JP2537322B2 - 半導体結晶成長方法 - Google Patents
半導体結晶成長方法Info
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- JP2537322B2 JP2537322B2 JP4074232A JP7423292A JP2537322B2 JP 2537322 B2 JP2537322 B2 JP 2537322B2 JP 4074232 A JP4074232 A JP 4074232A JP 7423292 A JP7423292 A JP 7423292A JP 2537322 B2 JP2537322 B2 JP 2537322B2
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体の結晶成長方法に関し、特にＶＩ族元素溶媒を用い
た溶液成長による半導体結晶成長方法に関する。
導体の結晶成長方法に関し、特にＶＩ族元素溶媒を用い
た溶液成長による半導体結晶成長方法に関する。
【０００２】近年、オプトエロクトロニクスが新しい産
業分野を拓くものとして盛んに研究開発が行われてい
る。特に民生機器分野では、発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）、半導体レーザ（ＬＤ）、真性エレクトロルミネセ
ンス（ＥＬ）等、固体発光素子が表示、光ディスク用光
源、プリンタ等のキーデバイスとして重用されている。
業分野を拓くものとして盛んに研究開発が行われてい
る。特に民生機器分野では、発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）、半導体レーザ（ＬＤ）、真性エレクトロルミネセ
ンス（ＥＬ）等、固体発光素子が表示、光ディスク用光
源、プリンタ等のキーデバイスとして重用されている。
【０００３】現在実用化されている固体発光素子は、表
示分野で一部用いられているＥＬを除いて、ほとんど全
てＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の接合を利用したデバイス
である。
示分野で一部用いられているＥＬを除いて、ほとんど全
てＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の接合を利用したデバイス
である。
【０００４】しかし、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で電極
と高品質ｐ−ｎ接合が形成可能な素材は、その禁制帯幅
が発光波長で５３０ｎｍより長波長領域にあるため、赤
外および可視（赤、橙、黄、緑色）の発光デバイスが得
られているにすぎない。
と高品質ｐ−ｎ接合が形成可能な素材は、その禁制帯幅
が発光波長で５３０ｎｍより長波長領域にあるため、赤
外および可視（赤、橙、黄、緑色）の発光デバイスが得
られているにすぎない。
【０００５】わずかにＭＩＳ構造のＧａＮ青色発光ダイ
オードおよびＩＶ−ＩＶ族化合物半導体のＳｉＣ青色発
光ダイオードも開発されたが、発光効率が低く実用化に
は至っていない。
オードおよびＩＶ−ＩＶ族化合物半導体のＳｉＣ青色発
光ダイオードも開発されたが、発光効率が低く実用化に
は至っていない。
【０００６】最近、材料精製技術と結晶成長技術の進歩
に伴って、従来は困難視されていたＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体の実用化が見直されてきた。ＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体は、周知のようにＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体より
も禁制帯幅の広い直接遷移型エネルギ構造を持つものが
多く、発光材料として魅力的である。
