JPH0330980B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、多層の液晶エピタキシヤル成長方法
に係り、特に、原料溶液中に予め結晶種を加えて
おくことにより、冷却工程において分配までの
間、原料溶液を飽和状態に保つようにして成長層
の厚さが過大になることを防止した多層の液晶エ
ピタキシヤル成長方法に関する。

［従来の技術］ 一般に、発光ダイオードやレーザダイオードな
どの半導体を製造する方法として、例えばGaAs
などの−族化合物半導体を飽和状態になるま
でGa融液中に溶解してなる１種或いはそれ以上
の原料溶液に、結晶基板を接触させて単層或いは
多層にエピタキシヤル成長させるスライド式液相
成長方法は特公昭56−51158号公報に示す如くす
でに知られている。

これを第８図に基づいて説明する。

第８図はスライデイング方式の液相エピタキシ
ヤル装置を示し、基台１上に、基板ホルダ２、分
配溶液ホルダ３及び原料溶液ホルダ４がそれぞれ
スライド自在に順次積層されている。この従来例
は、２層のエピタキシヤル成長を行なうことか
ら、原料溶液ホルダ４には異種の原料溶液を貯留
する２基の原料溶液溜５，６が設けられると共に
分配溶液ホルダ３にも上記原料溶液を分配するた
めの２基の分配溶液溜７，８が形成されている。

そして、多層成長を行なうには、例えば化合物
元素であるGaAsの飽和メルト異種原料溶液９，
１０を分配溶液ホルダ３の分配溶液溜７，８にそ
れぞれ同時に分配し、その後所定温度まで冷却し
て、これら各分配溶液１２，１３と結晶基板１１
とを左から順次接触させて更に所定の温度に冷却
し、多層のエピタキシヤル成長層を積層するよう
になつている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上記従来例にあつては、結晶基板１
１が第１分配溶液１２と接触し、全体を所定の温
度まで冷却すると第２の分配溶液１３も同時にそ
の温度に冷却されるので、第２の分配溶液１３に
基板１１が接触する時にはその分配溶液１３が非
常な過飽和状態になつている。従つて、この状態
で、基板１１が第２の分配溶液１３と接触する時
には過飽和成分が過剰に成長してしまい、それが
ために、この過剰成長分により当初の設計以上の
厚さに成長層ができてしまう不都合があつた。

特に、非常に薄い結晶成長層を望む場合には、
上記した問題点があるために、その厚さコントロ
ールが困難を極めていた。

そこで、この種問題点を解決する為に、結晶基
板１１を第２の分配溶液１３に接触させるに先だ
つて、この溶液をダミー板に接触させて予め過剰
分を除去することも行なわれているが、その場合
にはダミー板とはいえこれも結晶基板より成るた
め結晶基板が一枚無駄になる不都合があつた。

また、原料溶液９，１０に予め結晶種を加え
て、過飽和成分を析出させることも行われている
が、この場合にも、各分配溶液１２，１３の切出
しが同時に行われるため、分配溶液１３を結晶基
板１１に接触させるときには分配溶液１３の過飽
和度が所定値よりも大きくなつてしまい、高精度
な成長厚さのコントロールは困難であつた。

［発明の目的］ 本発明は、以上のような問題点に着目し、これ
を有効に解決すべく創案されたものである。

本発明の目的は、原料溶液に予め結晶種を加え
て分配溶液の切り出しを行うまでの間、過飽和成
分を析出させるようにし、且つ各分配溶液の切出
しをその分配溶液を結晶基板に接触させる直前に
行うようにして、もつて、分配切出時まで溶液を
飽和状態に維持して所定の厚さの結晶成長層を得
ることができる多層の液相エピタキシヤル成長方
法を提供するにある。

［発明の概要］ 複数の原料溶液溜に収容された原料溶液中に予
め過飽和成分を析出させる結晶種を加え、更に各
分配溶液溜の間隔を各原料溶液溜の間隔よりも大
きくして該各原料溶液溜から各分配溶液溜に同時
に分配溶液の切出しが起らないようにした分配溶
液ホルダを準備しておき、原料溶液ホルダ或いは
分配溶液ホルダを滑動させて、各分配溶液を同時
に切出すことなくそれぞれ結晶基板と接触させる
直前に原料溶液溜から切出して結晶基板と接触さ
せることを要旨とする。

