JPH03177019A - 液相エピタキシャル結晶板の製造方法 - Google Patents

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】 概要 液相エピタキシャル結晶板の製造方法に関し、−回の結
晶成長で表面組成が特定方向に連続的に変化している結
晶板を提供することを目的とし、基板を水平面に対して
傾斜させて該基板に溶液を接触させる第１の工程と、上
記溶液の温度制御により、厚みが上記基板の傾斜方向に
連続的に変化する溶質の結晶を上記基板上に析出成長さ
せる第２の工程と、該基板上に析出成長した結晶を研磨
して均一厚みの結晶板とする第３の工程とを備えて構成
する。

産業上の利用分野 本発明は液相エピタキシャル結晶板（液相エピタキシャ
ル結晶成長法を用いて製造された結晶板）の製造方法に
関する。

ガリウム砒素やガリウム・アルミニウム・砒素等の化合
物半導体結晶を結晶基板上に成長させる方法の一つに、
結晶基板を溶液に接触させ、溶液の温度を次第に下げて
半導体結晶を結晶基板上に析出成長させるようにした方
法がある。この方法は一般に液相エピタキシャル結晶成
長法と称され、高純度で結晶性の良好な単結晶を成長さ
せる方法として、半導体工業の分野で広く採用されてい
る。

近年においては、鉛・錫・テルルや水銀・カドミウム・
テルル等の化合物半導体結晶を構成材料として、赤外線
検知素子や赤外半導体レーザ素子等の光電変換素子を製
造するのに上記方法は用いられている。ところで、この
種の光電変換素子においては、感度特性等の特性が半導
体結晶の表面組成に依存して変化することが知られてい
る。このため、所望の表面組成を有する結晶を提供する
ことが要望されている。

従来の技１・Ｐｉ 液相エピタキシャル結晶成長法の従来技術を第６図によ
り説明する。まず、同図（ａ）に示すように、石英アン
プル４内で水平に保持された基板８に溶液１２を接触さ
せ、溶液１２の温度制御により、基板８上（基板８の下
面）に結晶１４を析出成長させる。そして、所定厚みの
結晶が成長したならば、同図Ｑ：１）に示すように、基
板８を逆向きにして基板８と溶液１２の接触を絶ち、所
望の表面組成を有する結晶を得る。

この方法によると、水平に保持された基板への結晶の析
出速度は基板面上で均一であるから、均一な厚みで且つ
均一な表面組成の結晶を得ることができる。なお、この
方法においては、結晶の析出成長は密閉された石英アン
プル内で行われるので、この方法は、易蒸発性の成分元
素を含む水銀・カドミウム・テルル（Ｈｇ＋−ｘ　Ｃｄ
ｘ　Ｔ　ｅ　）等の化合物半導体結晶の製造に適してい
る。

発明が解決しようとする課題 第６図により説明した従来方法による場合、均一な表面
組成の結晶を得ることができるが、−回の結晶成長によ
って所定の表面組成の結晶を得ることができるのみであ
る。このため、所望の表面組成の結晶を得るためには厳
密なプロセス制御が必要になり、また、例えば、所望の
感度特性の光電変換素子を提供するために種々の表面組
成を選択する必要があるときには、必然的に結晶成長を
複数回行う必要がある。このような事情を考慮すると、
表面組成が特定方向に連続的に変化しているような結晶
の提供が可能になると便利である。

本発明はこのような技術的課題に鑑みて創作されたもの
で、−回の結晶成長で表面組成が特定方向に連続的に変
化している結晶板の提供を目的としている。

課題を解決するための手段 発明者の実験によると、液相エピタキシャル結晶成長法
を実施する場合、基板を溶液に接触させるときに基板が
水平面に対して傾斜していると、析出成長した結晶の形
状が、重力偏析の影響によって下方に相当する部分の厚
みが厚くなるような形状に？よることが明らかになった
。また、結晶組成を分析した結果、結晶の厚み方向に組
成が連続的に変化していることが明らかになった。組成
が結晶の厚み方向に連続的に変化するのは、石英アンプ
ル内の溶液量が有限であり、且つ、溶液の組成と析出成
長する結晶の組成とが異なるからである。

これらの事実からすると、以下に示すような本発明方法
によって、−回の結晶成長で表面組成が特定方向に連続
的に変化している結晶板の提供が可能になる。

即ち、本発明の液相エピタキシャル結晶板の製造方法は
、基板を水平面に対して傾斜させて該基板に溶液を接触
させる第１の工程と、上記溶液の温度制御により、厚み
が上記基板の傾斜方向に連続的に変化する溶質の結晶を
上記基板上に析出成長させる第２の工程と、該基板上に
析出成長した結晶を研磨して均一厚みの結晶板とする第
３の工程とを備えたものである。

作　　　用 基板を水平面に対して傾斜させて結晶成長を行うと、厚
みが基板の傾斜方向に連続的に変化する結晶を得ること
ができる。即ち、この結晶は、傾斜している基板の下方
に相当する部分の厚みが上方に相当する部分の厚みより
も厚くなるような形状を有している。また、この結晶に
おいては、組成が結晶の厚み方向（結晶の成長方向）に
連続的に変化している。よって、基板上に析出成長した
結晶を研磨して均一厚みの結晶板とすることによって、
この結晶板の表面組成は特定方向（結晶の析出成長時に
おける基板の傾斜方向）に連続的に変化したものとなる
。このように本発明方法によれば、−回の結晶成長で表
面組成が特定方向に連続的に変化している結晶板の提供
が可能になる。

