JPS6034253B2 - 液相エピタキシヤル成長方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は液相ェピタキシャル成長方法に関するもので
ある。

一般に液相による半導体装置の製造方法は温度降下法に
よるもの、温度差法によるもの等がある。前者のものは
原料半導体のメルトを満たしたメルト槽を徐冷して過飽
和状態とし基板上に結晶の成長を行なうものである。後
者のものはメルト槽に温度差を設けておき、高温側から
原料半導体のメルトを熱拡散あるいは密度拡散によって
低温側に移動させて低温側を過飽和状態としこの低温側
に配置した基板上に結晶の成長を行なうようにしたもの
である。然して、これらの方法にはいずれも次のような
欠点がある。

即ち温度降下法の場合、一回の成長ごとに昇温、降温の
操作が必要なため、連続的に成長させることが不可能で
あり、作業性が悪くなること、また再現性が乏しくなる
ことである。さらに基板上に成長した成長層の不純物分
布が不均一になり易く、特性を低下さる等である。温度
差法の場合、作業性、再現性の改善は図れるが、基板近
傍のメルトを予め結晶成長温度に保つているため、基板
が位置すると急激に結晶成長が開始されてしまい、ここ
に於いて格子欠陥格子歪等が生じ易く、またこのような
急激な結晶成長を制御することが困難となる。半導体装
置を液相成長によって製造する場合、当然ながら結晶中
に格子欠陥、格子歪等がないことが好ましく、特に発光
ダイオードの場合であれば、Ｐ形領域への電子の注入率
に関係する接合部付近の結晶の完全性が要求され非発光
性再結合の確率を減少させたものでなければ実用に乏し
いものとなる。

この発明は係る事情を考慮しなされたもので、量産曲こ
富み且つ再現性が有り、しかも格子欠陥等のない結晶が
得られる液相ヱピタキシャル成長方法を提供するもので
ある。

この目的に於いてこの発明は、予め基板と接触するメル
トの一端と他端側との温度差を零若しくは僅かの差とし
、この後にメルトに単調に徐々に温度差を生じさせ結晶
析出温度とし、この状態を維持しながら基板上にェピタ
キシャル結晶を得るようにしたことを要旨とするもので
ある。したがってこの発明によれば結晶開始が極めてゆ
るやかになされるため、無理のない結晶の成長が徐々に
進行し、格子歪、格子欠陥等のない液相ヱピタキシャル
結晶を得ることができる。以下この発明の一実施例につ
いて図面を参照し説明する。

１は成長系を構成する石英管、２は石英管内に配置した
メルト槽、３は原料半導体のメルトである。

４はメルト槽２の底部に摺動自在に配置したスライダー
、５はスライダーの上面に載遣した半導体基板である。

スライダー４上に載直した基板５は、スライダー４を移
動した際〆ルト槽２の底部の関孔（図示せず）に位置し
基板５の上面とメルト３とが接触する構造である。６は
石英管１内のメルト３の加熱用ヒータ、７はメルト３の
一部を冷却し、スラィダ−４側と池端とに温度差を生成
させるための冷却装置である。

なお、この詳細については後に説明する。また、本図に
は一つのメルト槽２を示したが、実際の装置では、不純
物濃度の異なるもの、あるいはＮ形、Ｐ形等の電導性の
異なるもののメルトを各々収納した複数個のメルト槽が
配置されるもので、スライダー４を移動することにより
基板５上に順次多層の結晶成長を連続的に得るようにす
るものである。次にメルトの温度制御について説明する
。

メルト槽２内のメルト３は温度差法により結晶成長を行
う場合と同機に基板５の近傍と他端とに一定の温度差△
Ｔを設け、常時基板５の近傍はメルトの可飽和状態が存
在するように設定する。

なお、この温度差△Ｔは基板５上にヱピタキシャル結晶
成長を得るに適した温度である。第２図はメルト槽内の
メルト３に生じている温度差△Ｔの時間的変化を示した
ものである。即ち、結晶の成長に適する温度差△Ｔに設
定しておき、（図中Ａ部）次に冷却装置７を操作し、ス
ライダー４側の温度を徐々に上昇させ、メルトの両端に
生じていた温度差△Ｔを零若し〈はこれに近い値とする
（図中Ｂ部）。この後に再び冷却装置７を操作し、スラ
イダー４個を徐々に冷却してメルトのスライダー４側を
降溢し（図中Ｃ部）、元の温度差△Ｔにし、以後はこの
操作を繰返すようにしたものである。次に基板５上にェ
ピタキシャル結晶成長を行なう操作について第３図を参
照して説明する。

