JPH0536731A - 液相エピタキシヤル結晶成長用治具及び該治具を用いた多元半導体結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は液相エピタキシャル結晶成長用治具及
び該治具を用いた多元半導体結晶の製造方法に関し、溶
融メルト材料の酸化膜の影響により結晶欠陥が生じるこ
とを防止することを目的とする。 【構成】例えば、円柱の外周部中央の一部を該円柱の中
心軸方向に切り欠いた切り欠き凹部３を有し、該切り欠
き凹部内に結晶成長用基板４を保持してメルト材料５と
共に石英アンプル２内に封入する治具であって、上記石
英アンプル２の内壁に沿って上記切り欠き凹部３内に酸
化膜除去板８を横架して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液相エピタキシャル結晶
成長用治具及び該治具を用いた多元半導体結晶の製造方
法に関する。

【０００２】複数の組成元素からなる多元半導体結晶、
例えばガリウム・砒素、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、これらの半導体を溶質とした溶液を高温で結晶
基板に接触させた後、次第に温度を下げ半導体結晶を基
板上に析出成長させるようにした方法がある。

【０００３】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、特に半導体工業の分野で広く採用さ
れている。また、近年においては、鉛・錫・テルルや易
蒸発性の成分元素を含む水銀・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
赤外線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。

【０００４】特に易蒸発性の成分元素を含む多元半導体
結晶を液相エピタキシャル成長により製造する場合に
は、蒸発により溶液濃度が変化することを防止するため
に、石英アンプル等の密閉容器内で結晶成長させる必要
があり、その方法の最適化が模索されている。

【０００５】

【従来の技術】図３により、液相エピタキシャル結晶成
長による従来の多元半導体結晶の製造方法の例を説明す
る。１は液相エピタキシャル結晶成長用治具であり、こ
の治具は、石英アンプル２内に内接する外径と所定長さ
の例えば石英ガラス或いはカーボン材からなる円柱の外
周部中央の一部を切り欠いた切り欠き凹部３を有し、こ
の切り欠き凹部３内の対向壁面に結晶成長用基板４を横
架する形に水平に保持する構成からなっている。

【０００６】そして液相エピタキシャル結晶成長に際し
ては、切り欠き凹部３内にＣｄＴｅからなる結晶成長用
基板４を水平に架け渡した形に保持し、この治具１と、
予め所定組成比に秤量されたＨｇ，Ｃｄ，Ｔｅからなる
結晶成長用のメルト材料５とを図示のように石英アンプ
ル２内に配設し、アンプル内部を排気した後この石英ア
ンプルを気密に封止する。

【０００７】しかる後、石英アンプル２を図示しない電
気炉内に配置し、結晶成長温度よりも高い所定温度に加
熱して石英アンプル２内のメルト材料５を溶融させ、石
英アンプル２を１８０°回転して、結晶成長用基板４の
表面に溶融したメルト材料を接触させるとともに、加熱
温度を所定結晶成長温度に低下させて結晶成長用基板４
上にＨｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅからなる単結晶層を成長させ
る。

【０００８】次に、所定厚みの単結晶層が形成された時
点で石英アンプル２を再び１８０°回転することによ
り、結晶成長用基板４上のメルト材料を除去して結晶成
長を停止させ、その後炉内より石英アンプル２を徐冷し
ながら引出し、石英アンプル２を開封して、単結晶層が
形成された基板４を取り出している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来方
法においては、石英アンプル内を真空に排気した後、メ
ルト材料を加熱により溶融させたときに、排気しきれな
かった残留酸素の影響によって、溶融メルト材料の表面
にわずかではあるが酸化膜が形成される。

【００１０】溶融メルト材料の表面に酸化膜が形成され
た状態で、石英アンプルを回転させて、結晶成長用基板
を溶融メルト材料に接触させると、結晶成長用基板が溶
融メルト材料に徐々に浸漬されるに際して、酸化膜の破
片が結晶成長用基板の表面に付着し、結晶成長した単結
晶層に結晶欠陥が生じるという問題がある。

【００１１】発明者の実験によると、０．２ppm 程度の
残留酸素の影響によって結晶欠陥が生じることが判明し
た。本発明はこのような問題に対処するために創作され
たもので、酸化膜の影響により結晶欠陥が生じることを
防止することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の液相エピタキシ
ャル結晶成長用治具は、円柱の外周部中央の一部を該円
柱の中心軸方向に切り欠いた切り欠き凹部を有し、該切
り欠き凹部内に結晶成長用基板を保持してメルト材料と
共に石英アンプル内に封入する治具であって、上記石英
アンプルの内壁に沿って上記切り欠き凹部内に酸化膜除
去板を横架して構成される。

