JPH0481550B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、混晶エピタキシヤル層を形成する液
相エピタキシヤル成長方法及びその装置に係り、
特に基板上に成長する結晶の厚さ方向の混晶比を
任意に制御する方法及びその装置に関するもの
で、例えば厚さが50μm以上の混晶エピタキシヤ
ル層を有するウエハの生産に適用すれば量産性に
おいて優れたものとなる。

［従来の技術］ 例えば、GaAlAsなどの混晶エピタキシヤル層
を厚く成長させた場合には、ガリウム中のアルミ
ニウムの偏析係数が大きすぎて、厚さ方向で混晶
比の均一なエピタキシヤル層を得るのは非常に難
しい。したがつて、一般的な横型炉方式の液相成
長法によつて100μm程度の厚さになるまで成長さ
せたときに、エピタキシヤル結晶と基板の界面で
アルミ混晶比が0.6程度あつたとしても、エピタ
キシヤル層の表面はほとんどゼロになつてしま
う。

そこで、従来、このようなことがないように、
温度勾配を利用してアルミニウムを成長用溶液中
に均一に拡散させる特殊な成長方法が採用され
た。即ち、この方法は、昇温後成長用溶液の上方
に、混入したアルミニウムが溜まる傾向にあるこ
とから、成長用溶液溜め内の成長用溶液にその上
下方向に温度勾配を持たせ、冷却の下げ幅を上方
で大きく下方で小さくするようにしてアルミ混晶
比を厚さ方向で均一にしている 装置面では上述した温度勾配を持たせるため
に、成長用溶液溜めの外周に縦方向に加熱ヒータ
を設けて、この加熱ヒータに流れる電流を制御し
ている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、成長方法が特殊であるため作業性が
悪く、しかも基板を水平にして溶液と接触させる
ので、１度に扱うことができる基板枚数が極端に
少なくなり、ウエハの大型化が難しく、量産性に
劣つていた。

また加熱ヒータの電流制御によつて所望の温度
勾配を形成するのが難しかつた。

［発明の目的］ 本発明の目的は、前述した従来技術の問題点を
解消し、偏析が問題となり混晶比の制御が難しい
混晶エピタキシヤル層における厚さ方向の混晶比
を同一のみならず任意に制御することが可能で、
しかもウエハの大型化や量産化が容易な液相エピ
タキシヤル成長方法及びその装置を提供すること
である。

［発明の概要］ 上記目的に沿う第１の発明の液相エピタキシヤ
ル成長方法は、実施例に対する第１図に示すよう
に、成長用溶液溜め３の上方に成長用溶液２と非
接触状態で予め起立保持されている基板６に対し
て、成長用溶液溜め３の中の成長用溶液２の液位
を昇降移動させ、基板６と溶液２との接触・非接
触を繰り返す。

この繰り返しの際、すなわち液位を下降させて
基板６と溶液が非接触状態にあるとき、混晶用溶
液溜め８から任意量の混晶用溶液７を成長用溶液
溜めに供給して成長用溶液に添加する。これによ
つて、基板６上に成長する結晶の厚さ方向の混晶
比が任意の値に制御される。

また、上記目的に沿う第２の発明の液相エピタ
キシヤル成長方法は、第１の発明方法を実施する
ための装置であつて複数の基板６を内部に起立保
持する中空の基板ホルダ部５と、ホルダ部の下部
にホルダ部内部と連通するように取り付けられ成
長用溶液を収容する成長用溶液溜め３を備えてい
る。この成長用溶液溜め３には液位昇降手段４０
が設けられて、成長用溶液溜め３内の成長用溶液
２の液位を、基板６と接触したり、その接触を断
つたりするように昇降させる。

一方、成長用溶液溜め３の上部には混晶用溶液
７を収容する混晶用溶液溜め８が設けられ、この
混晶用溶液溜め底部にスライダ１０がスライド自
在に設けられている。そして、このスライダ１０
には貫通して形成された移送用溶液溜め１１が設
けられてスライダ１０を一方向にスライドすると
混晶用溶液溜め８と連通して混晶用溶液７を一定
量収容し、逆方向にスライドすると成長用溶液溜
め３と連通して収容した一定量の混晶用溶液７を
成長用溶液溜め３に落下させる。

基板６を起立してセツトすることにより、水平
にセツトする場合と異なり、多数枚の基板がセツ
トできるようになる。また、反応炉を昇温後、成
長用溶液２の液位を上晶させて基板６と成長用溶
液２の接触状態を保持しつつ徐冷していくと、各
基板６上に同時にエピタキシヤル層が成長する。
逆に成長用溶液２の液位を下降させると、基板６
との接触状態が断たれてエピタキシヤル層成長が
終了する。成長終了後または昇温して上記工程を
繰り返すことにより、順次厚いエピタキシヤル層
が基板上に得られる。このように、成長用溶液の
液位の昇降を繰り返すことによりエピタキシヤル
層を成長させるのであり、液位の上昇量を増加す
るに伴なつてより広い面積の基板との接触が確保
される。そして、エピタキシヤル成長を完了した
基板は新しい基板と交換されるが、成長用溶液は
成長用溶液溜めに自重によつて戻るので、交換や
移し替えの必要はない。

