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JPH07115986B2 - Crystal growth method - Google Patents
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JPH07115986B2 - Crystal growth method - Google Patents

Crystal growth method

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JPH07115986B2
JPH07115986B2 JP22627486A JP22627486A JPH07115986B2 JP H07115986 B2 JPH07115986 B2 JP H07115986B2 JP 22627486 A JP22627486 A JP 22627486A JP 22627486 A JP22627486 A JP 22627486A JP H07115986 B2 JPH07115986 B2 JP H07115986B2
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は電子材料の製作に関するもので、特に半導体デ
バイスの製作に不可欠である半導体結晶の成長技術を提
供するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to fabrication of electronic materials, and in particular, to a technique for growing a semiconductor crystal which is indispensable for fabrication of a semiconductor device.

[従来の技術と発明が解決しようとする問題点] 適当な物質を溶媒とし、これにある温度成長させようと
する半導体を溶質として飽和溶解させ、この溶液を適当
な方法で過飽和状態にすることによって溶質の単結晶を
析出させる方法は液相成長法と呼ばれるものである。
[Problems to be Solved by Conventional Techniques and Inventions] Using an appropriate substance as a solvent, a semiconductor to be grown at a certain temperature is saturated and dissolved as a solute, and this solution is supersaturated by an appropriate method. The method of precipitating a single crystal of solute by so-called is called liquid phase growth method.

従来の液相成長法は種々あるが、冷却法と温度差法とに
大別できる。この内で、冷却法は溶媒に所定の温度で半
導体溶質を飽和溶解させておき、この溶液を成長温度で
種子結晶基板と接触させ、冷却することによって種子結
晶基板上に過飽和となった溶質を析出させて、結晶成長
をおこなう方法である。冷却法は成長系の冷却方法なら
びに溶液と種子結晶基板との接触の仕方によって、平衡
冷却法、階段冷却法、および過冷却法の三種類に大別さ
れる。これらの、冷却に属する成長法はそれぞれ特徴を
もっているが、溶媒に溶解し得る溶質の量が成長温度に
おける溶解度で制限されるために、成長出来る結晶の量
に限度があり、したがって厚い結晶が成長できない点が
問題であった。
Although there are various conventional liquid phase growth methods, they can be roughly classified into a cooling method and a temperature difference method. Among them, the cooling method is to saturate and dissolve the semiconductor solute in the solvent at a predetermined temperature, contact this solution with the seed crystal substrate at the growth temperature, and cool the solute that becomes supersaturated on the seed crystal substrate. This is a method of precipitating and performing crystal growth. The cooling method is roughly classified into three types, that is, an equilibrium cooling method, a step cooling method, and a supercooling method, depending on the method of cooling the growth system and the method of contacting the solution with the seed crystal substrate. Although each of these growth methods belonging to cooling has its own characteristics, the amount of crystals that can be grown is limited because the amount of solute that can be dissolved in the solvent is limited by the solubility at the growth temperature. The problem was that I could not do it.

一方、温度差法においては、種子結晶基板と原料結晶と
の間に、当該結晶を飽和溶解した溶液を満しておく。そ
して種子結晶側を低温度に、また原料結晶側を高温にな
るように温度差を付ける。これによって溶液中にも温度
勾配が付き、その溶液の原料結晶に隣接した高温側では
溶質に対する飽和溶解度が高くなり、したがって原料結
晶が溶解し、溶液に供給される。一方種子結晶基板に隣
接した低温側の溶液は高温側に比べて飽和溶解度が低く
なり、したがって溶液中には温度勾配に加えて、この溶
解度の差異に起因した濃度勾配が生ずる。このため高温
側にある原料結晶の溶解によって溶液に供給された溶質
は、熱拡散および密度拡散によって低温側へ輸送され
る。そして、低温側では上記の通り飽和溶解度が低いた
め、溶質は過飽和となり、その過飽和分が隣接した種子
結晶表面に析出して結晶成長がおこなわれる。したがっ
てこの温度差法を用いれば原理的には原料結晶の量を充
分多くし、かつ成長時間を充分長くすれば、成長結晶の
量が充分多くなり、厚い成長結晶を得ることが可能であ
る。
On the other hand, in the temperature difference method, a solution in which the crystal is saturated and dissolved is filled between the seed crystal substrate and the raw material crystal. Then, a temperature difference is made so that the seed crystal side becomes low temperature and the raw material crystal side becomes high temperature. As a result, a temperature gradient is also formed in the solution, and the saturated solubility with respect to the solute becomes high on the high temperature side adjacent to the raw material crystal of the solution, so that the raw material crystal is dissolved and supplied to the solution. On the other hand, the solution on the low temperature side adjacent to the seed crystal substrate has a lower saturated solubility than the solution on the high temperature side. Therefore, in addition to the temperature gradient, a concentration gradient due to this difference in solubility occurs in the solution. Therefore, the solute supplied to the solution by melting the raw material crystals on the high temperature side is transported to the low temperature side by thermal diffusion and density diffusion. Then, since the saturated solubility is low on the low temperature side as described above, the solute becomes supersaturated, and the supersaturated portion is deposited on the adjacent seed crystal surface to perform crystal growth. Therefore, if this temperature difference method is used, in principle, if the amount of raw material crystals is sufficiently large and the growth time is sufficiently long, the amount of growing crystals is sufficiently large and it is possible to obtain thick grown crystals.

しかし、従来の温度差法においては、溶媒として用いる
低融点金属の熱伝導率が大きいため、溶液中に温度勾配
が付きにくく、したがって原料結晶側から種子結晶側へ
の溶質の輸送速度が遅くなり、厚い結晶を得るのに長時
間を要することが問題であった。また第二の問題とし
て、原料結晶と種子結晶との間の温度差を均一にするこ
とが困難であり、このため、成長層の厚みが不均一とな
ることが問題であった。さらに、温度差法においては種
子結晶基板と原料結晶との間に温度勾配を付ける必要が
あるため、同時に何枚かの種子結晶基板上に成長層を得
ることは困難であり、量産性の点に問題があった。
However, in the conventional temperature difference method, since the low-melting-point metal used as a solvent has a large thermal conductivity, it is difficult to have a temperature gradient in the solution, and thus the transport rate of the solute from the raw material crystal side to the seed crystal side becomes slow. The problem is that it takes a long time to obtain thick crystals. A second problem is that it is difficult to make the temperature difference between the raw material crystal and the seed crystal uniform, and thus the thickness of the growth layer becomes uneven. Further, in the temperature difference method, since it is necessary to provide a temperature gradient between the seed crystal substrate and the raw material crystal, it is difficult to obtain a growth layer on several seed crystal substrates at the same time, which is a point of mass productivity. I had a problem with.

本発明は従来の成長法のもつこれらの問題点を解決する
ことを目的としてなされたものである。
The present invention has been made for the purpose of solving these problems of the conventional growth method.

具体的には、まず第1に成長速度を大きくすることを目
的とする。
Specifically, the first purpose is to increase the growth rate.

第2に充分な厚さの成長結晶を得ることを目的とする。Secondly, the purpose is to obtain a grown crystal of sufficient thickness.

第3に均一な厚みの成長層を得ることを目的とする。Thirdly, the purpose is to obtain a growth layer having a uniform thickness.

第4に同時に複数枚の種子結晶基板上に成長層を得るこ
とを目的とする。
Fourthly, the purpose is to simultaneously obtain a growth layer on a plurality of seed crystal substrates.

[問題点を解決するための手段] 結晶成長に関与する溶質の濃度が高くなる程、溶液の比
重が減少する溶液を用いる場合には、種子結晶を重力方
向の上側に、原料結晶を下画に配置し、また、溶液の比
重が増加する場合には、原料結晶を重力方向の上側に、
種子結晶を下側に配置し、当該種子結晶と原料結晶との
間に原料結晶を溶質とする溶液を満した状態で加熱し、
温度が種子結晶、原料結晶、溶液ともに同温度あるいは
同温度に近くなるように保ちながら、当該温度をある温
度幅で周期的に上下させることを繰返すことによって、
結晶成長に与る溶質を原料結晶から種子結晶側へ輸送さ
せ、当該種子結晶上に結晶を成長させることによって、
従来の問題点が解決される。
[Means for Solving Problems] When using a solution in which the specific gravity of the solution decreases as the concentration of the solute involved in crystal growth increases, the seed crystal is placed on the upper side in the direction of gravity and the raw material crystal is placed on the lower side. When the specific gravity of the solution is increased, the raw material crystal is placed on the upper side in the direction of gravity,
The seed crystal is arranged on the lower side, and the seed crystal and the raw material crystal are heated in a state of being filled with a solution of the raw material crystal as a solute,
By keeping the temperature of the seed crystal, the raw material crystal, and the solution at the same temperature or close to the same temperature, by repeatedly raising and lowering the temperature in a certain temperature range,
By transporting the solute that contributes to crystal growth from the raw material crystal to the seed crystal side, and growing the crystal on the seed crystal,
The conventional problems are solved.

