JPH01179794A - ＧａＡｌＡｓの液相の結晶成長方法 - Google Patents
ＧａＡｌＡｓの液相の結晶成長方法Info
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- JPH01179794A JPH01179794A JP76488A JP76488A JPH01179794A JP H01179794 A JPH01179794 A JP H01179794A JP 76488 A JP76488 A JP 76488A JP 76488 A JP76488 A JP 76488A JP H01179794 A JPH01179794 A JP H01179794A
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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ＧａＡｌＡｓ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ＧａＡｌＡｓの液相エピタキシャル結晶
成長に関する。
［従来の技術］
ａａ、−ｘＡｔｘＡｓは結晶中の組成Ｘ（＾１＾Ｓ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． Ａｌ、＾Ｓ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６６０ｎｌの
赤色ＬＥＤを得るには１発光層のｐ−Ｇａ１−ｘ＾１ｘ
ＡＳのＸを約０．３５．波長７８０ ｎｌのＬＥＤを得
るにはＸを約０．１５．波長８５０ｎｎ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． Ａｌ、＾Ｓ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６６０ｎｌの
赤色ＬＥＤを得るには１発光層のｐ−Ｇａ１−ｘ＾１ｘ
ＡＳのＸを約０．３５．波長７８０ ｎｌのＬＥＤを得
るにはＸを約０．１５．波長８５０ｎｎ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−Ｇａ Ａｌ ＡｓのＸが決められる
。 ｎ−Ｇａ１−１−× × Ａｌ ＡｓのＸも一定でなく、目的とする発光波長ｘ
× に応じて決められる。 ｎ−Ｇａ１． ＡｌｘＡｓのＸ
は、叶Ｇａ１．＾１ｘＡｓｑ光層に電子や正孔を閉じ込
めておくため、あるいは、 ｐ−Ｇａ１−ｘＡｔｘＡｓ
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−Ｇａ１．ＡｌｘＡｓ
のＸが０．３５の場合、 ｎ−Ｇａ、−ｘＡｔｘＡｓの
Ｘは０．６−０．８５に選ばれる。
に応じてｐ−Ｇａ Ａｌ ＡｓのＸが決められる
。 ｎ−Ｇａ１−１−× × Ａｌ ＡｓのＸも一定でなく、目的とする発光波長ｘ
× に応じて決められる。 ｎ−Ｇａ１． ＡｌｘＡｓのＸ
は、叶Ｇａ１．＾１ｘＡｓｑ光層に電子や正孔を閉じ込
めておくため、あるいは、 ｐ−Ｇａ１−ｘＡｔｘＡｓ
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−Ｇａ１．ＡｌｘＡｓ
のＸが０．３５の場合、 ｎ−Ｇａ、−ｘＡｔｘＡｓ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−ｘ＾Ｉ、 Ａｓ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．ＡｌｘＡｓ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ダイオードと
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−ｘ＾Ｉ、 Ａｓ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．ＡｌｘＡｓ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ダイオードと
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−ｘＡｔｘＡｓ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、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。 ＧａＡｌＡ
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、８０〇℃−１０００℃、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１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、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。 ＧａＡｌＡ
