JPH02129092A - 2−6族化合物半導体結晶成長装置 - Google Patents

2−6族化合物半導体結晶成長装置

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JPH02129092A
JPH02129092A JP28047988A JP28047988A JPH02129092A JP H02129092 A JPH02129092 A JP H02129092A JP 28047988 A JP28047988 A JP 28047988A JP 28047988 A JP28047988 A JP 28047988A JP H02129092 A JPH02129092 A JP H02129092A
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JP
Japan
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crystal
chamber
vapor pressure
temperature
compound semiconductor
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Pending
Application number
JP28047988A
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English (en)
Inventor
Michihiro Sano
道宏 佐野
Hiroyuki Kato
裕幸 加藤
Yasuo Okuno
奥野 保男
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Stanley Electric Co Ltd
Original Assignee
Stanley Electric Co Ltd
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Publication date
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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] 本発明は、結晶成長装置に関し、特にI[−VI族[従
来の技術〕 従来、ハロゲンガスを用いなn−vr族化合物半導体の
気相結晶成長が知られている。この例を第2図(A>、
(B)に示す。
第2図(A>に示すように、石英アンプル21の下部に
ソース結晶粉末23と輸送媒体としてのヨウ素等のハロ
ゲン25を入れ、アンプル上部にテーパ(θ=60〜7
0℃)を付け、その上にシート結晶27、石英棒29を
配し、真空封入した。
この成長アングルを所定の温度分布を有する縦型炉中に
垂直に配置し、第2図(B)に示すような温度分布を設
定する。温度差により対流拡散が起こり、高温部、低温
部で以下の反応が起こる。
高温: RIIRvt + X 2→Rn X 2モ1
/2 RVI 2低温;RIIR■+X2−RIIX2
+1/2R■2R・・■族原子 ■ R・・■族原子 ■ X・・・ハロゲン原子 この反応により高温部ではソース材料のハロゲン化が起
こり、低温部では再びソース材料を析出してハロゲンガ
スが生じる。このようにしてソース材料の輸送が行われ
、シート結晶上に結晶成長させる。
[発明が解決しようとする課題] 以上のような従来技術によれば: (1)、輸送媒体としてヨウ素等のハロゲンを使うので
それが結晶成長中に高濃度に取り込まれるため、高純度
な結晶が成長できない、 (2)、また、輸送媒体としてのガスは一般に蒸気圧が
高い。高い蒸気圧を持つハロゲンを輸送媒体としてアン
プル内に大量に入れるため、成長時の成長容器内の蒸気
圧が高くアンプル爆発の危険性がある、 (3)、また、構成元素の蒸気圧を制御できないため、
化学量論的組成からのずれが大きく、高品位な結晶の成
長ができない。
本発明の目的は、輸送用ハロゲンを用いず、高純度、高
品位のII−VI族化合物半導体結晶を気相成長できる
結晶成長装置を提供することである。
本発明の他の目的は、ff−VI族化合物半導体の構成
元素の蒸気圧を制御しつつ、高純度、高品位のII−V
I族化合物半導体結晶を気相成長できる結晶成長装置を
