JPH01179793A - ＧａＡｌＡｓの液相結晶成長方法 - Google Patents
ＧａＡｌＡｓの液相結晶成長方法Info
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- JPH01179793A JPH01179793A JP76388A JP76388A JPH01179793A JP H01179793 A JPH01179793 A JP H01179793A JP 76388 A JP76388 A JP 76388A JP 76388 A JP76388 A JP 76388A JP H01179793 A JPH01179793 A JP H01179793A
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
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。
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］
本発明はＧａＡｌＡｓの結晶成長に関し、特に溶質を溶
解したメルト内に一定の温度差を設け、高温部より低温
部に連続的に溶質を搬送して低温部で結晶を成長させる
温度差法によるＧａＡ ｌ＾Ｓの液相エピタキシャル結
晶成長に関する。
解したメルト内に一定の温度差を設け、高温部より低温
部に連続的に溶質を搬送して低温部で結晶を成長させる
温度差法によるＧａＡ ｌ＾Ｓの液相エピタキシャル結
晶成長に関する。
［従来の技術］
Ｇａ１−ｘＡｔｘＡｓは結晶中の組成Ｘ（＾ＩＡｓの割
合）を変えることにより、そのバンドギャップエネルギ
を１．４３ｅＶから２．１６ｅＶまで変えることができ
る混晶半導体である。そのためＧａ１． ＡｌｘＡｓは
赤外光から可視光までの発光ダイオド（ＬＥＤ）の材料
として広く用いられている１例えば、波長６６０ｎｎの
赤色ＬＥＤを得るには１発光層のｐ −Ｇ ａ １−
Ｘ＾１ｘＡＳのＸを約０．３５．波長７８０ ｎｎのＬ
ＥＤを得るにはＸを約０．１５．波長８５０ ｎｎの赤
外ＬＥＤを得るにはＸを約０．０１とすればよい、した
がって。
合）を変えることにより、そのバンドギャップエネルギ
を１．４３ｅＶから２．１６ｅＶまで変えることができ
る混晶半導体である。そのためＧａ１． ＡｌｘＡｓは
赤外光から可視光までの発光ダイオド（ＬＥＤ）の材料
として広く用いられている１例えば、波長６６０ｎｎの
赤色ＬＥＤを得るには１発光層のｐ −Ｇ ａ １−
Ｘ＾１ｘＡＳのＸを約０．３５．波長７８０ ｎｎのＬ
ＥＤを得るにはＸを約０．１５．波長８５０ ｎｎの赤
外ＬＥＤを得るにはＸを約０．０１とすればよい、した
がって。
ＧａＡｌＡｓのＬＥＤにおいては、目的とする発光波長
に応じてｐ−Ｇａ１．八１ｘＡＳのＸが決められる−
ｎ−（ｊａｌ−ｘＡｌ、＾ＳのＸも一定でなく、目的と
する発光波長に応じて決められる。 ｎ−Ｇａ１． Ａ
ｔｘＡｓのＸは、 ｐ−Ｇａ１． ＡｔｘＡｓ発光層に
電子や正孔を閉じ込めておくため、あるいは、 ｐ−Ｇ
ａ１−ｘＡｌｘＡＳ層での発光を吸収せず有効に結晶外
まで導くために必要な値が選ばれる。たとえば、 ｐ−
Ｇａ、、 ＡｔｘＡｓのＸが０．３５の場合、 ｎ−Ｇ
ａ１．ＡｔｘＡｓのＸは０．６−０．８５に選ばれる。
に応じてｐ−Ｇａ１．八１ｘＡＳのＸが決められる−
ｎ−（ｊａｌ−ｘＡｌ、＾ＳのＸも一定でなく、目的と
する発光波長に応じて決められる。 ｎ−Ｇａ１． Ａ
ｔｘＡｓのＸは、 ｐ−Ｇａ１． ＡｔｘＡｓ発光層に
電子や正孔を閉じ込めておくため、あるいは、 ｐ−Ｇ
ａ１−ｘＡｌｘＡＳ層での発光を吸収せず有効に結晶外
まで導くために必要な値が選ばれる。たとえば、 ｐ−
Ｇａ、、 ＡｔｘＡｓのＸが０．３５の場合、 ｎ−Ｇ
ａ１．ＡｔｘＡｓのＸは０．６−０．８５に選ばれる。
ＬＥＤの活性領域は通常基板結晶上にエピタキシャル成
長を行うことによって作られる。基板結晶としては、高
価でなく大口径で結晶性の良いものが得られることが望
ましい、 Ｇａ１． ＡｔｘＡｓ混晶は組成Ｘの全域に
わたり、 ＧａＡｓ結晶との格子不整合が少ない、そこ
