JPS6211223A - 液相エピタキシヤル成長装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液相エピタキシャル成長装置に係り、特に伝
導形や組成の異なる単結晶層を同一基板上に成長させた
多層エピタキシャルウェハの量産化に関するものである
。

［従来の技術］ 一般に、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオー
ド（ＬＤ）などの化合物半導体素子用のエピタキシャル
ウェハは多層構造をしているが、この多層構造を得るた
めには、良質のエピタキシャル層を成長させことができ
るという理由から、気相エピタキシャル成長法ではなく
、液相エピタキシャル成長法が広く採用されている。液
相成長法の中でも、特に多層成長させるためにはスライ
ドボート法が用いられている。

このスライドボート法は、第３図に示す如く、何種かの
溶液１の下を水平にした基板２をホルダ３ごと次々とス
ライドさせて溶液に接触させ、異なる単結晶を同一基板
上に成長させる横形炉方式の代表的なものの１つである
。

しかし、このスライドボート法は基板２を水平にして各
溶液溜め４の下側をスライド移動させながら結晶を成長
させていく方法であるため、ホルダ３を支承するボート
５が自ずから長くなり、その長さにも反応炉長による限
界がある。したがって、この方法では１回の結晶成長で
せいぜい１枚、小型の基板でも２枚程度しか成長させら
れなかった。

ところで、液相エピタキシャル法の中で、単層成長では
あるが、溶液を押し上げることによって多数枚の基板を
１度に結晶成長させる装置が発表されている（特開昭５
７−１９６５２８号公報）。この装置は第４図に示す如
く、エピタキシャル成長を行わせるためにＬ字形のスラ
イダ６を矢印方向にスライドさせ、スライダ６によって
基板保持装置７の底面に設けられた溶液排出口８を塞ぐ
と共に、矢印の方向に移動し室９の体積一杯になった飽
和溶液１０を基板保持装置７の側面に設けられた溶液導
入口１１から基板保持装置７の中に取り込む。

そして、基板保持装置７内に垂直に立てて設置した基板
１２上のエピタキシャル成長を停止させるために、Ｌ字
形のスライダ６を第４図の矢印と反対方向にスライドさ
せ、基板保持装置７の底面の溶液排出口８をあけ、飽和
溶液１０を室９の中に再び収納する。これにより、大き
な基板が一度に多数枚成長できると共に、スライダ６の
動かす距離が短いので装置の短小化が図れるようにした
ものである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、特開昭５７−１９６５２８号公報に記載
された技術は、単層成長に限定されているため、これを
そのまま室を増加して多層成長に適用しようとする場合
、次のような問題があった。

（１）　　スライダが箱の上方から室内に入り込むＬ字
形をしていることにより、前段の室の下を通るスライド
操作部を一旦上方に折り曲げ、且つスライド距離を確保
した上で次段の室内にスライド先端を入り込ませなけれ
ばならないので、スライド距離確保のための室間距離を
大きくとる必要がある。その結果、装置の全長が長くな
る。

また、室数を増やすに伴いスライダも増加する必要があ
る。その場合スライダは縦方向に多段に配列して各室ま
で長′さを変えて延ばすことを要求されるが、スライダ
の操作部の大半が自由状態となっているため、相互の干
渉を避けるためこれらを拘束して安定なスライド操作を
確保するのに複雑な支持手段が必要となる。

（２）　　溶液導入口１１と溶液排出口８の２つの口を
基板保持装置７に別個に設けなければならないので、基
板保持装置７の構造が複雑である。

また、基板保持装置７の側面一般けた溶液導入口１１に
溶液１０を入れるために室９を構成する箱１３に案内と
して必要となる前高壁１３ａが、各溶液との接触を図る
ために基板保持袋＠７をスライドさせる際の障害となる
。

（３）　　また、本体１４を含めて部品点数が多くなる
ので装置全体としても複雑である。

［発明の目的］ 本発明の目的は、基板に向かって溶液を押し上げる方式
を採用しながら、多層エピタキシャル成長が可能で構造
簡単な液相エピタキシャル成長装置を提供することであ
る。

［発明の概要］ 上記目的に沿う本発明の液相エピタキシャル成長装置は
、実施例に対応する第１図〜第２図に示す如く、長尺の
本体２０に原料溶液２１を収容する複数の溶液溜め２４
を長手方向に沿って順次深くなるように形成すると共に
、各溶液溜め２４内にヘッドを出没させて溶液２１の液
位を昇降するピストン２６を溶液溜め２４の深さに合わ
せて互いに干渉することなく多段に配設する。

また、本体２０の上に、内部に複数の基板２２を起立保
持させ底部に共通の溶液出入口２８を有する基板ホルダ
部２３をスライド自在に設けて、各溶液溜め２４上でピ
ストン２６による液位の昇降が上記出入口２８を介して
順次行われるようになっている。

