JPS5919916B2 - 液相エピタキシヤル成長法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液相エピタキシャル成長法に関するものであり
さらに詳しく述べるならば多層エピタキシャル成長法に
関するものである。

従来の液相エピタキシャル成長法では、何れの方式でも
、いつたん基板の全面を結晶成長用溶液と接触させ、一
定時間溶液と基板が静止した状態で結晶成長を行い、そ
の後基板から溶液を除去しエピタキシャルウェハーを得
ていた。

このため、大面積のエピタキシャルウェハーを得るには
最低限基板の全面を被覆する溶液溜めを必要とし、しか
もその広い範囲を極めて均一な温度に保つ必要があつた
。このことが液相エピタキシャル法では大面積を得る際
の障壁になつていた。特に、多層エピタキシャル成長法
においては、２種以上の溶液溜めが設けられたボートを
使用しなければならないために、極めて大型の液相成長
装置が必要になつていた。よつて、大面積のウェハーを
従来の装置で得ることには事実上限界があつた。本発明
はこのような障壁を克服して、限られた量の溶液を使用
しているにもかかわらず溶液溜めの大きさを超えて、こ
の大きさとは関係なく大きな面積の多層エピタキシャル
ウェハーを得ることを可能にするものである。

本発明に係る方法は、液相エピタキシャル成長法におい
て、結晶を成長さすべき基板の表面領域の一部を複数の
小領域に想定上分割し、これらの小領域が２種以上の結
晶成長用溶液のそれぞれと同時に接触している状態で該
基板を前記小領域の配列方向に一定速度で移動させ、且
つ前記基板面に対し垂直方向に前記基板が最低温度にな
り且つ基板と反対側が最高温度になるような温度勾配を
前記溶液に設定ｕさらに前記最高温度部にソース結晶を
配置することによつて、前記基板上に各結晶層を遂次多
層に成長させることを特徴とする。

この方法は特にＧａＡｓ，．ＧａＡｌＡｓ，．ＧａＰｌ
ＧａＡｓＳｂなどの成長に採用されるが、広く液相エピ
タキシヤル成長可能なすべての結晶の成長に応用するこ
とができる。以下、本発明を図面に基いて詳しく説明す
る。

第１図において、基板ホルダー１に載せられた基板２、
例えば・ＧａＡｓ基板に多層液相エピタキシヤル成長が
行われている。基板２の一部の領域は溶液溜め３によつ
て被覆されている。溶液溜め３は中空体であつて、その
横断面は矩形又は正方形を呈する。溶液溜め３は３個の
小室３ａ，３ｂ及び３ｃに分割されている。したがつて
これらの３個の小室３ａ，３ｂ及び３ｃがそれぞれ長さ
Ｌｌ，Ｌ２及びＬ３の領域を基板２の表面に形成してい
る。これらの領域は図面においては一直線状に相互に連
接しているが、円その他の曲線に沿つて相互に連接して
いてもよい。距離Ｌｌ，Ｌ２及びＬ，が等しい場合は以
下に説明されるように、各溶液の結晶成長速度が等しい
ならば厚さが等しい３層が形成され、これらが異なる場
合は異なる厚さの三層が形成される。基板ホルダ１、基
板２及び溶液溜め３は、無酸化雰囲気の加熱炉（図示せ
ず）の中に挿入されており、この加熱炉の温度Ｔ℃で表
わされている。溶液溜め３の上方にヒーター５が配置さ
れている。このヒーターは加熱炉の内部に通常は収納さ
れており、溶液溜めに入れられた溶液４の上部を付加的
に△Ｔ℃に加熱する。したがつて、溶液４の内部には垂
直方向にＴ＋△℃からＴ℃に下降する温度勾配が作られ
る。温度勾配を設定するためにはヒーター５に替えて又
はこれに加えて冷却手段を溶液溜め３の下部又は基板ホ
ルダー１に配備することができる。溶液溜め３の上部に
おいて溶液４と接触するようにソース結晶基板６が配置
されている。ソース基板６の材質は成長しようとする層
の種類によつて異なり、溶液４の中に溶け込んで結晶成
長に費消された成分を補充するものである。ソース基板
６は溶液溜めの壁体に嵌着されている。溶液４の上部が
ヒーター５によつて加熱されるために、最高温（Ｔ＋Δ
Ｔ℃）部に置かれたソース基板６と、最低温（Ｔ℃）部
に置かれた結晶成長基板２とでは、接触する溶液４中に
溶け込むソースの平衡濃度には差異が生じ、前者はＣ＋
△Ｃであり後者はＣであると表わすことができる。

