JP2003238299A - Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体結晶の成長方法 - Google Patents
Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体結晶の成長方法Info
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- JP2003238299A JP2003238299A JP2002044210A JP2002044210A JP2003238299A JP 2003238299 A JP2003238299 A JP 2003238299A JP 2002044210 A JP2002044210 A JP 2002044210A JP 2002044210 A JP2002044210 A JP 2002044210A JP 2003238299 A JP2003238299 A JP 2003238299A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 結晶性に優れたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結
晶を安定して再現性よく高い歩留まりで作製することが
できるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶の成長方法を提供
することを主要な目的とする。 【解決手段】 成長室１中に原料多結晶２を配置し、昇
華法またはハロゲン化学輸送法で種結晶４上にＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体結晶を成長させる方法において、結晶
成長後の冷却過程において、種結晶４側の温度を、成長
結晶３側の温度より高温に保持する。この発明によれ
ば、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶を作製するときに、
結晶成長後の冷却過程において熱応力を抑制し、結晶性
に優れたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶を、安定して再
現性よく高い歩留まりで作製することができる。
晶を安定して再現性よく高い歩留まりで作製することが
できるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶の成長方法を提供
することを主要な目的とする。 【解決手段】 成長室１中に原料多結晶２を配置し、昇
華法またはハロゲン化学輸送法で種結晶４上にＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体結晶を成長させる方法において、結晶
成長後の冷却過程において、種結晶４側の温度を、成長
結晶３側の温度より高温に保持する。この発明によれ
ば、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶を作製するときに、
結晶成長後の冷却過程において熱応力を抑制し、結晶性
に優れたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶を、安定して再
現性よく高い歩留まりで作製することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、一般に、ＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体結晶の成長方法に関するものであ
り、より特定的には、昇華法またはハロゲン化学輸送法
で種結晶上にＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ等の
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶を成長させる方法に関す
る。
ＶＩ族化合物半導体結晶の成長方法に関するものであ
り、より特定的には、昇華法またはハロゲン化学輸送法
で種結晶上にＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ等の
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶を成長させる方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶の成長方
法は、大きく分けて、融液成長法、固相成長法、溶液成
長法、気相成長法の４種の方法に分類される。その中
で、気相成長法には、原料の昇華および晶出を利用して
結晶成長を行なう昇華法（ＰＶＴ法：Physical Vapor T
ransport法、およびハロゲンを原料と反応させることに
より原料のハロゲン化物を生成し、その分解を利用する
化学輸送法（ＣＶＴ法：Chemical Vapor Transport法）
がある。
法は、大きく分けて、融液成長法、固相成長法、溶液成
長法、気相成長法の４種の方法に分類される。その中
で、気相成長法には、原料の昇華および晶出を利用して
結晶成長を行なう昇華法（ＰＶＴ法：Physical Vapor T
ransport法、およびハロゲンを原料と反応させることに
より原料のハロゲン化物を生成し、その分解を利用する
化学輸送法（ＣＶＴ法：Chemical Vapor Transport法）
がある。
【０００３】たとえば、J. Crystal Growth 94（198
