JPS627697A - 液相エピタキシヤル成長法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はスライドボートを用いた多層の液相エピタキシ
ャル成長法に係り、特に薄い層と厚い層とを積層順序に
関係なく基板上に制御よく成長させる方法に間するもの
で、薄い層と厚い層との多層構造を有するＳＢＤ　（シ
ョットキーバリアダイオード）やＬＤ（レーザーダイオ
ード）のｌｌＩ造工程などに適用すればその製作が非常
に容易となる。

［従来の技術］ 化合物半導体のエピタキシャルウェハは通常多層構造を
しているが、その多層構造を得るための手段として液相
エピタキシセル成長法の１つであるスライドボート法が
一般的に用いられている。

このスライドボート法は第４図に示す如く、基板１０を
スライダ１１ごとスライドさせて、溶液収容部１２に形
成した成長溶液溜め１３ａ。

１３ｂの成長溶液１４ａ、１４ｂと順次接触させるよう
に構成した装置を炉内に挿入して用いる。

作業順序としては、先ず第４図の状態で炉内を成長温度
まで昇温する。次に第５図に示すように、時間りで徐冷
降温を始め、時間１で基板１０をスライドさせて第１の
成長用溶液１４ａの下に移動し、第１！Ｉ目の成長を開
始する。第１層目の成長を終了する時間ｊで再び基板１
０をスライドさせ第２の成長用溶液１４ｂの下に移動し
第２層目の成長を開始する。そして時間Ｒになったら基
板・１０をスライドさせて成長を終了する。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、上述した従来の方法では、第１１Ｉ目の膜厚
を厚く成長させ、第２層目のそれを薄く成長させようと
する場合、第１層目の成長時間となるｉからｊまでの時
間が勢い長くなるため第２Ｗ１目の成長溶液の過冷却度
ΔＴ２が第１層の過冷却度ΔＴ１よりはるかに大きくな
ってしまう。過冷却度ΔＴ２が大きくなると、基板１０
を第２！Ｉ目の成長用溶液１４ｂに接触させた際に、大
幅な相の転移がおこるため成長速度が速く厚い結晶膜が
短時間で成長してしまう。したがって、結晶膜厚の制御
が非常に難しく、０．１〜０．３μｍ程度の薄いエピタ
キシャル層を面内均一性を保ち、且つ、再現性良く成長
させることができなかった。

ところで、徐冷降温しても第２層目の過冷却度を大きく
しないためには、成長用溶液を使う際に、溶媒と溶質の
量を高精度で秤量して基板との接触時に適正な過冷却度
を得る方法がある。即ち、薄い層を形成する成長用溶液
にあっては、徐冷降混峙の第２層目成長開始時間（第５
図の時間ｊ）における温度で、僅かに過冷却になるよう
に、その溶媒に対する溶質の量を秤量しておくのである
。

しかしこの方法では、高精度の秤量が要求されるため測
定が非常に困難であり、しかも温度の絶対値を正しく制
御する必要もあるため再現性良〈実施することが困難で
あった。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上記従来の問題点を除去して、高精度
の秤量を必要とすることなく、成長用溶液の過冷却度を
正確且つ容易に制御でき、厚い槽と薄い槽とが積層した
多層エピタキシャル層を同一基板上に均−性及び再現性
良く成長させ得、しかも積層順序に関係なくこれらの成
長を可能とする液相エピタキシトル成長法を提供するこ
とである。

［発明の概要］ 上記目的に沿う本発明は、分配方式を用いるスライドボ
ート法において、各成長用溶液を分配溶液溜めに分配す
る際に、それぞれ異なった濃度で分配するようにしたも
のである。

これを実施例に対応する第１図〜第２図に基づいて説明
する。

最初にスライドボート装＠１の成長用溶液溜め３ａ、３
ｂ内にそれぞれ溶媒とこれに対して過剰気味の溶質とを
入れる。ここで過剰気味とは、後述する各所定温度で成
長用溶液Ｑａ　、５ｂが飽和溶液になるために十分な星
という意味である。

