JP2009149452A - Method for growing semiconductor crystal - Google Patents

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真佐知 柴田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for growing a semiconductor crystal by which a high quality semiconductor crystal can be obtained with good reproducibility, and to provide a semiconductor crystal in which the dislocation density is uniform. <P>SOLUTION: In a furnace 1 for growing the semiconductor crystal by a VGF (vertical gradient freeze) method, a melt 34 accommodated in a crucible 20 is heated from the side face side and the opening part side of the crucible in a state where the melt 34 is brought into contact with a seed crystal 30 provided at one end of the crucible 20, whereby at least during crystal growth, the heating temperature on the opening part side is held to be higher than the heating temperature on the side face side, so that the temperature at one end of the crucible 20 on the seed crystal 30 side is held lower than the temperature at the other end of the crucible 20 (the opening part side of the crucible 20). Under such conditions, a single crystal of a compound semiconductor crystal is grown by gradually solidifying the melt 34 from the seed crystal 30 side toward the other end of the crucible 20 by lowering the temperature of the melt 34. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体結晶成長方法に関する。特に、本発明は、半導体融液から半導体結晶を成長させる半導体結晶成長方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor crystal growth method. In particular, the present invention relates to a semiconductor crystal growth method for growing a semiconductor crystal from a semiconductor melt.

従来、III−V族化合物半導体結晶等の結晶成長方法として、半導体融液をルツボ内で下方から上方に向けて徐々に固化させることにより単結晶を成長させる縦型成長法である縦型徐冷(Vertical Gradient Freeze:VGF)法、及び縦型ブリッジマン(Vertical Bridgman:VB)法が知られている。   Conventionally, as a method for growing a III-V compound semiconductor crystal or the like, vertical slow cooling, which is a vertical growth method in which a single crystal is grown by gradually solidifying a semiconductor melt from below to above in a crucible. A (Vertical Gradient Freeze: VGF) method and a Vertical Bridgman (VB) method are known.

例えば、特許文献1には、原料融液を収容する容器と、容器の周囲に配置した温度勾配炉と、温度勾配炉を容器に対して相対的に移動する手段とを有し、容器の一端から固化成長させる単結晶の製造装置において、容器の壁内にBを含有させたBN製容器を用いた単結晶の製造装置が記載されている。 For example, Patent Document 1 includes a container for storing a raw material melt, a temperature gradient furnace disposed around the container, and means for moving the temperature gradient furnace relative to the container, and one end of the container Describes a single crystal production apparatus using a BN container in which B 2 O 3 is contained in the wall of the container.

特許文献1に記載の単結晶製造装置によれば、使用時にBN製容器の壁面から徐々にBが染み出してB膜でルツボの壁面が覆われるので、原料融液とルツボ表面の凹凸壁面とが接触することにより生じる結晶核の発生を防止できる。
特許第2585415号公報
According to the single crystal manufacturing apparatus described in Patent Document 1, since B 2 O 3 oozes out gradually from the wall surface of the BN container during use and the wall surface of the crucible is covered with the B 2 O 3 film, It is possible to prevent generation of crystal nuclei caused by contact with the irregular wall surface of the crucible surface.
Japanese Patent No. 2558515

しかし、特許文献1に記載の従来の化合物半導体結晶の製造装置では、双晶及び多結晶が結晶成長中に生成する場合があった。また、結晶内部に発生する転位の欠陥の密度が結晶内部で結晶成長方向に沿って大きく変化する場合もあった。本発明者は、結晶内部に発生する転移の欠陥の密度が結晶内部で結晶成長方向に沿って変化するのは、成長中の結晶の径方向において温度勾配が生じていることが原因であるとの知見に至った。更に、結晶成長ごとに欠陥の密度がばらつくことがあり、欠陥の少ない単結晶を再現性よく得ることが困難であった。   However, in the conventional compound semiconductor crystal manufacturing apparatus described in Patent Document 1, twins and polycrystals may be generated during crystal growth. In some cases, the density of dislocation defects generated inside the crystal varies greatly along the crystal growth direction inside the crystal. The present inventor has found that the density of transition defects generated inside the crystal changes along the crystal growth direction inside the crystal because of a temperature gradient in the radial direction of the growing crystal. It came to the knowledge of. Furthermore, the density of defects may vary with each crystal growth, and it has been difficult to obtain a single crystal with few defects with good reproducibility.

したがって、本発明の目的は、高品質な半導体結晶を再現性よく得ることのできる半導体結晶成長方法を提供することにあり、更には、転位密度の均一な半導体結晶を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor crystal growth method capable of obtaining a high-quality semiconductor crystal with good reproducibility, and further to provide a semiconductor crystal having a uniform dislocation density.

本発明は、上記目的を達成するため、半導体の種結晶と半導体の原料とを収容したルツボを加熱して、原料を融液とする原料融解工程と、ルツボの側面側及びルツボの開口部側から加熱して、少なくとも結晶成長中は、開口部側から加熱する温度を側面側から加熱する温度よりも高く保持して半導体の単結晶を成長する結晶成長工程とを備える半導体結晶成長方法が提供される。   In order to achieve the above-mentioned object, the present invention heats a crucible containing a semiconductor seed crystal and a semiconductor raw material to use the raw material as a melt, a raw material melting step, a crucible side surface, and a crucible opening side. And a crystal growth step for growing a single crystal of the semiconductor while maintaining the temperature heated from the opening side higher than the temperature heated from the side surface at least during crystal growth. Is done.

また、上記半導体結晶成長方法において、結晶成長工程は、側面側及び開口部側から加熱される領域内で前記ルツボを降下させることにより、融液を固化させて単結晶を成長してもよい。また、結晶成長工程は、側面側から加熱する温度及び開口部側から加熱する温度を徐々に降下させることにより、融液を固化させて単結晶を成長してもよい。更に、結晶成長工程は、少なくとも結晶成長の進行中は、融液内の垂直方向(結晶成長方向)の温度分布が変曲点を有さずに、単結晶を成長してもよい。   In the semiconductor crystal growth method, the crystal growth step may grow the single crystal by solidifying the melt by lowering the crucible in the region heated from the side surface and the opening side. In the crystal growth step, the single crystal may be grown by solidifying the melt by gradually lowering the temperature heated from the side surface side and the temperature heated from the opening side. Further, in the crystal growth step, at least during the progress of crystal growth, the single crystal may be grown without having an inflection point in the temperature distribution in the vertical direction (crystal growth direction) in the melt.

また、上記半導体結晶成長方法において、結晶成長工程は、少なくとも結晶成長の進行中は、凝固した単結晶内の垂直方向(結晶成長方向)の温度分布が変曲点を有さずに、単結晶を成長してもよい。また、結晶成長工程は、結晶成長界面の移動速度を略一定にして単結晶を成長してもよい。また、半導体が、III−V族化合物半導体であってもよく、半導体が、GaAsであってもよい。   Further, in the semiconductor crystal growth method, the crystal growth step is performed at least during the progress of the crystal growth, in which the temperature distribution in the vertical direction (crystal growth direction) in the solidified single crystal has no inflection point. You may grow. In the crystal growth step, the single crystal may be grown with the moving speed of the crystal growth interface being substantially constant. Further, the semiconductor may be a III-V group compound semiconductor, and the semiconductor may be GaAs.

本発明の半導体結晶成長方法によれば、高品質な半導体結晶を再現性よく得ることができ、更には、転位密度の均一な半導体結晶を得ることができる。   According to the semiconductor crystal growth method of the present invention, a high-quality semiconductor crystal can be obtained with good reproducibility, and furthermore, a semiconductor crystal with a uniform dislocation density can be obtained.

[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る結晶成長炉の断面の概要を示す。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows an outline of a cross section of a crystal growth furnace according to a first embodiment of the present invention.

(結晶成長炉1の構造)
第1の実施の形態に係る結晶成長炉1は、成長する化合物半導体結晶の原料を収容する容器としてのルツボ20と、ルツボ20を収容するルツボ収容容器としてのサセプタ50と、サセプタ50を収容して保持するサセプタ支持部材55と、ルツボ20を上部から加熱する上部加熱部としての上部加熱ヒータ10と、ルツボ20を側面から加熱する複数の外周加熱部としての外周加熱ヒータ12とを備える。
(Structure of crystal growth furnace 1)
The crystal growth furnace 1 according to the first embodiment accommodates a crucible 20 as a container for accommodating a raw material of a growing compound semiconductor crystal, a susceptor 50 as a crucible accommodating container for accommodating the crucible 20, and a susceptor 50. A susceptor support member 55 that holds the crucible 20 from above, and an upper heater 10 as an upper heating unit that heats the crucible 20 from above, and an outer peripheral heater 12 as a plurality of outer peripheral heating units that heat the crucible 20 from the side.

更に、結晶成長炉1は、上部加熱ヒータ10及び複数の外周加熱ヒータ12が発する熱の結晶成長炉1の外部への伝熱を防止する複数の断熱材60と、一の外周加熱ヒータ12(例えば、外周加熱ヒータ12b)と他の外周加熱ヒータ12(例えば、外周加熱ヒータ12c)との間に設けられる断熱材62と、複数の断熱材60及び断熱材62等を外部から覆うチャンバー70とを備える。   Further, the crystal growth furnace 1 includes a plurality of heat insulating materials 60 that prevent heat generated by the upper heater 10 and the plurality of outer peripheral heaters 12 from being transmitted to the outside of the crystal growth furnace 1, and one outer peripheral heater 12 ( For example, a heat insulating material 62 provided between the outer peripheral heater 12b) and another outer peripheral heater 12 (for example, the outer peripheral heater 12c), a chamber 70 that covers the plurality of heat insulating materials 60, the heat insulating materials 62, and the like from the outside. Is provided.

本実施形態に係る結晶成長炉1は、VGF法で化合物半導体結晶の単結晶を成長する。すなわち、結晶成長炉1は、ルツボ20内に収容した融液34を、ルツボ20の一端に設置された種結晶30と接触させた状態で、種結晶30側のルツボ20の一端を、ルツボ20の他端(ルツボ20の開口部側)よりも低温に保持しつつ、融液34の温度を降下させて、種結晶30側からルツボ20の他端に向けて融液34を徐々に固化させることにより、化合物半導体結晶の単結晶を成長する。そして、結晶成長炉1で成長する化合物半導体結晶は、一例として、III−V族化合物半導体であるGaAsの単結晶である。   The crystal growth furnace 1 according to the present embodiment grows a single crystal of a compound semiconductor crystal by a VGF method. That is, in the crystal growth furnace 1, one end of the crucible 20 on the seed crystal 30 side is placed in the crucible 20 with the melt 34 accommodated in the crucible 20 in contact with the seed crystal 30 installed at one end of the crucible 20. The melt 34 is gradually solidified from the seed crystal 30 side toward the other end of the crucible 20 by lowering the temperature of the melt 34 while maintaining a lower temperature than the other end (opening side of the crucible 20). Thus, a single crystal of the compound semiconductor crystal is grown. The compound semiconductor crystal grown in the crystal growth furnace 1 is, for example, a single crystal of GaAs that is a III-V group compound semiconductor.

