JPH0477716B2 - - Google Patents
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- JPH0477716B2 JPH0477716B2 JP76388A JP76388A JPH0477716B2 JP H0477716 B2 JPH0477716 B2 JP H0477716B2 JP 76388 A JP76388 A JP 76388A JP 76388 A JP76388 A JP 76388A JP H0477716 B2 JPH0477716 B2 JP H0477716B2
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- JP
- Japan
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- melt
- gaas
- temperature
- growth
- crystal
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
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
エピタキシヤル結晶成長に関する。
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
エピタキシヤル結晶成長に関する。
［従来の技術］
Ga1-xAlxAsは結晶中の組成ｘ（AlAsの割合）
を変えることにより、そのバンドギヤンプエネル
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-xAlxAs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。例えば、波長
660nmの赤色LEDを得るには、発光層のＰ−
Ga1-xAlxAsのｘを約0.35，波長780nmのLEDを
得るにはｘを約0.15，波長850nmの赤外LEDを得
るにはｘを約0.01とすればよい。したがつて、
GaAlAsのLEDにおいては、目的とする発光波長
に応じてｐ−Ga1-xAlxAsのｘが決められる。ｎ
−Ga1-xAlxAs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-xAlxAsの
ｘは、ｐ−Ga1-xAlxAs発光層に電子や正孔を閉
じ込めておくため、あるいは、ｐ−Ga1-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−Ga1-x
AlxAsのｘが0.35の場合、ｎ−Ga1-xAlxAsのｘは
0.6−0.85に選ばれる。
を変えることにより、そのバンドギヤンプエネル
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-xAlxAs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。例えば、波長
660nmの赤色LEDを得るには、発光層のＰ−
Ga1-xAlxAsのｘを約0.35，波長780nmのLEDを
得るにはｘを約0.15，波長850nmの赤外LEDを得
るにはｘを約0.01とすればよい。したがつて、
GaAlAsのLEDにおいては、目的とする発光波長
に応じてｐ−Ga1-xAlxAsのｘが決められる。ｎ
−Ga1-xAlxAs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-xAlxAsの
ｘは、ｐ−Ga1-xAlxAs発光層に電子や正孔を閉
じ込めておくため、あるいは、ｐ−Ga1-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−Ga1-x
AlxAsのｘが0.35の場合、ｎ−Ga1-xAlxAs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
シヤル成長を行うことによつて作られる。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-xAlxAs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
タキシヤ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-xAlx
Asを用いるとき、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。
シヤル成長を行うことによつて作られる。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-xAlxAs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
タキシヤ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-xAlx
Asを用いるとき、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。
液相結晶成長方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。
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。
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）し、温度勾配と拡散によつて低温部
に輪送し、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。GaAlAs系結晶の場合、グラフアイトから
なるメルト槽にGa溶液からなるメルトを入れ、
800℃−1000℃、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。
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）し、温度勾配と拡散によつて低温部
に輪送し、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。GaAlAs系結晶の場合、グラフアイトから
なるメルト槽にGa溶液からなるメルトを入れ、
800℃−1000℃、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。
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。
ところが、温度差法によるGa1-xAlxAsの液相
結晶成長においては、メルト製成と結晶組成との
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つた。
結晶成長においては、メルト製成と結晶組成との
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つた。
本発明の目的は、希望する組成ｘのGa1-xAlx
As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。
As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つた検討］
一般に液相成長法によつて成長されるGa1-x
AlxAs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。液相エピタキシヤル
成長法としてひろく用いられている徐冷法では、
例えば (1)1968 SYMPOSIUM on GaAs，paper １ (2)Jap.J.Appl.Phys，Vol.18，no.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-xAlxAs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-xAlxAs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Alの
重量比［Al］／［Ga］を得る。この［Al］／
［Ga］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
GaAsの量が溶媒Gaに対するGaAsの重量比
［GaAs］／［Ga］として求められる。この
［Al］／［Ga］と［GaAs］／［Ga］より各材料
の量を秤量し成長用メルトを形成する。
AlxAs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。液相エピタキシヤル
成長法としてひろく用いられている徐冷法では、
例えば (1)1968 SYMPOSIUM on GaAs，paper １ (2)Jap.J.Appl.Phys，Vol.18，no.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-xAlxAs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-xAlxAs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Alの
重量比［Al］／［Ga］を得る。この［Al］／
［Ga］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
GaAsの量が溶媒Gaに対するGaAsの重量比
［GaAs］／［Ga］として求められる。この
