JP2006315908A - Apparatus for liquid phase growth - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for liquid phase growth equipped with a mechanism stirring a raw material solution in a cooling process, by which the temperature of the raw material solution is homogenized and the difference of the film thickness of the epitaxial layer grown on a substrate, even on a substrate with a large area, between its periphery and center is minimized. <P>SOLUTION: In an apparatus for liquid phase growth for growing a semiconductor epitaxial layer on a substrate 5 by bringing the substrate 5 into contact with a raw material solution 6 or 7 while cooling from a specified temperature, where a slider 2 having a substrate holder 1 and a holder 11 for raw material solution holders 3 which form the raw material solution pool are faced to be slidable each other, a stirring mechanism 10 having blades 9 in the raw material solution pool for stirring the raw material solutions 6, 7 in the cooling process after bringing the raw material solutions into contact with the substrate 5 is installed in the raw material solution holders 3. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、エピタキシャル層の膜厚の面内均一性に優れたスライドボート法による液相成長装置に関するものである。   The present invention relates to a liquid phase growth apparatus by a slide boat method excellent in in-plane uniformity of the film thickness of an epitaxial layer.

近年、AlGaAsを用いた赤色発光ダイオードの輝度が向上し、ディスプレイパネルや自動車用ハイマウントストップランプとして用いられるようになってきた。   In recent years, the brightness of red light emitting diodes using AlGaAs has been improved, and it has come to be used as a display panel or a high-mount stop lamp for automobiles.

これらの用途に用いるためには白昼でも認識できる程度に輝度が高いことが要求される。この要求に応えるために、構造面では、シングルヘテロ構造(SH構造)、ダブルヘテロ構造(DH構造)、裏面反射型DH構造などの発光ダイオード(LED)が開発されてきた。   In order to be used for these applications, it is required that the luminance is high enough to be recognized even in daylight. In order to meet this demand, light emitting diodes (LEDs) such as a single hetero structure (SH structure), a double hetero structure (DH structure), and a back-reflection type DH structure have been developed in terms of structure.

LEDは、pn界面近傍で発光し、上述したように高出力LEDのpn界面はヘテロ接合で構成されている。しかし、SH構造やDH構造ではGaAs基板側に発光した光の大部分はGaAs基板に吸収されてしまう。一方、裏面反射型DH構造では、発光した光を透過するように発光波長を十分透過、反射するようにして高出力化を実現している。これらのLED用エピタキシャルウェハは、(1)結晶性の優れたエピタキシャル層が得られる、(2)数十μmの厚いエピタキシャル層を容易に得ることができることから、液相エピタキシャル法で製造されることが多い。   The LED emits light in the vicinity of the pn interface, and as described above, the pn interface of the high-power LED is formed of a heterojunction. However, in the SH structure and DH structure, most of the light emitted to the GaAs substrate side is absorbed by the GaAs substrate. On the other hand, in the backside reflection type DH structure, high output is realized by sufficiently transmitting and reflecting the emission wavelength so as to transmit the emitted light. These epitaxial wafers for LEDs are manufactured by a liquid phase epitaxial method because (1) an epitaxial layer with excellent crystallinity can be obtained, and (2) a thick epitaxial layer of several tens of μm can be easily obtained. There are many.

また、成長条件の面からは成長温度や成長速度などについて高出力化の検討が行われている。   Further, from the viewpoint of growth conditions, studies are being made to increase the output of growth temperature, growth rate, and the like.

さらに、高出力化と共に重要な特性は、各エピタキシャル層の膜厚の面内均一性である。各エピタキシャル層の膜厚にばらつきがあると、面内の結晶性・電気特性等にばらつきができて、特性の面内不均一を引き起こし、デバイス製造工程での素子の歩留が低下するからである。   Furthermore, an important characteristic with increasing output is in-plane uniformity of the film thickness of each epitaxial layer. If the thickness of each epitaxial layer varies, in-plane crystallinity, electrical characteristics, etc. can vary, resulting in in-plane characteristics non-uniformity and a reduction in device yield in the device manufacturing process. is there.

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から成る液相成長装置の概略図を示す。グラファイトで作られたスライドボートは、原料溶液6を入れる原料溶液溜を形成する原料溶液ホルダ3を摺動方向に2以上(図2では代表的に1個のみ示す)有する原料溶液ホルダ保持体11と、表面の一部を掘り込んでGaAs基板5を載置する基板ホルダ1を形成したスライダー2とから構成される。   FIG. 2 shows a schematic view of a liquid phase growth apparatus comprising a conventional slide boat for growing a GaAs thin film by liquid phase epitaxial growth. A slide boat made of graphite has a raw material solution holder holding body 11 having two or more raw material solution holders 3 forming a raw material solution reservoir for containing the raw material solution 6 in the sliding direction (only one is shown in FIG. 2 representatively). And a slider 2 having a substrate holder 1 on which a GaAs substrate 5 is placed by digging a part of the surface.