ところで、成長用溶液２の液位が降下して成長
用溶液溜め３に戻つているときに、スライダ１０
を１往復スライドすると一定量の混晶用溶液が成
長用溶液に添加される。これを繰り返すことによ
り任意量の混晶用溶液が補給される。この任意量
の混晶用溶液の補給によつて基板上に成長するエ
ピタキシヤル層の厚さ方向の混晶比が任意に制御
される。

本発明は、GaAlAsなどの−族化合物半導
体、あるいは−族化合物半導体の混晶エピタ
キシヤルウエハの成長すべてに適用できる。

［実施例］ 本発明の実施例を第１図〜第２図に基づいて説
明すれば以下の通りである。

第１図は本発明方法を実施するための液相エピ
タキシヤル装置の一実施例を示す。

１は成長用溶液２を収容する、上部に開口した
成長用溶液溜め３を形成した溶液収容部である。
この溶液収容部１には液位昇降手段としてのピス
トン４が設けられる。このピストン４は溶液収容
部１の一側から成長用溶液溜め３に横方向に形成
した挿通孔に挿通されて、その先端を成長用溶液
溜め３内に出没させることにより成長用溶液２の
液位を昇降動させるようになつている。

このようなピストン４を出没自在に設けた溶液
収容部１の上部前方（ピストン４の押し出し方向
側）に、上下が開口して、その下部が成長用溶液
溜り２と連通する中空の基板ホルダ部５が取り付
けられ、その基板ホルダ部５内には複数の基板６
を、例えば互いに向い合つた配置で起立保持でき
るようになつている。したがつて、ピストン４を
押し出すと、押し上げられた成長用溶液２は基板
ホルダ部５内に侵入して基板６と接触し、逆にピ
ストン４を没入すると、成長用溶液２の液位が降
下して基板６との接触が断たれるようになつてい
る。

また、溶液収容部１の上部後方に混晶用溶液７
を収容する混晶用溶液溜め８が取り付けられる。
この混晶用溶液溜め８の底部は開口しており、こ
の開口底部には、これに沿つて横方向に形成した
挿通孔９が設けられ、この挿通孔を介して混晶用
溶液溜め８と成長用溶液溜め３とが連通してい
る。挿通孔９には混晶用溶液溜め８の開口底部と
挿通孔を閉塞するスライダ１０がピストン４と同
じ方向にスライド自在に挿通されている。

このスライダ１０の途中には、これを縦方向に
貫通する一定容積の移送用溶液溜め１１が形成さ
れ、スライダ１１を引き方向にスライドすると混
晶用溶液溜め８と連通して混晶用溶液７を一定量
収容し、押し出し方向にスライダ１０をスライド
すると成長用溶液溜め３と連通して収容した一定
量の混晶用溶液７を成長用溶液溜め３に落下させ
るようになつている。

本実施例では、上記スライダ用の挿通孔９や混
晶用溶液溜め８は、基板ホルダ部５の一側の肉厚
部に一体形成した例を示しているが、別体でもよ
く、また基板ホルダ部５は溶液収容部１に一体的
に取り付けても、あるいは着脱自在に取り付けて
もよい。

そして上記した成長装置の作業順序をGaAlAs
エピタキシヤル成長方法に適用した具体例につい
て述べる。

予め、基板ホルダ部５に２インチウエハを向か
い合つた配置で30枚セツトし、成長用溶液溜め３
にはGa1，500ｇとGaAs60ｇを、混晶用溶液溜め
８にはGa50ｇとAl5ｇをそれぞれセツトしてお
き、このようにセツトした本成長装置を横型反応
管（図示せず）に挿入して内部をH₂スと置換す
る。

H₂ガスと置換後、最初に反応炉を800℃の成長
開始温度まで昇温し、昇温後スライダ１０を10回
往復させてAlの溶けたGa溶液を成長用溶液溜め
３内に落下させる。本実施例では１回の往復で
Al120mgとGa1.2ｇの溶液が落下する。落下した
Alの溶けたGa溶液は成長用溶液中に拡散する。
落下後、ピストン４を押し出してGaAsの成長用
溶液を押し上げ、基板６と接触させる。接触後５
分したら徐冷を開始し結晶成長を行なう。30分間
接触させた後、ピストン４を没入させると押し上
げられた成長用溶液は降下して成長用溶液溜め３
に自重で戻り、成長は停止する。

次に、炉を再度800℃まで昇温する。このとき
に、またスライダ１０を往復動させて上記したの
と等量となるように不足分のAlの溶けたGa溶液
を成長用溶液に補給する。昇温後20分したら直ち
にピストン４を押し出して成長用溶液と基板６と
を接触させる。このとき、炉がまだ安定していな
いため基板表面が多少メルトバツクされる傾向が
ある。接触後５分したら徐冷を開始し再度成長を
行なう。

