JPH10203900A - 液相結晶成長方法 - Google Patents
液相結晶成長方法Info
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- JPH10203900A JPH10203900A JP685997A JP685997A JPH10203900A JP H10203900 A JPH10203900 A JP H10203900A JP 685997 A JP685997 A JP 685997A JP 685997 A JP685997 A JP 685997A JP H10203900 A JPH10203900 A JP H10203900A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 蒸気圧の高い材料を用いても比較的安定した
結晶成長を行うことが可能な液相結晶成長方法を提供す
る。 【解決手段】 溶媒材料、成長すべき半導体の構成元素
を含む材料を封管中で溶融し、合金化する。合金化する
工程で得られた合金を、開管中で溶融し、半導体の構成
元素の材料が溶媒中に溶解した溶液を作製する。開管中
で、溶液に成長基板を接触させ、該成長基板の表面上に
結晶を成長させる。
結晶成長を行うことが可能な液相結晶成長方法を提供す
る。 【解決手段】 溶媒材料、成長すべき半導体の構成元素
を含む材料を封管中で溶融し、合金化する。合金化する
工程で得られた合金を、開管中で溶融し、半導体の構成
元素の材料が溶媒中に溶解した溶液を作製する。開管中
で、溶液に成長基板を接触させ、該成長基板の表面上に
結晶を成長させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液相結晶成長方法
に関し、特に蒸気圧の高い原料を用いた成長に適した液
相結晶成長方法に関する。
に関し、特に蒸気圧の高い原料を用いた成長に適した液
相結晶成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】スライドボート法による従来の液相結晶
成長方法について簡単に説明する。溶液溜めが設けられ
た溶液ホルダを、基板ホルダの上に載置する。基板ホル
ダの上面には、成長基板を装填するための凹部が形成さ
れている。溶液ホルダの溶液溜めは、上下に開口部を有
し、下側の開口部は基板ホルダによって塞がれる。
成長方法について簡単に説明する。溶液溜めが設けられ
た溶液ホルダを、基板ホルダの上に載置する。基板ホル
ダの上面には、成長基板を装填するための凹部が形成さ
れている。溶液ホルダの溶液溜めは、上下に開口部を有
し、下側の開口部は基板ホルダによって塞がれる。
【０００３】溶液溜めの中に溶媒材料、溶質材料、及び
不純物材料を投入し、基板ホルダと溶液ホルダを開管系
の成長容器内に挿入する。成長容器内にＡｒ等の不活性
ガスを流しながら加熱し、溶媒材料、溶質材料、及び不
純物材料を溶融させる。このとき、基板ホルダの凹部に
装填された成長基板は、溶液溜めとは離れた位置にあ
る。
不純物材料を投入し、基板ホルダと溶液ホルダを開管系
の成長容器内に挿入する。成長容器内にＡｒ等の不活性
ガスを流しながら加熱し、溶媒材料、溶質材料、及び不
純物材料を溶融させる。このとき、基板ホルダの凹部に
装填された成長基板は、溶液溜めとは離れた位置にあ
る。
【０００４】各溶媒材料、溶質材料、及び不純物材料が
溶融した後、溶液ホルダをスライドさせ、溶液溜めを成
長基板の位置まで移動させる。成長基板が溶液に接触す
る。溶液の上下方向に温度勾配を形成することにより、
成長基板表面近傍の溶液が過飽和状態になる。このた
め、溶質が基板表面に析出し、結晶成長が生ずる。
溶融した後、溶液ホルダをスライドさせ、溶液溜めを成
長基板の位置まで移動させる。成長基板が溶液に接触す
る。溶液の上下方向に温度勾配を形成することにより、
成長基板表面近傍の溶液が過飽和状態になる。このた
め、溶質が基板表面に析出し、結晶成長が生ずる。
【０００５】なお、温度勾配を形成する代わりに、溶液
を徐冷して過飽和状態を形成してもよい。
を徐冷して過飽和状態を形成してもよい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】溶液中に蒸気圧の高い
材料が存在する場合、材料を溶融させる工程中にその成
