液相エピタキシャル成長装置
【課題】 基板上に成長させるエピタキシャル層の膜厚が周辺と中央とで差が生じないようにする。
【解決手段】 液相エピタキシャル成長装置は、基板ホルダとしてのスライダー２と溶液ホルダ８とを備え、スライダー２と溶液ホルダ８とを相対移動させて、スライダー２の基板載置部１に載置されるＧａＡｓ基板５の真上に、溶液ホルダ８の溶液溜３を位置させ、溶液溜３に収容した成長溶液６、７をＧａＡｓ基板５と接触させ、ＧａＡｓ基板５上にエピタキシャル層を成長させる。上記溶液溜３は、その溶液溜３の天井の高さが、ＧａＡｓ基板５の真上に溶液溜３を位置させたときに、ＧａＡｓ基板５の周辺の真上に位置する部分の高さをａとし、ＧａＡｓ基板５の中心の真上に位置する部分の高さをｂとしたとき、
１．５ａ≦ｂ≦３ａ
の関係式を満たすように構成されている。
【解決手段】 液相エピタキシャル成長装置は、基板ホルダとしてのスライダー２と溶液ホルダ８とを備え、スライダー２と溶液ホルダ８とを相対移動させて、スライダー２の基板載置部１に載置されるＧａＡｓ基板５の真上に、溶液ホルダ８の溶液溜３を位置させ、溶液溜３に収容した成長溶液６、７をＧａＡｓ基板５と接触させ、ＧａＡｓ基板５上にエピタキシャル層を成長させる。上記溶液溜３は、その溶液溜３の天井の高さが、ＧａＡｓ基板５の真上に溶液溜３を位置させたときに、ＧａＡｓ基板５の周辺の真上に位置する部分の高さをａとし、ＧａＡｓ基板５の中心の真上に位置する部分の高さをｂとしたとき、
１．５ａ≦ｂ≦３ａ
の関係式を満たすように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜厚の面内均一性に優れたエピタキシャル層が得られるスライドボート法による液相エピタキシャル成長装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＡｌＧａＡｓを用いた赤色発光ダイオードは、その輝度が向上し、ディスプレイパネルや自動車用ハイマウントストップランプとして用いられるようになってきた。
【０００３】
これらの用途に用いるためには白昼でも認識できる程度に輝度が高いことが要求される。この要求に応えるために、構造面では、ＧａＡｓ基板上にｐｎ接合を有するシングルヘテロ構造（ＳＨ構造）、ダブルヘテロ構造（ＤＨ構造）、裏面反射型ＤＨ構造などの発光ダイオード（ＬＥＤ）が開発されてきた。
【０００４】
ＬＥＤは、ｐｎ界面近傍で発光し、上述したように高出力ＬＥＤのｐｎ界面はヘテロ接合で構成されている。しかし、ＳＨ構造やＤＨ構造ではＧａＡｓ基板側に発光した光の大部分はＧａＡｓ基板に吸収されてしまう。一方、裏面反射型ＤＨ構造では、ＧａＡｓ基板側に発光した光の発光波長がＧａＡｓ基板を十分透過して裏面で反射され、表面から有効に取り出せるようにして高出力化を実現している。これらのＬＥＤ用エピタキシャルウェハは、（１）結晶性の優れたエピタキシャル層が得られる、（２）数十μｍの厚いエピタキシャル層を容易に得ることができることから、液相エピタキシャル法で製造されることが多い。
【０００５】
また、成長条件の面では、成長温度や成長速度などについて高出力化の検討が行われている。
【０００６】
さらに、高出力化と共に重要な特性は、各エピタキシャル層の膜厚の面内均一性である。各エピタキシャル層の膜厚にばらつきがあると、面内の結晶性・電気特性等にばらつきができて、特性の面内不均一を引き起こし、デバイス製造工程での素子の歩留が低下するからである。
【０００７】
図２にＧａＡｓ薄膜を液相エピタキシャル成長させる従来のスライドボートから成る液相エピタキシャル成長装置の概略図を示す。グラファイトで作られたスライドボートは、成長溶液６を入れる溶液溜３を摺動方向に２以上（図２では代表的に１個のみ示す）有する溶液ホルダ８と、表面の一部を掘り込んでＧａＡｓ基板５を載置する基板載置部１を形成した基板ホルダ（スライダー）２とから構成される。
【０００８】
これら溶液ホルダ８とスライダー２とは、相互に水平方向に移動させることができるようになっている。このスライドボートを炉に入れて昇温し、溶液溜３に入ったＧａ融液をＧａＡｓで飽和させて成長溶液を作成した後、冷却して成長溶液を過冷却状態にする。その後、徐冷しながらＧａＡｓ基板５上に成長溶液６の入った溶液溜３が真上に来るようにスライダー２を移動させ、成長溶液６をＧａＡｓ基板５と接触させる。これによりＧａＡｓ基板５上にＧａＡｓエピタキシャル層が成長する。所定の厚さの薄膜が成長した後、スライダー２を移動させることにより成長溶液６の入った溶液溜３をＧａＡｓ基板５上から移動させ、成長を停止させる。
【０００９】
従来装置で成長したエピタキシャルウェハのエピタキシャル層の膜厚は、炉およびスライドボートの構造にもよるが、一般的に、周辺が厚く、中央が薄くなりやすい。これは冷却そのものが、スライドボートの外側から内側に向かう輻射と伝熱により行われるためであり、冷却過程でＧａＡｓ基板５上の周辺と中央で温度差が生じるためである。
