JPH1135389A - 結晶成長方法 - Google Patents
結晶成長方法Info
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- JPH1135389A JPH1135389A JP19428697A JP19428697A JPH1135389A JP H1135389 A JPH1135389 A JP H1135389A JP 19428697 A JP19428697 A JP 19428697A JP 19428697 A JP19428697 A JP 19428697A JP H1135389 A JPH1135389 A JP H1135389A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ３元以上の化合物の長尺の単結晶を成長させ
ることのできる方法を提供する。 【解決手段】 種結晶の層と、この種結晶層に隣接し
て、前記種結晶よりも融点の低い第１の材料の層とおよ
びこの第１の材料層に隣接して、前記第１の材料層より
も融点が高く、かつ、前記第１の材料層と接触する部分
以外の全部または一部の表面を前記第１の材料の融液ま
たは前記第１の材料中の前記第２の材料の溶液と濡れの
悪い材料で被覆した第２の材料の層とをこの順序で配置
し、これらを容器内に収納し、次いで前記容器を加熱雰
囲気中に入れて、前記第１の材料層および前記第２の材
料層の構成元素からなる化合物の結晶を前記種結晶の表
面に成長させることを特徴とする結晶成長方法。
ることのできる方法を提供する。 【解決手段】 種結晶の層と、この種結晶層に隣接し
て、前記種結晶よりも融点の低い第１の材料の層とおよ
びこの第１の材料層に隣接して、前記第１の材料層より
も融点が高く、かつ、前記第１の材料層と接触する部分
以外の全部または一部の表面を前記第１の材料の融液ま
たは前記第１の材料中の前記第２の材料の溶液と濡れの
悪い材料で被覆した第２の材料の層とをこの順序で配置
し、これらを容器内に収納し、次いで前記容器を加熱雰
囲気中に入れて、前記第１の材料層および前記第２の材
料層の構成元素からなる化合物の結晶を前記種結晶の表
面に成長させることを特徴とする結晶成長方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、結晶成長方法に関
し、特に３元化合物結晶の成長方法に関する。今日、半
導体を始め、酸化物、金属等の結晶の機能を利用した電
子素子、光学素子が多く使われている。特に、化合物半
導体およびその混晶は、組成を変化させることにより、
エネルギーギャップ、屈折率、移動度、格子定数などの
特性が変化するので、これを利用した超高速素子や受・
発光素子、光素子として広く使われている。
し、特に３元化合物結晶の成長方法に関する。今日、半
導体を始め、酸化物、金属等の結晶の機能を利用した電
子素子、光学素子が多く使われている。特に、化合物半
導体およびその混晶は、組成を変化させることにより、
エネルギーギャップ、屈折率、移動度、格子定数などの
特性が変化するので、これを利用した超高速素子や受・
発光素子、光素子として広く使われている。
【０００２】現在、これらの素子は、２元化合物の結晶
を基板として使用し、その上に２元以上の化合物半導体
を成長させることにより作成されている。ところで、こ
の場合、成長結晶の格子定数が問題となる。基板結晶と
格子定数の差があると、成長結晶には結晶欠陥が導入さ
れ、高性能の素子を実現することはできない。そこで、
２元の基板結晶と格子整合するような３元あるいは４元
の混晶を成長させているのが現状である。このため、効
率の向上や結晶成長の高速化を図った素子設計を行って
も、格子定数を基板結晶と合わせる必要があり、最適化
を行うことができなかった。
を基板として使用し、その上に２元以上の化合物半導体
を成長させることにより作成されている。ところで、こ
の場合、成長結晶の格子定数が問題となる。基板結晶と
格子定数の差があると、成長結晶には結晶欠陥が導入さ
れ、高性能の素子を実現することはできない。そこで、
