JPS6052576B2 - 液相エピタキシヤル成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体エピタキシャル層に関する新規１州Ａ一
一 〜ル本に紀゛械”林−Ｊ−ＩＬ“りアｓｋｈ、船
ι一タ』ｌ半導体エピタキシャル層を液相成長させる技
術として非常に有効なものである。

従来、半導体レーザー素子等の多層結晶成長構造を有す
る半導体素子の製作にはスライディング式の液相エピタ
キシャル成長方式が一般的に使用されてきた。

この液相エピタキシャル成長方式について第１図ととも
に以下に説明する。第１図はスライディング式の液相エ
ピタキシャル成長装置の要部構成断面図である。グラフ
ァイトボート１にＧａ、Ａｌ、Ａｓ等の元素及び適当な
ドーパントを含む融液を溜める複数個の融液溜２ａ、２
ｂ、２ｃ、２ｄが設けられており、この融液溜２ａ、２
ｂ、２ｃ、２ｄの各底部を構成する１枚のグラファイト
基板保持台３がクーラファイトポート１に挿入されてい
る。

グラファイト基板保持台３の上面には単結晶基板４が装
着されており、また端部はストッパーで固定位置決めさ
れている。装置内温度を熱対電（図示せず）で検出し、
適）温に制御しながらグラファイトボート１をグラファ
イト基板保持台３に沿つて移動させると、グラファイト
基板保持台３上面に装着された単結晶基板４が順次融液
溜２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの各融液と接触する。

この時装置内の冷却速度を適当に５設定すると、各融液
が過飽和状態となり、単結晶基板４上に順次結晶層を重
畳形成する。以上の工程により半導体エピタキシヤル成
長が行なわれる。上記スライデイング式の液相エピタキ
シヤル成長方式は多層エピタキシヤル層を形成する場合
に簡便な方式ではあるが、反面次の如き欠点を有する。
高温保持中に融液溜２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに貯蔵され
ている融液の表面は酸化あるいはカーボンからの汚れに
起因する皮膜に覆われており、成長開始時にこの皮膜を
充分拭い去ることなく単結晶基板４あるいは結晶成長層
上に融液を接触させると、この融液からのエピタキシヤ
ル成長が阻害される。

また降温過程では微結晶に基く殼が融液内に生成され同
様にエピタキシヤル成長が阻害される。更に重要な欠点
は成長前の工程でＣａＡ．ソース結晶３ａ，３ｂ，３ｃ
，３ｄを各融液溜２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ１内のＧａ融
液に添加する際、任意の形状のものを任意の状態で添加
するため、Ｇａ融液に溶け込むＧａＡｓの量、即ちＭの
濃度が融液内で均一になり難いことである。従つてＭの
濃度、更に成長中に於いては過飽和度の不均一性のため
、それによつて成長する結晶の面内分布に於いて、結晶
組成や層厚が不均一となる。以上の如き欠点を有するた
め製作される半導体−素子は所望する素子特性を充分に
発揮することができず、良好な品質の素子を得ることは
困難であつた。上記欠点を改善する目的で、第２図に示
す如く、融液中の皮膜及び殼を除去し、さらにＧａ融．
液底部のＡｓ濃度を調整するため、単結晶基板４に各融
液が接触する前に、グラフアイト基板保持台３の上面に
装着されたＧａＡｓソース結晶（ダミー結晶）５に接触
させる方式が試みれている。

