JPS6218706A

JPS6218706A - 結晶成長方法

Info

Publication number: JPS6218706A
Application number: JP15866485A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Nakajima; 一雄中嶋
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1985-07-17
Filing date: 1985-07-17
Publication date: 1987-01-27
Also published as: JPH0219967B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は結晶成長方法に係り、特に、ｍ−ｖ属など、化
合物半導体の結晶成長法に関する。

ＧａＡｓＪＰＩｎＰなどのｍ−ｖ減化合物半導体装置は
光通信やマイクロ波デバイスに必須のものとなつている
が、化合物は性質の異なる２つ以上（多元系）の元素の
結合であるから、その結晶成長は大変難しく、組成比の
均一化も生馬しいことではない。

しかし、半導体装置の高性能化のためには、このような
困難を排して、均一な組成をもった良質の結晶の成長が
望まれている。

［従来の技術と発明が解決しようとする問題点］従来、
多元系バルク結晶や多元系エピタキシャル結晶を得よう
とする場合、高融点側の化合物を構成する溶質元素が、
成長が進行するにつれて成長液中で枯個してくるため、
次第に結晶組成がずれてきて、均一な組成をもった結晶
を成長することが難しいと云う問題がある。

例えば、Ｇａｘ　Ｉｎ１−ｘＡｓ結晶では、高融点化合
物であるＧａＡｓを構成する溶質元素のＧａが、成長の
進行するにつれて成長液中で枯個して、次第にＧａ成分
の少ないＧａｘ　Ｉｎｌ　ｘＡｓ結晶が成長し、均一な
組成の結晶に成長できない。

それは、多元系バルク結晶を成長させるための引上げ成
長法でも、また、多元系エピタキシャル結晶を成長させ
るための液相エピタキシャル成長法においても同じであ
る。

第４図は従来の引上げ成長法（バルク結晶の成長法）の
概要図を示しており、１は容器（坩堝）。

２は成長液、３は種結晶、４は酸化硼素（Ｂ２゜３）膜
、５は回転引上げ棒、６は加熱体で、Ｂ２Ｏ３膜４は成
長液から蒸発する揮発分を抑えるための被覆膜であり、
このような成長法はＬＥＣ法（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｅｎｃａ
ｐｓｕｌａｔｅｄ　Ｃｚｏｃｈａｌｓｋｉ　ｍｅｔｈｏ
ｄ　：液封じ法）とも称されている。加熱体６で成長液
２を加熱し、種結晶３を回転引上げ棒５で回転しながら
引き上げて、種結晶に所望の結晶を成長液２から析出さ
せる方法である。

その場合に、例えば、上記実施例では、成長液２の中で
Ｇａが段々と少なくなって、Ｇａの組成が変化したＧａ
ｘ　１ｎｌ−ｘＡｓ結晶が成長する。

尚、ここに、成長液とは成長用溶液と成長用融液との両
方を意味しており、溶液とは溶媒中に溶質を溶かしたも
ので、また、融液とは溶媒と溶質とが同一組成（例えば
、ＩｎＧａＡｓではＩｎ＋ＧａＯ液中の組成とＡｓＯ液
中の組成とが同一である液）の液のことである。本例で
は以下に、溶液を例にとって説明するが、融液の場合も
全く同じである。

上記のような欠点に鑑みて、先日、発明者は成長結晶の
組成の均一化を目的にした結晶成長方法を提案した（特
願昭５８−１７１１７４号参照）。

第５図はその一例を図示しており、本例は引上げ成長法
の概要図である。第４図と同一部材には同じ記号が付し
であるが、容器のうち、１１はボロンナイトライド（Ｂ
Ｎ：窒化硼素）からなる絶縁体で、１２はソース材料、
１３は成長液を保持する容器を兼ねたカーボン電極、１
４はソース材料に接続するカーボン電極である。かくし
て、カーボン電極１３を十電源Ｓ“に接続し、カーボン
電極１４を−電源Ｓ−に接続して、成長液２からソース
材料１２の方向に直流電流を流して発熱させ、その電流
量に応じたソース材料を成長液に溶解させる。