たとえば、溶液中に含まれる溶質の濃度が高くなる程、
当該溶液の比重が減少する場合には、種子結晶を原料結
晶の上側に配置する。この種子結晶、溶液、原料結晶を
含む結晶成長系を加熱して、成長温度サイクルの最低温
度に到達させ、その温度である時間保持することにより
種子結晶、溶液、原料結晶の三者が熱平衡あるいはそれ
に近い状態になった時点から説明する。勿論このとき溶
液はこの最低温度で飽和状態になっている。この最低温
度を出発点として成長系の昇温を開始する。これを昇温
プロセスと呼ぶこととする。温度が上昇すると共に溶解
度が増加するため、溶液は未飽和となる。このため、こ
の溶液と接触している原料結晶および種子結晶は溶液と
の固液界面から、それぞれ隣接した溶液中へ溶解する。
たとえば、この場合溶液の下面と原料結晶との接触界面
において、溶液の未飽和度に見合った量だけ原料結晶が
溶液に溶解する。これによって原料結晶の固液界面近傍
の溶液は溶質を高濃度に含むことになり、その部分の比
重が減少する。そのためその部分は浮力が働き上方へ移
動する。そして、その後へ原料結晶から離れた上層部に
ある未飽和の比重の大きな溶液が入れ替わる。この入れ
替わった溶液は未飽和であるから、原料結晶が溶解す
る。すると比重が減少がするから浮力が働きこの高濃度
溶液は上昇し、上層部の比重の大きな未飽和溶液と入れ
替わる。このような比重差による浮力は、原料結晶から
溶液への溶質の供給速度を高めると共に、溶質を高速に
溶液の上部においた種子結晶側へ輸送する作用をする。
一方、溶液の上部表面に接触して配置された種子結晶と
溶液との固液界面においては、温度上昇によって溶液が
未飽和となるため、原料結晶側と同様に種子結晶が溶液
へ溶解する。そして種子結晶の固液界面近傍に比重の小
さな溶質を高濃度に含む溶液層が形成される。この高濃
度の飽和溶液層は浮力によってその下層にある未飽和溶
液層上に安定に存在できるので、この飽和溶液層によっ
て種子結晶側の表面が保護されるため、それ以上の溶解
は起らない。加えて種子結晶側の固液界面近傍に原料結
晶側から浮上して来た高濃度の溶液が加えられるので、
種子結晶側の溶質を高濃度に含む溶液層は急速に拡大す
る。このようにして、昇温プロセスによって、種子結晶
側の固液界面近傍に形成される高濃度溶液層の溶質はほ
とんど全てが原料結晶側から供給される。種子結晶側の
固液界面を平坦にし、かつ水平に保つことによって、こ
の高濃度溶液層は浮力の作用で種子結晶側の固液界面近
傍に均一に形成される。温度が所定の最高温度に達した
ところで昇温プロセスは終了する。このとき溶液の上層
部には上述のごとく、その最高温度に対応する飽和溶液
層が形成されているが、溶液の下層部分では未飽和の状
態にある。
For example, the higher the concentration of solute contained in the solution,
When the specific gravity of the solution decreases, the seed crystal is placed above the raw material crystal. The crystal growth system containing this seed crystal, solution, and raw material crystal is heated to reach the minimum temperature of the growth temperature cycle, and the temperature is maintained for a certain period of time, whereby the seed crystal, solution, and raw material crystal are in thermal equilibrium or It will be explained from the time when the state is close to that. Of course, at this time the solution is saturated at this lowest temperature. Starting from this minimum temperature, the temperature rise of the growth system is started. This is called a temperature raising process. The solution becomes unsaturated as the solubility increases with increasing temperature. Therefore, the raw material crystals and the seed crystals that are in contact with this solution are dissolved into the adjacent solutions from the solid-liquid interface with the solution.
For example, in this case, at the contact interface between the lower surface of the solution and the raw material crystal, the raw material crystal is dissolved in the solution in an amount corresponding to the unsaturation degree of the solution. As a result, the solution in the vicinity of the solid-liquid interface of the raw material crystals contains a high concentration of solute, and the specific gravity of that portion decreases. Therefore, that portion moves upward due to buoyancy. Then, thereafter, the unsaturated solution having a large specific gravity in the upper layer portion apart from the raw material crystal is replaced. Since the replaced solution is unsaturated, the raw material crystals are dissolved. Then, since the specific gravity decreases, buoyancy acts and this high-concentration solution rises and is replaced with an unsaturated solution having a large specific gravity in the upper layer. The buoyancy due to such a difference in specific gravity not only increases the supply rate of the solute from the raw material crystals to the solution, but also serves to transport the solute at a high speed to the seed crystal side placed above the solution.
On the other hand, at the solid-liquid interface between the seed crystal placed in contact with the upper surface of the solution and the solution, the temperature of the solution causes the solution to become unsaturated, so that the seed crystal dissolves in the solution in the same manner as the raw material crystal side. Then, a solution layer containing a solute with a small specific gravity in a high concentration is formed near the solid-liquid interface of the seed crystal. Since this highly concentrated saturated solution layer can stably exist on the lower unsaturated solution layer due to buoyancy, the surface of the seed crystal side is protected by this saturated solution layer, and further dissolution does not occur. . In addition, since the high-concentration solution that has floated from the raw material crystal side is added near the solid-liquid interface on the seed crystal side,
The solution layer containing the solute on the seed crystal side at a high concentration expands rapidly. In this way, almost all of the solute in the high-concentration solution layer formed near the solid-liquid interface on the seed crystal side is supplied from the raw material crystal side by the temperature raising process. By making the solid-liquid interface on the seed crystal side flat and keeping it horizontal, this high-concentration solution layer is uniformly formed near the solid-liquid interface on the seed crystal side by the action of buoyancy. When the temperature reaches a predetermined maximum temperature, the heating process ends. At this time, the saturated solution layer corresponding to the maximum temperature is formed in the upper layer portion of the solution as described above, but is in the unsaturated state in the lower layer portion of the solution.

つぎに成長系の温度を徐々に降下させ、結晶成長をさせ
るための降温プロセスに入る。温度降下によって、溶解
度が減少するから、溶液の上層部では溶質が過飽和とな
り、その過飽和分が種子結晶側で析出し、結晶成長がお
こなわれる、このとき種子結晶側の固液界面近傍の溶液
の濃度勾配が溶質の種子結晶側への拡散と浮力による輸
送とを助長するように形成される。このため高濃度溶液
層から供給される溶質の析出は高速に行われる。一方溶
液の下層部分すなわち原料結晶との固液界面近傍の溶液
は溶質の濃度が低いため降温プロセスの終了に近付かな
ければ過飽和に到達しないことと、浮力と逆方向の拡散
によって原料結晶側への溶質の輸送がおこなわれるた
め、原料結晶側への溶質の析出量は非常に少なくなる。
このため降温プロセスによって溶液中で生じた溶質の過
飽和分の大部分が種子結晶側に成長結晶として析出す
る。
Next, the temperature of the growth system is gradually lowered to start a temperature lowering process for crystal growth. Due to the decrease in temperature, the solubility decreases, the solute becomes supersaturated in the upper layer of the solution, and the supersaturated part precipitates on the seed crystal side, and crystal growth occurs, at this time, the solution near the solid-liquid interface on the seed crystal side. A concentration gradient is formed to promote diffusion of the solute to the seed crystal side and transport by buoyancy. Therefore, the solute supplied from the high-concentration solution layer is deposited at high speed. On the other hand, the lower layer of the solution, that is, the solution near the solid-liquid interface with the raw material crystal, has a low concentration of solute, so that it does not reach supersaturation until the end of the temperature lowering process, and due to diffusion in the direction opposite to buoyancy, Since solutes are transported, the amount of solutes deposited on the raw material crystal side is extremely small.
Therefore, most of the supersaturated portion of the solute generated in the solution by the temperature lowering process is deposited as a growing crystal on the seed crystal side.

この降温プロセスによって溶液から結晶が析出を終了し
たあとで、再び昇温プロセス入り、溶液へ原料結晶から
溶質を供給し、そのあとで降温プロセスによって溶液か
ら種子結晶側へ溶質の析出をおこなうことを繰返し周期
的におこなうことによって所定の厚みの成長結晶を得る
ことができる。勿論昇温プロセスにおける昇温速度、な
らびに降温プロセスにおける降温速度およびその最高温
度と最低温度の温度振幅は適当に設定してあることは言
うまでもない。また、昇温から降温への切替時および降
温から昇温への切替時に適当な時間間隙で温度を一定に
保持してもよい。本発明において種子結晶基板面を平坦
にしかつ水平に設置することによって平坦でしかも均一
な成長層を得ることができる。
After the crystals have been precipitated from the solution by this temperature decreasing process, the temperature increasing process is started again, solute is supplied from the raw material crystals to the solution, and then the solute is precipitated from the solution to the seed crystal side by the temperature decreasing process. A grown crystal having a predetermined thickness can be obtained by repeating the process periodically. It goes without saying that the temperature raising rate in the temperature raising process, the temperature lowering rate in the temperature lowering process, and the temperature amplitudes of the maximum temperature and the minimum temperature thereof are appropriately set. In addition, the temperature may be kept constant at an appropriate time interval when switching from temperature increase to temperature decrease and when switching from temperature decrease to temperature increase. In the present invention, a flat and uniform growth layer can be obtained by flattening the seed crystal substrate surface and setting it horizontally.

