JPH1179884A - 液相エピタキシャル成長装置およびその成長方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体材料を溶融した溶液中で半導体基板上
に結晶を成長させる液相エピタキシャル成長において半
導体基板中央部に比べ周辺部が厚くなりエピタキシャル
成長膜厚が不均一になっていた。 【解決手段】 溶液中に半導体基板を浸した後、半導体
基板近傍の液体を半導体基板とともに隔離するととも
に、その他の溶液を隔離部材の周りに配置して冷却をお
こなって半導体基板上に結晶成長を行うことにより均一
なエピタキシャル成長膜が得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体溶液中で半導
体基板上に半導体結晶を成長させる液相エピタキシャル
成長装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来例の液相エピタキシャル成長
装置および成長工程をを示す図である。図４（ａ）に示
されるように、筐体５１はその中央部に仕切板５２を有
しており、成長漕５３と、溶液漕５４に分けられてい
る。溶液漕５４には筐体５１の外部から溶液を押すため
のピストン５５が取付けられている。この液相エピタキ
シャル成長装置５０は、一般に高純度処理をされたグラ
ファイトによって形成されている。

【０００３】成長漕５３にはグラファイトの基板フォル
ダー５６に支持された半導体基板５７が入れられてい
る。一方、溶液漕５４にはエピタキシャル成長層の材料
となる材料５８’が入れられている。半導体基板５７と
して例えば、ＧａＡｓ基板が使用され、また、材料５
８’としてはＧａ、ＧａＡｓ多結晶およびドーパント等
が使用される。

【０００４】この状態で、液相エピタキシャル成長装置
５０を水素ガス雰囲気中の成長炉に入れ、８００〜１０
００℃程度まで昇温する。すると溶液漕の物質が溶解し
て、図４（ｂ）に示すように溶液５８になる。この状態
で、温度をしばらく一定に保ち液相エピタキシャル成長
装置５０の温度を安定させる。

【０００５】次に、ピストン５５を仕切板５２の方向に
移動させる。すると図４（ｃ）に示されるように溶液５
８は仕切板５２を乗り越えて、成長漕５３の方へ移動す
る。基板ホルダー５６および、それに縦置された半導体
基板５７が溶液５８に浸される。この状態で徐々に冷却
し、半導体基板５７上に溶液５８の成分をエピタキシャ
ル成長させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】液相エピタキシャル成
長法では、成長の過程として、成長界面まで成長物質が
運ばれていく過程と、運ばれた物質が結晶となって析出
する過程の２つの過程があるが、前者の成長過程に影響
するものの１つとして、溶液を降温させたときの放熱の
状態があり、その放熱の状態は、成長漕の形状及び素材
とその中にある溶液との温度特性の差が影響している。

【０００７】すなわち、溶液の溶媒であるＧａはグラフ
ァイトの液相エピタキシャル成長装置に比べ熱伝導率が
小さいので、冷却過程において成長漕の内壁付近と成長
漕の中心付近では温度差が生じる。つまり、成長漕の内
壁付近では冷却操作に対する反応が早く成長しやすい半
面、成長漕の中心付近では、冷却操作に対する反応が遅
く成長しにくい。

【０００８】さらに、図４の従来例に示すような半導体
基板を縦置きに並べた構造である場合、一度にできるだ
け多くの半導体基板の処理を行うためには基板と基板と
の間隔をできるだけ狭くする必要があり、基板中央部で
は溶質の供給がされ難い状態となり成長速度が遅くな
る。一方、基板の周辺部は基板の外周方向からも溶液が
周囲を取り囲むので溶質の供給源となっており、成長速
度が大きくなる。

【０００９】上述のように、従来例の液相エピタキシャ
ル成長装置では半導体基板中央部に比べ周辺部が厚くな
りエピタキシャル成長膜厚が不均一になっていた。

【００１０】本発明は上述の問題点を鑑みてなされたも
のであり、半導体基板に均一なエピタキシャル成長層が
形成できる液相エピタキシャル成長装置を提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
液相エピタキシャル成長装置は半導体材料を溶融した溶
液中で半導体基板上に結晶を成長させる液相エピタキシ
ャル成長装置において、半導体基板近傍の溶液を周りの
溶液から隔離するための遮蔽部材を有することを特徴と
するものである。

【００１２】また、本発明の請求項２記載の液相エピタ
キシャル成長装置は、エピタキシャル成長するときには
前記遮蔽部材の外側が溶液に接していることを特徴とす
るものである。

