JP2002053388A - 結晶成長方法 - Google Patents
結晶成長方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 不純物濃度が一定な化合物半導体を得ること
ができる結晶成長方法を提供すること。 【解決手段】 不純物を含んだ原料融液Ｌを縦型容器１
０内で下方から上方に向けて冷却して化合物半導体Ｓを
析出させる結晶成長方法において、原料融液Ｌ中に、縦
型容器１０の側壁側を下降して中心軸Ｚ側を上昇する第
１の循環流Ｒ1と、第１の循環流Ｒ1の上方に位置すると
共に縦型容器１０の側壁側を上昇して中心軸Ｚ側を下降
する第２の循環流Ｒ2と、を形成し、第１の循環流Ｒ1の
上部と第２の循環流Ｒ2の下部との合流部Ｘにおける不
純物の拡散によって、第１の循環流Ｒ1が流れる領域に
おける不純物の濃度を略一定に保ちながら化合物半導体
Ｓを析出させることを特徴とする。
ができる結晶成長方法を提供すること。 【解決手段】 不純物を含んだ原料融液Ｌを縦型容器１
０内で下方から上方に向けて冷却して化合物半導体Ｓを
析出させる結晶成長方法において、原料融液Ｌ中に、縦
型容器１０の側壁側を下降して中心軸Ｚ側を上昇する第
１の循環流Ｒ1と、第１の循環流Ｒ1の上方に位置すると
共に縦型容器１０の側壁側を上昇して中心軸Ｚ側を下降
する第２の循環流Ｒ2と、を形成し、第１の循環流Ｒ1の
上部と第２の循環流Ｒ2の下部との合流部Ｘにおける不
純物の拡散によって、第１の循環流Ｒ1が流れる領域に
おける不純物の濃度を略一定に保ちながら化合物半導体
Ｓを析出させることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、縦型容器内で化合
物半導体を析出させる結晶成長方法に関するものであ
る。
物半導体を析出させる結晶成長方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来から、電気抵抗を定めるための不純
物を含んだ原料融液を縦型の容器内に収容し、これを底
部から上部に向けて冷却することで、固体状態の化合物
半導体を析出させるＶＢ法（垂直ブリッジマン法）やＶ
ＧＦ法等の結晶成長方法が知られている。
物を含んだ原料融液を縦型の容器内に収容し、これを底
部から上部に向けて冷却することで、固体状態の化合物
半導体を析出させるＶＢ法（垂直ブリッジマン法）やＶ
ＧＦ法等の結晶成長方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、縦型容
器内で原料融液を下から上に向けて固化させる従来の結
晶成長方法には、次のような問題があった。すなわち、
液相よりも固相の方が含有できる不純物の量が少ない場
合があるが、このような場合、原料融液が固化して化合
物半導体が析出した領域から固化していない上層の原料
融液に向けて不純物が排出される。すると、成長界面の
直ぐ上の領域すなわち固化していない原料領域の底部に
おいて不純物濃度が徐々に高まり、図７に示すように、
成長した化合物半導体（図７は、不純物としてシリコン
が混入されたＧａＡｓに関するデータを示す）の長手方
向の不純物濃度が不均一になってしまう。化合物半導体
の不純物濃度が不均一になると、電子デバイス等に使用
できない範囲が多発し、歩留まりが低下してしまうとい
う問題があった。
器内で原料融液を下から上に向けて固化させる従来の結
晶成長方法には、次のような問題があった。すなわち、
液相よりも固相の方が含有できる不純物の量が少ない場
合があるが、このような場合、原料融液が固化して化合
物半導体が析出した領域から固化していない上層の原料
融液に向けて不純物が排出される。すると、成長界面の
直ぐ上の領域すなわち固化していない原料領域の底部に
おいて不純物濃度が徐々に高まり、図７に示すように、
成長した化合物半導体（図７は、不純物としてシリコン
が混入されたＧａＡｓに関するデータを示す）の長手方
向の不純物濃度が不均一になってしまう。化合物半導体
の不純物濃度が不均一になると、電子デバイス等に使用
できない範囲が多発し、歩留まりが低下してしまうとい
う問題があった。
【０００４】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、不純物濃度が一定な化合物半導体を得ること
ができる結晶成長方法を提供することを目的とする。
のであり、不純物濃度が一定な化合物半導体を得ること
ができる結晶成長方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、不純物を含んだ原料融液を縦型容器内で
下方から上方に向けて冷却して化合物半導体を析出させ
る結晶成長方法において、原料融液中に、縦型容器の側
壁側を下降して中心軸側を上昇する第１の循環流と、第
１の循環流の上方に位置すると共に縦型容器の側壁側を
上昇して中心軸側を下降する第２の循環流と、を形成
し、第１の循環流の上部と第２の循環流の下部との合流
部における不純物の拡散によって、第１の循環流が流れ
る領域における不純物の濃度を略一定に保ちながら化合
物半導体を析出させることを特徴とする。
に、本発明は、不純物を含んだ原料融液を縦型容器内で
下方から上方に向けて冷却して化合物半導体を析出させ
る結晶成長方法において、原料融液中に、縦型容器の側
壁側を下降して中心軸側を上昇する第１の循環流と、第
１の循環流の上方に位置すると共に縦型容器の側壁側を
上昇して中心軸側を下降する第２の循環流と、を形成
し、第１の循環流の上部と第２の循環流の下部との合流
部における不純物の拡散によって、第１の循環流が流れ
