JPH0585517B2 - - Google Patents
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- JPH0585517B2 JPH0585517B2 JP13325589A JP13325589A JPH0585517B2 JP H0585517 B2 JPH0585517 B2 JP H0585517B2 JP 13325589 A JP13325589 A JP 13325589A JP 13325589 A JP13325589 A JP 13325589A JP H0585517 B2 JPH0585517 B2 JP H0585517B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal
- vapor pressure
- seed crystal
- growth
- chamber
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
［産業上の利用分野］
本発明は化合物半導体の結晶成長に関し、特に
シード結晶上に化合物半導体のエピタキシヤル層
を形成する結晶成長方法に関する。 化合物半導体の応用開発が活発に行われてい
る。特に種々のバンドギヤツプを得られることか
ら光学的半導体装置としての利用が進められてい
る。その為、結晶性の優れた化合物半導体ないし
化合物半導体混晶を提供することが要請されてい
る。しかし基板結晶として容易に入手できる結晶
は、Si，GaAs，GaPなどの限られた種類であ
る。そこで、これらの入手容易な結晶を基板結晶
とし、その上にエピタキシヤル層を形成し、さら
に所望の組成を有する化合物半導体（混晶を含
む）を形成する技術等が求められている。 ［従来の技術］ 光学的半導体装置等の結晶性の良い半導体結晶
が必要な場合には、シード結晶上に一旦バツフア
層を成長させた後、その上に求められる結晶を成
長する。特にシード結晶がデバイスを形成する部
分の結晶と組成が異なる場合には、結晶性の良い
バツフア層を成長させることが重要である。 第２図Ａ，Ｂに従来技術による化合物半導体の
液相成長装置を示す。 第２図Ａに示すように、成長アンプル３１内に
構成元素又は他の元素からなる溶媒３２を収納
し、その溶媒３２中にソース結晶３３と種結晶３
５を配置する。種結晶３５はヒートシンク３６上
に配置し、その上に円筒上の石英製押え３４を配
置して固定する。このような成長アンプルを成長
温度以上に加熱し、一定時間メルトアロイを行
う。その後、第２図Ｂに示したような温度分布を
持つ結晶成長炉中に入れ、温度差により高温室の
ソース結晶３３から低温室にあるヒートシンク３
６の上のシード結晶３５へ結晶原料を輸送し、シ
ード結晶３５上に結晶を成長させる。 第３図Ａ，Ｂに従来技術による化合物半導体の
気相成長装置を示す。 第３図Ａに示すように、石英アンプル２１の下
部にソース結晶粉末２３と輸送剤としてのヨウ素
等のハロゲン２５を入れ、アンプル上部にテーパ
（θ＝60〜70度）を付け、その上に面方位（111）
を成長した種結晶２７、石英棒２９を配し、真空
封入した。 この成長アンプルを縦型炉中に垂直に配置し、
第３図Ｂに示すような所定の温度分布を設定す
る。上下方向の温度差により対流拡散が起こり、
高温室、低温部で以下の反応が起こる。 高温：R〓R〓＋X2→R〓X2＋１／2R〓2 低温：R〓R〓＋X2←R〓X2＋１／2R〓2 R〓……族原子 R〓……族原子 Ｘ ……ハロゲン原子 この反応により高温部ではソース原料のハロゲ
ン化が起こり、低温部では再びソース原料を析出
してハロゲンガスが生じる。石英アンプル２１下
部の原料を上部の種結晶２７に輸送するため、下
部を高温部、上部を低温部とする温度分布を形成
している。このようにして、ソース材料の輸送が
行われ、種結晶上に結晶成長させる。 以上のべたような従来技術はそれぞれに問題点
