(57)【要約】【課題】ＧａＡｓ基板のＡｓ抜けを防止し、結晶欠陥や特性不良の少ない発光ダイオードを製造し得る液相エピタキシャル成長方法及びその装置を提供すること。【解決手段】ＧａＡｓ基板６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、所定の温度から冷却しながら成長用原料溶液７、８、９に基板６を接触させて基板上にエピタキシャル層２、３、４を成長するに際し、前記基板ホルダ１２におけるＧａＡｓ基板６の下面側にＡｓを含むダミー基板５を配置し、このダミー基板５から揮発したＡｓをＧａＡｓ基板６に接触させて、ＧａＡｓ基板６のＡｓ抜けを補う。【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、前記基板ホルダにおけるＧａＡｓ基板の下面側にＡｓを含むダミー基板を配置し、このダミー基板から揮発したＡｓをＧａＡｓ基板に接触させ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】
請求項１記載の液相エピタキシャル成長方法において、
前記Ａｓを含むダミー基板が前記ＧａＡｓ基板と同じＧａＡｓ材料からな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】
ｐ型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、基板ホルダに収容したＧａＡｓ基板に対して原料溶液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、前記基板ホルダにおけるＧａＡｓ基板の下面側にＧａＡｓから成るダミー基板を配置し、このダミー基板から揮発したＡｓをＧａＡｓ基板に接触させ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】
ｐ型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、基板ホルダに収容したＧａＡｓ基板に対して原料溶液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、前記基板ホルダにおけるＧａＡｓ基板の下面側にＧａＡｓから成るダミー基板を配置し、このダミー基板から揮発したＡｓをＧａＡｓ基板に接触させ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５】
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、互いに対向させて相対的に摺動可能とし、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装置において、
前記基板ホルダにおけるＧａＡｓ基板の下面側に凹部を設け、これに前記ＧａＡｓ基板と同じ材料からなるダミー基板を収納し、このダミー基板から揮発したＡｓを前記凹部の空間内に充満させる構造とした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】
【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及びその装置、特にＧａＡｓ基板の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６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で気密に蓋されるように構成されている。
【０００６】
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、ｐ型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７００〜９００℃の高温領域に昇温し、原料溶液溜１５に成長用溶液を作成する。その後、徐冷しながら原料溶液溜１５をＧａＡｓ基板６上に移動させ、原料溶液７をＧａＡｓ基板６と接触させる。これによりＧａＡｓ基板６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６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１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。
【０００７】
従来、ＧａＩｎＰやＡｌＧａＩｎＰのＬＥＤ用エピタキシャルウェハの成長に関しては、成長開始温度を８５０℃程度以上にする必要があり原料溶液からの燐の蒸発および飛散が激しくなることから、原料溶液ホルダと基板ホルダとの摺動面又は原料溶液ホルダとキャップホルダとの接合面に凹部を形成し、この空間に原料溶液から揮発したガスを導出することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１１９０９４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、特許文献１はＧａＩｎＰやＡｌＧａＩｎＰのＬＥＤ用エピタキシャルウェハの成長について論じたものであり、ＧａＡｓ基板について論じたものではない。
【０００９】
本発明者等の知見によれば、通常、液相エピタキシャル法により赤色発光ダイオード用のエピタキシャルウェハを作る際には、７００〜９００℃の高温領域で膜成長を行うため、ＧａＡｓ基板のＡｓ抜けが起きやすい。そのため、通常作られている図４に示すダブルヘテロ構造のエピタキシャルウェハの場合、Ａｓ抜けした基板上にｐ型クラッド層、ｐ型活性層及びｎ型クラッド層を成長するため、結晶欠陥や特性不良が生じ易い。
