JPH0784359B2 - Liquid phase epitaxial growth system - Google Patents

Liquid phase epitaxial growth system

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JPH0784359B2
JPH0784359B2 JP1215896A JP21589689A JPH0784359B2 JP H0784359 B2 JPH0784359 B2 JP H0784359B2 JP 1215896 A JP1215896 A JP 1215896A JP 21589689 A JP21589689 A JP 21589689A JP H0784359 B2 JPH0784359 B2 JP H0784359B2
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JP
Japan
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melt
growth
substrate
substrate holder
epitaxial
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JPH0380185A (en
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孝一 長谷川
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Showa Denko KK
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Showa Denko KK
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多層の液相エピタキシャル成長に用いる成長装
置に係り、特に特性の面内均一性が良く、エピタキシャ
ル層表面状態が良好なエピタキシャルウエハーを得るた
めに好適なものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a growth apparatus used for multi-layer liquid phase epitaxial growth, and particularly to obtain an epitaxial wafer having good in-plane uniformity of characteristics and a good epitaxial layer surface condition. It is suitable for.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

III−V族化合物半導体のエピタキシャル成長層は発光
ダイオード、レーザーダイオードなどの光デバイスや、
FETなどの高速デバイス等に広く応用されている。さら
に最近ではデバイス性能を向上させるために数〜数十オ
ングストロームの半導体薄膜を積み重ねた微細な構造が
要求されている。このような薄膜積層構造は気相又は液
相エピタキシャル成長方法によって作られる。
Epitaxial growth layers of III-V compound semiconductors are used for optical devices such as light emitting diodes and laser diodes,
Widely applied to high speed devices such as FETs. Furthermore, recently, in order to improve device performance, a fine structure in which semiconductor thin films of several to several tens of angstroms are stacked is required. Such a thin film laminated structure is produced by a vapor phase or liquid phase epitaxial growth method.

化合物半導体基板上に複数のエピタキシャル層を液相成
長させる為には、一般に第4図に示す様なスライドボー
トが用いられている。例えば3層のエピタキシャル層を
成長させる場合、底板9上の基板収納凹部13に基板14を
置き、その上に底板9に対して相対的に摺動可能なメル
トスライダー10を置く。メルトスライダー10のメルト収
容部11、11′、11″にはそれぞれ目的とするエピタキシ
ャル層を成長させる為に必要な組成の成長用メルト12、
12′、12″が収容されている。この状態でスライドボー
トをエピタキシャル成長炉(図示せず)内に挿入し、H2
ガスあるいは不活性ガス等の雰囲気ガス中で所定の温度
まで昇温する。成長用メルトが均一になった後にメルト
スライダー10を矢印方向にスライドさせ、基板14と第1
の成長用メルト12とを接触させる。この状態で炉内温度
を徐々に冷却し、基板14上に第1のエピタキシャル層を
成長させる。所定量のエピタキシャル層が成長した後、
メルトスライダー10をさらに矢印方向にスライドさせ、
基板14とメルト12を分離する。次にメルト12′と接触さ
せ再び徐冷して第2のエピタキシャル層を成長させる。
以下同様にして第3のエピタキシャル層成長が終了した
後、基板14とメルト12″を分離し放冷する。
A slide boat as shown in FIG. 4 is generally used for liquid phase growth of a plurality of epitaxial layers on a compound semiconductor substrate. For example, when growing three epitaxial layers, the substrate 14 is placed in the substrate housing recess 13 on the bottom plate 9, and the melt slider 10 which is slidable relative to the bottom plate 9 is placed thereon. The melt accommodating portions 11, 11 ′ and 11 ″ of the melt slider 10 each have a growth melt 12 having a composition necessary for growing an intended epitaxial layer,
12 ′ and 12 ″ are housed. In this state, the slide boat is inserted into an epitaxial growth furnace (not shown), and H 2
The temperature is raised to a predetermined temperature in an atmosphere gas such as a gas or an inert gas. After the growth melt becomes uniform, the melt slider 10 is slid in the direction of the arrow so that the substrate 14 and the first
And contact it with the growth melt 12. In this state, the temperature inside the furnace is gradually cooled to grow the first epitaxial layer on the substrate 14. After growing a certain amount of epitaxial layer,
Slide the melt slider 10 further in the direction of the arrow,
The substrate 14 and the melt 12 are separated. Next, the second epitaxial layer is grown by bringing it into contact with the melt 12 'and slowly cooling it again.
Similarly, after the growth of the third epitaxial layer is completed, the substrate 14 and the melt 12 ″ are separated and allowed to cool.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

