(57)【要約】【課題】面内膜厚の均一なウェハが得られるエピタキシャルウェハの製造方法を提供する。【解決手段】基板２を収納するための基板ホルダー３の上部に、原料溶液Ｌを収納するための溶液ホルダー５を対向して設け、基板ホルダー３あるいは溶液ホルダー５をスライドして原料溶液Ｌに基板２を接触させ、基板２上に半導体結晶を成長させるエピタキシャルウェハの製造方法において、原料溶液Ｌに基板２側面の上部を接触させる製造方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収納するための基板ホルダーの上部に、原料溶液を収納するための溶液ホルダーを対向して設け、上記基板ホルダーあるいは上記溶液ホルダーをスライドして上記原料溶液に上記基板を接触させ、上記基板上に半導体結晶を成長させるエピタキシャルウェハの製造方法において、上記原料溶液に上記基板側面の上部を接触させることを特徴とするエピタキシャルウェハの製造方法。
【請求項２】
上記原料溶液に上記基板表面の周囲に位置する上記基板ホルダーを接触させる請求項１記載のエピタキシャルウェハの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載したエピタキシャルウェハの製造方法を用いて、上記基板上に半導体結晶を成長させて作製したことを特徴とするエピタキシャルウェハ。
【請求項４】
基板を収納するための基板ホルダーの上部に、原料溶液を収納するための溶液ホルダーを対向して設け、上記基板ホルダーあるいは上記溶液ホルダーをスライドして上記原料溶液に上記基板を接触させ、上記基板上に半導体結晶を成長させるエピタキシャルウェハの製造装置において、上記基板ホルダーの基板収納部の周囲に、上記基板側面の上部を露出させるための凹部を設けたことを特徴とするエピタキシャルウェハの製造装置。
【請求項５】
上記溶液ホルダーの溶液溜め部の下部を、下方が広くなるようにテーパー状に形成した請求項４記載のエピタキシャルウェハの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液相エピタキシャル成長法を用いて、基板上に成長させる半導体結晶（エピタキシャル層）の面内膜厚の改善を図ったエピタキシャルウェハの製造方法及びエピタキシャルウェハ並びに装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤色発光ダイオード（赤色ＬＥＤ）は、高輝度化が進んだことにより屋外用ディスプレイ・携帯電話等の需要が拡大した。それに伴い赤色ＬＥＤのコンパクト化、安価化が要求されるようになり、１枚のウェハから取得できるチップ数の取得率向上が求められている。チップの取得率は面内膜厚の均一性が大きく影響しているが、液相エピタキシャル成長法を用いてウェハを製造する際、成長治具（基板ホルダー）が原料溶液（メルト）と接触している部分の周辺となるウェハ周縁の膜厚を均一にすることが難しいのが現状である。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−８０１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の液相エピタキシャル成長法による製造方法では、成長治具の上部に対向して溶液溜め部を設け、治具中にあるスライダーの成長基板セット部を、溶液溜め部の真下に来るよう（基板表面と原料溶液が接触するよう）にスライダーを順次移動させ、治具周囲にある加熱ヒータを降温させながら基板上に半導体結晶を成長させている。
【０００６】
しかしながら、基板セット部と溶液溜め部は同じ幅を有するため、治具と原料溶液が接触している部分の周辺の原料溶液は、表面張力で基板上に落下しにくく、基板と十分に接触しない。
【０００７】