る領域における不純物の濃度を略一定に保ちながら化合
物半導体を析出させることを特徴とする。
【０００６】液相よりも固相の方が含有できる不純物の
量が少ない場合、原料融液が下方から固化して化合物半
導体が析出するのに伴って、原料融液に含まれていた不
純物が固相から上層の液相に流れ込む。このため、原料
融液中の第１の循環流が流れる領域は、下方の固相から
吐き出された不純物が溜まって不純物濃度が増加する。
ところが、本発明に係る結晶成長方法では、第１の循環
流の上部と固相から不純物が流れ込んでいない第２の循
環流の下部との合流部において不純物を拡散させ、第１
の循環流が流れる領域の不純物を第２の循環流が流れる
領域に排出することで、化合物半導体の析出中において
第１の循環流における不純物の濃度が略一定に保たれ
る。このため、得られた化合物半導体の不純物濃度は、
略一定とされている。なお、第１の循環流と第２の循環
流との合流部には鉛直方向の流れがないことから、当該
合流部では対流が起こらず、拡散のみが第１の循環流が
流れる領域における不純物濃度を支配することになる。
量が少ない場合、原料融液が下方から固化して化合物半
導体が析出するのに伴って、原料融液に含まれていた不
純物が固相から上層の液相に流れ込む。このため、原料
融液中の第１の循環流が流れる領域は、下方の固相から
吐き出された不純物が溜まって不純物濃度が増加する。
ところが、本発明に係る結晶成長方法では、第１の循環
流の上部と固相から不純物が流れ込んでいない第２の循
環流の下部との合流部において不純物を拡散させ、第１
の循環流が流れる領域の不純物を第２の循環流が流れる
領域に排出することで、化合物半導体の析出中において
第１の循環流における不純物の濃度が略一定に保たれ
る。このため、得られた化合物半導体の不純物濃度は、
略一定とされている。なお、第１の循環流と第２の循環
流との合流部には鉛直方向の流れがないことから、当該
合流部では対流が起こらず、拡散のみが第１の循環流が
流れる領域における不純物濃度を支配することになる。
【０００７】また、本発明の結晶成長方法において、第
１の循環流は、原料融液の外周部を放熱させることで形
成し、第２の循環流は、原料融液の外周部を加熱するこ
とで形成してもよい。
１の循環流は、原料融液の外周部を放熱させることで形
成し、第２の循環流は、原料融液の外周部を加熱するこ
とで形成してもよい。
【０００８】原料融液の外周部を放熱させると、縦型容
器の側壁近傍の放熱された原料融液は密度が増加して下
降し、底部まで下降した後に縦型容器の中心軸に向けて
流れる。これにより、縦型容器の側壁側を下降して中心
軸側を上昇する第１の循環流を容易に形成することがで
きる。一方、原料融液の外周部を加熱すると、縦型容器
の側壁近傍の加熱された原料融液は密度が減少して上昇
し、上部まで上昇した後に縦型容器の中心軸に向けて流
れる。これにより、縦型容器の側壁側を上昇して中心軸
側を下降する第２の循環流を容易に形成することができ
る。
器の側壁近傍の放熱された原料融液は密度が増加して下
降し、底部まで下降した後に縦型容器の中心軸に向けて
流れる。これにより、縦型容器の側壁側を下降して中心
軸側を上昇する第１の循環流を容易に形成することがで
きる。一方、原料融液の外周部を加熱すると、縦型容器
の側壁近傍の加熱された原料融液は密度が減少して上昇
し、上部まで上昇した後に縦型容器の中心軸に向けて流
れる。これにより、縦型容器の側壁側を上昇して中心軸
側を下降する第２の循環流を容易に形成することができ
る。
【０００９】また、この場合に、放熱を放熱器によって
行うと共に加熱を加熱器によって行い、放熱器の高さ位
置を変化させて第１の循環流の位置を調整し、加熱器の
高さ位置を変化させて第２の循環流の位置を調整しても
よい。
行うと共に加熱を加熱器によって行い、放熱器の高さ位
置を変化させて第１の循環流の位置を調整し、加熱器の
高さ位置を変化させて第２の循環流の位置を調整しても
よい。
【００１０】さらに、縦型容器の高さ方向における放熱
する領域と加熱する領域との割合を変化させることで第
１の循環流及び第２の循環流の大きさを調整しながら、
化合物半導体を析出させてもよい。
する領域と加熱する領域との割合を変化させることで第
１の循環流及び第２の循環流の大きさを調整しながら、
化合物半導体を析出させてもよい。
【００１１】また、本発明に係る他の結晶成長方法は、
不純物を含んだ原料融液を縦型容器内で下方から上方に
向けて冷却して化合物半導体を析出させる結晶成長方法
において、原料融液中に、縦型容器の側壁側を上昇して
中心軸側を下降する第１の循環流と、第１の循環流の上
方に位置すると共に縦型容器の側壁側を下降して中心軸
側を上昇する第２の循環流と、を形成し、第１の循環流
の上部と第２の循環流の下部との合流部における不純物
の拡散によって、第１の循環流が流れる領域における不
純物の濃度を略一定に保ちながら化合物半導体を析出さ
せることを特徴とする。
不純物を含んだ原料融液を縦型容器内で下方から上方に
向けて冷却して化合物半導体を析出させる結晶成長方法
において、原料融液中に、縦型容器の側壁側を上昇して
中心軸側を下降する第１の循環流と、第１の循環流の上
方に位置すると共に縦型容器の側壁側を下降して中心軸
側を上昇する第２の循環流と、を形成し、第１の循環流
の上部と第２の循環流の下部との合流部における不純物
の拡散によって、第１の循環流が流れる領域における不
純物の濃度を略一定に保ちながら化合物半導体を析出さ
せることを特徴とする。
【００１２】液相よりも固相の方が含有できる不純物の
