JP2005123417A - Liquid phase epitaxial growing method - Google Patents
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Abstract
Description
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方法、特にエピタキシャル成長させる膜厚の均一化を図る技術に関するものである。 The present invention relates to a liquid phase epitaxial growth method using a slide boat method, and more particularly to a technique for achieving a uniform film thickness for epitaxial growth.
図2にGaAs薄膜を液相エピタキシャル成長させる従来のスライドボートの概略図を示す。グラファイトで作られたスライドボートは、成長用溶液6を入れる溶液溜1をスライド方向に複数個形成した溶液ホルダ10と、GaAs基板2を載置する基板載置部7を表面の一部を掘り込んで形成した基板ホルダ3とから構成される。これら溶液ホルダ10と基板ホルダ3とは、操作棒4を操作することにより、相互に水平方向に移動させることができるようになっている。
FIG. 2 is a schematic view of a conventional slide boat for growing a GaAs thin film by liquid phase epitaxial growth. A slide boat made of graphite digs a part of the surface of a
このスライドボートを炉に入れて昇温し、溶液溜1に入ったGa融液をGaAsで飽和させて成長用溶液を作った後、冷却して成長用溶液6を過冷却状態にする。その後、徐冷しながら溶液溜1をGaAs基板2上に移動させ、成長用溶液6をGaAs基板2と接触させる。これによりGaAs基板2上にGaAsエピタキシャル層が成長する。所定の厚さの薄膜が成長した後、再び溶液溜1をGaAs基板2の上から移動させ、成長を停止させる。
The slide boat is placed in a furnace and heated to saturate the Ga melt contained in the
上記方法で成長したエピタキシャルウェハのエピタキシャル層の膜厚は、炉およびスライドボートの形状にもよるが、一般的に、周辺が厚く、中央が薄くなりやすい。これは、冷却そのものが、スライドボートの外側から輻射と伝熱により行われるためであり、冷却過程で基板載置部面内の温度が不均一になるためである。 The film thickness of the epitaxial layer of the epitaxial wafer grown by the above method generally depends on the shape of the furnace and the slide boat, but generally the periphery is thick and the center tends to be thin. This is because the cooling itself is performed by radiation and heat transfer from the outside of the slide boat, and the temperature in the surface of the substrate mounting portion becomes non-uniform during the cooling process.
そこで、従来、基板を載置する基板載置部にパイロリティック・グラファイト板を用いて、ここの熱伝導度を基板ホルダの熱伝導度よりも高くすることにより、基板面内の温度を均一に冷却させて、基板上に形成されるエピタキシャル層の膜厚が周辺と中央で差が生じないようにすることが知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記の液相エピタキシャル成長法に用いられるグラファイト治具の構造では、複数個の溶液溜1が溶液ホルダ10のスライド方向に離間して配設され、その各溶液溜1に、これと同じ大きさで設けられた基板載置部7がスライドして対向するように構成されている。従って、各原料溶液溜1に基板載置部7が対向したとき、基板2の周囲の熱環境が均一でない。すなわち、基板中心部では溶液溜1と対接して同温度となるが、基板外周部は、溶液溜1の外周部(溶液ホルダ10)と接近し、その温度の影響を受ける。
However, in the structure of the graphite jig used in the above liquid phase epitaxial growth method, a plurality of
このため、成長基板中心部と成長基板外周部での温度が不均一となり、成長基板中心部と成長基板外周部での温度の均一性が悪い。その結果、成長したLED用エピタキシャルウェハの面内での厚さのバラツキが大きい。つまり厚さの均一性が悪く、生産歩留りが悪い。 For this reason, the temperature at the growth substrate center and the growth substrate outer periphery becomes non-uniform, and the temperature uniformity at the growth substrate center and the growth substrate outer periphery is poor. As a result, the thickness variation in the plane of the grown LED epitaxial wafer is large. That is, the thickness uniformity is poor and the production yield is poor.
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、液相エピタキシャル成長中のグラファイト治具内の、成長基板の中心部と外周部での温度の更なる均一化を図ることにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and to further uniform the temperature at the center portion and the outer peripheral portion of the growth substrate in the graphite jig during liquid phase epitaxial growth.
