JPS5837687B2 - 液相成長方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体基体の表面に半導体層を液相から成長さ
せるようにした液相成長方法に関するものであって、特
に、ガンダイオード、半導体レーザー、発光ダイオード
等の半導体装置のエビタキシャル層の形或に用いるのに
最適な液相成長方法を提供するものである。

従来比種の方法を実施するための装置としてスライド式
のものが用いられているが、これは第１図に示す如き構
成からなっている。

即ち第１Ａ図に示すように、ＧａＰ又はＧａＡ３ （
溶質）を溶かしたＧａ（溶媒）からなる溶液１を収容す
る空間２を設けた溶液ホルダー３を用意し、このホルダ
ーの下面に接しつ工摺動する摺動板４の表面凹部５に半
導体基板６を嵌め込み、この状態で摺動板４を矢印方向
に摺動させる。

そして第１Ｂ図の状態になったときに溶液１からＧａＰ
又はＧ ａＡｓを半導体基板６表面に析出させてエビタ
キシャル成長させる。

基板表面に不必要な溶液が残るのを防止するために摺動
板４を更に移動させ、第１Ｃ図のようにホルダー３の壁
部で溶液を取除くようにしている。

しかしながら溶液１は飽和状態になっていなげればなら
ないので、溶質及び溶媒の量を厳密に測定して飽和溶液
にする必要がある。

このため微量測定が面倒であると共に、溶質と溶媒との
比のずれにより飽和溶液を調整するのに困難である。

また成長に要する量に比べて多量の溶液を使うことにな
るのでコスト的にも不利であり、残った溶液の除去も面
倒である。

上記の如き欠陥を是正すべく発明されたものであって、
半導体基体の表面に半導体層を液相から成長させるよう
にした液相成長方法において、（ａ）、溶液収容板に設
けられた溶液収容空間に液相成長用溶液を収容すること
、 （ｂ）、前記溶液収容体の下面に接して相対的に摺動す
る溶液分離板に設けられた溶液分離空間に、この溶液分
離板を前記溶液収容板に対して相対的に摺動させること
によって、前記溶液の一部を収容すること、 （ｃ） 前記溶液分離空間に収容された前記溶液を溶
質体に接触させてこの溶液の濃度を飽和状態に調整する
こと、 （ｄ） 前記溶液分離板の下面に接して相対的に摺動
する半導体保持板の上面に配置された前記半導体基体に
、この半導体保持板を前記溶液分離板に対して相対的に
摺動させることによって、前記溶液を接触させること、 を夫々工程として具備する液相成長方法に係るものであ
る。

このように構或することによって、飽和溶液を容易に得
ることが出来て溶質及び溶媒の微量測定が不要となり、
然もコストを大巾に低減させることができる。

次に本発明の一実施例を第２図〜第１４図に付き述べる
。

まず第２及び第３図に付き本発明による液相成長方法を
実施するための液相成長装置及びその操作方法の概略を
説明する。

この装置はカーボングラファイトから成っていて、溶液
１１を収容するために互いに一定の間隔を置いて設けら
れた溶液収容空間１２を有する溶液ホルダー１３と、こ
のホルダーの下側に接して摺動しかつ溶液１１を分離収
容する溶液分離空間１７を有する摺動板１８と、この摺
動板の下側に接して摺動しかつ表面の凹部１５に半導体
基板１６を嵌め込んだ摺動板１４とによって構或されて
いる。

溶液１１はＧａとＧａＡｓとＳｎ（不純物とからなって
いる。

なおホルダー１３の溶液収容空間１２０間に設けられた
開口底部には溶液濃度調整のために用いるＧａＡｓから
なるンース１９が配され、このソースは上記開口に挿入
固定されたソース抑え２０によって位置保持されている
。

第２Ａ図に示す状態、即ちホルダー１３の空間１２と摺
動板１８の空間１７とが一致する状態にして、空間１２
に供給された溶液１１が空間１７を満たすようにしてお
く。

そうして摺動板１８．１４を矢印方向に同時に移動させ
ると空間１２に臨むホルダー１３の底壁部によって溶液
１１の一部分を空間１７内に分離することが出来る。

更に摺動板１８．１４を移動させ、第２Ｂ図の如く、ホ
ルダー１３に取付けられたソース１９に分離された溶液
１１が接するようにする。

この状態では溶液１１の温度を８５０℃にしておく。

溶液１１の濃度が所定値より低ければソース１９からＧ
ａＡｓが溶液１１中に溶出し、またその濃度が所定値よ
り高ければ溶液１１中のＧａＡｓがソース１９表面に析
出するので、ＧａＡｓが飽和した溶液１１を得ることが
出来る。

