JPH0348431A - 液相エピタキシャル結晶成長装置 - 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 化合物半導体結晶を製造するために用いられる液相エピ
タキシャル結晶成長装置に関し、１回の結晶成長工程で
複数の異なる組成比の化合物半導体結晶を析出・成長せ
しめることを目的とし、 複数の結晶或長用基板をその基板面が概略平行となるよ
うに固定した治具と、化合物半導体からなるメルト材料
とを、アンプル内に収容し、該アンプルを加熱炉内で回
転することにより、各結晶成長用基板が溶融メルト材料
内に、各基板面が概略水平の状態で埋没するように構或
し、各結晶成長用基板上に異なる組戒比の化合物半導体
結晶を析出・成長せしめるようにする。

産業上の利用分野 本発明は化合物半導体結晶を製造するために用いられる
液相エピタキシャル結晶成長装置に関する。

複数の組戒元素からなる半導体結晶、例えばガリウム砒
素（ＧａＡｓ．）、ガリウム・アルミニウム・砒素（Ｇ
ａ−Ａ１・Ａｓ）等の化合物半導体結晶を結晶基板上に
成長させる方法の一つに、これらの半導体を溶質とする
溶液を高温で結晶基板に・接触させた後、次第に温度を
下げ半導体結晶を基板上に析出成長させるようにした方
法がある。

この方法は一般に液相エピタキシャル結晶成長方法と称
され、高純度で結晶性の良好な単結晶を或長させる方法
として、特に半導体工業の分野で広く採用されている。

また、近年においては、鉛・錫・テルル（Ｐｂｌ−．Ｓ
ｎ，Ｔｅ）や易蒸発性のＨｇからなる戒分元素を含むエ
ネルギギャップの狭い水銀・カドミウム・テルル（　Ｈ
　ｇ　Ｉ−ｗ　Ｃ　ｄ　Ｘ　Ｔ　ｅ　）等の化合物半導
体結晶を構戊材料として、赤外線検知素子や赤外半導体
レーザ素子などの光電変換素子を形成するのに上記方法
が用いられている。特に易蒸発性の戊分元素を含む化合
物半導体結晶を液相エピタキシャル成長により形戊する
場合には、蒸発により溶液濃度が変化することを防止す
るために、例えば真空に吸引された石英アンプル等の密
閉容器内で結晶成長させる必要がある。

従来の技術 従来の液相エピタキシャル結晶成長装置を第３図及び第
４図により説明する。第３図を参照すると、基板保−持
治具１は、円筒状の石英アンプル２内に内接する外径と
所定長さの、例えば石英ガラスあるいはカーボン材から
なる円柱の外周部中央の一部を切り欠いた切欠凹部３を
有している。この切欠凹部３内の対向壁面には、結晶成
長用の゛基板４を横架する形に水平保持するための溝５
．５が形威されている。

そして、液相エピタキシャル結晶威長に際しては、治具
１の切欠凹部３内に例えばＣｄＴｅからなる結晶成長用
基板４が収容された基板ホルダ６を水平に掛け渡した形
に保持し、基板４及び基板ホルダ６と、予め所定組戒比
に秤量されたＨｇｔ−エＣ　ｄ　＊　Ｔ　ｅからなる結
晶成長用のメルト材料７とを図示のように石英アンプル
２内に配設し、内部を排気した後、基板保持治具１が内
部で動かないように気密に封止する。

しかる後、石英アンプル２を図示しないエビタキシャル
結晶成長炉内に配置し、結晶成長温度よりも高い所定温
度に加熱して、第４図（Ａ）に示すように、石英アンプ
ル２内の結晶成長用のメルト材料７を溶融させる（７′
〉。そして、石英アンプル２を１８０゜回転して基板４
面に溶融した．結晶成長用メルト材料７′を接触させ、
炉内温度を所定の結晶成長温度に低下させると、同図（
Ｂ）に示すように、基板４上にＨｇ１−，ＩＣｄ，ｌＴ
ｅからなる結晶層８が成長ずる。次に、所定の厚さの結
晶層が形威された時点で、同１！Ｉ　（Ｃ）に示すよう
に、石英アンプル２を再び１８０゜反転させることによ
り、基板４上の結晶或長用メルト材料７′を除去して結
晶成長を停止させ、その後、炉内より石英アンプル２を
除冷しながら引き出し、石英アンプル２を開封し、結晶
層８が形威された基板４を基板保持治具１から取り出す
ようにしている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来装置による場合、ｌ回の結晶成
長工程で１種類の組成比の化合物半導体結晶を１枚しか
製造することができず、複数の結晶を得るためには、そ
の数分だけ複数回一連の工程を繰り返す必要があり、ま
た、異なる組或比の結晶を得たい場合にはメルト材料の
組戊を調整したり、結晶析出のための加熱温度を変更し
なければならない等の問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、１
回の結晶底長工程で複数の異なる組成比の化合物半導体
結晶を析出・成長せしめることができる液相エピタキシ
ャル結晶成長装置の提供を目的としている。

