JP2773441B2 - ＧａＡｓ単結晶の製造方法 - Google Patents
ＧａＡｓ単結晶の製造方法Info
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- JP2773441B2 JP2773441B2 JP3039616A JP3961691A JP2773441B2 JP 2773441 B2 JP2773441 B2 JP 2773441B2 JP 3039616 A JP3039616 A JP 3039616A JP 3961691 A JP3961691 A JP 3961691A JP 2773441 B2 JP2773441 B2 JP 2773441B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は帯溶融法によるＧａＡｓ
単結晶の製造方法に関する。
単結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】水平ブリッジマン法の中で帯溶融法（Ｚ
Ｍ法）は、結晶の長さ方向に均一なドーパント濃度が得
られるため非常に有用な方法であるが、特に半絶縁性を
得るためにＣｒをドープする半絶縁性ＧａＡｓにおいて
は、量産化が困難とされていた。
Ｍ法）は、結晶の長さ方向に均一なドーパント濃度が得
られるため非常に有用な方法であるが、特に半絶縁性を
得るためにＣｒをドープする半絶縁性ＧａＡｓにおいて
は、量産化が困難とされていた。
【０００３】従来、水平ＺＭ法による単結晶成長技術を
開示したものとして特公昭５３−２７２０２号公報が存
在するが、これは三温度帯水平ブリッジマン法（３−Ｈ
Ｂ法）のＺＭ法への応用を示している。即ち、本実施例
の図１を参照して説明すれば、拡散障壁１１から指定中
間温度Ｔ３の最低温度部Ｔ3 ａまでの長さを結晶長さ以
上とするという点に主眼が置かれている。これによって
石英ボート６とＧａＡｓ融液９との反応（Ｓｉ汚染）を
抑えるという考え方である。
開示したものとして特公昭５３−２７２０２号公報が存
在するが、これは三温度帯水平ブリッジマン法（３−Ｈ
Ｂ法）のＺＭ法への応用を示している。即ち、本実施例
の図１を参照して説明すれば、拡散障壁１１から指定中
間温度Ｔ３の最低温度部Ｔ3 ａまでの長さを結晶長さ以
上とするという点に主眼が置かれている。これによって
石英ボート６とＧａＡｓ融液９との反応（Ｓｉ汚染）を
抑えるという考え方である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来技術
は、単結晶を成長させる技術としては次のような問題が
ある。それは、帯状の融液を形成するための融液形成用
のピーク温度Ｔ1 であり、Ｔ1 ＝１，２４５〜１，２７
０℃としていることである。実際にＺＭ法で単結晶を成
長させてみると明らかになるが、この温度を採用する
と、固液界面付近のＧａＡｓ融液の対流が大きくなり過
ぎる。このため図２に示すように、固液界面２３が融液
２１側に凹むこと（融液側２１へ凹面）となり、単結晶
が得られにくい。固液界面の形状は、融液側へ凹面とな
ると単結晶が得られにくく、逆に結晶側へ凹面となると
単結晶が得られやすいということが実験的にわかってい
る。なお同図中、２２は結晶、２４は石英ボートであ
る。
は、単結晶を成長させる技術としては次のような問題が
ある。それは、帯状の融液を形成するための融液形成用
のピーク温度Ｔ1 であり、Ｔ1 ＝１，２４５〜１，２７
０℃としていることである。実際にＺＭ法で単結晶を成