【００１０】
そこで、スライダー２の材質の熱伝導度よりも基板載置部１の材質の熱伝導度を高くすることで、ＧａＡｓ基板５上の面内の温度の不均一を改善することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２２１３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、近年、発光素子製造のコスト低減のために基板の大面積化が進んでいる。そのため、基板が大面積化することで、冷却過程でＧａＡｓ基板上の周辺と中央の温度差がより大きくなり、スライダーの材質の熱伝導度よりも基板保持部の材質の熱伝導度を高くするだけでは、使用できる材質の熱伝導度にも限界があり、エピタキシャル層の膜厚を均一にすることが困難である。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、基板上に成長させるエピタキシャル層の膜厚が周辺と中央とで差が生じないようにした液相エピタキシャル成長装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
鋭意研究の結果、本発明者は、液相エピタキシャル成長装置において、基板上の成長溶液の高さが高いほど、エピタキシャル層の膜厚が厚くなる傾向にあることを見い出し、さらに溶液ホルダの溶液溜の形状と大きさを工夫すれば、上記目的を達成することができるとの知見を得て、本発明を創案するに至ったものである。
【００１４】
請求項１の発明に係る液相エピタキシャル成長装置は、基板を載置する基板載置部を有する基板ホルダと、成長溶液を収容する溶液溜を有する溶液ホルダとを備え、上記基板ホルダと上記溶液ホルダとを相対移動させて上記基板載置部に載置される基板の真上に上記溶液溜を位置させ、上記溶液溜に収容した成長溶液を上記基板と接触させ、基板上にエピタキシャル層を成長させる液相エピタキシャル成長装置において、
上記溶液溜は、該溶液溜の天井の高さが、上記基板の真上に上記溶液溜を位置させたときに、上記基板の周辺の真上に位置する部分の高さをａとし、上記基板の中心の真上に位置する部分の高さをｂとしたとき、
１．５ａ≦ｂ≦３ａ
の関係式を満たすように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
溶液ホルダの溶液溜を、その天井の高さが上記関係式を満たすように構成すると、基板上の周辺の成長溶液の高さが低く、基板上の中心の成長溶液の高さが高くなるので、基板上に形成されるエピタキシャル層の膜厚が周辺で薄くなり、中央で厚くなる。したがって、基板上に形成されるエピタキシャル層の膜厚が周辺で厚くなり、中心で薄くなる傾向を抑制することができる。
【００１６】
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装置を用いてエピタキシャル層を成長させる液相エピタキシャル成長方法において、上記基板の最大外径が１５０ｍｍ以下であり、成長溶液全体の体積の８０％以上がガリウムであることを特徴とする。ここで、最大外径とは、基板の平面形状が矩形の場合はその対角線上の長さであり、基板の平面形状が円形の場合はその直径をいう。
【００１７】
上記のような大面積の基板上でも、この上に成長するエピタキシャル層の膜厚が周辺で厚くなり、中心で薄くなる傾向を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、基板上に成長されるエピタキシャル層の膜厚について周辺と中央とで差を少なくすることができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、最大外径１５０ｍｍの大面積の基板上でも、この上に成長するエピタキシャル層の膜厚について、周辺と中央とで差を少なくすることができる。
【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】
図１は本実施形態に係る液相エピタキシャル成長装置を示したもので、従来のものと基本的に同じ構成のグラファイトで作られたスライドボートから成る。すなわち、このスライドボートは、成長溶液６又は７を入れる溶液溜３を摺動方向に２以上（図１では３Ａ、３Ｂの２個）有する溶液ホルダ８と、表面の一部を掘り込んで基板、例えば化合物半導体基板であるＧａＡｓ基板５を載置する基板載置部１を形成した基板ホルダとしてのスライダー２とから構成される。
【００２２】
これら溶液溜３Ａ、３Ｂを有する溶液ホルダ８と、基板載置部１を有するスライダー２とは、相互に水平方向に移動させることができるようになっている。このスライドボートを炉に入れて昇温し、例えば溶液溜３Ａに入ったＧａ融液をＧａＡｓで飽和させて成長溶液６を作成した後、冷却して成長溶液６を過冷却状態にする。その後、徐冷しながらＧａＡｓ基板５上に成長溶液６の入った溶液溜３Ａがくるようにスライダー２を移動させ、成長溶液６をＧａＡｓ基板５と接触させる。これによりＧａＡｓ基板５上に第一層目のＧａＡｓエピタキシャル層が成長する。
