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JPH04114991A - Method for growing crystal - Google Patents

Method for growing crystal

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Publication number
JPH04114991A
JPH04114991A JP23368790A JP23368790A JPH04114991A JP H04114991 A JPH04114991 A JP H04114991A JP 23368790 A JP23368790 A JP 23368790A JP 23368790 A JP23368790 A JP 23368790A JP H04114991 A JPH04114991 A JP H04114991A
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JP
Japan
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crystal
composition
melt
source material
mixed crystal
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JP23368790A
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Japanese (ja)
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Kazuo Nakajima
一雄 中嶋
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04114991A publication Critical patent/JPH04114991A/en
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Abstract

PURPOSE:To grow a mixed crystal having an arbitrary composition on a seed crystal by bringing a melt consisting of three or more components into contact with a seed crystal consisting of one or more component, lowering the temperature and feeding a source material to the resultant mixed crystal. CONSTITUTION:A crucible 4 housing a melt 6 consisting of three or more components therein is arranged on a housing chamber 8 in which a source material is housed. Then the material 9 is used as either one electrode and alternating current or direct current is sent between the above-mentioned electrode and electrode 7 brought into contact with the surface of the melt 6 and the melt 6 on the circumference of the material 9 is heated and then solid-liquid interface temperature of seed crystal 1 mounted in crystal-pulling up device arranged in the center of the surface of the melt 6 and the melt 6 is lowered to grow a mixed crystal layer 2 having a composition gradient on the seed crystal 1 and then the source material 9 is fed while keeping the solid-liquid interface temperature constant to grow a mixed crystal 3 having a specific composition on the crystal 2.

Description

【発明の詳細な説明】 U概要コ 本発明は、2種以上の物質の混合物の組成を有する混晶
の結晶成長に関し、 1または2元系結晶を種結晶とし、目的の組成を持っな
混晶結晶を成長する結晶成長方法を提供することを目的
とし、 3元系以上の融液に、1元系以上の種結晶を接触させ、
固液界面の温度を降温させることによって、種結晶上に
組成勾配を持っな混晶結晶層を成長する工程と、前記固
液界面の温度を一定に保ちながら、不足するソース材料
を補給することによって、前記組成勾配層上に一定組成
の混晶結晶を成長する工程とを含むように構成する。
Detailed Description of the Invention U Overview The present invention relates to crystal growth of a mixed crystal having a composition of a mixture of two or more substances, using a mono- or binary crystal as a seed crystal and growing a mixed crystal having a desired composition. The purpose of the present invention is to provide a crystal growth method for growing crystals, in which a seed crystal of one element or more is brought into contact with a melt of three or more elements,
A step of growing a mixed crystal layer with a composition gradient on the seed crystal by lowering the temperature of the solid-liquid interface, and replenishing the insufficient source material while keeping the temperature of the solid-liquid interface constant. and growing a mixed crystal of a constant composition on the composition gradient layer.

[産業上の利用分野] 本発明は結晶成長に関し、特に2種以上の物質の混合物
の組成を有する混晶の結晶成長に関する。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to crystal growth, and in particular to the crystal growth of mixed crystals having a composition of a mixture of two or more substances.

純粋な元素ないし化合物の結晶は、それぞれ固有の電気
的性質、光学的性質等を有する。電気的デバイス、光学
的デバイスの設計の観点からは、これら純粋物質の結晶
ではなく、2種以上の純粋物質の結晶の中間的な性質が
望まれることがある。
Crystals of pure elements or compounds each have unique electrical properties, optical properties, etc. From the viewpoint of designing electrical devices and optical devices, it is sometimes desirable to have properties intermediate between crystals of two or more pure substances, rather than crystals of these pure substances.

2種以上の物質の混晶は、このような要求に応えるもめ
である。
Mixed crystals of two or more substances are an attempt to meet these demands.

光半導体デバイス、高速半導体デバイスにおいては、特
に化合物半導体の混晶か望まれることが多い。
In optical semiconductor devices and high-speed semiconductor devices, compound semiconductor mixed crystals are often desired.

[従来の技術] ■族元素とV族元素の化合物であるGaAs、 InP
等のN−V族化合物半導体は、優れた半導体材料であり
、はとんど任意の組成で混晶を作ることかできる。
[Prior art] GaAs, InP, which is a compound of group III elements and group V elements
N-V group compound semiconductors such as N-V compound semiconductors are excellent semiconductor materials, and mixed crystals can be made with almost any composition.

しかしながら、通常入手できる結晶基板は、GaAs、
 InP等の純粋な化合物の結晶であり、その上に格子
定数か大きく異なる結晶を成長することは極めて難しい
However, commonly available crystal substrates are GaAs,
It is a crystal of a pure compound such as InP, and it is extremely difficult to grow a crystal with a significantly different lattice constant on top of it.

混晶半導体の適用範囲を拡げるためには、格子定数を自
由に制御した基板の開発か要求される。
In order to expand the range of applications of mixed crystal semiconductors, it is necessary to develop substrates with freely controlled lattice constants.

