【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化合物半導体単結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化合物半導体単結晶の製造方法としてＬＥＣ法（Ｌｉｑｕｉｄ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ法：液体封止チョクラルスキー法）がある。以下、図３を参照してＬＥＣ法について説明する。
【０００３】
図３は化合物半導体単結晶を製造するための成長炉の概念図である。
【０００４】
チャンバ１内の中央に有底無蓋の円筒状のるつぼサセプタ２が、鉛直なるつぼ軸３の上端に固定されている。るつぼ軸３の下端はチャンバ１の外部下側に設けられた回転、昇降手段４に連結されている。るつぼサセプタ２は回転、昇降手段４により、るつぼ軸３を中心として回転、昇降自在となっている。チャンバ１内のるつぼサセプタ２の周囲には円筒状のヒータ５が配置されている。ヒータ５とチャンバ１の側壁との間には円筒状の熱シールド治具６、７が配置され、るつぼサセプタ２とチャンバ１の底板との間には円板状の熱シールド治具８が配置されている。るつぼサセプタ２内にはＰＢＮ（Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）製のるつぼ９が収容されるようになっている。チャンバ１内のるつぼ９の上側にはるつぼ軸と同軸とする引上げ軸１０が設けられている。引上げ軸１０はチャンバ１の外部上側に設けられた回転、昇降手段１１により、回転、昇降自在となっている。引上げ軸１０の下端には種結晶１２を保持するためのホルダ１３が設けられている。
【０００５】
これらチャンバ１、るつぼサセプタ２、るつぼ軸３、回転、昇降手段４、ヒータ５、熱シールド治具６〜８、るつぼ９、引上げ軸１０、回転、昇降手段１１及びホルダ１３で成長炉１４が構成されている。但し、チャンバ１内を排気するための排気手段やガス導入手段等は省略されている。
【０００６】
なお、図では成長途中の化合物半導体単結晶（以下「単結晶」という。）１７と、液状の原料（原料融液）１５と、液状の封止剤１６とが示されているが、成長準備段階では原料１５及び封止剤１６は共に固体である。
【０００７】
単結晶１７の１７ａは種付け部（種結晶１２と液状の原料１５との接触部）、１７ｂは増径部（単結晶１７の略円錐状に形成された部分）、１７ｃは定径部（単結晶１７の円柱状に形成された部分）をそれぞれ示す。
【０００８】
次にこの成長炉１４を用いてＬＥＣ法による化合物半導体単結晶の製造方法について説明する。
【０００９】
ＬＥＣ法は、るつぼ９内に化合物半導体の原料（固体）１５及び封止剤（固体）１６を収容し、不活性ガスを充填した成長炉１４内でるつぼ９をヒータ５により通電加熱して原料１５及び封止剤１６を融解し、回転、昇降手段１１で引上げ軸１０を回転、降下させて原料融液１５に種結晶１２を接触させた後、例えば矢印３ａ方向にるつぼ９（るつぼサセプタ２）を回転させると共に、例えば矢印３ｂ方向に回転させながら種結晶１２を矢印１０ａ方向に引上げることにより種結晶１２の下端から化合物半導体の単結晶１７を成長させる方法である。
【００１０】
このＬＥＣ法においては、るつぼ９の回転数（るつぼ軸回転数）は、図４に示すように種付け部から定径部の成長まで一定に制御するのが一般的である。すなわち、種付け部１７ａ、増径部１７ｂ及び定径部１７ｃの各成長過程に係わらず、るつぼ９の回転数は一定である。なお、図４においては、るつぼ９の回転数を１５ｒｐｍとして記載しているが、任意に設定できることは当然である。
【００１１】
なお、図４は従来の化合物半導体単結晶の製造方法における、るつぼの回転数と種結晶の種付け後の引上げ長さとの関係を示す図であり、横軸が引上げ長さを示し、縦軸が回転数を示している。
【００１２】
ここで、従来技術を用いて化合物半導体の一種である砒化ガリウム（以下「ＧａＡｓ」という。）を成長させる場合について図３を参照して説明する。
