JPH0566353B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はスライドボート法による液相エピタキ
シヤル成長法に係り、特にエピタキシヤル成長前
に先立つて行なわれる基板表面のメルトバツクの
改良に関する。

［従来の技術］ エピタキシヤル成長させるための基板のなかで
半絶縁性基板や混晶基板は、そのまま基板表面に
エピタキシヤル成長させることが難しい。半絶縁
性基板の場合には、エピタキシヤル成長前に基板
が高温になるため、表面が熱劣化を起こして比抵
抗が下がつてしまうからである。また、GaAlAs
などの酸化性の強い混晶基板の場合には、空気に
晒しただけで表面が酸化するため、そのままエピ
タキシヤル成長させたのでは島状に成長したりし
て、きれいなエピタキシヤル表面が得られないか
らである。

そこで、それらの欠点を解消するためにメルト
バツク法が考えられた。即ち、第４図に示すごと
く、基板１をスライダ２ごとスライドさせて、溶
液収容部３に形成したメルトバツク用溶液溜め４
のメルトバツク用溶液５を、成長用溶液溜め６の
成長用溶液７に先立つて接触させるように構成し
たスライドボート装置を炉内に挿入して用いる。

作業順序しては、先ず第４図の状態で炉内を成
長温度まで昇温する。次に第５図に示すように、
時間ｈで徐冷降温を始め、時間ｉで基板１をスラ
イドして溶質が溶媒に充分溶けていない未飽和メ
ルトバツク用溶液５と時間ｊまで接触させ、基板
表面層を溶かして取り去る。メルトバツクを終了
する時間ｊで再び基板１をスライドさせ成長用溶
液７の下に移動しエピタキシヤル層の成長を開始
する。そして時間ｋになつたら基板１をスライド
させて成長を終了する。

基板表面層を溶かして取り去るための未飽和溶
液を得るために、成長温度下で溶媒に対して飽和
するのに不充分な量となる溶質を厳格に秤量して
いた。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、上述したメルトバツク法における溶
媒に対する溶質を厳格に秤量することは難しく、
また温度制御にも厳格さが要求されるため、未飽
和度を精度良く制御することができなかつた。こ
のため、メルトバツク量に再現性がないと共に、
不均一なメルトバツクが起るため鏡面状のエピタ
キシヤル層を再現性良く得ることが困難であつ
た。

［発明の目的］ 本発明の目的は上記従来の問題点を解消して、
エピタキシヤル成長前に行なうメルトバツクを制
御性よく、且つ容易に行なうことが可能な液相エ
ピタキシヤル成長法を提供することである。

［発明の概要］ 上記目的に沿う本発明は、分配方式を用いるス
ライドボート法において、未飽和メルトバツク用
溶液を準備するために降温開始温度より低い温度
でメルトバツ用溶液の分配操作を行なうことに特
徴がある。

これを実施例に対応する第１図〜第２図に基づ
いて説明する。

最初に、メルトバツク用溶液溜め１２内に溶媒
と過剰気味の溶質とを入れる。ここで過剰気味と
は後述するメルトバツク温度でメルトバツク用溶
液１７が飽和溶液になるために十分な量という意
味である。

次に、炉の昇温を開始し、昇温途中のメルトバ
ツク温度T₁になるとこの温度を保持し、メルト
バツク用溶液溜め１２内の溶媒中に溶質を飽和す
るまで溶かし（第１図ａ）、その後、溶媒から遊
離している過剰な溶質分を除いた飽和メルトバツ
ク用溶液１７を分配用溶液溜め１４内に分配する
（第１図ｂ）。

この分配後、メルトバツク温度T₁よりも大き
な成長温度T₂まで更に昇温してメルトバツク用
溶液１７を未飽和状態となし（第１図ｃ，ｄ）、
次いで成長温度T₂より徐冷降温して行き、メル
トバツク用溶液１７が所定の未飽和度（−ΔT₂）
に達したらこれに所定時間t₁、基板１９を接触し
て基板表面をメルトバツクさせる。

しかる後に過冷却状態にある成長用溶液１８と
基板１９を接触させることにより、エピタキシヤ
ル層が基板１９上に成長する。

従つて、メルトバツク用溶液の未飽和度−ΔT₂
と接触時間t₁とを決めることにより、メルトバツ
ク量の制御が可能となる。この場合において、本
工程では、従来のように遊離した溶質がある限り
温度が上昇してもメルトバツク用溶液が飽和状態
を維持するものと異なり、メルトバツク用溶液溜
め１２から分配用溶液溜め１４にメルトバツク温
度T₁下で飽和したメルトバツク用溶液１７を一
旦移し換え、新たな溶質の供給を断つようにし、
メルトバツク温度T₁を超えるとメルトバツク用
溶液１７が未飽和状態となるようにしたことによ
り、当初溶媒に対して過剰気味に溶質を入れてお
けばよいので、溶媒と溶質の量を高い精度で秤量
する必要も、温度の絶対値を正しく制御する必要
もない。