【００１３】この液相エピタキシャル結晶成長用治具を
用いた本発明の多元半導体結晶の製造方法は、上記治具
を上記結晶成長用基板及び上記メルト材料と共に上記石
英アンプル内に真空封入するステップと、上記切り欠き
凹部が下方を向くように上記石英アンプルを水平に支持
して加熱により上記メルト材料を溶融させるステップ
と、該溶融メルト材料に上記酸化膜除去板が上記結晶成
長用基板よりも先に接触するような回転方向で上記石英
アンプルを１８０°回転させ、上記溶融メルト材料を上
記結晶成長用基板に接触させて結晶成長を行うステップ
と、上記石英アンプルを再び１８０°回転させて上記溶
融メルト材料が上記結晶成長用基板に接触しないように
するステップとを含んで構成される。

【００１４】

【作用】本発明の液相エピタキシャル結晶成長用治具に
あっては、石英アンプルの内壁に沿って切り欠き凹部内
に酸化膜除去板を横架しているので、本発明方法に従っ
てこの治具を使用したときに、次のような特有の作用を
生ずる。

【００１５】即ち、酸化膜除去板が溶融メルト材料に結
晶成長用基板よりも先に接触するような回転方向で石英
アンプルを１８０°回転させるときに、溶融メルト材料
の表面の酸化膜は酸化膜除去板に邪魔されて結晶成長用
基板に接触することがなく、結晶欠陥が生じることが防
止される。

【００１６】

【実施例】以下本発明の望ましい実施例を図面に基づい
て説明する。図１は本発明の望ましい実施例を示す液相
エピタキシャル結晶成長用治具等の分解斜視図であり、
この治具１は、石英ガラスからなる円柱の外周部中央の
一部を該円柱の中心軸方向に切り欠いた切り欠き凹部３
を有している。

【００１７】ＣｄＴｅからなる結晶成長用基板４は、こ
の実施例では、基板支持台６により支持されて、この基
板支持台６を切り欠き凹部３の対向壁面に形成された溝
７に嵌合することによって、基板は切り欠き凹部３内に
横架される。

【００１８】石英からなる酸化膜除去板８は、同じく切
り欠き凹部３の対向壁面に形成された溝９，９間に横架
される。溝９の形状は、横架された酸化膜除去板８が治
具１の中心軸と平行になるように設定されている。

【００１９】治具１は、上述のように結晶成長用基板
４、基板支持台６及び酸化膜除去板８をセットされた状
態で、治具１の外径よりもわずかに大きい内径を有する
石英アンプル２内に挿入される。このとき、治具１と共
にメルト材料５もこのメルト材料が切り欠き凹部３内に
位置するように石英アンプル２内に挿入される。メルト
材料５の成分元素はＨｇ，Ｃｄ，Ｔｅであり、その組成
比は製造すべき多元半導体結晶の組成比に応じて設定さ
れる。

【００２０】１０は石英アンプル２を封止するための蓋
部材であり、この蓋部材１０は排気管１１と一体に石英
から形成されている。蓋部材１０を石英アンプル２の端
部に溶接した後に、排気管１１を介して石英アンプル２
内を真空に吸引する。その後、排気管１１を例えばその
途中部分で封止することによって、石英アンプルを気密
に封止することができる。

【００２１】図２により本実施例における液相エピタキ
シャル結晶成長のプロセスを説明する。まず、結晶成長
用基板４及びメルト材料５を治具１と共に封入してなる
石英アンプル２を結晶成長炉内で結晶成長温度よりも高
い所定の温度に加熱して、図２（Ａ）に示すように、石
英アンプル２内のメルト材料５を溶融させ、溶融メルト
材料５′とする。このとき、石英アンプル２内に残留し
た酸素の影響によって、溶融メルト材料５′の表面には
わずかに酸化膜１２が形成される。

【００２２】次いで、図２（Ｂ）に示すように、石英ア
ンプル２を図中時計回り方向に回転させてゆく。尚、図
２（Ａ）に示された断面においては、酸化膜除去板８は
石英アンプル２の右側壁面に沿って設けられているもの
とする。石英アンプル２を回転させると、これに伴って
石英アンプル２内の治具１、結晶成長用基板４及び酸化
膜除去板８も回転する。

