JP2000178095A - 結晶成長方法 - Google Patents
結晶成長方法Info
- Publication number
- JP2000178095A JP2000178095A JP10358732A JP35873298A JP2000178095A JP 2000178095 A JP2000178095 A JP 2000178095A JP 10358732 A JP10358732 A JP 10358732A JP 35873298 A JP35873298 A JP 35873298A JP 2000178095 A JP2000178095 A JP 2000178095A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal
- growth
- crystal growth
- melt
- raw material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 結晶成長方法に関し、ゾーン法を適用して三
元以上の化合物半導体結晶を成長させるに際し、るつぼ
の形状に合わせて加工した材料など面倒な成長材料を用
いることなく結晶成長を行うことができるようにする。 【解決手段】 るつぼ（縦型ボート）７内の下方から順
に種結晶８及び結晶成長用原料融液９を収容して結晶成
長を行ない種結晶８上端及び結晶成長用原料融液９上端
に結晶１１並びに結晶１２を析出させ且つ結晶成長の途
中から前記析出された結晶１２を成長材料とするゾーン
法を適用して成長を行う。
元以上の化合物半導体結晶を成長させるに際し、るつぼ
の形状に合わせて加工した材料など面倒な成長材料を用
いることなく結晶成長を行うことができるようにする。 【解決手段】 るつぼ（縦型ボート）７内の下方から順
に種結晶８及び結晶成長用原料融液９を収容して結晶成
長を行ない種結晶８上端及び結晶成長用原料融液９上端
に結晶１１並びに結晶１２を析出させ且つ結晶成長の途
中から前記析出された結晶１２を成長材料とするゾーン
法を適用して成長を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多元化合物半導体
の結晶を成長させるのに好適な方法に関する。
の結晶を成長させるのに好適な方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、半導体、酸化物、金属などに於け
る結晶の機能を利用した電子素子や光学素子が多用さ
れ、特に、化合物半導体及びその混晶は、組成を変える
ことでエネルギ・バンド・ギャップ、光の屈折率、キャ
リヤ移動度、結晶の格子定数などの特性を変えることが
できるので、この性質を利用して超高速動作半導体素
子、受光或いは発光素子、その他の光素子が実現されて
いる。
る結晶の機能を利用した電子素子や光学素子が多用さ
れ、特に、化合物半導体及びその混晶は、組成を変える
ことでエネルギ・バンド・ギャップ、光の屈折率、キャ
リヤ移動度、結晶の格子定数などの特性を変えることが
できるので、この性質を利用して超高速動作半導体素
子、受光或いは発光素子、その他の光素子が実現されて
いる。
【０００３】前記のような各素子に於いては、二元結晶
を基板とし、その上に二元以上の化合物半導体結晶を成
長して作成されることが多いのであるが、その場合、成
長結晶の格子定数が問題となり、若し、基板結晶の格子
定数と成長結晶の格子定数とに差があると成長結晶に結
晶欠陥が導入されるので高性能の素子を実現することは
できない。
を基板とし、その上に二元以上の化合物半導体結晶を成
長して作成されることが多いのであるが、その場合、成
長結晶の格子定数が問題となり、若し、基板結晶の格子
定数と成長結晶の格子定数とに差があると成長結晶に結
晶欠陥が導入されるので高性能の素子を実現することは
できない。
【０００４】そこで、二元結晶の基板に格子整合した三
元又は四元の混晶のみを成長させることが行われている
現状にあり、この為、例えば半導体レーザの発光効率な
どの効率を向上させたり、或いは、動作速度の高速化を
図った素子設計を行っても、素子を作り込む為の混晶に
於ける格子定数を基板結晶に合わせなければならないこ
とから、素子に対して最適化することができなかった。
元又は四元の混晶のみを成長させることが行われている
現状にあり、この為、例えば半導体レーザの発光効率な
どの効率を向上させたり、或いは、動作速度の高速化を
図った素子設計を行っても、素子を作り込む為の混晶に
於ける格子定数を基板結晶に合わせなければならないこ
とから、素子に対して最適化することができなかった。
【０００５】このような問題を解消して、素子特性を最
適化するには、三元以上の化合物半導体基板を用いるこ
とが不可欠であり、若し、それが可能になれば、化合物
半導体の組成を変えることで格子定数を任意に設定する
ことができ、結晶欠陥が少ない結晶が得られるので、容
易に高性能の素子を実現することができる。
適化するには、三元以上の化合物半導体基板を用いるこ