これら原料溶液ホルダ3と基板ホルダ1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。このスライドボートを炉に入れて昇温し、原料溶液ホルダ3に入ったGa融液をGaAsで飽和させて原料溶液を作成した後、冷却して原料溶液を過冷却状態にする。その後、徐冷しながらGaAs基板5上に原料溶液6の入った原料溶液ホルダ3が来るようにスライダー2を移動させ、原料溶液をGaAs基板5と接触させる。これによりGaAs基板5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、スライダー2を移動させることにより原料溶液6の入った原料溶液ホルダ3をGaAs基板5の上から移動させ、成長を停止させる。   The raw material solution holder 3 and the substrate holder 1 can be moved in the horizontal direction. The slide boat is put into a furnace and heated to saturate the Ga melt contained in the raw material solution holder 3 with GaAs to prepare a raw material solution, and then cooled to bring the raw material solution into a supercooled state. Thereafter, the slider 2 is moved so that the raw material solution holder 3 containing the raw material solution 6 comes onto the GaAs substrate 5 while gradually cooling, and the raw material solution is brought into contact with the GaAs substrate 5. As a result, a GaAs epitaxial layer grows on the GaAs substrate 5. After the thin film having a predetermined thickness is grown, the raw material solution holder 3 containing the raw material solution 6 is moved from above the GaAs substrate 5 by moving the slider 2 to stop the growth.

従来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構造にもよるが、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GaAs基板5上の外周部と中心部で温度差が生じるためである。   Although the film thickness of the epitaxial layer of the epitaxial wafer grown by the conventional method depends on the structure of the furnace and the slide boat, 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 a temperature difference occurs between the outer peripheral portion and the central portion on the GaAs substrate 5 in the cooling process.

そこで、スライダー2の材質の熱伝導度よりも基板ホルダ1の材質の熱伝導度を高くすることで、GaAs基板5上の面内の温度の不均一を改善することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, it has been proposed to improve the in-plane temperature non-uniformity on the GaAs substrate 5 by making the thermal conductivity of the material of the substrate holder 1 higher than the thermal conductivity of the material of the slider 2 (for example, , See Patent Document 1).

なお、スライド方向が水平面内において直線方向ではなく回転方向である点で上記したスライドボートとは構造が異なるが、原料溶液を強制的に撹拌することによって原料溶液の濃度を迅速に均質化する機構を備えたものとして、エピタキシャル成長を行う直前まで原料溶液を撹拌しておく縦型ディップ法の液相成長装置が知られている(特許文献2、3参照)。
特開平9−221388号公報 特開平3−2585894号公報 特開平7−69784号公報
Although the structure is different from the above slide boat in that the sliding direction is not a linear direction but a rotating direction in a horizontal plane, a mechanism for quickly homogenizing the concentration of the raw material solution by forcibly stirring the raw material solution Is known, a vertical phase dipping method liquid phase growth apparatus in which a raw material solution is stirred until immediately before epitaxial growth is performed (see Patent Documents 2 and 3).
JP-A-9-221388 Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-258894 Japanese Patent Laid-Open No. 7-69784

しかしながら、近年、発光素子を製造するコストの低減のために基板の大面積化が進んでいる。そのため、基板が大面積化することで、冷却過程で基板上の外周部と中心部の温度差がより大きくなる。特許文献1の如く、スライダー2の材質の熱伝導度よりも基板ホルダ1の材質の熱伝導度を高くするだけでは、使用できる材質の熱伝導度にも限界があり、エピタキシャル層の膜厚を均一にすることが困難である。   However, in recent years, the area of a substrate has been increased in order to reduce the cost of manufacturing a light emitting element. Therefore, as the substrate becomes larger, the temperature difference between the outer peripheral portion and the central portion on the substrate becomes larger during the cooling process. As in Patent Document 1, just increasing the thermal conductivity of the material of the substrate holder 1 than the thermal conductivity of the material of the slider 2 limits the thermal conductivity of the material that can be used. It is difficult to make it uniform.

また特許文献2、3は、縦型ディップ法の液相成長装置においてエピタキシャル成長を行う直前まで原料溶液を撹拌しておく技術を開示したものであり、上記の冷却過程で基板上の外周部と中心部の温度差がより大きくなる問題については触れるところがない。   Patent Documents 2 and 3 disclose a technique in which a raw material solution is stirred until immediately before epitaxial growth is performed in a liquid phase growth apparatus of a vertical dip method. There is no mention of the problem that the temperature difference between the parts becomes larger.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、冷却過程において原料溶液を撹拌する機構を備えることによって原料溶液の温度を均質化し、これにより、大面積の基板上でも、その上に成長されるエピタキシャル層の膜厚が周辺と中央とで差が生じないようにした液相成長装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to homogenize the temperature of the raw material solution by providing a mechanism for stirring the raw material solution in the cooling process, so that the substrate can be grown on a large area substrate. It is an object of the present invention to provide a liquid phase growth apparatus in which the film thickness of an epitaxial layer is such that no difference occurs between the periphery and the center.

