JPH1112083A

JPH1112083A - 化合物半導体製造装置

Info

Publication number: JPH1112083A
Application number: JP17241997A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Kaneko; 和昭金子
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 1999-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】使用した原料の再使用を可能とすることによ
り、ＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ等の化合物半導体の製造コス
トを大幅に低減できる化合物半導体製造装置を提供す
る。【解決手段】第１廃Ｇａメルト溜め室１０の内部には
ピストン１３が左右方向への往復移動可能に設けられて
いる。第１廃Ｇａメルト溜め室１０の底部には、予め組
成比調整用原料１２が収納されている。この組成比調整
用原料１２は、成長室７から回収される使用済みのＧａ
メルト１と混合され、第２層の半導体層を成長させるた
めのＧａメルト１６となる。ピストン１３を移動する
と、第１廃Ｇａメルト溜め室１０内のＧａメルト１６が
成長室７内に圧送される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体製造
装置に関し、特に液相エピタキシャル成長装置として好
適な化合物半導体製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】化合物半導体の一例として、ＧａＡｌＡ
ｓ系ＬＥＤがある。以下にその構造及び製造プロセスの
概略を液相エピタキシャル成長を例にとって説明する。

【０００３】ＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤは、基板層であるＧ
ａＡｓ層と複数（例えば、３種類）の組成比の異なるＧ
ａＡｌＡｓエピタキシャル層からなる。ＧａＡｌＡｓ系
ＬＥＤの液相エピタキシャル成長方法は、予めカーボン
製のボート（成長室）内にセットされたＧａＡｓ基板上
に複数（３種類）の組成比の異なる成長用Ｇａメルトを
交換しながら、連続的にエピタキシャル成長（３層）を
行うことによって作製される。

【０００４】図４は従来のエピタキシャル成長装置を示
す。図４に従って、ＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤの製造プロセ
スを今少し具体的に説明する。このエピタキシャル成長
装置は、３個のＧａメルト溜め室４、５、６と、その下
方に横方向への移動可能に設けられた成長室７と、成長
室７の下方に設けられた廃Ｇａメルト溜め室９とを有す
る。

【０００５】ここで、Ｇａメルト溜め室４には、第１層
の半導体層を成長させるためのＧａメルト１が収納され
ている。また、Ｇａメルト溜め室５、６には第２層の半
導体層を成長させるためのＧａメルト２、第３層の半導
体層を成長させるためのＧａメルト３がそれぞれ収納さ
れている。

【０００６】また、成長室７内には基板セット用のホル
ダー８が設けられ、ここにＧａＡｓ基板が保持される。

【０００７】加えて、各Ｇａメルト溜め室４、５、６の
底面には通路が開口されている。また、成長室７の上面
及び底面にも通路が開口されている。更に、廃Ｇａメル
ト溜め室９の上面にも通路が開口されている。このよう
な構成において、成長室７の横方向への移動に伴って上
下の通路が連通すると、各Ｇａメルト溜め室４、５、６
から成長室７内に各Ｇａメルト１、２、３が選択的に供
給され、また、成長室７から廃Ｇａメルト溜め室９に成
長後の廃Ｇａメルトが回収されるようになっている。

【０００８】上記構成のエピタキシャル成長装置におい
て、同図（ａ）はエピタキシャル成長前の状態を示して
おり、この状態では、成長室７といずれのＧａメルト溜
め室４、５、６も連通していない。

【０００９】同図（ａ）に示す状態からプッシャー２０
により成長室７を図上左側に移動させると、同図（ｂ）
に示すように、Ｇａメルト溜め室４と成長室７とが連通
し、Ｇａメルト１が成長室７内に供給される。そして、
この状態でＧａＡｓ基板上に第１層の半導体層を成長さ
せる。

【００１０】第１層の半導体層の成長が終了すると、同
図（ｃ）に示すように、プッシャー２０により成長室７
を更に左側に移動させる。すると、Ｇａメルト溜め室４
と成長室７との連通状態が解除される一方、成長室７と
廃Ｇａメルト溜め室９とが連通する。よって、成長後の
余分なＧａメルト１が廃Ｇａメルト溜め室９内に回収さ
れる。

