発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法及び製造装置
【課題】メルト析出物によるエピタキシャル層の表面欠陥の低減を図った発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法を提供する。
【解決手段】一方の面側に基板２を保持した基板ホルダー３上に、前記一方の面側に対向して原料溶液Ｌａ，Ｌｂを収納した原料ホルダー５を設け、基板ホルダー３をスライドして原料溶液Ｌａ，Ｌｂに基板２を接触させ、基板２上にエピタキシャル層を成長させる発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法において、基板ホルダー３の前記一方の面側であり基板ホルダー３に保持した基板２のスライド方向に、原料溶液Ｌａ，Ｌｂが降温中に基板ホルダー３との界面に析出した析出物を除去する析出物除去溝７ａ，７ｂを形成し、降温を開始した後、基板ホルダー３をスライドし、析出物除去溝７ａ，７ｂに析出物を落として除去した後、基板２上にエピタキシャル層を成長させる方法である。
【解決手段】一方の面側に基板２を保持した基板ホルダー３上に、前記一方の面側に対向して原料溶液Ｌａ，Ｌｂを収納した原料ホルダー５を設け、基板ホルダー３をスライドして原料溶液Ｌａ，Ｌｂに基板２を接触させ、基板２上にエピタキシャル層を成長させる発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法において、基板ホルダー３の前記一方の面側であり基板ホルダー３に保持した基板２のスライド方向に、原料溶液Ｌａ，Ｌｂが降温中に基板ホルダー３との界面に析出した析出物を除去する析出物除去溝７ａ，７ｂを形成し、降温を開始した後、基板ホルダー３をスライドし、析出物除去溝７ａ，７ｂに析出物を落として除去した後、基板２上にエピタキシャル層を成長させる方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液相エピタキシャル成長法を用いて、基板上に成長させるエピタキシャル層の表面欠陥の低減を図った発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、高輝度化が進んだことにより屋外用ディスプレイ・携帯電話等の需要が拡大した。それに伴い発光ダイオードのコンパクト化、安価化が要求されるようになり、１枚のウエハから取得できるチップ数の取得率向上が求められている。チップ数の取得率は、エピタキシャル層の表面欠陥が少ないほど高くなる。
【０００３】
従来の液相エピタキシャル成長法による製造方法では、基板を保持した基板ホルダー（成長治具、あるいはスライダー）上に、原料溶液（メルト）を収納した原料ホルダーを設け、基板ホルダーをスライドして原料溶液に基板を接触させ、基板上にエピタキシャル層を成長させ、発光ダイオード用の液相エピタキシャルウエハを製造する。
【０００４】
成長に寄与しなかった余剰メルトは、成長終了後、次の層の成長のため基板ホルダーをスライドさせた際、基板ホルダーの移動方向の後方に形成したメルト落下穴を通じて、台座の原料溶液受けへ落とし、基板の表面から除去していた。
【０００５】
また、基板ホルダーをスライドさせた際、メルト落下穴を通じて自由落下していた余剰メルトの落下スピードを最後までコントロールすることも行われている。メルトは主成分がＧａであるため表面張力が強い特性を持っている。余剰メルトの落下のスピードが速ければ、基板上に余剰メルトが多く残り、また落下スピードが遅いと、原料溶液中の不純物が基板表面に付着しやすくなり、別の欠陥が発生してしまう。これを解決するため、余剰メルトの落下スピードを最後までコントロールすることで、余剰メルトによる欠陥の発生を最小限にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１７３３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
液相エピタキシャルウエハを製造する際、成長過程で治具を加熱し、原料を溶解させている。その原料を基板にエピタキシャル成長させる際、スライダーを動かし、基板ホルダーに保持した基板を原料ホルダーの下に移動させながら、メルトを基板に接触させる。
【０００８】
しかし、余剰メルトによる欠陥の発生の他に、溶解した原料が降温中に治具との接触面に析出物を作り、基板ホルダーを移動させた時に、その析出物が成長中のエピタキシャル層の間に取り込まれ、メルト析出物による表面欠陥を発生させている。このような表面欠陥からなる欠陥部は、非発光部となってしまう。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、メルト析出物によるエピタキシャル層の表面欠陥の低減を図った発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法及び製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために創案された本発明は、一方の面側に基板を保持した基板ホルダー上に、前記一方の面側に対向して原料溶液を収納した原料ホルダーを設け、前記基板ホルダーあるいは前記原料ホルダーをスライドして前記原料溶液に前記基板を接触させ、前記基板上にエピタキシャル層を成長させる発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法において、前記基板ホルダーの前記一方の面側であり前記基板ホルダーに保持した前記基板のスライド方向に、前記原料溶液が降温中に前記基板ホルダーとの界面に析出した析出物を除去する析出物除去溝を形成し、降温を開始した後、前記基板ホルダーあるいは前記原料ホルダーをスライドし、前記析出物除去溝に前記析出物を落として除去した後、前記基板上にエピタキシャル層を成長させる発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法である。