を有する。 第２図Ａ，Ｂに示した液相結晶方法は、 (1) アンプル内に含まれる溶媒、ヒートシンク及
びアンプルの材質等の熱的性質の違いにより、
成長層の形状並びに膜厚を一定にすることが困
難である。 (2) 溶媒を用いた成長なので、大形ウエーハ上に
膜を成長させるには、溶媒量もそれに伴なつて
多くしなければならない。そのため、溶媒中に
適切な温度分布を形成するためのヒータ容量が
増大し、その制御が複雑化し、材料等のコスト
も増大し、高い蒸気圧による爆発の危険性も増
大するなどの問題が発生する。 このように、液相結晶成長において、大型ウエ
ーハ上に大型の結晶成長を行おうとする場合には
問題点が多くスケール増大によるメリツトがあま
り得られない。 第３図Ａ，Ｂに示した気相結晶方法も以下のご
とき問題点を有する。 (1) アンプル形状上、結晶の成長には限度があ
る。すなわち、結晶２７を大きくするとアンプ
ル２１はさらに大きくなるので体積的に限度が
ある。 (2) ハロゲンを気相媒体とした成長なので、結晶
中にハロゲンが入り込み、高純度の成長を得ら
れることが困難である。 ［発明が解決しようとする課題］ 以上述べたように、従来技術によれば、化合物
半導体の均一な高純度かつ高品位のエピタキシヤ
ル結晶を成長することは困難であつた。 本発明の目的は、シード結晶上に均一な膜厚
で、高品位かつ高純度のエピタキシヤル結晶を成
長させることのできる化合物半導体の結晶成長方
法を提供することである。 ［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、高温室と低温室を備え、高温
室と低温室の間が実効的に断面積の小さな中間領
域を介して接続され、前記中間領域に実効的に断
面積の小さな管で接続された蒸気圧制御室を有す
る化合物半導体用の結晶成長装置を用い、前記高
温室に化合物半導体のソース結晶を配置し、前記
蒸気圧制御室に蒸気圧を制御したい成分を含む蒸
気圧源を配置し、前記低温室にヒートシンクを配
置し、ヒートシンク上に（111）Ｂ面±10度未満
の面方位を有するシード結晶を配置し、ソース結
晶から気相成分をシード結晶上に運ばせ、シード
結晶上にバツフア層を成長される結晶成長方法が
提供される。 ［作用］ 輸送ガスを用いずに、温度差を利用してソース
材料を輸送するため、輸送剤を取り込むことなく
純度の高い結晶が成長する。 また、輸送剤を用いないので結晶成長時のアン
プル内圧力を低くすることができる。 ソース結晶を配置した高温室とシード結晶を載
置した低温室の中間に実効的に断面積の小さな領
域を設け、蒸気圧制御室からの蒸気を供給するこ
とにより構成元素の蒸気圧を制御しつつ結晶成長
を行うことができ、化学量論的組成からのずれを
制御できる。 面方位を適切に選ぶことにより、均一な高品位
の表面を持つた結晶が成長できる。 ［実施例］ 第１図Ａ，Ｂに本発明に用いる結晶成長装置１
の概略図を示す。結晶成長装置１は化合物半導体
のソース結晶２が配置される高温室３、シード結
晶４が配置される低温室５、化合物半導体の構成
元素ないしその化合物の蒸気圧源６を配置した蒸
気圧制御室７を有し、かつ高温室３と低温室５
が、中間に石英の無垢棒９を挿入することにより
形成された、実効的に断面積の小さな中間領域１
１で接続されている。 低温室５下部にはカーボン、ピロリテイツク窒
素ボロン（PBN）、石英等の熱伝導率の高い材料
をヒートシンク１３として配置し、ヒートシンク
１３上にシード結晶４を配置する。シード結晶４
の上にシード結晶留めとして円筒状の石英管１７
を配置して、シード結晶４がヒートシンク１３上
に確実に密着するようにする。 更に、シード結晶を配置した低温室５の上部の
実効的に断面積の小さな領域１１に、断面積の小
さな管８により、蒸気圧制御室７を接続する。す
なわち、蒸気圧制御室７は実効的に断面積の小さ
な管により低温室５に接続される。 例えば、高温室３の径を約12mm、石英無垢棒９
の長さを約50mm、低温室５の空間を径約８mm、長
