(57)【要約】【課題】  ガリウム砒素からなる基板の裏面からの砒素が抜けることを防止して、不良発生率の少ない発光ダイオードを製造することができる液相成長装置を提供すること。【解決手段】  ガリウム砒素からなる基板を収容するための基板収納載置凹部１６を設けたスライダ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、互いに対向させて相対的に摺動可能とし、原料溶液に基板１を接触させて基板１上に化合物半導体からなる半導体層を成長する液相成長装置において、上記スライダ１２の基板収納載置凹部１６の底面に、基板１の底面を下方から部分的に支持する基板ホルダ部１７を形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガリウム砒素からなる基板を収容するための基板収納載置凹部を設けたスライダと、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、互いに対向させて相対的に摺動可能とし、原料溶液に上記基板を接触させて上記基板上に化合物半導体からなる半導体層を成長する液相成長装置において、
上記スライダの基板収納載置凹部の底面に、基板の底面を下方から部分的に支持する基板ホルダ部を形成したことを特徴とする液相成長装置。
【請求項２】
請求項１記載の液相成長装置において、
上記基板ホルダ部を、上記基板収納載置凹部の底面に更に凹部を形成した二段凹部構造により構成したことを特徴とする液相成長装置。
【請求項３】
請求項１記載の液相成長装置において、
上記基板ホルダ部を、基板下面の周縁部のみを支持する管状部材により構成したしたことを特徴とする液相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液相成長装置において、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）からなる基板から砒素が抜けることを防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３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、スライダ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に対しスライダ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とスライダ１２のうち、下側のスライダ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、ガリウム砒素からなる基板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。
【０００７】
ここで製造対象が、図５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からなる基板１上に、ｐ型ＧａＡｌＡｓからなるクラッド層２、ｐ型ＧａＡｌＡｓからなる活性層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からなるクラッド層用の原料溶液７、ｐ型ＧａＡｌＡｓからなる活性層用の原料溶液８、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層用の原料溶液９が入れられる。すなわち原料をセットした液相成長装置を炉に入れて、成長開始温度である７００〜９００℃の高温領域に昇温し、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を基板１上に移動させ、原料溶液７を基板１と接触させる。これにより基板１上にＧａＡｌＡｓからなるクラッド層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５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】
上記と同様の液相成長装置を開示するものとして特公平６−３９３５６号公報（特許文献１）がある。なお、溶液溜に蓋をする形で基板を設け、これらを納めた石英アンプルを回転させる形式のものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特公平６−３９３５６号公報
【特許文献２】特開２００１−３９７９３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、通常、液相エピタキシャル法により成長される基板は、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ガリウム砒素からなる基板から砒素が抜け易い（砒素抜けが起き易い）。また、基板の裏面は成長面と比べグラファイト部品（スライダ）に長時間接触しており、ガリウム砒素からなる基板が高温にさらされているため、接触面から砒素が抜け出し易く、素子の順方向動作電圧（ＶＦ）等の特性に悪影響を及ぼしている。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、上述したガリウム砒素からなる基板の裏面から砒素が抜けること（砒素抜け）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成長装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