で、大口径で良質の結晶が得られるＧａＡｓの基板上に
良質のＧａ１−ｘＡｌｘＡＳをエピタキシャル成長する
ことができる。これらの理由によりＧａＡｌＡｓは現在
赤外光から赤色光まで高輝度高出力の発光タイオードと
して多く用いられている。
長を行うことによって作られる。基板結晶としては、高
価でなく大口径で結晶性の良いものが得られることが望
ましい、 Ｇａ１． ＡｔｘＡｓ混晶は組成Ｘの全域に
わたり、 ＧａＡｓ結晶との格子不整合が少ない、そこ
で、大口径で良質の結晶が得られるＧａＡｓの基板上に
良質のＧａ１−ｘＡｌｘＡＳをエピタキシャル成長する
ことができる。これらの理由によりＧａＡｌＡｓは現在
赤外光から赤色光まで高輝度高出力の発光タイオードと
して多く用いられている。
このような発光デバイスとしてＧａ１． ＡｔｘＡｓを
用いるとき１発光波長、外部発光効率等の点から組成Ｘ
を制御することは重要な課題である。
用いるとき１発光波長、外部発光効率等の点から組成Ｘ
を制御することは重要な課題である。
液相結晶成長法として徐冷法や温度差法等が知られてい
る。徐冷法は、メルトを徐々に冷却して結晶化させる方
法である。
る。徐冷法は、メルトを徐々に冷却して結晶化させる方
法である。
温度差法は一定の温度差（ないし温度勾配）を持つ高温
部低温部を形成し、高温部から原料を供給して低温部で
結晶を析出させる方法であり、溶液（メルト）内に温度
差を設け１高温部で溶質を溶解（供給）シ、温度勾配と
拡散によって低温部に輸送し、低温部で過飽和溶液から
溶質を析出させる方法をさす、すなわち、温度差法液相
結晶成長では、徐冷法のように温度を徐々に下げるので
はなく、一定温度で成長がおこなわれるため、温度変化
による結晶欠陥の発生や結晶組成や不純物濃度の変動が
少ない、また連続して多数枚成長できる。 Ｇａ八へ＾
Ｓ系結晶の場合、グラファイトからなるメルト槽にＧａ
溶液からなるメルトを入れ、８００℃−１０００°Ｃ１
好ましくは８５０℃−９５０℃で１０℃−６０℃の温度
差を設けて結晶成長を行う、この方法により、特性の優
れた発光ダイオードやレーザー等が製作されている。
部低温部を形成し、高温部から原料を供給して低温部で
結晶を析出させる方法であり、溶液（メルト）内に温度
差を設け１高温部で溶質を溶解（供給）シ、温度勾配と
拡散によって低温部に輸送し、低温部で過飽和溶液から
溶質を析出させる方法をさす、すなわち、温度差法液相
結晶成長では、徐冷法のように温度を徐々に下げるので
はなく、一定温度で成長がおこなわれるため、温度変化
による結晶欠陥の発生や結晶組成や不純物濃度の変動が
少ない、また連続して多数枚成長できる。 Ｇａ八へ＾
Ｓ系結晶の場合、グラファイトからなるメルト槽にＧａ
溶液からなるメルトを入れ、８００℃−１０００°Ｃ１
好ましくは８５０℃−９５０℃で１０℃−６０℃の温度
差を設けて結晶成長を行う、この方法により、特性の優
れた発光ダイオードやレーザー等が製作されている。
［発明が解決しようとする問題点］
メルトから混晶結晶を析出させる場合、メルトの溶質の
組成と成長結晶の組成Ｘとは一般的に等しくない。
組成と成長結晶の組成Ｘとは一般的に等しくない。
ところが、温度差法によるＧａ１． ＡＩ、＾Ｓの液相
結晶成長においては、メルト組成と結晶組成との間に明
確な関係が見出だされておらず、希望する結晶組成Ｘを
得ようとすると多数の実験を繰り返さなければならなか
った。
結晶成長においては、メルト組成と結晶組成との間に明
確な関係が見出だされておらず、希望する結晶組成Ｘを
得ようとすると多数の実験を繰り返さなければならなか
った。
本発明の目的は、希望する組成ＸのＧａ１． Ａｔｘ＾
Ｓ結晶が容易に得られる結晶成長技術を提供することで
ある。
Ｓ結晶が容易に得られる結晶成長技術を提供することで
ある。
［問題点を解決するために行った検討］一般に液相成長
法によって成長されるＧａ１−ｘ＾１ｘＡｓ結晶の組成
Ｘを決定するのは、溶液（メルト）中のＡｌの濃度であ
る。液相エピタキシャル成長法としてひろく用いられて
いる徐冷法では１例えば１）１９６８５ＹＨＰＯ８ＩＵ
Ｈｏｎ ＧａＡｓ、ｐａｐｅｒ １２）Ｊａｐ、Ｊ、
