JP2823760B2 - 液相エピタキシャル成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液相エピタキシャル
成長法で結晶を積層成長させるための液相エピタキシャ
ル成長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液相エピタキシャル成長法は、ある温度
に保たれた溶媒となる材料に構成要素となる他の材料を
飽和状態となるまで溶解させた融液を作成した後、この
融液の温度を低下させて過飽和状態を作り、この状態で
成長基板と接触させることによって基板上にエピタキシ
ャル成長層を積層させる方法である。

【０００３】図６に従来の液相エピタキシャル成長用の
成長ボートの構成図を示し、図７にその断面図を示す。
この成長ボートは、基台１,成長基板２の保持用スライ
ダ３,摺動用石英棒４および成長融液溜５・６を有する治
具７から構成されている。以下、上記構成の成長ボート
の動作を、図４に示すような半導体基板を成長基板２と
してその成長基板２上にＧa_0.7Ａl_0.3Ａs層およびＧaＡ
s層の２層をエピタキシャル再成長させる場合を例に説
明する。

【０００４】先ず、表１に示す割合で各成長材料を治具
７の成長融液溜５,６に投入する。

【表１】

【０００５】その後、図７(a)に示す状態で、上記成長
ボートを水素還元雰囲気中で８００℃に昇温してその温
度に保持する。この状態で各Ｇa溶媒にはＡlや不純物Ｚ
nまたはＭgが溶解し、ＧaＡsソースは飽和状態になるま
で溶解して安定する。その後、上記成長ボートを１℃/
分の割合で冷却しながら、図７(b)に示すように成長基
板２が成長融液溜５の直下になるように保持用スライダ
３をスライドさせる。さらに、図７(c)に示すように成
長基板２が成長融液溜６の直下になるように保持用スラ
イダ３をスライドさせる。その際に、成長融液溜５,６
内の成長融液には夫々過飽和度がついているために、成
長基板２にエピタキシャル成長層が積層されるのであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の成長ボートを用いて液相エピタキシャル成長を行っ
た場合には、成長融液が完全に飽和するまでの間に成長
基板２は成長融液と大略同じ位置に置かれるために、８
００℃の高温雰囲気中に長時間さらされることになる。
そのために、上記成長基板２の表面からのＡsの蒸発に
伴う結晶性の低下や成長基板２内での不純物拡散が発生
し、成長終了後に所望の特性が得られないという問題が
ある。

【０００７】そこで、この発明の目的は、液相エピタキ
シャル成長を実施する際における高温の影響を抑制する
ことが可能な液相エピタキシャル成長装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、半導体基板に過飽和状態の成長融液
を接触させて上記半導体基板上にエピタキシャル成長層
を積層させる液相エピタキシャル成長装置において、上
記成長融液を収納すると共に上記成長融液が飽和状態と
なる温度の高温度領域に位置する第１成長ボートと、上
記半導体基板を収納すると共に上記高温度領域に隣接し
てこの高温度領域の温度より低い温度の低温度領域から
上記高温度領域側に移動して上記第１成長ボートと一体
化可能な第２成長ボートと、滑動することによって上記
成長融液が収納された融液溜の底を開閉可能に上記第１
成長ボートに搭載された第１スライダと、上記半導体基
板を保持すると共に、上記両成長ボートが一体化した際
に上記第１成長ボートの第１スライダを押し出して上記
融液溜の底を開放させて上記成長基板を上記成長融液に
接触させるように上記第２成長ボートに搭載された第２
スライダを備えたことを特徴としている。

【０００９】また、第２の発明は、第１の発明の液相エ
ピタキシャル成長装置であって、上記第１スライダは複
数のスライド片から構成され、上記第２スライダによっ
て押し出されたスライド片から順に上記第１成長ボート
の格納部に格納されることを特徴としている。

【００１０】

【作用】第１の発明では、第１成長ボートに収納された
成長融液を飽和状態にする際においては、上記成長融液
が収納された第１成長ボートは上記成長融液が飽和状態
となる温度の高温度領域に位置される一方、半導体基板
が収納された第２成長ボートは上記高温度領域に隣接し
てこの高温度領域の温度より低い温度の低温度領域に位
置される。こうして、上記成長融液が飽和状態となるよ
うな高温度に上記半導体基板がさらされることなく上記
成長融液の飽和状態化が実施される。

【００１１】このようにして、上記成長融液が飽和状態
となるとエピタキシャル成長に入って、上記半導体基板
が収納された第２成長ボートが上記低温度領域から上記
高温度領域側に移動して両成長ボートが一体化される。
そうした後、上記第２成長ボートに搭載されて上記半導
体基板を保持した第２スライダによって上記第１成長ボ
ートに搭載されて上記成長融液が収納された融液溜の底
を閉鎖している第１スライダが押し出され、上記融液溜
の底が開放される。こうして、第２スライダに保持され
た半導体基板が上記第１成長ボートの上記融液溜の底を
介して上記成長融液に接触して、上記半導体基板上にエ
ピタキシャル成長層が積層される。

