KR830002291B1 - 반도체 재료의 에피택샬층 형성장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

반도체 재료의 에피택샬층 형성장치

제 1 도 내지 제 6 도는 층 에피택샬 성장에 대한 여러가지 성장 처리단계를 도시한 장치의 종단면도.

제 7 도는 본 발명 장치의 횡단면도.

제 8 도는 가열중인 기판조성물의 변화방지 부재도면.

제 9 도는 고정장치를 가지는 본 발명에 의한 장치의 종단면도.

제10도는 제 9 도에 도시된 장치의 부분적인 평면도.

제11도는 고정장치 영역에서의 상기 장치의 횡단면도이다.

본 발명은 가판의 평란측에 반도체 재료층을 에피택셜 성장에 의하여 형성하는 장치에 있어서 하측에 적어도 1개이상의 굄용(溜用) 개구부를 뚫어놓은 굄보유기를 지니고 있는 접동장치와, 굄보유기의 하측을 닫고, 또한 굄보지기의 굄으로 부터의 용융액을 침적시키는 적어도 1개의 이상의 구멍을 가지고 있는 슬라이더와 가판을 수용하는 적어도 1개 이상의 凹소를 형성시킨 기판보유기를 갖추고 있는 반도체 재료에 피택샬층의 형성장치에 관한 것이다. 이런 종류의 장치는 미국 특허 제3,690,965호 명세서에 기재되어 있다. 이같은 종래 장치에서는, 규정량의 용융액을 비교적 큰 굄으로부터 슬라이더에 있어서의 구멍내에 침적시켜서 이 구멍의 하방에 있는 기판에 에피택샬층을 성장시킨다. 다른 기판에 층을 재현적으로 형성하는데는 굄으로부터 새로히 소정량의 용융액을 사용한다. 그러나 이 경우에는 우선 슬라이더의 구멍내에 존재하는 이미 사용이 끝난 소정량의 용융액을 제거할 필요가 있다. 이 때문에 종래 장치에서는 기판 보유기에 다수의 凹소를 설치하여 이들의 凹소에 사용이 끝난 용융액을 침적시킬 수가 있도록하고 있었다. 그러나 이와 같은 종래장치는 다음과 같은 결점이 있다. 기판보유기에 다수의 침적용의 凹소를 설치하기 때문에, 접동기구의 크기가 상당히 커진다. 또, 이와같은 凹소는 기판 양측에 위치하기 때문에 슬라이더 구멍이 굄으로부터 용융액으로 채워질때에는 기판을 미리 슬라이더 구멍의 하방에 위치시켜 놓을 필요가 있다. 이때문에 기판에 에피택샬층의 성장공정이 곧바로 개시되고만다. 기판의 두터운 층을 성장시키는 경우에는 이와같은 종래 장치라도 좋으나, 매우 얇은 층을 기판에 형성하는 경우에는 종래 장치로는 불편하다. 또한 종래장치는 그접동기구가 취급하기 어려우므로 이 장치에 의하여 개의 기판에 수개의 층을 에피택샬 성장시키는 것은 곤란하다. 본 발명의 목적은 사용이 끝난 용융액 기판에 침적시키지 않도록 접동장치의 크기를 허용한도내에 유지시키고 또한 장치의 조작을 대폭적으로 간단히 하여 특히 1개의 기판에 수개의 층을 형성하는데 최적하게 되도록 적절히 구성배치하는 종류의 장치를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의하면 접동기구에 용융액 징수부재를 설치하고, 이 징수부재를 굄보유기의 하방에 설치하여 기판보유기를 용융액 집수부재 및 슬라이더에 대하여 가동자재로 하면서, 용융액 침적 슬라이더에 있어서의 구멍을 개방시켜서, 이 구멍내에 존재하는 용융액을 용융액징수 부재에 침적시킬 수 있도록 된것을 특징으로 한다. 기판보유기를 용유액 침적 슬라이더에 대하여 움직임으로서 슬라이더의 구멍을 개방시켜 이 구멍내에 존재하는 용융액을 집수부재내에 침적시킬수가 있다. 기판보유기가 용유액 집수수단을 갖추고 있지 않으므로 이 장치의 취급이 대단히 간단하다. 기판보유기 및 용융액 침적슬라이더는 기판에 다른 조성물의 다수의 층이 순차로 성장될때까지 노내에서 작동 시킬수가 있다. 기판은 저장류(貯藏溜)의 가로 방향의 개소에서 정확히 포화된 용융액에 의한 에피택샬층 성장이 개시하게되는 온도에서 용융액과 접촉시켜 매우 쉽게 소정 두께의 층을 얻어지도록 할수가 있다. 이 목적을 위한 본 발명장치는 우선 더미(dlummy)에 층을 성장시켜 용융액을 포화상태로 하는 소오스, 이시드(SOURCE -seed법을 사용하기에도 적합하다. 이 경우에는 실제의 기판을 용융액의 하방으로 이동시킨다. 에피택샬층의 성장은 정확히 포화상태에 있는 용융액에 의하여 행하여지는 까닭에 매우 얇은 층을 정확히 얻을수가 있다. 또 기판보유기와 용융액집수 수단과를1분리시키는 것에 의하여 기판 보유기를 에피택샬 성장용의 노에서 간단히 끄집어 낼수가 있다. 따라서, 용융액을 노내에서 소망의 온도로 가열하여 놓고 시간이 상당히 걸리는 가스제거를 하여 돌수가 있다. 노의 외부에 있는 기판의 조성은 상기 온도처리에 의한 영향을 받지 않는다. 용융액이 고정 상태에 있으면 기판을 노내에 넣고 단시간에 이것을 교정 온도로 가열하고 이 기판에 1개 이상의 층을 성장시킬 수가 있다. 이어 기판보유기를 노로부터끄집어 내어 다른 기판을 노에넣고 이것에 1개 이상의 에피택샬층을 형성시킬 수가 있다. 이와같이 하면, 노 가열주기의 전공정을 항상 실행시킬 필요가 없게되는 장점이 있다.

