JPH0348432A - 液相エピタキシャル結晶成長方法 - 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 易蒸発性の威分元素を含む化合物半導体結晶に適した液
相エピタキシャル結晶成長方法に関し、結晶成長用のメ
ルト材料の節約及び有害物質の排出を少なくすることを
目的とし、 易蒸発性の戊分元素を含む化合物半導体結晶をアンプル
内で結晶成長用基板上に成長させる液相エビタキシャル
結晶成長方法において、複数の結晶成長用基板を前記ア
ンプル内に収容し、化合物半導体からなる溶融メルト材
料内に、一の結晶成長用基板を浸し、所定温度だけ温度
を低下せしめて１回目の結晶成長を行い、該所定温度低
下した溶融メルト材料内の結晶成長用基板を他の結晶成
長用基板と取り替えて、さらに所定温度だけ温度を低下
せしめて２回目の結晶成長を行い、結晶成長用基板を取
り替えながら上記２回目の結晶成長と同様の工程を、残
余の結晶成長用基板についてそれぞれ実施し、所定組或
のメルト材料から組或比がそれぞれ異なる複数の化合物
半導体結晶を形威するように構戊する。

？１−■工一乱立！ 本発明は易蒸発性の成分元素を含む化合物半導体結晶に
適した液相エピタキシャル結晶成長方法に関する。

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（Ｇａ
−ＡＩ・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
液を高温で結晶成長用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成
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（ＰｂＳ　Ｔｌ
．　Ｔ　ｅ　）や易蒸発性のＨｇからなる成分元素を含
むエネルギギャップの狭い水銀・カドミウム・テルル（
　Ｈ　ｇ　ｌ−＄Ｉ　Ｃ　ｄ　）Ｉ　Ｔ　ｅ　）等の化
合物半導体結晶を構戒材料として、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或するのに
上記方法が用いられている。そして、このような化合物
半導体結晶を液相エピタキシャル結昂成長により形威し
た後の残留メルト材料は、ＨｇやＣｄ等の人体に非常に
有毒な物質を含んでおり、このような物質の排出をなる
べく少なくする必要がある。

従来の技術 易蒸発性の成分元素を含む化合物半導体結晶に適した一
般的な方法として、密封回転式の液相エビタキシャル結
晶成長法を第４図及び第５図により説明する。第４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が形成されている。

そして、液相エピタキシャル結晶成長に際しては、治具
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、予め所定組成比
に秤量されたＨｇ＋−Ｃ　ｄ　ｍ　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、結晶底長温度よりも高い所定温
度に加熱して、第５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
面を溶融したメルト材料７′に接触させ、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Ｈｇ＋一エＣｄ，Ｔｅ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成された
時点で、同図（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を溶融メルト
材料７′内から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が形成された基板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、従来はそれぞれ組成比の異なる複数の化合物半
導体結晶を得たい場合には、メルト材料の組戊を変更−
して上記の一連の工程を必要回数だけ繰り返すことによ
り行わなければならず、メルト材料は１回の成長毎に異
なる組戊のものに取り替える必要があるから、メルト材
料の使用効率が悪いとともに、有毒な廃棄物が多量に生
じるという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、一
組戒の合金を用いて、異なる組戊のエビタキシャル結晶
を二種類以上成長させることができ、しかも結晶成長用
のメルト材料の節約及び有害物質の排出を少なくするこ
とができる液相エピタキシャル結晶成長方法の提供を目
的としている。

課題を解決するための手段 所定の組戊に秤量された化合物半導体からなるメルト材
料と、複数の結晶成長用の基板とを、石英等からなるア
ンプル内に収容し、このアンプルをメルト材料が溶融す
るまで加熱する。この溶融したメルト材料内に一の結晶
成長用基板を浸し、メルト材料を所定の温度まで低下せ
しめる。これにより、核結晶成長用基板上にメルト材料
の最初の組戒及び温度（結晶成長用基板を浸したときの
温度から本工程で低下せしめた範囲の温度）に応じた組
成比の化合物半導体結晶が析出・成長する（以下これを
１回目の結晶成長工程という）。

