JPH06291068A - 液相エピタキシャル成長方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発光ダイオ−ド等に用いて好適な液相エピタ
キシャル結晶を得る。 【構成】 固定板１３上に、第２スライダ１２及び第１
スライダ１１を互いに摺動可能に順次積層したスライデ
ィングボ−トを用いて基板上に液相エピタキシャル成長
を行わせる方法であり、第１スライダ１１に設けたメル
ト溜１４，１５，１６から溶液１７，１８，１９を順次
落下させて、第２スライダ１２に設けた溜部２１ａ，２
１ｂ，２１ｃに流し込み、これら溜部に流し込まれた成
長溶液を、固定板１３の凹部２４に収納された基板２５
に、８０％以上の析出効率の厚さで順次成長させるよう
にする。これにより均一な成長層の結晶を得ることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオ−ド及び半
導体レ−ザ等の液相エピタキシャル層形成のための液相
エピタキシャル成長方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来一般に使用されている液相
エピタキシャル成長を行わせるためのスライデングボ−
トの一例を示す概略断面図である。１は溶液収容体、２
は各収容部３に収容されたメルト（溶液）、４は矢印方
向に移動可能なスライダ、５は結晶成長用の均一な厚さ
の基板６を収容した凹部である。この成長方法は、８０
０℃で高温保持後、0.2 ℃／ｍｉｎの冷却速度で平衡冷
却を行いながらスライダ４を結晶成長基板６と各溶液と
対応する位置に移動させて成長を行わせるようにしてい
るものである。ところが、このような方法で行う場合、
幾層かの成長過程で、全体的に不均一な成長層が出来上
がってしまう。特に、基板端部が厚く成長してしまう傾
向にあり、結晶層の成長過程や成長基板の加工時に種々
の弊害をもたらしてしまうものであった。

【０００３】これを是正するために、基板６を図３
（Ａ）に示すように厚く成長してしまう箇所に、予め段
部６ａを形成したり、図３（Ｂ）に示すように傾斜部６
ｂを形成して、成長層の表面を平面状にするようにした
ものがある。図４（Ａ）は、図３（Ａ）に示した形状の
基板６によって成長を行わせた時のの成長結果を示す
図、図４（Ｂ）は図３（Ｂ）に対応した図面である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記図３
（Ａ），図３（Ｂ）に示す形状の基板６を用いても、そ
れらの段部６ａや傾斜部６ｂに溶液が残り、この上面に
成長を行わせる溶液と混ざってしまい、この周辺部分の
結晶組成が混在してしまう。また、スライダ４を摺動さ
せる際、溶液中で形成された微結晶がスライドの際、そ
の一部が基板上に到着して溶液残りが生じてしまうとい
う問題点がある。そこで、本発明はこのような問題点を
除去した液相エピタキシャル成長方法を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記問題点に鑑
みてなされたものであり、以下の方法を提供しようとい
うものである。即ち、結晶成長用溶液をスライディング
ボ−トを用いて基板上に成長させる液相エピタキシャル
成長方法において、前記結晶成長用溶液を前記基板上に
８０％以上の析出効率の厚さで成長を行わせるようにし
たことを特徴とする液相エピタキシャル成長方法。

【０００６】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
つき説明する。図１（Ａ）〜（Ｅ）はスライデングボ−
トによってダブルヘテロ構造ＧａＡｌＡｓ赤外発光ダイ
オ−ド用結晶を得るための工程図である。スライデング
ボ−トは、グラファイト製で、第１スライダ１１、第２
スライダ１２及び固定板１３から成る３層構造である。
固定板１３には基板結晶を固定するための凹部２４が穿
たれ、その深さは0.8ｍｍとされており、その底部には
基板２５が収納されるようになっている。固定板１３上
には摺動可能に前記第２スライダ１２が設けられ、メル
ト（溶液）落下用の細い垂直通路２０ａ，２０ｂ，２０
ｃと、これの直角方向に連通する溜部２１ａ，２１ｂ，
２１ｃとが、ちょうど断面Ｌ字形状を呈するようにそれ
ぞれ３箇所設けられている。これら溜部２１ａ，２１
ｂ，２１ｃの高さは、それぞれ３ｍｍ、１ｍｍ及び３ｍ
ｍとされ、ここに溜められる成長メルトを基板２５上に
８０％以上の析出効率で成長を行わせるようにするため
の高さとしてある。

