JPH0566352B2 - - Google Patents

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JPH0566352B2
JPH0566352B2 JP60146791A JP14679185A JPH0566352B2 JP H0566352 B2 JPH0566352 B2 JP H0566352B2 JP 60146791 A JP60146791 A JP 60146791A JP 14679185 A JP14679185 A JP 14679185A JP H0566352 B2 JPH0566352 B2 JP H0566352B2
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Tsunehiro Unno
Mineo Wajima
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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  • 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] 本発明はスライドボートを用いた多層の液相エ
ピタキシヤル成長法に係り、特に薄い層と厚い層
とを積層順序に関係なく基板上に制御よく成長さ
せる方法に関するもので、薄い層と厚い層との多
層構造を有するSBD(シヨツトキーバリアダイオ
ード)やLD(レーザーダイオード)の製造工程な
どに適用すればその製作が非常に容易となる。
[従来の技術] 化合物半導体のエピタキシヤルウエハは通常多
層構造をしているが、その多層構造を得るための
手段として液相エピタキシヤル成長法の1つであ
るスライドボート法が一般的に用いられている。
このスライドボート法は第4図に示す如く、基
板10をスライダ11ごとスライドさせて、溶液
収容部12に形成した成長溶液溜め13a,13
bの成長溶液14a,14bと順次接触させるよ
うに構成した装置を炉内に挿入して用いる。
作業順序としては、先ず第4図の状態で炉内を
成長温度まで昇温する。次に第5図に示すよう
に、時間hで徐冷降温を始め、時間iで基板10
をスライドさせて第1の成長用溶液14aの下に
移動し、第1層目の成長を開始する。第1層目の
成長を終了する時間jで再び基板10をスライド
させ第2の成長用溶液14bの下に移動し第2層
目の成長を開始する。そして時間Rになつたら基
板10をスライドさせて成長を終了する。
[発明が解決しようとする問題点] ところが、上述した従来の方法では、第1層目
の膜厚を厚く成長させ、第2層目のそれを薄く成
長させようとする場合、第1層目の成長時間とな
るiからjまでの時間が勢い長くなるため第2層
目の成長溶液の過冷却度ΔT2が第1層の過冷却度
ΔT1よりはるかに大きくなつてしまう。過冷却度
ΔT2が大きくなると、基板10を第2層目の成長
用溶液14bに接触させた際に、大幅な相の転移
がおこるため成長速度が速く厚い結晶膜が短時間
で成長してしまう。したがつて、結晶膜厚の制御
が非常に難しく、0.1〜0.3μm程度の薄いエピタ
キシヤル層を面内均一性を保ち、且つ、再現性良
く成長させることができなかつた。
ところで、徐冷降温しても第2層目の過冷却度
を大きくしないためには、成長用溶液を使う際
に、溶媒と溶質の量を高精度で秤量して基板との
接触時に適正な過冷却度を得る方法がある。即
ち、薄い層を形成する成長用溶液にあつては、徐
冷降温時の第2層目成長開始時間(第5図の時間
j)における温度で、僅かに過冷却になるよう
に、その溶媒に対する溶質の量を秤量しておくの
である。
しかしこの方法では、高精度の秤量が要求され
るため測定が非常に困難であり、しかも温度の絶
対値を正しく制御する必要もあるため再現性良く
実施することが困難であつた。
[発明の目的] 本発明の目的は、上記従来の問題点を除去し
て、高精度の秤量を必要とすることなく、成長用
溶液の過冷却度を正確且つ容易に制御でき、厚い
槽と薄い槽とが積層した多層エピタキシヤル層を
同一基板上に均一性及び再現性良く成長させ得、