次にこの飽和状態において摺動板１４のみを矢印方向に
移動させて溶液１１に半導体基板１６を接触させ、徐々
に降温することにより半導体基板１６表面にＧａＡｓを
含むエビタキシャル層を成長させる。

この場合溶液１１の温度を上方から下方にかげて低くな
るようにしておけば成長を行い易い。

次に摺動板１４を矢印方向に移動させ、この摺動板に設
げた空間２１を通じて残りの溶液１１を流出除去する。

なお上述の操作における温度プログラムを第３図に示す
。

即ち第２Ａ図に示す状態から温度を上昇させて例えば８
５０℃にし、この温度を一定時間保持しつＳ第２Ｂ図に
示す溶液分離を行い、次いで徐々に降温する過程でエビ
タキシャル成長を行わせ、最後に溶液を除去する。

以上概略的に説明したことから明らかなように、本実施
例による装置を用いると、分離された溶液１１は常に飽
和溶液にすることが出来るので、溶質と溶媒とを微量１
１Ｊｆする必要がなく、たとえこの比が所定量よりずれ
ていてもソース１９によって所定値に保持される。

従って成長を正確に行えると共に、操作が簡単である。

然も分離した溶液を用いているから溶液の使用量が少な
くて済み、コストダウンを図れる。

また摺動板１４の空間２１を通じて残った溶液の除去を
容易に行え、エビタキシャル層表面に不要な溶液が付着
することも防止され得て表面状態が良好となる。

次に本実施飼の具体例を第４図〜第１４に付き説明する
。

この具体例におげる液相成長装置１０は、溶液及ヒ溶質
層のホルダー１３と、このホルダーの下側にて摺動する
溶液分離用の摺動板１８と、この摺動板の下側にて摺動
する半導体基板保持用の摺動板１４と、この摺動板下に
接して配された溶液溜め２２とによって構成されている
。

以下にこれら各構成部品の具体的構成を述べる。

ホルダー１３は第４〜第９図、特に第８図及び第９図に
明示する如く、互いに一定の間隔を置いて設けられた４
つの溶液収容空間１２と、これら空間と交互に設けられ
た断面Ｔ字状の４つのソース抑え挿入空間２３と、両側
部に設けられた２対の脚部２４とによって構成されてい
る。

空間２３の底部にはＧａＡｓからなるソース１９が夫々
配され、これらソースを位置保持するための第１０図に
示すＴ字状のソース抑え２０が空間２３内に挿入されて
いる。

摺動板１８はホルダー０３の脚部２４の内側にてガイド
されつ工摺動ずるが、特に第１１図に明示する如く、ホ
ルダー１３の空間１２と同一間隔及び同一サイズにて設
けられた４つの溶液分離空間１７を具備していて、その
両側部にはサイズが夫々異なる３対の突出部２５，２６
．２７が形成されている。

摺動板１４は摺動板１８と同じくホルダー１３の内側に
てガイドされつへ摺動するが、特に第１２図に明示する
如く、図面右側に半導体基板を嵌め込むために設けられ
た凹部１５と成長後に残った溶液を流出除去するための
流出空間２１とを夫々具備しており、またその左側端に
は第１３図に示す凹状保持具２８を下側から挿入するた
めの凹部２９が形成されている。

この保持具２８が挿入されたとき第７図に示すようにそ
の両腕部３０は摺動板１８の突出部２６に接当するよう
に構成されている。

溶液溜め２２は特に第５図及び第１４図に明示する如く
、摺動板１４の空間２１から流出する溶液を集めるため
の流出溶液溜めとなる凹部３１と、左側端上面に設けら
れた凹部３２と、その上面両側部に設けられた２対の脚
部３３と、熱電対を挿入して温度測定を行うために中心
部を貫通して設げられた貫通孔３４とを夫々具備してい
る。