そうすると、結晶の成長と共に、ソース材料が成長液の
中に溶解され、溶液組成の変化が少なくなって、成長結
晶の組成が均一化される。且つ、溶液から化合物ソース
の方向に直流電流を流すと、ソース材料自体の抵抗発熱
（ジュール熱）による加熱と、ソース材料と成長液との
界面でのベルチェ効果による発熱とが相乗して最も効率
的に加熱される。

しかし、その一方、ソース材料から溶けた溶質元素は、
溶液中を移動して成長結晶（種結晶）に到達する際、そ
の溶質元素の移動がエレクトロマイグレーションによる
効果、濃度差による拡散効果、比重差による対流効果（
浮上効果）など、多くの移動効果が組み合わさった複雑
な形態になり、この成長液中での溶質元素の移動状態を
制御することが大変に難しくなる。

本発明は、このような多元系成長液（溶液または融液）
に、多元系結晶の構成成分が１つ以上含まれる化合物を
制御性良く補給すると同時に、溶質元素の制御性良く成
長結晶を析出させる成長方法を提案するものである。

［問題点を解決するための手段］その目的は、多元系化合物半導体結晶を構成する元素が
１つ以上含まれるソース材料を、該多元系化合物半導体
結晶の成長液に接触させて、前記ソース材料自体に直流
、または交流の電流を流して発熱させ、該電流量に応じ
たソース材料を前記成長液に溶解させて成長液の組成を
制御するようにした結晶成長方法によって達成される。

［作用〕即ち、本発明はソース材料にのみ直流、又は交流の電流
を流して発熱させ、成長液にソース材料を溶解させて、
成長液の組成を一定に保持する。

そうすると、容器（坩堝など）の構造が簡単になると同
時に、エレクトロマイグレーシぢンによる移動効果が除
かれて、ソース材料から成長液に溶解する溶質元素の移
動が制御し易くなる。

［実施例］以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。

第１図は本発明にかかる結晶成長法のうち、引上げ成長
法の一実施例の概要図を示している。図において、第５
図と同一部材には同じ記号が付しであるが、容器のうち
、１１はボロンナイトライド（ＢＮ：窒化硼素）からな
る絶縁体で、容器の中にソース材料１２が収容されて、
ソース材料の一面が成長液に接しており、且つ、そのソ
ース材料１２の両側にカーボン電極１３を接続している
。そうして、加熱体６で成長液２が加熱されると同時に
、直流電源ｓ”、ｓ−によって直流電流をカーボン電極
１３の間に流し、ソース材料１２をそれ自体の抵抗発熱
（ジュール熱）によって加熱する。

このような構造にすると、ソース材料はジュール熱によ
ってのみ加熱され、ペルチェ効果は加わらない。他方、
ソース材料から溶解した溶質元素が成長液中を移動して
成長結晶（種結晶）に到達する際、その溶質元素の移動
は濃度差による拡散効果と比重差による対流効果（浮上
効果）だけになり、エレクトロマイグレーションによる
効果が除かれる。そのため、溶液元素の成長液中での移
動制御が容易になる。

末法を適用する実施例を記載すると、例えば、ソース材
料１２は成長結晶と同一材料で、例えば、溶質をＧａと
Ａｓとする溶液とすると、ソース材料はＧａＡｓ化合物
にする。

尚、本発明における成長方法では、直流電源を交流電源
に取り替えて、交流電流を流しても同様となり、上記の
実施例および以下の実施例においては交直の両電源を適
用できるものである。図中、交流電源を点線で示してい
る。

次に、第２図に示す引上げ成長法の例は、これを一層高
精度に調整するための方法を示す例である。即ち、本例
は加熱体６′を調整して、成長液の下部と上部との間の
温度勾配を大きくしている。

上部の種結晶３近傍の温度は一定しているため、下部の
方を高温度にして、それには、例えば、ヒータやコイル
の巻数を下方で密にする等の処置によって調整する。そ
うすると、上記例の濃度差に加えて、温度差が大きくな
るから拡散および対流効果が大きくなり、成長液の中で
の成長材料の補給が迅速になる。この効果はソース材料
自体の加熱によって一層正確かつ効果的に成長液中に温
度差をつけることができる。このように、拡散および対
流の効果を大きくして、成長結晶の組成を更に均一化で
きるが、その成長液中を移動する溶質元素の制御性が、
第５図に説明した従来の成長法に比べ、本例では一層容
易になる。