また、治具の冷却がウェハに比べて早いため、ウェハ表面の周縁に成長させたい半導体結晶がウェハ中央より厚く成長してしまう。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、面内膜厚の均一なウェハが得られるエピタキシャルウェハの製造方法及びエピタキシャルウェハ並びに装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、基板を収納するための基板ホルダーの上部に、原料溶液を収納するための溶液ホルダーを対向して設け、上記基板ホルダーあるいは上記溶液ホルダーをスライドして上記原料溶液に上記基板を接触させ、上記基板上に半導体結晶を成長させるエピタキシャルウェハの製造方法において、上記原料溶液に上記基板側面の上部を接触させるエピタキシャルウェハの製造方法である。
【００１０】
請求項２の発明は、上記原料溶液に上記基板表面の周囲に位置する上記基板ホルダーを接触させる請求項１記載のエピタキシャルウェハの製造方法である。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載したエピタキシャルウェハの製造方法を用いて、上記基板上に半導体結晶を成長させて作製したエピタキシャルウェハである。
【００１２】
請求項４の発明は、基板を収納するための基板ホルダーの上部に、原料溶液を収納するための溶液ホルダーを対向して設け、上記基板ホルダーあるいは上記溶液ホルダーをスライドして上記原料溶液に上記基板を接触させ、上記基板上に半導体結晶を成長させるエピタキシャルウェハの製造装置において、上記基板ホルダーの基板収納部の周囲に、上記基板側面の上部を露出させるための凹部を設けたエピタキシャルウェハの製造装置である。
【００１３】
請求項５の発明は、上記溶液ホルダーの溶液溜め部の下部を、下方が広くなるようにテーパー状に形成した請求項４記載のエピタキシャルウェハの製造装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、面内膜厚の均一なウェハを製造できるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
まず、本実施の形態に係る製造方法を用いて作製したエピタキシャルウエハの一例を図２で説明する。
【００１６】
図２に示すように、本実施の形態に係るＬＥＤ用のエピタキシャルウエハ２１は、ＧａＡｓ基板２２上に、複数層のエピタキシャル層（半導体結晶）、すなわちｐ型ＧａＡｌＡｓ層（ｐ−ＧａＡｌＡｓ活性層）２３、ｎ型ＧａＡｌＡｓ層（ｎ−ＧａＡｌＡｓクラッド層）２４を順次成長させて形成したシングルへテロ構造のエピタキシャルウェハである。
【００１７】
ｐ型ＧａＡｌＡｓ層２３は、所望するＬＥＤの発光波長に必要なＡｌ混晶比（例えば、赤色のとき約０．３５〜０．４）にする。ｎ型ＧａＡｌＡｓ層２４は、電子の逆流を防止し、ｐ型ＧａＡｌＡｓ層２３で発光する光に対して透明な窓になる層である。このため、ｎ型ＧａＡｌＡｓ層２４は、ｐ型ＧａＡｌＡｓ層２３よりも大きいＡｌ混晶比（例えば、約０．６〜０．８）にする。また、ｐ型の不純物としては、例えばＺｎを使用し、ｎ型の不純物としては、例えばＴｅを使用する。
【００１８】
さて、本実施形態に係る製造方法に用いるエピタキシャルウェハの製造装置を図１で説明する。
【００１９】
図１は、本発明の好適な実施形態を示すエピタキシャルウェハの製造方法に用いるエピタキシャルウェハの製造装置の縦断面図と、その要部拡大図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態に係るエピタキシャルウェハの製造装置（液相エピタキシャル成長装置、以下装置ともいう）１は、基板２を収納するためのスライド自在な基板ホルダー（成長治具）３と、その基板ホルダー３を載置する台座（溶液受け）４と、基板ホルダー３の上部に対向して設けられ、原料溶液Ｌを収納するためのスライド自在な溶液ホルダー５とで主に構成される。
【００２１】
