(57)【要約】【課題】原料融液溜と融液中心部側との熱交換を促進する。【解決手段】  原料融液溜８（９，１０）にエピタキシャル成長原料を投入してこの原料融液溜８（９，１０）の加熱により溶融した後、原料融液溜８（９，１０）の融液に基板７の成長面を接触させてエピタキシャル成長させるようにしたエピタキシャルウエハの製造方法において、前記原料融液溜８（９，１０）の融液に接する表面を原料融液溜の中心部側に拡大して、融液中心部側と前記原料融液溜との熱交換を促進する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料融液溜にエピタキシャル成長原料を投入してこの原料融液溜の加熱により融解した後、原料融液溜の融液に基板の成長面を接触させてエピタキシャル成長させるようにしたエピタキシャルウエハの製造方法において、前記原料融液溜の融液に接する表面を原料融液溜の中心部側に拡大して、融液中心部側と前記原料融液溜との熱交換を促進するようにしたことを特徴とするエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項２】
エピタキシャル成長原料を加熱により融解する原料融液溜を有するエピタキシャルウエハの製造装置において、前記原料融液溜から融液中心部側に延在する伝熱部材を備えたことを特徴とするエピタキシャルウエハの製造装置。
【請求項３】
前記伝熱部材が突起である請求項２記載のエピタキシャルウエハの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャルウエハの製造方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ウエハの成長面にエピタキシャル層を成長する場合、原料融液溜にエピタキシャル層を形成するためのエピタキシャル成長原料（以下、原料という）を入れ、この原料融液溜の加熱により融解した原料を、基板に接触させることによって成長させる方法が知られており、その装置として、本出願人が先に開示したエピタキシャルウエハの製造装置が知られている（特許文献１）。
このエピタキシャルウエハの製造装置は、水平方向に間隔を隔てて複数の原料融液溜を有する原料融液ホルダと、基板を収容する基板収容部を有する基板ホルダとが上下に並設されており、上部の原料融液ホルダと下部の基板ホルダとを相対的に摺動させて、原料融液ホルダを上下に貫通する原料融液溜の底部の開口に、基板ホルダの基板収容部に収容された基板の成長面を対向させることにより、基板の成長面にエピタキシャル層を成長する構造となっている。また、基板ホルダ及び原料融液ホルダは、原料融液溜に投入した原料を伝熱によって融解するためカーボングラファイトで形成されている。
前記エピタキシャルウエハの製造装置により前記基板の成長面にエピタキシャル層を成長する際は、まず、エピタキシャルウエハの製造装置を炉内に配置し、水素気流中で、原料融液溜を加熱し、原料融液ホルダの温度及び基板ホルダの温度を９００°Ｃに加熱し、原料であるＧａ，ＧａＡｓ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｔｅ等からなる原料を伝熱により融解する。９００゜Ｃの加熱により原料を融解した後は、この温度を所定時間保持した後、炉内の温度を所定の温度勾配で降下させる徐冷を行いながら原料融液ホルダと基板ホルダとを相対的に移動させ、基板ホルダの基板を原料融液溜の底部の開口下を通過させる。このとき、基板の成長面には、原料融液溜の原料の融液が接触しエピタキシャル層として成長する。
【特許文献１】特開２００５−１７５１９８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように、液相成長によるエピタキシャルウエハの製造装置では、原料融液溜の加熱による伝熱により内部の原料を融解し、融解した原料の融液に基板の成長面を接触させることによってエピタキシャル層を成長させるが、原料であるＧａ，ＧａＡｓ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｔｅ中の不純物、原料融液溜や装置の表面から離脱した不純物及び原料の未溶解分は、ウエハ表面に欠陥として現れる性質がある。このため、原料融液溜と融液中心部側との熱交換が不十分で融液中心部側の温度が低くなって未溶解分が発生した場合は、ウエハの表面に未溶解分に起因した表面欠陥が発生し、歩留まりが悪化するという問題がある。
【０００４】
そこで、原料融液溜と融液中心部側との熱交換を促進するために解決すべき課題が生じるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、原料融液溜にエピタキシャル成長原料を投入してこの原料融液溜の加熱により融解した後、原料融液溜の融液に基板の成長面を接触させてエピタキシャル成長させるようにしたエピタキシャルウエハの製造方法において、前記原料融液溜の融液に接する接触表面を原料融液溜の中心部側に拡大して、融液中心部側と前記原料融液溜との熱交換を促進させようにしたものである。