２元の基板結晶と格子整合するような３元あるいは４元
の混晶を成長させているのが現状である。このため、効
率の向上や結晶成長の高速化を図った素子設計を行って
も、格子定数を基板結晶と合わせる必要があり、最適化
を行うことができなかった。
【０００３】上記のような不都合を解決し、素子特性の
最適化を行えるのが３元以上の化合物半導体基板であ
る。組成を変えることにより格子定数を任意に設定でき
るので、欠陥の少ない結晶成長が行え、高性能な素子を
実現できる。
最適化を行えるのが３元以上の化合物半導体基板であ
る。組成を変えることにより格子定数を任意に設定でき
るので、欠陥の少ない結晶成長が行え、高性能な素子を
実現できる。
【０００４】
【従来の技術】３元以上の化合物半導体の結晶を融液ま
たは溶液から成長する過程では、分配係数が１でない
（液相中の組成と成長固相中の組成が異なる）ため液相
中の組成が結晶の成長とともに変化し、成長結晶中の成
長方向への組成分布は、いわゆるノーマルフリージング
の状態になり、均一な組成分布をもつ３元以上の化合物
半導体を成長させることはできない。そこで、固相中へ
の析出により、液相中で枯渇する特定の元素を、枯渇し
た量に応じて外部から液相中に補給する必要がある。例
えば、ＩｎＧａＡｓのＬＥＣ（液体封止引き上げ）成長
では、成長の間に枯渇するＧａＡｓをるつぼ内の融液に
補給する方法が採られている。
たは溶液から成長する過程では、分配係数が１でない
（液相中の組成と成長固相中の組成が異なる）ため液相
中の組成が結晶の成長とともに変化し、成長結晶中の成
長方向への組成分布は、いわゆるノーマルフリージング
の状態になり、均一な組成分布をもつ３元以上の化合物
半導体を成長させることはできない。そこで、固相中へ
の析出により、液相中で枯渇する特定の元素を、枯渇し
た量に応じて外部から液相中に補給する必要がある。例
えば、ＩｎＧａＡｓのＬＥＣ（液体封止引き上げ）成長
では、成長の間に枯渇するＧａＡｓをるつぼ内の融液に
補給する方法が採られている。
【０００５】ＬＥＣ法以外の成長方法としては、温度差
法やゾーン法がある。温度差法では、図１に示すよう
に、るつぼ１内に結晶成長材料４と溶液材料３（低融点
金属）と種結晶２とを順に隣接して封入する。この状態
からるつぼを加熱炉に入れて加熱し、図に示すような温
度分布にすると、種結晶２と溶液材料３の境界とその近
傍および結晶成長材料４と溶液材料３の境界とその近傍
が溶解して溶液中の溶質濃度が高くなり、一定時間経過
後に溶液は飽和する。このとき、種結晶の加熱温度は、
その融点よりも低くする。溶解度は温度が高い方が高い
ので、図１に示すような温度勾配を与えると、溶液中の
濃度は種結晶側よりも結晶成長材料側の方が高くなり、
その濃度勾配により、溶質は低温側に拡散して移動し、
種結晶側の溶液は過飽和になるため、種結晶上に結晶が
成長する。この結果、結晶成長材料側の溶液は未飽和と
なるため、結晶成長材料表面に溶解が生じる。温度勾配
を維持している間、この種結晶上での成長および結晶成
長材料の溶解は継続する。また、成長速度と同じ速度で
加熱炉を結晶成長材料側へ移動させて温度分布を変えれ
ば、成長界面の温度が一定になるため成長組成を均一に
保つことができる。この温度差法によれば、溶液から種
結晶上に析出する元素を結晶成長材料から溶液中に供給
することになるため、結晶成長材料全体で特定元素が枯
渇することはない。
法やゾーン法がある。温度差法では、図１に示すよう
に、るつぼ１内に結晶成長材料４と溶液材料３（低融点
金属）と種結晶２とを順に隣接して封入する。この状態
からるつぼを加熱炉に入れて加熱し、図に示すような温
度分布にすると、種結晶２と溶液材料３の境界とその近
傍および結晶成長材料４と溶液材料３の境界とその近傍
が溶解して溶液中の溶質濃度が高くなり、一定時間経過
後に溶液は飽和する。このとき、種結晶の加熱温度は、
その融点よりも低くする。溶解度は温度が高い方が高い
ので、図１に示すような温度勾配を与えると、溶液中の
濃度は種結晶側よりも結晶成長材料側の方が高くなり、
その濃度勾配により、溶質は低温側に拡散して移動し、
