(57)【要約】【課題】基板のＡｓ抜けを防止することで、結晶欠陥及び特性不良の少ないエピタキシャルウエハを製造するエピタキシャルウエハの製造方法を提供する。【解決手段】原料溶液ホルダー２の底面を形成するスライダー３に、ＧａＡｓ基板４を保持する凹部５を形成し、その凹部５にＧａＡｓ基板４を保持させてエピタキシャル成長させるエピタキシャルウエハの製造方法において、上記凹部５にＧａＡｓ多結晶１０を入れ、成長時にそのＧａＡｓ多結晶１０のＡｓを昇華させつつ、エピタキシャル成長させる方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料溶液ホルダーの底面を形成するスライダーに、ＧａＡｓ基板を保持する凹部を形成し、その凹部にＧａＡｓ基板を保持させてエピタキシャル成長させるエピタキシャルウエハの製造方法において、上記凹部にＧａＡｓ多結晶を入れ、成長時にそのＧａＡｓ多結晶のＡｓを昇華させつつ、エピタキシャル成長させる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】
上記原料溶液ホルダーの底面に、上記スライダーに形成した凹部より大きな開口部を有する空間部を形成し、上記凹部と上記空間部とを連通するＡｓ通り穴を形成し、上記凹部で昇華したＡｓを上記空間部に流す請求項１に記載のエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項３】
上記ＧａＡｓ多結晶を、上記凹部の底面に接触させる請求項１または２に記載のエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項４】
上記スライダーおよび上記原料溶液ホルダーを７００〜９００℃に加熱してエピタキシャル成長させる請求項１〜３いずれかに記載のエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項５】
原料溶液ホルダーの底面を形成するスライダーに、ＧａＡｓ基板を保持する凹部を形成し、その凹部にＧａＡｓ基板を保持させてエピタキシャル成長させるエピタキシャルウエハの製造装置において、上記凹部に、成長時にＡｓを昇華させるためのＧａＡｓ多結晶を入れたことを特徴とするエピタキシャルウエハ製造装置。
【請求項６】
上記凹部に、上記ＧａＡｓ基板の底面を下方から部分的に支持する保持部材を設けた請求項５に記載のエピタキシャルウエハの製造装置。
【請求項７】
上記原料溶液ホルダーの底面に、上記スライダーに形成した凹部より大きな開口部を有する空間部を形成し、上記凹部と上記空間部とを連通するＡｓ通り穴を形成した請求項５または６に記載のエピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項８】
請求項１〜４いずれかに記載のエピタキシャルウエハの製造方法を用いて作製されたことを特徴とするエピタキシャルウエハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード用のエピタキシャルウエハの製造方法及び製造装置並びにエピタキシャルウエハに係り、特に、液相エピタキシャル成長に用いられるスライダーの改善及びＧａＡｓ基板のＡｓ抜け防止を図ったエピタキシャルウエハの製造方法及び製造装置並びにエピタキシャルウエハに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、液相エピタキシャル成長法により成長されるエピタキシャルウエハは、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ＧａＡｓ基板のＡｓ抜けが起きやすい。Ａｓ抜けしたＧａＡｓ基板にエピタキシャル層を成長させると、結晶欠陥や特性不良が生じやすい。
【０００３】
また、基板裏面でも成長面と比べＧａＡｓ基板がグラファイト治具（ジグ）に長時間接触しており、高温にさらされているため接触面からＡｓ抜けが起りやすく、順方向動作電圧（ＶＦ）などの特性に悪影響を及ぼしている。
【０００４】
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。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３１８９６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
