JP3013125B2 - 引き上げ成長方法及び装置 - Google Patents

引き上げ成長方法及び装置

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JP3013125B2
JP3013125B2 JP4017960A JP1796092A JP3013125B2 JP 3013125 B2 JP3013125 B2 JP 3013125B2 JP 4017960 A JP4017960 A JP 4017960A JP 1796092 A JP1796092 A JP 1796092A JP 3013125 B2 JP3013125 B2 JP 3013125B2
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敏弘 楠木
清子 倉又
一雄 中嶋
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、引き上げ成長方法及び
装置、特に、3元以上の化合物半導体の引き上げ成長方
法及び装置に関する。
【0002】従来、化合物半導体装置の製造に際して
は、2元結晶を基板として使用し、その上に2元以上の
化合物半導体の結晶層を成長させたものが使用されてい
る。しかし、2元基板と3元結晶との間の格子定数の差
による格子不整合の問題があるため、両者の間に格子整
合のための成長層を設けなければならない。この成長層
の形成を回避するために3元以上の化合物半導体の基板
が必要とされている。
【0003】3元以上の化合物半導体を融液または溶液
(以下、融液と云う。)から引き上げ法を使用して成長
する過程において、溶質元素の分配係数の差に起因して
特定の溶質元素が成長とゝもに枯渇する。したがって、
枯渇する元素を補給することが均一な組成を有する3元
以上の化合物半導体結晶の基板を製造するために必要で
ある。
【0004】
【従来の技術】図5に引き上げ成長装置の構成図を示
す。図において、1はるつぼであり、2は融液であり、
3は補給する化合物半導体ソースであり、4はソースを
融液中に送入するソース送入手段であり、5は種結晶で
あり、6は種結晶5を融液に浸漬して引き上げる結晶引
き上げ手段であり、7は成長する結晶である。
【0005】例えば、InGaAsを成長させる場合、
融液2にはGaAsとInAsとの混合融液を使用し、
種結晶5としてはGaAsまたはInGaAs単結晶を
使用し、ソース3としてはGaAsを使用する。成長界
面の温度を一定に保持して、ソース3をソース送入手段
4を使用して融液2中に補給しながら、結晶引き上げ手
段6を使用して種結晶5を融液2に浸漬して引き上げ、
一定の組成を有するInGaAs結晶7を成長する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ソース3から融解した
GaAsが直ちに成長する結晶7近傍の融液に供給され
るため、結晶近傍の融液中のGaAs濃度が上昇し、融
液の過冷却度が増加する。このため、InGaAs結晶
の成長速度が速くなって成長する結晶の径が急激に大き
くなり、結晶径の制御が困難になる。また、結晶径が急
激に変動すると欠陥が導入され、甚だしい時には多結晶
となる。
【0007】本発明の目的は、この欠点を解消すること
にあり、成長する結晶の径が急激に変動しないように、
また、欠陥が導入されないように3元化合物半導体結晶
を成長する引き上げ成長方法及びその方法に使用される
引き上げ成長装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的のうち、引き
上げ成長方法は、元素Aと元素Bと元素Cとよりなる3
元融液(2)中に、前記の元素Aと元素Bと元素Cとの
うちの少なくとも2つの元素よりなる化合物半導体のソ
ース(3)を補給しながら、前記の融液(2)中に浸漬
した種結晶(5)を引き上げて元素Aと元素Bと元素C
とよりなる3元化合物半導体結晶(7)を引き上げ成長
する引き上げ成長方法において、前記の成長する結晶
(7)と前記のソース(3)との間に図1に示すように
少なくとも1つのスリット(9)を有する隔壁(8)を
設け、この隔壁(8)に設けられた前記のスリット
(9)を介して前記のソース(3)を前記の結晶(7)
近傍の融液に補給する引き上げ成長方法によって達成さ
れる。なお、元素Aは元素Bを除くIII 族元素であり、
元素Bは元素Aを除くIII 族元素であり、元素CはV族
元素であるか、または、元素AはIII 族元素であり、元
素Bは元素Cを除くV族元素であり、元素Cは元素Bを
除くV族元素であることが好ましい。また、前記のソー
ス(3)を前記の融液(2)中に一度に投入してもよ
く、または、前記のソース(3)を複数個所において前
記の融液(2)中に補給してもよい。さらに、前記のソ
ース(3)に電流を流すことが効果的である。
【0009】上記の目的のうち、引き上げ成長方法は、
