JPH04119987A - 液相エピタキシャル成長ボート - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は加熱炉内に収容されて基板上にエピタキシャル
層を成長させる液相エピタキシャル成長ボートに係り、
特にボートの炉軸方向の温度分布の均一化を改善したも
のに関する。

［従来の技術］ エピタキシャル成長技術は、例えばバイボー；トランジ
スタ、Ｍ　ＯＳ　　Ｌ　Ｓ　Ｉ　（Ｍｅｔａｌ　０ｘｉ
ｄｅ　Ｓｅｍｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｌａｒｇｅ　５ｃａ
ｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ）、さら
にはＨＥＭＴ　（Ｈｉｇｈ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｏｈ
ｉ！ｉｔｙ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）に代表される超格
子デバイス等を作製する場合に不可欠の技術として用い
られている。

エピタキシャル成長法には周知のように、液相エピタキ
シャル（ＬＰＥ）法、気相エピタキシャル（ＶＰＥ）法
及び分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法等がある。この
うち液相エピタキシャル成長法は、熱平衡状態に近い成
長であるために結晶性の良いエピタキシャル層が得られ
、また他のどの成長法よりも容易に所望する厚さの膜厚
が得られるため、発光素子、特にＬＥＤ等の生産に多用
されている。

ここで、液相エピタキシャル成長法において重要な問題
の一つとして膜厚の面内均一性があげられる。通常、他
の成長法に比へこの点で液相エピタキシャル成長法は劣
る。均一な膜厚を得るためには均一な温度分布を加熱炉
内に得ることが必要であるが、これが容易に得られない
からである。

液相エピタキシャル成長炉には、横型のものと縦型のも
のとの２種類がある。一般によく使用されるものは横型
のものである。これは比較的簡単な構造・制御で温度の
均一性を高めることができるためである。以下、横型環
状の液相エピタキシャル成長炉において話を進める。

横型環状の液相エピタキシャル成長炉内に収容される従
来の液相エピタキシャル成長ボートを第２図に示す。ボ
ー）Ｂは、通常焼結グラファイトから成形され、架台８
と、基板６及び原料用基板７を保持するスライダ９と、
原料溶液４の入る溶液溜１０の並んだ原料ホルダ２とか
ら主に構成される。なお、１は熱電対、３は溶液溜１０
の蓋、５は操作棒である。

スライダ９を炉軸方向にスライドして溶液溜１０に入れ
た飽和溶液４を基板６に接触させつつ基板６上にエピタ
キシャル層を成長させる。例えば、ＬＥＤ用の化合物半
導体であるＧ　ａ　Ａ　Ｓを例にとれば、Ｇ　ａ　Ａ　
ｓを飽和量まてＧａに溶かし込んだ後、基板に飽和溶液
を接触させ、徐々に降温して溶は切れなくなフたＡｓを
ＧａＡｓの形で基板上に析出させる。

ところで、降温している最中にボート内で温度のむらが
あると、ＧａＡｓの析出量が場所により異なり膜厚の面
内均一性が悪化する。降温時の温度のむらは、主にボー
トからの熱の流出の仕方が不均一であることが原因であ
る。ボートからの熱の逃げが不均一になる原因を列挙す
ると、■炉軸方向に向ってボート前後の端部１１からの
熱放射による熱の逃げ。

■操作棒５・熱電対１からの伝熱による熱の逃げ。

■母材となるグラファイトの不均一分布に起因する熱伝
導の不均一 ■溶液溜周辺の構造的非対象に起因する熱伝導の不均一 ■加熱炉の周方向・軸方向の熱の不拘−■炉とボート間
に介在する反応管に流すガスの不均一な流れ。

等が考えられる。

これらの熱擾乱要因のうち通常支配的なものは■のボー
ト端部からの熱放射である。従ってボート軸方向の温度
分布は大まかに両端の温度が低く中央が高い温度分布に
なる。

従来、このボート温度分布ないし炉内温度分布を均一に
するため、第３図に示す様な工夫がとられていた。即ち
、ヒータを炉軸方向に多分割して中央炉２２とその前後
に補助炉２１．２１とを設け、前後の温度を中央に対し
故意に高めの分布にしてボート端部からの熱の流出を相
殺する。また、ボー）Ｂの前後の反応管２３内に熱遮蔽
板２４を設けて、ボート端部からの熱放射による熱の流
出を軽減するなどの手段が取られていた。