【００１３】
直径が２８０ｍｍのＰＢＮ製のるつぼ９及び１０ｍｍ角の矩形断面形状の種結晶１２を用い、るつぼ９、種結晶１２を相対的に回転させて定径部１７ｃの直径が１１０ｍｍ、長さが４００ｍｍのＧａＡｓの単結晶１７の成長を５０回行った。その結果、種付けから単結晶成長最終部まで全域単結晶（Ａｌｌ Ｓｉｎｇｌｅ）の割合は５０％以下であった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＬＥＣ法を用いて化合物半導体の単結晶を成長するのは非常に難しく、成長炉１４のヒータ５及び熱シールド治具６〜８等の部材（ホットゾーンと呼ばれる。以下「ＨＺ」という。）の配置、形状、材質等により、単結晶の成長に影響を及ぼすため、再現性の良い単結晶の成長条件を得るのは難しい。
【００１５】
単結晶の再現性を向上させるための要因としては、ＨＺの配置、形状、材質等のＨＺに係わるものであると考えられていたが、根本的には固化した単結晶と原料融液との界面（以下「固液界面」という。）の形状をいかに制御するかが、再現性の良い単結晶を得るための大きな要因であることが明確になってきた。
【００１６】
図５は図３に示した成長炉を用いた成長中の単結晶の部分拡大図である。
【００１７】
なお、図３に示した部材と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００１８】
原料融液１５及び単結晶１７の界面（固液界面）の形状と、単結晶１７の収率との関係は、固液界面が原料融液１５側に凹字断面形状の場合（一点鎖線Ｌ１で示す。）は、単結晶１７の成長過程全般、または成長のある一定期間に係わらず、結晶欠陥であるリネージ（一部の方向がわずかにずれていること）や亜粒界（亜結晶粒界）が集積されやすくなって多結晶化しやすいので、単結晶１７の収率が低下してしまう。
【００１９】
単結晶１７の収率を向上させるための大きな要因は、固液界面を成長過程全般にわたり、原料融液１５側に凸字断面形状（二点鎖線Ｌ２で示す。）になるように制御することである。結晶欠陥であるリネージや亜粒界の集積は、特に種付け部１７ａから定径部１７ｃまでの成長初期の段階で発生している場合が多い。このため、種付け部１７ａから定径部１７ｃまでの成長初期段階での固液界面形状を再現性良く原料融液１５側に凸字断面形状に制御することが特に重要である。しかしながら、現状では、固液界面形状を再現性良く原料融液１５側に凸字断面形状に制御することは技術的に困難であり、化合物半導体単結晶の収率が低下する要因となっていたという問題があった。
【００２０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、収率を大幅に向上させた化合物半導体単結晶の製造方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、るつぼ内に化合物半導体の原料及び封止剤を収容し、不活性ガスを充填した成長炉内でるつぼを加熱して原料及び封止剤を融解し、その原料融液に種結晶を接触させた後、るつぼ、及び種結晶を鉛直な中心軸のまわりに回転させると共に、種結晶を鉛直に引上げることにより種結晶から化合物半導体の単結晶を成長させる化合物半導体単結晶の製造方法において、種付け部からある引上げ長さまでのるつぼの回転数をそれ以降のるつぼの回転数未満とするものである。
【００２２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成に加え、種付け部からある引上げ長さまでのるつぼの回転数を一定の割合で増加させるのが好ましい。
【００２３】
本発明によれば、種付け部からある引上げ長さまでの成長初期段階において、るつぼの回転数を、それ以降の回転数より小さくすることにより、単結晶の成長過程、特に成長初期段階での固液界面形状を再現性良く原料融液側に凸字断面形状になるように制御することができ、化合物半導体単結晶の収率を大幅に向上させることができる。
【００２４】