液相エピタキシャル成長法では、グラファイト治具（スライダー）の基板ホルダー部を、原料溶液ホルダーの真下に来るように（基板表面と溶液が接触するよう）移動させ、周囲にある加熱ヒーターを降温させながらＧａＡｓ基板上にエピタキシャル層を成長させている。
【０００７】
しかしながら、ＧａＡｓ基板は、基板ホルダー部にセットされ、原料を溶解している時間、高温にさらされＡｓが抜けやすいという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、基板ホルダー部の下部にＧａＡｓ多結晶を入れることで基板ホルダー内をＡｓ雰囲気にし、基板のＡｓ抜けを防止することで、結晶欠陥及び特性不良の少ない発光ダイオードを製造するエピタキシャルウエハの製造方法および製造装置並びにエピタキシャルウエハ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、原料溶液ホルダーの底面を形成するスライダーに、ＧａＡｓ基板を保持する凹部を形成し、その凹部にＧａＡｓ基板を保持させてエピタキシャル成長させるエピタキシャルウエハの製造方法において、上記凹部にＧａＡｓ多結晶を入れ、成長時にそのＧａＡｓ多結晶のＡｓを昇華させつつ、エピタキシャル成長させるエピタキシャルウエハの製造方法である。
【００１０】
請求項２の発明は、上記原料溶液ホルダーの底面に、上記スライダーに形成した凹部より大きな開口部を有する空間部を形成し、上記凹部と上記空間部とを連通するＡｓ通り穴を形成し、上記凹部で昇華したＡｓを上記空間部に流す請求項１に記載のエピタキシャルウエハの製造方法である。
【００１１】
請求項３の発明は、上記ＧａＡｓ多結晶を、上記凹部の底面に接触させる請求項１または２に記載のエピタキシャルウエハの製造方法である。
【００１２】
請求項４の発明は、上記スライダーおよび上記原料溶液ホルダーを７００〜９００℃に加熱してエピタキシャル成長させる請求項１〜３いずれかに記載のエピタキシャルウエハの製造方法である。
【００１３】
請求項５の発明は、原料溶液ホルダーの底面を形成するスライダーに、ＧａＡｓ基板を保持する凹部を形成し、その凹部にＧａＡｓ基板を保持させてエピタキシャル成長させるエピタキシャルウエハの製造装置において、上記凹部に、成長時にＡｓを昇華させるためのＧａＡｓ多結晶を入れたエピタキシャルウエハ製造装置である。
【００１４】
請求項６の発明は、上記凹部に、上記ＧａＡｓ基板の底面を下方から部分的に支持する保持部材を設けた請求項５に記載のエピタキシャルウエハの製造装置である。
【００１５】
請求項７の発明は、上記原料溶液ホルダーの底面に、上記スライダーに形成した凹部より大きな開口部を有する空間部を形成し、上記凹部と上記空間部とを連通するＡｓ通り穴を形成した請求項５または６に記載のエピタキシャルウエハの製造装置である。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項１〜４いずれかに記載のエピタキシャルウエハの製造方法を用いて作製されたエピタキシャルウエハである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＧａＡｓ基板のＡｓ抜けを防止でき、結晶欠陥及び特性不良の少ないエピタキシャルウエハを製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１９】
まず、本発明の好適な実施形態に係る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を説明する。
【００２０】
本実施形態に係るエピタキシャルウエハの製造装置は、液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）法により、基板上に半導体結晶（エピタキシャル層）を成長させてエピタキシャルウエハを製造する装置である。
【００２１】
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】
図１は、エピタキシャルウエハの製造装置の縦断面図であり、図２はその要部拡大図である。
【００２３】
