JPH0585517B2 - - Google Patents
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- JPH0585517B2 JPH0585517B2 JP13325589A JP13325589A JPH0585517B2 JP H0585517 B2 JPH0585517 B2 JP H0585517B2 JP 13325589 A JP13325589 A JP 13325589A JP 13325589 A JP13325589 A JP 13325589A JP H0585517 B2 JPH0585517 B2 JP H0585517B2
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- crystal
- vapor pressure
- seed crystal
- growth
- chamber
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
[産業上の利用分野]
本発明は化合物半導体の結晶成長に関し、特に
シード結晶上に化合物半導体のエピタキシヤル層
を形成する結晶成長方法に関する。
化合物半導体の応用開発が活発に行われてい
る。特に種々のバンドギヤツプを得られることか
ら光学的半導体装置としての利用が進められてい
る。その為、結晶性の優れた化合物半導体ないし
化合物半導体混晶を提供することが要請されてい
る。しかし基板結晶として容易に入手できる結晶
は、Si,GaAs,GaPなどの限られた種類であ
る。そこで、これらの入手容易な結晶を基板結晶
とし、その上にエピタキシヤル層を形成し、さら
に所望の組成を有する化合物半導体(混晶を含
む)を形成する技術等が求められている。
[従来の技術]
光学的半導体装置等の結晶性の良い半導体結晶
が必要な場合には、シード結晶上に一旦バツフア
層を成長させた後、その上に求められる結晶を成
長する。特にシード結晶がデバイスを形成する部
分の結晶と組成が異なる場合には、結晶性の良い
バツフア層を成長させることが重要である。
第2図A,Bに従来技術による化合物半導体の
液相成長装置を示す。
第2図Aに示すように、成長アンプル31内に
構成元素又は他の元素からなる溶媒32を収納
し、その溶媒32中にソース結晶33と種結晶3
5を配置する。種結晶35はヒートシンク36上
に配置し、その上に円筒上の石英製押え34を配
置して固定する。このような成長アンプルを成長
温度以上に加熱し、一定時間メルトアロイを行
う。その後、第2図Bに示したような温度分布を
持つ結晶成長炉中に入れ、温度差により高温室の
ソース結晶33から低温室にあるヒートシンク3
6の上のシード結晶35へ結晶原料を輸送し、シ
ード結晶35上に結晶を成長させる。
第3図A,Bに従来技術による化合物半導体の
気相成長装置を示す。
第3図Aに示すように、石英アンプル21の下
部にソース結晶粉末23と輸送剤としてのヨウ素
等のハロゲン25を入れ、アンプル上部にテーパ
(θ=60〜70度)を付け、その上に面方位(111)
を成長した種結晶27、石英棒29を配し、真空
封入した。
この成長アンプルを縦型炉中に垂直に配置し、
第3図Bに示すような所定の温度分布を設定す
る。上下方向の温度差により対流拡散が起こり、
高温室、低温部で以下の反応が起こる。
高温:R〓R〓+X2→R〓X2+1/2R〓2
低温:R〓R〓+X2←R〓X2+1/2R〓2
R〓……族原子
R〓……族原子
X ……ハロゲン原子
この反応により高温部ではソース原料のハロゲ
ン化が起こり、低温部では再びソース原料を析出
してハロゲンガスが生じる。石英アンプル21下
部の原料を上部の種結晶27に輸送するため、下
部を高温部、上部を低温部とする温度分布を形成
している。このようにして、ソース材料の輸送が
行われ、種結晶上に結晶成長させる。
以上のべたような従来技術はそれぞれに問題点
を有する。
第2図A,Bに示した液相結晶方法は、
(1) アンプル内に含まれる溶媒、ヒートシンク及
びアンプルの材質等の熱的性質の違いにより、
成長層の形状並びに膜厚を一定にすることが困
難である。
(2) 溶媒を用いた成長なので、大形ウエーハ上に
膜を成長させるには、溶媒量もそれに伴なつて
多くしなければならない。そのため、溶媒中に
適切な温度分布を形成するためのヒータ容量が
増大し、その制御が複雑化し、材料等のコスト
も増大し、高い蒸気圧による爆発の危険性も増
大するなどの問題が発生する。
このように、液相結晶成長において、大型ウエ
ーハ上に大型の結晶成長を行おうとする場合には
問題点が多くスケール増大によるメリツトがあま
り得られない。
第3図A,Bに示した気相結晶方法も以下のご
とき問題点を有する。
(1) アンプル形状上、結晶の成長には限度があ
る。すなわち、結晶27を大きくするとアンプ
ル21はさらに大きくなるので体積的に限度が
ある。
(2) ハロゲンを気相媒体とした成長なので、結晶
中にハロゲンが入り込み、高純度の成長を得ら
れることが困難である。