とが不可欠であり、若し、それが可能になれば、化合物
半導体の組成を変えることで格子定数を任意に設定する
ことができ、結晶欠陥が少ない結晶が得られるので、容
易に高性能の素子を実現することができる。
【０００６】従って、三元以上の化合物半導体基板を実
現しなければならないが、それを融液から成長すること
は極めて困難な作業であることが知られている。
現しなければならないが、それを融液から成長すること
は極めて困難な作業であることが知られている。
【０００７】その理由は、分配係数が１にならない、即
ち、液相中の組成と成長固相中の組成が異なる為、液相
中の組成が結晶の成長とともに変化し、成長結晶の成長
方向への組成分布は、いわゆるノーマルフリージングの
状態となり、均一な組成分布をもつ三元以上の化合物半
導体を成長することができない。
ち、液相中の組成と成長固相中の組成が異なる為、液相
中の組成が結晶の成長とともに変化し、成長結晶の成長
方向への組成分布は、いわゆるノーマルフリージングの
状態となり、均一な組成分布をもつ三元以上の化合物半
導体を成長することができない。
【０００８】そこで、固相中へ析出することで液相中に
於いて枯渇する特定の元素を枯渇量に応じて外部から液
相中に補給することが行われていて、例えばＩｎＧａＡ
ｓの液体封止引き上げ（ｌｉｑｕｉｄ ｅｎｃａｐｓｕ
ｌａｔｅｄ Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ：ＬＥＣ）法に依
る成長では、成長中に枯渇するＧａＡｓをるつぼ内の融
液に補給するようにしている。
於いて枯渇する特定の元素を枯渇量に応じて外部から液
相中に補給することが行われていて、例えばＩｎＧａＡ
ｓの液体封止引き上げ（ｌｉｑｕｉｄ ｅｎｃａｐｓｕ
ｌａｔｅｄ Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ：ＬＥＣ）法に依
る成長では、成長中に枯渇するＧａＡｓをるつぼ内の融
液に補給するようにしている。
【０００９】ＬＥＣ法以外ではゾーン法と呼ばれる結晶
成長方法が知られ、現在、この方法は未だ種々と欠点を
もっているが、今後、大いに改良の余地がある手段であ
り、本発明に於いても、その基本的なところを利用して
いるので、ここで詳細に説明する。
成長方法が知られ、現在、この方法は未だ種々と欠点を
もっているが、今後、大いに改良の余地がある手段であ
り、本発明に於いても、その基本的なところを利用して
いるので、ここで詳細に説明する。
【００１０】図３はＩｎＡｓ−ＧａＡｓ疑二元系状態図
であり、横軸にはＩｎＡｓのモル分率（ｘ値）を、ま
た、縦軸には温度〔℃〕をそれぞれ採ってある。
であり、横軸にはＩｎＡｓのモル分率（ｘ値）を、ま
た、縦軸には温度〔℃〕をそれぞれ採ってある。
【００１１】図３からすると、ｘ＝０．３（ａ点）のＩ
ｎx Ｇａ1-x Ａｓ結晶を液相からの析出で得ようとする
には、融点である温度Ｔａに於いて、液相組成が固相と
平衡する液相組成（ｂ点）でなければならない為、両者
の組成値は大きく異なることが看取されよう。
ｎx Ｇａ1-x Ａｓ結晶を液相からの析出で得ようとする
には、融点である温度Ｔａに於いて、液相組成が固相と
平衡する液相組成（ｂ点）でなければならない為、両者
の組成値は大きく異なることが看取されよう。
【００１２】図４はゾーン法の原理を解説する為の説明
図であり、（ａ），（ｃ），（ｄ）は、るつぼの状態を
表し、（ｂ）は温度分布を表している。
図であり、（ａ），（ｃ），（ｄ）は、るつぼの状態を
表し、（ｂ）は温度分布を表している。
【００１３】図に於いて、１はるつぼ、２は種結晶、３
は第一の成長材料、４は第二の成長材料、５は第一の成
長材料が融解した液、６はＩｎＧａＡｓ結晶成長層をそ
れぞれ示している。
は第一の成長材料、４は第二の成長材料、５は第一の成
長材料が融解した液、６はＩｎＧａＡｓ結晶成長層をそ
れぞれ示している。
【００１４】ここで、図３に於けるａ点の組成をもつ種
結晶２及び第二の成長材料４、そして、ａ点の固相と平
衡なｂ点の組成をもつ第一の成長材料３（又は、平均と
してｂ点の組成をもつ二種類以上の材料の集合体）を用
い、ｂ点の組成をもつ第一の成長材料３のみが融解し、
且つ、ａ点の組成をもつ種結晶２及び第二の成長材料４
が融解しない温度条件の下で、図４（ｂ）に見られるよ
うに、種結晶２側が低温側になるような温度勾配をもっ
てるつぼ１を加熱し、ｂ点の組成をもった融液５から種
結晶２上に結晶成長を行ない、同時にるつぼ１の高温側
に配置したａ点の組成をもった第二の成長材料４を固液
界面、即ち、第二の成長材料４と融液５との界面で融解
させ、融液５中に第二の成長材料４から原料を補給し、
種結晶２上へのＩｎＧａＡｓ結晶成長層６の成長に伴
い、成長速度と同じ速度でるつぼ１を加熱している炉
（図示せず）を第二の成長材料４側に、或いは、るつぼ
１を下方に移動させれば結晶成長と融液補給が持続され
る。
結晶２及び第二の成長材料４、そして、ａ点の固相と平
衡なｂ点の組成をもつ第一の成長材料３（又は、平均と
してｂ点の組成をもつ二種類以上の材料の集合体）を用
