JPS626338B2 - - Google Patents
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- JPS626338B2 JPS626338B2 JP15276381A JP15276381A JPS626338B2 JP S626338 B2 JPS626338 B2 JP S626338B2 JP 15276381 A JP15276381 A JP 15276381A JP 15276381 A JP15276381 A JP 15276381A JP S626338 B2 JPS626338 B2 JP S626338B2
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- Japan
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- composition ratio
- substrate
- epitaxial layer
- epitaxial
- melt
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/29—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by the substrates
- H10P14/2901—Materials
- H10P14/2907—Materials being Group IIIA-VA materials
- H10P14/2911—Arsenides
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
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- H10P14/26—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using liquid deposition
- H10P14/263—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using liquid deposition using melted materials
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/26—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using liquid deposition
- H10P14/265—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using liquid deposition using solutions
-
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
- H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
- H10P14/3402—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
- H10P14/3414—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being group IIIA-VIA materials
- H10P14/3421—Arsenides
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- Led Devices (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は液相エピタキシヤル成長方法に関し、
とりわけ、３種以上の元素を構成要素とする多元
化合物半導体結晶のエピタキシヤル層成長の厚さ
方向での結晶構成元素の組成比を所望の分布に形
成することのできる液相エピタキシヤル成長方法
を提供するものである。
とりわけ、３種以上の元素を構成要素とする多元
化合物半導体結晶のエピタキシヤル層成長の厚さ
方向での結晶構成元素の組成比を所望の分布に形
成することのできる液相エピタキシヤル成長方法
を提供するものである。
液相エピタキシヤル成長方法は半導体エピタキ
シヤル層の形成にあたり広く使用されている方法
であり、特に燐化ガリウム（GaP）、砒化ガリウ
ム（GaAs）、砒化ガリウムアルミニウム、
（GaAlAs）等の−族化合物半導体のエピタ
キシヤル成長には欠かすことのできない方法であ
る。ところで、液相エピタキシヤル成長方法に
は、エピタキシヤル成長させるための所定の基板
を浸した溶融液の温度を下げ、溶融液を過飽和状
態にしてエピタキシヤル層を成長させる徐冷法
と、溶融液内に所定の温度勾配を設け、その一定
条件の下でエピタキシヤル層を成長させる温度差
法とに大別される。
シヤル層の形成にあたり広く使用されている方法
であり、特に燐化ガリウム（GaP）、砒化ガリウ
ム（GaAs）、砒化ガリウムアルミニウム、
（GaAlAs）等の−族化合物半導体のエピタ
キシヤル成長には欠かすことのできない方法であ
る。ところで、液相エピタキシヤル成長方法に
