JPS6120042Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は液相エピタキシヤル装置、さらに詳し
くは、大面積の単結晶基板に結晶層を容易に多層
成長せしめることのできる液相エピタキシヤル成
長装置に関するものである。

近年、大面積単結晶基板への成長が可能で、か
つ量産性に飛んだ液相エピタキシヤル（LPEと略
称する）膜成長装置の開発が望まれている。

従来、化合物半導体のLPE膜成長装置としては
横型多層スライド式装置が広く用いられている。
このような、横型多層スライド式成長装置の場
合、成長可能な基板の大きさは、せいぜい20×20
mm角程度の四角い基板しか使用できず、それ以上
の大面積基板へ、成分比、厚さの均一な結晶膜を
成長させることは困難であつた。

特性の基板面内の均一性を向上させるため、基
板やルツボを回転させることのできる縦型炉を使
用した例もあるが、大面積の基板上に結晶膜を多
層成長せしめようとすると、装置が複雑となると
ともに、炉の寸法が大型化するという欠点があつ
た。

また、上述の電気炉を縦型とする装置において
は、特に高温に保持された成長用のルツボからの
幅射熱により、ルツボ上部にある基板の表面が必
要以上に高温となり、このため基板表面が熱損傷
を受け、安定なエピタキシヤル膜成長が著しく妨
げられるという問題があつた。

本考案は上述の点に鑑みなされたもので、大面
積で、かつ平坦度が良く、基板が熱損傷を受け
ず、特性が面内において均一な多層エピタキシヤ
ル層を成長できる液相エピタキシヤル成長装置を
提供することを目的とする。

本考案を概説すれば、本考案による液相エピタ
キシヤル成長装置は、縦型の電気炉に反応管を設
け、この反応管内に、回転上下可能な基板ホルダ
及びこの基板ホルダに支持される基板と接触する
原料融液を保持するための成長用ルツボを備えた
液相エピタキシヤル成長装置において、前記原料
融液を注入するための原料注入口を有する前記成
長用ルツボの外側に複数の原料融液槽を備えた原
料治具を嵌合し、前記治具あるいはルツボを回転
せしめることによつて、前記ルツボの原料注入口
が原料融液槽に対し開閉するようにするととも
に、前記基板ホルダが上昇位置にあるとき、この
基板ホルダを囲むような冷却手段を設け、さらに
前記基板ホルダと成長用ルツボの間に開閉可能な
シヤツターを設けたことを特徴とするものであ
る。

以下、本考案の一実施例を図面に基づき説明す
る。

第１図は本考案による一実施例の断面概略図で
あり、図中、１は回転上下可能な基板ホルダ、２
は基板、３は原料融液槽、４は冷却手段（水冷円
筒）、５は電気炉、６は反応管、７は成長用ルツ
ボ、８は複数の原料融液槽を備えた原料治具、９
および１０は成長用ルツボを固定するための、高
純度石英製固定用円筒、１１は原料治具の回転上
下機構、１２はシヤツター、１３は原料注入口
（スリツト）、１４はガス導入口、１５はガス導出
口である。また前記において、ルツボ７および原
料治具８の高純度グラフアイト製である。

この第１図より明らかなように、この実施例に
おける液相エピタキシヤル成長装置は、前述のよ
うな電気炉５内に反応管６が設けられ、この反応
管６の内部にエピタキシヤル成長用の原料融液を
保持するルツボ７、このルツボ７中の原料融液と
接触し、エピタキシヤル成長膜を成長させる基板
２を支持する基板ホルダ１が設けられている。前
記基板ホルダ１は上下方向に回転しながら移動可
能なようになつており、一方成長用ルツボ７は前
記基板ホルダ１の先端部に支持される基板２の下
方部に配置され、基板ホルダ１が下降したとき、
前記基板２がルツボ７内の原料融液に接触するよ
うになつている。

前記成長用ルツボ７はこのルツボ７を固定する
ための固定用円筒９および１０により反応管６内
に固定されているとともに、複数の原料融液槽３
を有する原料治具８に嵌め合わされている。さら
にこの成長用ルツボ７はその下部に、原料注入ス
リツト１３を有し、前記原料治具８に設けられた
原料融液槽３より原料融液が供給除去されるよう
になつている。