い、ｂ点の組成をもつ第一の成長材料３のみが融解し、
且つ、ａ点の組成をもつ種結晶２及び第二の成長材料４
が融解しない温度条件の下で、図４（ｂ）に見られるよ
うに、種結晶２側が低温側になるような温度勾配をもっ
てるつぼ１を加熱し、ｂ点の組成をもった融液５から種
結晶２上に結晶成長を行ない、同時にるつぼ１の高温側
に配置したａ点の組成をもった第二の成長材料４を固液
界面、即ち、第二の成長材料４と融液５との界面で融解
させ、融液５中に第二の成長材料４から原料を補給し、
種結晶２上へのＩｎＧａＡｓ結晶成長層６の成長に伴
い、成長速度と同じ速度でるつぼ１を加熱している炉
（図示せず）を第二の成長材料４側に、或いは、るつぼ
１を下方に移動させれば結晶成長と融液補給が持続され
る。
【００１５】前記ゾーン法に依って結晶成長を行う場
合、成長させる結晶と同一組成で均一な第二の成長材料
４が必要であるが、三元以上の化合物からなる成長材料
は均一なものを作成することは困難である。
合、成長させる結晶と同一組成で均一な第二の成長材料
４が必要であるが、三元以上の化合物からなる成長材料
は均一なものを作成することは困難である。
【００１６】この困難性を解消する為、融点の低い材料
である例えばＩｎＡｓと、融点が高い材料である例えば
ＧａＡｓとを交互に複数枚配置し、成長途中で成長材料
即ちＩｎＧａＡｓを合成する方法が提案されている（要
すれば、「特開平９−１１０５７６号公報」、参照）。
である例えばＩｎＡｓと、融点が高い材料である例えば
ＧａＡｓとを交互に複数枚配置し、成長途中で成長材料
即ちＩｎＧａＡｓを合成する方法が提案されている（要
すれば、「特開平９−１１０５７６号公報」、参照）。
【００１７】然しながら、成長材料を成長途中で合成す
る方法を適用して結晶成長を行う場合、成長材料をるつ
ぼの形状に合わせて加工する必要があり、また、高温側
で材料の合成を行う為に温度が高くなり、材料の解離も
問題になり、しかも、成長を目的とする結晶と同一組成
で均一な種結晶が必要となる。
る方法を適用して結晶成長を行う場合、成長材料をるつ
ぼの形状に合わせて加工する必要があり、また、高温側
で材料の合成を行う為に温度が高くなり、材料の解離も
問題になり、しかも、成長を目的とする結晶と同一組成
で均一な種結晶が必要となる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】本発明では、ゾーン法
を適用して三元以上の化合物半導体結晶を成長させるに
際し、るつぼの形状に合わせて加工した材料など面倒な
成長材料を用いることなく結晶成長を行うことができる
ようにする。
を適用して三元以上の化合物半導体結晶を成長させるに
際し、るつぼの形状に合わせて加工した材料など面倒な
成長材料を用いることなく結晶成長を行うことができる
ようにする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明では、縦型ボート
成長法に於いて、温度分布を適切に選択し、種結晶上に
結晶成長させると共に成長材料融液の上端側にも結晶を
析出させ、結晶成長の途中から該析出結晶を成長材料と
してゾーン法成長を行うことが基本になっている。
成長法に於いて、温度分布を適切に選択し、種結晶上に
結晶成長させると共に成長材料融液の上端側にも結晶を
析出させ、結晶成長の途中から該析出結晶を成長材料と
してゾーン法成長を行うことが基本になっている。
【００２０】図１は本発明の原理を解説する為のるつぼ
の状態及び温度分布を表す要部説明図である。
の状態及び温度分布を表す要部説明図である。
【００２１】図に於いて、７はるつぼ、８はＧａＡｓ単
結晶（種結晶）、９はＩｎ0.3 Ｇａ 0.7 Ａｓ多結晶、１
０はＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ融液、１１はＧａＡｓ種結晶
８上に成長したＩｎＧａＡｓ結晶、１２は融液１０の上
端から成長したＩｎＧａＡｓ結晶、１３は成長方向に於
ける組成分布が均一になったＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ結晶
をそれぞれ示している。
結晶（種結晶）、９はＩｎ0.3 Ｇａ 0.7 Ａｓ多結晶、１
０はＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ融液、１１はＧａＡｓ種結晶
８上に成長したＩｎＧａＡｓ結晶、１２は融液１０の上
端から成長したＩｎＧａＡｓ結晶、１３は成長方向に於
ける組成分布が均一になったＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ結晶
をそれぞれ示している。
【００２２】図から明らかなように、ここでは、ＩｎＧ
ａＡｓの結晶成長を採り上げて説明する。
ａＡｓの結晶成長を採り上げて説明する。
【００２３】図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）参照 るつぼ７にＧａＡｓ種結晶８及びＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ
多結晶９を収容してから炉（図示せず）で加熱して温度
を上昇させる。
多結晶９を収容してから炉（図示せず）で加熱して温度
を上昇させる。
【００２４】１１８５〔℃〕になるとＩｎ0.3 Ｇａ0.7
Ａｓ多結晶９が融解してＩｎ0.3Ｇａ0.7 Ａｓ融液１０
となる。
Ａｓ多結晶９が融解してＩｎ0.3Ｇａ0.7 Ａｓ融液１０
となる。
【００２５】種結晶８表面の温度を１１８５〔℃〕に維
持したまま融液１０が高温側になるような温度勾配を与
える。
持したまま融液１０が高温側になるような温度勾配を与
える。
【００２６】図１（ｄ）、（ｅ）参照 図１（ｂ）に見られる温度分布を維持したまま、炉温度
を徐々に低下させると、図３の相図から判るように、先
ず、ＧａＡｓ種結晶８上にＩｎ0.04Ｇａ0. 96Ａｓが成長
し、成長界面からはＩｎＡｓ組成が高い融液が掃き出さ
れる。
を徐々に低下させると、図３の相図から判るように、先
ず、ＧａＡｓ種結晶８上にＩｎ0.04Ｇａ0. 96Ａｓが成長
し、成長界面からはＩｎＡｓ組成が高い融液が掃き出さ
れる。
【００２７】徐冷に依って成長が進むにつれ、成長する
固相（ＩｎＧａＡｓ結晶１１）及び融液（Ｉｎ0.3 Ｇａ
0.7 Ａｓ融液１０）に於けるＩｎＡｓ組成は高くなる。
固相（ＩｎＧａＡｓ結晶１１）及び融液（Ｉｎ0.3 Ｇａ
0.7 Ａｓ融液１０）に於けるＩｎＡｓ組成は高くなる。
【００２８】成長界面の温度が１０２５〔℃〕になった
段階で徐冷は終了し、この時、固相に於けるＩｎＡｓ組
成は０．３、液相に於けるＩｎＡｓ組成は０．８３であ
り、ＩｎＧａＡｓ結晶１１は成長方向に向かって徐々に
ＩｎＡｓ組成が高くなっている。
段階で徐冷は終了し、この時、固相に於けるＩｎＡｓ組
成は０．３、液相に於けるＩｎＡｓ組成は０．８３であ
り、ＩｎＧａＡｓ結晶１１は成長方向に向かって徐々に
ＩｎＡｓ組成が高くなっている。
【００２９】ここまでの説明は、ブリッジマン法やＶＧ
Ｆ（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｆｒｅｅｚ
ｅ）法と同一である。
Ｆ（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｆｒｅｅｚ
ｅ）法と同一である。
【００３０】然しながら、本発明では、種結晶８側の温
度が低く、融液１０内で略平坦な温度分布をもつか、或
いは、種結晶８側の温度が低く、融液１０内では融点以
上であるが融液上端側で温度が低くなるような温度分布
をもつ炉を用いていることから、図１（ｄ）に見られる
ように融液１０の上端側にＩｎＧａＡｓ結晶１２が析出
する。
度が低く、融液１０内で略平坦な温度分布をもつか、或
いは、種結晶８側の温度が低く、融液１０内では融点以
上であるが融液上端側で温度が低くなるような温度分布
をもつ炉を用いていることから、図１（ｄ）に見られる
ように融液１０の上端側にＩｎＧａＡｓ結晶１２が析出
する。
【００３１】融液１０内では、略平坦な温度分布である
場合に於いても、融液１０中に析出した核や微結晶が融
液１０に比較して比重が小さい為、融液１０の上端に移
動して析出するものと考えられている。
場合に於いても、融液１０中に析出した核や微結晶が融
液１０に比較して比重が小さい為、融液１０の上端に移
動して析出するものと考えられている。
【００３２】さて、次に、図１（ｄ）に矢印で示したよ
うに、炉の温度を前記した状態に維持したまま、るつぼ
を下方に移動させると、従来の技術に於けるゾーン法と
同じ原理に依って、成長方向への組成分布が均一なＩｎ
0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ結晶１３が成長するのである。
うに、炉の温度を前記した状態に維持したまま、るつぼ
を下方に移動させると、従来の技術に於けるゾーン法と
同じ原理に依って、成長方向への組成分布が均一なＩｎ
0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ結晶１３が成長するのである。
【００３３】前記したところから、本発明に依る結晶成
長方法に於いては、 （１）縦型ボート（例えばるつぼ７）内の下方から順に
種結晶（例えば種結晶８）及び結晶成長用原料融液（例
えば結晶成長用原料融液９）を収容して結晶成長を行な
い種結晶上端及び結晶成長用原料融液上端に結晶（例え
ば結晶１１並びに結晶１２）を析出させ且つ結晶成長の
途中から前記析出された結晶（例えば結晶１２）を成長
材料とするゾーン法を適用して成長を行う工程が含まれ
てなることを特徴とするか、又は、
長方法に於いては、 （１）縦型ボート（例えばるつぼ７）内の下方から順に
種結晶（例えば種結晶８）及び結晶成長用原料融液（例
えば結晶成長用原料融液９）を収容して結晶成長を行な
い種結晶上端及び結晶成長用原料融液上端に結晶（例え
ば結晶１１並びに結晶１２）を析出させ且つ結晶成長の
途中から前記析出された結晶（例えば結晶１２）を成長
材料とするゾーン法を適用して成長を行う工程が含まれ