본 발명의 구체적인 실시예에 의하면 접동장치에 고정부재를 설치하여 용융액 침적 슬라이더의 위치를 굄보유기에 대하여 고정시키도록 한다. 이와같이 하면, 층의 성장을 방해하는 오처리를 잘못 실시하는 일이없게 된다. 슬라이더는 소망위치에 자동적으로 위치결정하도록 된다. 고정기구는 세로 방향으로 가동자재로 슬라이더로써 구성하고 이 고정슬라이버의 일부분을 용융액 침적슬라이더에 설치한 슬롯내에 강하시킬 수가 있도록 하는 것이 효과적이다. 고정 슬라이더는 기판 보유기의 위치를 결정하는 데에 사용할수도 있다. 이 때문에 본 발명이 구체적 실시예에 의하면 기판 보유기에 고정 슬라이더의 하측부와 접촉할 수 있는 얕은 凹소를 기판보유기의 위치 검출부재로서 작용시키도록 한다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 상세히 기술하면 다음과 같다.

도면에 있어서의부호(1)은 굄보유기를 나타낸다. 실시예에서는 각각이 용액(6),(7),(8),(9)을 수용하고 있는 4개의 굄(2),(3),(4),(5)을 굄보유기(1)에 설치하고 있다. 이들의 굄은 하측에 개별적으로 구멍(10),(11),(12),(13)을 가지고 있다. 이들의 구멍은 슬라이더에 의하여 닫을 수가 있다. 슬라이더(14)는, 예컨대 굄보유기(1)의 길이 방향벽부에 뚫은 凹소(20)(제 7 도)내로 안내한다. 슬라이더(14)는 굄보유기(1)에 대한 인접부재(21)와 기판보유기(22)에 대한인접부재(27)를 갖추고 있다. 도시한 실시예에서는 슬라이더(14)가 4개의 구멍(15),(16),(17),(18)을 지니고 있다. 굄보유기(1)의 하방에는 용융액 집수부재(19)를 설치한다. 이 용융 액집수부재(19)와 슬라이더(14)와의 사이에는 기판보유기(22)를 가동자재로 설치한다. 도시의 실시예에서는 기판보유기(22)에 2개의 凹소(23),(24)가 형성되어 있으며 이들의 凹소에는 기판(25)및 (26)을 설치할 수가 있다.

굄보유기(1), 슬라이더(14), 기판보유기(22) 및 용융액 집수부재(19)는 순수한 그 래파이트로 제조되는 것이 가장 적당하다. 이들의 각 부재는 도면을 간단히 하기 위하여 도시하지 않은 예컨대 석영유리등의 노관(파어네스튜우브)내에 넣을 수가 있다. 노관(爐管)은 예컨대 그 외측에 배치되는 가열 코일형태의 열부재에 의하여 가열할 수가 있다.