元素Aと元素Bと元素Cとよりなる3元融液(2)が注
入されるるつぼ(1)と、種結晶(5)を保持して前記
の融液(2)に浸漬し結晶(7)を引き上げ成長する結
晶引き上げ手段(6)と融液(2)中で枯渇する元素を
補給するソース(3)を送入するソース送入手段(4)
とを有する引き上げ成長装置において、前記のるつぼ
(1)内に前記の成長する結晶(7)と前記の補給する
ソース(3)とを離隔する筒状の隔壁(8)が設けら
れ、この隔壁(8)に少なくとも1つのスリット(9)
が形成されている引き上げ成長装置によって達成され
る。なお、図3に示すように前記の筒状の隔壁(8)に
は底板(11)が付設され、この底板(11)の前記の結晶
引き上げ手段(6)の中心軸上を含む少なくとも1個所
にスリット(12)が形成されるようにしてもよい。ま
た、前記の隔壁(8・11)の材料は前記の元素Aと元素
Bと元素Cとよりなる3元融液(2)と反応しない材
料、例えば、カーボン、タングステン、シリコンカーバ
イトの群から選ばれた導電性の材料または石英、窒化ホ
ウソ、アルミナの群から選ばれた絶縁性の材料であるこ
とが好ましい。また、前記のソース(3)の形状は、前
記の結晶引き上げ手段(6)の中心軸を囲む筒状をなし
ていてもよい。
【0010】
【作用】成長する結晶と融液中に補給されるソースとが
スリットを有する隔壁によって離隔されているので、融
液中に融解したソースは直ちに結晶近傍の融液に供給さ
れず、スリットを介してゆっくり供給されるため、結晶
近傍の融液の過冷却度の増加が防止される。その結果、
結晶径が急激に変動することが防止され、欠陥のない3
元化合物半導体結晶が成長する。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の二つの実施
例に係る引き上げ成長方法及び装置について説明する。
【0012】第1実施例 図1に引き上げ成長装置の縦断面図を示し、図2にその
平面図を示す。図1・2において、1はるつぼであり、
2は融液であり、3は融液に補給されるソースであり、
4はソースを融液中に送入するソース送入手段であり、
5は種結晶であり、6は種結晶5を融液2に浸漬して引
き上げる結晶引き上げ手段であり、7は成長する結晶で
あり、8は結晶7とソース3とを離隔する隔壁であり、
少なくとも1箇所にスリット9が形成され、ロッド10に
よって上下に移動可能である。
【0013】内径100mmのるつぼ1にGaAs11
1.222gとInAs91.333gとを入れ、炉の
温度を1380℃に加熱してInGaAs融液2を作製
する。ロッド10に固定された内径60mmの隔壁8を図
1に示す位置まで降下し、融液2を外側融液21と内側融
液22とに分離する。
【0014】次に、炉の温度を1340℃まで降下し、
結晶引き上げ手段6に固定された種結晶5を内側融液22
に接触させ、炉の温度を除冷しながら結晶引き上げ手段
6を2mm/hの速度で引き上げ、結晶7の直径を徐々
に大きくする。結晶7の直径が50mmに到達したら炉
の温度を一定に保ち、ソース送入手段4に固定されたG
aAsソース3を外側融液21に接触させる。接触後、G
aAsソース3を2.881g/hの速度で外側融液21
中に降下することによりGaAsを融液中に補給する。
結晶7の直径が50mmであり、引き上げ速度が2mm
/hである場合には、GaAsソース3を2.881g
/hの速度で融液中に補給すれば、融液の組成は一定と
なり変動しない。この状態を維持して20時間成長する
ことにより、直径50mm、長さ40mmのInX Ga
1-X Asを成長することができた。成長した結晶の成長
長さ方向の組成比Xは、図6に示すように、X=0.0
5とほゞ一定であった。
【0015】なお、GaAsソース3を融液2中に降下
させることによってGaAsソース3を融液中に融解さ
せるときに、ソース送入手段4と隔壁8に固定されたロ
ッド10との間に電流を流してGaAsソース3の温度を
上昇させるようにすれば、GaAsソース3の融解をよ
り確実にすることができる。
【0016】第2実施例 図3に、引き上げ成長装置の縦断面図を示し、図4にそ
の平面図を示す。図1・図2で示したものと同一のもの
は同一記号で示してあり、11は筒状の隔壁8に設けられ
た底板であり、底板11の結晶引き上げ手段6の中心軸上
の位置にスリット12が形成されている。なお、スリット
12は結晶引き上げ手段6の中心軸上を含む複数個所に形
成してもよく、上記いずれの場合にも、第1実施例と同
様に均一な組成を有するInGaAs結晶を成長するこ
とができた。
【0017】なお、図3に記号13をもって示すように、
57.62gのGaAsソースを外側融液21上に浮かす
ような状態で一度に供給することにより、GaAsソー
スの送入手段4を有しない装置においても同一径の均一
な組成を有するInGaAs結晶を成長することができ
た。