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
請求項1の発明に係る液相エピタキシャル成長方法は、基板ホルダと溶液ホルダとを備えたスライドボートの上記溶液ホルダの溶液溜に成長用溶液を収容し、上記基板ホルダの基板載置部に基板を載置し、成長用溶液を基板と接触させることにより基板上にエピタキシャル層を成長させるに際し、上記溶液ホルダの溶液溜のスライド方向両側に、成長用溶液と同等の熱伝導度である溶液で形成された溶液熱バッファ部を設けて基板周辺の熱環境を均一にすることにより、上記基板上に成長されるエピタキシャル層の基板面内での厚さを均一化させることを特徴とする。 In the liquid phase epitaxial growth method according to the first aspect of the present invention, a growth solution is stored in a solution reservoir of the solution holder of a slide boat provided with a substrate holder and a solution holder, and the substrate is placed on the substrate mounting portion of the substrate holder. When the epitaxial layer is grown on the substrate by placing it and bringing the growth solution into contact with the substrate, it is formed with a solution having a thermal conductivity equivalent to that of the growth solution on both sides of the solution reservoir in the slide direction of the solution holder. The thickness of the epitaxial layer grown on the substrate in the substrate surface is made uniform by providing the solution heat buffer portion and making the thermal environment around the substrate uniform.
請求項2の発明に係る液相エピタキシャル成長方法は、基板ホルダと溶液ホルダとを備えたスライドボートの上記溶液ホルダの複数の溶液溜に成長用溶液を収容し、上記基板ホルダの基板載置部に基板を載置し、成長用溶液を基板と接触させることにより基板上にエピタキシャル層を成長させるに際し、上記溶液ホルダの各溶液溜のスライド方向両側に、成長用溶液と同等の熱伝導度である溶液で形成された溶液熱バッファ部を設けて基板周辺の熱環境を均一にすることにより、上記基板上に成長されるエピタキシャル層の基板面内での厚さを均一化させることを特徴とする。 In the liquid phase epitaxial growth method according to the second aspect of the present invention, a growth solution is accommodated in a plurality of solution reservoirs of the solution holder of a slide boat provided with a substrate holder and a solution holder, and the substrate mounting portion of the substrate holder is provided with the growth solution. When the epitaxial layer is grown on the substrate by placing the substrate and bringing the growth solution into contact with the substrate, the thermal conductivity is equivalent to that of the growth solution on both sides in the sliding direction of each solution reservoir of the solution holder. A thickness of the epitaxial layer grown on the substrate is made uniform in the substrate surface by providing a solution thermal buffer formed of a solution to make the thermal environment around the substrate uniform. .
請求項3の発明は、請求項1又は2記載の液相エピタキシャル成長方法において、上記基板ホルダと溶液ホルダにグラファイト治具を用い、その溶液ホルダの溶液溜の両側にGa溶液で形成されたGa溶液熱バッファ部を設けたことを特徴とする。
The invention according to
本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。 According to the present invention, the following excellent effects can be obtained.
請求項1の発明によれば、溶液ホルダの溶液溜のスライド方向両側に、成長用溶液と同等の熱伝導度である溶液(半導体溶液等)で形成された溶液熱バッファ部を設けているので、エピタキシャル成長時の基板周辺の熱環境が均一になり、基板上に形成されるエピタキシャル層の膜厚が周辺と中央で差が生じないようになる。 According to the first aspect of the present invention, the solution heat buffer section formed of a solution (semiconductor solution or the like) having the same thermal conductivity as the growth solution is provided on both sides of the solution holder in the solution reservoir in the sliding direction. The thermal environment around the substrate during epitaxial growth becomes uniform, and the film thickness of the epitaxial layer formed on the substrate does not differ between the periphery and the center.
請求項2の発明によれば、溶液ホルダの各溶液溜のスライド方向両側又は溶液溜と溶液溜の間に、成長用溶液と同等の熱伝導度である溶液(半導体溶液等)で形成された溶液熱バッファ部を設けているので、エピタキシャル成長時の基板周辺の熱環境が均一になり、基板上に形成されるエピタキシャル層の膜厚が周辺と中央で差が生じないようになる。 According to the second aspect of the present invention, the solution holder is formed of a solution (semiconductor solution or the like) having a thermal conductivity equivalent to that of the growth solution, on both sides in the sliding direction of each solution reservoir or between the solution reservoir and the solution reservoir. Since the solution heat buffer section is provided, the thermal environment around the substrate during epitaxial growth becomes uniform, and the film thickness of the epitaxial layer formed on the substrate does not differ between the periphery and the center.