提供することである。
[課題を解決するための手段] 実効的に断面積の小さな領域を介して接続された高温室
および低温室を有し、該高温室に■−■族化合物半導体
のソース結晶を、かつ該低温室にヒートシンクとその上
にn−VI族化合物半導体のシート結晶を配置し真空に
封じた■−■族化合物半導体結晶成長装置。
さらに実効的に断面積の小さな管で該高温室に接続され
、■−■族化合物半導体の構成元素を含む蒸気圧源を収
めた蒸気圧制御室を有するH−■族化合物半導体結晶成
長装置。
[作用コ ハロゲンガスを用いずにn−VI族化合物半導体を真空
に封じているため、ハロゲン化物を取り込むことなくI
I−VI族化合物半導体の結晶が成長する。
結晶成長時のアンプル内圧力を低減することができる。
温度勾配による濃度拡散によってシート結晶上に結晶成
長する。また気相で供給されたソース原子がシート結晶
上を泳動することにより、エピタキシャル結晶が成長す
る。
また、断面積の小さな管で蒸気圧制御室をソース結晶室
に接続して構成元素の蒸気圧を印加することによりソー
ス結晶室内でのガスの構成元素比を直接制#t、シート
結晶室内で成長する結晶の化学量論的組成からのずれを
制御できる。
[実線例コ 第1図(A)、(B)に本発明の結晶成長装置の概略図
を示す、第1図(A>において、結晶成長装置1はn−
vy族化合物半導体のソース結晶2が配されているソー
ス結晶室3、シート(種)結晶4が配されているシート
結晶室5、ff−VI族化合物半導体の構成元素ないし
その化合物の蒸気圧源6を配した蒸気圧制御室7を有し
、かつソース結晶室(高温室)3とシート結晶室(低温
室)5が、中間に石英の無垢棒9を挿入することにより
実効的に小さな断面積を有する空間11で接続されてい
る。
シート結晶室5下部に、カーボン、PBN、石英等の熱
伝導率の高い材質をヒートシンク13として配置し、そ
の上にシート結晶4を配置する。
シート結晶4の上部にシート結晶止め17として円筒状
の石英管を配置してシート結晶4がヒートシンク13上
に確実に密着するようにする。
さらに、ソース結晶室(高温室)3の上部側面に実効的
に断面積の小さな管8を介して蒸気圧制御室7を接続す
る。
この結晶装置lに第1図(B)に示すような温度分布を
設定する。ソース結晶2はソース温度T1に保たれ、一
定の原料蒸気圧を発生する。
構成元素ないしその化合物6は蒸気圧源温度T2に保た
れ、構成元素の蒸気圧をソース結晶室3に供給する。こ
こではTI >72である。蒸気圧制御室7の温度を調
整することでソース結晶室3内の構成元素の蒸気圧を制
御できる。
シート結晶4は、TI >T3である結晶成長温度T3
に保たれる。なお、蒸気圧制御室7の温度T2はT1と
T3の中間にある場合を図示したが、これに限定される
ものではなく、T1よりも高温(T2 >TI >73
 >であっても、T3よりも低温(TI >T3 >7
2 >であってもよい、ソース結晶室3から輸送されて
きた気相材料がシート結晶4上にエピタキシャルに成長
する。
蒸気圧制御室7を細い管8によってソース結晶室3に接
続し、ソース結晶室3内の構成元素の蒸気圧の割合を直
接制御可能にすることにより、シート結晶室(低温室)
5に輸送されるガス自体の組成を変化させて結晶を成長
させ、成長結晶の化学量論的組成を制御可能にした。
It−VI族化合物半導体の代表例としてzn seを
例にとり、この装置による結晶成長を説明する。
第1図(A)に示した構造を有する石英アンプル底部の
し−トシンク13上に、シート結晶4としてスライシン
グ、ラッピング、ポリシングおよびケミカルエチングを
行なった(Il+)面Zn5e単結晶を配し、円筒状の
石英管17でシート結晶4を固定する。
また蒸気圧源6として、Zn5eの構成元素であるZn
あるいはSeを蒸気圧制御室7に入れる。
アンプル本体のシート結晶室5上にスペーサ9を支持す
るためのくぼみ18を形成し、スペーサつとして石英の
無垢棒を挿入し、その周囲に実効的に小さな断面積の領
域11を作る。スペーサ9の上にソース結晶2として成
長温度より低温で合成されたZn5e多結晶、例えばC
VD多結晶インゴットを配し、例えば10 ’Torr
以上の高真空で真空封入した。
この成長アングルを第1図(B)に示すような所定の温
度分布を有する縦型炉中に垂直に設置する。アングルの
各部が所定温度になると、蒸気圧制御室7からは制御さ