この装置１は、液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）法により、基板２上に半導体結晶を成長させてエピタキシャルウェハを製造する装置である。ＬＰＥ法は、装置内の所定箇所にそれぞれ設置した原料の過飽和溶液（原料溶液）に、基板を順次接触、分離させることで、基板上にエピタキシャル層を成長させて形成する方法である。ＬＰＥ法は、１）熱平衡に近い成長法なので、エピタキシャル層内に発光を妨げる欠陥が形成されにくい、２）気相法に比べて装置や原料のコストがかからない、などの利点がある。
【００２２】
本実施形態では、基板２として、図２で説明したＬＥＤ用エピタキシャルウェハ２１の製造に用いるＧａＡｓ基板２２を用いた。
【００２３】
基板ホルダー３は、カーボン製のグラファイト治具であり、平板状のスライダー３ａと、そのスライダー３ａの他端部に設けた操作棒３ｂとからなる。スライダー３ａの一端部の上部には、基板２を収納する基板収納部（基板ホルダー部）６が形成される。
【００２４】
基板収納部６は、基板２を収納したとき、基板２表面とスライダー３ａの表面の高さが一致するように形成される。基板収納部６に基板２を水平に収納するため、基板収納部６の底面には座繰り加工が施される。この基板ホルダー３は、台座４上に、溶液ホルダー５に対して相対的に移動（図１では左右方向）可能に設けられる。
【００２５】
スライダー３ａの基板収納部６の周囲には、基板２側面の上部を露出させるための凹部７が設けられる。凹部７は、詳細は図示していないが、平面視でほぼ円環状あるいはほぼ枠状に形成される。凹部７の深さは、基板２の厚さの１／３程度にする。凹部７の幅は、基板２の径あるいは長さの１／３程度にする。
【００２６】
溶液ホルダー５は、半導体結晶の原料となる原料溶液を収納する溶液溜め部８を複数個備える。溶液溜め部８は、基板ホルダー３の移動方向に沿って所定の間隔で設けられる。溶液溜め部８の上部には、溶液溜め部８内を気密に保つキャップホルダー９が設けられる。
【００２７】
半導体結晶の原料としては、Ｇａ、ＧａＡｓ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｔｅを使用する。原料溶液Ｌは、通常、溶液溜め部８に上述した原料（あるいはそれらの化合物）を固体状態でそれぞれセットし、装置１内の所定箇所に基板ホルダー３を設置し、その後、装置１内に設けたヒータで原料（あるいはそれらの化合物）を溶かして液体にすることで得られる。
【００２８】
溶液溜め部８の下部は、下方が広くなるようにテーパー状に形成したテーパー部８ｔになっている。テーパー部８ｔの最下端の幅は、基板２の幅よりも広くなるようにする。
【００２９】
次に、本実施の形態に係るエピタキシャルウエハの製造方法を装置１の動作と共に説明する。
【００３０】
まず、溶液ホルダー５の溶液溜め部８に上述した原料をセットし、その原料をヒータで溶かして原料溶液Ｌを準備する。基板ホルダー３のスライダー３ａの基板収納部６に基板２を収納する。
【００３１】
基板ホルダー３（あるいは溶液ホルダー５でもよい）を（図１では左方向）スライドし、１段目（図１では最も左側）の溶液溜め部８と基板２表面の中心が位置する位置まで基板ホルダー３を移動する。原料溶液Ｌには基板２表面が接触する。
【００３２】
これと同時に、スライダー３ａの基板収納部６の周囲に凹部７が設けられているため、基板２側面の上部がスライダー３ａから露出し、原料溶液Ｌには基板２側面の上部が接触する。さらに、溶液溜め部８の下部はテーパー部８ｔになっているため、原料溶液Ｌには、基板２表面の全面、基板２表面の周囲に位置する基板ホルダー３のスライダー３ａの表面部分も接触する。
【００３３】
この状態で基板２上に、１段目の溶液溜め部８に収納した原料によって１層目の半導体結晶を成長させる。１層目の半導体結晶を成長させた後、同様にして、基板ホルダー３をスライドし、２段目、３段目の溶液溜め部８と基板２表面の中心が位置する位置まで基板ホルダー３を順次移動し、１層目の半導体結晶上に、２層目、３層目の半導体結晶を順次成長させる。
【００３４】