実　　施　　例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

本発明方法の実施に使用する基板保持治具を第４図によ
り説明し、この基板保持治具等を石英アンプル内に収容
した状態を第５図により説明する。

基板保持治具２は、円筒状の石英アンプル４内に内接す
る外径及び所定長さの例えば石英ガラスあるいはカーボ
ン材からなる円柱３の外周部中央の一部を切欠いた切欠
凹部６を有し、この切欠凹部６内の対向壁面に結晶成長
用の基板８を横架する形に水平に保持する横絞から成っ
ている。そして、液相エピタキシャル結晶成長を行うに
際しては、治具の切欠凹部６内に例えばＣｄＴｅからな
る基板８が収容された基板ホルダ１０を水平に架は渡し
た形に保持し、基板８及び基板ホルダ１０と、あらかじ
め所定組成比に調整されたＨｇＣｄＴｅ合金（例えばＨ
ｇ　：Ｃｄ　：Ｔｅ＝２５　：　１　：　７４）から成
るメルト材料１１とを第５図に示すように石英アンプル
４内に配設し、内部を排気したのち、基板保持治具２が
容易に動かないように気密に封止する。

第１図により実施例における結晶の製造工程を説明する
。まず、石英アンプル４を図示しないエピタキシャル結
晶成長炉内に配置し、結晶成長温度よりも高い所定温度
に加熱して、第１図（ａ）に示すように、石英アンプル
４内のメルト材料１１を溶融させて溶液１２とする。次
いで、第１図ら）に示すように、石英アンプル４を１８
０度近く回転して基板８を水平面に対して傾斜させ、基
板８に溶液１２を接触させる。次いで、炉内温度を所定
の結晶成長温度に低下させると、第１図（Ｃ）に示すよ
うに、基板８上にはＨｇ　ｌ−Ｘ　Ｃｄｘ　Ｔ　ｅから
戒る結晶１４が析出成長する。結晶１４は、基板８の傾
斜方向に対して下方に相当する部分の厚みが上方に相当
する部分の厚みよりも厚くなるような楔状の形状をなし
ている。そして、所定厚みの結晶が形成された時点で、
第１図（ｄ）に示すように、石英アンプル４を再び１８
０度近く反転させることにより、基板８と溶液１２の接
触を絶ち結晶成長を停止させ、その後、炉内より石英ア
ンプル４を除冷しながら引き出し、石英アンプル４を開
封し、基板８を基板保持治具２から取り出す。

第２図により得られた結晶１４における等組成面を説明
する。傾斜するように保持された基板８においては、重
力偏析の影響から、上方に位置する部分８ａにおける結
晶の析出速度は小さく、下方に位置する部分８ｂにおけ
る析出速度は大きい。

このため、基板の上方に位置する部分８ａにおける結晶
１４の厚みは基板の下方に位置する部分８ｂにおける結
晶の厚みよりも薄くなる。一方、結晶１４の厚み方向の
組成についてみてみると、組成のパラメータとして前述
のＸを用いると、析出開始時点に相当する・基板８と結
晶１４の境界面ａにおけるパラメータＸ１　は、析出終
了時点に相当する結晶１４の表面ｅにおけるパラメータ
Ｘ、とは異なるものになる。この場合、ｘｌ　　とｘ５
　の関係は、一般に、偏析現象によって、ＸＳ＜Ｘ、　
　となる。また、境界面ａと表面ｅの間には境界面ａの
側から順に等組成面ｂ（ｘ＝Ｘ２）、ｃ　（ｘｘ、）、
ｄ（ｘ＝Ｘ、）等が存在することになる。

ここで＋　　ｘｌ　〜Ｘｓ　はこの順に値が小さくなる
ものである。よって、結晶１４を横切る基板８と平行な
平面Ｐは無数の等組成面と交わることになる。

したがって、第３図に示すように、結晶表面が基板８と
平行になるように結晶を研磨して結晶板１６とすること
によって、同図中にグラフで示すようにＸが特定方向に
連続的に変化するような組成分布を得ることができる。

このグラフにおいて、縦軸はＸであり、横軸は結晶板１
６上の位置を示す。例えば、Ｘ＝０．３となるように調
整されたメルト材料を用いて本発明方法を実施した場合
、Ｘが０．２と０．３の間で連続的に変化するような組
成分布を得ることができる。

このように表面組成が特定方向に連続的に変化するよう
な結晶板の提供が可能になると、感度特性が僅かずつ異
なる多数の光電変換素子を単一の結晶板から作成するこ
とができるようになる。このため、製造プロセス等を厳
密に制御することなしに、所望の感度特性の光電変換素
子の提供が可能になる。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、−回の結晶成長で
表面組成が特定方向に連続的に変化している結晶板の提
供が可能になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す結晶の製造工程図、 第２図は製造された結晶における等組成面の説明図、 第３図は研磨して得られた結晶板の組成分布の例を示す
図、 第４図は本発明の実施例において使用する基板保持治具
等の斜視図、 第５図は基板保持治具等が収容された石英アンプルの断
面図、 第６図は従来技術の説明図である。 ４・・・石英アンプル、 ８・・・基板、 １２・・・溶液、 １４・・・結晶。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　基板（８）を水平面に対して傾斜させて該基板（８）
   に溶液（１２）を接触させる第１の工程と、上記溶液（
   １２）の温度制御により、厚みが上記基板（８）の傾斜
   方向に連続的に変化する溶質の結晶（１４）を上記基板
   （８）上に析出成長させる第２の工程と、 該基板（８）上に析出成長した結晶（１４）を研磨して
   均一厚みの結晶板（１６）とする第３の工程とを備えた
   ことを特徴とする液相エピタキシャル結晶板の製造方法
   。