JPS59101823A - 液相エピタキシヤル成長装置 - Google Patents

液相エピタキシヤル成長装置

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JPS59101823A
JPS59101823A JP21235682A JP21235682A JPS59101823A JP S59101823 A JPS59101823 A JP S59101823A JP 21235682 A JP21235682 A JP 21235682A JP 21235682 A JP21235682 A JP 21235682A JP S59101823 A JPS59101823 A JP S59101823A
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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】 本発明は、半導体素子製造において、一般に用いられて
いる液相エピタキシャル成長法に関し、特に異種の成長
層を複数形成する液相エピタキシャル成長法において、
1回の材料秤量で、複数枚以上にわたって各層の層厚お
よび組成制御が高い信頼性のもとに保証された良質の結
晶を経済的に生産することが可能な結晶成長装置の構造
に関する。
従来の半導体レーザダイオードの結晶成長法においては
、良質の結晶を得る対策として、成長雰囲気の高清浄化
をはかシ、溶液の酸化を防止し、結晶欠陥の少ない結晶
を得ていた。また層厚制御を容易ならしめるために、基
板結晶への成長の前に、成長溶液に板状種結晶を載置し
、溶液が過飽和であるために起こる成長開始時の不安定
な急激成長および、成長に寄与しない生成核による結晶
欠陥を′防止していた。例えば、AA!GaAsの液相
成長を例にとれば、1)雰囲気ガス(水素)中の酸素濃
度を0.03(PPM)以下に抑えて、11)本成長の
前に、溶媒Gaをあらかじめ成長開始温度で水素還元を
行ない、溶媒Gaの酸化物を取シ除き、m)Lかる後一
旦溶液を室温まで冷却してA/を各溶液に添加して、再
び昇温し、本成長を行っていた。したがって溶液の昇降
温に賛する時間が、成長ウェーハ1枚を生産するだめの
時間の半分を占め、生産性が低かりた。さらに板状種結
晶への溶液のぬれ具合は、該種結晶および溶液の表面状
態(例えば、成長用カーボンボートからのアウトガスに
よる汚染)に左右され、水素還元によっても、表面の汚
れを除去できない時には薄層溶液が局部的にしか形成さ
れない、すなわち、基板結晶への成長が局部的になる。
さらに、上記の理由に加えて、Aノを含んだ液相エピタ
キシャル成長においては一旦、成長炉の外に溶液を取シ
出すと、瞬時に酸化されるために、あらかじめ大量の溶
液を用意して、必要量だけ使用する方法(以下バッチメ
ルト法と称する)の適用が非常に困難であった。
本発明の目的は上記の問題点を解消し、成長層厚および
組成を再現性よく制御し、かつ、AJ添加のために、一
旦降温することなく、Gaの水素還元が終了した後、直
ちに溶媒Gaと溶質であるAA!GaAs5i結晶およ
び添加不純物を、接触溶解せしめ本成長を行ない、以後
、成長用溶液を成長雰囲気の清浄度を保証した成長炉芯
管内に保存し、板状種結晶と基板結晶のみの交換で、本
成長を複数回、繰シ返えして行なう事が可能であシ、秤
量の省力化によって、安定かつ高い生産性のもと、に良
質の結晶を供給するバッチメルト法液相エピタキシャル
成長装置を提供することにある。
本発明によれば、従来の液相エビ成長装置に代わりて以
下に述べる構成の液相エピタキシャル成長装置が得られ
る。すなわちスライド法による液相エピタキシャル成長
装置において、複数の成長層を得るだめの各層成長用溶
液として、薄層溶液を実現するところの複数の薄い浴槽
を有した溶液分離板と、この分離板の上部に、複数の板
状種結晶を保持するところの板状種結晶保持部と、この
保持部の上部に各成長用溶液の容量の2〜10倍の容量
の溶媒を保持する浴槽を配置した構造の液相、エピタキ
シャル成長装置であシ、溶液仕切シ板の1部に各成長用
溶液を実現するだめの溶質と不純物とを配置し、浴槽中
の溶媒とを分離し、第1のスライドによって、溶液仕切
シ板を浴槽と相対的に移動せしめ、溶質と不純物とに溶
媒を導入合体せしめ溶液仕切シ板を元の位置に戻して、
1サイクル分の溶液を形成する。第2のスライドによっ
