JPS6113372B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、結晶成長法、特にスライド液相成
長法の改良に関するものである。

液相成長法は、半導体、特にGaPやGaAlAs等
の化合物半導体、のエピタキシヤル結晶層もしく
は多層エピタキシヤル結晶層の製造方法として極
めて重要な地位を占めるに至つた。或る種の発光
素子や半導体レーザなどは、液相成長法無しには
考えられない状態であるといつてもよい。これら
の半導体装置の性能を決定する極めて重要な要素
の一つがこの液相成長法であり、その成長条件の
いかんである。したがつて多くの人々によつて多
大の歳月をかけて改良改善が試みられている。

さてここで、従来から行われてきた液相成長法
の基本的パターンを振り返つてみよう。以下説明
の簡単の為GaAs結晶をエピタキシヤル成長させ
る場合をとりあげて説明するが、当然ながら他の
半導体でも同様に考えてよい。

第１図は、液相成長法の代表的な一方法であ
る、スライデイング法に用いられるボード構造の
概略断面図である。一般に液相成長法に使用され
るボード材は炭素が多い。第１図に示すボード
は、基板結晶４を保持する基板ホルダー３と、そ
の上を移動可能な溶融液ホルダー２とから構成さ
れている。GaAs基板結晶４上にGaAs結晶を成長
させる場合は、溶融液ホルダー２にGaを主溶媒
として所定量のGaAs結晶を混ぜたGa溶融液１を
入れGaAs基板結晶４を基板ホルダー３に装着
し、最初はGa溶融液１とGaAs基板結晶４が接触
しないような状態にして、それを水素炉中に捜入
し、所定の温度まで加熱保持してGa溶融液１を
Asで十分に飽和させる。その後、溶融液ホルダ
ー２をスライドさせてGa溶融液１とGaAs基板結
晶４とを接触させる。しかる後温度をゆつくり降
下するとGaAs基板結晶４の面上にGaAs単結晶層
が成長する。成長の停止はふたたび溶融液ホルダ
ー２をスライドしたGaAs基板結晶４から溶融液
１を機械的に除去することで行う。

以上述べた従来の液相成長法の場合、Ga溶融
液１をAsの十分な飽和溶融液にする間、基板結
晶４は高温の水素雰囲気中にその表面を露出した
状態で長時間放置されている。GaAs等の化合物
半導体は温度に対して不安定な性質を有するのが
普通であるから、この加熱放置されている間に、
結晶表面は熱分解反応が進し、すなわちこの例で
は、蒸気圧の高いAs原子がGaAs基板結晶の評面
層数μｍから数十μｍにわたる領域から分解蒸発
し、As空格子点が多数発生した表面状態にな
る。このような荒れた結晶表面に成長を行うと、
その界面に多量の格子欠陥が発生し、基板結晶よ
りも格子欠陥の多いエピタキシヤル成長層が形成
される。この事実は使用する基板結晶がいかに良
質のものであつても、前記の様な成長条件を経験
すれば、基板結晶と同等の良質のエピタキシヤル
成長層は得られないということであり、従来から
重大な技術上の壁となつていた。半導体デバイス
の性能は、いかに格子欠陥の少ない結晶を用いる
かで決まるといつてもよく、ために成長段階で発
生するこれらの格子欠陥を無くすような秀れた成
長条件の確立が熱望されていた。

このような技術上の壁を乗り越える一方法とし
て、基板結晶表面を直接雰囲気ガスにさらさない
ように、その表面をボード材で保護する等が試み
られている。しかし残念ながらこれらの方法は、
熱分解を防止する完全に有効な手段とはなり得て
いない。また、なるべく成長温度を低くして結晶
成長させることも考えられるが、成長温度を下げ
るとそれによつて逆に結晶の質が悪くなる種類の
結晶もありすべてに適用し得るものではないし、
事実適用し得ないものが多い、また厚い成長層を
得ることが困難である。現在広く用いられている
方法は、成長を開始する直前にその荒れた結晶層
とメルトバツクして本来の正常な基板結晶面を出
し、その上に結晶を成長させる手段であり、それ
なりの成果を上げている。しかし、この方法も熱
分解の影響が数μｍと薄い層の場合は確かに有効
な方法であるが、数十μｍにわたつている場合
は、完全にその層を制御してメルト・バツクし尽
すことは、現況の成長技術では実現困難である。

この発明の目的は、これら従来の液相成長法の
欠点を除去し、格子欠陥の少ない良質のエピタキ
シヤル結晶層を製造し得るスライド式液相成長法
を提供することである。

本発明によれば、化合物半導体のエピタキシヤ
ル結晶層をスライド式液相成長法により結晶成長
する際、基板結晶と前記基板結晶を構成する元素
の中で蒸気圧の高い元素を含む物質とが接触しな
いように配置され、前記蒸気圧の高い元素の蒸気
圧下で前記基板結晶を加熱する工程の後にエピタ
キシヤル成長を行う事を特徴とするスライド式液
相成長法を得る。