長させてみると明らかになるが、この温度を採用する
と、固液界面付近のＧａＡｓ融液の対流が大きくなり過
ぎる。このため図２に示すように、固液界面２３が融液
２１側に凹むこと（融液側２１へ凹面）となり、単結晶
が得られにくい。固液界面の形状は、融液側へ凹面とな
ると単結晶が得られにくく、逆に結晶側へ凹面となると
単結晶が得られやすいということが実験的にわかってい
る。なお同図中、２２は結晶、２４は石英ボートであ
る。
【０００５】本発明の目的は、帯状融液を形成する温度
を適正化することにより、ＺＭ法であっても、ＧａＡｓ
単結晶を再現性よく成長できるＧａＡｓ単結晶の製造方
法を提供することにある。
を適正化することにより、ＺＭ法であっても、ＧａＡｓ
単結晶を再現性よく成長できるＧａＡｓ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】本発明のＧａＡｓ単結晶
の製造方法は、融液形成温度領域の温度Ｔ１を、１，２
４０℃〜１，２４２℃の範囲に設定することにより、固
液界面を結晶側に凹ませてＧａＡｓ単結晶を再現性よく
成長できるようにしたものである。
の製造方法は、融液形成温度領域の温度Ｔ１を、１，２
４０℃〜１，２４２℃の範囲に設定することにより、固
液界面を結晶側に凹ませてＧａＡｓ単結晶を再現性よく
成長できるようにしたものである。
【０００７】Ｔ1 を１，２４５℃以上にすると、固液界
面付近の融液に大きな対流が発生し固液界面を凹面にし
てしまうことは前述の通りである。温度Ｔ1 は融点１，
２３８℃に限りなく近い方が望ましいが、結晶後端側の
多結晶を成長中に溶かす必要があるため、現実には１，
２３８℃では成長を継続できない。結晶成長するのに最
適なピーク温度はＴ1 ＝１，２４０〜１，２４２℃であ
る。１，２４３℃〜１，２４４℃は若干対流の影響がで
るため条件としてはやや不安定である。
面付近の融液に大きな対流が発生し固液界面を凹面にし
てしまうことは前述の通りである。温度Ｔ1 は融点１，
２３８℃に限りなく近い方が望ましいが、結晶後端側の
多結晶を成長中に溶かす必要があるため、現実には１，
２３８℃では成長を継続できない。結晶成長するのに最
適なピーク温度はＴ1 ＝１，２４０〜１，２４２℃であ
る。１，２４３℃〜１，２４４℃は若干対流の影響がで
るため条件としてはやや不安定である。
【０００８】温度Ｔ1 を保持する融液形成温度領域の前
後に形成される固化温度領域の温度Ｔ2 及びＴ3 は１，
１００℃〜１，２３０℃とする。温度Ｔ2 は多結晶８を
極力融点Ｔｍ近くに保持するための温度であり、１，２
００℃〜１，２３０℃に保持することが望ましい。温度
Ｔ3 は固化後の結晶が成長中に急冷されることを防ぐた
めの温度であり、１，２００℃〜１，１００℃に保持す
ることが望ましい。結晶全体が固化した時点で、種結晶
付近の温度が１，１００℃を保っていれば特に問題はな
い。
後に形成される固化温度領域の温度Ｔ2 及びＴ3 は１，
１００℃〜１，２３０℃とする。温度Ｔ2 は多結晶８を
極力融点Ｔｍ近くに保持するための温度であり、１，２
００℃〜１，２３０℃に保持することが望ましい。温度
Ｔ3 は固化後の結晶が成長中に急冷されることを防ぐた
めの温度であり、１，２００℃〜１，１００℃に保持す
ることが望ましい。結晶全体が固化した時点で、種結晶
付近の温度が１，１００℃を保っていれば特に問題はな
い。
【０００９】固液界面の長さ方向の温度勾配は通常１．
０℃／ｃｍ〜３．０℃／ｃｍ程度であるが、これは固化
した結晶部の温度勾配と考えればよい。融液部の温度勾
