JPS6021894A - 液相エピタキシヤル成長方法 - Google Patents
液相エピタキシヤル成長方法Info
- Publication number
- JPS6021894A JPS6021894A JP12651083A JP12651083A JPS6021894A JP S6021894 A JPS6021894 A JP S6021894A JP 12651083 A JP12651083 A JP 12651083A JP 12651083 A JP12651083 A JP 12651083A JP S6021894 A JPS6021894 A JP S6021894A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- melt
- solute
- growth
- epitaxial growth
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
- C30B19/06—Reaction chambers; Boats for supporting the melt; Substrate holders
- C30B19/063—Sliding boat system
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。
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、成長結晶中の組成比を制御することができる
液相エピタキシャル成長方法に関する。
液相エピタキシャル成長方法に関する。
従来例の構成とその問題点
液相エピタキシャル成長方法は、■−■族化合物半導体
の結晶育成に広く利用され、とりわけ、例えば、ガリウ
ム・アルミニウム・砒素（ＧａＡｌ！。
の結晶育成に広く利用され、とりわけ、例えば、ガリウ
ム・アルミニウム・砒素（ＧａＡｌ！。
Ａｓ）、ガリウムｅ砒素・すｙ （、ＧａＡｓ Ｐ ）
等の■−Ｖ族多元混晶を用いる発光半導体装置の素子形
成には不可欠の技術である。
等の■−Ｖ族多元混晶を用いる発光半導体装置の素子形
成には不可欠の技術である。
液相エピタキシャル成長方法では、特に、徐冷法と呼ば
れる方法が広く実用されている。すなわち、この徐冷法
は、高温に加熱保持されたエピタキシャル成長用溶融液
（以下、単に溶融液）を徐冷し、同溶融液内の溶質の溶
解度変化を利用してエピタキシャル成長を行なう方法で
あり、簡単な装置で、量産性よく結晶成長を行なうこと
ができる。
れる方法が広く実用されている。すなわち、この徐冷法
は、高温に加熱保持されたエピタキシャル成長用溶融液
（以下、単に溶融液）を徐冷し、同溶融液内の溶質の溶
解度変化を利用してエピタキシャル成長を行なう方法で
あり、簡単な装置で、量産性よく結晶成長を行なうこと
ができる。
ところが、ＧａＡＲＡｓ やＧ ａ Ａ ｓ Ｐのよう
な多元混晶半導体をとの徐冷法で結晶育成すると、エピ
タキシャル成長の進行とともに、溶融液内の溶質濃度が
変化し、同成長層の厚さ方向での組成変化を避けること
ができない。このような成長層の組成変化は、成長開始
時における溶融液の組成および温度を設定すると一義的
に定まシ、その組成変化を制御するのがなかなか困難で
ある。まだ、この組成変化は、例えば、Ｇ ａ ＡρＡ
ｓ 混晶による発光ダイオード（ＬＥＤ）でみると、発
光効率の低下をもたらす。すなわち、例えば、シリコン
（Ｓｉ ）をｐ型およびｎ型不純物としたＧ ａ Ａυ
Ａ８ 混晶ＬＥＤの場合、成長層中のＡｎＡｓ混晶比は
、エピタキシャル成長の進行とともに減少する。このた
め、結晶の禁制帯幅（エネルギーバンドギャップ）は、
成長初期層で最大、成長終期層、すなわち最表層部で最
小になり、この結果、同結晶内部のｐｎ接合付近の発光
領域で生じた光が、表面層に到達するまでに、結晶内部
で吸収され、発光効率は極めて低いものとなってしまう
