JPS5857901B2 - Crystal growth method - Google Patents

Crystal growth method

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JPS5857901B2
JPS5857901B2 JP49011012A JP1101274A JPS5857901B2 JP S5857901 B2 JPS5857901 B2 JP S5857901B2 JP 49011012 A JP49011012 A JP 49011012A JP 1101274 A JP1101274 A JP 1101274A JP S5857901 B2 JPS5857901 B2 JP S5857901B2
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Japan
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solution
substrate
growth
slider
microcrystals
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和弘 伊藤
雅雄 川村
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶液エピタキシャル成長で得られる成長層内
の紐取や不純物濃度をある程度調節するための結晶成長
方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a crystal growth method for controlling to some extent the stringiness and impurity concentration in a grown layer obtained by solution epitaxial growth.

良好な特性を持つ半導体素子を歩留り良く作製すること
は、言うまでもなく、半導体工業において最も重要なこ
とである。
Needless to say, manufacturing semiconductor elements with good characteristics at a high yield is the most important thing in the semiconductor industry.

半導体結晶のエピタキシャル成長を行う工程に関して言
えは、成長層が目的とする不純物分布プロファイルや混
晶の場合には混晶比が目的とする分布プロファイルをい
かにして持たせるかということもその1つである。
Regarding the process of epitaxial growth of semiconductor crystals, one of the issues is how to make the growth layer have the desired impurity distribution profile and, in the case of mixed crystals, the desired distribution profile of the mixed crystal ratio. be.

通常の溶液エピタキシャル成長法では、成長させようと
する物質および不純物を含む溶液を飽和温度で基板と接
触した後、適当な速度で冷却して成長層を基板上に得る
In a typical solution epitaxial growth method, a solution containing a substance to be grown and impurities is brought into contact with a substrate at a saturation temperature, and then cooled at an appropriate rate to obtain a grown layer on the substrate.

しかしながら、このような方法では、状態図からも推察
されるように偏析現象が生じて不純物濃度や混晶比の変
化が成長層中に生ずる。
However, in such a method, as inferred from the phase diagram, a segregation phenomenon occurs and changes in impurity concentration and mixed crystal ratio occur in the grown layer.

たとえば、偏析係数の1より大きい元素に関して説明す
ると、成長の進行によって成長層中には高濃度で取り込
まれるため、溶液中の濃度は一方的に減少する。
For example, regarding an element with a segregation coefficient greater than 1, as the growth progresses, the element is incorporated into the growth layer at a high concentration, so the concentration in the solution unilaterally decreases.

したがって、成長層中の濃度も一方的に減少してしまう
Therefore, the concentration in the growth layer also decreases unilaterally.

偏析係数の1より小さな元素では上記と逆で、成長層中
の濃度は一方的に増加してしまう。
For elements with a segregation coefficient smaller than 1, the concentration in the growth layer increases unilaterally, contrary to the above.

これらの現象は偏析係数が1よりも離れるほど強く起き
るのはさらに説明を加えなくとも良いであろう。
It is unnecessary to explain further that these phenomena occur more strongly as the segregation coefficient becomes more distant from 1.

上記のような偏析現象を伴う溶液成長長で、特に厚い成
長層が必要な場合には非常につごうの悪いことが起きる
A solution growth length accompanied by the above-mentioned segregation phenomenon can be very difficult, especially when a thick growth layer is required.

たとえは、ある厚さの所まで、混晶比や不純物濃度をあ
る値以上保つように得ようとした場合、偏析を見込んだ
溶液をあらかじめ必要とする。
For example, in order to maintain the mixed crystal ratio and impurity concentration above a certain value up to a certain thickness, a solution that takes into account segregation is required in advance.

また、成長の開始近辺あるいは終了近辺の混晶比や不純
物の濃度はこの偏析現象によって大きく変化して分布す
るので、基板と成長層との間、および成長層自体にも混
晶比の変化によって生ずる結晶格子定数や熱膨張係数の
違いによって、試料の曲りやひび割れが起きる。
In addition, the mixed crystal ratio and impurity concentration near the start or end of growth vary greatly due to this segregation phenomenon, so changes in the mixed crystal ratio also occur between the substrate and the growth layer and the growth layer itself. The resulting differences in crystal lattice constants and thermal expansion coefficients cause bending and cracking of the sample.

不純物元素の濃度があまり、急峻に変化しても、電気抵
抗値の目的値からのズレや結晶性の劣下なども起こり、
半導体素子の歩留り良い作製を困難にしてしまう。
Even if the concentration of impurity elements changes too rapidly, the electrical resistance value may deviate from the target value or the crystallinity may deteriorate.
This makes it difficult to manufacture semiconductor devices with a high yield.