さ約50mm、ヒートシンク１３の長さを約10mm、管
８を径約3.8mmとする。 この結晶成長装置１に、第１図Ｂに示すよう
な、温度分布を設定する。ソース結晶２はソース
温度T1に保たれ、一定の原料蒸気圧を発生する。
構成元素ないしその化合物６は蒸気圧源温度T2
に保たれ、構成元素の蒸気圧をソース結晶室３に
供給する。図の場合、T1＞T2であり蒸気圧制御
室７の温度を調整することでシード結晶室５内の
構成元素の蒸気圧を制御できる。シード結晶４は
T1＞T3である結晶成長温度T3に保たれる。ソー
ス結晶室３から輸送されてきた気相材料がシード
結晶４上にエピタキシヤルに成長する。蒸気圧制
御室７を細い管８によつて実効的に断面積の小さ
な領域に接続し、シード結晶室５内で成長してい
る結晶に蒸気圧制御成分を供給する。この為、結
晶を成長する際に蒸気圧制御が行え、成長結晶の
化学量論的組成を制御可能にした。 −族半導体のZnSeを例として、上に述べ
た結晶成長装置を用いた結晶成長方法を以下に説
明する。第１図Ａに示した構造を有する石英アン
プル１０の底部のヒートシンク１３上にシード結
晶４としてスライシング後アルミナで研磨し化学
エツチングを施した（111）Ｂ面方位を有する
ZnSe単結晶を配置し、円筒状の石英管１７でシ
ード結晶４を固定する。また蒸気圧源６として、
ZnSeの構成元素であるZn或いはSeを蒸気圧制御
室７に入れる。アンプル本体のシード結晶室５上
にスペーサ９を支持するための窪み１８を形成
し、スペーサ９として石英の無垢棒を挿入し、そ
の周囲に実効的に小さな断面積の領域１１を作
る。スペーサ９の上にソース結晶２として成長温
度より低温で製造されたZnSe多結晶、例えば
CVD多結晶インゴツドを配し、例えば10-6Torr
以上の高真空で真空封入する。 なお、石英アンプル及びスペーサとして挿入す
る石英無垢棒は、弗酸洗浄後さらに酸洗浄し、真
空中で空焼をする。 このように準備した成長アンプルを第１図Ｂに
示すような所定の温度分布を有する縦型炉中に垂
直に配置する。アンプルの各部が所定温度になる
と、シード結晶室３内でソース結晶２から蒸発し
た蒸気は１次原料ガスを形成し、実効的に断面積
の小さな領域を介してシード結晶室５に供給され
る。 一方、蒸気圧制御室７からは、制御された蒸気
圧が実効的に断面積の小さな領域１１に供給さ
れ、上述の１次原料ガスと共に所望の構成の原料
ガスを構成する。 シード結晶４は、このような原料ガスが温度差
により輸送されるように、ソース結晶２より低い
温度に設定されている。狭い領域１１を通つて供
給された原料ガスは、温度と平衡な運動エネルギ
を有するようにされており、表面上でエピタキシ
ヤル成長を生じさせる。 このように蒸気圧制御下で温度差により高温質
（ソース結晶室）３から低温室（シード結晶室）
５に実効的に断面積の小さな領域１１を介してソ
ース材料が気相の状態で輸送される。シード結晶
４はヒートシンク１３により熱的冷却を受け、そ
の上に結晶が成長する。 このようにして成長したシード結晶上のエピタ
キシヤル結晶層は、シード結晶の面方位によりそ
の表面モホロジーを変化させることが分かつた。
成長速度は成長温度T3，温度差ΔT＝T1−T3に
依存する。面方位に関しては、第４図に示すよう
に、（111）Ｂ面上で良好なエピタキシヤル結晶成
長が得られた。Ｂ面から外れてオフの角度が10度
を越えるとモホロジに乱れが認められ、オフ角度
が30度を越えるとモホロジはかなり悪化した。膜
厚分布も（111）Ｂ面近傍では良好であつたが、
オフの角度が10度を越えると30％の以上の分布の
バラツキを示すようになつた。代表的な膜厚分布
と表面モホロジを表１に示す。
シード結晶上に化合物半導体のエピタキシヤル層
を形成する結晶成長方法に関する。 化合物半導体の応用開発が活発に行われてい
る。特に種々のバンドギヤツプを得られることか
ら光学的半導体装置としての利用が進められてい