。
な多元混晶半導体をとの徐冷法で結晶育成すると、エピ
タキシャル成長の進行とともに、溶融液内の溶質濃度が
変化し、同成長層の厚さ方向での組成変化を避けること
ができない。このような成長層の組成変化は、成長開始
時における溶融液の組成および温度を設定すると一義的
に定まシ、その組成変化を制御するのがなかなか困難で
ある。まだ、この組成変化は、例えば、Ｇ ａ ＡρＡ
ｓ 混晶による発光ダイオード（ＬＥＤ）でみると、発
光効率の低下をもたらす。すなわち、例えば、シリコン
（Ｓｉ ）をｐ型およびｎ型不純物としたＧ ａ Ａυ
Ａ８ 混晶ＬＥＤの場合、成長層中のＡｎＡｓ混晶比は
、エピタキシャル成長の進行とともに減少する。このた
め、結晶の禁制帯幅（エネルギーバンドギャップ）は、
成長初期層で最大、成長終期層、すなわち最表層部で最
小になり、この結果、同結晶内部のｐｎ接合付近の発光
領域で生じた光が、表面層に到達するまでに、結晶内部
で吸収され、発光効率は極めて低いものとなってしまう
。
発明の目的
本発明は、徐冷法によっても、エピタキシャル成長層中
の組成を自在に制御することが可能な成長方法を措供す
るものである。
の組成を自在に制御することが可能な成長方法を措供す
るものである。
発明の構成
本発明は、要約するに、エピタキシャル成長用溶質を含
む第１の溶融液の一方の面に被成長用基板を接触させる
とともに、前記第１の溶融液の他方の面で、同一溶媒、
かつ、溶質組成を異にする第２の溶融液を接触させる工
程をそなえた液相エピタキシャル成長方法であり、これ
により、成長過程における溶融液内の溶質組成を連続的
に、かつ、自在に制御することができ、成長層の組成を
任意に設定することができる。
む第１の溶融液の一方の面に被成長用基板を接触させる
とともに、前記第１の溶融液の他方の面で、同一溶媒、
かつ、溶質組成を異にする第２の溶融液を接触させる工
程をそなえた液相エピタキシャル成長方法であり、これ
により、成長過程における溶融液内の溶質組成を連続的
に、かつ、自在に制御することができ、成長層の組成を
任意に設定することができる。
実施例の説明
第１図は本発明の実施例で使用した液相エピタキシャル
成長装置の概要断面図であり、グラファイト・ボートが
固定部１および可動部２でなり、固定部１には被成長用
基板３を置く深い窪みをもち、可動部２には複数の開口
をそなえている。そして、固定部１の窪みと可動部２の
開口のひとつで形成される溶液溜に第１の溶融液４を満
たし、他方、可動部２の別の開口で形成される溶液溜に
第２の溶融液５を準備しておく。ここで、第１の溶融液
４と第２の溶融液６とは、同一溶媒で、かつ、温度Ｔｓ
で溶質組成の異なる飽和溶融液である。
成長装置の概要断面図であり、グラファイト・ボートが
固定部１および可動部２でなり、固定部１には被成長用
基板３を置く深い窪みをもち、可動部２には複数の開口
をそなえている。そして、固定部１の窪みと可動部２の
開口のひとつで形成される溶液溜に第１の溶融液４を満
たし、他方、可動部２の別の開口で形成される溶液溜に
第２の溶融液５を準備しておく。ここで、第１の溶融液
４と第２の溶融液６とは、同一溶媒で、かつ、温度Ｔｓ
で溶質組成の異なる飽和溶融液である。
次に、可動部２を移動させて、固定部１の窪みに残る第
１の溶融液４に第２の溶融液６を接触させると、溶質組
成の差異による溶質の拡散が起こり、したがって、被成
長用基板３に接する溶融液は、溶質濃度が時間的に変化
する。第２図は、溶質Ａの濃度がｘＡｌなる第１の溶融
液４に、溶質Ａの濃度がＸＡ２なる第２の溶融液５（た
だし、ＸＡ１〈ＸＡ２）を接触させたとき、被成長用基
板３の付近での溶質Ａの濃度変化を時間経過によって１
莫式的に示したものであり、時間がｔ。からｔｌへと進
むにつれて、濃度がＸＡ１からＸＡ３（ただし、ＸＡ１
くＸＡ３〈ＸＡ２）へと変化することを表わしている。
１の溶融液４に第２の溶融液６を接触させると、溶質組
