JPH02184592A - 結晶成長方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 結晶成長方法に係り、特に化合物半導体の結晶成長方法
に関し。

組成の均一性が高く欠陥の少ない混晶バルク結晶を成長
する方法の提供を目的とし。

回転軸上から外れた位置に種結晶を保持する基板保持部
を、核種結晶が成長溶液に浸された状態のまま該回転軸
で回転させて結晶成長を行う結晶〔産業上の利用分野〕 本発明は結晶成長方法に係り、特に化合物半導体の結晶
成長方法に関する。

光半導体デバイス、高速半導体デバイス等に用いる化合
物半導体結晶を成長するためには、その化合物半導体結
晶に格子整合する基板材料を必要とする。そして、混晶
半導体の適用範囲を拡げるために、格子定数を自由に制
御した基板材料の開発が要求されている。

このため、基板材料として、３元系以上の組成で均一性
が高く、欠陥の少ない混晶バルク結晶を成長する技術を
開発する必要がある。

〔従来の技術〕

第４図は混晶バルク結晶を成長する従来の結晶成長装置
の概念図である。

第４図において、１は種結晶、　２１はカーボンパイプ
、３は回転棒、　３１はヒータ、３２は加圧容器。

４は成長溶液、５は窒化ボロンのるつぼ、　５１はカー
ボンのるつぼ台、６はソースを表す。

成長溶液４は酸化硼素（８２０３）のフラックスで覆わ
れている。

カーボンパイプ２１を正電極、カーボンのるつぼ台５１
を負電極として成長溶液４に直流を流しながら結晶成長
を行うと、溶質元素を補給するソース６の表面にはペル
チェ熱が発生し、さらに内部にはジュール熱が発生し、
ソース６近傍の成長溶液４の加熱昇温とあいまってソー
ス６が成長溶液４に溶解して溶質元素の補給が行われる
。

ところで、３元以上の多元系の成長では、成長界面にお
ける溶質元素濃度のミクロな揺らぎのため、樹枝状（デ
ンドライト状）に結晶が成長する傾向にあり、これを防
止するために次の二通りの対策がたてられている。

（１）基板界面近傍の温度勾配を急峻にする。

（２）基板成長面を溶液に対して高速に回転する。

ところが、従来の結晶成長方法では第４図に示すように
基板面（種結晶１の結晶成長面）が水平になるように回
転棒３に取り付けられており８回転棒３を回転するとき
基板の中心部では成長溶液４に対する相対速度が小さく
、デンドライト状成長を防止する効果が小さかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、デンドライト状成長を防止する効果を上げる
ために結晶成長面に対する成長溶液の相対的流速を上げ
る方法を提供すると共に、溶質元素の補給を均一に制御
性よく行って、均一性が高く、欠陥の少ない混晶バルク
結晶を成長する方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図乃至第３図は１本発明の実施例■乃至■を説明す
るための図である。

第１図乃至第３図及び図中の符号を参照しながら、上記
課題を解決するための手段について説明する。

上記課題は２回転軸３３上から外れた位置に種結晶１１
乃至１６を保持する基板保持部２を、該種結晶１１乃至
１６が成長溶液４に浸された状態のまま該回転軸３３で
回転させて結晶成長を行う結晶成長方法によって解決さ
れる。

〔作用〕

本発明では第１図及び第２図に示すように１種結晶１１
乃至１６の結晶成長面が回転軸３３上から外れた位置に
なるように１種結晶１１乃至１６を基板保持部２に固定
している。種結晶１１乃至１６をこのように配置すると
９回転棒３を回転軸３３を中心として回転する時、成長
溶液４の種結晶に対する相対流速が大きくなる。相対流
速が大きいと、結晶成長面には次々に新しい溶質元素が
補給されてデンドライト成長が妨げられる。

この効果は種結晶の結晶成長面を回転軸から大きく隔て
るほど大きくなる。

ここで、隔たりを大きくすると大きなるつぼが必要にな
るが２種結晶の配置位置の横方向への広がりを小さく抑
えて小さなるつぼで成長溶液の種結晶に対する相対流速
を大きくするため、第１図では種結晶の結晶成長面を水
平面から傾けており。

第２図では鉛直にしている。

また、第３図に示すように、るつぼ５に結晶成長時の基
板保持部２に対向する複数の内側面を形成し、そこにソ
ース６１乃至６４と電極７１乃至７４を配置し、基板保
持部２を正電極５内側面の電極７１乃至７４を負電極と
して成長溶液４に直流を流しながら結晶成長を行えば、
ソース６１乃至６４から成長溶液４に溶解する溶質元素
は、電流と逆向きに拡散するエレクトロマイグレーショ
ンを示すので、溶質元素を制御性よく結晶成長面に補給
しながら結晶成長を持続することができる。

