JPS6311596A - 多元化合物半導体の二相融液法による液相エピタキシヤル成長法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、結晶成長層の組成を高均一化、及び結晶成
長層の層厚の制御性の向上を図った多元化合物半導体の
二相融液法による液相エピタキシャル成長法に関する。

（従来の技術） 一般に、発光ダイオード、半導体レーザなどを製作する
際に用いる多元化合物半導体の結晶成長方法として、液
相エピタキシャル成長法がある。

特に、半導体レーザにおいては、組成、！厚の高均一な
薄膜結晶を再現性良く得られることが、要求されている
。そして、この液相エピタキシャル成長法を用いて、薄
膜結晶を比較的高い制御性で成長させる方法として、二
相融液法が知られている。この方法は、結晶成長の咳と
なる結晶を融液中に絶えず存在させ、結晶成長時に液相
、固相の二相成分からなる融液から成長させる方法で、
特に半導体レーザの活性層などの薄い摸の結晶成長時に
用いられる。

以下、図面を参照して、従来方法の結晶成長手順を説明
する。

通常、液相エピタキシャル成長法に用いる装置は、取外
し可能な複数のるつぼを有するボート下板と、上記るつ
ぼに対応する垂直方向の透孔からなる溶液溜めを有する
ボート上板と、このボート上板と上記ボート下板との間
に水平方向に移動自在に配設され、溶液通過用真通孔を
有してスペーサ及び結晶成長基板が積層固定されている
スライダとを具備してなっている。

ところで、第７図は結晶成長に用いる材料５をボート上
板１３に収容したものである。図中、４はスライダであ
る。これらを水素雰囲気中で結晶成長温度より数１０度
高い温度ＴＳで融液を保持し、第８図に示すように結晶
成長材料５を混合させる。この時、固相成分結晶１は融
液保持温度Ｔｓでの溶解度より多く仕込まれているため
、固相成分結晶１は固相状態で成長融液２上に浮遊して
いる。次に、成長Ｒ１液２を徐冷し、結晶成長温度ＴＯ
でスライダ４を移動して結晶成長基板３に成長融液２を
接触させ、結晶成長を開始する（第９図参照）。結晶成
長時間を秒後、再びスライダ４を移動して基板３を成長
融液２から離し、結晶成長を終了する。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、上記のような従来方法では、均一な薄膜結晶
を再現性良く得ることは雌しく、同相体結晶組成の再現
性も乏しかった。

即ち、第１０図は、従来方法による結晶成長中の融液混
合の様子を示す模式図である。この従来方法では、成長
融液２の高さ６が高い。つまり、無限融液を使用し、又
、融液上に浮遊する固相成分結晶１は、融液に可溶な質
量より多く仕込む方法を取っていた。即ち、固相成分結
晶１の仕込み最は、質量で調節されていた。そして、従
来方法では、成長融液２の高さ６が高いため、結晶の成
長が律速される成長融液２中の稀薄成分元素の成長融液
２内での濃度勾配が生じ易く、結晶成長基板３に取り込
まれる結晶の組成むら、成長毎の再現性の不良の原因と
なっていた。又、成長融液２上に浮遊する同相成分結晶
１の量は、質量で調節していたため、成長融液２との接
触面積が小さかった。

ところで、結晶成長中には、成長融液２上の固相成分結
晶１にも結晶の析出が生じており、この場合、結晶成長
の核となる結晶は成長融液２の上下に同時に存在し、溶
質元素の拡散は上下方向に同時に進行している。この時
、上下方向に流れる溶質元素の拡散流束７．８は、上下
の核となる結晶の融液接触面積に依存し、従来の方法で
は、成長融液２上に浮遊する固相成分結晶１の融液接触
面積が小さいことによる上下方向への溶質元素の拡散流
束７．８の大きさの違いにより、溶質元素の多くは結晶
成長結晶成長基板３側への析出に費され、即ち、結晶成
長速度が速く、薄膜を制御性良く成長させるのは困難で
あった。

この発明は、上記従来方法の問題点に鑑みなされたもの
で、結晶成長法の欠点を除去し、組成均一性、再現性、
並びに膜厚制御性の良い多元化合物半導体の二相融液法
による液相エピタキシャル成長法を提供することを目的
とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は、結晶成長融液の高さを低くし、即ち、有限
融液を用い、更に成長融液が結晶成長基板と接触する面
積をＳとしたとき、成長融液の液相成分が固相成分結晶
と接触する面積Ｓ′がＳ′≧０．８Ｓである多元化合物
半導体の二相融液法による液相エピタキシャル成長法で
ある。

