JPH03232789A - 半導体結晶成長装置 - 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〕 半導体結晶成長装置に係り、特に化合物半導体バルク結
晶の引上げ装置に関し。

均一な組成を有する多元混晶バルク結晶を成長する装置
の提供を目的とし。

成長溶液を収容する成長用るつぼと、補給溶液を収容す
る補給用るつぼと、補給元素を収容する元素補給用アン
プルを有し、前記元素補給用アンプルの一端は管を通じ
て前記補給用るつぼに連結し、結晶成長時に前記成長溶
液と前記補給溶液は連続してつながり、前記元素補給用
アンプルの他の一端から不活性ガスがキャリアガスとし
て供給され、補給元素が前記元素補給用アンプルから前
記補給用るつぼに送りこまれる半導体結晶成長装置によ
り構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体結晶成長装置に係り、特に化合物半導体
バルク結晶の引上げ装置に関する。

近年、化合物半導体を用いたデバイスの多様化に伴い、
３元混晶化合物をデバイス作製のための基板として用い
ることが要求されている。

一般に、３元混晶のバルク結晶の成長は難しく。

特に成長にしたがって組成が変化してしまうという問題
があり、それを技術的に解決しなければならない。

〔従来の技術］ 組成の変化に対して、これまでにソース電流制御溶質補
給法が提案され、検討されている。

【コ 第２図にの従来例を説明するための図で、１は成長用る
つぼ、７は成長溶液、９は種結晶、　１０は引上げ軸、
１１はヒータ、１２は補給用ソース、１３はカーボンリ
ングを表す。

成長用るつぼ１は例えばＰＢＮ製で絶縁性であり、その
底部に補給用ソース１２．その上部側面にカーボンリン
グ１３が配置されている。

成長溶液７へ補給用ソース１２を溶解して成長結晶の方
へ効率よく運ぶためにカーボンリング１３から成長溶液
７を通って補給用ソース１２に電流が流される。

今２例えば　ＩｎＧａＡｓの３元混晶を引き上げようと
すると、成長溶液７のＩｎＧａＡｓでは成長の進行に伴
いＧａとＡｆが枯渇してくる。そこで、補給用ソース１
２として２元化合物ＧａＡｓの結晶を用いる。この場合
、　ＧａとＡｓは工：１の割合で成長溶液７に溶は込む
。ところが、　ＧａとＡｓの偏析係数は７００　”Ｃの
ＩｎＧａＡｓの成長において、　Ｇａは？、３４．　Ａ
ｓは５．３７と少し異なるために、成長する結晶の組成
は少しずつずれて行くので、　ＧａＡｓで補給を行う組
成制御では自ずから限界がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、補給を２元化合物の状態でなく元素の状態で
補給するようにして、均一な組成制御を可能とする手段
を備えた半導体結晶成長装置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〕

上記課題は、成長溶液７を収容する成長用るつぼ１と、
補給溶液８を収容する補給用るっぽ２と。

補給元素を収容する元素補給用アンプル４ａ、　４ｂを
有し、前記元素補給用アンプル４ａ、　４ｂの一端は管
５を通じて前記補給用るつぼ２に連結し、結晶成長時に
前記成長溶液７と前記補給溶液８は連続してつながり、
前記元素補給用アンプル４ａ、　４ｂの他の一端から不
活性ガスがキャリアガスとして供給され、補給元素が前
記元素補給用アンプル４ａ、　４ｂから前記補給用るつ
ぼ２に送りこまれる半導体結晶成長装置によって解決さ
れる。

〔作用〕

結晶成長時に成長溶液７と補給溶液８は連続してつなが
り、補給溶液８が成長溶液７へ拡散することにより補給
がつづけられる。

本発明では、さらに、補給用るつぼ２に連結する元素補
給用アンプル４ａ、　４ｂを設け、管５を通じて枯渇す
る元素を補給するようにしている。元素補給用アンプル
は複数設けて、枯渇するいくつかの元素の量に応じて元
素補給用アンプル４ａ、　４ｂから補給用るつぼ２に補
給するようにし、結晶成長が進行しても成長溶液７の組
成を一定に保つようにし、成長結晶の組成を均一ならし
めている。