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、８０〇℃−１０００℃、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１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−ｘＡｔｘＡｓ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
確な関係か見出だされておらず、希望する結晶組成Ｘを
え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
確な関係か見出だされておらず、希望する結晶組成Ｘを
え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−ｘＡｔｘＡ
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コ一般に液相成長
法によって成長されるＧａ１−ｘ４１ｘＡＳ結晶の組成
Ｘを決定するのは、溶液（メルト）中のＡ１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、
Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｖｏｌ、１８．ｎｏ、８，１９
７９．ｐ１５０９に示されているように、溶液中のＡ１
の濃度と成長するＧａ１−ｘ＾１ｘＡＳ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２図、第３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Ａ１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．＾１ｘＡＳ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２図から溶ａＧａにないするＡ１の重量比［＾Ｉ］
／［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３図より溶解するＧａＡｓの量が溶ＱＧａ
に対するＧａＡｓの重量比［ＧａＡｓ１ ／［Ｇａｌと
して求められる。この［Ａｌ１ ／ｌＧａ１と ［Ｇａ
Ａｓ］ ／［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−ｘ４１ｘＡＳ結晶の組成
Ｘを決定するのは、溶液（メルト）中のＡ１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、
Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｖｏｌ、１８．ｎｏ、８，１９
７９．ｐ１５０９に示されているように、溶液中のＡ１
の濃度と成長するＧａ１−ｘ＾１ｘＡＳ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２図、第３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Ａ１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．＾１ｘＡＳ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２図から溶ａＧａにないするＡ１の重量比［＾Ｉ］
／［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３図より溶解するＧａＡｓの量が溶ＱＧａ
に対するＧａＡｓの重量比［ＧａＡｓ１ ／［Ｇａｌと
して求められる。この［Ａｌ１ ／ｌＧａ１と ［Ｇａ
Ａｓ］ ／［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−八
− 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Ｅｆ’１４Ａにより測定した。
− 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Ｅｆ’１４Ａにより測定した。
第４図に測定結果を示す、実線は第２図から再現しな徐
冷法の場合の成長温度９００℃での［Ａｌ］／ ［Ｇａ
］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Ａ１とＧａとの重量比［Ａｌ］／
［Ｇａ］との間には何ら関連性が見出だせない９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ＩＡｌ］／ ［Ｇａ］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Ｇ ａ ｉ −ｘ Ａ ｌ ｘ Ａ Ｓ