【００２３】
溶液溜３Ｂについても同様に操作される。すなわち、溶液溜３Ｂに入ったＧａ融液をＧａＡｓで飽和させて成長溶液７を作成した後、冷却して成長溶液７を過冷却状態にする。その後、徐冷しながらＧａＡｓ基板５上に成長溶液７の入った溶液溜３Ｂがくるようにスライダー２を移動させ、成長溶液７をＧａＡｓ基板５と接触させる。これによりＧａＡｓ基板５上に第二層目のＧａＡｓエピタキシャル層が成長する。
【００２４】
それぞれにつき所定の厚さの薄膜が成長した後、スライダー２を移動させることにより、成長溶液６又は７の入った溶液溜３Ａ又は３Ｂの位置からＧａＡｓ基板５を移動させ、成長を停止させる。
【００２５】
本実施形態の場合、上記２つの溶液溜３Ａ、３Ｂは、各溶液溜３Ａ、３Ｂの天井の高さが、ＧａＡｓ基板５の真上に溶液溜３Ａ、３Ｂを位置させたときに、ＧａＡｓ基板５の周辺の真上に位置する部分の高さをａとし、ＧａＡｓ基板５の中心の真上に位置する部分の高さをｂとしたとき、
１．５ａ≦ｂ≦３ａ
の関係式を満たすように構成されている。これにより溶液溜３Ａ、３Ｂの直下のＧａＡｓ基板５上に成長されるエピタキシャル層の膜厚が、ＧａＡｓ基板５の周辺と中央とで差が生じないようになっている。これを以下に説明する。
【００２６】
溶液ホルダ８の溶液溜３Ａ、３Ｂを、その天井の高さが上記関係式を満たすように構成すると、ＧａＡｓ基板５上の周辺の成長溶液６、７の高さが低く、ＧａＡｓ基板５上の中心の成長溶液６、７の高さが高くなるので、ＧａＡｓ基板５上に形成されるエピタキシャル層の膜厚が周辺で薄くなり、中央で厚くなる。したがって、ＧａＡｓ基板５上に形成されるエピタキシャル層の膜厚が周辺で厚くなり、中央で薄くなる傾向を抑制することができる。その結果、ＧａＡｓ基板５上に成長されるエピタキシャル層の膜厚が、ＧａＡｓ基板５の周辺と中央とで差が生じないようになり、基板面内で膜厚を均一にすることができる。
【００２７】
本発明の液相エピタキシャル成長装置の効果を確認するため、次の実施例１、２及び比較例１、２のような成長装置による試作を行った。
【００２８】
＜実施例１＞
実施例１として、図４に示すような中心部分の高さｂが７５ｍｍ、周囲部分の高さ（以下、端の高さという）ａが５０ｍｍの形状寸法の溶液溜３Ａ、３Ｂを有するグラファイト製のスライドボート（本発明の成長装置例１）を用いて、シングルヘテロ構造のＡｌＧａＡｓのエピタキシャル成長を行った。ここでの溶液溜３Ａ、３Ｂは、それぞれ底面が５０ｍｍ正方、内周面の高さ５０ｍｍの角筒部と、角筒部の上部開口を覆い底面が５０ｍｍ正方、天井頂部までの高さ７５ｍｍの角錐部とから成る形状とした。
【００２９】
また比較例１として、図３に示すような中心の高さｂと端の高さａが同じ天井がフラットな６３ｍｍの溶液溜３Ａ、３Ｂを有するグラファイト製のスライドボート（従来の成長装置例１）を用いて、シングルヘテロ構造のＡｌＧａＡｓのエピタキシャル成長を行った。
【００３０】
上記実施例１及び比較例１の成長条件は次の通りである。基板載置部１に５０×５０ｍｍの矩形状のＧａＡｓ基板５をセットする。溶液溜３Ａに全体体積の８０％のＧａ、ＧａＡｓ、Ａｌ、Ｔｅをチャージし、また溶液溜３Ｂに全体体積の８０％のＧａ、ＧａＡｓ、Ａｌ、Ｚｎをチャージした。スライドボートを炉内に入れ、水素ガス雰囲気中で、９００℃から６５０℃まで徐冷することにより、エピタキシャル成長させ、その後急冷し、炉から取り出した。
【００３１】
得られたエピタキシャルウェハをスクライブし、図５に示すように、１０ｍｍ間隔で１６点エピタキシャル層の膜厚を測定した。エピタキシャル層の膜厚測定結果を図６、図７に示す。
【００３２】
図６に示すように、図３のスライドボート（従来の成長装置例１）を用いたときの測定結果は、溶液溜３Ａにより成長したエピタキシャルの膜厚のばらつきが１０％、溶液溜３Ｂにより成長したエピタキシャルの膜厚のばらつきが１１％であった。これに対し、図７に示すように、図４のスライドボート（本発明の成長装置例１）を用いたときの測定結果は、溶液溜３Ａにより成長したエピタキシャルの膜厚のばらつきが４．９％、溶液溜３Ｂにより成長したエピタキシャルの膜厚のばらつきが５．６％であった。
【００３３】
よって、図４（本発明の成長装置例１）に示すような、中心の高さ７５ｍｍより、端の高さ５０ｍｍと低くした溶液溜３を用いることで、ＧａＡｓ基板５の膜厚のばらつきが少なくなった。
【００３４】
＜実施例２＞
実施例２として、図９に示すような中心の高さｂが１５０ｍｍ、端の高さａが５０ｍｍの溶液溜３Ａ、３Ｂを有するグラファイト製のスライドボート（本発明の成長装置例２）を用いて、シングルヘテロ構造のＡｌＧａＡｓのエピタキシャル成長を行った。ここで溶液溜３Ａ、３Ｂは、それぞれ底面が１５０ｍｍ正方、周面の高さ５０ｍｍの角筒部と、角筒部の上部開口を覆い底面が１５０ｍｍ正方、天井頂部までの高さ１００ｍｍの角錐部とから成る形状とした。