ルツボ20は、化合物半導体結晶の種結晶30を収容する種結晶配置部としての細径部25と、所定の角度で細径部25に連続して設けられる傾斜部26と、傾斜部26に連続して設けられ、細径部25の長手方向と略平行な部分を含む断面円形の直胴部27とを有する。ルツボ20の直胴部27は、上面視において略円形状であり、一例として、直径160mm、長さ300mmの略円筒形に形成される。また、ルツボ20は、熱分解窒化ホウ素(Pyrolytic Boron Nitride:pBN)から形成される。なお、ルツボ20は石英から形成することもできる。   The crucible 20 has a narrow diameter portion 25 as a seed crystal arrangement portion that accommodates the seed crystal 30 of the compound semiconductor crystal, an inclined portion 26 that is provided continuously to the narrow diameter portion 25 at a predetermined angle, and a continuous to the inclined portion 26. And a straight body portion 27 having a circular cross section including a portion substantially parallel to the longitudinal direction of the small-diameter portion 25. The straight body portion 27 of the crucible 20 has a substantially circular shape in a top view, and is formed in a substantially cylindrical shape having a diameter of 160 mm and a length of 300 mm as an example. The crucible 20 is made of pyrolytic boron nitride (pBN). The crucible 20 can also be formed from quartz.

すなわち、ルツボ20は細径部25を底部に有すると共に、略円筒形状の直胴部27の端部にルツボ20の内部を露出するルツボ開口部22を有する。ルツボ20は、細径部25に種結晶30を収容すると共に、ルツボ開口部22から導入された化合物半導体結晶の原料とp型用又はn型用の所定のドーパントとを所定量ずつ収容する。また、ルツボ20は、B等の液体封止材40を更に収容する。なお、化合物半導体結晶の原料は、成長する化合物半導体の多結晶である。 That is, the crucible 20 has a narrow diameter portion 25 at the bottom and a crucible opening 22 that exposes the inside of the crucible 20 at the end of the substantially cylindrical straight barrel portion 27. The crucible 20 accommodates the seed crystal 30 in the small diameter portion 25 and also accommodates a predetermined amount of the compound semiconductor crystal material introduced from the crucible opening 22 and a predetermined dopant for p-type or n-type. The crucible 20 further accommodates a liquid sealing material 40 such as B 2 O 3 . The raw material of the compound semiconductor crystal is a growing compound semiconductor polycrystal.

ルツボ20内では、所定の温度で融解した化合物半導体の原料の融液34が細径部25の種結晶30と接触して単結晶が生成する。そして、生成した単結晶は、ルツボ20内において、種結晶30の側から結晶成長炉1の上方に向かって、成長結晶32として徐々に成長していく。   In the crucible 20, the compound semiconductor raw material melt 34 melted at a predetermined temperature comes into contact with the seed crystal 30 of the small diameter portion 25 to form a single crystal. The generated single crystal gradually grows as a growth crystal 32 in the crucible 20 from the seed crystal 30 side to the upper side of the crystal growth furnace 1.

サセプタ50はグラファイトから形成され、ルツボ20を保持して収容する。また、サセプタ支持部材55は、結晶成長炉1内で昇降及び回転が自在にできるように設けられる。そして、サセプタ支持部材55の上にサセプタ50が搭載されて保持される。この場合に、サセプタ50の下方のサセプタ下部52がサセプタ支持部材55に接触して、サセプタ支持部材55の上にサセプタ50が搭載される。これにより、ルツボ20内の温度分布を緩やか、かつ、一定に保つことを目的として、結晶成長中にルツボ20を回転させることができる。   The susceptor 50 is made of graphite and holds and accommodates the crucible 20. The susceptor support member 55 is provided so that it can be moved up and down and rotated freely in the crystal growth furnace 1. The susceptor 50 is mounted and held on the susceptor support member 55. In this case, the susceptor lower part 52 below the susceptor 50 comes into contact with the susceptor support member 55, and the susceptor 50 is mounted on the susceptor support member 55. Thereby, the crucible 20 can be rotated during crystal growth for the purpose of keeping the temperature distribution in the crucible 20 gentle and constant.

複数の外周加熱ヒータ12はそれぞれ、結晶成長炉1の上部から下部へ向かう方向に沿って配置される。この場合に、複数の外周加熱ヒータ12は、サセプタ50の周囲を囲むように結晶成長炉1の内部の所定の高さの位置にそれぞれ配置される。具体的には、外周加熱ヒータ12aと、外周加熱ヒータ12aの下に配置される外周加熱ヒータ12bと、外周加熱ヒータ12bの下に配置される外周加熱ヒータ12cと、外周加熱ヒータ12cの下に配置される外周加熱ヒータ12dとが、結晶成長炉1の上部から下部へ向かう方向に沿って配置される。   Each of the plurality of outer peripheral heaters 12 is disposed along a direction from the upper part to the lower part of the crystal growth furnace 1. In this case, the plurality of outer peripheral heaters 12 are respectively arranged at predetermined height positions inside the crystal growth furnace 1 so as to surround the periphery of the susceptor 50. Specifically, the outer peripheral heater 12a, the outer peripheral heater 12b disposed under the outer peripheral heater 12a, the outer peripheral heater 12c disposed under the outer peripheral heater 12b, and the outer heater 12c. The outer peripheral heater 12d is arranged along the direction from the upper part to the lower part of the crystal growth furnace 1.

そして、複数の外周加熱ヒータ12の設定温度は、結晶成長炉1の上部から下部へ向かう方向に沿って順次、低下するように設定される。すなわち、外周加熱ヒータ12aの設定温度>外周加熱ヒータ12bの設定温度>外周加熱ヒータ12cの設定温度>外周加熱ヒータ12dの設定温度、となるように複数の外周加熱ヒータ12の設定温度が設定される。   The set temperatures of the plurality of outer peripheral heaters 12 are set so as to decrease sequentially along the direction from the top to the bottom of the crystal growth furnace 1. That is, the set temperatures of the plurality of outer heaters 12 are set so that the set temperature of the outer heater 12a> the set temperature of the outer heater 12b> the set temperature of the outer heater 12c> the set temperature of the outer heater 12d. The

上部加熱ヒータ10は、ルツボ開口部22の上方に配置される。すなわち、上部加熱ヒータ10は、種結晶30が収容される細径部25よりもルツボ開口部22の近くに配置される。そして、上部加熱ヒータ10は、ルツボ20内の融液34を、サセプタ上部51及びルツボ開口部22の側から加熱する。すなわち、上部加熱ヒータ10は、ルツボ20の側面を加熱せずに、端面を加熱する。なお、上部加熱ヒータ10は、発熱面を有しており、当該発熱面が、ルツボ20の長手方向に略垂直に配置される。換言すると、当該発熱面が、ルツボ20が収容する融液34の液面と略水平に配置される。   The upper heater 10 is disposed above the crucible opening 22. That is, the upper heater 10 is disposed closer to the crucible opening 22 than the small diameter portion 25 in which the seed crystal 30 is accommodated. The upper heater 10 heats the melt 34 in the crucible 20 from the susceptor upper portion 51 and the crucible opening 22 side. That is, the upper heater 10 heats the end face without heating the side face of the crucible 20. The upper heater 10 has a heat generating surface, and the heat generating surface is disposed substantially perpendicular to the longitudinal direction of the crucible 20. In other words, the heat generating surface is arranged substantially horizontally with the liquid surface of the melt 34 accommodated in the crucible 20.

上部加熱ヒータ10は、融液34を加熱する熱を融液34の上方から供給することにより、ルツボ20の上方から下方への一方向に熱流が流れるようにする。すなわち、ルツボ20内の融液34を通過する熱流が、ルツボ開口部22側から種結晶30の側に向かって略直線となるように、上部加熱ヒータ10は、所定の熱量の熱を融液34の上方から供給する。   The upper heater 10 supplies heat for heating the melt 34 from above the melt 34 so that the heat flow flows in one direction from above to below the crucible 20. That is, the upper heater 10 melts a predetermined amount of heat into the melt so that the heat flow passing through the melt 34 in the crucible 20 becomes a substantially straight line from the crucible opening 22 side toward the seed crystal 30 side. 34 is supplied from above.

また、上部加熱ヒータ10の設定温度は、複数の外周加熱ヒータ12のいずれの設定温度よりも高く設定される。なお、上部加熱ヒータ10は、ルツボ開口部22の上方に配置される限り、その形状及び大きさ、並びに外周加熱ヒータ12に対する位置は問わない。なお、結晶成長炉1は、サセプタ下部52の側からルツボ20を加熱する下部加熱ヒータを更に備えて形成することもできる。下部加熱ヒータは、その加熱面が、ルツボ20内の融液34の液面と略平行となるようにチャンバー70内に配置される。   The set temperature of the upper heater 10 is set higher than any set temperature of the plurality of outer peripheral heaters 12. In addition, as long as the upper heater 10 is arrange | positioned above the crucible opening part 22, the shape and magnitude | size and the position with respect to the outer periphery heater 12 are not ask | required. The crystal growth furnace 1 can also be formed by further including a lower heater for heating the crucible 20 from the susceptor lower part 52 side. The lower heater is disposed in the chamber 70 so that the heating surface thereof is substantially parallel to the liquid surface of the melt 34 in the crucible 20.

上部加熱ヒータ10、下部加熱ヒータ、及び複数の外周加熱ヒータ12はそれぞれ、一例として、炭化ケイ素(SiC)等の材料から形成される抵抗加熱ヒータで構成される。なお、上部加熱ヒータ10、下部加熱ヒータ、及び複数の外周加熱ヒータ12はそれぞれ、カーボンヒータ、赤外線加熱ヒータ、RFコイルで加熱した発熱体を2次ヒータとして用いるヒータ等で構成することもできる。   Each of the upper heater 10, the lower heater, and the plurality of outer peripheral heaters 12 is configured as a resistance heater formed of a material such as silicon carbide (SiC), for example. The upper heater 10, the lower heater, and the plurality of outer heaters 12 can each be constituted by a carbon heater, an infrared heater, a heater that uses a heating element heated by an RF coil as a secondary heater, or the like.