【０００７】そして、第２スライダ１２の上面側には、
この第２スライダ１２と摺動可能なように第１スライダ
１１が設けられ、Ｇａ，多結晶ＧａＡｓ，Ａｌ及びド−
パントを収納するためのメルト溜１４，１５，１６が夫
々設けられ、これらの形状は成長時に余剰な多結晶が各
溜部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ内の成長メルトに落下しな
いようにロ−ト状に絞り込まれた形状となっている。

【０００８】このような構成のスライデングボ−トによ
って、例えば、ｎクラッド層 Ｇａ_0.3 Ａｌ_0.7 Ａｓ／
Ｐ活性層Ｇａ_0.97Ａｌ_0.03Ａｓ／Ｐクラッド層Ｇａ_0.3
Ａｌ_0.7 Ａｓの成長を行なわせる工程につき、以下図面
にしたがって説明する。成長厚は、発光効率を上げるた
めに基板除去を行う必要があるので、厚く成長させるこ
とが要求される。しかし、無限に成長厚を厚くできな
い。成長層の厚さは、加工に耐える強度があればよく、
その全厚が１２０μｍ程度あれば耐えられることが経験
的に分かっているので、この厚さを得るように成長を行
わせればよいことになる。従って、このことを考慮して
成長を行わせる必要がある。

【０００９】第１スライダ１１のメルト溜１４，１５，
１６には、Ａｌの混晶比がそれぞれ0.7 、0.03及び0.7
となるように入れ、メルト溜１４，１５には所定のＰ型
キャリア濃度が、メルト溜１６には所定のＮ型キャリア
濃度が得られるように適当量のＺｎ，Ｔｅを入れる。そ
して、凹部２４に３００μｍ厚のＰ型ＧａＡｓ基板２５
をセットする。このようにセットしたボ−トを図示しな
い反応管に導入する。真空引きしてからＨ₂ 還元雰囲気
ガスを３１／ｍｉｎ流量で流す。次に９００℃まで昇温
後、２時間均熱保持する（図１（Ａ））。

【００１０】第２スライダ１２の通路２０ａに第１スラ
イダ１１のメルト溜１４のメルト孔を重ね溜部２１ａに
メルト１７を流し込む。更に第１スライダ１１を図１
（Ａ）上右方に引き、メルト溜１４に入ったメルト１７
と切り離す。この時、メルト溜１５，１６のメルト孔が
垂直通路２０ｂ，２０ｃと対向しないようにする（図１
（Ｂ））。

【００１１】３〜５℃降下させた後、第１，２スライダ
共もに図面上左方向に移動し、溜部２１ａ内の成長メル
ト１７を基板２５上に乗せる（図１（Ｃ））。

【００１２】冷却速度０．１℃／ｍｉｎで８００℃まで
冷却し、第１層目の成長を行なわせる。第１スライダ１
１を右方向に移動し、メルト溜１５，１６を第２スライ
ダ１２の垂直通路２０ｂ，２０ｃ上に重ねメルト１８，
１９を溜部２１ｂ，２１ｃに流す。そして、更に第１ス
ライダ１１を右方向に移動して溜部２１ｂ，２１ｃに入
ったメルト１８，１９とそれぞれ切り離す（図１
（Ｄ））。

【００１３】この後、第１，２スライダとを一体的に左
方向に移動し、メルト１８，１９を順次基板２５上に移
動させ、第２，３層の成長を行わせる。７５０℃になっ
たら、更に第１，２スライダとを左方向に移動し、基板
２５上からメルトを除去し室温まで冷やす（図１
（Ｅ））。