9）、第１頁〜第５頁では、石英管中の片端に原料とし
て５ｇのＺｎＳｅ粉末、他端に成長結晶の種結晶として
ＺｎＳｅ単結晶を設置して封入することにより、アンプ
ルを作製して、このアンプルを加熱し、ＺｎＳｅ原料粉
末側の温度を約１０８０℃、種結晶側の温度を１０７０
℃に設定することにより、原料を種結晶側へと輸送し、
種結晶上にＺｎＳｅ結晶を成長させている。
9）、第１頁〜第５頁では、石英管中の片端に原料とし
て５ｇのＺｎＳｅ粉末、他端に成長結晶の種結晶として
ＺｎＳｅ単結晶を設置して封入することにより、アンプ
ルを作製して、このアンプルを加熱し、ＺｎＳｅ原料粉
末側の温度を約１０８０℃、種結晶側の温度を１０７０
℃に設定することにより、原料を種結晶側へと輸送し、
種結晶上にＺｎＳｅ結晶を成長させている。
【０００４】気相成長では、種結晶の周囲に種結晶より
も低温の部分が存在すると、種結晶からその低温部への
輸送が生じ、種結晶の結晶性劣化やボイドの発生、場合
によっては完全な多結晶化を引き起こす。
も低温の部分が存在すると、種結晶からその低温部への
輸送が生じ、種結晶の結晶性劣化やボイドの発生、場合
によっては完全な多結晶化を引き起こす。
【０００５】種結晶の結晶性低下は、その上に成長する
結晶に引き継がれ、その結晶性を低下させるため、気相
成長においては、種結晶を保護するためには、少なくと
も局所的最低温部に種結晶を位置させることにより、種
結晶自体が輸送されてしまうことを防止することが重要
となる。
結晶に引き継がれ、その結晶性を低下させるため、気相
成長においては、種結晶を保護するためには、少なくと
も局所的最低温部に種結晶を位置させることにより、種
結晶自体が輸送されてしまうことを防止することが重要
となる。
【０００６】この課題を解決する方法として、透明な材
質からなるロッド状種結晶支持部材上に種結晶を保持す
る結晶成長法が開発されている（J. Crystal Growth vo
l.161，（１９９６）、第５１頁〜５９頁；Yu. V. Koro
ptelin）。
質からなるロッド状種結晶支持部材上に種結晶を保持す
る結晶成長法が開発されている（J. Crystal Growth vo
l.161，（１９９６）、第５１頁〜５９頁；Yu. V. Koro
ptelin）。
【０００７】この方法では、透明な種結晶支持部材上に
種結晶が保持されており、その種結晶支持部材とアンプ
ル内壁の間には小さな隙間が設けられている。種結晶は
種結晶支持部材を通して下部の低温部への輻射冷却によ
り局所的に冷却されているが、それに対して周囲の容器
壁はヒータから直接加熱され、高温に保持される。その
ため、種結晶は熱的に安定な位置に存在することにな
り、周囲への輸送により劣化することなく保持できる。
同時に、容器壁を十分高温とすることができ、成長結晶
を周囲の容器壁に無接触で成長させることができる。種
結晶支持部材とアンプル内壁の間の隙間を通過した気体
原料は、アンプル下部の最低温部に晶出する。したがっ
て、この成長方法では、成長結晶は種結晶裏面で他材料
に接しているだけであり、成長結晶も容器壁に接してい
る場合に比べると、結晶に加わる応力がかなり低減さ
れ、結晶性に優れた結晶の成長が可能となる。
種結晶が保持されており、その種結晶支持部材とアンプ
ル内壁の間には小さな隙間が設けられている。種結晶は
種結晶支持部材を通して下部の低温部への輻射冷却によ
り局所的に冷却されているが、それに対して周囲の容器
壁はヒータから直接加熱され、高温に保持される。その
ため、種結晶は熱的に安定な位置に存在することにな
り、周囲への輸送により劣化することなく保持できる。
同時に、容器壁を十分高温とすることができ、成長結晶
を周囲の容器壁に無接触で成長させることができる。種
結晶支持部材とアンプル内壁の間の隙間を通過した気体
原料は、アンプル下部の最低温部に晶出する。したがっ
て、この成長方法では、成長結晶は種結晶裏面で他材料
に接しているだけであり、成長結晶も容器壁に接してい
る場合に比べると、結晶に加わる応力がかなり低減さ
れ、結晶性に優れた結晶の成長が可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体結晶の結晶性において最も問題となる欠陥は転位で
ある。できるだけ低転位密度の結晶を得ることが重要な
技術課題である。結晶中の転位発生原因には、大きく次
の３つのメカニズムが考えられる。（１）種結晶中に存
在する転位の引継ぎ、（２）結晶成長中の外部応力、
（３）結晶冷却時の外部または内部応力である。これら
の要因をできる限り抑制することが結晶の低転位密度化
に必要である。
導体結晶の結晶性において最も問題となる欠陥は転位で
ある。できるだけ低転位密度の結晶を得ることが重要な
技術課題である。結晶中の転位発生原因には、大きく次
の３つのメカニズムが考えられる。（１）種結晶中に存
在する転位の引継ぎ、（２）結晶成長中の外部応力、
（３）結晶冷却時の外部または内部応力である。これら
の要因をできる限り抑制することが結晶の低転位密度化
に必要である。
【０００９】上記結晶成長方法では、外部からの応力を
小さく抑えることができるため、成長中に新たに転位が
発生することはほとんどなく、主たる転位は種結晶から
引き継がれた転位となる。種結晶に存在する転位は成長
結晶に確実に引き継がれるが、引き継がれた転位は、結
晶周囲に抜けたり、極性の反対の転位同士が結合してル
ープを形成したりすることにより、結晶成長に従い徐々
に減少していく。したがって、結晶の長尺化は結晶性向
上に有利である。また、長尺成長した結晶の先端部近傍
