JPS635516A

JPS635516A - 液相成長方法

Info

Publication number: JPS635516A
Application number: JP14805986A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Sasai; 佐々井　洋一; Mototsugu Ogura; 基次小倉; Masato Ishino; 正人石野; Minoru Kubo; 実久保
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-06-26
Filing date: 1986-06-26
Publication date: 1988-01-11

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、半導体装置製造に利用される液相成長方法に
関し、さらに具体的に記述すれば、量子井戸型エピタキ
シャル層の形成に用いる液相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）従来、量子井戸型エピタキシャル層の形成には、分子線
エピタキシャル法や有機金属気相成長法等が主として用
いられ、液相エピタキシャル法による量子井戸型エピタ
キシャル層の形成は、５００Å以下の極薄膜の制御が極
めて困難なため、殆んど実施されなかった。

しかし、エピタキシャル層成長装置の簡便さ、価格ある
いは成長層の結晶性等では、現在周知のように液相成長
法が最も優れている。従って、制御性の良い液相成長法
によって、量子井戸型エピタキシャル成長層を形成する
ことは、実用上極めて重要である。

液相成長法による量子井戸型構造の形成法については、
特願昭５９−２１６６５４号および特願昭６０−２６９
７１３号が出願されているので、その概要について簡単
に説明する。

液相成長法を用い、極薄膜のエピタキシャル層を形成す
るには、通常１秒以下の極めて短時間で成長させる必要
がある。そのため、基板を摺動させて成長溶液と完全に
接触させるまでの時間ｔ１と、基板を摺動させて成長溶
液を完全に拭い落すまでの時間ｔ、の和（ｔｔ＋ｔａ）
が、基板が停止して成長溶液との接触が保持される時間
ｔ２に比べて同程度か長い場合、実効的な成長時間が設
定できず、成長膜厚を制御できないため、−定速度で通
過させて基板を成長溶液に接触させる所謂摺動成長と呼
ばれる方法が採用されている。

第６図は、前記の出願に示された成長ボートの概略断面
図である。同図において、成長ボートは、基板１を収容
凹みに取り付ける基板ホルダ２と、成長溶液を収容する
複数の溶液槽を有する溶液ホルダ３と、上記の基板ホル
ダ２および溶液ホルダ３を摺動自在に載せるボート台４
から構成される。

溶液ホルダ３は、前側には溶液隔離壁３ａで隔離された
２つの溶液槽に順にメルトバック溶液５および緩衝層を
形成する第１クラッド層用溶液６が、中央には２枚の溶
液隔離壁３ｂおよび３ｃで隔離された３つめ溶液槽に順
に第１障壁層用溶液７、井戸層用溶液８および第２障壁
層用溶液９が、後側には溶液隔離壁３ｄで隔離された２
つの溶液槽に順に第２クラッド層用溶液ｌＯおよびコン
タクト層用溶液１１がそれぞれ収容されており、上記の
前側、中央および後側の間に厚い待機用隔離壁３ｅおよ
び３ｆがそれぞれ設けられている。

このように構成された成長ボートを用い、多重量子井戸
構造を形成するには、基板１を取り付けた基板ホルダ２
を溶液ホルダ３に対して左から右へ摺動させる。基板１
の表面をメルトバック処理後、緩衝層の第１クラッド層
を成長させた後、２つの待機用隔離壁３ｅおよび３ｆの
間を一定速度で摺動させることを繰り返して多重量子井
戸層を成長させ、次に順次第２クラッド層およびコンタ
クト層を成長させる方法がとられている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記の構成では、井戸層と障壁層を成長
させる場合に、摺動速度が同じであるから、両者の溶液
槽の底幅が等しく、成長溶液の過飽和度も等しい時は、
待機用隔離壁３ｅおよび３ｆ間を一定速度で往復摺動さ
せる間に、井戸層用溶液８と、第１障壁層用溶液７ある
いは第２障壁層用溶液９との接触時間の比が１対２とな
り、成長層膜厚が１対２となり、多重量子井戸構造の膜
厚制御が制約されるという問題があった。その対策とし
て、成長溶液の過飽和度又は溶液槽の底幅を変える方法
も考えられるが、調整が難しいという開運もあった。