量が少ない場合、原料融液が下方から固化して化合物半
導体が析出するのに伴って、原料融液に含まれていた不
純物が固相から上層の液相に流れ込む。このため、原料
融液中の第１の循環流が流れる領域は、下方の固相から
吐き出される不純物が溜まって不純物濃度が増加する。
ところが、本発明に係る結晶成長方法では、第１の循環
流の上部と固相から不純物が流れ込んでいない第２の循
環流の下部との合流部において不純物を拡散させ、第１
の循環流が流れる領域の不純物を第２の循環流が流れる
領域に排出することで、化合物半導体の析出中において
第１の循環流における不純物の濃度が略一定に保たれ
る。このため、得られた化合物半導体の不純物濃度は、
略一定とされている。なお、第１の循環流と第２の循環
流との合流部には鉛直方向の流れがないことから、当該
合流部では対流が起こらず、拡散のみが第１の循環流が
流れる領域における不純物濃度を支配することになる。
量が少ない場合、原料融液が下方から固化して化合物半
導体が析出するのに伴って、原料融液に含まれていた不
純物が固相から上層の液相に流れ込む。このため、原料
融液中の第１の循環流が流れる領域は、下方の固相から
吐き出される不純物が溜まって不純物濃度が増加する。
ところが、本発明に係る結晶成長方法では、第１の循環
流の上部と固相から不純物が流れ込んでいない第２の循
環流の下部との合流部において不純物を拡散させ、第１
の循環流が流れる領域の不純物を第２の循環流が流れる
領域に排出することで、化合物半導体の析出中において
第１の循環流における不純物の濃度が略一定に保たれ
る。このため、得られた化合物半導体の不純物濃度は、
略一定とされている。なお、第１の循環流と第２の循環
流との合流部には鉛直方向の流れがないことから、当該
合流部では対流が起こらず、拡散のみが第１の循環流が
流れる領域における不純物濃度を支配することになる。
【００１３】また、第１の循環流は、原料融液の外周部
を加熱することで形成し、第２の循環流は、原料融液の
外周部を放熱させることで形成してもよい。
を加熱することで形成し、第２の循環流は、原料融液の
外周部を放熱させることで形成してもよい。
【００１４】原料融液の外周部を加熱すると、縦型容器
の側壁近傍の放熱された原料融液は密度が減少して上昇
し、その後、縦型容器の中心軸に向けて流れる。これに
より、縦型容器の側壁側を上昇して中心軸側を下降する
第１の循環流を容易に形成することができる。一方、原
料融液の外周部を放熱させると、縦型容器の側壁近傍の
放熱された原料融液は密度が増加して下降し、その後、
縦型容器の中心軸に向けて流れる。これにより、縦型容
器の側壁側を下降して中心軸側を上昇する第２の循環流
を形成することができる。
の側壁近傍の放熱された原料融液は密度が減少して上昇
し、その後、縦型容器の中心軸に向けて流れる。これに
より、縦型容器の側壁側を上昇して中心軸側を下降する
第１の循環流を容易に形成することができる。一方、原
料融液の外周部を放熱させると、縦型容器の側壁近傍の
放熱された原料融液は密度が増加して下降し、その後、
縦型容器の中心軸に向けて流れる。これにより、縦型容
器の側壁側を下降して中心軸側を上昇する第２の循環流
を形成することができる。
【００１５】また、この場合に、放熱を放熱器によって
行うと共に加熱を加熱器によって行い、加熱器の高さ位
置を変化させて第１の循環流の位置を調整し、放熱器の
高さ位置を変化させて第２の循環流の位置を調整するよ
うにしてもよい。
行うと共に加熱を加熱器によって行い、加熱器の高さ位
置を変化させて第１の循環流の位置を調整し、放熱器の
高さ位置を変化させて第２の循環流の位置を調整するよ
うにしてもよい。
【００１６】さらに、縦型容器の高さ方向における加熱
する領域と放熱する領域との割合を変化させることで第
１の循環流及び第２の循環流の大きさを調整しながら、
化合物半導体を析出させるようにしてもよい。
する領域と放熱する領域との割合を変化させることで第
１の循環流及び第２の循環流の大きさを調整しながら、
化合物半導体を析出させるようにしてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係る結晶成長方法の好適な実施形態について詳細に
説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものと
し、重複する説明は省略する。
明に係る結晶成長方法の好適な実施形態について詳細に
説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものと
し、重複する説明は省略する。
【００１８】［第１実施形態］図１は、本実施形態の結
晶成長方法に使用される結晶成長装置１を示す断面図で
ある。結晶成長装置１は、有底円筒状の収容部３とこれ
の開口部を塞ぐ蓋部５とからなる石英製の縦型容器１０
と、この縦型容器１０の周囲に配置されたヒータ１２
ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、を有している。また、
縦型容器１０の内部には、ＧａＡｓ単結晶からなる種結
晶２と化合物半導体であるＧａＡｓの原料融液Ｌとが収
容されている。さらに、原料融液Ｌには、ＧａＡｓの電
気抵抗値を調整するための不純物としてのＳｉ（シリコ
ン）が混入されている。
晶成長方法に使用される結晶成長装置１を示す断面図で
ある。結晶成長装置１は、有底円筒状の収容部３とこれ
の開口部を塞ぐ蓋部５とからなる石英製の縦型容器１０
と、この縦型容器１０の周囲に配置されたヒータ１２
ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、を有している。また、
縦型容器１０の内部には、ＧａＡｓ単結晶からなる種結
晶２と化合物半導体であるＧａＡｓの原料融液Ｌとが収
容されている。さらに、原料融液Ｌには、ＧａＡｓの電
気抵抗値を調整するための不純物としてのＳｉ（シリコ
ン）が混入されている。
【００１９】また、ヒータ１２ａ〜１２ｄは、ヒータ制
御装置２０によって各々独立に温度制御される。さら
に、図示は省略するが、各ヒータ１２ａ〜１２ｄには、
縦型容器１０に対して鉛直方向にスライドするためのス
ライド機構が各々備えられており、ヒータ制御装置２０
は、このスライド機構を介して各ヒータ１２ａ〜１２ｄ
の縦型容器１０に対する高さ位置を調節する。なお、縦
型容器１０を各ヒータ１２ａ〜１２ｄに対して移動させ
るようにしてもよい。
御装置２０によって各々独立に温度制御される。さら
に、図示は省略するが、各ヒータ１２ａ〜１２ｄには、
縦型容器１０に対して鉛直方向にスライドするためのス
ライド機構が各々備えられており、ヒータ制御装置２０
は、このスライド機構を介して各ヒータ１２ａ〜１２ｄ
の縦型容器１０に対する高さ位置を調節する。なお、縦
型容器１０を各ヒータ１２ａ〜１２ｄに対して移動させ
るようにしてもよい。
【００２０】以上が結晶成長装置１の構成である。次
に、結晶成長装置１を用いてＧａＡｓを析出させる結晶
成長方法を説明する。
に、結晶成長装置１を用いてＧａＡｓを析出させる結晶
成長方法を説明する。
【００２１】まず、約１２４０℃〜約１３５０℃でＧａ
Ａｓの原料融液Ｌを縦型容器１０で形成した後、ヒータ
制御装置２０を操作してヒータ１２ａ，１２ｂを約１３
００℃にし、ヒータ１２ｃ，１２ｄを約１２５０℃に設
定する。すなわち、ヒータ１２ａ，１２ｂによって原料
融液Ｌの上側の外周部は加熱され、ヒータ１２ｃ，１２
ｄによって原料融液Ｌの下側の外周部は放熱されること
になる。次いで、縦型容器１０の下端部から図示を省略
する低温領域に移動させる。これにより、下方から上方
に向けて原料融液Ｌが徐々に固化し、ＧａＡｓを析出さ
せることができる。
Ａｓの原料融液Ｌを縦型容器１０で形成した後、ヒータ
制御装置２０を操作してヒータ１２ａ，１２ｂを約１３
００℃にし、ヒータ１２ｃ，１２ｄを約１２５０℃に設
定する。すなわち、ヒータ１２ａ，１２ｂによって原料
融液Ｌの上側の外周部は加熱され、ヒータ１２ｃ，１２
ｄによって原料融液Ｌの下側の外周部は放熱されること
になる。次いで、縦型容器１０の下端部から図示を省略
する低温領域に移動させる。これにより、下方から上方
に向けて原料融液Ｌが徐々に固化し、ＧａＡｓを析出さ
せることができる。
【００２２】ここで、本実施形態では、ヒータ１２ａ，
１２ｂ及びヒータ１２ｃ，１２ｄをそれぞれ上述のよう
に温度設定していることから、図２に示すように、原料
融液Ｌ中に２つのドーナツ状の循環流が形成される。縦
型容器１０の底部には、析出したＧａＡｓの固相Ｓがあ
り、この上に、第１の循環流Ｒ1と、当該第１の循環流
Ｒ1の上方に位置する第２の循環流Ｒ2と、が形成されて
いる。
１２ｂ及びヒータ１２ｃ，１２ｄをそれぞれ上述のよう
に温度設定していることから、図２に示すように、原料
融液Ｌ中に２つのドーナツ状の循環流が形成される。縦
型容器１０の底部には、析出したＧａＡｓの固相Ｓがあ
り、この上に、第１の循環流Ｒ1と、当該第１の循環流
Ｒ1の上方に位置する第２の循環流Ｒ2と、が形成されて
いる。
【００２３】第１の循環流Ｒ1は、縦型容器１０の側壁
側を下降して、中心軸Ｚ側を上昇するように循環して流
れ、第２の循環流Ｒ2は、縦型容器１０の側壁側を上昇
して中心軸Ｚ側を下降するように循環して流れている。
側を下降して、中心軸Ｚ側を上昇するように循環して流
れ、第２の循環流Ｒ2は、縦型容器１０の側壁側を上昇
して中心軸Ｚ側を下降するように循環して流れている。
【００２４】次に、図３を参照して、第１の循環流Ｒ1
及び第２の循環流Ｒ2が形成される過程を説明する。図
３は、縦型容器の縦断面図であり、中心軸Ｚより右側の
みを示している。上述のように、ヒータ１２ａ，１２ｂ
は原料融液Ｌよりも高温に設定されているため加熱器と
して機能し、ヒータ１２ａ，１２ｂにより囲われる原料
融液Ｌの外周部の領域Ａ2は加熱されることになる。こ
れにより、当該領域Ａ2の原料融液Ｌは密度が減少して
縦型容器１０内を上昇し、上部まで上昇した後に縦型容
器１０の中心軸Ｚに向けて流れ、第２の循環流Ｒ2が形
成される。一方、ヒータ１２ｃ，１２ｄは原料融液Ｌよ
りも低温に設定されているため放熱器として機能し、ヒ
ータ１２ｃ，１２ｄにより囲われる原料融液Ｌの外周部
の領域Ａ1は放熱されることになる。これにより、当該
領域Ａ1の原料融液Ｌは密度が増加して縦型容器１０内
を下降し、底部まで下降した後に縦型容器の中心軸Ｚに
向けて流れて、第１の循環流Ｒ1が形成される。
及び第２の循環流Ｒ2が形成される過程を説明する。図
３は、縦型容器の縦断面図であり、中心軸Ｚより右側の
みを示している。上述のように、ヒータ１２ａ，１２ｂ
は原料融液Ｌよりも高温に設定されているため加熱器と
して機能し、ヒータ１２ａ，１２ｂにより囲われる原料
融液Ｌの外周部の領域Ａ2は加熱されることになる。こ
れにより、当該領域Ａ2の原料融液Ｌは密度が減少して
縦型容器１０内を上昇し、上部まで上昇した後に縦型容
器１０の中心軸Ｚに向けて流れ、第２の循環流Ｒ2が形
成される。一方、ヒータ１２ｃ，１２ｄは原料融液Ｌよ
りも低温に設定されているため放熱器として機能し、ヒ
ータ１２ｃ，１２ｄにより囲われる原料融液Ｌの外周部