混晶比が変化する現象は、Ga(1−x)Al xAs
(xi−sitヒ)、GaAs(、−x)PX 、Ga
(1−X)AtxP。
The phenomenon that the mixed crystal ratio changes is Ga(1-x)Al xAs
(xi-sithi), GaAs(,-x)PX, Ga
(1-X)AtxP.

In(1−X)AlxAsなどをはじめとするIb−V
b族の混晶で普通に知られている。
Ib-V including In(1-X)AlxAs etc.
Commonly known as a group B mixed crystal.

上記のごとき試料の曲りやひび割れを軽減する方法は、
成長層の全体を必換最低限の混晶比で一定に保つことで
ある。
The method to reduce bending and cracking of the sample as described above is as follows:
The goal is to maintain a constant minimum mixed crystal ratio for the entire growth layer.

不純物濃度に関しても同じことが言えよ゛う。The same can be said about impurity concentration.

また、こうすることによって、混晶比や不純物濃度の目
的値からのへだたりが無くなるので、以後の工程におけ
る電極すけ、拡散、ボンディングなどの信頼性が高まり
、歩留りの向上につながるのでつごうが良い。
In addition, by doing this, deviations from the target values of the mixed crystal ratio and impurity concentration will be eliminated, increasing the reliability of electrode alignment, diffusion, bonding, etc. in subsequent processes, leading to improved yields. is good.

通常の溶液成長における前述のような欠点を無くするた
めの方法として、次のものが知られている。
The following methods are known to eliminate the above-mentioned drawbacks in normal solution growth.

これを第1図で説明する。まず溶液原料を飽和温度以上
の高温にし、全部溶解して溶液10とする80次に、こ
れを飽和温度以下まで冷却して、溶液中に微結晶11を
析出させるboこの状態で基板12と接触するC8この
時、基板12から容液10の方向に高くなる温度勾配を
つけておく。
This will be explained with reference to FIG. First, the solution raw material is heated to a high temperature above the saturation temperature, and all of it is dissolved to form the solution 10.Next, this is cooled down to below the saturation temperature, and the microcrystals 11 are precipitated in the solution.In this state, it is brought into contact with the substrate 12. C8 At this time, a temperature gradient is created that increases from the substrate 12 toward the liquid 10.

この温度勾配によって溶液10中には溶質の濃度勾配が
生じ、微結晶11の再溶解とともに基板12にエピタキ
シャル成長層13が成長する(d)。
This temperature gradient causes a solute concentration gradient in the solution 10, and as the microcrystals 11 are redissolved, an epitaxial growth layer 13 grows on the substrate 12 (d).

この成長においても当然偏析現象は起きるのであるが、
通常の溶液成長と異なる点は、溶液10中には微結晶1
1が存在していることである。
Naturally, segregation occurs during this growth, but
The difference from normal solution growth is that there are 1 microcrystals in the solution 10.
1 exists.

偏析係数の1より大きい元素を例にして説明すると、微
結晶11中には、その元素が高濃度で含まれている。
Taking an element with a segregation coefficient larger than 1 as an example, the microcrystal 11 contains that element at a high concentration.

基板12へ成長層13が成長を開始すると、溶液10中
の当該元素濃度は減少するが、当該元素を高濃度で含む
微結晶11の再溶解によって溶液10中に当該元素が供
給される。
When the growth layer 13 starts growing on the substrate 12, the concentration of the element in the solution 10 decreases, but the element is supplied into the solution 10 by redissolving the microcrystals 11 containing the element at a high concentration.

このため、成長層13に取り込まれておきる溶液中の濃
度減少と、微結晶11から供給される濃度増加分とはバ
ランスし、溶液10の濃度はほぼ一定値に保たれ、成長
層13中の濃度、すなわち、混晶比や不純物濃度もほぼ
一定になるのである。
Therefore, the decrease in the concentration of the solution taken into the growth layer 13 and the increase in the concentration supplied from the microcrystals 11 are balanced, and the concentration of the solution 10 is kept at an almost constant value, and the concentration of the solution in the growth layer 13 is kept constant. The concentration, that is, the mixed crystal ratio and the impurity concentration are also almost constant.

上記と逆に、偏析係数の1より小さい元素の場合には、
上記の逆の関係すなわち、溶液中の濃度増加は微結晶の
溶解でうすめられるのであり、ここでの説明は除く。
Contrary to the above, in the case of elements with segregation coefficients smaller than 1,
The above-mentioned inverse relationship, that is, the increase in concentration in the solution is diluted by the dissolution of the microcrystals, and is not explained here.

いずれにせよ、はぼ一定の混晶比や不純物濃度の成長層
が得られる。
In any case, a grown layer with a nearly constant mixed crystal ratio and impurity concentration can be obtained.