【００３５】
また比較例２として、図８に示すような中心の高さｂと端の高さａが同じ天井がフラットな１００ｍｍの溶液溜３Ａ、３Ｂを有するグラファイト製のスライドボート（従来の成長装置例２）を用いて、シングルヘテロ構造のＡｌＧａＡｓのエピタキシャル成長を行った。
【００３６】
実施例２及び比較例２の成長条件は次の通りである。基板載置部１に１５０×１５０ｍｍのＧａＡｓ基板５をセットする。溶液溜３Ａに全体体積の８０％のＧａ、ＧａＡｓ、Ａｌ、Ｔｅをチャージし、また溶液溜３Ｂに全体体積の８０％のＧａ、ＧａＡｓ、Ａｌ、Ｚｎをチャージした。スライドボートを炉内に入れ、水素ガス雰囲気中で、９００℃から６５０℃まで徐冷することにより、エピタキシャル成長させ、その後急冷し、炉から取り出した。
【００３７】
得られたエピタキシャルウェハをスクライブし、図１０の如く３０ｍｍ間隔で１６点エピタキシャル層の膜厚を測定した。エピタキシャル層の膜厚測定結果を図１１、図１２に示す。
【００３８】
図８に示すスライドボート（従来の成長装置例２）を用いたときの測定結果は、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、溶液溜３Ａにより成長したエピタキシャル層の膜厚のばらつきが１７％、溶液溜３Ｂにより成長したエピタキシャル層の膜厚のばらつきが１７％であった。これに対し図９に示すスライドボート（本発明の成長装置例２）を用いたときの測定結果は、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、溶液溜３Ａにより成長したエピタキシャルの膜厚のばらつきが６．２％、溶液溜３Ｂにより成長したエピタキシャルの膜厚のばらつきが７．６％であった。
【００３９】
よって図９（本発明の成長装置例２）に示すような、中心の高さ１５０ｍｍより端の高さ５０ｍｍと低くした溶液溜３を用いることで膜厚のばらつきが少なくなった。
【００４０】
前述の実施形態では、ＧａＡｓ基板５上にＧａ1-xＡｌxＡｓエピタキシャル層を２層成長させるＳＨ構造の成長例について述べたが、本発明はこれに限らず、ＤＨ構造や裏面反射型ＤＨ構造を成長する場合にも用いることができ、また、成長溶液全体の体積の８０％以上がＧａであれば、化合物半導体結晶の種類、組成はこれに限定されない。
【００４１】
また、本実施の形態では矩形状の基板を用いたが、円形の基板を用いることも可能であり、その場合、溶液溜は円筒部と円筒部を覆う円錐部からなる形状となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の液相エピタキシャル成長装置たるスライドボートを説明するための概略図である。
【図２】従来技術のスライドボートを説明するための概略図である。
【図３】比較例１として用いた従来の成長装置例１のスライドボートの概略図である。
【図４】実施例１として用いた本発明の成長装置例１のスライドボートの概略図である。
【図５】実施例１及び比較例１においてエピタキシャル層の膜厚を測定した位置（１０ｍｍ間隔で１６点）を示した図である。
【図６】比較例１のスライドボート（従来の成長装置例１）で成長したエピタキシャル層の膜厚の測定結果を示す図である。
【図７】実施例１のスライドボート（本発明の成長装置例１）で成長したエピタキシャル層の膜厚の測定結果を示す図である。
【図８】比較例２として用いた従来の成長装置例２のスライドボートの概略図である。
【図９】実施例２として用いた本発明の成長装置例２のスライドボートの概略図である。
【図１０】実施例２及び比較例２においてエピタキシャル層の膜厚を測定した位置（３０ｍｍ間隔で１６点）を示した図である。
【図１１】比較例２のスライドボート（従来の成長装置例２）で成長したエピタキシャル層の膜厚の測定結果を示す図である。
【図１２】実施例２のスライドボート（本発明の成長装置例２）で成長したエピタキシャル層の膜厚の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 基板載置部
２ スライダー
３ 溶液溜
３Ａ 溶液溜
３Ｂ 溶液溜
４ 操作棒
５ ＧａＡｓ基板
６、７ 成長溶液
８ 溶液ホルダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜厚の面内均一性に優れたエピタキシャル層が得られるスライドボート法による液相エピタキシャル成長装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＡｌＧａＡｓを用いた赤色発光ダイオードは、その輝度が向上し、ディスプレイパネルや自動車用ハイマウントストップランプとして用いられるようになってきた。
【０００３】
これらの用途に用いるためには白昼でも認識できる程度に輝度が高いことが要求される。この要求に応えるために、構造面では、ＧａＡｓ基板上にｐｎ接合を有するシングルヘテロ構造（ＳＨ構造）、ダブルヘテロ構造（ＤＨ構造）、裏面反射型ＤＨ構造などの発光ダイオード（ＬＥＤ）が開発されてきた。