【００１４】このようにして、成長した表面層にはメル
ト残りは全くなく組成均一な良好な結晶層が得られた。
また、Ｐクラッド層、Ｐ活性層及びｎクラッド層の厚さ
は、夫々１２５μｍ、o.2 μｍ及び１０μｍであった。
基板端部の成長厚は、２５０μｍと厚くなったが基板凹
部２４が0.8 ｍｍと深く、第２スライダ１２が摺動の
際、端部の異常成長部にぶつかったり、その破片が基板
上に残ったり、或は、成長層をキズつけたりするような
ことはない。また、基板凹部２４が深くてメルトが成長
面全体に残ったりもしない。これは、前述したように溜
部２１ａ，２１ｂ，２１ｃの高を、それぞれ３ｍｍ、１
ｍｍ及び３ｍｍとし、成長メルトを基板２５上に８０％
以上の析出効率で成長するようにしたためである。

【００１５】このことにつき更に詳しく説明する。析出
効率は、成長メルトに溶けている溶質が結晶化に寄与し
た割合を示し、この関係は次式で示される。 η＝Ｓ・ρ₀ ・ｄ₀ ／ρ₁ ・ｄ₁ このとき、η ：析出効率 Ｓ ：溶解度 ρ₀ ：溶媒の密度 ρ₁ ：結晶の密度 ｄ₀ ：結晶厚 ｄ₁ ：成長メルト厚

【００１６】この関係式より、成長メルト厚が厚くなる
にしたがって析出効率は低くなってくることが分る。こ
れは、成長メルト厚が厚くなると、同じだけ温度を冷却
したとき過飽和度が大きくなるので、基板と対向したグ
ラファイト上での析出もしやすくなるためである。いっ
たん成長が始まると、最初に成長した微結晶が核とな
り、次々と成長し大きくなっていく。基板上でのメルト
残りは、グラファイトとこの微結晶との結合が弱いの
で、スライダを移動した時の振動やメルトの抵抗でその
一部が成長メルト中に落下して基板上に到着し、そのま
ま留まってしまうために起こると考えられる。これを防
止するためには、グラファイト上に析出する微結晶の成
長を抑えること、即ち、析出効率を向上させることが必
要になる。

【００１７】このようなことから、メルト厚を薄くして
析出効率を８０％以上に向上させると、基板上でのメル
ト残りは全くなく、基板上の完全なメルト残り除去のた
めには最低限８０％の析出効率が必要であることが確認
されている。各組成成長メルトによりメルト厚を変える
のは、各組成によってＡｓの溶解度が異なるので過飽和
度が異なるためである。即ち、活性層では組成がほとん
どＧａＡｓに近く過飽和度が大きいので、メルト厚を薄
くする必要があるために薄くなっている。過飽和度が大
きいメルトからの成長では、メルト厚を薄くしていけば
高い析出効率の成長が可能となり、メルト残りの無い安
定した組成の結晶層を得ることができる言える。尚、本
実施例では、ＧａＡｓ系の成長方法の具体例で説明した
が、ＩｎＰ系にも適用できることは言うまでもない。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、基板上に残る結晶成長
用溶液を完全に除去し得、均一成長層の結晶を得ること
ができる。また、基板端部に異常な成長ができず、複雑
な加工が不要となる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】スライデングボ−トによってダブルヘテロ構造
ＧａＡｌＡｓ赤外発光ダイオ−ド用結晶を得るための工
程図である。

【図２】従来の液相エピタキシャル成長を行わせるため
のスライデングボ−トの一例を示す概略断面図である。

【図３】従来の方法に用いられる基板の形状を示す図で
ある。

【図４】図３に示した基板を用いた時の成長層を示した
対応図である。

【符号の説明】

１１ 第１スライダ １２ 第２スライダ １３ 固定板 １４，１５，１６ メルト溜 １７，１８，１９ メルト（溶液） ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 垂直通路 ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 溜部 ２４ 凹部 ２５ 基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶成長用溶液をスライディングボ−ト
   を用いて基板上に成長させる液相エピタキシャル成長方
   法において、 前記結晶成長用溶液を前記基板上に８０％以上の析出効
   率の厚さで成長を行わせるようにしたことを特徴とする
   液相エピタキシャル成長方法。