また、井戸層と障壁層の膜厚を、それぞれ単独で制御で
きないという問題もあった。

本発明は上記の問題点を解決するもので、井戸層と障壁
層がそれぞれ、所望の膜厚に制御でき、且つ均一で然か
も再現性のよい液相成長方法を提供する。

（問題点を解決するための手段）上記の問題点を解決するため１本発明はクラッド層用溶
液と障壁層用溶液との間に設けられた２箇所の待機用隔
離壁のほかに、井戸層用溶液と障壁層用溶液の間の溶液
隔離壁を厚い待機用隔離壁とし、井戸層溶液および障壁
層用溶液を挾む待機用隔離壁の間をそれぞれ所定の一定
速度で摺動させ、さらに、それぞれ所望の膜厚になるよ
うに通過速度を調整し成長時間を制御するものである。

（作　用）上記の構成によれば、クラッド層用溶液と障壁層用溶液
の間、障壁層用溶液と井戸層用溶液の間にそれぞれ待機
用隔離壁が設けられているので。

基板が障壁層用溶液および井戸層用溶液の下を通過する
速度をそれぞれ独立して任意に設定することが可能とな
り、障壁層および井戸層の膜厚を所望の厚さに制御する
ことが可能になる。

（実施例）本発明の実施例２例を第１図ないし第５図により説明す
る。

まず、本発明による実施例を用いる温和成長装置につい
て、第１図に示した概略構成図により説明する。同図に
おいて、液相成長装置は、電気炉１２の水素ガス雰囲気
とした炉心管１３の中に設置された成長ボート１４と、
成長ボート１４の基板ホルダ２を摺動させる操作捧１５
を装備した、コンピュータ１６で制御されるボートロー
ダ１７と、上記の炉心管１３の中に装入した熱電対１８
の信号を温度に換算し、温度情報を上記のコンピュータ
１６に伝える温度計１９とから構成されている。なお、
上記のコンピュータ１６は、基板ホルダ２の摺動速度や
成長層の成長時間を制御する。

第２図は、本発明の第１の実施例の成長ボート１４の断
面図で、第２図（ａ）ないし第２図（ｄ）の４図は多層
成長層の工程を示すものである。なお、図中の構成部品
の記号は、第６図に示す従来例と同じ構成部品には同じ
記号を付して説明する。

第３図は、説明を簡単にするための具体例で、ＩｎＧａ
ＡｓＰおよびＩｎＰの多重量子井戸型エピタキシャル層
の形成例を示す断面図である。ＩｎＰ基板２０の表面に
形成した緩衝層となるＩｎＰ第１クラッド層２１の上に
、ＩｎＰ［壁層２２とＩｎＧａＡｓＰ井戸層２３．　Ｉ
ｎＰ障壁層２４を重ねて形成し、さらにＩｎＧａＡｓＰ
井戸層およびＩｎＰ障壁層を複数層積層した後、最後の
ＩｎＧａＡｓＰ井戸層２３の上にＩｎＰ障壁層２５を重
ね、その表面にＩｎＰ第２クラッド層２６およびＩｎＧ
ａＡｓＰコンタクト層２７が形成されている。

第２図（ａ）に戻って、成長ボート１４は、ＩｎＰ基板
２０を収容凹みに取り付けた基板ホルダ２と、成長溶液
を収容する複数の溶液槽を有する溶液ホルダ３と、上記
の基板ホルダ２および溶液ホルダ３を摺動自在に載せた
ボート台４とから構成され、溶液ホルダ３の溶液槽の配
置は第６図に示した従来例と同じであるが、第６図に示
した中央の２枚の溶液隔離壁３ｂおよび３ｃが第２図（
ａ）では幅の厚い待機用隔離壁３ｇおよび３ｈとなって
いる点が異なる。