［実施例］ 以下に、本発明方法を添付図面に基づいて詳述
する。第１図乃至第６図は本発明方法を説明する
ための工程図である。

まず、本発明方法を実施するための液相エピタ
キシヤル成長装置は、基台１４上に基板ホルダ１
５、分配溶液ホルダ１６及び原料溶液ホルダ１７
を順次積層してそれぞれ相互に滑動自在になされ
ている。図示例にあつては、原料溶液ホルダ１７
及び基板ホルダ１５にそれぞれ操作棒１８，１９
を設け、これらをそれぞれ単独で滑動操作できる
ようになされている。この装置例は、２層のエピ
タキシヤル成長層を形成するものであることか
ら、原料溶液ホルダ１７には、その滑動方向に沿
つて所定間隔だけ隔てられた２基の原料溶液溜２
０，２１が設けられており、それぞれに別個の原
料溶液を貯留できるようになされている。

上記原料溶液ホルダ１７の底面を兼ねる分配溶
液ホルダ１６には、上記原料溶液溜２０，２１に
対応させてこれらの中の原料溶液を分配して切出
すための２基の原料溶液溜２２，２３が設けられ
ており、この中に分配溶液を一旦保持するように
なつている。特に、この装置においては、各原料
溶液の分配操作を任意の時間に独立して行なうこ
とを可能とするために、上記２基の分配溶液溜２
２，２３間の距離を上記２基の原料溶液溜２０，
２１間の距離より長く設定しており、これらの各
溶液溜が上下方向に同時に符合しないようになさ
れている。尚、各原料溶液の分配操作を任意の時
間に独立してできるならば、この形状に限定され
ない。

次に、以上のように構成された装置例を使用し
て、本発明方法を具体的に説明する。

まず、第１図に示す如く基板ホルダ１５に結晶
基板１１を保持させると共に、第１の原料溶液溜
２０（図中左側）及び第２の原料溶液溜２１（図
中右側）に、それぞれ−族化合物金属が飽和
状態に融解された異種の原料溶液２４，２５を装
入する。例えば、第１の原料溶液溜２０には
Ga50ｇ、化合物金属としてGaAs4ｇ、ドーパン
トとしてSn10ｇより成る原料溶液を、第２の原
料溶液溜２１にはGa50ｇ、GaAs4ｇ、ドーパン
トとしてSn1ｇより成る原料溶液をそれぞれ装入
する。更に、各原料溶液２４，２５には、温度降
下に伴なつて発生する−族化合物金属の過飽
和成分を順次析出させるための例えば溶質金属
（GaAs）と同種の金属片のごとき第１及び第２
の結晶種２６，２７を予め過剰分として加えてお
く。尚、この装置全体は加熱炉内に設けられてい
る。

このように、準備したならば、次に第７図に示
すような温度プログラムに従つて装置全体を冷却
しつつ成長操作を行なう。

まず、上記した状態で装置全体を800℃に上昇
せしめてこの状態で１時間保持し、その後、第２
図に示す如く原料溶液ホルダ１７のみを矢印方向
へ滑動させて、この第１の原料溶液２４のみを、
第１の分配溶液溜２２内に切出して分配し、そし
て、直ちにこの原料溶液ホルダ１７を元に戻し
て、第１の分配溶液２８を第１の原料溶液２４内
の溶液から分離する。

ここで、第１の原料溶液２４中には第１の結晶
種２６を加えてあることから、第１の分配溶液２
８の分離直前までこの原料溶液中の−族化合
物は完全な飽和状態になされている。

次に、第１の分配溶液２８の分配後、装置全体
を0.5℃／minの速度で徐々に冷却する。そして
４℃降下させて796℃に到達したならば第３図に
示す如く基板ホルダ１５を矢印方向に滑動操作し
て結晶基板１１を第１の分配溶液溜２２の下に位
置させ、これに分配保持されていた第１の分配溶
液２８と基板１１とを第１接触させる。そして、
この状態で786℃まで10℃低下するまでの間エピ
タキシヤル成長を行なつて第１層を形成する。

一方、この成長途中において、788℃になつた
ときに、第４図に示す如く原料溶液ホルダ１７の
みを矢印方向に滑動操作して第２の原料溶液２５
のみを第２の分配溶液溜２３に切出して分配し、
そして直ちにこの原料溶液ホルダ１７を元に戻し
て第２の分配溶液２９を第２の分配溶液溜２１内
の溶液から分離する。

この場合、第２の原料溶液２５を分配する直前
まで、温度は800℃から788℃まで降下しているこ
とから、第２の原料溶液２５においては、GaAs
化合物が過飽和状態になる傾向となる。しかしな
がら、この中には第２の結晶種２７が加えてある
ことから過飽和成分が順次析出してしまい、この
溶液は分配直前まで飽和状態を維持している。す
なわち、第２の分配溶液２９は過飽和状態になる
ことなく、飽和状態で分離分配されることにな
る。