からスライスしたウェハを新たに種結晶として使用する
ことにより、種結晶自身の転位密度を下げることができ
るので、さらに結晶性を向上させることができると期待
される。
小さく抑えることができるため、成長中に新たに転位が
発生することはほとんどなく、主たる転位は種結晶から
引き継がれた転位となる。種結晶に存在する転位は成長
結晶に確実に引き継がれるが、引き継がれた転位は、結
晶周囲に抜けたり、極性の反対の転位同士が結合してル
ープを形成したりすることにより、結晶成長に従い徐々
に減少していく。したがって、結晶の長尺化は結晶性向
上に有利である。また、長尺成長した結晶の先端部近傍
からスライスしたウェハを新たに種結晶として使用する
ことにより、種結晶自身の転位密度を下げることができ
るので、さらに結晶性を向上させることができると期待
される。
【００１０】しかしながら、上記の従来技術の結晶成長
方法は、容器壁と無接触で結晶を成長できるという優れ
た長所があるが、種結晶裏面が種結晶支持部材と接する
ことは避けられない。したがって、種結晶裏面と種結晶
支持部材が密着していると、結晶成長の冷却過程におい
て、結晶と種結晶支持部材の熱膨張率差により結晶に応
力が加わることになる。この応力により、結晶内の転位
が増殖し、結晶性悪化を引き起こす。
方法は、容器壁と無接触で結晶を成長できるという優れ
た長所があるが、種結晶裏面が種結晶支持部材と接する
ことは避けられない。したがって、種結晶裏面と種結晶
支持部材が密着していると、結晶成長の冷却過程におい
て、結晶と種結晶支持部材の熱膨張率差により結晶に応
力が加わることになる。この応力により、結晶内の転位
が増殖し、結晶性悪化を引き起こす。
【００１１】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、昇華法またはハロゲン化学輸
送法で種結晶上に結晶性に優れたＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体結晶を安定して、再現性よく、高い歩留まりで成長
させる、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶の成長方法を提
供することを目的とする。
るためになされたもので、昇華法またはハロゲン化学輸
送法で種結晶上に結晶性に優れたＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体結晶を安定して、再現性よく、高い歩留まりで成長
させる、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶の成長方法を提
供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１に係るＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体結晶の成長方法は、成長室中に原料多
結晶を配置し、昇華法またはハロゲン化学輸送法で種結
晶上にＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶を成長させる方法
において、結晶成長後の冷却過程において、種結晶側の
温度を成長結晶側の温度より高温に保持することを特徴
とする。
Ｉ族化合物半導体結晶の成長方法は、成長室中に原料多
結晶を配置し、昇華法またはハロゲン化学輸送法で種結
晶上にＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶を成長させる方法
において、結晶成長後の冷却過程において、種結晶側の
温度を成長結晶側の温度より高温に保持することを特徴
とする。
【００１３】請求項２に記載のＩＩ−ＶＩ族化合物半導
体結晶の成長方法は、請求項１に記載のＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体結晶の成長方法において、結晶成長後の冷却
過程において、成長結晶部での軸方向温度勾配が、０．
１℃／ｃｍ以上、５０℃／ｃｍ以下であることを特徴と
する。この場合、種結晶側が高温である場合を正とす
る。
体結晶の成長方法は、請求項１に記載のＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体結晶の成長方法において、結晶成長後の冷却
過程において、成長結晶部での軸方向温度勾配が、０．
１℃／ｃｍ以上、５０℃／ｃｍ以下であることを特徴と
する。この場合、種結晶側が高温である場合を正とす
る。
【００１４】請求項３に記載のＩＩ−ＶＩ族化合物半導
体結晶の成長方法は、請求項１または２に記載のＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体結晶の成長方法において、結晶成長
温度において安定で、可視光または赤外光に対して透明
な材質よりなり、円柱状あるいはそれに類する形状をな
し、その一端面が平滑平面となっている種結晶支持部材
を準備し、上記種結晶支持部材を、少なくとも上記平滑
平面部近傍において、上記成長室の内壁と接触しないよ
うに該成長室内に配置し、上記平滑平面部上に上記種結
晶を保持させて行なうことを特徴とする。
体結晶の成長方法は、請求項１または２に記載のＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体結晶の成長方法において、結晶成長
温度において安定で、可視光または赤外光に対して透明
な材質よりなり、円柱状あるいはそれに類する形状をな
し、その一端面が平滑平面となっている種結晶支持部材