【００１１】
また本発明は、一方の面側に基板を保持した基板ホルダー上に、前記一方の面側に対向して原料溶液を収納した原料ホルダーを設け、前記基板ホルダーあるいは前記原料ホルダーをスライドして前記原料溶液に前記基板を接触させ、前記基板上にエピタキシャル層を成長させる発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造装置において、前記基板ホルダーの前記一方の面側であり前記基板ホルダーに保持した前記基板のスライド方向に、前記原料溶液が降温中に前記基板ホルダーとの界面に析出した析出物を除去する析出物除去溝を形成した発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、メルト析出物によるエピタキシャル層の表面欠陥を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１（ａ）は、本発明の好適な実施形態を示す発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法に用いる発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造装置の縦断面図、図１（ｂ）はその１Ｂ−１Ｂ線断面図、図１（ｃ）はその１Ｃ−１Ｃ線断面図である。
【図２】本実施形態に係る製造方法を用いて作製した発光ダイオード用エピタキシャルウエハの一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず、本実施の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図２で説明する。
【００１５】
図２に示すように、本実施形態に係る発光ダイオード用のエピタキシャルウエハ２１は、ｐ型ＧａＡｓ基板２２上に、複数層のエピタキシャル層、すなわちｐ型ＧａＡｌＡｓ層（ｐ−ＧａＡｌＡｓ活性層）２３、ｎ型ＧａＡｌＡｓ層（ｎ−ＧａＡｌＡｓクラッド層）２４を順次成長させて形成したシングルへテロ構造のエピタキシャルウエハである。
【００１６】
ｐ型ＧａＡｌＡｓ層２３は、所望する発光ダイオードの発光波長に必要なＡｌ混晶比（例えば、赤色のとき約０．３５〜０．４）にする。ｎ型ＧａＡｌＡｓ層２４は、電子の逆流を防止し、ｐ型ＧａＡｌＡｓ層２３で発光する光に対して透明な窓になる層である。このため、ｎ型ＧａＡｌＡｓ層２４は、ｐ型ＧａＡｌＡｓ層２３よりも大きいＡｌ混晶比（例えば、約０．６〜０．８）にする。また、ｐ型の不純物としては、例えばＺｎを使用し、ｎ型の不純物としては、例えばＴｅを使用する。
【００１７】
さて、本実施形態に係る製造方法に用いる発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造装置を図１で説明する。
【００１８】
図１（ａ）は、本発明の好適な実施形態を示す発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法に用いる発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造装置の縦断面図、図１（ｂ）はその１Ｂ−１Ｂ線断面図、図１（ｃ）はその１Ｃ−１Ｃ線断面図である。
【００１９】
図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、本実施形態に係る発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造装置（液相エピタキシャル成長装置、以下では装置ともいう）１は、基板２を収納するためのスライド移動自在な基板ホルダー（成長治具、あるいはスライダー）３と、その基板ホルダー３を載置する台座４と、基板ホルダー３上に設けられ、原料溶液Ｌａ，Ｌｂを収納するためのスライド移動自在な原料ホルダー５とで主に構成される。
【００２０】
この装置１は、液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）法により、基板２上にエピタキシャル層を成長させて液相エピタキシャルウエハを製造する装置である。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。
【００２１】
本実施形態では、矩形板状の基板２として、図２で説明したエピタキシャルウエハ２１の製造に用いるｐ型ＧａＡｓ基板２２を用いた。
【００２２】
基板ホルダー３は、カーボン製で平板状のグラファイト治具であり、他端部に操作棒３ａが設けられる。基板ホルダー３の一端部の上部には、基板２を収納する基板収納部（基板ホルダー部）６が形成される。