本発明は、半絶縁性基板やGaAlAsなどの酸化
性の強い混晶基板などエピタキシヤル成長前に基
板表面をメルトバツクする必要のあるすべての液
相エピタキシヤル成長に適用できる。

［実施例］ 本発明の実施例を第１図〜第３図に基づいて説
明すれば次の通りである。

第１図は本発明を実施するためのスライドボー
ト装置１０の工程図を示す。同図において、１１
はメルトバツク用溶液溜め１２及び成長用溶液溜
め１３を有する成長用溶液ホルダであり、２つの
分配用溶液溜め１４，１５を有する分配用溶液ホ
ルダ１６上にスライド自在に設けられる。通常
は、成長用溶液ホルダ１１をスライドさせると分
配用溶液溜め１４，１５への分配が一度にできる
ようになつているが、メルトバツク用溶液溜め１
２及び成長用溶液溜め１３内の各メルトバツク用
溶液１７、成長用溶液１８を分配用溶液溜め１
４，１５にスライド量に応じてそれぞれ別個に分
配できるようになつている。

分配用溶液ホルダ１５の下部には、基板１９を
保持するスライダ２０が設けられ、そのスライダ
２０はボート２１上にスライド自在に設けられ、
そのスライドにより分配用溶液溜め１４，１５内
の各メルトバツク用溶液１７、成長用溶液１８と
基板１９を順次接触するようにスライドボート装
置１０は構成されている。

さて、上記のような構成における作業順序につ
いて説明する。ここでは、GaAs半絶縁性基板上
へのGaAsのエピタキシヤル成長を例にとつて述
べる。

最初に、スライダ２０に基板１９をセツトし、
メルトバツク用溶液溜め１２と成長用溶液溜め１
３に、共に溶媒となるGaと溶質となるGaAs多結
晶を入れる。Gaに対するGaAs多結晶の量は、後
述する成長温度において飽和溶液となるのに充分
過剰な量、即ち飽和量以上の量を用意する。飽和
量以上であるから秤量には、それ程精度を必要と
しない。そして、スライドボート装置１０は第１
図ａの状態で図示しない反応炉に挿入する。

次に、スライドホード装置１０を挿入した炉を
第２図に示す如く、メルトバツク温度T₁まで昇
温し、その温度を時間ａからｂまで保持し、原料
であるGaAsをGa溶液中に飽和するまで溶かす
（第１図ａ）。GaAsを過剰気味に入れてあるので
非溶解の遊離GaAsが存在することになるが、こ
の遊離GaAsは生成されたメルトバツク用溶液１
７及び成長用溶液１８の上層に溜り、下層には遊
離GaAsは存在しない。

GaAsがGa溶液中に飽和するまで溶けたら、成
長用溶液ホルダ１１をスライドしてメルトバツク
用溶液１７を第１の分配用溶液溜め１４に落とし
て分配する（第１図ｂ）。この第１の分配用溶液
溜め１４への分配はメルトバツク用溶液１７の下
層について行なわれるので、分配用溶液溜め１４
には遊離している過剰GaAs分が除かれた飽和溶
液が入ることになる。

このようにして十分な量の飽和メルトバツク用
溶液１７が分配用溶液溜め１４に入つたら、更に
成長用溶液ホルダ１１をスライドしてメルトバツ
ク用溶液溜め１２と第１の分配用溶液溜め１２と
の連通を断つ一方、今度は成長用溶液溜め１３と
第２の分配用溶液溜め１５とを連通して成長用溶
液１８を分配する（第１図ｃ）。

この状態で炉の温度をメルトバツク温度T₁か
ら成長温度T₂まで昇温し、この成長温度を時間
ｃからｄまで保持する。成長温度T₂に保持する
ことにより、第２の分配用溶液溜め１５内の成長
用溶液１８は遊離GaAsのない飽和溶液となる。
また、このとき第１の分配用溶液溜め１４内に閉
じ込められたメルトバツク用溶液１７は新たに溶
解すべきGaAsの供給が断たれているため、T₂−
T₁の温度だけ未飽和状態となる。ここで成長用
溶液ホルダ１１を更にスライドしてメルトバツク
用溶液１７と成長用溶液１８の分配操作を終了す
る（第１図ｄ）。