て溶液分離板を板状種結晶保持部と相対的に移動せしめ
、薄層溶液を形成し、第3のスライドによって基板結晶
保持部を板状種結晶保持部と相対的に移動せしめ、基板
結晶を各成長用の薄層溶液の下部に順次スライドし、配
置することによって、成長層を得ることを特徴とする液
相エピタキシャル成長装置が得られる。
さらに、1サイクルの成長終了波、溶液を成長炉芯管内
に保存し板状種結晶保持部、溶液分離板、および基板結
晶保持部を低温の管外に引き出し、基板結晶および板状
種結晶を交換充填し再び前記の浴槽部に前記三部品を挿
入合体せしめて、本成長を繰シ返えし成長層を得ること
を特徴とする特相エピタキシャル成長装置が得られる。
次に本発明の効果を述べる。
(イ)密封した成長炉内で基板結晶、溶質、添加不純物
、および溶媒物質との分離保持が可能であるため、特に
溶媒の水素還元の効果が大となシ、かつ、成長開始温度
で、溶質(特にAl)との接触合体が可能となシ、成長
雰囲気の清浄度を維持したままで本成長が行なわれるた
めに、良質結晶を容易に得ることが可能となる。
(ロ)成長開始温度で溶媒(Ga )と溶質(AI)の
合体が行なわれるため、従来の降温Al添加、再昇温の
時間が不要となって、工数が半減する。
(ハ)成長サイクル毎の成長材料の秤量が不要となシ秤
量工数の低減と、サイクル毎の凋現性が向上し、成長歩
留りが増大し、生産性が大幅に向上する。
以上の点から明らかなように、本発明の採用によシ、良
質の半導体レーザダイオードの成長ウェーハを高い生産
性で得ることが可能になる。
以下に本発明の装置をAAGaAs半導体レーザダイオ
ードの結晶成長に適用した場合の一実施例を図面を参照
して述べる。第1図はエピタキシャル成長前の液相成長
部の断面を示し、第2図は溶媒Gaが溶質および添加不
純物に接触合体した断面を示し、第3図は板状種結晶に
溶液の上部が接触し成長用薄層溶液が形成されたことを
示す断面図である。
第4図は、本成長1サイクルが終了し、浴槽から、成長
済基板を取シ出す様子を示す断面図である。
基板結晶保持部140に、硫酸系のエツチング液で、表
面処理全行ったG a A s基板結晶150を設置す
る。G a A sと板状種結晶121〜124は、そ
れぞれ基板結晶と同様の表面処理を行った彼、板状種結
晶保持部120に、第1図のように配置する。溶質であ
る高純度AlとG a A sアンドープ種結晶および
添加不純物(例えばP型としてはGeZnn 型として
はSn、 Te) 111〜114は板状種結晶保持部
120上に載置した溶液仕切シ板110の一部にそれぞ
れ配置する。溶媒Ga 101〜104は成長溶液浴槽
100にそれぞれ配置する。
しかる後に、第1図の成長装置を成長炉に設置し、成長
雰囲気を清浄ならしめ水素ガス中の醗素濃度が0.03
[PPM:]以下になったら昇温する。
約800 C”O]で、溶媒Ga101〜104の水素
還元を行ない、装置に吸着している水分等のガスを放出
する。数時間後、第1図に示すように溶液仕切シ板11
0を矢印の方向に移動せしめる。この操作によって密封
炉心管内で、溶媒Ga101〜104と、A l 、G
 a A s 種結晶および添加不純物111〜114
が容易に合体する。(したがって、kl添加のだめの降
・再昇温が不要である。)2〜6時間保持し、溶質等が
溶媒Ga中に均一に溶は込んだ後に、第2図に示すよう
に浴液仕切シ板110を矢印の方向に移動させ、1サイ
クル分の成長溶液を形成する。続いて溶液分離板130
を矢印の方向に移動させる(第3図)。この時、分離板
の厚さく例えば2〔酊〕程度)によって分離せしめられ
た成長用浴液131〜134がG a A s板状種結
晶121〜124の表面に接触し溶質の飽和量が微調整
され平衡状態となる。溶液の均一な平衡状態を得るに必
要な時間保持し、しかる後に第1層−n−AIGaAs
の成長温度まで一定の降温速度(o、IC”07M i
 n 〕)で降温する。降温過程では、各溶液において
、板状種結晶が文字通シ棟結晶の役割シを果たし、種結
晶が核生成を定常状態にするだめの飽和度調整機能を担
い成長に寄与しない余分な生成核を吸着し、基板結晶へ
の析出は安定な量となシ、結晶欠陥を防止することが可
能になる。降温によシ第1層−n −A I G a 
A sの成長開始温度に達したならば、第3図の基板結
晶保持部140を矢印の方向に移動せしめ、第1層薄層
溶液131の下に配置する。基板結晶の表面には該溶液
131の安定した該生成のもと、一定の成長速度で結晶