【００２３】このとき、溶融メルト材料５′の液面は水
平面を維持しているので、酸化膜１２は酸化膜除去板８
に邪魔されて、図２（Ｂ）において酸化膜除去板８の右
側には移動していかない。

【００２４】この実施例においては、酸化膜除去板８の
円柱の中心軸側の縁部には基板４と反対の側に向けて段
差８ａが形成されているので、効果的に酸化膜１２を除
去することができる。

【００２５】そして、回転角が１８０°となるまで石英
アンプル２を回転させて、図２（Ｃ）に示すように、溶
融メルト材料５′を結晶成長用基板４に接触させる。こ
の状態で炉内温度を所定の結晶成長温度に低下させる
と、結晶成長用基板４の表面には、Ｈｇ_1-x Ｃｄ_x Ｔｅ
からなる結晶層１３が成長する。このとき、母材となる
結晶成長用基板４の表面にはメルト材料の酸化膜が付着
していないので、結晶層１３に結晶欠陥が生じる恐れが
ない。

【００２６】その後、所定厚みの結晶層１３が形成され
た時点で、図２（Ｄ）に示すように、石英アンプル２を
再び１８０°回転させることにより、溶融メルト材料
５′が結晶成長用基板４に接触しないようにして、結晶
成長を停止させる。

【００２７】そして最後に、図示はしないが、炉内から
石英アンプル２を徐冷しながら引出し、石英アンプル２
を開封し、結晶層１３が形成された結晶成長用基板４を
基板支持台６から取り外す。

【００２８】本実施例によると、結晶層に欠陥が生じに
くいので、大型な結晶成長用基板を用いて多数の赤外線
受光素子等を製造する場合に、製造歩留りが飛躍的に向
上する。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
特定構成の治具を用いて多元半導体結晶を製造するとき
に、酸化膜の影響により結晶欠陥が生じることが防止さ
れるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の望ましい実施例を示す液相エピタキシ
ャル結晶成長用治具等の分解斜視図である。

【図２】液相エピタキシャル結晶成長のプロセス説明図
である。

【図３】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１ 液相エピタキシャル結晶成長用治具 ２ 石英アンプル ３ 切り欠き凹部 ４ 結晶成長用基板 ５ メルト材料 ５′ 溶融メルト材料 ８ 酸化膜除去板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円柱の外周部中央の一部を該円柱の中心
   軸方向に切り欠いた切り欠き凹部(3) を有し、該切り欠
   き凹部内に結晶成長用基板(4) を保持してメルト材料
   (5) と共に石英アンプル(2) 内に封入する治具であっ
   て、 上記石英アンプル(2) の内壁に沿って上記切り欠き凹部
   (3) 内に酸化膜除去板(8) を横架したことを特徴とする
   液相エピタキシャル結晶成長用治具。
2. 【請求項２】 上記酸化膜除去板(8) の上記円柱の中心
   軸側の縁部には上記基板(4) と反対の側に向けて段差(8
   a)が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
   液相エピタキシャル結晶成長用治具。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の液相エピタキシ
   ャル結晶成長用治具を用いた多元半導体結晶の製造方法
   であって、 上記治具(1) を上記結晶成長用基板(4) 及び上記メルト
   材料(5) と共に上記石英アンプル(2) 内に真空封入する
   ステップと、 上記切り欠き凹部(3) が下方を向くように上記石英アン
   プル(2) を水平に支持して加熱により上記メルト材料
   (5) を溶融させるステップと、 該溶融メルト材料(5′) に上記酸化膜除去板(8) が上記
   結晶成長用基板(4) よりも先に接触するような回転方向
   で上記石英アンプルを１８０°回転させ、上記溶融メル
   ト材料(5′) を上記結晶成長用基板(4) に接触させて結
   晶成長を行うステップと、 上記石英アンプル(2) を再び１８０°回転させて上記溶
   融メルト材料(5′) が上記結晶成長用基板(4) に接触し
   ないようにするステップとを含むことを特徴とする多元
   半導体結晶の製造方法。
4. 【請求項４】 上記結晶成長用基板(4) はＣｄＴｅから
   なり、上記メルト材料(5) の成分元素はＨｇ，Ｃｄ，Ｔ
   ｅであることを特徴とする請求項３に記載の多元半導体
   結晶の製造方法。