【００１１】次に、プッシャー２０により成長室７を更
に左側に移動させ、同図（ｄ）に示すように、Ｇａメル
ト溜め室４と成長室７とを連通させ、成長室７内にＧａ
メルト２を供給する。以下上記同様にして、第２層以降
の半導体層を成長させ、ＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤを作製す
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エピタキシ
ャル成長に使用しているＧａメルトは高純度Ｇａ、高純
度Ａｌ、高純度ＧａＡｓ多結晶等からなり、極めて高価
なものである。ＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤチップの製造にお
いて、このＧａメルトの材料費はチップ製造全体の材料
費に対して多くのウエイトを占めている。従って、Ｇａ
ＡｌＡｓ系ＬＥＤチップのコスト力を強くするために
は、Ｇａメルトの使用量を低減することが有効な手段と
なる。

【００１３】ここで、上述の従来装置では、組成比の異
なる複数のエピタキシャル層を成長する場合、これに使
用する原料であるＧａメルトは複数必要となる（例え
ば、３種類）。即ち、１層成長する毎に１液のＧａメル
トが必要となり、エピタキシャル層構造が多くなればな
るほど、多量のＧａメルトが必要となる。

【００１４】しかるに、上述の従来装置では、１度使用
したＧａメルトは再びエピタキシャル成長に使用される
ことはなく、使い捨てである。即ち、廃Ｇａメルト溜め
室９に回収された廃Ｇａメルト１、２、３はいずれも使
い捨てである。このため、原料であるＧａメルトは多量
に必要となり、非効率、且つ非経済的である。

【００１５】また、エピタキシャル成長に使用するＧａ
メルトの原料には高純度Ｇａしか使用できず、使用した
Ｇａメルトを再びエピタキシャル成長に使用する場合
は、高純度再生処理する必要がある。この再生処理には
多大な労力とエネルギーが必要である。加えて、環境問
題の観点からも望ましくない。なお、このような問題点
は、特開平８−３０１６９０号公報に記載されている。

【００１６】このような事情により、低コストで、且つ
環境への悪影響を低減できるエピタキシャル成長装置等
の化合物半導体製造装置の実現が切に要請されているの
が現状である。

【００１７】本発明は、このような現状に鑑みてなされ
たものであり、使用したＧａメルトの再使用を可能とす
ることにより、ＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ等の化合物半導体
の製造コストを大幅に低減できる化合物半導体製造装置
を提供することを目的とする。

【００１８】本発明の他の目的は、使用したＧａメルト
を再使用する場合に高純度の再処理を要さず、この点か
らも化合物半導体の大幅なコストダウンが可能となり、
且つ環境問題も引き起こすことがない化合物半導体製造
装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の化合物半導体製
造装置は、基板上に複数の半導体層を成長させる化合物
半導体製造装置であって、第１層の半導体層成長用の溶
融状態にある原料を収納する容器と、内部に基板を保持
し、該容器の下方において、横方向への移動可能に配置
され、第１の移動位置において該容器から該原料が供給
され、該基板上に第１層の半導体層を成長させる成長室
と、内部にピストンを有し、且つ組成比調整用の原料が
収納され、該容器の第２の移動位置において、該容器か
ら該第１層の半導体層を成長した後の廃原料が供給さ
れ、該廃原料と該組成比調整用の原料を混合して作製さ
れる第２層の半導体層成長用の原料を該ピストンの移動
によって該容器に圧送する廃原料溜め室とを備えてお
り、そのことにより上記目的が達成される。

【００２０】好ましくは、前記容器の側方に第３層以降
の半導体層成長用の原料が収納された一又は複数の容器
を設ける構成とする。

【００２１】また、好ましくは、前記ピストンの移動量
が調整可能になった構成とする。

【００２２】また、好ましくは、前記ピストンの移動域
に該ピストンの移動量を制限するストッパ部材を設ける
構成とする。

【００２３】また、好ましくは、前記容器と前記成長室
との間に、前記ピストンによって圧送される前記第２層
の半導体層成長用の原料が該成長室から該容器にオーバ
ーフローする連通路を設ける構成とする。