種結晶側の溶液は過飽和になるため、種結晶上に結晶が
成長する。この結果、結晶成長材料側の溶液は未飽和と
なるため、結晶成長材料表面に溶解が生じる。温度勾配
を維持している間、この種結晶上での成長および結晶成
長材料の溶解は継続する。また、成長速度と同じ速度で
加熱炉を結晶成長材料側へ移動させて温度分布を変えれ
ば、成長界面の温度が一定になるため成長組成を均一に
保つことができる。この温度差法によれば、溶液から種
結晶上に析出する元素を結晶成長材料から溶液中に供給
することになるため、結晶成長材料全体で特定元素が枯
渇することはない。
【０００６】次に、ＩｎＧａＡｓ化合物半導体の結晶成
長を例に挙げ、図２および図３を用いてゾーン法を説明
する。図２は、ＩｎＡｓ−ＧａＡｓ準二元系状態図であ
る。この図からわかるように、Ｘ＝０．０５（ａ点）の
Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ結晶を液相からの析出により得るた
めには、融点である温度Ｔａでこの固相と平衡する液相
組成（ｂ点）でなくてはならないため、両者の組成値は
大きく異なる。そこで、図３のように、ａ点の固相と平
衡なｂ点の組成を持つ結晶成長材料８（または平均とし
てｂ点の組成を持つ２種以上の材料の集合体）を用い、
ｂ点の組成を持つ材料７のみが融解し、ａ点の組成を持
つ材料８が融解しない温度条件の下で、種結晶側が低温
側になるように温度勾配を与え、ｂ点の組成を持つ材料
７の融液から種結晶６上に結晶成長を行わせ、同時に高
温側に配置したａ点の組成を持った結晶成長材料８を固
液界面で融解させ、融液中に原料を補給する。成長にと
もない、成長速度と同じ速度で炉を成長材料側へ移動さ
せれば、成長と融液補給が持続される。
長を例に挙げ、図２および図３を用いてゾーン法を説明
する。図２は、ＩｎＡｓ−ＧａＡｓ準二元系状態図であ
る。この図からわかるように、Ｘ＝０．０５（ａ点）の
Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ結晶を液相からの析出により得るた
めには、融点である温度Ｔａでこの固相と平衡する液相
組成（ｂ点）でなくてはならないため、両者の組成値は
大きく異なる。そこで、図３のように、ａ点の固相と平
衡なｂ点の組成を持つ結晶成長材料８（または平均とし
てｂ点の組成を持つ２種以上の材料の集合体）を用い、
ｂ点の組成を持つ材料７のみが融解し、ａ点の組成を持
つ材料８が融解しない温度条件の下で、種結晶側が低温
側になるように温度勾配を与え、ｂ点の組成を持つ材料
７の融液から種結晶６上に結晶成長を行わせ、同時に高
温側に配置したａ点の組成を持った結晶成長材料８を固
液界面で融解させ、融液中に原料を補給する。成長にと
もない、成長速度と同じ速度で炉を成長材料側へ移動さ
せれば、成長と融液補給が持続される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た如き従来の温度差法やゾーン法で結晶成長を行う場合
には、種結晶との界面から数mmの厚さで単結晶が成長し
た後に、サブグレインの混入や多結晶化が起こるで、長
尺の単結晶の成長は困難であった。そこで、本発明は、
３元以上の化合物の長尺の単結晶を成長させることので
きる方法を提供しようとするものである。
た如き従来の温度差法やゾーン法で結晶成長を行う場合
には、種結晶との界面から数mmの厚さで単結晶が成長し
た後に、サブグレインの混入や多結晶化が起こるで、長
尺の単結晶の成長は困難であった。そこで、本発明は、
３元以上の化合物の長尺の単結晶を成長させることので
きる方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、従って、種結
晶の層と、この種結晶層に隣接して、前記種結晶よりも
融点の低い第１の材料の層とおよびこの第１の材料層に
隣接して、前記第１の材料層よりも融点が高く、かつ、
前記第１の材料層と接触する部分以外の全部または一部
の表面を前記第１の材料の融液または前記第１の材料中
の前記第２の材料の溶液と濡れの悪い材料で被覆した第