このためには、3元素以上の均一組成を有する混晶バル
ク結晶を成長する技術が望まれるにのような混晶の格子
定数は、純粋な化合物の格子定数とは一般的に異なるな
め、通常の化合物半導体の基板では不十分である。そこ
で、混晶のバルク結晶が望まれる。
To this end, a technique for growing mixed crystal bulk crystals with a uniform composition of three or more elements is desired.The lattice constant of such a mixed crystal is generally different from that of a pure compound; Compound semiconductor substrates are insufficient. Therefore, mixed bulk crystals are desired.

混晶バルク結晶を成長する技術の1つは、何らかの純粋
物質である化合物半導体結晶の上に、少し格子定数をす
らせた混晶を成長し、成長した混晶結晶から新たな種結
晶を切出す。切出した種結晶上に、さらに格子定数を少
しずらせた混晶を成長し、成長した混晶結晶から再び種
結晶を切出す。
One technique for growing a mixed bulk crystal is to grow a mixed crystal with a slightly different lattice constant on top of a compound semiconductor crystal, which is a pure substance, and then cut a new seed crystal from the grown mixed crystal. put out. A mixed crystal with a slightly different lattice constant is grown on the cut seed crystal, and a seed crystal is cut out from the grown mixed crystal again.

このような手順を繰返すことによって、任意の混晶バル
ク結晶を成長する。
By repeating this procedure, any mixed bulk crystal can be grown.

また、成長しようとする混晶結晶の格子定数か純粋化合
物結晶の格子定数と近ければ、化合物結晶の上に直接目
的組成の混晶結晶を成長してもよい。
Further, if the lattice constant of the mixed crystal to be grown is close to that of the pure compound crystal, the mixed crystal of the desired composition may be grown directly on the compound crystal.

[発明が解決しようとする課題] 以上説明した従来の技術によれば、純粋物質の化合物結
晶の上には、限られた組成の混晶しか成長できず、任意
の組成の混晶を成長しようとすると、多数の工程を繰返
さなければならなかった。
[Problem to be solved by the invention] According to the conventional technology explained above, only a mixed crystal of a limited composition can be grown on a compound crystal of a pure substance, and it is difficult to grow a mixed crystal of an arbitrary composition. Therefore, many steps had to be repeated.

本発明の目的は、純粋物質の結晶を種結晶とし、目的の
組成を持った混晶結晶を成長する結晶成長方法を提供す
ることである。
An object of the present invention is to provide a crystal growth method for growing a mixed crystal having a desired composition using a crystal of a pure substance as a seed crystal.

「課題を解決するための手段] 第1図(A)〜(B)は、本発明の原理説明図である。“Means to solve problems” FIGS. 1A and 1B are explanatory diagrams of the principle of the present invention.

第1図(A)は、種結晶1の上に、組成勾配を有する混
晶結晶2か成長された後、一定組成の混晶結晶3が成長
されている6 組成勾配混晶結晶2は、第1図(B)の相図に示すよう
に、一定の組成x0を有する融液を準備し、固化か始ま
る温度T1からT2まで降温することにより、組成X1
から組成X2まで変化する組成勾配混晶結晶を成長させ
る。組成X。は固化する混晶の組成x1がターミナル物
質(x=1)と所定範囲内で近いように選ぶ。最終温度
T2は得られる固相の組成X2が所望の組成と所定範囲
内で近いように選ぶ6 次に第1図(C)に示すように、融液に組成勾配混晶結
晶を接触させた状態で、固相と液相との界面である固液
界面の温度を、ほぼ一定温度T2に保ち、不足するソー
ス材料を補給しつつ、結晶成長をさせることによって一
定組成の混晶結晶を成長させる。ソース材料は組成X2
の析出を進めるものであれば、必すしもX2の組成でな
くてもよい。
In FIG. 1(A), a mixed crystal 2 having a composition gradient is grown on a seed crystal 1, and then a mixed crystal 3 having a constant composition is grown. As shown in the phase diagram of FIG. 1(B), a melt having a constant composition x0 is prepared, and the temperature is lowered from T1 to T2 at which solidification begins, so that the composition X1
A composition gradient mixed crystal whose composition changes from X2 to X2 is grown. Composition X. is selected so that the composition x1 of the mixed crystal to be solidified is close to that of the terminal substance (x=1) within a predetermined range. The final temperature T2 is selected so that the composition X2 of the obtained solid phase is close to the desired composition within a predetermined range.6 Next, as shown in Figure 1 (C), a composition gradient mixed crystal was brought into contact with the melt. In this state, the temperature of the solid-liquid interface, which is the interface between the solid phase and the liquid phase, is maintained at a nearly constant temperature T2, and the crystal is grown while replenishing the missing source material, thereby growing a mixed crystal with a constant composition. let Source material has composition X2
The composition does not necessarily have to be X2 as long as it promotes the precipitation of.

[作用] 純粋物質の種結晶1上に、組成勾配混晶結晶2を成長さ
せることにより、格子定数か次第に変化した結晶を得る
ことができる。所望の組成を得るまで成長を続ければ任
意の組成の表面か得られる。
[Operation] By growing the compositionally gradient mixed crystal 2 on the seed crystal 1 of a pure substance, a crystal whose lattice constant is gradually changed can be obtained. A surface of any composition can be obtained by continuing growth until the desired composition is obtained.

