(57)【要約】【課題】  昇温時のＺｎドーパントのＺｎ拡散を防止し、安定したＺｎドーパントを供給すること及びｎ型層への飛入を防止することで、従来よりも少ないＺｎチャージ量で結晶性のよい発光ダイオードを製造することを可能にする。【解決手段】  成長用基板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させる発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法において、上記原料溶液溜１５の一つに仕切板２０、３０を挿入して原料溶液を上下三層に区切り、この仕切板２０、３０を引き抜くことで、各室の原料溶液を下層に落としてエピタキシャル成長に使用する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長用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させる発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法において、
上記原料溶液溜の一つに仕切板を挿入して原料溶液を上下三層に区切り、この仕切板を引き抜くことで、各室の原料溶液を下層に落としてエピタキシャル成長に使用することを特徴とする発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載した発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法において、
上記仕切板をｐ型ドーパントの原料溶液溜に対して設け、成長中における原料溶液からのｐ型ドーパントの拡散を防止することを特徴とする発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載した発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法において、
成長用基板にＧａＡｓ基板を用い、上記ｐ型ドーパントにＺｎを用いることを特徴とする発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法。
【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方法に係わり、詳しくは液相エピタキシャル成長に使われるグラファイト治具の改善及び成長中のＺｎドーパントの拡散について防止を図る技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４にＧａＡｌＡｓ薄膜を液相エピタキシャル成長させる従来の液相成長装置の概略を示す。
【０００３】
この液相成長装置は、台座１１、基板ホルダ（スライダー）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スライドボートにより構成されている。
【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、成長用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。
【０００７】
ここで製造対象が、図３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を成長させため、上記３つの溶液溜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７００〜９００℃の高温領域に昇温し、溶液溜１５に成長用溶液を作成する。その後、徐冷しながら溶液溜１５をＧａＡｓ基板１上に移動させ、上記成長用溶液７をＧａＡｓ基板１と接触させる。これによりＧａＡｓ基板１上にＧａＡｌＡｓエピタキシャル層２が成長する。所定の厚さの薄膜が成長した後、再び溶液溜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つの上記成長用溶液７、８、９についてそれぞれ繰り返し、図３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。
【０００８】
なお、成長温度が一定のままでエピタキシャル成長を可能とする方法も開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−１１５８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記ｐ型層のドーパントには、通常Ｚｎが用いられる。また通常、液相エピタキシャル法により成長されるウェハは、成長過程で７００℃〜９００℃の高温に加熱される。その高温下においてＺｎドーパントは拡散する。その拡散量は定量的に拡散しないため安定した特性が得られず、多量のＺｎをチャージするため、結晶性を悪くする。また、拡散したＺｎがｎ型層に達し輝度等の発光特性に悪影響を及ぼしている。
【００１０】
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、上部溶液溜め部の真下に来るように（基板表面と溶液が接触するよう）スライダーを移動させ、周囲にある加熱ヒータを降温させながらＧａＡｓ基板上に成長させている。
【００１１】
上部溶液溜め部は、開放状態にあり、昇温時ドーパントであるＺｎが拡散しやすい状態である。更に拡散したＺｎがｎ型層へ達し発光特性に悪影響を及ぼしている。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ｐ型層の上部溶液溜め部を三重構造にすることで、昇温時のＺｎドーパントのＺｎ拡散を防止し、安定したＺｎドーパントを供給すること及びｎ型層への飛入を防止することで、従来よりも少ないＺｎチャージ量で結晶性のよい、発光ダイオードを製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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。
【００１４】
請求項１の発明に係る発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法は、成長用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させる発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法において、上記原料溶液溜の一つに仕切板を挿入して原料溶液を上下三層に区切り、この仕切板を引き抜くことで、各室の原料溶液を下層に落としてエピタキシャル成長に使用することを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１に記載した発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法において、上記仕切板をｐ型ドーパントの原料溶液溜に対して設け、成長中における原料溶液からのｐ型ドーパントの拡散を防止することを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２に記載した発光ダイオード用エピタキシャルウェハの製造方法において、成長用基板にＧａＡｓ基板を用い、上記ｐ型ドーパントにＺｎを用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、原料溶液溜の一つに仕切板を挿入して原料溶液を上下三層に区切り、この仕切板を引き抜くことで、各室の原料溶液を下層に落としてエピタキシャル成長に使用するので、仕切板を引き抜く前においては、Ｚｎなどのｐ型ドーパントの拡散を防止することができる。
【００１８】