成の差異による溶質の拡散が起こり、したがって、被成
長用基板３に接する溶融液は、溶質濃度が時間的に変化
する。第２図は、溶質Ａの濃度がｘＡｌなる第１の溶融
液４に、溶質Ａの濃度がＸＡ２なる第２の溶融液５（た
だし、ＸＡ１〈ＸＡ２）を接触させたとき、被成長用基
板３の付近での溶質Ａの濃度変化を時間経過によって１
莫式的に示したものであり、時間がｔ。からｔｌへと進
むにつれて、濃度がＸＡ１からＸＡ３（ただし、ＸＡ１
くＸＡ３〈ＸＡ２）へと変化することを表わしている。
そこで、この溶質濃度変化を利用して、徐冷法によって
エピタキシャル成長を行なえば、被成長用基板３の付近
の溶質濃度を自在に制御することができ、これにともな
い、成長結晶層の組成を任意に選定することが可能にな
る。
エピタキシャル成長を行なえば、被成長用基板３の付近
の溶質濃度を自在に制御することができ、これにともな
い、成長結晶層の組成を任意に選定することが可能にな
る。
第３図は、本発明の一実施例として、Ｇ ａ Ａ ｓ基
板上にＧ ａ Ａ Ｉｔ Ａ ｓ 混晶層をエピタキシ
ャル成長させたものの結晶層内組成を示したものである
。
板上にＧ ａ Ａ Ｉｔ Ａ ｓ 混晶層をエピタキシ
ャル成長させたものの結晶層内組成を示したものである
。
この実施例での第１の溶融液４は、溶媒のガリウム（Ｇ
ａ）に対して、その１ｙ当ｐｏ、９ｍ９に相当するアル
ミニウム（Ａ℃）を添加し、さらに、温度８００°Ｃで
飽和溶液になる分量の多結晶Ｇ ａ Ａ ｓを加えたも
のであり、また、第２の溶融液６は、溶媒のＧａに対し
て、その１ｙ当り６．３■のＡＩ！、を添加し、かつ、
８００°Ｃで飽和溶液となる分量の多結晶Ｇ ａ Ａ
ｓを加えたものを用いた。
ａ）に対して、その１ｙ当ｐｏ、９ｍ９に相当するアル
ミニウム（Ａ℃）を添加し、さらに、温度８００°Ｃで
飽和溶液になる分量の多結晶Ｇ ａ Ａ ｓを加えたも
のであり、また、第２の溶融液６は、溶媒のＧａに対し
て、その１ｙ当り６．３■のＡＩ！、を添加し、かつ、
８００°Ｃで飽和溶液となる分量の多結晶Ｇ ａ Ａ
ｓを加えたものを用いた。
まず、第１図の液相エピタキシャル成長装置を用いて、
Ｇ ａ Ａ ｓ基板３を、ｓｏｏｏＣに保たれた第１の
溶融液４に接触させた状態から、可動部２を移動させて
、窪みに残った第１の溶融液４に第２の溶融液５を接触
させる。つづいて、この状態のまま、０．６°Ｃ／分の
温度降下条件で徐冷工程を開始し、約１０分間のエピタ
キシャル成長を行なった。
Ｇ ａ Ａ ｓ基板３を、ｓｏｏｏＣに保たれた第１の
溶融液４に接触させた状態から、可動部２を移動させて
、窪みに残った第１の溶融液４に第２の溶融液５を接触
させる。つづいて、この状態のまま、０．６°Ｃ／分の
温度降下条件で徐冷工程を開始し、約１０分間のエピタ
キシャル成長を行なった。
成長Ｇ ａ Ａ ｆＬ Ａ ｓ結晶中のＡ Ｉｌ、Ａ
ｓ混晶比は、第３図の実線６で示すように、成長初期に
は第１の溶融液４の溶質濃度に依存する混晶比（Ｘ＝０
．３５）であるが、成長終期（つまり、結晶最表部）で
は、Ｘ ＝ ０．５０の混晶比になり、この間、はぼ連
続して変化する。なお、第１の溶融液４のみによる成長
層は点線７のような混晶比になり、成長終期でＸ ＝
０．３２程度になる。
ｓ混晶比は、第３図の実線６で示すように、成長初期に
は第１の溶融液４の溶質濃度に依存する混晶比（Ｘ＝０
．３５）であるが、成長終期（つまり、結晶最表部）で
は、Ｘ ＝ ０．５０の混晶比になり、この間、はぼ連
続して変化する。なお、第１の溶融液４のみによる成長
層は点線７のような混晶比になり、成長終期でＸ ＝
０．３２程度になる。
この実施例から明らかなように、第１および第２の溶融
液の溶質濃度を適宜に選定することにより、成長結晶層
内の混晶比率を制御することは十分に可能である。
液の溶質濃度を適宜に選定することにより、成長結晶層
内の混晶比率を制御することは十分に可能である。
さらに、本発明を、Ｓｉ ドープのＧ ａ Ａ Ｑ Ａ
