JPH03228897A - 液相エピタキシー用装置 - 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、化合物半導体の液相エピタキシーに使用する
新規な装置に関するものである。

〔従来の技術〕

化合物半導体の結晶成長技術において、液相エピタキシ
ーは、周知のように、低融点の金属を液体にし、それを
溶媒としてその中に成長させるべき半導体の原料を高温
で溶解させ、溶液を冷却することにより飽和度の低下に
伴って半導体が基板上に析出してくることを利用したエ
ピタキシーである。この液相エピタキシーには、グラフ
ァイト製のスライド式やピストン式ポートが広く用いら
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前述したように、液相エピタキシーはエピタ
キシャル成長溶液を高温（７００〜９００℃程度）に加
熱してから冷却するが、溶液中には砒素、燐などの高蒸
気圧を有する蒸散性元素も含まれており、上記グラファ
イト製ポートには気密性が要求される。

しかしながら、スライド式、ピストン式のグラファイト
製ボートは擦り合わせ部分が多く、この擦り合わせ部分
の気密性に難点がある。即ち、スライド式ポートでは外
部から水平方向に滑動可能な基板ホルダと溶液を入れる
溶液溜を有する溶液ホルダとの接触面、ピストン式では
溶液溜となる部分と当該部分に挿入しであるピストンと
の接触面などのように滑動部分と静止部分との擦り合わ
せ部分から、蒸散性元素がポート外部に飛散し易い。か
かる場合、成長溶液の化学量論的組成がずれ、結晶の構
造欠陥の原因となることが多く、このような問題は結晶
成長時間が長い程深刻化する。

従って本発明の目的は、以上の点を鑑みて、化合物半導
体の結晶成長技術において、エピタキシャル成長溶液中
の蒸散性元素が成長時に成長用装置から外部に飛散する
のを防止できる新規な液相エピタキシー用装置を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本発明の液相エピタキシー
用装置は、次の■〜■の構成を具備することを特徴とす
る装置である。

■るつぼ状本体内の底部に基板ホルダを配置し、基板ホ
ルダ上に入れてある溶液を当該位置に封じ込めるための
封止具を基板ホルダから一定間隔を置いた上部に架設し
た装置。

■るつぼ状本体内の底部に原料結晶ホルダを配置すると
共に、原料結晶ホルダから一定間隔を置いた上部に基板
ホルダを着脱可能に配置し、上下ホルダ間に入れてある
溶液を当該位置に封じ込めるための封止具を基板ホルダ
上に架設した装置。

■るつぼ状本体内に基板ホルダを滑動可能に配置し、基
板ホルダを上下に移動させることができるように基板ホ
ルダにロッドを取付け、基板ホルダの下方に入れてある
溶液を当該位置に封じ込めるための封止具を基板ホルダ
上に架設した装置。

■るつぼ状本体内の底部に原料結晶ホルダを配置し、原
料結晶ホルダの上方に基板ホルダを滑動可能に配置し、
基板ホルダを上下に移動させることができるように基板
ホルダにロッドを取付け、上下ホルダ間に入れてある溶
液を当該位置に封じ込めるための封止具を基板ホルダ上
に架設した装置。

本発明の装置■〜■は、通常のスライド式、ピストン式
のグラファイト製ボートに比べて滑動部分と静止部分と
による擦り合わせ部分がほぼ皆無に近いるつぼ状構造を
有し、成長溶液中の蒸散性元素がエピタキシャル成長時
に外部に飛散するようなことがなく、気密性が十分であ
る。

更に本発明の装置■、■は、ロッドによって基板ホルダ
を上下に移動可能にしたことにより、上記作用効果に加
えて、結晶析出開始温度まで溶液を昇温した後に基板と
溶液を接触させることができるので、溶液への基板のメ
ルトバックを抑えることができると共に、結晶成長終了
後に基板を溶液から素早く離すことができるので、成長
層表面への多結晶の析出や結晶層の表面荒れなどを回避
でき、良質結晶が得られる。

本発明の装置において、本体の形状はるつぼ状である限
り特定形状に限定されることはなく、例えばバルク結晶
成長法の引上げ法に使用されるるつぼに相似した形状で
もよい。特に、装置■、■は基板ホルダを上下に滑動さ
せることから、円筒状又は矩形状であることが好ましい
。本体の材質は引上げ法用るつぼと同様に、グラファイ
ト、セラミック（ｈ　　ＢＮＳＡＡ’ｔ　Ｏｓなど）、
Ｐ−ＢＮ（パイロリティック・ボロン・ナイトライド）
、石英、サファイアなどが例示される。この内、グラフ
ァイトやセラミックは一般に多孔質性であるので、本体
を一層気密な構造にするには緻密な材質のＰ−ＢＮ、石
英、サファイアからなることが好ましい。