＾ｐｐ １． Ｐｈｙｓ、 Ｖｏ １．１８． ｎ
ｏ、 ８．１９７９． ｐ１５０９に示されているよう
に、溶液中のＡｌの濃度と成長するＧａ１−ｘ＾１ｘＡ
ｓ結晶の組成Ｘとの間に一定の関係が存在することが知
られている。この関係を第７図、第８図に再現する。こ
れらを用いて、成長するＧａ１−ｘＡｌｘＡＳ結晶の組
成Ｘと成長温度に応じて材料であるＡｌおよびＧａＡｓ
と溶媒であるＧａの量が容易に決定できる。具体的には
、以下のようにすればよい、所望のＧａ１−ｘ＾１ｘＡ
Ｓ結晶の組成Ｘとメルト低温部または基板の温度である
成長温度とを用いて第７図から溶媒Ｇａにたいする＾Ｉ
の重量比［＾ｌ］ ／［Ｇａｌを得る。この［Ａｌ１
／［Ｇａｌと成長温度とを用いてＡｌ−Ｇａ溶液に対す
るＧａＡｓの飽和溶解度を示す第８図より溶解するＧａ
Ａｓの量が溶媒Ｇａに対するＧａＡｓの重量比［ＧａＡ
ｓ］ ／［Ｇａｌとして求められる。この［Ａｌ１ ／
［Ｇａｌと ［ＧａＡｓ］ ／［Ｇａｌより各材料の量
を秤量し成長用メルトを形成する。
法によって成長されるＧａ１−ｘ＾１ｘＡｓ結晶の組成
Ｘを決定するのは、溶液（メルト）中のＡｌの濃度であ
る。液相エピタキシャル成長法としてひろく用いられて
いる徐冷法では１例えば１）１９６８５ＹＨＰＯ８ＩＵ
Ｈｏｎ ＧａＡｓ、ｐａｐｅｒ １２）Ｊａｐ、Ｊ、
＾ｐｐ １． Ｐｈｙｓ、 Ｖｏ １．１８． ｎ
ｏ、 ８．１９７９． ｐ１５０９に示されているよう
に、溶液中のＡｌの濃度と成長するＧａ１−ｘ＾１ｘＡ
ｓ結晶の組成Ｘとの間に一定の関係が存在することが知
られている。この関係を第７図、第８図に再現する。こ
れらを用いて、成長するＧａ１−ｘＡｌｘＡＳ結晶の組
成Ｘと成長温度に応じて材料であるＡｌおよびＧａＡｓ
と溶媒であるＧａの量が容易に決定できる。具体的には
、以下のようにすればよい、所望のＧａ１−ｘ＾１ｘＡ
Ｓ結晶の組成Ｘとメルト低温部または基板の温度である
成長温度とを用いて第７図から溶媒Ｇａにたいする＾Ｉ
の重量比［＾ｌ］ ／［Ｇａｌを得る。この［Ａｌ１
／［Ｇａｌと成長温度とを用いてＡｌ−Ｇａ溶液に対す
るＧａＡｓの飽和溶解度を示す第８図より溶解するＧａ
Ａｓの量が溶媒Ｇａに対するＧａＡｓの重量比［ＧａＡ
ｓ］ ／［Ｇａｌとして求められる。この［Ａｌ１ ／
［Ｇａｌと ［ＧａＡｓ］ ／［Ｇａｌより各材料の量
を秤量し成長用メルトを形成する。
本発明者らはこの徐冷法で提案された方法で材料を秤量
し温度差法液相エピタキシャル成長により成長させた結
晶の組成ＸをＥＰＭＡにより測定した。
し温度差法液相エピタキシャル成長により成長させた結
晶の組成ＸをＥＰＭＡにより測定した。
第３図に測定結果を示す、実線は第７図から再現した徐
冷法の場合の成長温度９００°Ｃでの［Ａｌ］／ ［Ｇ
ａｌとＸの関係である。データプロットから明らかなよ
うに組成Ｘとメルト中の八１とＧａとの重量比［Ａｌ］
／ ［Ｇａｌとの間には何ら関連性が見出だせない。
冷法の場合の成長温度９００°Ｃでの［Ａｌ］／ ［Ｇ
ａｌとＸの関係である。データプロットから明らかなよ
うに組成Ｘとメルト中の八１とＧａとの重量比［Ａｌ］
／ ［Ｇａｌとの間には何ら関連性が見出だせない。
このように温度差法液相エピタキシャル成長においては
、徐冷法におけるような重量比［＾ｌ］／ ［Ｇａｌと
Ｘとの間の一定の関係がなく、徐冷法と同様の方法では
所望の組成ＸをもつＧａ１−ｘ＾１ｘＡＳ結晶を得るこ
とかできないことが判った。
、徐冷法におけるような重量比［＾ｌ］／ ［Ｇａｌと
Ｘとの間の一定の関係がなく、徐冷法と同様の方法では
所望の組成ＸをもつＧａ１−ｘ＾１ｘＡＳ結晶を得るこ
とかできないことが判った。
本発明者らはさらに多くの実験を行い、温度差法液相エ
ピタキシャル結晶成長において、徐冷法とは異なる一定
の関係があることを見出だした。
ピタキシャル結晶成長において、徐冷法とは異なる一定
の関係があることを見出だした。
この関係を利用することか温度差法による液相結晶成長
によりＧａＡｌＡｓ結晶を成長する際、非常に有用であ
ることを確認した。
によりＧａＡｌＡｓ結晶を成長する際、非常に有用であ
ることを確認した。