れた蒸気圧がソース結晶室3に供給され、ソース結晶室
3内でソース結晶2から蒸発した蒸気と混合して所望の
組成の原料ガスを構成する。
シート結晶4は、このような原料ガスが温度差により輸
送されるようにソース結晶2より低い温度に設定されて
おり、狭い空間11を通って供給された原料ガスをうけ
てエピタキシャル成長を生じさせる。
このように蒸気圧制御下で温度差により高温室(ソース
結晶室)3から低温室(シート結晶室)5に実効的に断
面積の小さな領域11を介してソース材料が気相の状態
で輸送される。シート結晶4はヒートシンク13により
熱的冷却をうけ、その上に結晶が成長する。
成長速度は、成長温度T3、温度差ΔT=TI−73に
依存するが、例えば成長温度950℃、温度差50℃に
おいて約10μm/hr程度の成長速度が得られる。
第3図に他の実施例による結晶成長装置を示す。
原理的には第1図の結晶成長装置と同様であるが構成要
素としてスペーサを上下2つ使用している点、蒸気圧制
御室をシート結晶室よりも低温側に設けている点等が異
なる。
すなわち、結晶成長装置1は、上部にソース結晶2を収
容するソース結晶室3を形成し、アンプルの径を絞った
後、スペーサ9を介してヒートシンク13上にシート結
晶4を設置するシート結晶室5に接続している。スペー
サ9によってソース結晶室3とシート結晶室4との間の
接続部は断面積を小さくしている。
ソース結晶室3の上方に他のスペーサ19を設けてソー
ス結晶室3の土壁を画定し、スペーサ19によって断面
積の小さくされた部分に断面積の小さな管8を介して蒸
気圧源6を収容する蒸気圧制御室7が接続されている。
蒸気圧制御室7はシート結晶室4の下方(ヒートシンク
13よりさらに下方)に配置されている。
例えば、結晶成長を行なわせる主アンプルの高さhlは
250〜260mnとし、カーボン製ヒートシンクの高
さh2を約10011ra、下部スペーサ9の上面すな
わちソース結晶室3底面までの高さh3を約200uと
した。下部スペーサ9の厚さdlは40〜50um、上
部スペーサ19の厚さd2は15〜20111とした。
主アンプルの幅広部は径12■1φ、幅狭部は径81f
fiφとしな、蒸気圧制御室7の部分は径511φとし
、断面積の小さな管8は径3.511ffiφとし、接
続部から蒸気圧制御室7の底面までの高さh4は制御圧
力によって変化させた。
この様な結晶成長装置に、1〜6gのソース結晶4を装
填し、径811φ、厚さ10〜15uの成長結晶を得た
。
ここでソース結晶温度T1は1000〜1200℃、成
長温度T3は900〜1000°C1蒸気圧源の温度T
2は450〜600℃であった。
第4図(A)、(B)に不純物を同時にドープする場合
の結晶成長装置の構成を示す。
第4図(A)は、Ga、 AI、In等蒸気圧の低い元
素をドープするのに適した構成を示す、主アングルの高
温部(上部スペーサ19の部分)に実効的に断面積の小
さな管14を介してドーパント15を収容するドーパン
ト室16を接続する。ドーパント室16の温度は蒸気圧
制御室7の温度より高く設定する。
第4図(B)はI 、Br、 CI等薫蒸気圧高い元素
をドー1するのに的した構成を示す、この場合は蒸気圧
制御室7に蒸気圧制御元素6と共にドーパント12を入
れる。
1nseの場合、ドーパントの添加量は、ヨウ素輸送法
の場合の5 u/ cn”に競べ、0 、  I Ig
/CI3以下という極めて少ない量でよい。In蒸気圧
制御下で不純物を添加することにより、低抵抗n型結晶
の成長が可能である。
上述の実施例で成長したZn5e結晶の結晶性評価のた
め、ヨウ素輸送法で得られた結晶と比較して、低a(2
1K)でのホトルミネッセンススペクトルを測定した0
本実施例による成長はT1=1050℃、T3=950
’C1蒸気圧制御なしで行つた。
第5図(A)、(B)が測定結果を示す、(A)が本実
施例による結晶のホトルミネッセンススペクトル、(B
)がヨウ素輸送法による結晶のホトルミネッセンスであ
る。実施例による第5図(A)のスペクトルは約440
〜460nnの領域に鋭い数本のピーク(11dおよび
そのフォノ・ンレプリカ)が表れ他“の波長での発光は
ほとんどない、欠陥、不純物等の少ない極めて純度、結
晶性の良い結晶であることが判る。
ヨウ素輸送法による第5図(B)のスペクトルは1、約
440〜460nI11の本来の発光が極め、て低いレ
ベルに落ち、より低いエネルギの極めて広い波長範囲で
