JPH0369587A - 液相エピタキシャル成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は液相エピタキシャル成長装置、特に縦方向に保
持された単結晶基板に液相エピタキシーを行うバッチ式
の装置に関するものである。

［従来の技術］ ■−■族化合物半導体であるＧａＡｓ単結晶基板に任意
の組成及び導電型を有するＡ　（！ｘＧ　ａ　Ｉ−ｘＡ
ｓからなるｐｎ接合を形成して作った、レーザダイオー
ド、発光ダイオードまたは太陽電池等の光デバイスが実
用化されている。

それら光デバイスのｐｎ接合を形成する場合、工業的に
は液相エピタキシャル成長法が用いられている。

液相エピタキシャル成長法において、最も一般的に用い
られているのはスライドボート法であるが、量産性を向
上させるために一度に複数枚の基板を処理するバッチ方
式や、基板を一枚づつ処理する枚葉法式の液相成長法も
種々考案されている。

バッチ方式の液相エピタキシャル成長装置においては、
単結晶基板はその収容能力を上げるために、通常、垂直
に複数枚保持され、それらの基板の上部からシャッタ方
式により成長溶液を重力落下するか、或は基板の下部か
らピストン方式により成長溶液を押し上げるかによって
、基板と戊長溶液との接触を図っている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、バッチ式液相エピタキンヤル成長法にシャッ
タ方式を採用した場合、垂直に保持された基板上部より
、成長溶液が急激に落下されるため、特に成長開始時に
おける溶液と基板との接触が一様に行われず、成長膜厚
の均一性が低下するという欠点があった。

また、バッチ式液相エピタキシャル成長法にピストン方
式を採用した場合、上部表面を含めた成長溶液を押し上
げるので、所望する固相の平衡状態に常時近付けるため
に、成長溶液の上部表面に多結晶ＧａＡｓウェハを設置
する二相溶液成長法の使用が困難となる。加えて多層成
長を行う場合には層の数たけピストンを必要とするため
、操作が複雑になる等の問題もあった。

本発明の目的は、本質的には二相溶液成長法の使用が容
易で、多層成長を行う際の操作も容易なシャッタ方式に
よってエピタキシャル成長させるものであって、ピスト
ン速度のコントロールにより成長開始時においても、−
様な接触が可能なピストン方式の利点を原理的に取り込
むことによって、前記した従来技術の欠点を解消し、良
質なエピタキシャル成長膜を量産性良く形成できる液相
エピタキシャル成長装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の液相エピタキシャル成長装置は、単結晶基板を
縦方向に設置した成長室を有する成長溶液ホルダの上に
、成長溶液を入れた原料溶液ホルダを設けて、原料溶液
ホルダに入れた成長溶液を落下して成長溶液ホルダの成
長室に設置した基板と接触させることにより基板」二に
エピタキシャル層を形成するように構成されている。

このような構成において、上記成長溶液ホルダに、原料
溶液ホルダから落下する成長溶液を成長室の下部から成
長室内へ導く通路を設けたものである。

［作用］ 原料溶液ホルダから成長溶液か落下すると、成長溶液は
成長溶液ホルダに設けた通路を通って成良家の下部に導
かれる。

すると、成長溶液はその自重に押されて成長室内に流入
するため、成長室内の液面は徐々に上昇していく。

従って、基板よりも高所から成長溶液が注入されても、
基板と成長溶液との接触は基板の下側から徐々に行われ
る。

［実施例］ 以下、ＧａＡｓ単結晶基板上にヘテロ接合を形成する成
長に適用した本発明の実施例を第１図〜第２図を用いて
説明する。

第１図は本発明に係る液相エピタキシャル成長装置の一
実施例を示す断面図である。

高純度のグラファイト材から作られた液相エピタキシャ
ル成長装置は、成長溶液３，４．５を入れる原料溶液ホ
ルダ６と、成長溶液３，４．５を基板■に接触させてエ
ピタキシャル層を成長させる成長溶液ホルダ８と、残っ
た使用済みの成長溶液を溜める廃液ホルダ１０とから主
に構成される。

これら３つのホルタ６．８．１０はこの順に上から下に
段積みした３段構造になっており、原料溶液ホルダ６と
成長溶液ホルダ８とはスライド自在に設けられ、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。