以上では溶媒に溶解させた溶質の濃度が高くなる程、当
該溶液の比重が減少する場合を例にとって述べたが、逆
に溶質の濃度が高くなる程、溶液の比重が増加する場合
には原料結晶と種子結晶との配置を入れ替えればよい。
すなわち、原料結晶を溶液の上側に溶液と接触した状態
で設置し、種子結晶を溶液の下側に接触させて設置する
ことによって、種子結晶に成長層を得ることができる。
この場合について、昇温プロセスから説明する。温度上
昇に伴ない溶解度が増加するから、溶液の上部表面に接
触して配置した原料結晶近傍の溶液では当該原料結晶の
溶解によって、溶質濃度が増加すると共に比重が増加す
る。そのためこの高濃度の溶液は沈下し、その跡へ下部
から比重の小さな未飽和の溶液が浮上してくる。この浮
上した未飽和溶液へ原料結晶が溶解して比重が増加する
ため、この飽和した溶液は沈下して下部の未飽和溶液と
入れ替わる。このようなことの繰返しによって、昇温プ
ロセスによって原料結晶から溶液溶質が供給される。こ
の供給された溶質は重力の作用で底部に配置された種子
結晶近傍にただちに輸送されて高濃度溶液層を形成す
る。一方種子結晶表面近傍では、昇温によって種子結晶
が溶解したとしても、比重が増加するため、種子結晶表
面近傍の溶液は安定に静止した状態にあり、種子結晶表
面はこの飽和溶液層で保護される。そのため昇温プロセ
スにおける種子結晶側からの溶解量は無視できるほど少
ない。昇温プロセスによって原料結晶から供給かれた溶
質によって、種子結晶に隣接した部分に高濃度溶液層が
形成される。この高濃度溶液層は昇温プロセスの最高温
度で飽和状態に近くなっており、一方原料結晶に近い上
層部の溶液は未飽和の状態になっている。つぎに結晶成
長のための降温プロセスに入る。このとき、種子結晶に
近い下層の溶液は過飽和になり、溶液中での溶質の過飽
和分が種子結晶表面に析出し、結晶が成長する。成長系
の温度が徐々に降温されているので、この析出は降温プ
ロセスが終了するまで継続的におこなわれる。この場合
も析出する溶質の輸送を加速する方向に比重差、換言す
れば重力が作用することは言うまでもない。この降温プ
ロセスにおいて原料結晶側へ析出する溶質の量は無視で
きる程少ないことは勿論である。以上のごとき、昇温プ
ロセスと降温プロセスとを交互に繰返すことにより種子
結晶上に所望の結晶を成長することができる。
In the above, the case where the specific gravity of the solution decreases as the concentration of the solute dissolved in the solvent increases has been described as an example. Conversely, when the concentration of the solute increases, the specific gravity of the solution increases. The arrangement of the crystal and the seed crystal may be exchanged.
That is, a growth layer can be obtained on the seed crystal by placing the raw material crystal on the upper side of the solution in contact with the solution and placing the seed crystal on the lower side of the solution in contact with the solution.
This case will be described from the temperature raising process. Since the solubility increases as the temperature rises, the solute concentration and the specific gravity increase due to the dissolution of the raw material crystal in the solution near the raw material crystal arranged in contact with the upper surface of the solution. Therefore, this high-concentration solution sinks, and an unsaturated solution with a small specific gravity floats from the bottom to the trace. Since the raw material crystals are dissolved in this floating unsaturated solution to increase the specific gravity, this saturated solution sinks and replaces the unsaturated solution in the lower part. By repeating such a process, the solution solute is supplied from the raw material crystals by the temperature raising process. The supplied solute is immediately transported to the vicinity of the seed crystal arranged at the bottom by the action of gravity and forms a high concentration solution layer. On the other hand, in the vicinity of the seed crystal surface, even if the seed crystal dissolves due to temperature rise, the specific gravity increases, so the solution near the seed crystal surface is in a stable and stationary state, and the seed crystal surface is protected by this saturated solution layer. It Therefore, the amount of dissolution from the seed crystal side in the temperature raising process is negligibly small. The solute supplied from the raw material crystal by the temperature raising process forms a high-concentration solution layer in the portion adjacent to the seed crystal. This high-concentration solution layer is close to the saturated state at the maximum temperature of the temperature raising process, while the upper layer solution close to the raw material crystal is in the unsaturated state. Next, the temperature decreasing process for crystal growth is started. At this time, the lower layer solution close to the seed crystal becomes supersaturated, the supersaturated part of the solute in the solution is deposited on the surface of the seed crystal, and the crystal grows. Since the temperature of the growth system is gradually lowered, this precipitation is continuously performed until the temperature reduction process is completed. In this case as well, it goes without saying that the specific gravity difference, in other words, gravity acts in the direction of accelerating the transport of the precipitated solute. It goes without saying that the amount of solute precipitated on the raw material crystal side in this temperature decreasing process is so small that it can be ignored. As described above, a desired crystal can be grown on the seed crystal by alternately repeating the temperature raising process and the temperature lowering process.

なお、本発明において、不純物添加が必要な場合、溶媒
そのものを不純物として用いることができる。また原料
結晶ならびに溶液の少なくとも一方に予め所定量の不純
物を添加しておくか、あるいは雰囲気ガスに所定量の不
純物ガスあるいは不純物を含む物質を混入しておくこと
によって、成長結晶にp型あるいはn型いずれか所望の
不純物を所定量添加することができる。
In addition, in the present invention, when impurities need to be added, the solvent itself can be used as an impurity. Further, by adding a predetermined amount of impurities to at least one of the raw material crystal and the solution in advance, or mixing a predetermined amount of the impurity gas or the substance containing the impurities into the atmosphere gas, the p-type or n-type crystal is grown. Any desired amount of the desired impurities can be added to the mold.

以上、本発明で問題点を解決するためにとった手段につ
いて説明したが、それは下記のごとく要約される。まず
原料結晶と種子結晶との間に原料結晶を溶解した溶液を
サドイッチ上に満し成長系を構成する。種子結晶と溶液
との固液界面および原料結晶と溶液との固液界面が平坦
になるごとくし、かつこの二つの固液界面が重力の働く
方向に対して垂直になるごとく、換言すれば水平に配置
する。そして溶液中の溶質の濃度が高くなる程、溶液の
比重が増加する場合には種子結晶を溶液の下側に、逆に
溶液の比重が減少する場合には溶液の上側に配置する。
このような成長系の温度を、ある温度幅で周期的に上下
することにより溶液中で比重差が生じ溶質が原料結晶側
から種子結晶側へ高速に、かつ均一に輸送される。これ
によって従来の問題点が解決でき、均一でしかも所望の
厚みをもつ結晶が高速に成長できるようになった。さら
に本発明の方法では成長系全体の温度等温にしたままで
温度を周期的に変化させるだけで成長可能であるから、
複数枚の種子結晶基板を用いて同時に結晶成長がおこな
える。
The means for solving the problems in the present invention have been described above, and they are summarized as follows. First, a solution in which a raw material crystal is dissolved between a raw material crystal and a seed crystal is filled on a sadwich to form a growth system. As long as the solid-liquid interface between the seed crystal and the solution and the solid-liquid interface between the raw material crystals and the solution become flat, and as the two solid-liquid interfaces become perpendicular to the direction of gravity, in other words, horizontal. To place. Then, when the specific gravity of the solution increases as the concentration of the solute in the solution increases, the seed crystal is placed below the solution, and conversely, when the specific gravity of the solution decreases, the seed crystal is placed above the solution.
By periodically raising and lowering the temperature of such a growth system within a certain temperature range, a difference in specific gravity occurs in the solution, and the solute is transported from the raw material crystal side to the seed crystal side at high speed and uniformly. As a result, the conventional problems can be solved and a crystal having a uniform and desired thickness can be grown at high speed. Furthermore, in the method of the present invention, the temperature can be grown only by cyclically changing the temperature while keeping the temperature of the entire growth system isothermal,
Crystal growth can be performed simultaneously using a plurality of seed crystal substrates.