上記形状及び材質の本体上部に架設する封止具は、液相
エピタキシーの成長時に溶液中の蒸散性元素が本体から
外部に散失しないように原料溶液を通さず、且つ原料溶
液や本体と化学反応を起こさない限り特定されないが、
実際にはるつほを使用する引上げ法などのバルク結晶成
長時に用いられている封止用液体であるＢ２ｕｓＳＢａ
Ｃ１ｉ　、ＣａＣ１ｔ、Ｂｉ２Ｏ５，５ｂ２０ｏなどを
用いるのが最上である。特に、本発明の装置■、■では
基板ホルダを上下に変位させる構造であるため、基板ホ
ルダの移動に追随するよう封止用液体を用いるのが好ま
しい。

又、るつぼ状本体内に配置する基板ホルダ（装置■〜■
）、並びに本体底部に配置する原料結晶ホルダ（装置■
、■）も原料溶液や本体と化学反応を起こさないような
安定物質からなればよく、グラファイト、セラミック（
ｈ　　ＢＮ、Ａｊ２ｚＯｓなど）、Ｐ−ＢＮ、石英、サ
ファイアなどが例示される。しかし、−層気密な構造に
するには本体と同様にＰ−ＢＮ、石英、サファイアから
なることが好ましい。

本発明の装置■〜■は全て液相エピタキシーに使用する
ものである。装置■、■は液相エピタキシャル成長法（
Ｌ　Ｐ　Ｅ）用に最適であり、装置■は溶液の下面に、
装置■は溶液の上面にそれぞれ基板を接触させる様態で
ある。装置■、■はｙ。

−ｙｏ溶質供給法用に最適である。ｙｏ−ｙｏ溶質供給
法は、［発光素子用材料およびその製作方法」（特開昭
６３−８１９８９号公報、特願昭６１−２２６２７５号
）に開示の製作方法のことで、ＬＰＥの一種である。

当該方法は、重力場における溶液の密度と溶液中に含ま
れる溶質の密度との差を利用したものであり、所望の結
晶成長層を得るのに温度を周期的に上下させることから
そう命名されたのである。

このｙｏ−ｙｏ溶質供給法に本発明の装置■、■を使用
することで、成長時間の比較的長い当該方法における成
長溶液中の蒸散性元素の飛散を大幅に防ぐことができる
。実際には、装置本体の上部に配置した基板ホルダに結
晶成長用基板を設けると共に４下部に配置した原料結晶
ホルダに原料となる結晶を設け、上下ホルダ間の空間を
溶液で満たすような構造になっている（第２図及び第４
図参照）。

本発明において、蒸散性の高い元素は各種化合物半導体
デバイスの製作におけるエピタキシャル結晶成長技術で
周知のものであり、Ｐ、　Ｚｎ、　Ｓｅ、Ｓ、Ａｓなど
がこれに該当する。これらの元素を含有する成長溶液と
しては、黄緑色ＬＥＤではＧａＰ　。

ＩｎＧａＰなど、青色ＬＥＤではＺｎ５ｅ、　ＺｎＳ、
　ＺｎＳＳｅなど、赤外ＬＤやＬＥＤではＩｎＰ　、　
ＧａＡｓなど、その他のＬＤではＩｎＧａＡｓＰ、　［
ｎＧａＡｓなどが列記される。本発明の装置■〜■は上
記の如き成長溶液に対して極めて有効である。

〔実施例〕

以下、本発明の液相エピタキシー用装置を実施例に基づ
いて詳説する。

第１図に示す装置■はＬＰＥ用で、溶液の下面に基板を
接触させるもので、るつぼ状本体１０の底部には結晶成
長用基板１３を保持するための基板ホルダ１１が密接に
配置され、基板ホルダ１１から一定間隔を置いた上部に
は溶液３０を当該位置に封じ込めるための封止具として
８２０３などの封止用液体１７が設けられている。

当該装置■を用いた液相エピタキシーでは、図には特に
示していないが、実際には第３図に示すようにバルク結
晶技術の引上げ法などと同等の装置構成を採る。まず、
基板ホルダ１１上に基板１３を配してから溶液３０を入
れ、溶液３０上に封止液１７を流し込む。その後、結晶
析出開始温度まで溶液３０を昇温し、次に徐冷し、基板
１３上に所望組成のエピタキシャル結晶を成長させる。