結晶を得ることができないことが判った。
冷法の場合の成長温度９００℃での［Ａｌ］／ ［Ｇａ
］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Ａ１とＧａとの重量比［Ａｌ］／
［Ｇａ］との間には何ら関連性が見出だせない９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ＩＡｌ］／ ［Ｇａ］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Ｇ ａ ｉ −ｘ Ａ ｌ ｘ Ａ Ｓ
結晶を得ることが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が温度差法による液相結晶成長
によりＧａＡ Ｉ＾Ｓ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ＧａＡ Ｉ＾Ｓ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−ｘ Ａｌｘ Ａｓ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Ａ１とＧａＡｓの重量比ＩＡｌ］／
［ＧａＡｓ０量ｙと成長温度Ｔが、成長するＧａ１−ｘ
ＡｌｘＡｓ結晶の組成Ｘと一定の式で表される。すなわ
ち。
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Ａ１とＧａＡｓの重量比ＩＡｌ］／
［ＧａＡｓ０量ｙと成長温度Ｔが、成長するＧａ１−ｘ
ＡｌｘＡｓ結晶の組成Ｘと一定の式で表される。すなわ
ち。
Ｘ 、＝ Ａ−Ｔ＋Ｂ・ｌｏｇ（ｙ）十〇 、
（１）Ａ＝０．００３４３ 、 Ｂ＝０．６４．
Ｃ＝−１，８２゜に従ってｙとＴを決めればよい。
（１）Ａ＝０．００３４３ 、 Ｂ＝０．６４．
Ｃ＝−１，８２゜に従ってｙとＴ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。
［作用］
温度差法によるＧ ａ １−ｘ Ａ Ｉ ｘ Ａ Ｓの
液相成長において見出だされた。（１）式で表される。
液相成長において見出だされた。（１）式で表される。
徐冷法とは異なる自然法則を利用してメルト組成ｙ、成
長温度Ｔを決めるため、所望の組成ＸをもつＧａ１−ｘ
Ａ１ｘＡＳ結晶を成長できる。
長温度Ｔを決めるため、所望の組成ＸをもつＧａ１−ｘ
Ａ１ｘＡＳ結晶を成長できる。
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［Ａｌ］／［ＧａＡｓ］・ｙに従うＡ１の量
を求め、メルトを準備すると連続成長に適した溶質＝
７ − のソースを含むメルトが作れる。８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［Ａｌ］／［ＧａＡｓ］・ｙに従うＡ１の量
を求め、メルトを準備すると連続成長に適した溶質＝
７ − のソースを含むメルトが作れる。８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。
［実施例］
第５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、スライダ押上げ機構
５５により順次ゲートパルプ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５９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が設けら
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。
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、スライダ押上げ機構
５５により順次ゲートパルプ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５９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が設けら
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、＝ ９− − ８ ＝ スライダ受取機構７７によってゲートバルブ７４を介し
で出口側予備室７９に収められる。各駆動機構５５，６
１．７７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５ｏ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。
ブ７３を介して成長室５７の外に送られ、＝ ９− − ８ ＝ スライダ受取機構７７によってゲートバルブ７４を介し
で出口側予備室７９に収められる。各駆動機構５５，６