ここで、接触表面を原料融液溜の融液中心部側に拡大するとは、原料融液溜の融液中心部側に対する熱交換面積を拡大するという意味である。このようにすると、融液中心部側の温度が上昇し、全体の温度が均一化されるので、未溶解分の発生が抑制され、未溶解分に起因するエピタキシャルウエハの表面欠陥が改善される。
【０００６】
請求項２記載の発明は、エピタキシャル成長原料を加熱により融解する原料融液溜を有するエピタキシャルウエハの製造装置において、前記原料融液溜から融液中心部側に延在する伝熱部材を備えたものである。
このように、原料融液溜から融液中心部側に伝熱部材が延在していると、原料融液溜と融液中心部との間で熱交換が促進される。このため、融液全体の温度が融解、徐冷に適した温度に均一化される。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記伝熱部材を突起としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上、説明したことから明らかなように、本発明によれば、原料融液溜の融液中心部側の原料の未溶解を防止できるので、原料の未溶解分に起因するウエハの表面欠陥を低減できるという優れた効果が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
まず、図１を参照して本実施形態のエピタキシャルウエハ製造装置について説明する。
図１に示すように、エピタキシャルウエハの製造装置１は、台座２、基板ホルダ３、原料融液ホルダ４、キャップホルダ５の４つのグラファイト製の部品が上下に並設されており、基板ホルダ３が、台座２及び原料融液ホルダ４に対して水平方向に摺動するようになっている。基板ホルダ３の摺動面である基板ホルダ３の上面部の長手方向の一端部には、上方に臨んで開口する基板収容部６が窪ませて形成されていて、基板７を上方側から臨ませて嵌め込む構造となっており、原料融液ホルダ４には、原料を伝熱により融解するとともに貯留すべく複数の原料融液溜８，９，１０が長手方向に間隔を隔てて設けられている。
【００１１】
これらの原料融液溜８，９，１０は、原料融液ホルダ４を上下方向に貫通する筒状、例えば、円筒、又は横断面が矩形の筒状に形成されており、原料融液ホルダ４の上面に着座するキャップ５ａ，５ｂ，５ｃにより上部の開口８ａ，９ａ，１０ａが開閉され、底部の開口８ｃ，９ｃ，１０ｃが基板ホルダ３の上面と接して、常時、閉鎖されている。このような構成となっていても融液には所定の粘度があるため、漏れ出す虞はない。
また、基板ホルダ３の基板収容部６の中心は、基板ホルダ３の幅方向の中心線上に位置しており、原料融液ホルダ４の原料融液溜８，９，１０の中心を直線で結ぶ線は互いに平行になっている。また、原料融液溜８，９，１０の底部の開口８ｃ，９ｃ，１０ｃと基板７とは上下に重なり合うようになっている。このため、前記原料融液ホルダ４に対して前記基板ホルダ３を移動させると、原料融液溜８，９，１０の底部の開口８ｃ，９ｃ，１０ｃに対して基板ホルダ３の基板収容部６に収容された基板７の成長面が順次対向し、各原料融液溜８，９，１０の融液が基板７の成長面に順次成長する。
【００１２】
また、前記原料融液ホルダ４の原料融液溜８，９，１０には、それぞれ原料融液溜８，９，１０の融液と接触する接触表面を融液中心側に拡大するための伝熱部材１５が延在している。
伝熱部材１５は、たとえば、原料融液溜８，９，１０の伝熱面である平坦な内壁面８ｂ，９ｂ，１０ｂから半径方向内側に所定長延びた突起状の伝熱部材１５ａ、前記キャップ５ａ，５ｂ，５ｃの融液との対峙面から融液中心部内に挿入された突起（図示せず）又は原料融液溜８，９，１０内で融液を横断して対面同士を連結する連結部材（図示せず）等で構成され、伝熱面である原料融液溜８，９，１０の融液との接触表面積を増大し、融液との接触表面を融液中心部側に拡大する。
この場合、伝熱部材１５の配置および接触表面の大きさは、原料融液溜８，９，１０内の融液の温度分布と未溶解分の発生量との関係に基づいて一義的に決定され、原料の溶融時や溶融後の徐冷時において、原料の融液全体の温度の均一化を助長するように決定されている。この結果、温度の不均一さに起因する未溶解分の発生が抑制され、エピタキシャル層の表面の欠陥が抑制される。
【００１３】
また、図１に示すように、伝熱部材１５ａを、原料融液溜８，９，１０の内壁面８ｂ，９ｂ，１０ｂから半径方向内側に突き出した四角、三角等の多角形又は円形の錐体状とし、左右段違いに配置した場合は、対流による攪拌流が突起状の伝熱部材１５ａの周辺に発生するので、融液全体の温度が均一化され、原料の未溶解分の発生が抑制されるという効果もある。また、突起状の伝熱部材１５ａは、カーボングラファイト製の基板ホルダ３と一体焼結が可能なので安価に形成できるという利点もある。