請求項3の発明によれば、基板ホルダと溶液ホルダにグラファイト治具を用い、その溶液ホルダの溶液溜の両側にGa溶液で形成されたGa溶液熱バッファ部を設けているので、GaAs基板を取り扱った場合に、成長用溶液と同等の熱伝導度であるGa溶液で形成されたGa溶液熱バッファ部が溶液溜の両側に存在することになり、基板の周囲熱環境を容易に均一にすることができることから、GaAs基板上に面内膜厚の均一なGaAlAsエピタキシャル層を成長させることができる。
According to the invention of
<発明の要点>
本発明では、液相エピタキシャル成長において図1(a)(b)に示すように、グラファイト治具の溶液溜の左右に、成長用溶液と同等の熱伝導度である半導体溶液等の溶液で形成された溶液熱バッファ部、例えばGa溶液で形成されたGa熱バッファ部を設け、溶液溜とその周辺の熱容量の均一性を図る。これにより、成長基板中心部と成長基板外周部での温度の均一性を図り、LED用エピタキシャルウェハの面内での厚さの均一なLED用エピタキシャル層、例えばLED用の活性層とクラッド層を順次成長させる。
<Key points of the invention>
In the present invention, in the liquid phase epitaxial growth, as shown in FIGS. 1A and 1B, the left and right sides of the solution reservoir of the graphite jig are formed of a solution such as a semiconductor solution having a thermal conductivity equivalent to that of the growth solution. A solution heat buffer portion, for example, a Ga heat buffer portion formed of a Ga solution, is provided to achieve uniformity in the heat capacity of the solution reservoir and its surroundings. As a result, the uniformity of the temperature at the center of the growth substrate and the outer periphery of the growth substrate is achieved, and the LED epitaxial layer having a uniform thickness in the plane of the LED epitaxial wafer, for example, the active layer and the cladding layer for the LED are formed. Grow sequentially.
本発明に従い、Ga溶液で形成されたGa熱バッファ部を設けたスライドボートを用いて液相エピタキシャル成長を行うことにより、LED用エピタキシャルウェハ面内膜厚の差(Max−Min)を従来グラファイト治具を用いた時と比較して、約1/15とすることができる。 In accordance with the present invention, by performing liquid phase epitaxial growth using a slide boat provided with a Ga thermal buffer formed of a Ga solution, the difference in film thickness (Max-Min) in the epitaxial wafer for LEDs can be reduced with a conventional graphite jig. As compared with the case of using, it can be about 1/15.
以下に本発明の実施の形態を図1を用いて説明する。グラファイトで作られた横型スライドボートは、成長用溶液6を入れる溶液溜1をスライド方向に複数個形成した溶液ホルダ10と、GaAs基板2を載置する基板載置部7を形成した基板ホルダ(グラファイトスライダ)3とから構成され、これら溶液ホルダ10と基板ホルダ3とは、相互に水平方向に移動させることができるようになっていることは、従来の図2のスライドボートと略同様である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A horizontal slide boat made of graphite includes a
しかし、図2の場合と異なり、本実施の形態では、上記スライド方向に複数個の溶液溜1が形成された溶液ホルダ10において、各溶液溜1のスライド方向両側に、成長用溶液と同等の熱伝導度である半導体溶液で形成されたGa溶液熱バッファ部5が設けてあり、これにより基板周辺の熱環境を均一にして、上記基板上に成長されるエピタキシャル層の基板面内での厚さを均一化させる構成となっている。この実施形態の場合、Ga溶液熱バッファ部5は、溶液溜1と溶液溜1の間隔を埋めるような大きさで設けられている。
However, unlike the case of FIG. 2, in the present embodiment, in the
液相エピタキシャル成長方法は、スライドボートの上記溶液ホルダ10の複数の溶液溜1に成長用溶液6を収容し、上記基板ホルダ3の基板載置部7にGaAs基板2を載置し、基板ホルダ3と溶液ホルダ10とを冷却して、成長用溶液6を基板2と接触させることにより、GaAs基板上にGaAlAsエピタキシャル層を成長させる。その際、成長用溶液6に接触する基板2を中心に見て、当該溶液溜1の両側にGa溶液熱バッファ部5が設けられ、基板の周囲熱環境が均一化されているので、基板2には膜厚の均一なエピタキシャル層が成長される。
In the liquid phase epitaxial growth method, the
成長治具として、図1に示す、上記溶液溜1の左右にGa溶液で形成されたGa溶液熱バッファ部を設けたグラファイト治具(スライドボート)を用いた。
As a growth jig, a graphite jig (slide boat) provided with a Ga solution heat buffer portion formed of a Ga solution on the left and right sides of the
P型GaAs基板2とエピタキシャル層の原料であるGa、GaAs、Al、Zn、Teを成長冶具にセットし、液相エピタキシャル成長装置内の所定の位置に設置した。水素気雰囲気で上記成長装置を900℃に加熱して、3時間保持後700℃まで1℃/minの割合で降温させた。降温中に上記基板2を順次成長用溶液6に接触させ、LED用のP型GaAlAsクラッド層、P型GaAlAs活性層、N型GaAlAsクラッド層を順次液相エピタキシャル成長させた。そのときのP型GaAs基板2上に成長したLED用エピタキシャルウェハの面内の膜厚を測定した。
Ga, GaAs, Al, Zn, and Te, which are raw materials for the P-
また、比較例として図2に示す、通常使用されている溶液溜の左右にGa溶液で形成されたGa溶液熱バッファ部を設けていないグラファイト治具(スライドボート)を用いて、上記と同様の条件を用いて、LED用エピタキシャルウェハを作製し、LED用エピタキシャルウェハの面内の膜厚を測定した。 In addition, using a graphite jig (slide boat) that is not provided with a Ga solution thermal buffer formed of Ga solution on the left and right of a commonly used solution reservoir shown in FIG. The epitaxial wafer for LED was produced using conditions, and the film thickness in the surface of the epitaxial wafer for LED was measured.