２の材料の層とをこの順序で配置し、これらを容器内に
収納し、次いで前記容器を加熱雰囲気中に入れて、前記
第１の材料層および前記第２の材料層の構成元素からな
る化合物の結晶を前記種結晶の表面に成長させることを
特徴とする結晶成長方法を提供する。
晶の層と、この種結晶層に隣接して、前記種結晶よりも
融点の低い第１の材料の層とおよびこの第１の材料層に
隣接して、前記第１の材料層よりも融点が高く、かつ、
前記第１の材料層と接触する部分以外の全部または一部
の表面を前記第１の材料の融液または前記第１の材料中
の前記第２の材料の溶液と濡れの悪い材料で被覆した第
２の材料の層とをこの順序で配置し、これらを容器内に
収納し、次いで前記容器を加熱雰囲気中に入れて、前記
第１の材料層および前記第２の材料層の構成元素からな
る化合物の結晶を前記種結晶の表面に成長させることを
特徴とする結晶成長方法を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】一般に、所定の材料の固相とその
材料の溶液または融液との濡れはよい。濡れによる影響
は微小重力下では顕著になり、固相の全周を溶液が取り
囲むことがある。本発明者らによる宇宙実験でも濡れに
よる溶液の移動が観測され、この知見から、本発明者ら
は、微小重力下での結晶成長において、溶液の移動を防
ぐために溶液と濡れの悪い材料で固相の表面を被覆して
結晶成長を行う方法を提案した（特願平１−２０４６３
０）。しかし、地上での結晶成長では、溶液の移動は重
力により制限されるため、このような被覆は必要ないと
考えられていた。
材料の溶液または融液との濡れはよい。濡れによる影響
は微小重力下では顕著になり、固相の全周を溶液が取り
囲むことがある。本発明者らによる宇宙実験でも濡れに
よる溶液の移動が観測され、この知見から、本発明者ら
は、微小重力下での結晶成長において、溶液の移動を防
ぐために溶液と濡れの悪い材料で固相の表面を被覆して
結晶成長を行う方法を提案した（特願平１−２０４６３
０）。しかし、地上での結晶成長では、溶液の移動は重
力により制限されるため、このような被覆は必要ないと
考えられていた。
【００１０】ところが、温度差法やゾーン法では長尺の
単結晶の成長が困難な原因の１つとして、濡れ性による
液相の移動があることがわかった。結晶成長材料の表面
に沿って液相が高温側に移動し、結晶成長材料の高温側
を溶解するのである。このため、結晶の成長が進むにつ
れ、液相と結晶成長材料との界面の形状が平面からず
れ、液相中の組成分布も一定のものとならなくなり、結
晶成長に不安定性が現れるのである。
単結晶の成長が困難な原因の１つとして、濡れ性による
液相の移動があることがわかった。結晶成長材料の表面
に沿って液相が高温側に移動し、結晶成長材料の高温側
を溶解するのである。このため、結晶の成長が進むにつ
れ、液相と結晶成長材料との界面の形状が平面からず
れ、液相中の組成分布も一定のものとならなくなり、結
晶成長に不安定性が現れるのである。
【００１１】そこで、本発明では、結晶成長材料層の表
面の融液部または溶液部と接触する部分以外の全部また
は一部を、第１の材料（すなわち溶液材料）の融液また
は第１の材料（すなわち溶液材料）中の第２の材料（す
なわち結晶成長材料）の溶液と濡れの悪い材料で被覆す
ることにより、結晶成長材料の融解面または溶解面の形
状を安定に保持して、より長尺の単結晶の成長を容易に
できるようにしたものである。
面の融液部または溶液部と接触する部分以外の全部また
は一部を、第１の材料（すなわち溶液材料）の融液また
は第１の材料（すなわち溶液材料）中の第２の材料（す
なわち結晶成長材料）の溶液と濡れの悪い材料で被覆す
ることにより、結晶成長材料の融解面または溶解面の形
状を安定に保持して、より長尺の単結晶の成長を容易に
できるようにしたものである。
【００１２】すなわち、本発明では、温度差成長法およ
びゾーン成長法において、結晶成長材料層の液相部と接
触する部分以外の外周の全部または一部を、液相と濡れ
の悪い材料で被覆するようにしている。そのため、種結