[発明の構成] 以下本発明の構成を図面に基おいて説明する。[Configuration of the Invention] The configuration of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の結晶成長方法の原理を説明するための
もので、溶媒に溶解させた溶質の濃度が高くなる程、溶
液の比重が減少する場合を示す。第1図(a)(b)お
よび(c)は第1図(d)に示す成長の温度プロセスの
各段階に対応する、種子結晶1、原料結晶2、および溶
液3の種子を模式的に示したものである。種子結晶1と
原料結晶2との間に溶液3がサンドイッチ状に挿入され
ている。溶液3とそれぞれ接触している種子結晶1およ
び原料結晶2の表面は研磨ならびに化学的エッチングを
おこなうことにより、平坦でかつ充分清浄にされてい
る。とくに種子結晶1の表面は格子欠陥の原因となる機
械的加工層が充分除去されている。また第1図において
種子結晶1と原料結晶との間から溶液3が流れされない
ように、これらを適当な材料で形成した坩堝やボート中
に設置したり、溶液自体のもつ表面張力を利用したりし
ている。図中の矢印gは重力の働く方向を示すものであ
る。溶液3の上側に種子結晶1を溶液と種子結晶との固
液界面が水平となるごとく配置し、また溶液3の下側に
原料結晶2が配置されている。そして種子結晶1、原料
結晶2、成長溶液3、およびこれらを設置するための坩
堝またはボートなどから構成されたこれらの結晶成長系
(以下成長系と略称する)は、酸化や不純物による汚染
を防ぐために、高真空中や、高純度水素ガス、窒素、ア
ルゴン、ヘリウムなどの高純度不活性ガスを通じた電気
炉中に設置してある。第1図(d)はこれらの成長系に
加える温度サイクルの一例を示すものである。横軸tは
成長系の加熱開始からの時間を示し、縦軸Tは成長系の
温度を示す。いまこの成長系に対してt=0で加熱を開
始し、第1図(d)に示すごとく、時間t11において、
成長系の温度がこの系に加える温度サイクルの最低温度
Tlにあるものとする。このとき溶液3はこの温度Tlであ
る時間保持することにより原料結晶2を溶質とする飽和
溶液あるいは飽和に近い状態になっている。第1図
(d)に示すごとく時間t11から周期をτとする温度サ
イクルの昇温を開始する。温度が上昇すると溶解度が増
加するため溶液は未飽和となる。したがって原料結晶2
および種子結晶1の固液界面近傍の部分が当該溶液に溶
解しはじめる。そして、第1図(b)に示すごとく、原
料結晶2に隣接した溶液3中に溶質を高濃度に含んだ溶
液層5、同様に種子結晶1に隣接した溶液3中に高濃度
溶液層6を形成する。この場合溶液中の溶質が高濃度に
なる程溶液の比重が小さくなるから、重力gの作用で溶
液層5および6それぞれに浮力が生ずる。高濃度溶液層
6は比重の大きな溶液3中の未飽和溶液層7の上に浮い
ており、種子結晶1と未飽和溶液層7との直接接触する
のを妨げるので種子結晶の溶解は停止する。一方公濃度
溶液層5は比重の大きな未飽和溶液層7の下にあるので
この層を構成する溶液が第1図(b)の矢印8で示すご
とく浮力によって上昇し、それに含まれる溶質を種子結
晶近傍に形成された高濃度溶液層6に供給する。このよ
うに原料結晶からの用質の供給によって、高濃度溶液層
は急速に肥大する。そして、この高濃度溶液が上昇した
あとに未飽和溶液層7から比重の大きな未飽和溶液が下
降してくる。したがって、原料結晶近傍の高濃度溶液層
はすぐに消滅するかあるいは消滅に近い状態になる。原
料結晶はこのように下降してきた未飽和溶液と接触する
ので、溶解して、その近傍に再び高濃度溶液層5を形成
する。するとこの高濃度溶液層に浮力が作用し、この層
を構成する溶液が上昇して溶質を高濃度溶液層6に供給
する。そして上昇したあとへ未飽和溶液層7から未飽和
溶液が降下して来て入れ替わるということを繰り返しお
こなう。この結果原料結晶から種子結晶近傍に形成され
る高濃度溶液層6へ溶質を高速に供給することが可能で
ある。このようにして第1図(d)に示すごとく時刻t
11からt21までの昇温によって成長系の温度をTlから昇
温したあと、時刻t21からt31まで温度を一定に保持す
る。このように温度Thに保つ期間を設けたのは高濃度溶
液層6の溶解度が温度Thで充分飽和溶解度に達するよう
にするためである。時刻t11からt21までの昇温期間と、
時刻t21からt31までの温度Thで保持する期間、すなわち
第1図(d)の時刻t11からt31に至る期間τの温度プ
ロセスを昇温プロセスと呼ぶこととする。最高温度Th
昇温の温度巾ΔT=Th−Tl,実効昇温速度V=(Th
Tl)/(t21−t11),最高温度Thでの保持時間t31−t21
を適当に設定することにより、高濃度溶液層6に含まれ
る全溶質量を調節できることは言うまでもない。また種
子結晶1および原料結晶2それぞれと溶液3との接触面
を水平に保つことによって、重力の作用により高濃度用
液相6の厚みを均一にすることができる。
FIG. 1 is for explaining the principle of the crystal growth method of the present invention, and shows the case where the specific gravity of the solution decreases as the concentration of the solute dissolved in the solvent increases. FIGS. 1 (a), (b) and (c) schematically show seed crystals 1, raw material crystals 2 and seeds of solution 3 corresponding to respective stages of the temperature process of growth shown in FIG. 1 (d). It is shown. The solution 3 is sandwiched between the seed crystal 1 and the raw material crystal 2. The surfaces of the seed crystal 1 and the raw material crystal 2 which are in contact with the solution 3 are flat and sufficiently cleaned by polishing and chemical etching. In particular, the surface of the seed crystal 1 is sufficiently removed of the mechanically processed layer that causes lattice defects. Further, in FIG. 1, the solution 3 is placed in a crucible or boat made of an appropriate material so that the solution 3 does not flow between the seed crystal 1 and the raw material crystal, or the surface tension of the solution itself is used. is doing. The arrow g in the figure indicates the direction in which gravity acts. The seed crystal 1 is arranged on the upper side of the solution 3 such that the solid-liquid interface between the solution and the seed crystal is horizontal, and the raw material crystal 2 is arranged on the lower side of the solution 3. These crystal growth systems (hereinafter abbreviated as growth systems) composed of a seed crystal 1, a raw material crystal 2, a growth solution 3, and a crucible or a boat for installing them prevent contamination by oxidation or impurities. For this purpose, it is installed in a high vacuum or in an electric furnace through which a high-purity hydrogen gas, a high-purity inert gas such as nitrogen, argon, or helium is passed. FIG. 1 (d) shows an example of the temperature cycle applied to these growth systems. The horizontal axis t represents the time from the start of heating the growth system, and the vertical axis T represents the temperature of the growth system. Now, heating is started for this growth system at t = 0, and as shown in FIG. 1 (d), at time t 11 ,
The minimum temperature of the temperature cycle in which the temperature of the growth system is added to this system
Be at T l . At this time, the solution 3 is kept at this temperature T 1 for a certain period of time to be in a saturated solution containing the raw material crystal 2 as a solute or in a state close to saturation. As shown in FIG. 1 (d), the temperature cycle is started to increase from time t 11 in the temperature cycle. The solution becomes unsaturated because the solubility increases with increasing temperature. Therefore, raw material crystal 2
And the part of the seed crystal 1 near the solid-liquid interface begins to dissolve in the solution. Then, as shown in FIG. 1B, a solution layer 5 containing a high concentration of solute in the solution 3 adjacent to the raw material crystal 2, and a high concentration solution layer 6 in the solution 3 adjacent to the seed crystal 1 as well. To form. In this case, the higher the concentration of the solute in the solution is, the smaller the specific gravity of the solution is, so that buoyancy is generated in each of the solution layers 5 and 6 by the action of gravity g. The high-concentration solution layer 6 floats on the unsaturated solution layer 7 in the solution 3 having a large specific gravity, and prevents direct contact between the seed crystal 1 and the unsaturated solution layer 7, so that the dissolution of the seed crystal is stopped. . On the other hand, since the public concentration solution layer 5 is below the unsaturated solution layer 7 having a large specific gravity, the solution constituting this layer rises by buoyancy as indicated by an arrow 8 in FIG. It is supplied to the high-concentration solution layer 6 formed near the crystal. Thus, the high-concentration solution layer rapidly enlarges due to the supply of the material from the raw material crystals. Then, after the high-concentration solution rises, the unsaturated solution having a large specific gravity descends from the unsaturated solution layer 7. Therefore, the high-concentration solution layer in the vicinity of the raw material crystal disappears immediately or becomes almost disappeared. Since the raw material crystals come into contact with the unsaturated solution that has descended in this way, they dissolve and form the high-concentration solution layer 5 again in the vicinity thereof. Then, buoyancy acts on this high-concentration solution layer, the solution constituting this layer rises, and the solute is supplied to the high-concentration solution layer 6. Then, after rising, the unsaturated solution descends from the unsaturated solution layer 7 and is replaced, which is repeated. As a result, it is possible to rapidly supply the solute from the raw material crystals to the high-concentration solution layer 6 formed near the seed crystals. Thus, as shown in FIG. 1 (d), the time t
After the temperature of the growth system is raised from T 1 by raising the temperature from 11 to t 21 , the temperature is kept constant from time t 21 to t 31 . The reason why the period of maintaining the temperature T h is provided in this way is so that the solubility of the high-concentration solution layer 6 reaches a sufficient saturation solubility at the temperature T h . The temperature rising period from time t 11 to t 21 ,
The temperature process during which the temperature T h is maintained from time t 21 to t 31 , that is, during the period τ h from time t 11 to t 31 in FIG. 1D, is called a temperature raising process. Maximum temperature T h ,
Temperature range ΔT = T h −T l , effective heating rate V = (T h
T l ) / (t 21 −t 11 ), holding time at maximum temperature T h t 31 −t 21
It goes without saying that the total dissolved mass contained in the high-concentration solution layer 6 can be adjusted by appropriately setting Further, by keeping the contact surfaces of the seed crystal 1 and the raw material crystals 2 and the solution 3 horizontal, the thickness of the high-concentration liquid phase 6 can be made uniform by the action of gravity.

このように昇温プロセスによって高濃度溶液層6の溶液
が温度Thで飽和溶解度に達した後、第1図(d)の時刻
t31から適当な速度で冷却をおこなう。高濃度溶液層6
の溶液はこの冷却によって過飽和となり、その用質が種
子結晶1に析出しはじめる。そして、冷却が進行するに
従って、その析出した溶質は第1図(c)に示すごとく
種子結晶1の下面に種子結晶と同じ面方位をもつエピタ
キシャル成長層4を形成する。時刻41まで冷却し、温度
が温度サイクルの最低温度Tlになったところで冷却を止
めて一定温度Tlに保持し、高濃度溶液層6に含まれてい
る過飽和の溶質をエピタキシャル成長層4として充分に
析出させる。この析出によって、高濃度溶液層6中の溶
液は温度Tlで飽和か、あるいはそれに近い状態になる。
このように時刻t31からt41にわたる冷却とそれに引続い
ておこなった温度Tlに保持する温度プロセス、すなわち
第1図(d)の期間τ内でおこなった温度プロセス降
温プロセスト呼ぶこととする。
Thus, after the solution of the high-concentration solution layer 6 reaches the saturated solubility at the temperature T h by the temperature raising process, the time shown in FIG.
Cool from t 31 at an appropriate rate. High-concentration solution layer 6
The solution becomes supersaturated by this cooling, and its substance begins to precipitate on the seed crystal 1. Then, as the cooling progresses, the precipitated solute forms an epitaxial growth layer 4 having the same plane orientation as the seed crystal on the lower surface of the seed crystal 1 as shown in FIG. 1 (c). Cooled to time 41, the temperature is held at constant temperature T l in stopping the cooling when it reaches a minimum temperature T l temperature cycle, sufficient solutes supersaturation contained in a high concentration solution layer 6 as an epitaxial growth layer 4 To precipitate. By this precipitation, the solution in the high-concentration solution layer 6 becomes saturated at or near the temperature T l .
In this way, the temperature process of cooling from time t 31 to t 41 and the subsequent temperature process of maintaining the temperature T l , that is, the temperature process performed within the period τ c of FIG. To do.

以上に述べたように時刻t11からの昇温プロセスとそれ
に引続いておこなった降温プロセスとによって1周期の
成長温度サイクルを終了する。そして、第1図(d)に
示すごとく時刻t12から再び昇温プロセスを開始して第
2周期目の温度サイクルに入り、第1周期目と同様なこ
とを繰り返して、第1周期目で得られた成長層4上に第
2周期目の成長層を積み上げる。以下このような成長の
温度サイクルを必要回数繰り返しおこなうことによっ
て、所望の厚みの結晶を成長させることができる。以上
述べたように、本発明の成長法では原料結晶から溶解し
た溶質を種子結晶に輸送して析出させるので、結晶成長
速度はこの輸送速度に支配される。その速度は成長サイ
クルの周期、温度の振り巾、最低温度Tlと最高温度Th
れぞれにおける溶解度の差、および比重差、および種子
結晶と原料結晶との距離に依存する。成長速度は溶解度
差および比重差が大きく、また種子結晶と原料結晶との
距離が近い程大きくできる。種子結晶と原料結晶との接
近可能な距離は種子結晶および原料結晶の表面の平坦度
にもよる。種子結晶と原料結晶との距離、すなわち間隙
は1cm以内にすれば充分な成長速度が得られるが、さら
に成長速度をあげるには500μm以内にすることが重要
である。特にこの間隙は溶液中での溶質の拡散長以内に
できれば一層効果的である。勿論地球の重力場より大き
な重力場を人工的に加えることも降下があることは言う
までもない。
As described above, one cycle of the growth temperature cycle is completed by the temperature raising process from the time t 11 and the temperature lowering process performed subsequently. Then, starting again heating process from the time t 12 as shown in FIG. 1 (d) into the second cycle of temperature cycle, and repeats the same and the first cycle, at the first cycle The growth layer of the second cycle is stacked on the obtained growth layer 4. By repeating such a temperature cycle of growth as many times as necessary, a crystal having a desired thickness can be grown. As described above, in the growth method of the present invention, the solute dissolved from the raw material crystal is transported to the seed crystal to be precipitated, and thus the crystal growth rate is governed by this transport rate. The rate depends on the cycle of the growth cycle, the temperature swing, the difference in solubility between the minimum temperature T l and the maximum temperature T h , and the specific gravity difference, and the distance between the seed crystal and the raw material crystal. The growth rate can be increased when the difference in solubility and the difference in specific gravity are large and the distance between the seed crystal and the raw material crystal is short. The accessible distance between the seed crystal and the raw material crystal depends on the flatness of the surfaces of the seed crystal and the raw material crystal. A sufficient growth rate can be obtained by setting the distance between the seed crystal and the raw material crystal, that is, the gap within 1 cm, but it is important to set it within 500 μm in order to further increase the growth rate. In particular, it is more effective if this gap is within the diffusion length of the solute in the solution. Of course, it goes without saying that artificially adding a gravitational field that is larger than the gravitational field of the earth may cause descent.