【００２３】
基板収納部６は、基板２を収納したとき、基板２表面と基板ホルダー３の表面の高さが一致するように形成される。基板収納部６に基板２を水平に収納するため、基板収納部６の底面には座繰り加工が施される。この基板ホルダー３は、台座４上に、原料ホルダー５に対して相対的に移動（図１では左右方向）可能に設けられる。
【００２４】
基板ホルダー３には、保持した基板２よりも前方と後方に、原料溶液Ｌａ，Ｌｂが降温中に基板ホルダー３との界面（接触面）に析出した析出物を除去する析出物除去溝７ａ，７ｂがそれぞれ形成される。保持した基板２よりも前方と後方は、言い換えれば、基板収納部６から基板ホルダー３の移動（スライド）方向（本実施形態では、図１の左方向とする）に所定の間隔を隔てた前方と後方である。
【００２５】
これら析出物除去溝７ａ，７ｂは、台座４の図示しない原料溶液受けと連通するように形成される。本実施形態では、各析出物除去溝７ａ，７ｂを基板ホルダー３の厚さ方向に沿って貫通形成したが、凹状に形成してもよい。
【００２６】
原料ホルダー５は、エピタキシャル層の原料となる原料溶液を収納する複数個の直方体状の溶液溜め部８ａ，８ｂを備える。溶液溜め部８ａ，８ｂは、基板ホルダー３の移動方向に沿って所定の間隔で設けられる。溶液溜め部８ａ，８ｂの上部には、溶液溜め部８ａ，８ｂ内を気密に保つキャップホルダー９が設けられる。溶液溜め部８ａ，８ｂは直方体状に限定されるものではなく、基板形状にあわせて適宜変更すればよい。例えば、基板２と対向する側の断面は、基板２と相似形となるように設計するとよい。
【００２７】
本実施形態では、各析出物除去溝７ａ，７ｂを、基板ホルダー３の幅方向に沿った長さＬ１が、溶液溜め部８ａ，８ｂの正方形横断面の一辺の長さＬ８よりも長く、基板ホルダー３の長手方向に沿った長さＬ２が、Ｌ８の１／１０以下と狭くなるように形成した。
【００２８】
エピタキシャル層の原料としては、Ｇａ、Ａｌ、Ａｓ、Ｚｎ（ｐ型ドーパント）、Ｔｅ（ｎ型ドーパント）を使用する。原料溶液Ｌａ，Ｌｂは、通常、溶液溜め部８ａ，８ｂに前述した原料（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、装置１内の所定箇所に基板ホルダー３を設置し、その後、装置１を入れる炉や、装置１に設けたヒータで原料（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。
【００２９】
次に、本実施形態に係る発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法を、装置１の動作と共に説明する。
【００３０】
まず、原料ホルダー５の溶液溜め部８ａ，８ｂに前述した原料をセットし、基板ホルダー３の基板収納部６に基板２を収納する。炉内に装置１を入れて７００〜９００℃に昇温するか、あるいは装置１のヒータで７００〜９００℃に原料を加熱するかして原料を溶かし、原料溶液Ｌａ，Ｌｂを準備する。基板ホルダー３は、図１の状態ではなく、析出物除去溝７ａが溶液溜め部８ｂよりも右側になる位置に待機させておく。
【００３１】
７００〜９００℃で所定時間保持し、降温を開始した後、基板ホルダー３を左方向にスライドし、１段目の溶液溜め部８ｂの直下に前方の析出物除去溝７ａを位置させ、その析出物除去溝７ａに、原料溶液Ｌｂが降温中に基板ホルダー３との界面に析出した析出物を落として除去する。析出物を含む原料は、台座４の原料溶液受けに落下させる。
【００３２】
その後、基板ホルダー３を左方向にさらにスライドし、１段目の溶液溜め部８ｂと基板２表面の中心が一致する位置まで基板ホルダー３を移動し、原料溶液Ｌｂに基板２表面を接触させる。この状態で基板２上に、１段目の溶液溜め部８ｂに収納した原料によって１層目のエピタキシャル層を成長させる。
【００３３】
以後、同様にして基板ホルダー３をスライドし、前方の析出物除去溝７ａに、原料溶液Ｌａが降温中に基板ホルダー３との界面に析出した析出物を落として除去した後、２段目の溶液溜め部８ａと基板２表面の中心が位置する位置まで基板ホルダー３を移動し、１層目のエピタキシャル層上に、２層目のエピタキシャル層を成長させる。以上のようにして、例えば、図２に示したような発光ダイオード用エピタキシャルウェハ２１が得られる。
【００３４】
このように、本実施形態に係る製造方法では、原料溶解後、炉内温度やヒータ温度をコントロールしながら温度を降温し、１層目のエピタキシャル層の成長開始前に基板ホルダー３を動かし、基板２よりも前方の析出物除去溝７ａで原料と基板ホルダー３の界面にできた表面欠陥となる析出物を除去する。
【００３５】
その後、異物が除去された後の溶液溜め部８ｂの直下に基板２が来るように、基板ホルダー３を移動させ、析出物の少ない原料溶液Ｌｂで基板２上に１層目のエピタキシャル層を成長させる。２層目のエピタキシャル層も同様にして成長させる。
【００３６】
これにより、本実施形態に係る製造方法によれば、メルト析出物によるエピタキシャル層の表面欠陥を低減でき、１枚のウエハから取得できるチップ数の取得率が向上したエピタキシャルウエハ２１が得られる。
【００３７】
また、本実施形態に係る製造方法では、各エピタキシャル層を形成した後、その上に付着した余剰の原料溶液Ｌａ，Ｌｂを、後方の析出物除去溝７ｂを通じて台座４の原料溶液受けへ落とし、基板２の表面から除去できる。
