JP2000143383A - 化合物半導体単結晶の製造方法 - Google Patents

化合物半導体単結晶の製造方法

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JP2000143383A
JP2000143383A JP10321727A JP32172798A JP2000143383A JP 2000143383 A JP2000143383 A JP 2000143383A JP 10321727 A JP10321727 A JP 10321727A JP 32172798 A JP32172798 A JP 32172798A JP 2000143383 A JP2000143383 A JP 2000143383A
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crucible
seed crystal
single crystal
crystal
cylindrical
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Masaya Onishi
正哉 大西
Masaya Itani
賢哉 井谷
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】結晶面方位の割り出しを簡易に行えるオリエン
テーションフラットを備えた単結晶を育成できる化合物
半導体単結晶の製造方法を提供することにある。 【解決手段】円筒形ルツボの種結晶収納部に種結晶を配
置し、該種結晶から他端に向けて原料融液を固化して結
晶を育成する化合物半導体単結晶の製造方法において、
前記ルツボに、該ルツボの円筒側面をルツボの軸に垂直
な円形断面から内側にくぼませた平面から成るくぼみ部
4を設け、且つ、前記種結晶を収納する種結晶収納部3
を角柱状とし、この角柱状の種結晶収納部3の面と円筒
部側面のくぼみ部4の面とが特定の位置関係を有するよ
うにした単結晶育成用ルツボを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、GaAsやInP
等のIII −V族化合物半導体やII−VI 族化合物半導体
の単結晶の製造方法、特に予めオリエンテーションフラ
ットを設けた化合物半導体単結晶を製造する方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、上記のような化合物半導体単結晶
の製造方法として、円錐形先端部を備えた縦型円筒形ル
ツボの先端部に種結晶を配置して、原料融液を種結晶か
ら上方に向けて固化して単結晶を育成する方法がある。
この単結晶育成方法は垂直温度傾斜凝固(VGF)法あ
るいは垂直ブリッジマン(VB)法と呼ばれている。
【0003】一般にこれらの方法で育成された単結晶に
は、特定の結晶面方位を有する薄板状にスライスされる
前に、結晶面方位を表すオリエンテーションフラット
(OF)と呼ばれる円形基板外周の平面状切り欠き部が
研削によって設けられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の結晶はほぼ真円状の断面を有しており、OF部の決定
のためには、X線回折装置に単結晶を載置し、特定の結
晶面を割り出した後、これをその状態を保ったまま研削
機にかける必要があった。特定面割り出し後の結晶の固
定には、ワックス等の粘着材を用いて専用治具に貼り付
ける方法や、クランプを用いて治具に固定する方法が用
いられてきたが、何れの方法も、研削機とX線回折装置
の位置関係を正確に割り出す必要があるなど、大がかり
な仕組みが必要であった。
【0005】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、円筒形ルツボ又は円錐形等の減径部を備えた円筒形
ルツボを使用して、結晶面方位の割り出しを簡易に行え
るオリエンテーションフラットを備えた単結晶を育成で
きる化合物半導体単結晶の製造方法を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、円筒形ルツボ又は減径部を備えた円筒形
ルツボの先端の種結晶収納部に種結晶を配置し、該種結
晶から他端に向けて原料融液を固化して結晶を育成する
化合物半導体単結晶の製造方法において、前記ルツボ
に、該ルツボの円筒側面をルツボの軸に垂直な円形断面
から内側にくぼませ、且つ、前記種結晶を収納する種結
晶収納部を角柱状とし、この角柱状の種結晶収納部の面
と円筒部側面のくぼみ部の面とが特定の位置関係を有す
るようにした単結晶育成用ルツボを用いるものである
(請求項1)。
【0007】本発明においては、次のような形態とする
のが好ましい。
【0008】(1)前記ルツボの円筒側面を内側にくぼ
ませた部分であるくぼみ部の形状が平面である(請求項
2)。
【0009】(2)前記ルツボの円筒側面を内側にくぼ
ませた部分であるくぼみ部がルツボの軸方向に並行に2
