JPH03242394A - 液相エピタキシャル成長方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、縦型ディッピング液相エビタキンヤル成長方
法に関し、特に、水銀を含むカルコゲナイド化合物単結
晶、例えば、ＨｇＣｄＴｅ、　ＨｇＴｅ、　ＨｇＺｎＴ
ｅ。

１１ｇＭｎＴｃ、　ＨｇＺｎＣｄＴｅ等の単結晶の成長
に適した方法である。

（従来の技術） 第７図は、本発明者らの出願に係る特願昭６３２５３４
２７号に記載の縦型ディッピング液相エピタキシャル装
置の断面図である。この装置は、石英製反応管ｌの底部
にカーボン製サセプタ２を置き、サセプタ２の内部には
るつぼ４を収納して原料融液５を収容する。サセプタ２
の上端部には環状の溝３が形成されており、溝３にはシ
ール剤６が収容される。基板支持軸７の下端に基板９が
固定され、中間にはキャップ８が取り付けられている。

そして、基板支持軸７は、石英製反応管１の上部を封止
するフランジ１０を貫通して昇降可能に保持されており
、下降することにより、キャップ８の下端部を上記溝３
のシール剤６中に浸漬することにより、密閉成長室を形
成することができ、さらに、下降することにより、基板
９を原料融液５に浸漬させて液相エピタキシャル成長を
行う。フランジ１０の下端には、液溜め部１１を設け、
原料成分中の高い蒸気圧を有する元素、例えば、水銀な
どを収容し、その近くに液溜め部加熱用ヒータ１３を配
置する。また、るつぼ４の周囲には、メインヒータ１２
を配置し、さらに、溝３の周囲には、シール剤６を優先
的に加熱溶融するシール剤加熱用ヒータ１７を配置する
。

エピタキシャル成長の手順を説明すると、原料、シール
剤並びに高蒸気圧元素をるつぼ４、？ＩＩ＃３！１ｆ２
びに溜め部１１にそれぞれ収容し、石英製反応管ｌを真
空排気してから、不活性ガスを導入して反応管１内を所
定の圧力に保持する。そして、シール剤加熱用ヒータ１
７て局部的にシール剤を加熱してこれを溶融し、この状
態で基板支持軸７を下降させてキャップ８の下端をシー
ル剤６内に浸漬して密閉成長室を形成し、次に、溜め部
加熱用ヒータ１３て高蒸気圧元素を加熱して所定の蒸気
圧を形成する。その後、メインヒータ１２を加熱して原
料を溶融し、融液温度を均一にしてから、原料融液５を
徐々に冷却し、所定の温度になったときに、支持軸７を
さらに下降させて基板９を原料融液５に浸漬させる。そ
して、原料融液５がある温度まで低下したときに、基板
９を引き上げて成長を終了し、メインヒータ１２を切っ
て原料融液５を固化した後、キャップ８の下端をシール
剤６から引き抜き、次いて、シール剤加熱用ヒータ１７
及び溜め部加熱用ヒータ１３を切ってエピタキシャル成
長の１サイクルを終了する。

（発明が解決しようとする課題） 上記の装置は、メインヒータ１２の内側にシール剤加熱
用ヒータＩ７を重ねて使用することにより、成長終了後
にシール剤６を溶融状態にしたまま、原料融液５を冷却
固化する温度分布を形成しようとするものであるが、る
つぼは周囲から冷却されるので、シール剤に先行して原
料融液のみを冷却固化することは、現実的になかなか難
しいものであり、キャップ６を引き抜くときに、原料融
液５が固化せずに、反応管内のガスにより原料が汚染さ
れるということがしばしば生じた。