【００２４】以下に本発明の作用を説明する。

【００２５】上記構成の本発明化合物半導体製造装置に
よれば、１液分のＧａメルト（原料）と組成比を変化で
きるだけの少量の組成比調整用の原料で異なる組成比の
２層のエピタキシャル成長層を成長することができる。
この結果、上記従来装置を用いる場合に比べて高価なＧ
ａメルトの使用量を格段に低減することができる。よっ
て、ＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ等の化合物半導体の製造コス
トを大幅に低減することが可能になる。

【００２６】加えて、使用したＧａメルトを再使用する
場合に高純度の再処理を要しないので、この点からも化
合物半導体の大幅なコストダウンが可能となる。また、
環境問題も引き起こすことがない。

【００２７】なお、Ｇａメルトを収容する容器、即ちＧ
ａメルト溜め室は１個でもよいが、２個以上設ける構成
によれば、他の容器に第３層以降の半導体層を成長させ
るための原料を収納しておくことにより、第２層の半導
体層を成長し、その廃原料を廃原料溜め室から排出した
後に、直ちに第３層以降の半導体層を成長させることが
できるので、製造効率を向上できる利点がある。

【００２８】ここで、廃原料溜め室では、使用済みの原
料と組成比調整用の原料とを混合するため、一般に、成
長室で使用する原料の量よりも混合原料の量は多くな
る。しかるに、成長室に入る原料の量は一定である。こ
のため、廃原料溜め室から成長室に押し戻す混合原料の
量（流量）の調整が必要となる。

【００２９】ここで、本発明の化合物半導体製造装置で
は、混合原料を成長室に押し戻す手段として、ピストン
を備えている。従って、ピストンの移動量（ストローク
量）を調整可能とする構成によれば、成長室内に適正量
の混合原料を圧送することができる。

【００３０】また、ピストンの移動域にピストンの移動
量を制限するストッパ部材を設ける構成によっても、成
長室内に適正量の混合原料を圧送することができる。

【００３１】更には、容器と成長室との間に、ピストン
によって圧送される混合原料が成長室から容器にオーバ
ーフローする連通路を設ける構成によっても、成長室内
に適正量の混合原料を圧送することができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき具体的に説明する。

【００３３】（実施形態１）図１は本発明化合物半導体
製造装置の実施形態１を示す。本実施形態１はＧａＡｌ
Ａｓ系ＬＥＤを製造するエピタキシャル成長装置に本発
明を適用した例を示す。以下に図１に基づき、このエピ
タキシャル成長装置の全体構成について説明する。

【００３４】このエピタキシャル成長装置は、２個のＧ
ａメルト溜め室４、５と、その下方に横方向への移動可
能に設けられた成長室７と、成長室７の下方に設けられ
た廃Ｇａメルト溜め室９とを有する。

【００３５】ここで、Ｇａメルト溜め室４には、第１層
の半導体層を成長させるためのＧａメルト１が収納され
ている。また、Ｇａメルト溜め室５には第３層の半導体
層を成長させるためのＧａメルト２が収納されている。

【００３６】また、成長室７内には基板セット用のホル
ダー８が設けられ、ここにＧａＡｓ基板（図示せず）が
保持される。成長室７はプッシャー２０によって図上左
右方向に往復移動可能になっている。

【００３７】廃Ｇａメルト溜め室９は、仕切壁によって
第１廃Ｇａメルト溜め室１０と第２廃Ｇａメルト溜め室
１１とに仕切られている。図上右側の第１廃Ｇａメルト
溜め室１０の内部にはピストン１３が左右方向への往復
移動可能に設けられている。なお、ピストン１３のスト
ローク量は調整可能になっている。また、第１廃Ｇａメ
ルト溜め室１０の底部には、予め組成比調整用の原料１
２が収納されている。この組成比調整用の原料１２は、
使用済みのＧａメルト１と混合され、第２層の半導体層
を成長させるための原料１６（同図（ｃ）参照）となる
ものである。

【００３８】加えて、各Ｇａメルト溜め室４、５の底面
には通路４ａ、５ａがそれぞれ開口されている。また、
成長室７の上面及び底面にも通路７ａ、７ｂがそれぞれ
開口されている。更に、第１廃Ｇａメルト溜め室１０の
上面にも通路１０ａが開口されている。このような構成
において、成長室７の横方向への移動に伴って上下の通
路が連通すると、各Ｇａメルト溜め室４、５から成長室
７内に各Ｇａメルト１、２が選択的に供給され、また、
成長室７から第１廃Ｇａメルト溜め室１０に成長後の廃
Ｇａメルト１が回収されるようになっている。

