JPH0536732A - 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、結
晶表面で組成が均一な多元半導体結晶の提供を可能にす
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、上記切
り欠き凹部３に対応する部分の少なくとも一部の外径を
他の部分の外径よりも小径にし、この小径部８に上記結
晶成長用基板４の側から上記石英アンプル２の側に貫通
する貫通孔９を設けて構成する。

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】図４により従来方法に
おける問題点を説明する。図４は結晶成長用基板４上に
成長した結晶層２０の厚み及び組成の分布を示す図であ
り、この図は石英アンプルの軸方向から結晶層を見たと
きのものである。

【００１０】結晶層２０は中央部で薄く結晶成長用基板
４の縁部で厚くなっており、このような曲面表面形状に
対応して破線で示される等組成面も湾曲している。具体
的には、結晶層の厚みが約３０μｍまでは等組成面はヘ
テロ界面（結晶成長用基板との接合面、即ち平面）に対
してほぼ平行であるが、結晶層の厚みがそれ以上になる
と、等組成面が湾曲するものである。

【００１１】水銀・カドミウム・テルル結晶を用いて赤
外線検知素子を構成する場合、結晶の厚みは４０μｍ以
上で且つ厚みが均一であることが要求される。このた
め、上述のように結晶成長面が湾曲した場合、湾曲面を
研磨等により矯正して厚みを均一にする必要がある。し
かしながら、結晶成長面が湾曲した結晶の厚みが均一に
なるように研磨を行うと、多数の等組成面が結晶表面に
表出して結晶表面上で組成勾配が生じてしまう。結晶表
面上に組成勾配が生じると、赤外線検知素子を構成する
場合に、均一な特性を得ることができない。

【００１２】本発明はこのような事情に鑑みて創作され
たもので、結晶表面で組成が均一な多元半導体結晶の提
供を可能にすることを目的としている。

【００１３】

【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、上記切り
欠き凹部に対応する部分の少なくとも一部の外径を他の
部分の外径よりも小径にし、この小径部に上記結晶成長
用基板の側から上記石英アンプルの側に貫通する貫通孔
を設けて構成される。

【００１４】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、上記石英アンプルを１８０°回転させ、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。

【００１５】

【作用】発明者が鋭意実験及び考察を繰り返した結果、
従来方法による場合に結晶層の厚みが不均一になる原因
は、次のようなものによるものと推定されるに至った。

【００１６】即ち、基板中央部で単位量の結晶を成長さ
せるのに関与する溶融メルト材料の量と基板縁部で単位
量の結晶を成長させるのに関与する溶融メルト材料の量
を比較すると後者の方が大であり、しかも、溶融メルト
材料の量は有限であるから、基板中央部の結晶層の厚み
が相対的に小さくなるものである。

【００１７】石英アンプル内における溶融メルト材料の
対流により、基板中央部と縁部での溶融メルト材料の溶
質濃度の不均一が解消させることが期待されるが、従来
方法における治具では、結晶成長に際しての溶融メルト
材料の深さが浅いので、上記問題が解決されるには至っ
ていない。

【００１８】本発明では、結晶成長に際して溶融メルト
材料が積極的に対流するような治具の構成が採用されて
いる。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、その切り欠き凹部に対応する部分の少なくとも
一部の外径を他の部分の外径よりも小径にし、この小径
部に貫通孔を設けているので、溶融メルト材料を結晶成
長用基板に接触させて結晶成長を行うに際して、溶融メ
ルト材料が石英アンプル内で小径部の外周及び貫通孔を
介して対流しやすくなり、結晶成長用基板に対する溶融
メルト材料の有効体積が増大する。その結果、結晶層の
厚みが不均一になることが防止され、結晶表面で組成が
均一な多元半導体結晶の提供が可能になる。

【００１９】

【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。

【００２０】ＣｄＴｅからなる結晶成長用基板４は、こ
の実施例では、石英ガラスからなる基板ホルダ６により
支持されて、この基板ホルダ６を切り欠き凹部３の対向
壁面に形成された溝７，７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。

【００２１】治具１における切り欠き凹部３に対応する
部分の少なくとも一部（この例では全部）の外径は、他
の部分の外径よりも小径である。以下の説明では、この
小径の半柱の部位を小径部８とする。小径部８には、そ
の外側から内側に貫通する貫通孔９が一つ以上設けらて
れいる。

【００２２】治具１は、上述のように結晶成長用基板４
及び基板ホルダ６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。

【００２３】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。

【００２４】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を電気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。尚、このとき、結晶成長用基板４の露出面
が水平面上で上方に向くように石英アンプル２の角度を
調整しておく。

【００２５】次いで、石英アンプル２を１８０°回転さ
せると、治具１も石英アンプル２とともに１８０°回転
する。溶融メルト材料５′の液面は水平面を維持してい
るので、石英アンプル２の回転により、小径部８は溶融
メルト材料５′に埋没して、溶融メルト材料５′の液面
が上昇し、下向きになった結晶成長用基板４は溶融メル
ト材料５′に接触する。

【００２６】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、図２（Ｂ）に示すように、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
１２が成長する。このとき、溶融メルト材料５′は、炉
内温度の低下に伴って生じる温度勾配等により対流する
が、この溶融メルト材料の対流は、小径部８の上方の部
分においてのみならず、小径部の外側及び貫通孔９を介
しても行われるので、溶融メルト材料５′の有効体積が
増大し、溶融メルト材料における溶質濃度の不均一性が
解消される。その結果、結晶成長用基板４上で均一な厚
みの結晶層１２を得ることができ、しかもその表面組成
は均一である。

【００２７】その後、所定厚みの結晶層１２が形成され
た時点で、図２（Ｃ）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。

【００２８】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１２が形成された結晶成長用基板４を
基板ホルダ６から取り外す。

【００２９】この実施例では、石英アンプルの軸方向に
長い貫通孔９を小径部８に一つ設けているが、これより
も小さい貫通孔を石英アンプルの軸方向に複数個並べて
設けてもよい。

【００３０】また、この実施例では、治具の切り欠き凹
部に対応する部分の全部を小径部としているが、部分的
に複数箇所に小径部を形成しそれぞれの小径部に貫通孔
を設けてもよい。

【００３１】Ｈｇ，Ｃｄ，Ｔｅを構成材料とする多元半
導体結晶を用いて赤外線検知素子を製造する場合、十分
な厚みの結晶が要求されるので、結晶表面の組成を均一
にして均一な感度特性の検知素子を実現する上で、本実
施例は極めて有効である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
結晶表面で組成が均一な多元半導体結晶の提供が可能に
なるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図４】従来技術における問題点の説明図である。

【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 小径部 ９ 貫通孔

Claims (3)

【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、 上記切り欠き凹部(3) に対応する部分の少なくとも一部
   の外径を他の部分の外径よりも小径にし、 この小径部(8) に上記結晶成長用基板(4) の側から上記
   石英アンプル(2) の側に貫通する貫通孔(9) を設けたこ
   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】 請求項１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、 上記石英アンプル(2) を１８０°回転させ、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。
3. 【請求項３】 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２に記載の多元半導体
   結晶の製造方法。