次いで、１回目の結晶成長工程の実施により所定温度だ
け低下した溶融メルト材料内の結晶成長用基板を除去し
、他の新たな結晶成長用基板を、このメルト材料内に浸
す。同様にメルト材料を所定の温度だけ低下せしめると
、該結晶成長用基板上にメルト材料の組！（１回目の結
晶成長工程の実施により、その組成比は変化している）
及び温度（１回目の結晶成長工程で低下せしめた後の温
度から本工程で低下せしめた範囲の温度）に応じた組威
比の化合物半導体結晶が析出・成長す゛る（以下これを
２回目の結晶成長工程という〉。

アンプル内に収容した結晶成長基板が３以上ある場合に
は、メルト材料内の結晶成長用基板を他の新たな結晶成
長用基板に取り替えて、同様にメルト材料を所定の温度
まで低下せしめると、該結晶成長用基板上にメルト材料
の組成《１回目及び２回目の結晶成長工程の実施により
その組戒比は変化している》及び温度（２回目の結晶成
長工程で低下せしめた後の温度から本工程で低下せしめ
た範囲の温度）に応じた組成比の化合物半導体結晶が析
出・成長ずる。以下同様の工程を残余の結晶成長用基板
について繰り返し実施することにより、１種類の所定組
戒のメルト材料から、それぞれ組成比の異なる複数の化
合物半導体結晶を析出・成長せしめることができる。こ
の工程はメルト材料の共晶点まで繰り返し実施すること
ができる。

作　　　用 このように、本発明方法によれば、所定の組成に秤量さ
れた溶融メルト材料内に順次結晶底長用基板を浸し結晶
成長せしめることにより、複数の異なる組戒比の化合物
半導体結晶を形戒するようにしており、従来の如く１回
の結晶成長毎にメルト材料を廃棄することがないから、
メルト材料の消費量を少なくすることができるとともに
、有毒廃棄物の排出量も少なくすることができる。

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（Ａ）〜（Ｄ）は本発明一実施例の工程を税明す
るための断面図、第２図は同じく一部破断斜視図、第３
図はＨｇｌ−ｘ　Ｃｄ．Ｔｅの状態図である。

第２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２つの円柱ブロッ
ク１３．１３で構威され、各ブロック１３．１３の対向
壁面には結晶成長用の基板１４，１５．１６を横架する
形に保持するための溝がそれぞれ形成されている。

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２つのブロック１３．１３１’ＩＱに、ＣｄＴｅ
等からなる結晶成長用基板１４，１５，ｌ６が収容され
た基板ホルダ１７．１８．１９を掛け渡した状態に保持
し、これらと、予め所定組成比（例えばＨｇ：Ｃｄ：Ｔ
ｅ＝１９：１：１００〉に秤量された水銀・カドミウム
・テルルからなる結晶成長用のメルト材料とを石英アン
プル１２内に配設し、内部を排気した後、基板保持治具
ｌ１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、４８０℃に加熱して、第１図
（Ａ）に示すように、石英アンプル１２内の結晶成長用
のメルト材料を溶融させる（２０）。そして、石英アン
プル１２を９０゜回転して基板１４を溶融したメルト材
料２０内に浸し、炉内温度をｌ分間にα．３℃の割合で
４７０℃まで低下させると、同図（Ｂ）に示すように、
基板１４上にＨ　ｇｌ−Ｘ　Ｃ　ｄ．Ｔ　ｅからなる結
晶層２１が成長ずる。

次いで、石英アンプル１２をさらに９０゜回転して基板
１４を溶融した結晶成長用メルト材料２０内から除去す
るとともに、基板１５をメルト材料２０内に浸し、同様
に炉内温度を４７０℃から４６０℃に低下させると、同
図（Ｃ）に示すように、基板１５上にＨｇｌ−、Ｃｄ．
Ｔｅからなる結晶層２２が成長ずる。

さらに、石英アンプル１２を９０°回転して基板１５を
溶融した結晶成長用メルト材料２０内から除去するとと
もに、基板１６をメルト材料２０内に浸し、同様に炉内
温度を４６０℃から４５０℃に低下させると、同図（Ｄ
）に示すように、基板１６上にＨ　ｇ　ｒ−ｗ　Ｃ　ｄ
　ｇ　Ｔ　ｅからなる結晶層２３が成長ずる。

基板１６上の結晶層２３が所定の厚さになったならば、
石英アンプル１２を９０°回転させることにより、基板
１６をメルト材料２０内から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２１，２
２．２３が形威された基板１４．１５．１６を基板保持
治具ｌ１から取り出すようにしている。