そこで、本発明は、上記の問題点を解消し、シール剤加
熱用ヒータを必要とせず、メインヒータのみで原料を汚
染することもなく、成長終了後の操作を簡単に行うこと
のできる液相エピタキシャル成長方法を提供しようとす
るものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、るつぼに原料融液を収容し、るつぼの外側に
設けた溝に封止用融液を収容し、キャップの下端を該封
止用融液中に浸漬させて密閉成長室を形成し、基板を上
記原料融液に浸漬して結晶成長させる縦型ディッピング
液相エピタキシャル成長方法において、エピタキシャル
成長終了後、成長室の密閉を維持しながら、基板を原料
融液から引き」二げた状態で融液を一旦急冷固化し、そ
の後、封止用融液のみ溶融してシール用キャップを引き
上げて密閉を破り、基板を取り出すことを特徴とする液
相エピタキシャル成長方法である。

（作用） 第１図は、本発明の液相エピタキシャル成長方法を実施
するための装置の断面図である。第１図の装置は、上記
の第５図の装置から７−ル剤加熱用ヒータ！７を除いた
ものであり、それ以外の装置構成には違いがないので、
装置の説明は省略する。

第２図は、密閉成長室の開閉手順を説明するための図で
ある。（ａ）は、内るつぼの原料は固体の状態で、溝内
のシール剤のみ溶融させ、キャッフ下端をシール剤に浸
漬させて密閉成長室を形成した状態を示したものである
。（ｂ）は、るつぼの原料を加熱溶融し、基板を下降さ
せて原料融液に浸漬させ、液相エピタキシャル成長を行
っている状態を示したものである。（ｃ）は、成長終了
後、キャップの下端をシール剤に浸漬したまま、基板を
原料融液から引き上げ、原料融液及びシール剤を共に急
冷固化した状態を示したものである。次いで、（ｄ）は
、再び昇温しで、溝内のシール剤のみを溶融してキャッ
プを引き上げ、密閉成長室を開放して急冷する。

このように、本発明の方法は、シール剤加熱用ヒータを
省略してメインヒータだけで温度制御することを可能と
し、該メインヒータの簡単な温度制御により、シール剤
と原料融液を同時に冷却固化し、また、メインヒータを
再び加熱してるつぼの外側にある湾内のソール剤のみを
溶融し、キヤ。

ブを引き抜いて密閉状態を破るようにしたものである。

かかる操作によって、密閉成長室が開放される以前に、
原料融液を確実に急冷固化することができるので、反応
管内のガスによる原料の汚染を避けることができ、不純
物の少ない高品質の単結晶を液相エピタキシャル成長さ
せることができるようになった。また、この温度制御は
、複雑な要素がないので、操作自体が簡単であるばかり
でなく、温度操作を確実に行うことができるので、誤っ
て原料を溶融した状態で開放する恐れもなくなった。

第３図は、第１図の装置の変形であり、第１図では、シ
ール剤を収容する溝をサセプタに設けたが、第３図では
、るつぼ１６を二重るつぼとし、内るつぼに原料融液５
を収容し、外るつぼをシール剤６収容のための溝１６と
した点で相違するだけで、その他の装置構成に違いがな
いので、説明を省略する。なお、第４図及び第５図は、
第１図若しくは第３図の装置に使用する、支持軸の先端
に基板を取り付けるためのホルダーの斜視図であり、第
４図は基板を垂直に保持するもので、第５図は基板を水
平に保持するものである。また、これらのホルダーに撹
拌用のパドルを付設して、基板を浸漬する前に、支持軸
を回転して原料融液の均一化を図ることも可能である。

（実施例） 第１図の装置を用いてＣｄＺｎＴｅ基板上にＨｇＣｄＴ
ｅエビタキンヤル層を成長させた。

予め、Ｔｅ　８００ｇ　、　Ｈｇ　２ｇ８ｇ　、　Ｃｄ
Ｔｅ　１８．８ｇをグラファイトコートした石英アンプ
ル中に封入し、７００℃で２時間加熱した後急冷して結
晶原料を合成した。