【０００４】
ＬＥＤは、ｐｎ界面近傍で発光し、上述したように高出力ＬＥＤのｐｎ界面はヘテロ接合で構成されている。しかし、ＳＨ構造やＤＨ構造ではＧａＡｓ基板側に発光した光の大部分はＧａＡｓ基板に吸収されてしまう。一方、裏面反射型ＤＨ構造では、ＧａＡｓ基板側に発光した光の発光波長がＧａＡｓ基板を十分透過して裏面で反射され、表面から有効に取り出せるようにして高出力化を実現している。これらのＬＥＤ用エピタキシャルウェハは、（１）結晶性の優れたエピタキシャル層が得られる、（２）数十μｍの厚いエピタキシャル層を容易に得ることができることから、液相エピタキシャル法で製造されることが多い。
【０００５】
また、成長条件の面では、成長温度や成長速度などについて高出力化の検討が行われている。
【０００６】
さらに、高出力化と共に重要な特性は、各エピタキシャル層の膜厚の面内均一性である。各エピタキシャル層の膜厚にばらつきがあると、面内の結晶性・電気特性等にばらつきができて、特性の面内不均一を引き起こし、デバイス製造工程での素子の歩留が低下するからである。
【０００７】
図２にＧａＡｓ薄膜を液相エピタキシャル成長させる従来のスライドボートから成る液相エピタキシャル成長装置の概略図を示す。グラファイトで作られたスライドボートは、成長溶液６を入れる溶液溜３を摺動方向に２以上（図２では代表的に１個のみ示す）有する溶液ホルダ８と、表面の一部を掘り込んでＧａＡｓ基板５を載置する基板載置部１を形成した基板ホルダ（スライダー）２とから構成される。
【０００８】
これら溶液ホルダ８とスライダー２とは、相互に水平方向に移動させることができるようになっている。このスライドボートを炉に入れて昇温し、溶液溜３に入ったＧａ融液をＧａＡｓで飽和させて成長溶液を作成した後、冷却して成長溶液を過冷却状態にする。その後、徐冷しながらＧａＡｓ基板５上に成長溶液６の入った溶液溜３が真上に来るようにスライダー２を移動させ、成長溶液６をＧａＡｓ基板５と接触させる。これによりＧａＡｓ基板５上にＧａＡｓエピタキシャル層が成長する。所定の厚さの薄膜が成長した後、スライダー２を移動させることにより成長溶液６の入った溶液溜３をＧａＡｓ基板５上から移動させ、成長を停止させる。
【０００９】
従来装置で成長したエピタキシャルウェハのエピタキシャル層の膜厚は、炉およびスライドボートの構造にもよるが、一般的に、周辺が厚く、中央が薄くなりやすい。これは冷却そのものが、スライドボートの外側から内側に向かう輻射と伝熱により行われるためであり、冷却過程でＧａＡｓ基板５上の周辺と中央で温度差が生じるためである。
【００１０】
そこで、スライダー２の材質の熱伝導度よりも基板載置部１の材質の熱伝導度を高くすることで、ＧａＡｓ基板５上の面内の温度の不均一を改善することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２２１３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、近年、発光素子製造のコスト低減のために基板の大面積化が進んでいる。そのため、基板が大面積化することで、冷却過程でＧａＡｓ基板上の周辺と中央の温度差がより大きくなり、スライダーの材質の熱伝導度よりも基板保持部の材質の熱伝導度を高くするだけでは、使用できる材質の熱伝導度にも限界があり、エピタキシャル層の膜厚を均一にすることが困難である。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、基板上に成長させるエピタキシャル層の膜厚が周辺と中央とで差が生じないようにした液相エピタキシャル成長装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
鋭意研究の結果、本発明者は、液相エピタキシャル成長装置において、基板上の成長溶液の高さが高いほど、エピタキシャル層の膜厚が厚くなる傾向にあることを見い出し、さらに溶液ホルダの溶液溜の形状と大きさを工夫すれば、上記目的を達成することができるとの知見を得て、本発明を創案するに至ったものである。
【００１４】
請求項１の発明に係る液相エピタキシャル成長装置は、基板を載置する基板載置部を有する基板ホルダと、成長溶液を収容する溶液溜を有する溶液ホルダとを備え、上記基板ホルダと上記溶液ホルダとを相対移動させて上記基板載置部に載置される基板の真上に上記溶液溜を位置させ、上記溶液溜に収容した成長溶液を上記基板と接触させ、基板上にエピタキシャル層を成長させる液相エピタキシャル成長装置において、
上記溶液溜は、該溶液溜の天井の高さが、上記基板の真上に上記溶液溜を位置させたときに、上記基板の周辺の真上に位置する部分の高さをａとし、上記基板の中心の真上に位置する部分の高さをｂとしたとき、
１．５ａ≦ｂ≦３ａ
