JPH0477717B2 - - Google Patents
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- JPH0477717B2 JPH0477717B2 JP76488A JP76488A JPH0477717B2 JP H0477717 B2 JPH0477717 B2 JP H0477717B2 JP 76488 A JP76488 A JP 76488A JP 76488 A JP76488 A JP 76488A JP H0477717 B2 JPH0477717 B2 JP H0477717B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- growth
- gaas
- melt
- crystal
- Prior art date
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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、メルト組成と結晶組成との
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つた。
結晶成長においては、メルト組成と結晶組成との
間に明確な関係が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２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３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２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３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４図に測定結果を示す。実線は第２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とメルト中の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４図に測定結果を示す。実線は第２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とメルト中の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と成長温度Ｔが、成長する
Ga1-xAlxAs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）＋Ｃ， (1) Ａ＝0.00343，Ｂ＝0.64，Ｃ＝−1.82， に従つてｙとＴ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と成長温度Ｔが、成長する
Ga1-xAlxAs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）＋Ｃ， (1) Ａ＝0.00343，Ｂ＝0.64，Ｃ＝−1.82， に従つて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。
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。
［作用］
温度差法によるGa1-xAlxAsの液相成長におい
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-xAlx
As結晶を成長できる。
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-xAlx
As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。
［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５５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６
３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５５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６
３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７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。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、モニタし、結果を制御装置５０を介してフイ
ードバツクしてもよい。
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７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。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、モニタし、結果を制御装置５０を介してフイ
ードバツクしてもよい。
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エピタキシヤル層につ
いて所望の組成ｘが決まつているものとしてGa
溶媒に溶解するAlとGaAsの重量比［Al］／
［GaAs］＝ｙまたは成長温度Ｔ℃（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が決まつているものとしてGa
溶媒に溶解するAlとGaAsの重量比［Al］／
［GaAs］＝ｙまたは成長温度Ｔ℃（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＋Blog（ｙ）＋Ｃ (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（℃）の場
合は、 ｘ＝0.00343×900＋0.64log（ｙ）−1.82 ∴ｙ＝0.011exp（3.6x） に従つて、溶質の重量比ｙを求めればよい。
められる。たとえば、成長温度Ｔ＝900（℃）の場
合は、 ｘ＝0.00343×900＋0.64log（ｙ）−1.82 ∴ｙ＝0.011exp（3.6x） に従つて、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Al−Ga
溶液に対するGaAsの溶解度と上に求めた
［Al］／［GaAs］とから［GaAs］／［Ga］，
［Al］／［Ga］を決定できる。なお、Ga溶媒に
溶解するAlとGaAsの重量比［Al］／［GaAs］＝
ｙは0.015−0.3が好ましい。
ば成長温度より約60℃高い温度におけるAl−Ga
溶液に対するGaAsの溶解度と上に求めた
［Al］／［GaAs］とから［GaAs］／［Ga］，
［Al］／［Ga］を決定できる。なお、Ga溶媒に
溶解するAlとGaAsの重量比［Al］／［GaAs］＝
ｙは0.015−0.3が好ましい。
一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５０を介して成
長温度Ｔを制御すればよい。
ｘを変更調整する場合は制御装置５０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。
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。
第８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成長温度900℃で得られた
Ga1-xAlxAs結晶の組成ｘとの関係の例を示す実
験データのプロツトである。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成長温度900℃で得られた
Ga1-xAlxAs結晶の組成ｘとの関係の例を示す実
験データのプロツトである。この関係は次の式に
より近似できる。
ｘ＝α・log（ｙ）＋β±10％ (2)
α＝0.64，β＝1.27，
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，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，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。
第１０図はEPMAにより測定したGa1-xAlxAs
結晶の組成ｘと成長温度Ｔ℃（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
験データプロツトであり、メルトに溶解するAl
とGaAsの重量比［Al］／［GaAs］＝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。
結晶の組成ｘと成長温度Ｔ℃（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
験データプロツトであり、メルトに溶解するAl
とGaAsの重量比［Al］／［GaAs］＝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
γ＝0.00343 δ＝−2.6〜−2.9
第８図および第１０図をまとめて、組成ｘ
（AlAsの割合）をｚ軸に、成長温度Ｔ（℃）をｘ
軸に、溶質の重量比［Al］／［GaAs］＝ｙ軸に
表したのが第１図である。
（AlAsの割合）をｚ軸に、成長温度Ｔ（℃）をｘ
軸に、溶質の重量比［Al］／［GaAs］＝ｙ軸に
表したのが第１図である。
温度差法によるGa1-xAlxAs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Ｔ（℃）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、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Ｔ（℃）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、次
式で表すことができる。
ｘ＝Ａ・Ｔ＋Ｂ・log（ｙ）＋Ｃ (1)
Ａ＝0.00343，Ｂ＝0.64，Ｃ＝−1.82
従つて成長温度Ｔ（℃）と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-xAlxAlの組成ｘ(1)とから求めることが
できる。
AlとGaAsの重量比［Al］／［GaAs］＝ｙは希望
するGa1-xAlxAlの組成ｘ(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（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。
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。
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、すなわち、成長温度が900℃である
として、メルトに溶解するAlとGaAsの重量比ｙ
＝［Al］／［Ga］を希望するGa1-xAlxAs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。次に第３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ｙ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。つまり基板の温度が
960℃でメルトに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。これによつて溶質のソー
スが確保される。
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、すなわち、成長温度が900℃である
として、メルトに溶解するAlとGaAsの重量比ｙ
＝［Al］／［Ga］を希望するGa1-xAlxAs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。次に第３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ｙ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。つまり基板の温度が
960℃でメルトに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。
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。
同一メルトを用いて成長結晶の組成ｘを修正し
たい場合、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。
たい場合、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。
［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Al対
Gaの重量比［Al］／［Ga］の関係を示すグラ
フ、第３図はGa−Al溶液における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EPMAの測
定データ、第１０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……コンピユータ内蔵の制御
装置、６４，６５，６６……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。
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Al対
Gaの重量比［Al］／［Ga］の関係を示すグラ
フ、第３図はGa−Al溶液における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EPMAの測
定データ、第１０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……コンピユータ内蔵の制御
装置、６４，６５，６６……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Ga1-xAlxAs結
晶の組成ｘと ｘ＝Ａ・Ｔ＋Ｂ・log（ｙ）＋Ｃ Ａ＝0.00343，Ｂ＝0.64，Ｃ＝−1.82 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
GaAs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 JPH01179794A (ja) | 1989-07-17 |
| JPH0477717B2 true 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 |
|---|---|
| JPH01179794A (ja) | 1989-07-17 |
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