［問題点を解決するための手段］
温度差法によるＧａ１．＾１ｘＡｓの液相結晶成長にお
いては、第１図に示されるような関係が成り立ち、メル
トに溶解するＡｌとＧａＡｓの重量比［Ａｌ］／［Ｇａ
Ａｓ］＝■が、成長するＧａ１．、ｘＡｔｘＡｓ結晶の
組成Ｘと一定の式で表される関係にある。すなわち。
いては、第１図に示されるような関係が成り立ち、メル
トに溶解するＡｌとＧａＡｓの重量比［Ａｌ］／［Ｇａ
Ａｓ］＝■が、成長するＧａ１．、ｘＡｔｘＡｓ結晶の
組成Ｘと一定の式で表される関係にある。すなわち。
ｙ ＝ α・ｅｘｐ（十β・Ｘ）± １０％ （１）
α＝０．０１１ 、 β＝３．５゜ に従ってｙを決めればよい。
α＝０．０１１ 、 β＝３．５゜ に従ってｙを決めればよい。
さらに、溶質の組成は成長温度に基づいて定め。
溶質の量は成長温度より４０−７０℃高い温度に基づい
て定めるのが好ましい。
て定めるのが好ましい。
さらに、成長温度より４０−７０℃高い温度におけるＧ
５Ａｓの飽和溶解度を求め、このＧａＡｓの重量に相当
する上述の［＾ｌ］／ｌＧａＡｓ］＝ｙに従うＡＩの量
を求め、メルトを準備すると連続成長に適した溶質のソ
ースを含むメルトが作れる。設定するメルト高温部より
わずかに高温での飽和溶解度に合わせれば、高温部にお
いて溶質が完全には溶解せず。
５Ａｓの飽和溶解度を求め、このＧａＡｓの重量に相当
する上述の［＾ｌ］／ｌＧａＡｓ］＝ｙに従うＡＩの量
を求め、メルトを準備すると連続成長に適した溶質のソ
ースを含むメルトが作れる。設定するメルト高温部より
わずかに高温での飽和溶解度に合わせれば、高温部にお
いて溶質が完全には溶解せず。
エピタキシャル層の成長に伴って順次溶解する。
［作用コ
温度差法によるＧａ、、 ＡｌｘＡｓの液相結晶成長に
おいて見出だされた。徐冷法とは異なる自然法則を利用
してメルト組成を決めるため、所望の組成をもっＧａ１
−ｘＡｌｘＡＳ結晶を成長できる。
おいて見出だされた。徐冷法とは異なる自然法則を利用
してメルト組成を決めるため、所望の組成をもっＧａ１
−ｘＡｌｘＡＳ結晶を成長できる。
［実施例］
第４図に温度差法液相成長装置の例を概略的に示す、制
御装置５０はコンピュータを内蔵し、成長装置全体の制
御を行える。入口側予備室５１内には半導体基板を載せ
たスライダ５３が収められており、スライダ押上げｔＲ
構により順次ゲートバルブ６２を通って押し上げられる
。入口側予備室５１は予備加熱炉５つで予熱されている
のが好ましい、押し上げられたスライダはスライダ駆動
機構６１により成長室５７内にゲートバルブ６３を通っ
て送られる。成長室５７内にはメルト槽６４か設けられ
、主ヒータ６７がメルト槽６４を加熱している。スライ
ダ５３上の基板６９はメルト槽６４下部でメルトと接触
し結晶成長を行う、結晶成長の終わった基板を載せたス
ライダはゲートバルブ７３を介して成長室５７の外に送
られ、スライダ受取機構７７によってゲートバルブ７４
を介して出口側予備室７つに収められる。各駆動機槽５
５．６１．７７やヒータ５９，６７等は制御装置５０に
よって制御できる。制御装置５０はさらに式（１）およ
びその変形式などを記憶しており。
御装置５０はコンピュータを内蔵し、成長装置全体の制
御を行える。入口側予備室５１内には半導体基板を載せ
たスライダ５３が収められており、スライダ押上げｔＲ
構により順次ゲートバルブ６２を通って押し上げられる
。入口側予備室５１は予備加熱炉５つで予熱されている
のが好ましい、押し上げられたスライダはスライダ駆動
機構６１により成長室５７内にゲートバルブ６３を通っ
て送られる。成長室５７内にはメルト槽６４か設けられ
、主ヒータ６７がメルト槽６４を加熱している。スライ
ダ５３上の基板６９はメルト槽６４下部でメルトと接触
し結晶成長を行う、結晶成長の終わった基板を載せたス
ライダはゲートバルブ７３を介して成長室５７の外に送
られ、スライダ受取機構７７によってゲートバルブ７４
を介して出口側予備室７つに収められる。各駆動機槽５
５．６１．７７やヒータ５９，６７等は制御装置５０に
よって制御できる。制御装置５０はさらに式（１）およ
びその変形式などを記憶しており。