ここで、ＬＥＣ法では、コストの面から、種結晶の断面積を目標とする結晶断面積よりも小さい結晶を用い、種付け部、増径部、定径部及び尾部の順に結晶成長を行うのが一般的である。また、るつぼの回転数は、種付け部、増径部、定径部及び尾部に係わらず、一定とするのが一般的である。
【００２５】
また、固液界面形状は、原料融液における単結晶の径方向の温度分布によって決定されるが、原料融液内の対流も固液界面形状に大きな影響を及ぼす。一般に、るつぼの回転数が小さい場合、成長初期段階では固液界面形状は原料融液側に凸字断面形状になり、定径部に近づくに伴い固液界面形状は反転し原料融液側に凹字断面形状になる。また、るつぼ回転数が大きい場合、成長初期段階では固液界面形状は原料融液側に凹時形状になり易く、定径に近づくに伴い固液界面形状は原料融液側により凸字断面形状になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２７】
図１は本発明の化合物半導体単結晶の製造方法における、るつぼの回転数と種結晶の種付け後の引上げ長さとの関係を示す図であり、横軸が引上げ長さを示し、縦軸がるつぼの回転数を示している。なお、図１においては種付け時のるつぼの回転数を２ｒｐｍ、引上げ長さ４０ｍｍ時のるつぼ回転数を１５ｒｐｍとし、種付け時から引上げ長さ４０ｍｍで一定の割合でるつぼ回転数が増加する条件を示しているが、これに限定されるものではなく、引上げ長さ、結晶径に対応した固液界面形状とるつぼ回転数の関係を予め把握し、固液界面形状の原料融液側に最も凸字断面形状となる条件に設定することが望ましい。
【００２８】
本製造方法は、図３に示す、るつぼ９内に化合物半導体の原料（固体）１５及び封止剤（固体）１６を収容し、不活性ガスを充填した成長炉１４内でるつぼ９を加熱して原料１５及び封止剤１６を融解し、その原料融液１５に種結晶１２を接触させた後、例えばるつぼ９を矢印３ａ方向に回転させると共に、例えば種結晶１２を矢印３ｂ方向に回転させながら矢印１０ａ方向に引上げることにより種結晶１２の下端から化合物半導体の単結晶１７を成長させる際に、種結晶１２を原料融液１５と接触させてからある引上げ長さまでのるつぼ回転数を、それ以降の回転数未満とするものである。
【００２９】
種結晶１２を原料融液１５と接触させてからある引上げ長さに成長するまでの、るつぼ９の回転数は一定の割合で増加させるのが好ましい。
【００３０】
図２（ａ）〜（ｃ）は本発明の化合物半導体単結晶の製造方法を適用した化合物半導体単結晶の増径部の成長状態を示す図であり、図２（ａ）は種結晶を原料の融液に接触した状態を示し、図２（ｂ）は増径部を引上げている状態を示し、図２（ｃ）は定形部を引上げている際の状態を示している。
【００３１】
このようにして単結晶１７を成長させることにより、単結晶１７の成長過程、特に種付け部１７ａから定径部１７ｃの一部を含む一定の長さまでの成長初期段階での固液界面形状を再現性良く原料融液１５側に凸字断面形状に制御することができ、単結晶１７の収率を大幅に向上させることができる。
【００３２】
【実施例】
次に図３を参照して具体的な数値を挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３３】
（実施例１）
直径が２８０ｍｍのＰＢＮ製のるつぼ９及び１０ｍｍ角の矩形断面形状の種結晶１２を用い、定径部１７ｃの直径が１１０ｍｍ、長さが４００ｍｍのＧａＡｓの単結晶１７の成長を５０回行った。なお、この場合のるつぼ９の回転数は、種付け部１７ａで２ｒｐｍ、引上げ長さ４０ｍｍの時点で１５ｒｐｍとし、種付け部１７ａから引上げ長さ４０ｍｍまでのるつぼ９の回転数は一定の割合（引上げ長さに対し、０．３２５ｒｐｍ／ｍｍの割合でるつぼの回転数が増加する）で増加するようにした。この結果、単結晶の種付けから単結晶の成長最終部まで全域単結晶は９５％以上の高い割合で得られた。なお、引上げ長さ４０ｍｍの時点での結晶直径は４５から５５ｍｍとなるように調整した。
【００３４】
