JPH0219967B2 - - Google Patents
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- JPH0219967B2 JPH0219967B2 JP15866485A JP15866485A JPH0219967B2 JP H0219967 B2 JPH0219967 B2 JP H0219967B2 JP 15866485 A JP15866485 A JP 15866485A JP 15866485 A JP15866485 A JP 15866485A JP H0219967 B2 JPH0219967 B2 JP H0219967B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- growth
- crystal
- solution
- source material
- growth solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は結晶成長方法に係り、特に、−属
など、化合物半導体の結晶成長方法に関する。
など、化合物半導体の結晶成長方法に関する。
GaAsやInPなどの−属化合物半導体装置
は光通信マイクロ波デバイスに必須なものとなつ
ているが、化合物は性質の異なる２つ以上（多元
系）の元素の結合であるから、その結晶成長は大
変難しく、組成比の均一化も生易いことではな
い。
は光通信マイクロ波デバイスに必須なものとなつ
ているが、化合物は性質の異なる２つ以上（多元
系）の元素の結合であるから、その結晶成長は大
変難しく、組成比の均一化も生易いことではな
い。
しかし、半導体装置の高性能化のためには、こ
のような困難を排して、均一な組成をもつた良質
の結晶の成長が望まれている。
のような困難を排して、均一な組成をもつた良質
の結晶の成長が望まれている。
［従来の技術と発明が解決しようとする問題点］
従来、多元系バルス結晶や多元系エピタキシヤ
ル結晶を得ようとする場合、高融点側の化合物を
構成する溶質元素が、成長が進行するにつれて成
長液中で枯涸してくるため、次第に結晶組成がず
れてきて、均一な組成をもつた結晶を成長するこ
とが難しいと云う問題がある。
ル結晶を得ようとする場合、高融点側の化合物を
構成する溶質元素が、成長が進行するにつれて成
長液中で枯涸してくるため、次第に結晶組成がず
れてきて、均一な組成をもつた結晶を成長するこ
とが難しいと云う問題がある。
例えば、Gax、In1-xAs結晶では、高融点化合
物であるGaAsを構成する溶質元素のGaが、成長
の進行するにつれて成長液中で枯涸して、次第に
Ga成分の少ないGax In1-xAs結晶が成長し、均
一な組成の結晶に成長できない。
物であるGaAsを構成する溶質元素のGaが、成長
の進行するにつれて成長液中で枯涸して、次第に
Ga成分の少ないGax In1-xAs結晶が成長し、均
一な組成の結晶に成長できない。
それは、多元素バルク結晶を成長させるための
引上げ成長法でも、また、多元系エピタキシヤル
結晶を成長させるための液相エピタキシヤル成長
法においても同じである。
引上げ成長法でも、また、多元系エピタキシヤル
結晶を成長させるための液相エピタキシヤル成長
法においても同じである。
第４図は従来の引上げ成長法（バルク結晶の成
長法）の概要図を示しており、１は容器（坩堝）、
２は成長液、３は種結晶、４は酸化硼素（B2O3）
膜は、５は回転引上げ棒、６は加熱体で、B2O3
膜４は成長液から蒸発する揮発分を抑えるための
被覆膜であり、このような成長法はLEC法
（liquid Encapsulated Czochalski method：液
封じ法）とも称されている。加熱体６で成長液２
を加熱し、種結晶３を回転引上げ棒５で回転しな
がら引き上げて、種結晶に所望の結晶を成長液２
から析出させる方法である。
長法）の概要図を示しており、１は容器（坩堝）、
２は成長液、３は種結晶、４は酸化硼素（B2O3）
膜は、５は回転引上げ棒、６は加熱体で、B2O3
膜４は成長液から蒸発する揮発分を抑えるための
被覆膜であり、このような成長法はLEC法
（liquid Encapsulated Czochalski method：液
封じ法）とも称されている。加熱体６で成長液２
を加熱し、種結晶３を回転引上げ棒５で回転しな
がら引き上げて、種結晶に所望の結晶を成長液２
から析出させる方法である。
その場合に、例えば、上記実施例では、成長液
２の中でGaが段々と少なくなつて、Gaの組成が
変化したGax In1-xAs結晶が成長する。