に伴って、従来は困難視されていたＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体の実用化が見直されてきた。ＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体は、周知のようにＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体より
も禁制帯幅の広い直接遷移型エネルギ構造を持つものが
多く、発光材料として魅力的である。
【０００７】ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の自己補償型点
欠陥（ｎａｔｉｖｅ ｖａｃａｎｃｙ）の発生を抑制す
るならば、最近一部で報告されている広禁制帯幅材料、
たとえばＺｎＳｅのｐ−ｎ接合形成も期待できる。その
結果、高効率の青色ＬＥＤや青色ＬＤが得られる可能性
がある。
欠陥（ｎａｔｉｖｅ ｖａｃａｎｃｙ）の発生を抑制す
るならば、最近一部で報告されている広禁制帯幅材料、
たとえばＺｎＳｅのｐ−ｎ接合形成も期待できる。その
結果、高効率の青色ＬＥＤや青色ＬＤが得られる可能性
がある。
【０００８】点欠陥密度の少ない高品位ＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体を成長させる１つの方法として、比較的低温
でアンプル内に封止された状況下で結晶成長を行なう溶
液成長法があげられる。
合物半導体を成長させる１つの方法として、比較的低温
でアンプル内に封止された状況下で結晶成長を行なう溶
液成長法があげられる。
【０００９】
【従来の技術】溶液成長法が優れている主要な理由は、
比較的低温で結晶成長できる点である。化合物半導体
は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物においても、ＩＩ−ＶＩ族化合
物においても融点附近で構成元素が高い解離圧を示すも
のが多く、融点近傍での結晶成長では結晶欠陥が発生し
やすい。その例をＧａＡｓ成長の場合で示したのが、図
２である。
比較的低温で結晶成長できる点である。化合物半導体
は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物においても、ＩＩ−ＶＩ族化合
物においても融点附近で構成元素が高い解離圧を示すも
のが多く、融点近傍での結晶成長では結晶欠陥が発生し
やすい。その例をＧａＡｓ成長の場合で示したのが、図
２である。
【００１０】図２（Ａ）は、３温度水平ブリッジマン
（３Ｔ−ＨＢ）といわれる製法であり、図２（Ｂ）は温
度勾配固化法（ＧＦ）といわれる製法である。いずれ
も、石英アンプル内に封止した石英ボート内のＧａＡｓ
融液にシードＧａＡｓ結晶を接触させる。Ａｓ圧は低温
（一定）に保持した固体Ａｓソースで一定に保つ。
（３Ｔ−ＨＢ）といわれる製法であり、図２（Ｂ）は温
度勾配固化法（ＧＦ）といわれる製法である。いずれ
も、石英アンプル内に封止した石英ボート内のＧａＡｓ
融液にシードＧａＡｓ結晶を接触させる。Ａｓ圧は低温
（一定）に保持した固体Ａｓソースで一定に保つ。
【００１１】所定速度で電気炉を移動させることによ
り、アンプルを低温側に水平移動させて単結晶化してゆ
く。Ｔ3 は６１０℃で、この時ＧａＡｓ融点Ｔ1 （＝１
２３８℃）におけるＡｓ解離圧０．９７６気圧が得られ
る。図のＤＢは、Ａｓ蒸気の通過する細孔である。
り、アンプルを低温側に水平移動させて単結晶化してゆ
く。Ｔ3 は６１０℃で、この時ＧａＡｓ融点Ｔ1 （＝１
２３８℃）におけるＡｓ解離圧０．９７６気圧が得られ
る。図のＤＢは、Ａｓ蒸気の通過する細孔である。
【００１２】これら方法の問題点の１つは、精密な温度
制御が必要なことであり、シード結晶ＧａＡｓとＧａ−
Ａｓ融液の接触温度は１２３３〜１２３８℃の範囲に保
たねばならない。また、高温成長のため、石英アンプル
からのＳｉや酸素、炭素等の不純物汚染を完全に避ける
ことができない。
制御が必要なことであり、シード結晶ＧａＡｓとＧａ−
Ａｓ融液の接触温度は１２３３〜１２３８℃の範囲に保