これにより、液位を上昇させて基板と接触させた後、液
位を下降させて基板との接触を断つことによって所定厚
の結晶層を基板上に成長させ、更に基板ホルダ部をスラ
イドすることによって異なる結晶層が複数の基板に多層
に成長する。

ところで、本発明では溶液溜めの深さに応じて本体にピ
ストンを直状に挿設するため、これらを複雑に折り曲げ
て各溶液溜め内に設ける必要がなく、それ故スライド距
離確保のための溶液溜め間距離を大きくとる必要もない
。また、ピストンを本体に挿設するため、安定なスライ
ド操作を確保するのに複雑な支持手段も必要としない。

さらに、共通の溶液出入口を有するようにしたため、基
板ホルダ部が複雑とならず、本体側に基板ホルダ部のス
ライドの障害となるような前高壁が生じることもない。

本発明の液相成長は、ＧａＡｓを含む■−Ｖ族化合物半
導体及びＧａＭ　Ａｓなどの混晶化合物半導体、更には
ＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体とその混合結晶などに適用で
きる。

［実施例］ 以下、第１図〜第２図に例示するところに従って本発明
装置及び作業方法を説明する。

第１図及び第２図は本発明装置の好適一実施例を示す縦
断面図及び横断面図である。

横形炉方式の反応炉（図示せず）に挿入し得る径と長さ
を有する本体としての溶液収容部２０に、その長手方向
に種々の原料溶液２１を収容する複数の溶液溜め２４（
図示例では２個）が順次深くなるように形成される。溶
液収容部２０には収容された各溶液２１を昇降移動させ
るピストン２６が順次深くなった溶液溜め２４に合わせ
て多段に設けられる。このピストン２６は溶液溜め２４
内に臨んで出没するピストンヘッド２５と、収容部２０
内の長手方向に沿って形成された直状の挿通路に挿通さ
れて収容部端から突き出して各ピストンヘッド２５を独
立操作するピストンヘッド３０とから構成されている。

このようなピストン２６を挿通した溶液収容部２０の上
部、即ち溶液溜め開口部側に複数の基板２２を起立して
保持する基板ホルダ部２３を設けである。この基板ホル
ダ部２３は、西側面が閉じ、上下面が開放していて、そ
の下面が共通の溶液出入口２８となり、奥行はほぼ溶液
溜め開口部と同じ大きさで、横幅はほぼ溶液収容部２０
と同じ幅になっており、収容部上面に形成した係合部に
ホルダ下面を係合させて収容部２０の長手方向にスライ
ド自在且つ水密的に取り付けられている。したがって、
収容部上面には基板ホルダ部２３のスライドを損うよう
な障害物はない。

係合手段としては、図示例ではあり継ぎ構造４０が採用
され、収容部端で外れるがスライド途中では外れないよ
うにしであるけれども、この例に限定されない。なお、
ホルダ部２３内の空間に起立保持される各基板２２は処
理枚数を増加させるため互いに向き合ってセットされる
ようになっている。

さて、上記のような液相エピタキシャル成長装置を使用
してショットキーバリアダイオード＜５ＢＤ）用のＧａ
Ａｓエピタキシャル成長を行なう場合の作業順序を具体
的に説明する。

予め、基板ホルダ部２３内にＧａＡｓの２インチウェハ
を１０枚セッｌ−Ｌ、、収容部２０の第１の溶液溜め２
４にＧａ　５００ｇ、ＧａＡｓ５０ｙ　、Ｓｎ　２００
ｇ、第２の溶液溜め２４にＧａ　５００７　、ＧａＡ３
３５ｇ、Ｓｎ１０ｇから成る原料をそれぞれセットして
、収容部２０に基板ホルダ部２３を係合しておく。そし
て、このように基板、原料をセットして係合した本装置
を反応炉内に挿入固定し、炉内を水素ガスと置換する。

この置換後、まず基板ホルダ部２３を第１の溶液溜め２
４上にスライドして両者を連通状態とした上で、８００
℃の成長温度まで炉内を昇温してから０．５℃／分の冷
却速度で徐冷を開始する。２℃下がったところで、第１
の溶液溜め２４に設けた第１のピストン２６を押し出し
て溶液溜め内の成長用溶液を溶液出入口２８から基板ホ
ルダ部２３内に押し上げる。この押し上げによって溶液
が基板２２と接触して基板上の単結品成長が開始する。

この接触状態を保持して４分間成長を継続する。

次に、時間になったら第１のピストンを引いてホルダ部
２３内に押し上げら・れていた成長用溶液２１を溶液出
入口２８から第１の溶液溜め２４内に戻し、基板２２と
の接触を断って第１層目の成長を終了する。