濃度ＣはＴ℃における飽和濃度であるようにＣ，．Ｔを
定めることができる。この結果Ｃ＋△Ｃ−＋Ｃなる濃度
勾配が生じ、これを液相成長過程全体にわたつて保つこ
とができる。すなわち、ソース６の量が多く、ヒーター
５が常時所定の加熱を行い且つソース６からの溶出量と
溶液４からの晶出量がほぼつり合うように晶出が行われ
ると各小室３ａ，３ｂ，３ｃにおいて△Ｃとなる濃度差
が常に維持される。このような晶出が行われるようにΔ
Ｔを溶液の高さ１０ｍｍの時１〜５０℃に定めることが
好ましい。さて、ｎ層（図面においては３層）成長用ボ
ートにおいて、基板１が一定速度υで移動するとする。

そうすると、基板上の任意の点では、ｎ種の溶液の何れ
か１種と接触した時から成長が始まり、その接触が終る
時まで成長が続く。この成長継続時間はＬ１／Ｖ，Ｌ２
／Ｖ，Ｌ３／Ｖ，・・・・・・Ｌｎ／ｖにて表わされる
。任意のｎ層において結晶成長速度Ｄｎ（単位時間当り
成長する結晶の厚さ）は先に述べたように時間には関係
なく常に一定で、それは△Ｃによつて決定される。よつ
て任意のｎ層の厚さはｄυ・Ｌｌ）／Ｖ式によつて各層
独立して定められる。移動速度ｖの大きさは所望結晶層
７の厚さにより定められる。

例えば、ＣａＡｓの成長において、Ｔ＝８００℃、△Ｔ
＝１０℃、Ｌ＝１０ｍｍ，溶液の高さ１０ｍｍの場合に
０．５〜１ミリロンの厚さの結晶を得る場合は、ｖ−５
〜２１Ｌ１１Ｌ／Ｍｉｎである。基板１を速度υで矢印
方向に移動させると、図面の左側から右側に向かつて基
板１の表面が先ず小室３ｃの溶液と順次接触し、次に、
小室３ｂそして小室３ａの溶液と同様に接触する。した
がつて、順次上方に向かつて結晶層７，８及び９が順次
積み重ねられる。小室の幅Ｌ，Ｌ２，Ｌ３は結晶層７，
８，９の厚さに対応する相互の厚さの関係さえ満たして
いるならば、加工精度、溶液の粘性などの実際的制約を
受けるとはいえ、理論的にはいくら小さくともよい。し
たがつて、小さなボートを使用し、溶液だめも小さくし
て、広いウニハ一に多層成長を行うことができる。以上
の特色に加えて、加熱炉の均熱ゾーン、すなわちＴ℃な
る温度を設定するゾーンは基板全体に及ぶ必要がなく、
溶液溜め３の長さＬをカバーするだけでよい。

溶液中の濃度差によるソース成分の拡散によつて基板表
面の濃度をＣに保つことができるため温度Ｔは成長中に
変えなくともよい。また溶液溜め３の長さＬは基板２の
大きさとは関係なく小さくすることが可能である。ソー
ス成分の基板２への移動は拡散によつて行われる場合は
、溶液４の底面と基板２が接するように溶液溜め３と基
板２が配置されてもよく（第１図）、あるいは溶液４の
上面が基板と接するように溶液溜めと基板２の上下関係
を逆転させてもよい。

しかし、ＣａＩｎＡｓの結晶の如くソース結晶の比重が
溶液（溶媒）の比重よりもかなり小さいために、溶液中
の濃度差に起因する拡散よりも比重差に起因するソース
結晶成分の浮上が結晶成長の律速段階である場合は、第
２図の如き配置が好ましい。第２図の装置は、結晶を成
長さすべき基板の一部の領域が結晶成長用溶液の底面と
接触している伏態で該基板を一定方向に一定速度で移動
させ、且つ前記溶液の下面部にソース基板を配置するこ
とによつて、前記基板上に前記溶液より比重が小さい結
晶を前記基板の全ての領域に同一の厚さに成長させる方
法を実施する一態様に係るものである。

