(57)【要約】【課題】ＧａＡｓ基板裏面からのＡｓ抜けを防止して特性不良の少ない発光ダイオードを製造することができる液相エピタキシャル成長方法を提供すること。【解決手段】ＧａＡｓ基板１を収容する基板ホルダ１２と、原料溶液溜１５を摺動方向に２以上有する原料溶液ホルダ１３とを対向させ、且つ相対的に摺動可能としたエピタキシャル成長装置を用いて、化合物半導体のエピタキシャル層を成長する液相エピタキシャル成長方法において、所定の温度から冷却しながら成長用原料溶液にＧａＡｓ基板１を接触させて基板上にエピタキシャル層を成長するに際し、前記ＧａＡｓ基板１の裏面に予めＳｉＯ2膜５を設けておき、成長中におけるＧａＡｓ基板１の裏面からのＡｓ抜けを防止する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ基板を収容する基板ホルダと、原料溶液溜を摺動方向に２以上有する原料溶液ホルダとを対向させ、且つ相対的に摺動可能としたエピタキシャル成長装置を用いて、化合物半導体のエピタキシャル層を成長する液相エピタキシャル成長方法において、
所定の温度から冷却しながら原料溶液にＧａＡｓ基板を接触させて基板上にエピタキシャル層を成長するに際し、前記ＧａＡｓ基板の裏面に予めＳｉＯ2膜を設けておき、成長中におけるＧａＡｓ基板裏面のＡｓ抜けを防止す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】
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、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シングルヘテロ構造のエピタキシャルウェハとする液相エピタキシャル成長方法において、
所定の温度から冷却しながら原料溶液にＧａＡｓ基板を接触させて基板上にエピタキシャル層を成長するに際し、前記ＧａＡｓ基板の裏面に予めＳｉＯ2膜を設けておき、成長中におけるＧａＡｓ基板裏面のＡｓ抜けを防止す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】
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ダブルヘテロ構造のエピタキシャルウェハとする液相エピタキシャル成長方法において、
所定の温度から冷却しながら原料溶液にＧａＡｓ基板を接触させて基板上にエピタキシャル層を成長するに際し、前記ＧａＡｓ基板の裏面に予めＳｉＯ2膜を設けておき、成長中におけるＧａＡｓ基板裏面のＡｓ抜けを防止す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、
前記ＧａＡｓ基板の裏面のＳｉＯ2膜をＣＶＤ法により設けておくことを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造に適したスライドボート法による液相エピタキシャル成長方法、特にＧａＡｓ基板裏面のＡｓ抜け防止を図る技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２にＧａＡｌＡｓ薄膜を液相エピタキシャル成長させる従来の液相エピタキシャル成長装置の概略を示す。
【０００３】
この液相エピタキシャル成長装置は、台座１１、基板ホルダ１２、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を上下に積み重ね、台座１１及び原料溶液ホルダ１３に対し基板ホルダ１２を水平方向に摺動させることができるように構成されている。
【０００４】
この相互に摺動する原料溶液ホルダ１３と基板ホルダ１２のうち、下側の基板ホルダ１２には、その摺動面である上面の装置長手方向一端側に、表面の一部を掘り込んで、ＧａＡｓ基板１を載置する基板収納載置凹部１６が形成されている。
【０００５】
一方、上側の原料溶液ホルダ１３には、原料溶液を入れる原料溶液溜１５が、スライド方向に複数個（ここでは３個）順次間隔を置いて形成され、原料溶液ホルダ１３の摺動面と反対側の面である上面はキャップホルダ１４で気密に蓋されている。
【０００６】
この成長装置を用いた成長法としては、（１）半導体原料の溶融液を時間の経過に伴い一定の割合で温度を下げる「徐冷法」、（２）溶融液の上下に温度差を設け、溶融液の上部に溶質を過飽和状態に保つように一定温度下で配置し、下部の基板に結晶を成長させる「温度差法」、（３）両者を併用した「併用法」等がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