断熱材60は、複数の外周加熱ヒータ12及び上部加熱ヒータ10の外側を包囲して設けられる。断熱材60を設けることにより、複数の外周加熱ヒータ12及び上部加熱ヒータ10が発した熱を、ルツボ20に効率的に伝熱させることができる。一方、断熱材62は、一の外周加熱ヒータ12と他の外周加熱ヒータ12との間で所定の温度差を確保するために、一の外周加熱ヒータ12と他の外周加熱ヒータ12との間に配置される。   The heat insulating material 60 is provided so as to surround the outer sides of the plurality of outer peripheral heaters 12 and the upper heater 10. By providing the heat insulating material 60, the heat generated by the plurality of outer peripheral heaters 12 and the upper heater 10 can be efficiently transferred to the crucible 20. On the other hand, the heat insulating material 62 is provided between one outer peripheral heater 12 and another outer heater 12 in order to ensure a predetermined temperature difference between the outer peripheral heater 12 and the other outer heater 12. Placed in.

チャンバー70は、ルツボ20と、ルツボ20を収容するサセプタ50と、サセプタ50を保持するサセプタ支持部材55と、上部加熱ヒータ10及び複数の外周加熱ヒータ12と、断熱材60及び断熱材62とを密閉する。なお、結晶成長炉1は、チャンバー70内の雰囲気を所定のガス雰囲気(例えば、窒素等の不活性雰囲気)に設定する機能と、チャンバー70内の圧力を一定値に保つガス圧制御機能とを有する。   The chamber 70 includes a crucible 20, a susceptor 50 that accommodates the crucible 20, a susceptor support member 55 that holds the susceptor 50, an upper heater 10, a plurality of outer peripheral heaters 12, a heat insulating material 60, and a heat insulating material 62. Seal. The crystal growth furnace 1 has a function for setting the atmosphere in the chamber 70 to a predetermined gas atmosphere (for example, an inert atmosphere such as nitrogen) and a gas pressure control function for maintaining the pressure in the chamber 70 at a constant value. Have.

なお、本実施形態に係る結晶成長炉1においては、GaAsの単結晶だけではなく、他のIII−V族化合物半導体結晶を成長することもできる。例えば、結晶成長炉1を用いて、InP、InAs、GaSb、又はInSb等の化合物半導体の単結晶を成長することができる。また、結晶成長炉1を用いてAlGaAs、InGaAs、又はInGaP等のIII−V族化合物半導体結晶の三元混晶結晶、若しくは、AlGaInP等のIII−V族化合物半導体結晶の四元混晶結晶を成長することもできる。   In the crystal growth furnace 1 according to the present embodiment, not only a GaAs single crystal but also other III-V group compound semiconductor crystals can be grown. For example, a single crystal of a compound semiconductor such as InP, InAs, GaSb, or InSb can be grown using the crystal growth furnace 1. In addition, a ternary mixed crystal of a III-V compound semiconductor crystal such as AlGaAs, InGaAs, or InGaP or a quaternary mixed crystal of a III-V compound semiconductor crystal such as AlGaInP is used by using the crystal growth furnace 1. It can also grow.

また、結晶成長炉1を用いて、ZnSe、CdTe等のII−VI族化合物半導体結晶、又は、Si、Ge等のIV族半導体結晶の成長をすることもできる。更に、結晶成長炉1を用いて、化合物半導体結晶又は半導体結晶ではない材料の結晶である、金属結晶、酸化物結晶、フッ化物結晶の結晶を成長することもできる。   In addition, the crystal growth furnace 1 can be used to grow II-VI group compound semiconductor crystals such as ZnSe and CdTe or IV group semiconductor crystals such as Si and Ge. Further, the crystal growth furnace 1 can be used to grow a metal crystal, an oxide crystal, or a fluoride crystal, which is a crystal of a material that is not a compound semiconductor crystal or a semiconductor crystal.

また、本実施形態においてルツボ20内において成長する化合物半導体の融液34が、大気圧以上の解離圧を有する場合、チャンバー70を圧力容器とすることもできる。チャンバー70を圧力容器とすることにより、化合物半導体の融液34が大気圧以上の解離圧を有する場合であっても、チャンバー70内を解離圧以上の圧力に設定することにより、融液34の蒸発等を防止して化合物半導体の単結晶を成長させることができる。   In the present embodiment, when the compound semiconductor melt 34 grown in the crucible 20 has a dissociation pressure equal to or higher than atmospheric pressure, the chamber 70 may be used as a pressure vessel. By using the chamber 70 as a pressure vessel, even if the compound semiconductor melt 34 has a dissociation pressure equal to or higher than the atmospheric pressure, by setting the inside of the chamber 70 to a pressure equal to or higher than the dissociation pressure, A single crystal of a compound semiconductor can be grown while preventing evaporation and the like.

また、ルツボ20の全体を石英等から形成されたアンプルに封入することもできる。そして、ルツボ20を封入したアンプルを結晶成長炉1内の所定の位置に設置して、化合物半導体の単結晶を成長することもできる。   Further, the entire crucible 20 can be enclosed in an ampoule made of quartz or the like. Then, an ampoule in which the crucible 20 is sealed can be placed at a predetermined position in the crystal growth furnace 1 to grow a compound semiconductor single crystal.

また、本実施形態に係る結晶成長炉1においては、サセプタ支持部材55を徐々に降下させることによりルツボ20内の融液34から単結晶としての成長結晶32を成長させるが、成長結晶32の成長方法はこれに限られない。例えば、サセプタ支持部材55を降下させずに、上部加熱ヒータ10及び複数の外周加熱ヒータ12の設定温度を所定の速度で徐々に低下させて、ルツボ20内の温度を低下させて成長結晶32を成長させてもよい。   In the crystal growth furnace 1 according to the present embodiment, the growth crystal 32 as a single crystal is grown from the melt 34 in the crucible 20 by gradually lowering the susceptor support member 55. The method is not limited to this. For example, without lowering the susceptor support member 55, the set temperature of the upper heater 10 and the plurality of outer peripheral heaters 12 is gradually decreased at a predetermined speed, and the temperature inside the crucible 20 is decreased to grow the grown crystal 32. It may be grown.

更に、本実施形態に係る結晶成長炉1においては、ルツボ20内に収容されている化合物半導体の融液34を種結晶30に接触させた状態で、種結晶30の側からルツボ20の上方に向けて徐々に単結晶を成長させる方法であるVB法やVGF法を用いているが、この方法と類似の半導体結晶の成長方法を結晶成長炉1に適用することができる。   Further, in the crystal growth furnace 1 according to the present embodiment, the compound semiconductor melt 34 accommodated in the crucible 20 is brought into contact with the seed crystal 30 and from above the seed crystal 30 to above the crucible 20. Although a VB method or a VGF method, which is a method for gradually growing a single crystal toward the target, is used, a semiconductor crystal growth method similar to this method can be applied to the crystal growth furnace 1.

例えば、結晶成長炉1に、半導体の融液を収容する容器が水平に設置され、容器の一端に種結晶が配置された状態で、融液の凝固が水平方向に進行する横型ボート法を適用することができる。また、結晶成長炉1に、半導体の融液を収容する容器が垂直に設置され、容器の上端に種結晶が配置された状態で、融液の凝固が上方から下方に進行するKyropulos法を適用することができる。   For example, a horizontal boat method in which solidification of the melt proceeds in a horizontal direction in a state where a container for storing a semiconductor melt is horizontally installed in the crystal growth furnace 1 and a seed crystal is disposed at one end of the container is applied. can do. In addition, the crystal growth furnace 1 is applied with the Kyropulos method in which the solidification of the melt proceeds from the top to the bottom while the container for containing the semiconductor melt is installed vertically and the seed crystal is disposed at the upper end of the container. can do.

また、結晶成長炉1に、加熱ヒータを有する炉体をルツボ20に対して移動させて結晶成長を行う炉体移動法(Traveling Furnace法:TF法)を適用することもできる。   Further, a furnace body moving method (Traveling Furnace method: TF method) in which a furnace body having a heater is moved with respect to the crucible 20 to perform crystal growth can be applied to the crystal growth furnace 1.

また、本実施形態に係る結晶成長炉1においては、上部加熱ヒータ10があれば複数の外周加熱ヒータ12は必須ではないが、ルツボ20内で加熱すべき融液34が所定量より多い場合や、ルツボ20内の上下方向における温度勾配が所定の温度勾配より大きくなる場合には、上部加熱ヒータ10と複数の外周加熱ヒータ12とを組み合わせて結晶成長炉1を構成することが好ましい。   Further, in the crystal growth furnace 1 according to the present embodiment, the plurality of outer peripheral heaters 12 are not essential if the upper heater 10 is provided, but when the melt 34 to be heated in the crucible 20 is larger than a predetermined amount, When the temperature gradient in the vertical direction in the crucible 20 becomes larger than a predetermined temperature gradient, it is preferable to configure the crystal growth furnace 1 by combining the upper heater 10 and the plurality of outer peripheral heaters 12.

図2は、比較例に係る結晶成長炉の断面の概要を示す。   FIG. 2 shows an outline of a cross section of a crystal growth furnace according to a comparative example.

比較例に係る結晶成長炉2は、本発明の第1の実施の形態に係る結晶成長炉1から上部加熱ヒータ10を取り除いた点を除き、結晶成長炉1と略同一の構成を備えるので、詳細な説明は省略する。   The crystal growth furnace 2 according to the comparative example has substantially the same configuration as the crystal growth furnace 1 except that the upper heater 10 is removed from the crystal growth furnace 1 according to the first embodiment of the present invention. Detailed description is omitted.

図3は、比較例に係る結晶成長炉内における模式的な温度分布を示す。   FIG. 3 shows a schematic temperature distribution in the crystal growth furnace according to the comparative example.

比較例に係る結晶成長炉2においては、ルツボ20を加熱する手段として複数の外周加熱ヒータ12だけが設置されている。したがって、ルツボ20は、ルツボ側面24側からだけ加熱される。そのため、ルツボ20内部では、外周加熱ヒータ12に近い側から、A−A線で示す結晶成長炉2の中心線に向かうにつれて温度が低くなる。   In the crystal growth furnace 2 according to the comparative example, only a plurality of outer peripheral heaters 12 are installed as means for heating the crucible 20. Therefore, the crucible 20 is heated only from the crucible side face 24 side. Therefore, in the crucible 20, the temperature decreases from the side close to the outer peripheral heater 12 toward the center line of the crystal growth furnace 2 indicated by the AA line.