る。その為、結晶性の優れた化合物半導体ないし
化合物半導体混晶を提供することが要請されてい
る。しかし基板結晶として容易に入手できる結晶
は、Si，GaAs，GaPなどの限られた種類であ
る。そこで、これらの入手容易な結晶を基板結晶
とし、その上にエピタキシヤル層を形成し、さら
に所望の組成を有する化合物半導体（混晶を含
む）を形成する技術等が求められている。 ［従来の技術］ 光学的半導体装置等の結晶性の良い半導体結晶
が必要な場合には、シード結晶上に一旦バツフア
層を成長させた後、その上に求められる結晶を成
長する。特にシード結晶がデバイスを形成する部
分の結晶と組成が異なる場合には、結晶性の良い
バツフア層を成長させることが重要である。 第２図Ａ，Ｂに従来技術による化合物半導体の
液相成長装置を示す。 第２図Ａに示すように、成長アンプル３１内に
構成元素又は他の元素からなる溶媒３２を収納
し、その溶媒３２中にソース結晶３３と種結晶３
５を配置する。種結晶３５はヒートシンク３６上
に配置し、その上に円筒上の石英製押え３４を配
置して固定する。このような成長アンプルを成長
温度以上に加熱し、一定時間メルトアロイを行
う。その後、第２図Ｂに示したような温度分布を
持つ結晶成長炉中に入れ、温度差により高温室の
ソース結晶３３から低温室にあるヒートシンク３
６の上のシード結晶３５へ結晶原料を輸送し、シ
ード結晶３５上に結晶を成長させる。 第３図Ａ，Ｂに従来技術による化合物半導体の
気相成長装置を示す。 第３図Ａに示すように、石英アンプル２１の下
部にソース結晶粉末２３と輸送剤としてのヨウ素
等のハロゲン２５を入れ、アンプル上部にテーパ
（θ＝60〜70度）を付け、その上に面方位（111）
を成長した種結晶２７、石英棒２９を配し、真空
封入した。 この成長アンプルを縦型炉中に垂直に配置し、
第３図Ｂに示すような所定の温度分布を設定す
る。上下方向の温度差により対流拡散が起こり、
高温室、低温部で以下の反応が起こる。 高温：R〓R〓＋X2→R〓X2＋１／2R〓2 低温：R〓R〓＋X2←R〓X2＋１／2R〓2 R〓……族原子 R〓……族原子 Ｘ ……ハロゲン原子 この反応により高温部ではソース原料のハロゲ
ン化が起こり、低温部では再びソース原料を析出
してハロゲンガスが生じる。石英アンプル２１下
部の原料を上部の種結晶２７に輸送するため、下
部を高温部、上部を低温部とする温度分布を形成
している。このようにして、ソース材料の輸送が
行われ、種結晶上に結晶成長させる。 以上のべたような従来技術はそれぞれに問題点
を有する。 第２図Ａ，Ｂに示した液相結晶方法は、 (1) アンプル内に含まれる溶媒、ヒートシンク及
びアンプルの材質等の熱的性質の違いにより、
成長層の形状並びに膜厚を一定にすることが困
難である。 (2) 溶媒を用いた成長なので、大形ウエーハ上に
膜を成長させるには、溶媒量もそれに伴なつて
多くしなければならない。そのため、溶媒中に
適切な温度分布を形成するためのヒータ容量が
増大し、その制御が複雑化し、材料等のコスト
も増大し、高い蒸気圧による爆発の危険性も増
大するなどの問題が発生する。 このように、液相結晶成長において、大型ウエ
ーハ上に大型の結晶成長を行おうとする場合には
問題点が多くスケール増大によるメリツトがあま
り得られない。 第３図Ａ，Ｂに示した気相結晶方法も以下のご
とき問題点を有する。 (1) アンプル形状上、結晶の成長には限度があ
る。すなわち、結晶２７を大きくするとアンプ
ル２１はさらに大きくなるので体積的に限度が
ある。 (2) ハロゲンを気相媒体とした成長なので、結晶
中にハロゲンが入り込み、高純度の成長を得ら
れることが困難である。 ［発明が解決しようとする課題］ 以上述べたように、従来技術によれば、化合物
半導体の均一な高純度かつ高品位のエピタキシヤ
ル結晶を成長することは困難であつた。 本発明の目的は、シード結晶上に均一な膜厚
で、高品位かつ高純度のエピタキシヤル結晶を成
長させることのできる化合物半導体の結晶成長方
