JPH01179794A - Liquid phase growth method for crystal of ga-al-as - Google Patents

Liquid phase growth method for crystal of ga-al-as

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JPH01179794A
JPH01179794A JP76488A JP76488A JPH01179794A JP H01179794 A JPH01179794 A JP H01179794A JP 76488 A JP76488 A JP 76488A JP 76488 A JP76488 A JP 76488A JP H01179794 A JPH01179794 A JP H01179794A
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gaas
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高橋 香
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Abstract

PURPOSE:To easily obtain a Ga1-xAlxAs crystal having a desired compsn. in liquid phase growth of the Ga1-xAlxAs crystal by a temp. difference method by determining the weight ratio of Al and Ga-As to be dissolved in a Ga solvent and the growth temp. by using the specific relation. CONSTITUTION:The following method is adopted in the liquid phase growth method of the Ga-Al-As crystal by the temp. difference method of providing a temp. difference to the melt prepd. by dissolving the Al and GaAs in the Ga solvent and bringing a substrate into contact with the low temp. part of this melt to grow the Ga-Al-As crystal: The weight ratio [Al]/[Ga-As]=y of the Al and GaAs to be dissolved in the Ga solvent and the growth temp. T( deg.C) are determined in accordance with the equation: x=A.T+B.log(y)+(C)(A =0.00343, B=0.64, C=-1.82) from the compsn. (x) of the desired Ga1-xAlxAs crystal and the melt is prepd., then the crystal growth is executed. The compsn. of the solute is determined in accordance with the growth temp. and the quantity of the solute is preferably determined in accordance with the temp. higher by 40-70 deg.C than the growth temp.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はGaAlAsの結晶成長に関し、特に溶質を溶
解したメルト内に一定の温度差を設け、高温部より低温
部に連続的に溶質を搬送して低温部で結晶を成長させる
温度差法によるGaAlAsの液相エピタキシャル結晶
成長に関する。
Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention relates to crystal growth of GaAlAs, and in particular, to create a certain temperature difference in a melt in which a solute is dissolved, and to continuously transport the solute from a high temperature area to a low temperature area. This invention relates to liquid phase epitaxial crystal growth of GaAlAs by a temperature difference method in which crystals are grown in a low temperature region.

[従来の技術] aa、−xAtxAsは結晶中の組成X(^1^Sの割
合)を変えることにより、そのバンドギャップエネルギ
を1.43eVから2.16eVまで変えることができ
る混晶半導体である。そのためGa1. Al、^Sは
赤外光から可視光までの発光ダイオド(LED)の材料
として広く用いられている1例えば、波長660nlの
赤色LEDを得るには1発光層のp−Ga1−x^1x
ASのXを約0.35.波長780 nlのLEDを得
るにはXを約0.15.波長850nnの赤外LEDを
得るにはXを約0.01とすればよい、したがって。
[Prior art] aa, -xAtxAs is a mixed crystal semiconductor whose band gap energy can be changed from 1.43 eV to 2.16 eV by changing the composition X (proportion of ^1^S) in the crystal. . Therefore, Ga1. Al, ^S is widely used as a material for light emitting diodes (LEDs) that emit light from infrared light to visible light. For example, to obtain a red LED with a wavelength of 660 nl, one light emitting layer of p-Ga1-x^1x is used.
X of AS is about 0.35. To obtain an LED with a wavelength of 780 nl, set X to approximately 0.15. To obtain an infrared LED with a wavelength of 850 nn, X should be approximately 0.01, therefore.

GaAlAsのLEDにおいては、目的とする発光波長
に応じてp−Ga   Al  AsのXが決められる
。 n−Ga1−1−×  × Al  AsのXも一定でなく、目的とする発光波長x
× に応じて決められる。 n−Ga1. AlxAsのX
は、叶Ga1.^1xAsq光層に電子や正孔を閉じ込
めておくため、あるいは、 p−Ga1−xAtxAs
層での発光を吸収せず有効に結晶外まで導くために必要
な値が選ばれる。たとえば、 p−Ga1.AlxAs
のXが0.35の場合、 n−Ga、−xAtxAsの
Xは0.6−0.85に選ばれる。
In a GaAlAs LED, X of p-GaAlAs is determined depending on the target emission wavelength. n-Ga1-1-× × X of Al As is also not constant, and the target emission wavelength x
It can be determined depending on ×. n-Ga1. X of AlxAs
is Kano Ga1. ^1xAsq To confine electrons and holes in the optical layer, or p-Ga1-xAtxAs
A value is selected that is necessary to effectively guide light emitted from the layer to the outside of the crystal without absorbing it. For example, p-Ga1. AlxAs
When the X of n-Ga, -xAtxAs is selected to be 0.6-0.85.