必要に応じて、各パラメータの算出、その結果に基づく
操作者への指示表示や自動制御などを行うことができる
。
操作者への指示表示や自動制御などを行うことができる
。
第５図はメルト槽６４部分の１例の拡大説明図である。
溶媒であるＧａの中に溶質のＡＩ、 ＧａＡｓが溶解さ
れて、Ｐメルト槽６５とｎメルト槽６６に収容されてい
る。さらに不純物としてＰメルト槽６５にはＩｎがｎメ
ルト槽６６にはＴｅが溶解されている。後から成長する
ｎ型領域のバンドギャップをｐ型頭域のバンドギャップ
より大きくするなめｎメルト槽６６中のＡｌの量はｐメ
ルト槽６５のＡｌの量より大きくするのがよい０例えば
、赤色発光のＧａ１． ＡｔｘＡｓ発光ダイオードをえ
るには、＾１＾Ｓの組成割合Ｘをｐ型頭域で約０．３５
． ｎ型領域で約０゜ｆ３−０．８５となるようにＡｌ
とＧａＡｓの量を決める１両メルト槽６５．１３ｅ内に
は図中布に示すような垂直方向の温度差が設定される。
れて、Ｐメルト槽６５とｎメルト槽６６に収容されてい
る。さらに不純物としてＰメルト槽６５にはＩｎがｎメ
ルト槽６６にはＴｅが溶解されている。後から成長する
ｎ型領域のバンドギャップをｐ型頭域のバンドギャップ
より大きくするなめｎメルト槽６６中のＡｌの量はｐメ
ルト槽６５のＡｌの量より大きくするのがよい０例えば
、赤色発光のＧａ１． ＡｔｘＡｓ発光ダイオードをえ
るには、＾１＾Ｓの組成割合Ｘをｐ型頭域で約０．３５
． ｎ型領域で約０゜ｆ３−０．８５となるようにＡｌ
とＧａＡｓの量を決める１両メルト槽６５．１３ｅ内に
は図中布に示すような垂直方向の温度差が設定される。
たとえば、８５０℃−９５０℃の温度で温度差を１０℃
−６０℃設ける。溶質を連続的に供給するには高温部で
あるメルト上部に溶質を浮かせておくか溶質収容部を作
ってメルトと接触させる。溶質は高温部で飽和溶解度ま
で溶解し。
−６０℃設ける。溶質を連続的に供給するには高温部で
あるメルト上部に溶質を浮かせておくか溶質収容部を作
ってメルトと接触させる。溶質は高温部で飽和溶解度ま
で溶解し。
拡散で低温部に輸送される０通常溶解度は温度と共に増
加するので、低温部では過飽和溶液となって析出できる
状態となる。このようなメルト低温部へ基板を順次接触
させる。たとえば、成長時間約６０分で５ｏ−ｅｏμｍ
の成長層かえられる。
加するので、低温部では過飽和溶液となって析出できる
状態となる。このようなメルト低温部へ基板を順次接触
させる。たとえば、成長時間約６０分で５ｏ−ｅｏμｍ
の成長層かえられる。
第６図は温度と時間との関係を示す０図から判るように
温度分布は一定に保たれる。初め１番目の基板がｐメル
トの下に接し、ｐ型層を成長させる３次にスライダを移
動させて１番目の基板がｎメルトの下に接し、２番目の
基板がＰメルトの下に接するようにする。そこで、それ
ぞれの成長層を形成する。これで１番目の基板上には下
にｐ型層、上にｎ型層が成長され、ダイオードが形成さ
れる。この様な操作を繰り返して多数枚の基板上にエピ
タキシャル成長を行う。
温度分布は一定に保たれる。初め１番目の基板がｐメル
トの下に接し、ｐ型層を成長させる３次にスライダを移
動させて１番目の基板がｎメルトの下に接し、２番目の
基板がＰメルトの下に接するようにする。そこで、それ
ぞれの成長層を形成する。これで１番目の基板上には下
にｐ型層、上にｎ型層が成長され、ダイオードが形成さ
れる。この様な操作を繰り返して多数枚の基板上にエピ
タキシャル成長を行う。
次に、ｐ側ｎｆＦＩにそれぞれ電極をつけ１分離裁断し
て高輝度Ｇａ１−ｘＡｔ、ＸＡｓ発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）を得る。
て高輝度Ｇａ１−ｘＡｔ、ＸＡｓ発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）を得る。
Ｐメルト、ｎメルトの準備について以下に説明する。
成長すべきＧａ１−ｘＡｌｘＡＳエピタキシャル層の所
望の組成Ｘが決まっているものとして、制御装置５０は
Ｇａ溶媒に溶解するＡ］とＧａＡｓの重量比［Ａｌ］／
［ＧａＡｓ１＝Ｖを以下の式から決定する。