たねばならない。また、高温成長のため、石英アンプル
からのＳｉや酸素、炭素等の不純物汚染を完全に避ける
ことができない。
【００１３】比較的大面積（３インチ径程度）で、転位
密度が１０００ｃｍ-2程度の高品位結晶が得られるが、
化学量論的組成からのずれを精密に制御することができ
ず、点欠陥密度は通常１０16ｃｍ-3に達する。
密度が１０００ｃｍ-2程度の高品位結晶が得られるが、
化学量論的組成からのずれを精密に制御することができ
ず、点欠陥密度は通常１０16ｃｍ-3に達する。
【００１４】一方、図２（Ｃ）は、縦型バルク成長法で
ある液体封止引上げ法（ＬＥＣ法）の原理を示す。
ある液体封止引上げ法（ＬＥＣ法）の原理を示す。
【００１５】ＬＥＣ法の場合も、ＧａＡｓを融点１２３
８℃で溶解させたＧａ−Ａｓ融液に数度低温に保持した
種子結晶をシーディングして、回転しながら所定温度で
引上げる。
８℃で溶解させたＧａ−Ａｓ融液に数度低温に保持した
種子結晶をシーディングして、回転しながら所定温度で
引上げる。
【００１６】この時、ＧａＡｓ融液からＡｓの蒸発を防
ぐためＢ2 Ｏ3 （低温ガラス）をルツボの上面に配し、
その液体ガラス内部から引上げるのである。この方法
は、より大型な（８インチ程度）結晶成長が可能である
が、やはり点欠陥密度は１０16ｃｍ-3程度ある。
ぐためＢ2 Ｏ3 （低温ガラス）をルツボの上面に配し、
その液体ガラス内部から引上げるのである。この方法
は、より大型な（８インチ程度）結晶成長が可能である
が、やはり点欠陥密度は１０16ｃｍ-3程度ある。
【００１７】これら融液成長法に対して、図３に一例を
示したのが溶液成長法である。ルツボ内下端にシード結
晶２１が保持され、その上に溶媒４１、通常ＧａＡｓ成
長の場合はＧａ、が配置される。溶媒４１上部には比重
の軽いソース結晶３１が浮遊している。ルツボは真空封
止または不活性ガスや水素ガス雰囲気に保持させる。
示したのが溶液成長法である。ルツボ内下端にシード結
晶２１が保持され、その上に溶媒４１、通常ＧａＡｓ成
長の場合はＧａ、が配置される。溶媒４１上部には比重
の軽いソース結晶３１が浮遊している。ルツボは真空封
止または不活性ガスや水素ガス雰囲気に保持させる。
【００１８】ルツボを電気炉の輻射エネルギによって加
熱し、所定の温度分布、すなわちソース結晶３１がＴ1
、シード結晶２１がＴ2 （Ｔ1 ＞Ｔ2 ）に達した時成
長が開始される。
熱し、所定の温度分布、すなわちソース結晶３１がＴ1
、シード結晶２１がＴ2 （Ｔ1 ＞Ｔ2 ）に達した時成
長が開始される。
【００１９】ソース結晶ＧａＡｓ３１がＴ1 における飽
和溶解度までＧａ４１中に溶け込み、Ｇａ４１中を拡散
した溶質ＧａＡｓがＴ2 に保持されたシード結晶２１に
達して過飽和状態からこの上に晶出する。
和溶解度までＧａ４１中に溶け込み、Ｇａ４１中を拡散
した溶質ＧａＡｓがＴ2 に保持されたシード結晶２１に
達して過飽和状態からこの上に晶出する。
【００２０】実際には、ソース結晶３１の溶媒４１中へ
の溶け込みおよび溶質のシード結晶２１までの拡散に一
定の時間を要するので、シード結晶２１の位置で溶質が
過飽和となるまでシード結晶２１と溶媒４１の接触を断
つ工夫が必要である。
の溶け込みおよび溶質のシード結晶２１までの拡散に一
定の時間を要するので、シード結晶２１の位置で溶質が
過飽和となるまでシード結晶２１と溶媒４１の接触を断
つ工夫が必要である。
【００２１】この溶液成長法は、Ｔ1 とＴ2 をソース結
晶３１の融点よりかなり低い適当な値に選ぶことができ
るため、成長速度は比較的遅いが、化学量論的組成から
のずれの少ない高品位の結晶を得るのに適している。Ｇ
ａＡｓの点欠陥密度で１０11ｃｍ-3程度のものが得られ
る。
晶３１の融点よりかなり低い適当な値に選ぶことができ
るため、成長速度は比較的遅いが、化学量論的組成から
のずれの少ない高品位の結晶を得るのに適している。Ｇ
ａＡｓの点欠陥密度で１０11ｃｍ-3程度のものが得られ