ｓ赤外ＬＥＤに応用した場合について、詳細にのべる
。
ｓ赤外ＬＥＤに応用した場合について、詳細にのべる
。
第１図示のエヒリキシャル成長装置を用い、被成長用基
板３にｎ型Ｇａ Ａ ｓ基板（Ｓｉ ドープ、濃度Ｎ’
； Ｉ Ｘ １０ ｃｍ ）、第１の溶融ｔＬ４の材料
に、Ｇａ３ｏｙＨＡＲ，６８ｍ９．ＧａＡｓ多結晶５．
０９ｙ、 Ｓ ｉ ５０ｍｇの混合物、第２の溶融液５
の材料に、ｃ＋ａｅｓｏｙ。
板３にｎ型Ｇａ Ａ ｓ基板（Ｓｉ ドープ、濃度Ｎ’
； Ｉ Ｘ １０ ｃｍ ）、第１の溶融ｔＬ４の材料
に、Ｇａ３ｏｙＨＡＲ，６８ｍ９．ＧａＡｓ多結晶５．
０９ｙ、 Ｓ ｉ ５０ｍｇの混合物、第２の溶融液５
の材料に、ｃ＋ａｅｓｏｙ。
Ａｆｌ ２１１．６ｍｇ 、 ＧａＡｓ多結晶２．８７
ｙ、Ｓｔ１００ｍ９の混合物を用意して、高純度水素雰
囲気中で、９０゜°Ｃまで外淵して、十分溶解して均一
化し、この状態で基板３と第１の溶融液４との接触を３
０分間保持したのち、可動部２の移動によって、第１の
溶融液４に第２の溶融液５を接触させ、引き続いて、毎
分０．５°Ｃの温度降下条件で、終点温度７５０°Ｃ″
ｌｆ、で徐冷工程を進行させる。
ｙ、Ｓｔ１００ｍ９の混合物を用意して、高純度水素雰
囲気中で、９０゜°Ｃまで外淵して、十分溶解して均一
化し、この状態で基板３と第１の溶融液４との接触を３
０分間保持したのち、可動部２の移動によって、第１の
溶融液４に第２の溶融液５を接触させ、引き続いて、毎
分０．５°Ｃの温度降下条件で、終点温度７５０°Ｃ″
ｌｆ、で徐冷工程を進行させる。
第４図は、この実施例によって得られる成長結晶中の厚
さ方向Ａ １． Ａ ｓ混晶比を示したもので、成長開
始層および成長終期層の混晶比が、それぞれ、０．３、
中間のｐｎ接合領域イリ近で、混晶比０．０７であった
。この結晶を用いて、ｎ型Ｇ ａ Ａ ｓ基板側および
ｐ型Ｇ ａ Ａ ＲＡ ｇ成長結晶層側に、それぞれオ
ーム性電極を付設してＬＥＤ素子に組み立てた。
さ方向Ａ １． Ａ ｓ混晶比を示したもので、成長開
始層および成長終期層の混晶比が、それぞれ、０．３、
中間のｐｎ接合領域イリ近で、混晶比０．０７であった
。この結晶を用いて、ｎ型Ｇ ａ Ａ ｓ基板側および
ｐ型Ｇ ａ Ａ ＲＡ ｇ成長結晶層側に、それぞれオ
ーム性電極を付設してＬＥＤ素子に組み立てた。
このＬＥＤの特性は、順方向電流（ＩＦ） １００ｒｒ
、Ａで１５ｍＷの光出力が得られ、従来例の標準的仕様
のものが、１０〜１２ｍＷ程度であることに比較すると
、顕著な光出力の向上がみられた。
、Ａで１５ｍＷの光出力が得られ、従来例の標準的仕様
のものが、１０〜１２ｍＷ程度であることに比較すると
、顕著な光出力の向上がみられた。
さらに、従来例では、光出力を向上させるために、基板
のｎ型Ｇ ａ Ａ ｓ層を食刻除去する工程が介在する
が、この実施例では、基板の食刻除去工程なしでも十分
に高い光出力が得られ、ＬＥＤの製造歩留りが大幅に向
上し、その製造性も格段によかっだ。
のｎ型Ｇ ａ Ａ ｓ層を食刻除去する工程が介在する
が、この実施例では、基板の食刻除去工程なしでも十分
に高い光出力が得られ、ＬＥＤの製造歩留りが大幅に向
上し、その製造性も格段によかっだ。
本発明の適用は、Ｇ ａ Ａ ｆｌ八へ混晶系に限らず
、ＧａＡｓＰなと、他の三元以上の多元混晶系にも、同
じ原理によって、十分に可能である。
、ＧａＡｓＰなと、他の三元以上の多元混晶系にも、同
じ原理によって、十分に可能である。
発明の効果
本発明によれば、液相エピタキシャル成長の進行過程に
ある第１の溶融液に対して、溶質濃度の異なる第２の溶
融液を接触させるという簡単な工程の導入によって、エ
ピタキンゴル成長層内の組成を、厚み方向で自在に制御
することができ、発光半導体装置の分野で多岐の応用製
品を生み出すことができる。
ある第１の溶融液に対して、溶質濃度の異なる第２の溶
融液を接触させるという簡単な工程の導入によって、エ