上記方法において底板9上の基板収納凹部13の深さは、
底板9とメルトスライダー10が摺動可能とする為にエピ
タキシャル層成長後のウエハーの厚さよりも深くする。
この為、基板14と成長用メルト12を分離する際に基板14
にメルトスライダー10の底部との間にすきまができ、成
長用メルト12か完全に分離できず一部が基板14上に残留
する。基板を次のメルトに接触させるとき、この基板14
上に残ったメルト12が次のメルト中に持ち込まれる為メ
ルトの組成が変化してしまい、所望の組成のエピタキシ
ャル層が得られず、ウエハー面内でのエピタキシャル成
長層組成のバラツキも大きくなる欠点がある。また、最
終エピタキシャル層の成長後、基板とメルトを分離する
際に、基板14上にメルトの一部が残るとエピタキシャル
層表面にメルトの跡がつき、良好なエピタキシャル層表
面が得られないという欠点もある。
In the above method, the depth of the substrate storage recess 13 on the bottom plate 9 is
In order that the bottom plate 9 and the melt slider 10 can slide, the thickness is made deeper than the thickness of the wafer after the epitaxial layer growth.
Therefore, when separating the substrate 14 and the growth melt 12, the substrate 14
In addition, a gap is formed between the melt slider 10 and the bottom of the melt slider 10, and the growth melt 12 cannot be completely separated, and a part remains on the substrate 14. When the substrate is contacted with the next melt, this substrate 14
Since the melt 12 remaining on the top is brought into the next melt, the composition of the melt is changed, an epitaxial layer having a desired composition cannot be obtained, and the variation of the epitaxial growth layer composition within the wafer surface also becomes large. is there. In addition, when the melt is separated from the substrate after the growth of the final epitaxial layer, if a part of the melt remains on the substrate 14, the trace of the melt is attached to the surface of the epitaxial layer, and a good epitaxial layer surface cannot be obtained. There is also.

さらに、メルトスライダー10をスライドさせる際にメル
ト12中あるいは基板14周辺部等に析出した多結晶晶出物
等との摩擦によりウェハー表面にキズが発生する場合が
ある。量産性についても例えば3層成長させる場合には
基板1枚について3個の成長用メルトが必要であり量産
性に乏しい。
Further, when the melt slider 10 is slid, scratches may occur on the surface of the wafer due to friction with the polycrystalline crystallized substances or the like deposited in the melt 12 or in the peripheral portion of the substrate 14 or the like. Regarding mass productivity, for example, in the case of growing three layers, three growth melts are required for one substrate, and mass productivity is poor.

表面状態の良好なエピタキシャル成長層を得る手段とし
ては、竪型(ディップ方式)の液相成長方法がある。竪
型法はメルト溜に入れられたメルト中に基板を浸漬して
エピタキシャル成長させ、成長終了後基板を引上げて基
板表面に成長用メルトが残留しないようにするものであ
る。本出願人も先に複層エピタキシャル成長用の装置を
提案した(特開昭62−83398参照)。この装置は複数の
溶液槽を円周上に配列して回転可能とし、基板をセット
した基板保持具を第1の成長溶液槽から順次移し換えて
行いことにより、連続して多層のエピタキシャル層を成
長させるものである。この方式ではエピタキシャル層の
数を増やす場合は溶液層を収容する成長炉中の反応管の
内径を大きくせねばならず、また、1回に処理する基板
枚数を増やす場合も反応管の直径を大きくしなければな
らない。反応管は通常高純度石英で造るが、強度的にも
経済的にも直径40cm程度が限度であり、これ以上大きな
直径の反応管は実用的でない。つまり、1回の処理枚数
を増やして大量生産しようとしても装置上の制約があ
る。
As a means for obtaining an epitaxial growth layer having a good surface condition, there is a vertical (dip method) liquid phase growth method. In the vertical method, the substrate is immersed in the melt contained in the melt reservoir for epitaxial growth, and after the growth is completed, the substrate is pulled up so that the growth melt does not remain on the surface of the substrate. The present applicant has also previously proposed an apparatus for multi-layer epitaxial growth (see Japanese Patent Laid-Open No. 62-83398). This apparatus has a plurality of solution baths arranged on the circumference so as to be rotatable, and the substrate holder on which the substrate is set is sequentially transferred from the first growth bath to carry out continuous epitaxial layer formation. It grows. In this method, when the number of epitaxial layers is increased, the inner diameter of the reaction tube in the growth furnace that houses the solution layer must be increased, and when the number of substrates processed at one time is increased, the diameter of the reaction tube is increased. Must. The reaction tube is usually made of high-purity quartz, but the maximum diameter is about 40 cm both in terms of strength and economy, and a reaction tube with a larger diameter is not practical. In other words, even if the number of sheets processed at one time is increased and mass production is attempted, there are restrictions on the apparatus.

これに対して本発明の方法では、反応管の直径を拡大す
る必要は無く、従来の直径のまま長さを長くすることに
より溶液槽の大きさや数を増やすことが可能であり、量
産性にも優れた方法である。
On the other hand, in the method of the present invention, it is not necessary to increase the diameter of the reaction tube, and it is possible to increase the size and number of the solution tanks by increasing the length while maintaining the conventional diameter. Is also an excellent method.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