てなることを特徴とするか、又は、
【００３４】（２）前記（１）に於いて、種結晶側で低
く、且つ、結晶成長用原料融液内及び結晶成長用原料融
液上端側の温度を略平坦とした温度分布（例えば図１
（ｂ）参照）にした炉を用い該炉の温度分布を維持した
まま温度を下降して結晶を析出させることを特徴とする
か、又は、
く、且つ、結晶成長用原料融液内及び結晶成長用原料融
液上端側の温度を略平坦とした温度分布（例えば図１
（ｂ）参照）にした炉を用い該炉の温度分布を維持した
まま温度を下降して結晶を析出させることを特徴とする
か、又は、
【００３５】（３）前記（１）に於いて、種結晶側で低
く、且つ、結晶成長用原料融液内で融点以上であると共
に結晶成長用原料融液上端側で低い温度分布にした炉を
用い該炉の温度分布を維持したまま温度を下降して結晶
を析出させることを特徴とするか、又は、
く、且つ、結晶成長用原料融液内で融点以上であると共
に結晶成長用原料融液上端側で低い温度分布にした炉を
用い該炉の温度分布を維持したまま温度を下降して結晶
を析出させることを特徴とするか、又は、
【００３６】（４）前記（１）乃至（３）の何れか１に
於いて、種結晶は２成分或いは３成分からなる三族−五
族化合物結晶である共に結晶成長用原料融液は三族又は
五族の２成分或いは３成分の元素を含むことを特徴とす
る。
於いて、種結晶は２成分或いは３成分からなる三族−五
族化合物結晶である共に結晶成長用原料融液は三族又は
五族の２成分或いは３成分の元素を含むことを特徴とす
る。
【００３７】前記手段を採ることに依り、種結晶上に結
晶を成長させると共に融液上端にも多元の成長材料を育
成することができ、作成が面倒な多元成長材料を用いる
ことなく、組成の均一性が高い多元単結晶を成長させる
ことができる。また、格子定数がかけはなれた種結晶を
用いた場合でも、成長中に組成を変化させて、格子定数
を成長結晶に合わせることが可能であるから、作成が困
難な種結晶を用いる必要もなくなる。
晶を成長させると共に融液上端にも多元の成長材料を育
成することができ、作成が面倒な多元成長材料を用いる
ことなく、組成の均一性が高い多元単結晶を成長させる
ことができる。また、格子定数がかけはなれた種結晶を
用いた場合でも、成長中に組成を変化させて、格子定数
を成長結晶に合わせることが可能であるから、作成が困
難な種結晶を用いる必要もなくなる。
【００３８】
【発明の実施の形態】図２は本発明の一実施の形態を説
明する為のるつぼの状態及び温度分布を表す要部説明図
である。
明する為のるつぼの状態及び温度分布を表す要部説明図
である。
【００３９】内径２０〔ｍｍ〕、外径２４〔ｍｍ〕、長
さ１００〔ｍｍ〕であるｐＢＮ（ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ
ＢＮ）製るつぼ１４の底に厚さ１０〔ｍｍ〕のＧａＡｓ
単結晶（種結晶）１５を収容し、その上に５０〔ｇ〕の
チャンク状Ｉｎ0.3 Ｇａ0.7Ａｓ多結晶１６を入れ、そ
の上にグラファイト製の融液抑え１７を載置する。
さ１００〔ｍｍ〕であるｐＢＮ（ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ
ＢＮ）製るつぼ１４の底に厚さ１０〔ｍｍ〕のＧａＡｓ
単結晶（種結晶）１５を収容し、その上に５０〔ｇ〕の
チャンク状Ｉｎ0.3 Ｇａ0.7Ａｓ多結晶１６を入れ、そ
の上にグラファイト製の融液抑え１７を載置する。
【００４０】全体を内径２５〔ｍｍ〕、外径２８〔ｍ
ｍ〕の石英製アンプル１８内に収容して５×１０-7〔Ｔ
ｏｒｒ〕以下の真空度で真空封止する。
ｍ〕の石英製アンプル１８内に収容して５×１０-7〔Ｔ
ｏｒｒ〕以下の真空度で真空封止する。
【００４１】電気炉の温度分布は、成長界面近傍で約１
０〔℃／ｃｍ〕の勾配とし、チャンク状Ｉｎ0.3 Ｇａ
0.7 Ａｓ多結晶１６が融解されて得られる融液内では略
平坦とするか、若しくは、融液上端で若干低くなるよう
に設定する。
０〔℃／ｃｍ〕の勾配とし、チャンク状Ｉｎ0.3 Ｇａ
0.7 Ａｓ多結晶１６が融解されて得られる融液内では略
平坦とするか、若しくは、融液上端で若干低くなるよう
に設定する。
【００４２】電気炉で加熱することに依って、種結晶１
５の表面が１１８５〔℃〕になるとＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ａ
ｓ多結晶１６は全て融液１９となるのであるが、チャン
ク状であったＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ多結晶１６は融解に
依って間隙がなくなるので、体積は減少する。
５の表面が１１８５〔℃〕になるとＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ａ
ｓ多結晶１６は全て融液１９となるのであるが、チャン
ク状であったＩｎ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ多結晶１６は融解に