例えば、結晶成長炉2の外周加熱ヒータ12aに最も近い等温線90cから、等温線90cよりもルツボ20に近い位置の等温線90b、等温線90bよりもルツボ20に近い位置の等温線90aに移るにつれて温度が低下する。これにより、ルツボ20内の化合物半導体の融液34には、ルツボ20の径方向において温度勾配が生じる。この温度勾配は、ルツボ20の外周からルツボ20の中心に向かって温度が低下する勾配である。   For example, the isothermal line 90c closest to the outer peripheral heater 12a of the crystal growth furnace 2 moves from the isothermal line 90b closer to the crucible 20 than the isothermal line 90c and the isothermal line 90a closer to the crucible 20 than the isothermal line 90b. As the temperature decreases. Thereby, a temperature gradient is generated in the radial direction of the crucible 20 in the melt 34 of the compound semiconductor in the crucible 20. This temperature gradient is a gradient in which the temperature decreases from the outer periphery of the crucible 20 toward the center of the crucible 20.

ここで、化合物半導体の単結晶の成長は種結晶30の上端部から開始する。そして、化合物半導体の融液34がルツボ20の下方から上方に向かって徐々に凝固して、種結晶30と同じ方位を有する単結晶が成長していく。この場合に、結晶成長炉2の上下方向に所定の温度差を設けることを要するので、結晶成長炉2の複数の外周加熱ヒータ12はそれぞれ異なる温度に設定され、結晶成長炉2の上方から下方に向かって多段に設けられる。   Here, the growth of the single crystal of the compound semiconductor starts from the upper end portion of the seed crystal 30. Then, the compound semiconductor melt 34 gradually solidifies from the lower side to the upper side of the crucible 20, and a single crystal having the same orientation as the seed crystal 30 grows. In this case, since it is necessary to provide a predetermined temperature difference in the vertical direction of the crystal growth furnace 2, the plurality of outer peripheral heaters 12 of the crystal growth furnace 2 are set to different temperatures, and the crystal growth furnace 2 is moved downward from above. Is provided in multiple stages.

比較例に係る結晶成長炉2では、複数の外周加熱ヒータ12のそれぞれの設定温度は、外周加熱ヒータ12aの設定温度>外周加熱ヒータ12bの設定温度>外周加熱ヒータ12cの設定温度>外周加熱ヒータ12dの設定温度、となるように設定される。そして、第1の実施の形態に係る結晶成長炉1とは異なり、結晶成長炉2は、上部加熱ヒータ10を備えていない。したがって、一の外周加熱ヒータ12と当該一の外周加熱ヒータ12に隣接して設けられる他の外周加熱ヒータ12との間には、ルツボ20が加熱されない領域が生じる。   In the crystal growth furnace 2 according to the comparative example, the set temperatures of the plurality of outer peripheral heaters 12 are the set temperature of the outer peripheral heater 12a> the set temperature of the outer peripheral heater 12b> the set temperature of the outer peripheral heater 12c> the outer peripheral heater. The temperature is set to 12d. Unlike the crystal growth furnace 1 according to the first embodiment, the crystal growth furnace 2 does not include the upper heater 10. Therefore, a region where the crucible 20 is not heated is formed between the one outer peripheral heater 12 and another outer heater 12 provided adjacent to the one outer heater 12.

そのため、一の外周加熱ヒータ12と当該一の外周加熱ヒータ12に隣接する他の外周加熱ヒータ12との間の加熱されない領域、例えば、等温線90gと等温線90hとの間に位置する領域に対応するルツボ20内の温度は、外周加熱ヒータ12によって加熱されているルツボ20の部分に比べて低い温度となる。これにより、ルツボ20の径方向において生じる温度勾配は結晶成長炉2の上下方向で一定とならない。   For this reason, in a region not heated between one outer peripheral heater 12 and another outer peripheral heater 12 adjacent to the one outer heater 12, for example, in a region located between the isothermal line 90g and the isothermal line 90h. The temperature in the corresponding crucible 20 is lower than that of the portion of the crucible 20 heated by the outer peripheral heater 12. Thereby, the temperature gradient generated in the radial direction of the crucible 20 is not constant in the vertical direction of the crystal growth furnace 2.

したがって、結晶成長炉2では、外周加熱ヒータ12の位置と、ルツボ20が配置される位置との関係によって、ルツボ20内の径方向の温度勾配はルツボ20の上下方向で複雑に変化する。すなわち、ルツボ20の上下方向の各位置において、ルツボ20の中心からルツボ側面24に向かう方向への温度勾配がそれぞれ大きく異なることとなる。更に、結晶成長炉2ではルツボ側面24からルツボ20内に熱が伝熱するので、ルツボ20内の融液34から成長結晶32に流れる熱流は、ルツボ側面24からルツボ20の中心に向かって徐々にルツボ20の底部に進行方向を曲げながら進行する。   Therefore, in the crystal growth furnace 2, the temperature gradient in the radial direction in the crucible 20 changes in a complicated manner in the vertical direction of the crucible 20 depending on the relationship between the position of the outer peripheral heater 12 and the position where the crucible 20 is disposed. That is, the temperature gradient in the direction from the center of the crucible 20 toward the crucible side surface 24 is greatly different at each position in the vertical direction of the crucible 20. Furthermore, in the crystal growth furnace 2, heat is transferred from the crucible side surface 24 into the crucible 20, so that the heat flow flowing from the melt 34 in the crucible 20 to the growth crystal 32 gradually proceeds from the crucible side surface 24 toward the center of the crucible 20. It proceeds while bending the direction of travel to the bottom of the crucible 20.

このような結晶成長炉2を用いて化合物半導体の結晶成長を実施すると、ルツボ20の径方向の温度勾配が所定の温度勾配よりも大きいルツボ20内の部分では、所定の温度勾配よりも小さい部分で成長させた結晶よりも結晶の転位密度が大きい結晶が成長する。また、ルツボ20内で成長する結晶中での温度分布が結晶の成長位置によって変化するので、成長した結晶内部に発生する転位の密度に成長結晶32の長手方向に沿ってばらつきが生じる。   When crystal growth of a compound semiconductor is performed using such a crystal growth furnace 2, a portion in the crucible 20 in which the temperature gradient in the radial direction of the crucible 20 is larger than the predetermined temperature gradient is a portion smaller than the predetermined temperature gradient. A crystal having a crystal dislocation density larger than that of the crystal grown in step 1 grows. Further, since the temperature distribution in the crystal growing in the crucible 20 changes depending on the growth position of the crystal, the density of dislocations generated in the grown crystal varies along the longitudinal direction of the grown crystal 32.

したがって、結晶内に発生する転位以外の結晶の特性、例えば、結晶内に存在する転位に応じて決定される結晶の電気的特性の分布及び結晶の光学特性の分布についてもばらつきが生じる。更に、結晶の成長界面近傍の温度勾配が結晶成長の進行に応じて変化するので、結晶成長の速度を一様に保つことが困難であり、結晶成長の進行が不安定となる。その結果、結晶成長炉2で化合物半導体を成長させた場合、双晶又は多結晶が発生する確率が高まることとなる。   Therefore, there are variations in the crystal characteristics other than the dislocations generated in the crystal, for example, the distribution of the electrical characteristics of the crystal and the distribution of the optical characteristics of the crystal determined according to the dislocations existing in the crystal. Furthermore, since the temperature gradient in the vicinity of the crystal growth interface changes with the progress of crystal growth, it is difficult to keep the rate of crystal growth uniform, and the progress of crystal growth becomes unstable. As a result, when a compound semiconductor is grown in the crystal growth furnace 2, the probability that twins or polycrystals are generated increases.

なお、図3に示す複数の等温線90の形状は、説明の簡略化のために模式的な形状で示している。すなわち、複数の外周加熱ヒータ12、複数の断熱材60及び断熱材62、化合物半導体の融液34、成長した結晶、ルツボ20、サセプタ50、雰囲気ガス等のそれぞれを形成する材料に固有の熱伝導率、伝達率、輻射率等の影響を考慮していない模式的な等温線90として示している。   In addition, the shape of the several isotherm 90 shown in FIG. 3 is shown with the typical shape for the simplification of description. That is, the heat conduction inherent to the materials forming each of the plurality of outer peripheral heaters 12, the plurality of heat insulating materials 60 and 62, the compound semiconductor melt 34, the grown crystal, the crucible 20, the susceptor 50, the atmospheric gas, and the like. It is shown as a schematic isotherm 90 that does not consider the influence of rate, transmission rate, radiation rate, and the like.

図4は、本発明の第1の実施の形態に係る結晶成長炉内における模式的な温度分布を示す。   FIG. 4 shows a schematic temperature distribution in the crystal growth furnace according to the first embodiment of the present invention.

第1の実施の形態に係る結晶成長炉1においては、ルツボ20の上方に上部加熱ヒータ10を備える。特に、上部加熱ヒータ10の温度を外周加熱ヒータ12の温度よりも高く保つことにより、ルツボ側面24から伝熱する外周加熱ヒータ12の熱の影響が相対的に低減して、比較例に係る結晶成長炉2の場合に比べてルツボ20内の径方向の温度勾配を緩やかにすることができる。例えば、図4に示した等温線90i及び等温線90jのように、ルツボ20の径方向に沿った方向での温度勾配は、比較例に係る結晶成長炉2の場合に比べると急激に変化する部分をなくすことができる。   In the crystal growth furnace 1 according to the first embodiment, the upper heater 10 is provided above the crucible 20. In particular, by keeping the temperature of the upper heater 10 higher than the temperature of the outer heater 12, the influence of the heat of the outer heater 12 transferred from the crucible side surface 24 is relatively reduced, and the crystal according to the comparative example Compared with the growth furnace 2, the radial temperature gradient in the crucible 20 can be made gentler. For example, as in the isotherm 90i and the isotherm 90j shown in FIG. 4, the temperature gradient in the direction along the radial direction of the crucible 20 changes more rapidly than in the case of the crystal growth furnace 2 according to the comparative example. The part can be eliminated.

すなわち、第1の実施の形態に係る結晶成長炉1においては、ルツボ20の上方に上部加熱ヒータ10を備えることにより、ルツボ20内の径方向の温度勾配を所定値以下に維持することができる。そして、ルツボ20内の径方向の温度勾配を所定値以下に維持したまま、結晶成長炉1は、ルツボ20内において結晶の成長を進行させることができる。これにより、融液34及び成長結晶32内の等温面が略平坦に維持される。また、上部加熱ヒータ10を備えることにより、融液34及び成長結晶32内の等温面を、成長結晶32と融液34との固液界面形状と略平行となるように制御することができる。すなわち、融液34及び成長結晶32内には、結晶成長の進行中において、結晶が成長する方向に沿った方向において、温度分布に変曲点が存在しないこととなる。   That is, in the crystal growth furnace 1 according to the first embodiment, by providing the upper heater 10 above the crucible 20, the radial temperature gradient in the crucible 20 can be maintained at a predetermined value or less. . The crystal growth furnace 1 can advance the crystal growth in the crucible 20 while maintaining the temperature gradient in the radial direction in the crucible 20 at a predetermined value or less. Thereby, the isothermal surfaces in the melt 34 and the growth crystal 32 are maintained substantially flat. Further, by providing the upper heater 10, it is possible to control the isothermal surfaces in the melt 34 and the growth crystal 32 so as to be substantially parallel to the solid-liquid interface shape between the growth crystal 32 and the melt 34. That is, in the melt 34 and the growth crystal 32, there is no inflection point in the temperature distribution in the direction along the crystal growth direction during the progress of crystal growth.