法を提供することである。 ［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、高温室と低温室を備え、高温
室と低温室の間が実効的に断面積の小さな中間領
域を介して接続され、前記中間領域に実効的に断
面積の小さな管で接続された蒸気圧制御室を有す
る化合物半導体用の結晶成長装置を用い、前記高
温室に化合物半導体のソース結晶を配置し、前記
蒸気圧制御室に蒸気圧を制御したい成分を含む蒸
気圧源を配置し、前記低温室にヒートシンクを配
置し、ヒートシンク上に（111）Ｂ面±10度未満
の面方位を有するシード結晶を配置し、ソース結
晶から気相成分をシード結晶上に運ばせ、シード
結晶上にバツフア層を成長される結晶成長方法が
提供される。 ［作用］ 輸送ガスを用いずに、温度差を利用してソース
材料を輸送するため、輸送剤を取り込むことなく
純度の高い結晶が成長する。 また、輸送剤を用いないので結晶成長時のアン
プル内圧力を低くすることができる。 ソース結晶を配置した高温室とシード結晶を載
置した低温室の中間に実効的に断面積の小さな領
域を設け、蒸気圧制御室からの蒸気を供給するこ
とにより構成元素の蒸気圧を制御しつつ結晶成長
を行うことができ、化学量論的組成からのずれを
制御できる。 面方位を適切に選ぶことにより、均一な高品位
の表面を持つた結晶が成長できる。 ［実施例］ 第１図Ａ，Ｂに本発明に用いる結晶成長装置１
の概略図を示す。結晶成長装置１は化合物半導体
のソース結晶２が配置される高温室３、シード結
晶４が配置される低温室５、化合物半導体の構成
元素ないしその化合物の蒸気圧源６を配置した蒸
気圧制御室７を有し、かつ高温室３と低温室５
が、中間に石英の無垢棒９を挿入することにより
形成された、実効的に断面積の小さな中間領域１
１で接続されている。 低温室５下部にはカーボン、ピロリテイツク窒
素ボロン（PBN）、石英等の熱伝導率の高い材料
をヒートシンク１３として配置し、ヒートシンク
１３上にシード結晶４を配置する。シード結晶４
の上にシード結晶留めとして円筒状の石英管１７
を配置して、シード結晶４がヒートシンク１３上
に確実に密着するようにする。 更に、シード結晶を配置した低温室５の上部の
実効的に断面積の小さな領域１１に、断面積の小
さな管８により、蒸気圧制御室７を接続する。す
なわち、蒸気圧制御室７は実効的に断面積の小さ
な管により低温室５に接続される。 例えば、高温室３の径を約12mm、石英無垢棒９
の長さを約50mm、低温室５の空間を径約８mm、長
さ約50mm、ヒートシンク１３の長さを約10mm、管
８を径約3.8mmとする。 この結晶成長装置１に、第１図Ｂに示すよう
な、温度分布を設定する。ソース結晶２はソース
温度T1に保たれ、一定の原料蒸気圧を発生する。
構成元素ないしその化合物６は蒸気圧源温度T2
に保たれ、構成元素の蒸気圧をソース結晶室３に
供給する。図の場合、T1＞T2であり蒸気圧制御
室７の温度を調整することでシード結晶室５内の
構成元素の蒸気圧を制御できる。シード結晶４は
T1＞T3である結晶成長温度T3に保たれる。ソー
ス結晶室３から輸送されてきた気相材料がシード
結晶４上にエピタキシヤルに成長する。蒸気圧制
御室７を細い管８によつて実効的に断面積の小さ
な領域に接続し、シード結晶室５内で成長してい
る結晶に蒸気圧制御成分を供給する。この為、結
晶を成長する際に蒸気圧制御が行え、成長結晶の
化学量論的組成を制御可能にした。 −族半導体のZnSeを例として、上に述べ
た結晶成長装置を用いた結晶成長方法を以下に説
明する。第１図Ａに示した構造を有する石英アン
プル１０の底部のヒートシンク１３上にシード結
晶４としてスライシング後アルミナで研磨し化学
エツチングを施した（111）Ｂ面方位を有する
ZnSe単結晶を配置し、円筒状の石英管１７でシ
ード結晶４を固定する。また蒸気圧源６として、
ZnSeの構成元素であるZn或いはSeを蒸気圧制御