第2図は、以上に述べた第1図の場合とは逆に、溶液中
で溶質の温度が高くなる程、溶液の比重が増加する場合
を示す。この場合には、第1図の場合とは逆に、第2図
(a)に示すごとく原料結晶2を溶液3の上に配置し、
種子結晶1を溶液3の下側に配置する。このように原料
結晶2と種子結晶1の配置を第1図の場合と反対にした
理由は溶液中で溶質の濃度が増加する程、比重が増加
し、この高濃度の高濃度の溶液が溶液3の下の方へ沈下
してくるためである。すなわち、溶液3を温度サイクル
の最低温度Tlで飽和状態にしたあとで、第1図(d)に
示すごとき昇温プロセスをとった場合、原料結晶2の溶
解によって第2図(b)に示すごとく原料結晶2に隣接
した部分に高濃度溶液層5が形成される。しかし、この
高濃度溶液は比重が大きいから、重力によって沈降し、
その代りに下方から重力の小さな未飽和溶液が浮上して
来て入れ替わる。したがって高濃度溶液層5は消滅する
が、この入れ替わった未飽和溶液へ原料結晶が溶解する
ので再び高濃度溶液層5を形成する。そして上記のごと
く沈降し下方から浮上してくる未飽和溶液と入れ替わる
ことを繰り返す。このため昇温プロセスによって、原料
結晶2から溶液へ溶質の供給がおこなわれる。このよう
にして供給された溶質は溶液の比重を増加させるので第
2図(b)に矢印9で示ずごとく沈降し、種子結晶1に
隣接した部分に高濃度溶液層6を形成する。この高濃度
溶液層は昇温プロセスが進み、温度が最高温度Thに達す
ると、その温度で飽和溶液となる。したがって、第1図
の場合と同様に、つぎの高温プロセスにおいてその高濃
度溶液は過飽和となる。そしてこの過飽和分が種子結晶
1上に析出して成長層4を形成する。一方原料結晶側で
は降温プロセスにおいて、それに隣接する部分は比重の
小さな未飽和の溶液で占められているので、溶質の析出
はほとんどおこらない、したがって、第1図図(d)に
示すごとく昇温プロセスとそれに引続く降温プロセスを
1周期とした成長の温度サイクルをこの成長系に繰り返
し、周期的におこなうことによって種子結晶1の上へ所
望の厚みの結晶層を成長できるわけである。
Contrary to the case of FIG. 1 described above, FIG. 2 shows a case where the specific gravity of the solution increases as the temperature of the solute in the solution increases. In this case, contrary to the case of FIG. 1, the raw material crystal 2 is placed on the solution 3 as shown in FIG.
The seed crystal 1 is placed below the solution 3. The reason why the arrangement of the raw material crystal 2 and the seed crystal 1 is opposite to that in the case of FIG. 1 is that the specific gravity increases as the concentration of the solute in the solution increases, and this high-concentration high-concentration solution becomes a solution. This is because it will sink to the bottom of 3. That is, when the temperature rising process as shown in FIG. 1 (d) is carried out after the solution 3 is saturated at the lowest temperature T l of the temperature cycle, the dissolution of the raw material crystal 2 causes a change in FIG. 2 (b). As shown, the high concentration solution layer 5 is formed in the portion adjacent to the raw material crystal 2. However, this high-concentration solution has a large specific gravity, so it settles due to gravity,
Instead, an unsaturated solution with a small gravity floats from below and replaces it. Therefore, the high-concentration solution layer 5 disappears, but since the raw material crystals are dissolved in this replaced unsaturated solution, the high-concentration solution layer 5 is formed again. Then, as described above, the process of substituting with the unsaturated solution which settles and floats from below is repeated. Therefore, the solute is supplied from the raw material crystal 2 to the solution by the temperature raising process. Since the solute thus supplied increases the specific gravity of the solution, it precipitates as shown by an arrow 9 in FIG. 2 (b), forming a high-concentration solution layer 6 in a portion adjacent to the seed crystal 1. When the temperature rising process progresses and the temperature reaches the maximum temperature T h , the high-concentration solution layer becomes a saturated solution at that temperature. Therefore, as in the case of FIG. 1, the high-concentration solution becomes supersaturated in the next high-temperature process. Then, this supersaturated portion is deposited on the seed crystal 1 to form the growth layer 4. On the other hand, on the raw material crystal side, in the temperature lowering process, the portion adjacent to it is occupied by an unsaturated solution having a small specific gravity, so that solute precipitation hardly occurs. Therefore, as shown in FIG. A growth temperature cycle in which the process and the subsequent temperature lowering process are set as one cycle is repeated in this growth system, and the growth is repeated periodically to grow a crystal layer having a desired thickness on the seed crystal 1.

以上溶質の濃度の増加する程、溶液の比重が減少する場
合と、その逆の溶液の比重が増加する場合について述べ
た。これによって本発明の主旨が一層明白になったであ
ろう。
As described above, the case where the specific gravity of the solution decreases as the concentration of the solute increases and the case where the specific gravity of the solution increases vice versa are described. This would make the gist of the present invention clearer.

[具体的実施例] 実施例1 第3図は具体的実施例を示すものである。種子結晶1、
原料結晶2、および溶液3が竪型炉に設置されている。
10は電気炉で均熱帯が広いものを用いている。11は種子
結晶の支持棒であり、適当な材料たとえば石英ガラス製
で先端に種子結晶を固定できるようにしてある。そして
支持棒11とフランジ13との間は支持棒11を回転および上
下方向に移動できるようにしかも気密にシールされてい
る。12は原料結晶の支持棒であり種子結晶の支持棒11と
同様な材料で製作され、また先端に原料結晶を固定でき
るように細工されている。そして支持棒12は回転ならび
に上下方向に移動できるようになっている。13′は下側
のフランジである。この種子結晶1および原料結晶2の
配置は成長させようとする結晶を溶解したとき、溶質の
濃度が増す程溶液の比重が減少する場合に対応するが、
その逆の比重が増加する場合にも、本装置は支持棒11お
よび12を入れ替えることにより種子結晶1および原料結
晶2の配置を上下入れ替えて使用できるようになってい
る。16は石英管、15は電気炉の上下方向への熱輻射を遮
蔽して成長系内を均一温度にするためのバッフル板であ
る。また14および14′は石英管内に高純度雰囲気ガスた
とえば水素、窒素、あるいはアルゴンガスを導入するた
めのガス配管系である。この結晶成長装置によって種々
の半導体結晶、たとえばSi,Ge,などのIV族元素半導体
や、InSb,GaSb,InAs,GaAs,InP,GaPなどのIII−V族化合
物半導体やそれらの混晶、たとえばAlGaSb,InGaSb,AlGa
As,InGaAs,InGaP,GaAsPなどやIV−VI族化合物、II−VI
族化合物なども成長可能である。
Specific Example Example 1 FIG. 3 shows a specific example. Seed crystal 1,
The raw material crystal 2 and the solution 3 are installed in a vertical furnace.
10 is an electric furnace with a wide soaking zone. Reference numeral 11 denotes a seed crystal support rod, which is made of a suitable material, such as quartz glass, so that the seed crystal can be fixed to the tip. The support rod 11 and the flange 13 are hermetically sealed so that the support rod 11 can rotate and move in the vertical direction. Reference numeral 12 is a supporting rod of a raw material crystal, which is made of the same material as that of the supporting rod 11 of a seed crystal, and is worked so that the raw material crystal can be fixed to the tip. The support rod 12 can rotate and move in the vertical direction. 13 'is the lower flange. The arrangement of the seed crystal 1 and the raw material crystal 2 corresponds to the case where when the crystal to be grown is dissolved, the specific gravity of the solution decreases as the concentration of the solute increases,
Even when the specific gravity is increased, the present apparatus can be used by replacing the support rods 11 and 12 with the seed crystals 1 and the raw material crystals 2 arranged upside down. Reference numeral 16 is a quartz tube, and 15 is a baffle plate for shielding the heat radiation in the vertical direction of the electric furnace to keep the growth system at a uniform temperature. Further, 14 and 14 'are gas piping systems for introducing a high-purity atmosphere gas such as hydrogen, nitrogen, or argon gas into the quartz tube. With this crystal growth apparatus, various semiconductor crystals, for example, group IV element semiconductors such as Si, Ge, III-V group compound semiconductors such as InSb, GaSb, InAs, GaAs, InP, GaP, and mixed crystals thereof, such as AlGaSb. , InGaSb, AlGa
As, InGaAs, InGaP, GaAsP, etc., IV-VI group compounds, II-VI
Group compounds can also grow.