図１および図２に示すように、エピタキシャルウエハの製造装置１は、原料溶液ホルダー２の底面を形成するスライダー３に、ＧａＡｓ基板４を保持する凹部５を形成し、その凹部５にＧａＡｓ基板４を保持させてエピタキシャル成長させる装置である。
【００２４】
具体的には、エピタキシャルウエハの製造装置１は、下方から順次、台座６、スライダー３、原料溶液ホルダー２、キャップホルダー７の４つのグラファイト製部品を積み重ねて構成される。
【００２５】
原料溶液ホルダー２は、半導体結晶（エピタキシャル層）の原料となる原料溶液Ｌを収納する複数の原料溶液溜め部Ｓを備える。図１では、原料溶液溜め部Ｓは２つの原料溶液溜め部Ｓａ、Ｓｂからなり、原料溶液溜め部Ｓａは原料溶液Ｌａ、原料溶液溜め部Ｓｂは原料溶液Ｌｂをそれぞれ収納する。
【００２６】
原料溶液溜め部Ｓａ、Ｓｂは、スライダー３のスライド方向に沿って所定の間隔で設けられる。原料溶液ホルダー２の上部には、原料溶液溜め部Ｓａ、Ｓｂ内を気密に保つためキャップホルダー７が設けられる。
【００２７】
半導体結晶の原料としては、Ｇａ、Ａｓ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｔｅを使用する。原料溶液Ｌａ、Ｌｂは、通常、原料溶液溜め部Ｓａ、Ｓｂ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、その後、エピタキシャルウエハの製造装置１に設けられたヒーター（図示せず）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】
スライダー３の一端部（図１では右側）の上部には、ＧａＡｓ基板４を収納するための凹部（基板ホルダー）５が形成される。この凹部５は上方に開放され、開口部は矩形状に形成される。スライダー３の他端部には操作棒３ａが設けられる。
【００２９】
スライダー３に形成された凹部５には、ＧａＡｓ基板４の底面を下方から部分的に支持する保持部材８が設けられる。
【００３０】
この保持部材８はスライダー３と同じグラファイト製であり、開口部が矩形状の管状部材などを用いるとよい。この保持部材８は、その上縁がスライダー３の表面より低くなるよう形成され、その上縁でＧａＡｓ基板４を支持する。保持部材８の高さは、凹部５にＧａＡｓ基板４を収納したとき、ＧａＡｓ基板４の表面とスライダー３の表面とが一致する高さとする。
【００３１】
保持部材８を設けることで、この保持部材８と、凹部５の底面と、ＧａＡｓ基板４とで囲まれた下側空間部９が区画形成される。
【００３２】
エピタキシャルウエハの製造装置１では、この下側空間部９に、成長時にＡｓを昇華させるためのＧａＡｓ多結晶１０を入れた。
【００３３】
原料溶液ホルダー２の壁部（ホルダー本体）ｗの底面には、スライダー３に形成した凹部５より大きな開口部を有する複数の上側空間部１１が形成され、凹部５と上側空間部１１とを連通するＡｓ通り穴１２が形成される。図１では上側空間部１１は、２つの上側空間部１１ａ、１１ｂからなる。
【００３４】
上側空間部１１ａ、１１ｂは下方に開放され、開口部は矩形状に形成される。上側空間部１１ａ、１１ｂの開口部は、凹部５の開口部を完全に覆うことができるよう、十分大きく形成される。
【００３５】
次に、エピタキシャルウエハの製造方法を、エピタキシャルウエハの製造装置１の動作と共に説明する。
【００３６】
本実施形態に係るエピタキシャルウエハの製造方法は、凹部５にＧａＡｓ多結晶１０を入れ、成長時にそのＧａＡｓ多結晶１０のＡｓを昇華させつつ、エピタキシャル成長させる方法である。
【００３７】
より詳細には、まず、原料溶液ホルダー２の各原料溶液溜め部Ｓａ、Ｓｂに上述した原料をそれぞれセットし、スライダー３の凹部５にＧａＡｓ基板４をセットする。このとき、凹部５の下側空間部９に、凹部５の底面と接触するようにＧａＡｓ多結晶１０を入れる。ＧａＡｓ基板４は、１段目（上流側）の上側空間部１１ａ（図例では最も右側）の真下に来るように位置させる。
【００３８】
その後、エピタキシャルウエハの製造装置１を、水素気流中でヒーターにより７００〜９００℃に加熱する。本実施形態では、まず９００℃まで加熱し、その後徐々に７００℃まで降温させた。
【００３９】
このとき、各原料溶液溜め部Ｓａ、Ｓｂにセットした原料が溶けて原料溶液Ｌａ、Ｌｂが得られる。さらに、ＧａＡｓ多結晶１０からＡｓが昇華し、下側空間部９内をＡｓ雰囲気にする。