次に、本装置１を炉内に挿入して昇温して行き、１の所
定温度Ｔ１になるとこの温度を保持し、１の溶媒中に溶
質を飽和するまで溶かしく第１図（ａ））、その侵、溶
媒から遊離している過剰な溶質弁を除いた飽和成長溶液
６ｂを１の分配用溶液溜め４ｂ内に移送する（第１図（
ｂ））。

この移送後、更に昇温して行き、他の１の所定温度Ｔ２
になるとこの温度を保持し、他の１の溶媒中に溶質を飽
和するまで溶かした後、溶媒から遊離している過剰な溶
質弁を除いた飽和成長溶液６ａを他の１の分配用溶液溜
め４ａ内に移送する（第２図（Ｃ））。ここで、この移
送された他の１の分配用溶液は飽和溶液となっているが
、既に移送済みの１の分配溶液は成長用溶液溜め３ｂの
成長用溶液６ｂから断たれており、溶媒中に溶解すべく
溶質の供給が得られないため未飽和溶液となる。

このように移送操作を各成長用溶液ごとに異なる温度下
で行ない移送操作を終了する（第１図（ｄ））。

これら移送操作終了後昇温した温度を徐冷降温して行き
他の１の所定温度Ｔ２から所定の過冷却度６１１分落ち
た温度になると、他の１の分配用溶液溜め４ａの下に基
板７をスライドし溶液と接触させて基板７上にエピタキ
シャル層を成長する。

接触時間を長くすると厚い層が形成され、時間が短いと
薄い層が形成される。

所定膜厚が形成されると、再び基板７をスライドして１
の分配用溶液溜め４ｂ下に移動し、基板７上に次層のエ
ピタキシャル層を成長する。ここでも、接触時間の長短
により層厚が変わる。

このように各溶液の下を順次基板をスライドさせて各溶
液と接触させることにより、多層のエピタキシャル層が
同一基板上に成長する。

従って、各成長溶液との接触時間を任意に設定すること
により各層厚が任意の多層エピタキシャル層を成長させ
ることができる。この場合において本工程では、従来の
ように遊離した溶質がある限り温度が上昇しても成長用
溶液が飽和状態を維持するものと異なり、成長用溶液溜
めから分配用溶液溜めに所定温度下で飽和した成長用溶
液を一旦移し変え、溶質の供給を断つようにし、所定温
度を超えると成長用溶液が未飽和状態となるようにした
ことにより、例えば、第１層目の膜厚を厚く成長させた
ために第２層目の成長開始温度が低くなり過ぎても、第
２！ｌ！目の成長用溶液の飽和温度を低く保てるので、
その過冷却度が大きくなることがない。

また溶媒に対して過剰気味に溶質を入れておけばよいの
で、従来のように溶媒と溶質の量を高精度で秤量する必
要も、温度の絶対値を正しく制御する必要もない。

本発明は、ＱａΔ″Ｓを含むｍ−ｖｉ化合物半導体及び
ＱａＡｊ！Ａｓなどの混晶化合物半導体、更にはＩＦ−
Ｖｌ族化合物とその混晶なとの液相エピタキシャル成長
に適用できる。

［実施例］ 本発明の実施例を第１図〜第３図に基づいて説明すれば
以下の通りである。

第１図は本発明方法を実施するためのスライドボート装
置１を示す。

２は成長用溶液溜め３ａ　、３ｂを有する成長用溶液ホ
ルダであり、分配用溶液溜め４ａ、４ｂを有する分配用
溶液ホルダ５上にスライド自在に設けられ、そのスライ
ド量により各成長用溶液溜め内の成長用溶液５ａ、５ｂ
を分配用溶液溜め４ａ。

４ｂにそれぞれ別個に移送するようになっている。

分配用溶液ホルダ５の下部には、基板７を保持するスラ
イダ８が設けられ、このスライダ８はボート９上にスラ
イド自在に設けられ、そのスライドにより順次基板を分
配溶液溜め４ａ　、４ｂ内の成長用溶液と接触するよう
構成されている。