また、第1の実施の形態に係る結晶成長炉1においても、比較例に係る結晶成長炉2と同様に、外周加熱ヒータ12aの設定温度>外周加熱ヒータ12bの設定温度>外周加熱ヒータ12cの設定温度>外周加熱ヒータ12dの設定温度、と設定される。しかし、比較例に係る結晶成長炉2とは異なり、結晶成長炉1は、上部加熱ヒータ10を備える。   Also in the crystal growth furnace 1 according to the first embodiment, similarly to the crystal growth furnace 2 according to the comparative example, the set temperature of the peripheral heater 12a> the set temperature of the peripheral heater 12b> the set of the peripheral heater 12c. Set temperature> set temperature of outer peripheral heater 12d. However, unlike the crystal growth furnace 2 according to the comparative example, the crystal growth furnace 1 includes an upper heater 10.

結晶成長炉1では、上部加熱ヒータ10を備えることによりルツボ20の上部からルツボ20内を加熱することができる。これにより、一の外周加熱ヒータ12と当該一の外周加熱ヒータ12に隣接して設けられる他の外周加熱ヒータ12との間のルツボ20が加熱されない領域は上部加熱ヒータ10からの熱により加熱されることとなる。よって、ルツボ20の上下方向のそれぞれの位置において、ルツボ20の径方向の温度勾配のばらつきを、上部加熱ヒータ10がない場合に比べて小さくすることができる。   In the crystal growth furnace 1, the inside of the crucible 20 can be heated from the upper part of the crucible 20 by providing the upper heater 10. Thereby, the region where the crucible 20 between the one outer peripheral heater 12 and the other outer heater 12 provided adjacent to the one outer heater 12 is not heated is heated by the heat from the upper heater 10. The Rukoto. Therefore, the variation in the temperature gradient in the radial direction of the crucible 20 at each position in the vertical direction of the crucible 20 can be reduced as compared with the case where the upper heater 10 is not provided.

そして、ルツボ20内においてルツボ20の上下方向のいずれの位置においても、複数の等温線90のそれぞれは、略平行となる。例えば、等温線90iと、等温線90iより下側の等温線90jと、等温線90jより下側の等温線90kと、等温線90kより下側の等温線90lとはそれぞれ、互いに略平行となる。なお、成長結晶32と融液34との界面の移動速度を略一定として結晶成長は実施される。   In each of the crucibles 20, each of the plurality of isotherms 90 is substantially parallel at any position in the vertical direction of the crucible 20. For example, the isotherm 90i, the isotherm 90j below the isotherm 90i, the isotherm 90k below the isotherm 90j, and the isotherm 90l below the isotherm 90k are substantially parallel to each other. . The crystal growth is performed with the moving speed of the interface between the growth crystal 32 and the melt 34 being substantially constant.

このような結晶成長炉1を用いて化合物半導体の結晶成長を実施すると、ルツボ20の径方向の温度勾配が比較例に係る結晶成長炉2に比べて小さくなるので、成長する結晶内で発生する転位は、結晶成長炉2で成長した結晶に比べて低減する。また、ルツボ20内で結晶成長中の温度勾配が結晶成長位置によらず安定化するので、成長した結晶内部に発生する転位の密度のばらつきが低減する。   When crystal growth of a compound semiconductor is carried out using such a crystal growth furnace 1, the temperature gradient in the radial direction of the crucible 20 becomes smaller than that of the crystal growth furnace 2 according to the comparative example, and thus occurs in the growing crystal. Dislocations are reduced compared to crystals grown in the crystal growth furnace 2. In addition, since the temperature gradient during crystal growth in the crucible 20 is stabilized regardless of the crystal growth position, variation in the density of dislocations generated in the grown crystal is reduced.

したがって、結晶内に発生する転位以外の結晶の特性、例えば、結晶内に存在する転位に応じて決定される結晶の電気的特性の分布及び結晶の光学特性の分布についてもばらつきが低減する。また、結晶内に存在する転位密度のばらつきの低減により、成長した結晶の機械的特性のばらつきも低減する。更に、結晶の成長界面近傍の温度勾配を、結晶成長の進行中に略一定に保つことができるので、結晶成長の進行が安定化する。その結果、結晶成長炉1で化合物半導体を成長させた場合、双晶又は多結晶の発生を抑制できる。   Therefore, variations in crystal characteristics other than the dislocations generated in the crystal, for example, the distribution of the electrical characteristics of the crystal and the distribution of the optical characteristics of the crystal determined according to the dislocations existing in the crystal are reduced. In addition, the variation in the dislocation density existing in the crystal reduces the variation in the mechanical characteristics of the grown crystal. Furthermore, since the temperature gradient in the vicinity of the crystal growth interface can be kept substantially constant during the progress of crystal growth, the progress of crystal growth is stabilized. As a result, when a compound semiconductor is grown in the crystal growth furnace 1, the generation of twins or polycrystals can be suppressed.

(第1の実施の形態の効果)
本発明の第1の実施の形態に係る結晶成長炉1によれば、結晶成長中のルツボ20内の径方向の温度勾配を緩やかにすることができるので、成長結晶32内の転位等の欠陥の発生密度を低減することができる。そして、成長結晶32内の欠陥の発生密度を低減することができるので、結晶成長炉1を用いて成長した半導体結晶においては、成長した半導体結晶から形成される半導体基板内での電気的特性、光学的特性、及び機械的特性等について面内での均一性が向上する。
(Effects of the first embodiment)
According to the crystal growth furnace 1 according to the first embodiment of the present invention, since the temperature gradient in the radial direction in the crucible 20 during crystal growth can be moderated, defects such as dislocations in the grown crystal 32 can be obtained. The generation density of can be reduced. Since the generation density of defects in the grown crystal 32 can be reduced, in the semiconductor crystal grown using the crystal growth furnace 1, the electrical characteristics in the semiconductor substrate formed from the grown semiconductor crystal, In-plane uniformity is improved with respect to optical characteristics and mechanical characteristics.

また、第1の実施の形態に係る結晶成長炉1によれば、ルツボ20の上方から下方への熱流を実現できると共に、ルツボ20の径方向の温度勾配を緩やかにすることができるので、結晶成長中に成長結晶32が受ける熱履歴を、成長結晶32の部分によらず略一定にすることができる。これにより、成長結晶32をスライスして形成される複数の半導体基板間での欠陥密度、電気的特性、光学的特性、及び機械的特性等のばらつきが低減する。   Further, according to the crystal growth furnace 1 according to the first embodiment, the heat flow from the upper side to the lower side of the crucible 20 can be realized, and the temperature gradient in the radial direction of the crucible 20 can be moderated. The thermal history received by the growth crystal 32 during growth can be made substantially constant regardless of the portion of the growth crystal 32. This reduces variations in defect density, electrical characteristics, optical characteristics, mechanical characteristics, and the like among a plurality of semiconductor substrates formed by slicing the grown crystal 32.

また、第1の実施の形態に係る結晶成長炉1によれば、結晶成長中の成長界面の近傍の温度勾配を略一定に保持することができるので、融液34内における急激な温度変化を抑制でき、結晶成長の工程が安定化する。したがって、成長結晶32中に双晶及び多結晶が発生する確率を低減できる。   Further, according to the crystal growth furnace 1 according to the first embodiment, since the temperature gradient in the vicinity of the growth interface during crystal growth can be kept substantially constant, a rapid temperature change in the melt 34 can be caused. The crystal growth process is stabilized. Therefore, the probability that twins and polycrystals are generated in the grown crystal 32 can be reduced.

また、第1の実施の形態に係る結晶成長炉1によれば、ルツボ20の上方から下方への熱流を実現できるので、成長する結晶の長手方向について結晶成長に伴う温度環境の変化を小さくでき、結晶成長で生じた成長結晶32の内部に加わる熱応力が低減する。これにより、長尺の結晶成長を実施する場合であっても、成長結晶32中に生じる転位等の欠陥の発生が抑制されるので、成長した半導体結晶から形成される半導体基板内での電気的特性、光学的特性、及び機械的特性等について面内での均一性が向上する。   Further, according to the crystal growth furnace 1 according to the first embodiment, the heat flow from the upper side to the lower side of the crucible 20 can be realized, so that the change in the temperature environment accompanying the crystal growth can be reduced in the longitudinal direction of the growing crystal. The thermal stress applied to the inside of the grown crystal 32 generated by the crystal growth is reduced. Thereby, even when long crystal growth is performed, the occurrence of defects such as dislocations occurring in the grown crystal 32 is suppressed, so that the electrical in the semiconductor substrate formed from the grown semiconductor crystal is suppressed. In-plane uniformity is improved with respect to characteristics, optical characteristics, mechanical characteristics, and the like.

また、第1の実施の形態に係る結晶成長炉1によれば、結晶成長中のルツボ20内の径方向の温度勾配を緩やかにすることができるので、ルツボ20の径が大口径であるほどより顕著に成長した半導体結晶から形成される半導体基板内での電気的特性、光学的特性、及び機械的特性等について面内での均一性が向上する。   Further, according to the crystal growth furnace 1 according to the first embodiment, the radial temperature gradient in the crucible 20 during crystal growth can be made gentle, so that the diameter of the crucible 20 is larger. In-plane uniformity is improved with respect to electrical characteristics, optical characteristics, mechanical characteristics, and the like in a semiconductor substrate formed from a semiconductor crystal grown more significantly.

[第2の実施の形態]
図5は、本発明の第2の実施の形態に係る結晶成長炉の断面の概要を示す。
[Second Embodiment]
FIG. 5 shows an outline of a cross section of a crystal growth furnace according to the second embodiment of the present invention.

第2の実施の形態に係る結晶成長炉3は、第1の実施の形態に係る結晶成長炉1とは、上部加熱ヒータ11に挟まれて配置される熱伝導部材15がある点を除き、略同一の構成を備えるので、相違点を除き詳細な説明は省略する。   The crystal growth furnace 3 according to the second embodiment is different from the crystal growth furnace 1 according to the first embodiment except that there is a heat conduction member 15 disposed between the upper heaters 11. Since the configuration is substantially the same, detailed description is omitted except for differences.