！！！！題を解決するための手段 上述した技術的課題を解決するために、複数の結晶成長
用基板をその基板面が概略平行となるように固定した治
具と、化合物半導体からなるメルト材料とを、アンプル
内に収容し、該アンプルを加熱炉内で回転することによ
り、各結晶成長用基板が溶融メルト材料内に、各基板面
が概略水平の状態で埋没するように構戒する。

作　　　用 一般に合金等においては、各戊分元素の比重が異なる場
合に、凝固する際に上下方向に偏析が生じ（重力偏析）
、各威分元素の濃度分布が不均一となる。本発明はこの
重力偏析を利用したものである。即ち、例えば、溶融メ
ルト材料にＨｇｒ−Ｃｄ，ＩＴｅ　（水銀・カドミウム
・テルル）を用いたとすると、Ｈｇ，Ｃｄ，及びＴｅの
比重はそれぞれ１　３．　　５　ｇ／ｃｔｌ，　８．　
　６　５　ｇ／ｃｔｌ，及び６．２４ｇ／ｃｔｌである
から、重力偏析によって、深い部分（下方の部分〉に浸
した結晶成長用基板上には比較的Ｈｇの割合の多いＨｇ
　ｒ　−　ｍ　Ｃ　ｄ　）Ｉ　Ｔ　ｅ結晶が析出成長し
、浅い部分（上方の部分）に浸した結晶成長用基板上に
はＨｇの割合の少ないＨｇｔ−ｍＣｄ，ｌＴｅ結晶が析
出成長することになる。

このようなことに基づいて本発明では、化合物半導体か
らなる溶融メルト材料内に、概略鉛直方向に位置を異な
らせて、複数の結晶成長用基板を浸すようにしており、
各結晶成長用基板がメルト材料内で鉛直方向に位置が異
なっているから、重力偏析によって各基板上に異なる組
成比の化合物半導体結晶を析出・成長せしめることがで
きる。

実施例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明一実施例の一部破断斜視図、第２図（Ａ
）．（Ｂ）及び（Ｃ）は同じく結晶成長の工程を脱明す
るための断面図であり、（Ａ）は結晶或長前の状態を、
（Ｂ）は成長中の状態を、（Ｃ）は威長終了の状態を示
している。第１図を参照すると、基板保持治具１１は、
円筒状の石英アンプル１２内に内接する外径と所定長さ
の、例えば石英ガラスあるいはカーボン材からなる円柱
の外周部中央の一部を切り欠いた切欠凹部１３を有して
いる。この切欠凹部１３内の対向壁面には２枚の結晶成
長用の基板ｌ４、１５を横架する形に水平保持するため
の溝１６．１６及び１７．″１７が形威されている。

そして、液相エピタキシャル結晶成長に際しては、治具
１１の切欠凹部１３内に、ＣｄＴｅ等からなる結晶成長
用基板ｌ４、１５が収容された基板ホルダ１８．１９を
水平に掛け渡した形に保持し、基板１４、基板ホルダｌ
８、及び基板１５、基板ホルダ１９と、予め所定組戒比
（例えばＨｇ　：Ｃｄ　：Ｔｅ＝１０　：　１　：　１
　０　０）に秤量されたＨ　ｇ　ｌ−３ｌ　Ｃ　ｄ　Ｈ
　Ｔ　ｅからなる結晶成長用のメルト材料２０とを図示
のように石英アンプル１２内に配設し、内部を排気した
後、基板保持治具１１が内部で動かないように気密に封
止する。

しかる後、石英アンプル１２を図示しないエビタキシャ
ル結晶成長炉内に配置し、結晶成長温度よりも高い所定
温度（例えば５００℃〉に加熱して、第２図（Ａ）に示
すように、石英アンプル１２内の結晶成長用のメルト材
料２０を溶融させる（２０’）。そして、石英アンプル
１２を１８０°回転して基板ｌ４及び基板１５を溶融し
た結晶成長用メルト材料２０′に浸し、炉内温度を所定
の結晶成長温度に低下させるとく例えばその温度勾配は
０．３℃／分〉、同図（Ｂ）に示すように、基板１４及
びｌ５上にＨ　ｇ　ｌ−Ｘ　Ｃ　ｄ　ｗ　Ｔ　ｅからな
る結晶層２１．２２が成長ずる。