る。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】高品位のｐ−ｎ接合や
バルク結晶が得られているＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に
比べて、青色発光の期待できる禁制帯幅を有するＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体、特にＺｎＳｅやＺｎＳ、は融点が
高く、また融点附近における解離圧が非常に高い。従っ
て、点欠陥密度の制御された高品位バルク結晶を得るこ
とは従来困難であった。
バルク結晶が得られているＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に
比べて、青色発光の期待できる禁制帯幅を有するＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体、特にＺｎＳｅやＺｎＳ、は融点が
高く、また融点附近における解離圧が非常に高い。従っ
て、点欠陥密度の制御された高品位バルク結晶を得るこ
とは従来困難であった。
【００２３】本発明の目的は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導
体結晶に溶液成長法を適用し、成長条件を検討すること
によって、化学量論的組成からのずれの少ない高品位の
バルク結晶を得る半導体結晶成長方法を提供することで
ある。
体結晶に溶液成長法を適用し、成長条件を検討すること
によって、化学量論的組成からのずれの少ない高品位の
バルク結晶を得る半導体結晶成長方法を提供することで
ある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】図１は、本発明の基本実
施例を示す。
施例を示す。
【００２５】石英アンプル１内に少なくともシード結晶
２、ソース結晶３、第ＶＩ族元素からなる溶媒４を真空
封入する。図１では、これら要素の他に、シード結晶２
を放熱させ溶媒４より低温に保つためのカーボンヒート
シンク５およびシード結晶２を固定するためのインナー
管６も封入されている。
２、ソース結晶３、第ＶＩ族元素からなる溶媒４を真空
封入する。図１では、これら要素の他に、シード結晶２
を放熱させ溶媒４より低温に保つためのカーボンヒート
シンク５およびシード結晶２を固定するためのインナー
管６も封入されている。
【００２６】第１の工程として、最初にシード結晶２を
ソース結晶３および溶媒４と空間的に分離した状態で所
定のメルトアロイ温度ＴA にｔA 時間保持する。
ソース結晶３および溶媒４と空間的に分離した状態で所
定のメルトアロイ温度ＴA にｔA 時間保持する。
【００２７】この工程は、図１（Ａ）で示したように、
石英アンプル１の頭部側を傾斜させて行なう。図中下方
に示すようにアンプル全体を一定温度に保つ。
石英アンプル１の頭部側を傾斜させて行なう。図中下方
に示すようにアンプル全体を一定温度に保つ。
【００２８】この時ソース結晶３が十分溶解し、ほぼ飽
和状態になった後、第２の工程としてソース結晶３と溶
媒４からなるメルトアロイを成長温度Ｔｇ（Ｔｇ＜
ＴA ）でシード結晶２に接触させる。
和状態になった後、第２の工程としてソース結晶３と溶
媒４からなるメルトアロイを成長温度Ｔｇ（Ｔｇ＜
ＴA ）でシード結晶２に接触させる。
【００２９】この工程は、図１（Ｂ）に示すように、石
英アンプル１の頭部を上にして立てて行なう。溶媒４の
領域には図中左側に示すような温度勾配が設けられ、ソ
ース結晶３はＴA に保持されている。
英アンプル１の頭部を上にして立てて行なう。溶媒４の
領域には図中左側に示すような温度勾配が設けられ、ソ
ース結晶３はＴA に保持されている。
【００３０】この結果、Ｔｇに保持されたシード結晶２
上に、過飽和の溶液４から溶質がソース結晶３と同一組
成のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶として堆積する。