ピタキンゴル成長層内の組成を、厚み方向で自在に制御
することができ、発光半導体装置の分野で多岐の応用製
品を生み出すことができる。
第１図は本発明の実施例で用いたエピタキンヤル成長装
置、第２図は本発明の実施例での溶質濃度変化を模式的
に示す特性図、第３図および第４図は本発明実施各側の
混晶分布特性図である。 １・・・・ボート固定部、２・・・可動部、３・・・−
被成長用基板、４，６・・−成長用溶融液。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第２
図 時間 第３図 第４図
置、第２図は本発明の実施例での溶質濃度変化を模式的
に示す特性図、第３図および第４図は本発明実施各側の
混晶分布特性図である。 １・・・・ボート固定部、２・・・可動部、３・・・−
被成長用基板、４，６・・−成長用溶融液。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第２
図 時間 第３図 第４図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ０）エピタキシャル成長用溶質を含む第１の溶融液の一
方の面に被成長用基板を接触させるとともに、前記第１
の溶融液の他方の面で、同一溶媒、かつ、溶質組成を異
にする第２の溶融液を接触させる工程をそなえた液相エ
ピタキシャル成長方法。 に））溶質組成が三元素以上でなる特許請求の範囲第１
項に記載の液相エピタキシャル成長方法。 （３）溶質組成がアルミニウム、ガリウム、砒素。 シんから選ばれる三元素以上でなる特許請求の範囲第１
項または第２項に記載の液相エピタキシャル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12651083A JPS6021894A (ja) | 1983-07-12 | 1983-07-12 | 液相エピタキシヤル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12651083A JPS6021894A (ja) | 1983-07-12 | 1983-07-12 | 液相エピタキシヤル成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6021894A true JPS6021894A (ja) | 1985-02-04 |
Family
ID=14936987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12651083A Pending JPS6021894A (ja) | 1983-07-12 | 1983-07-12 | 液相エピタキシヤル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6021894A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62173229U (ja) * | 1986-04-25 | 1987-11-04 | ||
| JPS63102526U (ja) * | 1986-12-24 | 1988-07-04 |
-
1983
- 1983-07-12 JP JP12651083A patent/JPS6021894A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62173229U (ja) * | 1986-04-25 | 1987-11-04 | ||
| JPS63102526U (ja) * | 1986-12-24 | 1988-07-04 | ||
| JPH0536734Y2 (ja) * | 1986-12-24 | 1993-09-17 |
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