さらに、基板保持部２を中心にして放射状をなすように
、るつぼ５に第３図に示すよりさらに多くの内側面を形
成し、そこにソースと電極を配置すれば、結晶成長面は
基板保持部２の回転につれて３次々に新しいソース及び
電極と対向して行くので、上記の効果はさらに高まる。

なお、基板保持部２に種結晶を多数枚固定して結晶成長
を行うことにより、生産性を上げることができる。

〔実施例］ 以下１本発明の実施例について説明する。

第１図は実施例■を説明するための図であり。

第１図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ２種結晶の配置を
示す上面図とＡ−Ａ断面図であり、　１１．１２は種結
晶、２は基板保持部、３は回転棒、３３は回転軸を表す
。

種結晶ＩＬ　１２の結晶成長面を水平面から傾けて（θ
＜９０°）基板保持部２に固定した後１回転棒３を下げ
て種結晶１１．１２を成長溶液（図示せず）に浸し１回
転棒３を回転軸３３の周りに回転させながら結晶成長を
行う。

第２図は実施例■を説明するための図であり。

第２図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ２種結晶の配置を
示す上面図とＢ−Ｂ断面図であり、１３乃至１６は種結
晶、２は基板保持部、３は回転棒、３３は回転軸を表す
。

実施例■は基板保持部２に種結晶を４枚配置して固定し
た例で、結晶成長面は水平面と直交している。回転棒３
を下げて種結晶１３乃至１６を成長溶液（図示せず）に
浸し１回転棒３を回転軸３３の周りに回転させながら結
晶成長を行う。

第３図は実施例■を説明するための図であり。

第３図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、斜視図と平面図
であり、１３乃至１６は種結晶でＩｎＰ、　２はカーボ
ンの基板保持部、３は回転棒、３３は回転軸、４は成長
溶液でＩｎＧａＡｓ、　　５は窒化ポロンのるつぼ。

６１乃至６４はソースでＧａＡｓ、　７１乃至７４はカ
ーボンの電極を表す。

るつぼ５の溶液溜めには４つの内側面が形成さている。

これら４つの内側面は、基板保持部２を回転する回転軸
３３に対して４回対称をなす位置に形成されている。

各内側面にカーボンの電極７１乃至７４を配置し。

さらにその電極７１乃至７４に接してＧａＡｓのソース
６１乃至６４を配置する。

５ｍｍ角の（ＩＩＩ）面を結晶成長面とする種結晶１３
乃至１６を基板保持部２に固定する。この成長面は水平
面に垂直となるように配置される。

成長溶液４の組成は原子分率で次の如くである。

Ｇａ　：　　０．０４４ Ａｓ　：　　０．２１２ Ｉｎ　：　　０．７４４ ごの成長溶液４は８４０°Ｃで飽和している。

種結晶１３乃至１６の固定された基板保持部２を成長溶
液４中に降ろし、基板保持部２を１１００ｒｐで回転し
ながら、８３８°Ｃで成長を行う。基板保持部２を正電
極、内側面の電極７１乃至７４を負電極にして成長溶液
４に２００Ａ／ｃ４の直流を流す。

これにより、１０＋＋＋ｍ厚の均一組成を持った混晶Ｉ
ｎｏ、　ｓ＋Ｇａｏ、　４９ＡＳが得られた。成長した
単結晶に。

デンドライトの発生は見られなかった。

なお、るつぼ５の溶液溜めの形状を水平断面がほぼ円形
となるように形成し、その内側面に複数のカーボン電極
を等間隔に配置し、さらに各カーボン電極に接してソー
スを配置するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明した様に１本発明によれば２組成の均一性が高
く欠陥の少ない化合物半導体の混晶バルク結晶を成長す
ることができる。

本発明は、光半導体デバイス、高速半導体デバイスの開
発に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は実施例■乃至実施例■を説明するた
めの図。 第４図は従来の結晶成長装置 である。図において。 １．１１乃至１６は種結晶。 ２は基板保持部。 ２１はカーボンパイプ。 ３は回転棒。 ３１はヒータ。 ３２は加圧容器。 ３３は回転軸。 ４は成長溶液。 ５はるつぼ。 ５１はるつぼ台。 ６．６１乃至６４はソース。 ７１乃至７４及は電極。 （σン （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転軸（３３）上から外れた位置に種結晶（１１乃至１
   ６）を保持する基板保持部（２）を、該種結晶（１１乃
   至１６）が成長溶液（４）に浸された状態のまま該回転
   軸（３３）で回転させて結晶成長を行うことを特徴とす
   る結晶成長方法。