JPH0380185A - 液相エピタキシャル成長装置 - 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］ 本発明は多層の液相エピタキシャル成長方法及びそれに
用いる成長装置に係り、特に特性の面内均一性が良く、
エピタキシャル層表面状態が良好なエピタキシャルウェ
ハーを得るために好適なものである。

［従来の技術］ ｍ−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長層は発光ダ
イオード、レーザーダイオードなどの光デバイスや、Ｆ
ＥＴなどの高速デバイス等に広く応用されている。さら
に最近ではデバイス・１！ト能を向」ニさせるために数
〜数十オングストロームの半導体薄膜を積み重ねた微細
な構造が要求されている。このような薄膜積層構造は気
相又は液相エピタキシャル成長方法によって作られる。

化合物半導体基板上に複数のエピタキシャル層を液相成
長させる為には、一般に第４図に示す様なスライドボー
トが用いられている。例えば３層のエピタキシャル層を
成長させる場合、底板９」二の基板収納凹部１３に基板
１４を置き、その上に底板９に対して相対的に摺動可能
なメルトスライダー１０を置く。メルトスライダー１０
のメルト収容部１１．１１’、１１°°にはそれぞれ目
的とするエピタキシャル層を成長させる為に必要な組成
の成長用メルト１２．１２°、１２”が収容されている
。この状態でスライドポー１〜をエピタキシャル成長炉
（図示せず）内に挿入し、１１□ガスあるいは不活性ガ
ス等の雰囲気ガス中で所定の温度まで昇温する。成長用
メルトが均一になった後にメルトスライダー１０を矢印
方向にスライドさせ、基板１４と第１の成長用メルト１
２とを接触させる。この状態で炉内温度を徐々に冷却し
、基板１４上に第１のエピタキシャル層を成長させる。

所定量のエピタキシャル層が成長した後、メルトスライ
ダー１０をさらに矢印方向にスライドさせ、基板１４と
メルト１２を分離する。次にメルト１２°と接触させ再
び徐冷して第２のエピタキシャル層を成長させる。以下
同様にして第３のエピタキシャル層成長が終了した後、
基板１４とメルト１２°゛を分離し放冷する。

〔発明が解決しようとする課題１ 上記方法において底板９上の基板収納凹部１３の深さは
、底板９とノル１〜スライダー１０が摺動可能とする為
にエピタキシャル層成長後のウェハーの厚さよりも深く
する。この為、基板１４に成長用メルト１２を分離する
際に基板１４にメルトスライダーｌＯの底部との間にす
きまができ、成長用メル１へ１２が完全に分離できず一
部が基板１４上に残留する。基板を次のメルトに接触さ
せるとき、この基板１４上に残ったメルト１２が次のメ
ルト中に持ち込まれる為メルトの組成が変化してしまい
、所望の組成のエピタキシャル層が得られず、ウェハー
面内でのエピタキシャル成長層の組成のバラツキも大き
くなる欠点がある。また、最終エピタキシャル層の成長
後、基板とメルトを分離する際に、基板１４上にメルト
の一部が残るとエピタキシャル層表面にメルトの跡がつ
き、良好なエピタキシャル層表面が得られないという欠
点もある。

さらに、ノル１〜スライダー１０をスライドさせる際に
メルト１２中あるいは基板１４周辺部等に析出した多結
晶品出物等との摩擦により基板表面にキズが発生する場
合がある。量産性についても例えば３層成長させる場合
には基板１枚について３個の成長用メルトが必要であり
量産性に乏しい。

表面状態の良好なエピタキシャル成長層を得る手段とし
ては、竪型（デイツプ方式）の液相成長方法がある。竪
型法はメルト溜に入れられたメルト中に基板を浸漬して
エピタキシャル成長させ、成長終了後基板を引上げて基
板表面に成長用メルトが残留しないようにするものであ
る。本出願人も先に複層エピタキシャル成長用の装置を
提案した（特開昭６２−８３３９８参照）。この装置は
複数の溶液槽を円周上に配列して回転可能とし、基板を
セットした基板保持具を第１の成長溶液槽から順次移し
換えていくことにより、連続して多層のエピタキシャル
層を成長させるものである。