なお溶液溜め２２の脚部３３はホルダー１３の脚部２４
とは第７図の如くに互いに交互に噛み合った状態でセッ
トされるように構成されている。

またこの図及び第５図で示すように、操竹開始前の状態
では、ホルダー１３の空間１２と摺動板１８の空間１７
とが上下一致するように配し、摺動板１８の突出部２６
が溶液溜め２２の脚部３３の左側に接当する状態となす
。

更にまたこの状態で摺動板１４の凹部２９に挿入された
保持具２８の両腕部３０が突出部２６の左側に接尚する
状態となす。

即ち突出部２６が丁度保持具２８と脚部３３との間に挾
まれるように配しておく。

なお摺動板１４の左端側の突出部２５と溶液溜め２２上
面の凹部３２との間の距離ｄ１はホルダー１３の空間１
２と空間２３との間の距離ｄ２ と等しく取っておく（
第５図）。

次に以上のように構或された液相成長装置１０の操作を
説明する。

まず第５図に示す状態においてホルダー１３の空間１２
内に液相戒長源である溶液を供給する。

この場合４つの空間１２内には右側から順番に種類の異
なる溶液を供給し、後述のように半導体基板表面に４層
のエビタキシャル層を形成する。

空間１２内に供給された夫々の溶液は摺動板１８の空間
１７を充たす。

次いで、摺動板１４の凹部１５に半導体基板１６を入汰
保持具２８が突出部２５に接当する迄摺動板１４のみを
矢印方向に移動させ、これによって半導体基板を摺動板
１８で完全に覆う。

これは、加熱時に半導体基板からその成分の一部、例え
ばＰ ｚ Ａ ｓが蒸発するのを防止しかつまた半導体
基板に異物が付着するのを防止するためである。

この状態から第３図に示すような温度プログラムに基い
て操作し、溶液温度を所定温度に昇温する。

次いで摺動板１４を石英棒で矢印方向に押すと、保持具
２８の両腕部３０が摺動板１８の突出部２５を矢印方向
に押し、この結果摺動板１４と共に摺動板１８も同時に
移動する。

そして保持具２Ｂが溶液溜め２２の上面凹部３２の位置
まで摺動すればこの凹部３２内にはまり込み、摺動板１
８が保持具２８から解除さわ，摺動板１４を押してもも
はや摺動板１８は移動しない。

このようにして摺動板１８は所定距離ｄ１、即ちホルダ
ー１３の空間１２と空間２３との間の距離ｄ２だけ動い
たことになり、従って上述の動作によって空間１７内に
分離された溶液はホ−ルダー１３に配されたソース１９
と接触するようになる。

即ち第２Ｂ図に示す状態となり、分離された溶液の厚み
は２．５Ｍである。

この結果４つの空間１７内の溶液はソース１９によって
飽和する。

そして摺動板１４を更に矢印方向に摺動させ、この摺動
板の凹部１５に嵌め込まれていた半導体基板の表面をま
ず摺動板１８の最右側の空間１７内に充たされている溶
液に接触させる。

即ち第２Ｃ図の状態となし、降温過程で半導体基板表面
に第１のエビタキシャル層を或長させる。

次いで更に摺動板１４を移動させ、上記溶液の残った部
分を流出空間２１から溶液溜め２２の凹部３１内に除去
し、第２の空間１７内の溶液に半導体基板の上記第１エ
ビタキシャル層表面を接触させ、上述と同様の操作を行
うと第２のエビタキシャル層を形成することが出来る。

このような操作を第３及び第４の空間１７内の溶液に関
して順次行うことにより、最終的には、半導体基板表面
に４層のエビタキシャル層を順次成長させることが可能
である。

なお上述の各溶液として７ｔのＧａと、０．Ｅｌ’のＧ
ａＡｓと、４種の異なる不純物量の不純物（例えばＳｎ
）とからなるものを用いた。

この溶液量は１回のみならず３〜４回のエビタキシャル
成長を可能にするものである。

実際には、各溶液のうち低濃度のものは毎回の操作で交
換し、高濃度のものは１〜２回毎に高濃度溶液を追加し
た。

このような多層エビタキシャル層を成長させるに際し本
実施列における装置では、不純物量の異なる各溶液は夫
々別々に分離されていてスライド方式で操作されるので
溶液の混合が極めて少なくなり、従って均一なエビタキ
シャル層を成長させることが出来る。