以上のようにして、例えば、図２に示したようなエピタキシャルウェハ２１が得られる。
【００３５】
２層目以降の半導体結晶を成長させる際、基板２の側面にも半導体結晶が成長するが、この半導体結晶は基板厚に比べて十分に薄い薄膜のため、影響はない。
【００３６】
また、装置１を長期間使用すると、凹部７が浅くなることもあるが、凹部７が浅くなった場合には、スライダー３ａを交換すればよい。
【００３７】
本実施形態の作用を説明する。
【００３８】
本実施形態に係る製造方法は、原料溶液Ｌに、基板２側面の上部、さらには基板２表面の周囲に位置する基板ホルダー３のスライダー３ａの表面部分を接触させることで、基板ホルダー３のスライダー３ａと基板２側面との接触面積を減らし、さらには基板２表面の全面と原料溶液Ｌの接触面積を増やしている。
【００３９】
すなわち、スライダー３ａと原料溶液Ｌが接触している部分の面積が大きくなるため、基板２表面周辺の原料溶液Ｌに表面張力がほとんど働かず、基板２上に基板２表面周辺の原料溶液Ｌが落下しやすく、基板２表面の全面と十分に接触する。
【００４０】
また、一般に基板ホルダーの冷却速度はウェハ（基板）に比べて早いが、本実施形態に係る製造方法では、半導体結晶の成長中、基板２の表面の全面と側面の上部が原料溶液Ｌと接触しているため、基板ホルダー３の基板収納部６周辺は冷却しにくい。これにより、ウェハ周縁に成長させたい半導体結晶を、ウェハ中央と同じ厚さで成長できる。
【００４１】
したがって、本実施形態に係る製造方法によれば、面内膜厚が均一なエピタキシャルウェハ２１を製造できる。
【００４２】
本実施形態に係る装置１によれば、基板ホルダー３の基板収納部６の周囲に、基板２側面の上部を露出させるための凹部７を設けているため、原料溶液Ｌに基板２側面の上部を接触させることができる。さらに、装置１では、溶液溜め部８の下部は、下方が広くなるようにテーパー状に形成したテーパー部８ｔとなっているため、原料溶液Ｌに、基板２表面の周囲に位置する基板ホルダー３のスライダー３ａの表面部分を接触させることができる。
【００４３】
これにより、装置１によれば、上述した製造方法を実施でき、面内膜厚が均一なエピタキシャルウェハ２１を製造できる。
【００４４】
上記実施の形態では、シングルへテロ構造のエピタキシャルウエハの製造方法について説明したが、本発明はダブルヘテロ構造のエピタキシャルウエハの製造方法にも応用でき、この場合も上述と同じ作用効果が得られる。
【００４５】
ＬＥＤ用のダブルへテロ構造のエピタキシャルウエハとしては、導電性のｐ型ＧａＡｓ基板上に、第１導電型クラッド層としてのｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層、第２導電型クラッド層としてのｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層を順次成長させて形成したものがある。
【００４６】
また、本発明は、裏面反射型のＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造方法にも応用できる。このエピタキシャルウエハは、例えば、ダブルヘテロ構造のエピタキシャルウエハからｐ型ＧａＡｓ基板を除去して作製される。
【００４７】
本発明は、ＬＥＤ、特に赤色ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの製造に用いると非常に有用であるが、半導体レーザ（ＬＤ）用のエピタキシャルウエハの製造に用いてもよく、この場合にも上述したのと同様の作用効果が得られる。
【００４８】
エピタキシャル層を構成する化合物半導体としては、上述したものに限らず、ＩｎＧａＰなどの３元混晶系や、ＧａＩｎＰＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＰＡｓＳｂなどの４元混晶系の化合物半導体であってもよい。
【実施例】
【００４９】
（実施例）
