JPH0510314B2 - - Google Patents
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- JPH0510314B2 JPH0510314B2 JP29417586A JP29417586A JPH0510314B2 JP H0510314 B2 JPH0510314 B2 JP H0510314B2 JP 29417586 A JP29417586 A JP 29417586A JP 29417586 A JP29417586 A JP 29417586A JP H0510314 B2 JPH0510314 B2 JP H0510314B2
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、液相エピタキシヤル成長方法に関す
るものである。
るものである。
［従来の技術］
高出力の発光ダイオードを製作するには、厚さ
200〜300μmのガリウム・アルミニウム・ヒソ
（GaAlAs）膜が必要とされいるが、GaAlAs膜を
厚膜にしてエピタキシヤル成長させる場合は、
Alの偏析係数が大きいため膜の成長に伴ない終
期に形成される表面付加でAlの混晶割合が減少
する傾向がある。
200〜300μmのガリウム・アルミニウム・ヒソ
（GaAlAs）膜が必要とされいるが、GaAlAs膜を
厚膜にしてエピタキシヤル成長させる場合は、
Alの偏析係数が大きいため膜の成長に伴ない終
期に形成される表面付加でAlの混晶割合が減少
する傾向がある。
GaAlAs膜におけるAlの混晶比を膜厚に対して
平坦にするには、結晶成長中にAlを追加しなが
ら徐冷する徐冷方法や高温側と低温側の温度差を
利用する温度差法などが用いられている。
平坦にするには、結晶成長中にAlを追加しなが
ら徐冷する徐冷方法や高温側と低温側の温度差を
利用する温度差法などが用いられている。
［発明が解決しようとする問題点］
上述したようにエピタキシヤル成長により
GaAlAs膜を生成する場合は、Alの混晶割合を一
定にするため徐冷法や温度差法等が用いられてい
るが、これらの方法を用いる場合は結晶を成長さ
せるのにかなりの時間を必要とする。
GaAlAs膜を生成する場合は、Alの混晶割合を一
定にするため徐冷法や温度差法等が用いられてい
るが、これらの方法を用いる場合は結晶を成長さ
せるのにかなりの時間を必要とする。
徐冷法の場合は成長時間を短縮させるため冷却
速度を速くすれば成長時間が不足して膜が薄くな
り、結局再昇温して繰返し成長させなければなら
ず、また温度差法を用いる場合は成長速度が遅く
て200μmの膜厚に成長させるのに約10時間が必要
であり、共に量産に適用することができない。
速度を速くすれば成長時間が不足して膜が薄くな
り、結局再昇温して繰返し成長させなければなら
ず、また温度差法を用いる場合は成長速度が遅く
て200μmの膜厚に成長させるのに約10時間が必要
であり、共に量産に適用することができない。
本発明の目的は、GaAlAsの膜厚を短時間に成
長させ、膜厚に対してAl混晶比を一定とする液
相エピタキシヤル成長方法を提供することにあ
る。
長させ、膜厚に対してAl混晶比を一定とする液
相エピタキシヤル成長方法を提供することにあ
る。
［問題点を解決するための手段］
本発明は、エピタキシヤル成長炉に反応管を設
置し、半導体基板表面に化合物半導体の単結晶薄
膜を成長させる液相エピタキシヤル成長方法にお
いて、前記反応管に薄膜形成治具を挿入し、この
薄膜形成治具に前記化合物の溶融した成長溶液の
流路と前記基板の支持部とを設け、この流路には
前記薄膜の原料となる化合物多結晶を収納する原
料結晶部と、この原料に混晶させる元素を収納す
る混晶溶液部とを設け、前記成長溶液に前記原料
多結晶と前記混晶元素とを溶解させ、この溶解液
をピストンおよびシヤツターにより前記成長炉の
高温領域より低温領域に前記流路内を流動循環さ