依って間隙がなくなるので、体積は減少する。
【００４３】１１９０〔℃〕まで温度上昇させること
で、融液１９に接触しているＧａＡｓ種結晶１５の表面
をメルト・バックさせて成長界面の清浄化を行う。
で、融液１９に接触しているＧａＡｓ種結晶１５の表面
をメルト・バックさせて成長界面の清浄化を行う。
【００４４】電気炉の温度分布を前記と同じ状態に維持
したままで、１０２５〔℃〕になるまで２〔℃／ｈ〕の
割合で徐冷を行い、その徐冷が完了した後、６０〔℃／
ｈ〕の割合で室温まで冷却した。
したままで、１０２５〔℃〕になるまで２〔℃／ｈ〕の
割合で徐冷を行い、その徐冷が完了した後、６０〔℃／
ｈ〕の割合で室温まで冷却した。
【００４５】成長終了後、結晶断面の評価を行なったと
ころ、ＧａＡｓ種結晶１５の上には厚さ約２１〔ｍｍ〕
のＩｎＧａＡｓ単結晶２０が成長されていて、そのＩｎ
Ａｓ組成は、ＧａＡｓ種結晶１５との界面で０．０３で
あるが、成長と共に増加し、成長端では０．３になって
いた。
ころ、ＧａＡｓ種結晶１５の上には厚さ約２１〔ｍｍ〕
のＩｎＧａＡｓ単結晶２０が成長されていて、そのＩｎ
Ａｓ組成は、ＧａＡｓ種結晶１５との界面で０．０３で
あるが、成長と共に増加し、成長端では０．３になって
いた。
【００４６】ＩｎＧａＡｓ単結晶２０上には厚さが約７
〔ｍｍ〕の高ＩｎＡｓ組成層１９Ａが存在し、これは、
成長中は融液１９であったものである。
〔ｍｍ〕の高ＩｎＡｓ組成層１９Ａが存在し、これは、
成長中は融液１９であったものである。
【００４７】高ＩｎＡｓ組成層１９Ａ上には、ＩｎＡｓ
組成が上方に向かって約０．３から０．０５に減少する
厚さが約６〔ｍｍ〕のＩｎＧａＡｓ多結晶２１が形成さ
れていたが、これは前記した温度分布を維持した状態で
徐冷を行ったこと起因して、融液１９の下側、即ち、種
結晶１５上のみならず、融液１９の上側にもＩｎＧａＡ
ｓが析出されたことが確認されたものである。
組成が上方に向かって約０．３から０．０５に減少する
厚さが約６〔ｍｍ〕のＩｎＧａＡｓ多結晶２１が形成さ
れていたが、これは前記した温度分布を維持した状態で
徐冷を行ったこと起因して、融液１９の下側、即ち、種
結晶１５上のみならず、融液１９の上側にもＩｎＧａＡ
ｓが析出されたことが確認されたものである。
【００４８】さて、そこで、前記した結晶成長を実施
し、徐冷終了後、炉の温度を（ｂ）に見られるような温
度分布を保ったまま、石英製アンプル１８を（ｄ）及び
（ｅ）に見られるように下方に移動させながら成長を行
った。尚、移動の速度は０．１〔ｍｍ／ｈ）とした。
し、徐冷終了後、炉の温度を（ｂ）に見られるような温
度分布を保ったまま、石英製アンプル１８を（ｄ）及び
（ｅ）に見られるように下方に移動させながら成長を行
った。尚、移動の速度は０．１〔ｍｍ／ｈ）とした。
【００４９】ブリッジマン法又はＶＧＦ法では、成長に
つれて成長結晶のＩｎＡｓ組成は高まるが、本実施の形
態では、融液１９の上端にＩｎＡｓ組成が小さく且つ固
相のＩｎＧａＡｓ多結晶２１が存在する為、このＩｎＧ
ａＡｓ多結晶２１が溶けて融液１９中に於けるＧａＡｓ
成分の不足を補う、いわゆる、ゾーン法を適用した成長
となり、成長方向に於ける組成分布が均一で厚さが約１
０〔ｍｍ〕のＩｎ0.3Ｇａ0.7 Ａｓ単結晶２２が成長さ
れるのである。
つれて成長結晶のＩｎＡｓ組成は高まるが、本実施の形
態では、融液１９の上端にＩｎＡｓ組成が小さく且つ固
相のＩｎＧａＡｓ多結晶２１が存在する為、このＩｎＧ
ａＡｓ多結晶２１が溶けて融液１９中に於けるＧａＡｓ
成分の不足を補う、いわゆる、ゾーン法を適用した成長
となり、成長方向に於ける組成分布が均一で厚さが約１
０〔ｍｍ〕のＩｎ0.3Ｇａ0.7 Ａｓ単結晶２２が成長さ
れるのである。
【００５０】一般に、ＩｎＧａＡｓの格子定数は、その
組成に依って大きく変化するので、単結晶を成長させる
場合、通常のゾーン法に於いては、成長結晶と略同組成
の種結晶が必要であるが、本発明に於いては、前記一実
施の形態で説明したように、ＧａＡｓ種結晶１５を用
い、当初、これと格子定数の違いが少ないＩｎＧａＡｓ
単結晶２０を成長させ、且つ、そのＩｎＧａＡｓ単結晶
２０中の固相組成を成長中に所望の値まで変化させるこ
とができるので、作成困難なＩｎＧａＡｓ種結晶を用い
る必要はなくなる。
組成に依って大きく変化するので、単結晶を成長させる
場合、通常のゾーン法に於いては、成長結晶と略同組成
の種結晶が必要であるが、本発明に於いては、前記一実
施の形態で説明したように、ＧａＡｓ種結晶１５を用
い、当初、これと格子定数の違いが少ないＩｎＧａＡｓ
単結晶２０を成長させ、且つ、そのＩｎＧａＡｓ単結晶
２０中の固相組成を成長中に所望の値まで変化させるこ
とができるので、作成困難なＩｎＧａＡｓ種結晶を用い
る必要はなくなる。
【００５１】本発明では、前記実施の形態に限られるこ
となく、他に多くの改変を実現することができ、例えば
前記実施の形態では、材料を入れたるつぼを石英アンプ
ル中に真空封入しているが、るつぼを開放にした成長系
にしたり、或いは、Ｂ2 Ｏ3などの液体封止剤を用いる