更に、第２図では、ソース材料１２とカーボン電極１３
との間に接触金属１５を介在させている。それは、ソー
ス材料１２とカーボン電極１３との接触が必ずしも十分
ではないから、その接触抵抗を少なくするために設ける
もので、例えば、Ｉｎ金属などが用いられる。また、図
中に交流電源を点線で示しており、直流電源と同様の効
果がある。

なお、ソース材料を２つ以上収容したり、また、２種類
以上のソース材料を収容して補給する方法を採っても良
い。例えば、ＩｎＧａＡｓＰ　４元バルク結晶のＩｎ溶
媒を用いた溶液成長に対して、ＧａＡｓとＩｎＰとのソ
ース材料によってＧａ、　Ａｓ、　　Ｐの溶質元素を補
給して、溶液成分を調整する等である。

次に、第３図は液相エピタキシャル成長法の概。

要図を示している。図において、２０は成長液、２１は
ボロンナイトライド（ＢＮ）、２２はソース材料。

２３はカーボン電極、３１はＢＮボートで、２４はカー
ボンスライダ、２５は被成長基板である。第１図の例と
同様に、直流電源ｓ”、ｓ−によって直流電流をカーボ
ン電極１３の間に流し、ソース材料１２をそれ自体のジ
ュール熱によって加熱する。また、図中に交流電源を点
線で示しており、直流電源と同様の効果がある。

この時、ソース材料から溶解した溶質元素が成長液中を
移動して成長結晶（種結晶）に到達する際、その溶質元
素の移動は濃度差による拡散効果と比重差による対流効
果（浮上効果）だけになり、エレクトロマイグレーショ
ンによる効果が除かれる。そのため、溶液元素の成長液
中での移動制御性が高められる。

尚、第３図では加熱体を図示していないが、それは全体
を加熱炉に挿入する方法が用いられるからである。

従って、本発明によれば制御性良く溶質が成長結晶（種
結晶）の近傍に補充されて、成長結晶の組成が均一化さ
れる。

［発明の効果］上記の説明から明らかなように、本発明によればバルク
結晶および液相エピタキシャル結晶の成長法において、
成長液中での溶質元素の移動制御が容易になり、成長結
晶の組成が均一化されて、化合物半導体装置の高性能化
に著しい効果のあるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明にかかる引上げ成長法の概
要図、第３図は本発明にがかる液相エピタキシャル成長法の概
要図、第４図および第５図は従来の引上げ成長法の概要図であ
る。図において、１は容器、　　　　　　　２，２０は成長液、３は種結
晶、　　　　　４はＢ２Ｏ３膜、５は回転引上げ棒、　
　　６．６′は加熱体、１１、２１はＢＮ、　　　　　
１２．２２はソース材料、１３、１４．２３はカーボン
電極、１５は接触金属、　　　　３１はＢＮポート、２４はカ
ーボンスライダ、２５は被成長基板第２図、杢発弓珂のぢ（社）不りエビｆＸイ艷）乏第３図第　４　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）多元系化合物半導体結晶を構成する元素が１つ以
上含まれるソース材料を、該多元系化合物半導体結晶の
成長液に接触させて、前記ソース材料自体に直流、また
は交流の電流を流して発熱させ、該電流量に応じたソー
ス材料を前記成長液に溶解させて成長液の組成を制御す
るようにしたことを特徴とする結晶成長方法。
（２）前記多元系化合物半導体結晶がバルク結晶である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の結晶成長
方法。
（３）前記多元系化合物半導体結晶が液相エピタキシャ
ル結晶であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の結晶成長方法。
（４）上記成長液が、被成長基板の下に位置して、該被
成長基板の表面と前記成長液の表面とが接触しているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の結晶成長方
法。
（５）上記ソース材料が、上記成長液に対して任意の位
置で接触し、該成長液の濃度差によるソース材料の拡散
によつて、前記成長液の組成が制御されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の結晶成長方法。
（６）上記ソース材料が、上記成長液の下部に位置して
接触し、ソース材料の浮上効果によつて、前記成長液の
組成が制御されていることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の結晶成長方法。
（７）上記ソース材料を複数配置したことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の結晶成長方法。