【００３９】次に、このエピタキシャル成長装置を用い
てＧａＡｓ基板上に３層の半導体層をエピタキシャル成
長させる場合のプロセスについて説明する。

【００４０】まず、図１（ａ）に示すエピタキシャル成
長前の状態から、プッシャー２０により成長室７を左側
に移動させる。すると、同図（ｂ）に示すように、通路
４ａと通路７ａとが連通し、Ｇａメルト溜め室４からＧ
ａメルト１が成長室７内に供給される。この状態で成長
室７を徐冷し、ＧａＡｓ基板上に第１エピタキシャル層
を成長させる。

【００４１】次に、同図（ｃ）に示すように、プッシャ
ー２０により成長室７を更に左側へ移動させる。する
と、通路７ｂと通路１０ａとが連通し、第１エピタキシ
ャル層の成長に使用した使用済みのＧａメルト１が第１
廃Ｇａメルト溜め室１０に回収される。すると、予め第
１廃Ｇａメルト溜め室１０に収納されていた組成比調整
用の原料１２とＧａメルト１が混合し、第２エピタキシ
ャル層を成長するための原料となるＧａメルト１６が作
製される。

【００４２】次に、一定時間経過後、同図（ｄ）に示す
ように、ピストン１３を左側に移動させる。すると、ピ
ストン１３によって押圧されたＧａメルト１６が連通状
態にある通路１０ａ、７ｂを介して成長室７内に圧送さ
れる。この状態で徐冷することにより、ＧａＡｓ基板上
に第２エピタキシャル層を成長させる。

【００４３】第２エピタキシャル層の成長が終了する
と、ピストン１３を右側に戻し、成長室にあるＧａメル
ト１６を第１廃Ｇａメルト溜め室１０に回収する。その
後、Ｇａメルト溜め室５内のＧａメルト２を用いて、第
１エピタキシャル層の成長とほぼ同様にＧａＡｓ基板上
に第３エピタキシャル層を成長させる。

【００４４】以上のプロセスによれば、２種の組成比の
異なるＧａメルト１、２と組成比調整用の原料１２とを
用いて３層の組成比の異なるエピタキシャル成長層を成
長させることができる。

【００４５】よって、本実施形態１のエピタキシャル成
長装置によれば、上記従来装置を用いる場合に比べて高
価なＧａメルトの使用量を格段に低減することができ
る。従って、ＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ等の化合物半導体の
製造コストを大幅に低減することが可能になる。

【００４６】加えて、使用したＧａメルトを再使用する
場合に高純度の再処理を要しないので、この点からも化
合物半導体の大幅なコストダウンが可能となる。また、
環境問題も引き起こすことがない。

【００４７】ここで、第１廃Ｇａメルト溜め室１０で
は、使用済みのＧａメルト１と組成比調整用原料１２と
を混合するため、一般に、成長室７で使用するＧａメル
ト１の量よりも混合後のＧａメルト１６の量は多くな
る。そして、成長室７に入る原料の量は一定である。

【００４８】しかるに、本実施形態１のエピタキシャル
成長装置では、上述のようにピストン１３のストローク
量が調整可能になっているので、ピストン１３のストロ
ーク量を同図（ｄ）に示す値に調整すれば、余分なＧａ
メルト１６が廃Ｇａメルト溜め室１０に滞留し、成長室
７内に適正量のＧａメルト１６が供給されることにな
る。

【００４９】なお、本実施形態１では、２個のＧａメル
ト溜め室４、５を設けているが、１個のＧａメルト溜め
室４を備えたエピタキシャル成長装置にも同様に本発明
を適用することが可能である。

【００５０】また、製造対象はＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤに
限定されないことは勿論である。

【００５１】（実施形態２）図２は本発明化合物半導体
製造装置の実施形態２を示す。本実施形態２では、ピス
トン１３の移動域にその移動を制限するストッパ部材１
５を設け、これにより第１廃Ｇａメルト溜め室１０内に
混合後のＧａメルト１６の一部を滞留させて成長室７内
に適正量のＧａメルト１６を供給する構成をとってい
る。