[発明が解決しようとする課題]
以上述べたように、従来技術によれば、化合物
半導体の均一な高純度かつ高品位のエピタキシヤ
ル結晶を成長することは困難であつた。
本発明の目的は、シード結晶上に均一な膜厚
で、高品位かつ高純度のエピタキシヤル結晶を成
長させることのできる化合物半導体の結晶成長方
法を提供することである。
[課題を解決するための手段]
本発明によれば、高温室と低温室を備え、高温
室と低温室の間が実効的に断面積の小さな中間領
域を介して接続され、前記中間領域に実効的に断
面積の小さな管で接続された蒸気圧制御室を有す
る化合物半導体用の結晶成長装置を用い、前記高
温室に化合物半導体のソース結晶を配置し、前記
蒸気圧制御室に蒸気圧を制御したい成分を含む蒸
気圧源を配置し、前記低温室にヒートシンクを配
置し、ヒートシンク上に(111)B面±10度未満
の面方位を有するシード結晶を配置し、ソース結
晶から気相成分をシード結晶上に運ばせ、シード
結晶上にバツフア層を成長される結晶成長方法が
提供される。
[作用]
輸送ガスを用いずに、温度差を利用してソース
材料を輸送するため、輸送剤を取り込むことなく
純度の高い結晶が成長する。
また、輸送剤を用いないので結晶成長時のアン
プル内圧力を低くすることができる。
ソース結晶を配置した高温室とシード結晶を載
置した低温室の中間に実効的に断面積の小さな領
域を設け、蒸気圧制御室からの蒸気を供給するこ
とにより構成元素の蒸気圧を制御しつつ結晶成長
を行うことができ、化学量論的組成からのずれを
制御できる。
面方位を適切に選ぶことにより、均一な高品位
の表面を持つた結晶が成長できる。
[実施例]
第1図A,Bに本発明に用いる結晶成長装置1
の概略図を示す。結晶成長装置1は化合物半導体
のソース結晶2が配置される高温室3、シード結
晶4が配置される低温室5、化合物半導体の構成
元素ないしその化合物の蒸気圧源6を配置した蒸
気圧制御室7を有し、かつ高温室3と低温室5
が、中間に石英の無垢棒9を挿入することにより
形成された、実効的に断面積の小さな中間領域1
1で接続されている。
低温室5下部にはカーボン、ピロリテイツク窒
素ボロン(PBN)、石英等の熱伝導率の高い材料
をヒートシンク13として配置し、ヒートシンク
13上にシード結晶4を配置する。シード結晶4
の上にシード結晶留めとして円筒状の石英管17
を配置して、シード結晶4がヒートシンク13上
に確実に密着するようにする。
更に、シード結晶を配置した低温室5の上部の
実効的に断面積の小さな領域11に、断面積の小
さな管8により、蒸気圧制御室7を接続する。す
なわち、蒸気圧制御室7は実効的に断面積の小さ
な管により低温室5に接続される。
例えば、高温室3の径を約12mm、石英無垢棒9
の長さを約50mm、低温室5の空間を径約8mm、長
さ約50mm、ヒートシンク13の長さを約10mm、管
8を径約3.8mmとする。
この結晶成長装置1に、第1図Bに示すよう
な、温度分布を設定する。ソース結晶2はソース
温度T1に保たれ、一定の原料蒸気圧を発生する。
構成元素ないしその化合物6は蒸気圧源温度T2
に保たれ、構成元素の蒸気圧をソース結晶室3に
供給する。図の場合、T1>T2であり蒸気圧制御
室7の温度を調整することでシード結晶室5内の
構成元素の蒸気圧を制御できる。シード結晶4は
T1>T3である結晶成長温度T3に保たれる。ソー
ス結晶室3から輸送されてきた気相材料がシード
結晶4上にエピタキシヤルに成長する。蒸気圧制
御室7を細い管8によつて実効的に断面積の小さ
な領域に接続し、シード結晶室5内で成長してい
る結晶に蒸気圧制御成分を供給する。この為、結
晶を成長する際に蒸気圧制御が行え、成長結晶の
化学量論的組成を制御可能にした。
−族半導体のZnSeを例として、上に述べ
た結晶成長装置を用いた結晶成長方法を以下に説
明する。第1図Aに示した構造を有する石英アン
プル10の底部のヒートシンク13上にシード結
晶4としてスライシング後アルミナで研磨し化学
エツチングを施した(111)B面方位を有する
ZnSe単結晶を配置し、円筒状の石英管17でシ
ード結晶4を固定する。また蒸気圧源6として、
ZnSeの構成元素であるZn或いはSeを蒸気圧制御
室7に入れる。アンプル本体のシード結晶室5上
にスペーサ9を支持するための窪み18を形成
し、スペーサ9として石英の無垢棒を挿入し、そ
の周囲に実効的に小さな断面積の領域11を作
る。スペーサ9の上にソース結晶2として成長温
度より低温で製造されたZnSe多結晶、例えば
CVD多結晶インゴツドを配し、例えば10-6Torr
以上の高真空で真空封入する。
なお、石英アンプル及びスペーサとして挿入す
る石英無垢棒は、弗酸洗浄後さらに酸洗浄し、真
空中で空焼をする。
このように準備した成長アンプルを第1図Bに
示すような所定の温度分布を有する縦型炉中に垂
直に配置する。アンプルの各部が所定温度になる
と、シード結晶室3内でソース結晶2から蒸発し
た蒸気は1次原料ガスを形成し、実効的に断面積
の小さな領域を介してシード結晶室5に供給され
る。