溶液槽には左から順に、メルトバック溶液５、第１クラ
ッド層用ＩｎＰ溶液２８、第１障壁層用ＩｎＰ溶液２９
、井戸層用ＩｎＧａＡｓＰ溶液３０、第２障壁層用Ｉｎ
Ｐ溶液３１．第２クラッド層用ＩｎＰ溶液３２およびコ
ンタクト層用ＩｎＧａＡｓＰ溶液３３がそれぞれ収容さ
れている。

このように構成された成長ボート１４を用いた液相成長
方法の手順について説明する。処理条件は。

ＩｎＰ基板２０を水素ガス雰囲気中（すき間から水素ガ
スが基板上面に侵入する）で温度６２０℃１時間で多重
量子エピタキシャル層を形成した後、５９５℃まで冷却
速度０．７℃／分まで徐冷し、以後５９５℃からは水素
ガス中で放冷する。

第２図（ａ）のように、ＩｎＰ基板２０は、基板ホルダ
２の収容凹みに取り付けられ、第１図に示した電気炉１
２（図示せず）の炉心管１３に装填される。

ボートローダ１７の操作捧１５により基板ホルダ２が右
方向に摺動し、まずＩｎＰ基板２０はメルトバック溶液
５に接触し表面がメルトバックされた後、次の溶液槽で
停止し、第１クラッド層用ＩｎＰ溶液２８に接触し、Ｉ
ｎＰ基板２０の上に緩衝層となるＩｎＰ第１クラッド層
２１が成長形成された後、第２図（ｂ）に示す待機用隔
離壁３ｅの下に保持される。

次に、第２図（ｂ）に示すように、この待機用隔離壁３
ｅから第１障壁用ＩｎＰ溶液２９を挾む次の待機用隔離
壁３ｇの間は、ＩｎＰ基板２０は一定速度ｖ３で摺動し
、ＩｎＰ基板２０の上にＩｎＰ障壁層２２が形成される
。

引き続ｔ（て、第２図（ｃ）に示すように、待機用隔離
壁３ｇの下にあるＩｎＰ基板２０は、井戸用ＩｎＧａＡ
ｓＰ溶液３０を挾む次の待機用隔離壁３ｈの間を−定速
度ｖｗで摺動し、ＩｎＧａＡｓＰ井戸層２３が形成され
る。続いて、第２図（ｄ）に示すように、待機用隔離壁
３ｈの下にあるＩｎＰ基板２０は、第２障壁用ＩｎＰ溶
液３１を挾む次の待機用隔離壁３ｆの間を一定速度ｖｍ
で摺動し、ＩｎＰ障壁層２４が形成される。

さらに、　ＩｎＰ基板２０を逆方向に摺動させ、３箇所
の待機用隔離壁３ｆ、３ｈおよび３ｇの間を上述のよう
な一定速度Ｖ、およびｖｌて通過させて、摺動速度をそ
れぞれ独立に変えながら所望の膜厚の障壁層および井戸
層を形成する。

最後に、　ＩｎＰ基板２０を第２クラッド層用ＩｎＰ溶
液３２およびコンタクト層用ＩｎＧａＡｓＰ溶液に接触
させ。

ＩｎＰ第２クラッド層２６およびＩｎＧａＡｓＰコンタ
クト層２７を成長形成させて成長過程を完了する。

第４図は、摺動速度をＶ、およびｖｗをそれぞれ５０ｍ
ｍ／秒および１０■／秒とし、　ＩｎＰ障壁層およびＩ
ｎＧａＡｓＰ井戸層の膜厚をそれぞれ２５０人および１
５０人とし、　ＩｎＧａＡｓＰ／　ＩｎＰを２１対積層
した多重量子井戸層の周期性および膜厚の均一性を結晶
Ｘ線回折法で調べたＸ線回折パターンである。なお、コ
ンタクト層は選択エツチングで除去した。