上に、過飽和の溶液４から溶質がソース結晶３と同一組
成のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶として堆積する。
【００３１】上記メルトアロイ（溶媒４中にほぼ飽和状
態まで溶解した溶質）の成長条件をＴA ＜（Ｔｇ＋５
０）℃、１時間＜ｔA ＜７時間とする。
態まで溶解した溶質）の成長条件をＴA ＜（Ｔｇ＋５
０）℃、１時間＜ｔA ＜７時間とする。
【００３２】特に、前記ソース結晶３がＺｎＳｅ、溶媒
４がＳｅ：Ｔｅ＝３：７のモル比混合体である場合、メ
ルトアロイの生成条件にさらに、 （−１０ｔA ＋１０００）℃≦ＴA ≦（−７ＴA ＋１０１４）℃、 （ただし、ＴA は時間単位）の条件を付与する。
４がＳｅ：Ｔｅ＝３：７のモル比混合体である場合、メ
ルトアロイの生成条件にさらに、 （−１０ｔA ＋１０００）℃≦ＴA ≦（−７ＴA ＋１０１４）℃、 （ただし、ＴA は時間単位）の条件を付与する。
【００３３】
【作用】ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体のアンプル封止溶液
成長法において、上記したメルトアロイの生成条件を与
えることによって、シード結晶２上に高品位のバルク状
結晶を成長させることができる。
成長法において、上記したメルトアロイの生成条件を与
えることによって、シード結晶２上に高品位のバルク状
結晶を成長させることができる。
【００３４】以下、本発明を実施例に基づいてより詳細
に説明する。
に説明する。
【００３５】
【実施例】図１の石英アンプル１は酸洗浄し、金属およ
び有機成分の除去を十分行なう。乾燥後、別に洗浄乾燥
済みのカーボンヒートシンク５を挿入し、その上にシー
ド結晶２として単結晶ＺｎＳｅウエハを入れ、石英イン
ナー管６でその周囲を抑える。石英インナー管は中空で
あり、上下はシールされていない。
び有機成分の除去を十分行なう。乾燥後、別に洗浄乾燥
済みのカーボンヒートシンク５を挿入し、その上にシー
ド結晶２として単結晶ＺｎＳｅウエハを入れ、石英イン
ナー管６でその周囲を抑える。石英インナー管は中空で
あり、上下はシールされていない。
【００３６】次に、溶媒４としてＳｅ：Ｔｅ＝３：７の
モル比で、所定のＳｅ／Ｔｅおよび所定量のＺｎＳｅソ
ース結晶３を入れ、２×１０-6Ｔｏｒｒより低い真空度
で石英アンプル１を封止する。溶媒４としてＳｅの他に
Ｔｅを用いたのは、溶媒４中へのＺｎＳｅソース結晶３
の溶解度を高めるためと溶媒４の蒸気圧を低下させるた
めである。
モル比で、所定のＳｅ／Ｔｅおよび所定量のＺｎＳｅソ
ース結晶３を入れ、２×１０-6Ｔｏｒｒより低い真空度
で石英アンプル１を封止する。溶媒４としてＳｅの他に
Ｔｅを用いたのは、溶媒４中へのＺｎＳｅソース結晶３
の溶解度を高めるためと溶媒４の蒸気圧を低下させるた
めである。
【００３７】最初に、図１（Ａ）で示すように、石英ア
ンプル１の頭部を傾斜させてシード結晶２と溶媒４を分
離した状態で所定温度ＴA まで昇温し、メルトアロイを
生成する。溶媒４全体が均一な温度ＴA ℃になるよう電
気炉を工夫した。
ンプル１の頭部を傾斜させてシード結晶２と溶媒４を分
離した状態で所定温度ＴA まで昇温し、メルトアロイを
生成する。溶媒４全体が均一な温度ＴA ℃になるよう電
気炉を工夫した。
【００３８】この時シード結晶２もＴA ℃に保持され
る。ＴA はＺｎＳｅの融点１５２０℃より５００℃以上
低温である。
る。ＴA はＺｎＳｅの融点１５２０℃より５００℃以上
低温である。
【００３９】溶媒４とソース結晶３とを十分接触させて
ｔA 時間保持した後、図１（Ｂ）のように、石英アンプ
ル１頭部を立てて、メルトアロイをシード結晶２と接触
させる。
ｔA 時間保持した後、図１（Ｂ）のように、石英アンプ
ル１頭部を立てて、メルトアロイをシード結晶２と接触
させる。
【００４０】この時、シード結晶２上に晶出したソース
成分Ｚｎ−Ｓｅは、拡散によって上方よりソース結晶３
から補われる。
成分Ｚｎ−Ｓｅは、拡散によって上方よりソース結晶３