すなわち、本発明によれば、ｐ型層の上部溶液溜め部を三重構造にすることで、昇温時のＺｎドーパントのＺｎ拡散を防止し、安定したＺｎドーパントを供給すること及びｎ型層への飛入を防止することで、従来よりも少ないＺｎチャージ量で結晶性のよい、発光ダイオード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】
【００１９】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２０】
この液相エピタキシャル成長装置は、図４のものと基本的に同じ構成である。すなわち、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（図４参照）、の４つのグラファイト製部品を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に対し基板ホルダ１２を水平方向に摺動させることができるようになっている。そして、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、ＧａＡｓ基板１を収納載置する凹部から成る基板収納載置凹部１６が形成されている。また、上側の原料溶液ホルダ１３には、図２のシングルヘテロ接合の発光ダイオードを製造すべく、成長用溶液８、９を入れる２つの原料溶液溜１５が、装置の長手方向に複数個（ここではｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層溶液８の液溜、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層溶液９の液溜の２個）順次間隔を置いて形成されている。なお、原料溶液ホルダ１３の摺動面と反対側の面である上面は必要に応じキャップホルダ１４（図４参照）で気密に蓋されるように構成されている。
【００２１】
ここでｐ型ドーパントにはＺｎが用いられている。しかしＺｎは蒸気圧が高い性質のため、高温にした場合、昇華し拡散しやすい。
【００２２】
そこで、本実施形態では、液相エピタキシャル成長法において、二つの仕切板２０、３０を、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層溶液８を入れた液溜１５に挿入して、原料溶液８を上下三層に区切り、ｐ型層の上部に位置することとなる溶液溜め部を三重構造にすることで、Ｚｎ拡散を防止し、またＺｎのｎ型層への飛入を防止する。これにより、従来よりも少ないＺｎチャージ量で結晶性のよい発光ダイオードを製造する。
【００２３】
詳述するに、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層溶液８の原料溶液溜１５に第一の仕切板２０及び第二の仕切板３０を操作側から平行に挿入して、当該原料溶液溜を下室、中間室、上室からなる上下三つの室に区切り、原料溶液８を上下三層に分ける。この仕切板２０、３０には、それぞれ開口部２１、３１を設けておく。そして、必要時に、操作手段たる操作棒２２、３２により仕切板２０及び仕切板３０を引くことにより、その開口部２１、３１をｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層溶液８の原料溶液溜１５の位置まで移動させ、開口部２１、３１を通してメルトを下層に落とす。そして、操作棒１０により基板ホルダ１２をスライドして、基板収納載置凹部１６内に位置させたｐ型ＧａＡｓ基板１にｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層溶液８を接触させる。
【００２４】
上記において、Ｚｎドーパントは中間層（仕切板２０、３０間の中間室）にセットして置き、溶解後Ｚｎドーパントが成長雰囲気にさらされる時間を短くして、Ｚｎの拡散を防止する。Ｚｎの拡散を防止されることで、またＺｎのｎ型層への飛入が防止されることで、従来よりも少ないＺｎ量で、従来と同じ特性のエピタキシャルウェハを製造することが可能となる。
【実施例】
【００２５】
図２のシングルヘテロ接合の発光ダイオードを製造した実施例について述べる。
【００２６】
成長治具は、図１に示すカーボン製のグラファイト治具を用いた。これを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時間保持後７００℃まで１℃／ｍｉｎの割合で降温させた。
【００２７】
液層エピタキシャル成長装置が９００℃に達し３時間保持後、仕切り２０及び仕切り３０を引いて、メルトを下層に落とし、成長用溶液溜め部１５の真下に、セットしたＧａＡｓ基板１が来るようにスライダー（基板ホルダ１２）を動かすことで、溶液８をＧａＡｓ基板１と接触させる。溶液８がＧａＡｓ基板１と接触した後、周囲温度を降温することにより、ＧａＡｓ基板１上にエピタキシャル層を成長させる。
【００２８】
この実施例の場合、Ｚｎドーパントのチャージ量は、通常０．５μｇ／Ｇａ１ｇ（Ｇａ１ｇ中のＺｎ量）に対し、その半分の０．２５μｇ／Ｇａ１ｇ（Ｇａ１ｇ中のＺｎ量）とした。
【００２９】
そして、図２のシングルヘテロＬＥＤ構造を成長用エピタキシャルウェハ上に積層したウェハを作製し、得られたＬＥＤ用エピタキシャルウェハを用い、その品質を、膜厚、グルービング法及び表面及びキャリア濃度、ポラロンにて評価した。
【００３０】
比較用として、上部溶液溜め部が三重構造になっていない従来の治具を使用し、ＧａＡｓ基板でエピタキシャル成長を行い、得られたＬＥＤ用エピタキシャルウェハを用い、その品質を、膜厚、グルービング法及びポラロンにて評価した。
【００３１】
表１に成長したエピタキシャルウェハの評価（膜厚、輝度、キャリア濃度）結果を示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１から明らかな通り、上記実施例の方法で成長したエピタキシャルウェハの特性は、従来の半分のＺｎ量でありながら、比較用に成長したウェハと比較して、その特性上の大差がない。これは、ｐ型層の上部溶液溜め部を三重構造にて、昇温時のＺｎの拡散量を防止したことにより、Ｚｎドーパントを安定供給できたこと及びｎ型層への飛入を防止できたためである。
【００３４】
上記した実施例では、シングルヘテロ構造のエピタキシャルウェハの形態において説明したが、本発明は図３に示すダブルヘテロ構造のエピタキシャルウェハの製造においても同様に適用することができる。
【００３５】
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１を除去して作られる裏面反射型の発光ダイオードの製造にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の製造方法の実施例に使われる液相エピタキシャル成長治具の縦断面図である。
【図２】本発明の方法で製造されるシングルへテロ構造のエピタキシャルウェハの縦断面図である。
【図３】本発明の方法で製造されるダブルへテロ構造のエピタキシャルウェハの縦断面図である。
【図４】従来の液相エピタキシャル成長治具を示した断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  ｐ型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
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
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
２０、３０  仕切板
２１、３１  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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