の関係式を満たすように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
溶液ホルダの溶液溜を、その天井の高さが上記関係式を満たすように構成すると、基板上の周辺の成長溶液の高さが低く、基板上の中心の成長溶液の高さが高くなるので、基板上に形成されるエピタキシャル層の膜厚が周辺で薄くなり、中央で厚くなる。したがって、基板上に形成されるエピタキシャル層の膜厚が周辺で厚くなり、中心で薄くなる傾向を抑制することができる。
【００１６】
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装置を用いてエピタキシャル層を成長させる液相エピタキシャル成長方法において、上記基板の最大外径が１５０ｍｍ以下であり、成長溶液全体の体積の８０％以上がガリウムであることを特徴とする。ここで、最大外径とは、基板の平面形状が矩形の場合はその対角線上の長さであり、基板の平面形状が円形の場合はその直径をいう。
【００１７】
上記のような大面積の基板上でも、この上に成長するエピタキシャル層の膜厚が周辺で厚くなり、中心で薄くなる傾向を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、基板上に成長されるエピタキシャル層の膜厚について周辺と中央とで差を少なくすることができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、最大外径１５０ｍｍの大面積の基板上でも、この上に成長するエピタキシャル層の膜厚について、周辺と中央とで差を少なくすることができる。
【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】
図１は本実施形態に係る液相エピタキシャル成長装置を示したもので、従来のものと基本的に同じ構成のグラファイトで作られたスライドボートから成る。すなわち、このスライドボートは、成長溶液６又は７を入れる溶液溜３を摺動方向に２以上（図１では３Ａ、３Ｂの２個）有する溶液ホルダ８と、表面の一部を掘り込んで基板、例えば化合物半導体基板であるＧａＡｓ基板５を載置する基板載置部１を形成した基板ホルダとしてのスライダー２とから構成される。
【００２２】
これら溶液溜３Ａ、３Ｂを有する溶液ホルダ８と、基板載置部１を有するスライダー２とは、相互に水平方向に移動させることができるようになっている。このスライドボートを炉に入れて昇温し、例えば溶液溜３Ａに入ったＧａ融液をＧａＡｓで飽和させて成長溶液６を作成した後、冷却して成長溶液６を過冷却状態にする。その後、徐冷しながらＧａＡｓ基板５上に成長溶液６の入った溶液溜３Ａがくるようにスライダー２を移動させ、成長溶液６をＧａＡｓ基板５と接触させる。これによりＧａＡｓ基板５上に第一層目のＧａＡｓエピタキシャル層が成長する。
【００２３】
溶液溜３Ｂについても同様に操作される。すなわち、溶液溜３Ｂに入ったＧａ融液をＧａＡｓで飽和させて成長溶液７を作成した後、冷却して成長溶液７を過冷却状態にする。その後、徐冷しながらＧａＡｓ基板５上に成長溶液７の入った溶液溜３Ｂがくるようにスライダー２を移動させ、成長溶液７をＧａＡｓ基板５と接触させる。これによりＧａＡｓ基板５上に第二層目のＧａＡｓエピタキシャル層が成長する。
【００２４】
それぞれにつき所定の厚さの薄膜が成長した後、スライダー２を移動させることにより、成長溶液６又は７の入った溶液溜３Ａ又は３Ｂの位置からＧａＡｓ基板５を移動させ、成長を停止させる。
【００２５】
本実施形態の場合、上記２つの溶液溜３Ａ、３Ｂは、各溶液溜３Ａ、３Ｂの天井の高さが、ＧａＡｓ基板５の真上に溶液溜３Ａ、３Ｂを位置させたときに、ＧａＡｓ基板５の周辺の真上に位置する部分の高さをａとし、ＧａＡｓ基板５の中心の真上に位置する部分の高さをｂとしたとき、
１．５ａ≦ｂ≦３ａ
の関係式を満たすように構成されている。これにより溶液溜３Ａ、３Ｂの直下のＧａＡｓ基板５上に成長されるエピタキシャル層の膜厚が、ＧａＡｓ基板５の周辺と中央とで差が生じないようになっている。これを以下に説明する。
【００２６】
溶液ホルダ８の溶液溜３Ａ、３Ｂを、その天井の高さが上記関係式を満たすように構成すると、ＧａＡｓ基板５上の周辺の成長溶液６、７の高さが低く、ＧａＡｓ基板５上の中心の成長溶液６、７の高さが高くなるので、ＧａＡｓ基板５上に形成されるエピタキシャル層の膜厚が周辺で薄くなり、中央で厚くなる。したがって、ＧａＡｓ基板５上に形成されるエピタキシャル層の膜厚が周辺で厚くなり、中央で薄くなる傾向を抑制することができる。その結果、ＧａＡｓ基板５上に成長されるエピタキシャル層の膜厚が、ＧａＡｓ基板５の周辺と中央とで差が生じないようになり、基板面内で膜厚を均一にすることができる。
【００２７】
本発明の液相エピタキシャル成長装置の効果を確認するため、次の実施例１、２及び比較例１、２のような成長装置による試作を行った。
【００２８】
＜実施例１＞