望の組成Ｘが決まっているものとして、制御装置５０は
Ｇａ溶媒に溶解するＡ］とＧａＡｓの重量比［Ａｌ］／
［ＧａＡｓ１＝Ｖを以下の式から決定する。
ｙ ； α・ｅｘｐ（＋β・Ｘ）± １０％ （１）α
＝０゜０１１． β＝３．５゜ ただし、溶解するＡｌとＧａＡｓの重量比［＾ｌ ］／
［ＧａＡｓ１＝■は０．０１５−０．３とする。
＝０゜０１１． β＝３．５゜ ただし、溶解するＡｌとＧａＡｓの重量比［＾ｌ ］／
［ＧａＡｓ１＝■は０．０１５−０．３とする。
この結晶成長法の基礎をなすデータを以下に説明する。
第１図はメルトに溶解するＡｌとＧａＡｓとの重量比［
Ａ Ｉ ］／ ［ＧａＡｓ１＝Ｖと温度差法液相エピタ
キシャル成長により得られたＧ１１． ＡｔｘＡｓ結晶
の組成ＸをＥＰＨ＾により測定した結果との関係（成長
温度９００℃での実験データ）を示す、この関係は次の
式により近似できる。
Ａ Ｉ ］／ ［ＧａＡｓ１＝Ｖと温度差法液相エピタ
キシャル成長により得られたＧ１１． ＡｔｘＡｓ結晶
の組成ＸをＥＰＨ＾により測定した結果との関係（成長
温度９００℃での実験データ）を示す、この関係は次の
式により近似できる。
ｙ ＝ α・ｅｘｐ （十β・Ｘ）± １０％ （１
）α＝０．０１１ 、 β＝３．５゜０≦ｘ＜０
．１及び０．８５＜ ｘ≦１．０の範囲では、破線のよ
うにこの式の関係から外れてくる。しかしこの範囲内で
あっても第１図より希望する組成Ｘの結晶を得るのに必
要な溶質の重量比［Ａｌ］／［ＧａＡｓ］−ｙを予想す
ることは比較的容易である。
）α＝０．０１１ 、 β＝３．５゜０≦ｘ＜０
．１及び０．８５＜ ｘ≦１．０の範囲では、破線のよ
うにこの式の関係から外れてくる。しかしこの範囲内で
あっても第１図より希望する組成Ｘの結晶を得るのに必
要な溶質の重量比［Ａｌ］／［ＧａＡｓ］−ｙを予想す
ることは比較的容易である。
第２図は第１図の結晶中の組成Ｘを求めるために測定さ
れたＥ ＰＨＡのデータで、成長厚み方向のＸの分布を
示している。
れたＥ ＰＨＡのデータで、成長厚み方向のＸの分布を
示している。
温度差法によるＧａＡＩＡＳの成長では、第１図に示し
たように、成長結晶中の組成Ｘが溶質の重量比ｙ・［Ａ
ｌ］／［ＧａＡｓ］で決定される。 従ってメルトに溶
解されるＡｌとＧａＡｓの重量比［Ａ Ｉ ］／ ［Ｇ
ａＡｓ１＝Ｖは希望するＧＡｌ−ｘ＾ＩｘＡｓ結晶の組
成Ｘ （好ましくは０．１≦Ｘ≦０．８５）と式（１）
とから求めることができる。
たように、成長結晶中の組成Ｘが溶質の重量比ｙ・［Ａ
ｌ］／［ＧａＡｓ］で決定される。 従ってメルトに溶
解されるＡｌとＧａＡｓの重量比［Ａ Ｉ ］／ ［Ｇ
ａＡｓ１＝Ｖは希望するＧＡｌ−ｘ＾ＩｘＡｓ結晶の組
成Ｘ （好ましくは０．１≦Ｘ≦０．８５）と式（１）
とから求めることができる。
以上、メルトの低温部で行われる結晶成長について検討
した。温度差法によるメルト内には温度分布が存在する
。素材である＾ｌ、 ＧａＡｓは高温部で−１３＝ 溶解する。
した。温度差法によるメルト内には温度分布が存在する
。素材である＾ｌ、 ＧａＡｓは高温部で−１３＝ 溶解する。
温度差法においては、多数枚の連続成長が可能であるか
ら、成長中のメルトは成長素材（＾ｌ 、 ＧａＡｓ）
が完全に溶解した状態ではなく、メルトを飽和溶液の状
態に保つのに必要な量に加えて、必要枚数成長させられ
るだけの量の成長素材（完全には溶解していない）を含
むことが望ましい。しかしこの余分の成長素材が多すぎ
ると、メルトの全体にわたり成長素材が微結晶として存
在し、−度溶解した成長素材が微結晶を核としてその上
に析出し、必要な基板上への析出、成長を妨げることが
起こる。このようなことから成長温度より４０−７０℃
高い温度における溶解度から溶質の量を定めるのが好ま
しい。
ら、成長中のメルトは成長素材（＾ｌ 、 ＧａＡｓ）
が完全に溶解した状態ではなく、メルトを飽和溶液の状
態に保つのに必要な量に加えて、必要枚数成長させられ
るだけの量の成長素材（完全には溶解していない）を含
むことが望ましい。しかしこの余分の成長素材が多すぎ
ると、メルトの全体にわたり成長素材が微結晶として存
在し、−度溶解した成長素材が微結晶を核としてその上