晶上に結晶が成長する際に、結晶成長材料の表面に沿っ
た液相の移動を防止できるので、液相の形状を安定に保
つことができるようになり、結晶成長が安定化し、単結
晶の成長長を長くすることができる。
びゾーン成長法において、結晶成長材料層の液相部と接
触する部分以外の外周の全部または一部を、液相と濡れ
の悪い材料で被覆するようにしている。そのため、種結
晶上に結晶が成長する際に、結晶成長材料の表面に沿っ
た液相の移動を防止できるので、液相の形状を安定に保
つことができるようになり、結晶成長が安定化し、単結
晶の成長長を長くすることができる。
【００１３】本発明においては、好ましくは、加熱雰囲
気に種結晶側が低温側となるような温度勾配が与えら
れ、第１の材料層が融解されて融液とされ、この融液中
への溶質の溶解度の温度依存性を利用して、種結晶上に
化合物結晶が成長させられるとともに、第２の材料層の
低温側の面が融液中に溶解させられる。あるいは、第１
の材料が融解し、第２の材料全体が融解しない温度条件
下に、加熱雰囲気に種結晶側が低温側になるような温度
勾配が与えられ、種結晶の表面上に第１の材料層および
第２の材料層からの溶融元素からなる化合物の固相が形
成され、化合物結晶が成長されるのが好ましい。
気に種結晶側が低温側となるような温度勾配が与えら
れ、第１の材料層が融解されて融液とされ、この融液中
への溶質の溶解度の温度依存性を利用して、種結晶上に
化合物結晶が成長させられるとともに、第２の材料層の
低温側の面が融液中に溶解させられる。あるいは、第１
の材料が融解し、第２の材料全体が融解しない温度条件
下に、加熱雰囲気に種結晶側が低温側になるような温度
勾配が与えられ、種結晶の表面上に第１の材料層および
第２の材料層からの溶融元素からなる化合物の固相が形
成され、化合物結晶が成長されるのが好ましい。
【００１４】上記のいずれの場合にも、種結晶は III〜
Ｖ族の元素から選ばれる２または３種の元素の化合物か
らなり、前記第１の材料は III族およびＶ族の元素から
選ばれる１〜３種の元素の単体もしくは化合物からな
り、前記第２の材料は III〜Ｖ族の元素から選ばれる２
または３種の元素の化合物からなるのがよい。本発明に
おいては、前述したように、第２の材料層は第１の材料
層と接触する部分以外の全部または一部の表面が第１の
材料の融液または第１の材料中の第２の材料の溶液と濡
れの悪い材料で被覆されているけれども、同時に種結晶
層においても第１の材料層と接触する部分以外の全部ま
たは一部の表面が第１の材料の融液または第１の材料中
の種結晶の溶液と濡れの悪い材料で被覆されているのが
さらに好ましい。かかる第２の材料層および種結晶層の
被覆材料としては、ＳｉＯ2 ，ＳｉＮまたはＳｉＯＮで
あるのが好ましい。
Ｖ族の元素から選ばれる２または３種の元素の化合物か
らなり、前記第１の材料は III族およびＶ族の元素から
選ばれる１〜３種の元素の単体もしくは化合物からな
り、前記第２の材料は III〜Ｖ族の元素から選ばれる２
または３種の元素の化合物からなるのがよい。本発明に
おいては、前述したように、第２の材料層は第１の材料
層と接触する部分以外の全部または一部の表面が第１の
材料の融液または第１の材料中の第２の材料の溶液と濡
れの悪い材料で被覆されているけれども、同時に種結晶
層においても第１の材料層と接触する部分以外の全部ま
たは一部の表面が第１の材料の融液または第１の材料中
の種結晶の溶液と濡れの悪い材料で被覆されているのが
さらに好ましい。かかる第２の材料層および種結晶層の
被覆材料としては、ＳｉＯ2 ，ＳｉＮまたはＳｉＯＮで
あるのが好ましい。
【００１５】
【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の好まし
い実施例について、具体的に説明する。 実施例１ 図４は、本発明の第１の実施例に係る、改良されたゾー
ン成長法による３元化合物結晶の成長方法を説明するた
めの図である。
い実施例について、具体的に説明する。 実施例１ 図４は、本発明の第１の実施例に係る、改良されたゾー
ン成長法による３元化合物結晶の成長方法を説明するた
