(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の結晶材料の過飽和溶液をそれぞれ収容する複数の室を設けた上部溶液槽と、
この溶液槽における前記複数の室の底部に形成された開口に合致して連通する注入口を有する結晶成長処理槽を備え、結晶形成過程にしたがって順次摺動可能なスライドボートと、
このスライドボートの結晶成長処理槽の底部に設けた排出口に合致して連通する開口を備えた下部溶液槽とを備えた液相エピタキシャル成長装置において、
前記結晶成長処理槽は前記スライドボートの幅方向の両側に形成した内部側壁によって仕切られて形成され、かつ複数の半導体基板が収納可能であり、
前記下部溶液槽の天板部には複数の材料溜り部が配設され、
前記スライドボートにおける結晶成長処理槽が有する注入口は、スライドボートの内部側壁と外部側壁とからなり上下に開放され、前記注入口は２箇所以上設けられ、前記２箇所以上設けられた注入口は別々に異なった前記材料溜り部と合致して連通し、前記結晶成長処理槽内へ結晶材料を迂回して注入することを特徴とする液相エピタキシャル成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化合物半導体基板を製造するための液相エピタキシャル成長装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）等に用いられる化合物半導体基板の多くは、液相エピタキシャル成長法を適用して製造される。
【０００３】
従来の液相エピタキシャル成長法を、ＬＥＤ用ＧａＡｌＡｓ化合物半導体基板の製造例を示す図７および図８とともに説明する。
【０００４】
図７に示す液相エピタキシャル成長装置は、スライドボート２０を挟む上下に上部溶液槽２１および下部溶液槽２２を配設してなり、スライドボート２０は上部溶液槽２１と下部溶液槽２２とに接して摺動できるようになっている。上部溶液槽２１は仕切られた複数の室２１ａ，２１ｂ・・・を有している。また、スライドボート２０は攪拌槽２３と結晶成長処理槽２４とを有し、両槽２３，２４はそれぞれの下方において相互に連通している。
【０００５】
各室２１ａ，２１ｂ・・・はその底板部に開口２５ａ，２５ｂ・・・をそれぞれ有し、下部溶液槽２２はその天板部に開口２６を有している。また、攪拌槽２３はその天板部に開口２７を有し、結晶成長処理槽２４はその底板部に開口２８を有している。
【０００６】
上部溶液槽２１の各室２１ａ，２１ｂ・・・内には、相異なる結晶材料２９ａ，２９ｂ・・・がそれぞれ収容されており、結晶成長処理槽２４内に多数の被処理半導体基板３０が多段に収容されている。
【０００７】
結晶成長処理に際しては、装置全体を水素雰囲気中で所定温度に昇温し、結晶材料２９ａ，２９ｂ・・・を溶かして過飽和溶融液をつくる。ここで重要なのは、エピタキシャル成長の開始温度で過飽和となるように、過剰の結晶材料を用いて前記開始温度よりも高い温度で過飽和溶融液をつくる。そして、得られた過飽和溶融液２９ａ’を前記開始温度付近まで徐冷する。この間に、過飽和溶融液２９ａ’はその過飽和成分を液中に析出させて過飽和度を若干低下させるので、液の上下で濃度差が生じる。
【０００８】
次に、図７の（ａ）に示す状態にあったスライドボート２０を矢印Ａの方向へ移動させ、図７の（ｂ）に示す状態に移行させる。これによって室２１ａの開口２５ａが攪拌槽２３の開口２７と連通するので、室２１ａ内にあった過飽和溶融液２９ａ’が攪拌槽２３内に流入する。攪拌槽２３は漏斗状に傾斜した底部を有しているので、攪拌槽２３内に流入した過飽和溶融液２９ａ’は攪拌作用を受けてその濃度分布を均一化し、結晶成長処理槽２４内に流入して被処理半導体基板３０に接触する。
【０００９】
この後、過飽和溶融液２９ａ’が徐冷するのに伴い、その結晶成分が被処理半導体基板３０の表面に析出して結晶成長が進行していく。そして、結晶成長の終了時点でスライドボート２０をさらに移動させる。図７の（ｃ）に示す状態に移行することによって結晶成長処理槽２４の開口２８が下部溶液槽２２の開口２６に連通するので、結晶成長処理槽２４内にあった使用済み溶液が下部溶液槽２２内に流出して一連の結晶成長工程を終える。そして、結晶成長を引き続き行う場合は、第２の室２１ｂ、第３の室（図示せず）・・・内に納めた結晶材料２９ｂ，２９ｃ（図示せず）・・・を用いて上述した一連の工程を繰り返す。
【００１０】