本発明者は上記の欠点を解決する為に研究を進め、新し
い構造の液相エピタキシャル成長装置を着想し、この装
置を用いたエピタキシャル成長方法により上記欠点を解
決できることを見いだした。本発明による成長方法にお
いては基板を垂直または斜めに保持した基板ホルダーを
定位置で上下方向に移動させることにより、基板ホルダ
ー下方に設置された成長用メルト溜中の成長用メルト中
に浸漬させメルトと基板との接触、分離を行なう。ま
た、成長用メルトの移動は基板ホルダーを上方に移動さ
せた状態でメルト溜を直線方向に基板ホルダーに対して
相対的にスライドさせ順次移動させる。上記の基板ホル
ダーを上下方向に移動させることによる基板と成長用メ
ルトとの接触分離と、メルト溜の直線方向の移動を組み
合わせることにより、基板上に複数のエピタキシャル槽
を成長させるものである。この方法によれば基板と成長
用メルトとの分離は、基板を成長用メルトから上に引き
上げることによりなされるので成長用メルトは重力によ
り落下して基板上にはほとんど残らない。従ってメルト
が次の成長用メルトに持ち込まれることがない為、所望
する組成のエピタキシャル層が再現性よく得られ均一性
も向上する。基板ホルダーの基板保持部分は装置の他の
部分と摺動することがないのでウエハー表面にキズが発
生することもない。また、1組(3層エピタキシャルの
場合は3個)のメルト溜で複数枚の基板にエピタキシャ
ル成長させることができるので従来のスライドボート法
と比較して量産性も大巾に向上するし、メルト溜を長手
方向に拡大することにより、反応管径を拡大することな
く1個の基板処理枚数を増大することができる。
The present inventor conducted research to solve the above-mentioned drawbacks, conceived a liquid phase epitaxial growth apparatus having a new structure, and found that the above-mentioned drawbacks can be solved by an epitaxial growth method using this apparatus. In the growth method according to the present invention, by vertically moving the substrate holder holding the substrate vertically or obliquely at a fixed position, it is immersed in the growth melt in the growth melt reservoir installed below the substrate holder and melted. And the substrate are contacted and separated. The growth melt is moved by sequentially sliding the melt pool linearly with respect to the substrate holder while the substrate holder is being moved upward. A plurality of epitaxial baths are grown on the substrate by combining contact separation of the substrate and the growth melt by moving the substrate holder in the vertical direction and movement of the melt reservoir in the linear direction. According to this method, the substrate and the growth melt are separated from each other by pulling up the substrate from the growth melt, so that the growth melt drops by gravity and hardly remains on the substrate. Therefore, since the melt is not brought into the next growth melt, an epitaxial layer having a desired composition can be obtained with good reproducibility and uniformity can be improved. Since the substrate holding portion of the substrate holder does not slide with other portions of the apparatus, no scratch is generated on the wafer surface. Further, since it is possible to epitaxially grow on a plurality of substrates with one set (three in the case of three-layer epitaxial) of the melt pool, mass productivity is greatly improved as compared with the conventional slide boat method. The number of substrates to be processed can be increased without increasing the diameter of the reaction tube by increasing the length in the longitudinal direction.

本方法に用いる装置は、直線方向に移動可能な複数の成
長用メルト溜と上下方向に移動可能な基板ホルダーと該
基板ホルダーの側面に接し直線方向に移動可能なスライ
ダーを有し、スライダーには斜めの溝が形成され、基板
ホルダー側面にはスライダーの溝に入る凸部ガイドが形
成されている。スライダーを直線方向に移動させるとス
ライダーの斜めの溝より基板ホルダーの凸部ガイドに垂
直成分の力と水平方向の力が働く。ここでガイドにより
基板ホルダーを定位置で上下方向に移動可能な構造にし
ておくことにより基板ホルダーは上下方向にのみ移動す
る。
The apparatus used in this method has a plurality of growth melt reservoirs that are movable in a linear direction, a substrate holder that is movable in the vertical direction, and a slider that is in contact with the side surface of the substrate holder and is movable in the linear direction. An oblique groove is formed, and a convex portion guide that fits into the groove of the slider is formed on the side surface of the substrate holder. When the slider is moved in the linear direction, the vertical component force and the horizontal force act on the convex guide of the substrate holder from the slanted groove of the slider. Here, by making the substrate holder movable in the vertical direction at a fixed position by the guide, the substrate holder moves only in the vertical direction.

本装置を用いてエピタキシャル成長を行なう場合、最初
の成長用メルトと基板の接触までの間、基板ホルダーを
上方に保持しておくと、基板ホルダーは雰囲気ガスに対
して開放状態であり、基板が高温の雰囲気ガス流にさら
される為、基板がAsあるいはP等の易蒸発性元素を含む
化合物である場合は基板表面からのAs抜けあるいはP抜
けが発生するし、エピタキシャル層が不均質になった
り、電気特性が変化してしまう場合がある。この場合装
置に基板ホルダーを収納する容器を設置し、基板と最初
の成長用メルトとの接触までの時間基板ホルダーを格納
容器内に収納しておくことにより、基板表面からのいわ
ゆるAs抜けあるいはP抜けを防ぐことができる。この時
収納容器内にAsもしくはP元素またはAs化合物もしくは
P化合物を入れておくことにより格納容器内のAs圧力も
しくはP圧力が高まり、さらに効果は大きくなる。
When performing epitaxial growth using this equipment, if the substrate holder is held upward until the first contact between the melt for growth and the substrate, the substrate holder will be open to atmospheric gas and the substrate will become hot. When the substrate is a compound containing an easily evaporative element such as As or P, as it is exposed to the atmospheric gas flow of As, Pd or As is released from the substrate surface, and the epitaxial layer becomes heterogeneous. The electrical characteristics may change. In this case, a container for accommodating the substrate holder is installed in the apparatus, and the substrate holder is accommodated in the storage container for the time until the substrate first contacts with the growth melt. You can prevent the omission. At this time, by putting As or P element or As compound or P compound in the storage container, the As pressure or P pressure in the storage container is increased and the effect is further enhanced.