【００１３】また、本発明の請求項３記載の液相エピタ
キシャル成長方法は半導体材料を溶融した溶液中で半導
体基板上に結晶を成長させる液相エピタキシャル成長方
法であって、溶液中に半導体基板を浸した後、半導体基
板近傍の溶液を半導体基板とともに隔離するとともに、
その他の溶液を遮蔽部材の周りに配置して冷却を行い、
前記半導体基板上に結晶を成長させることを特徴とする
ものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施の形態であ
る液相エピタキシャル成長装置を示す略断面図である。
図１において筐体１１は仕切板１２で２つの部分に分け
られており、一方はシャッター１９を格納するための格
納室１３であり、もう一方は溶液漕１４である。仕切板
１２には遮蔽部材であるシャッター１９が移動するため
の開口部１２ａが設けられており、シャッター１９は連
接棒２０を操作することによって、格納室１３と溶液漕
１４との間を移動させることができる。シャッター１９
は開口部１２ａと嵌め合わされており、シャッター１９
と開口部１２ａの隙間から溶液が漏れることはない。

【００１５】シャッター１９と対向する位置に基板を保
持するための基板ホルダー１６が設けられ、その中に半
導体基板を所定の間隔をもって縦置できる。基板ホルダ
ー１６は連接棒１５の先に取付けられており、連接棒１
５を操作することにより、基板ホルダー１６は開口部１
２ａを介して、格納室１３と溶液漕１４との間を移動さ
せることができる。また、基板ホルダー１６は壁部１６
ａ及び壁部１６ｂを有しており、壁部１６ａは基板ホル
ダーが１６が格納室１３に移動したとき、開口部１２ａ
を塞ぐ機能があり、また、壁部１６ｂは基板ホルダーが
溶液漕１４に移動したとき、格納室１３にあるシャッタ
ー１９内の空間に溶液が侵入しないようにする働きがあ
る。

【００１６】上述の液相エピタキシャル成長装置１０
は、高純度処理されたグラファイトより形成されてい
る。半導体基板１７は基板ホルダー１６内に所定の間隔
をおいて縦置されている。

【００１７】図２は液相エピタキシャル成長装置よるエ
ピタキシャル成長の工程図であり、また、図３はその工
程の温度制御を示すグラフである。

【００１８】図２（ａ）において、シャッター１９は格
納室１３にあり、シャッター１９内には基板ホルダー１
６が挿入されている。基板ホルダー１６には例えばＧａ
Ａｓ材料でできた半導体基板１７が縦方向に所定の間隔
をもって多数固定されている。

【００１９】基板ホルダー１６は格納室１３側にあっ
て、壁部１６ａによって、開口部１２ａを塞ぐようにセ
ットされている。溶液漕１４にはエピタキシャル成長さ
せる溶液の成分であるＧａ、ＧａＡｓの多結晶、ドーパ
ント等の材料１８’が入れられている。

【００２０】この状態で液相エピタキシャル成長装置１
０を水素ガス雰囲気中の成長炉に入れ、図３に示される
ように温度を制御して、８００〜１０００℃まで昇温す
ることにより、図２（ｂ）に示されるように、材料１
８’を融解させて溶液１８にする。続いて、図３に示さ
れるように、所定の時間（１〜３時間程度）この温度を
維持（ホールド）して全体が均一な組成の溶液になるよ
うにする。

【００２１】続いて、図２（ｃ）に示されるように、連
接棒１５を操作して、基板ホルダー１６を半導体基板１
７とともに溶液１８の満たされた溶液漕１４に引き入
れ、半導体基板１７を溶液１８に接触させる。このと
き、シャッター１９内に溶液１８が流れ込むと溶液漕１
４の液面レベルがさがり、半導体基板１７の面内に溶液
１８が接触しない怖れがある。しかし、シャッター１９
内の基板ホルダー１６は壁部１６ｂによってシャッター
１９と嵌め合わされているので、シャッター１９内の空
間に溶液１８が流れ込むことを防ぐことができる。

【００２２】続いて、図２（ｄ）に示されるように、連
接棒２０を操作することにより、シャッター１９を溶液
漕１４の中に移動させる。シャッター１９の周りは溶液
でみたされ、シャッター１９の内の溶液１８ａとシャッ
ター１９の外の溶液１８ｂが遮断される。結晶成長に使
用される液体は、シャッター１９の内側の溶液１８ａだ
けであり、結晶成長するのに必要最小限の溶液に限られ
る。また、シャッター１９の外側の溶液１８ｂがエピタ
キシャル層の成長に使われることはない。