しかも積層順序に関係なくこれらの成長を可能と
する液相エピタキシヤル成長法を提供することで
ある。
[発明の概要] 上記目的に沿う本発明は、分配方式を用いるス
ライドボート法において、各成長用溶液を分配溶
液溜めに分配する際に、それぞれ異なつた温度で
分配するようにしたものである。
これを実施例に対応する第1図〜第2図に基づ
いて説明する。
最初にスライドボート装置1の成長用溶液溜め
3a,3b内にそれぞれ溶媒とこれに対して過剰
気味の溶質とを入れる。ここで過剰気味とは、後
述する各所定温度で成長用溶液6a,6bが飽和
溶液になるために十分な量という意味である。
次に、本装置1を炉内に挿入して昇温して行
き、1の所定温度T1になるとこの温度を保持し、
1の溶媒中に溶質を飽和するまで溶かし(第1図
a)、その後、溶媒から遊離している過剰な溶質
分を除いた飽和成長溶液6bを1の分配用溶液溜
め4b内に移送する(第1図b)。
この移送後、更に昇温して行き、他の1の所定
温度T2になるとこの温度を保持し、他の1の溶
媒中に溶質を飽和するまで溶かした後、溶媒から
遊離している過剰な溶質分を除いた飽和成長溶液
6aを他の1の分配用溶液溜め4a内に移送する
(第2図c)。ここで、この移送された他の1の分
配用溶液は飽和溶液となつているが、既に移送済
みの1の分配溶液は成長用溶液溜め3bの成長用
溶液6bから断たれており、溶媒中に溶解すべく
溶質の供給が得られないため未飽和溶液となる。
このように移送操作を各成長溶液ごとに異なる
温度下で行ない移送操作を終了する(第1図d)。
これら移送操作終了後昇温した温度を徐冷降温
して行き他の1の所定温度T2から所定の過冷却
度ΔT1分落ちた温度になると、他の1の分配用溶
液溜め4aの下に基板7をスライドし溶液と接触
させて基板7上にエピタキシヤル層を成長する。
接触時間を長くすると厚い層が形成され、時間が
短いと薄い層が形成される。
所定膜厚が形成されると、再び基板7をスライ
ドして1の分配用溶液溜め4b下に移動し、基板
7上に次層のエピタキシヤル層を成長する。ここ
でも、接触時間の長短により層厚が変わる。
このように各溶液の下を順次基板をスライドさ
せて各溶液と接触させることにより、多層のエピ
タキシヤル層が同一基板上に成長する。
従つて、各成長溶液との接触時間を任意に設定
することにより各層厚が任意の多層エピタキシヤ
ル層を成長させることができる。この場合におい
て本工程では、従来のように遊離した溶質がある
限り温度が上昇しても成長用溶液が飽和状態を維
持するものと異なり、成長用溶液溜めから分配用
溶液溜めに所定温度下で飽和した成長用溶液を一
旦移し変え、溶質の供給を断つようにし、所定温
度を超えると成長用溶液が未飽和状態となるよう
にしたことにより、例えば、第1層目の膜厚を厚
く成長させたために第2層目の成長開始温度が低
くなり過ぎても、第2層目の成長用溶液の飽和温
度を低く保てるので、その過冷却度が大きくなる
ことがない。
また溶媒に対して過剰気味に溶質を入れておけ
ばよいので、従来のように溶媒と溶質の量を高精
度で秤量する必要も、温度の絶対値を正しく制御
する必要もない。
本発明は、GaAsを含む−族化合物半導体
及びGaAlAsなどの混晶化合物半導体、更には
−族化合物とその混晶などの液相エピタキシヤ
ル成長に適用できる。
[実施例] 本発明の実施例を第1図〜第3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スライド
ボート装置1を示す。
2は成長用溶液溜め3a,3bを有する成長用
溶液ホルダであり、分配用溶液溜め4a,4bを
有する分配用溶液ホルダ5上にスライド自在に設
けられ、そのスライド量により各成長用溶液溜め
内の成長用溶液6a,6bを分配用溶液溜め4
a,4bにそれぞれ別個に移送するようになつて
いる。
分配用溶液ホルダ5の下部には、基板7を保持
するスライダ8が設けられ、このスライダ8はボ
ート9上にスライド自在に設けられ、そのスライ
ドにより順次基板を分配溶液溜め4a,4b内の
成長用溶液と接触するよう構成されている。
さて上記にような構成における作業順序につい
