JPH0538063Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は液相エピタキシヤル成長装置、特に多
数枚の半導体基板上に同時に多層エピタキシヤル
層を成長させる成長装置に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、−族化合物半導体レーザダイオー
ドや発光ダイオードなとの半導体素子のエピタキ
シヤル成長法として、水平にスライド板を配置し
たスライドボート法を用いた液相エピタキシヤル
成長法が採用されている。

ところで、このスライド式エピタキシヤル成長
法で多層エピタキシヤル層を形成するのは非常に
簡便なため研究や実験等の場合には有効となる
が、水平に倒した基板に溶液を接触させるので、
１回のエピタキシヤル成長工程によつて、１枚な
いし２枚程度の半導体基板しか処理できず量産に
は向かなかつた。

そこで、多数枚を同時処理する方法として、第
５図及び第６図に示す如く、基板保持装置１０内
の基板２を起立させて溶液３を重力により落下さ
せる方法が考えられた。第５図のものは１枚の仕
上板４を引いて溶液３を落下させ、所定時間後溶
液３を装置外に取り出すようにしたものである。
第６図のものは第４図のものを改良したものであ
り、上方の仕切板５を押して溶液３を落下させ、
所定時間後、今度は下方の仕切板５を押して溶液
３を基板２から分離させるようにしたものであ
る。

しかし、上述した第５図及び第６図のものは、
確かに同時に多数枚エピタキシヤル成長させるこ
とができるが、溶液溜が１つしかないので、１回
のエピタキシヤル成長工程では単層しか成長させ
ることができないという欠点があつた。

この欠点を解消したのが特開昭59−189621号公
報に示された押し上げ式と呼ばれるものであり、
第５図及び第６図のものはこれに対して重力落下
方式と呼ばれる。押し上げ方式は第７図及び第８
図に示す如く、ピストン７によつて容積が変化す
る溶液溜め８を下部ボート９の長手方向に複数個
設けると共に、基板保持装置１０とダミー用の空
所１１とを形成した上部ボート１２を下部ボート
９上にスライド自在に設けて、上部ボート１２の
スライドにより基板保持装置１０を各溶液溜め８
上に順次位置決めし、その位置決めの度にピスト
ン７の操作により、溶液１３を押し上げ、そして
降下させ、元の溶液溜めに戻して基板２に多層成
長させるようになつている。

しかし、この押し上げ方式は溶液溜め１３の増
加や上部ボート１２における基板保持装置１０の
位置、形状を工夫することにより、エピタキシヤ
ル成長層数または基板保持枚数を任意に変えるこ
とができるという利点があるものの、溶液交換時
に前の溶液が基板についたまま次の溶液と接触し
てしまつたり、その操作にかなりな熟練を要する
という欠点があることがわかつた。

［考案が解決しようとする課題］ 上記したように従来の押し上げ方式では、メル
トカツトを重力による滴下のみに頼つているた
め、次の溶液溜めに移る際、基板結晶に前の溶液
が接触したまま残つていたり、メルトカツトのた
めの操作にかなりな熟練を要するという欠点があ
つた。

本発明の目的は水平に倒していたスライドボー
ト法による基板結晶を起立させることによつて、
前記した従来技術の欠点を解消し、溶液の残渣量
を著しく少なくしして良質の多層エピタキシヤル
層を同時に多数枚成長させることができると共
に、操作性が容易な液相エピタキシヤル成長装置
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本考案は、成長容器内に設けた複数の原料溶液
保持槽中を、基板結晶が貫通移動して各溶液保持
層の溶液と接触し、結晶表面に単結晶を多層に成
長させる液相エピタキシヤル成長装置を基本構成
に持つ。

この構成において、基板結晶を貫通移動させる
スライダを起立して設け、このスライダの側面に
基板結晶が支持固定される。そして、成長容器内
に、基板を支持固定しスライダの移動を許容する
狭隘なスライド溝が、複数の原料溶液保持槽を連
通するように設けられる。

［作用］ スライダを起立させて配置すると、倒伏させた
場合と異なり、スライダの両側面に基板結晶が支
持固定できることになる。

また、次の溶液保持槽に移るときには、狭隘な
スライド溝を通るので、基板結晶に、前の溶液が
付着していてもスライド溝を通る際に落される。
したがつて、溶液交換時に前の溶液が基板につい
たまま次の溶液と接触することがない。

