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METHOD OF GROWING HIGH QUALITY CRYSTAL

Patent code P04A005599
File No. ShIP‐Z004
Posted date Jan 18, 2005
Application number P2000-131570
Publication number P2001-316197A
Patent number P3451314
Date of filing Apr 28, 2000
Date of publication of application Nov 13, 2001
Date of registration Jul 18, 2003
Inventor
  • (In Japanese)早川 泰弘
  • (In Japanese)熊川 征司
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人静岡大学
Title METHOD OF GROWING HIGH QUALITY CRYSTAL
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of growing a high quality crystal whose lattice constant is much different from that of a substrate.
SOLUTION: This method of growing high quality crystal is characterized by composing of following processes that the process forming a crystal growth preventing film on a substrate, the process removing a part of the film selectively, exposing the substrate, and removing the exposed surface of the substrate, and making a groove, the process bringing crystal growing solution into contact with the substrate, or at least intermixing an element of the solution with the side wall of the groove on the substrate, and converting a composition of the side wall of the grooves on the substrate and the process growing a crystal in which the temperature of the solution of the crystal is lowered, and a crystal grows from the composition converted side wall across the groove like a bridge.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


発光・受光デバイスの発光および受光の波長は基板上に成長させる薄膜の禁制帯幅に依存するため、薄膜の材料を選ぶことで発光・受光の波長を制御できる。特に、InxGa1-xAsなどの三元混晶半導体は組成比を変化させることで禁制帯幅を連続的に制御できるため、発光・受光デバイス材料として極めて重要な材料である。しかし現在のところ結晶成長用基板として使用可能なのはシリコン等の元素やGaAsやInAs等の二元化合物半導体に限られているため、任意の組成比の三元混晶半導体を成長させることはできない。それは、成長層の組成比が基板の組成比と近くて格子定数差が小さい場合には単結晶成長が容易であるが、両者の組成比が異なって格子不整合が大きくなると、ミスフィット転位や基板からの貫通転位が成長層に導入されて、単結晶成長が極めて困難になるからである。その結果、デバイスの発光・受光効率が悪化するという問題点がある。
このようなミスフィット転位の発生や基板からの貫通転位の伝搬を抑制するために、基板を窒化シリコン膜や酸化シリコン膜で覆って窓を開け、窓に露出する基板に溝を形成した後、溝底面を窒化シリコン膜や酸化シリコン膜で覆う方法が提案されている。この溝付き基板に結晶を成長させると、溝側面のみから結晶が成長して溝底面と接触しないため、転位の少ない良質な単結晶が成長できる。しかし、成長させる結晶と基板との間の組成比の違いによる格子不整合率が大きい場合には、単結晶成長そのものが困難であるため、上記の方法を用いても良質な結晶の成長が困難であった。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、紫外域から赤外域に渡る広い波長範囲の発光・受光デバイス、太陽電池を含む熱光起電デバイスの作製に有用な半導体の結晶成長技術に関し、特に基板と格子定数が大きく異なる高品質な薄膜の結晶成長技術に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
基板上に結晶成長防止膜を形成する工程と、
前記結晶成長防止膜の一部を選択的に除去して前記基板を露出させ、露出した基板表面をさらに除去して溝を形成する工程と、
成長させる結晶の溶液を前記基板に接触させて、少なくとも前記溝に面する基板の側面に前記成長溶液の元素を混入させ、前記側面の組成を変換する工程と、
前記成長溶液の温度を下げて、組成変換した前記基板側面から結晶を成長させる工程とを具備することを特徴とする高品質結晶成長方法。

【請求項2】
 
基板上に結晶成長防止膜を形成する工程と、
前記結晶成長防止膜の一部を選択的に除去して前記基板を露出させ、露出した基板表面をさらに除去して溝を形成する工程と、
前記溝に面する基板の底面にさらに結晶成長防止膜を形成する工程と、
成長させる結晶の溶液を前記基板に接触させて、前記溝に面する基板の側面に前記成長溶液の元素を混入させ、前記側面の組成を変換する工程と、
前記成長溶液の温度を下げて、組成変換した前記基板側面から結晶を成長させる工程とを具備することを特徴とする高品質結晶成長方法。

【請求項3】
 
組成変換前の前記基板と、組成変換した前記基板側面から成長させる結晶との組み合わせが、InAs基板とInGaAs結晶、InP基板とInGaP結晶、InSb基板とInGaSb結晶、InN基板とInGaN結晶、またはZnSe基板とZnSSe結晶であることを特徴とする請求項1または2に記載の高品質結晶成長方法。

【請求項4】
 
前記基板の表面に形成する溝の深さを40μm以上とし、組成変換した前記基板側面から結晶をブリッジ状に成長させることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の高品質結晶成長方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2000131570thum.jpg
State of application right Registered
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