本実施例における装置を用いて例えば３層のエビタキシ
ャル層を有ほるガンダイオードを製作した。

即ち、不純物濃度１０１８個／ｃ似下のＮ十型ＧａＡｓ
半導体基板の表面に、Ｓｎをドープした不純物濃度１０
１７〜１０１８個／ｃｄのＮ十型エピタキシャル層を２
〜３μの厚さに成長させ、このエビタキシャル層上にＳ
ｎをドープした不純物濃度約１０１５個／ｃｒｔｌのＮ
一型エピタキシャル層を約１０μの厚さに或長させ（成
長時間は１０数分）、更にこのエビタキシャル層上にＳ
ｎをドープした不不純物濃度１０１８個／ｃｖｌＪＪ，
上のＮ十型エピタキシャル層を３〜４μに成長させるこ
とが出来た。

またＮ十型のＧａ Ａｓ半導体基板表面に、Ａ７ＧａＡ
ｓからなるＮ型エピタキシャル層（厚さ３μ）、ＧａＡ
ｓからなるエビタキシャル層（厚サＯ。

３μ〜０．５μ）Ａ ｔＧａＡｓからなるＰ型エピタキ
シャル層（厚さ２μ）、ＧａＡｓからなるＰ十型エピタ
キシャル層（厚さ３μ）を形成して半導体レーザーを製
造することが出来た。

本発明は上述の如く、溶液分離板に分離された溶液を溶
質体に接触させてこの溶液の濃度を飽和状態に調整する
ようにしているので、溶液中の溶質と溶媒との比が仮に
所定値からずれていても成長時には必ず飽和溶液にする
ことが出来、従って飽和溶液の形成が容易であり、従来
のように溶質及び溶媒の微量測定を行う必要がない。

然もまた溶液収容板に収容された溶液の一部分を溶液分
離板に分離し、この分離された溶液から液相成長させる
ようにしているので、溶液の必要量が少なくなり、コス
トの大巾な低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の液相成長方法を実施するための装置を示
すものであって、操作方法を工程順に示す装置の断面図
である。 第２図〜第１４図は本発明の一実施列を示すものであっ
て、第２Ａ〜第２Ｄ図は本発明による液相成長方法を実
施するための液相戒長装置の概略をその操作方法に従っ
て示す断面図、第３図はこの操作における温度プログラ
ムを示す線図、第４図は本発明による液相成長方法を具
体的に実施するための液相成長装置の平面図、第５図は
第４図におげるｖ−ｖ線析面図、第６図は第４図におげ
るＶＩ−ＶＩ線断面図、第Ｔ図は第４図の正面図、第８
図は溶液及びソースホルダーの平面図、第９図は第８図
におげるＩＸ −ＩＸ線断面図、第１０図はソース抑え
の正面図、第１１図は溶液分離用の摺動板の平面図、第
１２図は半導体基板保持用の摺動板の平面図、第１３図
は第１２図に示す摺動板に取付げられる保持具の正面図
、第１４図は溶液溜めの平面図である。 なお図面に用いられている符号において、１１は溶液、
１３はホルダー、１４．１８は摺動板、１６は半導体基
板、１９はソース、２０はソース抑え、２２は溶液溜め
、２８は保持具である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基体の表面に半導体層を液相から成長させる
   ようにした液相或長方法において、（ａ） 溶液収容板
   に設けられた溶液収容空間に液相成長用溶液を収容する
   こと、 （ｂｌ 前記溶液収容板の下面に接して相対的に摺動
   する溶液分離板に設けられた溶液分離空間に、この溶液
   分離板を前記溶液収容板に対して相対的に摺動させるこ
   とによって、前記溶液の一部を収容すること、 （ｃ） 前記溶液分離空間に収容された前記溶液を溶
   質体に接触させてこの溶液の濃度を飽和状態に調整する
   こと、 （ｄ） 前記溶液分離板の下面に接して相対的に摺動
   する半導体保持板の上面に配置された前記半導体基体に
   、この半導体保持板を前記溶液分離板に対して相対的に
   摺動させることによって、前記溶液を接触させること、 を夫々工程として具備する液相成長方法。