【００５２】なお、実施形態１と対応する部分には同一
の符号を付し、具体的な説明については省略する。

【００５３】（実施形態３）図３は本発明化合物半導体
製造装置の実施形態３を示す。本実施形態３では、成長
室７内に適正量の混合後のＧａメルト１６を供給すべ
く、第１廃Ｇａメルト溜め室１０内のＧａメルト１６を
成長室７内に圧送する際に、成長室７の通路７ａとＧａ
メルト溜め室４の通路４ｂとを連通させ、これにより余
分なＧａメルト１６をＧａメルト溜め室４内にオーバー
フローする構成をとっている。

【００５４】なお、実施形態１と対応する部分には同一
の符号を付し、具体的な説明については省略する。

【００５５】

【発明の効果】以上の本発明化合物半導体製造装置によ
れば、１液分の原料と組成比を変化できるだけの少量の
組成比調整用原料で異なる組成比の２層の半導体層を成
長することができる。この結果、上記従来装置を用いる
場合に比べて高価なＧａメルト等の原料の使用量を格段
に低減することができる。よって、ＧａＡｌＡｓ系ＬＥ
Ｄ等の化合物半導体の製造コストを大幅に低減すること
が可能になる。

【００５６】加えて、使用したＧａメルト等を再使用す
る場合に高純度の再処理を要しないので、この点からも
化合物半導体の大幅なコストダウンが可能となる。ま
た、環境問題も引き起こすことがない。

【００５７】また、特に請求項２記載の化合物半導体製
造装置によれば、容器を複数備えているので、その分、
製造効率を向上できる化合物半導体製造装置を実現でき
る。

【００５８】また、特に請求項３〜請求項５記載の化合
物半導体製造装置によれば、混合後の原料を適正量だけ
廃原料溜め室から成長室に供給できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１を示す、エピタキシャル成
長装置を用いてＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤを作製する場合の
製造プロセスを示す工程図。

【図２】本発明の実施形態２を示す、エピタキシャル成
長装置の部分断面図。

【図３】本発明の実施形態３を示す、エピタキシャル成
長装置の部分断面図。

【図４】従来のエピタキシャル成長装置を用いてＧａＡ
ｌＡｓ系ＬＥＤを作製する場合の製造プロセスを示す工
程図。

【符号の説明】

１第１層をエピタキシャル成長させるためのＧａメル
ト２第３層をエピタキシャル成長させるためのＧａメル
ト４、５Ｇａメルト溜め室４ａ、４ｂ、５ａ通路７成長室７ａ、７ｂ通路８基板セット用のホルダー９廃Ｇａメルト溜め室１０第１廃Ｇａメルト溜め室１０ａ通路１１第２廃Ｇａメルト溜め室１２組成比調整用の原料１３ピストン１５ストッパ部材１６混合後のＧａメルト２０プッシャー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に複数の半導体層を成長させる化
合物半導体製造装置であって、第１層の半導体層成長用の溶融状態にある原料を収納す
る容器と、内部に基板を保持し、該容器の下方において、横方向へ
の移動可能に配置され、第１の移動位置において該容器
から該原料が供給され、該基板上に第１層の半導体層を
成長させる成長室と、内部にピストンを有し、且つ組成比調整用の原料が収納
され、該容器の第２の移動位置において、該容器から該
第１層の半導体層を成長した後の廃原料が供給され、該
廃原料と該組成比調整用の原料を混合して作製される第
２層の半導体層成長用の原料を該ピストンの移動によっ
て該容器に圧送する廃原料溜め室とを備えた化合物半導
体製造装置。
【請求項２】前記容器の側方に第３層以降の半導体層
成長用の原料が収納された一又は複数の容器を有する請
求項１記載の化合物半導体製造装置。
【請求項３】前記ピストンの移動量が調整可能になっ
た請求項１又は請求項２記載の化合物半導体製造装置。
【請求項４】前記ピストンの移動域に該ピストンの移
動量を制限するストッパ部材を有する請求項１又は請求
項２記載の化合物半導体製造装置。
【請求項５】前記容器と前記成長室との間に、前記ピ
ストンによって圧送される前記第２層の半導体層成長用
の原料が該成長室から該容器にオーバーフローする連通
路を設けた請求項１又は請求項２記載の化合物半導体製
造装置。