せ、この低温領域に流動した前記溶解液に前記基
板を接触させて化合物半導体薄膜を形成させるこ
とを特徴とし、化合物半導体薄膜の成長が速やか
になるようにして目的の達成を計つたものであ
る。
置し、半導体基板表面に化合物半導体の単結晶薄
膜を成長させる液相エピタキシヤル成長方法にお
いて、前記反応管に薄膜形成治具を挿入し、この
薄膜形成治具に前記化合物の溶融した成長溶液の
流路と前記基板の支持部とを設け、この流路には
前記薄膜の原料となる化合物多結晶を収納する原
料結晶部と、この原料に混晶させる元素を収納す
る混晶溶液部とを設け、前記成長溶液に前記原料
多結晶と前記混晶元素とを溶解させ、この溶解液
をピストンおよびシヤツターにより前記成長炉の
高温領域より低温領域に前記流路内を流動循環さ
せ、この低温領域に流動した前記溶解液に前記基
板を接触させて化合物半導体薄膜を形成させるこ
とを特徴とし、化合物半導体薄膜の成長が速やか
になるようにして目的の達成を計つたものであ
る。
［作用］
本発明の液相エピタキシヤル成長方法は、高温
部と低温部の二つの温度領域を有するエピタキシ
ヤル成長炉に反応管を挿入し、この反応管の内部
に薄膜形成用治具を設け、この治具に薄膜の原料
となる化合物が溶解されている成長溶液が流れる
ようにし、基板をこの成長溶液に接触させて表面
に薄膜を成長させるようにしたものであるが、こ
の場合、基板にはGaAs結晶基板を用い、成長溶
液の流路にはGaを満しておき、また他の流路に
は原料となるGaAsの多結晶が納入され溶解して
いる原料結晶部と、成長溶液に混入させるGaと
Alの収納されている混晶溶液部とを設けておき、
治具に設けられているピストンにより前記成長溶
液を高温部より低温部に流動、循環させるのであ
るが、この場合結晶溶液部はシヤツターにより最
初その流路が閉じられているが、必要に応じて開
路されて成長溶液に必要量のAlが供給されるこ
とになる。また基板も最初は成長溶液と接触しな
いよう通路が閉路されているが、成長溶液中に
GaAsが飽和まで溶解したとき通路が開かれて接
触し、表面にGaAlAsの単結晶が付着することに
なる。
部と低温部の二つの温度領域を有するエピタキシ
ヤル成長炉に反応管を挿入し、この反応管の内部
に薄膜形成用治具を設け、この治具に薄膜の原料
となる化合物が溶解されている成長溶液が流れる
ようにし、基板をこの成長溶液に接触させて表面
に薄膜を成長させるようにしたものであるが、こ
の場合、基板にはGaAs結晶基板を用い、成長溶
液の流路にはGaを満しておき、また他の流路に
は原料となるGaAsの多結晶が納入され溶解して
いる原料結晶部と、成長溶液に混入させるGaと
Alの収納されている混晶溶液部とを設けておき、
治具に設けられているピストンにより前記成長溶
液を高温部より低温部に流動、循環させるのであ
るが、この場合結晶溶液部はシヤツターにより最
初その流路が閉じられているが、必要に応じて開
路されて成長溶液に必要量のAlが供給されるこ
とになる。また基板も最初は成長溶液と接触しな
いよう通路が閉路されているが、成長溶液中に
GaAsが飽和まで溶解したとき通路が開かれて接
触し、表面にGaAlAsの単結晶が付着することに
なる。
このようにして成長溶液を循環させながら効率
よくかつ速やかにGaAlAs薄膜を成長させること
ができる。
よくかつ速やかにGaAlAs薄膜を成長させること
ができる。
［実施例］
以下、本発明の一実施例を図により説明する。
第１図は本発明の液相エピタキシヤル成長方法の
一実施例に用いられるエピタキシヤル成長炉（以
下、成長炉と記す）の説明図で、同図ａが構造
図、同図ｂが温度特性図である。
第１図は本発明の液相エピタキシヤル成長方法の
一実施例に用いられるエピタキシヤル成長炉（以
下、成長炉と記す）の説明図で、同図ａが構造
図、同図ｂが温度特性図である。
図において１は水平形の成長炉を示し、２は成
長炉１を構成する高温領域炉、３は同じく低温領