一方、蒸気圧制御室7からは、制御された蒸気
圧が実効的に断面積の小さな領域11に供給さ
れ、上述の1次原料ガスと共に所望の構成の原料
ガスを構成する。
シード結晶4は、このような原料ガスが温度差
により輸送されるように、ソース結晶2より低い
温度に設定されている。狭い領域11を通つて供
給された原料ガスは、温度と平衡な運動エネルギ
を有するようにされており、表面上でエピタキシ
ヤル成長を生じさせる。
このように蒸気圧制御下で温度差により高温質
(ソース結晶室)3から低温室(シード結晶室)
5に実効的に断面積の小さな領域11を介してソ
ース材料が気相の状態で輸送される。シード結晶
4はヒートシンク13により熱的冷却を受け、そ
の上に結晶が成長する。
このようにして成長したシード結晶上のエピタ
キシヤル結晶層は、シード結晶の面方位によりそ
の表面モホロジーを変化させることが分かつた。
成長速度は成長温度T3,温度差ΔT=T1−T3に
依存する。面方位に関しては、第4図に示すよう
に、(111)B面上で良好なエピタキシヤル結晶成
長が得られた。B面から外れてオフの角度が10度
を越えるとモホロジに乱れが認められ、オフ角度
が30度を越えるとモホロジはかなり悪化した。膜
厚分布も(111)B面近傍では良好であつたが、
オフの角度が10度を越えると30%の以上の分布の
バラツキを示すようになつた。代表的な膜厚分布
と表面モホロジを表1に示す。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to compound semiconductor crystal growth, and particularly to a crystal growth method for forming an epitaxial layer of a compound semiconductor on a seed crystal. Application development of compound semiconductors is actively being carried out. In particular, since various band gaps can be obtained, their use as optical semiconductor devices is progressing. Therefore, it is required to provide a compound semiconductor or a compound semiconductor mixed crystal with excellent crystallinity. However, there are only a limited number of crystals that can be easily obtained as substrate crystals, such as Si, GaAs, and GaP. Therefore, there is a need for a technology that uses these easily available crystals as a substrate crystal, forms an epitaxial layer thereon, and further forms a compound semiconductor (including mixed crystal) having a desired composition. [Prior Art] When a semiconductor crystal with good crystallinity is required for an optical semiconductor device or the like, a buffer layer is once grown on a seed crystal, and then the desired crystal is grown thereon. Particularly when the seed crystal has a different composition from the crystal of the portion forming the device, it is important to grow a buffer layer with good crystallinity. FIGS. 2A and 2B show a conventional liquid phase growth apparatus for compound semiconductors. As shown in FIG. 2A, a solvent 32 made of constituent elements or other elements is housed in a growth ampoule 31, and a source crystal 33 and a seed crystal 3 are contained in the solvent 32.