成長系にするなどは任意である。
となく、他に多くの改変を実現することができ、例えば
前記実施の形態では、材料を入れたるつぼを石英アンプ
ル中に真空封入しているが、るつぼを開放にした成長系
にしたり、或いは、Ｂ2 Ｏ3などの液体封止剤を用いる
成長系にするなどは任意である。
【００５２】
【発明の効果】本発明に依る結晶成長方法に於いては、
縦型ボート内の下方から順に種結晶及び結晶成長用原料
融液を収容して結晶成長を行ない種結晶上端及び結晶成
長用原料融液上端に結晶を析出させ且つ結晶成長の途中
から前記析出された結晶を成長材料とするゾーン法を適
用して結晶成長を行う工程が含まれる。
縦型ボート内の下方から順に種結晶及び結晶成長用原料
融液を収容して結晶成長を行ない種結晶上端及び結晶成
長用原料融液上端に結晶を析出させ且つ結晶成長の途中
から前記析出された結晶を成長材料とするゾーン法を適
用して結晶成長を行う工程が含まれる。
【００５３】前記構成を採ることに依り、種結晶上に結
晶を成長させると共に融液上端にも多元の成長材料を育
成することができ、作成が面倒な多元成長材料を用いる
ことなく、組成の均一性が高い多元単結晶を成長させる
ことができる。また、格子定数がかけはなれた種結晶を
用いた場合でも、成長中に組成を変化させて、格子定数
を成長結晶に合わせることが可能であるから、作成が困
難な種結晶を用いる必要もなくなる。
晶を成長させると共に融液上端にも多元の成長材料を育
成することができ、作成が面倒な多元成長材料を用いる
ことなく、組成の均一性が高い多元単結晶を成長させる
ことができる。また、格子定数がかけはなれた種結晶を
用いた場合でも、成長中に組成を変化させて、格子定数
を成長結晶に合わせることが可能であるから、作成が困
難な種結晶を用いる必要もなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を解説する為のるつぼの状態及び
温度分布を表す要部説明図である。
温度分布を表す要部説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態を説明する為のるつぼの
状態及び温度分布を表す要部説明図である。
状態及び温度分布を表す要部説明図である。
【図３】ＩｎＡｓ−ＧａＡｓ疑二元系状態図である。
【図４】ゾーン法の原理を解説する為の説明図である。
１４ るつぼ １５ ＧａＡｓ単結晶（種結晶） １６ チャンク状Ｉｎ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ多結晶 １７ グラファイト製融液抑え １８ 石英製アンプル １９ Ｉｎ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ融液 ２０ ＩｎＧａＡｓ単結晶 ２１ ＩｎＧａＡｓ多結晶 ２２ Ｉｎ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ単結晶
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BE41 CD02 CD04 CE02 EA01 EH07 5F053 AA11 AA17 AA25 BB03 BB04 BB06 BB13 BB35 DD20 FF04 GG01 HH10 LL01 LL04 LL10 RR20
Claims (4)
- 【請求項１】縦型ボート内の下方から順に種結晶及び結
晶成長用原料融液を収容して結晶成長を行ない種結晶上
端及び結晶成長用原料融液上端に結晶を析出させ且つ結
晶成長の途中から前記析出された結晶を成長材料とする
ゾーン法を適用して成長を行う工程が含まれてなること
を特徴とする結晶成長方法。 - 【請求項２】種結晶側で低く、且つ、結晶成長用原料融
液内及び結晶成長用原料融液上端側の温度を略平坦とし
た温度分布にした炉を用い該炉の温度分布を維持したま
ま温度を下降して結晶を析出させることを特徴とする請
求項１記載の結晶成長方法。 - 【請求項３】種結晶側で低く、且つ、結晶成長用原料融
液内で融点以上であると共に結晶成長用原料融液上端側
で低い温度分布にした炉を用い該炉の温度分布を維持し
たまま温度を下降して結晶を析出させることを特徴とす
る請求項１記載の結晶成長方法。 - 【請求項４】種結晶は２成分或いは３成分からなる三族
−五族化合物結晶であると共に結晶成長用原料融液は三
族又は五族の２成分或いは３成分の元素を含むことを特
徴とする請求項１乃至３の何れか１記載の結晶成長方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10358732A JP2000178095A (ja) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | 結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10358732A JP2000178095A (ja) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | 結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000178095A true JP2000178095A (ja) | 2000-06-27 |