【００３８】
これに加え、基板２よりも後方の析出物除去溝７ｂを通じて自由落下する余剰の原料溶液Ｌａ，Ｌｂに、溶液溜め部８ａ，８ｂの上方から加重ブロックにて下向きの力を加えることで、余剰の原料溶液Ｌａ，Ｌｂの落下スピードをコントロールし、余剰メルトによる欠陥の発生を最小限にしてもよい。
【００３９】
また、装置１によれば、本実施形態に係る製造方法を実施でき、しかも基板収納部６の前方と後方に析出物除去溝７ａ，７ｂを形成しているため、基板ホルダー３を前後どちらの方向に移動しても、エピタキシャルウエハ２１を製造できる。
【００４０】
前記実施形態では、原料ホルダー５を固定して基板ホルダー３を移動する例で説明したが、基板ホルダー３を固定して原料ホルダー５を移動してもよい。
【００４１】
また、前記実施の形態では、シングルへ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、本発明はダブルヘ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、この場合も前述と同じ作用、効果が得られる。
【００４２】
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、導電性のｐ型ＧａＡｓ基板上に、第１導電型クラッド層としてのｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層、第２導電型クラッド層としての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。
【００４３】
また、本発明は、裏面反射型の発光ダイオード用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、ダブルヘテロ構造のエピタキシャルウエハからｐ型ＧａＡｓ基板を除去して作製される。
【００４４】
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】
【００４５】
（実施例）
図示しない炉内に図１で説明した装置１を入れ、水素気流中で装置１を９００℃に加熱し、３時間保持後、７００℃まで１℃／ｍｉｎの割合で降温させた。基板２として、成長用のｐ型ＧａＡｓ基板２２を用い、これを所定の寸法（３４ｍｍ×３４ｍｍ）に加工し、基板ホルダー３の基板収納部６にセットした。各溶液溜め部８ａ，８ｂは、横断面の寸法が３５ｍｍ×３５ｍｍ（横断面の一辺の長さＬ８が３５ｍｍ）であり、各析出物除去溝７ａ，７ｂは、基板ホルダー３の幅方向に沿った長さＬ１が４０ｍｍ、基板ホルダー３の長手方向に沿った長さＬ２が３ｍｍである。
【００４６】
降温開始後、炉内温度が８５０℃となった時点で、基板ホルダー３を動かし、析出物除去溝７ａを最初の原料ホルダー５の溶液溜め部８ｂ直下に来るように動かし、析出物除去溝７ａで析出物を除去した後、連続して基板収納部６を異物が除去された後の原料ホルダー５の溶液溜め部８ｂ直下に来るように移動させ、析出物の少ない原料溶液Ｌｂでｐ型ＧａＡｓ基板２２上に１層目のエピタキシャル層を成長させた。２層目のエピタキシャル層も同様にして成長させ、エピタキシャルウエハ２１を作製した。
【００４７】
（比較例）
析出物除去溝が形成されていない通常の基板ホルダーを用い、実施例と同様にして発光ダイオード用のエピタキシャルウエハを作製した。
【００４８】
表１に、本実施例と比較例で成長したエピタキシャルウエハの評価結果を示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】
表１に示すように、本実施例で成長したエピタキシャルウエハ２１は、比較例で成長したエピタキシャルウエハに比べ、表面の欠陥についても（良品取得面積で計算）２０％改善して向上させることができた。
【符号の説明】
【００５１】
１ 発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造装置
２ 基板
３ 基板ホルダー
５ 原料ホルダー
７ａ，７ｂ 析出物除去溝
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液相エピタキシャル成長法を用いて、基板上に成長させるエピタキシャル層の表面欠陥の低減を図った発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、高輝度化が進んだことにより屋外用ディスプレイ・携帯電話等の需要が拡大した。それに伴い発光ダイオードのコンパクト化、安価化が要求されるようになり、１枚のウエハから取得できるチップ数の取得率向上が求められている。チップ数の取得率は、エピタキシャル層の表面欠陥が少ないほど高くなる。
【０００３】
従来の液相エピタキシャル成長法による製造方法では、基板を保持した基板ホルダー（成長治具、あるいはスライダー）上に、原料溶液（メルト）を収納した原料ホルダーを設け、基板ホルダーをスライドして原料溶液に基板を接触させ、基板上にエピタキシャル層を成長させ、発光ダイオード用の液相エピタキシャルウエハを製造する。
【０００４】
成長に寄与しなかった余剰メルトは、成長終了後、次の層の成長のため基板ホルダーをスライドさせた際、基板ホルダーの移動方向の後方に形成したメルト落下穴を通じて、台座の原料溶液受けへ落とし、基板の表面から除去していた。