に析出し、必要な基板上への析出、成長を妨げることが
起こる。このようなことから成長温度より４０−７０℃
高い温度における溶解度から溶質の量を定めるのが好ま
しい。
たとえば基板の温度が約９００℃でありメルトに１０−
５０℃の温度差がつけられているとして高温部分よりわ
ずかに高い温度たとえば、約９６０℃で完全に溶解し、
これ以下では完全には溶解したい状態におくことが望ま
しい。
５０℃の温度差がつけられているとして高温部分よりわ
ずかに高い温度たとえば、約９６０℃で完全に溶解し、
これ以下では完全には溶解したい状態におくことが望ま
しい。
すなわち、メルトに溶解するＡｌとＧａＡｓの重量比ｙ
＝［Ａｌ］ｚｌＧａＡｓ］ を希望するＧａ１−ＸＡｌ
ｘＡｓ結晶の組成Ｘ（好ましくは ０．１≦Ｘ≦０．８
５）がら式（１）に基づいて決定する１次に第８図にお
いて等［＾１］／［ＧａＡｓ］線（破線）と９６０℃で
の［ＧａＡｓ］／ ［Ｇａｌ対［＾ｌ］／［Ｇａ］線（
実線）との交点の縦軸の値より［ＧａＡｓ］／［Ｇａコ
を求める。こ）［ＧａＡｓ］／［Ｇａ］と［Ａｌ］／［
Ｇａ］およびＧａの総量より、溶媒Ｇａに対する各材料
の量を算出する。 このように求めた溶質の量は。
＝［Ａｌ］ｚｌＧａＡｓ］ を希望するＧａ１−ＸＡｌ
ｘＡｓ結晶の組成Ｘ（好ましくは ０．１≦Ｘ≦０．８
５）がら式（１）に基づいて決定する１次に第８図にお
いて等［＾１］／［ＧａＡｓ］線（破線）と９６０℃で
の［ＧａＡｓ］／ ［Ｇａｌ対［＾ｌ］／［Ｇａ］線（
実線）との交点の縦軸の値より［ＧａＡｓ］／［Ｇａコ
を求める。こ）［ＧａＡｓ］／［Ｇａ］と［Ａｌ］／［
Ｇａ］およびＧａの総量より、溶媒Ｇａに対する各材料
の量を算出する。 このように求めた溶質の量は。
９６０°Ｃで完全に溶ける。基板の温度が９００℃とす
ると、メルトに１０−５０℃の温度差をつけているから
、基板温度（９００℃十温度差（５０℃）十αの温度（
９６０℃）で完全に溶解し、これ以下では完全には溶解
したい、これによって溶質のソースが確保される。この
方法で得られた各材料（ＧａＡｓ、 Ｇａ、Ａｌ）を含
むメルトを用いて約９００℃で温度差１ｏ−ｓｏ℃で結
晶成長させると、希望するＸから２士約１０％以内の組
成ＸをもつＧａ１． ＡｔｘＡｓ結晶が得られる。
ると、メルトに１０−５０℃の温度差をつけているから
、基板温度（９００℃十温度差（５０℃）十αの温度（
９６０℃）で完全に溶解し、これ以下では完全には溶解
したい、これによって溶質のソースが確保される。この
方法で得られた各材料（ＧａＡｓ、 Ｇａ、Ａｌ）を含
むメルトを用いて約９００℃で温度差１ｏ−ｓｏ℃で結
晶成長させると、希望するＸから２士約１０％以内の組
成ＸをもつＧａ１． ＡｔｘＡｓ結晶が得られる。
なお１これらの操作はプログラム化してコンピュータ内
蔵の制御装置５０に記憶させ、操作者は希望する結晶組
成Ｘ等の入力をすれば良いようにしてもよい。
蔵の制御装置５０に記憶させ、操作者は希望する結晶組
成Ｘ等の入力をすれば良いようにしてもよい。
［発明の効果］
温度差法においては、成長中の基板付近のメルトの温度
を正確に測定することは容易ではなく。
を正確に測定することは容易ではなく。
また温度差をつけるため局部ヒータや冷却気体を用いる
なめ炉体の温度のみからも成長温度を正確に求めること
は置敷である。また成長システムごとにもバラツキがあ
り、従って正確に希望する組成Ｘに合わせるには、繰り
返しＧａＡｓ／ＧａやＡＩ／Ｇａ八Ｓ等をへ節したけれ
ばならなかった１本発明の方法では士約１０ｘ以内で正
確な組成ＸをもつＧａ１−ＸＡｌｘＡｓ結晶が得られる
。多くの時間と労力や高価な材料を節約することができ
、非常に有用である。
なめ炉体の温度のみからも成長温度を正確に求めること
は置敷である。また成長システムごとにもバラツキがあ
り、従って正確に希望する組成Ｘに合わせるには、繰り
返しＧａＡｓ／ＧａやＡＩ／Ｇａ八Ｓ等をへ節したけれ
ばならなかった１本発明の方法では士約１０ｘ以内で正
確な組成ＸをもつＧａ１−ＸＡｌｘＡｓ結晶が得られる
。多くの時間と労力や高価な材料を節約することができ
、非常に有用である。