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の発明に係る液相成長装置は、基板ホルダを有するスライダーと、原料溶液溜を形成する原料溶液ホルダを有する原料溶液ホルダ保持体とを、互いに対向させて相対的に摺動可能とし、所定の温度から冷却しながら原料溶液に基板を接触させて基板上に半導体のエピタキシャル層を成長する液相成長装置において、上記原料溶液ホルダに、原料溶液を基板に接触させた後の冷却過程において原料溶液を撹拌する羽根を原料溶液溜中に有する撹拌機構を設けたことを特徴とする。   The liquid phase growth apparatus according to the invention of claim 1 is configured such that a slider having a substrate holder and a raw material solution holder holding body having a raw material solution holder for forming a raw material solution reservoir are slidable relative to each other. In the liquid phase growth apparatus for growing a semiconductor epitaxial layer on a substrate by bringing the substrate into contact with the raw material solution while cooling from a predetermined temperature, the cooling process after bringing the raw material solution into contact with the raw material solution holder And a stirring mechanism having a blade for stirring the raw material solution in the raw material solution reservoir.

ここで上記基板ホルダを有するスライダーと、原料溶液溜を形成する原料溶液ホルダとの相対的な摺動は、その摺動方向が、直線的である場合の他、共通中心軸線の周りに回転する回転方向である場合も含まれる。また原料溶液ホルダ保持体に形成される原料溶液ホルダは、多くの場合は摺動方向に2以上であるが、1個の原料溶液ホルダを有する形態も本発明に含まれる。   Here, relative sliding of the slider having the substrate holder and the raw material solution holder forming the raw material solution reservoir rotates around a common central axis, in addition to the case where the sliding direction is linear. The case of the direction of rotation is also included. Further, in many cases, the number of raw material solution holders formed on the raw material solution holder holding body is two or more in the sliding direction, but a form having one raw material solution holder is also included in the present invention.

この液相成長装置の代表的な形態は、上記スライダーと上記原料溶液ホルダ保持体とを互いに直線的に摺動可能とし、上記原料溶液ホルダ保持体に、原料溶液溜を形成する原料溶液ホルダを摺動方向に2以上設けたスライドボート法による液相成長装置の形態である。   A typical form of this liquid phase growth apparatus is that the slider and the raw material solution holder holder can be slid linearly with each other, and a raw material solution holder for forming a raw material solution reservoir is formed on the raw material solution holder holder. It is the form of the liquid phase growth apparatus by the slide boat method provided 2 or more in the sliding direction.

請求項2の発明は、請求項1記載の液相成長装置において、上記基板が最大外径50mm〜150mmの大面積の化合物半導体基板であることを特徴とする。このような大面積の化合物半導体基板においても、上でも形成されるエピタキシャル層の膜厚が周辺と中央とで差が生じなくなる、という点に特色がある。この場合、最大外径とは、基板が矩形の場合はその一辺の大きさを、基板が円形の場合にはその直径の大きさを指すものとする。   According to a second aspect of the present invention, in the liquid phase growth apparatus according to the first aspect, the substrate is a large-area compound semiconductor substrate having a maximum outer diameter of 50 mm to 150 mm. Even in such a large-area compound semiconductor substrate, there is a feature that there is no difference in the film thickness of the epitaxial layer formed on the periphery between the periphery and the center. In this case, the maximum outer diameter indicates the size of one side when the substrate is rectangular, and the size of the diameter when the substrate is circular.

<発明の要点>
本発明の代表的形態は、成長用基板を収容する基板ホルダを有するスライダーと、原料溶液溜を形成する原料溶液ホルダを摺動方向に2以上有する原料溶液ホルダ保持体とを、互いに対向させて相対的に直線的に摺動可能とし、所定の温度から冷却しながら原料溶液に基板を接触させて基板上に化合物半導体のエピタキシャル層を成長するスライドボート法による液相成長装置において、上記原料溶液ホルダに、原料溶液を基板に接触させた後の冷却過程において原料溶液を撹拌する羽根を原料溶液溜中に有する撹拌機構を設けた形態である。
<Key points of the invention>
In a typical embodiment of the present invention, a slider having a substrate holder that accommodates a growth substrate and a raw material solution holder holding body having two or more raw material solution holders forming a raw material solution reservoir in a sliding direction are opposed to each other. In the liquid phase growth apparatus according to the slide boat method in which the substrate is brought into contact with the raw material solution while being cooled from a predetermined temperature and the epitaxial layer of the compound semiconductor is grown on the substrate, the raw material solution is slidable relatively linearly. In this embodiment, the holder is provided with a stirring mechanism having blades in the raw material solution reservoir for stirring the raw material solution in the cooling process after bringing the raw material solution into contact with the substrate.

このような形態の液相成長装置において、基板ホルダと原料溶液ホルダとを冷却して、原料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、冷却過程において上記羽根を回転させることにより、原料溶液内の中心部と外周部の温度を均一にすることができ、大面積の基板上でも形成されるエピタキシャル層の膜厚が周辺と中央とで差が生じないようにすることができる。   In such a liquid phase growth apparatus, when the epitaxial layer is grown on the substrate by cooling the substrate holder and the raw material solution holder and bringing the raw material solution into contact with the substrate, the blades are rotated during the cooling process. Therefore, the temperature of the central part and the outer peripheral part in the raw material solution can be made uniform, and the film thickness of the epitaxial layer formed even on a large-area substrate should not be different between the periphery and the center. Can do.