続いて、図示しない操作棒により基板ホルダ部２３をス
ライドさせ、第２の溶液溜め２４上に移動させる。移動
後、直ちに第２のピストン２６を押して成長用溶液２１
を基板ホルダ部２３内に押し上げ、第２層目の成長を開
始する。

第２層目の基板２２と成長用溶液２１の接触時間は５秒
間で、時間になったらすぐ２６を引き、基板２２と成長
用溶液２１を分離する。

以上のエピタキシャル成長工程を終了後、重装装置を反
応炉から取り出す。基板ホルダ部２３からエピタキシャ
ルウェハを取り外し、予め洗浄しておいた新しい基板を
ホルダ部２３内にセットし、これを溶液収容部２０に取
りつけて、再び上記全工程を繰り返す。

したがって、基板ホルダ部２３の成長の完了したウェハ
と新規な基板とを入れ換えるだけで、成長用溶液に触れ
ることなく次の成長が可能となるため、溶液を汚染する
ことがなく、原料溶液の再使用ができて原料費を低く抑
えることができる。

また、２インチの大型サイズのウェハでも２層成長であ
れば、基板ホルダ部２３の奥行を大きくとれるため、一
度に５０枚程度まで成長可能であり、４層から５層まで
の多Ｈｘビタキシャルウエハでも、反応炉長の゛許容で
きる範囲で、溶液溜めとピストンの数を増加することに
よって、１０枚程度まで成長が可能となる。

この方法により、鏡面のエピタキシャルウェハを再現性
よく同時に多数得ることができた。また、ＳＢＤ用とし
て必要な第１層目キャリア濃度１．０ｘｔｏ　　ｃｍ　
　Ｓ厚さ２．０〜２．５ＩＩＩＲ１第２層目キせリア濃
度１．５Ｘ１０　　Ｃ１１ｌ　　、厚さ０．４〜０．６
ＩＩＩＲのエピタキシャルウェハを成長させることがで
きた。特に、本発明では溶液を押し上げる方式を採用し
ているため、基板との接触時間制御を精度良く行なえる
ことになり、０．３〜０．５−程度の極めて訪い層から
、５０μ程度の厚い層の成長も可能となる。

また、上記装置を使用して混晶比が０．２と０．３のＧ
ａＡｕＡｓ層を各２１ＪＩＲずつ成長させてみたが、同
じく鏡面で、厚さの均一な成長をさせることができ・た
。即ち、基板を多数枚成長させるには、反応炉から出さ
ずに行なえるため、ＧａＡＱＭＳなどの酸化しゃすい混
晶の多層成長も可能である。

なお、上述した実施例では２層成長の場合を示したが、
１層成長も可能であり、更に溶液溜めの数を増やせば３
層以上の多層成長も可能である。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば次のような優れた効果を発
揮する。

（１）　　複数の溶液溜めを順次深くなるように形成す
ると共に溶液溜めの深さに合わせてピストンを多段に設
けたことにより、各溶液溜め間の間隔を大ぎくとること
なく、各ピストンのストローク量を十分確保することが
できるので、多層成長装置でありながら可及的に装置長
が短くなる。

また、ピストンを本体に挿設したことにより、互いに干
渉することなく支持でき、安定なピストン操作が可能と
なる。

（ｂ　基板ホルダ部に共通の溶液出入口を設けたことに
より、従来のような入口と出口とを別個に設けたものと
異なり、基板ホルダ部のスライドの障害が排除されるば
かりでなく基板ホルダ部の構造が簡素化でき、しかも溶
液出入口を太きく形成することにより大量の溶液の出入
が可能となるので、上記（１ｌ項と相俟って多層構造の
エピタキシャルウェハの生産量を飛躍的に増大できる。

（３）＠置全体としても部品点数が少なくなるので、構
造が簡略化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示す縦断面図、第２図
は第１図の■−■線矢視断面図、第３図〜第４図は従来
装置例を示す縦断面図である。 図中、２０は本体としての溶液収容部、２１は原料溶液
、２２は基板、２３は基板ホルダ部、２４は溶液溜め、
２５はヘッド、２６はピストン、２８は溶液出入口であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 長尺の本体に原料溶液を収容する複数の溶液溜めを長手
   方向に沿つて順次深くなるように形成すると共に、各溶
   液溜め内にヘッドを出没させて溶液の液位を昇降するピ
   ストンを溶液溜めの深さに合わせて多段に挿設し、また
   本体上に内部に複数の基板を起立保持させ、底部に共通
   の溶液出入口を有する基板ホルダ部を、各溶液溜め上で
   ピストンによる液位の昇降が上記出入口を介して順次行
   われるようにスライド自在に設けたことを特徴とする液
   相エピタキシャル成長装置。