【０００５】
また、基板ホルダーをスライドさせた際、メルト落下穴を通じて自由落下していた余剰メルトの落下スピードを最後までコントロールすることも行われている。メルトは主成分がＧａであるため表面張力が強い特性を持っている。余剰メルトの落下のスピードが速ければ、基板上に余剰メルトが多く残り、また落下スピードが遅いと、原料溶液中の不純物が基板表面に付着しやすくなり、別の欠陥が発生してしまう。これを解決するため、余剰メルトの落下スピードを最後までコントロールすることで、余剰メルトによる欠陥の発生を最小限にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１７３３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
液相エピタキシャルウエハを製造する際、成長過程で治具を加熱し、原料を溶解させている。その原料を基板にエピタキシャル成長させる際、スライダーを動かし、基板ホルダーに保持した基板を原料ホルダーの下に移動させながら、メルトを基板に接触させる。
【０００８】
しかし、余剰メルトによる欠陥の発生の他に、溶解した原料が降温中に治具との接触面に析出物を作り、基板ホルダーを移動させた時に、その析出物が成長中のエピタキシャル層の間に取り込まれ、メルト析出物による表面欠陥を発生させている。このような表面欠陥からなる欠陥部は、非発光部となってしまう。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、メルト析出物によるエピタキシャル層の表面欠陥の低減を図った発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法及び製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために創案された本発明は、一方の面側に基板を保持した基板ホルダー上に、前記一方の面側に対向して原料溶液を収納した原料ホルダーを設け、前記基板ホルダーあるいは前記原料ホルダーをスライドして前記原料溶液に前記基板を接触させ、前記基板上にエピタキシャル層を成長させる発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法において、前記基板ホルダーの前記一方の面側であり前記基板ホルダーに保持した前記基板のスライド方向に、前記原料溶液が降温中に前記基板ホルダーとの界面に析出した析出物を除去する析出物除去溝を形成し、降温を開始した後、前記基板ホルダーあるいは前記原料ホルダーをスライドし、前記析出物除去溝に前記析出物を落として除去した後、前記基板上にエピタキシャル層を成長させる発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法である。
【００１１】
また本発明は、一方の面側に基板を保持した基板ホルダー上に、前記一方の面側に対向して原料溶液を収納した原料ホルダーを設け、前記基板ホルダーあるいは前記原料ホルダーをスライドして前記原料溶液に前記基板を接触させ、前記基板上にエピタキシャル層を成長させる発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造装置において、前記基板ホルダーの前記一方の面側であり前記基板ホルダーに保持した前記基板のスライド方向に、前記原料溶液が降温中に前記基板ホルダーとの界面に析出した析出物を除去する析出物除去溝を形成した発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、メルト析出物によるエピタキシャル層の表面欠陥を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１（ａ）は、本発明の好適な実施形態を示す発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法に用いる発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造装置の縦断面図、図１（ｂ）はその１Ｂ−１Ｂ線断面図、図１（ｃ）はその１Ｃ−１Ｃ線断面図である。
【図２】本実施形態に係る製造方法を用いて作製した発光ダイオード用エピタキシャルウエハの一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず、本実施の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図２で説明する。
【００１５】
図２に示すように、本実施形態に係る発光ダイオード用のエピタキシャルウエハ２１は、ｐ型ＧａＡｓ基板２２上に、複数層のエピタキシャル層、すなわちｐ型ＧａＡｌＡｓ層（ｐ−ＧａＡｌＡｓ活性層）２３、ｎ型ＧａＡｌＡｓ層（ｎ−ＧａＡｌＡｓクラッド層）２４を順次成長させて形成したシングルへテロ構造のエピタキシャルウエハである。
【００１６】
ｐ型ＧａＡｌＡｓ層２３は、所望する発光ダイオードの発光波長に必要なＡｌ混晶比（例えば、赤色のとき約０．３５〜０．４）にする。ｎ型ＧａＡｌＡｓ層２４は、電子の逆流を防止し、ｐ型ＧａＡｌＡｓ層２３で発光する光に対して透明な窓になる層である。このため、ｎ型ＧａＡｌＡｓ層２４は、ｐ型ＧａＡｌＡｓ層２３よりも大きいＡｌ混晶比（例えば、約０．６〜０．８）にする。また、ｐ型の不純物としては、例えばＺｎを使用し、ｎ型の不純物としては、例えばＴｅを使用する。