ここで製造対象が、図４に示す発光ダイオード用エピタキシャルウェハである場合、徐冷法を例にすると、まずＧａＡｓ基板１上に、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層２、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層４を成長させるため、上記３つの原料溶液溜１５には、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層原料溶液７、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層原料溶液８、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層原料溶液９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９００〜７００℃の高温領域に昇温し、原料溶液溜１５に原料溶液を作成する。その後、徐冷しながら原料溶液溜１５をＧａＡｓ基板１上に移動させ、原料溶液７をＧａＡｓ基板１と接触させる。これによりＧａＡｓ基板１上にｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層２が成長する。所定の厚さの薄膜が成長した後、再び原料溶液溜１５をＧａＡｓ基板１の上から移動させ、成長を停止させる。この操作を３つの原料溶液７、８、９について繰り返し、図４の発光ダイオード用エピタキシャルウェハの各エピタキシャル層を成長させる。
【特許文献１】特開平８−３３３１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、通常、液相エピタキシャル法により成長される赤色発光ダイオード用エピタキシャルウェハは、成長過程で７００℃〜９００℃の高温に加熱されるため、その高温下においてＧａＡｓ基板のＡｓ抜けが起きやすい。特にウェハ裏面は成長面と比べＧａＡｓ基板が高温にさらされる時間が長いため、Ａｓ抜けしやすく、素子の作動電圧等の特性に悪影響を及ぼしている。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、上述したＧａＡｓ基板裏面からのＡｓ抜けを防止して特性不良の少ない発光ダイオードを製造することが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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
請求項１の発明に係る液相エピタキシャル成長方法は、ＧａＡｓ基板を収容する基板ホルダと、原料溶液溜を摺動方向に２以上有する原料溶液ホルダとを対向させ、且つ相対的に摺動可能としたエピタキシャル成長装置を用いて、化合物半導体のエピタキシャル層を成長する液相エピタキシャル成長方法において、所定の温度から冷却しながら原料溶液にＧａＡｓ基板を接触させて基板上にエピタキシャル層を成長するに際し、前記ＧａＡｓ基板の裏面に予めＳｉＯ2膜を設けておき、成長中におけるＧａＡｓ基板裏面のＡｓ抜けを防止す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、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、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シングルヘテロ構造のエピタキシャルウェハとする液相エピタキシャル成長方法において、所定の温度から冷却しながら原料溶液にＧａＡｓ基板を接触させて基板上にエピタキシャル層を成長するに際し、前記ＧａＡｓ基板の裏面に予めＳｉＯ2膜を設けておき、成長中におけるＧａＡｓ基板裏面のＡｓ抜けを防止す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、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ダブルヘテロ構造のエピタキシャルウェハとする液相エピタキシャル成長方法において、所定の温度から冷却しながら原料溶液にＧａＡｓ基板を接触させて基板上にエピタキシャル層を成長するに際し、前記ＧａＡｓ基板の裏面に予めＳｉＯ2膜を設けておき、成長中におけるＧａＡｓ基板裏面のＡｓ抜けを防止す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、前記ＧａＡｓ基板の裏面のＳｉＯ2膜をＣＶＤ法により設けておくことを特徴とする。
【００１５】
＜発明の要点＞
液相エピタキシャル成長法に使われるグラファイト治具での成長は、治具中にある基板ホルダの基板収納載置箇所を、原料溶液溜の真下に来るように（基板表面と原料溶液が接触するよう）基板ホルダを移動させ、周囲にある加熱ヒータ（図示せず）を降温させながらＧａＡｓ基板上に成長させている。ＧａＡｓ基板裏面は、グラファイト治具に接しており、高温の状態では治具から熱が伝わりやすい状態である。
【００１６】
Ａｓは蒸気圧が高い性質のため、高温にした場合、ＧａＡｓ基板のＡｓ抜けが起きやすい。
【００１７】
そこで、本発明では、液相エピタキシャル成長する際、上述した治具に接触するＧａＡｓ基板裏面に、例えばＣＶＤ法により、ＳｉＯ2膜を設けておく。これにより、高温下での熱伝導を最小限に押さえ、ＧａＡｓ基板裏面のＡｓ抜けを防止し、特性不良の少ない発光ダイオードを製造する。
【００１８】