また２、補給元素の送り込みには不活性ガスをキャリア
ガスとして使用することにより、余計な不純物の混入を
避けている。

〔実施例〕

第１図は実施例を説明するための図で、１は成長用るつ
ぼ、２は補給用るつぼ、３は連結部、４ａ。

４ｂは元素補給用アンプル、５は管、６は台、７は成長
溶液、８は補給溶液、９は種結晶、１０は引上げ軸、　
１１はヒータを表す。

成長溶液７を収容する成長用るつぼ１と補給溶液８を収
容する補給用るつぼ２はともにＰＢＮ製で、スリット状
の連結部３でつながっている。台６はカーボン製で、成
長用るつぼ１と補給用るつぼ２がそこに固定される。成
長用るつぼ１は対流の効果を少なくするため浅くなって
おり、補給用るつぼ２は対流によって十分攪拌されるよ
うに深くなっている。補給用るつぼ２に内径０．５〜ｌ
ｌｌ１１１の石英製の管５が挿入され、管５の上部に元
素補給用アンプル４ａ、　４ｂの下端が連結されている
。元素補給用アンプル４ａ＋　４ｂの上端は＾ｒガスに
つながっている。

さらに９元素補給用アンプル４ａ、　４ｂ下部の管から
分岐して計ガスにつながる管も設ける。この管は元素補
給用アンプル４ａ、　４ｂ下端から出てくる元素を停滞
させることなく補給用るつぼ２に送りこむために設けて
いる。

この装置により、　１ｎＧａＡｓ系結晶を引き上げる例
について説明する。

７００°ＣにおいてＩｎｏ、　５３にａｏ、　４７ＡＳ
の成長を行うとすると、成長用るつぼ１と補給用るつぼ
２に、　ＩｎとＧａとＡｓが Ｘ（Ｉｎ）−０，８７５，Ｘ（Ｇａ）＝０．０３２．　
　Ｘ（Ａｓ）＝０．０９３の溶液濃度となるように、　
ＩｎとＧａＡｓとＩｎＡｓを入れ。

７３０°Ｃで加熱融解する。融解すると成長用るつぼｌ
の融液と補給用るつぼ２の融液は連結部３で連続してつ
ながる。

７００°Ｃまで温度を下げ、７００°Ｃで１０分保持し
た後、引上げ軸１０につけたＩｎＰ種結晶９をＩｎＧａ
Ａｓ溶液７に下ろし、引上げ軸１０を回転しながら引上
げ成長を開始する。種結晶９にＩｎＧａＡｓの結晶が成
長して行く。成長に伴い成長溶液中に不足してくるＧａ
とＡｓを管５を通して元素補給用アンプル４ａ＋４ｂか
ら補給用るつぼ２に補給する。元素補給用アンプル４ａ
、　４ｂの付近はヒータ１１により６００°Ｃに保たれ
、　Ａｓの入ったアンプル４ａは６００℃のＡｓの飽和
蒸気で満たされ、　Ｇａの入ったアンプル４ｂはＧａが
液体となる。そこで、アンプル内部を上部からＡｒガス
で加圧し、　ＡｒのキャリアガスにのせてＡｓ蒸気とＧ
ａ液体を補給用るつぼ２に送り込む。送り込む量は引上
げ速度（成長速度）に対応して不足するＡｓとＧａの量
を勘案しながら決定した。

このようにして、引上げ速度２　ｍｍ／ｈｒ、　　引上
げ時間２０ｈｒで直径２０ｍｎ＋、長さ４０ｍｍの均一
な組成のＩｎｏ、　５ｉＧａｏ、　４？Ａ５を得ること
ができた。

〔発明の効果〕

以上説明したように２本発明によれば、多元混晶の化合
物半導体の均一な組成のバルク結晶を成長することがで
きる。

本発明によれば、多元混晶の化合物半導体基板を提供す
ることにより、今後のデバイスの多様化に対処すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例を説明するための図。 第２図は従来例を説明するための図。 である。 図において。 １は成長用るつぼ。 ２は補給用るつぼ。 ３は連結部。 ４ａ、　４ｂは元素補給用アンプル。 ５は管。 ６は台。 ７は成長溶液であってＩ　ｎＧａＡｓ溶液。 ８は補給溶液であってＩｎＧａＡｓ溶液。 ９は種結晶。 １０は引上げ軸。 １１はヒータ。 １２は補給用ソース １３はカーボンリング Ｉｈ　　力′ス 寅 ４巴 斧ｊ 第 図 第 ？ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 成長溶液（７）を収容する成長用るつぼ（１）と、補給
   溶液（８）を収容する補給用るつぼ（２）と、補給元素
   を収容する元素補給用アンプル（４ａ、４ｂ）を有し、 前記元素補給用アンプル（４ａ、４ｂ）の一端は管（５
   ）を通じて前記補給用るつぼ（２）に連結し、結晶成長
   時に前記成長溶液（７）と前記補給溶液（８）は連続し
   てつながり、前記元素補給用アンプル（４ａ、４ｂ）の
   他の一端から不活性ガスがキャリアガスとして供給され
   、補給元素が前記元素補給用アンプル（４ａ、４ｂ）か
   ら前記補給用るつぼ（２）に送りこまれることを特徴と
   する半導体結晶成長装置。