の領域Ａ1は放熱されることになる。これにより、当該
領域Ａ1の原料融液Ｌは密度が増加して縦型容器１０内
を下降し、底部まで下降した後に縦型容器の中心軸Ｚに
向けて流れて、第１の循環流Ｒ1が形成される。
【００２５】また、液相よりも固相の方が含有できる不
純物の量が少ない場合、原料融液Ｌが下方から固化して
ＧａＡｓが析出するのに伴って、原料融液Ｌに含まれて
いた不純物が固相Ｓから上層の液相に流れ込む。このた
め、原料融液Ｌ中の第１の循環流Ｒ1が流れる領域は、
下方の固相Ｓからの不純物が溜まって不純物濃度が増加
する。ところが、本実施形態では、第１の循環流Ｒ1の
上部と第２の循環流Ｒ2の下部との図３中白抜き矢印で
示す合流部Ｘにおける不純物の拡散によって、第１の循
環流Ｒ1が流れる領域における不純物を第２の循環流Ｒ2
が流れる領域に排出させて、ＧａＡｓの析出中に第１の
循環流Ｒ1における不純物の濃度が略一定に保たれるよ
うに第１の循環流Ｒ1及び第２の循環流Ｒ2を形成する。
これにより、ＧａＡｓの不純物濃度を略一定にすること
ができる。なお、ＧａＡｓを析出させていくと、固相Ｓ
の領域が増加すると共に原料融液Ｌが徐々に減少してい
くが、第１の循環流Ｒ1と第２の循環流Ｒ2との間で不純
物の拡散が結晶成長中常に行われるようにするために、
ヒータ制御装置２０によって各ヒータ１２ａ〜１２ｄを
原料融液Ｌが存在する領域の外周を常に覆うように移動
させ、第１の循環流Ｒ 1が流れる領域と第２の循環流Ｒ2
が流れる領域との割合を結晶成長開始時と同程度に保持
する。
純物の量が少ない場合、原料融液Ｌが下方から固化して
ＧａＡｓが析出するのに伴って、原料融液Ｌに含まれて
いた不純物が固相Ｓから上層の液相に流れ込む。このた
め、原料融液Ｌ中の第１の循環流Ｒ1が流れる領域は、
下方の固相Ｓからの不純物が溜まって不純物濃度が増加
する。ところが、本実施形態では、第１の循環流Ｒ1の
上部と第２の循環流Ｒ2の下部との図３中白抜き矢印で
示す合流部Ｘにおける不純物の拡散によって、第１の循
環流Ｒ1が流れる領域における不純物を第２の循環流Ｒ2
が流れる領域に排出させて、ＧａＡｓの析出中に第１の
循環流Ｒ1における不純物の濃度が略一定に保たれるよ
うに第１の循環流Ｒ1及び第２の循環流Ｒ2を形成する。
これにより、ＧａＡｓの不純物濃度を略一定にすること
ができる。なお、ＧａＡｓを析出させていくと、固相Ｓ
の領域が増加すると共に原料融液Ｌが徐々に減少してい
くが、第１の循環流Ｒ1と第２の循環流Ｒ2との間で不純
物の拡散が結晶成長中常に行われるようにするために、
ヒータ制御装置２０によって各ヒータ１２ａ〜１２ｄを
原料融液Ｌが存在する領域の外周を常に覆うように移動
させ、第１の循環流Ｒ 1が流れる領域と第２の循環流Ｒ2
が流れる領域との割合を結晶成長開始時と同程度に保持
する。
【００２６】図４は、従来の垂直ブリッジマン法で得ら
れたＧａＡｓの不純物濃度（破線）と、本実施形態の結
晶成長方法で得られたＧａＡｓの不純物濃度（実線）
と、を示すグラフである。このグラフより、本実施形態
のＧａＡｓでは、不純物濃度の一定の領域が従来よりも
遥かに多いことが分かる。また、図中Ｘで示した領域
が、電子デバイス等に使用できる範囲であり、従来より
も遥かに歩留まりが高められていることが分かる。
れたＧａＡｓの不純物濃度（破線）と、本実施形態の結
晶成長方法で得られたＧａＡｓの不純物濃度（実線）
と、を示すグラフである。このグラフより、本実施形態
のＧａＡｓでは、不純物濃度の一定の領域が従来よりも
遥かに多いことが分かる。また、図中Ｘで示した領域
が、電子デバイス等に使用できる範囲であり、従来より
も遥かに歩留まりが高められていることが分かる。
【００２７】なお、第１の循環流Ｒ1が流れる領域にお
ける不純物濃度は、第１の循環流Ｒ1及び第２の循環流
Ｒ2の高さ位置を調整することで、所望の値に近付ける
ことができる。そして、第１の循環流Ｒ1の高さは、ヒ
ータ制御装置２０を介してヒータ（放熱器）１２ｃ，１
２ｄの高さ位置を調整することで設定でき、第２の循環
流Ｒ2の高さは、ヒータ（加熱器）１２ａ，１２ｂの高
さ位置を調整することで設定できる。
ける不純物濃度は、第１の循環流Ｒ1及び第２の循環流
Ｒ2の高さ位置を調整することで、所望の値に近付ける
ことができる。そして、第１の循環流Ｒ1の高さは、ヒ
ータ制御装置２０を介してヒータ（放熱器）１２ｃ，１
２ｄの高さ位置を調整することで設定でき、第２の循環
流Ｒ2の高さは、ヒータ（加熱器）１２ａ，１２ｂの高
さ位置を調整することで設定できる。
【００２８】さらに、第１の循環流Ｒ1が流れる領域に
おける不純物濃度は、第１の循環流Ｒ1及び第２の循環
流Ｒ2の大きさ（鉛直方向の長さ）を調整することによ
っても、所望の値に近付けることができる。そして、第
１の循環流Ｒ1及び第２の循環流Ｒ2の大きさは、原料融
液Ｌを放熱する領域と加熱する領域との縦型容器１０の
高さ方向における割合を変化させることで設定すること
ができる。また、放熱する領域と加熱する領域との割合
は、ヒータ制御装置２０を介して各ヒータ１２ａ〜１２
ｄの高さ位置を調整することで変化させることができ
る。
おける不純物濃度は、第１の循環流Ｒ1及び第２の循環
流Ｒ2の大きさ（鉛直方向の長さ）を調整することによ
っても、所望の値に近付けることができる。そして、第
１の循環流Ｒ1及び第２の循環流Ｒ2の大きさは、原料融
液Ｌを放熱する領域と加熱する領域との縦型容器１０の
高さ方向における割合を変化させることで設定すること
ができる。また、放熱する領域と加熱する領域との割合
は、ヒータ制御装置２０を介して各ヒータ１２ａ〜１２
