JPS63308313A - 半導体製造装置 - 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ｍ−ｖ族化合物等の半導体の液相成長に用いる
半導体製造装置に関するものである。

従来の技術 ＡＩ？ＧａＡｓ　／ＧａＡｓ　、　Ｉ　ｎＧａＡ　ｓ　
Ｐ／Ｉ　ｎＰ　　系等のｍ−ｖ族化合物半導体は半導体
レーザ、発光ダイオード、受光素子等の光デバイスに広
く用いられている。これらデバイスの活性層の膜厚はサ
ブミクロンオーダであり、均一に作製する必要があるた
め、液相成長法で作製する場合、通常基板を水平に設置
して成長を行なっている。しかしながら、現在の所一度
に多数枚のウェハーを作製できない、また大面積のウェ
ハーが作製困難という点で気相成長法と比べ劣っている
。

以下に従来より多く用いられている液相成長法および装
置の概要をＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系化合物半導体を例
にとり述べる。

第４図は従来用いられている液相成長装置を、第５図は
ここで用いられているスライド式ボート１００の構造を
それぞれ示すものである。１は石英反応筒、２は電気炉
、３は基板を収納するスライダー、４は溶液ホルダーで
ある。６はＩｎＰ　　単結晶基板、６はＩｎＰ　　成長
溶液、７はＩｎＧａＡｓＰ成長溶液である。このボート
１００を第４図（Ｂ）に示すような６６０℃の均熱に保
たれた第１図（Ａ）に示す石英反応管１の中に入れ、ガ
ス供給口８から導入した水素キャリアガス中で次のよう
な過程で通常成長を行なう。

最初温度６７０Ｃでこの系を加熱し、成長溶液の溶かし
込みを行なう。次にこの系を６４０℃まで冷却速度０．
７℃／分で温度を降下させ、溶液６を基板６と接触しＩ
ｎＰ　　層を成長する。その後直ちに基板６を摺動させ
て溶液７を基板６と接触しＩｎＧａＡｓＰ　　層を成長
させて、所定の成長時間が経過後基板５を摺動させて溶
液をワイプオフし、直ちにボートを冷却する。

発明が解決しようとする問題点 このような方法によってエピタキシャル層を作製する場
合、成長ボート内の均熱は少くとも溶液ホルダー４内で
±０．１℃以内の精度が必要であるため、例えば半導体
レーザなどに用いる多層構造のエピタキシャルウェハー
においては均熱長を大きくとる必要があるため、大面積
のウェハーを作製することが困難となっている。

しかじ液相成長法によって成長したエピタキシャル層は
結晶品質が良好であり、形成される接合も良い特性を有
することが知られている。このため半導体レーザ等の光
デバイスなどに広く用いられていて、良質な薄膜を制御
性良く一度に多量のエピタキシャル成長できる装置の出
現が望まれていた。

本発明は上記の欠点を鑑みて、大面積ウェハーを一度に
多量に作製可能な量産に適した製造装置を提供しようと
するものである。

問題点を解決するための手段 本発明で用いる液相成長装置は、複数の溶液溜を有する
１つの溶液ホルダーと、成長溶液を収納する１つの貫通
孔を有する第１の板と結晶基板を保持する凹部を具備し
たスライダーからなるボートを多数個組み合わせた構造
となっており、さらにボートの下部には使用済みの溶液
スラッグを除去するための１つの貫通孔を備えた第２の
板と溶液スラスタを収納するスラツプホルダーからなっ
ている。

作　　用 上記の液相成長装置を用いれば、多層構造のエピタキシ
ャルウェハーを大面積で１度に多数枚作製することが可
能となる。また、作製されたエピタキシャル層の膜厚は
サブミクロンオーダの制御が可能であり、かつ膜厚、組
成の均一性は従来の方法と同様のものが得られることは
言うまでもない。