請求項１の発明に係る液相成長装置は、ガリウム砒素からなる基板を収容するための基板収納載置凹部を設けたスライダと、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、互いに対向させて相対的に摺動可能とし、原料溶液に上記基板を接触させて上記基板上に化合物半導体からなる半導体層を成長する液相成長装置において、上記スライダの基板収納載置凹部の底面に、基板の底面を下方から部分的に支持する基板ホルダ部を形成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１記載の液相成長装置において、上記基板ホルダ部を、上記基板収納載置凹部の底面に更に凹部を形成した二段凹部構造により構成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１記載の液相成長装置において、上記基板ホルダ部を、基板下面の周縁部のみを支持する管状部材により構成したことを特徴とする。
【００１５】
＜発明の要点＞
液相成長法では、スライダの基板をセットする箇所（基板収納載置凹部）を上部溶液溜の真下に来るように、つまり基板表面と溶液が接触するようにスライダを移動させ、周囲にある加熱ヒーターを降温させながらガリウム砒素からなる基板上に成長させている。
【００１６】
ガリウム砒素からなる基板はスライダの基板収納載置凹部にセットされ、その裏面が常にスライダに接しているため、高温の状態ではスライダから基板に熱が伝わり、砒素が抜け易い状態である。
【００１７】
そこで本発明では、スライダの基板収納載置凹部を二段凹部構造としたり、基板下面の周縁部のみを環状部材により支持する等の構造とすることにより、基板の底面を下方から部分的に支持する基板ホルダ部を構成し、これにより基板裏面がグラファイト部品たるスライダと接触する面積を低減し、基板裏面からの砒素抜けを防止して、特性不良の少ない発光ダイオードを製造可能とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、スライダの基板収納載置凹部の底面に、二段凹部構造等の如く、基板の底面を下方から部分的に支持する基板ホルダ部を形成したので、これにより基板裏面とスライダの接触面積が小さくなり、加熱される度合いが従来より低減されることから、基板裏面からの砒素抜けを防止して、特性不良の少ない発光ダイオードを製造することが可能となる。
【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】
本発明の一実施形態例として、図１のような液相成長装置を製作した。
【００２１】
この液相成長装置は、図３のものと基本的に同じ構成である。すなわち、台座１１、スライダ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て構成され、台座１１及び原料溶液ホルダ１３に対しスライダ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とスライダ１２のうち、下側のスライダ１２には、その摺動面である上面の装置長手方向一端側に、ガリウム砒素からなる基板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、原料溶液７、８、９を入れる３つの原料溶液溜１５が、装置の長手方向に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で気密に蓋されるように構成されている。
【００２２】
しかし、砒素は蒸気圧が高い性質のため、このままの構成では、高温にした場合ガリウム砒素からなる基板の砒素抜けが起きやすい。
【００２３】
そこで、従来の場合と異なり、スライダの基板収納載置凹部１６の底面には、基板の底面を下方から部分的に支持する基板ホルダ部１７が形成され、これにより収納載置された基板１の底面がスライダ１２と接触する面積を小さくし、上記基板から砒素が抜けることを防止した構成となっている。
【００２４】
この実施形態の場合、上記基板ホルダ部１７は、方形の基板１の下面における周縁部を支持する方形の開口縁（接触部）１９を有する開口部断面が矩形状の管状部材１８により構成されている。この管状部材１８はスライダ１２と同じグラファイト製であり、基板１の下方に空間部２０を形成している。換言すれば、上記基板ホルダ部１７は、基板収納載置凹部１６の底面に更に凹部（空間部２０）を形成した二段凹部構造により構成されている。
【実施例１】
【００２５】
本発明の実施例の気相成長装置として、グラファイト製部品からなる気相成長装置（図１）を用い、図４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。
【００２６】
前提となる気相成長装置には、スライダ１２にウェハをセットする部分を次のように構成したものを用いた。すなわち、図２に拡大して示すように、基板収納載置凹部１６を従来より深く形成し、その底部にグラファイト製の管状部材１８を嵌入し、これにより外径Ｄ１が３４ｍｍ×３４ｍｍ、内径Ｄ２が３０ｍｍ×３０ｍｍで、開口縁（接触部）１９の厚み（幅）が３ｍｍの段差を有する二段凹部構造を形成した。ここでの外径及び内径は、基板が方形の場合は対角線の長さを、また基板が円形で在る場合は直径を意味する。
【００２７】