また、成長完了後の単結晶の固液界面形状を確認したところ、従来技術で成長させた単結晶の固液界面形状と比較し、原料融液１５側への凸状の度合いが大きくなっていた。特に、成長初期段階である単結晶１７の増径部１７ｂでの固液界面の原料融液１５側への凸状の度合いが定径部１７ｃの凸状の度合いに比べて相対的に大きくなっていた。
【００３５】
（実施例２）
なお、上記実施例ではＧａＡｓ単結晶の成長の場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ等のＬＥＣ法で結晶成長を行う化合物半導体単結晶の成長方法や成長装置の場合についても同様の効果が得られる。
【００３６】
本発明による製造方法やその製造方法を適用した装置（図示せず。）で得られる化合物半導体単結晶は、従来技術よりも全域単結晶の確率が高いだけでなく、従来技術で得られた化合物半導体単結晶に比べ、転位の集積部が少ない傾向にある。これは、従来技術の場合は、全域単結晶であっても、リネージ、亜粒界には発展しないまでも転位が集積していることを示している。本発明で得られる化合物半導体単結晶のウェハを用いて素子を形成した場合、転位に基づく素子歩留まりの低下を防止することができる。このため、工業生産における経済的効果は多大なものがある。
【００３７】
ＬＥＣ法での化合物半導体単結晶を成長させる際に、種付け部からある引上げ長さまでの上記るつぼの回転数がそれ以降の回転数未満とすることで、成長過程、特に種付け部から定径部までの成長初期段階での固液界面形状を再現性良く原料融液１５側に凸字断面形状に制御することで化合物半導体単結晶の収率を大幅に向上させることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、収率を大幅に向上させた化合物半導体単結晶の製造方法の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の化合物半導体単結晶の製造方法における、るつぼの回転数と種付け部からの引上げ長さとの関係を示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の化合物半導体単結晶の製造方法を適用した化合物半導体単結晶の成長状態を示す図であり、（ａ）は種結晶を原料の融液に接触した状態を示し、（ｂ）は増径部を引上げている状態を示し、（ｃ）は定形部を引上げている際の状態を示している。
【図３】化合物半導体単結晶を製造するための成長炉の概念図である。
【図４】従来の化合物半導体単結晶の製造方法における、るつぼの回転数と種付け部からの引上げ長さとの関係を示す図である。
【図５】図３に示した成長炉を用いた成長中の単結晶の部分拡大図である。
【符号の説明】
１ チャンバ
２ るつぼサセプタ
３ るつぼ軸
４ 回転、昇降手段
５ ヒータ
６〜８ 熱シールド治具
９ るつぼ
１０ 引上げ軸
１１ 回転、昇降手段
１２ 種結晶
１３ ホルダ
１４ 成長炉
１５ 原料（固体、液体）
１６ 封止剤（固体、液体）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a compound semiconductor single crystal.
[0002]
[Prior art]
As a method for producing a compound semiconductor single crystal, there is an LEC method (Liquid Encapsulated Czochralski method: liquid-sealed Czochralski method). Hereinafter, the LEC method will be described with reference to FIG.
[0003]
FIG. 3 is a conceptual diagram of a growth furnace for producing a compound semiconductor single crystal.