表1に、上記測定結果を示す。なおLED用エピタキシャルウェハ面内の図3に示す5箇所(四隅と中央)で膜厚の測定を行った。すなわち、一辺が40mmの基板において、各辺から5mm内側の四隅I、II、IV、Vと、各辺から20mm内側の中央部III、という各ポジションの膜厚を測定した。
1 溶液溜
2 基板
3 基板ホルダ
4 操作棒
5 Ga溶液熱バッファ部
6 成長用溶液
7 基板載置部
10 溶液ホルダ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記溶液ホルダの溶液溜のスライド方向両側に、成長用溶液と同等の熱伝導度である溶液で形成された溶液熱バッファ部を設けて基板周辺の熱環境を均一にすることにより、上記基板上に成長されるエピタキシャル層の基板面内での厚さを均一化させることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。 A growth solution is accommodated in a solution reservoir of the solution holder of a slide boat having a substrate holder and a solution holder, the substrate is placed on the substrate placement portion of the substrate holder, and the growth solution is brought into contact with the substrate. When growing an epitaxial layer on the substrate by
By providing a solution heat buffer part formed of a solution having a thermal conductivity equivalent to that of the growth solution on both sides of the solution holder in the slide direction of the solution holder, and making the thermal environment around the substrate uniform, A liquid phase epitaxial growth method characterized in that the thickness of the epitaxial layer grown on the substrate is made uniform in the substrate plane.
上記溶液ホルダの各溶液溜のスライド方向両側に、成長用溶液と同等の熱伝導度である溶液で形成された溶液熱バッファ部を設けて基板周辺の熱環境を均一にすることにより、上記基板上に成長されるエピタキシャル層の基板面内での厚さを均一化させることを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。 A growth solution is stored in a plurality of solution reservoirs of the solution holder of a slide boat including a substrate holder and a solution holder, the substrate is placed on the substrate placement portion of the substrate holder, and the growth solution is brought into contact with the substrate. When growing an epitaxial layer on the substrate by
By providing a solution heat buffer section formed of a solution having a thermal conductivity equivalent to that of the growth solution on both sides in the slide direction of each solution reservoir of the solution holder to make the thermal environment around the substrate uniform, A liquid phase epitaxial growth method characterized in that the thickness of an epitaxial layer grown on the substrate is made uniform in the substrate plane.
上記基板ホルダと溶液ホルダにグラファイト治具を用い、その溶液ホルダの溶液溜の両側にGa溶液で形成されたGa溶液熱バッファ部を設けたことを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。 In the liquid phase epitaxial growth method according to claim 1 or 2,
A liquid phase epitaxial growth method, wherein a graphite jig is used for the substrate holder and the solution holder, and a Ga solution thermal buffer portion formed of a Ga solution is provided on both sides of a solution reservoir of the solution holder.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003357247A JP2005123417A (en) | 2003-10-17 | 2003-10-17 | Liquid phase epitaxial growing method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114473746A (en) * | 2020-10-26 | 2022-05-13 | 昆明物理研究所 | Automatic device for grinding graphite boat for mercury cadmium telluride liquid phase epitaxy |
-
2003
- 2003-10-17 JP JP2003357247A patent/JP2005123417A/en active Pending
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CN114473746A (en) * | 2020-10-26 | 2022-05-13 | 昆明物理研究所 | Automatic device for grinding graphite boat for mercury cadmium telluride liquid phase epitaxy |
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