あるいは第３図に示す如く融液底部のＡｓ濃度を均Ｉ一
によるために、ソース用ＧａＡｓ結晶５ａ，５ｂ，５ｃ
，５ｄを各融液底部に装着する方式も試みられている。
しかし、第２図、第３図に示した如き方式の欠点として
、最初の融液の皮膜、殼等を削除したり、Ａｓ濃度を均
一にすることは可能一であるが、スライド操作後の融液
が前のＧａＡｓソース結晶５あるいはソース用ＧａＡｓ
結晶５ａ，５ｂ，５ｃに接触する際、ＧａＡｓソース結
晶に付着している前の融液の一部あるいは前の融液から
除去された皮膜、殼等が後の融液に混入し、融液溜２ｂ
，２ｃ，２ｄ内の融液によるエピタキシヤル成長の均一
性を阻害することとなる。本発明は上記現状に鑑み、技
術的手段を駆使することにより確実に清浄化され、しか
もＡｓ濃度の均一な融液を基板上に接触させ、素子特性
の良好な結晶成長層を得ることのできる新規有用な半導
体エピタキシヤル層の製造装置を提供することを目的と
するものである。

本発明の他の目的は欠陥の少ない半導体エピタキシヤル
層を製造することである。

本発明の１実施例について図面を参照しながら以下に説
明する。

第４図Ａは本発明の１実施例を示す液相エピタキシヤル
成長装置の要部構成断面図である。

第４図Ｂは第４図Ａに示す液相エピタキシヤル装置の平
面図である。融液溜２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを有するグ
ラフアイトポート１に挿入されたグラフアイト基板保持
台３上面には単結晶基板４が装着され、融液溜２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄに合致して、各溶液の底部を削るための
穴７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄがそれぞれグラフアイト基板
保持台３の上面より形成されている。

またグラフアイト基板保持台３の内部にはグラフアイト
ポート１の移動方向と平行にガイド溝が設けられ、この
ガイド溝に高純度カーボン製スライド板８が配設されて
いる。スライド板８はグラフアイトポート１ど連結され
、グラフアイトポート１の移動に連動して摺動する。ま
たスライド板８にはグラフアイトポート１の各溶液溜２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに合致してソース用ＧａＡｓ結晶
の装着用凹部が設けられ、それぞれソース用ＧａＡｓ結
晶５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが装着されている。上記穴７
ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄはこの凹部と連通している。更に
スライド板８にはグラフアイトポート１の各融液溜２ａ
，２ｂ，２ｃ，２ｄと同一ピツチ間隔で各融液溜２ａ，
２ｂ，２ｃ，２ｄの配置位置の略々中間に対応する位置
に貫通孔９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが設けられている。グ
ラフアイト基板保持台３のスライド板８より下方に位置
する部分には、グラフアイトポートの各融液溜２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄに合致して、廃液溜１０ａ，１０ｂ，１
０ｃ，１０ｄが設けられ、スライド板８の貫通穴９ａ，
９ｂ，９Ｃ，９ｄが廃液溜１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１
０ｄ内に移動配置された時、各融液底部を削るための穴
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄと連通状態となる。上記構成か
らなる液相エピタキシヤル成長装置の操作について説明
する。第４図の状態で横形成長炉内に挿入し、最高保持
温度（ＴＭ）まで炉を昇温する。

この時、各融液内へはＴＭで決定されるＡｓの溶解度ま
でソース用ＧａＡｓ基板５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが溶け
込み、各融液にＭが供給される。各融液中のＭ濃度を均
一にするために最高保持温度で数時間保持する。次に成
長炉を降温しながら、成長開始時にグラフアイトポート
１をスライドさせ、融液溜２ａを単結晶基板４に合致さ
せると、２ａ内のＧａ溶液によつて単結晶基板４上に成
長が開始される。この時の状態を第５図に示す。第４図
の初期状態から第５図の状態に移行する途中で、ソース
用ＧａＡｓ結晶５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは各融液から切
り離され、穴７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄによつて削られた
各融液の底部分は貫通孔９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄを通し
てそれぞれ廃液溜１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに落
し込まれる。従つて、第５図の状態では単結晶基板４に
接触している融液溜２ａ内のＧａ融液はＡｓ濃度または
その過飽和度が均一でしかも底部に皮膜、殼等を含まな
い清浄な融液となる。そしてソース用ＧａＡｓ結晶５ａ
の溶け残りは完全にＧａ融液から切り離されるが、ソー
ス用ＧａＡｓ結晶５ｂ，５ｃ，５ｄは最初に接触してい
た各Ｇａ融液と再び接触する。さらにグラフアイトポー
ト１をスライドさせ融液溜２ｂ内のＧａ融液多こよつて
単結晶基板４上のエピタキシヤル層に重畳して成長層を
得る。