第１図は温度差法における組成Ｘ対メルト中［Ａ！］／
［ＧａＡｓ１重量比のグラフ、第２図はＥＰＨへの測定
データ、第３図は結晶中の組成Ｘ対メルト中のＡｌとＧ
ａの重量比［＾ｌ］／［Ｇａ］の関係において徐冷法と
温度差法とを対比するグラフ、第４図す液相結晶成長装
置の概略図、第５図は第４図の部分拡大図。 第６図は成長操作を説明する温度対時間のグラフ。 第７図は徐冷法による結晶組成Ｘ対メルトのＡＩ対Ｇａ
の重量比［Ａｌ］／［Ｇａ］の関係を示すグラフ、第８
図はＧａ−Ａｌ溶液におけるＧａＡｓの飽和溶解度を示
すグラフである。 符号の説明 ５０ コンピュータ内蔵の制御装置６４
メルト槽 ６５ メルト槽 ６６ メルト槽 ５３ スライダ ６９ 基板
［ＧａＡｓ１重量比のグラフ、第２図はＥＰＨへの測定
データ、第３図は結晶中の組成Ｘ対メルト中のＡｌとＧ
ａの重量比［＾ｌ］／［Ｇａ］の関係において徐冷法と
温度差法とを対比するグラフ、第４図す液相結晶成長装
置の概略図、第５図は第４図の部分拡大図。 第６図は成長操作を説明する温度対時間のグラフ。 第７図は徐冷法による結晶組成Ｘ対メルトのＡＩ対Ｇａ
の重量比［Ａｌ］／［Ｇａ］の関係を示すグラフ、第８
図はＧａ−Ａｌ溶液におけるＧａＡｓの飽和溶解度を示
すグラフである。 符号の説明 ５０ コンピュータ内蔵の制御装置６４
メルト槽 ６５ メルト槽 ６６ メルト槽 ５３ スライダ ６９ 基板
Claims (2)
- （１）、ＡｌとＧａＡｓをＧａ溶媒に溶解したメルトに
温度差をつけ、このメルトの低温部に基板を接触させて
ＧａＡｌＡｓ結晶を成長させる温度差法によるＧａＡｌ
Ａｓの液相結晶成長方法においてＧａ溶媒に溶解するＡ
ｌとＧａＡｓの重量比［Ａｌ］／［ＧａＡｓ］＝ｙを希
望するＧａ＿１＿−＿ｘＡｌ＿ｘＡＳ結晶の組成Ｘとｙ
＝α・ｅｘｐ（＋β・ｘ）±１０％ α＝０．０１１、β＝３．５、 に基づいて決定し、メルトを準備して結晶成長を行うこ
とを特徴とするＧａＡｌＡｓの液相結晶成長方法。 - （２）、特許請求の範囲第１項記載のＧａＡｌＡｓの液
相結晶成長方法であって、成長温度Ｔより約４０ないし
７０℃高い温度におけるＡｌ−Ｇａ溶液に対するＧａＡ
ｓの溶解度と決定した重量比ｙ＝［Ａｌ］／［ＧａＡｓ
］とからＧａＡｓとＧａの重量比［ＧａＡｓ］／［Ｇａ
］を決定し、メルトを準備して結晶成長を行うことを特
徴とするＧａＡｌＡｓの液相結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP76388A JPH01179793A (ja) | 1988-01-07 | 1988-01-07 | ＧａＡｌＡｓの液相結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP76388A JPH01179793A (ja) | 1988-01-07 | 1988-01-07 | ＧａＡｌＡｓの液相結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01179793A true JPH01179793A (ja) | 1989-07-17 |
| JPH0477716B2 JPH0477716B2 (ja) | 1992-12-09 |
Family
ID=11482737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP76388A Granted JPH01179793A (ja) | 1988-01-07 | 1988-01-07 | ＧａＡｌＡｓの液相結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01179793A (ja) |
-
1988
- 1988-01-07 JP JP76388A patent/JPH01179793A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0477716B2 (ja) | 1992-12-09 |
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