本発明によれば、基板ホルダを有するスライダーと互いに対向させて相対的に摺動可能される原料溶液ホルダ保持体の原料溶液ホルダに撹拌機構を設け、その原料溶液溜中に位置する羽根が、原料溶液を基板に接触させた後の冷却過程において、原料溶液を撹拌するように構成したので、最大外径50〜150mmの大面積の基板上であっても、その上に成長されるエピタキシャル半導体層について、基板の周辺の膜厚と中央の膜厚との差を小さくすることができる。   According to the present invention, the raw material solution holder of the raw material solution holder holding body that is slidable relative to each other with the slider having the substrate holder is provided with a stirring mechanism, and the blade located in the raw material solution reservoir includes: Since the raw material solution is stirred in the cooling process after the raw material solution is brought into contact with the substrate, the epitaxial semiconductor grown on the large-area substrate having a maximum outer diameter of 50 to 150 mm is obtained. Regarding the layer, the difference between the film thickness around the substrate and the film thickness at the center can be reduced.

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.

図1は本実施形態に係る液相成長装置を示したもので、従来のものと基本的に同じ構成のグラファイトで作られたスライドボートから成る。すなわち、このスライドボートは、原料溶液6又は7を入れる原料溶液溜を形成する原料溶液ホルダ3を摺動方向に2以上(図1では3A、3Bの2個)有する原料溶液ホルダ保持体11と、表面の一部を掘り込んで成長用基板たるGaAs基板5を載置する基板ホルダ1を形成したスライダー2とから構成される。   FIG. 1 shows a liquid phase growth apparatus according to this embodiment, which is composed of a slide boat made of graphite having basically the same structure as a conventional one. That is, this slide boat includes a raw material solution holder holder 11 having two or more raw material solution holders 3 (two in FIG. 1, 3A and 3B) in the sliding direction, which form a raw material solution reservoir into which the raw material solution 6 or 7 is placed. And a slider 2 formed with a substrate holder 1 on which a GaAs substrate 5 as a growth substrate is placed by digging a part of the surface.

これら原料溶液ホルダ3A、3Bの原料溶液ホルダ保持体11と基板ホルダ1のスライダー2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。   The raw material solution holder holder 11 of the raw material solution holders 3A and 3B and the slider 2 of the substrate holder 1 can be moved in the horizontal direction.

各原料溶液ホルダ3A、3Bには、原料溶液を強制的に撹拌して原料溶液の温度を均質化する撹拌機構10が設けられている。この撹拌機構10は、具体的には、各原料溶液ホルダ3A、3B内に配置された原料溶液を撹拌する羽根9と、この羽根9の中心に一端が固定され他端が原料溶液ホルダ保持体11の外部に導出された駆動棒8と、該駆動棒8を回転させるモータ(図示せず)とにより構成されている。   Each raw material solution holder 3A, 3B is provided with a stirring mechanism 10 for forcibly stirring the raw material solution to homogenize the temperature of the raw material solution. Specifically, the stirring mechanism 10 includes a blade 9 that stirs the raw material solution disposed in each of the raw material solution holders 3A and 3B, and one end fixed to the center of the blade 9 and the other end of the raw material solution holder holder. 11 includes a drive rod 8 led out to the outside of the motor 11 and a motor (not shown) that rotates the drive rod 8.

このスライドボートを炉に入れて昇温し、例えば原料溶液ホルダ3Aに入ったGa融液をGaAsで飽和させて原料溶液を作成した後、冷却して原料溶液を過冷却状態にする。その後、徐冷しながらGaAs基板5上に原料溶液6の入った原料溶液ホルダ3Aが来るようにスライダー2を移動させ、原料溶液をGaAs基板5と接触させる。これによりGaAs基板5上にGaAsエピタキシャル層が成長する。原料溶液ホルダ3Bについても同様に操作される。それぞれにつき所定の厚さの薄膜が成長した後、スライダー2を移動させることにより原料溶液6又は7の入った原料溶液ホルダ3A又は3BをGaAs基板の5上から移動させ、成長を停止させる。   This slide boat is put into a furnace and heated up, for example, a Ga melt contained in the raw material solution holder 3A is saturated with GaAs to prepare a raw material solution, and then cooled to bring the raw material solution into a supercooled state. Thereafter, the slider 2 is moved so that the raw material solution holder 3 </ b> A containing the raw material solution 6 comes on the GaAs substrate 5 while gradually cooling, and the raw material solution is brought into contact with the GaAs substrate 5. As a result, a GaAs epitaxial layer grows on the GaAs substrate 5. The same operation is performed for the raw material solution holder 3B. After a thin film having a predetermined thickness is grown for each, the raw material solution holder 3A or 3B containing the raw material solution 6 or 7 is moved from above the GaAs substrate 5 by moving the slider 2, and the growth is stopped.