を準備し、上記種結晶支持部材を、少なくとも上記平滑
平面部近傍において、上記成長室の内壁と接触しないよ
うに該成長室内に配置し、上記平滑平面部上に上記種結
晶を保持させて行なうことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
を用いて説明する。
を用いて説明する。
【００１６】本発明は、昇華法またはハロゲン化学輸送
法で種結晶上に、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶を成長
させるときに、結晶冷却過程において結晶に加わる熱応
力を緩和し、結晶性に優れたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
結晶を成長させる方法に係る。
法で種結晶上に、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶を成長
させるときに、結晶冷却過程において結晶に加わる熱応
力を緩和し、結晶性に優れたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体
結晶を成長させる方法に係る。
【００１７】図１（ａ），（ｂ）に、本発明の実施の形
態に係る方法を実現するための装置（ａ：結晶成長時、
ｂ：結晶冷却時）の概念図を示す。図１（ｃ）は、結晶
成長炉内の、結晶成長時および結晶冷却時の、垂直方向
における温度分布を示す図である。。
態に係る方法を実現するための装置（ａ：結晶成長時、
ｂ：結晶冷却時）の概念図を示す。図１（ｃ）は、結晶
成長炉内の、結晶成長時および結晶冷却時の、垂直方向
における温度分布を示す図である。。
【００１８】図１（ａ）を参照して、装置の構成につい
て説明する。結晶成長アンプル１は、アンプル台８の上
に配置されている。結晶成長アンプル１の内部の上方に
は、原料多結晶２が配置されている。その原料多結晶２
の下側に、種結晶支持部材５が設けられており、種結晶
支持部材の上に、種結晶４が配置されている。結晶成長
アンプル１の周囲には、ヒータ６が設けられている。結
晶が成長することにより、種結晶４の上に、成長結晶３
が形成される。
て説明する。結晶成長アンプル１は、アンプル台８の上
に配置されている。結晶成長アンプル１の内部の上方に
は、原料多結晶２が配置されている。その原料多結晶２
の下側に、種結晶支持部材５が設けられており、種結晶
支持部材の上に、種結晶４が配置されている。結晶成長
アンプル１の周囲には、ヒータ６が設けられている。結
晶が成長することにより、種結晶４の上に、成長結晶３
が形成される。
【００１９】図１（ａ）と、図１（ｃ）中の実線のデー
タを参照して、結晶成長時には、原料（原料多結晶２）
を種結晶４より高温とすることで、原料から種結晶４に
物質輸送を行なう。この工程は、従来法と同様である。
結晶の成長時の温度プロファイルでは、成長結晶３は種
結晶支持部材５を通しての輻射により冷却されているの
で、アンプル１の内壁と比較すると、低温となってい
る。これにより安定した結晶成長が実現される。
タを参照して、結晶成長時には、原料（原料多結晶２）
を種結晶４より高温とすることで、原料から種結晶４に
物質輸送を行なう。この工程は、従来法と同様である。
結晶の成長時の温度プロファイルでは、成長結晶３は種
結晶支持部材５を通しての輻射により冷却されているの
で、アンプル１の内壁と比較すると、低温となってい
る。これにより安定した結晶成長が実現される。
【００２０】しかし、この構成では、種結晶支持部材５
も成長結晶３と同様に輻射冷却されているため、種結晶
支持部材５の上面は、成長結晶３の裏面に比べて低温と
なっている。そのため、成長結晶３の裏面から種結晶支
持部材５の上面への輸送は僅かに生じており、成長結晶
３と種結晶支持部材５が固着した状態となっている。従
来の方法では、この温度プロファイル（図１（ｃ）の実
線）をほぼ維持したまま、室温まで冷却していたため、
冷却過程において、成長結晶３は、種結晶支持部材５と
の熱膨張率差に起因する熱応力を受けていた。この応力
が結晶性悪化の要因となっていた。
も成長結晶３と同様に輻射冷却されているため、種結晶
支持部材５の上面は、成長結晶３の裏面に比べて低温と
なっている。そのため、成長結晶３の裏面から種結晶支
持部材５の上面への輸送は僅かに生じており、成長結晶
３と種結晶支持部材５が固着した状態となっている。従
来の方法では、この温度プロファイル（図１（ｃ）の実
線）をほぼ維持したまま、室温まで冷却していたため、
冷却過程において、成長結晶３は、種結晶支持部材５と
の熱膨張率差に起因する熱応力を受けていた。この応力
が結晶性悪化の要因となっていた。
【００２１】一方、本発明の実施の形態では、図１
（ｂ）と図１（ｃ）の点線のデータを参照して、結晶成
長時と冷却時で温度分布を変えている。すなわち、冷却
過程では、種結晶支持部材５が成長結晶３より高温とな
るように調整する。これにより、従来の方法とは逆に、
種結晶支持部材５の側から成長結晶３の側へ、さらには
原料多結晶２の側への物質輸送が生じる。この状態で
は、成長結晶３と種結晶支持部材５との固着は完全に抑
制され、全く濡れることなく、成長結晶３は単に種結晶
支持部材５の上に載っているだけとなる。そのため、結
晶冷却中にも、熱膨張率差の応力を受けることがない。
したがって、冷却過程で結晶性を悪化させることなく、
高品質の結晶を得ることができる。
（ｂ）と図１（ｃ）の点線のデータを参照して、結晶成
長時と冷却時で温度分布を変えている。すなわち、冷却
過程では、種結晶支持部材５が成長結晶３より高温とな