Place 5. The seed crystal 35 is placed on a heat sink 36, and a cylindrical quartz presser 34 is placed and fixed thereon. Such a growth ampoule is heated above the growth temperature and melt alloyed for a certain period of time. After that, it is placed in a crystal growth furnace having a temperature distribution as shown in FIG.
The crystal raw material is transported to the seed crystal 35 above the seed crystal 6, and the crystal is grown on the seed crystal 35. FIGS. 3A and 3B show a conventional compound semiconductor vapor phase growth apparatus. As shown in FIG. 3A, a source crystal powder 23 and a halogen 25 such as iodine as a transport agent are placed in the lower part of a quartz ampoule 21, and the upper part of the ampoule is tapered (θ=60 to 70 degrees). Surface orientation (111)
A seed crystal 27 that had been grown and a quartz rod 29 were arranged and vacuum sealed. This growth ampoule is placed vertically in a vertical furnace,
A predetermined temperature distribution as shown in FIG. 3B is set. Convection diffusion occurs due to the temperature difference in the vertical direction,
The following reactions occur in the high-temperature room and the low-temperature section. High temperature: R〓R〓+X 2 →R〓X 2 +1/2R〓 2Low temperature: R〓R〓+X 2 ←R〓X 2 +1/2R〓 2 R〓... Group atom R〓... Group atom X ... ...Halogen atoms Due to this reaction, the source material is halogenated in the high temperature section, and the source material is precipitated again in the low temperature section, producing halogen gas. In order to transport the raw material in the lower part of the quartz ampoule 21 to the seed crystal 27 in the upper part, a temperature distribution is formed in which the lower part is a high temperature part and the upper part is a low temperature part. In this way, the source material is transported and grown on the seed crystal. The above-mentioned conventional techniques each have their own problems. The liquid phase crystallization method shown in Figures 2A and B is as follows: (1) Due to differences in thermal properties such as the solvent contained in the ampoule, the heat sink, and the material of the ampoule,
It is difficult to make the shape and thickness of the grown layer constant. (2) Since growth uses a solvent, the amount of solvent must be increased accordingly in order to grow a film on a large wafer. As a result, problems arise such as the heater capacity required to form an appropriate temperature distribution in the solvent increases, its control becomes complicated, the cost of materials increases, and the risk of explosion due to high vapor pressure increases. do. As described above, in liquid phase crystal growth, when trying to grow a large crystal on a large wafer, there are many problems and it is not possible to obtain much benefit from increasing the scale. The vapor phase crystallization method shown in FIGS. 3A and 3B also has the following problems. (1) Due to the ampoule shape, crystal growth is limited. That is, if the crystal 27 is made larger, the ampoule 21 becomes even larger, so there is a volume limit. (2) Since the growth uses halogen as a gas phase medium, the halogen gets into the crystal, making it difficult to obtain high-purity growth. [Problems to be Solved by the Invention] As described above, according to the conventional techniques, it has been difficult to grow a uniform, highly pure and high quality epitaxial crystal of a compound semiconductor. An object of the present invention is to provide a compound semiconductor crystal growth method that can grow a high-quality, high-purity epitaxial crystal with a uniform thickness on a seed crystal. [Means for Solving the Problems] According to the present invention, a high temperature chamber and a low temperature chamber are provided, the high temperature chamber and the low temperature chamber are effectively connected via an intermediate region having a small cross-sectional area, and the intermediate region is connected to the intermediate region. Using a compound semiconductor crystal growth apparatus having a vapor pressure control chamber connected by a tube with an effectively small cross-sectional area, a compound semiconductor source crystal is placed in the high temperature chamber, and the vapor pressure is controlled in the vapor pressure control chamber. A vapor pressure source containing the component to be controlled is placed, a heat sink is placed in the cold room, a seed crystal having a (111) B plane orientation of less than ±10 degrees is placed on the heat sink, and the vapor pressure source is removed from the source crystal. A crystal growth method is provided in which a buffer layer is grown on the seed crystal. [Operation] Since the source material is transported using temperature difference without using a transport gas, highly pure crystals grow without taking in a transport agent. Furthermore, since no transport agent is used, the pressure inside the ampoule during crystal growth can be lowered. A region with an effective small cross-sectional area is provided between the high temperature chamber where the source crystal is placed and the low temperature chamber where the seed crystal is placed, and the vapor pressure of the constituent elements is controlled by supplying steam from the vapor pressure control chamber. crystal growth can be performed while controlling the deviation from the stoichiometric composition. By appropriately selecting the plane orientation, crystals with uniform, high-quality surfaces can be grown. [Example] Figures 1A and B show a crystal growth apparatus 1 used in the present invention.