第2の実施の形態に係る結晶成長炉3は、ルツボ20の外周の上方に上部加熱ヒータ11を備える。一例として、上面視にて少なくともルツボ開口部22が覆われる配置となるように、結晶成長炉3は、上部加熱ヒータ11を備える。そして、結晶成長炉3は、上部加熱ヒータ11に挟まれた位置であってルツボ開口部22の上方に、上部加熱ヒータ11が発した熱を上部加熱ヒータ11から受け取って外部に放射する熱伝導部材15を備える。熱伝導部材15は、一例として、窒化アルミニウム(AlN)から形成することができる。   The crystal growth furnace 3 according to the second embodiment includes an upper heater 11 above the outer periphery of the crucible 20. As an example, the crystal growth furnace 3 includes the upper heater 11 so that at least the crucible opening 22 is covered when viewed from above. The crystal growth furnace 3 is located between the upper heaters 11 and above the crucible opening 22 and receives heat generated by the upper heater 11 from the upper heater 11 and radiates the heat to the outside. A member 15 is provided. As an example, the heat conducting member 15 can be formed of aluminum nitride (AlN).

(第2の実施の形態の効果)
第2の実施の形態に係る結晶成長炉3によれば、ルツボ20の上方へ上部加熱ヒータ11を直接に配置することが困難である場合であっても、熱伝導部材15が上部加熱ヒータ11からの熱をルツボ開口部22の側へ放熱するいわゆる2次ヒータとして機能するので、ルツボ20内の融液34を上方から間接的に加熱することができる。これにより、第1の実施の形態に係る結晶成長炉1と同様の効果が得られる。
(Effect of the second embodiment)
According to the crystal growth furnace 3 according to the second embodiment, even when it is difficult to place the upper heater 11 directly above the crucible 20, the heat conducting member 15 is used as the upper heater 11. Since it functions as a so-called secondary heater that dissipates heat from the crucible opening 22 side, the melt 34 in the crucible 20 can be indirectly heated from above. Thereby, the same effect as the crystal growth furnace 1 according to the first embodiment can be obtained.

(変形例)
本発明の第1の実施の形態及び第2の実施の形態に係る結晶成長炉1及び結晶成長炉3は、ルツボ20内の化合物半導体の原料の融液34の揮発及び蒸発を防止することを目的として、ルツボ開口部22を塞ぐ蓋を更に有していてもよい。なお、ルツボ20内の融液34に上部加熱ヒータ10からの熱を効率よく伝熱させることを目的として、熱伝導率が高い材料からルツボ開口部22を塞ぐ蓋を形成することが好ましい。一例として、当該蓋はAlNから形成することができる。
(Modification)
The crystal growth furnace 1 and the crystal growth furnace 3 according to the first embodiment and the second embodiment of the present invention prevent volatilization and evaporation of the melt 34 of the raw material of the compound semiconductor in the crucible 20. For the purpose, a lid for closing the crucible opening 22 may be further provided. For the purpose of efficiently transferring heat from the upper heater 10 to the melt 34 in the crucible 20, it is preferable to form a lid that closes the crucible opening 22 from a material having high thermal conductivity. As an example, the lid can be made of AlN.

また、ルツボ開口部22の上方からルツボ20内の融液34を加熱する上部加熱ヒータ10を備え、上部加熱ヒータの温度が外周加熱ヒータよりも高い温度である限り、本発明に係る結晶成長炉はいずれの位置に他の加熱ヒータを備えていてもよい。一例として、ルツボ20の下方に加熱ヒータを備え、ルツボ20の上下方向の温度勾配を制御可能にした結晶成長炉を構成することもできる。   Further, the crystal growth furnace according to the present invention is provided as long as the upper heater 10 is provided to heat the melt 34 in the crucible 20 from above the crucible opening 22 and the temperature of the upper heater is higher than that of the outer heater. May have another heater at any position. As an example, a crystal growth furnace may be configured in which a heater is provided below the crucible 20 so that the temperature gradient in the vertical direction of the crucible 20 can be controlled.

また、ルツボ20内での化合物半導体の結晶の成長条件を安定化させ、単結晶の成長の再現性を向上させることを目的として、ルツボ20の細径部25側に冷却手段を組み合わせた結晶成長炉を構成することもできる。   Further, for the purpose of stabilizing the growth conditions of the crystal of the compound semiconductor in the crucible 20 and improving the reproducibility of the growth of the single crystal, the crystal growth is combined with the cooling means on the small diameter portion 25 side of the crucible 20. A furnace can also be constructed.

なお、加熱される物体である被加熱物中の温度勾配は、被加熱物の大きさが小さいほど緩やかになる。したがって、ルツボ20内で成長する化合物半導体の結晶の大きさが小さいと、結晶成長炉1又は結晶成長炉3が上部加熱ヒータ10を備えていない場合であっても被加熱物中の温度勾配は緩やかである。一例として、直径が2インチから3インチであり、直胴部分の長さが100mmから150mm程度のGaAsの結晶を成長させる場合には、成長する結晶中に発生する転位のばらつきが問題となるほどの温度勾配は、ルツボ20内の径方向においては生じない場合がある。   Note that the temperature gradient in the object to be heated, which is an object to be heated, becomes gentler as the size of the object to be heated is smaller. Therefore, if the size of the compound semiconductor crystal grown in the crucible 20 is small, even if the crystal growth furnace 1 or the crystal growth furnace 3 does not include the upper heater 10, the temperature gradient in the object to be heated is It is moderate. As an example, when growing a GaAs crystal having a diameter of 2 inches to 3 inches and a length of the straight body portion of about 100 mm to 150 mm, variation of dislocations generated in the growing crystal becomes a problem. The temperature gradient may not occur in the radial direction in the crucible 20.

一方、直径が4インチから6インチであり、直胴部分の長さが200mm以上のGaAs等の結晶を成長させる場合には、結晶成長炉1又は結晶成長炉3が上部加熱ヒータ10を備えていないと、成長する結晶中に発生する転位のばらつきが問題となる温度勾配がルツボ20内の径方向において生じ得る。   On the other hand, when growing a crystal such as GaAs having a diameter of 4 to 6 inches and a length of the straight body portion of 200 mm or more, the crystal growth furnace 1 or the crystal growth furnace 3 includes the upper heater 10. Otherwise, a temperature gradient in which variation of dislocations generated in the growing crystal becomes a problem may occur in the radial direction in the crucible 20.

したがって、第1及び第2の実施形態に係る結晶成長炉1及び結晶成長炉3は、一例として、直径が4インチ以上の大口径であって、直胴部分が200mm以上の長尺の結晶の成長が要求されているIII−V族化合物半導体結晶、特にGaAs又はInPの結晶成長に適用することが効果的である。   Therefore, the crystal growth furnace 1 and the crystal growth furnace 3 according to the first and second embodiments are, for example, long crystals having a large diameter of 4 inches or more and a straight body portion of 200 mm or more. It is effective to apply to the growth of III-V compound semiconductor crystals, especially GaAs or InP, for which growth is required.

図6は、本発明の実施例に係る結晶成長の工程の流れを示す。   FIG. 6 shows a flow of a crystal growth process according to the embodiment of the present invention.

まず、直胴部27の直径160mm、直胴部27の長さ300mmのpBN製のルツボ20の細径部25に、GaAsの種結晶を収容した(S100)。続いて、予め合成した塊状のGaAsの多結晶をルツボ20内に24000g充填した(S105)。次に、ドーパントとしてのSiを7.2gと、液体封止材40としてのBを400g、ルツボ20内に添加した(S110)。 First, a seed crystal of GaAs was accommodated in the narrow diameter portion 25 of the pBN crucible 20 having a diameter of the straight body portion 27 of 160 mm and a length of the straight body portion 27 of 300 mm (S100). Subsequently, 24,000 g of pre-synthesized massive GaAs polycrystal was filled in the crucible 20 (S105). Next, 7.2 g of Si as a dopant and 400 g of B 2 O 3 as a liquid sealing material 40 were added into the crucible 20 (S110).

次に、このルツボ20を、グラファイト製のサセプタ50に収容した(S115)。更に、このサセプタ50を、結晶成長炉1内で昇降が自在であって、回転が自在であるサセプタ支持部材55の上に搭載した(S120)。次に、結晶成長炉1を密閉して、結晶成長炉1内を不活性ガスとしての窒素ガスでガス置換した(S125)。これにより、結晶成長炉1内のガス雰囲気は、窒素ガス雰囲気となった。   Next, the crucible 20 was accommodated in a graphite susceptor 50 (S115). Further, the susceptor 50 is mounted on a susceptor support member 55 that can be moved up and down in the crystal growth furnace 1 and can rotate (S120). Next, the crystal growth furnace 1 was sealed, and the inside of the crystal growth furnace 1 was replaced with nitrogen gas as an inert gas (S125). Thereby, the gas atmosphere in the crystal growth furnace 1 became a nitrogen gas atmosphere.

続いて、ルツボ20の回転を開始した(S130)。ここで、ルツボ20の回転速度は1rpmに設定した。なお、ルツボ20の回転は、サセプタ支持部材55を回転させて行い、結晶成長が終了するまでルツボ20の回転を継続した。そして、上部加熱ヒータ10及び複数の外周加熱ヒータ12のそれぞれに通電して、ルツボ20の加熱を開始した(S135)。ルツボ20の加熱の開始後、所定時間ルツボ20を加熱し続けることにより、ルツボ20内のGaAs多結晶を完全に融解して融液34とした(S140)。   Subsequently, rotation of the crucible 20 was started (S130). Here, the rotational speed of the crucible 20 was set to 1 rpm. The crucible 20 was rotated by rotating the susceptor support member 55, and the rotation of the crucible 20 was continued until crystal growth was completed. Then, the upper heater 10 and the plurality of outer peripheral heaters 12 were energized to start heating the crucible 20 (S135). By continuing to heat the crucible 20 for a predetermined time after the start of the heating of the crucible 20, the GaAs polycrystal in the crucible 20 was completely melted to obtain a melt 34 (S140).

なお、ルツボ20を加熱する工程で、チャンバー70内の雰囲気ガスの体積は膨張する。そこで、チャンバー70内の圧力が0.5MPaを超えないように、チャンバー70内の圧力を制御した。すなわち、本実施例においては、チャンバー70内の圧力が結晶成長中も常に0.5MPaに保持されるように、自動的かつ連続的にチャンバー70内のガス圧を制御した。   Note that the volume of the atmospheric gas in the chamber 70 expands in the process of heating the crucible 20. Therefore, the pressure in the chamber 70 was controlled so that the pressure in the chamber 70 did not exceed 0.5 MPa. That is, in this embodiment, the gas pressure in the chamber 70 was controlled automatically and continuously so that the pressure in the chamber 70 was always maintained at 0.5 MPa even during crystal growth.