【００１０】
また、基板裏面でもＡｓ抜けが起きているため、作動電圧（ＶF特性）等の特性に悪影響を及ぼしている。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、上述したＧａＡｓ基板のＡｓ抜けを防止する、すなわち結晶欠陥や特性不良の少ない発光ダイオードを製造することのできる液相エピタキシャル成長方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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。
【００１３】
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、前記基板ホルダにおけるＧａＡｓ基板の下面側にＡｓを含むダミー基板を配置し、このダミー基板から揮発したＡｓをＧａＡｓ基板に接触させることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１記載の液相エピタキシャル成長方法において、前記Ａｓを含むダミー基板が前記ＧａＡｓ基板と同じＧａＡｓ材料からなることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明に係る液相エピタキシャル成長方法は、ｐ型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、基板ホルダに収容したＧａＡｓ基板に対して原料溶液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、前記基板ホルダにおけるＧａＡｓ基板の下面側にＧａＡｓから成るダミー基板を配置し、このダミー基板から揮発したＡｓをＧａＡｓ基板に接触させることを特徴とする。これはシングルヘテロ構造のエピタキシャルウェハを対象とする場合を特定したものである 
請求項４の発明に係る液相エピタキシャル成長方法は、ｐ型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、基板ホルダに収容したＧａＡｓ基板に対して原料溶液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、前記基板ホルダにおけるＧａＡｓ基板の下面側にＧａＡｓから成るダミー基板を配置し、このダミー基板から揮発したＡｓをＧａＡｓ基板に接触させることを特徴とする。これはダブルヘテロ構造のエピタキシャルウェハを対象とする場合を特定したものである。
【００１６】
請求項５の発明に係る液相エピタキシャル成長装置は、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、互いに対向させて相対的に摺動可能とし、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装置において、前記基板ホルダにおけるＧａＡｓ基板の下面側に凹部を設け、これに前記ＧａＡｓ基板と同じ材料からなるダミー基板を収納し、このダミー基板から揮発したＡｓを前記凹部の空間内に充満させる構造としたことを特徴とする。
【００１７】
＜発明の要点＞
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。そこで本発明では、基板ホルダにおけるＧａＡｓ基板の下面側に凹部を設け、これにＡｓを含む、例えばＧａＡｓ基板と同じ材料からなるダミー基板を収納する。このようにすると、エピタキシャル層を成長すべく基板を７００〜９００℃に加熱した際、ＧａＡｓ基板からＡｓが抜けるが、下方のダミー基板からもＡｓが抜け出し、上記凹部の空間内に充満してＧａＡｓ基板に接触し、ＧａＡｓ基板のＡｓ抜けを補う。このため、見かけ上、ＧａＡｓ基板のＡｓ抜けが防止される。
【００１８】
本発明は、ｐ型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クラッド層を順次成長したシングルヘテロ構造、又は、ｐ型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クラッド層を順次形成したダブルヘテロ構造のいずれの製造にも適用することができ、ＧａＡｓ基板からのＡｓ抜けを補充して、ＶF特性の低い、高輝度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。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、基板ホルダにおけるＧａＡｓ基板の下面側に、Ａｓを含む例えばＧａＡｓからなるダミー基板を配置し、このダミー基板から揮発したＡｓがＧａＡｓ基板下面側の凹部空間内に充満してＧａＡｓ基板に接触するようにしているので、ダミー基板から揮発したＡｓがＧａＡｓ基板からのＡｓ抜けを補充して、見かけ上、ＧａＡｓ基板のＡｓ抜けを防止することができる。従って、本発明によれば、発光ダイオード用エピタキシャルウエハの結晶欠陥や特性不良を減少させ、ＶF特性の低い高輝度の発光ダイオードを高歩留りで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】
本発明の一実施形態例として、図１のような液相エピタキシャル成長装置（三層成長用横型スライドボート）を製作した。
【００２２】
この液相エピタキシャル成長装置は、図３のものと基本的に同じ構成である。すなわち、台座１１、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６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に示すように、成長用溶液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。