なお、組成勾配混晶結晶2内の組成勾配を緩やかにする
ことによって、種結晶として使用できる混晶結晶表面を
得ることかできる。所望の格子定数を有する表面を得た
後、一定組成の混晶結晶3を成長させることにより、任
意の組成を有する混晶結晶3を、純粋物質の種結晶1の
上に成長させることかてきる。
Note that by making the composition gradient within the composition gradient mixed crystal 2 gentle, it is possible to obtain a mixed crystal surface that can be used as a seed crystal. After obtaining a surface with a desired lattice constant, by growing a mixed crystal 3 with a constant composition, a mixed crystal 3 with an arbitrary composition can be grown on the seed crystal 1 of a pure substance. Ru.

[実施例] 第2図を参照して、混晶系の相図を説明する。[Example] The phase diagram of a mixed crystal system will be explained with reference to FIG.

化合物BCと化合物ACとか、連続的に混晶を形成しく
A、B、Cは元素を表わす)、第2図に示すような相図
を有するとする。化合ThBCと化合物ACとは、純粋
物質であり、この相図は準2元系とみなせる。相図中、
横軸は組成x(AB1−XCのX)を表わし、縦軸は温
度を表わす。
It is assumed that a compound BC and a compound AC, which continuously form a mixed crystal (A, B, and C represent elements), have a phase diagram as shown in FIG. Compound ThBC and compound AC are pure substances, and this phase diagram can be regarded as a quasi-binary system. In the phase diagram,
The horizontal axis represents the composition x (X of AB1-XC), and the vertical axis represents the temperature.

図中5上側に示される曲線p1は、液相曲線を示し、下
側の曲線p2は固相曲線を示す。すなわち、液相曲線+
21よりも上の領域では、全て液体(液相)であり、固
相曲線p2よりも下では全て固相である。これら2つの
曲線Ω1、ρ2の間の領域では、固相と液相とか共存す
る。
The curve p1 shown on the upper side of 5 in the figure shows a liquidus curve, and the lower curve p2 shows a solidus curve. That is, liquidus curve +
The region above 21 is entirely liquid (liquid phase), and the region below solidus curve p2 is entirely solid phase. In the region between these two curves Ω1 and ρ2, a solid phase and a liquid phase coexist.

組成X19の融液を作成し、温度を除々に下げた場合を
想定する。温度がT1に達すると、T1を水平右方向に
延ばし、固相曲線112と交わるところでの組成x1s
の固相が析出し始めるにの固相の組成XISは、融液の
組成X112よりも高いX値を有するので、残る融液の
組成は次第にXの低いものとなる。この融液の組成変化
に伴なって、固化する固相の組成も次第にXの低いもの
に変化する。このようにして、温度T2まで降温した時
には、析出する同相の組成はxlsからX2Sまで変化
している。この時、融液の組成は、X1ρからX2ρま
で変化している。
Assume that a melt of composition X19 is created and the temperature is gradually lowered. When the temperature reaches T1, extend T1 horizontally to the right, and the composition x1s at the point where it intersects with the solidus curve 112
Since the solid phase composition XIS at which the solid phase begins to precipitate has a higher X value than the melt composition X112, the composition of the remaining melt gradually becomes lower in X. As the composition of the melt changes, the composition of the solid phase that solidifies gradually changes to one with a lower X value. In this way, when the temperature is lowered to T2, the composition of the same phase precipitated changes from xls to X2S. At this time, the composition of the melt changes from X1ρ to X2ρ.

すなわち、混晶系の融液を用い、温度を降下させること
によって、次第に組成の変化する組成勾配結晶を得るこ
とかできるに の場合、たとえは組成x2sの結晶を得たいと思う場合
、固化する結晶の組成かX2Sに達した時、融液はそれ
以上x2sの結晶を成長させる能力かない。すなわち、
さらに温度を下げて成長を続けると組成はさらに変化し
てしまう。
In other words, if you want to obtain a composition gradient crystal whose composition gradually changes by using a mixed crystal melt and lowering the temperature, for example, if you want to obtain a crystal with a composition x2s, solidify. When the crystal composition reaches X2S, the melt no longer has the ability to grow x2s crystals. That is,
If the temperature is further lowered and growth continues, the composition will change further.

温度をT2に保てば、組成はX2Sに固定されるか、融
液に結晶を成長させる力が残っていないため、結晶成長
は生じない。しかし新たにソース材料を補給すれば結晶
成長は可能である。
If the temperature is maintained at T2, the composition is fixed at X2S, or crystal growth does not occur because the melt has no remaining power to grow crystals. However, crystal growth is possible if new source material is supplied.

上述のように組成勾配結晶を成長させた後、到達した組
成において一定組成の混晶結晶を成長させるには、不足
するソース材料を補給する必要がある。第2図の相図を
参照して説明すると、融液の組成x211から純粋物質
のターミナル物質ACまでの組成の中間の組成を有する
材料を融液中に供給してやれは、一定温度に保たれた固
液界面において、組成x2sを有する結晶を成長させる
ことかできる。組成x2sのソース材料を補給すれば融
液の組成は以後一定に保持できる。
After growing a compositionally gradient crystal as described above, in order to grow a mixed crystal with a constant composition at the composition reached, it is necessary to replenish the insufficient source material. To explain with reference to the phase diagram in Fig. 2, if a material having an intermediate composition between the composition x211 of the melt and the terminal substance AC of the pure substance is supplied into the melt, the temperature is maintained at a constant temperature. At the solid-liquid interface, it is possible to grow a crystal having a composition x2s. By replenishing the source material having the composition x2s, the composition of the melt can be kept constant thereafter.