成長終了後は、封止液１７と溶液３０を捨て、基板１３
を取り出せばよい。

一方、ｙｏ−ｙｏ溶質供給法用として最適な装置■は、
第２図に示すように、るつぼ状本体２０の底部に原料結
晶２３を保持するための原料結晶ホルダ２１が密接に配
置されると共に、原料結晶ホルダ２１から一定間隔を置
いた上部に結晶成長用基板２４を保持するための基板ホ
ルダ２２が着脱可能に配置されている。基板ホルダ２２
上には、上下ホルダ２２．２１間の溶液４ｏを当該位置
に封じ込めるための８２０３などの封止液２７が設けら
れている。

当該装置■によるエピタキシャル成長では、原料結晶ホ
ルダ２１上に原料結晶２３を配してから溶液４０を入れ
、溶液４０の上面に基板２４が接触するように本体２０
の上部に基板ホルダ２２を取付け、更に基板ホルダ２２
上に封止液２７を流し込む。次にｙｏ−ｙｏ溶質供給法
、即ち温度を周期的に上下させることで、下方の原料結
晶２３が溶液４０中に供給され、上方の基板２４上に目
的のエピタキシャル結晶層が成長することになる。

結晶層を成長させた後、基板ホルダ２２を本体２０から
取り外せばよい。

第３図の装置■は、溶液の上面に基板を接触させるＬＰ
Ｅ用である。るつぼ状本体５０内に基板ホルダ５１が滑
動可能に配置され、装置外部から基板ホルダ５１を上下
に移動させることができるように基板ホルダ５１の中央
部の突出部分５１ａにロッド５９が取付けられている。

又、溶液７０の封止液（８２０ｓなど）５７が基板ホル
ダ５１上に設けられている。図から明らかなように、当
該装置■は、バルク結晶技術の引上げ法などで行われて
いる如く、鉛直方向に配した石英などからなる反応管９
１内に設けである台座９２上に載置され、反応管９１の
外部に電気炉９３が同心円状に配置されている。

かかる装置■によるエピタキシャル成長では、溶液７０
を本体５０内に入れ、基板ホルダ５１を溶液７０の上方
位置までロッド５９を操作して押し下げると共に、基板
ホルダ５１上に封止液５７を流し込む。結晶析出開始温
度まで溶液７０を電気炉９３によって昇温した後、ロッ
ド５９により基板ホルダ５１を下げて基板５３を溶液７
０の上面に接触させ、徐冷して基板５３上にエピタキシ
ャル結晶を成長させる。成長終了後、ロッド５９により
基板ホルダ５１を上げて基板５３を溶液７０から離す。

第４図の装置■は、第２図の装置■の変更例でｙｏ−ｙ
ｏ溶質供給法用のものであると同時に、第３図の装置■
と同様に基板ホルダを上下に滑動可能に構成しである。

即ち、基板ホルダ６２がるつぼ状本体６０内を滑動可能
であり、基板ホルダ６２の中央部の突出部分６２ａに上
下移動操作のためのロッド６９が取付けられている。当
該装置■も先述の装置■と同様に、反応管９１内の台座
９２上に載置され、反応管９１の外部に電気炉９３が配
置されている。

当該装置■でのエピタキシャル成長は、装置■に準する
が、ｙｏ−ｙｏ溶質供給法による液相エピタキシー時に
ロッド６９を操作することにより基板６４と溶液８０と
の接触・離脱を行い得ることは装置■と同様である。

実施例１〜４・比較例１．２ 本発明の装置では蒸散性元素の飛散が如何に少ないかと
いうことを明確にするために、次に実験例について述べ
る。但し、装置■は装置■に、装置■は装置■に類似す
るので以下ては装置■、■を中心に説明する。

本発明のＬＰＥ用装置■においては、基板ホルダをグラ
ファイトで構成し、封止液としてＢ２Ｏ３を、蒸散性元
素源には［ｎＰを用いた。なお、装置本体の材質は表Ｉ
に示す如くである。（実施例１．２）上記実施例に相当
する比較例１として、通常のピストン式ボートを使用し
、実施例と同様に蒸散性元素源にはＩｎＰを用いた。

本発明のｙｏ−ｙｏ溶質供給法用装置■では、基板ホル
ダ及び原料結晶ホルダを共にグラファイトで構成し、封
止液としてＢ２Ｏ３を、蒸散性元素源には前述と同様に
ＩｎＰを用いた。（実施例３．４）これに相当する比較
例２としては、同様に通常のピストン式ボートを使用し
、実施例と同様にＩｎＰを用いた。