A schematic diagram is shown. A crystal growth apparatus 1 includes a high temperature chamber 3 in which a source crystal 2 of a compound semiconductor is placed, a low temperature chamber 5 in which a seed crystal 4 is placed, and a vapor pressure control room in which a vapor pressure source 6 of a constituent element of the compound semiconductor or its compound is placed. 7, and has 3 high temperature chambers and 5 low temperature chambers.
However, an intermediate region 1 with an effectively small cross-sectional area is formed by inserting a solid quartz rod 9 in the middle.
1 is connected. A material with high thermal conductivity such as carbon, pyrolytic boron nitrogen (PBN), or quartz is arranged as a heat sink 13 in the lower part of the cold room 5, and a seed crystal 4 is arranged on the heat sink 13. seed crystal 4
A cylindrical quartz tube 17 is placed on top as a seed crystal holder.
to ensure that the seed crystal 4 is in close contact with the heat sink 13. Furthermore, the vapor pressure control chamber 7 is connected to a region 11 having an effectively small cross-sectional area at the upper part of the low-temperature chamber 5 in which the seed crystals are placed through a pipe 8 having a small cross-sectional area. That is, the vapor pressure control room 7 is effectively connected to the cold room 5 by a pipe with a small cross-sectional area. For example, the diameter of high temperature chamber 3 is approximately 12 mm, and the solid quartz rod 9 is
The length of the cold room 5 is about 50 mm, the space of the cold room 5 is about 8 mm in diameter and about 50 mm long, the length of the heat sink 13 is about 10 mm, and the tube 8 is about 3.8 mm in diameter. A temperature distribution as shown in FIG. 1B is set in this crystal growth apparatus 1. The source crystal 2 is maintained at source temperature T1 and generates a constant raw material vapor pressure.
Constituent elements or their compounds 6 are vapor pressure source temperature T2
The vapor pressure of the constituent elements is supplied to the source crystal chamber 3. In the case shown in the figure, T1>T2, and by adjusting the temperature of the vapor pressure control chamber 7, the vapor pressure of the constituent elements in the seed crystal chamber 5 can be controlled. Seed crystal 4 is
The crystal growth temperature T3 is maintained where T1>T3. The gas phase material transported from the source crystal chamber 3 grows epitaxially on the seed crystal 4. The vapor pressure control chamber 7 is connected by a thin tube 8 to an area of effectively small cross-sectional area, and the vapor pressure control component is supplied to the crystal growing in the seed crystal chamber 5. For this reason, vapor pressure can be controlled during crystal growth, making it possible to control the stoichiometric composition of the grown crystal. A crystal growth method using the above-mentioned crystal growth apparatus will be described below, taking ZnSe, a − group semiconductor, as an example. A seed crystal 4 having a (111) B plane orientation is sliced, polished with alumina, and chemically etched as a seed crystal 4 on a heat sink 13 at the bottom of a quartz ampoule 10 having the structure shown in FIG. 1A.