この方式ではエピタキシャル層の数を増やす場合は溶液
槽を収容する成長炉中の反応管の内径を大きくせねばな
らず、また、１回に処理する基板枚数を増やす場合も反
応管の直径を大きくしなければならない。反応管は通常
高純度石英で造るが、強度的にも経済的にも直径４０ｃ
ｍ程度が限度であリ、これ以」二大きな直径の反応管は
実用的でない。つまり、１回の処理枚数を増やして大量
生産しようとしても装置上の制約がある。

これに対して本発明の方法では、反応管の直径を拡大す
る必要は無く、従来の直径のまま長さを長くすることに
より溶液槽の大きさや数を増やすことが可能であり、量
産性にも優れた方法である。

［課題を解決するための手段１ 本発明省は上記の欠点を解決する為に研究を進め、新し
い構造の液相エピタキシャル成長装置を着想し、この装
置を用いたエピタキシャル成長方法により上記欠点を解
決できることを見いだした。本発明による成長方法にお
いては基板を垂直または斜めに保持した基板ホルダーを
定位置で上下方向に移動させることにより、基板ホルダ
ー下方に設置された成長用メルト溜中の成長用メルＩ〜
中に浸漬させメルトと基板との接触、分離を行なう。ま
た、成長用メルトの移動は基板ホルダーを上方に移動さ
せた状態でメルト溜を直線方向に基板ホルダーに対して
相対的にスライドさせ順次移動させる。上記の基板ホル
ダーを上下方向に移動させることによる基板と成長用メ
ルトとの接触分離と、メルト溜の直線方向の移動を組み
合わせることにより、基板」二に複数のエピタキシャル
層を成長させるものである。この方法によれば基板と成
長用メルトどの分離は、基板を成長用メル１〜から上に
引き上げることによりなされるので成長用メルトは重力
により落下して基板上にはほとんど残らない。従ってメ
ルトが次の成長用メルトに持ち込まれることがない為、
所望する組成のエピタキシャル層が再現性よく得られ均
一性も向上する。基板ホルダーの基板保持部分は装置の
他の部分と摺動することがないのでウェハー表面にキズ
が発生することもない。また、１組（３層エピタキシャ
ルの場合は３個）のメルト溜で複数枚の基板にエピタキ
シャル成長させることができるので従来のスライドボー
ト法と比較して量産性も大巾に向−１ニするし、メルト
溜を縦長方向に拡大することにより、反応管径を拡大す
ることなく１個の基板処理枚数を増大することができる
。

本方法に用いる装置は、直線方向に移動可能な複数の成
長用メルト溜と上下方向に移動可能な基板ホルダーと該
基板ホルダーの側面に接し直線方向に移動可能なスライ
ダーを有し、スライダーには斜めの溝が形成され、基板
ホルダー側面にはスライダーの溝に入る凸部ガイドが形
成されている。スライダーを直線方向に移動させるとス
ライダーの斜めの溝より基板ホルダーの凸部ガイドに垂
直成分の力と水平方向の力が働く。ここでガイドにより
基板ホルダーを定位置で上下方向に移動可能な構造にし
ておくことにより基板ホルダーは上下方向にのみ移動す
る。

本装置を用いてエピタキシャル成長を行なう場合、最初
の成長用メルトと基板の接触までの間、基板ホルダーを
上下に保持しておくと、基板ホルダーは雰囲気ガスに対
して開放状態であり、基板が高温の雰囲気ガス流にさら
される為、基板がＡｓあるいはＰ等の易蒸発性元素を含
む化合物である場合は基板表面からのＡｓ抜けあるいは
Ｐ抜けが発生するし、エピタキシャル層が不均質になっ
たり、電気特性が変化してしまう場合がある。この場合
装置に基板ホルダーを収納する容器を設置し、基板と最
初の成長用メルトとの接触までの時間基板ホルダーを格
納容器内に収納しておくことにより、基板表面からのい
わゆるＡｓ抜けあるいはＰ抜けを防ぐことかできる。こ
の時収納容器内にＡｓもしくはＰ元素またはＡｓ化合物
もしくはＰ化合物を入れておくことにより格納容器内の
Ａｓ圧力もしくはＰ圧力が高まり、さらに効果は大きく
なる。