実験例１ 各実施例及び比較例において、同一濃度、量の［ｎＰ溶
液を各本体内に入れた後、溶液をＢ２Ｏ３封止液で封止
した。次に、［ｎＰ溶液を９００°Ｃで９時間保持した
後、溶液中の蒸散性元素であるＰの飛散割合を下記の式
により算出し、その結果を表■に示した。

飛散割合は、保持前のＩｎＰ中のＰの重量と９時間保持
後の溶液中のＰの減少重量（飛散したＰの重量）との百
分率で評価した。但し、溶液を９００℃に保持している
時のＰの蒸気圧は０．０２３ａｔｍである。

（以下余白） 〔 表 ■ 〕 注１）■は本発明のＬＰＥ用装置を示す。

２）■は本発明のｙｏ−ｙｏ溶質供給法用装置を示す。

■、■共にるつぼ式ポートである。

但し、比較例１はＬＰＥ、比較例２はｙｏ−ｙｏ溶質供
給法による液相エピタキシーである。

なお、比較例において、グラファイト製スライド式ボー
トの飛散割合は、表中のグラファイト製ピストン式ボー
トの値よりも通常は高くなる。

〔発明の効果〕

本発明の液相エピタキシー用装置は、以上説明したよう
に構成されているので、以下に記載される如き効果を奏
する。

ｉ）装置■〜■は、共にるつぼ状構造を採用したから、
滑動部分と静止部分との擦り合わせ部分が殆ど存在せず
、液相エピタキシーに際しエピタキシャル成長溶液中の
蒸散性元素が外部に飛散し難くなる。

ｉｉ）更に、装置本体の材質をＰ−ＢＮ、石英、サファ
イアにすることで、るつぼ状構造と相まって蒸散性元素
の飛散を一段と減少できる。

ｉｉ）又、装置■、■は、ロッドを操作して基板と成長
溶液との接触・離脱を自在に行うことができるので、上
記効果の他に、溶液への基板のメルトバックを抑制でき
、良質な表面結晶のエピタキシャル層が得られる。

ｉｖ）従って、本発明の装置■〜■は、構造欠陥の少な
い高品質な結晶を成長させることができ、ＧａＡｓ、　
ＡｌＧａＡｓ、　ＩｎＰ　、　Ｇａ［ｎＰ　、　ＩｎＡ
ｓなとの■−■族化合物半導体は勿論のこと、ＺｎＳ　
、　Ｚｎ５ｅ、　ＺｎＴｅ。

ＣｄＳ　、　ＣｄＳｅなどのＩ［−ＶＩ族化合物半導体
のように溶液の蒸気圧が高い半導体に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＬＰＥ用装置装置−実施例の断面図、
第２図はｙｏ−ｙｏ溶質供給法用装置■の一実施例の断
面図、第３図はＬＰＥ用装置装置−実施例の断面図、第
４図はｙｏ−ｙｏ溶質供給法用装置■の一実施例の断面
図である。 １０、２０．５０．６０：るつぼ状本体１１、２２．５
１，６２：基板ホルダ ２１．６１：原料結晶ホルダ １３．２４．５３．６４：基板 ２３．６３：原料結晶 １７．２７．５７．６７：封止具（封止液）３０．４０
．７０．８０：成長溶液 ５９．６９：ロツド 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）るつぼ状本体内の底部に基板ホルダを配置し、基
   板ホルダ上に入れてある溶液を当該位置に封じ込めるた
   めの封止具を基板ホルダから一定間隔を置いた上部に架
   設したことを特徴とする液相エピタキシー用装置。
2. （２）るつぼ状本体内の底部に原料結晶ホルダを配置す
   ると共に、原料結晶ホルダから一定間隔を置いた上部に
   基板ホルダを着脱可能に配置し、上下ホルダ間に入れて
   ある溶液を当該位置に封じ込めるための封止具を基板ホ
   ルダ上に架設したことを特徴とする液相エピタキシー用
   装置。
3. （３）るつぼ状本体内に基板ホルダを滑動可能に配置し
   、基板ホルダを上下に移動させることができるように基
   板ホルダにロッドを取付け、基板ホルダの下方に入れて
   ある溶液を当該位置に封じ込めるための封止具を基板ホ
   ルダ上に架設したことを特徴とする液相エピタキシー用
   装置。
4. （４）るつぼ状本体内の底部に原料結晶ホルダを配置し
   、原料結晶ホルダの上方に基板ホルダを滑動可能に配置
   し、基板ホルダを上下に移動させることができるように
   基板ホルダにロッドを取付け、上下ホルダ間に入れてあ
   る溶液を当該位置に封じ込めるための封止具を基板ホル
   ダ上に架設したことを特徴とする液相エピタキシー用装
   置。