図１のエピタキシャルウェハの製造装置１を用いて、上述した製造方法により、図３に示すようなＬＥＤ用のエピタキシャルウェハ３１を作製した。このエピタキシャルウェハ３１は、図２のエピタキシャルウェハ２１において、得たいＬＥＤの発光波長に合わせてエピタキシャル層のＡｌの混晶比を適宜設計したものである。
【００５０】
すなわち、エピタキシャルウェハ３１は、導電性のｐ型ＧａＡｓ基板３２上に、ｐ型ＧａＡｌ0.35Ａｓ層３３を２０μｍ、ｎ型ＧａＡｌ0.60Ａｓ層３４を４０μｍ順次成長させて形成したシングルへテロ構造のエピタキシャルウェハである。ｐ型ＧａＡｓ基板３２としては、１０ｍｍ×１０ｍｍ角の基板を用いた。
【００５１】
基板ホルダー３は、示すカーボン製のグラファイト治具を用いた。凹部７は基板２の上部が基板収納部６から１／３突き出すように、また基板収納部６の周囲を３ｍｍの幅で凹ませるように加工した。溶液溜め部８の下部の溶液側に長さ５ｍｍ、角度３０°のテーパー部８ｔを設けた。
【００５２】
基板収納部６に基板３２を収納して保持した基板ホルダー３を装置１内の所定の箇所に設置し、水素気流中で装置１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。
【００５３】
基板３２は、各段の溶液溜め部８の真下に来るようにスライダー３ａを動かすことで、半導体結晶の成長中に原料溶液Ｌと接触させる。原料溶液Ｌが基板３２と接触した後、周囲温度を降温することにより、基板３２上にエピタキシャル層を成長させ、エピタキシャルウェハ３１を作製した。
【００５４】
得られたエピタキシャルウェハ３１を用い、面内の膜厚（基板３２を含む）を顕微鏡（×１０００倍）で測定し、均一性を評価した。
【００５５】
（比較例）
比較用として、基板ホルダーおよび溶液溜め部を加工していない慣用の液相エピタキシャル成長装置を用いて、基板３２上に実施例と同様の方法でエピタキシャル層の成長を行い、そのエピタキシャルウェハの面内の膜厚（基板含む）を顕微鏡（×１０００倍）で測定し、均一性を評価した。
【００５６】
表１に作製した実施例のエピタキシャルウェハ３１と、比較例のエピタキシャルウェハの評価結果を示す。
【００５７】
【表１】
2008177286.tif 000003
【００５８】
表１に示すように、実施例のウェハ３１と、比較例のウェハとを測定した。その結果、実施例のウェハ３１は、ウェハ端部の一辺から４ｍｍ内側の位置から面内膜厚が均一になり（残りの３辺の結果も同じ）、比較例と比べて外側に２ｍｍ分、面内膜厚の均一性がよくなった。
【００５９】
つまり、基板３２として１０ｍｍ×１０ｍｍ角の基板を用いたので、実施例のウェハ３１は、比較例のウェハと比べて、面内膜厚が均一な部分の面積が２．２５倍も増えたことがわかる。
【００６０】
実施例では、ｐ型の基板３２上に、ｐ型の活性層、ｎ型のクラッド層を順次形成したｐ／ｎ構造のエピタキシャルウエハ３１の例で説明したが、本発明は、ｎ型の基板上に、ｎ型の活性層、ｐ型のクラッド層を順次形成したｎ／ｐ構造のエピタキシャルウエハにも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の好適な実施形態を示すエピタキシャルウェハの製造方法に用いるエピタキシャルウェハの製造装置の縦断面図と、その要部拡大図である。
【図２】本実施形態に係る製造方法を用いて作製したエピタキシャルウェハの一例を示す断面図である。
【図３】本実施形態に係る製造方法を用いて作製したエピタキシャルウェハの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  エピタキシャルウェハ製造装置
２  基板
３  基板ホルダー
５  溶液ホルダー
６  基板収納部
７  凹部
８  溶液溜め部
８ｔ  テーパー部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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