ｄの高さ位置を調整することで変化させることができ
る。
【００２９】［第２実施形態］次に、図５及び図６を参
照して、本発明に係る結晶成長方法の第２実施形態を説
明する。本実施形態では、ヒータ１２ａ，１２ｂの設定
温度を原料融液Ｌの温度よりも低くし、ヒータ１２ｃ，
１２ｄの設定温度を原料融液Ｌの温度よりも高くする。
また、縦型容器１０の上方に、径が縦型容器１０よりも
小さなヒータ１２ｅを設置し、この設定温度を原料融液
Ｌよりも高くする。これにより、図５に示すように、本
実施形態の第１の循環流Ｒ1及び第２の循環流Ｒ2は、第
１実施形態の各循環流Ｒ1，Ｒ2と流れが反対になる。す
なわち、本実施形態の第１の循環流Ｒ1は、縦型容器１
０の側壁側を上昇して中心軸Ｚ側を下降して流れ、第２
の循環流Ｒ2は、縦型容器１０の側壁側を下降して中心
軸Ｚ側を上昇するように流れる。
照して、本発明に係る結晶成長方法の第２実施形態を説
明する。本実施形態では、ヒータ１２ａ，１２ｂの設定
温度を原料融液Ｌの温度よりも低くし、ヒータ１２ｃ，
１２ｄの設定温度を原料融液Ｌの温度よりも高くする。
また、縦型容器１０の上方に、径が縦型容器１０よりも
小さなヒータ１２ｅを設置し、この設定温度を原料融液
Ｌよりも高くする。これにより、図５に示すように、本
実施形態の第１の循環流Ｒ1及び第２の循環流Ｒ2は、第
１実施形態の各循環流Ｒ1，Ｒ2と流れが反対になる。す
なわち、本実施形態の第１の循環流Ｒ1は、縦型容器１
０の側壁側を上昇して中心軸Ｚ側を下降して流れ、第２
の循環流Ｒ2は、縦型容器１０の側壁側を下降して中心
軸Ｚ側を上昇するように流れる。
【００３０】本実施形態における各循環流Ｒ1，Ｒ2の形
成過程は、以下の通りである。上述のように、ヒータ１
２ａ，１２ｂは原料融液Ｌよりも低温に設定されている
ため放熱器として機能し、ヒータ１２ａ，１２ｂにより
囲われる原料融液Ｌの外周部の領域Ａ2は放熱されるこ
とになる。これにより、当該領域Ａ2の原料融液Ｌは密
度が増加して縦型容器１０内を下降し、その後、縦型容
器１０の中心軸Ｚ側を上昇し、第２の循環流Ｒ2が形成
される。一方、ヒータ１２ｃ，１２ｄは原料融液Ｌより
も高温に設定されているため加熱器として機能し、ヒー
タ１２ｃ，１２ｄにより囲われる原料融液Ｌの外周部の
領域Ａ1は加熱されることになる。これにより、当該領
域Ａ1の原料融液Ｌは密度が減少して縦型容器１０内を
上昇し、その後、縦型容器１０の中心軸Ｚ側を下降し、
第１の循環流Ｒ1が形成される。
成過程は、以下の通りである。上述のように、ヒータ１
２ａ，１２ｂは原料融液Ｌよりも低温に設定されている
ため放熱器として機能し、ヒータ１２ａ，１２ｂにより
囲われる原料融液Ｌの外周部の領域Ａ2は放熱されるこ
とになる。これにより、当該領域Ａ2の原料融液Ｌは密
度が増加して縦型容器１０内を下降し、その後、縦型容
器１０の中心軸Ｚ側を上昇し、第２の循環流Ｒ2が形成
される。一方、ヒータ１２ｃ，１２ｄは原料融液Ｌより
も高温に設定されているため加熱器として機能し、ヒー
タ１２ｃ，１２ｄにより囲われる原料融液Ｌの外周部の
領域Ａ1は加熱されることになる。これにより、当該領
域Ａ1の原料融液Ｌは密度が減少して縦型容器１０内を
上昇し、その後、縦型容器１０の中心軸Ｚ側を下降し、
第１の循環流Ｒ1が形成される。
【００３１】そして、図６に示すように、本実施形態に
おける第１の循環流Ｒ1の上部と第２の循環流Ｒ2の下部
との合流部Ｘは、第１実施形態と反対向きになるが、こ
の合流部Ｘにおいても、第１実施形態と同様に原料融液
Ｌの鉛直方向の対流は起こらず、拡散のみが第１の循環
流Ｒ1が流れる領域の不純物濃度を支配する。そして、
合流部Ｘにおける不純物の拡散によって第１の循環流Ｒ
1が流れる領域における不純物を第２の循環流Ｒ2が流れ
る領域に排出し、第１の循環流Ｒ1における不純物濃度
が略一定に保たれるように第１の循環流Ｒ1及び第２の
循環流Ｒ2を形成する。これにより、本実施形態によっ
ても、ＧａＡｓの不純物濃度を略一定にすることができ
る。
おける第１の循環流Ｒ1の上部と第２の循環流Ｒ2の下部
との合流部Ｘは、第１実施形態と反対向きになるが、こ
の合流部Ｘにおいても、第１実施形態と同様に原料融液
Ｌの鉛直方向の対流は起こらず、拡散のみが第１の循環
流Ｒ1が流れる領域の不純物濃度を支配する。そして、
合流部Ｘにおける不純物の拡散によって第１の循環流Ｒ
1が流れる領域における不純物を第２の循環流Ｒ2が流れ
る領域に排出し、第１の循環流Ｒ1における不純物濃度
が略一定に保たれるように第１の循環流Ｒ1及び第２の
循環流Ｒ2を形成する。これにより、本実施形態によっ
ても、ＧａＡｓの不純物濃度を略一定にすることができ
る。
【００３２】また、第１実施形態と同様に、第１の循環
流Ｒ1が流れる領域における不純物濃度を所望の値に近
付けるために、第１の循環流Ｒ1の高さを、ヒータ制御
装置２０を介してヒータ（加熱器）１２ｃ，１２ｄの高
さ位置を調整することで設定し、第２の循環流Ｒ2の高
さを、ヒータ（放熱器）１２ａ，１２ｂの高さ位置を調
整することで設定してもよい。
流Ｒ1が流れる領域における不純物濃度を所望の値に近
付けるために、第１の循環流Ｒ1の高さを、ヒータ制御
装置２０を介してヒータ（加熱器）１２ｃ，１２ｄの高
さ位置を調整することで設定し、第２の循環流Ｒ2の高
さを、ヒータ（放熱器）１２ａ，１２ｂの高さ位置を調
整することで設定してもよい。
【００３３】さらに、第１の循環流Ｒ1が流れる領域に
おける不純物濃度を所望の値により近付けるために、各
ヒータ１２ａ〜１２ｄの高さ位置を調整することで原料