は、エピタキシヤル成長させるための所定の基板
を浸した溶融液の温度を下げ、溶融液を過飽和状
態にしてエピタキシヤル層を成長させる徐冷法
と、溶融液内に所定の温度勾配を設け、その一定
条件の下でエピタキシヤル層を成長させる温度差
法とに大別される。
徐冷法は量産性にすぐれており、最も一般的な
液相エピタキシヤル成長方法であるが、たとえ
ば、GaAlAsのような３種類以上の元素を構成要
素とする多元化合物半導体のエピタキシヤル層を
この方法で得ようとする場合には、温度変化に基
づく溶融液組成の変化等に起因して、エピタキシ
ヤル層の成長厚さ方向で構成元素の組成比が変化
することが避けられない。このようなエピタキシ
ヤル層の成長厚さ方向での組成比の変化はエピタ
キシヤル成長させる元素の種類によつて決まる一
定の傾向を有する。例えば、ガリウム（Ga）を
溶媒とし、アルミニウム（Al）、砒素（As）を溶
質とした溶融液を用いて成長したGaAlAsのエピ
タキシヤル層では、Alの分配係数が非常に大き
く、溶融液中の微量のAlによつて成長初期にAl
組成比の大きなエピタキシヤル層が成長し、溶融
液のAl濃度がエピタキシヤル成長の進行ととも
に順次減少することにより、エピタキシヤル層の
Alの組成比が順次減少する傾向を必ず有する。
したがつて、徐冷法ではエピタキシヤル層の厚さ
方向で組成比一定のエピタキシヤルを成長させる
とか、あるいは逆に、成長とともにエピタキシヤ
ル層表面に向つてAl組成比が増大するようなエ
ピタキシヤル層を成長することは極めて困難であ
る。
液相エピタキシヤル成長方法であるが、たとえ
ば、GaAlAsのような３種類以上の元素を構成要
素とする多元化合物半導体のエピタキシヤル層を
この方法で得ようとする場合には、温度変化に基
づく溶融液組成の変化等に起因して、エピタキシ
ヤル層の成長厚さ方向で構成元素の組成比が変化
することが避けられない。このようなエピタキシ
ヤル層の成長厚さ方向での組成比の変化はエピタ
キシヤル成長させる元素の種類によつて決まる一
定の傾向を有する。例えば、ガリウム（Ga）を
溶媒とし、アルミニウム（Al）、砒素（As）を溶
質とした溶融液を用いて成長したGaAlAsのエピ
タキシヤル層では、Alの分配係数が非常に大き
く、溶融液中の微量のAlによつて成長初期にAl
組成比の大きなエピタキシヤル層が成長し、溶融
液のAl濃度がエピタキシヤル成長の進行ととも
に順次減少することにより、エピタキシヤル層の
Alの組成比が順次減少する傾向を必ず有する。
したがつて、徐冷法ではエピタキシヤル層の厚さ
方向で組成比一定のエピタキシヤルを成長させる
とか、あるいは逆に、成長とともにエピタキシヤ
ル層表面に向つてAl組成比が増大するようなエ
ピタキシヤル層を成長することは極めて困難であ
る。
一方、温度差法は溶融液内に温度差をつけ、高
温領域への溶質の拡散により、低温領域が過飽和
状態になることを利用して低温領域に置かれた半
導体基板上にエピタキシヤル層成長を行なう方法
であり、この方法によればエピタキシヤル成長に
ともなう溶融液内における溶質の減少は高温領域
に置かれた溶質源の溶融液中への溶解により補充
することが可能である。この方法により組成比一
定のエピタキシヤル層成長が可能となつている。
温領域への溶質の拡散により、低温領域が過飽和
状態になることを利用して低温領域に置かれた半
導体基板上にエピタキシヤル層成長を行なう方法
であり、この方法によればエピタキシヤル成長に
ともなう溶融液内における溶質の減少は高温領域
に置かれた溶質源の溶融液中への溶解により補充
することが可能である。この方法により組成比一
定のエピタキシヤル層成長が可能となつている。
本発明は上記の温度差法の利点をさらに進めた
ものであり、温度差法においてエピタキシヤル成
長用基板と対向する溶質源となる半導体基板の組
成比に厚さ方向での分布をもたせ、溶融液中への
溶質の供給をエピタキシヤル成長の進行とともに
変化させることにより、エピタキシヤル成長層の
厚さ方向での組成比分布を制御し得るエピタキシ
ヤル成長方法を確立することにある。とくに本発
明は前述の徐冷法と温度差法とを効果的に組合せ
て利用することにより、極めて容易に所定の組成
分布を厚さ方向に有するエピタキシヤル層を形成
する方法である。
ものであり、温度差法においてエピタキシヤル成
長用基板と対向する溶質源となる半導体基板の組
成比に厚さ方向での分布をもたせ、溶融液中への
溶質の供給をエピタキシヤル成長の進行とともに
変化させることにより、エピタキシヤル成長層の
厚さ方向での組成比分布を制御し得るエピタキシ
ヤル成長方法を確立することにある。とくに本発
明は前述の徐冷法と温度差法とを効果的に組合せ
て利用することにより、極めて容易に所定の組成
分布を厚さ方向に有するエピタキシヤル層を形成
する方法である。
以下に本発明の実施例として３元化合物半導体
GaAlAsの場合について図面を参照して詳細に説
明する。
GaAlAsの場合について図面を参照して詳細に説
明する。
まず第１段階として徐冷法によるエピタキシヤ
ル成長を行う。すなわち、920℃に加熱したGa溶
媒中にAl、多結晶GaAsを溶質として溶解させ飽
和状態にした溶融液（Al濃度は約0.4原子％）を
エピタキシヤル成長用の単結晶GaAs基板と接触
させ、同温度で約１時間保持した後、0.4℃／分
の冷却速度で750℃まで冷却しエピタキシヤル成
