JPH04367587A - 液相成長方法及び装置 - Google Patents

液相成長方法及び装置

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JPH04367587A
JPH04367587A JP3170501A JP17050191A JPH04367587A JP H04367587 A JPH04367587 A JP H04367587A JP 3170501 A JP3170501 A JP 3170501A JP 17050191 A JP17050191 A JP 17050191A JP H04367587 A JPH04367587 A JP H04367587A
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JP
Japan
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growth
chamber
liquid phase
solution
phase growth
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JP3170501A
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English (en)
Inventor
Masahito Yamada
雅人 山田
Takuo Takenaka
卓夫 竹中
Masahisa Endo
遠藤 正久
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B19/00Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/06Reaction chambers; Boats for supporting the melt; Substrate holders
    • C30B19/061Tipping system, e.g. by rotation

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複数枚の薄板状基板上
に均質で厚さが均一な成長層を効率よく得ることができ
るようにした液相成長方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】液相成長方法は、過飽和溶液と接触させ
た基板上に溶質を析出成長させる方法である。工業的に
は主として発光ダイオード(LED)等の製造に用いら
れ、溶融金属を溶媒とした液相成長方法により半導体基
板上に所望の不純物濃度の半導体薄膜を得ている。発光
ダイオード(LED)の製造に用いられる液相成長方法
には複数の手法が知られている。
【0003】図7に示した従来の傾斜法(ティッピング
法)では、液相成長用溶液Sは反応管2内に上方に空間
Hを残して下方に部分的に収容されている。該反応管2
の空間Hには基板ホルダー4が設けられており、該基板
ホルダー4の上面には半導体基板Wが水平位置に保持さ
れている。該反応管2を180°反転させ、半導体基板
Wの表面を下に向けるとともに溶液Sに浸るようにする
(図8)と、溶液Sは半導体基板Wに接触し、液相成長
層が得られる。しかし、この方法では、溶液の表面に平
衡に基板を接触させるため、基板の仕込み可能枚数が少
なく量産に適さないという欠点がある。
【0004】図9及び図10に示した方法では、基板保
持装置6内の基板Wを起立させて溶液Sを重力落下させ
るものである。図9のものは1枚の仕切板8を引いて溶
液Sを落下させ、所定時間後溶液Sを装置外へ取り出す
ようにしたものである。図10のものは図9のものを改
良したもので、上方の仕切板8aを押して溶液Sを落下
させ、所定時間後に今度は下方の仕切板8bを押して溶
液Sを溶液収納槽10に落下収納して基板Wから分離さ
せるようにしたものである。この方法では、確かに仕込
み枚数は多くできるが、溶液の比重差のため溶質が下部
で枯渇し、成長層の膜厚さ及び不純物濃度が溶液の上部
と下部で一様とならず基板全体に渡っては良品を得られ
ず、また下方に落下した溶液Sを再度使用することが困
難となるという欠点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来技術の問題点に鑑みて発明されたもので、多数枚の基
板上に同時に均質で厚さの一様な成長層を効率よく得る
ことができるようにした液相成長方法及び装置を提供す
ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の液相成長方法においては、複数の薄板状基
板を一乃至複数列並設して密閉可能な成長室内に保持し
、液相成長用溶液を前記成長室内に充填封止し、該成長
室を水平軸の回りに回転させてこれを傾斜又は倒立させ
ることにより前記液相成長用溶液の攪拌を行わせて前記
基板上に液相成長を行わせるようにしたものである。
【0007】該成長室を水平軸の回りに回転させるのは
、所定の角度だけ部分的に回転させた後逆の角度に部分
的に回転させる場合、つまり、交互反転させる場合もふ
くむ。
【0008】また、本発明の液相成長装置においては、
複数の薄板状基板を一乃至複数列並設して密閉して保持
可能な成長室と、これと連結され液相成長用溶液を密閉
して保持可能な溶液室と、前記成長室と前記溶液室の間
に位置し弁の開閉により前記成長室と前記溶液室の連結
と前記液相成長用溶液の前記成長室への封止が可能な仕
切り弁と、該成長室と該溶液室と該仕切り弁とを水平軸
の回りに回転させてこれらを傾斜又は倒立させる手段と
を具備するものである。
【0009】本発明の液相成長装置の成長室と溶液室と
仕切り弁とは、耐熱性がありかつ化学的に安定で成長用
溶液に侵されない材料、例えば、高純度の炭素材料で作
成するのが望ましい。
【0010】
【作用】本発明方法によれば、成長室に液相成長用溶液
を充填密閉した後、該成長室を水平軸の回りに回転又は
倒立させることによって成長溶液の攪拌を行わせつつ液
相成長を行なうようにする。
【0011】成長室を水平軸の回りに回転又は倒立させ
ることにより、重力の影響を打ち消すので、前述した溶
液の比重差による上部と下部の溶質の濃度差の発生を防
止することが出来、成長層厚さや不純物の分布が上下方
向に不均一となるという不都合が解消される。また、成
長用溶液が攪拌されて成長界面近傍で消費された溶質の
供給が速やかとなって成長速度が速まり、結果として均
質で厚さバラツキの少ない液相成長層を効率よく得るこ
とが可能となる。さらに、溶液が均質になりやすいこと
から、室温付近の溶液の温度を上げて未溶解の溶質を溶
解させる時間も短く出来るという利点がある。また、成
長室に液相成長用溶液を充填密閉した後、成長室を水平
軸の回りに回転させて成長用溶液の攪拌を行ないつつ溶
液の温度を上昇させて基板の表面を均一に洗浄(メルト
バック)出来るという利点もある。
