JP2726887B2 - 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Info
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- JP2726887B2 JP2726887B2 JP9109390A JP9109390A JP2726887B2 JP 2726887 B2 JP2726887 B2 JP 2726887B2 JP 9109390 A JP9109390 A JP 9109390A JP 9109390 A JP9109390 A JP 9109390A JP 2726887 B2 JP2726887 B2 JP 2726887B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液体封止カイロポーラス法（以下、LEK法
と称する）による化合物半導体単結晶の製造方法に関す
る。
と称する）による化合物半導体単結晶の製造方法に関す
る。
［従来の技術］ 一般に、GaP,GaAs,InP,CdTe等のIII−Ｖ族およびII−
VI族化合物半導体は、融点付近で高い蒸気圧を有するた
めに、原料融液上をB2O3等からなる液体封止剤層で覆う
液体封止法により単結晶の成長が行なわれている。現
在、この液体封止法としては、液体封止チヨクラルスキ
ー法（LEC法）やLEK法等が知られている。LEC法は、結
晶の成長とともに種結晶を引き上げていく方法であり、
種付けにより結晶方位が制御可能で、また高純度結晶を
得やすいため、工業化されているが、直径制御が困難で
あって均一の直胴が得難く、また結晶成長時の融液中の
温度勾配が大きいため熱応力が大きくなり転位欠陥が多
いという欠点を有している。
VI族化合物半導体は、融点付近で高い蒸気圧を有するた
めに、原料融液上をB2O3等からなる液体封止剤層で覆う
液体封止法により単結晶の成長が行なわれている。現
在、この液体封止法としては、液体封止チヨクラルスキ
ー法（LEC法）やLEK法等が知られている。LEC法は、結
晶の成長とともに種結晶を引き上げていく方法であり、
種付けにより結晶方位が制御可能で、また高純度結晶を
得やすいため、工業化されているが、直径制御が困難で
あって均一の直胴が得難く、また結晶成長時の融液中の
温度勾配が大きいため熱応力が大きくなり転位欠陥が多
いという欠点を有している。
これに対し、LEK法は、結晶の引上げを行わず耐火性
るつぼ中で結晶成長を行なうために、成長結晶の直径は
るつぼ内径に依存する。そのため、直径制御が容易であ
るとともに、結晶成長時の融液中温度勾配が数℃/cmで
あってLEC法に比して１桁小さいため、熱応力が小さ
く、転位欠陥が少ないという利点を有している。
るつぼ中で結晶成長を行なうために、成長結晶の直径は
るつぼ内径に依存する。そのため、直径制御が容易であ
るとともに、結晶成長時の融液中温度勾配が数℃/cmで
あってLEC法に比して１桁小さいため、熱応力が小さ
く、転位欠陥が少ないという利点を有している。
従来、かかるLEK法は、例えば第３図に示すような装
置を用いて行なわれていた。
置を用いて行なわれていた。
第３図に示す結晶成長装置は、密閉型の高圧容器１内
に円筒状のヒータ２が配設されており、このヒータ２の
中央には、耐火性のるつぼ３が配置されている。また、
このるつぼ３は、その下端に固着された支持軸４により
回転可能に支持されている。そして、るつぼ３中には、
InP等の原料融液５が入れられており、原料融液５の上
面はB2O3等からなる液体封止剤層６で覆われている。
に円筒状のヒータ２が配設されており、このヒータ２の
中央には、耐火性のるつぼ３が配置されている。また、
このるつぼ３は、その下端に固着された支持軸４により
回転可能に支持されている。そして、るつぼ３中には、
InP等の原料融液５が入れられており、原料融液５の上
面はB2O3等からなる液体封止剤層６で覆われている。
一方、るつぼ３の上方からは、高圧容器１内に結晶引
上げ軸７が上下動かつ回転自在に垂下されており、この
結晶引上げ軸７によって種結晶を保持し、るつぼ３中の
原料融液５の表面に接触させることができるようになっ
ている。また、高圧容器１の側壁上部には、高圧の不活
性ガスを導入するためのガス導入管８が接続されてお
り、高圧容器１内部の圧力を所定圧力とすることができ
るようになっている。
上げ軸７が上下動かつ回転自在に垂下されており、この
結晶引上げ軸７によって種結晶を保持し、るつぼ３中の
原料融液５の表面に接触させることができるようになっ
ている。また、高圧容器１の側壁上部には、高圧の不活
性ガスを導入するためのガス導入管８が接続されてお
り、高圧容器１内部の圧力を所定圧力とすることができ