ただし、本実施形態の場合、原料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、すなわち上記の冷却過程において、モータにより駆動棒8を介して撹拌機構10の羽根9を回転させる。これにより原料溶液の温度の均質化が図られて、原料溶液溜の直下のGaAs基板5上に成長されるエピタキシャル層の膜厚が、GaAs基板5の周辺と中央とで差が生じないようになっている。   However, in the case of this embodiment, when the epitaxial layer is grown on the substrate by bringing the raw material solution into contact with the substrate, that is, in the above cooling process, the blade 9 of the stirring mechanism 10 is rotated by the motor via the drive rod 8. Let As a result, the temperature of the raw material solution is homogenized so that the thickness of the epitaxial layer grown on the GaAs substrate 5 immediately below the raw material solution reservoir does not differ between the periphery and the center of the GaAs substrate 5. It has become.

本発明の液相成長装置の効果を確認するため、次の実施例1、2及び比較例1、2のような成長装置による試作を行った。   In order to confirm the effects of the liquid phase growth apparatus of the present invention, trial production was performed using growth apparatuses such as the following Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.

<実施例1>
実施例1として、図4に示すようなグラファイト製のスライドボートを作製し、これを用いてシングルヘテロ構造のAlGaAsのエピタキシャル成長を行った。ここで基板ホルダ1の凹部は一辺が50mmの正方形とした。また原料溶液ホルダ3A、3Bは、それぞれ底面が50mm正方の角柱状とした。そして、撹拌機構10には、羽根9に、グラファイト製で、直径が40mmで厚さが20mmの円板状のものを用い、その中心にグラファイト製の駆動棒8の先端を固定し、この駆動棒8を上方に延在させて原料溶液ホルダ保持体11の蓋体(図示せず)を貫通させ、外部に導出した。
<Example 1>
As Example 1, a graphite slide boat as shown in FIG. 4 was produced, and a single heterostructure AlGaAs was epitaxially grown using this. Here, the concave portion of the substrate holder 1 was a square having a side of 50 mm. The raw material solution holders 3A and 3B each have a prismatic shape with a bottom of 50 mm square. The stirring mechanism 10 is made of a graphite plate having a diameter of 40 mm and a thickness of 20 mm, and the tip of the graphite driving rod 8 is fixed to the center of the stirring mechanism 10. The rod 8 was extended upward to pass through a lid (not shown) of the raw material solution holder holder 11 and led out to the outside.

また比較例1として、図3に示すような一辺が50mmの正方形の凹部を備えた基板ホルダ1、及び底面が50mm正方である角柱状の原料溶液ホルダ3A、3Bを有するグラファイト製のスライドボートを作製し、これを用いてシングルヘテロ構造のAlGaAsのエピタキシャル成長を行った。   In addition, as Comparative Example 1, a graphite slide boat having a substrate holder 1 having a square recess having a side of 50 mm as shown in FIG. 3 and prismatic raw material solution holders 3A and 3B having a bottom of 50 mm square. This was used to epitaxially grow a single heterostructure AlGaAs.

上記実施例1により試作した成長条件は次の通りである。基板ホルダ1に50mm×50mmのGaAs基板5をセットする。原料溶液ホルダ3AにGa、GaAs、Al、Teをチャージし、また原料溶液ホルダ3BにGa、GaAs、Al、Znをチャージした。このスライドボート(図4)を炉内に入れ、水素ガス雰囲気中で、原料溶液ホルダ3内の羽根9を5rpmで回転させ、原料溶液を撹拌しながら、900℃から650℃まで徐冷することにより、エピタキシャル成長させ、その後急冷し、炉から取り出した。   The growth conditions experimentally produced in Example 1 are as follows. A 50 mm × 50 mm GaAs substrate 5 is set on the substrate holder 1. The raw material solution holder 3A was charged with Ga, GaAs, Al, and Te, and the raw material solution holder 3B was charged with Ga, GaAs, Al, and Zn. This slide boat (FIG. 4) is placed in a furnace, and in a hydrogen gas atmosphere, the blade 9 in the raw material solution holder 3 is rotated at 5 rpm, and the raw material solution is stirred and gradually cooled from 900 ° C. to 650 ° C. By epitaxial growth, followed by rapid cooling and removal from the furnace.

一方、上記比較例1により試作した成長条件は次の通りである。基板ホルダ1に50mm×50mmのGaAs基板5をセットする。原料溶液ホルダ3AにGa、GaAs、Al、Teをチャージし、また原料溶液ホルダ3BにGa、GaAs、Al、Znをチャージした。このスライドボート(図3)を炉内に入れ、水素ガス雰囲気中で、900℃から650℃まで徐冷することにより、エピタキシャル成長させ、その後急冷し、炉から取り出した。   On the other hand, the growth conditions made as a trial according to Comparative Example 1 are as follows. A 50 mm × 50 mm GaAs substrate 5 is set on the substrate holder 1. The raw material solution holder 3A was charged with Ga, GaAs, Al, and Te, and the raw material solution holder 3B was charged with Ga, GaAs, Al, and Zn. This slide boat (FIG. 3) was placed in a furnace and epitaxially grown by gradually cooling from 900 ° C. to 650 ° C. in a hydrogen gas atmosphere, and then rapidly cooled and taken out from the furnace.