分が蒸発してしまうため、所望の組成の溶液を形成する
ことが困難になる。蒸気圧の高い材料が、成長すべき結
晶の一成分である場合には、所望の組成の結晶を成長さ
せることが困難になる。また、蒸気圧の高い材料が、結
晶に添加すべき不純物原料である場合、成長結晶に効率
的に不純物を添加することが困難になる。
材料が存在する場合、材料を溶融させる工程中にその成
分が蒸発してしまうため、所望の組成の溶液を形成する
ことが困難になる。蒸気圧の高い材料が、成長すべき結
晶の一成分である場合には、所望の組成の結晶を成長さ
せることが困難になる。また、蒸気圧の高い材料が、結
晶に添加すべき不純物原料である場合、成長結晶に効率
的に不純物を添加することが困難になる。
【０００７】蒸気圧の高い材料が溶媒の一成分である場
合、溶媒が蒸発しやすくなり、溶液の組成が変動し、安
定した結晶成長を行うことが困難になる。特に、ＶＩ族
元素で構成される単体、混合物または化合物を溶媒とす
る場合、ＶＩ族元素には蒸気圧の高い元素が多いため、
安定した結晶成長を行うことが困難である。
合、溶媒が蒸発しやすくなり、溶液の組成が変動し、安
定した結晶成長を行うことが困難になる。特に、ＶＩ族
元素で構成される単体、混合物または化合物を溶媒とす
る場合、ＶＩ族元素には蒸気圧の高い元素が多いため、
安定した結晶成長を行うことが困難である。
【０００８】また、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体に添加さ
れる不純物、例えばＰ、Ａｓ、Ｎ等のＶ族元素、Ｃｌ、
Ｂｒ、Ｉ等のＶＩＩ族元素は比較的蒸気圧の高い成分で
ある。このため、これらの不純物をＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体中に添加することが困難である。
れる不純物、例えばＰ、Ａｓ、Ｎ等のＶ族元素、Ｃｌ、
Ｂｒ、Ｉ等のＶＩＩ族元素は比較的蒸気圧の高い成分で
ある。このため、これらの不純物をＩＩ−ＶＩ族化合物
半導体中に添加することが困難である。
【０００９】本発明の目的は、蒸気圧の高い材料を用い
ても比較的安定した結晶成長を行うことが可能な液相結
晶成長方法を提供することである。
ても比較的安定した結晶成長を行うことが可能な液相結
晶成長方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、溶媒材料、成長すべき半導体の構成元素を含む材料
を封管中で溶融し、合金化する工程と、前記合金化する
工程で得られた合金を、開管中で溶融し、前記半導体の
構成元素の材料が前記溶媒中に溶解した溶液を作製する
工程と、前記開管中で、前記溶液に成長基板を接触さ
せ、該成長基板の表面上に結晶を成長させる工程とを有
する液相結晶成長方法が提供される。
と、溶媒材料、成長すべき半導体の構成元素を含む材料
を封管中で溶融し、合金化する工程と、前記合金化する
工程で得られた合金を、開管中で溶融し、前記半導体の
構成元素の材料が前記溶媒中に溶解した溶液を作製する
工程と、前記開管中で、前記溶液に成長基板を接触さ
せ、該成長基板の表面上に結晶を成長させる工程とを有
する液相結晶成長方法が提供される。
【００１１】合金化する工程において、溶媒材料と半導
体の構成元素を含む材料を封管中で溶融するため、蒸気
圧の高い材料の蒸発を抑制することができる。開管中で
は、既に合金化された材料を溶融するため、比較的短時
間で半導体の構成元素を含む材料の溶解した溶液を形成
することができる。溶液形成時間を短縮できるため、蒸
気圧の高い材料の蒸発を抑制することができる。
体の構成元素を含む材料を封管中で溶融するため、蒸気
圧の高い材料の蒸発を抑制することができる。開管中で
は、既に合金化された材料を溶融するため、比較的短時
間で半導体の構成元素を含む材料の溶解した溶液を形成
することができる。溶液形成時間を短縮できるため、蒸
気圧の高い材料の蒸発を抑制することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施例による液相結晶成
長方法は、主としてプリメルト工程、メルトアロイ工
程、及び成長工程から構成される。以下、不純物として
Ｐを添加したＺｎＳｅ結晶の成長を行う実施例について
説明する。
長方法は、主としてプリメルト工程、メルトアロイ工
程、及び成長工程から構成される。以下、不純物として