室７に入れる。アンプル本体のシード結晶室５上
にスペーサ９を支持するための窪み１８を形成
し、スペーサ９として石英の無垢棒を挿入し、そ
の周囲に実効的に小さな断面積の領域１１を作
る。スペーサ９の上にソース結晶２として成長温
度より低温で製造されたZnSe多結晶、例えば
CVD多結晶インゴツドを配し、例えば10-6Torr
以上の高真空で真空封入する。 なお、石英アンプル及びスペーサとして挿入す
る石英無垢棒は、弗酸洗浄後さらに酸洗浄し、真
空中で空焼をする。 このように準備した成長アンプルを第１図Ｂに
示すような所定の温度分布を有する縦型炉中に垂
直に配置する。アンプルの各部が所定温度になる
と、シード結晶室３内でソース結晶２から蒸発し
た蒸気は１次原料ガスを形成し、実効的に断面積
の小さな領域を介してシード結晶室５に供給され
る。 一方、蒸気圧制御室７からは、制御された蒸気
圧が実効的に断面積の小さな領域１１に供給さ
れ、上述の１次原料ガスと共に所望の構成の原料
ガスを構成する。 シード結晶４は、このような原料ガスが温度差
により輸送されるように、ソース結晶２より低い
温度に設定されている。狭い領域１１を通つて供
給された原料ガスは、温度と平衡な運動エネルギ
を有するようにされており、表面上でエピタキシ
ヤル成長を生じさせる。 このように蒸気圧制御下で温度差により高温質
（ソース結晶室）３から低温室（シード結晶室）
５に実効的に断面積の小さな領域１１を介してソ
ース材料が気相の状態で輸送される。シード結晶
４はヒートシンク１３により熱的冷却を受け、そ
の上に結晶が成長する。 このようにして成長したシード結晶上のエピタ
キシヤル結晶層は、シード結晶の面方位によりそ
の表面モホロジーを変化させることが分かつた。
成長速度は成長温度T3，温度差ΔT＝T1−T3に
依存する。面方位に関しては、第４図に示すよう
に、（111）Ｂ面上で良好なエピタキシヤル結晶成
長が得られた。Ｂ面から外れてオフの角度が10度
を越えるとモホロジに乱れが認められ、オフ角度
が30度を越えるとモホロジはかなり悪化した。膜
厚分布も（111）Ｂ面近傍では良好であつたが、
オフの角度が10度を越えると30％の以上の分布の
バラツキを示すようになつた。代表的な膜厚分布
と表面モホロジを表１に示す。
【表】
但し、成長条件は、Tg＝950℃，ΔT＝10℃，
Znによる蒸気圧＝4.2Torrであつた。 なお、膜厚の均一性は同一条件で行つた最良の
場合の値であり、［（平均膜厚との差）／（平均膜
厚）］×100で表した。 なお、表１から明らかなように、（111）Ａ面で
は膜厚の均一性は±10％程度と良化するが表面モ
ホロジーはステツプ上で余り好ましくない。これ
らに比べ、（111）Ｂ面上に成長させると、膜厚の
均一性も±５％と極めて均一になり、表面モホロ
ジも鏡面になる。このようなエピタキシヤル層を
バツフア層として用いる場合は、その上には優れ
た高品位のデバイス用エピタキシヤル層を成長さ
せることができる。 なお、−族シード結晶上に−族エピタ
キシヤル層を成長する場合を説明したが、Si、
Ge、GaAs、GaP等のシード結晶上に格子定数差
が約0.3％以内の化合物半導体をエピタキシヤル
成長しても良い。 例えば、（111）面のGeを基板として、成長温
度900℃にして、ZnSe0.9S0.1をソース結晶として
他と同一条件で結晶成長させると、Ge上に均一
厚みのZnSe0.9S0.1のエピタキシヤル層が得られ
る。すなわち、Geは融点958℃なので成長温度は
これ以下とし、かつGeの格子定数5.6461Åとほ
ぼ一致するZnSe（5.6687Å）とZnS（5.409Å）の
混晶のZnSe0.9S0.1が格子整合して成長することが
できる。 GaAs上にZnSeを成長させる場合も同様である
が、GaAsからのAsの蒸気圧が高く、結晶成長中
にAsの解離が生ずるので成長温度としては、700
℃以下の低温にするのが良好な成長層を得るため
に好ましい。 既存の液相成長並びにMOCVD等の気相成長
