JP3477292B2 - 半導体液相エピタキシャル装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードチ
ップの製造装置であって、特にIII−Ｖ族化合物半導体
の液相エピタキシャル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】発光ダイオード（ＬＥＤ）チップの中に
は、エピタキシャル成長をさせた成長層だけでチップが
構成されているものがあり、このようなＬＥＤチップを
作製するためには基板の上に２００μｍ前後の厚さのエ
ピタキシャル成長層を均一に成長させなければならない
という問題があった。

【０００３】従来のＬＥＤチップの製造装置である半導
体液相エピタキシャル装置には、基板を水平にして結晶
成長させる基板横置き型半導体液相エピタキシャル装置
と、基板を垂直に立てて結晶成長させる第１基板縦置き
型半導体液相エピタキシャル装置とがある。

【０００４】通常、ＬＥＤチップの材料は、Ｇａ融液の
中に溶解されてエピタキシャル成長のソースとして用い
られる。ここで、Ｇａ融液の中の材料の内のＡｓ等は他
の材料と比較して比重が小さいためにＧａ融液の上方に
集まり、Ｇａ融液内で均一な濃度にならず、Ｇａ融液の
上下方向で濃度差を生じる。即ち、ＬＥＤチップの材料
の場合、上方向程濃度が高くなっている。

【０００５】このため、前記基板横置き型半導体液相エ
ピタキシャル装置にて結晶成長を行うと、成長層厚のば
らつきを５０％程度におさえることが可能であるが、成
長層厚が薄く、１００μｍ以上の厚い成長層を成長する
ことが困難であった。

【０００６】また、前記基板縦置き型半導体液相エピタ
キシャル装置にて結晶成長を行うと、厚い成長層を成長
することが可能であるが、図３（ａ）の破線で示すよう
に、成長層厚が基板の成長室上部に位置する部分と下部
に位置する部分とで３倍もばらつくこととなった。な
お、図３（ｂ）は基板の成長層厚測定点を示す図であ
る。

【０００７】したがって、均一な厚さをもった厚い成長
層を成長させることは不可能であった。

【０００８】近年、この両者の欠点を補う手段として、
融液中で基板を回転させることによって成長層厚の均一
化を図る第２基板縦置き型エピタキシャル装置が提案さ
れている。

【０００９】該第２基板縦置き型エピタキシャル装置に
ついて、以下図４乃至図６にしたがって説明する。図４
は装置全体の構成を示す横断面図であり、図５は該装置
の成長用ボートの縦断面図であり、図６は図４に示す支
持板の構造を示す斜視図である。なお、図６中、矢印は
回転方向を示す。

【００１０】前記第２基板縦置き型エピタキシャル装置
（以下、「第２エピタキシャル装置」と称す）は、図４
に示すように、排出融液溜１及び排出融液注入口２を備
え全体を支持する基台となる底板３の上に、成長室４，
融液注入口５及び融液排出口６を備えた成長用ボート７
が一定方向（図の左右方向）に往復移動可能に設けら
れ、この成長用ボート７の上部に、結晶原料の融液８を
貯溜する融液溜９及び融液落下口１０を備えた上部部材
１１が配置された構造となっている。これらの系は、図
示しない電気炉内の石英管に収納され、温度制御される
ようになっている。

【００１１】成長用ボート７には、その一端部に操作棒
（図示せず）が形成されており、この操作棒の操作によ
り、成長用ボート７を水平方向に移動させるようになっ
ている。

【００１２】また、成長用ボート７の成長室４内には、
移動方向に一定の間隔を存じて支持板１２が配置されて
おり、結晶成長時にはこの支持板１２のそれぞれの両側
面に、基板１３が縦置き支持されるようになっている。
さらに、前記支持板１２及び基板１３はこれらの端部が
図４乃至図６に示すように支持棒１４にて支持され、該
支持棒１４は成長室４内より外部に突出する回転軸１５
に嵌合保持され、結晶成長時にはこの回転軸１５を回転
させることにより基板１３が回転するようになってい
る。

【００１３】前記融液落下口１０は、結晶成長開始前の
状態（図４に示す状態）で、成長用ボート７の上面によ
って閉塞された状態となっている。そして、成長用ボー
ト７を前記融液落下口１０と融液注入口５とが重なる位
置まで移動させると、融液溜９内の融液８が成長室４内
に落下して、基板１３を回転させた状態で結晶成長が行
われるようになっている。