以下、第３図に示すＨｇｌ−ｘ　ｃｃｔ＋ｔ　Ｔｅの状
態図を参照して説明する。第３図において、縦軸に示す
Ｈｇの原子分率と横軸に示すＣｄの原子分率は、Ｔｅを
含めて全体を１とした場合の各分率である。本実施例に
用いたメルト材料２０は、図中（ａ）点の組威を持つも
のであり、基板１４の結晶成長工程が終了した時点で、
成長温度が４８０〜４７０℃であるから、基板１４上に
はＸ値（Ｈｇ＋−ｃｄ，ＩＴｅのＸの値〉が０．３０〜
０．２７の結晶が析出する。この工程の終了によってメ
ルト材料２０は図中６）点の組戒となっている。基板１
５の結晶成長工程が終了した時点では、成長温度が４７
０〜４６０℃であるから、基板１５上にはＸ値が０．２
７〜０．２４の結晶が析出する。この工程の終了によっ
てメルト材料２０は図中（Ｃ）点の組戊となっている。

基板１６の結晶成長工程が終了した時点では、成長温度
が４６０〜４５０℃であるから、基板１６上にはＸ値が
０．２．４〜０．２０の結晶が析出する。この工程の終
了によってメルト材料２０は図中（ｄ）点の組或となっ
ている。

このように、本実施例においては、所定の組戊に秤量さ
れた１種類の溶融メルト材料２０内で繰り返し結晶成長
を実施するようにしており、それぞれ組戒比の異なった
３種類のＨ　ｇ　ｌ−Ｃ　ｄ　，ｌＴｅ結晶を析出・成
長せしめることができる。これにより、メルト材料の消
費量を少なくすることができるとともに、同時に有毒物
質の排出量も少なくすることができる。

本実施例では、メルト材料２０をＨｇ＋−ＣｄＮＴｅと
、基板１４．１５．１６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
１１に３枚の基板１４．１５．１６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、さらに複数の異なる組戒比の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、所定の組戒に秤量された
メルト材料内に順次結晶成長用基板を浸し結晶成長せし
めることにより、それぞれ組成比の異なる複数の化合物
半導体結晶を１回の成長工程で形成するようにしている
から、１種類の結晶成長に要する工程時間（工数）は従
来の工数の数分の１で良く、しかも有毒物質の排出を少
なくでき、資源の有効利用を図ることができるという効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明一実施例の結晶成長の工
程を説明するための断面図、 第２図は同じく一部破断斜視図、 第３図はＨ　ｇ　，−ｗ　Ｃ　ｄ　ｍ　Ｔ　ｅの状態図
、第４図は従来技術の一部破断斜視図、 第５図（Ａ）〜（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。 ｌ・・・基板保持治具、 ２・・・アンプル、 ４．１５．１６・・・結晶成長用基板、？．１８．１９
・・・基板ホルダ、 ０・・・メルト材料、 １，２２，２３・・・Ｈｇ，−，ＩＣｄ．Ｔｅ結晶。 １１　　　　　　：　Ｌ紙偉綺治具 １２：　丁ンプル ＋４．１５．１６　　：　＄＃Ｊ％＋Ａ表用Ｌ沃１７，
旧．１９　：　▲紙ネルグ゜ 一裏施イハの一部ぶ友尚糾硯囚 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 易蒸発性の成分元素を含む化合物半導体結晶をアンプル
   （１２）内で結晶成長用基板上に成長させる液相エピタ
   キシャル結晶成長方法において、複数の結晶成長用基板
   を前記アンプル（１２）内に収容し、 化合物半導体からなる溶融メルト材料（２０）内に、一
   の結晶成長用基板（１４）を浸し、所定温度だけ温度を
   低下せしめて１回目の結晶成長を行い、該所定温度低下
   した溶融メルト材料（２０）内の結晶成長用基板（１４
   ）を他の結晶成長用基板（１５）と取り替えて、さらに
   所定温度だけ温度を低下せしめて２回目の結晶成長を行
   い、 結晶成長用基板を取り替えながら上記２回目の結晶成長
   と同様の工程を、残余の結晶成長用基板（１６）につい
   てそれぞれ実施し、 所定組成のメルト材料（２０）から組成比がそれぞれ異
   なる複数の化合物半導体結晶（２１、２２、２３）を形
   成するようにしたことを特徴とする液相エピタキシャル
   結晶成長方法。