JPH0419196B2 - - Google Patents

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ヤル成長方法に係り、
特に複数枚の基板を縦に配置した状態でエピタキ
シヤル成長させる方法に関するものである。

［従来の技術］ GaAs等の化合物半導体のエピタキシヤル成長
法には液相成長法、気相成長法（VPE法）、有機
金属熱分解気相成長法（MOCVD法）、分子線エ
ピタキシヤル法（MBE法）等があるが、良質の
結晶相を得るためには液相成長法が最も適し、発
光ダイオードや半導体レーザの生産レベルで広く
用いられている。この液相成長法は成分元素を含
んだ溶液に直接基板を接触させて結晶成長させる
方法であり、さらに膜厚が均一な多層成長を行な
わせる場合にはスライドボート法が一般に用いら
れている。

ところが、このスライドボート法では一度に数
枚のウエハしか製造することができないので、量
産性を上げたい場合には複数の基板を成長用治具
内にそれぞれ縦に保持させ、これらに成長用溶液
を接触させて成長を行なう方法が採られている。

この方法を第９図により説明する。

まず、成長用治具９１の底部に位置する溶液溜
９２内に成長用溶液９３を収容すると共にその上
部に位置する基板保持用治具９４に複数の基板９
５をそれぞれ縦に保持させる。次に、ピストン９
６を押し込んで成長用溶液９３を上方に押し上
げ、これにより基板９５と成長用溶液９３を接触
させて成長を行なう。その後、ピストン９６を引
いて成長用溶液９３を再び溶液溜９２内に戻す。

このような方法を用いれば、一度に多数の基板
上に成長を行なわせることができる。さらに、成
長後に成長用溶液が再び溶液溜内に戻るので、成
長用溶液の再利用が容易となり経済的である。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上述した方法では成長時に基板
の表面上のみならず基板の周縁部、特に第９図に
おいて基板９５の上部及び下部にまで成長用溶液
が接触するので、成長したエピタキシヤル層は基
板の中央部に比べてその周縁部の方が厚くなつて
しまう。例えば、第９図に示す成長用治具９１を
用いて基板９５の表面上にエピタキシヤル層を厚
さ30μｍ程度成長させると、基板９５の周縁部で
は中央部の倍以上の厚さにもなる。

このような現象が発生する原因として、成長用
溶液９３の全てが各基板９５のエピタキシヤル成
長に寄与してしまうことが考えられる。即ち、基
板９５の上端部及び下端部には中央部に比べ多量
の成長用溶液９３が成長に寄与してしまうため、
基板９５の中央部に比べて厚く成長してしまうの
である。また、基板９５の中央部での成長層の厚
さは、その付近に存在する成長溶液の量によつて
ほぼ決定されるものの、基板保持部とその上部及
び下部との温度差が大きいため、従来法では、対
向する基板９５間の成長用溶液９３に対流が発生
しやすく、そのため基板９５面内の成長厚さが不
均一になるという問題もあつた。

このように、基板を縦に配置して成長させるこ
の方法ではスライドボート法に比べて膜厚の均一
性に劣り、精度の高いエピタキシヤル層を成長さ
せることが困難であつた。

かくして、本発明の目的は上記従来技術の問題
点を解消し、基板に接触する成長用溶液の対流の
発生及び基板周辺部での異常成長の発生を抑制し
て、量産性に優れると共に膜厚の均一なエピタキ
シヤル層を成長させることができる液相エピタキ
シヤル成長方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の液相エピタキシヤル成長方法は上記目
的を達成するために、成長用溶液を収容する溶液
溜と、該溶液溜の上方に複数の基板ホルダを離間
して配置した基板保持部とを有する成長用治具を
準備し、前記溶液溜内に収容した上記成長用溶液
をピストンにより押し上げることによつて該成長
用溶液を上記基板保持部内に満たして前記基板ホ
ルダにより保持した上記基板と接触させてエピタ
キシヤル成長させる方法において、上記成長用治
具に上記基板ホルダの上端面及び下端面に沿つて
それぞれ水平方向に延在する平板状の上部分離手
段及び下部分離手段を設け、上記成長用溶液を上
記基板保持部内に満たした後に上記各分離手段若
しくは上記基板保持部を水平方向に移動させて、
上記各分離手段により上記基板保持部内に満たさ
れた上記成長用溶液と上記基板保持部外の成長用
溶液とを分離し、その状態でエピタキシヤル成長
させた後、上記各分離手段若しくは上記基板保持
部を元の状態に戻して上記成長用溶液の分離を解
除し、その後ピストンを元の状態に戻して上記成
長用溶液を上記溶液溜内に落下させて回収し、エ
ピタキシヤル成長を終了させることを特徴として
いる。