るように調整する。これにより、従来の方法とは逆に、
種結晶支持部材５の側から成長結晶３の側へ、さらには
原料多結晶２の側への物質輸送が生じる。この状態で
は、成長結晶３と種結晶支持部材５との固着は完全に抑
制され、全く濡れることなく、成長結晶３は単に種結晶
支持部材５の上に載っているだけとなる。そのため、結
晶冷却中にも、熱膨張率差の応力を受けることがない。
したがって、冷却過程で結晶性を悪化させることなく、
高品質の結晶を得ることができる。
【００２２】なお、結晶成長時と結晶冷却時の温度分布
を変化させるための手段としては、結晶成長炉７内の温
度分布を変化させてもよいし、結晶成長アンプル１を結
晶成長炉７内で移動させてもよい。また、これらの両者
を組合わせてもよい。
を変化させるための手段としては、結晶成長炉７内の温
度分布を変化させてもよいし、結晶成長アンプル１を結
晶成長炉７内で移動させてもよい。また、これらの両者
を組合わせてもよい。
【００２３】結晶冷却時の成長結晶部での軸方向温度勾
配は、０．１℃／ｃｍ以上、５０℃／ｃｍ以下であるこ
とが望ましい。なお、ここで、軸方向温度勾配とは、結
晶成長炉７の中心軸上での温度勾配、すなわち、結晶成
長方向での温度勾配を意味する。また、温度勾配は、種
結晶４側が原料多結晶２側より高温である場合を正とし
ている。軸方向温度勾配が０．１℃／ｃｍよりも小さい
と、温度勾配を逆転させた効果がほとんどなく、成長結
晶３と種結晶支持部材５との固着を緩和することができ
ない。また、５０℃／ｃｍよりも大きいと、成長結晶３
からの再昇華による輸送が進むため望ましくない。
配は、０．１℃／ｃｍ以上、５０℃／ｃｍ以下であるこ
とが望ましい。なお、ここで、軸方向温度勾配とは、結
晶成長炉７の中心軸上での温度勾配、すなわち、結晶成
長方向での温度勾配を意味する。また、温度勾配は、種
結晶４側が原料多結晶２側より高温である場合を正とし
ている。軸方向温度勾配が０．１℃／ｃｍよりも小さい
と、温度勾配を逆転させた効果がほとんどなく、成長結
晶３と種結晶支持部材５との固着を緩和することができ
ない。また、５０℃／ｃｍよりも大きいと、成長結晶３
からの再昇華による輸送が進むため望ましくない。
【００２４】種結晶支持部材５の材質としては、結晶成
長環境下において、分解または融解、昇華せず、かつ種
結晶と反応せず、ハロゲン化学輸送法においてはハロゲ
ンと反応せず、かつ可視光または赤外光に対して透明な
材質の中から選ぶ必要がある。そのような材質として
は、石英ガラス、マグネシア、水晶、サファイア等を挙
げることができる。
長環境下において、分解または融解、昇華せず、かつ種
結晶と反応せず、ハロゲン化学輸送法においてはハロゲ
ンと反応せず、かつ可視光または赤外光に対して透明な
材質の中から選ぶ必要がある。そのような材質として
は、石英ガラス、マグネシア、水晶、サファイア等を挙
げることができる。
【００２５】
【実施例】まず、比較例を説明し、次に実施例について
説明する。
説明する。
【００２６】比較例
図２（ａ）の装置を用いて、ＺｎＳｅ結晶を成長させ
た。図２（ａ）における装置において、図１（ａ）に示
す装置と同一の部分には同一の参照番号を付し、その説
明は繰返さない。図２（ｂ）は、結晶成長炉内の、結晶
成長時および結晶冷却時の、垂直方向における温度分布
を示す図である。
た。図２（ａ）における装置において、図１（ａ）に示
す装置と同一の部分には同一の参照番号を付し、その説
明は繰返さない。図２（ｂ）は、結晶成長炉内の、結晶
成長時および結晶冷却時の、垂直方向における温度分布
を示す図である。
【００２７】図２（ａ）の装置を用いて、ＺｎＳｅ結晶
を成長させた。内径２１ｍｍで平底に整形した底面を有
する石英製アンプル１の底面に、種結晶支持部材５とし
て、直径２０ｍｍ、長さ１００ｍｍで両端面を研磨した
サファイアロッドを、サファイアロッド側面と石英アン
プル内壁との隙間が約０．５ｍｍに維持されるようにセ
ットした。
を成長させた。内径２１ｍｍで平底に整形した底面を有
する石英製アンプル１の底面に、種結晶支持部材５とし
て、直径２０ｍｍ、長さ１００ｍｍで両端面を研磨した
サファイアロッドを、サファイアロッド側面と石英アン
プル内壁との隙間が約０．５ｍｍに維持されるようにセ
ットした。
【００２８】種結晶４には、直径２０ｍｍ、厚さ０．８
ｍｍで表面をミラー研磨、裏面をラッピング研磨した、
（１１１）Ｂ面のＺｎＳｅ単結晶ウェハを用いた。結晶
成長に先だって評価した種結晶４の転位密度は、２×１
０4〜４×１０4ｃｍ-2であった。種結晶４の上方４０ｍ
ｍの位置に原料保持用石英メッシュをセットし、その上
に原料として外径２０ｍｍの円柱状ＺｎＳｅ多結晶約４
０グラムを載せた。次に、１×１０-7Ｔｏｒｒまで真空
排気した後、アルゴンガスを２０Ｔｏｒｒ導入し、封入
蓋の部分で封着した。
ｍｍで表面をミラー研磨、裏面をラッピング研磨した、
（１１１）Ｂ面のＺｎＳｅ単結晶ウェハを用いた。結晶
成長に先だって評価した種結晶４の転位密度は、２×１
０4〜４×１０4ｃｍ-2であった。種結晶４の上方４０ｍ
ｍの位置に原料保持用石英メッシュをセットし、その上
に原料として外径２０ｍｍの円柱状ＺｎＳｅ多結晶約４
０グラムを載せた。次に、１×１０-7Ｔｏｒｒまで真空
排気した後、アルゴンガスを２０Ｔｏｒｒ導入し、封入
蓋の部分で封着した。
【００２９】このアンプルを４ゾーンヒータの縦型環状
炉に配置し、多結晶原料部温度が１１００℃、種結晶部
温度が１０８０℃、アンプル下端部温度が１０００℃と
なるように、各ヒータ６の温度を設定した。この場合の
成長結晶部での軸方向温度勾配は、種結晶側が高温であ