図示例では原料溶液ホルダ６を移動させる。

原料溶液ホルダ６は操作棒１１によって矢印方向に移動
する。この移動方向に沿って複数の溶液溜め、図示例で
は３つの溶液溜め１３，１４．．１５を持ち、これらに
それぞれ異なる組成の成長溶液３，４．５を入れるよう
になっている。これら成長溶液は所望とする混晶比、導
電型およびキャリア濃度が得られるように調製された原
料溶液（Ａ１２ｘＧａ１−ｘＡｓ）である。各溶液溜め
１３．１４゜１５の下部は溶液の落下注入速度を緩和す
るために漏斗状に形成され、その底部には小径の注入孔
２３．２４．２５がそれぞれ穿設される。これらの注入
孔２３，２４．２５は常時は成長溶液ホルダ８によって
閉じられる。

成長溶液ホルダ８はその長手方向（原料溶液ホルダ６の
移動方向）のほぼ中央に、縦方向に複数（もしくは多数
）のＧａＡｓ基板１を設置する基板ホルタ２を設けた成
長室２１を持つ。成長室２１は頂部は閉じ、底部は開口
している。この成長室２１の前後（成長溶液ホルダ６の
長手方向に沿った前後）に、成長室２１よりも容積の小
さな導入室２０と溢流室２２とが設けられる。これら導
入室２０、成長室２１．溢流室２２は、本来の成長室２
１を３つに区画して形成したものと見ることもできる。

導入室２０はその下部に設けた連通孔１８を介して隣の
成長室２１と連通しており、原料溶液ホルタ６のスライ
ドにより、導入室２０の上部は注入孔２３．２４または
２５を介して原料溶液ホルダ６の溶液溜め１３，１４．
１５と択一的に連通ずるように開口している。これら導
入室２０と連通孔１８とで本発明の通路が構成される。

溢流室２２はその上部において隣の成長室２（と連通し
ており、導入室２０から成長室２１内に流れ込んだ成長
溶液が溢れたとき、これを収容する。これら導入室２０
．成長室２１　溢流室２２の底部はいずれも開口してお
り、これら開口部は成長溶液廃液シャッタ９により常時
は閉じている。

この成長溶液廃液シャッタ９は、成長溶液ホルダ８と廃
液ホルダ１０との間にスライド自在に介設される。この
シャッタ９の途中に排出口１６が穿設されており、操作
棒１２によりシャッタ９を矢印方向に移動して、排出口
１６を導入室２０゜成長室２１．溢流室２２の開口部に
一致させたとき、これらの室に入っていた使用済みの成
長溶液を廃液ホルダ１０の廃液溜めＩ７に排出°して溜
める。

なお、上記２つの操作棒１１．１２は石英製である。

次に本実施例の液相エピタキシャル成長装置における液
相エピタキシャル工程を第２図により説明する。

まず、原料の入った原料溶液ホルダ６の溶液溜め１．３
，１４．１５を成長溶液ホルダ８の導入室２０といずれ
も連通しない位置に置き、成長装置全体の温度を所定の
温度プログラムのもとて制御して成長溶液３，４．５の
調製を行う。この調整において溶液を、液相と固相を混
在さぜた二相溶液としてもよい（第２図（ａ））。

次に、一定の速度で徐冷を開始し、所望とする過冷却度
が得られた所で原料溶液ホルダ６を操作棒１１により矢
印方向にスライドして、最初の溶液溜め１３を成長溶液
ホルダ８の導入室２０上に移動させる。すると、閉じて
いた注入孔２３が開いて溶液溜め１３と導入室２０が連
通ずるため、溶液溜め１３に入っていた成長溶液３は重
力落下により一旦導入室２０に注入される。この導入室
２０への注入は、溶液溜め１３の下部が漏斗状になって
いて底部に設けた注入孔２３の径も比較的小さいので、
比較的緩慢に行われる。導入室２０に注入された成長溶
液３は引き続き導入室２０下部の連通孔１８を通って成
長室２１内に流入して、その液面を下部から上部に向け
て徐々に上昇させて行く。この上昇速度は導入室２０よ
りも成長室２１の容積が大きいためさらに緩慢に行われ
る。

したがって、成長室２１内に保持したＧａＡｓ基板１と
成長溶液３との接触は基板１の下側から徐々に行われる
。なお、成長室２１を満たして溢れた成長溶液３は溢流
室２２へ流れ込む。所定の時間成長溶液３と基板１を接
触させると、基板１上に所望するＡｐ、Ｇ　ａ　、−、
Ａ　ｓが成長する（第２図（ｂ））。