이어서 후술하는 바와같은 방법으로 기판에 에피택샬층을 하나 이상 성장시킬 수가 있다. 일 실시예로서 GaAs기판에 다수의 GaAs 및 GaAlAs 층을 성장시키는 것에 의하여 2중의 이종(異種) 접합레이저 다이오드 구조체(DH레이저)를 제조하는 예를 선정하였다. 본 발명은 예컨대 발광 다이오드를 제조하는 것같은 다른 용도에도 적용할 수 있는 것은 명백하다. 주기율표(周率期表)의 Ⅱ-Ⅴ족(族)의 다른 화합물 또는 혼합물을 부용할 수도 있다.

굄보유기(1)에는 기판에 성장시킬 물질을 설치한다. 이 목적을 위하여 Ga, GaAs, Al 및 도우핑소자는 성장온도로서 당면한 P-형 GaAs, P-형 GaAlAs, 및 n형 GaAlAs의 각층을 성장시킬 수 있는 조성물로 굄(2) 내지 (5)내에 넣을 수가 있다. 각각의 굄은 비교적 크게 하고, 그중에는 다량의 성장용 물질을 넣어서 다수의 기판에 대하여 그 때마다 소정량의 새로운 용액을 굄으로부터 인출하여 에피택샬층을 성장시키는 데에 사용할 수 있도록 한다. 이와같이 하면 성장물질의 량(量)을 정확히 계량할 수가 있고, 더구나 순차로 충전되어 있는 굄으로부터 소정 성분의 용액을 바르게 인출할 수가 있다. 이어서 제 1 도에 도시하는 바와 같은 장치를 노관내에 넣는다. 굄내에 존재하는 물질을 이노관내에서 용융시켜 이에 의한 용액(6),(7),(8)및 (9)을 균질화(均質化) 하기 위하여서는 예컨대 약850˚와 같은 성정온도 이상의 온도에서 충분한 시간동안 가열하는데, 이는 또한 가스를 제거한다. 이어서 기판보유기(22)를 제 2 도에 도시와 같이 접동자치에도 입시키도록 하여 노관내에 넣는. . 도시한 실예에서는 기판보유기(22)에 GaAs의 2개의 기판(25)및 (26)이 있다. 기판(25)은 에피택샬층의 성장후에 DH레이저 구조체를 이루는 것이며, 기판(26)은 소위 소우스기판, 즉 더미(dummy)이며 이것에 의하여 더미와의접촉면의 용액이 정확히 포화상태에 있게 한다. 용액으로부터 에피택샬층의 성장을 개시시키기전에 기판(25) 및 (26)을 노내에 있어서의 온도에 미리 약15분간 가열할 필요가 있다. 굄내의 용액이 급속히 냉각되어 결정화(結晶化)가 일어나지 않도록 하기 위하여는 기판보유기(22)를 접동장치내에 이동시키기 전에 기판을 소정온도에 가열하여 두는 것이 바람직하다. 또 기판의 가열중에 기판으로부터 비소(As)(砒素)가 증발하지 않도록 하기 위해서는 기판 및 보유기를 덮어 기판상방에 존재하는 비소증기의 증기압을 노내의 온도로 GaAs와 접촉하는 비소의 평형증기압 이상 또는 그 평형증기압과 같게 한다. 이같은 후자의 비소증발방지는 기판상방에 GaAs의 디스크(37)(제 8 도)를 설치하는 것에 의하여 행할 수가 있지만, 기판의 가로방향에 설치되는 비소증기원으로 부터 기판상방의 작은공간에 비소증기를 넣도록 하여 행할 수도 있다. 기판보유기(22)를 접동장치내에 넣고 보유기를 슬라이더(14)의 인접부재(27)에 닫게 하면 기판(25) 및 (26)은 슬라이더(14)하 측면에 의하여 덮어진다.

제 3 도는 슬라이더(14)를 김보유기(1)에 대하여 움직여서 이 슬라이더에 있어서의 각각의 구멍(15)내지 (18)이 굄(2) 내지(5)의 구멍(10)내지 (13)의 하방에 개별적으로 위치하도록 한 상태를 나타내고 있다. 이 경우는 인접부재(27)에 의하여 각각의 상태위치를 바르게 조정한다. 굄의 내부에 존재하는 물질의 조성물을 가지고 있는 소정량의 용액은 슬라이더(14)의 구멍(15) 내지(18)내로 유입한다. 상술한 DH레이저 구조체를 제조하는 경우에는 구멍(15)내지 (18)에 유입되는 용액이 굄(2) 내지(5)내에 집수된 물질의 용액이며 이들의 용액으로부터 P-GaAs, P-GaAlAs, GaAs 및 n-GaAlAs의 각층을 개별적으로 성장시킬 수가 있다.