このような一連の工程を繰り返すことにより、図８に示すようなダブルヘテロ構造の化合物半導体基板が得られる。図８のＰ−ＧａＡｓ基板部３１は被処理半導体基板３０に対応し、Ｐ−ＧａＡｌＡｓ層３２は結晶材料２９ａに、活性層３３は結晶材料２９ｂに、そして、ｎ−ＧａＡｌＡｓ層３４は結晶材料２９ｃ（図示せず）にそれぞれ対応する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の液相エピタキシャル成長装置においては、溶液槽内に区画された複数の室に第１の結晶材料を結晶成長処理槽へ注入した後にスライドボートをスライドさせて結晶成長処理槽に第２の結晶材料を注入するという工程を繰り返す操作をしている。そのため、前の注入工程で注入された融液が結晶成長処理槽に通ずる攪拌槽の開口に残り、次の注入工程で注入される結晶材料と混ざるため、層を成長させる結晶材料の組成が変わってしまう。
【００１２】
例えば、Ｇａ1-xＡｌxＡｓ（０＜ｘ＜１）の場合、図８に示す構造の例では、ｐ−ＧａＡｌＡｓ層（クラッド層）３２のＡｌの混晶比ｘは０．７であり、発光波長に関係する活性層３３の混晶比ｘを０．３６に設定した場合、λｐ＝６６０ｎｍの発光波長の発光ダイオードが得られる。ところが上述のようにｐクラッド層３２を成長させる結晶材料が攪拌槽の開口に残ると活性層３３を成長させるための結晶材料に混ざりＡｌの量が多い組成となってしまう。その結果、発光波長が短波長側へシフトしてしまい、当初予定していた発光波長のＬＥＤが得られなくなるという問題があった。
【００１３】
そこで本発明は、上部溶液槽から結晶成長処理槽への異なる結晶材料の混ざりを防ぎ、所定の発光波長の半導体発光素子を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の液相エピタキシャル成長装置においては、複数の結晶材料の過飽和溶液をそれぞれ収容する複数の室を設けた上部溶液槽と、この溶液槽における前記複数の室の底部に形成された開口に合致して連通する注入口を有する結晶成長処理槽を備え、結晶形成過程にしたがって順次摺動可能なスライドボートと、このスライドボートの結晶成長処理槽の底部に設けた排出口に合致して連通する開口を備えた下部溶液槽とを備えた液相エピタキシャル成長装置において、前記スライドボートにおける結晶成長処理槽に、前記上部溶液槽から結晶材料を注入する注入口を２箇所以上設けたものである。
【００１５】
この発明によれば、上部溶液槽から結晶成長処理槽への異なる結晶材料の混ざりを防ぎ、所定の発光波長の半導体発光素子が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本願第１の発明は、複数の結晶材料の過飽和溶液をそれぞれ収容する複数の室を設けた上部溶液槽と、この溶液槽における前記複数の室の底部に形成された開口に合致して連通する注入口を有する結晶成長処理槽を備え、結晶形成過程にしたがって順次摺動可能なスライドボートと、このスライドボートの結晶成長処理槽の底部に設けた排出口に合致して連通する開口を備えた下部溶液槽とを備えた液相エピタキシャル成長装置において、前記スライドボートにおける結晶成長処理槽に、前記上部溶液槽から結晶材料を注入する注入口を２箇所以上設けたものであり、異なる結晶材料は異なる注入口から結晶成長処理槽に注入することにより、上部溶液槽から結晶成長処理槽への異なる結晶材料の混ざりが防がれるという作用を有する。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図６を用いて説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施形態の断面構造を示す縦断正面図、図２は平面図、図３は融液注入前の状態を示す縦断側面図、図４は第１槽の融液注入状態を示す縦断側面図、図５は結晶成長後の融液排出状態を示す縦断側面図、図６は第２槽の融液注入状態を示す縦断側面図である。
【００１９】
これらの図において、１はスライドボート、２は上部溶液槽、３は下部溶液槽であり、スライドボート１は上部溶液槽２と下部溶液槽３とに接して摺動できるようになっている。上部溶液槽２は仕切られた複数の室２ａ，２ｂ・・・を有している。また、スライドボート１は幅方向の両側の内部側壁４ａ，４ｂによって仕切られた結晶成長処理槽５を有し、内部に多数の半導体基板７が収納されている。結晶成長処理槽５の両側の内部側壁４ａ，４ｂと外部側壁との間は、第１の注入口６ａおよび第２の注入口６ｂとしてスライドボート１の上下に開放している。
【００２０】
各室２ａ，２ｂ・・・は、図２に示すようにその底板部に開口８ａ，８ｂ・・・をそれぞれ有し、その位置は開口８ａと８ｂおよび８ｃとでは反対側になるようにしている。下部溶液槽３はその天板部９に材料溜まり部１０ａ，１０ｂ・・・と開口１１ａ，１１ｂ・・・が交互に配設されている。