【００４０】
下側空間部９内のＡｓ雰囲気中のＡｓの一部は、Ａｓ通り穴１２を通って１段目の上側空間部１１ａへと供給され、１段目の上側空間部１１ａ内をＡｓ雰囲気にする。
【００４１】
所定時間後、スライダー３をスライド（図例では左方向）し、１段目の原料溶液溜め部Ｓａ（図例では最も右側）の中心と、ＧａＡｓ基板４表面の中心が一致する位置まで移動させる。これにより、原料溶液ＬａにＧａＡｓ基板４の表面が接触する。
【００４２】
この状態で周囲温度を降温することにより、１段目の原料溶液溜め部Ｓａに収納された原料溶液Ｌａから、ＧａＡｓ基板４上に１層目の半導体結晶を成長させる。
【００４３】
所定の厚さの半導体結晶（１層目）を成長させた後、再びスライダー３をスライドし、ＧａＡｓ基板４を２段目の上側空間部１１ｂの真下に来るように移動させる。
【００４４】
このとき、下側空間部９内はＡｓ雰囲気を保ち、さらに２段目の上側空間部１１ｂにＡｓ通り穴１２を介してＡｓが供給され、２段目の上側空間部１１ｂ内もＡｓ雰囲気となる。
【００４５】
同様にして、スライダー３をスライドし、２段目の原料溶液溜め部Ｓｂの中心とＧａＡｓ基板４表面の中心が一致する位置まで移動し、２層目の半導体結晶を成長させる。
【００４６】
所定の厚さの半導体結晶（２層目）を成長させた後、再びスライダー３をスライドして、成長を停止させる。
【００４７】
以上のようにして、例えば、図３に示すエピタキシャルウエハ３１が得られる。
【００４８】
図３のエピタキシャルウエハ３１は、発光ダイオード用エピタキシャルウエハであり、ＧａＡｓ基板４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）３２、ｎ型ＧａＡｌＡｓ層（Ｎ−ＧａＡｌＡｓクラッド層）３３を順次成長させて形成したシングルヘテロ構造のエピタキシャルウエハである。
【００４９】
本実施形態の作用を説明する。
【００５０】
本実施形態に係るエピタキシャルウエハの製造方法は、スライダー３の凹部５にＧａＡｓ多結晶１０を入れ、成長時にそのＧａＡｓ多結晶１０のＡｓを昇華させつつ、エピタキシャル成長させる方法である。
【００５１】
Ａｓは蒸気圧が高い性質であるため、高温下でＧａＡｓ基板４中のＡｓ抜けが起きやすいが、本実施形態に係る製造方法では、ＧａＡｓ多結晶１０からＡｓを昇華させることで、凹部５の下側空間部９内をＡｓ雰囲気にし、ＧａＡｓ基板４の底面をＡｓ雰囲気に保つので、ＧａＡｓ基板４の底面からのＡｓ抜けを防止できる。
【００５２】
さらに、下側空間部９を形成することで、ＧａＡｓ基板４の底面がスライダー３に長時間接触することがなくなり、ＧａＡｓ基板４の底面が高温となるのを抑え、ＧａＡｓ基板４の底面からのＡｓ抜けを防止できる。
【００５３】
また、本実施形態では、原料溶液ホルダー２の壁部ｗの底面に上側空間部１１を形成し、凹部５と上側空間部１１とを連通するＡｓ通り穴１２を形成し、凹部５で昇華したＡｓを上側空間部１１に流している。
【００５４】
これにより、上側空間部１１内もＡｓ雰囲気にし、ＧａＡｓ基板４の表面からのＡｓ抜けを防止できる。また、上側空間部１１を形成したことでＧａＡｓ基板４の表面が原料溶液ホルダー２の壁部ｗの底面に長時間接触することがなくなり、ＧａＡｓ基板４表面が高温となるのを抑え、ＧａＡｓ基板４の表面からのＡｓ抜けを防止できる。
【００５５】
さらに、ＧａＡｓ多結晶１０を凹部５の底面に接触させることにより、ＧａＡｓ多結晶１０と凹部５の底面との接触部分が多くなり、スライダー３からの熱でＧａＡｓ多結晶１０がより高温となるため、ＧａＡｓ多結晶１０からより多くのＡｓを昇華させることができる。
【００５６】
また、本実施形態に係るエピタキシャルウエハの製造装置によれば、本実施形態に係るエピタキシャルウエハの製造方法を容易に実施できる。
【００５７】
本実施形態では、２段目の上側空間部１１ｂ内をＡｓ雰囲気となるようにしたが、１層目の半導体結晶がＡｓを含有しないなど、１層目の半導体結晶からのＡｓ抜けを考慮する必要がない場合には、２段目の上側空間部１１ｂを不要としてもよい。
【００５８】