LEDの活性領域は通常基板結晶上にエピタキシャル成
長を行うことによって作られる。基板結晶としては、高
価でなく大口径で結晶性の良いものが得られることが望
ましい、 Ga1−x^I、 As混晶は組成Xの全域
にわたり、 GaAs結晶との格子不整合が少ない、そ
こで、大口径で良質の結晶が得られるGaAsの基板上
に良質のGa1.AlxAsをエピタキシャル成長する
ことができる。これらの理由によりGaAlAsは現在
赤外光から赤色光まで高輝度高出力の発光ダイオードと
して多く用いられている。
The active region of an LED is usually made by epitaxial growth on a substrate crystal. As a substrate crystal, it is desirable to obtain one that is not expensive, has a large diameter, and has good crystallinity.The Ga1-x^I,As mixed crystal covers the entire range of composition X, and has little lattice mismatch with the GaAs crystal, so , a high-quality Ga1. AlxAs can be epitaxially grown. For these reasons, GaAlAs is currently widely used as a light emitting diode with high brightness and high output from infrared light to red light.

このような発光デバイスとしてGa1−xAtxAsを
用いるとき1発光波長、外部発光効率等の点から組成X
を制御することは重要な課題である。
When using Ga1-xAtxAs as such a light emitting device, the composition
Controlling this is an important issue.

液相結晶成長法として徐冷法や温度差法等が知られてい
る。徐冷法は、メルトを徐々に冷却して結晶化させる方
法である。
A slow cooling method, a temperature difference method, and the like are known as liquid phase crystal growth methods. The slow cooling method is a method in which the melt is gradually cooled and crystallized.

温度差法は一定の温度差(ないし温度勾配)を持つ高温
部低温部を形成し、高温部から原料を供給して低温部で
結晶を析出させる方法であり、溶液(メルト)内に温度
差を設け、高温部で溶質を溶解(供給)シ、温度勾配と
拡散によって低温部に輸送し、低温部で過飽和溶液から
溶質を析出させる方法をさす、すなわち、温度差法液相
結晶成長では、徐冷法のように温度を徐々に下げるので
はなく、一定温度で成長がおこなわれるため、温度変化
による結晶欠陥の発生や結晶組成や不純物濃度の変動が
少ない、また連続して多数枚成長できる。 GaAlA
S系結晶の場合、グラファイトからなるメルト槽にGa
溶液からなるメルトを入れ、80〇℃−1000℃、好
ましくは850℃−950℃で10℃−60℃の温度差
を設けて結晶成長を行う、この方法により1特性、の優
れた発光ダイオードやレーザー等が製作されている。
The temperature difference method is a method in which a high temperature part and a low temperature part are formed with a certain temperature difference (or temperature gradient), and raw materials are supplied from the high temperature part and crystals are precipitated in the low temperature part. Temperature difference method liquid phase crystal growth refers to a method in which the solute is dissolved (supplied) in a high temperature section, transported to a low temperature section by temperature gradient and diffusion, and then precipitated from a supersaturated solution in the low temperature section. Because growth is performed at a constant temperature rather than gradually lowering the temperature as in the slow cooling method, there are fewer crystal defects and fluctuations in crystal composition and impurity concentration due to temperature changes, and large numbers of sheets can be grown continuously. GaAlA
In the case of S-based crystals, Ga is placed in a melt bath made of graphite.
A melt consisting of a solution is introduced and crystal growth is performed at 800°C to 1000°C, preferably 850°C to 950°C, with a temperature difference of 10°C to 60°C. By this method, a light emitting diode with an excellent characteristic of 1. Lasers etc. are being manufactured.

[発明が解決しようとする問題点] メルトから混晶結晶を析出させる場合、メルトの溶質の
組成と成長結晶の組成Xとは一般的に等しくない。
[Problems to be Solved by the Invention] When a mixed crystal is precipitated from a melt, the solute composition of the melt and the composition X of the growing crystal are generally not equal.

ところが、温度差法によるGa1−xAtxAsの液相
結晶成長においては、メルト組成と結晶組成との間に明
確な関係か見出だされておらず、希望する結晶組成Xを
えようとすると多数の実験を繰り返さなければならなか
った。
However, in the liquid phase crystal growth of Ga1-xAtxAs by the temperature difference method, no clear relationship has been found between the melt composition and the crystal composition, and when trying to obtain the desired crystal composition The experiment had to be repeated.

本発明の目的は、希望する組成XのGa1−xAtxA
s結晶が容易に得られる結晶成長技術を提供することで
ある。
The object of the present invention is to obtain Ga1-xAtxA of desired composition X.
An object of the present invention is to provide a crystal growth technique by which s-crystals can be easily obtained.