格納容器はメルト溜と同様の容器を準備し、基板ホルダ
ーを収納して雰囲気ガス流から遮断することにより効果
を達成することができる。
The effect can be achieved by preparing a container similar to the melt reservoir as the storage container and housing the substrate holder to shut off the atmosphere gas flow.

本発明の液相エピタキシャル成長装置の一実施例につい
て図を用いて詳細に説明する。
An embodiment of the liquid phase epitaxial growth apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明の液相エピタキシャル成長装置の一実施
例の斜視図、第2図は第1図において基板ホルダー1を
下方に移動した状態におけるA−A′方向断面概略図で
ある。また、第3図は該成長装置の動作状態を示す側面
図である。
FIG. 1 is a perspective view of one embodiment of the liquid phase epitaxial growth apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a schematic sectional view taken along the line AA ′ in the state where the substrate holder 1 is moved downward in FIG. Further, FIG. 3 is a side view showing an operating state of the growth apparatus.

基板14は第2図に示すように基板ホルダー1の基板保持
部2にメルトが基板表面に残留しないように垂直あるい
は斜めに保持される。基板ホルダー1は支持体3の中央
空間部4に組み込まれ、支持体3に設けられたガイド溝
3aによって支持体3に対して上下方向にのみ移動可能で
ある。支持体3の外側には基板ホルダー1の側面に接し
てスライダー5が組み込まれ、スライダー5は支持体3
に沿って水平方向に摺動可能となっている。スライダー
5の基板ホルダー側には斜めの溝6が形成されている。
また、基板ホルダー1の外側側面にはスライダーの溝6
と同一の角度で該溝6に噛合する凸部ガイド7が形成さ
れている。
As shown in FIG. 2, the substrate 14 is held vertically or obliquely by the substrate holder 2 of the substrate holder 1 so that the melt does not remain on the substrate surface. The substrate holder 1 is incorporated in the central space portion 4 of the support body 3, and is provided with a guide groove provided in the support body 3.
It is possible to move only in the up-down direction with respect to the support body 3 by 3a. A slider 5 is incorporated outside the support body 3 in contact with the side surface of the substrate holder 1.
It is slidable horizontally along the. An oblique groove 6 is formed on the slider 5 on the substrate holder side.
Further, the groove 6 of the slider is formed on the outer side surface of the substrate holder 1.
A convex portion guide 7 that meshes with the groove 6 at the same angle as is formed.

スライダー5を水平方向に移動させると、基板ホルダー
1の凸部ガイド7がスライダーの溝内を移動することに
より、基板ホルダー1は上下方向に移動する(第3図
(a)、(b))。
When the slider 5 is moved in the horizontal direction, the convex portion guide 7 of the substrate holder 1 moves in the groove of the slider, so that the substrate holder 1 moves in the vertical direction (FIGS. 3A and 3B). .

支持体3の内部には成長用メルト溜8が設置されてお
り、メルト溜8の最上部は基板ホルダー1が最上部に移
動している時の基板保持部2の最下部よりも低くなって
いる。メルト溜8は支持体3の内部を直線方向に移動さ
せることができる。
A growth melt reservoir 8 is installed inside the support 3, and the uppermost part of the melt reservoir 8 is lower than the lowermost part of the substrate holding part 2 when the substrate holder 1 is moved to the uppermost part. There is. The melt reservoir 8 can be moved linearly inside the support 3.

この例では成長用メルト溜が3槽の場合を図示したが、
成長させるエピタキシャル層の種類に応じてメルト溜の
数を増減する。
In this example, the case where the growth melt reservoir is three tanks is illustrated, but
The number of melt pools is increased or decreased according to the type of epitaxial layer to be grown.

尚、これらの装置各部は高純度黒鉛で造るのが望まし
い。
It is desirable that each part of these devices is made of high-purity graphite.

次に本装置を用いた液相エピタキシャル成長方法の一例
を示す。
Next, an example of a liquid phase epitaxial growth method using this apparatus is shown.