カ所設けられており、且つ、2カ所のくぼみ部の中線同
士のなす角が90゜の位置関係にある(請求項3)。
【0010】(3)前記種結晶を収納する角柱状の部分
の隣り合う2辺と前記ルツボの円筒側面に設けた2カ所
のくぼみ部が、ルツボの軸方向上で平行な平面内にある
(請求項4)。
【0011】(4)前記種結晶を収納する角柱状の部分
の隣り合う2辺と前記ルツボの円筒側面に設けた2カ所
のくぼみ部が、ルツボの軸方向上で45゜の位置関係に
ある(請求項5)。
【0012】本発明の要点は、円筒形ルツボ又は円錐形
先端部を備えた円筒形ルツボの円筒部側面2カ所に、そ
の中線が90゜をなすような位置関係でくぼみ部が設け
られており、且つ、ルツボの一端の種結晶収納部の断面
を矩形とし、更にこの種結晶収納部の面と円筒部側面の
くぼみ部の面とが特定の位置関係を有するようにするこ
とで、育成した単結晶の結晶面方位を容易に決定するこ
とができるようにしたことにある。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態に
基づいて説明する。
【0014】<実施形態1>図1に本発明の第1の実施
形態を示す。図1(a)はこの第1の実施形態に係る単
結晶育成用ルツボの斜視図、図1(b)はその円筒部の
ルツボ軸方向に垂直なb−b断面図、図1(c)は種結
晶収納部のルツボ軸方向に垂直なc−c断面図である。
【0015】ルツボは、円筒部1と、減径部2と、種結
晶収納部3とから成る。即ち、径が一定な縦長の円筒部
1と、この円筒部1の下部に略円錐状に形成された減径
部2と、この減径部2の円錐形状の最下端に種結晶を収
容すべく井戸状に設けられた種結晶収容部3とである。
円筒部1の側面2カ所には、ルツボの円筒側面をルツボ
の軸に垂直な円形断面から内側にくぼませ、そのくぼま
せた部分の形状がルツボの軸方向に並行な平面となるよ
うに形成したくぼみ部4が設けられている。この2カ所
のくぼみ部4は、図1(b)に示すように、その中線同
士のなす角が90゜となるような位置関係にしてある。
【0016】上記種結晶を収納する部分である種結晶収
容部3は角柱状であり、図1(c)に示すように、その
角柱状の部分の隣り合う2辺と上記ルツボの円筒側面に
設けた2カ所のくぼみ部4(平坦部)は、ルツボの軸方
向上で平行な平面内に在るようになっている。
【0017】本実施形態のルツボはpBN製で、円筒部
1の直径は80mm、円筒部側面2カ所に設けられたくぼ
み部4の長さは各々20mmと10mmである。また、種結
晶収容部3は一辺が7mmの正方形断面であり、軸方向の
長さは100mmであり、種結晶収容部3と円筒部1とは
円錐形状でつながれている。円筒部のくぼみ部4の中線
は20mm側を基準として時計回りに90±1゜の精度で
交わっており、また、円筒部のくぼみ部4と対応する種
結晶収納部3の各辺は1゜以下の精度で平行である。
【0018】上記ルツボの種結晶収納部3に、結晶成長
軸に垂直な面が(100)、矩形の各辺を構成する面が
(011)(01T)(0TT)(0T1)となるよう
に切り出された種結晶を収納した。なお、この場合の種
結晶の面及び方向の表記においては、1バーを便宜的に
“T”で表記するものである。
【0019】次に、上方の円筒部には予め原料である6
NのGaとAsを合成させたGaAs多結晶7kgを投入
した上で、このpBNルツボを石英管に真空封入した。
ここで、種結晶はその(0TT)面が円筒部のくぼみ部
4の20mm部と平行になるように収納した。
【0020】次いで、この石英管をVGF結晶成長炉内
に入れ、種結晶上端部をおよそ1240℃にし、5℃/
mmの温度勾配で結晶を成長させた。
【0021】得られた結晶はおよそ20cmであり、円筒
部に設けられたくぼみ部(平坦部)は全長に渡り(0T
T)面及び(0T1)面から0.2〜0.3゜のずれで
あった。この側面平坦部の精度は研削加工したものと同
等の精度であった。
【0022】かくして、単結晶成長時点で特定の結晶面
方位を示すオリエンテーションフラットを上記くぼみ部
によって成長結晶に設けることができた。
【0023】<実施形態2>図2に本発明の第2の実施
形態を示す。図2(a)はこの第2の実施形態に係る単
結晶育成用ルツボの斜視図、図2(b)はその円筒部の
ルツボ軸方向に垂直な断面図、図2(c)は種結晶収納
部のルツボ軸方向に垂直な断面図である。
【0024】本実施形態のルツボはpBN製で、円筒部
1の直径は80mm、円筒部側面2カ所に設けられたくぼ
み部4の長さは各々20mmと10mmである。また、種結
晶収納部は一辺が7mmの正方形断面であり、軸方向の長
さは100mmであり、種結晶収納部3と円筒部1とは円
錐形状でつながれている。円筒部の2つのくぼみ部4の
中線は、20mm側を基準として反時計回りに90±1゜
の精度で交わっており、また、円筒部のくぼみ部4と対
応する種結晶収納部3の各辺は45±1゜以下の精度で
交差する。
【0025】上記ルツボの種結晶収納部3に、結晶成長