Ｐを添加したＺｎＳｅ結晶の成長を行う実施例について
説明する。
【００１３】図１を参照して、プリメルト工程について
説明する。ＳｅとＴｅとを重量比で３：７になるように
混合した溶媒材料２．５５ｇを用い、溶質として３．２
ｍｇのＺｎＳｅ、不純物原料として溶媒に対して０．０
３〜０．２モル％のＺｎ3 Ｐ 2 を用いる。この溶媒材
料、溶質及び不純物原料からなる溶液材料を、高純度石
英製の封管１内に装填し、内部を真空排気して封止す
る。
説明する。ＳｅとＴｅとを重量比で３：７になるように
混合した溶媒材料２．５５ｇを用い、溶質として３．２
ｍｇのＺｎＳｅ、不純物原料として溶媒に対して０．０
３〜０．２モル％のＺｎ3 Ｐ 2 を用いる。この溶媒材
料、溶質及び不純物原料からなる溶液材料を、高純度石
英製の封管１内に装填し、内部を真空排気して封止す
る。
【００１４】真空排気された封管を電気炉２で８００℃
まで加熱し、約１０〜１４時間この温度を維持する。こ
のとき溶液材料が溶融する。室温まで徐冷することによ
り、溶媒、溶質及び不純物原料が混合された合金が得ら
れる。
まで加熱し、約１０〜１４時間この温度を維持する。こ
のとき溶液材料が溶融する。室温まで徐冷することによ
り、溶媒、溶質及び不純物原料が混合された合金が得ら
れる。
【００１５】次に、図２を参照して、メルトアロイ工程
及び成長工程について説明する。図２（Ａ）は、実施例
で使用したスライドボート型液相結晶成長装置の概略図
を示す。内径５０ｍｍ、長さ１２００ｍｍの溶融石英製
の反応管１０内に、高純度カーボン製の基板ホルダ１１
と溶液ホルダ１２が挿入されている。溶液ホルダ１２に
は、その上下方向に貫通する直径１０ｍｍ、高さ２１ｍ
ｍの溶液溜め１３が形成されている。溶液溜め１３の下
側開口部の直径は６ｍｍに絞られており、成長基板の浮
き上がりを防止している。溶液溜め１３の上側開口部
は、蓋１４により塞がれている。
及び成長工程について説明する。図２（Ａ）は、実施例
で使用したスライドボート型液相結晶成長装置の概略図
を示す。内径５０ｍｍ、長さ１２００ｍｍの溶融石英製
の反応管１０内に、高純度カーボン製の基板ホルダ１１
と溶液ホルダ１２が挿入されている。溶液ホルダ１２に
は、その上下方向に貫通する直径１０ｍｍ、高さ２１ｍ
ｍの溶液溜め１３が形成されている。溶液溜め１３の下
側開口部の直径は６ｍｍに絞られており、成長基板の浮
き上がりを防止している。溶液溜め１３の上側開口部
は、蓋１４により塞がれている。
【００１６】基板ホルダ１１の上面には、直径８．５ｍ
ｍ、深さ０．５ｍｍの凹部１５が２つ形成されている。
基板ホルダ１１及び溶液ホルダ１２は、それぞれ操作棒
１６及び１７により、反応管１０の軸方向にスライド可
能である。
ｍ、深さ０．５ｍｍの凹部１５が２つ形成されている。
基板ホルダ１１及び溶液ホルダ１２は、それぞれ操作棒
１６及び１７により、反応管１０の軸方向にスライド可
能である。
【００１７】反応管１０の両端に通気孔が設けられてお
り、一方の端部からＡｒガスが導入され、導入されたＡ
ｒガスは他方の端部から排出される。
り、一方の端部からＡｒガスが導入され、導入されたＡ
ｒガスは他方の端部から排出される。
【００１８】反応管１０は、内径７０ｍｍ、長さ５００
ｍｍの炉心管を有する電気炉２０の中に挿入される。電
気炉２０の均熱長は１００ｍｍ以上であり、結晶成長中
は、溶液溜め１３が均熱長内に配置される。結晶成長中
の溶液溜め１３近傍の温度は、熱電対（図示せず）によ
り測定される。電気炉２０の内部空洞内であって、反応
管１０の下方に、ガス流路２１が配置されている。ガス
流路２１内には、冷却用の空気が流される。
ｍｍの炉心管を有する電気炉２０の中に挿入される。電
気炉２０の均熱長は１００ｍｍ以上であり、結晶成長中
は、溶液溜め１３が均熱長内に配置される。結晶成長中
の溶液溜め１３近傍の温度は、熱電対（図示せず）によ
り測定される。電気炉２０の内部空洞内であって、反応
管１０の下方に、ガス流路２１が配置されている。ガス
流路２１内には、冷却用の空気が流される。
【００１９】実施例で用いた成長基板は、直径８ｍｍ、
厚さ０．５ｍｍ以下の（１１１）Ｂ面のＺｎＳｅ単結晶
基板である。成長基板を基板ホルダ１１に装填する前
に、表面を鏡面研磨した後、ＫＭｎＯ4 ５０ｍｇに対し
濃硫酸５ｍｌ、純水２０ｍｌの割合で混合した混合液を
用い、室温で約５分間のエッチングを行う。この成長基