そして、その後２℃低下して上述の如く786℃
に到達したならば、第５図に示す如く基板ホルダ
１５を矢印方向に滑動操作して結晶基板１１を第
２の分配溶液溜２３の下に位置し、これに分配保
持されていた第２の分配溶液２９と基板１１とを
第２接触させ、その状態で５秒間だけエピタキシ
ヤル成長させて第２層を形成し、第６図に示す如
く第２の分配溶液２９から基板１１を分離させて
成長を終える。

この成長方法により、成長したエピタキシヤル
層の厚さは、下層が10μm、上層が0.3μmとなつ
て設計通りの厚さを得ることができた。また、そ
れぞれの層界面の厚みも均一であつた。

第２の分配溶液２９は、788℃から786℃まで降
下する間に温度差２℃に相当する溶解量が過飽和
状態となつているので、第２層にはこの過飽和成
分に相当する量の結晶が成長することになる。こ
の場合の温度差２℃に相当する過飽和成分は第２
層の結晶成長量として予め設定されたものであ
る。

このように、原料溶液２４，２５中に予め結晶
種２６，２７を加えておくことにより、温度降下
に伴なつて発生する過飽和成分が順次析出してし
まい分配切出しの直前までこの原料溶液２４，２
５を飽和状態に維持することができ、しかも各分
配溶液溜の間隔を各原料溶液溜の間隔よりも大き
くして、各原料溶液溜から各分配溶液溜に同時に
分配溶液の切出しが起らないようにしたことによ
り、原料溶液の分配操作時間を自由に選択できる
ので、各分配溶液２８，２９の過飽和度を自由に
制御することができる。

また、第１及び第２の分配溶液溜２２，２３間
に、結晶基板１１を連続的に往復移動させてサン
ドイツチ構造に成長層を形成することもできる。

尚、上記実施例にあつては、２層成長を行なう
場合について説明したが、これに限らずこれ以上
の多層成長の場合についてても本発明方法を適用
し得るのは勿論である。

この場合にも原料溶液に予め結晶種をそれぞれ
加えておき、分配直前まで飽和状態を維持してお
き、設定されたそれぞれ別個の時間に各原料溶液
を独立に分配して、所定の過飽和度を得るように
する。

［発明の効果］ 以上要するに、本発明方法によれば、次のよう
な優れた効果を発揮することができる。

(1) 各分配溶液をそれぞれ結晶基板と接触させる
直前に原料溶液溜から分配切出し、しかも原料
溶液中に結晶種を加えることにより分配直前ま
で飽和状態を維持することができるので、従来
例と異なり、過飽和度を精度良く確実に制御す
ることができる。

(2) 過飽和度を精度良く制御できることから、エ
ピタキシヤル成長層の厚さ制御を容易に行なう
ことができ、特に、厚さの薄い成長層も確実に
形成することができる。

(3) 本発明方法を行なう装置は、分配溶液溜の取
付け間隔を原料溶液溜の取り付け間隔よりも大
きくして各原料溶液の分配時期を独立させて任
意に選択できるようにしただけなので、構造簡
単であり、容易に採用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は本発明方法を説明するため
の工程図、第７図は本発明方法を実施するための
温度プログラムの一例を示すグラフ、第８図は従
来の液相エピタキシヤル成長方法を説明するため
のエピタキシヤル成長装置を示す縦断面図であ
る。 尚、図中１１は結晶基板、２０，２１は原料溶
液溜、２２，２３は分配溶液溜、２４，２５は原
料溶液、２６，２７は結晶種、２８，２９は分配
溶液である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 原料溶液ホルダの複数の原料溶液溜に収容さ
   れた原料溶液中に予め過飽和成分を析出させる結
   晶種を加えた後、上記原料溶液溜からそれぞれ分
   配溶液を分配溶液ホルダの各分配溶液溜に切出
   し、これら切出された分配溶液を順次基板ホルダ
   に保持させた結晶基板上に接触させて該基板上に
   多層のエピタキシヤル成長層を形成する方法にお
   いて、上記各分配溶液溜を上記各原料溶液溜の間
   隔よりも大きい間隔で設けて該各原料溶液溜から
   上記各分配溶液溜に同時に分配溶液の切出しが起
   らないようにした分配溶液ホルダを準備してお
   き、該分配溶液ホルダ或いは上記原料溶液ホルダ
   を滑動させて、前記各分配溶液を同時に切出すこ
   となくそれぞれ上記結晶基板と接触ささせる直前
   に上記各原料溶液溜から切出して、その後上記結
   晶基板と接触させることを特徴とする多層の液晶
   エピタキシヤル成長方法。