格納容器はメルト溜と同様の容器を準備し、基板ホルダ
ーを収納して雰囲気ガス流から遮断することにより効果
を達成することができる。

本発明の液相エピタキシャル成長装置の一実施例につい
て図を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の液相エピタキシャル成長装置の一実施
例の斜視図、第２図は第１図において基板ホルダーＩを
下方に移動した状態におけるＡＡ゛方同方面断面概略図
る。また、第３図は該成０ 長装置の動作状態を示す側面図である。

基板１４は第２図に示すように基板ホルダー１の基板保
持部２にメルトが基板表面に残留しないように垂直ある
いは斜めに保持される。基板ホルダー１は支持体３の中
央空間部４に組み込まれ、支持体３に設けられたガイド
溝３ａによって支持体３に対して上下方向にのみ移動可
能である。支持体３の外側には基板ホルダー１の側面に
接してスライダー５が組み込まれ、スライダー５は支持
体３に沿って水平方向に摺動可能となっている。

スライダー５の基板ホルダー側には斜めの溝６が形成さ
れている。また、基板ホルダー１の外側側面にはスライ
ダーの溝６と同一の角度で該溝６に噛合する凸部ガイド
７が形成されている。

スライダー５を水平方向に移動させると、基板ホルダー
１の凸部ガイド７がスライダーの溝内を移動することに
より、基板ホルダー１は上下方向に移動する（第３図（
ａ）、（ｂ））。

支持体３の内部には成長用メルト溜８が設置されており
、メルト溜８の最−１部は基板ホルダー１１ が最」二部に移動している時の基板保持部２の最下部よ
りも低くなっている。メルト溜８は支持体３の内部を直
線方向に移動させることができる。

この側では成長用メルト清が３槽の場合を図示したが、
成長させるエピタキシャル層の種類に応じてヌル１〜溜
の数を増減する。

尚、これらの装置各部は高純度石英で造るのが望ましい
。

次に本装置を用いた液相エピタキシャル成長方法の一例
を示す。

基板ホルダー１の基板保持部２に基板１４をセットし、
一方成長用メルト溜８．８°、・・・・・・に所望する
エピタキシャル層を成長させるのに必要な原料を入れる
。第３図（ａ）のように基板ホルダー１を上部に移動さ
せた状態で横型エピタキシャル炉の石英反応管（図示せ
ず）の内部にセットする。反応管内を雰囲気ガスで置換
した後、所定の温度まで昇温し、原料を溶解させて成長
用メルト１２を準備する。炉内温度を第１エピタキシャ
ル層の成長開始温度とし、成長用メルＩ・が均一２ になった後スライダー５をスライドさせて基板ホルダー
１を下方に降下させ、基板１４と第１の成長用メルト１
２を接触させる（第３図（ｂ））。

その後炉内温度を所定の速度で所定の温度まで冷却し基
板表面に第１のエピタキシャル層を成長させる。第１の
エピタキシャル層の成長が終了した後、スライダー５を
スライドさせて基板ホルダー■を」ニガに移動させ、基
板１４と第１の成長用メルト１２を分離する（第３図（
ａ）の状態）。次に成長用メルト溜８．８′、・・・−
・・をスライドさせ第２の成長用メルｌ−１２’　を基
板ホルダーｌの下に移動させる。炉内温度を第２のエピ
タキシャル層の成長開始温度にした後スライダー５をス
ライドさせて基板ホルダー１を降下させ、基板１４と第
２の成長用メルト】２゛を接触させる（第３図（Ｃ））
。所定の温度まで冷却し第２のエピタキシャル層を成長
させた後、スライダー５をスライドさせ基板ホルダー１
を」１昇させて基板１４と成長用メルトＩ２°を分離さ
せる。以下同様に成長用メルト溜の移動と基板とメルト
の接触、分離を１　　ス くり返し、必要な数のエピタキシャル層を順次成長させ
る。