るようになっている。
従来のLEK法は、このような結晶成長装置において、
先ず、第３図に示すように、結晶引上げ軸７によって種
結晶を原料融液５中に浸漬して、るつぼ３と引上げ軸７
を回転させながら引上げは行わずに単結晶を成長させ、
結晶９の成長終了後に、結晶９を原料融液５から切り離
すために液体封止剤層６上方の高圧不活性ガス10中に引
き上げて冷却させるようにしていた。
先ず、第３図に示すように、結晶引上げ軸７によって種
結晶を原料融液５中に浸漬して、るつぼ３と引上げ軸７
を回転させながら引上げは行わずに単結晶を成長させ、
結晶９の成長終了後に、結晶９を原料融液５から切り離
すために液体封止剤層６上方の高圧不活性ガス10中に引
き上げて冷却させるようにしていた。
［発明が解決しようとする問題点］ 上記結晶成長過程においては融液からの固化に伴って
体積が増加する。しかるに、上記従来のLEK法にあって
は、結晶成長中引上げ軸の引上げを行なっていないた
め、体積増加に伴って結晶中に応力が生じて結晶欠陥が
発生し、転位が増加してしまいLEK法の特徴である低EPD
化が達成できないという問題点があった。
体積が増加する。しかるに、上記従来のLEK法にあって
は、結晶成長中引上げ軸の引上げを行なっていないた
め、体積増加に伴って結晶中に応力が生じて結晶欠陥が
発生し、転位が増加してしまいLEK法の特徴である低EPD
化が達成できないという問題点があった。
上記の場合、結晶成長にあわせて引上げ軸を一定速度
で引き上げることで固化による体積増加に伴う応力を回
避する方法が考えられる。しかし、本発明者らは、引上
げ軸を一定速度で引き上げるようにしても体積増加量が
一定でないため、結晶に応力が生じてしまうことを見出
した。そこで次に、結晶成長速度を一定に保つことで結
晶の固化による体積増加量を一定に保ち、引上げ軸を一
定速度で引き上げても応力が発生しないようにする方法
を考えた。ところが、結晶成長速度を一定に保つには融
液内温度勾配を一定に制御しなければならず、それは非
常に困難であることがわかった。
で引き上げることで固化による体積増加に伴う応力を回
避する方法が考えられる。しかし、本発明者らは、引上
げ軸を一定速度で引き上げるようにしても体積増加量が
一定でないため、結晶に応力が生じてしまうことを見出
した。そこで次に、結晶成長速度を一定に保つことで結
晶の固化による体積増加量を一定に保ち、引上げ軸を一
定速度で引き上げても応力が発生しないようにする方法
を考えた。ところが、結晶成長速度を一定に保つには融
液内温度勾配を一定に制御しなければならず、それは非
常に困難であることがわかった。
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもの
で、結晶中の転位欠陥を低減し、ウェーハ面内転位密度
分布を均一化できるような化合物半導体単結晶の製造方
法を提供することを目的とするものである。
で、結晶中の転位欠陥を低減し、ウェーハ面内転位密度
分布を均一化できるような化合物半導体単結晶の製造方
法を提供することを目的とするものである。
［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために本発明は、単結晶の成長
に伴う体積の増減に合わせて原料融液に浸漬した種結晶
の引上げ速度を制御するようにした。具体的には結晶引
上げ軸に重量測定装置を接続し、結晶引上げ軸に取付け
た種結晶を原料融液に浸漬した後、結晶成長中の結晶が
膨張または収縮するのを種結晶を通してこの重量測定装
置で測定しながらその重量変化が所定範囲内となるよう
に種結晶の引上げ速度を制御するようにしたものであ
る。
に伴う体積の増減に合わせて原料融液に浸漬した種結晶
の引上げ速度を制御するようにした。具体的には結晶引
上げ軸に重量測定装置を接続し、結晶引上げ軸に取付け
た種結晶を原料融液に浸漬した後、結晶成長中の結晶が
膨張または収縮するのを種結晶を通してこの重量測定装
置で測定しながらその重量変化が所定範囲内となるよう
に種結晶の引上げ速度を制御するようにしたものであ
る。
より具体的には結晶成長中の重量変化が種付け時の重
量を基準にして原料1kgあたり±200g以内になるよう、
種結晶の引上げ速度を制御するのが好ましい。
量を基準にして原料1kgあたり±200g以内になるよう、
種結晶の引上げ速度を制御するのが好ましい。
［作用］ LEK法による結晶成長時の重量（結晶引上げ軸に接続
した重量測定器の重量表示値）の変化は結晶成長速度に
比例するため、上記のような化合物半導体単結晶の製造
方法によれば、結晶の成長に伴う体積の増減に合わせて
重量変化が最小になるように引上げ軸を引き上げること
ができるようになり、結晶内の応力の発生を回避し、結