から補われる。
【００４１】所定の時間、温度Ｔｇで経過後、再び図１
（Ａ）のように、石英アンプル１を傾斜させてシード結
晶２をメルトアロイと分離し、そのまま冷却する。その
後石英アンプル１を電気炉より取り出し、割って成長結
晶を取り出し、成長状態を観察した。
（Ａ）のように、石英アンプル１を傾斜させてシード結
晶２をメルトアロイと分離し、そのまま冷却する。その
後石英アンプル１を電気炉より取り出し、割って成長結
晶を取り出し、成長状態を観察した。
【００４２】この実験条件は以下の通りであった。溶媒
としてＳｅ５．４７ｇ、Ｔｅ２０．６ｇを混合し、溶質
としてはＣＶＤ法によって作製した多結晶ＺｎＳｅイン
ゴット１１ｍｍφ×６ｍｍｔを、溶媒中に早く飽和でき
るように上下２個配置した。そのうち、成長時の供給用
ソースは下部に配置した１個のみで、石英アンプルの異
径管の接続部に固定される。
としてＳｅ５．４７ｇ、Ｔｅ２０．６ｇを混合し、溶質
としてはＣＶＤ法によって作製した多結晶ＺｎＳｅイン
ゴット１１ｍｍφ×６ｍｍｔを、溶媒中に早く飽和でき
るように上下２個配置した。そのうち、成長時の供給用
ソースは下部に配置した１個のみで、石英アンプルの異
径管の接続部に固定される。
【００４３】この時のソース結晶とシード結晶との距離
は３ｃｍ以上とし、成長中はシード結晶部温度およびソ
ース結晶部温度は一定に保持される。成長温度９５０
℃、温度勾配１０℃／ｃｍ、成長時間３３０ｈｒｓでメ
ルトアロイ条件を変えたところ、図４のようになった。
は３ｃｍ以上とし、成長中はシード結晶部温度およびソ
ース結晶部温度は一定に保持される。成長温度９５０
℃、温度勾配１０℃／ｃｍ、成長時間３３０ｈｒｓでメ
ルトアロイ条件を変えたところ、図４のようになった。
【００４４】この結果、メルトアロイの条件（温度ＴA
および時間ｔA ）によって、次の３つの状態が発生する
ことが確かめられた。すなわち、 （１） シード結晶２が溶解する。
および時間ｔA ）によって、次の３つの状態が発生する
ことが確かめられた。すなわち、 （１） シード結晶２が溶解する。
【００４５】これはメルトアロイ中の溶質Ｚｎ−Ｓｅの
濃度が低く、溶液４が過飽和状態にない時生じる。
濃度が低く、溶液４が過飽和状態にない時生じる。
【００４６】（２） シード結晶２上にＺｎＳｅ多結晶
が成長する。これはメルトアロイ中の溶質濃度が高過ぎ
（過飽和度が高過ぎ）、シード結晶２上に同時に多数の
成長核が発生するために生じる。
が成長する。これはメルトアロイ中の溶質濃度が高過ぎ
（過飽和度が高過ぎ）、シード結晶２上に同時に多数の
成長核が発生するために生じる。
【００４７】（３） シード結晶２上にＺｎＳｅバルク
単結晶がエピタキシャル成長する。この時、メルトアロ
イ中の過飽和度は適当な状態にある。
単結晶がエピタキシャル成長する。この時、メルトアロ
イ中の過飽和度は適当な状態にある。
【００４８】この時の成長結晶を縦にスライスして結晶
粒界を観察すると、図５に示すようになっていた。図５
（Ａ）は、シード結晶が溶解してしまい、ヒートシンク
上に直接成長結晶１１が形成された場合を示す。成長結
晶１１は、多数のグレインを含む多結晶となっている。
上記（１）の場合に対応する。
粒界を観察すると、図５に示すようになっていた。図５
（Ａ）は、シード結晶が溶解してしまい、ヒートシンク
上に直接成長結晶１１が形成された場合を示す。成長結
晶１１は、多数のグレインを含む多結晶となっている。
上記（１）の場合に対応する。
【００４９】図５（Ｂ）は、シード結晶２は一部溶解し
ているが、その全面上に単結晶の成長結晶１１が形成さ
れた場合を示す。溶液が適正な過飽和度にあったことを
示す。上記（３）の場合に対応する。
ているが、その全面上に単結晶の成長結晶１１が形成さ
れた場合を示す。溶液が適正な過飽和度にあったことを
示す。上記（３）の場合に対応する。
【００５０】図５（Ｃ）は、シード結晶２はほとんど溶
解していず、その上に多数のグレインを含む成長結晶１
１が形成された場合を示す。シード結晶２直上では比較
