JPS5935589Y2 - 液相式結晶成長装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、主として、ＩＩＩ−Ｖ族化合物の結晶育成に
用いられる液相エピタキシャル成長装置の改良に関する
。

エレクトロニクスの分野で、化合物半導体が注目される
ようになり、たとえば、発光素子やマイクロ波素子にお
いてＧａＡｓやＧａＰなどの半導体が広く利用されてい
る。

−例をＧａＰの発光ダイオードによって述べると、この
発光ダイオードはｎ形ＧａＰ基板の表面に不純物濃度の
よく制御されたｎ形エピタキシャル戊長層を形成したの
ち、この表部に、ｐ形層をエピタキシャル成長性あるい
は拡散法によって設けて、ｐｎ接合を形成したものであ
り、このｐｎ接合に少数キャリアを注入して再結合放射
を起こさせるようにしたものである。

このような発光ダイオードのｐ形層の形成やｎ形層のエ
ピタキシャル成長性には液相エピタキシャル戊長方法が
広く利用される。

ところで、液相エピタキシャル戒長方法としては、たと
えば特公昭３７−５９７２号公報に掲載されているよう
な傾斜法、すなわち、加熱炉内に傾斜させて置かれた溶
解用るつぼ中で、その両端部に所定基板と溶融物とを配
置し、このるつぼの傾斜を緩めて、上記基板と溶融物と
を接触させ、これを徐冷することによって、上記溶融物
中に存在させた過飽和の溶質物を基板上に析出させる方
法が広く知られている。

しかし、実用的には、その変形とも言うべき横形スライ
ド方式が採用されている。

この横形スライド方式の装置とは、結晶を成長させるた
めに準備された結晶基板あるいは種基板（以下、単に基
板と称す）を摺動させて、これを上記溶融物と槽の底面
で接触させ、ついで、この接触状態のまま、徐冷して、
基板上に結晶を育成させるものである。

しかるに、この従来の装置は、結晶育成に要する溶質量
が微量であっても、溶融物の量を十分多量に保持しない
と、溶融物の表面張力のために、基板の全面にわたって
均一に接触させることができなくなるという問題があり
、そのために、溶融物の量は、槽内の厚さが５〜１０ｍ
ｍになるだけの多量を必要とし、経済的でないため、実
用的でながった。

一方、このような問題点が解決された装置として、特公
昭４８−４０８０６号公報に示されているものがある。

これは、装置を基板を入れるための凹部を有する下側ブ
ロックと、貫通孔を有する上側ブロックとで構成し、上
側ブロックを下側ブロックに対して摺動させて、上側ブ
ロックの貫通孔内の溶融物を下側ブロックの凹部内に入
れられている基板に接触させ、この基板上に結晶を成長
させるものである。

ところが、この装置では、液だめを構成する上側ブロッ
クにおいて、貫通孔の下端はその開口面積が他の部分よ
り狭く構成されている。

この開口面積の狭い部分の厚みによって、液相エピタキ
シャル成長層の厚さを制御することができるのであるが
、この装置においてはそれが上側ブロックを加工して構
成されたものであるため、液相エピタキシャル成長させ
るべき層の厚さに応じて上側ブロックを交換しなければ
ならず、取扱いが煩雑であるだけでなく、成長させるべ
き厚さに応じたブロックを準備しておかなければならな
いため、不経済である。

さらに、使用を重ねるに従って上側ブロックが摩耗して
行き、液相エピタキシャル成長の厚みに応じた溶質量の
制御が困難になるだけでなく、その加工もむずかしいも
のであるため、一定使用回数を経た上側ブロックを廃棄
しなければならず、不経済であった。

本考案は上記従来の装置にあった問題を解決することが
できるもので、少量の原料により、安定な結晶成長層を
得る製造装置を提供することを目的とする。

第１図は、横形スライド方式に本考案を適用した実施例
装置の概略断面図である。

この装置においては、石英管を炉材とする反応炉１内に
、基板２を載置した架台３を配置し、この架台３上に摺
動可能な状態で、槽構体４を置き、その槽５内に、溶媒
材としてのＧａ金属５１と溶質材としてのＧａＰ盤体５
２と所定の重し体６とを、それぞれ、重ねて装填してい
る。