このとき、溶融したＨｇ＋−＋＋　ｃａ．’ｌ’ｅ　（
水銀・カドミウム・テルル）の各戒分の比重は、Ｈｇが
１３．５ｇ／ｃｄＳＣｄが８．　６　５　ｇ／ｃ＋＋ｔ
ＳＴ　ｅが６．２４ｇ／ｃｄであるから、重力偏析によ
って、深い部分にある基板１４上には比較的Ｈｇの割合
の多いＨｇ＋　−ｗｒ　Ｃｄｌｌ　Ｔｅ結晶２ｌが成長
し、浅い部分にある基板ｌ５上には比較的Ｈｇの割合の
少ないＨ　ｇ　Ｉ−Ｗ　Ｃ　ｄ　Ｘ　Ｔ　ｅ結晶２２が
成長する。

例えば、基板１４上にはＨｇｏ．＊　Ｃｄｏ．ｚ　Ｔｅ
，基板１５上にはＨｇｏ．ｔ　Ｃｄｏ１Ｔｅの結晶がそ
れぞれ成長ずる。

各基板１４．１５上に所定の厚さ（例えば４０μｍ）の
結晶層２１．２２が形戒された時点で、同図（Ｃ）に示
すように、石英アンプル１２を再び１８０゜反転させる
ことにより、基板ｌ４，１５上の結晶威長用メルト材料
２０′を除去して結晶成長を停止させ、その後、炉内よ
り石英アンプル１２を除冷しながら引き出し、石英アン
プル１２を開封し、結晶層２１．２２が形或された基板
１４．１５を基板保持治具１１から取り出すようにして
いる。

このように本実施例においては、重力偏析を用いて１回
の結晶成長工程で異なった組或比の結晶（例えば、Ｈ　
ｇｏ１Ｃ　ｄｏ．　ｚ　Ｔ　ｅ結晶、及びＨｇａ．ｔＣ
ｄｏ．３Ｔｅ結晶）を製造することができるようになり
、従来構戒と比較して製造の工数を大幅に減少すること
ができる。

本実施例では、メルト材料２０の材質をＨ　ｇ　ｒ−っ
Ｃｄ．Ｔｅと、基板１４．１５の材質をＣｄＴｅとして
説明したが、本発明は勿論これに限定されないとともに
、治具１ｌに２枚の基板１４．１５を固定し．て結晶成
長を行っているが、さらに複数枚の基板を固定するよう
にして、同時に３枚以上のそれぞれ異なる組成比を有す
る化合物半導体結晶を製造することも可能である。

発明の効果 本発明は以上詳述したように、化合物半導体結晶からな
る溶融メルト材料内に、概略鉛直方向に位置を異ならせ
て、複数の結晶成長用基板を浸すようにしており、重力
偏析によって各基板上に異なる組或比の化合物半導体結
晶を析出・成長せしめることができるとともに、１回の
成長工程で複数の化合物半導体結晶を製造できるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明一実施例の一部破断斜視図、第２図（Ａ
），（Ｂ）及び（Ｃ）は同じく結晶成長の工程を説明す
るための断面図、 第３図は従来技術の一部破断斜視図、 第４図（Ａ）．（Ｂ）及び（Ｃ）は同じく結晶成長の工
程を説明するための断面図である。 １１・・・治具、　　　　　　１２・・・アンプル、ｌ
３・・・切欠凹部、　　　　１４．１５・・・基板、１
８． ！ ９・・・基板ホルダ、 ２　０、 ２ ０ ・・・メルト材料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の結晶成長用基板（１４、１５）をその基板面が概
   略平行となるように固定した治具（１１）と、化合物半
   導体からなるメルト材料（２０）とを、アンプル（１２
   ）内に収容し、 該アンプル（１２）を加熱炉内で回転することにより、
   各結晶成長用基板（１４、１５）が溶融メルト材料（２
   ０′）内に、各基板面が概略水平の状態で埋没するよう
   に構成し、 各結晶成長用基板（１４、１５）上に異なる組成比の化
   合物半導体結晶（２１、２２）を析出・成長せしめるよ
   うにしたことを特徴とする液相エピタキシャル結晶成長
   装置。