即ち、予め温度差法による結晶成長に通した温度差△Ｔ
に制御されたメルトの温度をほぼ均一とした時点（第２
図Ｂ部）でスライダー４を移動させ基板５をメルト槽２
の一端に位置させる、（第３図Ｂ′部）。この時点では
メルトは全体が均一な飽和状態であるため基板５上に結
晶の成長は生じない。次に第２図Ｃ部に示すように徐々
に温度差が生じる結果、基板上には僅かずつ結晶成長が
開始され（第３図に′部）正常な温度差△Ｔとなった時
点で一定速度の成長がなされる。

なお、成長層の厚みは温度差△Ｔとなった以降のＡ′部
の時間を調整することでなされる。また電導性の異なる
複数の層を成長させる場合に於いては、図示していない
が、並置した各種のメルトを収納したメルト槽を同時に
同様な温度制御を繰返しながら操作することにより連続
的に結晶成長を行うことが可能である。以上の説明のよ
うにこの発明はメルトのスライダー側と池端との温度差
を殆んど無くした状態で基板をセットし、しかる後徐々
に温度差を生成させ順次結晶の成長をなすようにしたも
のであるから、操作は連続的に行なえ、しかも再現性の
有る方法が提供できる。

特に、この発明によれば、メルトが飽和状態にある時点
から基板側一端が徐々に可飽和状態へと進行するため、
結晶の開始が極めてゆるやかになり、格子歪、格子欠陥
のない理想的な格子配列を有した結晶が得られる。

したがって例えば電導性の異なる層を成長させた場合、
その接合面に格子歪、格子欠陥等が生じた場合、半導体
としての特性を著るしく損なうことになるが、この発明
に於いては結晶の開始が極めてゆるやかになされるため
、このような不都合が生じることはない。このため、例
えば発光ダイオード等の結晶を得る場合に於いても各電
導領域の接合部に歪、格子欠陥等が全く生じないため非
発光性再結合の確率を箸るしく減少させたものが得られ
発光効率の良いものとすることができる。さらに、メル
トにはその一部が結晶析出温度から殆んど温度差のない
状態に至る僅かな温度制御を行なうのみであるから、一
枚の基板を成長を終えた後次の基板に成長させるまでの
時間が短かく、大量生産用として有効である。

また、温度差は全体の温度分布を変化させる原料供給部
を昇温する、結晶成長部を降溢する等によって設定でき
るが、好ましくは実施例で述べた如く結晶成長部を降溢
するのがよい。

全体の温度分布を変化させるのは不安定度を増すことに
なり、変化のさせ方にもよるが、種々の欠点を生じやす
い。原料供給部を昇温させるのは一回のェピタキシャル
成長については丸まど欠点を持たないが、多数回のヱピ
タキシャル成長を順次行なおうとする場合に問題がある
。すなわち次のェピタキシャル成長に備えメルト全体を
一様な温度にするとき、原料供給部は降溢することにな
る。従って過飽和が生じ、望ましくない晶出、成長初期
の不安定性の増加等の原因となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す概略説明図、第２図
は時間に対するメルトの温度差、第３図は結晶成長速度
を示したものである。 １・・・・・・石英管、２・・・・・・メルト槽、３・
・・・・・メルト、４・・・スライダー、５・・・・・
・基板、６・・・・・・ヒータ、７・・・・・・冷却装
置。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 予めメルト槽内のメルトの一端と基板と接触する他
   端との温度差を少なくし基板上に結晶が析出しない程度
   に制御し、しかる後、スライダーを移動させ基板をメル
   トの一端に位置させ、その後メルトに単調に徐々に温度
   差を生じさせて結晶析出に適当な温度差とし、この状態
   を維持しつつ基板上にエピタキシヤル結晶成長を得ると
   共に、前記各工程を繰返すことによつて複数枚の基板上
   にそれぞれエピタキシヤル結晶成長を行なうことを特徴
   とする液相エピタキシヤル成長方法。 ２ メルトの基板近傍と他端との温度差は、基板近傍に
   冷却部材を配置することによつて得るようにした特許請
   求の範囲第１項記載の液相エピタキシヤル成長方法。 ３ 前記メルト槽を複数個準備し、各メルト槽で前記各
   工程を行なうことによつて前記基板上に順次多層エピタ
   キシヤル成長を行なう特許請求の範囲第１項ないし第２
   項記載の液相エピタキシヤル成長方法。