JPH08274038A - 液相エピタキシャル成長方法及びその成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 短時間で厚く均一なエピタキシャル層を品質
良く成長し、且つ量産的にも対応可能な液相エピタキシ
ャル成長方法及びその成長装置を提供する。 【構成】 円柱状に形成された回転自在のスライダー５
に、種基板１が縦置きに保持されている成長室３が設け
られている。該成長室３に溶融液槽６から溶融液７を導
入した後、スライダー５が９０゜回転して種基板１を横
置き状態でエピタキシャル成長させる。エピタキシャル
成長が終了すると、スライダー５がさらに９０゜回転し
て溶融液７を廃液槽８に排出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオードのエピ
タキシャルウェハ製造プロセスに用いる液相エピタキシ
ャル成長方法及びその成長装置に関し、特に化合物半導
体のエピタキシャル成長層を短時間で厚く、均一に成長
させる液相エピタキシャル成長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】III −Ｖ族化合物半導体基板上に、砒化
ガリウム（以下、ＧａＡｓと称す）、砒化ガリウムアル
ミニウム（以下、ＧａＡｌＡｓと称す）又は燐化ガリウ
ム（以下、ＧａＰと称す）等の良質のエピタキシャル層
を得る手段の一つとして、液相エピタキシャル成長法が
ある。ガリウム（以下、Ｇａと称す）を溶媒とする液相
エピタキシャル成長法では、一般的にウェハ横置きスラ
イドボート方式が主流である。

【０００３】以下、ウェハ横置きスライドボート方式の
液相エピタキシャル成長装置について説明する。図５は
ウェハ横置きスライドボート方式の液相エピタキシャル
成長装置の概略側方断面図である。図５において、５０
は種基板、５１は種基板５０を保持する架台、５２は架
台５１上に配された自在に摺動し得る溶融液槽、５３は
溶融液、５４は電気炉である。

【０００４】この装置を用いＧａＡｓの液相エピタキシ
ャル成長を行なう場合の例を説明すると、溶融液槽５２
の内部に、溶媒としてＧａを、溶質として多結晶のＧａ
Ａｓ及び必要に応じて少量の活性不純物をそれぞれ入れ
た後、溶融液槽５２を電気炉５４で加熱して溶融液５３
を形成する。

【０００５】その後、溶融液５３が所定の温度に達した
時、この溶融液槽５２を矢印Ｂ方向に移動させ、溶融液
５３が種基板５０に接する状態で温度を一定の冷却速度
（例えば１℃／ｍｉｎ）で徐冷していくと、溶融液５３
内に存在した過飽和成分のＧａＡｓが種基板５０上に析
出し単結晶を形成する。これが液相エピタキシャル成長
である。エピタキシャル成長の停止は、種基板５０と溶
融液５３とを切り離すことにより行なう。

【０００６】しかしながら、この方法ではエピタキシャ
ル成長を行なう種基板５０を１、２枚程度しかセットで
きず量産性に問題がある。また、種基板５０と溶融液５
３との切り放しの際、種基板５０表面に機械的損傷が発
生することもある。この点を考慮したのがウェハ縦置き
スライドボート方式である。

【０００７】以下、ウェハ縦置きスライドボート方式に
ついて説明する。図６はウェハ縦置きスライドボート方
式の液相エピタキシャル成長装置の概略側方断面図であ
る。図６において、５５は保持具、５６は成長室、５７
は廃液槽である。また、図６において、図５と同一の部
材については同一の符号を付して説明を省略する。

【０００８】この方式は、架台の代わりに成長室５６を
用い、成長室５６内の保持具５５に種基板５０を多数枚
縦置きに固定して、成長室５６内に溶融液５３を導入し
てエピタキシャル成長を行ない、終了時は溶融液５３を
廃液槽５７に排出して種基板５０と溶融液５３との切り
放しを行なうものである。この方式では数枚から数十枚
の基板を保持できるため量産性に適している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】これらの液相エピタキ
シャル成長法は溶質の拡散律速により結晶成長速度が決
定される。しかし、実際の液相エピタキシャル成長で
は、溶媒と溶質の比重の違いから溶融液槽５２又は成長
室５６内の溶融液５３の縦方向に溶媒と溶質との濃度差
が発生する。これによりウェハ横置きスライドボート方
式では種基板５０を溶融液５３の下部に保持しているた
め、結晶成長速度が遅くなる。このため、ウェハ横置き
スライドボート方式でエピタキシャル層を厚く成長させ
るためには、広範囲の温度差が必要で且つ長時間かかる
ことになる。

