JPH0352241A - 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 液相エピタキシャル結晶成長方法に関し、互いに組成比
が異なる２層の化合物半導体結晶を効率良く製造するこ
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
ンプル内に収容し、化合物半導体の或分元素からなる溶
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、アンプル
内に収容した結晶成長用基板が３以上の場合には、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
施した後、上記結晶成長が行われた全ての結晶成長用基
板について上記２回目の結晶成長と同様の工程をそれぞ
れ実施し、１層目と２層目の組戒比が異なる種々の２層
化合物半導体結晶を形成するように構或する。

産業上の利用分野 本発明は易蒸発性の或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
・Ａ１・Ａｓ）等の化合物半導体結晶を結晶成長用基板
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
ル結晶威長方法と称され、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（Ｐｂ＋−＋ｔ
ｓ　ｎ　ｘ　Ｔ　ｅ　）や易蒸発性のＨｇからなる戊分
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＋−ｘＣ　ｄ．’ｒ　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。そして、このような化合物半導体
結晶を用いた光電変換素子の暗電流の低減のために、組
戒比が互いに異なる２つの結晶層からなる化合物半導体
結晶（例えば、Ｈｇ＋−、Ｃｄ，Ｔｅを用いる場合には
、Ｘ値の低い結晶上にＸ値の高い結晶を形威したもの）
が用いられる場合があり、製造の高効率化が要望されて
いる。

従来の技術 易蒸発性の或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ピタキシャル結
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Ｂ３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が形戒されている。

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、予め所定組戒比
に秤量されたＨｇ．−．Ｃ　ｄｘ　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を図示しないエピタキシャル
結晶成長炉内に配置し、結晶威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。そし
て、石英アンプル２を１８０゜回転して基板４面を溶融
した結晶成長用メルト材料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．−．Ｃｄｘ　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威され
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。

そして、組戊比が互いに異なる２層の化合物半導体結晶
の製造は、１層目と異なる組成のメルト材料を用いて、
１層目が形成された結晶成長用基板について上記一連の
工程と同様の工程を再度実施することにより行われてい
た。

発明が解決しようとする課題 このように、従来は組成比が互いに異なる２層の化合物
半導体結晶を製造する場合には、１層目の成長が終了し
た後、ｌ層目と異なる組或のメルト材料を用いて、１層
目が成長せしめられた基板について再度１層目と同様の
工程を実施しているので、２層目の形成のためのメルト
材料の冷却や交換、その他の必要な作業に多くの時間を
要したり、あるいはメルト材料が無駄になる等、製造効
率が悪い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、組
成比が互いに異なる２層の化合物半導体結晶を効率良く
製造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 所定の組或に秤量された化合物半導体からなるメルト材
料と、結晶成長用の第１及び第２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第
１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、該第１基板上にメルト材料の最初の組
戒及び温度く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）に応じた組戊比（以下
第１組成比という）の化合物半導体結晶が析出・成長す
る（以下これを１１結晶成長工程という〉。

そして、第ｌ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第１基板を除去し、第２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、該第２基板上にメルト材料の
組威（第１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（第１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〈以下第２紐或比という〉の化合物半導体結
晶が析出・成長する（以下これを第２結晶成長工程とい
う）。

次いで、第２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第２基板を除去し、第１組成
比の化合物半導体結晶が形成された第１基板を再度この
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、該第１基板の第１組成比の化合物半
導体結晶上に、メルト材料の組戒（第１及び第２結晶成
長工程の実施により、その組戊比は変化している）及び
温度（第２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（以下
第３組戊比という）の化合物半導体結晶が析出・成長ず
る（以下これを第３結晶成長工程という）。

さらに、第３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第１基板を除去し、第２組戒
比の化合物半導体結晶が形成された第２基板を再度この
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、該第２基板の第２組成比の化合物半
導体結晶上に、メルト材料の組或（第１、第２、及び第
３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（第３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（以下第４組戊比という〉の化合物半導体結晶が析出
・成長する（以下これを第４結晶成長工程という）。

上記説明においては、第１及び第２基板の２枚の基板を
用いた場合の工程について説明を行っているが、さらに
複数の結晶成長用基板について互いに異なる組成比を有
する２層の化合物半導体結晶を、メルト材料の共晶点に
至るまで形戊することができる。

作　　　用 このように、本発明方法を用いて化合物半導体結晶を製
造することにより、第１基板上には第エ及び第３組戒比
からなる２層の化合物半導体結晶を、第２基板上には第
２及び第４組戒比からなる２層の化合物半導体結晶を形
戊することができ、さらに必要があれば、さらに異なっ
た組戒比の組み合わせを持つ２層化合物半導体結晶を製
造することができる。これにより、従来の如く、メルト
材料の交換等の作業をすることなく、各２層の組成比が
それぞれ異なった複数の化合物半導体結晶を製造するこ
とができ、製造の効率が大幅に向上する。

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）〜（Ｆ）は本発明一実施例の工程を説明す
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　ｌ−）Ｉ　Ｃ　ｄ　ＩＩ　Ｔ　ｅの状態図
である。

第２１！ｌ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で構戊され、各ブロック１３．１３の
対向壁面には結晶成長用の基板１４．１５を横架する形
に保持するための溝がそれぞれ形威されている。