슬라이더(14)를 기판보유기(22)와 함께 움직여서 제 4 도에 도시한 위치에 오게 되면 굄(2) 내지(5)으로부터의 측정량의 용액이 구멍(15) 내지(18)내에 침적된다. 이어서 노의 온도를 얼마쯤 빨리 저하시켜서 구멍(18) 및 (17)내의 용액이 기판(25) 및 (26)과 완전히 또는 대략 평형하도록 하는 온도로 한다.

제 1 에피택샬층의 성장은 제 5 도에 도시한 바와같이 기판보유기(22)를 슬라이더(14)에 대하여 접동시켜서 기판(25) 및(26)을 슬라이더의 구멍(18)및 (17)의 하방으로 움직인 위치에서 행한다. 노내의 온도를 매우 완만하게 저하시켜서 구멍(18) 및 (17) 내의 용액에 의하여 기판(25) 및 (26)에 에피택샬층을 성장시킨다. n-형 GaAlAs의 제 1 층은 기판(25)위에 성장하고, GaAs의 층은 더미(26)의 위에 성장한다. 더미(26은 유효생품(生品)을 제조하기 위하여 사용하는 것은 아니며, 이 것은 성장 공정의 결과에 의하여 용액의 접촉면을 정확후 포화상태로 하기 위하여 사용된다.

제 1 층의 성장후 기판보유기 를 6 제도에 도시하는 위치로 이동시킨다. 이때구멍(18)내에 존재하고 있던 용액은 용율액집수부재(19)내에 침적한다. 기판(25)은 이 상태에서는 구멍(17)의 하방에 있게 된다. 이때 기판(25)과 구멍(17) 내의 용액의 접촉면은 더미(26)에 있어서의 상기의 성장공정을 위하여 정확히 포화상태에 있게 됨을 알수 있다. 더미(26)를 사용하는 것에 의하여 바람직하지 못한 과포화 또는 미포화에 의한 성장속도에 대한 기여율(寄與率)을 용액의 저속 냉각에 의해 행하여지는 성장속도에 대하여 무시할 있,게 되었다. 기판에 성장시켜야 할 층의 두게는 냉각속도와 시간의 길이와에 의하여 매우 정확히 결정할 수가 있다. 이 일은 층의 두께가 매우 얇은 DH레이저 구조체를 제조하는데 매우 중요하다. 상술한 바와같이 기판(25)에 성장시키는 제 2 층은 GaAs층이다. 더미(26)는 구멍(16)의 하방에 존재하며, 이 더미에 의하여 구멍(16). 의하방에 존재하며, 이 더미에 의하여 구멍(16)내의 용액의 더더미와의 접촉면을 확실히 포화상태로 되게 한다.

4개의 층을 기판(25)상에 순차로 에피택샬 성장시킨다. 기판보유기(22)를 슬라이더(14)에 대하여 움직일때마다 사용이 끝난용 액은 집수부재(19)내로 침적된다. 이와같은 사용이 끝난 용액의 제거에 의하여 장치의 취급은 매우 간단해진다.

에피택샬층의 형성후는 기판보유기를 노로부터 인출하여 완서기판을 보유기로부터 분리하고 에피택샬층을 형성할 새로운 기판으로 교체된다. 이때 김보유기(1)를 노내에 넣은 채로 하면 재차에 피택샬성장시키는데 필요한 용액을 초기온도로 하기에는 약간만 가열하는 것으로 충분하다. 새로운 기판을 노내에 안내시켜 새로운 성장공정을 상술한 바와같은 방법으로 실시할 수가 있다.

굄 및 기판보유기의 외부에 설치되는 사용이 끝난 용액에 대한 집수부재로서 각기 비교적 큰 것을 사용하는 것에 의하여 굄보유기를 노로부터 인출하여 새로운 용액을 굄에 넣도록 하지 않아도, 예컨대 15개 정도의 다수의 기판에 에피택샬층을 성장시킬 수가 있다. 이와 같이 하면 용액이 노의 온도에 유지되어 있기 때문에 전체공정시간은 종래의 에피택샬층 성장용의 장치에 의한 공정시간보다도 현저히 단축된다.