【0018】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る引き
上げ成長方法及び装置においては、成長する結晶と枯渇
する元素を補給するソースとの間に隔壁を設け、この隔
壁に設けられたスリットを介して枯渇する元素を結晶近
傍の融液に供給することによって、結晶近傍の融液の過
冷却度の上昇が防止されるので、成長する結晶の径の急
激な変動及び欠陥の発生が防止され、均一径の良質な3
元化合物半導体結晶を引き上げ成長することが可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る引き上げ成長装置の縦断面図であ
る(第1実施例)。
【図2】本発明に係る引き上げ成長装置の平面図である
(第1実施例)。
【図3】本発明に係る引き上げ成長装置の縦断面図であ
る(第2実施例)。
【図4】本発明に係る引き上げ成長装置の平面図である
(第2実施例)。
【図5】従来技術に係る引き上げ成長装置の縦断面図で
ある。
【図6】成長したInX Ga1-X Asの成長方向におけ
る組成比Xの測定値を示すグラフである。
【符号の説明】
1 るつぼ 2 融液 21 外側融液 22 内側融液 3・13 ソース 4 ソース送入手段 5 種結晶 6 結晶引き上げ手段 7 結晶 8 隔壁 9・12 スリット 10 ロッド 11 底板
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−305089(JP,A) 特開 平5−85877(JP,A) 特開 平1−242481(JP,A) 特開 平5−139885(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C30B 1/00 - 35/00

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 元素Aと元素Bと元素Cとよりなる3元
    融液(2)中に、前記元素Aと元素Bと元素Cとのうち
    のいずれかの元素よりなる化合物半導体のソース(3)
    を浸漬することにより該元素を補給しながら、前記融液
    (2)中に浸漬した種結晶(5)を引き上げて元素Aと
    元素Bと元素Cとよりなる3元化合物半導体結晶(7)
    を引き上げ成長する引き上げ成長方法において、 前記融液に浸漬した結晶(7)及びソース(3)との間
    に少なくとも1つのスリット(9)を有する隔壁(8)
    を設け、該隔壁(8)に設けられた前記スリット(9)
    を介して前記ソース(3)より前記元素を前記結晶
    (7)近傍の融液に補給することを特徴とする引き上げ
    成長方法。
  2. 【請求項2】 前記ソース(3)を複数個所において前
    記融液(2)中に浸漬することを特徴とする請求項1記
    載の引き上げ成長方法。
  3. 【請求項3】 前記ソース(3)に電流を流すことを特
    徴とする請求項1、または、2記載の引き上げ成長方
    法。
  4. 【請求項4】 元素Aと元素Bと元素Cとよりなる3元
    融液(2)が注入されるるつぼ(1)と、種結晶(5)
    を保持して前記融液(2)に浸漬し結晶(7)を引き上
    げ成長する結晶引き上げ手段(6)と融液(2)中で枯
    渇する元素を補給するソース(3)を送入するソース送
    入手段(4)とを有する引き上げ成長装置において、 前記るつぼ(1)内に前記成長する結晶(7)と前記補
    給するソース(3)とを離隔する筒状の隔壁(8)が設
    けられ、該隔壁(8)に少なくとも1つのスリット
    (9)が形成されてなることを特徴とする引き上げ成長
    装置。
  5. 【請求項5】 前記筒状の隔壁(8)には底板(11)が
    付設され、該底板(11)の前記結晶引き上げ手段(6)
    の中心軸上を含む少なくとも1個所にスリット(12)が
    形成されてなることを特徴とする請求項4記載の引き上
    げ成長装置。
  6. 【請求項6】 前記隔壁(8・11)の材料は前記元素A
    と元素Bと元素Cとよりなる3元融液(2)と反応しな
    い材料であることを特徴とする請求項4、または、5記
    載の引き上げ成長装置。
  7. 【請求項7】 前記隔壁(8・11)の材料は、カーボ
    ン、タングステン、シリコンカーバイトの群から選ばれ
    た導電性の材料または石英、窒化ホウソ、アルミナの群
    から選ばれた絶縁性の材料よりなることを特徴とする請
    求項4、5、または、6記載の引き上げ成長装置。
  8. 【請求項8】 前記ソース(3)の形状は、前記結晶引
    き上げ手段(6)の中心軸を囲む筒状をなすことを特徴
    とする請求項4、5、6、または、7記載の引き上げ成
    長装置。
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