得られたエピタキシャルウェハをスクライブし、図5に示すように、10mm間隔で16点エピタキシャル層の膜厚を測定した。エピタキシャル層の膜厚測定結果を図6、図7に示す。   The obtained epitaxial wafer was scribed, and the film thickness of the 16-point epitaxial layer was measured at 10 mm intervals as shown in FIG. The film thickness measurement results of the epitaxial layer are shown in FIGS.

図6に示すように、図3のスライドボート(従来例1の液相成長装置)を用いたときの測定結果は、原料溶液ホルダ3Aにより成長したエピタキシャルの膜厚のばらつきが11%、原料溶液ホルダ3Bにより成長したエピタキシャルの膜厚のばらつきが12%であった。これに対し、図7に示すように、図4のスライドボート(実施例1の液相成長装置)を用いたときの測定結果は、原料溶液ホルダ3Aにより成長したエピタキシャルの膜厚のばらつきが4.2%、原料溶液ホルダ3Bにより成長したエピタキシャルの膜厚のばらつきが4.5%であった。   As shown in FIG. 6, the measurement result when using the slide boat of FIG. 3 (liquid phase growth apparatus of Conventional Example 1) shows that the variation in the thickness of the epitaxial film grown by the raw material solution holder 3A is 11%. The variation of the film thickness of the epitaxial grown by the holder 3B was 12%. On the other hand, as shown in FIG. 7, the measurement result when using the slide boat of FIG. 4 (liquid phase growth apparatus of Example 1) shows that the variation in the thickness of the epitaxial film grown by the raw material solution holder 3A is 4. The variation in the thickness of the epitaxial film grown by the raw material solution holder 3B was 4.5%.

よって、図4(実施例1の液相成長装置)に示すような、グラファイト製の羽根9を回転させて、原料溶液を撹拌させることで、基板の膜厚のばらつきが少なくなった。   Therefore, by rotating the graphite blade 9 as shown in FIG. 4 (liquid phase growth apparatus of Example 1) and stirring the raw material solution, the variation in the film thickness of the substrate was reduced.

<実施例2>
実施例2として、図9に示すようなグラファイト製のスライドボート(実施例2の液相成長装置)を用いて、シングルヘテロ構造のAlGaAsのエピタキシャル成長を行った。ここで基板ホルダ1の凹部は一辺が150mmの正方形とした。また原料溶液ホルダ3A、3Bは、それぞれ底面が150mm正方の角柱状とした。そして、撹拌機構10には、羽根9に、グラファイト製で、直径が120mmで厚さが20mmの円板状のものを用い、その中心にグラファイト製の駆動棒8の先端を固定し、この駆動棒8を上方に延在させて原料溶液ホルダ保持体11の蓋体(図示せず)を貫通させ、外部に導出した。
<Example 2>
As Example 2, epitaxial growth of AlGaAs having a single heterostructure was performed using a graphite slide boat as shown in FIG. 9 (liquid phase growth apparatus of Example 2). Here, the concave portion of the substrate holder 1 was a square having a side of 150 mm. The raw material solution holders 3A and 3B each have a prismatic shape with a bottom surface of 150 mm square. The stirring mechanism 10 is made of a graphite plate having a diameter of 120 mm and a thickness of 20 mm, and the tip of a graphite driving rod 8 is fixed to the center of the stirring mechanism 10. The rod 8 was extended upward to pass through a lid (not shown) of the raw material solution holder holder 11 and led out to the outside.

また比較例2として、図8に示すような一辺が150mmの正方形の凹部を有する基板ホルダ1、及び底面が150mm正方である角柱状の原料溶液ホルダ3A、3Bを有するグラファイト製のスライドボートを作製し、これを用いてシングルヘテロ構造のAlGaAsのエピタキシャル成長を行った。   Further, as Comparative Example 2, a graphite slide boat having a substrate holder 1 having a square concave portion with a side of 150 mm as shown in FIG. 8 and prismatic raw material solution holders 3A and 3B having a bottom surface of 150 mm square is manufactured. This was used for epitaxial growth of single heterostructure AlGaAs.