Family
ID=18460834
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10358732A Withdrawn JP2000178095A (ja) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | 結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000178095A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015224176A (ja) * | 2014-05-29 | 2015-12-14 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 | 固溶体単結晶の製造方法 |
-
1998
- 1998-12-17 JP JP10358732A patent/JP2000178095A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015224176A (ja) * | 2014-05-29 | 2015-12-14 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 | 固溶体単結晶の製造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4647525B2 (ja) | Ｉｉｉ族窒化物結晶の製造方法 | |
| KR101451995B1 (ko) | 액상 성장법에 의한 ＺｎＯ 단결정의 제조방법 | |
| US3632431A (en) | Method of crystallizing a binary semiconductor compound | |
| EP0751242B1 (en) | Process for bulk crystal growth | |
| US20060260536A1 (en) | Vessel for growing a compound semiconductor single crystal, compound semiconductor single crystal, and process for fabricating the same | |
| JP2008120614A (ja) | 化合物半導体単結晶基板及びその製造方法 | |
| US4052252A (en) | Liquid phase epitaxial growth with interfacial temperature difference | |
| JP2003206200A (ja) | ｐ型ＧａＡｓ単結晶及びその製造方法 | |
| JP2000178095A (ja) | 結晶成長方法 | |
| JP2915787B2 (ja) | 酸化物単結晶膜の製造方法及びその装置 | |
| JP2009234824A (ja) | 自立Ｍｇ含有ＺｎＯ系混晶単結晶ウエファーおよびそれに用いるＭｇ含有ＺｎＯ系混晶単結晶の製造方法 | |
| JP4923253B2 (ja) | Ｓｉバルク多結晶の作製方法 | |
| JP2004099390A (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法及び化合物半導体単結晶 | |
| JP3435118B2 (ja) | 化合物半導体バルク結晶の成長方法、および化合物半導体装置の製造方法 | |
| JP3540073B2 (ja) | 結晶成長方法 | |
| JP2004203721A (ja) | 単結晶成長装置および成長方法 | |
| JPH10152393A (ja) | バルク結晶の成長方法及びバルク結晶成長用種結晶 | |
| JP3560180B2 (ja) | ＺｎＳｅホモエピタキシャル単結晶膜の製造法 | |
| JP2010030868A (ja) | 半導体単結晶の製造方法 | |
| JP2537322B2 (ja) | 半導体結晶成長方法 | |
| JP4576571B2 (ja) | 固溶体の製造方法 | |
| JPH085760B2 (ja) | Ｈｇｌ―ｘｏ Ｃｄｘｏ Ｔｅ結晶インゴットの製造方法 | |
| JP3551406B2 (ja) | 混晶半導体単結晶の成長方法 | |
| JPS63144191A (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法と装置 | |
| JPH10212192A (ja) | バルク結晶の成長方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060307 |