[問題点を解決するために行った検討コ一般に液相成長
法によって成長されるGa1−x41xAS結晶の組成
Xを決定するのは、溶液(メルト)中のA1の濃度であ
る。液相エピタキシャル成長法としてひろく用いられて
いる徐冷法では1例えば1)19685YHPO8IU
Hon GaAs、 paper 12)Jap、J、
 Appl、Phys、Vol、18.no、8,19
79.p1509に示されているように、溶液中のA1
の濃度と成長するGa1−x^1xAS結晶の組成Xと
の間に一定の関係が存在することが知られている。この
関係を第2図、第3図に再現する。これらを用いて、成
長するGa1−xAlxAs結晶の組成Xと成長温度に
応じて材料であるA1およびGaAsと溶媒であるGa
の量が容易に決定できる。具体的には、以下のようにす
ればよい、所望のGa1.^1xAS結晶の組成Xとメ
ルト低温部または基板の温度である成長温度とを用いて
第2図から溶aGaにないするA1の重量比[^I] 
/[Galを得る。この[Al1 /[Galと成長温
度とを用いてAl−Ga溶液に対するGaAsの飽和溶
解度を示す第3図より溶解するGaAsの量が溶QGa
に対するGaAsの重量比[GaAs1 /[Galと
して求められる。この[Al1 /lGa1と [Ga
As] /[Galより各材料の量を秤量し成長用メル
トを形成する。
[Study carried out to solve the problem] Generally, the composition X of Ga1-x41xAS crystal grown by liquid phase growth is determined by the concentration of A1 in the solution (melt). In the slow cooling method, which is widely used as a liquid phase epitaxial growth method, for example, 1) 19685YHPO8IU
Hon GaAs, paper 12) Jap, J.
Appl, Phys, Vol, 18. no, 8, 19
79. A1 in solution as shown on p1509
It is known that a certain relationship exists between the concentration of and the composition X of the growing Ga1-x^1x AS crystal. This relationship is reproduced in FIGS. 2 and 3. Using these, the materials A1 and GaAs and the solvent Ga
The amount of can be easily determined. Specifically, the desired Ga1. Using the composition X of the ^1x AS crystal and the growth temperature, which is the temperature of the melt low-temperature part or the substrate, from Figure 2, the weight ratio of A1 in the molten GaGa [^I]
/[Get Gal. From FIG. 3, which shows the saturation solubility of GaAs in an Al-Ga solution using [Al1/[Gal and growth temperature], the amount of GaAs dissolved is
The weight ratio of GaAs to [GaAs1/[Gal] is determined as [GaAs1/[Gal]. This [Al1 /lGa1 and [Ga
As]/[Gal, the amount of each material is weighed out to form a growth melt.

本発明者らはこの徐冷法で提案された方法で材−八  
  − 料を秤量し温度差法液相エピタキシャル成長により成長
させた結晶の組成XをEf’14Aにより測定した。
The present inventors used the method proposed by this slow cooling method to
- The composition X of the crystal grown by temperature difference liquid phase epitaxial growth was measured using Ef'14A.

第4図に測定結果を示す、実線は第2図から再現しな徐
冷法の場合の成長温度900℃での[Al]/ [Ga
]とXの関係である。データプロットから明らかなよう
に組成Xとメルト中のA1とGaとの重量比[Al]/
 [Ga]との間には何ら関連性が見出だせない9この
ように温度差法液相エピタキシャル成長においては、徐
冷法におけるような重量比IAl]/ [Ga]とXと
の間の一定の関係がなく、徐冷法と同様の方法では所望
の組成XをもつG a i −x A l x A S
結晶を得ることができないことが判った。
Figure 4 shows the measurement results, and the solid line is not reproduced from Figure 2.
] and X. As is clear from the data plot, the weight ratio of composition X and A1 to Ga in the melt [Al]/
No relationship is found between [Ga] and However, in a method similar to the slow cooling method, G a i -x A l x A S with the desired composition
It turned out that it was not possible to obtain crystals.

本発明者らはさらに多くの実験を行い、温度差法液相エ
ピタキシャル結晶成長において、徐冷法とは異なる一定
の関係があることを見出だした。
The present inventors conducted many more experiments and found that there is a certain relationship in liquid phase epitaxial crystal growth using the temperature difference method, which is different from that in the slow cooling method.

この関係を利用することが温度差法による液相結晶成長
によりGaA I^S結晶を成長する際、非常に有用で
あることを確認した。
It has been confirmed that utilizing this relationship is extremely useful when growing GaA I^S crystals by liquid phase crystal growth using a temperature difference method.

[問題点を解決するための手段] 温度差法によるGa1−x Alx Asの液相結晶成
長においては、第1図に示されるような関係が成り立ち
、メルトに溶解するA1とGaAsの重量比IAl]/
[GaAs0量yと成長温度Tが、成長するGa1−x
AlxAs結晶の組成Xと一定の式で表される。すなわ
ち。
[Means for solving the problem] In the liquid phase crystal growth of Ga1-x Alx As by the temperature difference method, the relationship shown in Fig. 1 holds, and the weight ratio of A1 and GaAs dissolved in the melt IAl ]/
[GaAs0 amount y and growth temperature T are the growing Ga1-x
It is expressed by the composition X of the AlxAs crystal and a certain formula. Namely.

X  、=  A−T+B・log(y)十〇 、  
   (1)A=0.00343 、 B=0.64.
 C=−1,82゜に従ってyとTを決めればよい。
X, = A-T+B・log(y) 〇,
(1) A=0.00343, B=0.64.
It is sufficient to determine y and T according to C=-1,82°.

さらに、溶質の組成は成長温度に基づいて定め。Furthermore, the solute composition is determined based on the growth temperature.

溶質の量は成長温度より40−70℃高い温度に基づい
て定めるのが好ましい。
Preferably, the amount of solute is determined based on a temperature 40-70°C higher than the growth temperature.

[作用] 温度差法によるG a 1−x A I x A Sの
液相成長において見出だされた。(1)式で表される。
[Effect] This was discovered in the liquid phase growth of G a 1-x A I x AS by the temperature difference method. It is expressed by equation (1).