２の中でGaが段々と少なくなつて、Gaの組成が
変化したGax In1-xAs結晶が成長する。
尚、ここに、成長液とは成長用溶液と成長用融
液との両方を意味しており、溶液とは溶媒中に溶
質を溶かしたもので、また、融液とは溶媒と溶質
とが同一組成（例えば、InGaAsではIn＋Gaの液
中の組成とAsの液中の組成とが同一である液）
の液のことである。本例では以下に、溶液を例に
とつて説明するが、融液の場合も全く同じであ
る。
液との両方を意味しており、溶液とは溶媒中に溶
質を溶かしたもので、また、融液とは溶媒と溶質
とが同一組成（例えば、InGaAsではIn＋Gaの液
中の組成とAsの液中の組成とが同一である液）
の液のことである。本例では以下に、溶液を例に
とつて説明するが、融液の場合も全く同じであ
る。
上記のような欠点に鑑みて、先日、発明者は成
長結晶の組成の均一化を目的にした結晶成長方法
を提案した（特願昭58−171174号参照）。
長結晶の組成の均一化を目的にした結晶成長方法
を提案した（特願昭58−171174号参照）。
第５図はその一例を図示しており、本例は引上
げ成長法の概要図である。第４図と同一部材には
同じ記号が付してあるが、容器のうち、１１はボ
ロンナイトライド（BN：窒化硼素）からなる絶
縁体で、１２はソース材料、１３は成長液を保持
する容器を兼ねたカーボン電極、１４はソース材
料に接続するカーボン電極である。かくして、カ
ーボン電極１３を＋電源S+に接続し、カーボン
電極１４を−電源S-に接続して、成長液２から
ソース材料１２の方向に直流電流を流して発熱さ
せ、その電流量に応じたソース材料を成長液に溶
解させる。
げ成長法の概要図である。第４図と同一部材には
同じ記号が付してあるが、容器のうち、１１はボ
ロンナイトライド（BN：窒化硼素）からなる絶
縁体で、１２はソース材料、１３は成長液を保持
する容器を兼ねたカーボン電極、１４はソース材
料に接続するカーボン電極である。かくして、カ
ーボン電極１３を＋電源S+に接続し、カーボン
電極１４を−電源S-に接続して、成長液２から
ソース材料１２の方向に直流電流を流して発熱さ
せ、その電流量に応じたソース材料を成長液に溶
解させる。
そうすると、結晶の成長と共に、ソース材料が
成長液の中に溶解され、溶液組成の変化が少なく
なつて、成長結晶の組成が均一化される。且つ、
溶液から化合物ソースの方向に直流電流を流す
と、ソース材料自体の抵抗発熱（ジユール熱）に
よる加熱と、ソース材料と成長液との界面でのペ
ルチエ効果による発熱とが相乗して最も効率的に
加熱される。
成長液の中に溶解され、溶液組成の変化が少なく
なつて、成長結晶の組成が均一化される。且つ、
溶液から化合物ソースの方向に直流電流を流す
と、ソース材料自体の抵抗発熱（ジユール熱）に
よる加熱と、ソース材料と成長液との界面でのペ
ルチエ効果による発熱とが相乗して最も効率的に
加熱される。
しかし、その一方、ソース材料から溶けた溶質
元素は、溶液中を移動して成長結晶（種結晶）に
到達する際、その溶質元素の移動がエレクトロマ
イグレーシヨンによる効果、濃度差による拡散効
果、比重差による対流効果（浮上効果）など、多
くの移動効果が組み合わさつた複雑な形態にな
り、この成長液中での溶質元素の移動状態を制御
することが大変に難しくなる。
元素は、溶液中を移動して成長結晶（種結晶）に
到達する際、その溶質元素の移動がエレクトロマ
イグレーシヨンによる効果、濃度差による拡散効
果、比重差による対流効果（浮上効果）など、多
くの移動効果が組み合わさつた複雑な形態にな
り、この成長液中での溶質元素の移動状態を制御
することが大変に難しくなる。
本発明は、このような多元系成長液（溶液また
は融液）に、多元系結晶の構成成分が１つ以上含
まれる化合物を制御性良く補給すると同時に、溶
質元素の制御性良く成長結晶を析出させる成長方
法を提案するものである。
は融液）に、多元系結晶の構成成分が１つ以上含
まれる化合物を制御性良く補給すると同時に、溶
質元素の制御性良く成長結晶を析出させる成長方
法を提案するものである。
［問題点を解決するための手段］
その目的は、多元素化合物半導体結晶を構成す
る元素が１つ以上含まれるソース材料を、該多元
系化合物半導体結晶の成長液に接触させて、前記
ソース材料自体に直流、または交流の電流を流し
て発熱させ、該電流量に応じたソース材料を前記
成長液に溶解させて成長液の組成を制御するよう
にした結晶成長方法によつて達成される。
る元素が１つ以上含まれるソース材料を、該多元
系化合物半導体結晶の成長液に接触させて、前記