長を行う。第１図は、このようにして得られた
GaAlAsエピタキシヤル層を有する半導体基板の
断面図ａと同エピタキシヤル層の厚さ方向での
Al組成比を示した分布図ｂであり、前記の過程
で同図ｂに示すように成長開始時でAl組成比が
約30％、終了時でほぼ０％となるエピタキシヤル
層が単結晶GaAs基板上に成長した。次に、第２
段階として得られたエピタキシヤル基板を用いて
温度差法によるエピタキシヤル成長を行う。すな
わち、第２図に示すようにボート４内の一方の側
に前記のエピタキシヤル基板１を、他方の側に別
のエピタキシヤル成長用の単結晶GaAs基板２を
配置し、両基板間を溶媒ガリウムGa中に溶質と
して多結晶GaAsを添加しおよそ900℃に加熱して
形成した飽和融液で満たす。ついで、これらを第
３図に示されるように、エピタキシヤル基板１を
X1の位置に置いて、かつX2の位置に置かれてい
るGaAs基板２に対して約＋５℃の温度差を持た
せるように系の温度を調節して、そのまま同系を
高温に保持する。すなわち、本実施例では、第３
図で、T2＝900℃、△Ｔ＝５℃とした。溶質の溶
媒中への溶解度は高温である程高いので、溶融液
中には温度差にもとずく溶質の濃度差が生じ濃度
の高い領域（高温領域）から濃度の低い領域（低
温領域）への溶質の拡散が生ずる。このため低温
領域が過飽和状態となり、低温領域に配置された
単結晶GaAs基板２上にエピタキシヤル層が成長
する。一方高温領而域では不飽和状態となり、エ
ピタキシヤル基板１を徐々に溶解し、これが拡散
により移動してGaAs基板２上に成長する。この
際、高温領域のエピタキシヤル基板１が前述の第
１図ｂのように、表面から深くなるにつれてAl
組成比が増大するGaAsエピタキシヤル層を有し
ているため、エピタキシヤル成長の進行とともに
基板から溶け出すAlも増し、溶融液中のAl濃度
が増加し、したがつて、第４図ａに示すGaAs基
板２上のGaAlAsエピタキシヤル層のAl組成比は
成長とともに増大する。すなわち、この実施例の
方法により、第４図ｂに示すように成長開始時で
Al組成比がほぼ０％であり終了時で約25％とな
るような、組成比分布を有するGaAlAsエピタキ
シヤル層が成長した。
ル成長を行う。すなわち、920℃に加熱したGa溶
媒中にAl、多結晶GaAsを溶質として溶解させ飽
和状態にした溶融液（Al濃度は約0.4原子％）を
エピタキシヤル成長用の単結晶GaAs基板と接触
させ、同温度で約１時間保持した後、0.4℃／分
の冷却速度で750℃まで冷却しエピタキシヤル成
長を行う。第１図は、このようにして得られた
GaAlAsエピタキシヤル層を有する半導体基板の
断面図ａと同エピタキシヤル層の厚さ方向での
Al組成比を示した分布図ｂであり、前記の過程
で同図ｂに示すように成長開始時でAl組成比が
約30％、終了時でほぼ０％となるエピタキシヤル
層が単結晶GaAs基板上に成長した。次に、第２
段階として得られたエピタキシヤル基板を用いて
温度差法によるエピタキシヤル成長を行う。すな
わち、第２図に示すようにボート４内の一方の側
に前記のエピタキシヤル基板１を、他方の側に別
のエピタキシヤル成長用の単結晶GaAs基板２を
配置し、両基板間を溶媒ガリウムGa中に溶質と
して多結晶GaAsを添加しおよそ900℃に加熱して
形成した飽和融液で満たす。ついで、これらを第
３図に示されるように、エピタキシヤル基板１を
X1の位置に置いて、かつX2の位置に置かれてい
るGaAs基板２に対して約＋５℃の温度差を持た
せるように系の温度を調節して、そのまま同系を
高温に保持する。すなわち、本実施例では、第３
図で、T2＝900℃、△Ｔ＝５℃とした。溶質の溶
媒中への溶解度は高温である程高いので、溶融液
中には温度差にもとずく溶質の濃度差が生じ濃度
の高い領域（高温領域）から濃度の低い領域（低
温領域）への溶質の拡散が生ずる。このため低温
領域が過飽和状態となり、低温領域に配置された
単結晶GaAs基板２上にエピタキシヤル層が成長
する。一方高温領而域では不飽和状態となり、エ
ピタキシヤル基板１を徐々に溶解し、これが拡散
により移動してGaAs基板２上に成長する。この
際、高温領域のエピタキシヤル基板１が前述の第
１図ｂのように、表面から深くなるにつれてAl
組成比が増大するGaAsエピタキシヤル層を有し
ているため、エピタキシヤル成長の進行とともに
基板から溶け出すAlも増し、溶融液中のAl濃度
が増加し、したがつて、第４図ａに示すGaAs基
板２上のGaAlAsエピタキシヤル層のAl組成比は
成長とともに増大する。すなわち、この実施例の
方法により、第４図ｂに示すように成長開始時で
Al組成比がほぼ０％であり終了時で約25％とな
るような、組成比分布を有するGaAlAsエピタキ
シヤル層が成長した。
以上説明してきたところから明らかなように、
本発明によれば、所定の温度勾配を設けた溶融液
の高温側に組成比勾配を有する多元化合物半導体
を配置することにより、同溶融液の低温側に設置
した半導体基板上に、上記高温側の多元化合物半
導体とは逆組成比勾配の元素組成比分を有する多
元化合物半導体のエピタキシヤル層の形成が可能
となる。特に例として示したGaAlAsでは、Al組
成比の増大とともに禁制帯幅も増大し光の吸収を
少なくできるため、かかる本発明の方法によれば
内部で発生した光を効率よく外部へ取り出すこと