このようなソース材料を補給する方法としては、融液に
固体ソース材料を添加すること、融液に常に固体ソース
材料を接触させること、融液の一部を他の部分よりも高
温とし、この高温部分にソース材料を接触させること等
の方法かある。
Methods for replenishing such source materials include adding solid source material to the melt, keeping the solid source material in constant contact with the melt, and making some parts of the melt hotter than other parts. There are other methods, such as bringing the source material into contact with the hot part.

第3図は、ソース材料を補給するための1つの構成を示
す。
FIG. 3 shows one configuration for replenishing source material.

第3図において、るつぼ4はその内部に融液6を収容す
る。また、るつぼの底部には収容室8が形成されており
、その内部にソース材料9か収容されている6融液6の
表面には、必要に応じて液体シール材5が配置される。
In FIG. 3, a crucible 4 contains a melt 6 therein. Further, a storage chamber 8 is formed at the bottom of the crucible, and a liquid sealing material 5 is disposed as necessary on the surface of the melt 6 in which the source material 9 is stored.

融液6の表面中央部に結晶引上げ装置が配置され、種結
晶1の上に、組成勾配混晶結晶2を成長させ、さらにそ
の上に一定組成混晶結晶3を成長させる4図示の場合、
一定組成混晶結晶3か途中まで成長された状態である。
In the case shown in Figure 4, a crystal pulling device is placed at the center of the surface of the melt 6, and a composition gradient mixed crystal 2 is grown on the seed crystal 1, and a constant composition mixed crystal 3 is further grown on top of the seed crystal 1.
This is a state in which the constant composition mixed crystal 3 has been grown halfway.

この混晶結晶3の表面か固液界面を形成し、その温度T
 か結晶成長温度である。なお、結晶引上げ装置の周囲
を取囲むように電極7か配置されており、この電極7は
融液6中に少なくとも一部埋没している。
The surface of this mixed crystal 3 forms a solid-liquid interface, and its temperature T
or the crystal growth temperature. Note that an electrode 7 is arranged so as to surround the crystal pulling device, and this electrode 7 is at least partially buried in the melt 6.

ソース材料9が導電性物質である場合は、このソース材
料9を一方の電極とし、融液表面に接触させた電極7を
他方の@極として、その間に交流または直流の電流を通
電させる。電流を流すと、ソース材料9に伴う抵抗を電
流が流れることに起因して熱が発生し、ソース材料9周
辺の融液6を加熱する。融液6の温度が上昇すると、ソ
ース材料9の溶解度が上昇し、融液6中にソース材料9
が溶解する。融液の抵抗が無視できない場合は、融液中
の電流分布によっても発熱する。電流通電を停止するこ
とにより、電流に起因する発熱は停止し、ソース材料9
の溶解も停止する。
When the source material 9 is a conductive substance, the source material 9 is used as one electrode, and the electrode 7 in contact with the melt surface is used as the other @ electrode, and an alternating current or direct current is passed between them. When a current is applied, heat is generated due to the current flowing through the resistance associated with the source material 9, heating the melt 6 around the source material 9. As the temperature of the melt 6 increases, the solubility of the source material 9 increases, and the source material 9 is added to the melt 6.
dissolves. If the resistance of the melt cannot be ignored, heat will also be generated due to the current distribution in the melt. By stopping the current supply, the heat generation caused by the current stops, and the source material 9
Also stops dissolving.

電極7を陽極とし、ソース材料9を陰極として融液6を
通って直流電流を通電すると、ジュール熱による加熱の
他、陰極9から陽極7に向かう電子の運動によって、溶
解したソース材料原子が陽極方向に輸送され、ソース材
料輸送が促進される。
When a direct current is passed through the melt 6 using the electrode 7 as an anode and the source material 9 as a cathode, in addition to heating by Joule heat, the dissolved source material atoms are heated to the anode by the movement of electrons from the cathode 9 to the anode 7. direction, facilitating source material transport.