では、種々な付帯装置が必要なためどうしても装
置全体が大がかりなものになつてしまい、成長シ
ステムの構造上、溶媒やキヤリアガス等のソース
源とシード結晶以外のものが必要であり、またこ
のため、収率が悪い等の問題があつたが、上述の
方法によれば、従来法で得られる結晶性と同レベ
ルのものが簡単な装置で安易にしかも収率良く成
長させることができる。 ［発明の効果］ 液相成長と比べ、気相成長で成長させるので構
成物質の熱的性質の差による歪み等の影響を余り
受けない。また、均一な条件を得られ易く大型ウ
エーハ上への成長が容易になる。 輸送媒体を用いずかつ蒸気圧制御が行えるの
で、高純度高品位のエピタキシヤル層を提供でき
る。 開管気相法に比べ閉管気相法であるので原料か
らの収率が良い。 面方位を選択してあるので、膜厚の均一性及び
表面モホロジが優れている。
Znによる蒸気圧＝4.2Torrであつた。 なお、膜厚の均一性は同一条件で行つた最良の
場合の値であり、［（平均膜厚との差）／（平均膜
厚）］×100で表した。 なお、表１から明らかなように、（111）Ａ面で
は膜厚の均一性は±10％程度と良化するが表面モ
ホロジーはステツプ上で余り好ましくない。これ
らに比べ、（111）Ｂ面上に成長させると、膜厚の
均一性も±５％と極めて均一になり、表面モホロ
ジも鏡面になる。このようなエピタキシヤル層を
バツフア層として用いる場合は、その上には優れ
た高品位のデバイス用エピタキシヤル層を成長さ
せることができる。 なお、−族シード結晶上に−族エピタ
キシヤル層を成長する場合を説明したが、Si、
Ge、GaAs、GaP等のシード結晶上に格子定数差
が約0.3％以内の化合物半導体をエピタキシヤル
成長しても良い。 例えば、（111）面のGeを基板として、成長温
度900℃にして、ZnSe0.9S0.1をソース結晶として
他と同一条件で結晶成長させると、Ge上に均一
厚みのZnSe0.9S0.1のエピタキシヤル層が得られ
る。すなわち、Geは融点958℃なので成長温度は
これ以下とし、かつGeの格子定数5.6461Åとほ
ぼ一致するZnSe（5.6687Å）とZnS（5.409Å）の
混晶のZnSe0.9S0.1が格子整合して成長することが
できる。 GaAs上にZnSeを成長させる場合も同様である
が、GaAsからのAsの蒸気圧が高く、結晶成長中
にAsの解離が生ずるので成長温度としては、700
℃以下の低温にするのが良好な成長層を得るため
に好ましい。 既存の液相成長並びにMOCVD等の気相成長
では、種々な付帯装置が必要なためどうしても装
置全体が大がかりなものになつてしまい、成長シ
ステムの構造上、溶媒やキヤリアガス等のソース
源とシード結晶以外のものが必要であり、またこ
のため、収率が悪い等の問題があつたが、上述の
方法によれば、従来法で得られる結晶性と同レベ
ルのものが簡単な装置で安易にしかも収率良く成
長させることができる。 ［発明の効果］ 液相成長と比べ、気相成長で成長させるので構
成物質の熱的性質の差による歪み等の影響を余り
受けない。また、均一な条件を得られ易く大型ウ
エーハ上への成長が容易になる。 輸送媒体を用いずかつ蒸気圧制御が行えるの
で、高純度高品位のエピタキシヤル層を提供でき
る。 開管気相法に比べ閉管気相法であるので原料か
らの収率が良い。 面方位を選択してあるので、膜厚の均一性及び
表面モホロジが優れている。
第１図Ａ，Ｂは本発明の実施例に用いる化合物
半導体の結晶成長を示し、第１図Ａは結晶成長装
置の断面図、第１図Ｂは温度分布図、第２図Ａ，
Ｂは従来技術による液相結晶成長を示し、第２図
Ａは結晶成長装置の断面図、第２図Ｂは温度分布
のグラフ、第３図Ａ，Ｂは従来技術による気相結
晶成長を示し、第３図Ａは結晶成長装置の断面
図、第３図Ｂは温度分布を示すグラフ、第４図は
好ましい面方位を示す概念図である。 図において、１……結晶成長装置のアンプル、
２……ソース結晶、３……ソース結晶室（高温