のできる高効率発光ダイオードや他の素子を容易
に生産でき、その工業的価値は大である。また本
文中で３元化合物半導体であるGaAlAsを例とし
て説明したが、GaAsP、GaAlP等の他の多元化
合物半導体の場合でも同様であることは勿論であ
る。
本発明によれば、所定の温度勾配を設けた溶融液
の高温側に組成比勾配を有する多元化合物半導体
を配置することにより、同溶融液の低温側に設置
した半導体基板上に、上記高温側の多元化合物半
導体とは逆組成比勾配の元素組成比分を有する多
元化合物半導体のエピタキシヤル層の形成が可能
となる。特に例として示したGaAlAsでは、Al組
成比の増大とともに禁制帯幅も増大し光の吸収を
少なくできるため、かかる本発明の方法によれば
内部で発生した光を効率よく外部へ取り出すこと
のできる高効率発光ダイオードや他の素子を容易
に生産でき、その工業的価値は大である。また本
文中で３元化合物半導体であるGaAlAsを例とし
て説明したが、GaAsP、GaAlP等の他の多元化
合物半導体の場合でも同様であることは勿論であ
る。
第１図ａ，ｂはそれぞれGaAlAsエピタキシヤ
ル層の厚さ方向でのAl組成比分布をもつ基板断
面図および同分布図である。第２図は本発明の方
法で用いた液相エピタキシヤル成長装置の構成断
面図、第３図は同装置の温度分布状態図である。
第４図ａ，ｂはそれぞれ本発明の方法で得られた
GaAlAsエピタキシヤル層の断面図および同層の
厚さ方向でのAl組成比分布を示す図である。 １……GaAlAsエピタキシヤル層を成長させた
GaAs基板、２……エピタキシヤル成長用単結晶
GaAs基板、３……溶融液、４……ボート。
ル層の厚さ方向でのAl組成比分布をもつ基板断
面図および同分布図である。第２図は本発明の方
法で用いた液相エピタキシヤル成長装置の構成断
面図、第３図は同装置の温度分布状態図である。
第４図ａ，ｂはそれぞれ本発明の方法で得られた
GaAlAsエピタキシヤル層の断面図および同層の
厚さ方向でのAl組成比分布を示す図である。 １……GaAlAsエピタキシヤル層を成長させた
GaAs基板、２……エピタキシヤル成長用単結晶
GaAs基板、３……溶融液、４……ボート。
Claims (1)
- １ 所定の温度勾配を設けた溶融液の高温側に多
元化合物半導体にして組成比勾配を有する第１の
基板および同溶融液の低温側に第２の基板を互い
に対向配置して、前記第２の基板上に前記第１の
基板とは逆組成比勾配を有する多元化合物半導体
層をエピタキシヤル成長することを特徴とする液
相エピタキシヤル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56152763A JPS5853826A (ja) | 1981-09-25 | 1981-09-25 | 液相エピタキシヤル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56152763A JPS5853826A (ja) | 1981-09-25 | 1981-09-25 | 液相エピタキシヤル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5853826A JPS5853826A (ja) | 1983-03-30 |
| JPS626338B2 true JPS626338B2 (ja) | 1987-02-10 |
Family
ID=15547610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56152763A Granted JPS5853826A (ja) | 1981-09-25 | 1981-09-25 | 液相エピタキシヤル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5853826A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61166186A (ja) * | 1985-01-18 | 1986-07-26 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体光素子 |
| JPS61264767A (ja) * | 1985-05-20 | 1986-11-22 | Oki Electric Ind Co Ltd | 発光素子 |
| JP2567698B2 (ja) * | 1989-04-04 | 1996-12-25 | シャープ株式会社 | 映像信号処理回路 |
| US5247353A (en) * | 1989-11-08 | 1993-09-21 | Samsung Co., Ltd. | Motion detection system for high definition television receiver |
-
1981
- 1981-09-25 JP JP56152763A patent/JPS5853826A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5853826A (ja) | 1983-03-30 |
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