第４図で判るように、ＩｎＰ基板のピークの近傍に成長
層の０次ピークが現われ、その両側に等間隔に超格子構
造特有の１次および２次のピークが明瞭に観測される。

これは極めて良好な周期性および均一性を有する超格子
膜が形成されていることを示し、ＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ
法等を用い形成したものに比べて遜色がない良好なもの
であった。

次に、本発明による第２の実施例について、第３図およ
び第５図により説明する。第３図は第１の実施例の具体
例として示したもので、第２の実施例もこの第３図を用
いて説明する。第５図に示す第２の実施例は、第２図に
示した第１の実施例から、第２障壁用ＩｎＰ溶液３１を
収容した溶液槽と井戸用ＩｎＧａＡｓＰ溶液３０との間
の待機用隔離壁３ｈを除いた構造なので、第１の実施例
と同一の記号を名称を用いて説明する。従って、第１障
壁用ＩｎＰ溶液２９は本来ならば第１を省略し、別記号
を付すべきものであるが、そのまま使用する。

第２の実施例の成長手順について説明する。その処理条
件は、第１の実施例と同じであるので。

その説明を省略する。

まず、ＩｎＰ基板２０を摺動させメルトバック溶液５で
表面をメルトバックした後、第１クラッド層用ＩｎＰ溶
液２８に接触した状態で停止して保持し、ＩｎＰ基板２
０の表面に緩衝層となるＩｎＰ第１クラッド層２１を形
成した後、−旦待機用隔離壁３ｅの下に保持して、第５
図（ｂ）の状態となる。

第５図（ｂ）に示すように、待機用隔離壁３ｅの下にあ
るＩｎＰ基板２０を、第１障壁用ＩｎＰ溶液２８を挾む
次の待機用隔離壁３ｇまで、−定速度ｖ８で摺動させＩ
ｎＰ第１クラッド層２１の上に、ＩｎＰ障壁層２２を形
成する。

第５図（ｃ）に示すように、待機用隔離壁３ｇの下に移
動したＩｎＰ基板２０を、井戸用ＩｎＧａＡｓＰ溶液３
０を挾む次の待機用隔離壁３ｆまで、−定速度Ｖｗで摺
動させＩｎＧａＡｓＰ井戸層２３を形成する。

引き続いて、ＩｎＰ基板２０を逆方向に３箇所の待機用
隔離壁３ｆ、３ｇおよび３ｅの間をそれぞれ一定速度Ｖ
ｗおよびＶＢで摺動させＩｎＧａＡｓＰ井戸層２３およ
びＩｎＰ障壁層２４を成長させる。このような往復サイ
クルを繰り返し、所望の多重量子井戸構造を形成した後
、第２クラッド層用ＩｎＰ溶液３２およびコンタクト層
用ＩｎＧａＡｓＰ溶液３３に接触させて、それぞれＩｎ
Ｐ第２クラッド層２６およびＩｎＧａＡｓＰコンタクト
層２７を成長させて成長過程を完了する。

このようにして形成した多重量子井戸層の周期性および
膜厚の均一性は良好であるが、井戸層の形成に際し、井
戸層用溶液に２度接触するため、井戸層の膜厚制御性が
第１の実施例に比べて劣る。

なお、第１および第２の実施例において、多重量子井戸
層の構成について説明したが、単一量子井戸層は勿論の
こと、厚膜の多層構造のエピタキシャル層の形成であっ
ても差支えない。