【００１０】一方、ウェハ縦置きスライドボート方式で
はウェハ横置きスライドボート方式に比べ、厚く成長す
ることは可能であるが、前述したように成長室５６内の
溶融液５３の縦方向に濃度差が発生するため、得られた
エピタキシャル層は種基板５０上部が厚く下部が薄い、
つまり厚さのバラツキの大きいエピタキシャル層とな
り、厚く均一なエピタキシャル層を得ることは困難であ
る。

【００１１】前記に鑑み、本発明は、短時間で厚く均一
なエピタキシャル層を品質良く成長し、且つ量産的にも
対応可能な液相エピタキシャル成長方法及び成長装置を
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、半導体基板を縦置き状態に保持した成長
室に溶融液を導入し、その後、半導体基板を横置き状態
にして半導体基板表面にエピタキシャル成長させるもの
である。

【００１３】具体的に請求項１の発明が講じた解決手段
は、液相エピタキシャル成長方法を、半導体基板を縦置
き状態で保持している成長室に溶融液を導入する工程
と、前記半導体基板を縦置き状態から横置き状態に変化
させる工程と、横置き状態の半導体基板の表面にエピタ
キシャル層を形成する工程とを備えている構成とするも
のである。

【００１４】具体的に請求項２の発明が講じた解決手段
は、液相エピタキシャル成長装置を、半導体基板を保持
すると共に保持した半導体基板の表面にエピタキシャル
成長させる成長室と、前記成長室を水平方向の軸を中心
に回転させる回転手段とを備えている構成とするもので
ある。

【００１５】具体的に請求項３の発明が講じた解決手段
は、液相エピタキシャル成長装置を、水平方向へ移動可
能且つ水平方向の軸を中心に回転可能に設けられたスラ
イダーと、該スライダーに設けられ、半導体基板を保持
すると共に保持した半導体基板の表面にエピタキシャル
成長させる成長室とを備えている構成とするものであ
る。

【００１６】請求項４の発明は、請求項３の構成に、前
記スライダーは、水平方向へ延びる円柱状に形成されて
いると共にその中心軸回りに回転自在に設けられている
という構成を付加するものである。

【００１７】

【作用】請求項１の構成により、半導体基板を縦置き状
態に保持するため、同一面積に多数の半導体基板が収納
できると共に、半導体基板を溶質の濃度が高い溶融液部
分に横置き状態でエピタキシャル成長させるので厚く均
一なエピタキシャル層を形成することができる。

【００１８】請求項２の構成により、半導体基板を縦置
き状態に保持する成長室を水平方向の軸を中心に回転さ
せるので、半導体基板を溶質の濃度が高い溶融液部分に
横置き状態でエピタキシャル成長させれば、厚く均一な
エピタキシャル層を形成することができる。また、反対
方向に回転させて半導体基板を溶質の濃度が低い溶融液
部分に横置き状態でエピタキシャル成長させれば、薄く
均一なエピタキシャル層も形成することができる。

【００１９】請求項３の構成により、半導体基板を縦置
き状態に保持する成長室を有するスライダーが水平方向
へ移動可能且つ水平方向の軸を中心に回転可能に設けら
れているので、成長室を溶融液槽に接近させて成長室に
溶融液槽から溶融液を導入したり、成長室を廃液槽に接
近させて成長室から廃液槽へ溶融液を排出することがで
きると共に、スライダーを水平方向を軸として回転させ
ることにより成長室に収納した半導体基板を縦置き状態
にしたり横置き状態にしたりすることができる。

【００２０】請求項４の構成により、前記スライダー
は、水平方向へ延びる円柱状に形成され、その中心軸回
りに回転自在に設けられているので、スライダーをその
中心軸回りに回転することにより、成長室内の半導体基
板を縦置き状態にしたり横置き状態にしたりできる。

【００２１】

【実施例】本発明の一実施例について図面を参照しなが
ら説明する。図１（ａ）は本発明の一実施例に係る液相
エピタキシャル成長装置の概略側方断面図であり、図１
（ｂ）は前記液相エピタキシャル成長装置の概略縦断面
図である。図２は液相エピタキシャル成長の各工程にお
ける成長室内の基板と溶融液との状態を示す図である。

【００２２】図１及び図２において、１は種基板、２は
種基板１を保持する保持具、３は成長室、４は成長室３
に設けられた溶融液口、５はグラファイトからなる回転
自在のスライダー、６は溶融液槽、７は溶融液、８は廃
液槽である。

