JPH0772117B2 - 液相エピタキシャル成長方法及び装置 - Google Patents

液相エピタキシャル成長方法及び装置

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JPH0772117B2
JPH0772117B2 JP62273999A JP27399987A JPH0772117B2 JP H0772117 B2 JPH0772117 B2 JP H0772117B2 JP 62273999 A JP62273999 A JP 62273999A JP 27399987 A JP27399987 A JP 27399987A JP H0772117 B2 JPH0772117 B2 JP H0772117B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高出力発光ダイオードの製造に適したひ化ガ
リウム、ひ化ガリウムアルミニウム等の混晶エピタキシ
ャル・ウエハーの成長における液相エピタキシャル成長
方法及び装置に関する。
〔従来の技術〕
GaAlAsを用いた高出力発光ダイオードにおいてはその結
晶成長に於いて、基板としてGaAsが用いられる。ここ
で、従来の液相エピタキシャル成長方法について、GaAs
成長を例にとって説明する。
第5図はスライドボート法による従来の液相エピタキシ
ャル成長装置を示す図で、1は原料溶液溜め、2はカバ
ー、3はスライダー、4はGaAs基板、5は熱電対であ
る。
ボートはスライダーが図のx方向にスライドするように
なっており、ボートの上側にはGa溶液を入れる溶液溜め
1が設けられ、溶液溜めには底がなく、溶液はスライダ
ーの表面に接している。スライダーには、基板のCaAsウ
エハを入れるくぼみが設けられている。溶液溜め1は、
成長させる半導体結晶薄膜の種類だけ作って多層構造を
連続して成長させることができるようになっている。
このような構成において、スライダー3を図のx方向に
スライドさせることにより、GaAsを含むGa溶液をGaAs基
板4上に置いて溶液を冷却すると、基板上にはGaAsが析
出されて成長する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、LEDの作業においては、基板をラッピング等
で削り、全厚を200〜250μmに調整しているが、第5図
に示したような従来の除冷法による液相エピタキシャル
成長法つまり、成長溶液に対し基板を下部に置く方法で
は、P/N接合を形成するエピタキシャル層が50〜100μm
程度と薄く、そのため、全厚を200〜250μmに調整しよ
うとすると、GaAs基板を残存させなければならない。し
かしながら、GaAsの禁制帯幅はGaAlAsのそれより小さい
ため、GaAlAs層から発光された光は残存したGaAs基板層
で吸収され、外部発光効率が下がってしまっていた。
外部発光効率の低下を防止するために、GaAs基板をラッ
ピングで完全に除去すると、従来技術ではエピタキシャ
ル層の全厚が50〜100μmと薄いため機械的強度が不足
し、チップ化工程の歩留りが非常に低下してしまってい
た。また、複数回のエピタキシャル成長を行うことによ
り200μm前後のエピタキシャル層厚を達成できるが、
成長に要する時間が長くなり生産性に劣る。また、2回
目以降のエピタキシャル成長時にエピ界面の接合不良が
起こり易く、歩留まりが大幅に低下する。
本発明は上記問題点を解決するためのもので、通常の1
回の徐冷法により十分な膜厚のエピタキシャル層が得ら
れ、GaAs基板を残す必要がなく、外部発光効率の低下を
防止することができる液相エピタキシャル成長方法及び
装置を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、スライドボート法による液相エピタキシャル
成長法において、溶液槽を上下に2分してスライドし、
溶液槽に位置したとき上側溶液槽から下側溶液槽へ成長
溶液を注入するためのスリットを形成したスライド板の
下面側で、前記スリット位置よりスライド方向手前側に
基板収容部を形成して基板を保持し、前記スライド板を
スライドさせて基板が前記溶液槽直前に達したときにス
リットが溶液槽に位置して上側溶液槽から下側溶液槽へ
成長溶液を注入し、成長溶液に対して基板の位置を上側
にして徐冷法によりエピタキシャル成長させることを特
徴とする。
また本発明は、1またはそれ以上の溶液槽と、各溶液槽
を上下に2分してスライドし、溶液槽に位置したとき上
側溶液槽から下側溶液槽へ成長溶液を注入するためのス
リットが形成されるとともに、前記スリット位置よりス
ライド方向手前側で下面側に基板収容部を有するスライ
ド板とからなり、前記基板収容部に基板を保持して各溶
液槽中を順次スライドさせるようにしたことを特徴とす
る。
〔作用〕
本発明では、成長溶液に対して基板の位置を上側に配置
し、溶液の濃度差に伴う比重差により発生する対流を利
用して、徐冷法により成長速度を従来法に比較し2倍以
上にすることが可能となる。その結果、短時間に、エピ
タキシャル層の全厚を200μm以上にすることが可能と
なり、GaAs基板を除去しても、チップ化工程において、
十分機械的強度を有し耐え得るものである。
〔実施例〕
以下、実施例を図面に基づき説明する。
第1図はスライドボートを用いた本発明による液相エピ
タキシャル成長プロセスを説明するための図、第2図は
成長の様子を説明するための図、第3図は基板上の成長
層を示す図であり、図中、10はスライド板、11は基板収
容部、12は基板、13はスリット、14は重し兼用蓋、15は
溝、16、17は溶液層である。本例では溶液槽は2ヶ所で
あるがエピタキシャル層の数に応じて増減できることは
言うまでもない。
スライド板10は、各溶液槽16、17を貫通してスライド
し、それらを上下に2分している。各溶液槽のスライド
板より上側には加温された成長溶液が入れられており、
重し兼用の蓋14がそれぞれ設けられている。スライド板
10には基板収容部11が設けられて基板12が保持され、ま
たスリット13が設けられて、スリット13が位置した溶液
槽では成長溶液が上側溶液槽から下側溶液槽へ落下注入