実施例１として、図４に示すような中心部分の高さｂが７５ｍｍ、周囲部分の高さ（以下、端の高さという）ａが５０ｍｍの形状寸法の溶液溜３Ａ、３Ｂを有するグラファイト製のスライドボート（本発明の成長装置例１）を用いて、シングルヘテロ構造のＡｌＧａＡｓのエピタキシャル成長を行った。ここでの溶液溜３Ａ、３Ｂは、それぞれ底面が５０ｍｍ正方、内周面の高さ５０ｍｍの角筒部と、角筒部の上部開口を覆い底面が５０ｍｍ正方、天井頂部までの高さ７５ｍｍの角錐部とから成る形状とした。
【００２９】
また比較例１として、図３に示すような中心の高さｂと端の高さａが同じ天井がフラットな６３ｍｍの溶液溜３Ａ、３Ｂを有するグラファイト製のスライドボート（従来の成長装置例１）を用いて、シングルヘテロ構造のＡｌＧａＡｓのエピタキシャル成長を行った。
【００３０】
上記実施例１及び比較例１の成長条件は次の通りである。基板載置部１に５０×５０ｍｍの矩形状のＧａＡｓ基板５をセットする。溶液溜３Ａに全体体積の８０％のＧａ、ＧａＡｓ、Ａｌ、Ｔｅをチャージし、また溶液溜３Ｂに全体体積の８０％のＧａ、ＧａＡｓ、Ａｌ、Ｚｎをチャージした。スライドボートを炉内に入れ、水素ガス雰囲気中で、９００℃から６５０℃まで徐冷することにより、エピタキシャル成長させ、その後急冷し、炉から取り出した。
【００３１】
得られたエピタキシャルウェハをスクライブし、図５に示すように、１０ｍｍ間隔で１６点エピタキシャル層の膜厚を測定した。エピタキシャル層の膜厚測定結果を図６、図７に示す。
【００３２】
図６に示すように、図３のスライドボート（従来の成長装置例１）を用いたときの測定結果は、溶液溜３Ａにより成長したエピタキシャルの膜厚のばらつきが１０％、溶液溜３Ｂにより成長したエピタキシャルの膜厚のばらつきが１１％であった。これに対し、図７に示すように、図４のスライドボート（本発明の成長装置例１）を用いたときの測定結果は、溶液溜３Ａにより成長したエピタキシャルの膜厚のばらつきが４．９％、溶液溜３Ｂにより成長したエピタキシャルの膜厚のばらつきが５．６％であった。
【００３３】
よって、図４（本発明の成長装置例１）に示すような、中心の高さ７５ｍｍより、端の高さ５０ｍｍと低くした溶液溜３を用いることで、ＧａＡｓ基板５の膜厚のばらつきが少なくなった。
【００３４】
＜実施例２＞
実施例２として、図９に示すような中心の高さｂが１５０ｍｍ、端の高さａが５０ｍｍの溶液溜３Ａ、３Ｂを有するグラファイト製のスライドボート（本発明の成長装置例２）を用いて、シングルヘテロ構造のＡｌＧａＡｓのエピタキシャル成長を行った。ここで溶液溜３Ａ、３Ｂは、それぞれ底面が１５０ｍｍ正方、周面の高さ５０ｍｍの角筒部と、角筒部の上部開口を覆い底面が１５０ｍｍ正方、天井頂部までの高さ１００ｍｍの角錐部とから成る形状とした。
【００３５】
また比較例２として、図８に示すような中心の高さｂと端の高さａが同じ天井がフラットな１００ｍｍの溶液溜３Ａ、３Ｂを有するグラファイト製のスライドボート（従来の成長装置例２）を用いて、シングルヘテロ構造のＡｌＧａＡｓのエピタキシャル成長を行った。
【００３６】
実施例２及び比較例２の成長条件は次の通りである。基板載置部１に１５０×１５０ｍｍのＧａＡｓ基板５をセットする。溶液溜３Ａに全体体積の８０％のＧａ、ＧａＡｓ、Ａｌ、Ｔｅをチャージし、また溶液溜３Ｂに全体体積の８０％のＧａ、ＧａＡｓ、Ａｌ、Ｚｎをチャージした。スライドボートを炉内に入れ、水素ガス雰囲気中で、９００℃から６５０℃まで徐冷することにより、エピタキシャル成長させ、その後急冷し、炉から取り出した。
【００３７】
得られたエピタキシャルウェハをスクライブし、図１０の如く３０ｍｍ間隔で１６点エピタキシャル層の膜厚を測定した。エピタキシャル層の膜厚測定結果を図１１、図１２に示す。
【００３８】
図８に示すスライドボート（従来の成長装置例２）を用いたときの測定結果は、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、溶液溜３Ａにより成長したエピタキシャル層の膜厚のばらつきが１７％、溶液溜３Ｂにより成長したエピタキシャル層の膜厚のばらつきが１７％であった。これに対し図９に示すスライドボート（本発明の成長装置例２）を用いたときの測定結果は、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、溶液溜３Ａにより成長したエピタキシャルの膜厚のばらつきが６．２％、溶液溜３Ｂにより成長したエピタキシャルの膜厚のばらつきが７．６％であった。
【００３９】
よって図９（本発明の成長装置例２）に示すような、中心の高さ１５０ｍｍより端の高さ５０ｍｍと低くした溶液溜３を用いることで膜厚のばらつきが少なくなった。
【００４０】
前述の実施形態では、ＧａＡｓ基板５上にＧａ1-xＡｌxＡｓエピタキシャル層を２層成長させるＳＨ構造の成長例について述べたが、本発明はこれに限らず、ＤＨ構造や裏面反射型ＤＨ構造を成長する場合にも用いることができ、また、成長溶液全体の体積の８０％以上がＧａであれば、化合物半導体結晶の種類、組成はこれに限定されない。