【００２３】図１に示すように、本装置は、エピタキシ
ャル成長の材料である溶融液７を入れる溶融液槽６と、
成長終了後の溶融液７を落とす廃液槽８と、溶融液槽６
及び廃液槽８の間にエピタキシャル成長させる種基板１
を保持する成長室３を有するスライダー５とを設けたも
のである。スライダー５はその移動方向Ａと平行に軸を
持つ円柱状をしており、軸を中心に回転自在である。成
長室３は溶融液７の導入と排出を兼ねた溶融液口４を有
し、種基板１は保持具２によってスライダー５の軸と基
板面が平行になるように成長室３内に保持されている。

【００２４】一例として、種基板１にＺｎをドーピング
したＰ型基板を用い、溶媒としてＧａ、溶質としてＡｌ
及びＡｓを用いてＡｌの組成比が７５％となるように秤
量した溶融液７を使用し、Ｇａ_1-x Ａｌ_x Ａｓ（ｘ＝
０．７５）の三元混晶のエピタキシャル層を形成する場
合について図２に基づいて説明する。

【００２５】種基板１及び溶融液７の装填された液相エ
ピタキシャル成長装置は、純度の高い水素雰囲気中の電
気炉内（図示せず）で、溶質が溶媒飽和する所定温度ま
で昇温される。この時、種基板１は垂直、即ち縦置きで
保持具２に対し種基板１が右側に貼り付けられた状態に
配置する（図２（ａ））。

【００２６】その後、溶融液７が種基板１に接触させる
所定温度になったところで、スライダー５を矢印Ａの方
向に引き、溶融液７を溶融液口４を通じて成長室３内に
導入し、種基板１と接触させる。溶融液７が成長室３に
充満した時点で、スライダー５を時計周りに９０゜回転
させる。この時、種基板１は水平、即ち横置き状態で、
且つ溶融液７に対して上部に保持されることになる（図
２（ｂ））。

【００２７】この状態で温度を一定の冷却速度例えば１
℃／ｍｉｎで徐冷していくと、エピタキシャル成長が開
始する。その後、エピタキシャル成長を終了させる温度
になったところで、スライダー５をさらに時計周りに９
０゜回転させ種基板１が縦置きで保持具２に対して左側
へ貼り付けられた状態にする（図２（ｃ））。

【００２８】この時、溶融液口４は下向きになる。スラ
イダー５を矢印Ａの方向に引き、溶融液口４を廃液槽８
に合わせ、溶融液７を排出してエピタキシャル成長を終
了する。

【００２９】ここでは一層のみのエピタキシャル成長工
程を述べたが、複数のエピタキシャル層を成長させる場
合は、成長させる層数分の溶融液を準備し、前記実施例
を必要回数繰り返せばよい。

【００３０】ここで、本実施例でのエピタキシャル成長
状態の溶融液７の高さと溶融液７内の濃度分布との関係
を図３に示す。種基板１は、エピタキシャル層を成長す
る過程において、溶融液７の上部に保持されている。一
方、成長室３内の溶融液７には溶質と溶媒とに濃度分布
が発生する。図に示すように、種基板１直下には溶質の
濃度が高いことがわかる。

【００３１】エピタキシャル成長速度は、溶質の拡散律
速により決定されることから種基板１直下には、多くの
拡散源が有り拡散距離も短くなる。従って、種基板１を
成長室３の下部に保持する場合よりも、エピタキシャル
層の成長速度は速くなる。また、種基板１直下の溶質の
濃度分布は横置きのため一様になるので、ウェハ縦置き
スライドボート方式に見られる同一基板上のエピタキシ
ャル層の厚さのバラツキも改善される。

【００３２】さらに、スライダー５を、即ち成長室３及
び種基板１を回転自在としたことにより、溶融液７の導
入・排出時にウェハは縦置き状態にできるので、多数枚
同時に成長する際、各種基板１の間への溶融液導入が均
一にできる。また、排出時も種基板１に機械的損傷を与
えず、成長室３内に残った溶融液７を取り除くことが可
能となり良質のエピタキシャル層が得られる。

【００３３】最後に、従来の液相エピタキシャル成長装
置で成長したエピタキシャル層と本発明の一実施例に係
る液相エピタキシャル成長装置で成長したエピタキシャ
ル層との厚さ及び厚さのバラツキの比較グラフを図４に
示す。

【００３４】図４に示すように、本発明の一実施例に係
る液相エピタキシャル成長装置による種基板１のエピタ
キシャル層厚さは、ウェハ横置きスライドボート方式の
約３倍（尚、同一時間でエピタキシャル成長を行なう）
であり、厚さのばらつきは、ウェハ横置きスライドボー
ト方式と同等以上の結果が得られたことがわかる。