融液Ｌを放熱する領域と加熱する領域との縦型容器１０
の高さ方向における割合を変化させて、第１の循環流Ｒ
1及び第２の循環流Ｒ2の大きさを設定してもよい。
おける不純物濃度を所望の値により近付けるために、各
ヒータ１２ａ〜１２ｄの高さ位置を調整することで原料
融液Ｌを放熱する領域と加熱する領域との縦型容器１０
の高さ方向における割合を変化させて、第１の循環流Ｒ
1及び第２の循環流Ｒ2の大きさを設定してもよい。
【００３４】以上、本発明者によってなされた発明を実
施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記各実
施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の結
晶成長方法によって、ＧａＡｓの他に、ＩｎＰ、ＺｎＳ
ｅ、あるいはＧａXＩｎ1-XＡｓのような三元系、多元系
半導体等の種々の化合物半導体を成長させることができ
る。
施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記各実
施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の結
晶成長方法によって、ＧａＡｓの他に、ＩｎＰ、ＺｎＳ
ｅ、あるいはＧａXＩｎ1-XＡｓのような三元系、多元系
半導体等の種々の化合物半導体を成長させることができ
る。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る結晶
成長方法によれば、第１の循環流の上部と固相から不純
物が流れ込んでいない第２の循環流の下部との合流部に
おいて不純物を拡散させ、第１の循環流が流れる領域の
不純物を第２の循環流が流れる領域に排出することで、
化合物半導体の析出中において第１の循環流における不
純物の濃度が略一定に保たれる。このため、得られた化
合物半導体の不純物濃度を略一定にすることができる。
成長方法によれば、第１の循環流の上部と固相から不純
物が流れ込んでいない第２の循環流の下部との合流部に
おいて不純物を拡散させ、第１の循環流が流れる領域の
不純物を第２の循環流が流れる領域に排出することで、
化合物半導体の析出中において第１の循環流における不
純物の濃度が略一定に保たれる。このため、得られた化
合物半導体の不純物濃度を略一定にすることができる。
【図１】本発明の結晶成長方法を実施するための結晶成
長装置を示す断面図である。
長装置を示す断面図である。
【図２】第１実施形態の第１の循環流Ｒ1及び第２の循
環流Ｒ2を示す図である。
環流Ｒ2を示す図である。
【図３】縦型容器の縦断面図であり、第１実施形態の第
１の循環流Ｒ1及び第２の循環流Ｒ2を示す。
１の循環流Ｒ1及び第２の循環流Ｒ2を示す。
【図４】第１実施形態の結晶成長方法によって得られた
ＧａＡｓの不純物濃度を示すグラフである。
ＧａＡｓの不純物濃度を示すグラフである。
【図５】第２実施形態の第１の循環流Ｒ1及び第２の循
環流Ｒ2を示す図である。
環流Ｒ2を示す図である。
【図６】縦型容器の縦断面図であり、第２実施形態の第
１の循環流Ｒ1及び第２の循環流Ｒ2を示す。
１の循環流Ｒ1及び第２の循環流Ｒ2を示す。
【図７】縦型容器を用いた従来の結晶成長方法によって
得られたＧａＡｓの不純物濃度を示すグラフである。
得られたＧａＡｓの不純物濃度を示すグラフである。
１…結晶成長装置、１０…縦型容器、１２ａ〜１２ｄ…
ヒータ、２０…ヒータ制御装置、Ｌ…原料融液、Ｓ…Ｇ
ａＡｓ（化合物半導体）の固相、Ｒ1…第１の循環流、
Ｒ2…第２の循環流、Ｘ…合流部、Ｚ…中心軸。
ヒータ、２０…ヒータ制御装置、Ｌ…原料融液、Ｓ…Ｇ
ａＡｓ（化合物半導体）の固相、Ｒ1…第１の循環流、
Ｒ2…第２の循環流、Ｘ…合流部、Ｚ…中心軸。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木下 恭一 東京都港区浜松町２丁目４番１号 宇宙開 発事業団内 (72)発明者 加藤 浩和 東京都港区浜松町２丁目４番１号 宇宙開 発事業団内 (72)発明者 松本 聡 東京都港区浜松町２丁目４番１号 宇宙開 発事業団内 Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BE46 CD02 EB01 EG30 5F053 AA09 AA11 BB04 DD03 DD11 DD16 FF04 GG01 HH04 KK01 RR01 RR13
Claims (8)
- 【請求項１】 不純物を含んだ原料融液を縦型容器内で
下方から上方に向けて冷却して化合物半導体を析出させ
る結晶成長方法において、 前記原料融液中に、前記縦型容器の側壁側を下降して中
心軸側を上昇する第１の循環流と、前記第１の循環流の
上方に位置すると共に前記縦型容器の側壁側を上昇して
中心軸側を下降する第２の循環流と、を形成し、 前記第１の循環流の上部と前記第２の循環流の下部との
合流部における前記不純物の拡散によって、前記第１の
循環流が流れる領域における前記不純物の濃度を略一定
に保ちながら化合物半導体を析出させることを特徴とす
る結晶成長方法。 - 【請求項２】 前記第１の循環流は、前記原料融液の外
周部を放熱させることで形成し、前記第２の循環流は、
前記原料融液の外周部を加熱することで形成することを
特徴とする請求項１記載の結晶成長方法。 - 【請求項３】 前記放熱を放熱器によって行うと共に前
記加熱を加熱器によって行い、前記放熱器の高さ位置を
変化させて前記第１の循環流の位置を調整し、前記加熱
器の高さ位置を変化させて前記第２の循環流の位置を調