成長が行なわれる。第1層n−A7GaAsf所定の層
厚(〜2〔μ〕)成長せしめた後、基板結晶を順次移動
せしめ、第2層−〇aAs 、第3層−P−AAGaA
s、第4 層n−GaAsをそれぞれ0.1[μ:]。
2.0〔μ)、i、o(μ〕の層厚で結晶成長せしめる
以上の成長装置操作過程によって、結晶成長が終了する
本成長1サイクルの終了後、第4図に示すように、成長
法基板結晶151及υ板状種結晶を浴槽100から分離
せしめて、成長炉芯管の外部に配置された、Arペース
の密封チャンバー内に引き入れ、基板結晶150及び板
状種結晶121〜124を充填し、再び、成長炉芯管内
に、溶液分離板130板状種結晶保持部120、基板結
晶保持部140を導入し、浴槽100と合体配置せしめ
、第1図に示す工程を行う。
本実施例によれば、AI添加のだめの炉の降、昇温か不
要となシ、かつ炉芯管内での溶液の充填が可能なバッチ
メルト法の採用によって成長雰囲気の清浄度を維持した
ままで、成長用薄層”溶液が形成される。その結果、生
産枚数が倍増し、良品歩留シが増大する。従って、本発
明の実施によシ半導体レーザダイオードの生産性は大幅
に向上する。
上記のAlGaAs成長に関する一実施例であり、In
GaAsP等の化合物半導体の液相エピタキシャル成長
等にも適用が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による液相エピタキシャル成
長装置の成長部の成長工程前の断面図である。第2図は
、溶媒Gaと)J、GaAs種結晶および添加不純物と
が接触合体し、かつ、溶液拡張用型シ板が各溶液の上部
に投入載置された様子を示す断面図である。第3図は第
1図の成長部の成長過程を示す断面図である。第4図は
本成長1サイクルが終了して、成長済基板結晶を取シ出
す様子を示す断面図である。 100・・・・・・浴槽、101〜・1・04・・・・
・・第1層〜第4層用溶媒Ga、110・・・・・・溶
液仕切シ板、111〜114・・・・・・第1層〜第4
層用、AA!、G殖S不純物、120・・・・・・板状
種結晶保持部、121〜124・・・・・・第1層〜第
4層用G a A s板状種結晶、130・・・・・・
溶液分離板、131〜134・・・・・・第1層〜第4
層用長用薄層溶液、140・・・・・・基板結晶保持部
、150・・・・・・基板結晶、151・・・・・・成
長済基板結晶。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)スライド法による液相エピタキシャル成長装置に
    おいて、各成長用溶液として、複数の薄層溶液を実現す
    る、複数の薄い浴槽から成る溶液分離板を有し、該分離
    板の上部に、複数の板状種結晶を保持する、板状種結晶
    保持部を有し、該保持部の上部に、複数の溶媒を保持す
    る溶槽を配置し、溶槽の底部に該保持部と接触して、溶
    液仕切シ板を配置したことを特徴とする液相エピタキシ
    ャル成長装置。
  2. (2)前記溶液仕切シ板の一部に、各成長用溶液を実現
    するための溶質と不純物とを配置し、前記浴槽中の溶媒
    とを分離し、第1のスライドによって該溶液仕切シ板を
    溶槽と相対的に移動せしめ、板状種結晶保持部の一部を
    通過して、該溶質と不純物とに、溶媒を導入接触し、合
    体せしめられることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の液相エピタキシャル成長装置。
  3. (3)前記の装置の溶液分離板を第2のスライドにより
    て、板状種結晶保持部と相対的に移動せしめ薄層溶液を
    形成し、第3のスライドによって、基板結晶保持部を板
    状種結晶保持部と相対的に移動せしめ、基板結晶を各層
    成長用薄層溶液の下部に順次配置せしめることを特徴と
    する特許請求の範囲第1、第2項記載の液相エピタキシ
    ャル成長装置。
  4. (4)前記の溶槽及び溶液仕切シ板から成る部分を外枠
    として該外枠に前記、板状種結晶保持部と溶液分離板及
    び、基板結晶保持部が接触合体して挿入可能な構造を有
    し板状種結晶及び基板結晶の取シ出しが可能である事を
    特徴とする特許請求の範囲第1・第2・第3項記載の液
    相エピタキシャル成長装置。
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