［実施例１］ 第１図に示した液相エピタキシャル成長装置を使用して
、ＧａＡｌＡｓシングルへテロ赤色ＬＥＤエピタキシャ
ルウェハーを作成した。Ｐ型ＧａＡｓ基板（２ｉｎφ）
は５ｍｍ間隔で２枚ずつ＋ｒｒ＋かい合わせで合計６０
枚を基板ホルダー１にセットした。第１のメルト溜には
第１の成長メルト用としてＧａメタル２４００　ｇ　、
　ＧａＡｓ多結晶１７０ｇ、　Ａ１４．５ｇ、　Ｚｎ　
５．Ｏｇを装入した。第２のメルト溜には第２の成長メ
ルト用としてＧａメタル２４００　ｇ　、ＧａＡｓ多結
晶６０ｇ、Ａｌ１６　ｇ　、　Ｔｅ７０　ｇを装入した
。最初、基板ホルダ１を上方に置き、第１のメルト溜８
が基板ホルダ１の下方に位置するようにセットする。装
置を横型エピタキシャル炉の石英反応管内に挿入し、炉
内を１１□ガスで置換した後Ｈ２ガスを流しながら８８
０℃まで昇温する。８８０℃で１２０分保持し、メタル
が完全に溶解して均一温度になった後、ＧａＡｓ基板と
第１の成長用メルトと接触させ、冷却速度　４ ０３℃／分で８５０°Ｃまで冷却した後、ＧａＡｓ基板
１４を第１の成長用メルト８から分離した。次に温度８
５０℃のまま成長用メルト溜８゛を基板ボルダ−１の下
に移動させ、Ｇ　ｄ　Ａ　ｓ　％板１４を第２の成長用
メルｌ−１２’　と接触させ４却速度り５℃／分で７５
０℃まで冷却した後筒２の成長用メルト１２′から分１
ｉｉｌＥ　した。その後室）品まで１攻ン令し、Ｇ　＋
ＩＡｓ基板１４を炉から取りだし、エピタキシャル成長
層表面及び裏面にそれぞれオーミック電極を形成して０
．３ｍｍ角のＩ−Ｅ　Ｄ素子を作成した。

［比較例１］ 比較のため図４に示す従来の横型スライドホトと同様の
構造をもつ量産用スライドボートを用いて同じＧａＡｌ
Ａｓシングルへテロエピタキシャル成長を行なった。実
施例１の装置に使用した横型エピタキシャル炉で、スラ
イドボー１〜では１段に基板２枚で５段、計１０枚の２
ｉｎφ型Ｐ型ＧａＡｓ基板を一度にセットできた。成長
用メル１−として基板１枚につき、それぞれ第１の成長
メルト用としてＧａメタル５０　ｇ　、ＧａＡｓ多結晶
３．５４　ｇ　、　Ａ１９３．８ｍｇ、　５ Ｚｎ　１０４ｍｇ、第２の成長メルト用としてＧａメタ
ル５０ｇ、　ＧａＡｓ多結品］、２５ｇ、　ＡＩ−３３
３ｍｇ、　Ｔｅ１．４６ｍｇをセットした。基板と成長
用メルトをセットシたスライドポートを横型エピタキシ
ャル炉の石英反応管内に挿入し、炉内をＨ２ガスで置換
した後１１□ガスを流しながら８８０℃まで昇温した。

８８０℃で１２０分保持した後メルト溜をスライドさせ
ＧａＡｓ基板と第１の成長用メルトと接触させた。冷却
速度０３℃／分で８５０℃まで冷却した後再びメルト溜
をスライドさせＧａＡｓ基板を第１の成長用メルトから
分離した。次に、温度８５０℃のままでさらにメエルト
溜をスライドさせ、ＧａＡｓ基板を第２の成長用メルト
と接触させ冷却速度０．５℃／分で７５０℃まで冷却し
た後、第２の成長用メルトから分離した。

その後室温まで放冷し、ＧａＡｓ基板を炉から取り出し
、エピタキシャル成長層表面及び裏面にそれぞれオーミ
ック電極を形成し、　０．３ｍｍ角のＬＥＤ素子を作成
した。