上記実施例2により試作した成長条件は次の通りである。基板ホルダ1に150mm×150mmのGaAs基板5をセットする。原料溶液ホルダ3AにGa、GaAs、Al、Teをチャージし、また原料溶液ホルダ3BにGa、GaAs、Al、Znをチャージした。このスライドボート(図9)を炉内に入れ、水素ガス雰囲気中で、原料溶液ホルダ3内の羽根9を5rpmで回転させ、原料溶液を撹拌しながら、900℃から650℃まで徐冷することにより、エピタキシャル成長させ、その後急冷し、炉から取り出した。   The growth conditions made as a prototype according to Example 2 are as follows. A GaAs substrate 5 of 150 mm × 150 mm is set on the substrate holder 1. The raw material solution holder 3A was charged with Ga, GaAs, Al, and Te, and the raw material solution holder 3B was charged with Ga, GaAs, Al, and Zn. This slide boat (FIG. 9) is placed in a furnace, and in a hydrogen gas atmosphere, the blade 9 in the raw material solution holder 3 is rotated at 5 rpm, and the raw material solution is stirred and gradually cooled from 900 ° C. to 650 ° C. By epitaxial growth, followed by rapid cooling and removal from the furnace.

一方、上記比較例2により試作した成長条件は次の通りである。基板ホルダ1に150mm×150mmのGaAs基板5をセットする。原料溶液ホルダ3AにGa、GaAs、Al、Teをチャージし、また原料溶液ホルダ3BにGa、GaAs、Al、Znをチャージした。このスライドボート(図8)を炉内に入れ、水素ガス雰囲気中で、900℃から650℃まで徐冷することにより、エピタキシャル成長させ、その後急冷し、炉から取り出した。   On the other hand, the growth conditions made as a trial by the comparative example 2 are as follows. A GaAs substrate 5 of 150 mm × 150 mm is set on the substrate holder 1. The raw material solution holder 3A was charged with Ga, GaAs, Al, and Te, and the raw material solution holder 3B was charged with Ga, GaAs, Al, and Zn. This slide boat (FIG. 8) was placed in a furnace and epitaxially grown by gradually cooling from 900 ° C. to 650 ° C. in a hydrogen gas atmosphere, and then rapidly cooled and taken out from the furnace.

得られたエピタキシャルウェハをスクライブし、図10の如く30mm間隔で16点エピタキシャル層の膜厚を測定した。エピタキシャル層の膜厚測定結果を図11、図12に示す。   The obtained epitaxial wafer was scribed, and the film thickness of the 16-point epitaxial layer was measured at intervals of 30 mm as shown in FIG. The film thickness measurement results of the epitaxial layer are shown in FIGS.

図8に示すスライドボート(従来例2の液相成長装置)を用いたときの測定結果は、図11(a)(b)に示すように、原料溶液ホルダ3Aにより成長したエピタキシャル層の膜厚のばらつきが18%、原料溶液ホルダ3Bにより成長したエピタキシャル層の膜厚のばらつきが17%であった。これに対し図9に示すスライドボート(実施例2の液相成長装置)を用いたときの測定結果は、図12(a)(b)に示すように、原料溶液ホルダ3Aにより成長したエピタキシャルの膜厚のばらつきが5.3%、原料溶液ホルダ3Bにより成長したエピタキシャルの膜厚のばらつきが6.4%であった。   As shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b), the measurement result when using the slide boat shown in FIG. 8 (liquid phase growth apparatus of Conventional Example 2) is the film thickness of the epitaxial layer grown by the raw material solution holder 3A. Of the epitaxial layer grown by the raw material solution holder 3B was 17%. In contrast, as shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b), the measurement results when using the slide boat shown in FIG. 9 (liquid phase growth apparatus of Example 2) are as follows. The film thickness variation was 5.3%, and the film thickness variation of the epitaxial film grown by the raw material solution holder 3B was 6.4%.

よって図9(実施例2の液相成長装置)に示すような、グラファイト製の羽根9を回転させて、原料溶液を撹拌させることで膜厚のばらつきが少なくなった。   Therefore, as shown in FIG. 9 (liquid phase growth apparatus of Example 2), the dispersion of film thickness was reduced by rotating the graphite blade 9 and stirring the raw material solution.

上述した実施形態では、回転の方法や条件、つまり羽根の構造や羽根の駆動方式や速度、回転数、方向などの条件については述べないが、これは個々の液相エピタキシャル成長方法の条件により最適条件が変わるためであり、それらの最適条件は本発明の目的を満足するように最適化すれば良い。つまり、本発明は、原料溶液を基板に接触させた後、温度を下げて成長させる時に、基板面内で均一に温度が下がるように、エピタキシャル成長中に羽根を回転させて原料溶液を撹拌させること自体に意味があり、羽根の構造や回転させる駆動方法などは任意である。   In the embodiment described above, the rotation method and conditions, that is, the blade structure, the blade driving method, the speed, the rotation speed, the direction, and the like are not described, but this is the optimum condition depending on the conditions of each liquid phase epitaxial growth method. These optimum conditions may be optimized so as to satisfy the object of the present invention. That is, according to the present invention, when the raw material solution is brought into contact with the substrate and then grown at a lower temperature, the raw material solution is stirred by rotating the blades during epitaxial growth so that the temperature is lowered uniformly in the substrate surface. The structure itself is meaningful, and the structure of the blades and the driving method for rotating the blades are arbitrary.