以上の工程を繰り返すことにより、厚膜の
GaAlAsエピタキシヤルウエハを得ることができ
る。本実施例では昇温工程を20回繰り返すことに
より、厚さ150μm、表面混晶比0.25で厚さ方向に
均一性の極めて良好なGaAlAs混晶エピタキシヤ
ル層を成長させることができた。

このように、本実施例によれば１度に２インチ
サイズで30枚程度の厚さ50μm以上の混晶エピタ
キシヤル成長が可能であり、このようなウエハの
大型化と量産化を達成することができるのは、基
板を起立してセツトすると共に成長用溶液の液位
の昇降を繰り返すことにより、エピタキシヤル層
の厚さを増加させるようにしたからであり、ま
た、厚さ方向の混晶比を均一化させることができ
るのは、成長用溶液が溶液溜めに戻つているとき
に、混晶用溶液の不足分を補給することによつて
混晶比を調整しているからである。

なお、上記、実施例においては、混晶比が厚さ
方向で均一なエピタキシヤルウエハの場合につい
て述べたが、混晶用溶液の添加量により、第２図
に示すように、混晶比が厚さ方向で増加したり、
あるいは減少したり、更には２段ステツプになつ
たり等、いろいろな種類のプロフアイルをもつた
エピタキシヤル層の成長が可能である。また数
μmの付近の薄い厚さであれば、急激に混晶比が
増加するエピタキシヤル層の成長も可能である。

更に、Al以外の偏析係数の大きなドーパント
を入れても、厚さ方向でキヤリア濃度が均一な厚
膜エピタキシヤル層の成長が可能となる。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば次のような優れた
効果を発揮する。

(1) 成長用溶液に温度勾配を持たせる必要もな
く、成長用溶位の液位の昇降と混晶用溶液の補
給との繰り返しにより、任意の厚さで任意の混
晶比のエピタキシヤル層を基板上に成長させる
ことができる。また、基板を起立させたことに
より１回に扱える枚数は任意であり、同時に多
数の基板をセツトすることが可能で、しかも原
料溶液が基板の下方に戻るため、基板を交換す
るだけで原料溶液は交換も移し換えも不要で何
度でもそのまま使用できるので、従来の方法に
比べて作業性もよく、ウエハの大型化が可能で
量産向きとなる。

(2) 一定量の混晶用溶液を成長用溶液溜めに落下
させるには、混晶用溶液溜め内にピストンを押
し出し、この押し出しによる混晶用溶液溜め上
部からの溢流液を利用してもよいが、前述した
本発明装置を使用し、移送用溶液溜め付きスラ
イダを往復動させるようにすれば、ストローク
の調節をすることなく、所定量の混晶用溶液を
補給できるようになつて、作業は一層容易で供
給落下量の秤量精度を上げることができる。ま
た、温度勾配用の加熱ヒータも不要で、その電
流制御も行なう必要がなく、単純な機械的構成
のみから成つているので、従来の装置に比して
耐久性、操作性が良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る液相エピタキシヤル成長
装置の一実施例を示す縦断面図、第２図は本発明
を実施した場合に可能な混晶比の厚さ方向のプロ
フアイルを示す線図である。 図中、２は成長用溶液、３は成長用溶液溜め、
４はピストン、５は基板ホルダ部、６は基板、７
は混晶用溶液、８は混晶用溶液溜め、１０はスラ
イダ、１１は移送用溶液溜め、４０は液位昇降手
段である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 成長用溶液溜めの上方に成長用溶液と非接触
   状態で起立保持されている基板に対し、成長用溶
   液の液位を昇降移動させて基板との接触・非接触
   を繰り返し、この繰り返しの際に混晶用溶液溜め
   から任意量の混晶溶液を成長用溶液溜めに供給す
   ることにより、基板上に成長する結晶の厚さ方向
   の混晶比を任意に制御することを特徴とする液相
   エピタキシヤル成長方法。 ２ 複数の基板を内部に起立保持する中空基板ホ
   ルダ部と、該ホルダ部の下部にホルダ部内部と連
   通するように取り付けられ成長用溶液を収容する
   成長用溶液溜めと、該成長用溶液溜めに設けられ
   成長用溶液の液位を昇降する液位昇降手段と、上
   記成長用溶液溜めの上部に設けられ混晶用溶液を
   収容する混晶用溶液溜めと、該混晶用溶液溜め底
   部にスライド自在に設けられたスライダと、該ス
   ライダを貫通して形成され、スライダを一方向に
   スライドすると混晶用溶液溜めと連通して混晶用
   溶液を一定量収容し、逆方向にスライドすると成
   長用溶液溜めと連通して収容した一定量の混晶用
   溶液を成長用溶液溜めに落下させる移送用溶液溜
   めとで構成されていることを特徴とする液相エピ
   タキシヤル成長装置。