この状態を第６図に示す。以下、同様にして単結晶基板
４上に順次各融液からの多層エピタキシヤル層を成長形
成する。上記実施例は横型炉に適用された液相エピタキ
シヤル装置について説明したが、本発明はこれを縦形炉
に適用して直線移動ではなく回転移動型のスライデイン
グ式液相エピタキシヤル成長装置としても当然に実施可
能である。

本発明によればエピタキシヤル成長前に成長用融液の各
底部に生成された皮膜及び殼が全て除去され清浄化され
た融液でしかもＭ濃度あるいはその過飽和度の均一な融
液によつて成長が行われる。

さらに成長前に各融液の混合が全く起らないので、所望
の組成の成長層が作製される。以上の理由により結晶性
の良好なしかも均一な良質の多層エピタキシヤル層が得
られ、素子特性の良好な高品質の半導体装置が製作され
る。

実際に本発明の液相エピタキシヤル成長装置（縦形炉を
使用した回転スライデイング方式を採用）を用いて、ダ
ブルヘテロ形半導体レーザを製作した所、光学的、電気
的特性が均一で、１万時間以上の連続発振寿命が推定さ
れる素子が得られた。またその製造工程に於いて歩留り
が飛躍的に向上した。以上詳説した如く、本発明は簡単
な構成で優れた効果を奏する非常に産業的意義の卓越し
たエピタキシヤル製造技術である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は従来の液相エピタキシヤル
成長装置の要部構成断面図である。 第４図Ａは本発明の１実施例を示す液相エピタキシヤル
成長装置の要部構成断面図である。第４図Ｂは第４図Ａ
に示す液相エピタキシヤル成長装置の平面図である。第
５図及び第６図は第４図Ａ，Ｂに示す液相エピタキシヤ
ル成長装置の操作を説明すノる要部構成断面図である。
１・・・・・・グラフアイトポート、２ａ，２ｂ，２ｃ
，２ｄ・・・・・・融液溜、３・・・・・・グラフアイ
ト基板保持台、４・・・・・・単結晶基板、５ａ，５ｂ
，５ｃ，５ｄ・・・・・・ソース用ＧａＡｓ結晶、７ａ
，７ｂ，７ｃ，Ｓ７ｄ・・・・・融液底部を削り取るた
めの穴、８・・・・・・スライド板、９ａ，９ｂ，９ｃ
，９ｄ・・・・・・貫通孔、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，
１０ｄ・・・・・・廃液溜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 結晶基板上に成長用融液を順次接触させ、多層エピ
   タキシャル層を成長形成する液相エピタキシャル成長装
   置に於いて、前記融液が貯蔵された複数個の融液溜を有
   するボートと、前記各融液溜の底部と合致する位置に融
   液除去用穴部を有し、前記各融液溜の底部と接触するス
   ライド面に前記結晶基板が装着された保持台と、前記ス
   ライド面より下面に配置され、前記ボートと連動するス
   ライダー板と、該スライダー板の上面で前記各融液除去
   用穴部と連通する位置に配列されたソース用結晶と、前
   記スライダー板に設けられ、前記融液除去用穴部に移送
   された前記融液の廃液を除去する廃液除去部と、を具備
   して成り、 前記ボートと前記スライド面との相対移動により、前記
   融液の底部を前記融液除去用孔部で除去した後、前記融
   液溜内に残存する前記融液を前記結晶基板に接触せしめ
   ることを特徴とする液相エピタキシャル成長装置。