１．７７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５ｏ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。
第６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Ａｌ、 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２ｎ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型領域のバンドギャップ
より大きくするためｎメルト槽６６中のＡ１の量はｐメ
ルト槽６５のＡ１の量より大きくするのがよい１例えば
、赤色発光のａａｌ、 ＡｔｘＡｓ発光ダイオードをえ
るには、 ＡｌＡｓの組成割合Ｘをｐ型領域で約０．３
５． ｎ型領域で約０゜６−０．８５となるようにＡ１
とＧａＡｓ０量を決める１両メー １０ ＝ ルト槽６５．６ｅ内には図中右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てもよい、
溶質は高温部で飽和溶解度まで溶解し、温度勾配と拡散
で低温部に輸送される。
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２ｎ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型領域のバンドギャップ
より大きくするためｎメルト槽６６中のＡ１の量はｐメ
ルト槽６５のＡ１の量より大きくするのがよい１例えば
、赤色発光のａａｌ、 ＡｔｘＡｓ発光ダイオードをえ
るには、 ＡｌＡｓの組成割合Ｘをｐ型領域で約０．３
５． ｎ型領域で約０゜６−０．８５となるようにＡ１
とＧａＡｓ０量を決める１両メー １０ ＝ ルト槽６５．６ｅ内には図中右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てもよい、
溶質は高温部で飽和溶解度まで溶解し、温度勾配と拡散
で低温部に輸送される。
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。
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５０−６０μｍの成長層
かえられる。 第７図は温度と時間との関係を示す１図
から判るように温度分布は一定に保たれる。
かえられる。 第７図は温度と時間との関係を示す１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、次にスライダを郡動させて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１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、成長
結晶層の組成を光励起スペクトル等により、成長システ
ムから基板を出すことなく１モニタし、結果を制御装置
５０を介してフィードバックしてもよい。
させる、次にスライダを郡動させて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１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、成長
結晶層の組成を光励起スペクトル等により、成長システ
ムから基板を出すことなく１モニタし、結果を制御装置
５０を介してフィードバックしてもよい。
次に、ｐｆｌｌｎ側にそれぞれ電極をっけ１分離裁断し
て高輝度Ｇａ１−ｘ＾１ｘＡｓ発光ダイオード（ＬＥＤ
）を得る。
て高輝度Ｇａ１−ｘ＾１ｘＡｓ発光ダイオード（ＬＥＤ
）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エピタキシャル層につ
いて所望の組成Ｘが決まっているものとしてＧａ溶媒に
溶解するＡ１とＧａＡｓの重量比［Ａｌ］／［ＧａＡｓ
］−ｙまなは成長温度Ｔ”Ｃ（基板結晶の温度あるいは
メルトの低温側の温度）を以下の式から決定する。
いて所望の組成Ｘが決まっているものとしてＧａ溶媒に
溶解するＡ１とＧａＡｓの重量比［Ａｌ］／［ＧａＡｓ
］−ｙまなは成長温度Ｔ”Ｃ（基板結晶の温度あるいは
メルトの低温側の温度）を以下の式から決定する。
ｘ＝Ａ−Ｔ十Ｂ −ｌ ｏｇ（Ｖ） 十〇 （
１）Ａ＝０．００３４３ 、Ｂ＝０．６４ 、Ｃ
＝−１，８２これにより成長温度Ｔと溶質の重量比ｙと
が定められる、たとえば、成長温度Ｔ＝９００（’Ｃ）
の場合は。
１）Ａ＝０．００３４３ 、Ｂ＝０．６４ 、Ｃ
＝−１，８２これにより成長温度Ｔと溶質の重量比ｙと
が定められる、たとえば、成長温度Ｔ＝９００（’Ｃ）
の場合は。
ｘ＝ ０．００３４３ｘ９００ ＋０．６４１００（３
’） １．８２−’−ｙ ＝０．０１１ ｅＸＤ（
３，６ｘ ）に従って、溶質の重量比ｙを求めればよい
。
’） １．８２−’−ｙ ＝０．０１１ ｅＸＤ（