板を基板ホルダ１１に形成された凹部１５内に装填す
る。
厚さ０．５ｍｍ以下の（１１１）Ｂ面のＺｎＳｅ単結晶
基板である。成長基板を基板ホルダ１１に装填する前
に、表面を鏡面研磨した後、ＫＭｎＯ4 ５０ｍｇに対し
濃硫酸５ｍｌ、純水２０ｍｌの割合で混合した混合液を
用い、室温で約５分間のエッチングを行う。この成長基
板を基板ホルダ１１に形成された凹部１５内に装填す
る。
【００２０】プリメルト工程で作製した溶液材料の合金
を封管から取り出し、溶液溜め１３内に装填する。さら
に、追加ソース材料として、１７ｍｇのＺｎＳｅ多結晶
を溶液溜め１３内に装填する。
を封管から取り出し、溶液溜め１３内に装填する。さら
に、追加ソース材料として、１７ｍｇのＺｎＳｅ多結晶
を溶液溜め１３内に装填する。
【００２１】このように準備した基板ホルダ１１及び溶
液ホルダ１２を反応管１０内に挿入し、反応管１０を電
気炉２０内に挿入する。反応管１０内にＡｒガスを導入
しＡｒ雰囲気とする。電気炉２０に電流を流し、反応管
１０内を所定の温度まで昇温する。同時に、ガス流路２
１内に冷却用空気を流し、反応管１０内に上下方向の温
度勾配を形成する。この温度勾配は、例えば８〜１２℃
／ｃｍとする。
液ホルダ１２を反応管１０内に挿入し、反応管１０を電
気炉２０内に挿入する。反応管１０内にＡｒガスを導入
しＡｒ雰囲気とする。電気炉２０に電流を流し、反応管
１０内を所定の温度まで昇温する。同時に、ガス流路２
１内に冷却用空気を流し、反応管１０内に上下方向の温
度勾配を形成する。この温度勾配は、例えば８〜１２℃
／ｃｍとする。
【００２２】図２（Ｂ）は、温度の時間変化を示す。破
線及び実線は、それぞれ反応容器１０の上側及び下側の
温度を表す。時刻ｔ1 において反応容器１０内の温度が
所望の温度に達する。このとき、成長基板部分の温度は
約５５０〜６００℃である。この温度を約１５〜３０分
間維持する。この間に、溶液溜め１３内に装填された合
金が溶融する、また、追加ソース材料の一部は、溶液中
に溶解する。合金中には既に溶質ＺｎＳｅが含まれてい
るため、この時点で十分な濃度の溶液が形成される。
線及び実線は、それぞれ反応容器１０の上側及び下側の
温度を表す。時刻ｔ1 において反応容器１０内の温度が
所望の温度に達する。このとき、成長基板部分の温度は
約５５０〜６００℃である。この温度を約１５〜３０分
間維持する。この間に、溶液溜め１３内に装填された合
金が溶融する、また、追加ソース材料の一部は、溶液中
に溶解する。合金中には既に溶質ＺｎＳｅが含まれてい
るため、この時点で十分な濃度の溶液が形成される。
【００２３】時刻ｔ2 において溶液ホルダをスライドさ
せ、成長基板を溶液溜め１３内の溶液に接触させる。溶
液中には上下方向の温度勾配が形成されており、成長基
板近傍の溶液が過飽和状態になっているため、成長基板
の表面上に溶質ＺｎＳｅが析出する。所望の厚さのＺｎ
Ｓｅを成長させた後、溶液ホルダをスライドさせ、成長
基板を溶液から離す。成長基板を２枚装填している場合
には、２枚目の成長基板を溶液に接触させ、２枚目の基
板上にも結晶成長を行う。
せ、成長基板を溶液溜め１３内の溶液に接触させる。溶
液中には上下方向の温度勾配が形成されており、成長基
板近傍の溶液が過飽和状態になっているため、成長基板
の表面上に溶質ＺｎＳｅが析出する。所望の厚さのＺｎ
Ｓｅを成長させた後、溶液ホルダをスライドさせ、成長
基板を溶液から離す。成長基板を２枚装填している場合
には、２枚目の成長基板を溶液に接触させ、２枚目の基
板上にも結晶成長を行う。
【００２４】時刻ｔ3 において、電気炉２０の電流を停
止し、室温まで徐冷する。成長温度を５８０℃、加熱開
始から成長開始（時刻ｔ2 ）までの時間を３５分、成長
時間を６０分として、ＺｎＳｅの結晶成長を行ったとこ
ろ、約３μｍの厚さの良好な結晶を成長させることがで
きた。なお、この場合、不純物原料Ｚｎ3Ｐ2 を含まな
い溶液を用いた。
止し、室温まで徐冷する。成長温度を５８０℃、加熱開
始から成長開始（時刻ｔ2 ）までの時間を３５分、成長
時間を６０分として、ＺｎＳｅの結晶成長を行ったとこ
ろ、約３μｍの厚さの良好な結晶を成長させることがで
きた。なお、この場合、不純物原料Ｚｎ3Ｐ2 を含まな
い溶液を用いた。
【００２５】これに対し、プリメルト工程を行わない従
来の方法で結晶成長を行ったところ、結晶が基板表面上
