JPH04254321A - 液相エピタキシャル成長方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、均一で厚いエピタキシ
ャル成長層を得るための、化合物半導体の液相エピタキ
シャル成長方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】発光ダイオード（以下ＬＥＤと記す）等
の発光半導体装置は、パイロットランプや数表などの表
示用光源としてだけでなく、光ファイバ通信などの光伝
送用光源、またはＬＥＤプリンタ等の書き込み用光源と
してなど、広い分野に利用され、その需要は急増してい
る。

【０００３】ＬＥＤの製造に当たっては、所定の半導体
基板の上に適切な厚さのエピタキシャル層を均一に成長
することが必要であり、この製造方法としては液相エピ
タキシャル成長法が一般的に用いられる。所定の高温下
においた金属溶媒中に成長させようとする半導体の構成
元素を飽和状態まで溶かしこんだ後、エピタキシャル成
長用の半導体基板を接触させて徐冷することで、過飽和
となった分の溶質元素を半導体基板の上に結晶化して成
長させる。

【０００４】図３は従来の液層エピタキシャル成長方法
を説明する構成図である。カーボンボートのスライダ３
１に水平に設置された半導体基板３２をスライダ３１の
移動により飽和もしくは過飽和状態にしたエピタキシャ
ル成長溶融液３３（以下溶融液と記す）に順次接触させ
て複数層のエピタキシャル成長を行う。なお、３４は溶
融液槽、３５はスライダ３１を移動させるための操作棒
、３６は熱電対である。

【０００５】この方法では、添加する不純物の種類を各
溶融液で変えれば容易にＰＮ接合を形成できることはい
うまでもなく、溶融液に含まれる溶質組成を変えれば、
異種半導体によるＰＮヘテロ接合を得ることも容易であ
る。薄膜層の厚さ制御が容易なこの方法を用いて、ダブ
ルヘテロ接合ＬＥＤや半導体レーザなどの光半導体装置
が製造されている。

【０００６】図４は従来技術の他の一例を示した構成図
である。この方法では、半導体基板４１は、カーボンボ
ートのスライダ４２に垂直に設置される。スライダ４２
内に複数の半導体基板４１を基板間の距離を所定幅に保
って設置することで、多数基板に同時にエピタキシャル
成長を行うことができ、量産性に極めて優れる。なお、
４３は成長槽、４４は溶融液、４５は溶融液槽、４６は
廃液槽、４７は操作棒、４８は熱電対である。これらの
方法を用いて安価で高性能な発光半導体装置が製造され
広い分野で利用されている。

【０００７】一方、ＬＥＤなどの発光半導体装置の高効
率化，高出力化の要望に対して様々な素子構造が提案さ
れている。

【０００８】禁制帯幅の狭い活性層を禁制帯幅の広いク
ラッド層で挟んだダブルヘテロ接合は注入キャリアの拡
散を抑えて内部の発光効率を増大させる構造の一例であ
る。

【０００９】また、発光領域の禁制帯幅に対してエピタ
キシャル成長で用いる半導体基板の禁制帯幅が狭い場合
には、基板側への発光がすべて吸収されるのを防ぐため
に、エピタキシャル成長の後で半導体基板をエッチング
などにより除去する工夫も用いられる。後者の場合には
、基板を除去した後の取扱いを容易にするために、エピ
タキシャル成長の総厚を少なくとも１００μｍ以上にす
る必要があり、前述の液相エピタキシャル成長技術とし
ては厚い層を均一に成長できることが必須の条件である
。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の液相エピタキシャル成長方法では、厚い層を均一に、
かつ量産性よく製造することはできなかった。たとえば
、図３の方法では、溶融液内での比重差のために溶質が
上部に浮き上がり、時間と共に成長速度が急激に減少傾
向を示す。また、半導体基板を一度に複数枚設置できな
いため、量産性に欠けるという課題を有していた。

【００１１】一方、図４の方法では、前述の溶質の浮き
上がりや溶融液内での対流のために、上下方向に厚さの
分布が著しく、均一性が悪いという課題を有していた。

【００１２】本発明は、上記従来の課題を解決するもの
で、均一な厚い層を量産性よく得るための液相エピタキ
シャル成長方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、半導体基板を保持する成長槽の下部に所定
の大きさの予備溶融液槽を設け、成長槽と予備溶融液槽
とを液相エピタキシャル成長用の溶媒液で満たしてエピ
タキシャル成長する構成を有している。