すなわち、交流電流による加熱の場合、ソース材料の融
液6中の輸送は拡散のみによるか、直流通電によれは、
拡散に加え電流による加速を利用することもできる6 第2図を参照して説明すると、温度をT1からT2まで
降温させて、組成が純粋なACから所定範囲内にあるx
isからx2sまで変化する組成勾配混晶結晶を成長さ
せた後、固液界面の温度をT2に保持し、たとえば化合
物ACを第3図に示したような電流通電装置により、補
給しながら結晶成長を続けることにより、所望の同一組
成X2Sの一定組成混晶結晶3を成長させることができ
る。この時、ソース材料の補給により、融液の組成が変
化しても、結晶化し得る融液量に変化を生じさせるだけ
であり、固液界面の温度か変化しなければ、成長結晶の
組成は変化しない。融液中に温度勾配等を形成すれば、
固液界面で析出する固相の量を増大させることかできる
6 第4図は、このようにして種結晶上に成長させた混晶結
晶を概略的に示す図である。化合物ACの種結晶1の上
に、組成XかXlからx2まで変化する組成勾配混晶結
晶AXB1−xCが成長され、その表面上に一定の組成
yを有するAyBlyCの一定組成混晶バルク結晶3が
成長されている。
That is, in the case of heating by alternating current, the transport of the source material in the melt 6 is only by diffusion, or by direct current,
In addition to diffusion, acceleration by current can also be used.6 To explain with reference to Figure 2, the temperature is lowered from T1 to T2, and the composition is within a predetermined range from pure AC.
After growing a mixed crystal with a composition gradient varying from is to x2s, the temperature of the solid-liquid interface is maintained at T2, and the crystal is grown while being supplied with, for example, compound AC using a current-carrying device as shown in Figure 3. By continuing, it is possible to grow a desired constant composition mixed crystal 3 having the same composition X2S. At this time, even if the composition of the melt changes by replenishing the source material, it only changes the amount of melt that can be crystallized; unless the temperature at the solid-liquid interface changes, the composition of the growing crystal will change. It does not change. If a temperature gradient etc. is formed in the melt,
The amount of solid phase precipitated at the solid-liquid interface can be increased.6 FIG. 4 is a diagram schematically showing a mixed crystal grown on a seed crystal in this manner. On the seed crystal 1 of compound AC, a composition gradient mixed crystal AXB1-xC varying from X or Xl to x2 is grown, and on its surface is a constant composition mixed bulk crystal 3 of AyBlyC having a constant composition y. is growing.

成長した一定組成混晶結晶3を切出すことによって、所
望の格子定数を有する混晶結晶基板を得ることかできる
By cutting out the grown constant composition mixed crystal 3, a mixed crystal substrate having a desired lattice constant can be obtained.

以上のような、結晶成長により、従来のように何度も種
結晶を切出して、その上に結晶成長を行なう手数も必要
なく、連続して混晶バルク結晶を成長することができる
By growing the crystal as described above, it is possible to continuously grow a mixed crystal bulk crystal without having to cut out a seed crystal many times and grow the crystal thereon as in the conventional method.

以下、■−V族半導体混晶結晶を例にとり、より具体的
な実施例を説明する。
Hereinafter, more specific examples will be described by taking a -V group semiconductor mixed crystal as an example.

[1n0.12Ga0.88^S混晶バルク結晶の成長
]Ino、 12GaO,uAsは、バンドギャップ波
長が約098μmの結晶であり、1μm帯の光通信に用
いるレーザ光源のボンピング用光源に適した光学結晶で
ある。
[Growth of 1n0.12Ga0.88^S mixed bulk crystal] Ino, 12GaO, uAs is a crystal with a bandgap wavelength of approximately 098 μm, and is an optical material suitable for a bombing light source of a laser light source used for optical communication in the 1 μm band. It is a crystal.

まず、(111)8面のGaAs種結晶を準備し、その
上に組成勾配結晶を成長し、続いて所望のIn、 12
”’0.8sAs混晶結晶を成長する。るつぼ内に配置
するソース材料としては、GaAsを用いた。最初に準
備する融液の組成はGaAsの格子定数に十分近い格子
定数の混晶結晶がGaAs上に成長するように選ぶ。例
として、 X08=0゜3890 x 1n−0,1110 X八、=0.5000 とした、 1nAsとGaAsとをターミナル物質とす
る相図上で、この組成の液相線上の温度(第2図のρ工
)は約1200℃である。すなわち、−旦この組成の融
液を1200°C以上に昇温して形成し、温度を約12
00°Cまで降下すると固化か開始する。
First, a GaAs seed crystal with (111) 8 faces is prepared, a composition gradient crystal is grown on it, and then a desired In, 12
``Grow a 0.8sAs mixed crystal.GaAs was used as the source material placed in the crucible.The composition of the melt to be prepared first is such that a mixed crystal with a lattice constant sufficiently close to that of GaAs is grown. For example, on a phase diagram with 1nAs and GaAs as terminal materials, where X08 = 0°3890 x 1n-0, 1110 The temperature above the liquidus line (rho in Figure 2) is about 1200°C. That is, - a melt with this composition is heated to 1200°C or higher to form it, and the temperature is lowered to about 1200°C.
When the temperature drops to 00°C, solidification begins.

