JPS62241893A - 液相エピタキシヤル成長方法 - 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］ 特に室温付近で固体となる金属を溶媒とするエピタキシ
ャル成長方法に関するものである。

［従来の技術］ ＧａＡｓ等の化合物半導体の１ビタキシヤル成長法には
液相成長法、気相成長法（ＶＰＥ法）、有機金属熱分解
気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）１分子線エピタキシャル法
（ＭＢＥ法）等があるが、良質の結晶相を得るためには
液組成良法が最も適し、発光ダイオードや半導体レーザ
の生産レベルで広く用いられている。この液相成長法は
成分元素を含んだ溶液に直接基板を接触させて結晶成長
させる方法であり、さらに基板と溶液との接触のさせ法
によって各種の方法に分けることができる。その中で例
えば第１０図に示すようなスライドボート法が一般に用
いられている。

すなわち、原料ホルダ１０１をスライドさＵて成長用溶
液溜１０２内の成長用溶液１０３を溶液ホルダ１０４の
溶液１１Ｗ１０５に分配した模、基板ホルダ１０６をス
ライドさせることににり基板１０７と溶液溜１０５内の
成長用溶液とを接触させ、基板１０７上に結晶層を形成
する。

このように、成長用溶液１０３を源い溶液溜１０５に分
配してからこれを）４根１０７に接触させるので、接触
時の成長用溶液１０３のＡ　ｒＭ分布が容易に均一化さ
れ、その結果膜厚の均一なエピタキシャル成長 ＧａＡｓやＧａＭＡｓ等金属ガリウムを溶媒とＪる液相
エピタキシャル層では膜厚のばらつきが±５％以下と極
めて均一性の優れた成長を行なうことが可能である。

しかしながら、ＩｎＰやＩ　ｎ　Ａ　ｓ　＠を成長さぜ
る際の溶媒となる金属Ｉｎは１５６．４℃の融点を有し
室温付近では固体となるために、これらの化合物半導体
をスライドボートにより成長させた場合には、成長終了
後のボート分解時に残留した成長用溶液が固体となって
スライドボー１−から取り出すことが困難となる。

このスライドボートは主としてグラファイトから構成さ
れているが、成長終了後に固体となったＩｎを取り出す
ために力を加えても破損しないように肉Ｊ２のボー１−
を用いる必要があり、薄く且つ細かい加工を施したちの
を使用することができない。

寸なわち、ＩｎＰやＩｎＡｓ等の成長には第１０図に示
す成長用溶液分配式のスライドボートを用いることがで
きず、第１１図のように基板ホルダ１０６のすぐ上に原
料ホルダ１０１が配置される単純な構造のスライドボー
トを用いざるを冑ない。

その結果、　ＩｎＰやＩｎＡＳでは膜厚の均一性に優れ
たエピタキシャル層を成長させることが難しく、例えば
１ｐ厚の　［ｎＰエピタキシャル層を成長させた場合、
その膜厚に１２０〜３０％のばらつきを生じていた。

［発明が解決しようとする問題点１ 以上述べたように、従来のスライドボートを用いた液相
エピタキシャル払ではＩｎＰやＩｎＡｓ等室温付近で固
体となる金属（Ｉｎ）を溶媒とするエピタキシャル層を
均一な膜厚で成長させることがでさないという問題があ
った。

この問題はＩｎの他、Ｚｎ金属（融点４１９．５℃）ヤ
Ｃｄ金属（融点３２０．９℃）を溶媒として用いる場合
にも同様に生じていた。

かくして本発明の目的は上記従来技術の問題点を解消し
、室温付近で固定となる金属を溶媒としても膜厚の均一
性に優れたエピタキシャル成長法を提供することにある
。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の液相エピタキシャル成長方法は上記目的を達成
するために、スライドボート法により室温付近で固体と
なる金属を溶媒とする成長用溶液と基板との接触を行な
ってエピタキシャル成長させた後、溶液溜に残留してい
る成長用ＷＩ液に金属Ｇａを添加する方法である。

［作　用］ 金属Ｇａは２９．７８℃と金属としては極めて低い融点
を有しているので、成長終了後の残留成長用溶液に金属
Ｇａを添加することにより室温付近において成長用溶液
を液相とすることができる。そのため、例えば第１図に
示すような成長用溶液分配式のスライドボーＩ・を用い
てＩｎ、　Ｚｎ、　Ｃｄ等を溶媒とするエピタキシャル
成長を行なうことが可能となる。

第１図において、基板１が基板ホルダ２に、成長用溶液
３が原料ホルダ４に、金属Ｇａ５がＧａボルダ６にそれ
ぞれ収容されており、原料ホルダ４をスライドさせて成
長用溶液３の一部を溶液ホルダ７の溶液溜８内に分配し
た俊、基板ホルダ２をスライドすることにより基板１上
にエピタキシ１／ル成長させる。そして成長終了後、シ
ャッタ９及び原料ホルダ４を共にスライドさせて金属Ｇ
ａ５を原料ホルダ４及び溶液ホルダアに残留している成
長用溶液３に添加する。

このようにして、膜厚の均一なエピタキシャル成長がな
されると共に成長用溶液への金属Ｇａの添加がなされる
。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図面に従って説明する。

第２図は本発明の一実施例に係る液相エピタキシ１？ル
成良方法で用いられるスライドボートの断面構成因であ
る。基板ホルダ１１には２．インチ（約５．１０）サイ
ズのＩｎＰｉＪ板１２が保持され、原料ホルダ１３の原
料溶液Ｗｉ１４内にはＩｎ　１００ｇと　ｔｎＰ結晶１
，５りが、メルトバック川原料溶液溜１５にはＩｎ　１
００ｇがそれぞれ収容されている。また、最上部に位置
するＧａホルダ１６の２′）のＧａメルト溜１７及び１
８にはそれぞれ金ｆｌＧａ　１００ｇが収容されている
。基板ホルダ１１と原料ボルダ１３との間には２つの溶
液溜１９及び２０を有する厚さ３顛の溶液ボルダ２）が
介在し、１ｉ：【料ホルダ１３とＧａホルダ１６との闇
には２つの開口部を有するシャッタ２２が介在している
。