実施例１と比較例１で作成したＬ　Ｅ　Ｄ素子の輝度に
波長の分布を第５図、第６図に示す。

　６ 第５図および第６図から明らかなとおり、輝度、波長い
ずれも比較例１に比べて実施例Ｉの方が分布のバラツキ
が非常に小さい。

また、キズやメタル残り跡等による外観検査不良率につ
いても比較例１では約８％の不良が発生するのに対し、
実施例１では不良は約２％と著しく減少した。

［実施例２］ 実施例１と同じ第１図に示す装置を用いて、ＧａＡｓ赤
外ＬＥＤエピタキシャルウェハーを作成した。ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板（２ｉｎφ）を５ｍｍ間隔で２枚ずつ向かい合
わせに基板ホルダーにセットした。第１の成長用メルト
溜に第１の成長メルト用としてＧａメタル２４００　ｇ
　、　ＧａＡｓ多結晶３８４ｇ、　Ｓｉ　４．８ｇ、第
２の成長用メルト溜に第２の成長メルト用としてＧａメ
タル２４００ｇ　、　ＧａＡｓ多結晶２４０ｇ、　Ｓｊ
　３．６ｇを入れた。

成長用メルト溜に隣接して成長用ヌル１〜溜と友に移動
可能な空のメタル溜を基板ホルダー格納容器として設置
し、基板に第１の成長用メルトを接触させる直前まで基
板ホルダーを該基板ホルダ格納容器内に格納しておき、
基板と第１の成長用メルトの接触以後は次の条件でエピ
タキシャル成長を行なった。

装置を横型エピタキシャル炉の石英反応管内に挿入し、
炉内をＨ２ガスで置換した後、Ｈ２ガスを流しながら９
３０℃まで昇温した。９３０℃で６０分保持した後、Ｇ
ａＡｓ基板と第１の成長用メルトを接触させ、冷却速度
０．８℃／分で９００℃まで冷却、ＧａＡｓ基板を第１
の成長用メルトから分離した。次に炉内温度を８７０℃
まで降温した後基板を第２の成長用メルトと接触させ、
冷却速度１．２℃／分で７００℃まで冷却し、基板を第
２の成長用メルトから分離した。その後室温まで放冷し
、ＧａＡｓ基板を炉から取り出した。

また、基板ホルダー格納容器内底部に基板に接触しない
程度の量のＧａＡｓ多結晶を入れ、−に記と同じ方法で
エピタキシャル成長させた。

その結果、エピタキシャル層表面のＡｓ抜けが原因と思
われるピットは格納容器を使用しない場合　８ に比較して大巾に減少した。さらに格納容器内にＧａＡ
ｓ多結晶を入れた状態でＪｌ（板ホルダーを格納し、同
様にエピタキシャル成長を行なうと、ビットは全く発生
しなかった。

上記３種類のエピタキシャルウェハーについてそれぞれ
エピタキシャル表面及び裏面にオーミツ電極を形成し０
．３ｍｍ角のＬＥＤ素子を作成した。

［比較例２］ 比較例１と同じスライドボー１〜装置を用いてＧａＡｓ
赤外Ｌ　Ｅ　Ｄエピタキシャルウェハーを作成した。基
板収容部にｎ型ＧａＡｓ基板をセットし、第１の成長メ
ルト用としてＧａメタル５０　ｇ　、　ＧａＡｓ多結晶
８ｇ、　Ｓｉ　１００ｍｇ、第２の成長メルト用として
Ｇａメタル５０ｇ、　ＧａＡｓ多結晶５ｇ、　５１７５
ｇをセットする。装置を横型エピタキシャル炉の石英反
応管内に挿入し、炉内をＨ２ガスで置換した後、Ｈ２ガ
スを流しながら９３０℃まで昇温する。９３０℃で６０
分保持した後メルト溜をスライドさせＧａＡｓ基板と第
１の成長用メルトを接触させた。冷却速度０．８℃／分
で９００℃まで冷却した後再びメルト溜をスライ　９ ドさせ、ＧａＡｓ基板を第１の成長用メル１〜から分離
した。次に炉内湯度を８７０℃まで降温した後、メルト
溜をさらにスライドさせ、ＧａＡｓ基板を第２の成長用
メルトと接触させ、冷却速度１．２℃／分で７００℃ま
で冷却し、第２の成長用メルトから分離した。その後室
温まで放冷し、ＧａＡｓ基板を炉から取り出し、エピタ
キシャル成長層表面及び裏面にそれぞれオーミック電極
を形成し、　０．３ｍｍ角のＬＥＤ素子を作成した。