めの図である。
【００１６】内径１５mm、外径１８mm、長さ５０mmのｐ
ＢＮ製るつぼ１０に５mm厚のＧａＡｓ単結晶（種結晶）
１１、２．５mm厚のＩｎＡｓ（第１の材料）１２および
このＩｎＡｓと接触する部分以外をＣＶＤ−ＳｉＯ2 １
４により約５００nmの厚さで被覆した５mm厚のＧａＡｓ
（第２の材料）１３を入れ、これをさらに内径１９mm、
外径２２mmの石英製アンプル９内に５×１０-7Torr以下
の真空度で真空封入する。これを電気炉内で加熱する
と、９４２℃でＩｎＡｓが融解し、さらに温度を上げる
と融液に接触しているＧａＡｓ表面が融解し、１１７０
℃まで昇温すると融液の組成はＩｎ0.37Ｇａ0.63Ａｓ
（図２のｂ点）になる。融解によりＧａＡｓ単結晶層は
１．２mmに、そしてＧａＡｓ材料層は０．４mmに厚さが
減少する。次に、種結晶−融液界面の温度を１１７０℃
に保ち、２０℃／cmの温度勾配を形成させ、試料を図の
矢印方向に３μｍ／分の速度で移動させる（このとき電
気炉を矢印と逆の方向へ移動させてもよい）。この状態
を維持して２０時間結晶成長を続けることにより、直径
１５mm、長さ３．６mmのＩｎx Ｇａ1-x Ａｓが成長し
た。この成長した結晶のＩｎＡｓの固相組成は、成長界
面から０．４mm厚までは０．０５から０．０４８まで徐
々に減少したが、その後の成長層中では０．０５と一定
であった。
ＢＮ製るつぼ１０に５mm厚のＧａＡｓ単結晶（種結晶）
１１、２．５mm厚のＩｎＡｓ（第１の材料）１２および
このＩｎＡｓと接触する部分以外をＣＶＤ−ＳｉＯ2 １
４により約５００nmの厚さで被覆した５mm厚のＧａＡｓ
（第２の材料）１３を入れ、これをさらに内径１９mm、
外径２２mmの石英製アンプル９内に５×１０-7Torr以下
の真空度で真空封入する。これを電気炉内で加熱する
と、９４２℃でＩｎＡｓが融解し、さらに温度を上げる
と融液に接触しているＧａＡｓ表面が融解し、１１７０
℃まで昇温すると融液の組成はＩｎ0.37Ｇａ0.63Ａｓ
（図２のｂ点）になる。融解によりＧａＡｓ単結晶層は
１．２mmに、そしてＧａＡｓ材料層は０．４mmに厚さが
減少する。次に、種結晶−融液界面の温度を１１７０℃
に保ち、２０℃／cmの温度勾配を形成させ、試料を図の
矢印方向に３μｍ／分の速度で移動させる（このとき電
気炉を矢印と逆の方向へ移動させてもよい）。この状態
を維持して２０時間結晶成長を続けることにより、直径
１５mm、長さ３．６mmのＩｎx Ｇａ1-x Ａｓが成長し
た。この成長した結晶のＩｎＡｓの固相組成は、成長界
面から０．４mm厚までは０．０５から０．０４８まで徐
々に減少したが、その後の成長層中では０．０５と一定
であった。
【００１７】ＳｉＯ2 による被覆を行わない従来の方法
では固相組成は同様のものが得られるが、成長膜厚が１
mmを超えるあたりからサブグレインの混入が始まり、し
ばしば多結晶化が見られたが、本実施例では成長長全体
が単結晶であった。 実施例２ 本発明の第２の実施例として、温度差成長法を改善した
３元化合物結晶の成長方法を図５により説明する。
では固相組成は同様のものが得られるが、成長膜厚が１
mmを超えるあたりからサブグレインの混入が始まり、し
ばしば多結晶化が見られたが、本実施例では成長長全体
が単結晶であった。 実施例２ 本発明の第２の実施例として、温度差成長法を改善した
３元化合物結晶の成長方法を図５により説明する。
【００１８】内径１５mm、外径１８mm、長さ５０mmのｐ
ＢＮ製るつぼ１６に第１の材料層側端部以外をＣＶＤ−
ＳｉＯ2 １８により約５００nmの厚さで被覆した、５mm
厚のＩｎ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ単結晶よりなる種結晶層１７
を入れ、その上に、２mm厚のＩｎ0.9 Ｇａ0.1 よりなる
第１の材料層１９とこのＩｎ0.9 Ｇａ0.1 層と接触する
部分以外をＣＶＤ−ＳｉＯ2 ２１により約５００nmの厚
さで被覆した、５mm厚のＩｎ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓよりなる