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２つのブロック１３．１３間に、ＣｄＴｅ等から
なる結晶成長用基板１４．１５が収容された基板ホルダ
１７．１８を掛け渡した状態に保持し、これらと、予め
所定組戊比に秤量されたＨ　ｇ　Ｉ−Ｘ　Ｃ　ｄ　Ｎ　
Ｔ　ｅからなる結晶成長用のメルト材料２０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を図示しないエピタキシャ
ル結晶成長炉内に配置し、５００℃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２０を溶融させる。そして、石英アンプル
１２を１２０゜回転（図では時計方向）して基板１４を
溶融した結晶成長用メルト材料２０に浸し、炉内温度を
１分間に０．３℃の割合で４９０℃まで低下させると、
同図（Ｂ）に示すように、基板１４上にＨｇｌ−ＣｄＸ
Ｔｅ結晶層２１が成長する。

そして、石英アンプル１２をさらに１２０゜回転して基
板１４を溶融したメルト材料２０内から除去するととも
に、基板１５を溶融メルト材料２０内に浸し、同様に炉
内温度を４９０℃から４８０℃に低下させると、同図（
Ｃ）に示すように、基板１５上にＨ　ｇ　ｌ−Ｘ　Ｃ　
ｄ　Ｘ　Ｔ　ｅ結晶層２２が成長する。

次いで、石英アンプル１２をさらに２４０゜回転して基
板１５を溶融メルト材料２０内から除去するとともに、
結晶層２１が形戊された基板１４を再度溶融メルト材料
２０内に浸し、同様に炉内温度を４８０℃から４７０℃
に低下させると、同［！Ｉ　（Ｄ）に示すように、基板
１４の結晶層２ｌ上に結晶層２３が成長ずる。

さらに、石英アンプル１２を１２０゜回転して基板１４
を溶融メルト材料２０内から除去するとともに、結晶１
！２２が形戊された基板１５を再度溶融メルト材料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（Ｅ）に示すように、基板１５の結晶
層２２上に結晶層２４が成長ずる。

基板ｌ５の結晶層２２上に結晶層２４が形戊されたなら
ば、同図（Ｆ）に示すように、石英アンプル１２を１２
０゜回転させることにより、基板１５を溶融メルト材料
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２１．２３及び結晶層２２
．２４がそれぞれ形威された基板１４．１５を基板保持
治具１１から取り出すようにしている。

以下、第３図に示すＨ　ｇ　ｌ−）Ｉ　Ｃ　ｄ　Ｎ　Ｔ
　ｅ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
或を持つものであり、基板１４に対する工層目の結晶成
長工程が終了した時点では、成長温度が５００〜４９０
℃であるから、基板１４上にはＸ値（　Ｈ　ｇ　＋−ｗ
　Ｃ　ｄ　ｘ　Ｔ　ｅ　Ｉｖｘの値〉が０。

３０〜０．２８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（ロ）点の組或となっている
。基板１５に対する１層目の結晶成長工程が終了した時
点では、成長温度が４９０〜４８０℃であるから、基板
１５上にはＸ値が０．２８〜０．２５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。

次いで基板１４に対する２層目の結晶成長工程が終了し
た時点では、成長温度が４８０〜４７０℃であるから、
基板１４上にはＸ値が０、２５〜０．２２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。さらに、基板１５に対する
２層目の結晶成長工程が終了した時点では、成長温度が
４７０〜４６０℃であるから、基板１５上にはＸ値が０
．２２〜０．１８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（ｅ）点の紐或となってい
る。

このように、本実施例においては、１種類のメルト材料
２０内で２つの結晶成長用基板についてそれぞれ交互に
２回の結晶成長工程を実施しており、互いに異なる組成
比の２層のＨｇ＋−ＣｄＸＴｅ結晶を２つ形成すること
ができる。これにより、従来と比較して構造工程が非常
に簡略化され、また、メルト材料の消費量も少なくする
ことができる。

本実施例では、メルト材料２０をＨｇ＋−．Ｃｄ．Ｔｅ
と、基板１４．１５の材質をＣｄＴｅ等として説明した
が、本発明は勿論これに限定されないとともに、治具１
１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、さ
らに複数の互いに異なる組成比を有する２層化合物半導
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、複数の結晶成長用基板に
それぞれ１層目の化合物半導体結晶を形成した後、メル
ト材料等の交換を行うことなく、それぞれ２層目の化合
物半導体結晶を形成するから、製造に要する工数を低減
することができ、また、メルト材料の消費量も少なくす
ることができる等、その製造効率を大幅に向上せしめる
ことがきるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｆ）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Ｈｇ　ｌ−１１　Ｃ　ｄ　ｘ　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。 １１・・・治具、 １２・・・アンプル、 １４．１５・・・基板、 １７．１８・・・基板ホルダ、 ２０・・・メルト材料、 ２１；２２・・・結晶（１層目） ２３，２４・・・結晶（２層目）

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
   （１４、１５）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、 アンプル（１２）内に収容した結晶成長用基板が３以上
   の場合には、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た後、上記結晶成長が行われた全
   ての結晶成長用基板（１４、１５）について上記２回目
   の結晶成長と同様の工程をそれぞれ実施し、 １層目と２層目の組成比が異なる種々の２層化合物半導
   体結晶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。