実施例２及び比較例２の各ＬＥＤ素子についてそれぞれ
全数検査を実施した。

主な結果を第１表にまとめて示す。

（以下余白） 第 表 ［発明の効果］ 上述の様に、本発明の液相エピタキシャル成長装置を用
いて、本発明の液相エピタキシャル成長方法によりエピ
タキシャル成長を行なうことにより、従来より特性の均
一性に優れ、エピタキシャル表面の良好な多層エピタキ
シャルウェハーが得られ、量産性も大巾に向上する。ま
たエピタキシャル条件により基板からのＡｓ、　Ｐ等の
易蒸発性Ｉ 元素の抜けが発生する場合には、基板ホルダー格納容器
を設置し、基板と成長用メルトの接触の前まで基板を格
納容器内に格納することにより易蒸発性元素の抜けを低
減することができる。このとき格納容器内に易蒸発性元
素を含む化合物を入れることにより効果は更に増大する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液相エピタキシャル成長装置の一実施
例の斜視図、第２図は第１図の装置の基板ホルダーを下
方に移動した状態におけるＡＡ゛方同方面断面概略図３
図は本発明の液相エピタキシャル成長装置の一実施例の
動作状態を示す側面図、第４図は従来の液相エピタキシ
ャル成長装置の断面図、第５図はＬ　Ｅ　Ｄ素子の輝度
の分布図、第６図は第５図と同一のＬＥＤ素子の発光ピ
ーク波長の分布図である。 １・・−・・・基板ホルダ ２−・−・・基板保持部 ３・・・・・・支持体 ４・・・−・−支持体中央空間部 　２ ５・・・・・・スライダ ６・・−・・・スライダー溝 ７・・−・・・凸部ガイド ８・・・−・−成長用メルト溜 ９・・・・・・底板 Ｏ・・・−・・メルトスライダ ト・・・・・メルト収容部 ２・・・・・・成長用メルト ３−・−・・一基板収納凹部 ４・・・・・・基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）横型エピタキシャル成長炉による多層液相エピタ
   キシャル成長方法において、基板を垂直もしくは斜めに
   保持した基板ホルダーを定位置で上下に移動させるとと
   もに、複数個のメルト溜を炉の長手方向に沿って直線的
   に移動させ、基板を複数の成長用メルト中に順次浸漬さ
   せて連続してエピタキシャル成長させることを特徴とす
   る液相エピタキシャル成長方法。
2. （２）メルト溜に隣接して基板ホルダー格納容器を配設
   し、エピタキシャル成長開始前に基板ホルダーを該格納
   容器に収納し、基板を高温で保持した後エピタキシャル
   成長を開始することを特徴とする第１項記載の液相エピ
   タキシャル成長方法。
3. （３）基板ホルダー格納容器内に基板を構成する元素の
   うち易蒸発性元素もしくはそれらの化合物を共存させる
   ことを特徴とする第２項記載の液相エピタキシャル成長
   方法。
4. （４）横長の箱状の支持体と、該支持体内を長手方向に
   移動可能な連続した複数のメルト溜と、該支持体内の定
   位置で上下方向に移動可能な基板ホルダーと、該支持体
   の側面外側と該基板ホルダーの側面外側に接し、該支持
   体側面に沿って長手方向に摺動可能なスライダーとから
   構成されており、該スライダーの摺動面には斜めの溝を
   形成し、前記基板ホルダー側面には前記スライダーの溝
   に嵌合する凸部ガイドを形成し、該スライダーを直線方
   向に移動させることにより、基板ホルダーが前記メタル
   溜内の位置まで上下移動するように構成したことを特徴
   とする液相エピタキシャル成長装置。