的単結晶領域が広いが、成長が進むにつれ、グレイン数
は増加している。上記（２）の場合に対応する。
解していず、その上に多数のグレインを含む成長結晶１
１が形成された場合を示す。シード結晶２直上では比較
的単結晶領域が広いが、成長が進むにつれ、グレイン数
は増加している。上記（２）の場合に対応する。
【００５１】メルトアロイ温度ＴA およびメルトアロイ
時間ｔA を変化させて、成長の状態を調べ、好ましいメ
ルトアロイ条件を定めた実験結果を図４に示す。図４の
記号◯はシード結晶上に単結晶が成長した条件、記号△
は多結晶が成長した条件、記号×はシード結晶が溶解し
た条件を示す。
時間ｔA を変化させて、成長の状態を調べ、好ましいメ
ルトアロイ条件を定めた実験結果を図４に示す。図４の
記号◯はシード結晶上に単結晶が成長した条件、記号△
は多結晶が成長した条件、記号×はシード結晶が溶解し
た条件を示す。
【００５２】図４の斜線領域内側で、点欠陥密度の制御
された高品位ＺｎＳｅが得られることが分った。
された高品位ＺｎＳｅが得られることが分った。
【００５３】その条件を数式で示せば （−１０ｔA ＋１０００）℃≦ＴA ＜（−７ｔA ＋１０１４）℃ となる。
【００５４】なお、ソース結晶３および溶媒４を変える
と、一般にＩＩ−ＶＩ族化合物半導体のアンプル封止溶
液成長においては、良好なバルク状結晶がシード結晶２
上に成長するメルトアロイ条件として、メルトアロイ温
度ＴA と成長温度Ｔｇの差が５０℃以内で、メルトアロ
イ時間が１〜７時間であることが分る。
と、一般にＩＩ−ＶＩ族化合物半導体のアンプル封止溶
液成長においては、良好なバルク状結晶がシード結晶２
上に成長するメルトアロイ条件として、メルトアロイ温
度ＴA と成長温度Ｔｇの差が５０℃以内で、メルトアロ
イ時間が１〜７時間であることが分る。
【００５５】すなわち、数式でメルトアロイ条件を表わ
せば、 Ｔｇ＜ＴA ＜（Ｔｇ＋５０）℃ １（時間）＜ｔA ＜７（時間） である。
せば、 Ｔｇ＜ＴA ＜（Ｔｇ＋５０）℃ １（時間）＜ｔA ＜７（時間） である。
【００５６】これはメルトアロイ温度ＴA が、成長温度
Ｔｇより５０℃以上高温となったり、メルトアロイ時間
ｔA が７時間以上になると、シード結晶２表面領域から
蒸気圧の高い構成元素が蒸発して空格子点が高密度に発
生し、当該シード結晶２上に成長したＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体の結晶性に悪影響を与えるためである。
Ｔｇより５０℃以上高温となったり、メルトアロイ時間
ｔA が７時間以上になると、シード結晶２表面領域から
蒸気圧の高い構成元素が蒸発して空格子点が高密度に発
生し、当該シード結晶２上に成長したＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体の結晶性に悪影響を与えるためである。
【００５７】また、メルトアロイ時間ｔA が１時間以下
では、融点より数百度も低いメルトアロイ温度で十分ソ
ース結晶３が溶媒に溶け込まず、過飽和状態が得られな
いためである。
では、融点より数百度も低いメルトアロイ温度で十分ソ
ース結晶３が溶媒に溶け込まず、過飽和状態が得られな
いためである。
【００５８】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
【００５９】
【発明の効果】従来のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体バルク
結晶の液相成長に比べて、より低温度、低蒸気圧下で高
品位の結晶が得られる。
結晶の液相成長に比べて、より低温度、低蒸気圧下で高
品位の結晶が得られる。
【図１】本発明の基本実施例を示す断面図である。図１
（Ａ）はメルトアロイ生成時、図１（Ｂ）は結晶成長時
の各要素の状態と温度分布を示す。
（Ａ）はメルトアロイ生成時、図１（Ｂ）は結晶成長時
の各要素の状態と温度分布を示す。
【図２】従来の融液成長方法を示す。図２（Ａ）、
