JPH0633226B2 - 液相エピタキシヤルにおけるカ−ボン皿の平坦性の改良方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (ア)技術分野 この発明は、化合物半導体の液相エピタキシヤル法にお
ける、エピタキシヤル成長に関するものである。

ここで化合物半導体というのは、III−Ｖ族化合物半導
体のことで、GaAs、InP、GaP、InSb、GaSbなどの結晶を指し
ている。

これらの単結晶ウエハの上に、所望の性質を持つたエピ
タキシヤル層を形成し、活性層やバツフア層、クラツド
層などを作る必要がある。

液相エピタキシヤル法は、液相における熱平衡状態を利
用して、ウエハの上にエピタキシヤル層を形成するもの
である。高品質のエピタキシヤル層が得られる。

たとえば、GaPウエハに、GaPエピタキシヤル層を成長さ
せる場合、或はGaAsウエハ上に、GaAlAsをエピタキシヤ
ル成長する場合に、液相エピタキシヤル法が使われる。

(イ)従来技術 液相エピタキシヤル成長法は、浅い円筒状の凹所を有す
るカーボン皿の底に基板となるウエハを置き、その上に
エピタキシヤル成長させたい成分を溶解した溶液を注ぎ
こみ、全体を加熱する。カーボン皿の中では、底の基板
と、溶液とが存在する。

カーボン皿の上には蓋をする。カーボン皿は密封空間に
なることもあり、ならない事もある。

溶液は、溶媒と溶質よりなる。溶質はエピタキシヤル成
長層となるべき成分物質である。溶媒は溶質を溶かすこ
とができ、融点の低い物質でなければならないので、Ga
が選ばれる。

エピタキシヤル層の電気的、光学的性質を決定するため
に、不純物をドーピングする事が多い。ドーパントは、
予め溶液の中に溶かしておくこともある。また、ドーピ
ングガスとして、蓋の穴から内部へ供給する事もある。
これらはドーパントの性質による。

ドーパントが最初から溶媒に溶けている場合は、カーボ
ン皿の中は密封空間となる。ドーパントがガスとして蓋
の穴から送給される場合は、カーボン皿の中は密封空間
ではないが、溶液によつて満たされている。

溶質は溶媒の中に飽和濃度で溶けているから、ウエハは
融けない。さて温度を下げてゆくと、成長が始まる。溶
質はウエハ面に接し、ここにエピタキシヤル層が成長し
てゆくわけである。

たとえば、GaPウエハの上に、GaPエピタキシヤル層を成
長させる場合、炉の温度をいつたん、1000℃程度に上
げ、徐々に温度を下げてゆく。800℃〜600℃の間でエピ
タキシヤル成長が行なわれる。

(ウ)発明が解決しようとする問題点 化合物半導体の液相エピタキシヤルにより、発光素子を
作製した時、ウエハ面上で発光出力を試験すると、ある
点で光出力の著しい低下がみられる。

光出力はウエハ面上の任意の点で均一でなければならな
い。局所的な光出力の低下は、製品歩留りを著しく損う
ので、望ましくない。

この原因について調べてみると、ウエハ裏面に凹部があ
り、対応する表面に凸部が生じている点で、光出力が低
下しているという事が分つた。

ウエハ表面はもともとミラー面に研磨したものであるか
ら、凹部や凸部が最初からあるはずがない。

どうして、ウエハ裏面に凹部が生じるのかさらに検査し
てみると、液相エピタキシヤルのカーボン皿の底面に突
起物や切りくずがあつて、これらにより、ウエハが変形
する、という事が分つた。

従来は、納入されたカーボン皿を、そのまま、未加工の
まま、使用していた。このため、底面に突起や切り屑が
存在することもある。これらの影響で、ウエハが変形す
るものと考えられる。

微少な突起や切り屑がウエハを変形させる、というのは
考え難い事であるが、起こり得ない事ではない。

液相エピタキシヤルを行なう場合、溶液もウエハもかな
り高温になる。ウエハは溶融しないとしても、高温であ
るので軟化する。そうすると、ウエハ裏面に突起物など
が存在する場合、突起物にしたがつて、ウエハが隆起す
る。このためウエハ裏面に凸部、表面に凸部が生じる。

表面には、エピタキシヤル層が形成されてゆくが、これ
が凸出すると、エピタキシヤル層の厚みが均一にならな
い。ウエハ表面の温度分布に乱れが生ずるからである。

たとえウエハ表面の凸部が僅かなものであつても、エピ
タキシヤル層の厚みは薄いのであるから、大きな層の乱
れを発生する事になる。特にpn接合に乱れが生じやす
い。発光素子とする場合は、pn接合の乱れにより、局所
的な発光出力の顕著な低下が見られることになる。

発光出力の低下だけでなく、通電による劣化が促進され
たりするから、光特性、電気特性に悪影響をもたらす。

(エ)目的 カーボン皿の突起や切り屑によるウエハの変形がもたら
す光、電気特性の低下のないような液相エピタキシヤル
成長法の改良を提供することが本発明の目的である。