第２図は第１図の溶液と基板の配置を上下関係において
逆転させた図面であつて、溶液４の上面が基板２と接触
している。

第２図においては、ヒーター５は使用されていず溶液４
は全体にＴ℃に加熱されている。Ｔ℃において溶液４が
飽和濃度Ｃまでソースを溶かし込んでおり、次に溶出し
たソース結晶成分が上向きに移動して基板２の上に成長
する。基板２は第１図の場合と同様に一定速度ｖで移動
して基板２の上に一定の厚さのエピタキシヤル層７が成
長する。逆にソース結晶の比重が溶液比重よりも大きく
、比重差によるソース結晶成分の沈降を生じるようなと
きは、第１図の如き配置が好ましい。以下、本発明の実
施例を説明する。

実施例 第１図の構造において溶液溜め３の長さＬ＝１０ｍｍ，
．Ｌ２＝５ｍｍ１Ｌ３−１０Ｔｔｍ１横幅１５ｍｍ１高
さ２５ｍｍにそれぞれの大きさを定めた。

小室３ａにはＧａｌ５．５ｆｌ．Ｓｎ２．ｌ９ソースＧ
ａＡｓ３．５９を装入し、小室３ｂにはＧａ７，５ｌ，
．ＳｎＯ．ｌ９ソースＧａＡｓｌ．８９、を装入し、そ
して小室３ｃにはＧａｌ５．５９、Ｚｎ２９ソースＧａ
Ａｓ３．５９を装入した。ソースとしては４．５ｍｍ厚
ＧａＡｓ単結晶を用いた。基板としてＧａＡｓ（（１０
０）面）１５×６０ｍｍ（但し１５×３０中の片を２枚
連続させたもの）を使用した。

基板温度（１）を８００℃に一定に維持した。溶液中の
温度勾配を１『Ｃ／Ｃ７ｌＬに設定し、基板のスライド
速度が５ｍｍ／Ｍｉｎの条件で成長を行い、第１層には
厚さ１．５ミクロン、第２層には厚さ０．６ミクロン、
第３層には厚さ１．２ミクロロンの均一なエピタキシヤ
ル結晶を得た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る方法を説明するための溶液溜め及
び基板の断面図、第２図は他の具体例を説明するための
第１図と同様の図面である。 １・・・・・・基板ホルダー、２・・・・・・基板、３
・・・・・・溶液溜め、４・・・・・・溶液、５・・・
・・・ヒーター ６・・・・・・ソース、７・・・・・
・エピタキシヤル結晶。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液相エピタキシャル成長において、結晶を成長さす
   べき基板の表面領域の一部を複数の小領域に想定上分割
   し、これらの小領域が２種以上の結晶成長用溶液のそれ
   ぞれと同時に接触している状態で該基板を前記小領域の
   配列方向に一定速度で移動させ、且つ前記基板面に対し
   垂直方向に前記基板が最低温度になり且つ基板と反対側
   が最高温度になるような温度勾配を前記溶液に設定し、
   さらに前記最高温度部にソース結晶を配置することによ
   つて、前記基板上に各結晶層を遂次多層に成長させるこ
   とを特徴とする液相エピタキシャル成長法。 ２ 結晶を成長さすべき基板の一部の領域が結晶成長用
   溶液の上面と接触している状態で該基板を一定方向に一
   定速度で移動させ且つ前記溶液の底面部にソース結晶を
   配置することによつて、前記基板上に、前記溶液より比
   重が小さい結晶を、前記基板の全ての領域に同一の厚さ
   に成長させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の液相エピタキシャル成長法。 ３ 結晶を成長さすべき基板の一部の領域が結晶成長用
   溶液の底面と接触している状態で該基板を一定方向に一
   定速度で移動させ、且つ前記溶液の上面部にソース結晶
   を配置することによつて、前記基板上に前記溶液より比
   重が大きい結晶を前記基板の全ての領域に同一の厚さに
   成長させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の液相エピタキシャル成長法。