晶中の転位欠陥を低減し、ウェーハ面内転位密度分布の
均一化を図るという上記目的を達成することができる。
した重量測定器の重量表示値）の変化は結晶成長速度に
比例するため、上記のような化合物半導体単結晶の製造
方法によれば、結晶の成長に伴う体積の増減に合わせて
重量変化が最小になるように引上げ軸を引き上げること
ができるようになり、結晶内の応力の発生を回避し、結
晶中の転位欠陥を低減し、ウェーハ面内転位密度分布の
均一化を図るという上記目的を達成することができる。
［実施例］ 第２図には、本発明の実施に使用される結晶成長装置
が示されている。この結晶成長装置は第３図に示されて
いる従来の結晶成長装置とほぼ同一である。異なるのは
結晶引上げ軸７に重量センサ11が接続されている点であ
る。なお、12は従来からある引上げ軸７の駆動源であ
る。
が示されている。この結晶成長装置は第３図に示されて
いる従来の結晶成長装置とほぼ同一である。異なるのは
結晶引上げ軸７に重量センサ11が接続されている点であ
る。なお、12は従来からある引上げ軸７の駆動源であ
る。
上記装置を用いて、まずInP多結晶1.0kgとB2O3を内径
60mmのpBN製のるつぼ３に入れ、ヒータ２により加熱し
て炉内を1100℃以上に昇温し、B2O3とInPを融解させ
た。このとき、原料融液５の表面を封止する液体封止剤
層（B2O3）６の厚さを30mmとした。また、リンの飛散を
防止するため、ガス導入管８からアルゴンガスを導入
し、高圧容器１内を50kg/cm2Gのアルゴンガス雰囲気と
した。
60mmのpBN製のるつぼ３に入れ、ヒータ２により加熱し
て炉内を1100℃以上に昇温し、B2O3とInPを融解させ
た。このとき、原料融液５の表面を封止する液体封止剤
層（B2O3）６の厚さを30mmとした。また、リンの飛散を
防止するため、ガス導入管８からアルゴンガスを導入
し、高圧容器１内を50kg/cm2Gのアルゴンガス雰囲気と
した。
次に、InP融液表面の温度がInPの融点となるようにヒ
ータ２のパワーを調整し、結晶引上げ軸７によって種結
晶を原料融液５に付けて充分になじませてから、るつぼ
３を１℃/hrの割合で冷却しながら、30時間かけて結晶
の成長を行なった。この際、結晶引上げ軸７は5rpmで回
転させ、るつぼ３は−10rpmで回転させた。
ータ２のパワーを調整し、結晶引上げ軸７によって種結
晶を原料融液５に付けて充分になじませてから、るつぼ
３を１℃/hrの割合で冷却しながら、30時間かけて結晶
の成長を行なった。この際、結晶引上げ軸７は5rpmで回
転させ、るつぼ３は−10rpmで回転させた。
その際、引上げ軸７の引上げ速度を変えた実験を繰返
し、結晶成長中の重量変化を測定した。その結果、引上
げ速度を頻繁に調整した場合の重量変化は種付け時を0g
とすると±50gとなり、調整回数を減らすとそれぞれ±1
00g,±200g,±300g,±500g,±1000gとなった。なお、こ
のときの引上げはLEC法のように封止剤の上部空間まで
引上げるのではなく、成長した結晶は封止剤層の下にあ
る。また、引上げ速度が０すなわち引上げを行なわなか
った場合の重量変化は、最大−1500gとなった。得られ
た結晶を結晶軸と直交する方向に切断して（100）面の
円形ウェーハとし、フーバーエッチャントでエッチング
を行ない転位密度を測定した。
し、結晶成長中の重量変化を測定した。その結果、引上
げ速度を頻繁に調整した場合の重量変化は種付け時を0g
とすると±50gとなり、調整回数を減らすとそれぞれ±1
00g,±200g,±300g,±500g,±1000gとなった。なお、こ
のときの引上げはLEC法のように封止剤の上部空間まで
引上げるのではなく、成長した結晶は封止剤層の下にあ
る。また、引上げ速度が０すなわち引上げを行なわなか
った場合の重量変化は、最大−1500gとなった。得られ
た結晶を結晶軸と直交する方向に切断して（100）面の
円形ウェーハとし、フーバーエッチャントでエッチング
を行ない転位密度を測定した。
第１図（ａ）〜（ｇ）にその結果を示す。
横軸にはウェーハ中心から半径方向の距離をとった。
第１図より、結晶成長中の重量変化と転位密度（EPD）
との間には明らかに関係があり、重量変化が小さいほど
EPDが低くウェーハ面内での均一性が良好であることが
分かる。
第１図より、結晶成長中の重量変化と転位密度（EPD）
との間には明らかに関係があり、重量変化が小さいほど
EPDが低くウェーハ面内での均一性が良好であることが
分かる。
このことは結晶成長中結晶内には熱応力の外に種結晶
からの応力が生じて転位欠陥が増加することを意味して
いると考えられる。
からの応力が生じて転位欠陥が増加することを意味して
いると考えられる。