徐冷法とは異なる自然法則を利用してメルト組成y、成
長温度Tを決めるため、所望の組成XをもつGa1−x
A1xAS結晶を成長できる。
Since the melt composition y and growth temperature T are determined using natural laws different from the slow cooling method, Ga1-x with the desired composition
A1xAS crystal can be grown.

さらに、成長温度より40−70℃高い温度におけるG
5Asの飽和溶解度を求め、このGaAsの重量に相当
する上述の[Al]/[GaAs]・yに従うA1の量
を求め、メルトを準備すると連続成長に適した溶質= 
 7 − のソースを含むメルトが作れる。8定するメルト高温部
よりわずかに高温での飽和溶解度に合わせれば、高温部
において溶質が完全には溶解せず。
Furthermore, G at a temperature 40-70°C higher than the growth temperature
The saturation solubility of 5As is determined, the amount of A1 corresponding to the weight of GaAs according to the above [Al]/[GaAs]・y is determined, and a melt is prepared. A solute suitable for continuous growth =
You can make a melt containing 7- sauce. If the solute is adjusted to the saturation solubility at a temperature slightly higher than the high temperature part of the melt, the solute will not completely dissolve in the high temperature part.

エピタキシャル層の成長に伴って順次溶解する。It is sequentially dissolved as the epitaxial layer grows.

[実施例] 第5図に温度差法液相成長装置の例を概略的に示す、制
御装置50はコンピュータを内蔵し、成長装置全体の制
御を行える。入口側予備室51内には半導体基板を載せ
たスライダ53が収められており、スライダ押上げ機構
55により順次ゲートパルプ62を通って押し上げられ
る。入口側予備室51は予備加熱炉59で予熱されてい
るのが好ましい、押し上げられたスライダはスライダ駆
動機構61により成長室57内にゲートバルブ63を通
って送られる。成長室57内にはメルト槽64が設けら
れ、主ヒータ67がメルト槽64を加熱している。スラ
イダ53上の基板69はメルト槽64下部でメルトと接
触し結晶成長を行う。
[Example] FIG. 5 schematically shows an example of a temperature difference method liquid phase growth apparatus. A control device 50 has a built-in computer and can control the entire growth apparatus. A slider 53 carrying a semiconductor substrate is housed in the entrance side preliminary chamber 51, and is successively pushed up through the gate pulp 62 by the slider push-up mechanism 55. Preferably, the entrance side preliminary chamber 51 is preheated in a preliminary heating furnace 59. The pushed-up slider is sent into the growth chamber 57 through a gate valve 63 by a slider drive mechanism 61. A melt tank 64 is provided in the growth chamber 57, and the main heater 67 heats the melt tank 64. The substrate 69 on the slider 53 comes into contact with the melt at the bottom of the melt tank 64 to cause crystal growth.

結晶成長の終わった基板を載せたスライダはゲートバル
ブ73を介して成長室57の外に送られ、= 9− − 8  = スライダ受取機構77によってゲートバルブ74を介し
で出口側予備室79に収められる。各駆動機構55,6
1.77やヒータ59,67等は制御装置50によって
制御できる。制御装置5oはさらに式(1)およびその
変形式などを記憶しており、必要に応じて、各パラメー
タの算出、その結果に基づく操作者への指示表示や自動
制御などを行うことができる。
The slider carrying the substrate on which crystal growth has been completed is sent out of the growth chamber 57 via the gate valve 73, and is stored in the exit-side preliminary chamber 79 by the slider receiving mechanism 77 via the gate valve 74. It will be done. Each drive mechanism 55, 6
1.77, heaters 59, 67, etc. can be controlled by the control device 50. The control device 5o further stores Equation (1) and its modified forms, and can calculate each parameter, display instructions to the operator based on the results, perform automatic control, etc., as necessary.

第6図はメルト槽64部分の1例の拡大説明図である。FIG. 6 is an enlarged explanatory view of one example of the melt tank 64 portion.

溶媒であるGaの中に溶質のAl、 GaAsが溶解さ
れて、pメルト槽65とnメルト槽66に収容されてい
る。さらに不純物としてpメルト槽65には2nがnメ
ルト槽66にはTeが溶解されている。後から成長する
n型領域のバンドギャップをp型領域のバンドギャップ
より大きくするためnメルト槽66中のA1の量はpメ
ルト槽65のA1の量より大きくするのがよい1例えば
、赤色発光のaal、 AtxAs発光ダイオードをえ
るには、 AlAsの組成割合Xをp型領域で約0.3
5. n型領域で約0゜6−0.85となるようにA1
とGaAs0量を決める1両メー  10  = ルト槽65.6e内には図中右に示すような垂直方向の
温度差が設定される。たとえば、850℃−950℃の
温度で温度差を10℃−60℃設ける。溶質を連続的に
供給するには高温部であるメルト上部に溶質を浮かせて
おくか溶質収容部を作ってメルトと接触させてもよい、
溶質は高温部で飽和溶解度まで溶解し、温度勾配と拡散
で低温部に輸送される。
Solutes Al and GaAs are dissolved in Ga, which is a solvent, and stored in a p-melt tank 65 and an n-melt tank 66. Further, as impurities, 2n is dissolved in the p-melt tank 65 and Te is dissolved in the n-melt tank 66. In order to make the band gap of the n-type region to be grown later larger than that of the p-type region, it is preferable that the amount of A1 in the n-melt tank 66 be larger than the amount of A1 in the p-melt tank 651. To obtain an aal, AtxAs light emitting diode, the AlAs composition ratio X should be approximately 0.3 in the p-type region.
5. A1 so that it is approximately 0°6-0.85 in the n-type region
A temperature difference in the vertical direction is set in the root tank 65.6e as shown on the right side of the figure. For example, a temperature difference of 10°C to 60°C is provided at a temperature of 850°C to 950°C. In order to continuously supply the solute, the solute may be floated above the melt, which is a high-temperature part, or a solute containing part may be created and brought into contact with the melt.
The solute dissolves to saturation solubility in the high temperature region and is transported to the low temperature region by the temperature gradient and diffusion.