次に、この原料を、内径４０ｍｍと７１１ｎｍの石英製
の２重るつぼにそれぞれ２５０ｇと６５０ｇチャージし
た。

一方、石英製のソール用キャップ内のホルダーに１０ｍ
ｍ角のＣｄｏ　、　５ｓＺｎｏ　、　ａｈＴｅ基板を取
り付けた。そして、２重るつぼとキャップを石英管に入
れて全体を１Ｏ−６Ｔｏｒｒ以上の高真空に排気し、そ
の後、水素ガスを３５０Ｔｏｒｒまて導入した。この状
態でヒーターに通電して加熱を開始し、Ｈｇ溜めの温度
が２５０℃に、外るつぼの温度が４７０℃になった時に
上記キャップを降ろしてキャップ下端を外るつぼの融液
に浸漬させ、この状態でさらに４９０°Ｃまで加熱し、
基板ホルダー先端に取り付けた撹拌パドルを原料融液に
浸漬して撹拌を開始した。この状態で１時間保持した後
、０．Ｉ’Ｃ／ｍｉｎの冷却速度で徐冷し、４８０℃に
なった時点で基板を原料融液に浸漬して結晶成長を開始
し、４７５°Ｃで基板を引き上げて成長を終了した。こ
の時、■方のヒーターの通電を停仕−して融液を急冷し
た。外るつぼの温度が３５０℃になると内るつぼの原料
も固化した。それから、再び加熱し、４６０°Ｃで外る
つぼの原料が融解した時に、シール用キャップを引き抜
き、それと同時にＬ下のヒーターの通電を停止して急冷
した。

得られたエピタキシャル層は、膜厚が１２±０．５Ｂ、
ＨｇｘＣｄ＋−ＸＴｅの組成比Ｘが０．２１±０．００
５と良好であった。

次に、原料の汚染の様子を調べるために、同一原料を用
いて連続１０回結晶成長を行い、得られたエピタキシャ
ル層について、ＳＩＭＳ分析で２次イオン濃度を調べた
ところ、第６図に示すように、結晶成長の回数を重ねて
も、その変化が少ないのに対し、キャップを引き上げて
原料融液を急冷する従来法で同様に成長させたエピタキ
シャル層を調べたところ、同図に示すように、結晶成長
の回数を重ねるにつれて２次イオン濃度が上昇し、汚染
が進行しているのが分かる。

（発明の効果） 本発明は、上記の構成を採用することにより、成長終了
後に成長用原料をシール剤とともに一旦急冷固化してか
ら、シール剤のみを再び加熱溶融して、キャップを引き
抜いて開放する手順を採用するため、メインヒータのみ
による簡単な温度制御で行うことができ、結晶成長の回
数が増しても原料の汚染が少なく、特に、ＨｇＣｄＴｅ
等のエピタキシャル層を高純度で成長させるときには、
非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第３図は本発明の液相エピタキシャル成長方
法を実施するための装置の断面図、第２図は密閉成長室
の開閉手順を説明するための図、第４図及び第５図は第
１図若しくは第２図の装置に使用することのできる基板
支持のためのホルダーの斜視図、第６図は実施例で連続
的に成長を続けたときの汚染の状況を２次イオン濃度の
変化で示した図、第７図は従来の液相エピタキシャル成
長装置の断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. るつぼに原料融液を収容し、るつぼの外側に設けた溝に
   封止用融液を収容し、キャップの下端を該封止用融液中
   に浸漬させて密閉成長室を形成し、基板を上記原料融液
   に浸漬して結晶成長させる縦型ディッピング液相エピタ
   キシャル成長方法において、エピタキシャル成長終了後
   、成長室の密閉を維持しながら、基板を原料融液から引
   き上げた状態で融液を一旦急冷固化し、その後、封止用
   融液のみ溶融してシール用キャップを引き上げて密閉を
   破り、基板を取り出すことを特徴とする液相エピタキシ
   ャル成長方法。