しかしながら、上記の方法の最大の欠点は、基板のすぐ
近辺に存在する微結晶があると、この微結晶は再溶解す
ることがなく、逆に、基板へのエピタキシャル成長と同
じく、大型の結晶へと成長じてしまうことである。
However, the biggest drawback of the above method is that if there are microcrystals present in the immediate vicinity of the substrate, these microcrystals will not be redissolved, and on the contrary, similar to epitaxial growth on the substrate, they will grow into large crystals. It is a matter of growing up.

このため、基板への成長層と付着してしまったり、ある
いは成長層のその部分を凹にしてしまい、良好な成長層
が得られにくい欠点がある。
For this reason, the grown layer may adhere to the substrate, or the grown layer may become depressed in that area, making it difficult to obtain a good grown layer.

本発明は、上記の方法の欠点である成長層の凹凸を発生
させず、かつ成長層中の混晶比や不純物濃度がほぼ一定
な成長層を得る方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a method for obtaining a grown layer in which the mixed crystal ratio and impurity concentration in the grown layer are substantially constant without causing unevenness in the grown layer, which is a drawback of the above-mentioned methods.

上記の目的を達成するためには、微結晶を含む溶液と、
微結晶をほとんど含まないか、あるいは全く含まない溶
液との少なくとも2種類の飽和温度の異なる溶液を用い
るのである。
In order to achieve the above purpose, a solution containing microcrystals,
At least two solutions with different saturation temperatures are used, one containing little or no microcrystals.

この概念を第2図で説明する。This concept will be explained with reference to FIG.

飽和温度の高いT1溶液21と低いT2溶液22を準備
し、各々な別な位置で各各の飽和温度以上に昇温するa
Prepare a T1 solution 21 with a high saturation temperature and a T2 solution 22 with a low saturation temperature, and raise the temperature to the saturation temperature or higher at each different position.a
.

次に冷却をして両者を溶液22の飽和温度T2にする。Next, both are cooled to the saturation temperature T2 of the solution 22.

この場合各々の温度は同じ温度であっても良いし、後に
説明する温度勾配の分だけ溶液21は溶液22より高温
になっていても良い。
In this case, the respective temperatures may be the same, or the solution 21 may be higher than the solution 22 by a temperature gradient that will be explained later.

いずれにしても、溶液22の温度はそれの飽和温度程度
であるので、はとんど微結晶は存在しない。
In any case, since the temperature of the solution 22 is about its saturation temperature, there are almost no microcrystals present.

ところが、゛溶液21の温度は、それの飽和温度よりも
十分低い温度に冷却されているため、微結晶24が十分
な量で存在しているす。
However, since the temperature of the solution 21 is cooled to a temperature sufficiently lower than its saturation temperature, a sufficient amount of microcrystals 24 are present.

この状態で、Cのように溶液21゜22、基板23をサ
イドインチ状に接触する。
In this state, as shown in C, the solutions 21 and 22 are brought into contact with the substrate 23 in a side inch shape.

この時、基板23から溶液22,21の方向に高くなる
温度勾配が形成されていると、微結晶24の再溶解とと
もに成長層25が基板上に得られる。
At this time, if a temperature gradient is formed that increases from the substrate 23 toward the solutions 22 and 21, the microcrystals 24 are redissolved and a growth layer 25 is obtained on the substrate.

成長層25の混晶比や不純物濃度がほぼ均一に保たれる
のは前述の原理と同じであるので、ここでは説明を除く
The reason why the mixed crystal ratio and the impurity concentration of the growth layer 25 are kept substantially uniform is the same as the principle described above, so a description thereof will be omitted here.

本以明によると、基板23と接触する溶液22は微結晶
を含まない溶液であるため、成長層に凹凸を作ることが
なく、平担な成長層が得られる。
According to the present invention, since the solution 22 in contact with the substrate 23 does not contain microcrystals, no unevenness is created in the growth layer, and a flat growth layer can be obtained.

上記において強調しておく必要のあることがらは次のと
おりである。
The following points need to be emphasized in the above.

第1点は、溶液の数は2つにかぎらない事である。The first point is that the number of solutions is not limited to two.

基板と直接に接する溶液のみが微結晶をほとんど含まな
ければ良いのであって、その溶液のうちに接する微結晶
を含む他種の溶液が多段で存在しても本質は同じである
It is sufficient that only the solution in direct contact with the substrate contains almost no microcrystals, and the essence is the same even if other types of solutions containing microcrystals in contact with the substrate exist in multiple stages.

第2点は、成長開始以前の基板と各種溶液との相対位置
および成長のための各溶液位置の移動方法、特に治具の
形状などは本発明の原理に変更を加えるものではない。
The second point is that the principles of the present invention are not changed in the relative positions of the substrate and various solutions before the start of growth, the method of moving the positions of each solution for growth, and especially the shape of the jig.