されるようになっている。
このような構成において、第1図(イ)では、スリット
13が溶液槽16に位置してP-GaAlAs層成長用溶液が下側溶
液槽に注入される。そしてスライド板10を図の右方へス
ライドした第1図(ロ)では、基板12が注入されたP-Ga
AlAs層成長用溶液の上側に位置し、またスリット13は溶
液槽17に位置してN-GaAlAs層成長用メルトが注入され
る。この状態で徐冷することによりP-GaAlAs層成長用溶
液より溶質が析出してP-GaAlAs層が基板上に成長する。
次に、スライド板10を右方へスライドすると、(第1図
(ハ))基板は、N-GaAlAs層成長用溶液が注入された溶
液層17に位置することになり、同様にしてN-GaAlAs層が
成長形成されて全工程が終了する。
本実施例においては、基板としてZnをドープしたP型Ga
As基板を用い、表面の面方位は(100)面とした。
第3図に示す層1の成長用として、Ga100g中にアンドー
プGaAs多結晶6g、A12.5g、及びZn0.1gを溶解した。第3
図に示す層2の成長用としてGa100g中にアンドープGaAs
多結晶1.9g、Al=0.35g、及びTe=0.001gを溶解した。
これらの溶液を第1図のスライドボートの溶液槽に収容
し又、基板を第1図のボートの基板収容部に収容した。
ボートの温度を900℃に加熱した後、上記各層成長用溶
液を順次接触させた後、760℃まで冷却し、溶液と溶質
の比重差を利用して第2図に示すように溶液から溶質を
析出させて液相エピタキシャル成長を行った。
得られたエピタキシャル層の厚みは下記の通りであっ
た。
層1:170μm 層2: 50μm さらに、GaAs基板を研磨、エッチングで除去し全厚を20
0μmにしLEDチップを作製した。
チップは一辺0.3mmの正方形状でエポキシコートなし電
流密度8A/cm2の条件で輝度は21mcd、ピーク波長は657n
m、LEDの歩留は97%であった。
〔比較例〕
スライドボートを第5図のような従来のボートに替え、
全く同様にしてエピタキシャルウエハーを製造した。
厚みは以下の通りであった。
層1:70μm 層2:20μm 実施例と同様にして、全厚を200μmに調整し、基板付
で、LEDを作製した。輝度は6.0mcd、ピーク波長は662nm
で、LED歩留は95%であった。
一方基板を完全に除去し、全厚を80μmにしてLEDを作
製したところ輝度は15.0mcdと上昇し、ピーク波長は662
nmであったが、LED歩留は割れの大量発生で15%と低か
った。
第4図はスライド板の構造を示す図で、同図(イ)は断
面図、同図(ロ)は平面図である。
スライド板10の基板収容部11は、第4図(ロ)に示すよ
うにウエハ形状に合わせて形成し、またスリット13は、
スライド方向に直交して3本形成しているが、これに限
定する必要がないことは勿論である。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、以下のような顕著な効果
があるので産業上の利用価値は極めて大きい。
通常の徐冷法により、比較的短時間に膜厚の大きい
エピタキシャルウエハを得ることが可能となる。
製造したエピタキシャルウエハは、基板を除去して
も、チップ化工程における機械的強度に十分耐え得る。
基板除去したウエハより作製したLEDは、基板付の
ウエハより作製したLEDに比較し出力が極めて大であ
る。
また、エピタキシャル成長開始直前に上側溶液槽か
ら下側溶液槽へ成長溶液が落下注入されるためエピ成長
時に溶液が十分攪拌され、溶液の濃度分布がより均一と
なるため安定した成長を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はスライドボートを用いた本発明による液相エピ
タキシャル成長プロセスを説明するための図、第2図は
成長の様子を説明するための図、第3図は基板上の成長
層を示す図、第4図はスライド板の構造を示す図、第5
図はスライドボート法による従来の液相エピタキシャル
成長装置を示す図である。 10……スライド板、11……基板収容部、12……基板、13
……スリット、14……重し兼用蓋、15……溝、16、17…
…溶液槽。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スライドボート法による液相エピタキシャ
    ル成長法において、溶液槽を上下に2分してスライド
    し、溶液槽に位置したとき上側溶液槽から下側溶液槽へ
    成長溶液を注入するためのスリットを形成したスライド
    板の下面側で、前記スリット位置よりスライド方向手前
    側に基板収容部を形成して基板を保持し、前記スライド
    板をスライドさせて基板が前記溶液槽直前に達したとき
    にスリットが溶液槽に位置して上側溶液槽から下側溶液
    槽へ成長溶液を注入し、成長溶液に対して基板の位置を
    上側にして徐冷法によりエピタキシャル成長させること
    を特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
  2. 【請求項2】1またはそれ以上の溶液槽と、各溶液槽を
    上下に2分してスライドし、溶液槽に位置したとき上側
    溶液槽から下側溶液槽へ成長溶液を注入するためのスリ
    ットが形成されるとともに、前記スリット位置よりスラ
    イド方向手前側で下面側に基板収容部を有するスライド
    板とからなり、前記基板収容部に基板を保持して各溶液
    槽中を順次スライドさせるようにしたことを特徴とする
    液相エピタキシャル成長装置。
  3. 【請求項3】各溶液槽間には、スライド板または基板に
    付着した不要な溶液を除去し、収容する溝が設けられて
    いる特許請求の範囲第2項記載の液相エピタキシャル成
    長装置。
  4. 【請求項4】基板収容部は、スライド方向と直交方向に
    2列以上設けられている特許請求の範囲第2項記載の液
    相エピタキシャル成長装置。
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