この状態で加熱すると、Ｇａ金属５１中にＧａＰが溶は
込み、飽租溶液となる。

この装置では、Ｇａ金属５１の充填量が比較的少量であ
っても、その上から原料のＧａＰ盤体５２で押えられて
いるので、溶融物は底面に均一な厚さに拡がる。

そこで、架台３と槽構体４とを摺動させて、基板１と溶
融物とを接触させたときに、この基板１と原料のＧａＰ
盤体５２との間隔が平行になるようにスペーサ７を介在
させておく。

このスペーサ７を設置することにより、溶融物の厚さが
０．２〜２ｍｍ程度になるような少量であっても、均一
なエピタキシャル成長層を得ることができ、また、その
厚さに応じた溶質量を規定できる。

成長の過程は、従来方法と同様に、高温の加熱状態で基
板１と溶融物（ＧａにＧａＰが溶融しているもの）とを
接触させ、ついで、この系全体を一様に０．５〜１σＣ
／分の冷却速度で徐冷することにより、基板１の表面に
溶融物中の過飽和ＧａＰを析出させ、エピタキシャル成
長させる。

成長の停止は、基板１と溶融物とを引離せばよい。

基板１および溶融物は系全体を室温まで冷却して取り出
す。

この冷却の過程で、溶融物内の残余のＧａＰは、この溶
融物に接しているＧａＰ盤体５２の側にほとんど析出す
るので、そのほとんど全部を回収して再使用に供するこ
とができる。

ＧａＰ盤体５２の厚さは、任意であるが、たとえば、２
ｍｍ程度（それ以上を含む）のものを用いると、たとえ
ば黒鉛材の重し体６を載置しなくても、自重によって同
等の効果が得られる。

スペーサ７は黒鉛材を用いて構成し、厚さは０．２〜２
ｍｍの範囲のものが適し、とりわけ、経験上は０．７〜
１．０ｍｍのものが最適である。

０．２ｍｍ未満では摺動時の作業性に障害を生じ、２．
０ｍｍをこえると溶融物の量が増大するので有用性が低
減する。

以上説明したように、本考案の装置は、槽構体内に溶媒
物質と盤状溶質材とを重ねて装填したのち加熱して、溶
媒中に溶質を飽和溶融させた溶融物を形威し、これと所
定基板との間に槽構体と別体のスペーサを介在させて、
上記基板と上記盤状溶質材とを平行に保って、この基板
を溶融物に接触させ、徐冷して、同基板上に結晶を育成
するものである。

この装置によれば、溶融物の調製が、単に溶媒材を秤量
して充填するという作業でなされ、簡単である。

しかも調製された溶媒ならびに溶質が効率よく回収され
るから、これらの横置も大幅に低減される。

そして、スペーサが槽構体と別体であるため、液相エピ
タキシャルの目的に応じてそれに適した寸法のスペーサ
を使用でき、スペーサにより溶媒物質の量を決定すると
同時に、成長層の厚さに応じた溶質量を規定でき、厚み
の再現性がよい。

そして、使用を重ね、摩耗、劣化したときにはスペーサ
のみを交換すればよく、槽構体を長期間繰り返し使用で
きるため、経済的である。

なお、本考案は、実施例で述べた徐冷法に限ることなく
、たとえば、温度勾配の設定された炉内を移動させる方
法にも適用できることは言うまでもないことである。

また、スライド方式のほかに、回転式の基板移動方式を
用いて成長の開始および停止を行なっても差支えない。

さらに、不純物のドープに際しては、あらかじめ溶質材
に含有させておくことが好ましいが、ガスドーピング法
も適用することができる。

本考案の装置は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物の結晶成長のみな
らず、飽和溶融物から生成する方式の結晶成長には適用
することができ、たとえば、ＩＩ −ＶＩ族化合物、磁
性材料等の結晶育成に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の一実施例の装置の主要部の概略断面図で
ある。 １・・・・・・反応炉、２・・・・・・基板、３・・・
・・・架台、４・・・・・・槽構体、５１・・・・・・
溶媒（Ｇａ金属）、５２・・・・・・溶質（ＧａＰ）、
６・・・・・・重し体、７・・・・・・スペーサ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 槽構体の槽内に溶媒物質と盤状溶質材とを重ねて装填し
   、加熱して、溶媒中に溶質を飽和溶融させた溶融物を形
   成するとともに、上記盤状溶質材と所定基板との間に上
   記槽構体と別体のスペーサを介在させて、上記溶媒物質
   の量を決定するとともに、上記基板と上記盤状溶質材と
   を平行に保って、上記基板を溶融物に接触させ、徐冷し
   て、上記基板上に結晶を育成することを特徴とする液相
   式結晶成長装置。