ソース材料自体に直流、または交流の電流を流し
て発熱させ、該電流量に応じたソース材料を前記
成長液に溶解させて成長液の組成を制御するよう
にした結晶成長方法によつて達成される。
［作用］
即ち、本発明はソース材料にのみ直流、又は交
流の電流を流して発熱させ、成長液にソース材料
料を溶解させて、成長液の組成を一定に保持す
る。
流の電流を流して発熱させ、成長液にソース材料
料を溶解させて、成長液の組成を一定に保持す
る。
そうすると、容器（坩堝など）の構造が簡単に
なると同時に、エレクトロマイグレーシヨンによ
る移動効果が除かれて、ソース材料から成長液に
溶解する溶質元素の移動が制御し易くなる。
なると同時に、エレクトロマイグレーシヨンによ
る移動効果が除かれて、ソース材料から成長液に
溶解する溶質元素の移動が制御し易くなる。
［実施例］
以下、図面を参照して実施例によつて詳細に説
明する。
明する。
第１図は本発明にかかる結晶成長法のうち、引
上げ成長法の一実施例の概要図を示している。図
において、第５図と同一部材には同じ記号が付し
てあるが、容器のうち、１１はボロンナイトライ
ド（BN：窒化硼素）からなる絶縁体で、容器の
中にソース材料１２が収容されて、ソース材料の
一面が成長液に接しており、且つ、そのソース材
料１２の両側にカーボン電極１３を接続してい
る。そうして、加熱体６で成長液２が加熱される
と同時に、直流電源S+、S-によつて直流電流を
カーボン電極１３の間に流し、ソース材料１２を
それ自体の抵抗発熱（ジユール熱）によつて加熱
する。
上げ成長法の一実施例の概要図を示している。図
において、第５図と同一部材には同じ記号が付し
てあるが、容器のうち、１１はボロンナイトライ
ド（BN：窒化硼素）からなる絶縁体で、容器の
中にソース材料１２が収容されて、ソース材料の
一面が成長液に接しており、且つ、そのソース材
料１２の両側にカーボン電極１３を接続してい
る。そうして、加熱体６で成長液２が加熱される
と同時に、直流電源S+、S-によつて直流電流を
カーボン電極１３の間に流し、ソース材料１２を
それ自体の抵抗発熱（ジユール熱）によつて加熱
する。
このような構造によると、ソース材料はジユー
ル熱によつてのみ加熱され、ベルチエ効果は加わ
らない。他方、ソース材料から溶解した溶質元素
が成長液中を移動して成長結晶（種結晶）に到達
する際、その溶質元素の移動は濃度差による拡散
効果と比重差による対流効果（浮上効果）だけに
なり、エレクトロマイグレーシヨンによる効果が
除かれる。そのため、溶液元素の成長液中での移
動制御が容易になる。
ル熱によつてのみ加熱され、ベルチエ効果は加わ
らない。他方、ソース材料から溶解した溶質元素
が成長液中を移動して成長結晶（種結晶）に到達
する際、その溶質元素の移動は濃度差による拡散
効果と比重差による対流効果（浮上効果）だけに
なり、エレクトロマイグレーシヨンによる効果が
除かれる。そのため、溶液元素の成長液中での移
動制御が容易になる。
本法を適用する実施例を記載すると、例えば、
ソース材料１２は成長容器と同一材料で、例え
ば、溶質をGaとAsとする溶液とすると、ソース
材料はGaAs化合物にする。
ソース材料１２は成長容器と同一材料で、例え
ば、溶質をGaとAsとする溶液とすると、ソース
材料はGaAs化合物にする。
尚、本発明における成長方法では、直流電源を
交流電源に取り替えて、交流電流を流しても同様
となり、上記の実施例および以下の実施例におい
ては交直の流電源を適用できるものである。図
中、交流電源を点線で示している。
交流電源に取り替えて、交流電流を流しても同様
となり、上記の実施例および以下の実施例におい
ては交直の流電源を適用できるものである。図
中、交流電源を点線で示している。
次に、第２図に示す引上げ成長法の例は、これ
を一層高精度に調整するための方法を示す例であ
る。即ち、本例は加熱体６′を調整して、成長液
の下部と上部との間の温度勾配を大きくしてい
る。上部の種結晶３近傍の温度は一定しているた
め、下部の方を高温度にして、それには、例え
ば、ヒータやコイルの巻数を下方で密にする等の
処置によつて調整する。そうすると、上記例の濃
度差に加えて、温度差が大きくなるから拡散およ
び対流効果が大きくなり、成長液の中での成長材
料の補給が迅速になる。この効果はソース材料自
体の加熱によつて一層正確かつ効果的に成長液中
に温度差をつけることができる。このように、拡
散および対流の効果を大きくして、成長結晶の組
成を更に均一化できるが、その成長液中を移動す
る溶質元素の制御性が、第５図に説明した従来の
成長法に比べ、本例では一層容易になる。