第２の材料層を入れ、これをさらに内径１９mm、外径２
２mmの石英製アンプル１５内に５×１０-7Torr以下の真
空度で真空封入する。これを図５に示す温度勾配を有す
る電気炉内で加熱し、種結晶と第１の材料の界面の温度
を９００℃とし、温度勾配を２０℃／cmとする。この加
熱により第１の材料部分が融解して融液となり、この融
液に接する種結晶層および第２の材料層の部分がこの融
液中に溶解する。次に、試料を図の矢印方向に１μｍ／
分の速度で移動させる（このとき電気炉を矢印と逆の方
向へ移動させてもよい）。この状態を維持して５０時間
結晶成長を続けることにより、直径１５mm、長さ３mmの
Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓが成長した。
ＢＮ製るつぼ１６に第１の材料層側端部以外をＣＶＤ−
ＳｉＯ2 １８により約５００nmの厚さで被覆した、５mm
厚のＩｎ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ単結晶よりなる種結晶層１７
を入れ、その上に、２mm厚のＩｎ0.9 Ｇａ0.1 よりなる
第１の材料層１９とこのＩｎ0.9 Ｇａ0.1 層と接触する
部分以外をＣＶＤ−ＳｉＯ2 ２１により約５００nmの厚
さで被覆した、５mm厚のＩｎ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓよりなる
第２の材料層を入れ、これをさらに内径１９mm、外径２
２mmの石英製アンプル１５内に５×１０-7Torr以下の真
空度で真空封入する。これを図５に示す温度勾配を有す
る電気炉内で加熱し、種結晶と第１の材料の界面の温度
を９００℃とし、温度勾配を２０℃／cmとする。この加
熱により第１の材料部分が融解して融液となり、この融
液に接する種結晶層および第２の材料層の部分がこの融
液中に溶解する。次に、試料を図の矢印方向に１μｍ／
分の速度で移動させる（このとき電気炉を矢印と逆の方
向へ移動させてもよい）。この状態を維持して５０時間
結晶成長を続けることにより、直径１５mm、長さ３mmの
Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓが成長した。
【００１９】ＳｉＯ2 による被覆を行わない従来の方法
では固相組成は同様のものが得られるが、成長膜厚が
１．５mmを超えるあたりからサブグレインの混入が始ま
り、しばしば多結晶化が見られたが、本実施例では成長
長全体が単結晶であった。
では固相組成は同様のものが得られるが、成長膜厚が
１．５mmを超えるあたりからサブグレインの混入が始ま
り、しばしば多結晶化が見られたが、本実施例では成長
長全体が単結晶であった。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、結晶成長材料層表面の
融液部または溶液部と接触する部分以外の全部または一
部を、融液または溶液と濡れの悪い材料で被覆するの
で、成長材料の溶解面または融解面の形状を安定に維持
することができ、より長尺の単結晶の成長を容易に達成
できる。
融液部または溶液部と接触する部分以外の全部または一
部を、融液または溶液と濡れの悪い材料で被覆するの
で、成長材料の溶解面または融解面の形状を安定に維持
することができ、より長尺の単結晶の成長を容易に達成
できる。
【図１】従来技術に係る温度差法の原理を示す模式図で
ある。
ある。
【図２】ＩｎＡｓ−ＧａＡｓ準二元系状態図である。
【図３】従来技術に係るゾーン法の原理を示す模式図で
ある。
ある。
【図４】本発明に係る方法の一実施例を説明するための
模式図である。
模式図である。
【図５】本発明に係る方法の他の実施例を説明するため
の模式図である。
の模式図である。
１、５、１０、１６…るつぼ ２、６、１１、１７…種結晶 ３、７…溶液材料層 ４、８…成長材料層 ９、１５…石英アンプル １２、１９…第１の材料層 １３、２０…第２の材料層 １４、１８、２１…被覆ＳｉＯ2 層
Claims (7)