［発明が解決しようとする課題］ 液相エピタキシャル成長ボートは一般にグラファイト製
であり、そのため熱放射率が大きい。

方、横型環状加熱炉において炉軸方向の反応管２３の両
端部は、第３図に示すように加熱されないため室温にな
っていると考えられる。

シュテハン・ボルツマンの放射法則によれば熱放射エネ
ルギＳは熱放射率と絶対温度の４乗に比例する。そのた
めボート端部からの熱の逃げは大きなものとなる。

ところで、上述した従来の分割ヒータによる均熱改善法
は、ボート端部からの熱の流出流そのものを減らすので
はなく、主にボート端部からの熱の流出と補助炉からの
熱の流入との相殺によるものだった。従って第４図に示
すように従来構造のボートを使った場合、炉軸方向の炉
内温度分布は大きなＭ型を示し、均一性がよくない。

一方、熱遮蔽板を並用すれば均一性は向上するけれども
、ガスの流れが阻害されエピタキシャル成長前の原料の
純化等にも問題がある。また、セツティングおよび取り
出し時の作業能率が大きく低下してしまうという欠点が
ある。このため熱遮蔽板は実用上好ましくなく、できる
だけ採用を控えたい。

本発明の目的は、ボート端部からの熱放射を抑えること
によって、前記した従来技術の欠点を解消し、炉内温度
分布の均一性を大幅に向上させることができる液相エピ
タキシャル成長ボートを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、炉軸方向に所定の温度分布を形成する加熱炉
内に収容され、スライダを炉軸方向にスライドして溶液
溜に入れた飽和溶液を基板に接触させつつ基板上にエピ
タキシャル層を成長させろ液相エピタキシャル成長ボー
トに適用される。

このようなボートの炉軸方向の端部をボートを構成する
材料よりも熱放射率の小さな材料で構成したものである
。

ボート端部な熱放射率の小さな材料で構成するには、熱
放射率の小さな材料で作った薄板を貼り付けるとか、材
料を塗布したり、または含浸ないし混入することて実現
できる。

これらのうち、一般的には貼り付ける方法が適当である
。通常、ボートは焼結グラファイトより成形される。従
って、ボートの端部に焼結グラファイトよりも熱放射率
の小さな物質で作られた薄板を貼り付ける。

薄板に使用できる材質は、熱放射率が小さいこと、およ
び汚染の原因にならないことが必要である。これらの条
件を満たす好ましい材料として、サンドブラストした石
英、パイロリティックグラファイト、パイロリティック
ボロンナイトライド（ｐ　Ｂ　Ｎ）がある。

［作用コ 炉軸方向のボート端部に、ホードの材料である焼結グラ
ファイトよりも熱放射率の小さな物質で作られた薄板を
貼り付けると、ボート本体の熱放射率が大きくてもボー
ト端部からの熱の流出が大幅に抑えらえる。

従って、ボート端部からの熱の流出流そのものが減るの
で、炉軸方向のボート温度分布はフラットに近い型を示
し、均熱性がよくなる。分割ヒータによる均熱改善法を
併用することて、この均熱性を一層よくすることが可能
である。これにより液相エピタキシャル成長法において
も膜厚の面内均一性を実現できる。

また、熱遮蔽板を並用する必要がなくなるので、これに
よりガスの流れが阻害されたり、ボートのセツティング
および取り出し時の作業能率が低下してしまうというよ
うなこともない。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

本実施例の液相エピタキシャル成長ボートを第１図に示
す。ボー）Ｂは炉軸方向に所定の温度分布を形成する加
熱炉（第３図参照）内に収容される。

ボー）Ｂは３段構成で、下段に配設される架台８と、中
段にあって摺動自在に設けられ、被エピタキシャル成長
用の基板６及び原料用Ｇａ基板７を保持するスライダ９
と、上段にあり摺動自在に設けられ、Ｇａ溶液が入れら
れる複数個の溶液溜１０の並んだ原料ホルダ２とから主
に構成される。

原料ホルダ２はスライダにもなる。なお、１は石英管に
収納された温度測定用の熱電対、３は溶液溜１０の蓋、
５は操作棒である。このような構成要素からなるボー）
Ｂは、加工・純化のしやすさからグラファイトを母材と
する焼結グラファイトから成形されている。