いまSiの成長を例にとって具体的に説明する。まず成長
に用いる溶媒は成長温度においてSiの溶解度が大きいこ
と、成長結晶にn型かまたはp型かの所望の導電型と濃
度の不純物を添加するのに都合がよいこと、ならびに取
扱い容易であること、Siの濃度によって比重が変化する
ような溶液を形成できることが要求される。Siの溶解度
の点からはAl,Ga,In,Sn,Pb,Au,Ag,Cu,Geがあげられる。
このうちIII族元素であるAlおよびGaはSiに対してp型
不純物として作用する。InもIII族元素であるがSiに添
加された場合にp型になる場合とn型になる場合とがあ
る。Ge,SnおよびPbはSiと同じIV族元素であり、Siに混
入された場合電気的には不活性である。Au,Ag,CuもSiの
溶解度が大きく用溶媒として使用可能であるが、成長結
晶に深い不純物準位をつくる点が欠点である。取扱の容
易さおよび不順添加の点からSiの成長にはAl,Ga,In,Sn
が溶媒として適している。
Now, the growth of Si will be described as an example. First, the solvent used for growth has a high Si solubility at the growth temperature, is convenient for adding impurities of desired conductivity type of n-type or p-type to the grown crystal, and is easy to handle. That is, it is required that a solution whose specific gravity changes depending on the concentration of Si can be formed. From the viewpoint of the solubility of Si, Al, Ga, In, Sn, Pb, Au, Ag, Cu, Ge can be mentioned.
Of these, the Group III elements Al and Ga act on Si as p-type impurities. In is also a group III element, but when added to Si, it may become p-type or n-type. Ge, Sn and Pb are the same group IV elements as Si, and are electrically inactive when mixed with Si. Au, Ag, and Cu also have a high solubility of Si and can be used as a solvent for use, but their drawback is that they form a deep impurity level in the grown crystal. Al, Ga, In, Sn were used for the growth of Si from the viewpoint of easy handling and irregular addition.
Is suitable as a solvent.

ここでは溶媒としてAl−Snを用いた場合について述べ
る。溶媒にAl−Snを用いる理由は、AlはSiの溶解度が高
い一方液体状態での比重差が小さい。一方SnはSiの溶解
度がAlに比べて小さいが液体状態でSnとSiとの比重差が
大きい。そのためAl−Snを溶媒とすることによりAlおよ
びSn双方の特長を利用できるためである。このAl−Sn溶
媒にSiを溶解した場合、Siの濃度が増加する程溶液の比
重が小さくなるので、種子結晶を溶液の上に配置した。
まず所望の面方位たとえば(111)面を成長面とする種
子結晶を準備する。勿論結晶成長面は通常の方法で研磨
ならびに化学的エッチング処理により清浄にしてある。
本成長例では用いた種子結晶の寸法は50mmφ、厚さ15mm
であった。この種子結晶を支持棒11の先端に、成長面が
水平になるように固定する。つぎに原料結晶となるSi多
結晶を準備し、種子結晶と相対する面を充分平坦化した
あと、エッチング処理などにより充分清浄化し、支持棒
12の先端に、種子結晶と相対する面が水平になるごと固
定する。なお本成長例で用いた種子結晶の具体的寸法は
50mmφ厚さ40mmであった。つぎに成長用溶媒として、Al
−Sn合金を準備する。具体的には高純度のAl−30原子%
Sn共晶合金を100μm厚さに圧延して板状にした後50mm
φに打抜いたものを準備し、これを通常の方法で脱脂、
洗浄したあと50%HF溶液でエッチングし、水洗後素速く
乾燥した。これを種子結晶1と原料結晶2の間に挿入す
る。しかる後石英管16内を真空に排気し、さらに高順序
水素ガスを通じて成長系に酸素や水分がほとんど無くな
る様にする。つぎに成長温度サイクルの最低温度Tlまで
昇温する。本成長例ではTl=800℃とした。そこで2時
間程度一定温度に保ってAl−Sn溶液に種子結晶ならびに
原料結晶からSi溶質を溶解させて溶液3が充分に飽和状
態になったあと成長の温度サイクルを開始する。本成長
例では昇温速度0.5℃/分で昇温し、Th=810℃で10分間
保持した後0.5℃/分の速度で冷却し、Tlで10分間保持
することを1周期として、成長をおこなった。これによ
って第3図に示すごとく種子結晶1の下面に成長層4が
形成され、この層の厚みが成長周期の回数が増加すると
共に増加し、溶液3の位置が次第に下方に移動してい
く。このようにして100周期すなわち100時間成長をおこ
なったところ厚さ約10mmの成長層が得られた。以上の成
長例では種子結晶の面方位を(111)としたが勿論これ
以外たとえば(100)面でも成長可能である。また成長
溶媒として用いたAl−Sn合金の組成はこれ以外でも勿論
成長可能である。
Here, the case where Al-Sn is used as the solvent will be described. The reason for using Al-Sn as the solvent is that Al has a high solubility of Si, but has a small difference in specific gravity in the liquid state. On the other hand, Sn has a smaller solubility of Si than Al, but has a large difference in specific gravity between Sn and Si in the liquid state. Therefore, by using Al-Sn as a solvent, the features of both Al and Sn can be utilized. When Si was dissolved in this Al-Sn solvent, the specific gravity of the solution decreased as the Si concentration increased, so seed crystals were placed on the solution.
First, a seed crystal having a desired plane orientation, for example, a (111) plane as a growth plane is prepared. Of course, the crystal growth surface is cleaned by a usual method by polishing and chemical etching.
The seed crystal used in this growth example has a size of 50 mmφ and a thickness of 15 mm.
Met. This seed crystal is fixed to the tip of the support rod 11 so that the growth surface becomes horizontal. Next, prepare a Si polycrystal as a raw material crystal, sufficiently flatten the surface facing the seed crystal, and then sufficiently clean it by an etching treatment, etc.
Fix at the tip of 12 so that the surface facing the seed crystal becomes horizontal. The specific dimensions of the seed crystal used in this growth example are
The thickness was 50 mm and the thickness was 40 mm. Next, as a growth solvent, Al
-Prepare Sn alloy. Specifically, high-purity Al-30 atom%
50mm after rolling Sn eutectic alloy to 100μm thickness to form plate
Prepare the one punched out in φ, degrease it by the usual method,
After washing, it was etched with 50% HF solution, washed with water and dried quickly. This is inserted between the seed crystal 1 and the raw material crystal 2. Then, the inside of the quartz tube 16 is evacuated to a vacuum, and further oxygen and moisture are almost eliminated from the growth system through the high-order hydrogen gas. Next, the temperature is raised to the minimum temperature T l of the growth temperature cycle. In this growth example, T l = 800 ° C. Therefore, the temperature cycle of growth is started after the solution 3 is sufficiently saturated by dissolving the seed solute and the Si solute from the raw material crystal in the Al—Sn solution while maintaining the temperature constant for about 2 hours. In this growth example, the temperature is raised at a heating rate of 0.5 ° C./min, the temperature is maintained at T h = 810 ° C. for 10 minutes, then cooled at a rate of 0.5 ° C./minute, and the temperature is maintained at T l for 10 minutes. It has grown. As a result, a growth layer 4 is formed on the lower surface of the seed crystal 1 as shown in FIG. 3, the thickness of this layer increases as the number of growth cycles increases, and the position of the solution 3 gradually moves downward. When the growth was performed for 100 cycles, that is, for 100 hours, a growth layer having a thickness of about 10 mm was obtained. In the above growth example, the plane direction of the seed crystal is set to (111), but it is of course possible to grow on other (100) planes. The composition of the Al-Sn alloy used as the growth solvent can of course be grown in any other composition.

実施例2 第4図はIII−V族化合物、II−VI族化合物およびIV−V
I族化合物のごとく、解離し易い結晶の成長例を示すも
のである。解離を防止するには周知のごとく成長系を密
閉出来るようにすればよい。第4図は成長系を密閉する
ための一例を示す。また第4図は溶液中の溶質濃度が増
加する程溶液の比重が増加する場合を示す。したがって
種子結晶1は溶液3の下側に配置されている。支持棒1
1′の上部には成長系を密閉するための石英容器が取付
けてあり、種子結晶1はその容器の中に設置されたホル
ダ17で固定されている。一方支持棒12′の下部には密閉
容器に対する該が取付けてある。密閉容器には図示のご
とく蓋を嵌め込む溝があり、そこにB2O3などの液体封止
剤が満してあるため、密閉できるわけである。成長時に
この密閉容器の周りに解離圧と等しいガス圧を加えてお
けばよい。
Example 2 FIG. 4 shows III-V group compounds, II-VI group compounds and IV-V compounds.
This shows an example of the growth of a crystal that easily dissociates like a group I compound. To prevent dissociation, the growth system can be sealed as is well known. FIG. 4 shows an example for sealing the growth system. Further, FIG. 4 shows a case where the specific gravity of the solution increases as the solute concentration in the solution increases. Therefore, the seed crystal 1 is arranged below the solution 3. Support rod 1
A quartz container for sealing the growth system is attached to the upper part of 1 ', and the seed crystal 1 is fixed by a holder 17 installed in the container. On the other hand, a support for the closed container is attached to the lower part of the support rod 12 '. As shown in the figure, the closed container has a groove into which the lid is fitted, and since the liquid sealing agent such as B 2 O 3 is filled in the groove, it can be closed. A gas pressure equal to the dissociation pressure may be applied around this closed container during growth.

いま一例としてGaSbの成長についてのべる。種子結晶と
して(111)B面を成長面とするGaSb単結晶を準備す
る。通常の方法で成長面を清浄化したあとこの種子結晶
1を成長装置のホルダ17に固定する。その上に成長溶液
3となる厚み0.2〜0.3mm程度の板状Ga−8原子%Sbの合
金を清浄化した後挿入する。一方支持棒12′に清浄化し
たGaSb原料結晶を固定する。はじめ支持棒12′を引きあ
げておく。そして石英管16中を真空排気し、その後高純
度水素を流して成長系内の残留酸素を除去する。それか
ら加熱し、封止剤が融解したところで支持棒12′を下げ
て、成長系を密閉すること共に原料結晶2と成長溶溶液
3と接触させる。成長系の温度がTlに到達した時点で昇
温止める。本成長例ではTl=595℃に設定した。この温
度で2時間保持した後0.25℃/分の割合で昇温し、Th
600℃に達したところで10分間保持し、そこで0.25℃/
分の割合で冷却しTl=595℃に達したところで10分間保
持した。これによって種子結晶1の上に成長層4を得る
ことができる。本実施例では以上の温度プロセスを1周
期として50周期成長をおこなった。その結果厚さ15mmの
成長層を得ることができた。
As an example, we will describe the growth of GaSb. A GaSb single crystal having a (111) B plane as a growth plane is prepared as a seed crystal. After cleaning the growth surface by a usual method, the seed crystal 1 is fixed to the holder 17 of the growth apparatus. A plate-shaped Ga-8 atomic% Sb alloy having a thickness of about 0.2 to 0.3 mm to be the growth solution 3 is cleaned and then inserted. On the other hand, the cleaned GaSb raw material crystal is fixed to the support rod 12 '. First, pull up the support rod 12 '. Then, the inside of the quartz tube 16 is evacuated, and then high-purity hydrogen is flowed to remove residual oxygen in the growth system. Then, heating is carried out, and when the sealing agent is melted, the supporting rod 12 'is lowered to seal the growth system and bring the raw material crystal 2 and the growth solution 3 into contact with each other. When the temperature of the growth system reaches T l , the temperature rise is stopped. In this growth example, T l = 595 ° C. was set. After holding at this temperature for 2 hours, the temperature was raised at a rate of 0.25 ° C./minute, and T h
When the temperature reaches 600 ℃, hold for 10 minutes, and then 0.25 ℃ /
It was cooled at a rate of 10 minutes and held for 10 minutes when T 1 = 595 ° C. was reached. As a result, the growth layer 4 can be obtained on the seed crystal 1. In this example, 50 cycles of growth were performed with the above temperature process as one cycle. As a result, a grown layer with a thickness of 15 mm could be obtained.