実施例 本発明に用いる液相エピタキシャル成長装置の構成につ
いて第１回の概略図を用いて説明する。

第１図（Ａ）は本発明の成長装置の概略断面図を示す。

１０は成長溶液を収納する溶液ホルダー（高さ２６ｆｌ
）、１１（１１ａ〜１１ｅ）は溶液溜、１２（１２８〜
１２ｃ）は基板を具備しかつ貫通孔２２を有し摺動可能
なスライダー（厚み４ｍ）、１３（１３ａ〜１３ｃ）は
基板を保持する凹形状の基板ホルダー、１４（１４ａ〜
１４ｃ）、１６はそれぞれ貫通孔２３．２４（穴径２イ
ンチφ）を有する板（厚み５ｍｍ）、１６は成長で使用
済のスラツプを収納するスラツプホルダー、１７（１７
ａ〜１７ｃ）はたとえばｍ−ｖ族化分物であるＩｎＰ　
　結晶基板、１８（１８ａ　〜１８ｅ）は成長溶液、１
９は溶液ホルダーを摺動させる操作棒、２０（２０ａ〜
２０ｃ）はスライダー１２ａ〜１２ｃを摺動させる操作
棒、２１は板１６を摺動させる操作棒である。また、第
１図（Ｂ）　、　（Ｃ）　。

（Ｄ）　、　（Ｅ）に溶液ホルダー１０、板１４、スラ
イダー１２、板１５の平面図をそれぞれ示す。ここで使
用する基板１７の形状は２インチφの円形インゴットウ
ェハーである。

次に本発明の成長装置によるエピタキシャル層の成長方
法について以下に説明する。また、説明を容易にするた
め、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ　　系半導体レーザ用のエ
ピタキシャルウェハーの作製例をもって説明する。した
がって、基板１７は面方位（１００）Ｓｎ　ドープＩｎ
Ｐ　単結晶ウェハーでＬＥＣ成長法で作製したものを用
いている。１８ａはＩｎ金属からなるメルトバック溶液
、１８ｂはｎ型ＩｎＰ　バッフ１層溶液、１８ｃはＩｎ
ＧａＡｓＰ活性層溶液、１８ｄはＰ型ＩｎＰ　　クラッ
ド層溶液、１８ｅはＰ型Ｉ　ｎＧ　ａＡ　ｓ　Ｐ　　コ
ンタクト層溶液である。

第２図は本発明の成長装置（ボート）によシ作製するＩ
ｎＧａＡｓＰ　　半導体レーザ用エピタキシャルウェハ
ーの成長プロセス工程図である。まず、Ｈ２ガス雰囲気
中で成長ボートを６７０℃まで昇温させ約１時間溶液１
８の溶かし込みを行なった後、冷却速度０．７℃／分で
温度６４０１：まで降下させる。次に第２図（Ａ）の如
く溶液ホルダー１０を摺動させてメルトバック溶液１８
ａを貫通孔２２．２３内に落下させる。そして第２図（
Ｂ）のごとくスライダー１２を摺動させて、溶液１８ａ
を分割させてそれぞれ基板１７ａ、１７ｂ、１７ｃ上に
溶液１８ａを数秒間接触させ基板表面をメルトバックさ
せる。メルトバック終了後スライダー１２を逆に戻し、
かつ板１６を摺動して溶液１８ａをワイプオフしスラン
プホルダー１６内に落下させスラッグを収納する。

次に、Ｎ型ＩｎＰバッフ１一層を成長するため、続いて
第２図（Ｄ）のように第２の溶液１８ｂを貫通孔２２，
２３内に落下させる。そして前述の第２図（Ｂ）の如く
スライダー１２を摺動させて溶液１８ｂを分割し基板１
７ａ　、　１７ｂ　、　１７ａをそれぞれ溶液１８ｂと
７分間接触させＮ型ＩｎＰ　バッフ１一層を成長させる
。その後の成長プロセス工程については前述の工程と同
様にして溶液をワイプオフし、スラッグホルダー内に落
下させる。

引き続いて残りの成長層に関しても前述の工程と同様第
２図（Ａ）〜（Ｄ）の如くのプロセス工程を行ないＩｎ
ＧａＡｓＰ　　半導体レーザ用エピタキシャルウェハー
は完了する。

以上のようにして作製されたエピタキシャル層は第６図
のような従来の方法と比べ遜色のない良好な表面状態か
つ高品位の結晶性のものが得られることは言うまでもな
い。実際得られたウェハー内での膜厚バラツキはＩｎＰ
　　層で３μｍ＋０．３μｍでありウェハー間でも同様
であった。またＩｎＧａＡｓＰ　　層のバンドギャップ
波長は１．３０２μｍ±１０ｎｍと良好な均一性特性を
示した。また、本実施例では３枚の結晶基板１７を用い
て説明を行なったが２枚以上の結晶基板を作製できるこ
とは言うまでもない。一方、溶液溜１１の個数を６ケと
したがそれ以上のものも可能である。