（作用） この発明によれば、組成均一性及び再現性の良い７Ｉ模
結晶を制御性良く結晶成長することが出来る。

（実施例） 一般に、液相エピタキシャル成長法においては、稀薄成
分元素の成長融液中の拡散の状態、結晶成長層への取り
込まれ方は、結晶成長層固体組成及び層厚のばらつきに
大きく影響し、その制御が非常に重要な意味を持つ。特
に、二相融液法による結晶成長では、稀薄成分元素の１
ｉ舞いは成長融液上に浮遊する同相成分結晶と成長！！
液との接触面積と融液の高さに影響される。

そこで、この発明の多元化合物半導体の二相融液法によ
る液相エピタキシャル成長法は、第１図乃至第３図に示
すように構成され、先ず第１図に示すように、所望の組
成を正確に秤伍したＩｎＡｓ結晶１９、ＧａＡｓ結晶２
０．ＩｎＰ結晶１７及び溶媒に用いるＩｎ１８を、ボー
ト上板１３の融液溜めに収容する。この時、成長融液を
昇温し、全ての溶質が溶は込んだ時の成長融液の高さは
、第５図に示す有限溶液の高さ以下に設定する。

次に、第２図に示すように、６７０℃の水素雰囲気中で
８０分リークさせる。

次に、第３図に示すように、０．４℃／分で徐冷し、結
晶成長温度６４５℃において基板結晶を融液に導入し、
成長を行なう。その後、結晶成長基板３を成長融液２１
から除去し、成長を終了す［発明の効果１ この発明によれば、組成均一性及び再現性の良い薄膜結
晶を訓仰性良く結晶成長することが出来る。

即ち、第４図はこの発明による結晶成長中の成長融液の
状態であり、この発明によれば、成長融液２１が固相成
分結晶１７と接触する面積をＳとしたとき、成長融液２
１が結晶成長基板３と１８触する面積Ｓ′がＳ′≧０．
８３を濶だしているため、成長融′ａ２１内に生じる上
下核結晶への拡散流束１１．１０がほぼ等価であり、融
液内の濃度勾配が生じ難くなり、ウェハ面内の組成均一
性が向上出来た。例えば、この発明による結晶成長法ニ
ヨリ作成したｌｎ　　　　Ｇａ　　　　ＡＳ１３．６１
０．７２　　　　　　０．２８ Ｐ　　　結晶において、ホトルミネセンス法によ０．３
９ り波長を測定したところ、ウェハ面内でのバラツキは±
５ｎｍであり、従来方法の１／２に低減出来た。又、結
晶成長速度は、第６図に示すように、冷却速度０．４℃
／分において、０．０１３μｍ／秒であり、従来方法の
成長速度（０，１３μｍ、・７秒）に比べ１　／　１０
遅くなり、制御性が箸しく向上出来た。第６図中、１５
が従来例における結晶成長速度を示し、１６がこの発明
における結晶成長速度を示している。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はこの発明の一実施例に係る多元化合
物半導体の二相融液法による液相エピタキシャル成長法
を示す断面図、第４図は同じく結晶成長中のｒｍ液を示
す断面図、第５図は有限融液条件を示す特性曲線図、第
６図は結晶成長速度を示す特性曲線図、第７図乃至第９
図は従来の多元化合１ｔ！Ｉ半導体の二相融液法による
液相エピタキシャル成長法を示す断面図、第１０図は同
じく結晶成長中の融液を示す断面図である。 ３・・・結晶成長基板、４・・・スライダ、１０・・・
結晶成長基板への拡散流束、１１・・・固相成分結晶へ
の拡散流束、１２・・・固相成分結晶、１３・・・ボー
ト上板。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第３図 Ｓ天巷間（ｓｅｃ　）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）結晶成長基板上に液相、固相の二相成分からなる
   成長融液を接触させ、エピタキシャル層を形成する多元
   化合物半導体の二相融液法による液相エピタキシャル成
   長法において、 上記成長融液が上記結晶基板と接触する面積をＳとした
   とき、上記成長融液の液相成分が固相成分結晶と接触す
   る面積Ｓ′がＳ′≧０．８Ｓであり、かつ上記成長融液
   の液相成分が上記固相成分結晶中に含まれる稀薄成分元
   素に対して有限融液であることを特徴とする多元化合物
   半導体の二相融液法による液相エピタキシャル成長法。
2. （２）上記成長融液の成分がＩｎを溶媒とするＩｎＧａ
   ＡｓＰ融液であり、固相成分結晶がＩｎＰであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の多元化合物半導
   体の二相融液法による液相エピタキシャル成長法。