を一層高精度に調整するための方法を示す例であ
る。即ち、本例は加熱体６′を調整して、成長液
の下部と上部との間の温度勾配を大きくしてい
る。上部の種結晶３近傍の温度は一定しているた
め、下部の方を高温度にして、それには、例え
ば、ヒータやコイルの巻数を下方で密にする等の
処置によつて調整する。そうすると、上記例の濃
度差に加えて、温度差が大きくなるから拡散およ
び対流効果が大きくなり、成長液の中での成長材
料の補給が迅速になる。この効果はソース材料自
体の加熱によつて一層正確かつ効果的に成長液中
に温度差をつけることができる。このように、拡
散および対流の効果を大きくして、成長結晶の組
成を更に均一化できるが、その成長液中を移動す
る溶質元素の制御性が、第５図に説明した従来の
成長法に比べ、本例では一層容易になる。
更に、第２図では、ソース材料１２とカーボン
電極１３との間に接触金属１５を介在させてい
る。それは、ソース材料１２とカーボン電極１３
との接触が必ずしも十分ではないから、その接触
抵抗を少なくするために設けるもので、例えば、
In金属などが用いられる。また、図中に交流電源
を点線で示しており、直流電源と同様の効果があ
る。
電極１３との間に接触金属１５を介在させてい
る。それは、ソース材料１２とカーボン電極１３
との接触が必ずしも十分ではないから、その接触
抵抗を少なくするために設けるもので、例えば、
In金属などが用いられる。また、図中に交流電源
を点線で示しており、直流電源と同様の効果があ
る。
なお、ソース材料を２つ以上収容したり、ま
た、２種類以上のソース材料を収容して補給する
方法を採つても良い。例えば、InGaAsP4元バル
ク結晶のIn溶媒を用いた溶液成長に対して、
GaAsとInPとのソース材料によつてGa、As、Ｐ
の溶質元素を補給して、溶液成分を調整する等で
ある。
た、２種類以上のソース材料を収容して補給する
方法を採つても良い。例えば、InGaAsP4元バル
ク結晶のIn溶媒を用いた溶液成長に対して、
GaAsとInPとのソース材料によつてGa、As、Ｐ
の溶質元素を補給して、溶液成分を調整する等で
ある。
次に、第３図は液層エピタキシヤル成長法の概
要図を示している。図において、２０は成長液、
２１はボロンナイトライド（BN）、２２はソー
ス材料、２３はカーボン電極、３１はBNボート
で、２４はカーボンスライド、２４は被成長基板
である。第１図の例と同様に、直流電源S+、S-
によつて直流電流をカーボン電極１３の間に流
し、ソース材料１２をそれ自体のジユール熱によ
つて加熱する。また、図中に交流電電源を点線で
示しており、直流電源と同様の効果がある。
要図を示している。図において、２０は成長液、
２１はボロンナイトライド（BN）、２２はソー
ス材料、２３はカーボン電極、３１はBNボート
で、２４はカーボンスライド、２４は被成長基板
である。第１図の例と同様に、直流電源S+、S-
によつて直流電流をカーボン電極１３の間に流
し、ソース材料１２をそれ自体のジユール熱によ
つて加熱する。また、図中に交流電電源を点線で
示しており、直流電源と同様の効果がある。
この時、ソース材料から溶解した溶質元素が成
長液中を移動して成長結晶（種結晶）に到達する
際、その溶質元素の移動は濃度差による拡散効果
と比重差による対流効果）浮上効果）だけにな
り、エレクトロマイグレーシヨンによる効果が除
かれる。そのため、溶液元素の成長液中での移動
制御性が高められる。
長液中を移動して成長結晶（種結晶）に到達する
際、その溶質元素の移動は濃度差による拡散効果
と比重差による対流効果）浮上効果）だけにな
り、エレクトロマイグレーシヨンによる効果が除
かれる。そのため、溶液元素の成長液中での移動
制御性が高められる。
尚、第３図では加熱体を図示していないが、そ
れは全体を加熱炉に挿入する方法が用いられるか
らである。
れは全体を加熱炉に挿入する方法が用いられるか
らである。
従つて、本発明によれば制御性良く溶質が成長
結晶（種結晶）の近傍に補充されて、成長結晶の
組成が均一化される。
結晶（種結晶）の近傍に補充されて、成長結晶の
組成が均一化される。
［発明の効果］
上記の説明から明らかなように、本発明によれ
ばバルク結晶および液相エピタキシヤル結晶の成
長法において、成長液中での溶質元素の移動制御
が容易になり、成長結晶の組成が均一化されて、
化合物半導体装置の高性能化に著しい効果のある
ものである。
ばバルク結晶および液相エピタキシヤル結晶の成
長法において、成長液中での溶質元素の移動制御
が容易になり、成長結晶の組成が均一化されて、