に島状に成長したのみであり、その厚さも非常に薄かっ
た。これは、メルトアロイ工程終了時における溶質の溶
解量が少ないためであると考えられる。十分な溶解量を
得るためには、メルトアロイ工程を長時間行う必要があ
る。メルトアロイ工程を長時間行うと、この間に蒸気圧
の高い成分の蒸発量が多くなってしまう。上記実施例で
は、メルトアロイ工程を短縮できるため、蒸気圧の高い
成分の蒸発量を抑制することができる。なお、プリメル
ト工程は封管内で行われるため、プリメルト工程中の蒸
発量は少ない。
来の方法で結晶成長を行ったところ、結晶が基板表面上
に島状に成長したのみであり、その厚さも非常に薄かっ
た。これは、メルトアロイ工程終了時における溶質の溶
解量が少ないためであると考えられる。十分な溶解量を
得るためには、メルトアロイ工程を長時間行う必要があ
る。メルトアロイ工程を長時間行うと、この間に蒸気圧
の高い成分の蒸発量が多くなってしまう。上記実施例で
は、メルトアロイ工程を短縮できるため、蒸気圧の高い
成分の蒸発量を抑制することができる。なお、プリメル
ト工程は封管内で行われるため、プリメルト工程中の蒸
発量は少ない。
【００２６】次に、不純物原料としてＺｎ3 Ｐ2 を用
い、Ｐを不純物として含むＺｎＳｅ単結晶を成長させた
結果について説明する。
い、Ｐを不純物として含むＺｎＳｅ単結晶を成長させた
結果について説明する。
【００２７】図３（Ａ）及び３（Ｂ）は、それぞれプリ
メルト工程を行わない従来方法及び上記実施例による方
法によって成長したＺｎＳｅ結晶のフォトルミネッセン
ススペクトルを示す。図３（Ｂ）では、波長４４２〜４
４７ｎｍの間に、Ｐがアクセプタとして振る舞った場合
に見られる束縛励起子発光が観察された。これに対し、
図３（Ａ）にはこれらの発光が観察されなかった。これ
は、本実施例による方法では、従来方法に比べて、メル
トアロイ工程及び成長工程中におけるＰの蒸発を抑制
し、Ｐを効率的に結晶中に取り込むことができたためと
考えられる。
メルト工程を行わない従来方法及び上記実施例による方
法によって成長したＺｎＳｅ結晶のフォトルミネッセン
ススペクトルを示す。図３（Ｂ）では、波長４４２〜４
４７ｎｍの間に、Ｐがアクセプタとして振る舞った場合
に見られる束縛励起子発光が観察された。これに対し、
図３（Ａ）にはこれらの発光が観察されなかった。これ
は、本実施例による方法では、従来方法に比べて、メル
トアロイ工程及び成長工程中におけるＰの蒸発を抑制
し、Ｐを効率的に結晶中に取り込むことができたためと
考えられる。
【００２８】次に、ＺｎＭｇＳＳｅ化合物半導体混晶の
成長を行う他の実施例について説明する。
成長を行う他の実施例について説明する。
【００２９】プリメルト工程において、ＳｅＴｅ、Ｚｎ
Ｓｅ、Ｍｇ、及びＺｎＳを溶融して合金化する。ＳｅＴ
ｅは溶媒であり、その他は溶質である。ＳｅＴｅ及びＺ
ｎＳｅの組成及び量は上記実施例の場合と同様であり、
ＭｇとＺｎＳの濃度は、溶媒に対して０．０３〜０．２
モル％である。これら材料の加熱条件は、上記実施例の
場合と同様である。
Ｓｅ、Ｍｇ、及びＺｎＳを溶融して合金化する。ＳｅＴ
ｅは溶媒であり、その他は溶質である。ＳｅＴｅ及びＺ
ｎＳｅの組成及び量は上記実施例の場合と同様であり、
ＭｇとＺｎＳの濃度は、溶媒に対して０．０３〜０．２
モル％である。これら材料の加熱条件は、上記実施例の
場合と同様である。
【００３０】このように作製された溶液材料を用い、上
記実施例の場合と同様にスライドボート法によってＺｎ
ＭｇＳＳｅ混晶の成長を行った。
記実施例の場合と同様にスライドボート法によってＺｎ
ＭｇＳＳｅ混晶の成長を行った。
【００３１】上記他の実施例の一例として、Ｍｇ及びＺ
ｎＳの添加量を０．０５モル％、成長温度を５８０℃、
加熱開始から成長開始までの時間を３５分、成長時間を
６０分としたところ、厚さ２μｍの良好なＺｎＭｇＳＳ
ｅ混晶層を成長させることができた。成長層の組成を分
析したところ、Ｚｎ、Ｓｅ、Ｍｇ、Ｓ及びＴｅの含有が
確認された。また、Ｘ線回折によりＺｎＳｅ基板とＺｎ
ＭｇＳＳｅ成長層の格子定数を測定したところ、両者と
も０．５６７ｎｍであった。
ｎＳの添加量を０．０５モル％、成長温度を５８０℃、
加熱開始から成長開始までの時間を３５分、成長時間を
６０分としたところ、厚さ２μｍの良好なＺｎＭｇＳＳ
ｅ混晶層を成長させることができた。成長層の組成を分