て説明する。
最初に、スライダ8に基板7をセツトし、第
1、第2の成長用溶液溜め3a,3bに1層目
(厚膜)と2層目(薄膜)の原料となる成長用溶
液6a,6bを入れる。各成長用溶液は溶媒と溶
質とから成り、後述する各成長温度T1,T2下で
飽和溶液となるに十分な量の溶質が溶媒に対して
セツトされる。このようにして第1図aの状態に
セツトされたスライドボート装置1を図示しない
反応炉内に挿入する。
次に、スライドボート装置1を挿入した炉を第
2図に示す如く、第1の成長温度T1まで昇温し、
その温度を時間aからbまで保持する。第1の成
長温度T1において、各成長用溶液、特に2層目
の成長用溶液となる溶媒中に溶質を飽和するまで
溶かす。溶質が過剰気味に入れてあるので非溶解
の遊離溶質が存在することになるが、この遊離溶
質は成長用溶液6bの上層に溜り、下層には遊離
溶質は存在しない。ここで成長用溶液ホルダ2を
スライドして2層目の飽和した成長用溶液6bを
第2の成長用溶液溜め3bから第2の分配用溶液
溜め4bに移送する(第1図b)、この移送は成
長用溶液6bの下層について行なわれるので、第
2の分配用溶液溜め4bには遊離している過剰溶
質分が除かれた飽和溶液に入ることになる。
このように2層目の成長用溶液6bの移送後、
第1図cに示すように、更に成長用溶液ホルダ2
をスライドして、第2の分配用溶液溜め4bと第
2の成長用溶液溜め3bとの連通を断つ一方、第
1の成長用溶液溜め3aと第1の分配用溶液溜め
4aを連通させ、しかる後、炉の温度を第2の成
長温度T2まで昇温し、この温度を時間cからd
まで保持する。第2の成長温度T2に保持するこ
とにより、この温度下で1層目の成長用溶液6a
を飽和溶液とし、遊離溶質のない飽和溶液を第1
の分配用溶液溜め4a内に移送する。このとき、
第2の分配用溶液溜め4b内に閉じ込められた2
層目の成長用溶液6bは新たに溶解すべき溶質の
供給が断たれているため、未飽和状態となる。成
長用溶液ホルダ2を更にスライドして、1層目と
2層目の溶液の移送分配操作を終了する(第1図
d)。
そして、これらの移送分配操作を終了後所定の
温度勾配で第2の成長温度T2を徐冷降温する。
分配用溶液溜め4a内の成長用溶液6a温度が第
2の成長温度T2よりも幾分降下してΔT1だけ過
冷却状態となる時間eで、スライダ8をスライド
させ1層目の成長用溶液6aと基板7を接触させ
る。時間eからfの長い間、この接触を保つて比
較的厚い第1層目のエピタキシヤル層を基板7上
に成長させる。
所定厚さのエピタキシヤル層の成長が終了する
時間fになると、再びスライダ8をスライドさせ
今度は2層目の成長用溶液6bと基板7を接触さ
せる。この時間fでは、2層目の成長用溶液温度
は、第2の成長温度T2から見ればこれよりも
ΔT3だけ落ちた非常に低い温度となつているが、
第1の成長温度T1から見れば、僅かな大きさの
過冷却度ΔT2分だけ落ちているに過ぎない。
すなわち、第2の分配溶液溜め4b内に閉じ込
められた2層目の成長用溶液6bは、閉じ込めら
れているがゆえに第1の成長温度T1で飽和し、
これよりも高いと未飽和となり、またこれよりも
低いと過飽和となるので、第1の成長温度T1
りも高い第2の成長温度T2からΔT3という大き
な温度降下があつても、その過冷却度ΔT2(=T1
−T3)は僅かである。したがつて、基板7を時
間fで接触させても成長速度が遅く、薄いエピタ
キシヤル層の成長が可能となる。時間fからgの
短い間、この接触時間を保つて、きわめて薄い第
2層目のエピタキシヤル層を基板7上に成長させ
る。
かくして第3図に示すように第1層目が10〜
20μmの厚いエピタキシヤル層を成長させた場合
でも、ΔT2を2〜3℃程度に設定することにより
0.3μmの薄いエピキシヤル層21を均一性と再現
性良く成長させることができる。半導体LDなど
のように、数μm成長させた後に、0.05μmのよ
うな薄い層を成長させる場合に、特に有効であ
る。
このように本実施例によれば、第1層目を厚く
した場合であつても第2層目の溶液の過冷却度を
小さくできるため、第2層目の成長速度が速くな
つたり、厚い結晶膜が短時間で成長してしまつた