以下、本発明において用いられる装置の一例を図をもっ
て説明する。
Hereinafter, an example of the apparatus used in the present invention will be explained with reference to the drawings.

第3図の装置は基板31を保持することのできる固定部
32と溶液33を入れておくためのスライダ一部34、
および溶液35を入れておくためのスライダ一部36か
らなるものである。
The apparatus shown in FIG. 3 includes a fixing part 32 capable of holding a substrate 31, a slider part 34 for holding a solution 33,
and a slider portion 36 for holding a solution 35.

なお、スライダー36には、溶液33をあらかじめセッ
トするさいに必要な穴37がある。
Note that the slider 36 has a hole 37 necessary for setting the solution 33 in advance.

スライダ一部34と36および固定部32は図に示した
ように互いに密着して重なっており、スライダ一部34
゜36は操作棒(図では省略しである)によって各各独
立して水平方向に移動できるものである。
The slider portions 34 and 36 and the fixing portion 32 overlap each other in close contact with each other as shown in the figure, and the slider portion 34 and
36 can be moved independently in the horizontal direction by operating rods (not shown).

成長用溶液と基板との接触のための方法は、まずスライ
ダー34を水平に移動して溶液33と基板31を接触し
た後、スライダー36を水平に移動して溶液35を溶液
33と接触すれは良い。
The method for contacting the growth solution with the substrate is to first move the slider 34 horizontally to bring the solution 33 into contact with the substrate 31, and then move the slider 36 horizontally to bring the solution 35 into contact with the solution 33. good.

あるいは、スライダー36を移動して溶液35と溶液3
3を接触させたまま、スライダー34および36の両者
を移動して溶液33と基板31とを接触させても良い。
Alternatively, move the slider 36 to remove the solution 35 and solution 3.
The solution 33 and the substrate 31 may be brought into contact with each other by moving both the sliders 34 and 36 while keeping the solution 33 in contact with the substrate 31.

また、成長後の溶液と基板との切離しはスライダ一部3
4と36を、もとの状態に移動するか、あるいはさらに
移動させれば良い。
Also, the separation of the solution and the substrate after growth is done using the slider part 3.
4 and 36 may be moved to their original states or further moved.

第4図の装置は、上記の装置による操作をより単純化し
たものであって、基板41を保持する固定部42と基板
41の真上に溶液43を保持できる固定部44、および
溶液45を入れておけるスライダ一部46とからなる。
The apparatus shown in FIG. 4 is a simplified version of the above-mentioned apparatus, and includes a fixing part 42 that holds a substrate 41, a fixing part 44 that can hold a solution 43 directly above the substrate 41, and a solution 45. It consists of a slider part 46 that can be inserted.

スライダ一部46には、溶液45をあらかじめセットす
るための穴47がある。
The slider part 46 has a hole 47 for presetting the solution 45.

成長のための溶液と基板との接触の方法は、操作棒(図
では省略)によってスライダ一部46を水平に移動させ
、溶液45を基板41に接触させる。
The solution for growth is brought into contact with the substrate by horizontally moving the slider portion 46 using an operating rod (not shown) to bring the solution 45 into contact with the substrate 41.

この時、溶液43は基板41の真上に位置しているので
、溶液43は溶液45と自動的に接触するようになって
いる。
At this time, since the solution 43 is located directly above the substrate 41, the solution 43 automatically comes into contact with the solution 45.

成長後の基板と溶液との切離しはスライダー46をもと
に引き出すか、あるいは逆にさらに押し込めば良い。
After the growth, the substrate and the solution can be separated by pulling out the slider 46 or, conversely, pushing it further.

第5図は基板51を保持するための円筒型の固定部52
と溶液53を入れておくための操作棒54がついたスラ
イダ一部55、および操作棒56のついた溶液57を入
れておくためのスライダ一部58とからなる装置である
FIG. 5 shows a cylindrical fixing part 52 for holding the board 51.
This device consists of a slider part 55 with an operating rod 54 for holding a solution 53, and a slider part 58 with an operating rod 56 for holding a solution 57.

なお、スライダ一部58には、あらかじめ溶液53をセ
ットするための穴59がある。
Note that the slider portion 58 has a hole 59 for setting the solution 53 in advance.

スライダ一部55および58は操作棒54,56によっ
て回転することによってスライドできる。
The slider parts 55 and 58 can be slid by rotation by the operating rods 54, 56.

成長のための溶液と基板との接触は、スライダ一部55
を操作棒54で回転し、溶液53と基板51とを接触さ
せておき、次で操作棒56でスライダ一部58を回転し
て溶液57と溶液53とを接触させて行う。
Contact between the solution and the substrate for growth is achieved through the slider part 55.
is rotated with the operation rod 54 to bring the solution 53 and the substrate 51 into contact with each other, and then the slider portion 58 is rotated with the operation rod 56 to bring the solution 57 and the solution 53 into contact with each other.