所定の厚さの薄膜が成長するのに必要な時間が経過した
ら、今度は成長溶液廃液シャッタ９を操作棒１２により
矢印方向にスライドさせて、シャッタ９に穿設しである
排出口１６を成長溶液ホルダ８の導入室２０．成長室２
１．溢流室２２の底部開口部下に移動させる。すると、
閉じていた各室の開口部が開いて各室２０，２１．２２
と廃液ホルダ１０の廃液溜め１７が連通ずるため、各室
に入っていた使用済みの成長溶液３は重力落下により廃
液溜め１７内に排出され、ここに溜められる（第２図（
Ｃ））。

以下、操作棒１２を操作して廃液シャッタ９を元の位置
、すなわち導入室２０．成長室２１．溢流室２２の底部
開口部を閉じた状態に戻す。その後、再び操作棒１１を
操作して第２図（ｂ）、（Ｃ）と同様の操作を、２番目
、３番目の成長溶液４５についても、第２図（ｄ）〜（
ｇ）に示すように繰り返す。これにより一連の液相エピ
タキシャル成長工程が達成され、３層のＡ　ＱｘＧ　ａ
　、−１１Ａ　Ｓからなるｐｎへテロ接合が形成される
。

以上述べたように本実施例によれば、成長室２１よりも
上方に設けた溶液、溜め１３，１４．１５から重力落下
させた成長溶液３，４．５を一旦導入室２０に導いてそ
の流れを方向転換させ、導入室２０から成長室２１へ、
その下部から流入させるようにしたので、成長溶液３，
４．．５を基板１よりも高所から注入しても、基板１と
成長溶液３゜４．５との接触は基板ｌの下側から徐々に
行われることになる。したがって、基板上部より急激に
成長溶液が落下して、成長開始時に溶液と基板との接触
が不揃いとなることはなく、成長開始時、開始後にかか
わらず接触が一様に行われるため成長膜厚の均一性が確
保される。

また、溶液溜め１３，１４．１５の下部を漏斗状に形成
するとともに、これより成長室２１に至る通路、すなわ
ち、導入室２０、連通孔■８の径に応じて、成長室２１
への成長溶液の流入速度のを調整することができる。

さらに、基本的に溶液の下部を落下させるシャッタ方式
を採用しているので、ピストン方式では困難とされる二
相溶液からの成長が可能となると共に、装置の構造およ
び成長工程における操作を簡略化することができる。

また、本発明の液相エピタキシャル成長装置は、ヘテロ
接合のみならず、ホモ接合さらにはこれら接合にとられ
れない多層成長に広く適用できる。

またＧａＡｓに限定されず、他の■−■族からなる成長
系２例えばＩｎＰ単結晶基板にＩｎＰや■ｎＧａＡｓ、
またＧａＰ基板にＧａＰ等を液相エピタキシャル成長さ
せる場合に適用することができる。

［発明の効果］ 本発明は、落下する成長溶液を成長室の下部から成長室
内に導く通路を設けて、成長溶液と基板との接触速度を
緩和するようにしたので、成長膜厚の均一性が大幅に改
善され、良質なエピタキシャル成長層を量産性良く形成
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液相エピタキシャル成長装置の一
実施例を示す縦断面図、第２図は第１図を工程別に利用
して一連の液相エピタキシャル成長工程を示した説明図
である。 ■はＧａＡｓ単結晶基板、２１は成長室、８は成長溶液
ホルダ、３，４．５は成長溶液、６は原料溶液ホルダ、
１８．２０は通路を構成する導入室と連通孔である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 単結晶基板を縦方向に設置した成長室を有する成長溶液
   ホルダの上に、成長溶液を入れた原料溶液ホルダを設け
   て、原料溶液ホルダに入れた成長溶液を落下して成長溶
   液ホルダの成長室内に設置した単結晶基板と接触させる
   ことにより基板上にエピタキシャル層を形成する液相エ
   ピタキシャル成長装置において、 上記成長溶液ホルダに、原料溶液ホルダから落下する成
   長溶液を成長室の下部から成長室内に導びく通路を設け
   たことを特徴とする液相エピタキシャル成長装置。