ここで、ルツボ20内のGaAs多結晶を融解させる過程において、ルツボ20内に添加されたBは、GaAs多結晶が融解するより早く軟化した。そして、軟化したBは、透明な水飴状になって融液34の表面を覆った。これにより、GaAsの分解によるAsの揮発を抑制できた。 Here, in the process of melting the GaAs polycrystal in the crucible 20, B 2 O 3 added into the crucible 20 softened earlier than the GaAs polycrystal melted. The softened B 2 O 3 turned into a transparent water tank and covered the surface of the melt 34. Thereby, the volatilization of As due to the decomposition of GaAs could be suppressed.

続いて、上部加熱ヒータ10の設定温度を1295℃に設定した(S145)。また、複数の外周加熱ヒータ12の設定温度を、結晶成長炉1の上から下に行くにつれて低下する温度に設定した(S145)。具体的には、複数の外周加熱ヒータ12のうち上部加熱ヒータ10に最も近い位置に配置されている外周加熱ヒータ12aの設定温度を1260℃に設定した。そして、外周加熱ヒータ12aの下に配置されている外周加熱ヒータ12bの設定温度を1240℃に設定した。   Subsequently, the set temperature of the upper heater 10 was set to 1295 ° C. (S145). In addition, the set temperature of the plurality of outer peripheral heaters 12 is set to a temperature that decreases from the top to the bottom of the crystal growth furnace 1 (S145). Specifically, the set temperature of the outer peripheral heater 12 a disposed at the position closest to the upper heater 10 among the plurality of outer peripheral heaters 12 was set to 1260 ° C. And the setting temperature of the outer periphery heater 12b arrange | positioned under the outer periphery heater 12a was set to 1240 degreeC.

更に、外周加熱ヒータ12bの下に配置されている外周加熱ヒータ12cの設定温度を1100℃、外周加熱ヒータ12cの下に配置されている外周加熱ヒータ12dの設定温度を1050℃に設定した(S145)。そして、上部加熱ヒータ10及び複数の外周加熱ヒータ12の温度を設定した後、融液34の温度が安定するまで4時間保持した(S150)。   Further, the set temperature of the outer peripheral heater 12c disposed under the outer peripheral heater 12b is set to 1100 ° C., and the set temperature of the outer peripheral heater 12d disposed under the outer peripheral heater 12c is set to 1050 ° C. (S145). ). And after setting the temperature of the top heater 10 and the some outer periphery heater 12, it hold | maintained for 4 hours until the temperature of the melt 34 became stable (S150).

なお、S150の工程において、上部加熱ヒータ10及び複数の外周加熱ヒータ12の位置に対するルツボ20の位置は、予め結晶成長炉1内に熱電対を挿入して計測した温度分布に基づいて決定した。具体的には、ルツボ20を保持している間に種結晶30が融解して消失することを防止すべく、GaAsの融点である1238℃の等温線が、種結晶30の上端部分にかかるようにルツボ20を配置した。   In step S150, the position of the crucible 20 relative to the positions of the upper heater 10 and the plurality of outer peripheral heaters 12 was determined based on a temperature distribution measured by inserting a thermocouple into the crystal growth furnace 1 in advance. Specifically, in order to prevent the seed crystal 30 from melting and disappearing while holding the crucible 20, a 1238 ° C. isotherm, which is the melting point of GaAs, is applied to the upper end portion of the seed crystal 30. The crucible 20 was placed in

結晶成長炉1内の温度が安定した後、サセプタ支持部材55を1rpmの回転速度で回転させながら4mm/hの速度で降下させて、ルツボ20を結晶成長炉1の下方に降下させた(S155)。そして、約2.5日かけてルツボ20を約240mm降下させたところでルツボ20の降下を停止して、上部加熱ヒータ10及び複数の外周加熱ヒータ12の温度が950℃になるように24時間かけて徐冷した(S160)。   After the temperature in the crystal growth furnace 1 is stabilized, the susceptor support member 55 is lowered at a speed of 4 mm / h while rotating at a rotation speed of 1 rpm, and the crucible 20 is lowered below the crystal growth furnace 1 (S155). ). Then, when the crucible 20 is lowered about 240 mm over about 2.5 days, the lowering of the crucible 20 is stopped, and it takes 24 hours so that the temperature of the upper heater 10 and the plurality of outer peripheral heaters 12 becomes 950 ° C. And gradually cooled (S160).

その後、上部加熱ヒータ10及び複数の外周加熱ヒータ12の温度が400℃になるまで、−20℃/hの速度で上部加熱ヒータ10及び複数の外周加熱ヒータ12の温度を低下させた。続いて、上部加熱ヒータ10及び複数の外周加熱ヒータ12の通電を停止して、ルツボ20を室温まで冷却した(S165)。ルツボ20を室温まで冷却した後、ルツボ20内の成長結晶32が全長にわたってGaAsの単結晶であることが確認された。   Thereafter, the temperature of the upper heater 10 and the plurality of outer heaters 12 was decreased at a rate of −20 ° C./h until the temperature of the upper heater 10 and the plurality of outer heaters 12 reached 400 ° C. Subsequently, energization of the upper heater 10 and the plurality of outer peripheral heaters 12 was stopped, and the crucible 20 was cooled to room temperature (S165). After the crucible 20 was cooled to room temperature, it was confirmed that the grown crystal 32 in the crucible 20 was a GaAs single crystal over the entire length.

なお、上記S100からS165の工程で、連続して20回の結晶成長を実施した。その結果、いずれの結晶成長においても、全長がGaAsの単結晶である結晶を得ることができた。   In addition, the crystal growth was performed 20 times continuously in the steps S100 to S165. As a result, it was possible to obtain a crystal whose entire length was a single crystal of GaAs in any crystal growth.

結晶成長炉1を用いて図6に示した工程で得られた20本のGaAs単結晶の内の1本を選択した。そして、選択した1本のGaAs単結晶の直胴部分に該当する部分をスライスして、(100)面を有する略円形状の複数のウェハを切り出した。次に、切り出したウェハ表面に溶融KOHによるエッチング処理を施した。続いて、転位に対応して発生するピットの密度測定、すなわち転位密度測定を実施した。   One of the 20 GaAs single crystals obtained in the process shown in FIG. 6 was selected using the crystal growth furnace 1. Then, a portion corresponding to the straight body portion of one selected GaAs single crystal was sliced to cut out a plurality of substantially circular wafers having a (100) plane. Next, the cut wafer surface was etched with molten KOH. Subsequently, density measurement of pits generated corresponding to dislocations, that is, dislocation density measurement was performed.

図7は、本発明の実施例に係る結晶成長炉で成長したGaAs単結晶のウェハ面内の平均転位密度の結晶長手方向の分布を示す。   FIG. 7 shows the distribution in the crystal longitudinal direction of the average dislocation density in the wafer plane of a GaAs single crystal grown in the crystal growth furnace according to the embodiment of the present invention.

本発明の実施例に係る結晶成長炉で成長したGaAs単結晶では、その全長にわたってリネージ等の欠陥の発生は認められなかった。そして、切り出したウェハ面内の平均転位密度はGaAs単結晶の直胴部の全体にわたって0.5×10cm−2以下であった。具体的には、GaAs単結晶の直胴部の長さは250mmであり、GaAs単結晶の少なくとも5mmから250mmまでの範囲内において、平均転位密度が0.3×10cm−2から0.5×10cm−2の範囲であった。平均転位密度の最小値と最大値との差は、0.2×10cm−2未満に収まった。 In the GaAs single crystal grown in the crystal growth furnace according to the example of the present invention, generation of defects such as lineage was not observed over the entire length. The average dislocation density in the cut wafer surface was 0.5 × 10 4 cm −2 or less over the entire straight body of the GaAs single crystal. Specifically, the length of the straight body portion of the GaAs single crystal is 250 mm, and the average dislocation density is 0.3 × 10 4 cm −2 to 0.3 mm within the range of at least 5 mm to 250 mm of the GaAs single crystal. The range was 5 × 10 4 cm −2 . The difference between the minimum value and the maximum value of the average dislocation density was less than 0.2 × 10 4 cm −2 .

また、他の19本のGaAs単結晶についても、GaAs単結晶の種結晶側、直胴部の中央部、及び直胴部の尾部からウェハを切り出して、溶融KOHによるエッチング処理を施した。そして、上記と同様の転位密度測定を実施した。その結果、19本全てのGaAs単結晶のいずれの部分においても、平均転位密度は0.5×10cm−2以下であった。すなわち、19本のGaAs単結晶のいずれについても平均転位密度が所定値以下である結晶が、再現性よく得られることが示された。 Further, the other 19 GaAs single crystals were also cut out from the seed crystal side of the GaAs single crystal, the central portion of the straight body portion, and the tail portion of the straight body portion, and etched with molten KOH. And the dislocation density measurement similar to the above was carried out. As a result, the average dislocation density was 0.5 × 10 4 cm −2 or less in any part of all 19 GaAs single crystals. That is, it was shown that a crystal having an average dislocation density of a predetermined value or less can be obtained with good reproducibility for any of the 19 GaAs single crystals.

(比較例の成長A)
まず、比較例に係る結晶成長炉2を用いて、上部加熱ヒータ10に関する設定を除いた上で、図6と同様の工程でGaAs単結晶の成長を実施した。すなわち、上部加熱ヒータ10を備えていない結晶成長炉2において、上部加熱ヒータ10への通電(S135)、設定温度の設定(S145)、徐冷(S160)等の条件を除き、他の条件を同一にして、GaAs単結晶の成長を実施した。なお、結晶成長炉2によるGaAs単結晶の成長は2回実施した。
(Growth A of Comparative Example)
First, using the crystal growth furnace 2 according to the comparative example, the GaAs single crystal was grown in the same process as in FIG. That is, in the crystal growth furnace 2 that does not include the upper heater 10, except for the conditions such as energization of the upper heater 10 (S 135), setting of the set temperature (S 145), and slow cooling (S 160), other conditions are set. A GaAs single crystal was grown in the same manner. The GaAs single crystal was grown twice by the crystal growth furnace 2.

1回目の成長によって得られたGaAsの結晶は、ルツボ20の傾斜部26から直胴部27に移行する部分において多結晶が発生しており、GaAsの単結晶は得られなかった。また、2回目の成長では、得られたGaAsの結晶の直胴部分に多結晶が発生しており、GaAsの単結晶が全長にわたっては得られなかった。   In the GaAs crystal obtained by the first growth, polycrystal was generated in a portion where the crucible 20 moved from the inclined portion 26 to the straight body portion 27, and a GaAs single crystal was not obtained. In the second growth, polycrystal was generated in the straight body portion of the obtained GaAs crystal, and a single crystal of GaAs could not be obtained over the entire length.