軸に垂直な面が(100)、矩形の各辺を構成する面が
(011)(01T)(0TT)(0T1)となるよう
に切り出された種結晶を収納し、上方の円筒部1には予
め原料である6NのGaとAsを合成させたGaAs多
結晶7kgを投入した上で、このpBNルツボを石英管に
真空封入した。ここで、種結晶はその(011)面が円
筒部のくぼみ部4の20mm部と時計回りに45゜になる
ように収納した。
【0026】次いで、この石英管をVGF結晶成長炉内
にいれ、種結晶上端部をおよそ1240℃にし、5℃/
mmの温度勾配で結晶を成長させた。
【0027】得られた結晶はおよそ20cmであり、円筒
部に設けられたくぼみ部(平坦部)は全長に渡り(01
0)面及び(001)面から0.2〜0.3゜のずれで
あった。この側面平坦部の精度は研削加工したものと同
等の精度であった。
【0028】かくして、単結晶成長時点で特定の結晶面
方位を示すオリエンテーションフラットを上記くぼみ部
によって成長結晶に設けることができた。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ル
ツボの円筒側面をルツボの軸に垂直な円形断面から内側
にくぼませ、且つ、前記種結晶を収納する種結晶収納部
を角柱状とし、この角柱状の種結晶収納部の面と円筒部
側面のくぼみ部の面とが特定の位置関係を有するように
した単結晶育成用ルツボを用いているので、円筒形ルツ
ボの種結晶収納部に種結晶を配置し、該種結晶から他端
に向けて原料融液を固化して結晶を育成した場合、その
単結晶の成長時点で、特定の結晶面方位を示すオリエン
テーションフラットの付いた成長結晶を得ることができ
る。
【0030】本発明によれば、特定の結晶面方位を示す
オリエンテーションフラットが予め成長結晶に設けられ
ていることことから、単結晶の結晶面方位を容易に決定
することができる。よって、従来のX線回折装置と研削
機の位置関係を割り出すための大がかりな仕組みや手間
を省略することができ、ひいては半導体基板製造工程の
大幅な合理化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示したもので、
(a)はその第1の実施形態に係る単結晶育成用ルツボ
の斜視図、(b)はその円筒部のルツボ軸方向に垂直な
b−b断面図、(c)は種結晶収納部のルツボ軸方向に
垂直なc−c断面図である。
【図2】本発明の第2の実施形態を示を示したもので、
(a)はこの第2の実施形態に係る単結晶育成用ルツボ
の斜視図、(b)はその円筒部のルツボ軸方向に垂直な
断面図、(c)は種結晶収納部のルツボ軸方向に垂直な
断面図である。
【符号の説明】
1 円筒部 2 減径部 3 種結晶収納部 4 くぼみ部(平坦部)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】円筒形ルツボ又は減径部を備えた円筒形ル
    ツボの先端の種結晶収納部に種結晶を配置し、該種結晶
    から他端に向けて原料融液を固化して結晶を育成する化
    合物半導体単結晶の製造方法において、前記ルツボに、
    該ルツボの円筒側面をルツボの軸に垂直な円形断面から
    内側にくぼませ、且つ、前記種結晶を収納する種結晶収
    納部を角柱状とし、この角柱状の種結晶収納部の面と円
    筒部側面のくぼみ部の面とが特定の位置関係を有するよ
    うにした単結晶育成用ルツボを用いることを特徴とする
    化合物半導体単結晶の製造方法。
  2. 【請求項2】前記ルツボの円筒側面を内側にくぼませた
    部分であるくぼみ部の形状が平面であることを特徴とす
    る請求項1に記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
  3. 【請求項3】前記ルツボの円筒側面を内側にくぼませた
    部分であるくぼみ部がルツボの軸方向に並行に2カ所設
    けられており、且つ、2カ所のくぼみ部の中線同士のな
    す角が90゜の位置関係にあることを特徴とする請求項
    1又は2記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
  4. 【請求項4】前記種結晶を収納する角柱状の部分の隣り
    合う2辺と前記ルツボの円筒側面に設けた2カ所のくぼ
    み部が、ルツボの軸方向上で平行な平面内にあることを
    特徴とする請求項3記載の化合物半導体単結晶の製造方
    法。
  5. 【請求項5】前記種結晶を収納する角柱状の部分の隣り
    合う2辺と前記ルツボの円筒側面に設けた2カ所のくぼ
    み部が、ルツボの軸方向上で45゜の位置関係にあるこ
    とを特徴とする請求項3記載の化合物半導体単結晶の製
    造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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