［Al］／［Ga］と［GaAs］／［Ga］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ヤル成長によ
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℃での
［Al］／［Ga］とｘの関係である。データプロツ
トから明らかなように組成ｘメルト中のAl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。このように温度差法液相エピ
タキシヤル成長においては、徐冷法におけるよう
な重量比［Al］／［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Ga1-xAlxAs結晶を得ることができないこ
とが判つた。
料を秤量し温度差法液相エピタキシヤル成長によ
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℃での
［Al］／［Ga］とｘの関係である。データプロツ
トから明らかなように組成ｘメルト中のAl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。このように温度差法液相エピ
タキシヤル成長においては、徐冷法におけるよう
な重量比［Al］／［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Ga1-xAlxAs結晶を得ることができないこ
とが判つた。
本発明者らはさらに多くの実験を行い、温度差
法液相エピタキシヤ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GaAlAs結晶を成長する際、非常に
有用であることを確認した。
法液相エピタキシヤ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-xAlxAs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］／［GaAs］＝ｙが、成長するGa1-xAlxAs
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（＋β・ｘ）±10％ (1) α＝0.011，β＝3.5， に従つてｙを決めればよい。
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］／［GaAs］＝ｙが、成長するGa1-xAlxAs
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（＋β・ｘ）±10％ (1) α＝0.011，β＝3.5， に従つて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。
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。
さらに、成長温度より40−70℃高い温度におけ
るGaAs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
Al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、エピタキシヤル層の成長に伴つて順次
溶解する。
るGaAs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
Al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、エピタキシヤル層の成長に伴つて順次
溶解する。
［作用］
温度差法によるGa1-xAlxAs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
を利用してメルト成を決めるため、所望の組成を
もつ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
を利用してメルト成を決めるため、所望の組成を
もつ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はコンピユータを内蔵し、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により順次ゲートバ
ルブ６２を通つて押し上げられる。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
通つて送られる。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
成長の終わつ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によつてゲートバルブ７４を介
して出口側予備室７９に収められる。各駆動機構
５５，６１，７７やヒータ５９，６７等は制御装
置５０によつて制御できる。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。
示す。制御装置５０はコンピユータを内蔵し、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により順次ゲートバ
ルブ６２を通つて押し上げられる。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
通つて送られる。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
成長の終わつ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によつてゲートバルブ７４を介
して出口側予備室７９に収められる。各駆動機構
５５，６１，７７やヒータ５９，６７等は制御装
置５０によつて制御できる。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。
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Zn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型領域のバンドギヤ
ツプをｐ型領域のバンドギヤツプより大きくする
ためｎメルト槽６６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。例えば、赤
色発光のGa1-xAlxAs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0.35、ｎ型領
域で約0.6−0.85となるようにAlとGaAsの量を決
める。両メルト槽６５，６６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
作つ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、拡散で低温部に輪送される。
通常溶解度は温度と共に増加するので、低温部で
は過飽和溶液となつ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
がえられる。
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Zn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型領域のバンドギヤ
ツプをｐ型領域のバンドギヤツプより大きくする
ためｎメルト槽６６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。例えば、赤
色発光のGa1-xAlxAs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0.35、ｎ型領
域で約0.6−0.85となるようにAlとGaAsの量を決
める。両メルト槽６５，６６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
作つ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、拡散で低温部に輪送される。
通常溶解度は温度と共に増加するので、低温部で
は過飽和溶液となつ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
がえられる。
第６図は温度と時間との関係を示す。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
にエピタキシヤル成長を行う。
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
にエピタキシヤル成長を行う。
次に、ｐ側ｎ側にそれぞれ電極をつけ、分離裁
断して高輝度Ga1-xAlxAs発光ダイオード（LED）
を得る。
断して高輝度Ga1-xAlxAs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。
する。
成長すべきGa1-xAlxAsエピタキシヤル層の所
望の組成ｘが決まつているものとして、制御装置
５０はGa溶媒に溶解するAlとGaAsの重量比
［Al］／［GaAs］＝ｙを以下の式から決定する。
望の組成ｘが決まつているものとして、制御装置
５０はGa溶媒に溶解するAlとGaAsの重量比
［Al］／［GaAs］＝ｙを以下の式から決定する。
ｙ＝α・exp（＋β・ｘ）±10％ (1)
α＝0.001，β＝3.5，
ただし、溶解するAlとGaAsの重量比［Al］／
［GaAs］＝ｙは0.015−0.3とする。