【００３５】尚、ここではエピタキシャル層の厚さを厚
くすることを主眼として、溶融液の上部に種基板１を配
置してエピタキシャル成長した例を説明したが、薄いエ
ピタキシャル層の厚さにするには、スライダー５の回転
を反対に、即ち反時計周りにすれば種基板１を溶融液７
の下部に配置することになり、同じ装置で厚い層及び薄
い層のどちらでも均一に形成できる。

【００３６】

【発明の効果】請求項１の発明に係る液相エピタキシャ
ル成長方法によると、多数の半導体基板を収納すること
ができるので、量産性に優れていると共に、エピタキシ
ャル成長時には半導体基板を横置き状態でエピタキシャ
ル成長させるので、多数の基板に対して厚く均一なエピ
タキシャル層が得られる。

【００３７】請求項２の発明に係る液相エピタキシャル
成長装置によると、半導体基板を縦置き状態に保持する
成長室を水平方向の軸を中心に回転させるため、半導体
基板を縦置き状態で収納できると共に横置き状態の半導
体基板に対してエピタキシャル成長させることができ
る。このため、厚く均一なエピタキシャル層が形成され
た基板を量産性良く製造することができる。従って、安
価で性能の優れた発光ダイオードの提供が可能となる。

【００３８】請求項３の発明に係る液相エピタキシャル
成長装置によると、半導体基板を縦置き状態に保持する
成長室を有するスライダーが水平方向へ移動し且つ水平
方向の軸を中心に回転するので、従来の横置きスライド
ボート方式と縦置きスライドボート方式の両方式の利点
を生かし、厚く均一なエピタキシャル層が形成された基
板や薄く均一なエピタキシャル層が形成された基板を大
量に製造することができる。

【００３９】請求項４の発明に係る液相エピタキシャル
成長装置によると、スライダーは、水平方向へ延びる円
柱状に形成され、その中心軸回りに回転するので、従来
の横置きスライドボート方式と縦置きスライドボート方
式の両方式の利点を生かした装置をコンパクトにするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の一実施例に係る液相エピタキシ
ャル成長装置の概略側方断面図である。 （ｂ）本発明の一実施例に係る液相エピタキシャル成長
装置の概略縦断面図である。

【図２】本発明の一実施例に係る液相エピタキシャル成
長工程における成長室内の基板と溶融液との状態を示す
図である。

【図３】本実施例でのエピタキシャル成長状態の溶融液
の高さと溶融液内の濃度分布との関係を示す図である。

【図４】従来の液相エピタキシャル成長装置で成長した
エピタキシャル層及び本発明の一実施例に係る液相エピ
タキシャル成長装置で成長したエピタキシャル層の厚さ
及び厚さのバラツキの比較グラフである。

【図５】従来のウェハ横置きスライドボート方式の液相
エピタキシャル成長装置の概略側方断面図である。

【図６】従来のウェハ縦置きスライドボート方式の液相
エピタキシャル成長装置の概略側方断面図である。

【符号の説明】

１ 種基板 ２ 保持具 ３ 成長室 ４ 溶融液口 ５ スライダー ６ 溶融液槽 ７ 溶融液 ８ 廃液槽 ５０ 種基板 ５１ 架台 ５２ 溶融液槽 ５３ 溶融液 ５４ 電気炉 ５５ 保持具 ５６ 成長室 ５７ 廃液槽

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板を縦置き状態で保持している
   成長室に溶融液を導入する工程と、 前記半導体基板を縦置き状態から横置き状態に変化させ
   る工程と、 横置き状態の半導体基板の表面にエピタキシャル層を形
   成する工程とを備えていることを特徴とする液相エピタ
   キシャル成長方法。
2. 【請求項２】 半導体基板を保持すると共に保持した半
   導体基板の表面にエピタキシャル成長させる成長室と、 前記成長室を水平方向の軸を中心に回転させる回転手段
   とを備えていることを特徴とする液相エピタキシャル成
   長装置。
3. 【請求項３】 水平方向へ移動可能且つ水平方向の軸を
   中心に回転可能に設けられたスライダーと、 該スライダーに設けられ、半導体基板を保持すると共に
   保持した半導体基板の表面にエピタキシャル成長させる
   成長室とを備えていることを特徴とする液相エピタキシ
   ャル成長装置。
4. 【請求項４】 前記スライダーは、水平方向へ延びる円
   柱状に形成されていると共にその中心軸回りに回転自在
   に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の液
   相エピタキシャル成長装置。