【００２１】
上部溶液槽２の各室２ａ，２ｂ・・・内には、相異なる結晶材料１２ａ，１２ｂ・・・がそれぞれ収容されている。
【００２２】
次に、本実施形態の液相エピタキシャル成長装置による製造工程について説明する。
【００２３】
結晶成長処理に際しては、装置全体を水素雰囲気中で所定温度に昇温し、結晶材料１２ａ，１２ｂ・・・を溶かして過飽和溶融液をつくる。
【００２４】
次に、図３に示す状態にあったスライドボート１を矢印Ａの方向へ移動させ、図４に示す状態に移行させる。これによって室２ａの開口８ａが結晶成長処理槽５の第１の注入口６ａと連通するので、室２ａ内にあった過飽和溶融液状態の結晶材料１２ａが下部溶液槽３の天板部９に形成された材料溜まり部１０ａを迂回して結晶成長処理槽５内に流入し、被処理半導体基板７に接触する。
【００２５】
この後、過飽和溶融液状態の結晶材料１２ａが徐冷するのに伴い、その結晶成分が被処理半導体基板７の表面に析出して結晶成長が進行していく。そして、結晶成長の終了時点でスライドボート１をさらに移動させる。図５に示す状態に移行することによって結晶成長処理槽５の第１の注入口６ａが下部溶液槽３の開口１１ａに連通するので、結晶成長処理槽５内にあった使用済み溶液が下部溶液槽３内に流出して一連の結晶成長工程を終える。
【００２６】
そして、引き続き、スライドボート１を矢印Ａ方向にスライドさせ、図６に示す状態に移行することによって、室２ｂの開口８ｂが結晶成長処理槽５の第２の注入口６ｂと連通するので、室２ｂ内にあった過飽和溶融液状態の結晶材料１２ｂが下部溶液槽３の天板部９に形成された材料溜まり部１０ｂを迂回して結晶成長処理槽５内に流入し、被処理半導体基板７に接触する。
【００２７】
後は、同様に、スライドボート１をスライドさせて第２槽の溶融結晶材料の排出、第３槽の溶融結晶材料の注入排出を行う。
【００２８】
上述したように、本実施形態においては、第１の結晶材料１２ａと第２の結晶材料１２ｂとは、結晶成長処理槽５内に、第１の注入口６ａと第２の注入口６ｂという異なった注入口から注入されるため、第１の注入口６ａに残った結晶材料が次の工程で別の結晶材料と混ざることがなく、設計通りの所望の活性層の成長が半導体基板７において行われ、所望の波長のＬＥＤが得られることになる。
【００２９】
なお、以上の説明において用いた図面では、注入口６ａ，６ｂは結晶成長処理槽５の対向側の位置に設けられているが、同一側の面に位置を異ならせて設けてもかまわない。また本実施形態においては、ＧａＡｓ基板上に３層を積層した半導体基板を形成する例について述べたが、場合によってはもっと多くの層を含む場合があるのでそのときは、３箇所以上の注入口を設けることもある。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、スライドボートにおける結晶成長処理槽に、上部溶液槽から結晶材料を注入する注入口を２箇所以上設けたものであり、異なる結晶材料は異なる注入口から結晶成長処理槽に注入することにより、上部溶液槽から結晶成長処理槽への異なる結晶材料の混ざりを防ぐことができる。この結晶材料の混ざりは、特に発光に関与する活性層を成長する際に大きな影響があるので、これを防ぐことにより、設計通りの所定の発光波長の半導体発光素子を得ることができ、歩留まりの高い生産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の断面構造を示す縦断正面図
【図２】本発明の実施形態の平面図
【図３】本発明の実施形態における融液注入前の状態を示す縦断側面図
【図４】本発明の実施形態における第１槽の融液注入状態を示す縦断側面図
【図５】本発明の実施形態における結晶成長後の融液排出状態を示す縦断側面図
【図６】本発明の実施形態における第２槽の融液注入状態を示す縦断側面図
【図７】従来の液相エピタキシャル成長の処理工程図
【図８】ダブルヘテロ構造のＧａＡｌＡｓ半導体基板の断面図
【符号の説明】
１  スライドボート
２  上部溶液槽
２ａ，２ｂ・・・  室
３  下部溶液槽
４ａ，４ｂ  内部側壁
５  結晶成長処理槽
６ａ  第１の注入口
６ｂ  第２の注入口
７  半導体基板
８ａ，８ｂ・・・  開口
９  天板部
１０ａ，１０ｂ・・・  材料溜まり部
１１ａ，１１ｂ・・・  開口
１２ａ，１２ｂ・・・  結晶材料
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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