【００１７】
さて、本実施形態に係る製造方法に用いる発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造装置を図１で説明する。
【００１８】
図１（ａ）は、本発明の好適な実施形態を示す発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法に用いる発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造装置の縦断面図、図１（ｂ）はその１Ｂ−１Ｂ線断面図、図１（ｃ）はその１Ｃ−１Ｃ線断面図である。
【００１９】
図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、本実施形態に係る発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造装置（液相エピタキシャル成長装置、以下では装置ともいう）１は、基板２を収納するためのスライド移動自在な基板ホルダー（成長治具、あるいはスライダー）３と、その基板ホルダー３を載置する台座４と、基板ホルダー３上に設けられ、原料溶液Ｌａ，Ｌｂを収納するためのスライド移動自在な原料ホルダー５とで主に構成される。
【００２０】
この装置１は、液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）法により、基板２上にエピタキシャル層を成長させて液相エピタキシャルウエハを製造する装置である。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。
【００２１】
本実施形態では、矩形板状の基板２として、図２で説明したエピタキシャルウエハ２１の製造に用いるｐ型ＧａＡｓ基板２２を用いた。
【００２２】
基板ホルダー３は、カーボン製で平板状のグラファイト治具であり、他端部に操作棒３ａが設けられる。基板ホルダー３の一端部の上部には、基板２を収納する基板収納部（基板ホルダー部）６が形成される。
【００２３】
基板収納部６は、基板２を収納したとき、基板２表面と基板ホルダー３の表面の高さが一致するように形成される。基板収納部６に基板２を水平に収納するため、基板収納部６の底面には座繰り加工が施される。この基板ホルダー３は、台座４上に、原料ホルダー５に対して相対的に移動（図１では左右方向）可能に設けられる。
【００２４】
基板ホルダー３には、保持した基板２よりも前方と後方に、原料溶液Ｌａ，Ｌｂが降温中に基板ホルダー３との界面（接触面）に析出した析出物を除去する析出物除去溝７ａ，７ｂがそれぞれ形成される。保持した基板２よりも前方と後方は、言い換えれば、基板収納部６から基板ホルダー３の移動（スライド）方向（本実施形態では、図１の左方向とする）に所定の間隔を隔てた前方と後方である。
【００２５】
これら析出物除去溝７ａ，７ｂは、台座４の図示しない原料溶液受けと連通するように形成される。本実施形態では、各析出物除去溝７ａ，７ｂを基板ホルダー３の厚さ方向に沿って貫通形成したが、凹状に形成してもよい。
【００２６】
原料ホルダー５は、エピタキシャル層の原料となる原料溶液を収納する複数個の直方体状の溶液溜め部８ａ，８ｂを備える。溶液溜め部８ａ，８ｂは、基板ホルダー３の移動方向に沿って所定の間隔で設けられる。溶液溜め部８ａ，８ｂの上部には、溶液溜め部８ａ，８ｂ内を気密に保つキャップホルダー９が設けられる。溶液溜め部８ａ，８ｂは直方体状に限定されるものではなく、基板形状にあわせて適宜変更すればよい。例えば、基板２と対向する側の断面は、基板２と相似形となるように設計するとよい。
【００２７】
本実施形態では、各析出物除去溝７ａ，７ｂを、基板ホルダー３の幅方向に沿った長さＬ１が、溶液溜め部８ａ，８ｂの正方形横断面の一辺の長さＬ８よりも長く、基板ホルダー３の長手方向に沿った長さＬ２が、Ｌ８の１／１０以下と狭くなるように形成した。
【００２８】
エピタキシャル層の原料としては、Ｇａ、Ａｌ、Ａｓ、Ｚｎ（ｐ型ドーパント）、Ｔｅ（ｎ型ドーパント）を使用する。原料溶液Ｌａ，Ｌｂは、通常、溶液溜め部８ａ，８ｂに前述した原料（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、装置１内の所定箇所に基板ホルダー３を設置し、その後、装置１を入れる炉や、装置１に設けたヒータで原料（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。
【００２９】
次に、本実施形態に係る発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法を、装置１の動作と共に説明する。
【００３０】
まず、原料ホルダー５の溶液溜め部８ａ，８ｂに前述した原料をセットし、基板ホルダー３の基板収納部６に基板２を収納する。炉内に装置１を入れて７００〜９００℃に昇温するか、あるいは装置１のヒータで７００〜９００℃に原料を加熱するかして原料を溶かし、原料溶液Ｌａ，Ｌｂを準備する。基板ホルダー３は、図１の状態ではなく、析出物除去溝７ａが溶液溜め部８ｂよりも右側になる位置に待機させておく。