【００２３】
しかし、従来の場合と異なり、図２に拡大して示すように、基板ホルダ１２には、ＧａＡｓ基板６の下面側に凹部２１が設けられ、これに上記ＧａＡｓ基板６と同じＧａＡｓ材料からなるダミー基板５が収納されている。
【００２４】
すなわち、基板ホルダ１２には、原料溶液ホルダ１３との摺接面側に基板収納載置凹部１６が設けられるだけでなく、台座１１との摺接面側に、ダミー基板５を収納する凹部２１が設けられ、両者の間は空間２２で連通されている。この実施形態の場合、ＧａＡｓ基板６は円形のウエハから成る。このため基板収納載置凹部１６及びダミー基板収納凹部２１は円形の穴から成り、その内壁の中間部に、ＧａＡｓ基板６の周縁を支持するための内向突起２３を備えている。そして基板収納載置凹部１６及びダミー基板収納凹部２１の深さは、収納するＧａＡｓ基板６及びＧａＡｓダミー基板５の厚さよりそれぞれ深くなるように形成されている。
【００２５】
上記のように構成されているため、エピタキシャル層を成長すべくＧａＡｓ基板６を７００〜９００℃に加熱した際、ＧａＡｓ基板６からＡｓが抜けるが、下方のＧａＡｓダミー基板５からもＡｓが抜け出し、上記基板収納載置凹部１６及びダミー基板収納凹部２１に共通する空間２２内に充満する。空間２２内がＡｓ雰囲気になることから、そこでのＡｓがＧａＡｓ基板６に接触し、ＧａＡｓ基板６のＡｓ抜けを補う。このため、見かけ上、ＧａＡｓ基板のＡｓ抜けが防止される。
【００２６】
このように、ＧａＡｓ基板６下にＧａＡｓダミー基板５を配置し、ＧａＡｓダミー基板５から抜けたＡｓにより、基板収納載置凹部１６及びダミー基板収納凹部２１の共通空間２２内をＡｓ雰囲気にすることで、ＧａＡｓ基板６中のＡｓ抜けの防止を図る。
【実施例】
【００２７】
成長治具には、図２に示すように、基板ホルダ１２の基板収納載置凹部１６下にＧａＡｓダミー基板５を配置できるダミー基板収納凹部２１を設けた、スライドボート式の３層成長用グラファイト治具を用いた。
【００２８】
ｐ型ＧａＡｓ基板６、ＧａＡｓダミー基板５を基板ホルダ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、液相エピタキシャル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。
【００２９】
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、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させ、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た。
【００３０】
得られた発光ダイオード用エピタキシャルウェハに電極を形成してチップを作製後、ステムに取り付けてエポキシ樹脂でコートして発光ダイオードを作製した。
【００３１】
また、比較例として、基板ホルダ１２の基板収納載置凹部１６下にダミー基板収納凹部２１を設けてない、通常使用されるスライドボート式の３層成長用グラファイト治具を用いて、上記と同条件で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。上記と同様に電極を形成してチップを作製後、ステムに取り付けて、エポキシ樹脂でコートして発光ダイオードを作製した。
【００３２】
表１に本実施例と比較例の不良発生率を示す。
【表１】
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これから明らかな通り、本実施例のエピタキシャルウェハを用いて発光ダイオードを製造すると、従来のエピタキシャルウェハを用いた発光ダイオードと比較して、不良発生率が１／１０と少ない。これは、基板ホルダ１２の基板収納載置凹部１６下に形成した凹部にＧａＡｓダミー基板５を配置し、その基板収納載置凹部１６とダミー基板収納凹部２１の共通空間２２内をＡｓ雰囲気にすることで、ＧａＡｓ基板６中のＡｓ抜けを防止することができたためである。
【００３３】
上記実施の形態ではダブルヘテロ構造のエピタキシャルウェハを例にして説明したが、本発明はシングルヘテロ構造のエピタキシャルウェハにおいても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。
【００３４】
また、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】
【００３５】
【図１】本発明の液相エピタキシャル成長装置のスライドボート式グラファイト治具を示した断面図である。
【図２】本発明に係る図１の液相エピタキシャル成長装置の一部を示した拡大図である。
【図３】従来の液相エピタキシャル成長装置のスライドボート式グラファイト治具を示した断面図である。
【図４】本発明で製造対象としたダブルヘテロ構造のエピタキシャルウェハの断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
５  ダミー基板
６  ＧａＡｓ基板
７、８、９  原料溶液
１１  台座
１２  基板ホルダ
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
２１  ダミー基板収納凹部
２２  空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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