【実施例１】
【００１４】
まず、原料融液溜８，９，１０の相対峙する一組の内壁面８ｂ、８ｂ，９ｂ、９ｂ，１０ｂ、１０ｂに対してそれぞれ一つずつ、上下のピッチを１０ｍｍとして段違いに合計２個の三角錐状の伝熱部材１５ａを設けたエピタキシャルウエハの製造装置１を製造した。各伝熱部材１５ａは、底面積が５ｍｍ（底辺）×１０ｍｍ（高さ）×１／２で、高さ（突出長）が１０ｍｍの三角錐とし、原料融液溜８，９，１０は、内幅が５×１０ｍｍ、高さが５０ｍｍの断面矩形の筒状として伝熱部材１５ａの効果が分かるようにした。
そして、基板ホルダ３の一方側の原料融液溜８を第１の原料融液溜、他方側の原料融液溜１０を第３の原料融液溜、中間の原料融液溜９を第２の原料融液溜とし、第３の原料融液溜１０にｐ型ＧａＡｌＡｓからなる活性層用の原料を、第２の原料融液溜９にｎ型ＧａＡｌＡｓからなるクラッド層用の原料を入れ、それぞれキャップ５ａ，５ｂ，５ｃにより密閉して炉内（図示せず）に設置した。
この後、炉内雰囲気を排気し、炉内に水素ガスを導入して水素気流中で９００°Ｃの温度に加熱した後、３時間保持し、その後、７００°Ｃまで１°Ｃ／ｍｉｎの割合で降温（徐冷）させ、基板ホルダ３を一方側から他方側に移動させて、基板収容部６を、原料融液溜１０、原料融液溜９の真下を順次通過させた。
これにより、基板収容部６に収容されたｐ型ＧａＡｓ基板７ａの成長面に、ｐ型ＧａＡｌＡｓからなる活性層用の融液、ｎ型ＧａＡｌＡｓクラッド層用の融液が順次接触し、図２に示すように、ｐ型ＧａＡｌＡｓ層上に、活性層ＧａＡｌＡｓ層としてのｐ型ＧａＡｌＡｓ層１７、クラッド層としてのｎ型ＧａＡｌＡｓ層１８が順次成長したシングルへテロ構造の発光ダイオード用のエピタキシャルウエハ２０が得られた。
【００１５】
表１に、エピタキシャルウエハ２０の表面欠陥面積を測定した結果を示す。なお、測定値の信頼性を高めるため、エピタキシャルウエハは３ロット製作し、ロット毎に表面欠陥の面積を測定した。なお、表１では、「ロット１」、「ロット２」、「ロット３」で表示している。
また、比較のため、前記原料融液溜８，９，１０に突起状の伝熱部材１５ａがなく、他の構造、寸法、材質が同じエピタキシャルウエハの製造装置を製作し、このエピタキシャルウエハの製造装置によって、実施例１と同じ操作条件、成長条件で比較用のシングルへテロ構造のエピタキシャルウエハを１ロット製作し、実施例１と同様にして表面欠陥を測定した。表１には「比較例」として表示した。
【表１】
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【００１６】
表１に示すように、実施例１のエピタキシャルウエハ２０はロット１，ロット２，ロット３ともに比較例のエピタキシャルウエハと比べて表面欠陥面積が１／１０以下と少なくなった。これにより、原料融液溜８，９，１０に伝熱部材１５として複数の突起状の伝熱部材１５ａを設け、原料融液溜８，９，１０の接触表面を融液中心部側に拡大すると、原料融液溜８，９，１０と融液中心部側との熱交換が促進され、表面欠陥の原因となる融液中心部側の未溶解分が抑制されたことが分かる。なお、前記伝熱部材１５ａの突出長を１ｍｍ以下とし、設置数を２個未満とした場合には、伝熱部材１５ａの融液中心部側との接触表面が不足し、熱交換能力が低下し、表面欠陥が悪化するため、突起状の伝熱部材１５ａにより熱交換能力を増大するには、突起状の伝熱部材１５ａの突出長を１ｍｍ以上とし、少なくとも２個以上、設けることが好ましい。
【００１７】
なお、実施例１では、シングルへテロ構造のエピタキシャルウエハを製作する説明をしたが、前記エピタキシャルウエハの製造装置１を用いて、発光ダイオード、レーザダイオード等の発光素子となるダブルヘテロ構造のエピタキシャルウエハを製作してもよい。また、ダブルへテロ構造のエピタキシャルウエハからＧａＡｓ基板を取り除くことにより、裏面反射型の発光ダイオードを構成することも可能である。
このように、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のエピタキシャルウエハの製造方法に用いるエピタキシャルウエハの製造装置の構造を示す解説図である。
【図２】本発明に係るエピタキシャルウエハの製造装置で製造したシングルへテロ構造のエピタキシャルウエハを示す断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
７    基板
８    原料融液溜
９    原料融液溜
１０    原料融液溜
１５    伝熱部材
１５ａ  突起状の伝熱部材
【図１】
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【図２】
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