るときを正として、−７．５℃／ｃｍであった。その温
度条件で、約３０日間保持して結晶成長を行なった。結
晶成長終了後、各ヒータ６を２４時間で一定の冷却速度
で室温まで降温し、アンプルを取出した。得られた結晶
は、底面の直径２０ｍｍ、先端部の直径１４ｍｍ、結晶
長２０ｍｍの円錐台状の形状であり、重量２３．２ｇ
で，結晶成長速度は約０．６６ｍｍ／ｄａｙであった。
炉に配置し、多結晶原料部温度が１１００℃、種結晶部
温度が１０８０℃、アンプル下端部温度が１０００℃と
なるように、各ヒータ６の温度を設定した。この場合の
成長結晶部での軸方向温度勾配は、種結晶側が高温であ
るときを正として、−７．５℃／ｃｍであった。その温
度条件で、約３０日間保持して結晶成長を行なった。結
晶成長終了後、各ヒータ６を２４時間で一定の冷却速度
で室温まで降温し、アンプルを取出した。得られた結晶
は、底面の直径２０ｍｍ、先端部の直径１４ｍｍ、結晶
長２０ｍｍの円錐台状の形状であり、重量２３．２ｇ
で，結晶成長速度は約０．６６ｍｍ／ｄａｙであった。
【００３０】この結晶から（１００）ウェハをスライス
し、片面を研磨後、臭素メタノール溶液でエッチングす
ることによりエッチピットを出し、結晶中の転位密度分
布を評価した。転位密度は、種結晶近傍で最も高く、約
１×１０5ｃｍ-2で、結晶成長方向で低下しており、結
晶先端部近傍で約３×１０4ｃｍ-2であった。種結晶側
で転位密度が高くなっており、また結晶成長前の種結晶
転位密度より高くなっていることから、結晶冷却時に種
結晶４の裏面に種結晶支持部材５から熱応力が加わり、
結晶性が悪化したものと考えられる。
し、片面を研磨後、臭素メタノール溶液でエッチングす
ることによりエッチピットを出し、結晶中の転位密度分
布を評価した。転位密度は、種結晶近傍で最も高く、約
１×１０5ｃｍ-2で、結晶成長方向で低下しており、結
晶先端部近傍で約３×１０4ｃｍ-2であった。種結晶側
で転位密度が高くなっており、また結晶成長前の種結晶
転位密度より高くなっていることから、結晶冷却時に種
結晶４の裏面に種結晶支持部材５から熱応力が加わり、
結晶性が悪化したものと考えられる。
【００３１】実施例
図１（ａ）の装置を用いて、ＺｎＳｅ結晶を成長させ
た。アンプル作製手順は、比較例と同様に行なった。結
晶成長に先だって評価した種結晶４の転位密度は、２×
１０4〜４×１０4ｃｍ-2であった。
た。アンプル作製手順は、比較例と同様に行なった。結
晶成長に先だって評価した種結晶４の転位密度は、２×
１０4〜４×１０4ｃｍ-2であった。
【００３２】このアンプルを４ゾーンヒータの縦型管状
炉７に配置し、多結晶原料部温度が１１００℃、種結晶
部温度が１０８０℃、アンプル下端部温度が１０００℃
となるように各ヒータ６の温度を設定した。その温度条
件で約３０日間保持して結晶成長を行なった。結晶成長
終了後、各ヒータ６の設定温度を４時間かけて連続的に
変化させ、同時にアンプルを５０ｍｍ上昇させることに
より多結晶原料部温度が１０５０℃、種結晶部温度が１
０８０℃、アンプル下端部温度が１１２０℃となるよう
に温度分布を変化させた。このときの成長結晶部での軸
方向温度勾配は、種結晶４側が高温であるときを正と
し、９．０℃／ｃｍであった。その後、各ヒータ６を２
４時間で一定の冷却速度で室温まで降温し、アンプルを
取出した。得られた結晶は、底面の直径２０ｍｍ、先端
部の直径１４ｍｍ、結晶長２１ｍｍの円錐台状の形状で
あり、重量２４．８ｇで結晶成長速度は約０．７ｍｍ／
ｄａｙであった。
炉７に配置し、多結晶原料部温度が１１００℃、種結晶
部温度が１０８０℃、アンプル下端部温度が１０００℃
となるように各ヒータ６の温度を設定した。その温度条
件で約３０日間保持して結晶成長を行なった。結晶成長
終了後、各ヒータ６の設定温度を４時間かけて連続的に
変化させ、同時にアンプルを５０ｍｍ上昇させることに
より多結晶原料部温度が１０５０℃、種結晶部温度が１
０８０℃、アンプル下端部温度が１１２０℃となるよう
に温度分布を変化させた。このときの成長結晶部での軸
方向温度勾配は、種結晶４側が高温であるときを正と
し、９．０℃／ｃｍであった。その後、各ヒータ６を２
４時間で一定の冷却速度で室温まで降温し、アンプルを
取出した。得られた結晶は、底面の直径２０ｍｍ、先端
部の直径１４ｍｍ、結晶長２１ｍｍの円錐台状の形状で
あり、重量２４．８ｇで結晶成長速度は約０．７ｍｍ／
ｄａｙであった。
【００３３】この結晶から、（１００）ウェハをスライ
スし、片面を研磨後、臭素メタノール溶液でエッチング
することによりエッチピットを出し、結晶中の転位密度
分布を評価した。転位密度は、種結晶全体で大きな分布
はなく、１×１０4〜４×１０4ｃｍ-2であった。転位密
度は種結晶４側で特に増加しているということはなく、
比較例のように種結晶４の裏面に熱応力が加わっていな
いことが明らかとなった。本方法により、結晶性に優れ
たＺｎＳｅウェハを再現性よく高い歩留まりで作製する
ことができるという効果を奏する。
スし、片面を研磨後、臭素メタノール溶液でエッチング
することによりエッチピットを出し、結晶中の転位密度
分布を評価した。転位密度は、種結晶全体で大きな分布
はなく、１×１０4〜４×１０4ｃｍ-2であった。転位密
度は種結晶４側で特に増加しているということはなく、
比較例のように種結晶４の裏面に熱応力が加わっていな
いことが明らかとなった。本方法により、結晶性に優れ
たＺｎＳｅウェハを再現性よく高い歩留まりで作製する
ことができるという効果を奏する。
【００３４】なお、以上の実施例では、アルゴンガス雰