【００１２】また、第２の発明では、上記第１成長ボー
トおよび第２成長ボートが一体化されて上記第２成長ボ
ートの第２スライダによって上記第１成長ボートの第１
スライダが押し出される際に、上記第１スライダを構成
する複数のスライド片のうち上記第２スライダによって
押し出されたスライド片から順に、上記第１成長ボート
の格納部に格納される。こうして、上記第２スライダに
よって押し出された上記第１スライダが上記第１成長ボ
ート外に突出することなく、操作性良くエピタキシャル
成長層が上記半導体基板上に積層される。

【００１３】

【実施例】以下、この発明を図示の実施例により詳細に
説明する。図１は本実施例の液相エピタキシャル成長装
置における構成図である。この液相エピタキシャル成長
装置は、表１に示す成長融液溜５に投入される成長融液
と同じ成長融液１５'が投入される成長融液溜１５およ
び表１に示す成長融液溜６に投入される成長融液と同じ
成長融液１６'が投入される成長融液溜１６を有する第
１成長ボート１１と、成長基板１３を保持するための第
２成長ボート１２とから概略構成される。

【００１４】上記成長基板１３は、図４に示すように、
気相エピタキシャル成長法あるいは液相エピタキシャル
成長法によって作成されたダブルヘテロ構造を有して一
部表面にストライプ構造を有する半導体基板である。

【００１５】上記第１成長ボート１１における成長融液
溜１５,１６は貫通した穴状を成しており、その底はス
ライダ１７によって塞がれている。このスライダ１７は
複数のスライド片１７',１７',…を並設して構成されて
いる。

【００１６】上記第１,第２成長ボート１１,１２は液相
エピタキシャル成長前に互いの端面を当接させて一体化
されて、成長基板１３を保持するスライダ１４がスライ
ダ１７を押し退けて第１成長ボート１１内に送り込まれ
る構造になっている。その際に、スライダ１４に押し出
されたスライダ１７のスライド片１７'は、基台１８に
形成された窪み１９内に順次格納される。こうして、上
記成長基板１３を保持したスライダ１４が第１成長ボー
ト１１内に送り込まれた際にスライダ１７が成長ボート
１１外に突出しないようにして、液相エピタキシャル成
長装置の反応管の長さが必要以上に長くならないように
している。

【００１７】図２は上記構成の液相エピタキシャル成長
装置によって液相エピタキシャル成長を実施する際にお
ける液相エピタキシャル装置の動作を示す。上記液相エ
ピタキシャル成長装置は次のように動作する。

【００１８】すなわち、上記成長融液溜１５,１６内に
投入された成長融液１５',１６'を安定な飽和状態にす
るために、図２(a)に示すように、第１成長ボート１１
は８００℃の高温雰囲気の領域Ａ中に設置される。尚、
その際に成長融液溜１５,１６の底はスライダ１７によ
って塞がれている。一方、上記第２成長ボート１２は、
高温雰囲気から成長基板１３を保護するために上記領域
Ａに隣接して設けられた約７００℃の低温雰囲気の領域
Ｂに配置される。

【００１９】こうして、図２(a)に示すような状態で２
時間保持して成長融液１５',１６'を飽和状態にした
後、図２(b)に示すように、第２成長ボート１２を第１
成長ボート１１側に移動させて両成長ボート１１,１２
を当接して一体化させる。その際に、両領域Ａ,Ｂの温
度差に伴って第２成長ボート１２内で熱の移動が発生す
るため、第２成長ボート１２はゆっくり反応管２１内を
移動させて第１成長ボート１１に合体させる必要があ
る。

【００２０】こうして、上記成長ボート１２が成長ボー
ト１１に合体した後、図２(c)に示すように摺動用石英
棒２０によってスライダ１４を第１成長ボート１１内に
送り込む。その際に、上述のように、押し出されたスラ
イダ１７のスライド片１７'が窪み１９内に格納され
る。この状態で３０分間保持して全体を熱的に安定させ
る。

【００２１】その後、上記成長融液１５',１６'を所定
の割合で冷却しつつ、図２(d)および図２(e)に示すよう
に、摺動用石英棒２０によってスライダ１４を押し出し
て成長基板１３を成長融液溜１５,１６の直下に順次位
置させ、成長基板１３を成長融液１５',１６'に順次接
触させて液相エピタキシャル成長を行う。尚、この場合
にも、上記スライダ１４の摺動に連れて押し出されたス
ライダ１７のスライド片１７',１７',…は窪み１９内に
順次格納される。

【００２２】このように、本実施例においては、液相エ
ピタキシャル成長用の成長ボートを成長融液１５',１
６'を収納する成長融液溜１５,１６を有する第１成長ボ
ート１１と成長基板１３を保持する第２成長ボート１２
とに分離する。そして、上記成長融液１５',１６'を安
定な飽和状態にするために８００℃の高温雰囲気中で保
持する際に、成長基板１３を約７００℃の低温雰囲気中
で待機させるようにしている。

【００２３】したがって、上記成長基板１３が８００℃
の高温雰囲気中に保持される時間を従来の１/５に短縮
でき、高温による成長基板１３の表面の結晶性低下や不
純物の内部拡散を防止できる。