［実施例］ 本考案の実施例を第１図〜第４図を用いて説明
する。

ここでは、押上げ方式を採用した装置について
述べるが、本考案は、重力落下式の装置にも適用
可能である。

第１図に示すように、成長容器２０は上部と下
部に二分される。

上部には複数の原料溶液保持槽２１が長手方向
に間隔を開けて設けられている。溶液保持槽２１
の数は、図示例では３個であるが、これに限定さ
れるものではなく、液の容量に応じて装置全体を
設計することにより、その限度において４個でも
５個にでも増加させることは可能である。これら
溶液保持槽２１中を基板結晶２が貫通移動するた
めのスライダ１は、特に起立して配置される。基
板結晶２は起立したスライダ１の側面に支持固定
される。この場合、側面に凹所を設けて、この凹
所に基板結晶２を収納し、側面と基板結晶２とが
面一になるようにしてもよい。このスライダ１は
スライダ固定板２２に固定される。スライダ固定
板２２は、各溶液保持槽２１の底部を構成するよ
うに、成長容器２０の上下部の境に容器長手方向
にスライド自在に設けられる。

スライド操作は図示例のものでは、操作棒２３
による手引操作又は押出し操作によつているが、
オートローダを設置して自動的に操作棒２３を操
作するようにしてもよい。

また、成長容器２０の下部には、上部の各溶液
保持槽２１に原料溶液３を供給するために、原料
ないし溶液を溜めておくシリンダ２４が、溶液保
持槽２１の個数に合わせて直列に設けられてい
る。各シリンダ２４には、操作棒を兼ねた共通の
ピストンロツド２５に連結されたピストン７が嵌
めまれ、ピストンロツド７を押すことにより、シ
リンダ２４内にある溶液をピストン７で溶液保持
槽２１に押し上げる。この状態でピストンロツド
２５を係止することで、ピストン７を固定し、溶
液３が逆戻りしないようにする。

第１図の−線断面図である第２図に示すよ
うに、スライダ固定板２２は、成長容器２０の上
下部の境に設けた溝に嵌め込むことによつてスラ
イドできるようにしてあり、スライダ固定板２２
上には３枚のスライダ１が平行に設置してある。
また、ピストン７により溶液保持槽２１に押し上
げられる溶液３は、シリンダ２４と溶液保持槽２
１とを側方で連通する連通孔１４を通すようにし
てある。なお、連通孔１４の代わりに、特開昭62
−30692号公報に記載した仕切板を成長容器２０
の上下部の境にスライド自在に設けてもよい。こ
の場合、スライダ固定板２２には溶液通過用の孔
を形成しておく必要がある。

第１図の平面図である第３図に示すように、基
板結晶２を支持固定したスライダ１の移動を許容
する狭隘なスライド溝２６が３本成長容器２０内
に設けられる。この狭隘なスライド溝２６の幅
は、スライダ１の厚さと、これの両側面に支持固
定した２枚の基板結晶２の厚さとを加えた合計の
厚みより、若干大きい程度である。もつとも、ス
ライダ１の側面に凹所を設けてこの凹所に基板２
を収納する場合では、スライダ１の厚みより、若
干大きいだけで足りる。原料溶液３は、ぬれ性が
悪いため、スライダ１ないし基板結晶２と狭隘な
スライド溝２６との微小隙間に侵入することはな
い。なお、スライダ固定板２２のスライドのため
にも同様にスライド溝が設けられていることは既
述した通りである。また、特に溶液保持槽２１間
のスライド溝２６には図示しないが、スライダ１
や基板結晶２に付着する溶液をカツトする溶液切
りが設けられる。

さて、上記のような構成において、第４図に示
すように、はじめ基板結晶２は溶液３に対し分離
された位置に来るように、スライダ固定板２２を
成長容器２０の奥まで押し込んでおく。また、溶
液３となる原料が成長容器２０の下部の各シリン
ダ２４に在るようにピストンロツド２５を引い
て、ピストン７を後退させておく。この状態で所
定の温度まで昇温してシリンダ２４内の原料を融
かして飽和した溶液３を形成する。

次いで、ピストンロツド２５を押し込んでピス
トン７を前進させることによつて、溶液３を成長
容器２０の上部の各溶液保持槽２１に押し上げ、
保持する。そして、この押し上げられた飽和溶液
を一定の冷却速度で冷却する。一定温度、例えば
5degとか10deg降温したら成長容器２０の奥にあ
る第１の溶液３の位置まで基板結晶２が移動する
ようにスライダ固定板２２を引いてスライダ１を
移動する（第１図）。一定時間成長を行つた後、
次に真中にある第２の組成の溶液３まで基板結晶
２を移動させる。このとき、スライダ１および基
板結晶２はそれぞれ溶液保持槽２１間のスライド
溝２６に設置した溶液切りの間を通過する際、ス
ライド溝の間隔がせまいため、表面張力により丸
まろうとする溶液を掻き落とす。第１溶液を掻き
落とされ表面がきれいになつた基板結晶の成長層
の上に第２の溶液がおおい、降温する温度差によ
り新たに成長層が形成させる。同様にして手前に
ある第３の組成の溶液により第３層目の成長も行
われる。