なお成長後、ＧａＡｓ基板裏面のＳｉＯ2膜はフッ酸処理して取り除く。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＧａＡｓ基板に発光ダイオード等のシングルヘテロ構造やダブルへテロ構造の層を液相エピタキシャル成長する際、その基板裏面に、例えばＣＶＤ法により予めＳｉＯ2膜を設けておくため、成長中におけるＧａＡｓ基板裏面のＡｓ抜けを防止し、所望のエピタキシャル成長を行うことができる。従って本発明によれば、低作動電圧特性の発光ダイオード用エピタキシャルウェハを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２１】
本実施形態では、液相エピタキシャル成長法により成長される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（図３）又は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（図４）において、そのＧａＡｓ基板裏面にＣＶＤ法によりＳｉＯ2膜を設け、エピタキシャル層の成長中におけるＧａＡｓ基板裏面からのＡｓ抜けを防止する。
【００２２】
前者の場合、ＧａＡｓ基板１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３と、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層４を液相エピタキシャル法により順次成長して、図３のシングルヘテロ構造のエピタキシャルウェハとする。その液相エピタキシャル成長において、ＧａＡｓ基板１の裏面にＣＶＤ法により予めＡｓ抜け防止膜としてのＳｉＯ2膜５を設けて、Ａｓ抜け防止膜付きＧａＡｓ基板６としておき、成長中におけるＧａＡｓ基板裏面のＡｓ抜けを防止する。そして所定の温度から冷却しながら原料溶液にＡｓ抜け防止膜付きＧａＡｓ基板６を接触させて基板上にエピタキシャル層を成長するに際し、
後者の場合、ＧａＡｓ基板１上に、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層２、所望する発光波長に必要なＡｌ混晶比のｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層４を液相エピタキシャル法により順次成長して図４のダブルヘテロ構造のエピタキシャルウェハとする。その液相エピタキシャル成長において、ＧａＡｓ基板１の裏面にＣＶＤ法により予めＳｉＯ2膜５を設けておき、成長中におけるＧａＡｓ基板裏面のＡｓ抜けを防止する。そして所定の温度から冷却しながら成長用原料溶液にＡｓ抜け防止膜付きＧａＡｓ基板６を接触させて基板上にエピタキシャル層を成長する。
【実施例】
【００２３】
成長治具には、図１（ａ）に示すカーボン製のスライドボート式３層成長用グラファイト治具を用いた。
【００２４】
予め成長治具は、液相エピタキシャル成長装置内の所定の箇所に設置し、水素気流中で成長装置を９００℃に加熱して、３時間保持した後、７００℃まで１℃／ｍｉｎの割合で降温させた。
【００２５】
成長用ＧａＡｓ基板１は、所定の寸法に加工し、一次エッチングを行った後、その基板裏面に、ＣＶＤ法にて、図１（ｂ）に示すように、Ａｓ抜け防止用のＳｉＯ2膜５を予め形成し、Ａｓ抜け防止膜付きＧａＡｓ基板６とした。
【００２６】
上記Ａｓ抜け防止膜付きＧａＡｓ基板６を事前に準備した後、このＡｓ抜け防止膜付きＧａＡｓ基板６を基板ホルダ１２の所定の箇所（基板収納載置凹部１６）にセットした。また、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、液相エピタキシャル成長装置内の所定の箇所に設置した。
【００２７】
成長用溶液溜の真下に、セットしたＡｓ抜け防止膜付きＧａＡｓ基板６が来るように、操作棒１０を操作して基板ホルダ１２を動かすことで、溶液をＡｓ抜け防止膜付きＧａＡｓ基板６と接触させる。原料溶液がＡｓ抜け防止膜付きＧａＡｓ基板６と接触した後、周囲温度を降温することにより、Ａｓ抜け防止膜付きＧａＡｓ基板６上にエピタキシャル層を成長する。
【００２８】
すなわち、７００℃まで１℃／ｍｉｎの割合で降温させる降温中に上記Ａｓ抜け防止膜付きＧａＡｓ基板６を順次、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層原料溶液７、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層原料溶液８に接触させ、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層２、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３を順次液相エピタキシャル成長させる。
【００２９】
成長後、Ａｓ抜け防止膜付きＧａＡｓ基板６の裏面のＳｉＯ2膜５はフッ酸処理して取り除く。この時、Ａｓ抜け防止膜付きＧａＡｓ基板６の成長面にはワックスを塗布し、フッ酸処理後、洗浄しワックスを除去する。かくして図３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得た。
【００３０】