整することを特徴とする請求項２記載の結晶成長方法。 - 【請求項４】 前記縦型容器の高さ方向における前記放
熱する領域と前記加熱する領域との割合を変化させるこ
とで前記第１の循環流及び前記第２の循環流の大きさを
調整しながら、前記化合物半導体を析出させることを特
徴とする請求項２又は請求項３記載の結晶成長方法。 - 【請求項５】 不純物を含んだ原料融液を縦型容器内で
下方から上方に向けて冷却して化合物半導体を析出させ
る結晶成長方法において、 前記原料融液中に、前記縦型容器の側壁側を上昇して中
心軸側を下降する第１の循環流と、前記第１の循環流の
上方に位置すると共に前記縦型容器の側壁側を下降して
中心軸側を上昇する第２の循環流と、を形成し、 前記第１の循環流の上部と前記第２の循環流の下部との
合流部における前記不純物の拡散によって、前記第１の
循環流が流れる領域における前記不純物の濃度を略一定
に保ちながら化合物半導体を析出させることを特徴とす
る結晶成長方法。 - 【請求項６】 前記第１の循環流は、前記原料融液の外
周部を加熱することで形成し、前記第２の循環流は、前
記原料融液の外周部を放熱させることで形成することを
特徴とする請求項５記載の結晶成長方法。 - 【請求項７】 前記放熱を放熱器によって行うと共に前
記加熱を加熱器によって行い、前記加熱器の高さ位置を
変化させて前記第１の循環流の位置を調整し、前記放熱
器の高さ位置を変化させて前記第２の循環流の位置を調
整することを特徴とする請求項６記載の結晶成長方法。 - 【請求項８】 前記縦型容器の高さ方向における前記加
熱する領域と前記放熱する領域との割合を変化させるこ
とで前記第１の循環流及び前記第２の循環流の大きさを
調整しながら、前記化合物半導体を析出させることを特
徴とする請求項６又は請求項７記載の結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000236171A JP2002053388A (ja) | 2000-08-03 | 2000-08-03 | 結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000236171A JP2002053388A (ja) | 2000-08-03 | 2000-08-03 | 結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002053388A true JP2002053388A (ja) | 2002-02-19 |
Family
ID=18728270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000236171A Pending JP2002053388A (ja) | 2000-08-03 | 2000-08-03 | 結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002053388A (ja) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05254980A (ja) * | 1992-03-13 | 1993-10-05 | Asahi Glass Co Ltd | 化合物半導体単結晶の製造方法および製造装置 |
| JPH07300386A (ja) * | 1994-05-02 | 1995-11-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体結晶の成長方法 |
| JPH09249479A (ja) * | 1996-03-12 | 1997-09-22 | Japan Energy Corp | 化合物半導体単結晶の成長方法 |
| JPH10101468A (ja) * | 1996-10-01 | 1998-04-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体結晶の育成方法及びその装置 |
| JPH111400A (ja) * | 1997-06-11 | 1999-01-06 | Hitachi Cable Ltd | 化合物半導体単結晶の製造方法及びその製造装置 |
| JPH11349392A (ja) * | 1998-06-03 | 1999-12-21 | Hitachi Cable Ltd | 単結晶の製造方法および製造装置 |
-
2000
- 2000-08-03 JP JP2000236171A patent/JP2002053388A/ja active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH05254980A (ja) * | 1992-03-13 | 1993-10-05 | Asahi Glass Co Ltd | 化合物半導体単結晶の製造方法および製造装置 |
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| JPH111400A (ja) * | 1997-06-11 | 1999-01-06 | Hitachi Cable Ltd | 化合物半導体単結晶の製造方法及びその製造装置 |
| JPH11349392A (ja) * | 1998-06-03 | 1999-12-21 | Hitachi Cable Ltd | 単結晶の製造方法および製造装置 |
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