また、半導体材料としてＩｎＧａＡｓＰ／　ＩｎＰ系を
用いて説明したが、ＡＧＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、　Ａ（
ｌＧａｓｂ／　ＧａＳｂ系その他の材料についても可能
である。。また、基板を摺動さぜる構造で説明して来た
が、溶液ホルダを摺動させても同様の結果が得られるこ
とは言うまでもない。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、量子井戸構造を
形成する成長溶液を収容する溶液槽の間に基板の幅以上
の幅を有する待機用隔離壁が設けられるので、障壁層お
よび井戸層をそれぞれ独立した摺動速度で成長溶液に接
触させることができ、摺動速度を任意に変更することに
より所望の膜厚が得られるので、膜厚の制御性に優れ、
良好な周期性と膜厚の均一性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる液相成長装置の概略構成図、第
２図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は第１の実施
例の形成工程を説明するための成長ボートの断面図、第
３図は本発明の詳細な説明する具ＩｎＧａＡｓＰ　／　
ＩｎＰ多重量子井戸層のＸ線回折パターン図、第５図（
ａ）、（ｂ）および（ｃ）は第２の実施例の形成工程を
説明するための成長ボートの断面図、第６図は従来の液
相成長方法に用いられる成長ボートの断面図である。１・・・基板、　２・・・基板ホルダ、　３・・・溶液
ホルダ、　３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ−溶液隔離壁、　３
ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ−待機用隔離壁、４・・・ボート
台、　５・・・メルトバック溶液、６・・・第１クラッ
ド層用溶液、　７・・・第１障壁用溶液、　８・・・井
戸層用溶液、　９・・・第２障壁用溶液、　１０・・・
第２クラッド層用溶液、　１１・・・コンタクト層用溶
液、　１２・・・電気炉、　１３・・・炉心管、１４・
・・成長ボート。１５・・・操作棒、１６・・・コンピュータ、１７・・
・ボートローダ、　１８・・・熱電対、　１９・・・温
度計、　２０・・・ＩｎＰ基板、　２１・・・ＩｎＰ第
１クラッド層、　２２．２４．２５−ＩｎＰ障壁層、　
２３・・・ＩｎＧａＡｓ井戸層、　　２６・・４ｎＰ第
２クラッド層。２７・・・ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、　２８・・・
第１クラッド層用ＩｎＰ溶液、　２９・・・第１障壁層
用ＩｎＰ溶液、　３０・・・井戸層用ＩｎＧａＡｓＰ溶
液、３１・・・第２障壁層用ＩｎＰ溶液、　３２・・・
第２クラッド層用ＩｎＰ溶液、３３・・・コンタクト層
用ＩｎＧａＡｓＰ溶液。特許出願人　松下電器産業株式会社＜ｃ＞ｔＩ、１（ｄ）第３図第４図 −〇第５図（ａ）３３−−、コンタクト、１）ｆｌＩｎＧａＡｓＲＩＬＶ（Ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）相互に摺動可能な基板を取り付ける基板ホルダと
、成長溶液を収容する溶液ホルダとを有する成長ボート
を用い、量子井戸型構造の成長層を形成する際に、量子
井戸層用溶液および障壁層用溶液と、上記の基板とが相
対的に一定摺動速度で通過しながら接触する液相成長方
法において、基板が上記の量子井戸層溶液および障壁層
用溶液を通過するそれぞれ摺動速度が異なることを特徴
とする液相成長方法。
（２）順に配列した第１クラッド層用溶液槽、障壁層用
溶液槽、量子井戸層用溶液槽および第２クラッド層用溶
液槽の相隣接する溶液槽同士をそれぞれ隔離する、上記
の基板の幅より大きい幅を有する待機用隔離壁を設けた
成長ボードを用い、上記の相隣接する待機用隔離壁の間
を、それぞれ任意の一定摺動速度で通過させて、基板と
成長溶液とを接触させ、量子井戸型構造の成長層を形成
することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
液相成長方法。
（３）順に配列した第１クラッド層用溶液槽、第１障壁
層用溶液槽、量子井戸層用溶液槽、第２障壁層用溶液槽
および第２クラッド層用溶液槽の相隣接する溶液槽同士
をそれぞれ隔離する、上記の基板の幅より大きい幅を有
する待機用隔離壁を設けた成長ボードを用い、上記の相
隣接する待機用隔離壁の間を、それぞれ任意の一定摺動
速度で通過させて、基板と成長溶液とを接触させ、量子
井戸型構造の成長層を形成することを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項記載の液相成長方法。