通常溶解度は温度と共に増加するので、低温部では過飽
和溶液となって析出できる状態となる。このようなメル
ト低温部へ基板を順次接触させる。
Since the solubility usually increases with temperature, it becomes a supersaturated solution in a low temperature region, and is in a state where it can be precipitated. The substrates are sequentially brought into contact with such melt low temperature parts.

たとえば、成長時間約60分で50−60μmの成長層
かえられる。 第7図は温度と時間との関係を示す1図
から判るように温度分布は一定に保たれる。
For example, a growth layer of 50-60 μm can be changed in about 60 minutes of growth time. As can be seen from FIG. 7, which shows the relationship between temperature and time, the temperature distribution is kept constant.

初め1番目の基板がpメルトの下に接し、p型層を成長
させる、次にスライダを郡動させて1番目の基板がnメ
ルトの下に接し、2番目の基板がpメルトの下に接する
ようにする。そこで、それぞれの成長層を形成する。こ
れで1番目の基板上には下にP型層、上にn型層が成長
され1ダイオードが形成される。この様な操作を繰り返
して多数枚の基板上にエピタキシャル成長を行う、成長
結晶層の組成を光励起スペクトル等により、成長システ
ムから基板を出すことなく1モニタし、結果を制御装置
50を介してフィードバックしてもよい。
At first, the first substrate is in contact with the bottom of the p-melt, and a p-type layer is grown, then the slider is moved so that the first substrate is in contact with the bottom of the n-melt, and the second substrate is in contact with the bottom of the p-melt. make contact with them. Therefore, respective growth layers are formed. Now, on the first substrate, a P-type layer is grown on the bottom and an N-type layer is grown on top, forming one diode. Such operations are repeated to perform epitaxial growth on a large number of substrates, and the composition of the grown crystal layer is monitored using optical excitation spectra, etc., without removing the substrates from the growth system, and the results are fed back via the control device 50. You can.

次に、pflln側にそれぞれ電極をっけ1分離裁断し
て高輝度Ga1−x^1xAs発光ダイオード(LED
)を得る。
Next, an electrode was placed on each pflln side and cut into 1 section to form a high-brightness Ga1-x^1xAs light emitting diode (LED).
).

pメルト、nメルトの準備について以下に説明する。The preparation of p-melt and n-melt will be explained below.

成長すべきGa1−xAlxAsエピタキシャル層につ
いて所望の組成Xが決まっているものとしてGa溶媒に
溶解するA1とGaAsの重量比[Al]/[GaAs
]−yまなは成長温度T”C(基板結晶の温度あるいは
メルトの低温側の温度)を以下の式から決定する。
Assuming that the desired composition
]-y Mana determines the growth temperature T''C (temperature of the substrate crystal or temperature on the low temperature side of the melt) from the following equation.

x=A−T十B −l og(V) 十〇     (
1)A=0.00343  、B=0.64   、C
=−1,82これにより成長温度Tと溶質の重量比yと
が定められる、たとえば、成長温度T=900(’C)
の場合は。
x=A−T×B−l og(V)×(
1) A=0.00343, B=0.64, C
=-1,82 This determines the growth temperature T and the solute weight ratio y. For example, growth temperature T = 900 ('C)
In the case of.

x= 0.00343x900 +0.64100(3
’)  1.82−’−y =0.011  eXD(
3,6x )に従って、溶質の重量比yを求めればよい
x= 0.00343x900 +0.64100(3
') 1.82-'-y =0.011 eXD(
3,6x), the weight ratio y of the solute can be determined.

次ぎに成長温度より40−70℃高い温度、たとえば成
長温度より約60℃高い温度におけるA1−Ga溶液に
対するGaAsの溶解度と上に求めた[A1]/[Ga
As]とから[GaAs] /[Ga]、 [Al]/
[Ga]を決定できる。なお、 Ga溶媒に溶解するA
1とGaAsの重量比[A l ]/ [GaAs1=
Vは0.015−0.3が好ましい。
Next, the solubility of GaAs in the A1-Ga solution at a temperature 40-70°C higher than the growth temperature, for example, about 60°C higher than the growth temperature, and the [A1]/[Ga
As] and [GaAs] / [Ga], [Al] /
[Ga] can be determined. In addition, A dissolved in Ga solvent
1 and GaAs weight ratio [A l ]/[GaAs1=
V is preferably 0.015-0.3.

−旦作成したメルトから成長させる結晶の組成Xを変更
調整する場合は制御装置5oを介して成長温度Tを制御
すればよい。
- When changing and adjusting the composition X of the crystal grown from the previously created melt, the growth temperature T may be controlled via the control device 5o.