囲気中でのＺｎＳｅ結晶の昇華法による成長についての
み述べたが、他のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶の昇華
法による成長に対しても同様に適用可能である。
囲気中でのＺｎＳｅ結晶の昇華法による成長についての
み述べたが、他のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶の昇華
法による成長に対しても同様に適用可能である。
【００３５】成長雰囲気もアルゴンガス等の不活性ガス
雰囲気のみでなく、リザーバを用いたＩＩ族あるいはＶ
Ｉ族元素の雰囲気での成長に対しても適用可能である。
雰囲気のみでなく、リザーバを用いたＩＩ族あるいはＶ
Ｉ族元素の雰囲気での成長に対しても適用可能である。
【００３６】また同様に、昇華法だけでなく、ハロゲン
化学輸送法に対しても適用可能である。
化学輸送法に対しても適用可能である。
【００３７】今回開示された実施の形態および実施例は
すべての点で例示であって制限的なものではないと考え
られるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではな
くて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と
均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれるこ
とが意図される。
すべての点で例示であって制限的なものではないと考え
られるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではな
くて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と
均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれるこ
とが意図される。
【００３８】
【発明の効果】本発明において、上記の構成を採用する
ことにより、昇華法および／またはハロゲン化学輸送法
により、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶を作成するとき
に、結晶成長後の冷却過程において熱応力を抑制し、結
晶性に優れたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶を安定し
て、再現性よく高い歩留まりで作成することができる。
ことにより、昇華法および／またはハロゲン化学輸送法
により、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶を作成するとき
に、結晶成長後の冷却過程において熱応力を抑制し、結
晶性に優れたＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶を安定し
て、再現性よく高い歩留まりで作成することができる。
【図１】 この発明の実施の形態で使用した結晶成長炉
内の模式図であり、（ａ）は結晶成長時、（ｂ）は結晶
冷却時、（ｃ）は結晶成長炉内の垂直方向の温度分布を
示す図である。
内の模式図であり、（ａ）は結晶成長時、（ｂ）は結晶
冷却時、（ｃ）は結晶成長炉内の垂直方向の温度分布を
示す図である。
【図２】 比較例で使用した、結晶成長炉の内部の様子
を示す図（ａ）と、結晶成長炉内の垂直方向の温度分布
を示す図（ｂ）である。
を示す図（ａ）と、結晶成長炉内の垂直方向の温度分布
を示す図（ｂ）である。
１ 結晶成長アンプル、２ 原料多結晶、３ 成長結
晶、４ 種結晶、５ 種結晶支持部材、６ ヒータ、７
結晶成長炉、８ アンプル台。
晶、４ 種結晶、５ 種結晶支持部材、６ ヒータ、７
結晶成長炉、８ アンプル台。
Claims (3)
- 【請求項１】 成長室中に原料多結晶を配置し、昇華法
またはハロゲン化学輸送法で種結晶上にＩＩ−ＶＩ族化
合物半導体結晶を成長させる方法において、結晶成長後
の冷却過程において、種結晶側の温度を、成長結晶側の
温度より、高温に保持することを特徴とする、ＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体結晶の成長方法。 - 【請求項２】 結晶成長後の冷却過程において、成長結
晶部での軸方向温度勾配が、０．１℃／ｃｍ以上、５０
℃／ｃｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載
のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶の成長方法。 - 【請求項３】 結晶成長温度において安定で、可視光ま
たは赤外光に対して透明な材質よりなり、円柱状あるい
はそれに類する形状をなし、その一端面が平滑平面とな
っている種結晶支持部材を準備し、前記種結晶支持部材
を、少なくとも前記平滑平面部近傍において、前記成長
室の内壁と接触しないように前記成長室内に配置し、前
記平滑平面部上に前記種結晶を保持させて行なう、請求
項１または２に記載のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶の
成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002044210A JP3698109B2 (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002044210A JP3698109B2 (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体結晶の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003238299A true JP2003238299A (ja) | 2003-08-27 |