この実施例では、図３に示すようにＧａＡｓ基板１上にｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層４を積層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を成長し、得られた発光ダイオード用エピタキシャルウェハを用いグルービング法にて評価した。
【００３１】
比較例として、図２に示す如く、ＧａＡｓ基板１の裏面にＳｉＯ2膜を設けないＧａＡｓ基板１（図２（ｂ））でエピタキシャル成長を行い、得られ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をグルービング法にて評価した。表１に、成長した発光ダイオード用エピタキシャルウェハの評価結果を示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１から明らかな通り、本実施例で成長した発光ダイオード用エピタキシャルウェハでは、比較例の発光ダイオード用エピタキシャルウェハに較べ、作動電圧特性の不良発生率が１／１０と少ない。これは、ＧａＡｓ基板裏面にＳｉＯ2膜を設け、熱の影響を受け難くすることでＧａＡｓ基板中のＡｓ抜けを防止することができたためである。
【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について説明したが、図４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においても本発明を適用することができ、同様の作用効果を得ることができる。
【００３５】
すなわち、図４の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成長方法の場合も、上記と同様に、予めＧａＡｓ基板１の裏面にＣＶＤ法によりＳｉＯ2膜５を設け、成長中におけるＧａＡｓ基板裏面のＡｓ抜けを防止したＡｓ抜け防止膜付きＧａＡｓ基板６とする。そして、上記成長装置を９００℃に加熱し３時間保持後、７００℃まで１℃／ｍｉｎの割合で降温させる。降温中に上記Ａｓ抜け防止膜付きＧａＡｓ基板６を順次、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層原料溶液７、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層原料溶液８、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層原料溶液９に接触させ、これによりｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層２、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層３、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層４を順次液相エピタキシャル成長することで、図４に示す発光ダイオード用エピタキシャルウェハを得る。
【００３６】
また、本発明は、ダブルヘテロ構造のエピタキシャルウェハからＧａＡｓ基板を除去して作られる裏面反射型の発光ダイオードにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の液相エピタキシャル成長方法の実施形態を示したもので、（ａ）はそのスライドボート式グラファイト治具を例示した断面図、（ｂ）はＡｓ抜け防止膜付きＧａＡｓ基板の断面図である。
【図２】従来の液相エピタキシャル成長方法の実施形態を示したもので、（ａ）はそのスライドボート式グラファイト治具を例示した断面図、（ｂ）はＧａＡｓ基板の断面図である。
【図３】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４】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】
【００３８】
１  ＧａＡｓ基板
２  ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層
３  ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層
４  ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層
５  ＳｉＯ2膜
６  Ａｓ抜け防止膜付きＧａＡｓ基板
７  ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層原料溶液
８  ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層原料溶液
９  ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層原料溶液
１０  操作棒
１１  台座
１２  基板ホルダ
１３  原料溶液ホルダ
１５  原料溶液溜
１６  基板収納載置凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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