(比較例の成長B)
次に、比較例に係る結晶成長炉2を用いて、上部加熱ヒータ10に関する設定を除くと共に、図6のS155におけるルツボ20の降下速度を2.5mm/hrに設定して、結晶成長速度を遅くして結晶成長を実施した。なお、その他の条件は図6と同様である。但し、図6で説明した実施例においては、約2.5日かけてルツボ20を降下させていたところ、本比較例においては4日間を要した。この成長において得られたGaAsの結晶は、全長にわたって単結晶であった。
(Growth B of Comparative Example)
Next, using the crystal growth furnace 2 according to the comparative example, the setting relating to the upper heater 10 is excluded, and the descending speed of the crucible 20 in S155 of FIG. 6 is set to 2.5 mm / hr, and the crystal growth speed is set. Crystal growth was carried out at a slower rate. Other conditions are the same as in FIG. However, in the embodiment described with reference to FIG. 6, the crucible 20 was lowered for about 2.5 days. In this comparative example, four days were required. The GaAs crystal obtained in this growth was a single crystal over the entire length.

次に、得られたGaAsの単結晶の直胴部分に該当する部分をスライスして、(100)面を有する略円形状の複数のウェハを切り出した。次に、切り出したウェハ表面に溶融KOHによるエッチング処理を施した。続いて、転位密度測定を実施した。   Next, a portion corresponding to the straight body portion of the obtained GaAs single crystal was sliced to cut out a plurality of substantially circular wafers having a (100) plane. Next, the cut wafer surface was etched with molten KOH. Subsequently, dislocation density was measured.

図8は、比較例に係る結晶成長炉で成長したGaAs単結晶のウェハ面内の平均転位密度の結晶長手方向の分布を示す。   FIG. 8 shows the distribution in the crystal longitudinal direction of the average dislocation density in the wafer plane of the GaAs single crystal grown in the crystal growth furnace according to the comparative example.

比較例に係る結晶成長炉で成長したGaAs単結晶では、結晶内で平均転位密度が最も低い部位でも、ウェハ面内平均で0.6×10cm−2程度であり、多い部位では10×10cm−2を超える転位密度であった。平均転位密度の最小値と最大値との差は、少なくとも0.4×10cm−2以上あった。更に、ウェハ面内で転位密度が高い領域には、リネージ欠陥の発生が多く観察された。 In the GaAs single crystal grown in the crystal growth furnace according to the comparative example, the average in-wafer plane is about 0.6 × 10 4 cm −2 even at the lowest average dislocation density in the crystal, and 10 × The dislocation density exceeded 10 3 cm −2 . The difference between the minimum value and the maximum value of the average dislocation density was at least 0.4 × 10 4 cm −2 or more. Furthermore, many lineage defects were observed in the region where the dislocation density was high in the wafer plane.

図8を参照すると、比較例の成長Bで得られた結晶においては、本発明の実施例に係る結晶よりも全体的に大きい平均転位密度を示した。更に、成長した結晶の長手方向にわたって、転位密度の分布の変化が大きかった。これは、結晶の加熱がルツボ側面24の外周加熱ヒータ12だけに依存しているので、ルツボ20と外周加熱ヒータ12との位置関係の変化に応じて、成長結晶32に加わる熱応力の変化が大きかったためと推測された。   Referring to FIG. 8, the crystal obtained by the growth B of the comparative example showed an average dislocation density which is generally higher than that of the crystal according to the example of the present invention. Further, the change in dislocation density distribution was large along the longitudinal direction of the grown crystal. This is because the heating of the crystal depends only on the outer peripheral heater 12 on the side surface 24 of the crucible, so that the change in the thermal stress applied to the grown crystal 32 in accordance with the change in the positional relationship between the crucible 20 and the outer peripheral heater 12. It was speculated that it was big.

なお、比較例の成長Bにおいては、10回の成長を実施した。その結果、7本の結晶は結晶の全長にわたって単結晶となったが、2本の結晶については結晶の直胴部分の途中から多結晶が発生していた。また、残りの1本の結晶については、ルツボ20の傾斜部26から直胴部27に移行する部分において双晶の発生が見られた。これも、結晶に加わる熱応力の変化が大きかったためと推測された。   In addition, in the growth B of the comparative example, the growth was performed 10 times. As a result, the seven crystals became single crystals over the entire length of the crystal, but for the two crystals, polycrystals were generated in the middle of the straight body portion of the crystal. In addition, with respect to the remaining one crystal, twinning was observed in a portion where the crucible 20 transitioned from the inclined portion 26 to the straight body portion 27. This was also presumed to be due to the large change in thermal stress applied to the crystal.

以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。   While the embodiments and examples of the present invention have been described above, the embodiments and examples described above do not limit the invention according to the claims. In addition, not all combinations of features described in the embodiments and examples are necessarily essential to the means for solving the problems of the invention.

第1の実施の形態に係る結晶成長炉の断面の概要図である。It is a schematic diagram of the section of the crystal growth furnace concerning a 1st embodiment. 比較例に係る結晶成長炉の断面の概要図である。It is a schematic diagram of the section of the crystal growth furnace concerning a comparative example. 比較例に係る結晶成長炉内における温度分布の模式図である。It is a schematic diagram of the temperature distribution in the crystal growth furnace which concerns on a comparative example. 第1の実施の形態に係る結晶成長炉内における温度分布の模式的図である。It is a schematic diagram of the temperature distribution in the crystal growth furnace which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施の形態に係る結晶成長炉の断面の概要図である。It is a schematic diagram of the cross section of the crystal growth furnace which concerns on 2nd Embodiment. 実施例に係る結晶成長のフローチャートである。It is a flowchart of crystal growth concerning an example. 実施例に係る結晶成長炉で成長したGaAs単結晶のウェハ面内の平均転位密度の結晶長手方向の分布図である。FIG. 6 is a distribution diagram of an average dislocation density in a wafer plane of a GaAs single crystal grown in a crystal growth furnace according to an example in a crystal longitudinal direction. 比較例に係る結晶成長炉で成長したGaAs単結晶のウェハ面内の平均転位密度の結晶長手方向の分布図である。It is a distribution map of the crystal dislocation direction of the average dislocation density in the wafer surface of the GaAs single crystal grown in the crystal growth furnace concerning a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

1、2、3 結晶成長炉
10、11 上部加熱ヒータ
12a、12b、12c、12d 外周加熱ヒータ
15 熱伝導部材
20 ルツボ
20a、20b ルツボ端
22 ルツボ開口部
24 ルツボ側面
25 細径部
26 傾斜部
27 直胴部
30 種結晶
30a 種結晶端
32 成長結晶
34 融液
40 液体封止材
50 サセプタ
51 サセプタ上部
52 サセプタ下部
55 サセプタ支持部材
60、62 断熱材
70 チャンバー
90a、90b、90c、90d、90e、90f、90g、90h 等温線
90i、90j、90k、90l 等温線
1, 2, 3 Crystal growth furnace 10, 11 Upper heater 12a, 12b, 12c, 12d Outer peripheral heater 15 Heat conduction member 20 Crucible 20a, 20b Crucible end 22 Crucible opening 24 Crucible side 25 Small diameter part 26 Inclined part 27 Direct barrel part 30 Seed crystal 30a Seed crystal end 32 Grown crystal 34 Melt 40 Liquid sealing material 50 Susceptor 51 Upper part of susceptor 52 Lower part of susceptor 55 Susceptor support member 60, 62 Heat insulating material 70 Chamber 90a, 90b, 90c, 90d, 90e, 90f, 90g, 90h isotherm 90i, 90j, 90k, 90l isotherm

Claims (8)

半導体の種結晶と前記半導体の原料とを収容したルツボを加熱して、前記原料を融液とする原料融解工程と、
前記ルツボの側面側及び前記ルツボの開口部側から加熱して、少なくとも結晶成長中は、前記開口部側から加熱する温度を前記側面側から加熱する温度よりも高く保持して前記半導体の単結晶を成長する結晶成長工程と
を備える半導体結晶成長方法。
A raw material melting step in which a crucible containing a semiconductor seed crystal and the semiconductor raw material is heated to use the raw material as a melt,
The semiconductor single crystal is heated from the side surface of the crucible and the opening side of the crucible, and at least during the crystal growth, the temperature heated from the opening side is maintained higher than the temperature heated from the side surface side. A method for growing a semiconductor crystal, comprising:
前記結晶成長工程は、前記側面側及び前記開口部側から加熱される領域内で前記ルツボを降下させることにより、前記融液を固化させて前記単結晶を成長する請求項1に記載の半導体結晶成長方法。   2. The semiconductor crystal according to claim 1, wherein in the crystal growth step, the single crystal is grown by solidifying the melt by lowering the crucible in a region heated from the side surface side and the opening side. Growth method. 前記結晶成長工程は、前記側面側から加熱する温度及び前記開口部側から加熱する温度を徐々に降下させることにより、前記融液を固化させて前記単結晶を成長する請求項1に記載の半導体結晶成長方法。   2. The semiconductor according to claim 1, wherein in the crystal growth step, the single crystal is grown by solidifying the melt by gradually lowering a temperature heated from the side surface side and a temperature heated from the opening side. Crystal growth method. 前記結晶成長工程は、少なくとも結晶成長の進行中は、前記融液内の垂直方向(結晶成長方向)の温度分布が変曲点を有さずに、前記単結晶を成長する請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体結晶成長方法。   The crystal growth step grows the single crystal without causing an inflection point in the temperature distribution in the vertical direction (crystal growth direction) in the melt at least during the progress of crystal growth. The semiconductor crystal growth method according to any one of the above. 前記結晶成長工程は、少なくとも結晶成長の進行中は、凝固した前記単結晶内の垂直方向(結晶成長方向)の温度分布が変曲点を有さずに、前記単結晶を成長する請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体結晶成長方法。   2. The crystal growth step grows the single crystal without causing an inflection point in a temperature distribution in a vertical direction (crystal growth direction) in the solidified single crystal at least during the progress of crystal growth. 4. The semiconductor crystal growth method according to any one of items 1 to 3. 前記結晶成長工程は、結晶成長界面の移動速度を略一定にして前記単結晶を成長する請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体結晶成長方法。   4. The semiconductor crystal growth method according to claim 1, wherein in the crystal growth step, the single crystal is grown with a moving speed of a crystal growth interface being substantially constant. 5. 前記半導体が、III−V族化合物半導体である請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体結晶成長方法。   The semiconductor crystal growth method according to claim 1, wherein the semiconductor is a group III-V compound semiconductor. 前記半導体が、GaAsである請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体結晶成長方法。   The semiconductor crystal growth method according to claim 1, wherein the semiconductor is GaAs.
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