域炉である。４・４′，５・５′，６・６′はそれ
ぞれの炉を構成する分割炉で、成長炉１はこれら
六つの炉で構成されている。
長炉１を構成する高温領域炉、３は同じく低温領
域炉である。４・４′，５・５′，６・６′はそれ
ぞれの炉を構成する分割炉で、成長炉１はこれら
六つの炉で構成されている。
７は反応管、８は反応管７の締付フランジであ
る。
る。
同図ｂは炉内の位置ｌと炉内温度Ｔの関係を示
すもので、l1に示す高温領域は900℃±0.3℃に制
約され、l2に示す低温領域では896℃に制御され
ている。
すもので、l1に示す高温領域は900℃±0.3℃に制
約され、l2に示す低温領域では896℃に制御され
ている。
第２図は第１図ａに示す反応管７に挿入される
薄膜形成用の治具を示すもので、Ａに示す部分が
成長炉１の高温領域炉２の範囲に設置され、Ｂに
示す部分が低温領域炉３の範囲に設置されること
になる。
薄膜形成用の治具を示すもので、Ａに示す部分が
成長炉１の高温領域炉２の範囲に設置され、Ｂに
示す部分が低温領域炉３の範囲に設置されること
になる。
図において９はGaAsの結晶基板で、この表面
に薄膜が形成される。１０はGa，Al，Asの溶解
する成長溶液、１１は成長溶液１０の流路でこの
付近には金属Gaが充満されている。１２は原料
結晶部で薄膜の原料となる角形のGaAsの多結晶
１３が数個納入されている。１４は混晶溶液部
で、この中には金属GaとAlが満されている。
に薄膜が形成される。１０はGa，Al，Asの溶解
する成長溶液、１１は成長溶液１０の流路でこの
付近には金属Gaが充満されている。１２は原料
結晶部で薄膜の原料となる角形のGaAsの多結晶
１３が数個納入されている。１４は混晶溶液部
で、この中には金属GaとAlが満されている。
１５はピストンで、往復運動により成長溶液１
０をＡ部の流路からＢ部の流路へと循環させる。
１６，１７はシヤツターで、シヤツター１６は成
長溶液１０の循環を開閉し、シヤツター１７は混
晶溶液部１４と成長溶液１０との境を開閉して混
晶溶液が成長溶液に混入する割合を調整する。１
８は基板９の支持部で、往復動作により基板９と
成長溶液１０との接触を調整するものである。
０をＡ部の流路からＢ部の流路へと循環させる。
１６，１７はシヤツターで、シヤツター１６は成
長溶液１０の循環を開閉し、シヤツター１７は混
晶溶液部１４と成長溶液１０との境を開閉して混
晶溶液が成長溶液に混入する割合を調整する。１
８は基板９の支持部で、往復動作により基板９と
成長溶液１０との接触を調整するものである。
この実施例では、上記の薄膜形成治具を反応管
７に封入し、第１図ｂに示すような温度分布が得
られるように、成長炉１の温度制御を行なう。
７に封入し、第１図ｂに示すような温度分布が得
られるように、成長炉１の温度制御を行なう。
必要な温度分布が得られたときピストン１５を
矢印Ｌの方向に推すと、成長溶液１０は流路１１
を通り時計方向に流動するが、このときシヤツタ
ー１６を矢印Ｒの方向に戻し、続いてピストン１
５をＲの方向に戻すと成長溶液１０は原料結晶部
１２を通つてGaAs多結晶１３を溶解しながらシ
ヤツタ１６の開口部Ｓを通つて元に戻る。
矢印Ｌの方向に推すと、成長溶液１０は流路１１
を通り時計方向に流動するが、このときシヤツタ
ー１６を矢印Ｒの方向に戻し、続いてピストン１
５をＲの方向に戻すと成長溶液１０は原料結晶部
１２を通つてGaAs多結晶１３を溶解しながらシ
ヤツタ１６の開口部Ｓを通つて元に戻る。
このような操作を繰返すことにより、成長溶液
１０は硫路１１を通つて治具内を循環するが、こ
の循環動作中流路１１に満されたGaおよび原料
結晶部１２のGaAsの溶解により流路１１には
GaAsが飽和状態まで溶解することになる。この
ときシヤツター１７を矢印Ｒの方向に戻せば混晶
溶液部１４と原料結晶部１２との間に流路ができ
るので混晶溶液部１４のAlを必要なだけ成長溶
液１０の中に混入することができる。
