JPS62149121A

JPS62149121A - 結晶成長装置

Info

Publication number: JPS62149121A
Application number: JP60290107A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Oki; 大木　芳正
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1985-12-23
Filing date: 1985-12-23
Publication date: 1987-07-03

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野木弁明は電子デバイス、光電子デバイス等の作成に必要
な高品質の結晶薄膜を基板結晶上にエピタキシャル成長
させる結晶成長装置に関するものである。

従来の技術従来より、高性能の半導体デバイスを作成する場合には
、基板結晶上に、同種または異種の結晶薄膜層を一層ま
たは複数層エピタキシャル成長させることが行なわれて
いる。エピタキシャル成長の方法としてはいくつかの方
法が用いられているが、金属溶媒からの析出を用いるい
わゆる液相エピタキシャル成長法が、比較的簡単な備成
で良質な結晶が得られることから、広く実用化されてい
る。この方法では、例えば砒化ガリウムを成長させる場
合を例にして述べる。例えば７５０℃の高温状態におい
たガリウム金属に砒素原子を飽和させ、この溶液を基板
となる砒化ガリウム結晶に接触させ、その状態で徐々に
温度を下げる。こうすることにより溶融ガリウム中で過
剰となった砒素が基板表面において溶媒のガリウムと共
に析出し、砒化ガリウム結晶として析出する。溶媒およ
び溶質の材料、組成、成長温度を適当に設定することに
より、砒化ガリウムばかりでなく、各種の組成の結晶を
成長させることができる。

上記のような方法で結晶をエピタキシャル成長させるに
は、例えば第２図のような装置が用いられる。これは不
純物量のちがう２種類のエピタキシャル層を連続的に成
長さゼる場合の装置の概念図であって、基板結晶２１は
カーボン製のスライダ２２上に形成された凹部２２ａに
設置される。このスライダ２２は同じくカーボン製のボ
ート２３の中で、左右に移動できるようになっている。

このボート２３にはメルト溜めと呼ばれる穴２４が開け
られており、この中に金属溶媒と溶質原料および添加不
純物源が収容されている。この穴２４の入口には、狩温
あるいは成長中に溶質の蒸発を防止するためのキャップ
２５が設けられていたり、４４中あるいは高温状態での
平衡化の間に基板結晶表面が熱的にエツチングされて劣
化することを防ぐために同種の結晶ウェハによってカバ
ーをすることも行なわれる。

金属溶液が高温状態で平衡になったところで、スライダ
２２をボート２３に対して移動させて、基板結晶２１と
金属溶液２５ａとを接触させ、同時に全体の温度を徐々
に下げる。基板結晶２１上に必要な１ｔさの第１層が成
長したところで、スライダ２２を移動させ次の金属溶液
２５ｂに基板結晶２１を接触させ、第２層を成長させる
。この際、メルト溜めの数を多くすればさらに多層の成
長も可能である。

一方、液相エピタキシャル法で注目すべきもう一つの方
法として温度差法という方法が報告されている（例えば
“Ｇａ　Ａｓ　、Ｇａ　Ｐのストイッチキオメトリ（ｓ
ｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｙ：化学量論）″半導体研究１
２巻工業調査会発行、ｐ１４２〜）。この方法では、メ
ルト溜めにさらにヒータを設けて金属溶液の上下に温度
差を設けるようにしている。この場合、メルト溜め内の
金属溶液の上には、析出させるべき材料の原料が過剰に
存在し、これが温度差のある金属溶液中を拡散してゆき
、低温側にある基板結晶表面に到達し、そこでエピタキ
シャル結晶層として析出する。この方法では、上記方法
のように全体の温度を降下させる必要がない点は有利で
ある。

発明が解決しようとする問題点しかるに、上記第１の液相エピタキシャル法においては
、炉全体の温度を一定の割合で変化させな【プればなら
ないこと、また金属溶液の量と温度によって析出づる結
晶の吊、すなわち厚さが決まってしまうこと、また成長
温ｊ身が変ることから、多元素の成長の場合には組成も
変化してしまうことなどの問題点がある。

また第２の方法では、第１の方法における欠点が解決さ
れるが、反応管の中にヒータを組込むなど、構成、取扱
いが複雑になるばかりでなく、反応管内の雰囲気を清浄
に保ちにくく、ひいては成長結晶の純度にも悪影響を与
えてしまうという問題点がある。

本発明は上記問題点を解決でるもので、温度差による溶
質の拡散輸送を用いて、成長結晶の純度損うことのない
液相エピタキシャル装置を提供することを目的とするも
のである。

間′ｌｆｉ魚を解決するための手段本発明に８５いては、上記問題点を解決するために、温
度差による溶質の拡散輸送を用いて基板結晶上に薄膜を
エピタキシャル成長させる結晶成長装置であって、基板
結晶設置部および金属溶液溜をカーボン製とし、それら
自身を高周波加熱法による発熱体として用い、かつ基板
結晶設置部と金属溶液溜との間に温度差を設けることが
できるように基板結晶設置部を冷却する冷却手段を設け
たものである。