［作用］ 以上のような分離手段を設けて成長時における
基板保持部内外の成長用溶液を分離することによ
り、基板に接触する成長用溶液内に発生する対流
を小さく抑えることができ、また基板保持部外の
成長用溶液が基板の周縁部での成長に寄与するこ
とを防ぐことができる。その結果、基板表面上に
成長したエピタキシヤル層はその周縁部が中央部
に比べて厚くなることもなく、均一な厚さを有す
ることになる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図面に従つて説明
する。

第１図は本発明の一実施例に係る液相エピタキ
シヤル成長装置に用いられる成長用治具の構成図
である。この成長用治具１の底部には成長用溶液
を収容する溶液溜２が設けられ、この溶液溜２の
一側部に成長用溶液を押し上げるあるいは落下さ
せるためのピストン３が設けられている。また、
溶液溜２は上部が開放されており、その上方に複
数の基板をそれぞれ縦に保持し得る基板ホルダ４
が設けられている。さらに、基板ホルダ４の上端
面及び下端面に沿つてそれぞれ水平方向に開閉自
在に平板状の上部シヤツタ５及び下部シヤツタ６
が設けられ、これらを閉じることにより基板ホル
ダ４が成長用治具１内の他の部分から密閉される
ように構成されている。

以上のような構成の成長用治具１を用いて
GaAs基板上に厚さ30μｍのGaAsエピタキシヤル
層を成長させた。

まず、基板ホルダ４に50mm×50mmのGaAs基板
７を計12枚縦に保持させた。このとき、互いに向
い合う基板７間の距離は３mmであつた。さらに、
溶液溜２内にGa500ｇ及びGaAs多結晶40ｇを収
容した。なお、上部シヤツタ５及び下部シヤツタ
６は共に開いておく。

次に、この成長用治具１を反応管（図示せず）
内に配置し、反応管内を水素ガス置換した後、外
部の電気炉（図示せず）により炉内を800℃まで
昇温し溶液溜２内のGa中にGaAs多結晶を飽和状
態まで溶かして成長用溶液８を形成する。

その後、冷却速度１℃／minで炉内を降温し、
成長用溶液８に過飽和度４℃を付けたところでピ
ストン３を押し込み、成長用溶液８を上方へ押し
上げる（第２図参照）。

このようにして基板７と成長用溶液８との接触
を行なつた後、下部シヤツタ６を閉じて基板ホル
ダ４内に供給された成長用溶液８を下方のピスト
ン３側に位置する成長用溶液から分離する（第３
図参照）。

次いで、上部シヤツタ５を閉じ、基板ホルダ４
内の成長用溶液８を上方の成長用溶液からも分離
する（第４図参照）。この状態で冷却を続け、基
板７上にエピタキシヤル層を成長させる。

成長が終了したら、上部シヤツタ５及び下部シ
ヤツタ６を順次開き、その後ピストン３を引いて
成長用溶液８を溶液溜２内に落下させ、第１図の
ような状態に戻す。そして、成長用治具１を反応
管内から引き出し、基板ホルダ４から製造された
エピタキシヤルウエハを取り出した。続けてウエ
ハを製造する場合には、溶液溜２内の成長用溶液
８をそのまま用い、新しい基板を配置するだけで
再び成長を開始させることができる。

このようにして製造された12枚のエピタキシヤ
ルウエハの膜厚を測定したところ、それぞれ30μ
ｍ±10％の範囲内で且つ面内ばらつきもそれぞれ
±10％以内であり、優れた均一性が得られた。

なお、第５図に示すように上部シヤツタ５及び
下部シヤツタ６を閉じたときの基板７の上端ある
いは下端と各シヤツタとの間隔ａは小さい程膜厚
の均一なエピタキシヤル層が基板７上に形成され
ることが確認されたが、特に相対向する基板７間
の距離ｂに対して ａ＜2b の関係を満たす場合に上記実施例と同様の均一性
が得られることがわかつた。