そして、これらの分配操作終了後の時間ｄで成
長温度T₂を徐冷降温する。この徐冷降温は所定
の緩い温度勾配で行なう。成長温度T₂より低く
くメルトバツク温度T₁より高い所定温度T₃とな
る時間ｅで、スライダ２０をスライドさせメルト
バツク用溶液１７と基板１９を接触させる。この
とき、メルトバツク用溶液１７は−ΔT₂＝T₁−
T₃だけ確実に未飽和状態となつている。時間t₁の
間メルトバツクして基板の表面変成層を取り除く
と共に、第２の分配溶液溜め１５内の成長用溶液
１８がΔT₁だけ過冷却状態となる時間ｆで、スラ
イダ２０を再びスライドさせ、表面の変成層を取
り除いたいた基板１９を成長用溶液１８と接触さ
せる。時間ｆからｇのt₂時間の間、この接触を保
つてエピタキシヤル層を基板１９上に成長させ
る。

ここで、メルトバツク量は、メルトバツク用溶
液の未飽和度−ΔT₂と、接触時間t₁とにより決ま
るが、その精度は±10％まで制御可能である。降
温開始温度800℃又はその付近という条件下で、
鏡面状態にメルトバツクを行なうためには、−
ΔT₂は２〜15℃以内が適しており、一方、メルト
バツク時間t₁は変成層の厚さにもよるが、１〜30
秒程度が鏡面を得るのに適している。メルトバツ
ク量を精度良く制御できるから、変成層を取り除
くのにメルトバツク用溶液が最低限の量で済む。

第３図は第１図の実施例の変形例を示すもの
で、第１図と異なる点は、成長用溶液ホルダ１１
ａにはメルトバツク用溶液溜め１２ａしか設け
ず、分配用溶液ホルダ１６の第１の分配用溶液溜
め１４にメルトバツク用溶液１７を分配操作する
けれども第２の分配用溶液溜め１５には当初から
成長用溶液１８が入るようになつて分配操作を行
なわないようにした点で、このようにしても基板
表面のメルトバツクは均一に行なわれる。

なお、上記実施例ではメルトバツク後１層成長
させる場合について述べたが、メルトバツク後多
層成長させることも可能である。また、GaAs半
絶縁性基板ではなく、GaAlAsなどの混晶基板を
メルトバツクさせる場合には、メルトバツク用溶
液としてGaとGaAs多結晶の他に、Alを加えて
もよい。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば次のような優れた
効果を発揮する。

(1) 昇温途中のメルトバツク温度下で過剰溶質を
除去した飽和メルトバツク用溶液を分配用溶液
溜め内に分配することにより、メルトバツク温
度よりも高い所定温度を特定するだけで、基板
と接触させるメルトバツク用溶液の未飽和度を
精度良く制御できるので、メルトバツク用溶液
の未飽和度と接触時間とから決まるメルトバツ
ク量を正確なものとすることができる。したが
つて、メルトバツク量の再現性がきわめて良好
となると共に、基板表面を均一にメルトバツク
することができ、鏡面状のエピタキシヤル層を
再現性よく得ることができる。

(2) 溶質に対して過剰気味の溶質を入れるだけで
良いので、従来のような溶媒、溶質の高精度の
秤量を必要としなくなり、作業がきわめて容易
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の工程図、第２図は
第１図の工程における温度プログラムを示す線
図、第３図は第１図の変形例を示す一工程図、第
４図は従来の液相エピタキシヤル成長装置の断面
図、第５図は第４図の装置による工程を実施する
温度プログラムである。 図中、１２はメルトバツク用溶液溜め、１４は
分配用溶液溜め、１７はメルトバツク用溶液、１
８は成長用溶液、１９は基板、T₁はメルトバツ
ク温度、T₂は成長温度、−ΔT₂は所定の未飽和
度、t₁は所定時間である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基板表面をメルトバツクしてからエピタキシ
   ヤル層を基板上に成長させるスライドボート法に
   よる液相エピタキシヤル成長法において、 メルトバツク用溶液溜内に溶媒と過剰気味の溶
   質とを入れて昇温を開始し、予め設定したメルト
   バツク温度に達したら所定時間そのままの温度に
   保持して溶媒中に溶質を飽和するまで溶かし、そ
   の温度下で、溶媒から遊離している過剰溶質分を
   除いた飽和メルトバツク用溶液を分配用溶液溜内
   に分配した後、更にメルトバツク温度よりも大き
   な成長温度まで昇温してメルトバツク用溶液を未
   飽和状態となし、その後成長温度より徐冷降温を
   開始し、この冷却途中、メルトバツク温度よりも
   高い所定温度になつた時点から所定時間そのメル
   トバツク用溶液を基板に接触させて基板表面をメ
   ルトバツクさせ、しかる後に過冷却の成長用溶液
   と基板を接触させることによりエピタキシヤル層
   を基板上に成長させることを特徴とする液相エピ
   タキシヤル成長法。