析したところ、Ｚｎ、Ｓｅ、Ｍｇ、Ｓ及びＴｅの含有が
確認された。また、Ｘ線回折によりＺｎＳｅ基板とＺｎ
ＭｇＳＳｅ成長層の格子定数を測定したところ、両者と
も０．５６７ｎｍであった。
【００３２】図４の上段及び下段は、それぞれＺｎＳｅ
基板及びＺｎＭｇＳＳｅ成長層のカソードルミネッセン
ススペクトルを示す。ＺｎＭｇＳＳｅ成長層の発光ピー
クがＺｎＳｅ基板の発光ピークよりも短波長側にシフト
していることがわかる。以上の測定結果から、成長結晶
はＺｎＳｅ基板とほぼ等しい格子定数を有し、ＺｎＳｅ
基板よりも大きなエネルギギャップを有するＺｎＭｇＳ
Ｓｅ混晶であることがわかる。
基板及びＺｎＭｇＳＳｅ成長層のカソードルミネッセン
ススペクトルを示す。ＺｎＭｇＳＳｅ成長層の発光ピー
クがＺｎＳｅ基板の発光ピークよりも短波長側にシフト
していることがわかる。以上の測定結果から、成長結晶
はＺｎＳｅ基板とほぼ等しい格子定数を有し、ＺｎＳｅ
基板よりも大きなエネルギギャップを有するＺｎＭｇＳ
Ｓｅ混晶であることがわかる。
【００３３】プリメルト工程において添加するＭｇ及び
Ｓの濃度を変えることにより、成長結晶中のＭｇ及びＳ
の組成比を制御することができる。
Ｓの濃度を変えることにより、成長結晶中のＭｇ及びＳ
の組成比を制御することができる。
【００３４】図５（Ａ）は、プリメルト工程で添加する
ＺｎＳの濃度を変化させてＺｎＳyＳｅ1-y を成長させ
たときの成長結晶のカソードルミネッセンスのピーク波
長及びＳの組成比ｙを示す。横軸はＳｅＴｅ溶媒に対す
るＺｎＳの濃度を単位「モル％」で表し、左縦軸はカソ
ードルミネッセンスのピーク波長を単位「ｎｍ」で表
し、右縦軸はＳの組成比ｙを表す。
ＺｎＳの濃度を変化させてＺｎＳyＳｅ1-y を成長させ
たときの成長結晶のカソードルミネッセンスのピーク波
長及びＳの組成比ｙを示す。横軸はＳｅＴｅ溶媒に対す
るＺｎＳの濃度を単位「モル％」で表し、左縦軸はカソ
ードルミネッセンスのピーク波長を単位「ｎｍ」で表
し、右縦軸はＳの組成比ｙを表す。
【００３５】液相成長用の溶液中のＺｎＳの濃度を増加
させると、ピーク波長が短波長側にシフトし、成長結晶
中のＳの組成比が大きくなる。
させると、ピーク波長が短波長側にシフトし、成長結晶
中のＳの組成比が大きくなる。
【００３６】図５（Ｂ）は、プリメルト工程で添加する
Ｍｇの濃度を変化させてＺｎ1-x Ｍｇx Ｓｅを成長させ
た場合の成長結晶のカソードルミネッセンスのピーク波
長及びＭｇの組成比ｘを示す。この場合も、図５（Ａ）
の場合と同様に、溶液中のＭｇの添加量を増加させる
と、ピーク波長が短波長側にシフトし、成長結晶中のＭ
ｇの組成比が大きくなる。
Ｍｇの濃度を変化させてＺｎ1-x Ｍｇx Ｓｅを成長させ
た場合の成長結晶のカソードルミネッセンスのピーク波
長及びＭｇの組成比ｘを示す。この場合も、図５（Ａ）
の場合と同様に、溶液中のＭｇの添加量を増加させる
と、ピーク波長が短波長側にシフトし、成長結晶中のＭ
ｇの組成比が大きくなる。
【００３７】図５（Ｃ）は、プリメルト工程で添加する
ＭｇとＺｎＳの濃度を相互に等しくしたまま変化させて
Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓy Ｓｅ1-y を成長させた場合の成長結
晶のカソードルミネッセンスのピーク波長を示す。図５
（Ａ）及び５（Ｂ）の場合と同様に、溶液中のＭｇとＺ
ｎＳの濃度を増加させると、ピーク波長が短波長側にシ
フトする。
ＭｇとＺｎＳの濃度を相互に等しくしたまま変化させて
Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓy Ｓｅ1-y を成長させた場合の成長結
晶のカソードルミネッセンスのピーク波長を示す。図５
（Ａ）及び５（Ｂ）の場合と同様に、溶液中のＭｇとＺ
ｎＳの濃度を増加させると、ピーク波長が短波長側にシ
フトする。
【００３８】図５（Ａ）〜５（Ｃ）のグラフから、溶液
中のＭｇ及びＳの濃度を変えることにより、成長結晶中
Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓy Ｓｅ1-y 中のＭｇ及びＳの組成比ｘ
及びｙを制御できることがわかる。
中のＭｇ及びＳの濃度を変えることにより、成長結晶中
Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓy Ｓｅ1-y 中のＭｇ及びＳの組成比ｘ