- 【請求項１】 種結晶の層と、この種結晶層に隣接し
て、前記種結晶よりも融点の低い第１の材料の層とおよ
びこの第１の材料層に隣接して、前記第１の材料層より
も融点が高く、かつ、前記第１の材料層と接触する部分
以外の全部または一部の表面を前記第１の材料の融液ま
たは前記第１の材料中の前記第２の材料の溶液と濡れの
悪い材料で被覆した第２の材料の層とをこの順序で配置
し、これらを容器内に収納し、次いで前記容器を加熱雰
囲気中に入れて、前記第１の材料層および前記第２の材
料層の構成元素からなる化合物の結晶を前記種結晶の表
面に成長させることを特徴とする結晶成長方法。 - 【請求項２】 前記加熱雰囲気に前記種結晶側が低温側
となるような温度勾配を与え、前記第１の材料層を融解
させて融液とし、前記融液中への溶質の溶解度の温度依
存性を利用して、前記種結晶上に前記化合物結晶を成長
させるとともに、前記第２の材料層の低温側の面を前記
融液中に溶解させる、請求項１記載の結晶成長方法。 - 【請求項３】 前記種結晶は III〜Ｖ族の元素から選ば
れる２または３種の元素の化合物からなり、前記第１の
材料は III族およびＶ族の元素から選ばれる１〜３種の
元素の単体もしくは化合物からなり、前記第２の材料は
III〜Ｖ族の元素から選ばれる２または３種の元素の化
合物からなる、請求項２記載の結晶成長方法。 - 【請求項４】 前記第１の材料が融解し、前記第２の材
料全体が融解しない温度条件下に、前記加熱雰囲気に前
記種結晶側が低温側になるような温度勾配を与え、前記
種結晶の表面上に前記第１の材料層および前記第２の材
料層からの溶融元素からなる化合物の固相を形成させて
前記化合物結晶を成長させる、請求項１記載の結晶成長
方法。 - 【請求項５】 前記種結晶は III〜Ｖ族の元素から選ば
れる２または３種の元素の化合物からなり、前記第１の
材料は III族およびＶ族の元素から選ばれる１〜３種の
元素の単体もしくは化合物からなり、前記第２の材料は
III〜Ｖ族の元素から選ばれる２または３種の元素の化
合物からなる、請求項４記載の結晶成長方法。 - 【請求項６】 前記種結晶層の前記第１の材料層と接触
する部分以外の全部または一部の表面を前記第１の材料
の融液または前記第１の材料中の前記種結晶の溶液と濡
れの悪い材料で被覆する、請求項１〜５のいずれかに記
載の結晶成長方法。 - 【請求項７】 前記種結晶層の被覆材料および前記第２
の材料層の被覆材料がＳｉＯ2 ，ＳｉＮまたはＳｉＯＮ
である、請求項６記載の結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19428697A JPH1135389A (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | 結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19428697A JPH1135389A (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | 結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1135389A true JPH1135389A (ja) | 1999-02-09 |
Family
ID=16322083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19428697A Withdrawn JPH1135389A (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | 結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1135389A (ja) |
-
1997
- 1997-07-18 JP JP19428697A patent/JPH1135389A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20041005 |