第3図に示すような結晶成長装置を用い、上述の組成の
融液を用いて融液の温度を降下させ、1200℃から結
晶成長を開始させた。種結晶は、GaAs (11,1
,) 8面とした。なお、種結晶は20rpmで回転し
つつ、2mm/h+−の速度で引上げなから、結晶成長
を行なった。融液上にはB2O3のメルトを形成し、融
液表面を保護し、外部より9気圧の圧力をかけてAsの
蒸発を防止した2固液界面温度を1200℃から110
0℃まで徐冷することによって、種結晶上に組成勾配結
晶を成長した。固液界面温度が1100’Cに達しな時
、温度降下を停止させて固液界面温度を一定温度に保ち
、るつぼ内に設けたGaAsソース材料に通電して発熱
させ、GaAsをその周辺の融液中に溶解させなから、
拡散等によってソース材料を固液界面まで輸送させ、成
長を行なっ、た。一定温度に保ってから約10時間、2
 m m / h rの引上げ速度で混晶バルク結晶の
成長を行なった。この結晶を収出して分析したところ、
組成勾配混晶結晶の組成はIn    Ga    A
sからIn、 −,2Gao、 8sAsまで変化0.
025  0.975 していた。また、組成勾配混晶結晶上に成長した一定組
成の混晶結晶バルクは、■no、12GaO,88”’
の均一な組成を有しており、約20mmの厚さがあった
。この一定組成の結晶は、単結晶であり、電子デバイス
用基板として十分使える良質な結晶であった。
Using a crystal growth apparatus as shown in FIG. 3, the temperature of the melt was lowered using a melt having the above-mentioned composition, and crystal growth was started from 1200°C. The seed crystal is GaAs (11,1
,) 8 pages. Incidentally, crystal growth was performed by rotating the seed crystal at 20 rpm and pulling it at a speed of 2 mm/h+-. A B2O3 melt was formed on the melt, the surface of the melt was protected, and an external pressure of 9 atm was applied to prevent the evaporation of As.The temperature at the solid-liquid interface was increased from 1200℃ to 110℃
A composition gradient crystal was grown on the seed crystal by slow cooling to 0°C. When the solid-liquid interface temperature does not reach 1100'C, the temperature drop is stopped to maintain the solid-liquid interface temperature at a constant temperature, and electricity is applied to the GaAs source material provided in the crucible to generate heat, causing the GaAs to melt around it. Because it does not dissolve in the liquid,
The source material was transported to the solid-liquid interface by diffusion, etc., and growth was performed. Approximately 10 hours after maintaining a constant temperature, 2
Mixed bulk crystal growth was performed at a pulling rate of mm/hr. When this crystal was collected and analyzed,
The composition of the composition gradient mixed crystal is InGaA
Change from s to In, -, 2Gao, 8sAs is 0.
025 0.975. In addition, the bulk of the mixed crystal with a constant composition grown on the composition gradient mixed crystal is ■no, 12GaO, 88'''
It had a uniform composition of about 20 mm and a thickness of about 20 mm. This crystal with a certain composition was a single crystal and was of high quality enough to be used as a substrate for electronic devices.

第5図は、成長した組成勾配混晶結晶の厚さ方向の組成
変化の一例を示したものである。成長は、In   G
a   Asの糸且成から女iiまり、In0.12G
aO,880,050,95 As近くの組成で終っている。なお、測定はXMAで行
なった。
FIG. 5 shows an example of the composition change in the thickness direction of the grown composition gradient mixed crystal. Growth is In G
a As's thread and formation to woman ii Mari, In0.12G
The composition ended up being close to aO, 880,050,95 As. Note that the measurement was performed using XMA.

なお、上述の場合の組成勾配混晶結晶JnxGa1−x
Asは、GaAS結晶上にx=0.025から成長を開
始し、厚さ約25mmで、x=0.12まで変化させた
。組成勾配混晶結晶中の結晶性は、単結晶であり、クラ
ックもほとんど発生していなかった。種結晶との格子整
合のなめには、格子不整合が約0.35%であるX≦0
,05で成長開始させることか望ましい。またこの時、
x=Oで成長を開始させると組成勾配混晶結晶か成長で
きす、Xの値が小さすき゛ると組成勾配混晶結晶の厚さ
を大きくしなければならないのでX≧0,01とするこ
とか好ましい、すなわち、GaAs種結晶上に成長する
組成勾配混晶結晶の成長開始時のX値は、0.01≦X
≦0.05の範囲に入っていることか望ましい。
Note that the composition gradient mixed crystal JnxGa1-x in the above case
As grew on the GaAS crystal at x=0.025 and was changed to x=0.12 at a thickness of about 25 mm. The crystallinity of the composition gradient mixed crystal was single crystal, and almost no cracks were generated. For lattice matching with the seed crystal, the lattice mismatch is approximately 0.35%, X≦0.
It is desirable to start the growth at ,05. At this time again,
If the growth is started at x=O, a compositionally gradient mixed crystal can be grown.If the value of X is small, the thickness of the compositionally gradient mixed crystal must be increased, so it is recommended to set Preferably, the X value at the start of growth of the composition gradient mixed crystal grown on the GaAs seed crystal is 0.01≦X
It is desirable that it be in the range of ≦0.05.

なお、1nAsとGaAsとを準2元物質とする混晶結
晶の成長について説明しなが、同様の手順で他の混晶結
晶を成長することかできる。以下その例を述べる。
Although the growth of a mixed crystal using 1nAs and GaAs as quasi-binary materials will be described, other mixed crystals can be grown using the same procedure. An example will be described below.

GaPを種結晶として、融液をGaAsとGaPの準2
元系とし、ソース材料をGaPとして3元系混晶Gaへ
”XPl−Xを成長させるもの。
Using GaP as a seed crystal, the melt is made of GaAs and GaP quasi-2.
XPl-X is grown on ternary mixed crystal Ga using GaP as the source material.

種結晶をGaPとし、融液をGaPとInPの準2元系
として、GaPをソース材料として補給しつつ、3元系
混晶Ga 、 In1− 、Pを成長させるもの。
The seed crystal is GaP, the melt is a quasi-binary system of GaP and InP, and ternary mixed crystals Ga, In1-, and P are grown while supplying GaP as a source material.

種結晶をInPとし、融液をInAsとInPの準2元
系とし、ソース材料としてInPを補給し、3元系混晶
1nAs 、 p 1− 、を成長させるもの。
The seed crystal is InP, the melt is a quasi-binary system of InAs and InP, and InP is supplied as a source material to grow a ternary mixed crystal 1nAs, p 1-.