基板ホルダー1の基板保持部2に基板14をセットし、一
方成長用メルト溜8、8′、……に所望するエピタキシ
ャル層を成長させるのに必要な原料を入れる。第3図
(a)のように基板ホルダー1を上部に移動させた状態
で横型エピタキシャル炉の石英反応管(図示せず)の内
部にセットする。反応管内を雰囲気ガスで置換した後、
所定の温度まで昇温し、原料を溶解させて成長用メルト
12を準備する。炉内温度を第1エピタキシャル層の成長
開始温度とし、成長用メルトが均一になった後スライダ
ー5をスライドさせて基板ホルダー1を下方に降下さ
せ、基板14と第1の成長用メルト12を接触させる(第3
図(b))。その後炉内温度を所定の速度で所定の温度
まで冷却し基板表面に第1のエピタシャル層を成長させ
る。第1のエピタキシャル層の成長が終了した後、スラ
イダー5をスライドさせて基板ホルダー1を上方に移動
させ、基板14と第1の成長用メルト12を分離する(第3
図(a)の状態)。次に成長用メルト溜8、8′、……
をスライドさせ第2の成長用メルト12′を基板ホルダー
1の下に移動させる。炉内温度を第2のエピタキシャル
層の成長開始温度にした後スライダー5をスライドさせ
て基板ホルダー1を降下させ、基板14と第2の成長用メ
ルト12′を接触させる(第3図(c))。所定の温度ま
で冷却し第2のエピタキシャル層を成長させた後、スラ
イダー5をスライドさせ基板ホルダー1を上昇させて基
板14と成長用メルト12′を分離させる。以下同様に成長
用メルト溜の移動と基板とメルトの接触、分離をくり返
し、必要な数のエピタキシャル層を順次成長させる。
The substrate 14 is set on the substrate holding part 2 of the substrate holder 1, while the raw materials necessary for growing a desired epitaxial layer are put in the growth melt reservoirs 8, 8 '. As shown in FIG. 3 (a), the substrate holder 1 is moved to the upper part and set in a quartz reaction tube (not shown) of a horizontal epitaxial furnace. After replacing the atmosphere in the reaction tube,
Melt for growth by raising the temperature to a prescribed temperature and melting the raw materials
Prepare twelve. The temperature in the furnace is set to the growth start temperature of the first epitaxial layer, and after the growth melt becomes uniform, the slider 5 is slid to lower the substrate holder 1 to bring the substrate 14 and the first growth melt 12 into contact with each other. Let (the third
Figure (b)). After that, the temperature in the furnace is cooled to a predetermined temperature at a predetermined rate to grow the first epitaxial layer on the surface of the substrate. After the growth of the first epitaxial layer is completed, the slider 5 is slid to move the substrate holder 1 upward to separate the substrate 14 from the first growth melt 12 (third embodiment).
The state of FIG. Next, the melt pool for growth 8, 8 '...
Is slid to move the second growth melt 12 'to below the substrate holder 1. After the temperature inside the furnace is set to the growth start temperature of the second epitaxial layer, the slider 5 is slid to lower the substrate holder 1 and bring the substrate 14 and the second growth melt 12 'into contact with each other (Fig. 3 (c)). ). After cooling to a predetermined temperature to grow the second epitaxial layer, the slider 5 is slid to raise the substrate holder 1 to separate the substrate 14 from the growth melt 12 '. Similarly, the movement of the growth melt reservoir, the contact between the substrate and the melt, and the separation are repeated in the same manner to sequentially grow the required number of epitaxial layers.

〔実施例1〕 第1図に示した液相エピタキシャル成長装置を使用し
て、GaAlAsシングルヘテロ赤色LEDエピタキシャルウエ
ハーを作成した。P型GaAs基板(2inφ)は5mm間隔で2
枚ずつ向かい合わせで合計60枚を基板ホルダー1にセッ
トした。第1のメルト溜には第1の成長メルト用として
Gaメタル2400g、GaAs多結晶170g、Al 4.5g、Zn 5.0gを
装入した。第2のメルト溜には第2の成長メルト用とし
てGaメタル2400g、GaAs多結晶60g、Al 16g、Te70mgを装
入した。最初、基板ホルダー1を上方に置き、第1のメ
ルト溜8が基板ホルダー1の下方に位置するようにセッ
トする。装置を横型エピタキシャル炉の石英反応管内に
挿入し、炉内をH2ガスで置換した後H2ガスを流しながら
880℃まで昇温する。880℃で120分保持し、メタルが完
全に溶解して均一になった後、GaAs基板と第1の成長用
メルトと接触させ、冷却速度0.3℃/分で850℃まで冷却
した後、GaAs基板14を第1の成長用メルト12から分離し
た。次に温度850℃のまま成長用メルト溜8′を基板ホ
ルダー1の下に移動させ、GaAs基板14を第2の成長用メ
ルト12′と接触させ冷却速度0.5℃/分で750℃まで冷却
した後第2の成長用メルト12′から分離した。その後室
温まで放冷し、GaAs基板14を炉から取りだし、エピタキ
シャル成長層表面及び裏面にそれぞれオーミック電極を
形成して0.3mm角のLED素子を作成した。
Example 1 A GaAlAs single hetero red LED epitaxial wafer was prepared using the liquid phase epitaxial growth apparatus shown in FIG. P-type GaAs substrate (2 in φ) is 2 at 5 mm intervals
A total of 60 sheets were set in the substrate holder 1 facing each other. The first melt pool is for the first growth melt
2400 g of Ga metal, 170 g of GaAs polycrystal, 4.5 g of Al and 5.0 g of Zn were charged. The second melt pool was charged with 2400 g of Ga metal, 60 g of GaAs polycrystal, 16 g of Al, and 70 mg of Te for the second growth melt. First, the substrate holder 1 is placed above, and the first melt reservoir 8 is set so as to be located below the substrate holder 1. Insert the equipment into the quartz reaction tube of the horizontal epitaxial furnace, replace the inside of the furnace with H 2 gas, and then flow H 2 gas.
Raise the temperature to 880 ℃. Hold at 880 ° C for 120 minutes to completely melt and homogenize the metal, then contact the GaAs substrate with the first growth melt and cool to 850 ° C at a cooling rate of 0.3 ° C / min. 14 was separated from the first growth melt 12. Then, the growth melt reservoir 8'is moved below the substrate holder 1 while keeping the temperature at 850 ° C, the GaAs substrate 14 is brought into contact with the second growth melt 12 ', and cooled to 750 ° C at a cooling rate of 0.5 ° C / min. Then separated from the second growth melt 12 '. After that, the temperature was allowed to cool to room temperature, the GaAs substrate 14 was taken out of the furnace, and ohmic electrodes were formed on the front and back surfaces of the epitaxial growth layer to form a 0.3 mm square LED element.

