エピタキシャル成長では、基板上に複数のエピタキシャル層が連続して形成される。ここで基板に注目すると、基板表面には、微量ではあるが、酸化膜及び不純物等が付着している。この基板上にエピタキシャル層を成長させると、エピタキシャル層の結晶欠陥の原因となり、ＬＥＤの輝度及び電気特性に悪影響を及ぼし、歩留り低下の原因となる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、基板表面の酸化膜及び不純物を最小限に除去できる液相エピタキシャル成長方法及びその方法で得られたエピタキシャルウェハを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１０】
本発明は、基板上に形成されるエピタキシャル層（ＡｌＧａＡｓ層）成長開始温度をＡｌ及びＡｓが飽和溶解する温度よりも１〜１０℃高めることで、基板の表面を溶解し成長させ、基板表面の酸化膜及び不純物を取り除く成長方法を用いて、良質のエピタキシャル層を形成する技術である。
【００１１】
すなわち、請求項１の発明に係る液相エピタキシャル成長方法は、基板上にＡｌＧａＡｓ層を液相エピタキシャル法によりエピタキシャル成長するに際し、上記ＡｌＧａＡｓ層の成長開始温度をＡｌ及びＡｓが飽和溶解する温度よりも１〜１０℃高めることで、基板の表面を溶解し成長させることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明に係る液相エピタキシャル成長方法は、基板上に、ＡｌＧａＡｓ活性層、ＡｌＧａＡｓクラッド層を液相エピタキシャル法により順次成長してシングルヘテロ接合構造のエピタキシャルウェハとする成長方法において、上記活性層の成長開始温度をＡｌ及びＡｓが飽和溶解する温度よりも１〜１０℃高めることで、基板の表面を溶解し成長させることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明に係る液相エピタキシャル成長方法は、基板上に、第１導電型ＡｌＧａＡｓクラッド層、ＡｌＧａＡｓ活性層、第２導電型ＡｌＧａＡｓクラッド層を、液相エピタキシャル法により順次成長してダブルヘテロ接合構造のエピタキシャルウェハとする成長方法において、上記第１導電型クラッド層の成長開始温度をＡｌ及びＡｓが飽和溶解する温度よりも、１〜１０℃高めることで、基板の表面を溶解し成長させることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の液相エピタキシャル成長方法において、上記基板にＧａＡｓ基板を用いることを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明に係るエピタキシャルウェハは、請求項１〜４のいずれかの液相エピタキシャル成長方法で得られたことを特徴とする。
【００１６】
＜発明の要点＞
本発明は、基板上に形成されるエピタキシャル層（ＡｌＧａＡｓ層）の成長開始温度をＡｌ及びＡｓが飽和溶解する温度よりも１〜１０℃高めることで、基板の表面を溶解しながら成長させ、基板表面の酸化膜及び不純物を取り除く成長方法であって、基板の直上に良質のエピタキシャル層を形成する技術である。
【００１７】
これには２つの形態が含まれる。第一は、ＧａＡｓ基板上に、所望する発光波長に必要なＡｌ混晶比のｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層と、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層を液相エピタキシャル法により順次成長して、図２のシングルヘテロ構造のエピタキシャルウェハとする形態である。第二は、ＧａＡｓ基板上に、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層、所望する発光波長に必要なＡｌ混晶比のｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層を液相エピタキシャル法により順次成長して図３のダブルヘテロ構造のエピタキシャルウェハとする形態である。
【００１８】
次の点で本発明は特許文献１と大きく異なる。
【００１９】
特許文献１は、ＬＥＤの高出力化及び信頼性の向上には、エピタキシャル層内、特にｐｎ界面近傍での欠陥の低減が重要であるとの前提に立ち、ｐｎ界面つまり１層目のＡｌＧａＡｓ層の上に２層目のＡｌＧａＡｓ層を成長させるに際し、１層目の表面を溶解するという、いわば１層目の表面をけずりながら２層目を成長するものである。こうすることで、１層目のＡｌＧａＡｓ層の表面に「残さ」と呼ばれる欠陥が発生するのをなくす。特許文献１は「ＡｌＡｓ混晶比がｘのＡｌＧａＡｓ結晶は、ｘ以上のＡｌＡｓ混晶比を有するＡｌＧａＡｓ結晶の原料溶液には溶解するが、ｘよりも小さなＡｌＡｓ混晶比を有するＡｌＧａＡｓ結晶の原料溶液には極めて溶解しにくい」というＡｌＧａＡｓ結晶の溶解特性の発見に根拠をおくものである。
【００２０】
これに対し、本発明は、基板上にＡｌＧａＡｓ層を成長するに際し、基板の表面を溶解しながら成長するものである。こうすることで基板表面の酸化膜及び不純物を取り除く。本発明では、ｐｎ界面近傍での欠陥の低減を目的としないため、特許文献１のように１層目のＡｌＧａＡｓに対する２層目のＡｌＧａＡｓのＡｌＡｓ混晶比ｘを論ずる必要性がない。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、基板上にエピタキシャル層（ＡｌＧａＡｓ層）を形成する際、その成長開始温度をＡｌ及びＡｓが飽和溶解する温度よりも１〜１０℃高めて基板の表面を溶解し成長させるので、表面の溶解により基板表面の酸化膜及び不純物を取り除くことができ、良質のエピタキシャル層を形成することができる。従って本発明によれば、ＬＥＤの高輝度化を含めた電気特性の向上、歩留り向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２３】
［実施例］