【００１４】また、前記融液排出口１４は、結晶成長時
の状態で、底板２の上面によって閉塞された状態となっ
ている。そして結晶成長後、成長用ボート７をもとの位
置、即ち前記融液排出口６と排出融液注入口３とが重な
る位置まで移動させると、成長室４内の融液８が排出融
液溜１内に落下して、排出されるようになっている。

【００１５】次に、上記構成の第２エピタキシャル装置
による結晶成長の手順について、ＧａＡｌＡｓの結晶成
長を例にあげて説明する。ここで、基板１３としてＰ型
ＧａＡｓ基板が用いられる。

【００１６】図７は、結晶成長の温度プロファイルを示
す図である。図中、ｔ₁ はホールド開始時間を示し、ｔ
₂ は降温開始時間を示し、ｔ₃ は成長室４への融液８の
注入，成長開始時間を示し、ｔ₄ は成長室４から融液８
の排出，成長終了時間を示す。

【００１７】結晶成長開始前では、成長用ボート７の位
置は図４に示す位置となっている。この状態において、
上部部材１１の融液溜９に成長させる結晶原料、即ちＧ
ａ，ＧａＡｓ多結晶，Ａｌ，Ｐ型不純物（Ｚｎ，Ｍｇな
ど）等を収容し、これらの系をＨ₂ 雰囲気中で特定の温
度（摂氏９００〜１０００度）まで昇温し、融液溜９に
収容した結晶原料を十分に溶融する。

【００１８】次に、操作棒によって成長用ボート７を融
液落下口１０と融液注入口５とが重なる位置まで移動さ
せ、融液溜９内の融液８を融液落下口１０から成長室４
内へ落下させ、この後０．５５℃／ｍｉｎにて降温して
ＧａＡｌＡｓの結晶をＰ型ＧａＡｓ基板１３の表面に成
長させるものである。

【００１９】最後に、成長用ボート７をもとの位置まで
移動し、成長室４内の融液８を排出融液溜１に排出す
る。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の第２エピタキシャル装置により結晶成長を行
った場合、基板表面に成長された成長層の厚みが図３
（ａ）の一点破線で示すようになり、回転だけでは基板
の外周部の成長層厚が中心部の成長層厚の１．５倍前後
になり、充分な均一性が得られなかった。

【００２１】本発明は、上記課題に鑑み、支持板に融液
攪拌用突起部を設けることにより、融液を十分攪拌させ
成長膜厚の均一性を図ることのできる半導体液相エピタ
キシャル装置を提供するものである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
半導体液相エピタキシャル装置は、結晶原料の融液を貯
溜する融液溜が形成された上部部材と、基板を収納する
成長室が形成された成長用ボートと、前記成長室内で前
記基板裏面を支持する支持板と、前記基板側面及び支持
板側面を支持する支持棒と、前記基板及び支持板並びに
支持棒を前記成長室内で回転させる回転手段とを備え、
一定温度に昇温された電気炉内で、前記融液溜内に貯溜
されている融液を前記成長室内に落下させ、その後前記
回転手段にて前記基板を回転させた状態で降温して基板
表面に結晶を成長させる半導体液相エピタキシャル装置
において、前記支持板の端部に融液攪拌用突起部を設け
たことを特徴とするものである。

【００２３】また、本発明の請求項２記載の半導体液相
エピタキシャル装置は、前記融液撹拌用突起部がその支
持板中心部から支持板端部を結ぶ線に対して支持板回転
方向に傾斜した傾斜面を備えてなることを特徴とするも
のである。

【００２４】さらに、本発明の請求項３記載の半導体液
相エピタキシャル装置は、前記傾斜面の角度が２０゜〜
６０゜の範囲に設定されてなることを特徴とするもので
ある。

【００２５】加えて、本発明の請求項４記載の半導体液
相エピタキシャル装置は、前記融液攪拌用突起部が前記
支持板端部の半周部分以下に設けられてなることを特徴
とするものである。

【００２６】上記構成によれば、本発明の請求項１記載
の半導体液相エピタキシャル装置は、支持板の端部に融
液攪拌用突起部を設けた構成なので、該融液攪拌用突起
部により結晶成長時の融液の攪拌を促進させることがで
きる。

【００２７】また、本発明の請求項２記載の半導体液相
エピタキシャル装置は、前記融液撹拌用突起部がその支
持板中心部から支持板端部を結ぶ線に対して支持板回転
方向に傾斜した傾斜面を備えてなる構成なので、該傾斜
面により支持板端部に位置する融液を支持板中心部側に
導くこととなり、融液の攪拌を基板の中心部側まで促進
させることができる。