さて上記にような構成における作業順序について説明す
る。

最初に、スライダ８に基板７をセットし、第１、第２の
成長用溶液溜め３ａ　、３ｂに１層目（厚膜）と２１目
（ｌ膜）の原料となる成長用溶液５ａ。

６ｂを入れる。各成長用溶液は溶媒と溶質とから成り、
後）ホする各成長温度Ｔ１．Ｔ２下で飽和溶液となるに
十分な量の溶質が溶媒に対してセットされる。このよう
にして第１図（ａ　）の状態にセットされたスライドボ
ート装置１を図示しない反応炉内に挿入する。

次に、スライドボート族＠１を挿入した炉を第２図に示
す如く、第１の成長温度Ｔ１まで昇温し、その温度を時
１ＸｌＩａからｂまで保持する。第１の成長温度Ｔ１に
おいて、各成長用溶液、特に２層目の成長用溶液となる
溶媒中に溶質を飽和するまで溶かす。溶質が過剰気味に
入れであるので非溶解の遊離溶質が存在することになる
が、このＴ！ｉｌｌ溶質は成長用溶液６ｂの上層に溜り
、下層には遊離溶質は存在しない。ここでρ長用溶液ホ
ルダ２をスライドして２１１目の飽和した成長用溶液６
ｂを第２の成長用溶液溜め３ｂから第２の分配用溶液溜
め４ｂに移送する（第１図（ｂ））、この移送は成長用
溶液６ｂの下層について行なわれるので、第２の分配用
溶液溜め４ｂには遊離している過剰溶質弁が除かれた飽
和溶液が入ることになる。

このように２１１目の成長用溶液６ｂの移送後、第１図
（０）に示すように、更に成長用溶液ホルダ２をスライ
ドして、第２の分配用溶液溜め４ｂと第２の成長用溶液
溜め３ｂとの連通を断つ一方、第１の成長用溶液溜め３
ａと第１の分配用溶液溜め４ａを連通させ、しかる後、
炉の温度を第２の成長温度Ｔ２まで昇温し、この温度を
時間Ｃからｄまで保持する。第２の成長温度Ｔ２に保持
することにより、この温度下で１層目の成長用溶液６ａ
を飽和溶液とし、遊離溶質のない飽和溶液を第１の分配
用溶液溜め４ａ内に移送する。このとき、第２の分配用
溶液溜め４ｂ内に閉じ込められた２１ｉｆ目の成長用溶
液６ｂは新たに溶解すべき溶質の供給が断たれているた
め、未飽和状態となる。

成長用溶液ホルダ２を更にスライドして、１１１目と２
ｔｒｉ目の溶液の移送分配操作を終了する（第１図（ｄ
））。

そして、これらの移送分配操作を終了後所定の温度勾配
で第２の成長温度Ｔ２を徐冷降温する。

分配用溶液溜め４ａ内の成長用溶液６ａ温度が第２の成
長温度Ｔ２よりも幾分降下してΔＴ！だけ過冷却状態と
なる時間ｅで、スライダ８をスライドさせ１層目の成長
用溶液６ａと基板７を接触させる。時間ｅからｒの長い
間、この接触を保って比較的厚い第１層目のエピタキシ
ャル層を基板７上に成長させる。

所定厚さのエピタキシャル層の成長が終了する時間ｆに
なると、再びスライダ８をスライドさせ今度は２層目の
成長用溶液６ｂと基板７を接触させる。この時間ｆでは
、２Ｗｊ目の成長用溶液温度は、第２の成長温度Ｔ２か
ら見ればこれよりもΔＴ３だけ落ちた非常に低い温度と
なっているが、第１の成長温度ＴＩから見れば、僅かな
大きさの過冷却度ΔＴ２分だけ落ちているに過ぎない。

すなわち、第２の分配溶液溜め４ｂ内に閉じ込められた
２層目の成長用溶液６ｂは、閉じ込められているがゆえ
に第１の成長温度Ｔ１で飽和し、これよりも高いと未飽
和となり、またこれよりも低いと過飽和となるので、第
１の成長温度ＴＩよりも高い第２の成長温度Ｔ２からΔ
Ｔ３という大きな温度降下があっても、その過冷却度△
Ｔ２（−Ｔｓ−Ｔ３）は僅かである。したがって、基板
７を時間ｒで接触させても成長速度が遅く、薄いエピタ
キシャル層の成長が可能となる。時間ｆからσの短い間
、この接触時間を保って、きわめて薄い第２層目のエピ
タキシャル層を基板７上に成長させる。