A ZnSe single crystal is placed, and a seed crystal 4 is fixed with a cylindrical quartz tube 17. In addition, as the vapor pressure source 6,
Zn or Se, which is a constituent element of ZnSe, is introduced into the vapor pressure control chamber 7. A recess 18 for supporting a spacer 9 is formed on the seed crystal chamber 5 of the ampoule body, a solid quartz rod is inserted as the spacer 9, and a region 11 with an effectively small cross-sectional area is created around the recess 18. A ZnSe polycrystal produced at a temperature lower than the growth temperature as a source crystal 2 on the spacer 9, e.g.
CVD polycrystalline ingots, e.g. 10 -6 Torr
Vacuum-seal at a high vacuum. Note that the quartz ampoule and the solid quartz rod inserted as a spacer are washed with hydrofluoric acid, further washed with acid, and then air-fired in a vacuum. The growth ampoule thus prepared is placed vertically in a vertical furnace having a predetermined temperature distribution as shown in FIG. 1B. When each part of the ampoule reaches a predetermined temperature, the vapor evaporated from the source crystal 2 in the seed crystal chamber 3 forms a primary raw material gas, which is effectively supplied to the seed crystal chamber 5 through a region with a small cross-sectional area. . On the other hand, from the vapor pressure control chamber 7, the controlled vapor pressure is effectively supplied to the region 11 having a small cross-sectional area, and together with the above-mentioned primary material gas, forms a material gas having a desired configuration. The seed crystal 4 is set at a lower temperature than the source crystal 2 so that such raw material gas is transported due to the temperature difference. The source gas supplied through the narrow region 11 is made to have a kinetic energy that is in equilibrium with the temperature, causing epitaxial growth on the surface. In this way, under vapor pressure control, the temperature difference causes the separation from the high temperature (source crystal chamber) 3 to the low temperature chamber (seed crystal chamber).
5, the source material is transported in a gas phase through a region 11 having an effectively small cross-sectional area. Seed crystal 4 is thermally cooled by heat sink 13, and a crystal grows thereon. It was found that the surface morphology of the epitaxial crystal layer on the seed crystal grown in this manner changes depending on the plane orientation of the seed crystal.
The growth rate depends on the growth temperature T3 and the temperature difference ΔT=T1−T3. Regarding the plane orientation, as shown in FIG. 4, good epitaxial crystal growth was obtained on the (111) B plane. Disturbances in morphology were observed when the off-angle exceeded 10 degrees when deviating from the B plane, and the morphology deteriorated considerably when the off-angle exceeded 30 degrees. Although the film thickness distribution was also good near the (111) B plane,
When the off angle exceeded 10 degrees, the distribution began to show a variation of more than 30%. Table 1 shows typical film thickness distribution and surface morphology.
【表】
但し、成長条件は、Tg=950℃,ΔT=10℃,
Znによる蒸気圧=4.2Torrであつた。
なお、膜厚の均一性は同一条件で行つた最良の
場合の値であり、[(平均膜厚との差)/(平均膜
厚)]×100で表した。
なお、表1から明らかなように、(111)A面で
は膜厚の均一性は±10%程度と良化するが表面モ
ホロジーはステツプ上で余り好ましくない。これ
らに比べ、(111)B面上に成長させると、膜厚の
均一性も±5%と極めて均一になり、表面モホロ
ジも鏡面になる。このようなエピタキシヤル層を
バツフア層として用いる場合は、その上には優れ
た高品位のデバイス用エピタキシヤル層を成長さ
せることができる。
なお、−族シード結晶上に−族エピタ
キシヤル層を成長する場合を説明したが、Si、
Ge、GaAs、GaP等のシード結晶上に格子定数差
が約0.3%以内の化合物半導体をエピタキシヤル
成長しても良い。
例えば、(111)面のGeを基板として、成長温
度900℃にして、ZnSe0.9S0.1をソース結晶として
他と同一条件で結晶成長させると、Ge上に均一
厚みのZnSe0.9S0.1のエピタキシヤル層が得られ