上記実施形態では、シングルヘ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、本発明はダブルへ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。
【００５９】
発光ダイオード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、ＧａＡｓ基板上に、ｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層、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。
【００６０】
また、本発明は、裏面反射型の発光ダイオード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、ダブルへテロ構造のエピタキシャルウエハからＧａＡｓ基板を除去して作製される。
【００６１】
本発明は、発光ダイオード、特に赤色発光ダイオード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。
【００６２】
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】
【００６３】
成長治具は、図１に示すスライダー３を用いた。スライダー３の凹部５にはＧａＡｓ多結晶１０を入れる下側空間部９を設け、昇華したＡｓがＧａＡｓ基板４の裏面（底面）へ供給される。ＧａＡｓ基板４のエピタキシャル面側（表面側）には、両サイドのＡｓ通り穴１２を通じＡｓが供給され、原料溶液ホルダー２の上側空間部１１内および下側空間部９内を共にＡｓ雰囲気にした。
【００６４】
上記成長治具をエピタキシャルウエハの製造装置１内の所定の箇所に設置し、水素気流中で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。
【００６５】
成長用ＧａＡｓ基板４は、所定の寸法（３４ｍｍ×３４ｍｍ）に加工し、凹部５にセットし、原料溶液溜め部Ｓａ（またはＳｂ）の真下にＧａＡｓ基板４が来るようにスライダー３を動かし、原料溶液Ｌａ（またはＬｂ）をＧａＡｓ基板４と接触させる。原料溶液Ｌａ（またはＬｂ）がＧａＡｓ基板４と接触した後、周囲温度を降温することにより、ＧａＡｓ基板４上にエピタキシャル層を成長させた。
【００６６】
今回は、図３に示すシングルヘテロ構造をＧａＡｓ基板４上に積層し、得られたエピタキシャルウエハで、グルービング法にて発光特性を評価し、表面欠陥部は良品取得面積にて比較した。
【００６７】
比較例として、通常の治具（従来の治具）を使用し、エピタキシャル成長を行い同様に評価した。
【００６８】
表１に成長したエピタキシャルウエハの評価結果を示す。これから明らかな通り、本実施例で成長したエピタキシャルウエハと、比較例で成長したエピタキシャルウエハでは、順方向動作電圧（ＶＦ）の特性不良発生率が１／１０と少ない。
【００６９】
また、表面の欠陥についても（良品取得面積で計算）２５％向上させることができた。
【００７０】
これは、凹部５の下側空間部９内にＧａＡｓ多結晶１０を入れ、ＧａＡｓ基板４中のＡｓ抜けを防止することができたためである。
【００７１】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の好適な実施形態を示す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縦断面図である。
【図２】図１に示したエピタキシャルウエハの製造装置の要部拡大図である。
【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エハの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  エピタキシャルウエハの製造装置
２  原料溶液ホルダー
３  スライダー
４  ＧａＡｓ基板
５  凹部
１０  ＧａＡｓ多結晶
【図１】
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【図２】
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【図３】
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