及びｙを制御できることがわかる。
【００３９】Ｚｎ1-x Ｍｇx Ｓy Ｓｅ1-y 化合物半導体
混晶は、ＺｎＳｅよりも大きなバンドギャップ領域にお
いて、組成比ｘとｙとを変えることにより、バンドギャ
ップと格子定数とを独立に変えることができる材料とし
て注目されている。発光ダイオードやレーザダイオード
の発光層もしくはクラッド層としての利用が期待されて
いる材料である。従来、ＺｎＭｇＳＳｅ化合物半導体混
晶は、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）等により成長してい
たが、液相成長で形成することによって製造コストの低
減を図ることが可能になる。
混晶は、ＺｎＳｅよりも大きなバンドギャップ領域にお
いて、組成比ｘとｙとを変えることにより、バンドギャ
ップと格子定数とを独立に変えることができる材料とし
て注目されている。発光ダイオードやレーザダイオード
の発光層もしくはクラッド層としての利用が期待されて
いる材料である。従来、ＺｎＭｇＳＳｅ化合物半導体混
晶は、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）等により成長してい
たが、液相成長で形成することによって製造コストの低
減を図ることが可能になる。
【００４０】上記実施例では、ＺｎＳｅ単結晶及びＺｎ
ＭｇＳＳｅ混晶を成長させる場合について説明したが、
上記実施例は、他の化合物半導体及び混晶の液相成長に
適用することも可能である。また、上記実施例では、Ｚ
ｎＳｅに不純物としてＰを添加する場合について説明し
たが、その他の不純物、例えばＡｓ、Ｎ、Ｃｌ、Ｂｒ、
Ｉ等を添加する場合にも同様の効果が期待できる。ま
た、不純物原料として、上記実施例のように化合物、例
えばＺｎ3 Ｐ2 、Ｚｎ3 Ａｓ2 、Ｌｉ3 Ｎ、ＺｎＣ
ｌ2 、ＺｎＢｒ2 、ＺｎＩ2 等を用いてもよいし、不純
物単体を用いてもよい。
ＭｇＳＳｅ混晶を成長させる場合について説明したが、
上記実施例は、他の化合物半導体及び混晶の液相成長に
適用することも可能である。また、上記実施例では、Ｚ
ｎＳｅに不純物としてＰを添加する場合について説明し
たが、その他の不純物、例えばＡｓ、Ｎ、Ｃｌ、Ｂｒ、
Ｉ等を添加する場合にも同様の効果が期待できる。ま
た、不純物原料として、上記実施例のように化合物、例
えばＺｎ3 Ｐ2 、Ｚｎ3 Ａｓ2 、Ｌｉ3 Ｎ、ＺｎＣ
ｌ2 、ＺｎＢｒ2 、ＺｎＩ2 等を用いてもよいし、不純
物単体を用いてもよい。
【００４１】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
封管中で溶媒材料、溶質、及び不純物原料を溶融し、合
金化するため、蒸気圧の高い成分の蒸発を抑制すること
ができる。開管中では、この合金を溶融するため、比較
的短時間で溶液を形成することができる。溶液形成時間
を短縮できるため、蒸気圧の高い成分の蒸発を抑制する
ことができる。
封管中で溶媒材料、溶質、及び不純物原料を溶融し、合
金化するため、蒸気圧の高い成分の蒸発を抑制すること
ができる。開管中では、この合金を溶融するため、比較
的短時間で溶液を形成することができる。溶液形成時間
を短縮できるため、蒸気圧の高い成分の蒸発を抑制する
ことができる。
【００４３】蒸気圧の高い成分の蒸発量を抑制できるた
め、所望の組成の溶液を形成することができ、所望の組
成の結晶を成長させることが可能になる。
め、所望の組成の溶液を形成することができ、所望の組
成の結晶を成長させることが可能になる。
【図１】プリメルト工程で使用する封管及び電気炉の概
略断面図である。
略断面図である。
【図２】結晶成長工程で使用するスライドボート法によ
る結晶成長装置の概略断面図である。
る結晶成長装置の概略断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、従来方法により成長させたＰ添
加のＺｎＳｅのフォトルミネッセンススペクトルを示す
グラフ、図３（Ｂ）は、本発明の実施例による方法で成
長させたＰ添加のＺｎＳｅのフォトルミネッセンススペ
クトルを示すグラフである。
加のＺｎＳｅのフォトルミネッセンススペクトルを示す
グラフ、図３（Ｂ）は、本発明の実施例による方法で成
長させたＰ添加のＺｎＳｅのフォトルミネッセンススペ