【００２４】図３は、図１に示す第１成長ボート１１と
は異なる第１成長ボートを有する液相エピタキシャル成
長装置の断面図である。尚、図１に示す液相エピタキシ
ャル成長装置と同じ構成要素については同じ番号を付し
て説明を省略する。本実施例における第１成長ボート３
１は、成長融液溜１５,１６の底を塞ぐスライダ３２を
１枚板で形成している。この場合には、第２成長ボート
１２のスライダ１４が第１成長ボート３１内に送り込ま
れると、第１成長ボート３１のスライダ３２が押し出さ
れて第１成長ボート３１の一端から突出する。したがっ
て、この場合には反応管の長さを長くすればよい。ま
た、スライダ３２が第１成長ボート３１から出没するの
を嫌う場合には、基台３３の長さをスライダ３２の突出
を吸収可能な長さにすればよい。尚、上記スライダ３２
の長さは、成長融液溜１５,１６の底を同時に閉鎖でき
る最小の長さにすることが好ましい。

【００２５】上記各実施例においては、図４に示すよう
なＧaＡlＡs系の成長基板を用いる場合を例に説明して
いる。しかしながら、この発明は図５に示すようなＩn
ＧaＡlＰ系の成長基板の場合にも高温雰囲気中における
成長基板表面の悪化や成長基板内部の不純物拡散が生ず
るという欠点を有しているために、同様の効果が得られ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上より明らかなように、第１の発明の
液相エピタキシャル成長装置は、成長融液を飽和状態に
するに際しては、上記成長融液を収納した第１成長ボー
トを上記成長融液が飽和状態となる温度の高温度領域に
位置させる一方、半導体基板を収納した第２成長ボート
を上記高温度領域に隣接してこの高温度領域の温度より
低い温度の低温度領域に位置させ、上記半導体基板上に
エピタキシャル成長層を積層するに際しては、上記第２
成長ボートを上記低温度領域から高温度領域側に移動さ
せて上記第１成長ボートと一体化させて上記半導体基板
を保持している第２スライダによって上記成長融液が収
納された融液溜の底を閉鎖している第１スライダを押し
出して、上記半導体基板を上記融液溜の底を介して上記
成長融液に接触させるので、上記成長融液を飽和状態に
する際に上記半導体基板が高温度に必要以上にさらされ
ることがない。したがって、この発明によれば、液相エ
ピタキシャル成長を実施する際における高温の影響を抑
制することが可能となる。

【００２７】また、第２の発明の液相エピタキシャル成
長装置は、上記第１スライダを複数のスライド片によっ
て構成して、上記第２スライダによって押し出されたス
ライド片から順に上記第１成長ボートの格納部に格納す
るので、上記半導体基板上にエピタキシャル成長層を積
層する際に第１スライダが第１成長ボートから突出する
ことがない。したがって、この発明によれば、液相エピ
タキシャル成長装置をコンパクトに形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の液相エピタキシャル成長装置におけ
る構成図である。

【図２】図１に示す液相エピタキシャル成長装置の動作
説明図である。

【図３】図１とは異なる液相エピタキシャル成長装置の
動作説明図である。

【図４】図１あるいは図３に示す液相エピタキシャル装
置による液相エピタキシャル成長に使用される成長基板
の斜視図である。

【図５】図４の成長基板とは異なる成長基板の斜視図で
ある。

【図６】従来の成長ボートの構成図である。

【図７】図６に示す成長ボートの動作説明図である。

【符号の説明】

１１,３１…第１成長ボート、 １２…第２成長ボ
ート、１３…成長基板、 １４,１７,
３２…スライダ、１５,１６…成長融液溜、
１５',１６'…成長融液、１７'…スライド片、
１９…窪み、２０…摺動用石英棒。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板に過飽和状態の成長融液を接
   触させて、上記半導体基板上にエピタキシャル成長層を
   積層させる液相エピタキシャル成長装置において、 上記成長融液を収納すると共に、上記成長融液が飽和状
   態となる温度の高温度領域に位置する第１成長ボート
   と、 上記半導体基板を収納すると共に、上記高温度領域に隣
   接してこの高温度領域の温度より低い温度の低温度領域
   から上記高温度領域側に移動して上記第１成長ボートと
   一体化可能な第２成長ボートと、 滑動することによって上記成長融液が収納された融液溜
   の底を開閉可能に上記第１成長ボートに搭載された第１
   スライダと、 上記半導体基板を保持すると共に、上記両成長ボートが
   一体化した際に上記第１成長ボートの第１スライダを押
   し出して上記融液溜の底を開放させて上記成長基板を上
   記成長融液に接触させるように上記第２成長ボートに搭
   載された第２スライダを備えたことを特徴とする液相エ
   ピタキシャル装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載した液相エピタキシャル
   成長装置であって、 上記第１スライダは複数のスライド片から構成され、上
   記第２スライダによって押し出されたスライド片から順
   に上記第１成長ボートの格納部に格納されることを特徴
   とする液相エピタキシャル成長装置。