前提となるスライドボート（液相エピタキシャル成長装置）には、図１に示すように、台座１１、基板スライダ３、原料溶液ホルダ１３、キャップホルダ１４の４つのグラファイト製部品が上下に積み重ねて構成され、台座１１及び原料溶液ホルダ１３に対し基板スライダ３が水平方向に摺動できる構造のものを用いた。基板スライダ３には、その摺動面である上面に形成された基板収納載置凹部１２にＧａＡｓ基板４が収納載置される。また、上側の原料溶液ホルダ１３にスライド方向に順次間隔を置いて形成された３つの溶液溜５には、それぞれ所定の原料溶液１が入れられ、キャップホルダ１４で蓋される。
【００２４】
このカーボン製のスライドボート（グラファイト治具）を用い、図２に示すシングルヘテロ構造の発光ダイオード用エピタキシャルウェハを試作した。
【００２５】
ｐ型ＧａＡｓ基板４を基板スライダ３にセットすると共に、エピタキシャル層の原料であるＧａ、ＧａＡｓ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｔｅを原料溶液ホルダ１３にセットし、炉内の所定の箇所に設置した。
【００２６】
ここで上記３つの溶液溜５のうち、中央の溶液溜５にはｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層原料溶液が、他の一つの溶液溜５にはｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層原料溶液が入れられる。すなわち原料をセットしたスライドボートを炉に入れて、成長開始温度である９００℃の高温領域に昇温し、溶液溜５に原料溶液を作成する。
【００２７】
その後、水素気流中で炉内温度９００℃にて３時間保持した後、７００℃まで１℃／ｍｉｎの割合で降温させた。すなわち、徐冷しながら操作棒２で中央の溶液溜５をＧａＡｓ基板４上に移動させ、原料溶液１をＧａＡｓ基板４と接触させることにより、上記ＧａＡｓ基板にｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層を形成した。次いで、他の溶液溜５をＧａＡｓ基板４上に移動させ、原料溶液１をＧａＡｓ基板４と接触させることにより、上記ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層を形成した。以て、液相エピタキシャル法により基板上にｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層を順次形成し、シングルヘテロ接合構造のＬＥＤ用エピタキシャルウェハを作製した。
【００２８】
ここで本発明に従い、ｐ型ＧａＡｓ基板４に対しｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層を成長する際には、その成長を開始させる温度を、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層成長溶液中のＡｌ及びＡｓが飽和溶解する温度よりも５℃高い温度とし、ｐ型ＧａＡｓ基板４の表面を溶解して成長させた。
【００２９】
この実施例で得られたエピタキシャルウェハに電極を形成してチップを作製後、ステムを取り付けてエポキシ樹脂でコートし、赤色ＬＥＤを作製した。更に作製した赤色ＬＥＤの輝度、電気特性を測定し歩留りを算出した。
【００３０】
また、比較例として、ｐ型ＧａＡｓ基板４にｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層を成長させる温度を、ｐ型ＡｌＧａＡｓ活性層原料溶液のＡｌ及びＡｓの飽和溶解温度とし、その他の条件は上記実施例と同様として、シングルヘテロ接合構造のＬＥＤ用エピタキシャルウェハを作製した。得られた比較例のエピタキシャルウェハに電極を形成してチップを作製後、ステムを取り付けてエポキシ樹脂でコートし、赤色ＬＥＤを作製した。更に作製した赤色ＬＥＤの輝度、電気特性を測定し歩留りを算出した。
【００３１】
上記した本実施例と比較例のＬＥＤ用エピタキシャルウェハの面内の表面欠陥率を、輝度（ｍｃｄ）及び歩留り（％）を指標として、表１に示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１の『ＬＥＤ用エピタキシャルウェハの輝度及び歩留り』から明らかな通り、本実施例によるウェハの場合は、比較例のウェハに較べて、輝度で２２．５％向上、歩留りで１１．１％向上させることができた。
【００３４】
上記した実施例の形態ではシングルヘテロ構造の発光ダイオード用エピタキシャルウェハを成長する場合について説明したが、図３の如く、ダブルヘテロ構造の発光ダイオード用エピタキシャルウェハも本発明を適用して成長することができ、同様の作用効果を得ることができる。
【００３５】
すなわち、基板上に、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、ＡｌＧａＡｓ活性層、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層を、液相エピタキシャル法により順次成長してダブルヘテロ接合構造のエピタキシャルウェハを製造する際、ｐ型クラッド層の成長開始温度をＡｌ及びＡｓが飽和溶解する温度よりも、１〜１０℃高め、基板の表面を溶解し成長させることで、基板表面の酸化膜及び不純物を取り除き、良質のエピタキシャル層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の液相エピタキシャル成長方法に用いられるグラファイト成長治具を示した図である。
【図２】本発明で製造対象としたシングルヘテロ構造の発光ダイオード用エピタキシャルウェハの断面図である。
【図３】本発明で製造対象としたダブルヘテロ構造の発光ダイオード用エピタキシャルウェハの断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  原料溶液
２  操作棒
３  基板スライダ
４  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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