あるいは、溶液53と溶液57とを接触させたまま、両
者を同時に回転して基板51と接触しても良い。
Alternatively, the solution 53 and the solution 57 may be kept in contact with each other, and both may be rotated simultaneously to contact the substrate 51.

あるいは、第4図の装置で説明したと同じように、スラ
イダ一部58の溶液57を基板51の真上の位置に固定
しておき、スライダ一部55を回転して基板51と溶液
53を接触しても良い。
Alternatively, in the same way as described with the apparatus shown in FIG. 4, the solution 57 in the slider part 58 is fixed at a position directly above the substrate 51, and the slider part 55 is rotated to separate the substrate 51 and the solution 53. You may contact me.

成長後の溶液と基板との切離しは、スライダ一部55を
回転すれば良い。
After the growth, the solution and the substrate can be separated by rotating the slider part 55.

以上は2種類の溶液を用いて行う装置の例を示したもの
であるが、他に、スライダ一部が3段以上になっていて
も、その原理は同じである。
The above is an example of an apparatus using two types of solutions, but the principle is the same even if some of the sliders have three or more stages.

また、基板が2以上でも各スライダ一部に保持される溶
液の数が2以上に区切られていても良い。
Furthermore, even if there are two or more substrates, the number of solutions held on a portion of each slider may be divided into two or more.

以上に実施例を用いて本発明を説明する。The present invention will be described above using Examples.

実施例 1 第3図に示したグラファイト製の装置を用いてG a
(1−x ) A l x A s (xは混晶比。
Example 1 Ga
(1-x) Al x As (x is the mixed crystal ratio.

1>x>O)を成長させた。1>x>O) was grown.

装置の寸法は、固定部32の厚さが20M11L1長さ
100朋、スライダ一部34および36の厚さが各々1
011L11L長さが各々7Qmiである。
The dimensions of the device are as follows: The thickness of the fixed part 32 is 20M11L1, the length is 100 mm, and the thickness of the slider parts 34 and 36 is 1 mm each.
011L11L length is 7Qmi each.

三者の幅は各々3Qmiである。第3図に示したように
、固定部および2ケのスライダ一部には、基板31を入
れる穴および溶液を入れる穴33゜35がある。
The width of each of the three is 3Qmi. As shown in FIG. 3, the fixing part and part of the two sliders have holes 33 and 35 for inserting the substrate 31 and for inserting the solution.

各々の大きさは、10X10X10である。The size of each is 10X10X10.

なお基板31を入れる穴は深さが800μm1他の穴は
貫通穴である。
Note that the hole into which the substrate 31 is inserted has a depth of 800 μm1, and the other holes are through holes.

基板にはCaAsの(ioo)面、厚さ300μm1大
きさl0XIO朋すものを用いた。
The substrate used was a CaAs (ioo) surface, 300 μm thick and 10×IO.

溶液33として、Gaを20 g、 GaAs2.7
g、 At 501”’Wを用い、溶液35としてGa
20 g1GaAs3.5 glAl 60mLIを用
いた。
As solution 33, 20 g of Ga, 2.7 g of GaAs
g, At 501'''W and Ga as solution 35.
20 g1GaAs3.5 glAl 60mlI was used.

これをセットした装置を、矩型の断面を持つ石英反応管
に入れ、H2ガスを満して空気を完全に排出した。
The device with this set was placed in a quartz reaction tube with a rectangular cross section, filled with H2 gas, and air was completely exhausted.

反応管の上下にある電気炉で970’Cに加熱し、1時
間保持した。
It was heated to 970'C in electric furnaces placed above and below the reaction tube and maintained for 1 hour.

次いで、全体を冷却したが、この時、装置内の上方に1
crnにらき10℃高いような温度勾配を形威し、かつ
基板の温度を940℃にした。
Next, the entire device was cooled, but at this time, there was a
A temperature gradient was created that was 10°C higher than crn, and the temperature of the substrate was set at 940°C.

なお、温度測定用の熱電対用の穴は第3図には示してい
ない。
Note that holes for thermocouples for temperature measurement are not shown in FIG.

次いで、操作棒によってスライダ一部36を移動し、溶
液33と35を接触させ、さらに、それらを移動させて
基板31と接触させた。
Next, the slider portion 36 was moved by the operating rod to bring the solutions 33 and 35 into contact, and further moved to bring them into contact with the substrate 31.

この状態で、温度勾配を保ったまま10時間保った。This state was maintained for 10 hours while maintaining the temperature gradient.