Ga−Sb溶液においてSb濃度が増加する程溶液の比重が増
加するため本実施例では第図に示すごとく種子結晶を溶
液3の下側に配置した。種子結晶と、原料結晶の配置を
入れ替えれば、このような装置によってInP,InAs,InSb,
GaP,GaAsなどのIII−V族化合物半導体やその混晶であ
るInGaP,InGaAs,AlGaAs,GaAsPやPbS,PbSnTe,PbSeなどの
IV−VI族化合物、およびZnS,ZnSe,CdS,CdSe,CdTeなどの
II−VI族化合物の結晶が成長できる。
In the Ga—Sb solution, as the Sb concentration increases, the specific gravity of the solution increases. Therefore, in this example, seed crystals were arranged below the solution 3 as shown in FIG. If the seed crystal and the arrangement of the raw material crystals are exchanged, InP, InAs, InSb,
III-V group compound semiconductors such as GaP and GaAs and their mixed crystals such as InGaP, InGaAs, AlGaAs, GaAsP and PbS, PbSnTe, PbSe
IV-VI group compounds, and ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, CdTe, etc.
Crystals of II-VI compounds can grow.

実施例3 第5図は種子結晶1と原料結晶2の間に溶液3を挿入す
るのにピストンを用いた例を示す、20は適当な材料例え
ば高純度カーボンを用いたボートで、その一部にピスト
ン19を挿入出来るようにしたシリンダーを備えている。
成長をはじめる前には、成長に用いる溶液用の材料がこ
のシリンダー内に仕込まれている。電気炉を昇温して溶
液用の材料を融解してから小穴21を通じて注入を行えば
よいので、溶液用材料を板状に下降する必要がないこ
と、ピストンで加圧し注入するので、種子結晶1と原料
結晶2との間に溶液を完全に満すことができること、成
長プロセスを開始する温度Tlで飽和するような溶液を予
めシリンダー内で調製しておき種子結晶1と原料結晶2
との間に注入することができるので、種子結晶ならびに
原料結晶のメルトバックを防止できるなどの利点があ
る。第5図において24は端子結晶ホルダー兼成長用容器
の蓋、22はガス抜兼過剰な溶液の逃路、23は過剰となっ
た溶液の受皿である。
Example 3 FIG. 5 shows an example in which a piston is used to insert the solution 3 between the seed crystal 1 and the raw material crystal 2. Reference numeral 20 is a boat using an appropriate material, for example, high-purity carbon, a part of which is used. It is equipped with a cylinder that allows the piston 19 to be inserted.
Before starting the growth, the material for the solution used for the growth is charged in this cylinder. Since it is only necessary to inject through the small holes 21 after melting the material for the solution by raising the temperature of the electric furnace, it is not necessary to descend the material for the solution into a plate shape, because it is injected by pressurizing with a piston, seed crystals 1 and the raw material crystal 2 can be completely filled with the solution, and the seed crystal 1 and the raw material crystal 2 are prepared in advance in a cylinder so that the solution is saturated at the temperature T l for starting the growth process.
Since it can be injected between the seed crystal and the raw material crystal, there is an advantage that the seed crystal and the raw material crystal can be prevented from being melted back. In FIG. 5, 24 is a lid for the terminal crystal holder / growth container, 22 is a vent for gas / excess solution escape, and 23 is a pan for the excess solution.

実施例4 本発明の方法では成長系全体の温度を空間的には等温に
したままで、時間に対して温度を周期的に上下するだけ
で成長できるので、複数枚の種子結晶基板上に同時に結
晶成長させることが可能である。第6図はそれを実施す
るためのボートの一例を示す。この実施例は溶液中の溶
質濃度が増加する程溶液の比重が減少する場合を示すも
のである。第6図に示すごとく種子結晶1と原料結晶2
とが交互に本棚のごとく多段に配置してある。第6図に
おいて最上段と最下段とを除いて、種子結晶1と原料結
晶2とが背中合わせに接触した状態で配置してあるが、
勿論種子結晶1と原料結晶2との間に適当なスペーサー
を挿入してもよい。溶液3を注入する方法としては、た
とえば実施例3で述べたようなピストンを用いる方法が
有効である。
Example 4 According to the method of the present invention, the temperature of the entire growth system is kept spatially isothermal, and the growth can be performed only by periodically raising or lowering the temperature with respect to time. It is possible to grow crystals. FIG. 6 shows an example of a boat for carrying it out. This example shows a case where the specific gravity of the solution decreases as the solute concentration in the solution increases. Seed crystal 1 and raw material crystal 2 as shown in FIG.
And are alternately arranged in multiple stages like a bookshelf. In FIG. 6, except for the uppermost stage and the lowermost stage, the seed crystal 1 and the raw material crystal 2 are arranged back to back in contact with each other.
Of course, a suitable spacer may be inserted between the seed crystal 1 and the raw material crystal 2. As a method for injecting the solution 3, for example, a method using a piston as described in the third embodiment is effective.

実施例5 第7図はスライドボートを用いた実施例を示す。第7図
(a)は成長系全体を示し、第7図(b)から(e)ま
ではスライド操作を説明するためのものである。石英管
16の内部には高純度水素あるいは窒素ガスが通じてあ
る。20′はスライドボートの保持台でありそれに原料結
晶2および使用済の溶液受皿23を供えている。成長方法
についてのべる。まず第7図(b)に示すごとく、種子
結晶1、原料結晶2および溶液材料3′を仕込む。つぎ
に石英管16内に高純度水素を通じて、成長系の残留酸素
が充分除去できたあと、電気炉10により、温度Tlまで昇
温する。そこである時間保持して成長系が平衡に達して
からスライド操作棒19′によりスライダー27を動かしス
ライダーに設けた溶液移動用の穴26に、第7図(c)の
ごとく溶液3′を挿入する。そしてさらにスライダーを
動かし、第7図(d)に示すごとく溶液3を種子結晶1
と原料結晶2の間に挿入する。ここで成長の温度サイク
ルを繰り返すことにより種子結晶1に所定の厚みの成長
層4を得る。その後操作棒19′によって、スライダー25
および溶液3′のコンテナー25を同時に動かして、第6
図(e)に示すごとく成長層4と溶液3″を分離して成
長プロセスを終了する。
Example 5 FIG. 7 shows an example using a slide boat. FIG. 7 (a) shows the entire growth system, and FIGS. 7 (b) to 7 (e) are for explaining the slide operation. Quartz tube
High-purity hydrogen or nitrogen gas is introduced into the interior of 16. Reference numeral 20 'is a holder for the slide boat, on which the raw material crystals 2 and the used solution tray 23 are provided. Tell me about how to grow. First, as shown in FIG. 7 (b), seed crystals 1, raw material crystals 2 and solution material 3'are charged. Next, after the high purity hydrogen is passed through the quartz tube 16 to sufficiently remove the residual oxygen in the growth system, the electric furnace 10 is used to raise the temperature to T 1 . Then, after the growth system reaches equilibrium for a certain period of time, the slider 27 is moved by the slide operating rod 19 ', and the solution 3'is inserted into the hole 26 for moving the solution provided in the slider as shown in FIG. 7 (c). . Then, the slider is further moved, and the solution 3 is added to the seed crystal 1 as shown in FIG. 7 (d).
And the raw material crystal 2. Here, the growth temperature cycle is repeated to obtain the growth layer 4 having a predetermined thickness on the seed crystal 1. After that, with the operating rod 19 ', slide 25
And the container 25 of the solution 3 ′ are simultaneously moved to
The growth layer 4 and the solution 3 ″ are separated as shown in FIG.