第２図はこのような成長用ルツボ７の構造を示
す断面図であり、第２図ａはこの実施例において
用いられているルツボの断面図、第２図ｂは他の
実施例の断面図である。第２図ａのルツボ７にお
いては、ルツボ７の底部は底部中心方向に内部に
盛り上がつており、注入スリツト１３よりルツボ
７内に注入された原料融液はこの斜面を利用して
原料融液槽３に戻されるようになつている。一
方、第２図ｂの成長用ルツボ７においては、ルツ
ボ７の底部は中心部にむかつてへこんでおり、こ
のへこんだ中心に原料融液を除去するための原料
融液排出口に設けられ、この排出口はプラグ１８
によつて閉塞されている。このような構成のルツ
ボ７よりの原料融液の除去は、プラグ１８を外す
ことによつて行われ、除去された融液は固定用円
筒１０は下部に形成されている融液受け１９に回
収される。

原料治具８は、第３図ａ，ｂに示すように、原
料融液槽３が円周方向に形成された治具本体８０
とこの治具本体８０を覆う蓋８１よりなる。前記
原料治具８はこの実施例において、２個の治具本
体８０を有し、前記２個の治具本体８０と蓋８１
は相互にねじによつて螺着されるようになつてい
る。前記治具本体８０はこの実施例では２個示さ
れているが、もちろんこれに限定されるわけでは
なく、必要に応じ２個以上重合わすこともでき、
またただ１個のみ用いてもよい。前記治具本体８
０および蓋８１には、成長用ルツボ７を嵌合する
ための嵌合口８２が穿設されている。さらに、治
具本体８０の原料融液槽３には、ルツボ７の原料
注入口１３を介し前記ルツボ７と導通させるため
のスリツト３０が設けられている。

このような原料治具８は回転上下機構１１と接
続しており、ルツボ７の表面を、上下および円周
方向に滑動するようになつている。

さらに本考案にあつては、基板ホルダ１が上昇
位置にあるとき、この基板ホルダ１を覆うように
冷却手段４が設けられている。この冷却手段４は
この実施例においては円筒状の水冷式のものであ
るが、もちろんこれに限定されるものではない。
さらに、ルツボ７と上昇位置にある基板ホルダ１
の間を遮蔽するシヤツター１２が垂設されてお
り、基板２が上部に有るときは、ルツボ７の輻射
熱が前記基板２に輻射されにくくなつている。前
記シヤツター１２は開閉自在に構成されており、
基板ホルダ１が下降してルツボ７内の原料融液に
接触しているときは、開放状態となつて、基板２
が融液と接触するのを干渉しないようになつてい
る。

次ぎに、本考案の作用をInPのホモエピタキシ
ヤル成長の具体例に基づき説明する。

まず、InとInP（ドーパントとしてSnを含む）
の仕込量を決定したのち、前記InおよびInPを計
量し、前記InとInPを原料治具８のそれぞれ対向
する原料融液槽３に導入する。また、メルトバツ
ク用のInは、前記治具８の、他の対向する原料融
液槽３に導入する。前記InPをエピタキシヤル成
長させる場合は、第２段目の治具本体８０は空の
ままでよい。

その後、ルツボ７と原料治具８を組立て、反応
管６内の所定位置に前記ルツボ７を固定用円筒
９，１０によつて固定し、真空引きを行い、次い
で清浄化した水素ガスを導入し、しばらく放置す
る。水素ガス置換が終了次第、電気炉５で結晶成
長温度より高い温度に保持し、原料融液の均質化
と清浄化を行う。これを冷却したのち、およそ２
インチ径のＰ型InP基板２を支持ホルダ１に取
付、再び真空引き、水素置換を行つたのち、昇温
し、結晶成長を行う。

前記結晶成長のプロセスは第４図に示すように
行つた。

第４図において、第１〜第３図と同一の符号は
同様の物質ないし部材を示している。また、符号
３１はIn融液、３２はドーパントを含むIn−Ｐ融
液を示す。

成長用ルツボ７および原料治具８を結晶成長温
度より若干高い670℃に20分保持し、その後冷却
し、成長開始温度近くになつたら、冷却速度を
0.5〜１℃／分にする（第４図ａ）。

次ぎに、原料治具８を回転し、原料治具８のス
リツト３０とルツボ７の原料注入口１３を対応せ
しめて、原料槽３とルツボ７が導通するように
し、ルツボ７内にIn融液３１を導入する（第４図
ｂ）。

この間、水冷円筒４によつて基板２は冷却され
ており、またルツボ７の上部に設けられたシヤツ
ター１２は閉じられているため、ルツボ７の輻射
熱によつてInP基板２の表面に熱分解が生じない
ようになつている。