（Ｂ）は水平ブリッジマン法、図２（Ｃ）は引上げ法を
示す。
（Ｂ）は水平ブリッジマン法、図２（Ｃ）は引上げ法を
示す。
【図３】従来の溶液成長法を示す。
【図４】本発明の実施例で得られたメルトアロイ条件を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図５】成長結晶の結晶粒界を示す断面図である。
１ 石英アンプル ２ シード結晶 ３ ソース結晶 ４ 溶媒 ５ カーボンヒートシンク ６ インナー管 ２１ シード結晶 ３１ ソース結晶 ４１ 溶媒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富田 尚太郎 神奈川県横浜市緑区荏田南２−17−８ 306号 審査官 後谷 陽一 (56)参考文献 特開 昭55−55521（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】 石英アンプル（１）内に少なくともシー
ド結晶（２）、ソース結晶（３）、第ＶＩ族元素からな
る溶媒（４）を真空封止し、最初にシード結晶（２）を
ソース結晶（３）および溶媒（４）と空間的に分離した
状態で石英アンプル（１）を所定のメルトアロイ温度Ｔ
A ℃にｔA 時間保持し、次にソース結晶（３）と溶媒
（４）とからなるメルトアロイを成長温度Ｔｇ（Ｔｇ＜
ＴA ）でシード結晶（２）と接触させてシード結晶
（２）上にソース結晶（３）と同一のＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体結晶を堆積する溶液成長法において、メルトア
ロイの生成条件を ＴA ＜（Ｔｇ＋５０）℃ １時間＜ｔA ＜７時間 とする半導体結晶成長方法。 - 【請求項２】 前記ソース結晶（３）がＺｎＳｅ、溶媒
（４）がＳｅ：Ｔｅ＝３：７のモル比混合体であり、メ
ルトアロイの生成条件が、 （−１０ｔA ＋１０００）℃≦ＴA ＜（−７ｔA ＋１０１４）℃、 を満足する請求項１記載の半導体結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4074232A JP2537322B2 (ja) | 1992-03-30 | 1992-03-30 | 半導体結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4074232A JP2537322B2 (ja) | 1992-03-30 | 1992-03-30 | 半導体結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0692785A JPH0692785A (ja) | 1994-04-05 |
| JP2537322B2 true JP2537322B2 (ja) | 1996-09-25 |
Family
ID=13541223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4074232A Expired - Lifetime JP2537322B2 (ja) | 1992-03-30 | 1992-03-30 | 半導体結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2537322B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107354503B (zh) * | 2017-07-12 | 2019-05-03 | 吴晨 | 一种晶体生长装置及其组装方法 |
-
1992
- 1992-03-30 JP JP4074232A patent/JP2537322B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0692785A (ja) | 1994-04-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960514 |