ある約520niから700nmを越・す領域にブロー
ドな発光が見られる。欠陥、不純物等によりエネルギギ
ャップ内に幅広く数多くのレベルが発生しているものと
思われる。
以上、Zn5eを例にとり説明してきたが、本装置が他
のI[−VI族化合物半導体についても応用できること
は言うまでもない。
すなわち、1nseと同様の性質を有する2nS 、 
CdS 、 2nTe、 CdSe等において同一の成
長原理で結晶成長することが可能である。なお、蒸気圧
制御元素としては、所望の電気伝導形に的するように、
いずれの構成元素を用いることらできる。
なお、縦型炉を用いた成長を示したが横型炉でもよい、
すなわち水平方向に温度分布を有する炉を構成し、この
中に横方向に長いアンプルを挿入する。アンプル内で、
高温室であるソース結晶室、低温室であるシート結晶室
を狭い連結部を介して横方向に並べて接続し、ソース結
晶室に細い管を介して蒸気圧制御室を接続する点は上述
の実施例同様である。
上述の実施例においては、蒸気圧制御室をソース結晶室
の接続箇所より低温側に配置しているが、高温側に配置
する場合もある。またアングルは炉内に設定後、結晶成
長中は移動しない。
[発明の効果] ソース材料がシート結晶まで輸送される雰囲気が真空で
あり、ハロゲン等の輸送媒体を含んでいないので高純度
な高品位結晶が得られる。
また、成長時の圧力は低く、アンプル爆発の危険性は少
ない。
高温室と低温室が実効的に小さな断面積を有する接続部
により接続され、熱的には分離しているので、結晶成長
の際、ソース材料の組成元素−の組成を容易に制御でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図(A>、(B)は本発明の実施例による1l−V
I族化合物半導体の結晶成長袋!を示し、(A)は概略
断面図、(B)は温度分布図、第2図(A)、(B)は
従来例による■−■族化合物半導体の結晶成長装置を示
し、(A>は概略断面図、(B)は温度分布図、 第3図は本発明の他の実施例によるIt−VI族化合物
半導体の結晶成長装置の断面図、 第4図(A)、(B)は本発明の実施例による不純物ド
ーグの場合のII−VI族化合物半導体の結晶成長装置
の断面図、 第5′図<A>、(B)は本発明の実施例による結晶と
従来例による結晶とのホトルミネッセンススペクトルを
示すグラフである。 結晶成長装置 ソース結晶 ソース結晶室 シート結晶 シート結晶室 蒸気圧源 蒸気圧制御室 断面積の小さな管 スペーサ 小さな断面積を有する空間 ヒートシンク スペーサ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)、実効的に断面積の小さな領域を介して接続され
    た高温室および低温室を有し、該高温室にII−VI族化合
    物半導体のソース結晶を配置し、かつ該低温室にヒート
    シンクとその上にII−VI族化合物半導体のシート結晶を
    配置し、真空に封じたことを特徴とするII−VI族化合物
    半導体結晶成長装置。
  2. (2)、さらに実効的に断面積の小さな管で該高温室に
    接続され、II−VI族化合物半導体の構成元素を含む蒸気
    圧源を収めた蒸気圧制御室を有することを特徴とする請
    求項1記載のII−VI族化合物半導体結晶成長装置。
JP28047988A 1988-11-08 1988-11-08 2−6族化合物半導体結晶成長装置 Pending JPH02129092A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116657245A (zh) * 2023-05-25 2023-08-29 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种超临界流体状态下生长晶体的装置及方法

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CN116657245A (zh) * 2023-05-25 2023-08-29 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种超临界流体状态下生长晶体的装置及方法

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