室）、４……シード結晶、５……シード結晶室
（低温室）、６……蒸気圧源、７……蒸気圧制御
室、８……断面積の小さな管、９……スペーサ、
１１……小さな断面積を有する中間領域、１３…
…ヒートシンク。
半導体の結晶成長を示し、第１図Ａは結晶成長装
置の断面図、第１図Ｂは温度分布図、第２図Ａ，
Ｂは従来技術による液相結晶成長を示し、第２図
Ａは結晶成長装置の断面図、第２図Ｂは温度分布
のグラフ、第３図Ａ，Ｂは従来技術による気相結
晶成長を示し、第３図Ａは結晶成長装置の断面
図、第３図Ｂは温度分布を示すグラフ、第４図は
好ましい面方位を示す概念図である。 図において、１……結晶成長装置のアンプル、
２……ソース結晶、３……ソース結晶室（高温
室）、４……シード結晶、５……シード結晶室
（低温室）、６……蒸気圧源、７……蒸気圧制御
室、８……断面積の小さな管、９……スペーサ、
１１……小さな断面積を有する中間領域、１３…
…ヒートシンク。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 高温室と低温室を備え高温室と低温室の間が
実効的に断面積の小さな中間領域を介して接続さ
れ、前記中間領域に実効的に断面積の小さな管で
接続された蒸気圧制御室を有する化合物半導体の
結晶成長装置を用い、 前記高温室に化合物半導体のソース結晶を配置
し、前記蒸気圧制御室に蒸気圧を制御したい成分
を含む蒸気圧源を配置し、前記低温室にヒートシ
ンクを配置し、ヒートシンク上に（111）Ｂ面±
10度未満の面方位を有するシード結晶を配置し、
ソース結晶から気相成分をシード結晶上に運ば
せ、シード結晶上にエピタキシヤル層を成長させ
る結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13325589A JPH02311393A (ja) | 1989-05-26 | 1989-05-26 | シード結晶上へのエピタキシャル層の結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13325589A JPH02311393A (ja) | 1989-05-26 | 1989-05-26 | シード結晶上へのエピタキシャル層の結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02311393A JPH02311393A (ja) | 1990-12-26 |
| JPH0585517B2 true JPH0585517B2 (ja) | 1993-12-07 |
Family
ID=15100341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13325589A Granted JPH02311393A (ja) | 1989-05-26 | 1989-05-26 | シード結晶上へのエピタキシャル層の結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02311393A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5499600A (en) * | 1993-12-24 | 1996-03-19 | Stanley Electric Co., Ltd. | Methods for compound semiconductor crystal growth from solution |
-
1989
- 1989-05-26 JP JP13325589A patent/JPH02311393A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02311393A (ja) | 1990-12-26 |
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