りするということも、結晶膜厚の制御が難しいと
いうこともない。また基板との接触液を、遊離溶
質が残存している成長用溶液溜め内の溶液と断つ
ようにしたため、遊離溶質が接触液中に残存しな
いように高精度の秤量をしたり、測定が困難にな
つたりするということも、また温度の絶対値を正
しく制御する必要もない。
なお、上記実施例では、厚い層の上に薄い層を
成長させる場合について述べたが、徐冷降温を2
回繰り返せば、先に薄い層を成長させる場合にも
適用でき、また成長用溶液溜め等も2つに限定さ
れるものではなく、3つ以上の場合にも適用でき
る。
[発明の効果] 以上要するに本発明によれば次のうよな優れた
効果を発揮する。
(1) 各成長用溶液の移送分配を異なる温度で行な
うようにしたことにより、同一温度で分配する
従来のものと異なつて、飽和状態を維持する温
度が各成長用溶液で別個に設定し得るので、こ
れらの設定温度間の幅を任意に決めれば、厚い
層と薄い層との積層順序に関係なく、成長用溶
液の過冷却度を適切に取ることができる。した
がつて、厚い層と薄い層との積層構造を有する
エピタキシヤル層を均一性と再現性良く成長さ
せることができる。
(2) 飽和後溶媒から遊離している過剰溶質分を除
いた飽和成長溶液を分配用溶液溜め内に移送す
るようにしたことにより、従来のような溶媒、
溶質の高精度の秤量を必要とせず、溶媒に対し
て過剰気味の溶質を入れるという大雑把な秤量
でよいので、作業がきわめて容易となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の工程図、第2図は
第1図の工程における炉の昇温、徐冷降温と時間
との関係の一例を示す線図、第3図は本発明によ
り得られる基板上のエピタキシヤル成長層の膜厚
を説明する概略説明図、第4図は従来例の液相エ
ピタキシヤル成長装置の断面図、第5図は同じく
炉温度と時間との関係を示す線図である。 図中、3a,3bは成長用溶液溜め、4a,4
bは分配用溶液溜め、6a,6bは成長用溶液、
7は基板である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 成長用溶液ホルダの複数の成長用溶液溜にそ
    れぞれ収容された各飽和溶液の一部を分配用溶液
    ホルダの各分配溶液溜に分配し、これら分配され
    た各溶液に基板を順次接触させて基板上に多層の
    エピタキシヤル成長層を積層する液相エピタキシ
    ヤル成長法において、上記複数の成長用溶液溜に
    それぞれ溶媒と過剰気味の溶質とを入れた後、炉
    内の昇温を開始し、その昇温途中において、各成
    長用溶液溜内の溶液ごとに異なる各所定温度にな
    る度に所定時間そのままの炉内温度に保持して、
    その温度下で、対応する成長用溶液溜内の溶液か
    ら遊離している過剰溶質分を除いた飽和溶液を分
    配溶液溜に分配する操作を行い、全ての分配操作
    が終了した後炉内を徐冷降温し、各分配操作時の
    温度から所定の温度分落ちた温度になるごとに、
    各分配溶液溜の下に基板を移動させて順次各溶液
    に接触させることを特徴とする液相エピタキシヤ
    ル成長法。
JP14679185A 1985-07-05 1985-07-05 液相エピタキシヤル成長法 Granted JPS627697A (ja)

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JPS627697A JPS627697A (ja) 1987-01-14
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS589794B2 (ja) * 1979-05-16 1983-02-22 富士通株式会社 半導体の液相多層薄膜成長法および成長装置

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JPS627697A (ja) 1987-01-14

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