〔比較例1〕 比較のため図4に示す従来の横型スライドボートと同様
の構造をもつ量産用スライドボートを用いて同じGaAlAs
シングルヘテロエピタキシャル成長を行なった。実施例
1の装置に使用した横型エピタキシャル炉で、スライド
ボードでは1段に基板2枚で5段、計10枚の2inφP型G
aAs基板を一度にセットできた。成長用メルトとして基
板1枚につき、それぞれ第1の成長メルト用としてGaメ
タル50g、GaAs多結晶3.54g、Al 93.8mg、Zn 104mg、第
2の成長メルト用としてGaメタル50g、GaAs多結晶1.25
g、Al 333mg、Te 1.46mgをセットした。基板と成長用メ
ルトをセットしたスライドボートを横型エピタキシャル
炉の石英反応管内に挿入し、炉内をH2ガスで置換した後
H2ガスを流しながら880℃まで昇温した。880℃で120分
保持した後メルト溜をスライドさせGaAs基板と第1の成
長用メルトと接触させた。冷却速度0.3℃/分で850℃ま
で冷却した後再びメルト溜をスライドさせGaAs基板を第
1の成長用メルトから分離した。次に、温度850℃のま
までさらにメルト溜をスライドさせ、GaAs基板を第2の
成長用メルトと接触させ冷却速度0.5℃/分で750℃まで
冷却した後、第2の成長用メルトから分離した。その後
室温まで放冷し、GaAs基板から炉を取り出し、エピタキ
シャル成長層表面及び裏面にそれぞれオーミック電極を
形成し、0.3mm角のLED素子を作成した。
[Comparative Example 1] For comparison, the same GaAlAs was manufactured using a mass production slide boat having the same structure as the conventional horizontal slide boat shown in FIG.
Single heteroepitaxial growth was performed. In the horizontal epitaxial furnace used in the apparatus of Example 1, a slide board has one substrate with two substrates and five substrates, a total of ten 2 in φP type G.
I was able to set the aAs substrate at once. For each substrate as a growth melt, 50 g of Ga metal, 3.54 g of GaAs polycrystal, Al 93.8 mg, Zn 104 mg for the first growth melt, and 50 g of Ga metal for the second growth melt, 1.25 g of GaAs polycrystal.
g, Al 333 mg, and Te 1.46 mg were set. After inserting the slide boat with the substrate and the growth melt into the quartz reaction tube of the horizontal epitaxial furnace, and after replacing the inside of the furnace with H 2 gas
The temperature was raised to 880 ° C. while flowing H 2 gas. After holding at 880 ° C. for 120 minutes, the melt reservoir was slid to bring the GaAs substrate into contact with the first growth melt. After cooling to 850 ° C. at a cooling rate of 0.3 ° C./min, the melt reservoir was slid again to separate the GaAs substrate from the first growth melt. Next, the melt pool is further slid at a temperature of 850 ° C., the GaAs substrate is brought into contact with the second growth melt, cooled to 750 ° C. at a cooling rate of 0.5 ° C./minute, and then separated from the second growth melt. did. After that, the temperature was allowed to cool to room temperature, the furnace was taken out from the GaAs substrate, ohmic electrodes were formed on the front and back surfaces of the epitaxial growth layer, and a 0.3 mm square LED element was prepared.

実施例1と比較例1で作成したLED素子の揮度と波長の
分布を第5図、第6図に示す。
The volatility and the wavelength distribution of the LED elements prepared in Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIGS. 5 and 6.

第5図および第6図から明らかなとおり、輝度、波長い
ずれも比較例1に比べて実施例1の方が分布のバラツキ
が非常に小さい。
As is clear from FIG. 5 and FIG. 6, the variation in the distribution of Example 1 is much smaller than that of Comparative Example 1 in both luminance and wavelength.

また、キズやメタル残り跡等による外観検査不良率につ
いても比較例1では約8%の不良が発生するのに対し、
実施例1では不良は約2%と著しく減少した。
Further, in comparison with the defect rate of visual inspection due to scratches, residual metal marks, and the like in Comparative Example 1, about 8% of the defects occur, but
In Example 1, the defects were remarkably reduced to about 2%.

〔実施例2〕 実施例1と同じ第1図に示す装置を用いて、GaAs赤外LE
Dエピタキシャルウエハーを作成した。n型GaAs基板(2
inφ)を5mm間隔で2枚ずつ向かい合わせに基板ホルダ
ーにセットした。第1の成長用メルト溜に第1の成長メ
ルト用としてGaメタル2400g、GaAs多結晶384g、Si4.8
g、第2の成長用メルト溜に第2の成長メルト用としてG
aメタル2400g、GaAs多結晶240g、Si3.6gを入れた。
[Embodiment 2] A GaAs infrared LE was manufactured by using the same apparatus shown in FIG.
A D epitaxial wafer was created. n-type GaAs substrate (2
inφ) were set in a substrate holder so that two sheets of them were opposed to each other at 5 mm intervals. 2400 g of Ga metal, 384 g of GaAs polycrystal, Si4.8 for the first growth melt in the first growth melt reservoir
g, G for the second growth melt in the second growth melt reservoir
a Metal 2400g, GaAs polycrystal 240g, and Si 3.6g were put.