上記の構成は、基板１の下面の外周面から内側３ｍｍの小領域だけを、基板収納載置凹部１６内の凹部の開口縁（接触部）１９にてグラファイト部分（スライダ１２）と接触させ、その接触部より内側は空間部としグラファイトと接触させない構成としたことを意味する。かかる構成のスライダ１２を用いて、成長中におけるガリウム砒素からなる基板１の裏面の砒素抜けを防止しつつ、基板１上にエピタキシャル層を成長する。
【００２８】
すなわち、ｐ型ＧａＡｓからなる基板１を所定の寸法（３３ｍｍ×３３ｍｍ）に加工して、二段凹部構造の上段凹部（外径Ｄ１）内にセットし、原料溶液溜め部の真下に、セットした基板１が来るようにスライダ１２を動かすことで、溶液を基板１と接触させる。原料溶液が基板１と接触した後、周囲温度を降温することにより、基板１上にエピタキシャル層を成長する。
【００２９】
詳述するに、ｐ型ＧａＡｓからなる基板１をスライダ１２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、液相成長装置内の所定の箇所に設置した。水素気流中で上記成長装置を９００℃に加熱した。
【００３０】
３時間保持後、７００℃まで１℃／ｍｉｎの割合で降温させた。降温中に上記基板１を順次、ｐ型ＧａＡｌＡｓからなる活性層用の原料溶液８、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層用の原料溶液９に接触させ、ｐ型ＧａＡｌＡｓからなる活性層３、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層４を順次液相エピタキシャル成長させ、図４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。ただし、降温中に上記ガリウム砒素からなる基板１を順次、ｐ型ＧａＡｌＡｓからなるクラッド層用の原料溶液７、ｐ型ＧａＡｌＡｓからなる活性層用の原料溶液８、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層用の原料溶液９に接触させ、ｐ型ＧａＡｌＡｓからなるクラッド層２、ｐ型ＧａＡｌＡｓからなる活性層３、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層４を順次液相エピタキシャル成長させることで、図５に示す発光ダイオード用エピタキシャルウェハを得ることもできる。
【００３１】
この実施例ではシングルへテロ構造をエピタキシャルウェハ上に積層したエピタキシャルウェハを成長し、得られた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。
【００３２】
また、比較例として、スライダ１２の基板収納載置凹部１６底部がフラットの構造の気相成長装置を用いて、上記と同条件でガリウム砒素からなる基板１にエピタキシャル成長させ、図４の発光ダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。そして、得られたエピタキシャルウェハをグルービング法にて評価した。
【００３３】
表１に本実施例の気相成長装置と比較例の気相成長装置を用いて成長した場合の不良発生率を示す。
【表１】
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【００３４】
これから明らかな通り、本実施例の気相成長装置で成長したエピタキシャルウェハは、比較例の気相成長装置で成長したエピタキシャルウェハと比較して、順方向動作電圧（ＶＦ）等の特性が不良である率（不良発生率）が１／１０と少ないものとなった。これは、スライダの基板収納載置凹部の底部表面を鏡面加工したことにより、ガリウム砒素からなる基板中の砒素抜けを防止することができたためである。
【００３５】
上記した実施例の成長装置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の製造例について説明したが、図５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の製造においても本発明の成長装置を用いることができ、同様の作用効果を得ることができる。
【００３６】
また、本発明の成長装置は、ダブルヘテロ構造のエピタキシャルウエハからガリウム砒素からなる基板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用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の液相成長装置を示した断面図である。
【図２】図１のＡ部の拡大図である。
【図３】従来の液相成長装置を示した断面図である。
【図４】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５】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  基板
２  ｐ型クラッド層
３  活性層
４  ｎ型クラッド層
７  （ｐ型クラッド層用の）原料溶液
８  （活性層用の）原料溶液
９  （ｎ型クラッド層用の）原料溶液
１０  操作棒
１１  台座
１２  スライダ
１３  原料溶液ホルダ
１４  キャップホルダ
１５  原料溶液溜
１６  基板収納載置凹部
１７  基板ホルダ部
１８  管状部材
１９  開口縁（接触部）
２０  空間部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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