次に本発明の実施の一例について図面にもとず
いて説明する。以下説明の便宜上GaAsの場合を
例にとるが、何ら本発明を限定するものでない。

第２図は、本発明の一実施例のボード構造の概
略断面図である。溶融液ホルダー５にGaを主溶
液として所定量のGaAs結晶を混ぜたGa溶融液１
を納める。本発明により新らたに基板ホルダー６
に変形させて設けた溜には、GaAs基板結晶４と
数mgのAs７を一緒に配置し、この溜にあわせて
本発明により新らたに溶融液ホルダー５に設けた
溜には、このGaAs基板結晶４の表面上にカーボ
ン材の蓋８を、基板結晶を納めた溜を覆いつくす
ように、しかも基板結晶４にふれないように置
き、更にその上に固体状のGa溶媒９をのせる。
最初はGa溶融液１とGaAs基板結晶４が接触しな
いように第２図のごとく設置し、その状態で成長
炉中に挿入し真空排気する。最初その真空状態で
加熱を始める。Ga溶媒９が溶けて蓋８を完全に
包囲する温度に達したら、水素ガスを流す。そし
てそのまま所定の温度まで加熱保持する。その間
にGa溶融液１はAsで十分飽和され、Asの飽和溶
液となる。同時にAs７は熱分解し、基板結晶４
と蓋８との空間内がその加熱温度に相当するAs
の蒸気圧下になる。その後溶融液ホルダー５をス
ライドしてGa溶融液１とGaAs基板結晶４を接触
させる。しかる後温度をゆつくり降下すると、
GaAs基板結晶４の面上にGaAs単結晶層が成長す
る。所望の成長層厚に達したら、溶融液ホルダー
５をスライドしてGa溶融液１を除去し成長を停
止させる。

本実施例によれば、基板結晶と溶融液を接触さ
せる迄は基板結晶全体がカーボン材の蓋とその上
にのせたGa溶液によつて成長雰囲気と完全に遮
断される。すなわち基板ホルダーのスライド面上
にのせるカーボン材の蓋の下面が平面にスライド
面と完全に接触したとしても、多少は雰囲気ガス
の洩れがしようずるであろう。しかしこのとき、
そのような透き間は更に蓋の上にかぶせられた
Ga溶液によつて完全に密閉された状態となつて
いる。その結果、成長開始する迄の加熱工程中、
基板結晶と一緒に装着したAs７が最も早く熱分
解し、基板結晶周囲の密閉空間がその加熱温度に
等しいAsの蒸気圧下になる。そのためGaAs結晶
が分解する現象は起らない。故に基板結晶が本来
持つている良質の結晶性を常に維持し、当然のこ
とながらエピタキシヤル成長層内に新たな格子欠
陥の発生を誘起しないという利点を生ずる。

前記カーボン材の蓋８の上にのせたGa溶液９
は、基板結晶加熱の工程中、基板結晶がAs蒸気
圧下で十分に保持されるならば必しも必要としな
い。

基板結晶と一緒に装置する蒸気圧の高い物質７
として、AsのかわりにGaAs結晶の粉末やAsを
飽和状態で溶かしたGa溶融液等を用いても、ま
たGaAs結晶を蓋と基板結晶との間に置いても、
同様な効果が得られる。さらにまた、成長工程中
成長炉を真空にする過程で、最初から水素ガスを
流しながら加熱を行なつても良い。

本実施例ではGaAs結晶成長に付いて説明した
が、他の半導体結晶、たとえばGaP，InP、等の
液相成長に応用しても同様な結果が得られるのは
当然である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の液相成長法に用いられる成長ボ
ートの構造の概略断面図である。第２図は本発明
を実施したスライド式液相成長法の一例について
示した成長ボートの構造の概略断面図である。図
において各記号はそれぞれ次のものを示す。１…
…結晶成長溶融液、２，５……溶融液ホルダー、
３，６……基板ホルダー、４……基板結晶、７…
…気相から補充すべき高蒸気圧元素を含む物質、
８……蓋、９……溶媒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基板結晶の表面に溶融液を接触させて当該基
   板結晶上にエピタキシヤル層を成長させるスライ
   ド式液相成長方法において、前記基板結晶の構成
   元素のうちで蒸気圧の高い方の元素を含む物質
   と、前記基板結晶とを、当該物質が基板結晶に触
   れないようにして基板ホルダーの結晶保持部に設
   置するとともに、高温下で前記蒸気圧の高い元素
   の蒸気が洩れないように前記結晶保持部上部に蓋
   をして密閉状態とした後、所定の飽和状態のエピ
   タキシヤル溶融液を準備し、次いで前記基板ホル
   ダーをスライドさせて前記基板結晶を前記エピタ
   キシヤル溶融液に接触させ、当該基板結晶上にエ
   ピタキシヤル層を成長せしめることを特徴とする
   スライド式液相成長方法。