| JP3698109B2 JP3698109B2 (ja) | 2005-09-21 |
Family
ID=27783681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002044210A Expired - Fee Related JP3698109B2 (ja) | 2002-02-21 | 2002-02-21 | Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3698109B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130220219A1 (en) * | 2012-02-24 | 2013-08-29 | Industry-Academic Cooperation Foundation, Yeungnam University | Apparatus for manufacturing photovoltaic cell |
| CN110093667A (zh) * | 2019-05-21 | 2019-08-06 | 浙江森尼克半导体有限公司 | 一种气相生长ZnTe单晶体的装置及方法 |
| CN114134576A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-03-04 | 中国电子科技集团公司第四十六研究所 | 一种用于低位错密度CdS单晶生长的籽晶处理方法 |
| CN114174570A (zh) * | 2019-03-29 | 2022-03-11 | 学校法人关西学院 | 具备温度梯度反转单元的半导体衬底的制造装置和半导体衬底的制造方法 |
-
2002
- 2002-02-21 JP JP2002044210A patent/JP3698109B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130220219A1 (en) * | 2012-02-24 | 2013-08-29 | Industry-Academic Cooperation Foundation, Yeungnam University | Apparatus for manufacturing photovoltaic cell |
| US9076917B2 (en) | 2012-02-24 | 2015-07-07 | Industry-Academic Cooperation Foundation, Yeungnam University | Method of manufacturing photovoltaic cell |
| CN114174570A (zh) * | 2019-03-29 | 2022-03-11 | 学校法人关西学院 | 具备温度梯度反转单元的半导体衬底的制造装置和半导体衬底的制造方法 |
| EP3951026A4 (en) * | 2019-03-29 | 2022-12-21 | Kwansei Gakuin Educational Foundation | DEVICE FOR MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR SUBSTRATE WITH TEMPERATURE GRADIENT INVERSION DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR SUBSTRATE |
| TWI827826B (zh) * | 2019-03-29 | 2024-01-01 | 學校法人關西學院 | 具備溫度梯度反轉機構之半導體基板的製造裝置以及半導體基板的製造方法 |
| CN114174570B (zh) * | 2019-03-29 | 2024-04-30 | 学校法人关西学院 | 具备温度梯度反转单元的半导体衬底的制造装置和半导体衬底的制造方法 |
| US12014939B2 (en) | 2019-03-29 | 2024-06-18 | Kwansei Gakuin Educational Foundation | Device for manufacturing semiconductor substrate comprising temperature gradient inversion means and method for manufacturing semiconductor substrate |
| CN110093667A (zh) * | 2019-05-21 | 2019-08-06 | 浙江森尼克半导体有限公司 | 一种气相生长ZnTe单晶体的装置及方法 |
| CN114134576A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-03-04 | 中国电子科技集团公司第四十六研究所 | 一种用于低位错密度CdS单晶生长的籽晶处理方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3698109B2 (ja) | 2005-09-21 |
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