次に、スライダ一部34を引き出して基板と溶液とを切
離し、室温まで冷却した。
Next, the slider portion 34 was pulled out to separate the substrate from the solution, and the solution was cooled to room temperature.

基板には、混晶比がX″F0.4で厚さ500±20μ
mのGa1−XAIXAsが成長していた。
The substrate has a mixed crystal ratio of X″F0.4 and a thickness of 500±20μ.
m of Ga1-XAIXAs were growing.

成長層は、微結晶による凹凸がなく、混晶比Xの変動も
見られない。
The grown layer has no irregularities due to microcrystals, and no fluctuations in the mixed crystal ratio X are observed.

これと比較して、上記組成の溶液33を用いずに行った
場合には、溶液35中に生じた微結晶による凹凸が激し
く、厚さ500±250μmであった。
In comparison, when the solution 33 having the above composition was not used, the unevenness due to microcrystals generated in the solution 35 was severe, and the thickness was 500±250 μm.

これにより、本発明による方法は極めて良好な成長層を
得られることがわかった。
This shows that the method according to the present invention can provide an extremely good growth layer.

実施例 2 第4図に用いた装置を用いてGaAsの成長を行った。Example 2 GaAs was grown using the apparatus shown in FIG.

装置はグラファイト製で、固定部42゜44およびスラ
イダ一部46の長さはioomm幅30關である。
The device is made of graphite and the length of the fixed part 42.44 and the slider part 46 is 30 mm wide.

また、厚さは、固定部42.44が20+++mlO肌
へスライダ一部がlQmmである。
Further, the thickness of the fixed part 42, 44 is 20+++mlO, and the thickness of the slider part is 1Qmm.

基板はGaAsの(100)面、厚さ300μm。The substrate is a GaAs (100) plane with a thickness of 300 μm.

大きさ10×20−のものである。The size is 10 x 20-.

溶液43にはGa 20 g1GaAs4.5 glZ
n 1001’l’を溶液45にはG a 20 g
1GaAs3.9 glZ nを80intlを用いた
Solution 43 contains Ga 20 g1GaAs4.5 glZ
n 1001'l' to solution 45 is Ga 20 g
80 intl of 1GaAs3.9 glZ n was used.

これらを第4図のようにセットし、実施例1の反応管内
に挿入した。
These were set as shown in FIG. 4 and inserted into the reaction tube of Example 1.

H2で反応管を満し、電気炉で950℃に昇温し、ただ
ちに基板温度を900’Cに冷却した。
The reaction tube was filled with H2, heated to 950°C in an electric furnace, and the substrate temperature was immediately cooled to 900'C.

このとき、装置内には上方に1cmにつき58C高くな
る温度勾配を形成した。
At this time, a temperature gradient was formed in the apparatus in which the temperature increased by 58 C per 1 cm.

ただちに、スライダー46を操作棒で移動し、溶液45
と溶液43とを接触させると同時に溶液45と基板41
を接触した。
Immediately move the slider 46 with the operating rod to remove the solution 45.
At the same time, the solution 45 and the substrate 41 are brought into contact with each other.
came into contact with.

この状態で、温度勾配を保持しながら30分保ち、再び
スライダー46を移動して基板と溶液を切離して室温ま
で冷却した。
This state was maintained for 30 minutes while maintaining the temperature gradient, and the slider 46 was moved again to separate the substrate from the solution, and the solution was cooled to room temperature.

この結果、基板上には厚さ300±30μmの平担性を
持ち、かつ不純物濃度が1×1018cm−3のGaA
s成長層が得られた。
As a result, GaA with a flat thickness of 300±30 μm and an impurity concentration of 1×10 cm−3 was deposited on the substrate.
s growth layer was obtained.

これと比較し、上記の溶液45を用いない方法では、成
長層は溶液43中に生じた微結晶による凹部が生じ、3
00±100μmのバラツキを有していた。
In comparison, in the method that does not use the solution 45, the growth layer has depressions due to the microcrystals generated in the solution 43, and 3
It had a variation of 00±100 μm.

これにより、本発明の方法は極めて平担性の良い成長層
の得られることがわかった。
As a result, it was found that the method of the present invention allows a growth layer with extremely good flatness to be obtained.

実施例 3 第5図に示す装置を用いてGa、−xAI工Asの成長
を行った。
Example 3 Ga, -xAl-As was grown using the apparatus shown in FIG.

固定部52、スライダ一部55゜58の外径は80Tn
mである。
The outer diameter of the fixed part 52 and slider part 55°58 is 80Tn.
It is m.

固定部52およびスライダ一部58の厚さは各々4Q+
o+である。
The thickness of the fixed part 52 and the slider part 58 is 4Q+
It is o+.