１０は硫路１１を通つて治具内を循環するが、こ
の循環動作中流路１１に満されたGaおよび原料
結晶部１２のGaAsの溶解により流路１１には
GaAsが飽和状態まで溶解することになる。この
ときシヤツター１７を矢印Ｒの方向に戻せば混晶
溶液部１４と原料結晶部１２との間に流路ができ
るので混晶溶液部１４のAlを必要なだけ成長溶
液１０の中に混入することができる。
このようにしてGaAlAsの飽和溶液が流路１１
を循環する状態に達したならば基板支持部１８を
矢印Ｒの方向に引き戻し基板９を成長溶液１０と
接触させる。この場合Ａ部の高温領域で900℃に
加熱された成長溶液１０はＢ部の低温領域で896
℃となる。すなわちこの成長溶液１０はＡ部とＢ
部とで温度差４℃の過飽和溶液となり、この過飽
和溶液により基板９にはGaAlAs層が急速に成長
することになる。
を循環する状態に達したならば基板支持部１８を
矢印Ｒの方向に引き戻し基板９を成長溶液１０と
接触させる。この場合Ａ部の高温領域で900℃に
加熱された成長溶液１０はＢ部の低温領域で896
℃となる。すなわちこの成長溶液１０はＡ部とＢ
部とで温度差４℃の過飽和溶液となり、この過飽
和溶液により基板９にはGaAlAs層が急速に成長
することになる。
この成長は一般にステツプクーリング（Step
cooling）による成長といわれ冷却速度Vdは次式
で与えられる。
cooling）による成長といわれ冷却速度Vdは次式
で与えられる。
Vd＝α・△・t-1/2 …(1)
ここにαは係数、△は過飽和度、ｔは成長時間
である。
である。
(1)式より冷却速度Vdは成長時間の経過に伴つ
て急激に低下するので成長が不安定となるが、本
実施例では成長溶液１０をピストン１５で循環さ
せ、温度差を4.0℃に保つたまま過飽和溶液を連
続して供給することができるので、膜厚を一定に
成長させることができる。このプロセスにおいて
成長溶液中のAlは急速に減少するが、これは混
晶溶液部１４よりAlを追加することにより添加
量を均一にすることができる。
て急激に低下するので成長が不安定となるが、本
実施例では成長溶液１０をピストン１５で循環さ
せ、温度差を4.0℃に保つたまま過飽和溶液を連
続して供給することができるので、膜厚を一定に
成長させることができる。このプロセスにおいて
成長溶液中のAlは急速に減少するが、これは混
晶溶液部１４よりAlを追加することにより添加
量を均一にすることができる。
基板９の膜厚が所定の値に達したならば基板支
持部１８をＬの方向に押し戻し基板９と成長溶液
１０を分離させ、薄膜の成長を停止させる。
持部１８をＬの方向に押し戻し基板９と成長溶液
１０を分離させ、薄膜の成長を停止させる。
このようにしてAlの混晶比が0.5で厚さが
200μmのGaAlAs膜を４時間で成長させることが
でき、高品質のエピタキシヤルウエハを得ること
ができる。
200μmのGaAlAs膜を４時間で成長させることが
でき、高品質のエピタキシヤルウエハを得ること
ができる。
またこの実施例では成長炉に水平炉を用いる場
合について説明したが、縦形の成長炉を用い、水
平炉の場合と同様に高温領域と低温領域とを設け
て成長溶液を循環させることにより、基板表面に
GaAlAs膜を成長させることができる。
合について説明したが、縦形の成長炉を用い、水
平炉の場合と同様に高温領域と低温領域とを設け
て成長溶液を循環させることにより、基板表面に
GaAlAs膜を成長させることができる。
なお、基板の処理枚数については１枚を処理す
る場合について説明したが、多数の基板を同時に
処理することも可能で、例えば第３図に示すよう
に基板１９を縦形にセツトすることにより、数十
枚の基板を一度に処理することが可能となる。
る場合について説明したが、多数の基板を同時に
処理することも可能で、例えば第３図に示すよう
に基板１９を縦形にセツトすることにより、数十
枚の基板を一度に処理することが可能となる。
以上、本実施例を用いることによりGaAlAs膜