【００４１】
また、本実施の形態では矩形状の基板を用いたが、円形の基板を用いることも可能であり、その場合、溶液溜は円筒部と円筒部を覆う円錐部からなる形状となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の液相エピタキシャル成長装置たるスライドボートを説明するための概略図である。
【図２】従来技術のスライドボートを説明するための概略図である。
【図３】比較例１として用いた従来の成長装置例１のスライドボートの概略図である。
【図４】実施例１として用いた本発明の成長装置例１のスライドボートの概略図である。
【図５】実施例１及び比較例１においてエピタキシャル層の膜厚を測定した位置（１０ｍｍ間隔で１６点）を示した図である。
【図６】比較例１のスライドボート（従来の成長装置例１）で成長したエピタキシャル層の膜厚の測定結果を示す図である。
【図７】実施例１のスライドボート（本発明の成長装置例１）で成長したエピタキシャル層の膜厚の測定結果を示す図である。
【図８】比較例２として用いた従来の成長装置例２のスライドボートの概略図である。
【図９】実施例２として用いた本発明の成長装置例２のスライドボートの概略図である。
【図１０】実施例２及び比較例２においてエピタキシャル層の膜厚を測定した位置（３０ｍｍ間隔で１６点）を示した図である。
【図１１】比較例２のスライドボート（従来の成長装置例２）で成長したエピタキシャル層の膜厚の測定結果を示す図である。
【図１２】実施例２のスライドボート（本発明の成長装置例２）で成長したエピタキシャル層の膜厚の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 基板載置部
２ スライダー
３ 溶液溜
３Ａ 溶液溜
３Ｂ 溶液溜
４ 操作棒
５ ＧａＡｓ基板
６、７ 成長溶液
８ 溶液ホルダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置する基板載置部を有する基板ホルダと、成長溶液を収容する溶液溜を有する溶液ホルダとを備え、上記基板ホルダと上記溶液ホルダとを相対移動させて上記基板載置部に載置される基板の真上に上記溶液溜を位置させ、上記溶液溜に収容した成長溶液を上記基板と接触させ、基板上にエピタキシャル層を成長させる液相エピタキシャル成長装置において、
上記溶液溜は、該溶液溜の天井の高さが、上記基板の真上に上記溶液溜を位置させたときに、上記基板の周辺の真上に位置する部分の高さをａとし、上記基板の中心の真上に位置する部分の高さをｂとしたとき、
１．５ａ≦ｂ≦３ａ
の関係式を満たすように構成されていることを特徴とする液相エピタキシャル成長装置。
【請求項２】
請求項１記載の液相エピタキシャル成長装置を用いてエピタキシャル層を成長させる液相エピタキシャル成長方法において、
上記基板の最大外径が１５０ｍｍ以下であり、成長溶液全体の体積の８０％以上がガリウムであ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１】
基板を載置する基板載置部を有する基板ホルダと、成長溶液を収容する溶液溜を有する溶液ホルダとを備え、上記基板ホルダと上記溶液ホルダとを相対移動させて上記基板載置部に載置される基板の真上に上記溶液溜を位置させ、上記溶液溜に収容した成長溶液を上記基板と接触させ、基板上にエピタキシャル層を成長させる液相エピタキシャル成長装置において、
上記溶液溜は、該溶液溜の天井の高さが、上記基板の真上に上記溶液溜を位置させたときに、上記基板の周辺の真上に位置する部分の高さをａとし、上記基板の中心の真上に位置する部分の高さをｂとしたとき、
１．５ａ≦ｂ≦３ａ
の関係式を満たすように構成されていることを特徴とする液相エピタキシャル成長装置。
【請求項２】
請求項１記載の液相エピタキシャル成長装置を用いてエピタキシャル層を成長させる液相エピタキシャル成長方法において、
上記基板の最大外径が１５０ｍｍ以下であり、成長溶液全体の体積の８０％以上がガリウムであることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−１９０７８６（Ｐ２００６−１９０７８６Ａ）
【公開日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９７０（Ｐ２００５−９７０）
【出願日】平成１７年１月５日（２００５．１．５）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月５日（２００５．１．５）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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