この結晶成長法の基礎をなすデータを以下に説明する。The data underlying this crystal growth method are explained below.

第1図がまとめたデータを示す、以下要素を分けて説明
する。
Figure 1 shows the summarized data, and the following elements will be explained separately.

第8図はメルトに溶解するA1とGaAsとの重量比[
^1]/[GaAs1=yと温度差法液相エピタキシャ
ル成長により成長温度900℃で得られなGl、、^1
xAs結晶の組成Xとの関係の例を示す実験データのプ
ロットである。この関係は次の式により近似できる。
Figure 8 shows the weight ratio of A1 and GaAs dissolved in the melt [
^1]/[GaAs1=y and Gl, which cannot be obtained at a growth temperature of 900°C by temperature difference method liquid phase epitaxial growth, ^1
2 is a plot of experimental data showing an example of the relationship with the composition X of xAs crystal. This relationship can be approximated by the following equation.

X=α・+oa(y)十β±10%        (
2)α=0.64 、  β=1.27 。
X=α・+oa(y) 1β±10% (
2) α=0.64, β=1.27.

O≦x<0.1及び0.85<x≦1.0の範囲では、
破線のようにこの式の関係から外れてくる。しかしこの
範囲内であっても、希望する組成Xの結晶を得るのに必
要な溶質の重量比[Al]/[GaAs] =yを予想
することは比較的容易である。
In the range of O≦x<0.1 and 0.85<x≦1.0,
As shown by the broken line, the relationship deviates from this equation. However, even within this range, it is relatively easy to predict the solute weight ratio [Al]/[GaAs] = y necessary to obtain a crystal with the desired composition X.

第9図は第8図の結晶中の組成Xを求めるために測定さ
れなEPHAのデータで、成長厚み方向のXの分布を示
している。
FIG. 9 shows EPHA data measured to determine the composition X in the crystal shown in FIG. 8, and shows the distribution of X in the growth thickness direction.

第10図はEPHAにより測定したGa1. AtxA
s結晶の組成Xと成長温度T’C(基板結晶の温度ある
いはメルトの低温部の温度)との関係を示す実験データ
プロットであり、メルトに溶解するA1とGaAsの重
量比[Al ]/ [GaAs1= yをパラメータと
して示したものである。  Al とGaAsの重量比
[Al]/[GaAs]・yの各値においてXの成長温
度依存性はほぼ一定であり、これらの関係は次の式で近
似できる。
FIG. 10 shows Ga1. measured by EPHA. AtxA
This is an experimental data plot showing the relationship between the composition X of the s crystal and the growth temperature T'C (the temperature of the substrate crystal or the temperature of the low temperature part of the melt), and the weight ratio of A1 and GaAs dissolved in the melt [Al]/[ GaAs1=y is shown as a parameter. The growth temperature dependence of X is almost constant at each value of the weight ratio [Al]/[GaAs]·y of Al and GaAs, and these relationships can be approximated by the following equation.

X−γ・T+δ                (3
)γ=0.00343    δ=−2,6〜 −2,
9第8図および第10図をまとめて1組成X(^1^S
の割合)をZ軸に、成長温度T (’C)をX軸に。
X-γ・T+δ (3
) γ=0.00343 δ=-2,6~-2,
9 Figures 8 and 10 are combined into one composition X (^1^S
) is on the Z axis, and the growth temperature T ('C) is on the X axis.

溶質の重量比[Al]/[GaAs]・yをy軸に表し
たのが第1図である。
FIG. 1 shows the solute weight ratio [Al]/[GaAs]·y expressed on the y-axis.

温度差法によるGa1−x^1xAsの液相結晶成長で
は、第1図に示したように、成長結晶の組成Xが成長温
度H’C)と溶質の重量比y−[Al]/[GaAs]
とで決定され、この関係を用いて成長条件を決めること
ができる。第1図の関係は1次式で表すことができる。
In the liquid phase crystal growth of Ga1-x^1xAs by the temperature difference method, as shown in Figure 1, the composition X of the growing crystal is the growth temperature H'C) and the solute weight ratio y-[Al]/[GaAs ]
This relationship can be used to determine growth conditions. The relationship shown in FIG. 1 can be expressed by a linear equation.

x=A −T十B ・l0Q(y) +C(1)A=0
.00343 、 B−0,64,C−−1,82従っ
て成長温度T(’C)とメルトに溶解される^1とGa
Asの重量比[Al]/[GaAs]−Vは希望するG
a1゜^s  Alの組成Xと式(1)とから求めるこ
とができる。
x=A −T×B ・l0Q(y) +C(1)A=0
.. 00343, B-0,64, C--1,82 Therefore, the growth temperature T ('C) and the ^1 and Ga dissolved in the melt
The weight ratio of As [Al]/[GaAs]-V is the desired G
a1゜^s It can be determined from the composition X of Al and formula (1).

以上、メルトの低温部で行われる結晶成長について検討
した。温度差法によるメルト内には温度分布が存在し、
素材であるAl、 GaAsは高温部で溶解する。
The above discussion has been about crystal growth that takes place in the low-temperature part of the melt. There is a temperature distribution within the melt using the temperature difference method,
The materials Al and GaAs melt at high temperatures.