[0004]
A cylindrical crucible susceptor 2 without a bottom is fixed to the upper end of a vertical crucible shaft 3 in the center of the chamber 1. The lower end of the crucible shaft 3 is connected to a rotating / elevating means 4 provided below the outside of the chamber 1. The crucible susceptor 2 is rotatable about a crucible shaft 3 and can be raised and lowered by means of a rotating and lifting means 4. A cylindrical heater 5 is arranged around the crucible susceptor 2 in the chamber 1. Cylindrical heat shield jigs 6 and 7 are arranged between the heater 5 and the side wall of the chamber 1, and a disc-shaped heat shield jig 8 is arranged between the crucible susceptor 2 and the bottom plate of the chamber 1. Have been. In the crucible susceptor 2, a crucible 9 made of PBN (Pyrolytic Boron Nitride) is accommodated. Above the crucible 9 in the chamber 1, there is provided a pulling shaft 10 coaxial with the crucible axis. The pulling shaft 10 is rotatable and vertically movable by a rotating and raising / lowering means 11 provided on the upper outside of the chamber 1. At the lower end of the pulling shaft 10, a holder 13 for holding the seed crystal 12 is provided.
[0005]
The growth furnace 14 is composed of the chamber 1, the crucible susceptor 2, the crucible shaft 3, the rotation and lifting means 4, the heater 5, the heat shield jigs 6 to 8, the crucible 9, the lifting shaft 10, the rotation, the lifting and lowering means 11 and the holder 13. Have been. However, an exhaust unit for exhausting the inside of the chamber 1, a gas introducing unit, and the like are omitted.
[0006]
In the drawing, a compound semiconductor single crystal (hereinafter, referred to as “single crystal”) 17 during growth, a liquid raw material (raw material melt) 15, and a liquid sealing agent 16 are shown. At this stage, the raw material 15 and the sealant 16 are both solid.
[0007]
17a of the single crystal 17 is a seeding portion (contact portion between the seed crystal 12 and the liquid raw material 15), 17b is a diameter-increasing portion (portion formed in a substantially conical shape of the single crystal 17), and 17c is a constant diameter portion (single-crystal portion). Column 17 of the crystal 17).
[0008]
Next, a method of manufacturing a compound semiconductor single crystal by the LEC method using the growth furnace 14 will be described.
[0009]
In the LEC method, a raw material (solid) 15 of a compound semiconductor and a sealing agent (solid) 16 are contained in a crucible 9, and the crucible 9 is heated and heated by a heater 5 in a growth furnace 14 filled with an inert gas. 15 and the encapsulant 16 are melted, and the pulling shaft 10 is rotated and lowered by the rotating and raising / lowering means 11 to bring the seed crystal 12 into contact with the raw material melt 15, and then the crucible 9 (crucible susceptor 2) is moved in the direction of arrow 3a, for example. ), The single crystal 17 of the compound semiconductor is grown from the lower end of the seed crystal 12 by pulling the seed crystal 12 in the direction of arrow 10a while rotating in the direction of arrow 3b.
[0010]
In this LEC method, the rotation speed of the crucible 9 (crucible shaft rotation speed) is generally controlled to be constant from the seeding portion to the growth of the constant diameter portion as shown in FIG. That is, the rotation speed of the crucible 9 is constant regardless of the growth process of the seeding portion 17a, the diameter increasing portion 17b, and the constant diameter portion 17c. In FIG. 4, the rotation speed of the crucible 9 is described as 15 rpm, but it can be set arbitrarily.
[0011]
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the number of rotations of the crucible and the pulling length after seeding of the seed crystal in the conventional method of manufacturing a compound semiconductor single crystal, wherein the horizontal axis represents the pulling length, and the vertical axis represents the pulling length. The number of rotations is shown.
[0012]
Here, a case in which gallium arsenide (hereinafter, referred to as "GaAs"), which is a kind of a compound semiconductor, is grown using a conventional technique will be described with reference to FIG.