【００３１】
７００〜９００℃で所定時間保持し、降温を開始した後、基板ホルダー３を左方向にスライドし、１段目の溶液溜め部８ｂの直下に前方の析出物除去溝７ａを位置させ、その析出物除去溝７ａに、原料溶液Ｌｂが降温中に基板ホルダー３との界面に析出した析出物を落として除去する。析出物を含む原料は、台座４の原料溶液受けに落下させる。
【００３２】
その後、基板ホルダー３を左方向にさらにスライドし、１段目の溶液溜め部８ｂと基板２表面の中心が一致する位置まで基板ホルダー３を移動し、原料溶液Ｌｂに基板２表面を接触させる。この状態で基板２上に、１段目の溶液溜め部８ｂに収納した原料によって１層目のエピタキシャル層を成長させる。
【００３３】
以後、同様にして基板ホルダー３をスライドし、前方の析出物除去溝７ａに、原料溶液Ｌａが降温中に基板ホルダー３との界面に析出した析出物を落として除去した後、２段目の溶液溜め部８ａと基板２表面の中心が位置する位置まで基板ホルダー３を移動し、１層目のエピタキシャル層上に、２層目のエピタキシャル層を成長させる。以上のようにして、例えば、図２に示したような発光ダイオード用エピタキシャルウェハ２１が得られる。
【００３４】
このように、本実施形態に係る製造方法では、原料溶解後、炉内温度やヒータ温度をコントロールしながら温度を降温し、１層目のエピタキシャル層の成長開始前に基板ホルダー３を動かし、基板２よりも前方の析出物除去溝７ａで原料と基板ホルダー３の界面にできた表面欠陥となる析出物を除去する。
【００３５】
その後、異物が除去された後の溶液溜め部８ｂの直下に基板２が来るように、基板ホルダー３を移動させ、析出物の少ない原料溶液Ｌｂで基板２上に１層目のエピタキシャル層を成長させる。２層目のエピタキシャル層も同様にして成長させる。
【００３６】
これにより、本実施形態に係る製造方法によれば、メルト析出物によるエピタキシャル層の表面欠陥を低減でき、１枚のウエハから取得できるチップ数の取得率が向上したエピタキシャルウエハ２１が得られる。
【００３７】
また、本実施形態に係る製造方法では、各エピタキシャル層を形成した後、その上に付着した余剰の原料溶液Ｌａ，Ｌｂを、後方の析出物除去溝７ｂを通じて台座４の原料溶液受けへ落とし、基板２の表面から除去できる。
【００３８】
これに加え、基板２よりも後方の析出物除去溝７ｂを通じて自由落下する余剰の原料溶液Ｌａ，Ｌｂに、溶液溜め部８ａ，８ｂの上方から加重ブロックにて下向きの力を加えることで、余剰の原料溶液Ｌａ，Ｌｂの落下スピードをコントロールし、余剰メルトによる欠陥の発生を最小限にしてもよい。
【００３９】
また、装置１によれば、本実施形態に係る製造方法を実施でき、しかも基板収納部６の前方と後方に析出物除去溝７ａ，７ｂを形成しているため、基板ホルダー３を前後どちらの方向に移動しても、エピタキシャルウエハ２１を製造できる。
【００４０】
前記実施形態では、原料ホルダー５を固定して基板ホルダー３を移動する例で説明したが、基板ホルダー３を固定して原料ホルダー５を移動してもよい。
【００４１】
また、前記実施の形態では、シングルへ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、本発明はダブルヘ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、この場合も前述と同じ作用、効果が得られる。
【００４２】
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、導電性のｐ型ＧａＡｓ基板上に、第１導電型クラッド層としてのｐ型ＧａＡｌＡｓクラッド層、ｐ型ＧａＡｌＡｓ活性層、第２導電型クラッド層としての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。
【００４３】
また、本発明は、裏面反射型の発光ダイオード用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、ダブルヘテロ構造のエピタキシャルウエハからｐ型ＧａＡｓ基板を除去して作製される。
【００４４】
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】
【００４５】
（実施例）
図示しない炉内に図１で説明した装置１を入れ、水素気流中で装置１を９００℃に加熱し、３時間保持後、７００℃まで１℃／ｍｉｎの割合で降温させた。基板２として、成長用のｐ型ＧａＡｓ基板２２を用い、これを所定の寸法（３４ｍｍ×３４ｍｍ）に加工し、基板ホルダー３の基板収納部６にセットした。各溶液溜め部８ａ，８ｂは、横断面の寸法が３５ｍｍ×３５ｍｍ（横断面の一辺の長さＬ８が３５ｍｍ）であり、各析出物除去溝７ａ，７ｂは、基板ホルダー３の幅方向に沿った長さＬ１が４０ｍｍ、基板ホルダー３の長手方向に沿った長さＬ２が３ｍｍである。
【００４６】
降温開始後、炉内温度が８５０℃となった時点で、基板ホルダー３を動かし、析出物除去溝７ａを最初の原料ホルダー５の溶液溜め部８ｂ直下に来るように動かし、析出物除去溝７ａで析出物を除去した後、連続して基板収納部６を異物が除去された後の原料ホルダー５の溶液溜め部８ｂ直下に来るように移動させ、析出物の少ない原料溶液Ｌｂでｐ型ＧａＡｓ基板２２上に１層目のエピタキシャル層を成長させた。２層目のエピタキシャル層も同様にして成長させ、エピタキシャルウエハ２１を作製した。