【００１４】

【作用】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　この構成によって、比重差による
溶質の浮き上がりで密度の低くなった基板下部の溶融液
に、成長槽の下に設けた予備溶融液槽から溶質を補給し
て基板全面にわたって溶質密度を均一にできるため、成
長層が厚くて均一性のよいエピタキシャル成長ができる
。

【００１５】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながらＧａＡｌＡｓ混晶合半導体のエピタキシャル成
長に応用した例を用いて説明する。

【００１６】図１は本発明の一実施例における液相エピ
タキシャル成長方法を説明する構成図である。エピタキ
シャル成長位置の成長槽１の下部のカーボンボートの下
部固定部２に深さ約１０ｍｍの予備溶融液槽３を設けた
。 カーボンボートのスライダ４を移動させ溶融液５を成長
槽１に導入すると、同時に予備溶融液槽３も溶融液で満
たされるように構成してある。カーボンボートの上部固
定部６にはガリウム（Ｇａ）を溶媒とし、アルミ（Ａｌ
）およびヒ素（Ａｓ）を溶質として９００℃の高温で飽
和溶液とした溶融液５を配置し、スライダ４を移動させ
てガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板７と接触させた後、冷
却速度Ｒ＝０．５℃／分で全体を冷却し、約６０分間エ
ピタキシャル成長した。

【００１７】溶融液の組成は固相混晶比Ｘ＝０．８（Ｇ
ａ０．２Ａｌ０．８Ａｓ）に対応し、基板面からの溶融
液の厚さはｔ＝５ｍｍとした。この場合、得られたエピ
タキシャル層の厚さは約４０μｍであり、基板内での厚
さのばらつきは±１０％以内に抑えられた。また、基板
間でのばらつきも１０％以内であった。なお９は操作棒
、１０は熱電対である。

【００１８】図２は得られたエピタキシャル成長層の基
板内での厚さ分布を示したものであり、本発明の方法と
従来法とを比較して示した。図３の従来法では、エピタ
キシャル層の厚さは約１５μｍであり、本発明の方法の
２／５にとどまった。また、図４の従来法によるエピタ
キシャル層２４では、基板の上部では４０μｍの厚いエ
ピタキシャル層が得られたが、基板の下部では２０μｍ
程度であり、基板内でのばらつきが大きい。

【００１９】本発明の基板間距離や冷却速度に対する依
存性も考察した。成長時間，成長温度等は一定とし、（
表１）に示す３種の条件により得られた結果を図２に併
せて示した。

【００２０】

【表１】

【００２１】基板間距離が広いほど、また冷却速度が速
いほど、溶融液内の溶質元素の浮き上がりが顕著となる
ため、本発明の効果は大となる。他の実験と合わせると
、基板間距離が３．５ｍｍ以上か、または冷却速度が０
．８℃／分の場合に顕著な効果が得られることがわかっ
た。

【００２２】本実施例では、ＧａＡｓ基板へのＧａＡｌ
Ａｓ混晶半導体のエピタキシャル成長の場合について述
べたが、インジウムりん（ＩｎＰ）基板の上へのＩｎＰ
またはインジウムガリウムヒ素りん（ＩｎＧａＡｓＰ）
、ガリウムりん（ＧａＰ）基板の上へのＧａＰまたはＧ
ａＡｓＰなどの化合物半導体のエピタキシャル成長にお
いてもまったく同様の効果が得られることは言うまでも
ない。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、本発明による液相エピタ
キシャル成長方法では、均一で厚いエピタキシャル成長
層を量産性よく製造でき、本発明をＬＥＤなどの発光半
導体装置、または半導体受光装置の製造法に応用するこ
とで安価で高性能な半導体装置を提供でき、その工業的
価値は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における液相エピタキシャル
成長方法を実施する装置の概略構成図

【図２】エピタキシャル成長層の基板内の厚さ分布図

【
図３】従来の液相エピタキシャル成長方法を実施する装
置の概略構成図

【図４】従来の他の液相エピタキシャル成長法を実施す
る装置の概略構成図

【符号の説明】

１　　成長槽 ３　　予備溶融液槽 ５　　溶融液

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液相エピタキシャル成長用の半導体基板を
   垂直に保持した成長槽の下部に所定の大きさの予備溶融
   液槽を設け、前記成長槽と予備溶融液槽とを液相エピタ
   キシャル成長用の溶融液で満たしてエピタキシャル成長
   す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】成長槽内に垂直に保持された半導体基板の
   間隔が３．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１
   記載の液相エピタキシャル成長方法。
3. 【請求項３】液相エピタキシャル成長の徐冷速度が０．
   ８℃／分以下であることを特徴とする請求項１または２
   記載の液相エピタキシャル成長方法。