なお、上記各実施例においては、InP単結晶の成長を
例にとって説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、GaPやGaAs,CdTeなど他の化合物半導
体単結晶を成長する場合に適用することができる。結晶
が融液からの固化によって体積減少するようなものであ
るときは、引上げ軸を結晶成長に伴って逆に下げるよう
に調整すればよい。
例にとって説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、GaPやGaAs,CdTeなど他の化合物半導
体単結晶を成長する場合に適用することができる。結晶
が融液からの固化によって体積減少するようなものであ
るときは、引上げ軸を結晶成長に伴って逆に下げるよう
に調整すればよい。
［発明の効果］ 以上のように、本発明の化合物半導体単結晶の製造方
法は、引上げ軸に重量測定装置を接続して、結晶成長中
の重量変化が種付け時の重量を基準にして原料1kgあた
り±200g以内になるよう、種結晶の引上げ速度を制御す
るようにしたので、結晶内の応力の発生を回避し、結晶
中の転位欠陥を低減し、ウェーハ面内転位密度分布を均
一化させることができるという効果がある。
法は、引上げ軸に重量測定装置を接続して、結晶成長中
の重量変化が種付け時の重量を基準にして原料1kgあた
り±200g以内になるよう、種結晶の引上げ速度を制御す
るようにしたので、結晶内の応力の発生を回避し、結晶
中の転位欠陥を低減し、ウェーハ面内転位密度分布を均
一化させることができるという効果がある。
第１図（ａ）〜（ｇ）は本発明の実施例により得られた
ウェーハについて測定した転位密度の面内分布を示すグ
ラフ、 第２図は、本発明の実施に使用される結晶成長装置の一
例を示す縦断面図、 第３図は従来の結晶製造方法に使用される結晶成長装置
の一例を示す縦断面図である。 １……高圧容器、３……るつぼ、５……原料融液、６…
…液体封止剤層、７……結晶引上げ軸、８……ガス導入
管、９……結晶。
ウェーハについて測定した転位密度の面内分布を示すグ
ラフ、 第２図は、本発明の実施に使用される結晶成長装置の一
例を示す縦断面図、 第３図は従来の結晶製造方法に使用される結晶成長装置
の一例を示す縦断面図である。 １……高圧容器、３……るつぼ、５……原料融液、６…
…液体封止剤層、７……結晶引上げ軸、８……ガス導入
管、９……結晶。
Claims (2)
- 【請求項１】高圧容器内に配置したるつぼ中の原料融液
を液体封止剤層で覆い、高圧容器内を高圧不活性ガス雰
囲気とし、原料融液に種結晶を浸漬して単結晶の成長を
行なう化合物半導体単結晶の製造方法において、単結晶
の成長に伴う体積の増減に合わせて原料融液に浸漬した
種結晶の引上げ速度を制御するようにしたことを特徴と
する化合物半導体単結晶の製造方法。 - 【請求項２】結晶引上げ軸に重量測定装置を接続し、結
晶成長中の重量変化が種付け時の重量を基準にして原料
1kgあたり±200g以内になるよう、種結晶の引上げ速度
を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の
化合物半導体単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9109390A JP2726887B2 (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9109390A JP2726887B2 (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03290397A JPH03290397A (ja) | 1991-12-20 |
| JP2726887B2 true JP2726887B2 (ja) | 1998-03-11 |
Family
ID=14016906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9109390A Expired - Lifetime JP2726887B2 (ja) | 1990-04-05 | 1990-04-05 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2726887B2 (ja) |
-
1990
- 1990-04-05 JP JP9109390A patent/JP2726887B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03290397A (ja) | 1991-12-20 |
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