このような焼結グラファイトて成形されたボートＢの炉
軸方向の両端部１１．１１の全面に、焼結グラファイト
よりも熱放射率の小さな材料で形成した薄板１２．１２
をそれぞれ貼り付ける。本実施例では、この薄板１２を
ｐＢＮで構成している。ｐＢＮ製の薄板１２の厚さは、
炉の条件やボートの大きさ等により最適値が異なるため
適宜定める。また、貼付は手段としては汚染の原因にな
らない公知の方法が採用できる。

第５図はボートＢの前後に厚さ１ｍｍのｐＢＮ製の薄板
１２を貼り付けた本実施例構造の、横型環状加熱炉で測
定した温度特性図である。ここで、ボートとしては第２
図と同じの構造のボートを用い、また反応管としては第
３図に示す熱遮蔽板２４を取り除いた構造のものを用い
た。

本実施例によるボートは第４図に示した従来のボート特
性に比へ均熱性が向上していることがわかる。また、そ
の時の炉前後に設けた補助炉のヒータの出力は従来型の
ボートを使用した時に比べ小さな値ですんだ。

熱放射のエネルギ分布は物体の種類と温度だけで定まる
。第６図に焼結グラファイトとｐＢＮとの温度に対する
比熱放射率の関係を示す。広い範囲に渡りｐＢＮの方か
焼結グラファイトよりも２０％程小さい。シュテハン・
ボルツマンの放射法則により熱放射量Ｓは熱放射率σ、
絶対温度ＴよりＳ＝σＴ４となるので熱の流出量も２０
％低くなることになる。

以上述べたように本実施例によれば、焼結グラファイト
ボートの前後に焼結グラファイトよりも熱放射率の小さ
いｐＢＨの薄い板で覆うようにしたものである。

従って、ボート端面からの熱放射が抑えられて、ボート
前後の温度の落ち込みが小さくなるため、多分割ヒータ
により調節を行った後の均熱性を一層向上することがで
きる。また、熱遮蔽板を廃することができるためガスの
置換もよく、作業性も向上する。

なお、上記実施例では、ｐＢＮ製の薄板をボート端面に
貼り付けるようにした場合について説明したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、例えばボート端面に
熱放射率の小さい材料からなる粉末を吹き付けたり、混
入あるいは含浸させたりするようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、ボートの炉軸方向の
端部を、ボートを構成する材料よりも熱放射率の小さな
材料で構成したので、ボート端部からの熱放射を有効に
抑えることができ、それによって炉内温度分布の均一性
を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液相エピタキシャル成長ボートの実施
例を示す模式断面図、第２図は従来例のボートを示す模
式断面図、第３図は液相エピタキシャル成長装置を示す
模式断面図、第４図は従来例による炉内の温度分布特性
図、第５図は本実施例による炉内の温度分布特性図、第
６図は焼結クラファイトとｐＢＮとを比較した比熱放射
率特性図である。 ２・・・原料ホルダ、３・・・溶液溜の蓋、４・・・Ｇ
ａ溶液（原料溶液）、５・・・操作棒、６・・・基板、
７・・・原料用Ｇａ基板、８・・・架台、９・・・スラ
イダ、１０・・・溶液溜、１１・・・ボートの端部、１
２・・・ＰＢＮ製の薄板、２１・・・補助炉、２２・・
・中央炉、２３反応管、２４・・・熱遮蔽板、Ｂ・・・
液相エピタキシャル成長ボート。 炉軸方向 本実施例の本’−） 第１図 従来例のネ゛−ト 第２図 従来の液相工し’９キン！ル成長装置の構成第３図 炉内位置（Ｃ１１） 第４図 炉内位置（ｃｍ） 本実施例の温度分布特性 温度（’Ｃ） 比熱放射率特性 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 炉軸方向に所定の温度分布を形成する加熱炉内に収容さ
   れ、スライダを炉軸方向にスライドして溶液溜に入れた
   飽和溶液を基板に接触させつつ基板上にエピタキシャル
   層を成長させる液相エピタキシャル成長ボートにおいて
   、 上記ボートの炉軸方向の端部をボートを構成する材料よ
   りも熱放射率の小さな材料で構成したことを特徴とする
   液相エピタキシャル成長ボート。