３，６ｘ ）に従って、溶質の重量比ｙを求めればよい
。
次ぎに成長温度より４０−７０℃高い温度、たとえば成
長温度より約６０℃高い温度におけるＡ１−Ｇａ溶液に
対するＧａＡｓの溶解度と上に求めた［Ａ１］／［Ｇａ
Ａｓ］とから［ＧａＡｓ］ ／［Ｇａ］、 ［Ａｌ］／
［Ｇａ］を決定できる。なお、 Ｇａ溶媒に溶解するＡ
１とＧａＡｓの重量比［Ａ ｌ ］／ ［ＧａＡｓ１＝
Ｖは０．０１５−０．３が好ましい。
長温度より約６０℃高い温度におけるＡ１−Ｇａ溶液に
対するＧａＡｓの溶解度と上に求めた［Ａ１］／［Ｇａ
Ａｓ］とから［ＧａＡｓ］ ／［Ｇａ］、 ［Ａｌ］／
［Ｇａ］を決定できる。なお、 Ｇａ溶媒に溶解するＡ
１とＧａＡｓの重量比［Ａ ｌ ］／ ［ＧａＡｓ１＝
Ｖは０．０１５−０．３が好ましい。
−旦作成したメルトから成長させる結晶の組成Ｘを変更
調整する場合は制御装置５ｏを介して成長温度Ｔを制御
すればよい。
調整する場合は制御装置５ｏを介して成長温度Ｔを制御
すればよい。
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図がまとめたデータを示す、以下要素を分けて説明
する。
する。
第８図はメルトに溶解するＡ１とＧａＡｓとの重量比［
＾１］／［ＧａＡｓ１＝ｙと温度差法液相エピタキシャ
ル成長により成長温度９００℃で得られなＧｌ、、＾１
ｘＡｓ結晶の組成Ｘとの関係の例を示す実験データのプ
ロットである。この関係は次の式により近似できる。
＾１］／［ＧａＡｓ１＝ｙと温度差法液相エピタキシャ
ル成長により成長温度９００℃で得られなＧｌ、、＾１
ｘＡｓ結晶の組成Ｘとの関係の例を示す実験データのプ
ロットである。この関係は次の式により近似できる。
Ｘ＝α・＋ｏａ（ｙ）十β±１０％ （
２）α＝０．６４ 、 β＝１．２７ 。
２）α＝０．６４ 、 β＝１．２７ 。
Ｏ≦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、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。
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、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９図は第８図の結晶中の組成Ｘを求めるために測定さ
れなＥＰＨＡのデータで、成長厚み方向のＸの分布を示
している。
れなＥＰＨＡのデータで、成長厚み方向のＸの分布を示
している。
第１０図はＥＰＨＡにより測定したＧａ１． ＡｔｘＡ
ｓ結晶の組成Ｘと成長温度Ｔ’Ｃ（基板結晶の温度ある
いはメルトの低温部の温度）との関係を示す実験データ
プロットであり、メルトに溶解するＡ１とＧａＡｓの重
量比［Ａｌ ］／ ［ＧａＡｓ１＝ ｙをパラメータと
して示したものである。 Ａｌ とＧａＡｓの重量比
［Ａｌ］／［ＧａＡｓ］・ｙの各値においてＸの成長温
度依存性はほぼ一定であり、これらの関係は次の式で近
似できる。
ｓ結晶の組成Ｘと成長温度Ｔ’Ｃ（基板結晶の温度ある
いはメルトの低温部の温度）との関係を示す実験データ
プロットであり、メルトに溶解するＡ１とＧａＡｓの重
量比［Ａｌ ］／ ［ＧａＡｓ１＝ ｙをパラメータと
して示したものである。 Ａｌ とＧａＡｓの重量比
［Ａｌ］／［ＧａＡｓ］・ｙの各値においてＸの成長温
度依存性はほぼ一定であり、これらの関係は次の式で近
似できる。
Ｘ−γ・Ｔ＋δ （３
）γ＝０．００３４３ δ＝−２，６〜 −２，
９第８図および第１０図をまとめて１組成Ｘ（＾１＾Ｓ
の割合）をＺ軸に、成長温度Ｔ （’Ｃ）をＸ軸に。
）γ＝０．００３４３ δ＝−２，６〜 −２，
９第８図および第１０図をまとめて１組成Ｘ（＾１＾Ｓ
の割合）をＺ軸に、成長温度Ｔ （’Ｃ）をＸ軸に。
溶質の重量比［Ａｌ］／［ＧａＡｓ］・ｙをｙ軸に表し
たのが第１図である。
たのが第１図である。
温度差法によるＧａ１−ｘ＾１ｘＡｓの液相結晶成長で
は、第１図に示したように、成長結晶の組成Ｘが成長温
度Ｈ’Ｃ）と溶質の重量比ｙ−［Ａｌ］／［ＧａＡｓ］
とで決定され、この関係を用いて成長条件を決めること
ができる。第１図の関係は１次式で表すことができる。
は、第１図に示したように、成長結晶の組成Ｘが成長温
度Ｈ’Ｃ）と溶質の重量比ｙ−［Ａｌ］／［ＧａＡｓ］
とで決定され、この関係を用いて成長条件を決めること
ができる。第１図の関係は１次式で表すことができる。
ｘ＝Ａ −Ｔ十Ｂ ・ｌ０Ｑ（ｙ） ＋Ｃ（１）Ａ＝０
．００３４３ 、 Ｂ−０，６４，Ｃ−−１，８２従っ
て成長温度Ｔ（’Ｃ）とメルトに溶解される＾１とＧａ
Ａｓの重量比［Ａｌ］／［ＧａＡｓ］−Ｖは希望するＧ
ａ１゜＾ｓ Ａｌの組成Ｘと式（１）とから求めるこ
とができる。
．００３４３ 、 Ｂ−０，６４，Ｃ−−１，８２従っ
て成長温度Ｔ（’Ｃ）とメルトに溶解される＾１とＧａ
Ａｓの重量比［Ａｌ］／［ＧａＡｓ］−Ｖは希望するＧ