実施例6 III−V族化合物、あるいは一つのV族元素を共通とす
るIII−V族化合物混晶の場合は封管を用い、V族元素
の蒸気圧を制御しながら結晶成長をおこなうことにより
良質の結晶を得ることが出きる。第8図は封管を用いた
実施例を示す。第8図(a)に示すごとく石英製の封管
28の中に種子結晶1、原料結晶2および溶液3を収納し
たボート20′が電気炉10の均熱帯に設置され、またV族
元素の蒸気圧制御用の電気炉10′の均熱帯にV族物質29
が設置されている。この成長系の温度分布が第8図
(b)に示してある。成長の温度サイクルは第8図
(b)に示すごとく電気炉10の均熱帯の部分の温度を上
下することによりおこなわれる。In0.3Ga0.7P混晶を成
長する場合を例にとると、種子結晶1としてたとえばGa
As0.60.4(100)面上に通常の液相成長法で30μm程
度の厚みに正当したIn0.3Ga0.7Pを用いる。原料結晶2
しては適当な方法、たとえばInPとGaPの粉末を原子比で
3:7に混合して封管中で充分熱処理した焼結した多結晶
を用いた。成長用溶液3の組成はIn1gに対してInPを38m
g、GaPを17mgの割合で溶解したものを用いた。また蒸気
圧制御用のV族物質として赤燐を用いた。これらの材料
をそれぞれ第8図(a)に示す所定の位置に設置し、昇
温する。赤燐29の温度は380℃一定とし、Tl=850℃,Th
=860℃に設定し、昇温プロセスは850℃から速度0.25℃
/分で昇温し、860℃で20分間一定温度に保持した後0.2
5℃/分で850℃まで降温し、その温度で20分間保持し,2
時間を1周期として100周期成長させたところ圧さ12mm
のIn0.3Ga0.7Pを成長することができた。
Example 6 In the case of a III-V group compound or a mixed crystal of a III-V group compound having one group V element in common, a sealed tube is used, and crystal growth is performed while controlling the vapor pressure of the group V element. It is possible to obtain good quality crystals. FIG. 8 shows an embodiment using a sealed tube. Quartz sealed tube as shown in FIG.
A boat 20 'containing seed crystals 1, raw material crystals 2 and solution 3 in 28 is installed in the soaking zone of the electric furnace 10, and V is provided in the soaking zone of the electric furnace 10' for controlling the vapor pressure of V group elements. Family material 29
Is installed. The temperature distribution of this growth system is shown in FIG. 8 (b). The growth temperature cycle is carried out by raising or lowering the temperature of the soaking zone of the electric furnace 10 as shown in FIG. 8 (b). Taking the case of growing an In 0.3 Ga 0.7 P mixed crystal as an example, as the seed crystal 1, for example, Ga
In 0.3 Ga 0.7 P having a proper thickness of about 30 μm is used on the As 0.6 P 0.4 (100) surface by a normal liquid phase growth method. Raw crystal 2
A suitable method such as InP and GaP powder in atomic ratio
Sintered polycrystals that were mixed at 3: 7 and sufficiently heat-treated in a sealed tube were used. The composition of the growth solution 3 is 38 g of InP for 1 g of In.
What melt | dissolved g and GaP in the ratio of 17 mg was used. In addition, red phosphorus was used as a group V substance for controlling the vapor pressure. Each of these materials is placed at a predetermined position shown in FIG. 8 (a) and heated. The temperature of red phosphorus 29 is constant at 380 ° C, T l = 850 ° C, T h
= 860 ℃, the heating process is from 850 ℃ to 0.25 ℃
After raising the temperature at / min and maintaining a constant temperature at 860 ° C for 20 minutes, 0.2
Cool down to 850 ℃ at 5 ℃ / minute, hold at that temperature for 20 minutes, 2
When the cycle is grown for 100 cycles, the pressure is 12 mm.
In 0.3 Ga 0.7 P could be grown.

本方法で同様にInGaAs,GaAs,InP,GaPなどを成長できる
ことは言うまでもない。
It goes without saying that this method can also grow InGaAs, GaAs, InP, GaP and the like.

実施例7 以上に述べた実施例はすべて種子結晶1を用いたもので
ある。本発明の方法とブリッジマン法とを併用すること
により種子結晶を用いなくとも種子結晶と同様な効果を
もつようなところがあれば本発明は実施できる。第9図
(a)はその一例を示すものである。ボート20′の下端
30を第9図(a)に示すごとく結晶核生成を容易にさせ
るめに尖らせておく。Ga−Sb溶液のごとく溶質濃度が高
くなる程溶液の比重が増加するから、過飽和分が先ず下
端30に結晶核を生成し、それを種子として成長結晶4を
形成するわけである。
Example 7 In all of the examples described above, the seed crystal 1 was used. By using the method of the present invention and the Bridgman method together, the present invention can be carried out if there is a place having the same effect as the seed crystal without using the seed crystal. FIG. 9 (a) shows an example thereof. Bottom of boat 20 '
As shown in FIG. 9 (a), 30 is sharpened to facilitate crystal nucleation. Since the specific gravity of the solution increases as the solute concentration increases like the Ga-Sb solution, the supersaturated portion first forms crystal nuclei at the lower end 30, and the grown crystals 4 are formed by using them as seeds.

[本発明が適用できる結晶名] 本発明は溶液の比重差を積極的に利用したものである。
本発明を実施する場合種子結晶基板を溶液の上側に配置
する場合と下側に配置する場合の二通りとなる。次表は
この二通りの場合に対して本発明が適用できる結晶の例
を成長に使用する溶媒と共に示す。
[Crystal name to which the present invention can be applied] The present invention positively utilizes the difference in specific gravity of the solutions.
When the present invention is carried out, there are two cases, that is, the seed crystal substrate is arranged on the upper side and the lower side of the solution. The following table shows examples of crystals to which the present invention is applicable for these two cases, together with the solvent used for growth.

表(a)において、GeSiはGeとSiとの混晶を示す。また
表の溶媒の欄の括弧内に不等号を付けたxはこの表を適
用できる混晶組成範囲を示すものである。なお、表1に
挙げた結晶名は本発明が適用できる結晶の一部であっ
て、これ以外の結晶でも本発明が適用できることは言う
までもない。
In Table (a), GeSi indicates a mixed crystal of Ge and Si. Further, x in parentheses in the column of solvent in the table indicates a mixed crystal composition range to which this table can be applied. It is needless to say that the crystal names listed in Table 1 are some of the crystals to which the present invention can be applied, and the present invention can be applied to other crystals.

[発明の効果] 以上説明したように本発明では、原料結晶と種子結晶と
の間に成長用溶液をサンドイッチ状に満して成長系を構
成している。そのとき、種子結晶と溶液との固液界面お
よび原料結晶と溶液との固液界面が平坦になるごとく
し、かつこの二つの固液界面が重力場に対して水平にな
るように配置する。そしてこのように構成された成長系
の温度を所定の温度幅で周期的に上下することにより溶
液中に比重差が生じる。この比重差は原料結晶側から供
給された溶質を種子結晶側へ高速に輸送する作用をする
と同時に水平方向には溶液濃度を均一にするように作用
する。これによって均一でしかも所望の厚みをもつ結晶
が成長できるようになった。さらに同時に複数の種子結
晶基板を用いて成長できるようになり、従来の温度差法
のもつ問題点が解決できた。
[Effects of the Invention] As described above, in the present invention, the growth system is configured by sandwiching the growth solution between the raw material crystals and the seed crystals. At that time, the solid-liquid interface between the seed crystal and the solution and the solid-liquid interface between the raw material crystal and the solution are flattened, and the two solid-liquid interfaces are arranged horizontally with respect to the gravitational field. The specific gravity difference is generated in the solution by periodically raising and lowering the temperature of the growth system configured as described above within a predetermined temperature range. This difference in specific gravity acts to transport the solute supplied from the raw material crystal side to the seed crystal side at a high speed, and at the same time, to make the solution concentration uniform in the horizontal direction. This has made it possible to grow crystals that are uniform and have a desired thickness. Furthermore, it became possible to grow using multiple seed crystal substrates at the same time, and the problems of the conventional temperature difference method were solved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図および第2図は本発明の結晶成長方法の原理の説
明図で、第1図は溶質濃度の増加に対して、溶液の比重
が減少する場合を示し、第2図は逆に比重が増加する場
合に対するもの、第3図はは竪型炉を用いた実施例、第
4図は解離防止用の密閉堅容器を用いた実施例、第5図
はピストンを用いて溶液注入をおこなう実施例、第6図
は複数枚の種子結晶基板を用いて、結晶成長をおこなっ
た実施例、第7図はスライドボートを用いた実施例、第
8図は封管を用いた実施例、第9図は種子結晶を用いな
い実施例である。 1……種子結晶、2……原料結晶、3……溶液、4……
成長層、10……電気炉、16……石英管。
1 and 2 are explanatory views of the principle of the crystal growth method of the present invention. FIG. 1 shows the case where the specific gravity of the solution decreases with the increase of the solute concentration, and FIG. Fig. 3 shows an example using a vertical furnace, Fig. 4 shows an example using a closed rigid container for preventing dissociation, and Fig. 5 shows a solution injection using a piston. Example, FIG. 6 is an example in which crystal growth was performed using a plurality of seed crystal substrates, FIG. 7 is an example using a slide boat, FIG. 8 is an example using a sealed tube, FIG. 9 shows an example in which seed crystals are not used. 1 ... Seed crystal, 2 ... Raw material crystal, 3 ... Solution, 4 ...
Growth layer, 10 ... Electric furnace, 16 ... Quartz tube.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】結晶成長に関与する溶質の濃度が高くなる
程溶液の比重が減少する溶液を用いる結晶成長方法にお
いて、種子結晶を上側に、また原料結晶を下側に配置
し、当該種子結晶と原料結晶との間を当該原料結晶を構
成する元素を溶質とする溶液で満たした状態で加熱し、
種子結晶、原料結晶および溶液の温度を一定温度幅で周
期的に上下させることによって、溶質を原料結晶から種
子結晶側へ輸送させ、その溶質を種子結晶に析出させる
ことを特徴とする結晶成長方法。
1. In a crystal growth method using a solution in which the specific gravity of the solution decreases as the concentration of a solute involved in crystal growth increases, a seed crystal is placed on the upper side and a raw material crystal is placed on the lower side, And heating between the raw material crystal and a solution containing the element constituting the raw material crystal as a solute,
A crystal growth method characterized in that the solute is transported from the raw material crystal to the seed crystal side by causing the temperature of the seed crystal, the raw material crystal, and the solution to periodically rise and fall within a constant temperature range, and the solute is deposited on the seed crystal. .
【請求項2】結晶成長に関与する溶質の濃度が高くなる
程溶液の比重が増加する溶液を用いる結晶成長におい
て、種子結晶を下側に、また原料結晶を上側に配置し、
当該種子結晶と原料結晶との間を当該原料結晶を構成す
る元素を溶質とする溶液で満たした状態で加熱し、種子
結晶、原料結晶および溶液の温度を一定温度幅で周期的
に上下させることによって、溶質を原料結晶から種子結
晶側へ輸送させ、その溶質を種子結晶に析出させること
を特徴とする結晶成長方法。
2. In crystal growth using a solution in which the specific gravity of the solution increases as the concentration of solutes involved in crystal growth increases, seed crystals are placed on the lower side and raw material crystals are placed on the upper side.
Heating between the seed crystal and the raw material crystal in a state of being filled with a solution containing an element constituting the raw material crystal as a solute, and raising and lowering the temperature of the seed crystal, the raw material crystal and the solution periodically in a constant temperature range. The method for growing crystals is characterized in that the solute is transported from the raw material crystals to the seed crystal side, and the solute is deposited on the seed crystals.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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