【００２３】続いて、図２（ｅ）に示されるように、連
接棒１５および連接棒２０を操作して基板ホルダー１６
をエピタキシャル成長位置に移動する。

【００２４】図３に示されるように図２（ｃ）、
（ｄ）、（ｅ）の操作完了後に冷却が行われ、０．５℃
／ｍｉｎ〜３℃／ｍｉｎの冷却速度で５００℃〜７００
℃まで降温させることにより結晶成長させ、半導体基板
１７上にエピタキシャル層が形成される。このとき、シ
ャッタの外側はその大部分が溶液１８ｂと接触してお
り、冷却過程で熱伝導率の良いグラファイトのシャッタ
ー１９が溶液１８に比べて急激に温度が低下することは
ない。

【００２５】その後、成長炉から液相エピタキシャル成
長装置を取りだし、液相エピタキシャル成長装置を各パ
ーツに分解して半導体基板及び溶液を取り出す。

【００２６】従来例に示したエピタキシャル成長法で
は、基板の中央部のエピタキシャル成長層にくらべ、周
辺部のエピタキシャル成長層は平均２０％程度厚かった
が、上述の方法によってエピタキシャル成長を行った結
果、５％程度に抑えることができた。

【００２７】シャッター１９の周りが溶液１８ｂによっ
て満たされており、冷却過程におけるシャッター１９と
溶液との温度差は少なくなるので、シャッター１９内の
溶液の温度分布が均一に近付くので、半導体基板上に均
一なエピタキシャル層が形成することができる。

【００２８】また、エピタキシャル成長に使用される溶
液はシャッター内の溶液に限られ、基板の外周方向から
の溶質の補給がなくなるので、基板の周辺部が中央部よ
りも多く成長することを防止でき、均一なエピタキシャ
ル層を形成することができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明の請求項１記載の液相エピタキシ
ャル成長装置によれば、半導体材料を溶融した溶液中で
半導体基板上に結晶を成長させる液相エピタキシャル成
長装置であって、半導体基板近傍の溶液を周りの溶液か
ら隔離するための遮蔽部材を有することにより、半導体
基板の周辺部が中央部よりも多く成長することを防止で
き、半導体基板上に均一なエピタキシャル層を形成する
ことができる。

【００３０】また、本発明の請求項２記載の液相エピタ
キシャル成長装置によれば、エピタキシャル成長すると
きには前記遮蔽部材の外側が溶液に接していることを特
徴とするものであり、外側の溶液が遮蔽部材からの放熱
を防ぐため、遮蔽部材と半導体基板近傍の溶液との温度
差が少なくなり、半導体基板上に均一なエピタキシャル
層を形成することができる。

【００３１】また、本発明の請求項３記載の液相エピタ
キシャル成長方法によれば、半導体材料を溶融した溶液
中で半導体基板上に結晶を成長させる液相エピタキシャ
ル成長方法であって、溶液中に半導体基板を浸した後、
半導体基板近傍の溶液を半導体基板とともに隔離すると
ともに、その他の溶液を遮蔽部材の周りに配置して冷却
を行い、前記半導体基板上に結晶を成長させることによ
り、半導体基板上に均一なエピタキシャル層を形成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である液相エピタキシャ
ル成長装置を示す略断面図である。

【図２】本発明の一実施の形態である液相エピタキシャ
ル成長装置よるエピタキシャル成長の工程を示す略断面
図である。

【図３】液相エピタキシャル成長装置の温度制御を示す
グラフである。

【図４】従来例の液相エピタキシャル成長装置および成
長工程を示す略断面図である。

【符号の説明】

１０ 液相エピタキシャル成長装置 １１ 筐体 １２ 仕切板 １２ａ （仕切板の）開口部 １３ 格納室 １４ 溶液漕 １５ 連接棒 １６ 基板ホルダ １６ａ、１６ｂ （基板ホルダの）壁部 １７ 半導体基板 １８ 溶液 １８ａ （シャッターの内側の）溶液 １８ｂ （シャッターの外側の）溶液 １９ シャッター ２０ 連接棒

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体材料を溶融した溶液中で半導体基
   板上に結晶を成長させる液相エピタキシャル成長装置に
   おいて、半導体基板近傍の溶液をその周りの溶液から隔
   離するための遮蔽部材を有することを特徴とする液相エ
   ピタキシャル成長装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の液相エピタキシャル成長
   装置であって、エピタキシャル成長するときには前記遮
   蔽部材の外側が溶液に接していることを特徴とする液相
   エピタキシャル成長装置。
3. 【請求項３】 半導体材料を溶融した溶液中で半導体基
   板上に結晶を成長させる液相エピタキシャル成長方法で
   あって、溶液中に半導体基板を浸した後、半導体基板近
   傍の溶液を半導体基板とともに隔離するとともに、その
   他の溶液を遮蔽部材の周りに配置して冷却を行い、前記
   半導体基板上に結晶を成長させることを特徴とする液相
   エピタキシャル成長方法。