溶液53.57を入れる穴の直径は12朋である。The diameter of the hole into which solution 53.57 is placed is 12 mm.

スライダ一部55は厚さが1mm、 2m1K、 5朋
、10mm、151mの5種類を準備した。
The slider part 55 was prepared in five types with thicknesses of 1 mm, 2 mm, 5 mm, 10 mm, and 151 mm.

ここで溶液57として、Ga20g、GaAs3゜5g
1A155mVを用い、溶液53としてQa 25 g
1GaAs3 g。
Here, as the solution 57, 20 g of Ga, 3.5 g of GaAs
25 g of Qa as solution 53 using 1A 155 mV
1GaAs3g.

Al50m?を用いた。Al50m? was used.

上記の溶液53の分量は必要以上に多いので溶液53は
穴59にまで達している。
Since the amount of the solution 53 is larger than necessary, the solution 53 reaches the hole 59.

したがって、スライダ一部58あるいは55を回転する
と穴59に入っていた分量は成長に役立たないが、スラ
イダ一部55の穴は溶液53で−ばいに満される。
Thus, when slider portions 58 or 55 are rotated, the holes in slider portion 55 are filled to the brim with solution 53, while the volume that was in hole 59 is not available for growth.

基板はGaAsの(100)面で厚さ300pm、大き
さ15X15朋のものを用いた。
The substrate used was a GaAs (100) plane with a thickness of 300 pm and a size of 15 x 15 mm.

このようにした装置を円筒状の石英反応管に入れH2ガ
スを満した。
The apparatus thus constructed was placed in a cylindrical quartz reaction tube and filled with H2 gas.

反応管を取りかこみ、上下2ヅーンでてきている電気炉
により9700Cに加熱した。
The reaction tube was surrounded and heated to 9700C in an electric furnace with two upper and lower duns.

次いで基板の温度を940℃に冷却し、スライダー58
を操作棒56で回転し、溶液57を基板51の直上にな
るようにした。
Next, the temperature of the substrate is cooled to 940°C, and the slider 58
was rotated with the operating rod 56 so that the solution 57 was placed directly above the substrate 51.

次に、スライダー55を操作棒54で回転し、溶液53
と基板51とを接触させる。
Next, the slider 55 is rotated with the operation rod 54, and the solution 53 is
and the substrate 51 are brought into contact with each other.

この時、電気炉で装置内に上方1Crnにつき15°C
だけ高くなる温度勾配を形成した。
At this time, the temperature inside the device in the electric furnace is 15°C per 1Cr above.
A temperature gradient was formed in which the temperature increased.

この状態で15時間保持した後、スライダ一部55を再
び回転して、基板と溶液とを切離し、室温まで冷却した
After maintaining this state for 15 hours, the slider portion 55 was rotated again to separate the substrate from the solution, and the solution was cooled to room temperature.

このようにして得られる成長層の形状は、スライダ一部
55の厚さに関係することがわかった。
It has been found that the shape of the grown layer thus obtained is related to the thickness of the slider portion 55.

すなわち、厚さが1mmの場合には溶液57内の微結晶
による凹凸が成長層に生じており、溶液53を用いない
場合と同程度の600±300μmであった。
That is, when the thickness was 1 mm, unevenness due to the microcrystals in the solution 57 was generated in the growth layer, and the unevenness was 600±300 μm, which was the same as when the solution 53 was not used.

逆に2mm以上の厚さを持つスライダーを使用した場合
には600±40μm程度の平坦な成長が得られた。
On the contrary, when a slider having a thickness of 2 mm or more was used, flat growth of about 600±40 μm was obtained.

このことは、良好な成長層を得るには、スライダー55
は少なくとも2朋以上の厚さが必要であることがわかる
This means that in order to obtain a good growth layer, slider 55
It can be seen that a thickness of at least 2 mm or more is required.

また、これと同様なことは、第3図および第4図の装置
についても言えることは、明白であろう。
It is also obvious that the same thing can be said about the devices shown in FIGS. 3 and 4.

実施例 4 実施例1と同じ装置、はぼ同じ条件で成長を行った。Example 4 Growth was carried out using the same apparatus and under almost the same conditions as in Example 1.

この場合に、実施例1と異なる点は、溶液と基板との接
触後、温度勾配を保ったまま800°Cまで冷却したこ
とである。
In this case, the difference from Example 1 is that after the solution came into contact with the substrate, it was cooled to 800° C. while maintaining the temperature gradient.

この結果、冷却速度が10°C/h r以下では冷却せ
ずに温度勾配でのみ成長させた場合(実施例1)と同じ
結果を得た。
As a result, when the cooling rate was 10° C./hr or less, the same results as in the case of growing only with a temperature gradient without cooling (Example 1) were obtained.