［GaAs］＝ｙ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。
明する。
第１図はメルトに溶解するAlとGaAsとの重量
比［Al］／［GaAs］＝ｙと温度差法液相エピタ
キシヤル成長により得られたGa1-xAlxAs結晶の
組成ｘをEPMA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。
比［Al］／［GaAs］＝ｙと温度差法液相エピタ
キシヤル成長により得られたGa1-xAlxAs結晶の
組成ｘをEPMA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（＋β・ｘ）±10％ (1)
α＝0.001，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
この範囲内であつても第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。
線のようにこの式の関係から外れてくる。しかし
この範囲内であつても第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EPMAのデータで、成長厚み方向
のｘの分布を示している。
に測定されたEPMA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GaAlAs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＝［Al］／［GaAs］で決定される。従つて
メルトに溶解されるAlとGaAsの重量比［Al］／
［GaAs］＝ｙは希望するGa1-xAlxAs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。
示したように、成長結晶中の組成ｘが溶質の重量
比ｙ＝［Al］／［GaAs］で決定される。従つて
メルトに溶解されるAlとGaAsの重量比［Al］／
［GaAs］＝ｙは希望するGa1-xAlxAs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Al，GaAsは高温部
で溶解する。
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Al，GaAsは高温部
で溶解する。
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（Al，
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、
一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。
であるから、成長中のメルトは成長素材（Al，
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、
一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ない状
態におくことが望ましい。
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ない状
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］／［GaAs］を希望するGa1-xAlxAs
結晶の組成ｘ（好ましくは0.1≦ｘ≦0.85）から式
(1)に基づいて決定する。次に第８図において等
［Al］／［GaAs］線（破線）と960℃での
［GaAs］／［Ga］対［Al］／［Ga］線（実線）
との交点の縦軸の値より［GaAs］／［Ga］を求
める。この［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℃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℃＋温度差（50℃）＋αの温度
（960℃）で完全に溶解し、これ以下では完全には
溶解しない。これによつ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，±約
10％以内の組成ｘをもつGa1-xAlxAs結晶が得ら
れる。なお、これらの操作はプログラム化してコ
ンピユ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。
比ｙ＝［Al］／［GaAs］を希望するGa1-xAlxAs
結晶の組成ｘ（好ましくは0.1≦ｘ≦0.85）から式
(1)に基づいて決定する。次に第８図において等
［Al］／［GaAs］線（破線）と960℃での
［GaAs］／［Ga］対［Al］／［Ga］線（実線）
との交点の縦軸の値より［GaAs］／［Ga］を求
める。この［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℃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℃＋温度差（50℃）＋αの温度
（960℃）で完全に溶解し、これ以下では完全には
溶解しない。これによつ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，±約
10％以内の組成ｘをもつGa1-xAlxAs結晶が得ら
れる。なお、これらの操作はプログラム化してコ
ンピユ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。
［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、
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
に求めることは困難である。また成長システムご
とにもバラツキがあり、従つ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
Al／GaAs等を調節しなければならなかつた。本
発明の方法では±約10％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。
トの温度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
に求めることは困難である。また成長システムご
とにもバラツキがあり、従つ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
Al／GaAs等を調節しなければならなかつた。本
発明の方法では±約10％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
［Al］／［GaAs］重量比のグラフ、第２図
EPMA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Gaの重量比［Al］／［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図は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Al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……コンピユータ内蔵の制御
装置、６４……メルト槽、６５……メルト槽、６
６……メルト槽、５３……スライダ、６９……基
板、１Ｐ……１枚目基板上のｐ型層、１Ｎ……１
枚目基板上のｎ型層、２Ｐ……２枚目基板上のｐ
型層、２Ｎ……２枚目基板上のｎ型層。
［Al］／［GaAs］重量比のグラフ、第２図
EPMA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Gaの重量比［Al］／［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図は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Al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……コンピユータ内蔵の制御
装置、６４……メルト槽、６５……メルト槽、６
６……メルト槽、５３……スライダ、６９……基
板、１Ｐ……１枚目基板上のｐ型層、１Ｎ……１
枚目基板上のｎ型層、２Ｐ……２枚目基板上のｐ
型層、２Ｎ……２枚目基板上のｎ型層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 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
GaAlAsの液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
を希望するGa1-xAlxAs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
結晶成長方法であつて、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
GaAs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 JPH01179793A (ja) | 1989-07-17 |
| JPH0477716B2 true 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 |
|---|---|
| JPH01179793A (ja) | 1989-07-17 |
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