【００２８】さらに、本発明の請求項３記載の半導体液
相エピタキシャル装置は、前記傾斜面の角度が２０゜〜
６０゜の範囲に設定されてなる構成なので、融液の攪拌
を基板の中心部まで促進することができる。

【００２９】加えて、本発明の請求項４記載の半導体液
相エピタキシャル装置は、前記融液攪拌用突起部が前記
支持板端部の半周部分に設けられてなる構成なので、結
晶成長前後の基板の支持板への取り付け取り外しを前記
融液攪拌用突起部に引っ掛かることなく容易に行うこと
ができるとともに、融液排出時の融液の切れの低下を低
減することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態よりな
る第２基板縦置き型半導体液相エピタキシャル装置（以
下、「第２エピタキシャル装置」と称す。）について、
従来の第２エピタキシャル装置と相異する点のみ説明す
る。

【００３１】本実施の形態の第２エピタキシャル装置
は、従来の第２エピタキシャル装置に対して成長室内に
おいて基板を支持する支持板の構造が相異するものであ
る。

【００３２】以下、具体的に説明する。

【００３３】図１は、本実施の形態よりなる第２エピタ
キシャル装置における支持板の構造を示す斜視図であ
る。

【００３４】図に示すように、該第２エピタキシャル装
置の支持板２０は、結晶成長される円板状の基板１３裏
面が結晶成長されないように支持するものであって、該
基板１３よりも一回り以上大きな円板状からなり、支持
板外周部の半周部分以下に所定の間隔をあけて複数の攪
拌用突起部２１が設けられてなる構造からなる。

【００３５】該攪拌用突起部２１は、支持板２０の外周
部における支持板２０と基板１３との中心を一致させた
状態の両板の差の部分に前記基板１３と接触しないよう
に設けられてなり、該攪拌用突起部２１が設けられた部
分における前記支持板端部と支持板中心部を結ぶ線に対
して支持板回転方向（図１の矢印方向）傾斜した弧状の
傾斜面２１ａを備えてなる構造からなる。

【００３６】該弧状の傾斜面２１ａとすることにより、
支持板外周部の端部近傍に位置する融液を安定して支持
板中心部側に導くことが可能となるが、支持板外周部の
端部近傍に位置する融液が外方に若干逃げるが平面状の
傾斜面としても良い。

【００３７】前記傾斜面２１ａの傾斜角度は、支持板２
０の回転によって融液８を効率良く基板中心側に取り込
めるように小さな角度であるほど良いが、例えば図２
（ｂ）に示すように傾斜角度が小さ過ぎる（２０°未
満）と融液が基板１３の中心部まで攪拌されなくなる可
能性があり、また図２（ｃ）に示すように傾斜角度が大
き過ぎる（６０°を越える）と攪拌用突起部２１のとこ
ろで融液の乱流が発生し、融液が基板１３の中心部まで
攪拌されなくなる可能性がある。

【００３８】このため、傾斜面２１ａの傾斜角度は上記
の間の範囲、即ち２０°〜６０°に設定することが望ま
しい。 また、支持板２０の回転数においても、遅すぎる（１Ｒ
ＰＭ：周速度１９ｃｍ／ｍｉｎ）と図２（ｄ）に示すよ
うに融液が基板１３の中心部まで十分に攪拌されず、速
すぎると（６ＲＰＭ：周速度１１３ｃｍ／ｍｉｎを越え
る）と図２（ｅ）に示すように攪拌用突起部２１のとこ
ろで融液の乱流が発生し、この場合も融液が基板１３の
中心部まで十分に攪拌されなくなる。

【００３９】このため、支持板２０の回転数は上記の間
の範囲、即ち１〜６ＲＰＭ（１９〜１１３ｃｍ／ｍｉ
ｎ）が最適となる。

【００４０】したがって、傾斜面２１ａの傾斜角度を２
０°〜６０°に設定し、且つ支持板２０の回転数を１〜
６ＲＰＭに設定することにより、図２（ａ）に示すよう
に融液の乱流が発生することなく融液が基板１３の中心
部まで十分に攪拌できることになる。