る。すなわち、Geは融点958℃なので成長温度は
これ以下とし、かつGeの格子定数5.6461Åとほ
ぼ一致するZnSe(5.6687Å)とZnS(5.409Å)の
混晶のZnSe0.9S0.1が格子整合して成長することが
できる。
GaAs上にZnSeを成長させる場合も同様である
が、GaAsからのAsの蒸気圧が高く、結晶成長中
にAsの解離が生ずるので成長温度としては、700
℃以下の低温にするのが良好な成長層を得るため
に好ましい。
既存の液相成長並びにMOCVD等の気相成長
では、種々な付帯装置が必要なためどうしても装
置全体が大がかりなものになつてしまい、成長シ
ステムの構造上、溶媒やキヤリアガス等のソース
源とシード結晶以外のものが必要であり、またこ
のため、収率が悪い等の問題があつたが、上述の
方法によれば、従来法で得られる結晶性と同レベ
ルのものが簡単な装置で安易にしかも収率良く成
長させることができる。
[発明の効果]
液相成長と比べ、気相成長で成長させるので構
成物質の熱的性質の差による歪み等の影響を余り
受けない。また、均一な条件を得られ易く大型ウ
エーハ上への成長が容易になる。
輸送媒体を用いずかつ蒸気圧制御が行えるの
で、高純度高品位のエピタキシヤル層を提供でき
る。
開管気相法に比べ閉管気相法であるので原料か
らの収率が良い。
面方位を選択してあるので、膜厚の均一性及び
表面モホロジが優れている。[Table] However, the growth conditions are Tg=950℃, ΔT=10℃,
The vapor pressure due to Zn was 4.2 Torr. The uniformity of the film thickness is the best value obtained under the same conditions, and is expressed as [(difference from average film thickness)/(average film thickness)]×100. As is clear from Table 1, the uniformity of the film thickness on the (111)A surface is improved to about ±10%, but the surface morphology is not so favorable on the step. Compared to these, when grown on the (111) B plane, the film thickness is extremely uniform at ±5%, and the surface morphology becomes mirror-like. When such an epitaxial layer is used as a buffer layer, an excellent, high-quality device epitaxial layer can be grown thereon. Although we have explained the case where a - group epitaxial layer is grown on a - group seed crystal, Si,
A compound semiconductor having a lattice constant difference within about 0.3% may be epitaxially grown on a seed crystal such as Ge, GaAs, or GaP. For example, if you use (111) Ge as a substrate, grow the crystal at a growth temperature of 900°C, and use ZnSe 0.9 S 0.1 as a source crystal under the same conditions as the other crystals, an epitaxial layer of ZnSe 0.9 S 0.1 with a uniform thickness will be grown on Ge. You get layers. In other words, since Ge has a melting point of 958°C, the growth temperature should be lower than this, and ZnSe 0.9 S 0.1 , a mixed crystal of ZnSe (5.6687 Å) and ZnS (5.409 Å), which almost matches the lattice constant of Ge, 5.6461 Å, is lattice matched. can grow. The same is true when growing ZnSe on GaAs, but since the vapor pressure of As from GaAs is high and dissociation of As occurs during crystal growth, the growth temperature is 700°C.
In order to obtain a good growth layer, it is preferable to keep the temperature at a low temperature of .degree. C. or lower. Existing liquid phase growth and vapor phase growth such as MOCVD require various auxiliary equipment, which inevitably makes the entire equipment large-scale.Due to the structure of the growth system, sources such as solvent and carrier gas and seed crystal However, according to the method described above, the same level of crystallinity as obtained by the conventional method can be easily obtained using a simple device. Moreover, it can be grown with good yield. [Effects of the Invention] Compared to liquid phase growth, since growth is performed by vapor phase growth, it is less affected by distortions and the like due to differences in thermal properties of constituent materials. In addition, uniform conditions can be easily obtained, making it easier to grow on large wafers. Since a transport medium is not used and vapor pressure can be controlled, a high purity and high quality epitaxial layer can be provided. Since it is a closed tube gas phase method, the yield from the raw material is better than the open tube gas phase method. Since the plane orientation is selected, the uniformity of the film thickness and the surface morphology are excellent.