[0013]
Using a crucible 9 made of PBN having a diameter of 280 mm and a seed crystal 12 having a rectangular cross-sectional shape of 10 mm square, the crucible 9 and the seed crystal 12 are relatively rotated, and the diameter of the constant diameter portion 17c is 110 mm and the length is 400 mm. The single crystal 17 of GaAs was grown 50 times. As a result, the proportion of the single crystal (All Single) in the entire region from seeding to the final single crystal growth was 50% or less.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, it is very difficult to grow a compound semiconductor single crystal using the LEC method, and members such as the heater 5 of the growth furnace 14 and the heat shield jigs 6 to 8 (called a hot zone; hereinafter, referred to as “HZ”). Since the arrangement, shape, material, etc. of ()) affect the growth of the single crystal, it is difficult to obtain a single crystal growth condition with good reproducibility.
[0015]
The factor for improving the reproducibility of the single crystal was thought to be related to the HZ such as the arrangement, shape, and material of the HZ. It has become clear that how to control the shape of the interface (hereinafter referred to as “solid-liquid interface”) is a major factor in obtaining a single crystal with good reproducibility.
[0016]
FIG. 5 is a partially enlarged view of a single crystal being grown using the growth furnace shown in FIG.
[0017]
Note that the same members as those shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
[0018]
The relationship between the shape of the interface (solid-liquid interface) between the raw material melt 15 and the single crystal 17 and the yield of the single crystal 17 is such that the solid-liquid interface has a concave cross-sectional shape toward the raw material melt 15 (dashed line L1 ) Indicate line defects (slightly shifted in some directions) and sub-grain boundaries (sub-crystal grains) regardless of the entire growth process of the single crystal 17 or a certain period of growth. Are easily accumulated and polycrystals are easily formed, so that the yield of the single crystal 17 is reduced.
[0019]
A major factor for improving the yield of the single crystal 17 is to control the solid-liquid interface so as to have a convex cross-sectional shape (indicated by a two-dot chain line L2) on the raw material melt 15 side throughout the growth process. It is. The accumulation of lineage and sub-grain boundaries, which are crystal defects, often occurs particularly at the initial stage of growth from the seeding portion 17a to the constant diameter portion 17c. For this reason, it is particularly important to control the shape of the solid-liquid interface from the seeding portion 17a to the constant diameter portion 17c in the initial stage of growth with good reproducibility to a cross-sectional shape convex toward the raw material melt 15 side. However, at present, it is technically difficult to control the shape of the solid-liquid interface to a convex cross-sectional shape on the side of the raw material melt 15 with good reproducibility, and this has been a factor of reducing the yield of the compound semiconductor single crystal. There was a problem.
[0020]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a compound semiconductor single crystal which solves the above-mentioned problems and greatly improves the yield.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is to provide a crucible containing a compound semiconductor raw material and a sealant, and heating the crucible in a growth furnace filled with an inert gas to heat the raw material and the sealant. After the seed crystal is melted and the seed crystal is brought into contact with the raw material melt, the crucible and the seed crystal are rotated around a vertical central axis, and the seed crystal is pulled vertically to separate the compound semiconductor from the seed crystal. In the method of manufacturing a compound semiconductor single crystal for growing a crystal, the rotation speed of the crucible from the seeding portion to a certain pulling length is set to be lower than the rotation speed of the subsequent crucible.
[0022]
According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, it is preferable that the number of rotations of the crucible from the seeding portion to a certain pulling length is increased at a constant rate.
[0023]
According to the present invention, in the initial stage of growth from the seeding portion to a certain pulling length, the rotation speed of the crucible is set to be lower than the subsequent rotation speed, so that the single crystal growth process, particularly the solid-liquid phase in the initial growth stage. The interface shape can be controlled with good reproducibility so as to have a convex cross-sectional shape on the raw material melt side, and the yield of the compound semiconductor single crystal can be greatly improved.