【0012】本発明装置においては、成長室と溶液室と
仕切り弁とを水平軸の回りに回転させられるので、溶液
室が上方に成長室が下方にある状態で仕切り弁を開くこ
とにより、溶液室に収容された成長用溶液を仕切り弁の
貫通開口部を介して成長室に移送すること、また、成長
室が上方に溶液室が下方にある状態で仕切り弁を開くこ
とにより、成長室に収容された成長用溶液を溶液室に移
送することがともに簡単に出来、成長の開始と停止が極
めて短時間に行なえる。さらに、成長室が密封可能なの
で仕切り弁を閉じて成長用溶液を成長室に封止出来、成
長室の回転や倒立が行なえ、成長用溶液に働く重力の影
響を打ち消すことが出来、上下方向の溶質の濃度差を生
じさせず、また、同様に、成長界面近傍で消費された溶
質の供給が液の攪拌により速やかとなり、成長速度を高
められる。
【0013】
【実施例】以下に添付図面中、図1〜図4に基づいて本
発明をさらに説明する。
【0014】図1において、12は本発明の液相成長装
置Eを構成する成長装置である。該成長装置12は、石
英製炉心管30と、該石英製炉心管30の内部に設けら
れかつ成長用溶液Sを収容する溶液室14と、支持板1
5に支持された基板Wを収納する成長室16とを有して
いる。この炉心管30と成長室16および溶液室14と
は互いに捩じり不能でかつ水平方向には摺動可能である
。この炉心管30を回転させることにより、成長室16
および溶液室14とを水平軸の回りに回転させることが
出来る。この溶液室14と成長室16とは仕切り弁18
によって連通可能に仕切り密閉されている。この仕切り
弁18の弁板の開口部は簀子状の穴が開けられていて成
長用溶液Sの一部が固化してもこれが成長室16に入り
込まないようになっている。
【0015】図示した実施例の仕切り弁18は、弁板が
弁座と摺動することによって溶液室14と成長室16と
を連通及び密閉するものであるが、同様の働きをするも
のであれば、他の構造の弁、たとえば、蝶弁等であって
も良い。さらに、弁板を固定しておき溶液室14又は成
長室16を移動させて溶液室14と反応室16とを連通
させる構成とすることもできる。また、液相成長用溶液
Sをろ過する為の簀子状のろ過手段を弁板の開口部が有
して弁自身がろ過装置を兼ねる構成であるが、同じ目的
であれば他の構成、例えば、簀子状、格子状、網状のろ
過手段を溶液室の出口或いは成長室の入口に設けても良
い。
【0016】図示の例では、溶液室14の下壁14aに
下開口部20を設け、成長室16の上壁16aには該下
開口部20に対応して上開口部22が設けられている。 該下壁14aと上壁16aとは間隙23を介して上下方
向に連設されており、該間隙23に仕切り弁18が摺動
自在に取付けられている。該仕切り弁18にも該下開口
部20及び上開口部22に対応する位置に簀子状の連通
開口部24が開穿されている。この連通開口部24と該
下開口部20及び上開口部22とを一致させれば、溶液
室14と成長室16とが連通され、上記三つの開口部2
0、22及び24を一致させなければ、溶液室14と成
長室16とは連通することなく、それぞれ独立の空間を
維持する。なお、26は該仕切り弁18を移動させるた
めの引出し棒である。
【0017】該成長装置12は、炉心管30を回転させ
て該成長室16を水平軸の回りに回転させてこれを傾斜
又は倒立させることができるように駆動手段(図示せず
)を具備している。また、この時の回転は、回転の角度
を時間の函数とした時、この函数が周期函数となるよう
に回転させられるが、この周期は液相成長の進行ととも
に変化させることもできる。
【0018】このような構成により、溶液室14に収容
された成長用溶液Sは、必要に応じて仕切り弁18の貫
通開口部24を介して成長室16に充填封止しさらに溶
液室14に戻されることも自在に行なえるものである。
【0019】本発明方法の実施にあたっては、成長室1
6に溶液Sを充填封止した後、該成長室16を水平軸の
回りに回転させてこれを傾斜又は倒立させることによっ
て、成長室16内の基板Wに液相成長を行わせるように
する。水平軸の回りに回転させてこれを傾斜又は倒立さ
せる手法としては、図1及び図2に示した如く、基板の
主面の法線に対して平行な軸の回りに回転を行わせる場
合と、図3及び図4に示す如く、垂直な軸の回りに回転
を行わせる場合と、さらにこれらの中間の方向の軸の回
りに回転させてこれを傾斜又は倒立させる場合とがある
が、重力の影響が解消されて溶液が均質となり、液相成
長が均一に行われるようになればよく、何れの状態に維
持して回転させてこれを傾斜又は倒立を行わせることも
可能である。
【0020】このような液相成長を行うと、溶液への重
力の影響は解消されて成長速度が均一となりかつ溶液の
不純物濃度が一様となり、基板全体に渡って均質で厚さ
の均一な成長層が得られる。また成長溶液は反応終了後
は成長室から溶液室にもどすことができ、成長溶液を繰
り返し使用できるという利点がある。
【0021】本発明方法を具体的に実施した場合の実験
例を以下に示す。 実験例1 n型のGaAs基板上にp型のGaAsを液相成長させ
た。液相成長層の厚さを100μmねらいとし、900
℃〜700℃で200分本発明装置を用いて成長室を水
平軸の回りに回転させてこれを傾斜又は倒立させて液相
成長を行わせた。得られた成長層の厚さの分布(基板の
垂直方向、即ち上下方向)を測定して図5に示したが、
非常に均一な層厚さと不純物濃度分布が得られた。
【0022】比較実験例1 成長室を回転させてこれを傾斜又は倒立させない従来方
法によって同様に液相成長反応を行わせた。得られた成
長層の厚さの分布(基板の垂直方向、即ち上下方向)を
測定して図6に示したが、得られた成長層の厚さは極め
て不均一であった。
【0023】上記実験例1では、GaAsについての例
を示したが、本発明がGaP、GaAlAsにも適用で
きることは勿論である。
【0024】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、同
時に多数の基板上に均質で均一な厚さの成長層を効率よ
く得ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の反応装置の一例を示す概略説明図であ
る。
【図2】図1の断面概略説明図である。
【図3】本発明の反応装置の他の例を示す概略説明図で
ある。
【図4】図3の断面概略説明図である。
【図5】実験例1によって得られた成長層の厚さの分布
を示すグラフである。
【図6】比較実験例1によって得られた成長層の厚さの
分布を示すグラフである。
【図7】従来の液相液相成長装置の一例を示す断面的説
明図である。
【図8】図7に示した装置を180°反転させた状態を
示す断面的説明図である。
【図9】従来の液相液相成長装置の他の例を示す断面的
説明図である。
【図10】従来の液相液相成長装置のさらに他の例を示
す断面的説明図である。
【符号の説明】
12  反応装置 14  溶液室 16  成長室 18  仕切り弁 30  熱処理炉の炉心管 S  溶液 W  基板