成長用メルト溜に隣接して成長用メルト溜と共に移動可
能な空のメタル溜を基板ホルダー格納容器として設置
し、基板に第1の成長用メルトを接触させる直前まで基
板ホルダーを該基板ホルダー格納容器内に格納してお
き、基板と第1の成長用メルトの接触以後は次の条件で
エピタキシャル成長を行なった。
An empty metal reservoir that is movable adjacent to the growth melt reservoir and is movable together with the growth melt reservoir is installed as a substrate holder storage container, and the substrate holder is stored until just before contacting the first growth melt with the substrate. After the contact between the substrate and the first growth melt, the epitaxial growth was performed under the following conditions.

装置を横型エピタキシャル炉の石英反応管内に挿入し、
炉内をH2ガスで置換した後、H2ガスを流しながら、930
℃まで昇温した。930℃で60分保持した後、GaAs基板と
第1の成長用メルトを接触させ、冷却速度0.8℃/分で9
00℃まで冷却、GaAs基板を第1の成長用メルトから分離
した。次に炉内温度を870℃まで降温した後基板を第2
の成長用メルトと接触させ、冷却速度1.2℃/分で700℃
まで冷却し、基板を第2の成長用メルトから分離した。
その後室温まで放冷し、GaAs基板を炉から取り出した。
Insert the device into the quartz reaction tube of the horizontal epitaxial furnace,
After replacing the inside of the furnace with H 2 gas, while flowing H 2 gas,
The temperature was raised to ° C. After holding at 930 ° C for 60 minutes, contact the GaAs substrate with the first growth melt and cool it at a cooling rate of 0.8 ° C / minute for 9 minutes.
After cooling to 00 ° C., the GaAs substrate was separated from the first growth melt. Next, after lowering the furnace temperature to 870 ° C, the substrate is
Contact with the growth melt of 700 ℃ at a cooling rate of 1.2 ℃ / min
And the substrate was separated from the second growth melt.
Then, it was cooled to room temperature and the GaAs substrate was taken out of the furnace.

また、基板ホルダー格納容器内底部に基板に接触しない
程度の量のGaAs多結晶を入れ、上記と同じ方法でエピタ
キシャル成長させた。
In addition, GaAs polycrystal was placed in the bottom of the substrate holder storage container in such an amount that it did not come into contact with the substrate, and epitaxial growth was performed by the same method as above.

その結果、エピタキシャル層表面のAs抜けが原因と思わ
れるピットは格納容器を使用しない場合に比較して大巾
に減少した。さらに格納容器内にGaAs多結晶を入れた状
態で基板ホルダーを格納し、同様にエピタキシャル成長
を行なうと、ピットは全く発生しなかった。
As a result, the number of pits, which is thought to be caused by As loss on the surface of the epitaxial layer, was greatly reduced compared to the case where the containment vessel was not used. Further, when the substrate holder was stored with the GaAs polycrystal in the storage container and the same epitaxial growth was performed, no pits were generated.

上記3種類のエピタキシャルウエハーについてそれぞれ
エピタキシャル表面及び裏面にオーミック電極を形成し
0.3mm角のLED素子を作成した。
Ohmic electrodes are formed on the front and back surfaces of each of the above three types of epitaxial wafers.
A 0.3 mm square LED element was created.

〔比較例2〕 比較例1と同じスライドボート装置を用いてGaAs赤外LE
Dエピタキシャルウエハーを作成した。基板収容部にn
型GaAs基板をセットし、第1の成長メルト用としてGaメ
タル50g、GaAs多結晶8g、Si 100mg、第2の成長メルト
用としてGaメタル50g、GaAs多結晶5g、Si 75mgをセット
する。装置を横型エピタキシャル炉の石英反応管内に挿
入し、炉内をH2ガスで置換した後、H2ガスを流しなが
ら、930℃まで昇温する。930℃で60分保持した後メルト
溜をスライドさせGaAs基板と第1の成長用メルトを接触
させた。冷却速度0.8℃/分で900℃まで冷却した後再び
メルト溜をスライドさせ、GaAs基板を第1の成長用メル
トから分離した。次に炉内温度を870℃まで降温した
後、メルト溜をさらにスライドさせ、GaAs基板を第2の
成長用メルトと接触させ、冷却速度1.2℃/分で700℃ま
で冷却し、第2の成長用メルトから分離した。その後室
温まて放冷し、GaAs基板を炉から取り出し、エピタキシ
ャル成長層表面及び裏面にそれぞれオーミック電極を形
成し、0.3mm角のLED素子を作成した。
[Comparative Example 2] The same slide boat apparatus as in Comparative Example 1 was used to obtain GaAs infrared LE.
A D epitaxial wafer was created. N in the substrate housing
A type GaAs substrate is set, and Ga metal 50 g, GaAs polycrystal 8 g, Si 100 mg for the first growth melt, and Ga metal 50 g, GaAs polycrystal 5 g, Si 75 mg for the second growth melt are set. Insert the device into a quartz reaction tube of the lateral epitaxial furnace, after the furnace was replaced with H 2 gas, while flowing H 2 gas, the temperature was raised to 930 ° C.. After holding at 930 ° C. for 60 minutes, the melt reservoir was slid to bring the GaAs substrate into contact with the first growth melt. After cooling to 900 ° C. at a cooling rate of 0.8 ° C./min, the melt reservoir was slid again to separate the GaAs substrate from the first growth melt. Next, after lowering the temperature in the furnace to 870 ° C, slide the melt reservoir further to bring the GaAs substrate into contact with the second growth melt, cool it to 700 ° C at a cooling rate of 1.2 ° C / min, and then perform the second growth. Separated from the work melt. After that, the temperature was allowed to cool to room temperature, the GaAs substrate was taken out of the furnace, and ohmic electrodes were formed on the front surface and the back surface of the epitaxial growth layer, to prepare a 0.3 mm square LED element.