ａ１゜＾ｓ Ａｌの組成Ｘ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し、
素材であるＡｌ、 ＧａＡｓは高温部で溶解する。
した。温度差法によるメルト内には温度分布が存在し、
素材であるＡｌ、 ＧａＡｓは高温部で溶解する。
温度差法においては、多数枚の基板上への連続成長が可
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。
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。
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。
−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１ｏ
−ｓｏ℃の温度差がつけらるとして、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ない状態におく、すなわち、
成長温度が９００℃であるとして、メルトに溶解する＾
１とＧａＡｓの重量比ｙ＝［＾１］／［ＧａＡｓ］を希
望するａａｌ、 ＡｔｘＡｓ結晶の組成Ｘ （好ましく
は０．１≦Ｘ≦０．８５ ）と成長温度Ｔから式（１）
を用いて計算にて決定する３次に第３図において等［＾
１］、／ ［ＧａＡｓ］線（破線）と９６０℃での［Ｇ
ａＡｓ１ ／［Ｇａｌ対［Ａｌ］／［Ｇａｌ線（実線）
との交点のｙ値より［ＧａＡｓ］／ ［Ｇａｌを求める
。この［ＧａＡｓ］／ ［Ｇａｌと［八ＩＩ／［Ｇａｌ
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℃では
完全に溶ける。つまり基板の温度が９００℃でメルトに
１０−５０℃の温度差をつけているから、基板温度（９
００℃士温度差（５０℃）十αの温度（９６０℃）では
完全に溶解するが、これ以下では完全には溶解しない、
これによって溶質のソースが確保される。
−ｓｏ℃の温度差がつけらるとして、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ない状態におく、すなわち、
成長温度が９００℃であるとして、メルトに溶解する＾
１とＧａＡｓの重量比ｙ＝［＾１］／［ＧａＡｓ］を希
望するａａｌ、 ＡｔｘＡｓ結晶の組成Ｘ （好ましく
は０．１≦Ｘ≦０．８５ ）と成長温度Ｔから式（１）
を用いて計算にて決定する３次に第３図において等［＾
１］、／ ［ＧａＡｓ］線（破線）と９６０℃での［Ｇ
ａＡｓ１ ／［Ｇａｌ対［Ａｌ］／［Ｇａｌ線（実線）
との交点のｙ値より［ＧａＡｓ］／ ［Ｇａｌを求める
。この［ＧａＡｓ］／ ［Ｇａｌと［八ＩＩ／［Ｇａｌ
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℃では
完全に溶ける。つまり基板の温度が９００℃でメルトに
１０−５０℃の温度差をつけているから、基板温度（９
００℃士温度差（５０℃）十αの温度（９６０℃）では
完全に溶解するが、これ以下では完全には溶解しない、
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１０−５０℃で
結晶成長させると、希望するＸから１士約１０％以内の
組成ＸをもっＧａ、、 ＡｔｘＡｓ結晶が得られる。
含むメルトを用いて約９００℃で温度差１０−５０℃で
結晶成長させると、希望するＸから１士約１０％以内の
組成ＸをもっＧａ、、 ＡｔｘＡｓ結晶が得られる。
同一メルトを用いて成長結晶の組成Ｘを修正しない場合
、制御装置５０に現在の組成Ｘと修正後の組成Ｘとを入
力し、修正すべき成長温度の変化を求め、ヒータを自動
調整することもできる。
、制御装置５０に現在の組成Ｘと修正後の組成Ｘとを入
力し、修正すべき成長温度の変化を求め、ヒータを自動
調整することもできる。
［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
ため炉体の温度のみからも成長温度を正確に求めること
は困蛇である。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 ［ＧａＡｓ１／［Ｇａｌや［八１］／［ＧａＡｓ
］等を調節しなければならなかった１本発明の方法では
士約１０％以内で正確な組成ＸをもつＧａ１−ｘ＾１ｘ
Ａｓ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。
ため炉体の温度のみからも成長温度を正確に求めること
は困蛇である。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 ［ＧａＡｓ１／［Ｇａｌや［八１］／［ＧａＡｓ
］等を調節しなければならなかった１本発明の方法では
士約１０％以内で正確な組成ＸをもつＧａ１−ｘ＾１ｘ
Ａｓ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図は本発明による温度差法液相結晶成長での各パラ