【００４１】このように、本実施の形態の半導体液相エ
ピタキシャル装置によれば、支持板２０の端部に、支持
板中心部から支持板端部を結ぶ線に対して支持板回転方
向に２０°〜６０°傾斜した傾斜面２１ａを備えてなる
融液攪拌用突起部２１を設けた構成なので、該融液攪拌
用突起部２１により結晶成長時の融液８の攪拌を基板中
心部まで促進させることができ、図３（ａ）の実線で示
すように、エピタキシャル成長層の層厚を基板中心部及
び基板周辺部共ほぼ均一に形成することが可能となる。
したがって、層厚が厚く且つ均一性を有するエピタキシ
ャル成長層を形成することが可能となる。

【００４２】また、前記融液攪拌用突起部２１を前記支
持板端部の半周部分に設けることにより、結晶成長前後
の基板１３の支持板２０への取り付け取り外しを前記攪
拌用突起部２１が設けられていない側の２本の支持棒１
４を取り外すことで前記融液攪拌用突起部２１に引っ掛
かることなく容易に行うことができるとともに、融液排
出時の融液の切れの低下を低減することができ、作業効
率の向上が図れる半導体液相エピタキシャル装置を提供
することができる。

【００４３】上記実施の形態においては、攪拌用突起部
２１を支持板２０の片面にのみ設けたが、支持板の両面
にて結晶成長する基板を支持するならば両面に設けても
良い。また、支持板の両面にて結晶成長する基板を場合
であっても、支持板の取り扱い易さを考慮して片面のみ
に形成しても良い。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
乃至３記載の半導体液相エピタキシャル装置によれば、
支持板の端部に融液攪拌用突起部を設けた構成なので、
該融液攪拌用突起部により結晶成長時の融液の攪拌を基
板中心部まで促進させることができ、基板の成長層厚を
基板中心部及び基板周辺部共ほぼ均一化することができ
る。したがって、層厚が厚く且つ均一性を有するエピタ
キシャル成長層を形成することが可能となる。

【００４５】また、本発明の請求項４記載の半導体液相
エピタキシャル装置によれば、前記融液攪拌用突起部が
前記支持板端部の半周部分に設けられてなる構成なの
で、結晶成長前後の基板の支持板への取り付け取り外し
を容易にすることができるとともに、融液排出時の融液
の切れの低下を低減することができ、作業効率の向上が
図れる半導体液相エピタキシャル装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態よりなる基板縦置き型半導
体液相エピタキシャル装置における支持板の構造を示す
斜視図である。

【図２】図１に示す支持板に設けられた融液攪拌用突起
部の傾斜角度又は支持板回転速度による攪拌状態を説明
するための正面図である。

【図３】（ａ）は実施の形態と従来例との成長層厚の対
比図であり、（ｂ）は基板の成長層厚測定点を示す図で
ある。

【図４】従来の基板縦置き型半導体液相エピタキシャル
装置を示す横断面図である。

【図５】従来の基板縦置き型半導体液相エピタキシャル
装置の成長用ボートの縦断面図である。

【図６】図４に示す支持板の構造を示す斜視図である

【図７】結晶成長の温度プロファイルを示す図である。

【符号の説明】

１３ 基板 ２０ 支持板 ２１ 攪拌用突起部 ２１ａ 傾斜面

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶原料の融液を貯溜する融液溜が形成
   された上部部材と、基板を収納する成長室が形成された
   成長用ボートと、前記成長室内で前記基板裏面を支持す
   る支持板と、前記基板側面及び支持板側面を支持する支
   持棒と、前記基板及び支持板並びに支持棒を前記成長室
   内で回転させる回転手段とを備え、一定温度に昇温され
   た電気炉内で、前記融液溜内に貯溜されている融液を前
   記成長室内に落下させ、その後前記回転手段にて前記基
   板を回転させた状態で降温して基板表面に結晶を成長さ
   せる半導体液相エピタキシャル装置において、 前記支持板の端部に融液攪拌用突起部を設けたことを特
   徴とする半導体液相エピタキシャル装置。
2. 【請求項２】 前記融液撹拌用突起部は、その支持板中
   心部から支持板端部を結ぶ線に対して支持板回転方向に
   傾斜した傾斜面を備えてなることを特徴とする請求項１
   記載の半導体液相エピタキシャル装置。
3. 【請求項３】 前記傾斜面の角度は、２０゜〜６０゜の
   範囲に設定されてなることを特徴とする請求項２記載の
   半導体液相エピタキシャル装置。
4. 【請求項４】 前記融液攪拌用突起部は、前記支持板端
   部の半周部分以下に設けられてなることを特徴とする請
   求項１乃至３記載の半導体液相エピタキシャル装置。