実施例2及び比較例2の各LED素子についてそれぞれ全
数検査を実施した。
100% inspection was carried out for each LED element of Example 2 and Comparative Example 2.

主な結果を第1表にまとめて示す。The main results are summarized in Table 1.

〔発明の効果〕 上述の様に、本発明の液相エピタキシャル成長装置を用
いて、本発明の液相エピタキシャル成長方法によりエピ
タキシャル成長を行なうことにより、従来より特性の均
一性に優れ、エピタキシャル表面の良好な多層エピタキ
シャルウエハーが得られ、量産性も大巾に向上する。ま
たエピタキシャル条件により基板からのAs、P等の易蒸
発性元素の抜けが発生する場合には、基板ホルダー格納
容器を設置し、基板と成長用メルトの接触の前まで基板
を格納容器内に格納することにより易蒸発性元素の抜け
を低減することができる。このとき格納容器内に易蒸発
性元素を含む化合物を入れることにより効果は更に増大
する。
[Effects of the Invention] As described above, by performing epitaxial growth by the liquid phase epitaxial growth method of the present invention using the liquid phase epitaxial growth apparatus of the present invention, it is possible to obtain a multilayer having excellent uniformity of characteristics and a good epitaxial surface than ever before. Epitaxial wafers can be obtained and mass productivity is greatly improved. In addition, if the evaporation of elements such as As and P from the substrate due to epitaxial conditions occurs, a container for the substrate holder is installed and the substrate is stored in the container until the substrate and the growth melt contact each other. By doing so, it is possible to reduce the loss of easily evaporative elements. At this time, the effect is further enhanced by putting a compound containing an easily evaporating element into the storage container.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の液相エピタキシャル成長装置の一実施
例の斜視図、第2図は第1図の装置の基板ホルダーを下
方に移動した状態におけるA−A′方向断面概略図、第
3図は本発明の液相エピタキシャル成長装置の一実施例
の動作状態を示す側面図、第4図は従来の液相エピタキ
シャル成長装置の断面図、第5図はLED素子の輝度の分
布図、第6図は第5図と同一のLED素子の発光ピーク波
長の分布図である。 1……基板ホルダー 2……基板保持部 3……支持体 4……支持体中央空間部 5……スライダー 6……スライダー溝 7……凸部ガイド 8……成長用メルト溜 9……底板 10……メルトスライダー 11……メルト収容部 12……成長用メルト 13……基板収納凹部 14……基板
FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the liquid phase epitaxial growth apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a schematic sectional view taken along the line AA ′ in the state where the substrate holder of the apparatus of FIG. 1 is moved downward, FIG. Is a side view showing an operating state of one embodiment of the liquid phase epitaxial growth apparatus of the present invention, FIG. 4 is a sectional view of a conventional liquid phase epitaxial growth apparatus, FIG. 5 is a luminance distribution diagram of an LED element, and FIG. FIG. 6 is a distribution chart of emission peak wavelengths of the same LED element as in FIG. 5. 1 ... Substrate holder 2 ... Substrate holder 3 ... Support 4 ... Support center space 5 ... Slider 6 ... Slider groove 7 ... Convex guide 8 ... Growth melt pool 9 ... Bottom plate 10 …… Melt slider 11 …… Melt storage part 12 …… Growth melt 13 …… Substrate storage recess 14 …… Substrate

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】横長の箱状の支持体と、該支持体内を長手
方向に移動可能な連続した複数のメルト溜と、該支持体
内の定位置で上下方向に移動可能な基板ホルダーと、該
支持体の側面外側と該基板ホルダーの側面外側に接し、
該支持体側面に沿って長手方向に摺動可能なスライダー
とから構成されており、該スライダーの摺動面には斜め
の溝を形成し、前記基板ホルダー側面には前記スライダ
ーの溝に嵌合する凸部ガイドを形成し、該スライダーを
直線方向に移動させることにより、基板ホルダーが前記
メルト溜内の位置まで上下移動するように構成したこと
を特徴とする液相エピタキシャル成長装置。
1. A horizontally long box-shaped support, a plurality of continuous melt reservoirs that can move in the support in the longitudinal direction, a substrate holder that can move vertically at a fixed position in the support, It contacts the outside of the side surface of the support and the outside of the side surface of the substrate holder,
The slider is slidable in the longitudinal direction along the side surface of the support, and an oblique groove is formed on the sliding surface of the slider, and the side surface of the substrate holder is fitted in the groove of the slider. The liquid phase epitaxial growth apparatus is characterized in that the substrate holder is configured to move up and down to a position in the melt reservoir by forming a convex guide which moves and moving the slider in a linear direction.
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JPS5815218A (en) * 1981-07-20 1983-01-28 Hitachi Ltd Liquid phase epitaxial growth apparatus

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