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  複数の薄板状基板を一乃至複数列並設
    して密閉可能な成長室内に保持し、液相成長用溶液を前
    記成長室内に充填封止し、該成長室を水平軸の回りに回
    転させてこれを傾斜又は倒立させることにより前記液相
    成長用溶液の攪拌を行わせて前記基板上に液相成長を行
    わせることを特徴とする液相成長方法。
  2. 【請求項2】  前記回転の角度が時間の周期函数であ
    ることを特徴とする請求項1に記載の液相成長方法。
  3. 【請求項3】  前記周期函数の周期を成長の各段階で
    変化させることを特徴とする請求項2に記載の液相成長
    方法。
  4. 【請求項4】  複数の薄板状基板を一乃至複数列並設
    して密閉して保持可能な成長室と、これと連結され液相
    成長用溶液を密閉して保持可能な溶液室と、前記成長室
    と前記溶液室の間に位置し弁の開閉により前記成長室と
    前記溶液室の連結と前記液相成長用溶液の前記成長室へ
    の封止が可能な仕切り弁と、該成長室と該溶液室と該仕
    切り弁とを水平軸の回りに回転させてこれらを傾斜又は
    倒立させる手段とを具備することを特徴とする液相成長
    装置。
  5. 【請求項5】  前記成長室と前記溶液室と前記仕切り
    弁とが炭素材料で作成されていることを特徴とする請求
    項4に記載の液相成長装置。
  6. 【請求項6】  前記成長室と前記溶液室と前記仕切り
    弁とを円筒管内に回転不能に支持し、該円筒管を回転さ
    せることにより前記成長室を水平軸の回りに回転させて
    これを傾斜又は倒立させることを特徴とする請求項4又
    は5に記載の液相成長装置。
  7. 【請求項7】  前記円筒管が熱処理炉の炉心管を兼ね
    ることを特徴とする請求項6に記載の液相成長装置。
  8. 【請求項8】  前記成長室と前記溶液室との間に前記
    液相成長用溶液をろ過する簀子、格子又は網状のろ過手
    段を有することを特徴とする請求項4乃至7のいずれか
    1項に記載の液相成長装置。
JP3170501A 1991-06-14 1991-06-14 液相成長方法及び装置 Pending JPH04367587A (ja)

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