作用上記の構成により、結晶成長を行う部分の治具をカーボ
ン製にしたことから、その部分のみを高周波加熱法にて
高温にでき、加熱系が簡単なものですむばかりでなく、
周辺からの汚染を最低限にでき、また、上記治具の冷却
手段を設けることから、金属溶液中での温度匂配も広い
範囲で変えることができる。

実施例以下本発明の一実施例を図面に６とづいて説明する。第
１図は本発明の一実施例による結晶成長装置の概念構成
図である。第１図において、１はその上に結品ＵＳ層が
エピタキシャル成長される基板結晶、２は基板結晶１が
設置される凹部２ａが形成された基板結晶設置部（以下
基板設置部という）、３は該基板設置部２上に設置され
る金属溶液溜で、穴４を有し、その中に金属溶液５が収
容されており、この金属溶液溜３は熱雷対（図示せず）
を収めた軸６により回転されて、穴４内の金属溶液５が
基板設置部２の凹部２ａ内の基板結晶１と接触するよう
に構成されている。金属溶液５としてはガリウムを用い
原料５ａとしては砒化ガリウム多結晶を用いた。これら
結晶成長が行なわれる基板設置部２および金属溶液溜３
はカーボンよりなり、基板設置部２を保持するｔ−トシ
ンク兼用の保持台７は、中空であって、中心部に熱雷対
（図示せず）を収めた石英製のパイプ８が配置されてい
る。このパイプ８には複穴８ａが設けられて冷却用の空
気あるいは窒素が流せるようになっており、基板設置部
２を冷却する。９は縦型の石英性反応管１０の側面に配
置された高周波コイルで、基板設置部２および金属溶液
溜３はカーボン製であることから、この高周波電力を吸
収して発熱し、供給する電力によって金属溶液５と基板
結晶１の温度を制御可能に構成している。また、反応管
１０はそれぞれ気体人口１１、出口１２をもつフランジ
１３および１４により封じられ、ｖＩ製された水素ガス
Ｈ２が入口１１から導入され、出口１２より排出される
ようになっている。

次にその動作について説明する。反応管１０内を十分精
製水素Ｈ２によって置換した後、場合によっては真空引
き一水素パージの繰り返しを行って、高周波コイル９に
電力を供給し加熱をする。このときには基板結晶１と金
属溶液５は隔離されている。金属溶液５が約７５０℃に
達したところで、溶質のＡｓ原子が溶液中に平衡になる
よう約１時間保持する。しかる後に金属溶液溜３を回転
させて、金属溶液５と基板結晶１とが接触する位置にす
る。

そして、下部のパイプ８から室温の窒素ガスを毎分１リ
ットル流すことにより７４５℃に保持する。

この状態で４０分間保持し、その後再び金属溶液溜３を
回転させて、金！／ＲＷＩ液５と基板結晶１を分離し、
高周波電力の供給を停止して、冷却する。冷却後結晶を
取り出して成長層の厚みを測定したところ、砒化ガリウ
ムエピタキシャル層の成長は約５μｍであった。

このように、加熱法として高周波加熱を用い、カーボン
製の金ＦＡ溶液溜および基板設置部を使用することによ
り、それら自身が発熱し、周囲を高温にすることはなく
、従って、基板設置部に冷Ｗ別構を設けて、金属溶液内
に温度勾配をつける部分冷却を組合ゼることにより簡単
に温度差液相エピタキシャル成長を行なうことができる
。

なＪ３本実施例では砒化ガリウムのエピタキシャル成長
について述べたが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、溶液の組成により各種の化合物半導体に適用でき
る。また、金属溶液溜の設計により複数の金属溶液を用
いることにより多層の成長も可能である。さらに本実施
例では縦型の反応管構成について述べたが、横型の構成
でも同様な効果を奏す。

発明の効果以上のように本発明によれば、液相エピタキシャル成長
用の治具をカーボンで作成し、高周波電力により上記治
具自身が発熱し、他の部分を高温にしないですむことを
利用し、適当な部分冷却方法と組合せることにより、簡
単な方法でｆＡ度差液相エピタキシャル成長が行えるも
のであり、かつ構成が簡単であることから、清浄化も容
易であり、高純度の結晶を成長させることが可能となる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における結晶成長装置の模式
図、第２図は従来１置の模式図である。１・・・基板結晶、２・・・基板設置部、２ａ・・・凹
部、３・・・金属溶液溜、４・・・穴、５・・・金属溶
液、６・・・軸、７・・・保持台、８・・・パイプ、９
・・・高周波コイル、１０・・・反応管

Claims

【特許請求の範囲】

１、温度差による溶質の拡散輸送を用いて基板結晶上に
薄膜をエピタキシャル成長させる結晶成長装置であつて
、凹部に基板結晶が設置されたカーボン製の基板結晶設
置部およびこの上に回転可能に設置され、溶融金属溶液
が回転により上記凹部の基板結晶と接触するよう収納さ
れたカーボン製の金属溶液溜と、上記基板結晶設置部と
金属溶液溜とを加熱する高周波加熱手段と、上記基板結
晶設置部を冷却して、上記基板結晶設置部と金属溶液溜
との間に温度差を設定可能にした冷却手段とを備えた結
晶成長装置。