一方、本発明の成長装置に用いる石英反応管内の均熱特
性に関しては第３図のような温度プロファイルのものを
用いれば良い。第３図ではＩｎＧａＡｓＰ　　活性層の
成長プロセス中の成長装置の反応管２６内の均熱特性の
例を示している。均熱範囲は６３６℃±０．１℃の条件
下で破線の範囲内にあれば良い。つまり基板１了付近を
中心に待機中の溶液１ａｄ、１８ｅの２個分とその反対
側の溶液１個分の均熱が得られれば十分である。また破
線外の領域においては、一点鎖線内の領域で３℃以内の
均熱を確保すれば十分である。この理由は、３℃以内に
入っておれば溶液ホルダー１０を摺動し成長プロセスが
開始されるまでの間に成長溶液が所定の温度に到達する
ためである。しかし、ここで述べている均熱特性に関し
てはＩｎＧａＡｓＰ　　４元半導体における成長につい
て述べているのであって、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓ、Ａ
ＪＧａＳｂ等の２元、３元半導体に関しては均熱精度を
緩和することは可能である。

一方、本実施例における破線内での均熱長は、基板１７
のウェハーサイズが２インチφであるので約２０σであ
る。２インチφの基板を使用した場合の従来方法の均熱
長は少なくとも溶液溜の全領域と基板の直径分の長さが
必要であるので約５ＯｃＩｎもの長さが必要である。い
わゆる電気炉の小型化が可能、もしくはウェハーの大型
化が容易であるということがいえる。

また、本実施例の成長装置の高さに関しては約６５ｃｍ
であるので内径１１ｏｃＩＲφの石英反応管を使用すれ
ば可能であるので実用上何ら支障は無い。

発明の効果 以上のように、本発明によれば、多層構造のエピタキシ
ャルウェハーを大面積で１度に多数枚作製することが可
能である。また得られた結晶膜は従来の方法と同様の結
晶品質で、膜厚はサブミクロンオーダの制御が可能であ
り、かつ膜厚１組成の均一性も従来の方法で得られたも
のと同等のものが得られる。一方、反応管内の均熱長を
従来法と比べ半分以下に抑えることができるため大型の
電気炉を必要とせず装置系の小型化が可能となる。

以上のように本発明の成長装置を用いれば、従来より懸
案であった液相エピタキシャル成長法のバッチ処理によ
る量産化が可能となり、製造コストの大幅な削減ができ
、その実用的効果は犬なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における成長装置の概略図を
示し、第１図（Ａ）はその断面図、第１図（Ｂ）〜（Ｅ
）は各要素部品の平面図、第２図（Ａ）〜（Ｄ）は同成
長装置を用いた場合のＩｎＧａＡｓＰ　　半導体レーザ
用エピタキシャルウェハーの成長プロセスをまず工程断
面図、第３図は同成長装置系の温度プロファイルを示す
説明図、第４図（Ａ）は従来の成長装置の概略構成図、
第４図（Ｂ）はその温度プロファイルを示す特性図、第
６図は従来の成長装置の概略断面図である。 １０・・・・・・溶液ホルダー、１１・・・・・・溶液
溜、１２・・・・・・スライダー、１４，１５・−・・
・・板、１６・・・・・・スラッグホルダー、１７ａ、
ｂ、ｃ・・・・・・結晶基板、１８　ａ　、　ｂ　、　
ｃ　、　ｄ　、　ｅ−−溶液、２２　、２３　。 ２４・・・・・・貫通孔。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 （ヘノ １’／ａ　ｌ’ｌｂ　Ｉ’／ｃ 第２図 （Ｃ〕 ／７−−某　　抜 ２５−一反武！ 第３図 疋　　　肱 １００−ポート 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　複数の溶液溜を有する溶液ホルダーと、成長溶液を収
   納する第１の貫通孔を有する第１の板と結晶基板支持用
   凹部を有しかつ第２の貫通孔を有する摺動可能なスライ
   ダーとからなる部品を複数個積み重ねた構造のボートと
   、前記ボートの下部に第３の貫通孔を有し摺動可能な第
   ２の板と、前記第２の板の下部に溶液スラッグを収能す
   るスラッグホルダーとを備え、複数の結晶基板上に同一
   の成長溶液で同時にエピタキシャル層の成長を可能にし
   てなる半導体製造装置。