また、上記実施例では上部シヤツタ５及び下部
シヤツタ６が平板形状をなしていたがこれに限る
ものではなく、第６図に示すように基板ホルダ４
の間隙部６１の位置に対応して複数の開口部６２
を有する格子状のシヤツタ６３及び６４を用いる
こともできる。この場合、第６図のように基板ホ
ルダ４の間隙部６１に各シヤツタ６３及び６４の
開口部６２を合わせた状態でピストン３を押し込
み、成長用溶液８を基板７に接触させた後、第７
図の如く各シヤツタ６４及び６３を順次わずかに
左方へ移動させて基板ホルダ４の各間隙部６１内
の成長用溶液８を他から分離する。このようにす
れば、各シヤツタをわずかに移動させるだけで成
長用溶液の分離を行なうことができる。

また、基板ホルダ内外の成長用溶液を分離する
ために、第８図のように基板ホルダ８１の上部及
び下部にそれぞれ接する固定板８２及び８３を設
け、これら固定板８２及び８３の間を基板ホルダ
８１が移動するように構成してもよい。この場
合、第８図の如く溶液溜８４の直上に基板ホルダ
８１内の基板８５を位置させた状態でピストン８
６を押し込み、これにより成長用溶液８７を基板
ホルダ８１内に供給した後、基板ホルダ８１を矢
印の方向に移動して成長用溶液８７を分離する。

本発明はGaAsを含む−族化合物半導体及
びGaAlAs等の混晶化合物半導体、−族化合
物半導体とのその混晶等の液相エピタキシヤル成
長に適用することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、次の如き
優れた効果を発揮する。

(1) 基板を縦に配置して成長させる方法を用いな
がらも、基板に接触する成長用溶液のの発生及
び基板周辺部での異常成長の発生を抑制するこ
とができるため、スライドボート法並の膜厚の
均一性を有するエピタキシヤル層の成長が可能
となる。

(2) すなわち、膜厚の均一な高品質のエピタキシ
ヤルウエハを量産性よく製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る液相エピタキ
シヤル成長装置に用いられる成長用治具の構成
図、第２図ないし第４図は実施例の作用を示す工
程図、第５図は基板ホルダに保持された基板と上
部及び下部シヤツタとの位置関係を示す部分拡大
図、第６図ないし第８図はそれぞれ他の実施例で
用いられる成長用治具の構成図、第９図は従来の
成長用治具の構成図である。 図中、１は成長用治具、３はピストン、４は基
板ホルダ、５は上部シヤツタ、６は下部シヤツ
タ、７は基板、８は成長用溶液である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 成長用溶液を収容する溶液溜と、該溶液溜の
   上方に複数の基板ホルダを離間して配置した基板
   保持部とを有する成長用治具を準備し、前記溶液
   溜内に収容した前記成長用溶液をピストンにより
   押し上げることによつて該成長用溶液を前記基板
   保持部内に満たして前記基板ホルダにより保持し
   た前記基板と接触させてエピタキシヤル成長させ
   る方法において、前記成長用治具に前記基板ホル
   ダの上端面及び下端面に沿つてそれぞれ水平方向
   に延在する平板状の上部分離手段及び下部分離手
   段を設け、前記成長用溶液を前記基板保持部内に
   満たした後に前記各分離手段若しくは前記基板保
   持部を水平方向に移動させて、前記各分離手段に
   より前記基板保持部内に満たされた前記成長用溶
   液と前記基板保持部外の成長用溶液とを分離し、
   その状態でエピタキシヤル成長させた後、前記各
   分離手段若しくは前記基板保持部を元の状態に戻
   して前記成長用溶液の分離を解除し、その後ピス
   トンを元の状態に戻して前記成長用溶液を前記溶
   液溜内に落下させて回収し、エピタキシヤル成長
   を終了させることを特徴とする液相エピタキシヤ
   ル成長方法。 ２ 前記上部分離手段及び下部分離手段が、前記
   基板ホルダの上面及び下面に接するようにそれぞ
   れ水平方向に移動可能に前記成長用治具の側壁に
   設けられたシヤツタからなることを特徴とする請
   求項１に記載の液相エピタキシヤル成長方法。 ３ 前記上部分離手段及び下部分離手段が、それ
   ぞれ前記基板ホルダの上面及び下面に接する固定
   板からなり、前記基板保持部が前記固定板の間を
   水平方向に移動可能に設けられていることを特徴
   とする請求項１に記載の液相エピタキシヤル成長
   方法。