【００４７】
（比較例）
析出物除去溝が形成されていない通常の基板ホルダーを用い、実施例と同様にして発光ダイオード用のエピタキシャルウエハを作製した。
【００４８】
表１に、本実施例と比較例で成長したエピタキシャルウエハの評価結果を示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】
表１に示すように、本実施例で成長したエピタキシャルウエハ２１は、比較例で成長したエピタキシャルウエハに比べ、表面の欠陥についても（良品取得面積で計算）２０％改善して向上させることができた。
【符号の説明】
【００５１】
１ 発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造装置
２ 基板
３ 基板ホルダー
５ 原料ホルダー
７ａ，７ｂ 析出物除去溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面側に基板を保持した基板ホルダー上に、前記一方の面側に対向して原料溶液を収納した原料ホルダーを設け、前記基板ホルダーあるいは前記原料ホルダーをスライドして前記原料溶液に前記基板を接触させ、前記基板上にエピタキシャル層を成長させる発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法において、
前記基板ホルダーの前記一方の面側であり前記基板ホルダーに保持した前記基板のスライド方向に、前記原料溶液が降温中に前記基板ホルダーとの界面に析出した析出物を除去する析出物除去溝を形成し、降温を開始した後、前記基板ホルダーあるいは前記原料ホルダーをスライドし、前記析出物除去溝に前記析出物を落として除去した後、前記基板上にエピタキシャル層を成長させることを特徴とする発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項２】
一方の面側に基板を保持した基板ホルダー上に、前記一方の面側に対向して原料溶液を収納した原料ホルダーを設け、前記基板ホルダーあるいは前記原料ホルダーをスライドして前記原料溶液に前記基板を接触させ、前記基板上にエピタキシャル層を成長させる発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造装置において、
前記基板ホルダーの前記一方の面側であり前記基板ホルダーに保持した前記基板のスライド方向に、前記原料溶液が降温中に前記基板ホルダーとの界面に析出した析出物を除去する析出物除去溝を形成したことを特徴とする発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造装置。
【請求項１】
一方の面側に基板を保持した基板ホルダー上に、前記一方の面側に対向して原料溶液を収納した原料ホルダーを設け、前記基板ホルダーあるいは前記原料ホルダーをスライドして前記原料溶液に前記基板を接触させ、前記基板上にエピタキシャル層を成長させる発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法において、
前記基板ホルダーの前記一方の面側であり前記基板ホルダーに保持した前記基板のスライド方向に、前記原料溶液が降温中に前記基板ホルダーとの界面に析出した析出物を除去する析出物除去溝を形成し、降温を開始した後、前記基板ホルダーあるいは前記原料ホルダーをスライドし、前記析出物除去溝に前記析出物を落として除去した後、前記基板上にエピタキシャル層を成長させることを特徴とする発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項２】
一方の面側に基板を保持した基板ホルダー上に、前記一方の面側に対向して原料溶液を収納した原料ホルダーを設け、前記基板ホルダーあるいは前記原料ホルダーをスライドして前記原料溶液に前記基板を接触させ、前記基板上にエピタキシャル層を成長させる発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造装置において、
前記基板ホルダーの前記一方の面側であり前記基板ホルダーに保持した前記基板のスライド方向に、前記原料溶液が降温中に前記基板ホルダーとの界面に析出した析出物を除去する析出物除去溝を形成したことを特徴とする発光ダイオード用エピタキシャルウエハの製造装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１６１２９４（Ｐ２０１０−１６１２９４Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３７２０（Ｐ２００９−３７２０）
【出願日】平成２１年１月９日（２００９．１．９）
【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２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月９日（２００９．１．９）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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