さらに、この実施例においては、前記シヤツタ
ー１２は水冷円筒４に密着して設けられており、
シヤツター１２が閉じられたとき、水冷円筒４内
は閉空間を構成するようになつている。このよう
な構成において、反応管６の上部に設けられたガ
ス導入口１４よりガス導出口１５に冷却ガス（水
素ガスにPH₃，ASH₃等のガスを少量混合したも
のなど）を流し続けると、より一層効果的であ
る。

In融液３１の導入後、シヤツター１２を開放
し、直ちにInP基板２を回転せしめながら降下さ
せ、前記InP基板２をIn融液３１に接触させる。
接触確認後、約10秒間浸漬し、InP基板２のメル
トバツクを行う（第４図ｃ）。

メルトバツク終了後、InP基板２を直ちに上昇
させ、シヤツター１２を閉じるとともに、原料治
具８を、回転上下機構１１によつて、徐々に降下
せしめ、成長用ルツボ７内の使用済みのIn融液３
１を注入スリツト１３より元の原料融液槽３に完
全に戻す（第４図ｄ）。

次いで、In融液３１の入つた原料融液槽３とは
別の原料融液槽３に導入されたInとIn−Ｐの融液
３２を同様な操作により、ルツボ７に導入し、メ
ルトバツクを行つたInP基板２を前記融液３２に
接触させて、InPのエピタキシヤル層を成長せし
める（第４図ｅ）。

成長終了後、エピタキシヤル層を形成したInP
基板２を高速回転しながら融液３２を分離し、分
離確認後、InP基板２を上昇せしめ、シヤツタ１
２をを閉じる（第４図ｆ）。

ルツボ７中の融液３２を、同様な操作によつて
元の原料融液槽３に戻した後、冷却し、水素ガス
を止め、反応間６よりエピタキシヤル層を形成し
たInP基板２を取り出した。得られた約２インチ
径のInPエピタキシヤル層の表面はきわめて平坦
であり、熱損傷を受けた基板表面に特徴的なピツ
ト状のものは観察されなかつた。また前記エピタ
キシヤル層をへき開して、その成長層の厚さの基
板内分布を調べたところ、外周部５mm程の所を除
けば、均一な厚さのInPエピタキシヤル層が形成
しているのが分かつた。

上記実施例に基づく作用の説明にあつては、
InP基板にInPエピタキシヤル層を形成する場合
について説明したが、これに限定されないのは明
らかである。

すなわち、下方の治具本体８０の原料融液槽３
にも原料融液を導入すれば、同様な操作におい
て、多数のエピタキシヤル成長層を同一の基板上
に成長せしめることや、成長中における融液組成
を制御できるようになる。

以上説明したように、本考案による液相エピタ
キシヤル成長装置によれば、大面積で、平坦度が
よく、かつ特性が面内で均一に分布した多層エピ
タキシヤル層を成長させることができるため、特
に化合物半導体太陽電池などの製造上極めて有用
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の断面概略図、第２
図はルツボの構造を示す断面図、第３図は典型的
原料治具の構成を示す斜視図、第４図は本考案に
よる装置を用いて、エピタキシヤル層を成長せし
める一例のプロセスを説明するための説明図であ
る。 １……支持ホルダ、２……基板、３……原料融
液槽、４……冷却手段、５……電気炉、６……反
応管、７……成長用ルツボ、８……原料治具、１
２……シヤツター、１３……原料注入口、１４…
…ガス導入口、１５……ガス導出口。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 縦型の電気炉に反応管を設け、この反応管内
   に、回転上下可能な基板ホルダ及びこの基板ホル
   ダに支持される基板と接触する原料融液を保持す
   るための成長用ルツボを備えた液相エピタキシヤ
   ル成長装置において、前記原料融液を注入するた
   めの原料注入口を有する前記成長用ルツボの外側
   に複数の原料融液槽を備えた原料治具を嵌合し、
   前記治具あるいはルツボを回転せしめることによ
   つて、前記ルツボの原料注入口が原料融液槽に対
   し開閉するようにするとともに、前記基板ホルダ
   が上昇位置にあるとき、この基板ホルダを囲むよ
   うな冷却手段を設け、さらに前記基板ホルダと成
   長用ルツボの間に開閉可能なシヤツターを設けた
   ことを特徴とする液相エピタキシヤル成長装置。