化合物半導体装置の高性能化に著しい効果のある
ものである。
第１図および第２図は本発明にかかる引上げ成
長法の概要図、第３図は本発明にかかる液相エピ
タキシヤル成長法の概要図、第４図および第５図
は従来の引上げ成長法の概要図である。 図において、１は容器、２，２０は成長液、３
は種結晶、４はB2O3膜、５は回転引上げ棒、６，
６′は加熱体、１１，２１はBN、１２，２２は
ソース材料、１３，１４，２３はカーボン電極、
１５は接触金属、３１はBNボート、２４はカー
ボンスライダ、２５は被成長基板を示している。
長法の概要図、第３図は本発明にかかる液相エピ
タキシヤル成長法の概要図、第４図および第５図
は従来の引上げ成長法の概要図である。 図において、１は容器、２，２０は成長液、３
は種結晶、４はB2O3膜、５は回転引上げ棒、６，
６′は加熱体、１１，２１はBN、１２，２２は
ソース材料、１３，１４，２３はカーボン電極、
１５は接触金属、３１はBNボート、２４はカー
ボンスライダ、２５は被成長基板を示している。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 多元系化合物半導体結晶を構成する元素が１
つ以上含まれるソース材料を、該多元系化合物半
導体結晶の成長液に接触させて、前記ソース材料
自体に直流、または交流の電流を流して発熱さ
せ、該電流量に応じたソース材料を前記成長液に
溶解させて成長液の組成を制御するようにしたこ
とを特徴とする結晶成長方法。 ２ 前記多元系化合物半導体結晶がバルク結晶で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の結晶成長方法。 ３ 前記多元系化合物半導体結晶が液相エピタキ
シヤル結晶であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の結晶成長方法。 ４ 上記成長液が、被成長基板の下に位置して、
該被成長基板の表面と前記成長液の表面とが接触
していることを特徴とする特許請求の範囲第３項
記載の結晶成長方法。 ５ 上記ソース材料が、上記成長液に対して任意
の位置で接触し、該成長液の濃度差によるソース
材料の拡散によつて、前記成長液の組成が制御さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の結晶成長方法。 ６ 上記ソース材料が、上記成長液の下部に位置
して接触し、ソース材料の浮上効果によつて、前
記成長液の組成が制御されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の結晶成長方法。 ７ 上記ソース材料を複数配置したことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15866485A JPS6218706A (ja) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | 結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15866485A JPS6218706A (ja) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | 結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6218706A JPS6218706A (ja) | 1987-01-27 |
| JPH0219967B2 true JPH0219967B2 (ja) | 1990-05-07 |
Family
ID=15676655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15866485A Granted JPS6218706A (ja) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | 結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6218706A (ja) |
-
1985
- 1985-07-17 JP JP15866485A patent/JPS6218706A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6218706A (ja) | 1987-01-27 |
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