また上述の実施形態では、GaAs基板上にGa1-xAlxAsエピタキシャル層を二層成長させるシングルヘテロ構造の成長例について述べたが、本発明はこれに限らず、ダブルヘテロ構造や裏面反射型ダブルヘテロ構造を成長する場合にも用いることができ、素材の種類、組成はこれに限定されない。 In the above-described embodiment, the growth example of the single heterostructure in which the Ga 1-x Al x As epitaxial layer is grown on the GaAs substrate is described. However, the present invention is not limited to this, and the double heterostructure and the back surface reflection are described. It can also be used when growing a type double heterostructure, and the type and composition of the material are not limited thereto.

本発明の液相成長装置(スライドボート)を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the liquid phase growth apparatus (slide boat) of this invention. 従来技術の液相成長装置(スライドボート)を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the liquid phase growth apparatus (slide boat) of a prior art. 比較例1に係る従来の液相成長装置(スライドボート)の概略図である。1 is a schematic view of a conventional liquid phase growth apparatus (slide boat) according to Comparative Example 1. FIG. 本発明の実施例1に係る液相成長装置(スライドボート)の概略図である。It is the schematic of the liquid phase growth apparatus (slide boat) which concerns on Example 1 of this invention. 実施例1及び比較例1においてエピタキシャル層の膜厚を測定した位置(10mm間隔で16点)を示した図である。It is the figure which showed the position (16 points | pieces at 10 mm intervals) which measured the film thickness of the epitaxial layer in Example 1 and Comparative Example 1. FIG. 比較例1の液相成長装置(スライドボート)で成長したエピタキシャル層の膜厚の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the film thickness of the epitaxial layer grown with the liquid phase growth apparatus (slide boat) of the comparative example 1. 実施例1の液相成長装置(スライドボート)で成長したエピタキシャル層の膜厚の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the film thickness of the epitaxial layer grown with the liquid phase growth apparatus (slide boat) of Example 1. FIG. 比較例2に係る従来の液相成長装置(スライドボート)の概略図である。6 is a schematic view of a conventional liquid phase growth apparatus (slide boat) according to Comparative Example 2. FIG. 本発明の実施例2に係る液相成長装置(スライドボート)の概略図である。It is the schematic of the liquid phase growth apparatus (slide boat) which concerns on Example 2 of this invention. 実施例2及び比較例2においてエピタキシャル層の膜厚を測定した位置(30mm間隔で16点)を示した図である。It is the figure which showed the position (16 points | pieces at 30 mm intervals) which measured the film thickness of the epitaxial layer in Example 2 and Comparative Example 2. FIG. 比較例2の液相成長装置(スライドボート)で成長したエピタキシャル層の膜厚の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the film thickness of the epitaxial layer grown with the liquid phase growth apparatus (slide boat) of the comparative example 2. 本発明の実施例2に係る液相成長装置(スライドボート)で成長したエピタキシャル層の膜厚の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the film thickness of the epitaxial layer grown with the liquid phase growth apparatus (slide boat) which concerns on Example 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板ホルダ
2 スライダー
3 原料溶液ホルダ
3A 原料溶液ホルダ
3B 原料溶液ホルダ
4 操作棒
5 GaAs基板
6、7 原料溶液
8 駆動棒
9 羽根
10 撹拌機構
11 原料溶液ホルダ保持体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate holder 2 Slider 3 Raw material solution holder 3A Raw material solution holder 3B Raw material solution holder 4 Operation rod 5 GaAs substrate 6, 7 Raw material solution 8 Drive rod 9 Blade 10 Stirring mechanism 11 Raw material solution holder holder

Claims (2)

基板ホルダを有するスライダーと、原料溶液溜を形成する原料溶液ホルダを有する原料溶液ホルダ保持体とを、互いに対向させて相対的に摺動可能とし、所定の温度から冷却しながら原料溶液に基板を接触させて基板上に半導体のエピタキシャル層を成長する液相成長装置において、
上記原料溶液ホルダに、原料溶液を基板に接触させた後の冷却過程において原料溶液を撹拌する羽根を原料溶液溜中に有する撹拌機構を設けたことを特徴とする液相成長装置。
A slider having a substrate holder and a raw material solution holder holder having a raw material solution holder that forms a raw material solution reservoir are slidable relative to each other, and the substrate is placed on the raw material solution while cooling from a predetermined temperature. In a liquid phase growth apparatus that grows an epitaxial layer of a semiconductor on a substrate by contact,
A liquid phase growth apparatus, wherein the raw material solution holder is provided with a stirring mechanism in a raw material solution reservoir for stirring the raw material solution in a cooling process after the raw material solution is brought into contact with the substrate.
請求項1記載の液相成長装置において、
上記基板が最大外径50mm〜150mmの大面積の化合物半導体基板であることを特徴とする液相成長装置。
The liquid phase growth apparatus according to claim 1,
A liquid phase growth apparatus, wherein the substrate is a large-area compound semiconductor substrate having a maximum outer diameter of 50 mm to 150 mm.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5398543B2 (en) * 2007-11-28 2014-01-29 京セラ株式会社 Multilayer piezoelectric element, method for manufacturing the same, injection device, and fuel injection system

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