このスライドボートを反応管（図示せず）内に配置し、
反応管内の水素ガス置換を行なった後、外部の加熱炉（
図示せず）により６６０℃まで昇温した。炉内１度が６
６０℃に達してから２　Ｉｔ、？間経過後、原料ホルダ
１３をスライドさせて原料溶液溜１４及びメルトバック
用原料溶液溜１５内に収容されている成長用溶液及びメ
ルトバック用溶液をそれぞれ溶液ホルダ２）の溶液ｆｆ
１ｇ及び２０内に分配しく第３図参照）、その後原料ホ
ルダ１３を元の位置に戻す（第４図参照）。

次に、０．５℃／ｍｉｎの冷却速度で炉内を０温し、降
温開始から１２分間経過後ずなわら炉内温度が６５４℃
となったところで基板ホルダ１１をスライドさせ、基板
１２を溶液ホルダ２）の溶液に！ｉ２０の直下に位置さ
せて約５秒間基板１２にメルトバック用溶液を接触させ
た。このようにしてメルトバックを行ない基板１２表面
の熱劣化層を除去した後、再び基板ホルダ１１をスライ
ドさ！Ｌることにより基板１２を溶液ホルダ２）の溶液
溜１９の直下に位置させて、２０分間基板１２と成長用
溶液との接触を行なった（第５図参照）。これにより基
板１２上に　ＩｎＰのエピタキシャル層が成長される。

その後、基板ホルダ１１を元の位置に戻してメルトオフ
を行なった（第６図参照）。さらに、シャッタ２２と原
料ホルダ１３とを共にスライドさせて溶液ホルダ２）の
溶液溜１９及び２０に残留している成長用溶液及びメル
トバック用溶液と原料ボルダ１３の原料溶液溜１４及び
メルトバック用原料溶液ｍ１５内に各溶液とをそれぞれ
混合すると共にこれらの溶液中にＧａホルダ１６のＧａ
メルト溜１７及び１８内に収容されていた金ｊｉ’４Ｇ
ａを添加した（第７図参照）。

この状態で炉内を冷却し、炉内温度が室温付近となった
ところで、スライドボートを反応管から取り出し分解し
た。このとき、Ｉｎを溶媒どする成長用溶液とメルトバ
ック用溶液は金ＨＧａが添加されているので液体状態を
保持しており、容易にボートの掃除を行なうことができ
た。

また、基板１２上に成長された　［ｎＰエピタキシャル
層の膜厚を測定したところ、平均３．８ｉｍでそのばら
つきは±５％以下であった。

−なお、上記実施例では金属Ｇａをスライドボートの最
上部すなわち成長用溶液の上部に位置させたがこれに限
るものではなく、成長終了後に成長用溶液中の金属Ｇａ
を添加することができればよい。

そこで、例えば第８図のように原料ホルダ３１と溶液ホ
ルダ３２のぞれぞれにＧａメルト溜３３及び３４を設け
て金属Ｇａを収容しておき、成長終了後に原料ホルダ３
１をスライドさせて第９図の如く残留した成長用溶液に
金属Ｇａを添加するように構成してもよい。

また、本発明の方法はＩｎを用いるＩｎＰやＩｎＡｓ。

ざらにこれらのＧａ以外の混晶化合物半導体、　Ｉｎ金
属やＣｄａｌｌ！を溶媒とするＺｎＳ、　Ｚｎ５ｃ、　
ＺｎＴｃ、　　ＣｄＳ。

ＣｄＳｅ、　ＣｄＴｏ等のｎ　−Ｖｌ族化合物半導体及
びそのＧａ以外の混晶等の液相エピタキシャル成長に適
用することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、次の如き優れた効
果を発揮する。

（１）　　成長終了後、残留した成長用溶液に金ｊｉｌ
Ｇａを添加することにより、室温付近で固体となる金属
を溶媒とする液相エピタキシヤル法でも残「１した成長
用溶液を液体状態のまま取り出すことが可能となる。従
って、細かく加工された、あるいは薄い板材からなるス
ライドボートを用いることができるようになった。

（２）　　その結果、Ｉｎ、加、　Ｃｄ等を溶媒とする
液相エピタキシ１１ル法であっても膜厚の均一性に優れ
たエビタ４ニジ１？ル層を成長させることが可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液相エピタキシーｌル成長方法で使用
し得るスライドボートの構成図、第２図ないし第７図は
それぞれ本発明の一実施例に係る方法を示す工程図、第
８図及び第９図はそれぞれ他の実施例を示す工程図、第
１０図及び第１１図はそれぞれ従来例で使用されたスラ
イドボートの構成図である。 図中、１は基板、２は基板ホルダ、３は成長用溶液、５
は金属Ｇａ、　７は溶液ホルダ、８は溶液溜である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶液ホルダの溶液溜内に室温付近で固体となる金
   属を溶媒とする成長用溶液を収容すると共に基板ホルダ
   に基板を保持させ、上記溶液ホルダと上記基板ホルダと
   を相対的にスライドさせて上記基板と上記成長用溶液と
   の接触を行ないエピタキシヤル成長させた後、上記溶液
   溜内に残留している成長用溶液に金属Ｇａを添加するこ
   とを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。
2. （２）上記溶媒となる金属がＩｎ、Ｚｎ及びＣｄのうち
   いずれかであ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方法。