ところが、冷却速度が10°C/時間よりも大きいと、
成長層に凹凸を生じ、かつ平均的厚さが減少してしまう
However, if the cooling rate is greater than 10°C/hour,
The grown layer becomes uneven and its average thickness decreases.

これは冷却によって溶液中に微結晶が析出する速度より
も温度勾配によって再溶解する速度が速ければ、成長層
に凹凸が生じないからであり、その臨界の値が10℃/
hrであると考えられる。
This is because if the rate at which microcrystals are redissolved due to the temperature gradient is faster than the rate at which microcrystals are precipitated in the solution by cooling, unevenness will not occur in the growth layer, and the critical value is 10°C/
It is considered to be hr.

成長を冷却して行えることの意義は、基板あるいは成長
層あるいは溶液の熱変質を軽減し、成長層あるいは基板
中の熱拡散による不純物の移動を軽減できる可能性があ
る。
The significance of being able to perform growth while cooling is that thermal alteration of the substrate, growth layer, or solution can be reduced, and the movement of impurities due to thermal diffusion in the growth layer or substrate can be reduced.

以上のことから、本発明による方法は、冷却しても良い
ことがわかる。
From the above, it can be seen that the method according to the present invention may be performed by cooling.

以上説明したごとく、本発明を用いれば、混晶比や不純
物濃度をほぼ均一に成長させ得ると同時に平坦な成長層
を得ることができるので、半導体素子の作製歩留りを向
上させることができる。
As explained above, by using the present invention, it is possible to grow a material with a substantially uniform mixed crystal ratio and impurity concentration, and at the same time obtain a flat growth layer, thereby improving the manufacturing yield of semiconductor devices.

本発明による方法は、実施例にも記載したようにGaA
s、Ga1−xAlxAsの成長の他に、GaP。
As described in the Examples, the method according to the present invention is based on GaA
In addition to the growth of s, Ga1-xAlxAs, GaP.

■n1−xGaP、GaAs1−xPxなどの種々の溶
液成長にも応用できることは言うまでもない。
2) It goes without saying that it can be applied to various solution growths such as n1-xGaP and GaAs1-xPx.

また、装置の形状は第3図、第4図、第5図に示した場
合の他に各種の変形を加えることができるが、その原理
に変更を加えない範囲内では、全く同じ結果になること
は明白である。
Additionally, the shape of the device can be modified in various ways other than those shown in Figures 3, 4, and 5, but as long as the principle is not changed, the results will be exactly the same. That is clear.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の方法による結晶成長の原理を説明する図
、第2図は本発明による結晶成長方法の原理を説明する
図、第3図、第4図、第5図は本発明において用いられ
る結晶成長装置の例の断面図である。 3L4L51:基板、32,42,52:固定部、33
,45,53:微結晶を含まない溶液、34,46,5
5ニスライダ一部、36:上部スライダ一部、44,5
8:上部固定部、35゜43.57:微結晶を含む溶液
、37 、47 。 59:溶液を予めセットする為の穴、54 、56:操
作棒。
FIG. 1 is a diagram explaining the principle of crystal growth by the conventional method, FIG. 2 is a diagram explaining the principle of the crystal growth method according to the present invention, and FIGS. 3, 4, and 5 are diagrams used in the present invention. 1 is a cross-sectional view of an example of a crystal growth apparatus. 3L4L51: Board, 32, 42, 52: Fixed part, 33
, 45, 53: Solution containing no microcrystals, 34, 46, 5
5 Part of varnish slider, 36: Part of upper slider, 44, 5
8: Upper fixed part, 35° 43.57: Solution containing microcrystals, 37, 47. 59: Hole for setting solution in advance, 54, 56: Operation rod.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 下記工程を含む結晶成長方法。 (1)互いに紐取の異なる二種以上の溶液を成長温度以
上に加熱する工程。 (2)上記溶液の温度を上記成長温度まで下げ、微結晶
を含む溶液と微結晶を含まない溶液を形成する工程。 (3)上記微結晶を含む溶液と上記微結晶を含まない溶
液を、上記微結晶を含まない溶液が基板表面と接触する
ように基板上に重ね、上記基板から溶液方向に温度とな
るような温度勾配で、上記基板上にエピタキシャル成長
させる工程。
[Claims] 1. A crystal growth method including the following steps. (1) A step of heating two or more solutions with different string strengths to a temperature higher than the growth temperature. (2) A step of lowering the temperature of the solution to the growth temperature to form a solution containing microcrystals and a solution not containing microcrystals. (3) The solution containing the microcrystals and the solution not containing the microcrystals are stacked on the substrate so that the solution not containing the microcrystals is in contact with the substrate surface, and the temperature is adjusted in the direction from the substrate to the solution. A step of epitaxially growing on the substrate using a temperature gradient.
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