[0024]
Here, in the LEC method, from the viewpoint of cost, a crystal having a cross-sectional area of a seed crystal smaller than a target crystal cross-sectional area is used, and crystal growth is performed in the order of a seeding portion, a diameter increasing portion, a constant diameter portion, and a tail portion. Is common. In general, the number of rotations of the crucible is constant irrespective of the seeding portion, the increased diameter portion, the fixed diameter portion, and the tail portion.
[0025]
The shape of the solid-liquid interface is determined by the temperature distribution in the radial direction of the single crystal in the raw material melt, but convection in the raw material melt also has a large effect on the shape of the solid-liquid interface. In general, when the number of rotations of the crucible is small, the solid-liquid interface shape has a convex cross-sectional shape toward the raw material melt at the initial stage of growth, and as the diameter approaches the fixed diameter portion, the solid-liquid interface shape reverses, and the shape changes toward the raw material melt. It has a concave cross section. When the crucible rotation speed is high, the solid-liquid interface shape tends to be concave toward the raw material melt at the initial stage of growth, and as the diameter approaches a constant diameter, the solid-liquid interface shape becomes a convex cross-sectional shape due to the raw material melt side. become.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0027]
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the number of rotations of a crucible and the pulling length after seeding of a crucible in the method for producing a compound semiconductor single crystal of the present invention, wherein the horizontal axis represents the pulling length and the vertical axis represents the crucible. Indicates the number of rotations. In FIG. 1, the crucible rotation speed at the time of seeding is 2 rpm, the crucible rotation speed at a pulling length of 40 mm is 15 rpm, and the crucible rotation speed increases at a constant rate at a pulling length of 40 mm from the seeding time. However, the present invention is not limited to this, and the relationship between the solid-liquid interface shape corresponding to the pulling length and the crystal diameter and the crucible rotation speed is grasped in advance, and the most protruding shape on the raw material melt side of the solid-liquid interface shape is obtained. It is desirable to set the conditions for the cross-sectional shape.
[0028]
In the present manufacturing method, a raw material (solid) 15 of a compound semiconductor and a sealing agent (solid) 16 are accommodated in a crucible 9 shown in FIG. 3, and the crucible 9 is heated in a growth furnace 14 filled with an inert gas. After melting the raw material 15 and the sealant 16 and bringing the seed crystal 12 into contact with the raw material melt 15, for example, the crucible 9 is rotated in the direction of arrow 3a, and the seed crystal 12 is rotated in the direction of arrow 3b, for example. While growing the compound semiconductor single crystal 17 from the lower end of the seed crystal 12 by pulling the seed crystal 12 in the direction of the arrow 10a, the number of crucible rotations from the contact of the seed crystal 12 with the raw material melt 15 to a certain pulling length, The rotation speed is set to be lower than the rotation speed thereafter.
[0029]
It is preferable to increase the number of rotations of the crucible 9 at a constant rate from the time when the seed crystal 12 is brought into contact with the raw material melt 15 until the seed crystal 12 grows to a certain pulling length.
[0030]
2 (a) to 2 (c) are views showing a growth state of a diameter-increased portion of a compound semiconductor single crystal to which the method of manufacturing a compound semiconductor single crystal according to the present invention is applied, and FIG. 2B shows a state in which the diameter-increased portion is pulled up, and FIG. 2C shows a state in which the fixed-form portion is pulled up.
[0031]
By growing the single crystal 17 in this manner, the shape of the solid-liquid interface at the initial stage of the growth of the single crystal 17, particularly from the seeding portion 17 a to a certain length including a part of the constant diameter portion 17 c, is reproduced. It is possible to control the shape of the convex cross section toward the raw material melt 15 with good efficiency, and it is possible to greatly improve the yield of the single crystal 17.
[0032]
【Example】
Next, specific numerical values will be described with reference to FIG. 3, but the present invention is not limited thereto.