温度差法においては、多数枚の基板上への連続成長が可
能であるから、成長中のメルトは成長素材(^l 、 
GaAs)が完全に溶解した状態ではなく。
In the temperature difference method, continuous growth on multiple substrates is possible, so the growing melt is the growing material (^l,
GaAs) is not completely dissolved.

メルトを飽和溶液の状態に保つのに必要な量に加えて、
必要枚数成長させられるだけの量の成長素材(完全には
溶解していない)を含むことが望ましい、しかしこの余
分の成長素材が多すぎると。
In addition to the amount necessary to keep the melt in a saturated solution,
It is desirable to contain enough growth material (not completely dissolved) to grow the required number of sheets, but if this excess growth material is too much.

メルトの全体にわたり成長素材が微結晶として存在し、
−度溶解した成長素材が微結晶を核としてその上に析出
し、必要な基板上への析出、成長を妨げることが起こる
。このようなことから成長温度より40−70℃高い温
度における溶解度から溶質の量を定めるのが好ましい。
The growth material is present as microcrystals throughout the melt;
- The dissolved growth material precipitates on the microcrystals as nuclei, which may hinder the necessary precipitation and growth on the substrate. For this reason, it is preferable to determine the amount of solute based on the solubility at a temperature 40 to 70° C. higher than the growth temperature.

たとえば、基板の温度が約900℃でありメルトに1o
−so℃の温度差がつけらるとして、高温部分よりわず
かに高い温度たとえば、約960℃で完全に溶解し、こ
れ以下では完全には溶解しない状態におく、すなわち、
成長温度が900℃であるとして、メルトに溶解する^
1とGaAsの重量比y=[^1]/[GaAs]を希
望するaal、 AtxAs結晶の組成X (好ましく
は0.1≦X≦0.85 )と成長温度Tから式(1)
を用いて計算にて決定する3次に第3図において等[^
1]、/ [GaAs]線(破線)と960℃での[G
aAs1 /[Gal対[Al]/[Gal線(実線)
との交点のy値より[GaAs]/ [Galを求める
。この[GaAs]/ [Galと[八II/[Gal
およびGaの総量より、溶媒Gaに対する各材料の量を
算出する。このように求めた溶質の量は、960℃では
完全に溶ける。つまり基板の温度が900℃でメルトに
10−50℃の温度差をつけているから、基板温度(9
00℃士温度差(50℃)十αの温度(960℃)では
完全に溶解するが、これ以下では完全には溶解しない、
これによって溶質のソースが確保される。
For example, if the temperature of the substrate is about 900℃ and the melt is 1o
Assuming a temperature difference of -so°C, for example, it will completely melt at a temperature slightly higher than the high temperature part, for example, about 960°C, and will not completely melt below this temperature, i.e.
Assuming the growth temperature is 900℃, it will dissolve in the melt ^
From the desired aal, Atx As crystal weight ratio y=[^1]/[GaAs] and the growth temperature T, the composition
In Figure 3, the cubic order determined by calculation using [^
1], / [GaAs] line (dashed line) and [G at 960°C
aAs1 / [Gal vs. [Al] / [Gal line (solid line)
Find [GaAs]/[Gal from the y value of the intersection with This [GaAs]/[Gal and [8II/[Gal
The amount of each material relative to the solvent Ga is calculated from the total amount of Ga. The amount of solute determined in this way completely dissolves at 960°C. In other words, since the substrate temperature is 900℃ and the melt has a temperature difference of 10-50℃, the substrate temperature (900℃)
It completely dissolves at a temperature (960 degrees Celsius) of 10 degrees Celsius and 00 degrees Celsius temperature difference (50 degrees Celsius), but it does not completely dissolve below this temperature.
This ensures a source of solutes.

この方法で得られた各材料(GaAs、Ga、Al)を
含むメルトを用いて約900℃で温度差10−50℃で
結晶成長させると、希望するXから1士約10%以内の
組成XをもっGa、、 AtxAs結晶が得られる。
When a crystal is grown using a melt containing each material (GaAs, Ga, Al) obtained by this method at about 900°C with a temperature difference of 10-50°C, the composition Ga, AtxAs crystals are obtained.

同一メルトを用いて成長結晶の組成Xを修正しない場合
、制御装置50に現在の組成Xと修正後の組成Xとを入
力し、修正すべき成長温度の変化を求め、ヒータを自動
調整することもできる。
If the composition X of the grown crystal is not corrected using the same melt, the current composition X and the corrected composition X are input to the control device 50, the change in the growth temperature to be corrected is determined, and the heater is automatically adjusted. You can also do it.

[発明の効果] 温度差法においては、成長中の基板付近のメルトの温度
を正確に測定することは容易ではなく。
[Effects of the Invention] In the temperature difference method, it is not easy to accurately measure the temperature of the melt near the growing substrate.