クトルを示すグラフである。
【図４】ＺｎＳｅ基板、及び他の実施例による方法で成
長したＺｎＭｇＳＳｅ混晶層のカソードルミネッセンス
スペクトルを表すグラフである。
長したＺｎＭｇＳＳｅ混晶層のカソードルミネッセンス
スペクトルを表すグラフである。
【図５】図５（Ａ）及び５（Ｂ）は、それぞれＺｎＳＳ
ｅ、及びＺｎＭｇＳｅのカソードルミネッセンスのピー
ク波長及び組成比を、溶液中のＺｎＳ及びＭｇの濃度の
関数として示すグラフである。図５（Ｃ）は、ＺｎＭｇ
ＳＳｅのカソードルミネッセンスのピーク波長を、溶液
中のＺｎＳ及びＭｇの濃度の関数として示すグラフであ
る。
ｅ、及びＺｎＭｇＳｅのカソードルミネッセンスのピー
ク波長及び組成比を、溶液中のＺｎＳ及びＭｇの濃度の
関数として示すグラフである。図５（Ｃ）は、ＺｎＭｇ
ＳＳｅのカソードルミネッセンスのピーク波長を、溶液
中のＺｎＳ及びＭｇの濃度の関数として示すグラフであ
る。
１ 封管 ２ 電気炉 １０ 反応管 １１ 基板ホルダ １２ 溶液ホルダ １３ 溶液溜め １４ 蓋 １５ 凹部 １６、１７ 操作棒 ２０ 電気炉 ２１ ガス流路
Claims (6)
- 【請求項１】 溶媒材料、成長すべき半導体の構成元素
を含む材料を封管中で溶融し、合金化する工程と、 前記合金化する工程で得られた合金を、開管中で溶融
し、前記半導体の構成元素の材料が前記溶媒中に溶解し
た溶液を作製する工程と、 前記開管中で、前記溶液に成長基板を接触させ、該成長
基板の表面上に結晶を成長させる工程とを有する液相結
晶成長方法。 - 【請求項２】 前記合金化する工程において、前記溶媒
材料、前記半導体の構成元素を含む材料、及び成長すべ
き結晶に添加する不純物元素を含んだ不純物原料を溶融
して該不純物原料を含んだ合金を形成し、 前記結晶を成長させる工程において、前記不純物原料に
含まれる不純物元素を含んだ結晶を成長させる請求項１
に記載の液相結晶成長方法。 - 【請求項３】 前記半導体の構成元素を含む材料がＩＩ
−ＶＩ族化合物半導体である請求項１または２に記載の
液相結晶成長方法。 - 【請求項４】 前記半導体の構成元素を含む材料が複数
の材料からなり、各材料がＩＩ−ＶＩ族化合物半導体混
晶の各構成元素を含む請求項１に記載の液相結晶成長方
法。 - 【請求項５】 前記半導体の構成元素を含む材料が、そ
れぞれＺｎ、Ｓｅ、Ｍｇ及びＳを含む請求項４に記載の
液相結晶成長方法。 - 【請求項６】 前記溶媒材料がＶＩ族元素を主成分とす
る請求項１〜５のいずれかに記載の液相結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP685997A JPH10203900A (ja) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | 液相結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP685997A JPH10203900A (ja) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | 液相結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10203900A true JPH10203900A (ja) | 1998-08-04 |
Family
ID=11649977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP685997A Pending JPH10203900A (ja) | 1997-01-17 | 1997-01-17 | 液相結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10203900A (ja) |
-
1997
- 1997-01-17 JP JP685997A patent/JPH10203900A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20060516 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060606 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061108 |