メータ間の関係を示すグラフ、第２図は徐冷法による結
晶組成Ｘ対メルト中の溶質＾１対Ｇａの重量比ＩＡｌ］
／［Ｇａ］の関係を示すグラフ、第３図はＧａ−Ａｌ温
溶液おけるＧａＡｓの飽和溶解度を示すグラフ、第４図
は結晶中の組成Ｘ対メルト中のＡ１とＧａの重量比［＾
１］／［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５図は温度差法による液相結晶成長装
置の概略図、第６図は第５図の部分拡大図、第７図は成
長操作を説明する温度対時間のグラフ、第８図は温度差
法における組成Ｘ対メルト中の［Ａｌ］／［ＧａＡｓ］
重量比のグラフ、第９図はＥＰＨ＾の測定データ、第１
０図は［Ａｌ］／［ＧａＡｓ］重量比をパラメータとし
た組成Ｘ対成長温度Ｔの関係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、６
５．６６ メルト槽 ５３ スライダ ６９ 基板 ＩＰ １枚目基板上のＰ型層ＩＮ
１枚目基板上のｎ型層２Ｐ ２枚目基板上
のＰ型層２８ ２枚目基板上のｎ型層
メータ間の関係を示すグラフ、第２図は徐冷法による結
晶組成Ｘ対メルト中の溶質＾１対Ｇａの重量比ＩＡｌ］
／［Ｇａ］の関係を示すグラフ、第３図はＧａ−Ａｌ温
溶液おけるＧａＡｓの飽和溶解度を示すグラフ、第４図
は結晶中の組成Ｘ対メルト中のＡ１とＧａの重量比［＾
１］／［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５図は温度差法による液相結晶成長装
置の概略図、第６図は第５図の部分拡大図、第７図は成
長操作を説明する温度対時間のグラフ、第８図は温度差
法における組成Ｘ対メルト中の［Ａｌ］／［ＧａＡｓ］
重量比のグラフ、第９図はＥＰＨ＾の測定データ、第１
０図は［Ａｌ］／［ＧａＡｓ］重量比をパラメータとし
た組成Ｘ対成長温度Ｔの関係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、６
５．６６ メルト槽 ５３ スライダ ６９ 基板 ＩＰ １枚目基板上のＰ型層ＩＮ
１枚目基板上のｎ型層２Ｐ ２枚目基板上
のＰ型層２８ ２枚目基板上のｎ型層
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の液相の結晶成長方法においてＧａ溶媒に溶解する
ＡｌとＧａＡｓの重量比［Ａｌ］／［ＧａＡｓ］＝ｙと
成長温度Ｔ℃とを希望するＧａ＿１＿−＿ｘＡｌ＿ｘＡ
Ｓ結晶の組成ｘと ｘ＝Ａ・Ｔ＋Ｂ・１０ｇ（ｙ）＋Ｃ Ａ＝０．００３４３、Ｂ＝０．６４、Ｃ＝−１．８２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の液相の結晶成長方法。 - （２）、特許請求の範囲第１項記載のＧａＡｌＡｓの液
相の結晶成長方法において、成長温度Ｔより４０ないし
７０℃高い温度におけるＡｌ−Ｇａ溶液に対するＧａＡ
ｓの溶解度と求めた［Ａｌ］／［ＧａＡｓ］＝ｙ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の液相の結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP76488A JPH01179794A (ja) | 1988-01-07 | 1988-01-07 | ＧａＡｌＡｓの液相の結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP76488A JPH01179794A (ja) | 1988-01-07 | 1988-01-07 | ＧａＡｌＡｓの液相の結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01179794A true JPH01179794A (ja) | 1989-07-17 |
| JPH0477717B2 JPH0477717B2 (ja) | 1992-12-09 |
Family
ID=11482763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP76488A Granted JPH01179794A (ja) | 1988-01-07 | 1988-01-07 | ＧａＡｌＡｓの液相の結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01179794A (ja) |
-
1988
- 1988-01-07 JP JP76488A patent/JPH01179794A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0477717B2 (ja) | 1992-12-09 |
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