次に、上述した装置を用いてGaAs／GaAlAs
系のエピタキシヤル層を成長させた場合の具体例
を述べるが、InP／InGaAs系、その他液相成長
法により成長可能なエピタキシヤル層にも適用で
きる。

第１図に示す成長容器２０をグラフアイト製で
形成し、その大きさをスライド方向長さ50cm、横
幅12cm、高さ12cmとし、３枚から成るスライダ１
に表裏２枚ずつの45mm×40mm×0.4mmのＰ型GaAs
基板結晶２を装着した。第１の溶液溜めであるシ
リンダ２４にはGaAs20ｇ、アルミニウム0.5ｇ、
Ga200ｇ、亜鉛２ｇ、第２のシリンダには
GaAs15ｇ、アルミニウム２ｇ、Ga200ｇ、テル
ル100mg、第３のシリンダにはGaAs15ｇ、アル
ミニウム１ｇ、Ga200ｇ、テルル１ｇをそれぞれ
秤量添加した。しかる後に容器２０を液相結晶成
長炉に入れ、水素を流しながら800℃まで昇温し、
800℃で３時間放置後、ピストンロツド２５を操
作し、溶液を溶液保持槽２１に移した。次に２
℃／分の一定速度で炉の降温を開始した。

降温開始してから５℃下がつたところで、まず
スライダ固定板２２を移動させ基板結晶２と第１
の溶液とを接触させ20分放置した。20分間経過後
再びスライダ固定板２２を移動させ、基板結晶２
を第２の溶液保持槽２１まで移動した。ここで８
分成長後第３の溶液保持槽２１と接触させ、１分
後さらにスライダ固定板２２を移動しメルトオフ
した。

炉を冷却してから基板結晶２を取り出し評価し
たところ、基板結晶の周縁部約２mmの厚さが不均
一となるものの、それ以外の部分はほぼ均一な成
長層が得られた。この結晶を使用して発光ダイオ
ードを試作したとこころ、ほぼ通常のスライドボ
ート法による発光ダイオードと同程度の光出力が
得られた。

以上述べたように本実施例によればスライダを
縦にすることによりスライダ両側に基板を設置で
きるため容積当りの基板枚数収容能力を増すこと
ができる。また、溶液切りを取り付けることが可
能なので、良質の多層エピタキシヤル結晶を得る
ことができる。更に熟練を必要とせず誰でも容易
に操作できる上、量産が容易になり低価格化並び
に、原料の再利用も可能である。

［考案の効果］ 本考案によれば次の効果を発揮する。

(1) スライダを起立させたことにより、スライダ
の両側面に基板結晶を支持固定できるので、結
晶成長炉の単位長さ当りの基板結晶収容能力を
増すことができる。

(2) 基板結晶を支持固定したスライダが狭隘なス
ライド溝を通ることにより、基板結晶に付着し
た残渣溶液がカツトされるので、溶液間の接触
がなくなり、その結果成長界面が急峻な多層エ
ピタキシヤル層を形成することができる。

(3) スライダを移動させるだけで残渣溶液がカツ
トできるので、熟練を必要とせず操作が容易と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は押上げ方式を採用した本考案に係る液
相エピタキシヤル成長装置の一実施例を示す横断
面図、第２図は第１図の−線断面図、第３図
は第１図の−線断面図、第４図は第１図に示
す溶液が押し上げられる前の状態を示す説明図、
第５図〜第６図は重力落下方式の従来の液相エピ
タキシヤル成長装置例をそれぞれ示す正面断面
図、第７図は押上げ方式の従来の液相エピタキシ
ヤル成長装置例を示す正面断面図、第８図は第７
図の−線断面図である。 図中、１はスライダ、２は基板結晶、３は溶
液、２０は成長容器、２１は溶液保持槽、２６は
スライド溝である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 成長容器内に設けた複数の原料溶液保持槽中
   を、基板結晶が貫通移動して各溶液保持槽の溶液
   と接触し、結晶表面に単結晶を多層に成長させる
   液相エピタキシヤル成長装置において、基板結晶
   を貫通移動させるスライダを起立して設置すると
   共に、このスライダの側面に基板結晶を支持固定
   し、且つ基板結晶を支持固定したスライダの移動
   を許容する狭隘なスライド溝を上記成長容器内に
   設けたことを特徴とする液相エピタキシヤル成長
   装置。