상술한 실시예에서는 본 발명에 의한 장치에 의하여 4개의 에피택샬층을 형성하여 레이저 구조체를 만드는 예에 대하여 기술하였으나, 본 발명에 의하면 소정의 용액을 넣는 각각의 굄의 수를 4개 이하로 할 수도 있다. 두께가 매우 얇은 층을 매우 정확하게 형성하. 경우에는 2개의 더미기판을 사용하여 성장공정을 실시할 수가 있다. 층 두께에 대하여 임계적(臨界的)인 요구가 거의 과해지지 않는 경우에는 더미기판을 생략할 수가 있다.

제 8 도는 노내에서의 가열시에 기판(25)을 GaAs평판(37)으로 덮고 상술한 바와같이 기판으로부터 비소가 증발하지 않도록 하는 구성을 나타내고 있다. 평판(37)은 카아본제의 보유기(28)내에 넣고 블록(29)에 의하여 기판(25)으로 향하여 밀어 닫게 한다.

제 9 도 내지 제11도는 본 발명에 의한 장치의 길이 방향단면도, 평면도 및 가로 방향단면도를 개별적으로 표시하며 이 장치에는 슬라이더(14)의 위치를 굄보유기(1)에 대하여 고정시켜서 장치를 오동작하는 경우에도 굄(2) 내지 (5)의 용액이 사용되고 있지 않은 집수부재(18)로 흘러서 용액이 손실되지 않도록 하는 수단이 설치되어 있다. 굄보유기(1)는 아암(30)을 지니고 있으며, 이 아암과 보유기의 벽부(31)와로 슬롯을 형성하며 이 슬롯내에 록킹 슬라이더(32)를 가동자재로히 설치한다. 슬라이더에(14)는 슬롯(33)을 설치하고 슬라이더(14)의 구멍(15) 내지(18)이 굄보유기(1)의 하측벽부의 하방에 존재하는 위치에서 상기 슬롯(33)에 고정슬라이더(32)를 강하시킬 수가 있도록 한다. 노의 외부로부터 이 장치를 작동시키는 경우에는 1개. 조작봉(34)만을 사용할 수가 있다. 이 조작봉(34)은 기판보유기(22)에 설치하며 조작봉의 아암(35)은 기판보유기(22)의 凹소(36)내에 위치시킨다. 기판보유기(22)가 접동 기구의 내부를 이동하여 인접부(27)재 에 부딪히면(제 2 도참조), 아암(35)이 정확히 고정 슬라이더(32)의 하방에 위치한다. 여기서 조작봉 (34)을

회전시키는 것에 의하여 고정 슬라이더(32)를 들어올릴 수가 있다. 아암(35)은 슬라이더(14)의 슬로내에 위치하기 때문에 조작봉(34)을 병진시키면 제 3 도에 도시하는 위치에 기판보유기(22) 및 슬라이더(14)를움직일 수가 있다. 기판보유기(22) 및 슬라이더(14)를 제 4 도에 도시한 위치로 움직인 후에는 슬라이더(14가 고정슬라이더(32)에 의하여 재차 고정되고 이 경우 기판보유기(22)의 凹소내에서 아암(35)을 재차 움직이는 것에 의하여 보유기를 소정위치에 있게 할 수가 있다. 고정슬라이더(32)에 대향하는 축에 있어서의 기판보유기의 특정위치에는 매우 얕은 凹소를 설치할 수가 있다. 이와같은 凹소에 고정슬라이더(32)를 움직이면 조작봉(34)이 이 슬라이더(32)를 감지하고 따라서 기판보유기(22)가 슬라이더(14)에 대하여 소정의 위치에 도달된 것을 안다.

Claims (1)

1. 하측에 적어도 1개 이상의 굄용개구부(2,3,4,5)를 뚫어 놓은 굄 보유기(1)를 지니고 있는 접동장치(1)와 굄보유기의 하측을 닫고 굄보유기의 굄으로부터의 용융액을 침적 시키는 적어도 1개 이상의 구멍(15,16,17,18)을 형성시킨 용융액 침적 슬라이더(14)와, 기판을 넣는 적어도 1개 이상의 凹소(23,24)를 설치하고 있는 기판보유기(22), 굄보유기(1) 아래에 설치한 용융액 집수부재(19)와, 용융액 집수부재(19) 및 슬라이더(14)에 대하여 가동자재로 하고 용융액 침적 슬라이더 구멍을 개방시켜 이 구멍에 있는 용융액을 용융액 집수부재에 침적시키게 하여 반도체 재료에 에피택샬층을 형성하는 장치에 있어서, 고정장치(32)가 슬라이더에 설치되게 하여 굄용보유기(1)에 대하여 용융액 침적 슬라이더(14)를 고정시키게 구성한 반도체 재료의 에피택샬층 형성장치.

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