第1図A,Bは本発明の実施例に用いる化合物
半導体の結晶成長を示し、第1図Aは結晶成長装
置の断面図、第1図Bは温度分布図、第2図A,
Bは従来技術による液相結晶成長を示し、第2図
Aは結晶成長装置の断面図、第2図Bは温度分布
のグラフ、第3図A,Bは従来技術による気相結
晶成長を示し、第3図Aは結晶成長装置の断面
図、第3図Bは温度分布を示すグラフ、第4図は
好ましい面方位を示す概念図である。
図において、1……結晶成長装置のアンプル、
2……ソース結晶、3……ソース結晶室(高温
室)、4……シード結晶、5……シード結晶室
(低温室)、6……蒸気圧源、7……蒸気圧制御
室、8……断面積の小さな管、9……スペーサ、
11……小さな断面積を有する中間領域、13…
…ヒートシンク。
1A and 1B show crystal growth of a compound semiconductor used in an example of the present invention, FIG. 1A is a cross-sectional view of a crystal growth apparatus, FIG. 1B is a temperature distribution diagram, and FIG. 2A,
B shows liquid phase crystal growth using the conventional technique, FIG. 2 A is a cross-sectional view of the crystal growth apparatus, FIG. 2 B is a graph of temperature distribution, and FIGS. 3 A and B show vapor phase crystal growth using the conventional technique. , FIG. 3A is a cross-sectional view of the crystal growth apparatus, FIG. 3B is a graph showing temperature distribution, and FIG. 4 is a conceptual diagram showing preferred surface orientations. In the figure, 1... Ampoule of crystal growth apparatus,
2... Source crystal, 3... Source crystal chamber (high temperature chamber), 4... Seed crystal, 5... Seed crystal chamber (low temperature chamber), 6... Vapor pressure source, 7... Vapor pressure control room, 8 ...Pipe with small cross-sectional area, 9 ...Spacer,
11... intermediate region having a small cross-sectional area, 13...
…heat sink.
Claims (1)
実効的に断面積の小さな中間領域を介して接続さ
れ、前記中間領域に実効的に断面積の小さな管で
接続された蒸気圧制御室を有する化合物半導体の
結晶成長装置を用い、 前記高温室に化合物半導体のソース結晶を配置
し、前記蒸気圧制御室に蒸気圧を制御したい成分
を含む蒸気圧源を配置し、前記低温室にヒートシ
ンクを配置し、ヒートシンク上に(111)B面±
10度未満の面方位を有するシード結晶を配置し、
ソース結晶から気相成分をシード結晶上に運ば
せ、シード結晶上にエピタキシヤル層を成長させ
る結晶成長方法。[Scope of Claims] 1 A high temperature chamber and a low temperature chamber are provided, the high temperature chamber and the low temperature chamber are connected through an intermediate region having an effective small cross section, and the intermediate region is connected to a tube having an effective small cross section. Using a compound semiconductor crystal growth apparatus having a connected vapor pressure control chamber, a compound semiconductor source crystal is placed in the high temperature chamber, and a vapor pressure source containing a component whose vapor pressure is to be controlled is placed in the vapor pressure control chamber. Then, place a heat sink in the cold room, and place (111) B side ± on the heat sink.
Place a seed crystal with a plane orientation of less than 10 degrees,
A crystal growth method in which vapor phase components are transported from a source crystal onto a seed crystal to grow an epitaxial layer on the seed crystal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13325589A JPH02311393A (en) | 1989-05-26 | 1989-05-26 | Method for growing crystal of epitaxial layer on seed crystal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13325589A JPH02311393A (en) | 1989-05-26 | 1989-05-26 | Method for growing crystal of epitaxial layer on seed crystal |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02311393A JPH02311393A (en) | 1990-12-26 |
JPH0585517B2 true JPH0585517B2 (en) | 1993-12-07 |
Family
ID=15100341
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13325589A Granted JPH02311393A (en) | 1989-05-26 | 1989-05-26 | Method for growing crystal of epitaxial layer on seed crystal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02311393A (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5499600A (en) * | 1993-12-24 | 1996-03-19 | Stanley Electric Co., Ltd. | Methods for compound semiconductor crystal growth from solution |
-
1989
- 1989-05-26 JP JP13325589A patent/JPH02311393A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH02311393A (en) | 1990-12-26 |
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