また温度差をつけるため局部ヒータや冷却気体を用いる
ため炉体の温度のみからも成長温度を正確に求めること
は困蛇である。また成長システムごとにもバラツキがあ
り、従って正確に希望する組成Xに合わせるには、繰り
返し [GaAs1/[Galや[八1]/[GaAs
]等を調節しなければならなかった1本発明の方法では
士約10%以内で正確な組成XをもつGa1−x^1x
As結晶が得られる。多くの時間と労力や高価な材料を
節約することができ、非常に有用である。
Furthermore, since local heaters and cooling gas are used to create temperature differences, it is difficult to accurately determine the growth temperature from only the temperature of the furnace body. In addition, there are variations in each growth system, so in order to precisely match the desired composition
] etc. 1 The method of the present invention has to adjust Ga1-x^1x with accurate composition X within about 10%.
As crystals are obtained. It can save a lot of time and effort and expensive materials, which is very useful.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による温度差法液相結晶成長での各パラ
メータ間の関係を示すグラフ、第2図は徐冷法による結
晶組成X対メルト中の溶質^1対Gaの重量比IAl]
/[Ga]の関係を示すグラフ、第3図はGa−Al温
溶液おけるGaAsの飽和溶解度を示すグラフ、第4図
は結晶中の組成X対メルト中のA1とGaの重量比[^
1]/[Ga]の関係において徐冷法と温度差法とを対
比するグラフ、第5図は温度差法による液相結晶成長装
置の概略図、第6図は第5図の部分拡大図、第7図は成
長操作を説明する温度対時間のグラフ、第8図は温度差
法における組成X対メルト中の[Al]/[GaAs]
重量比のグラフ、第9図はEPH^の測定データ、第1
0図は[Al]/[GaAs]重量比をパラメータとし
た組成X対成長温度Tの関係を示すグラフである。 符号の説明 50      コンピュータ内蔵の制御装置64、6
5.66  メルト槽 53      スライダ 69      基板 IP      1枚目基板上のP型層IN     
 1枚目基板上のn型層2P      2枚目基板上
のP型層28     2枚目基板上のn型層
Fig. 1 is a graph showing the relationship between each parameter in the temperature difference method liquid phase crystal growth according to the present invention, and Fig. 2 is a graph showing the relationship between each parameter in the temperature difference method liquid phase crystal growth according to the present invention.
/[Ga], Figure 3 is a graph showing the saturation solubility of GaAs in a Ga-Al hot solution, and Figure 4 is a graph showing the composition X in the crystal versus the weight ratio of A1 and Ga in the melt [^
1]/[Ga], a graph comparing the slow cooling method and the temperature difference method. Figure 5 is a schematic diagram of a liquid phase crystal growth apparatus using the temperature difference method. Figure 6 is a partially enlarged view of Figure 5. Figure 7 is a graph of temperature versus time to explain the growth operation, and Figure 8 is a graph of composition X versus [Al]/[GaAs] in the melt in the temperature difference method.
Weight ratio graph, Figure 9 is EPH^ measurement data, 1st
FIG. 0 is a graph showing the relationship between composition X and growth temperature T using the [Al]/[GaAs] weight ratio as a parameter. Explanation of symbols 50 Control device 64, 6 with built-in computer
5.66 Melt tank 53 Slider 69 Substrate IP P-type layer IN on the first substrate
N-type layer 2P on the first substrate P-type layer 28 on the second substrate N-type layer on the second substrate

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)、AlとGaAsをGa溶媒に溶解したメルトに
温度差をつけ、このメルトの低温部に基板を接触させて
GaAlAs結晶を成長させる温度差法によるGaAl
Asの液相の結晶成長方法においてGa溶媒に溶解する
AlとGaAsの重量比[Al]/[GaAs]=yと
成長温度T℃とを希望するGa_1_−_xAl_xA
S結晶の組成xと x=A・T+B・10g(y)+C A=0.00343、B=0.64、C=−1.82基
づいて決定し、メルトを準備して結晶成長を行うことを
特徴とするGaAlAsの液相の結晶成長方法。
(1) GaAl is produced by a temperature difference method in which a temperature difference is applied to a melt in which Al and GaAs are dissolved in a Ga solvent, and a substrate is brought into contact with the low temperature part of this melt to grow GaAlAs crystals.
Ga_1_-_xAl_xA desired weight ratio of Al and GaAs dissolved in Ga solvent [Al]/[GaAs]=y and growth temperature T°C in a liquid phase crystal growth method of As
Determine the composition of the S crystal based on x and x = A・T+B・10g(y)+C A=0.00343, B=0.64, C=-1.82, prepare the melt, and grow the crystal. A method for growing GaAlAs liquid phase crystals, characterized by:
(2)、特許請求の範囲第1項記載のGaAlAsの液
相の結晶成長方法において、成長温度Tより40ないし
70℃高い温度におけるAl−Ga溶液に対するGaA
sの溶解度と求めた[Al]/[GaAs]=yとから
GaAsとGaの重量比[GaAs]/[Ga]を決定
し、メルトを準備して結晶成長を行うことを特徴とする
GaAlAsの液相の結晶成長方法。
(2) In the GaAlAs liquid phase crystal growth method according to claim 1, the GaAlAs in an Al-Ga solution at a temperature 40 to 70° C. higher than the growth temperature T.
A method of producing GaAlAs characterized by determining the weight ratio [GaAs]/[Ga] of GaAs and Ga from the solubility of s and the determined [Al]/[GaAs]=y, preparing a melt, and performing crystal growth. Liquid phase crystal growth method.
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