の成長時間を大幅に短縮することができ、成長溶
液の循環によつてAlの添加量を膜厚に対して一
定とすることが可能となつた。
の成長時間を大幅に短縮することができ、成長溶
液の循環によつてAlの添加量を膜厚に対して一
定とすることが可能となつた。
［発明の効果］
本発明によれば、GaAlAs膜を短時間に成長さ
せ、膜厚に対してAl混晶比を一定とする液相エ
ピタキシヤル成長方法を提供することができる。
せ、膜厚に対してAl混晶比を一定とする液相エ
ピタキシヤル成長方法を提供することができる。
第１図は本発明の液相エピタキシヤル成長方法
に用いられるエピタキシヤル成長炉の一実施例の
説明図、第２図は同じく薄膜形成用治具の説明
図、第３図は基板多数処理時の説明図である。 １：成長炉、７：反応管、９：基板、１０：成
長溶液、１１：成長溶液流路、１２：原料結晶
部、１３：GaAs多結晶、１４：混晶溶液部、１
５：ピストン、１６，１７：シヤツター、１８：
基板支持部。
に用いられるエピタキシヤル成長炉の一実施例の
説明図、第２図は同じく薄膜形成用治具の説明
図、第３図は基板多数処理時の説明図である。 １：成長炉、７：反応管、９：基板、１０：成
長溶液、１１：成長溶液流路、１２：原料結晶
部、１３：GaAs多結晶、１４：混晶溶液部、１
５：ピストン、１６，１７：シヤツター、１８：
基板支持部。
Claims (1)
- １ エピタキシヤル成長炉に反応管を設置し、半
導体基板表面に化合物半導体の単結晶薄膜を成長
させる液相エピタキシヤル成長方法において、前
記反応管に薄膜形成治具を挿入し、該薄膜形成治
具に前記化合物の溶融した成長溶液の流路と前記
基板の支持部とを設け、該流路には前記薄膜の原
料となる化合物多結晶を収納する原料結晶部と、
該原料に混晶させる元素を収納する混晶溶液部と
を設け、前記成長溶液に前記原料多結晶と前記混
晶元素とを溶解させ、該溶解液をピストンおよび
シヤツターにより前記成長炉の高温領域より低温
領域に前記流路内を流動循環させ、該低温領域に
流動した前記溶解液に前記基板を接触させて化合
物半導体薄膜を形成させることを特徴とする液相
エピタキシヤル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29417586A JPS63147893A (ja) | 1986-12-10 | 1986-12-10 | 液相エピタキシヤル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29417586A JPS63147893A (ja) | 1986-12-10 | 1986-12-10 | 液相エピタキシヤル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63147893A JPS63147893A (ja) | 1988-06-20 |
| JPH0510314B2 true JPH0510314B2 (ja) | 1993-02-09 |
Family
ID=17804280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29417586A Granted JPS63147893A (ja) | 1986-12-10 | 1986-12-10 | 液相エピタキシヤル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63147893A (ja) |
-
1986
- 1986-12-10 JP JP29417586A patent/JPS63147893A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63147893A (ja) | 1988-06-20 |
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