[0033]
(Example 1)
Using a PBN crucible 9 having a diameter of 280 mm and a seed crystal 12 having a rectangular cross section of 10 mm square, a GaAs single crystal 17 having a diameter of a constant diameter portion 17c of 110 mm and a length of 400 mm was grown 50 times. In this case, the rotation speed of the crucible 9 is 2 rpm at the seeding portion 17a and 15 rpm at the time of the pulling length of 40 mm, and the rotation speed of the crucible 9 from the seeding portion 17a to the pulling length of 40 mm is a fixed ratio (pulling length). On the other hand, the number of rotations of the crucible increases at a rate of 0.325 rpm / mm). As a result, from the seeding of the single crystal to the final growth of the single crystal, the entire area of the single crystal was obtained at a high ratio of 95% or more. The crystal diameter at the time of the pulling length of 40 mm was adjusted to be 45 to 55 mm.
[0034]
When the solid-liquid interface shape of the single crystal after the growth was completed was confirmed, the degree of convexity toward the raw material melt 15 was larger than that of the single crystal grown by the conventional technique. Was. In particular, the degree of convexity of the solid-liquid interface toward the raw material melt 15 at the diameter-increased portion 17b of the single crystal 17 in the initial stage of growth becomes relatively larger than the degree of convexity of the constant-diameter portion 17c. I was
[0035]
(Example 2)
In the above embodiment, the case of growing a GaAs single crystal has been described. However, the present invention is not limited to this, and a method of growing a compound semiconductor single crystal using an LEC method such as InP, GaP, InAs, etc. The same effect can be obtained in the case of a growth apparatus.
[0036]
The compound semiconductor single crystal obtained by the manufacturing method according to the present invention or an apparatus (not shown) to which the manufacturing method is applied not only has a higher probability of the entire area single crystal than the conventional technology, but also has the compound obtained by the conventional technology. There is a tendency that the number of dislocation accumulation portions is smaller than that of a semiconductor single crystal. This indicates that in the case of the prior art, even in the case of a single crystal in the whole area, dislocations are accumulated even if it does not develop into lineage and sub-grain boundaries. In the case where an element is formed using a compound semiconductor single crystal wafer obtained by the present invention, a decrease in the element yield due to dislocation can be prevented. For this reason, there is a great economic effect in industrial production.
[0037]
When growing a compound semiconductor single crystal by the LEC method, the rotation speed of the crucible from the seeding portion to a certain pulling length is set to be less than the rotation speed thereafter, so that the growth process, particularly from the seeding portion to the constant diameter portion, By controlling the shape of the solid-liquid interface at the initial stage of the growth to the cross section of the convex shape toward the raw material melt 15 with good reproducibility, the yield of the compound semiconductor single crystal can be greatly improved.
[0038]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a compound semiconductor single crystal with a significantly improved yield.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the number of rotations of a crucible and the length pulled from a seeding part in the method for producing a compound semiconductor single crystal of the present invention.
FIGS. 2A to 2C are diagrams showing a growth state of a compound semiconductor single crystal to which the method of manufacturing a compound semiconductor single crystal according to the present invention is applied, and FIG. (B) shows a state in which the diameter-increased portion is pulled up, and (c) shows a state in which the fixed-form portion is pulled up.
FIG. 3 is a conceptual diagram of a growth furnace for producing a compound semiconductor single crystal.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the number of rotations of a crucible and a pulling length from a seeding part in a conventional method for manufacturing a compound semiconductor single crystal.
5 is a partially enlarged view of a single crystal being grown using the growth furnace shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 2 Crucible susceptor 3 Crucible shaft 4 Rotation, raising and lowering means 5 Heater 6-8 Heat shield jig 9 Crucible 10 Pulling shaft 11 Rotation, raising and lowering means 12 Seed crystal 13 Holder 14 Growth furnace 15 Raw material (solid, liquid)
16 Sealant (solid, liquid)