かくして第３図に示すように第１層目が１０〜２０μｍ
の厚いエピタキシせル層を成長させた場合でも、ΔＴ２
を２〜３℃程度に設定することにより０．３μｍの薄い
エビキシャルＩＩ！１ｉ２１を均一性と再現性良く成長
させることができる。半導体ＬＤなどのように、数μＩ
ｎ１ｉ、Ｓさせた後に０．０５μ−のような薄い層を成
長させる場合に、特に有効である。

このように本実施例によれば、第１１１目を厚くした場
合であっても第２層目の溶液の過冷却度を小さくできる
ため、第２層目の成長速度が速くなったり、厚い結晶膜
が短時間で成長してしまったりするということも、結晶
膜厚の制御が難しいということもない。また基板との接
触液を、遊離溶質が残存している成長用溶液溜め内の溶
液と断つようにしたため、遊離溶質が接触液中に残存し
ないように高精度の秤量をしたり、測定が１１２１にな
ったりするということも、また温度の絶対値を正しく制
御する必要もない。

なお、上記実施例では、厚い層の上に薄い層を成長させ
る場合について述べたが、徐冷降温を２回繰り返せば、
先に薄い層を成長させる場合にも適用でき、また成長用
溶液溜め等も２つに限定されるものではなく、３つ以上
の場合にも適用できる。

［発明の効果］ 以上型するに本発明によれば次のうよな優れた効果を発
揮する。

（１）各成長用溶液の移送分配を異なる温度で行なうよ
うにしたことにより、同一温度で分配する従来のものと
異なって、飽和状態を維持する温度が各成長用溶液で別
個に設定し得るので、これらの設定温度間の幅を任意に
決めれば、厚い層と薄い層との積層順序に関係なく、成
長用溶液の過冷却度を適切に取ることができる。したが
って、厚い層と薄い層との積層構造を有するエピタキシ
ャル層を均一性と再現性良く成長させることができる。

■　飽和後溶媒から遊離している過剰溶質弁を除いた飽
和成長溶液を分配用溶液溜め内に移送するようにしたこ
とにより、従来のような溶媒、溶質の高精度の秤量を必
要とせず、溶媒に対して過剰気味の溶質を入れるという
大雑把な秤量でよいので、作業がきわめて容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の工程図、第２図は第１図の
工程における炉の昇温、徐冷降温と時間との関係の一例
を示す線図、第３図は本発明により得られる基板上のエ
ピタキシャル成長層の膜厚を説明する概略説明図、第４
図は従来例の液相エピタキシャル成長装置の断面図、第
５図は同じく炉温度と時間との関係を示す線図である。 図中、３ａ　、３ｂは成長用溶液溜め、４ａ。 ４ｂは分配用溶液溜め、５ａ　、５ｂは成長用溶液、７
は基板である。 特許出願人　　　　日立電線株式会社 代理人弁理士　　　絹　　谷　　信　　雄第１因 時開 第３図 ７３ａ　７４ａ　　７３ｂ　７４ｂ 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. スライドボート法による液相エピタキシャル成長法にお
   いて、成長用溶液溜め内に溶媒と過剰気味の溶質とを入
   れ、昇温途中の所定温度下で溶媒中に溶質を飽和するま
   で溶かした後、溶媒から遊離している過剰溶質分を除い
   た飽和成長溶液を分配用溶液溜め内に移送し、この移送
   操作を各成長溶液ごとに異なる温度下で行ない、これら
   の移送操作終了後徐冷降温して各移送操作時の所定温度
   から所定の冷却度分落ちた温度になるごとに、移送した
   各溶液の下を順次基板をスライドさせて各溶液と接触さ
   せることにより、多層のエピタキシャル層を同一基板上
   に成長させることを特徴とする液相エピタキシャル成長
   法。