種結晶をGaPまたはGaAsまたはInPとし、融液
をInAs、 GaAs、 GaP、1nPの準4元系
とし、ソース材料とL″′CGaP−*たはGaAs、
またはlnP、より好ましくは両者またはこれらの混合
物を補給し、4元系混晶1n1− xGa xAsl−
、p 、を成長させるもの。
The seed crystal is GaP, GaAs, or InP, the melt is a quaternary system of InAs, GaAs, GaP, and 1nP, and the source material is L″′CGaP-* or GaAs,
or lnP, more preferably both or a mixture thereof, to form a quaternary mixed crystal 1n1- xGa xAsl-
, p , grows.

種結晶をGaSbとし、融液をInSb −GaSbの
準2元系とし、ソース材料としてGaSbを補給し、3
元系混晶In、 −XGa XSbを成長させるもの。
The seed crystal is GaSb, the melt is a quasi-binary system of InSb-GaSb, and GaSb is replenished as a source material.
One that grows the elemental mixed crystal In, -XGa, XSb.

GaAsを種結晶とし、融液をGaAs−Garbの準
2元系とし、ソース材料としてGaAsを補給し、3元
系混晶、GaAS xSbl−、を成長させるもの。
Using GaAs as a seed crystal, using the melt as a quasi-binary system of GaAs-Garb, and supplying GaAs as a source material, a ternary mixed crystal, GaAS xSbl-, is grown.

種結晶をInASとし、融液をInAsと1nSbの準
2元系とし、ソース材料として]nAsを補給し、3元
系混晶1nAs X5b1− x”k成長させるもの。
The seed crystal is InAS, the melt is a quasi-binary system of InAs and 1nSb, nAs is supplied as a source material, and a ternary mixed crystal 1nAs X5b1-x''k is grown.

種結晶をGaAS、または1nAs、またはGaSbと
し、融液をInAS、InSb、 GaAs、 GaS
bの準4元系とし、ソース材料としてGaAs、または
1nAs、またはGaSb、またはこれらの混合物を補
給し、4元系混晶1n1− xGa xAsl−vSb
 yを成長するもの6種結晶をGaAsとし、融液をA
1八Sと、GaAsと、InGaAsの準3元系とし、
ソース材料としてAlAs、またはGaAs、またはこ
れらの混合物を補給し、4元系混晶AI  Ga  J
n    Asを成長させるもの。
The seed crystal is GaAS, 1nAs, or GaSb, and the melt is InAS, InSb, GaAs, or GaS.
A quaternary mixed crystal 1n1-xGaxAsl-vSb is formed by adding GaAs, 1nAs, GaSb, or a mixture thereof as a source material
The 6 seed crystals to be grown are GaAs, and the melt is A.
A quasi-ternary system of 18S, GaAs, and InGaAs,
By supplying AlAs, GaAs, or a mixture thereof as a source material, quaternary mixed crystal AI Ga J
n Something that grows As.

x  y  1−x−y 種結晶をGaPとし、融液を八1PとGaPとInPの
準3元系とし、ソース材料としてAIPまなはGaPま
たはこれらの混合物を補給し、4元系混晶A4 xGa
 、 In1−x−げを成長させるもの。
x y 1-x-y The seed crystal is GaP, the melt is a quasi-ternary system of 81P, GaP, and InP, AIP, GaP, or a mixture thereof is supplied as a source material, and the quaternary mixed crystal A4 is xGa
, In1-x-those that grow.

種結晶をGaPとし、融液をA’ l S bとGaS
bとTnSbの準3元系とし、ソース材料とし、AlS
b、またはGaSb、またはこれらの混合物を補給し、
4元系混晶AI  Ga  Jn    Sbを成長さ
せるもの。
The seed crystal is GaP, and the melt is A' l S b and GaS
A quasi-ternary system of b and TnSb is used as the source material, and AlS
b, or GaSb, or a mixture thereof;
One that grows quaternary mixed crystal AI Ga Jn Sb.

X  y  1−x−y なお、上述の■−V族半導体に限らす、II −Vl族
半導体や他の種々の半導体および金属や誘電体の結晶の
混晶を成長するのに同等の方法を用いることができる。
X y 1-x-y Note that the same method can be used to grow not only the above-mentioned ■-V group semiconductors but also II-Vl group semiconductors, various other semiconductors, and mixed crystals of metals and dielectric crystals. Can be used.

なお、金属や誘電体のソースを用いる場合は、ソースを
加熱するのにヒータを用いることもできる。
Note that when using a metal or dielectric source, a heater can also be used to heat the source.

以上、実施例に沿って本発明を説明したか、本発明はこ
れらに制限されるものではない。たとえば、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。
Although the present invention has been described above with reference to examples, the present invention is not limited to these examples. For example, it will be obvious to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations, etc. are possible.

U発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれは、純粋物質の結晶
を種結晶として、その上に任意の組成を有する混晶結晶
を作成することができる。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, a mixed crystal having an arbitrary composition can be created on a crystal of a pure substance as a seed crystal.