(オ)本発明の方法 液相エピタキシヤルの光・電気的特性を高揚するため
に、カーボン皿を予め平坦に加工する。カーボン皿の突
起物や、切り屑などを予め取り除いて平坦にするのであ
る。

第１図はその工程を示す断面図である。カーボ皿４に突
起物５があるとする。これを、石英治具３を横に滑らせ
ることによつて取り除く。第１図(a)は除去前、第１図
(b)は除去後を示している。

石英治具３によつて、突起物５が除去された後、エアー
ガンにより、空気をカーボン皿に吹きつけ、切子や付着
物をきれいに取り除く。これにより、突起部の破断片と
ともに、はじめから存在した切り屑やごみなども除くこ
とができる。

このようにカーボン皿を平坦にしてから、ウエハを入
れ、溶液となるべきGa、媒質となるべきGaP、GaAlAsなど
の多結晶を入れて、液相エピタキシヤル装置にセツトす
る。

こうして、所望のｐ型層、ｎ型層、バツフア層などを設
け、発光素子、受光素子、論理演算素子などをウエハプ
ロセスによつて設ける。

(カ)作用 カーボン皿が平坦になるので、ウエハが高温のために軟
化した時、カーボン皿の表面の不規側のためウエハが変
形する、という事がない。このため、ウエハ表面での温
度分布が均一になり、エピタキシヤル成長がウエハ全面
に於て均一に実行される。

発光素子として用いる場合は光出力の局所的な低下が起
こらない。

突起部の発光性能を調べる試験結果を第２図〜第４図に
よつて示す。

第２図はエピタキシヤル成長後のウエハの(GaAs)平面図
である。ウエハ１の面上に突起部２が存在したとする。
第３図は断面図である。

突起部２を通る直線ｍにそつて、１mmピツチで局所的な
光出力特性を測定した。第４図は測定結果を示すグラフ
である。突起の高さは30μｍである。光出力は(mV)単位
で示すが、突起部の近傍に於て著しく低下しているとい
う事が分る。励起電流Ｉ_Ｆは10MAで一定とした。光出力
をホトダイオードで受光し、これを電圧値としたもので
ある。

本発明の方法に従い、予め、カーボン皿の底部を平坦に
しておくと、このような光出力の低下は生じなかつた。

以上に述べたものは、発光出力の測定結果であるが、次
に劣化率を測定した。これは、比較的大きい電流を一定
時間流すことによつて劣化をひき起こし、劣化の大きさ
を光出力によつて評価するものである。

突起部を含む正方形のチツプと、突起部を含まない同じ
大きさのチツプとを作り、室温に於て、定電流を、決ま
つた時間流す。サンプルチツプ数はいずれも８個であ
る。

劣化後のチツプに、それぞれＩ_Ｆ＝１mA、Ｉ_Ｆ＝10mAの
励起電流を流し、光出力ｘを測定した。第１表はＩ_Ｆ＝
１mAの場合の光出力ｘの平均値、標準偏差σ、ｘの最小
値(min)、ｘの最大値(max)を示している。

第２表はＩ_Ｆ＝10mAの場合の光出力ｘの平均値、標準
偏差σ、ｘの最小値(min)、ｘの最大値maxの測定結果を
示している。

これらの測定結果から、正常部に比べて突起部の劣化率
は、約10％大きいという事ができる。

(キ)効果 液相エピタキシーを行なう場合、カーボン皿表面の突起
が、エピタキシヤル成長に有意の悪影響をもつ、という
事が実験的に証明された。このような発見に基づいて、
本発明者は、カーボン皿の突起、切り屑などを予め除去
する事が望ましいと考えた。

本発明に於ては、治具やエアーガンにより、カーボン皿
の突起を除去するので、液相エピタキシヤルに於て、溶
液中の温度勾配は均一になり、pn接合部も一様に形成さ
れる。このため、発光出力が一様となつて、また劣化も
遅い。

【図面の簡単な説明】

第１図はカーボン皿の突起物を治具によつて除去する操
作を示す断面図。(a)は除去前、(b)は除去後である。 第２図はエピタキシヤルウエハ(GaAs)の平面図。 第３図は同じものの断面図。 第４図は突起部を含む直線に沿う光出力の測定結果を示
すグラフ。 １……ウエハ ２……突起部 ３……石英治具 ４……カーボン皿 ５……突起物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カーボン皿に化合物半導体ウエハを入れ、
   エピタキシヤル成長させるべき材料よりなる溶質とこれ
   を溶かす溶媒とを入れて加熱し、徐々に降温してウエハ
   の上にエピタキシヤル成長層を形成する液相エピタキシ
   ヤル成長法を行なう前に、カーボン皿の底面の突起物を
   除去し底面を平坦にしておくことを特徴とする液相エピ
   タキシヤルにおけるカーボン皿の平坦性の改良方法。