簡単な工程により、容易に目的とする混晶結晶を得るこ
とができる。
A desired mixed crystal can be easily obtained through a simple process.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(A)〜(C)は、本発明の原理説明図であり、
第1図(Aンは構成を示すR略図、第1図(B)は組成
勾配層の成長を説明するための相図、第1図(C)は一
定組成の混晶結晶成長を説明するための相図、 第2図は、拡大して示す混晶系の相図、第3図は、結晶
成長装置の概略断面図、1 つ 第4図は、成長結晶の概略断面図である。 第5図は、成長した組成勾配混晶結晶層内の厚さに対す
る組成の変化を示すグラフである。 種結晶 組成勾配混晶結晶 一定組成混晶結晶 るつぼ 液体シール材 融液 電極(陽極) 収容室 ソース材料 第3図 第4図
FIGS. 1(A) to 1(C) are diagrams explaining the principle of the present invention,
Figure 1 (A is a schematic diagram showing the structure, Figure 1 (B) is a phase diagram to explain the growth of a composition gradient layer, and Figure 1 (C) is a diagram to explain the growth of a mixed crystal with a constant composition. FIG. 2 is an enlarged phase diagram of a mixed crystal system, FIG. 3 is a schematic sectional view of a crystal growth apparatus, and FIG. 4 is a schematic sectional view of a grown crystal. Fig. 5 is a graph showing the change in composition with respect to the thickness within the grown composition gradient mixed crystal layer. Seed crystal composition gradient mixed crystal crystal constant composition mixed crystal crucible liquid sealing material melt electrode (anode) accommodation Chamber sauce materials Figure 3 Figure 4

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)、3元系以上の融液に、1元系以上の種結晶を接
触させ、固液界面の温度を降温させることによって、種
結晶上に組成勾配を持った混晶結晶層を成長する工程と
、 前記固液界面の温度を一定に保ちながら、不足するソー
ス材料を補給することによって、前記組成勾配層上に一
定組成の混晶結晶を成長する工程と を含む結晶成長方法。
(1) A mixed crystal layer with a compositional gradient is grown on the seed crystal by bringing a single or more elemental seed crystal into contact with a ternary or more elemental melt and lowering the temperature at the solid-liquid interface. and growing a mixed crystal of a constant composition on the composition gradient layer by replenishing insufficient source material while keeping the temperature of the solid-liquid interface constant.
(2)、請求項1記載の結晶成長方法であって、前記種
結晶上に成長する前記組成勾配結晶の初期組成は、ほぼ
前記種結晶の組成に等しい結晶成長方法。
(2) The crystal growth method according to claim 1, wherein the initial composition of the composition gradient crystal grown on the seed crystal is approximately equal to the composition of the seed crystal.
(3)、請求項1ないし2記載の結晶成長方法であって
、前記不足するソース材料の補給は、前記融液と接触さ
せてソース材料を配置し、前記ソース材料を通して電流
を流すことによって行なう結晶成長方法。
(3) The crystal growth method according to claim 1 or 2, wherein the insufficient source material is replenished by placing the source material in contact with the melt and passing a current through the source material. Crystal growth method.
(4)、請求項3記載の結晶成長方法であって、前記ソ
ース材料の温度は前記固液界面の温度よりも高く設定さ
れる結晶成長方法。
(4) The crystal growth method according to claim 3, wherein the temperature of the source material is set higher than the temperature of the solid-liquid interface.
(5)、請求項3ないし4記載の結晶成長方法であって
、前記固液界面近傍の融液に接して陽極が配置され、前
記ソース材料が陰極とされる結晶成長方法。
(5) The crystal growth method according to claim 3 or 4, wherein an anode is disposed in contact with the melt near the solid-liquid interface, and the source material serves as the cathode.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7250640B2 (en) 1999-06-09 2007-07-31 Ricoh Company, Ltd. Production of a GaN bulk crystal substrate and a semiconductor device formed on a GaN bulk crystal substrate

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6357398A (en) * 1986-08-28 1988-03-12 三菱電機株式会社 Satellite attitude and orbit control device
JPH01242481A (en) * 1988-03-22 1989-09-27 Fujitsu Ltd Crystal growth device
JPH01278488A (en) * 1988-04-30 1989-11-08 Tokuzo Sukegawa Growth of mixed crystal

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6357398A (en) * 1986-08-28 1988-03-12 三菱電機株式会社 Satellite attitude and orbit control device
JPH01242481A (en) * 1988-03-22 1989-09-27 Fujitsu Ltd Crystal growth device
JPH01278488A (en) * 1988-04-30 1989-11-08 Tokuzo Sukegawa Growth of mixed crystal

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7250640B2 (en) 1999-06-09 2007-07-31 Ricoh Company, Ltd. Production of a GaN bulk crystal substrate and a semiconductor device formed on a GaN bulk crystal substrate
US7508003B2 (en) 1999-06-09 2009-03-24 Ricoh Company, Ltd. Production of a GaN bulk crystal substrate and a semiconductor device formed thereon
US8591647B2 (en) 1999-06-09 2013-11-26 Ricoh Company, Ltd. Production of a GaN bulk crystal substrate and a semiconductor device formed thereon
US9869033B2 (en) 1999-06-09 2018-01-16 Ricoh Company, Ltd. Production of a GaN bulk crystal substrate and a semiconductor device formed on a GaN bulk crystal substrate

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