配はほとんどゼロと考えてよい。なお、固液界面を結晶
側に凹ます補助手段として、炉体上部に放熱手段を設
け、石英ボートの中央から幅方向外側に行くに従って放
熱量が多くなるようにし、両外側が中央よりも速く冷却
されるようにしてもよい。
０℃／ｃｍ〜３．０℃／ｃｍ程度であるが、これは固化
した結晶部の温度勾配と考えればよい。融液部の温度勾
配はほとんどゼロと考えてよい。なお、固液界面を結晶
側に凹ます補助手段として、炉体上部に放熱手段を設
け、石英ボートの中央から幅方向外側に行くに従って放
熱量が多くなるようにし、両外側が中央よりも速く冷却
されるようにしてもよい。
【００１０】
【作用】石英アンプル内の一端側に種結晶，原料として
のＧａ或はＧａＡｓ多結晶を入れた石英ボートを配置
し、石英アンプル内の他端側にＡｓを配置する。
のＧａ或はＧａＡｓ多結晶を入れた石英ボートを配置
し、石英アンプル内の他端側にＡｓを配置する。
【００１１】石英アンプル全体を加熱しながら真空引き
処理して封管した後、石英アンプル内圧力がほぼＧａＡ
ｓの解離圧になるようにＡｓを加熱する。これと共に、
種結晶を除く部分の石英ボート全体をＧａＡｓの融点以
上の温度に加熱して、ＧａとＡｓの蒸気を合成反応させ
ることにより、若しくはＧａＡｓ多結晶を融解すること
により、石英ボート内全体にＧａＡｓ融液を形成する。
処理して封管した後、石英アンプル内圧力がほぼＧａＡ
ｓの解離圧になるようにＡｓを加熱する。これと共に、
種結晶を除く部分の石英ボート全体をＧａＡｓの融点以
上の温度に加熱して、ＧａとＡｓの蒸気を合成反応させ
ることにより、若しくはＧａＡｓ多結晶を融解すること
により、石英ボート内全体にＧａＡｓ融液を形成する。
【００１２】ＧａＡｓ融液の幅が所定値に狭められるま
で種結晶の反対側から冷却し、ＧａＡｓ融液を徐々に多
結晶として冷却固化させる。
で種結晶の反対側から冷却し、ＧａＡｓ融液を徐々に多
結晶として冷却固化させる。
【００１３】種結晶側で所定の融液幅になったときにシ
ード付けを行い、しかる後に融液の幅と温度を保持した
状態、即ち炉内温度分布を保持した状態で融液形成領域
を種結晶の反対方向へ移動させてＧａＡｓ単結晶を成長
させる。
ード付けを行い、しかる後に融液の幅と温度を保持した
状態、即ち炉内温度分布を保持した状態で融液形成領域
を種結晶の反対方向へ移動させてＧａＡｓ単結晶を成長
させる。
【００１４】このとき重要な点は、融液形成用のピーク
温度をＴ１＝１，２４０℃〜１，２４２℃としているこ
とである。この範囲内にある温度を採用すると、固液界
面付近のＧａＡｓ融液の対流が小さく抑えられる。この
ため固液界面の凹面は図２に示すのとは反対側、即ち、
固液界面２３が結晶２２側に凹み、その結果、単結晶が
再現性得られる。
温度をＴ１＝１，２４０℃〜１，２４２℃としているこ
とである。この範囲内にある温度を採用すると、固液界
面付近のＧａＡｓ融液の対流が小さく抑えられる。この
ため固液界面の凹面は図２に示すのとは反対側、即ち、
固液界面２３が結晶２２側に凹み、その結果、単結晶が
再現性得られる。
【００１５】
【実施例】以下本発明の実施例を説明する。
【００１６】（実施例１） 図１に示すように、種結晶７、原料Ｇａ２，５００ｇ、
及び半絶縁性とするためにドーパントＣｒ２．７ｇを入
れた石英ボート６と、Ａｓ１０を拡散障壁１１を隔てて
２，７４０ｇ配置し、真空封じした石英封管５を帯溶融
結晶成長炉１６の中に設置する。成長炉１６は、最も高
温となる融液形成温度領域を作る高温加熱炉１、これよ
りも温度の低い固化温度領域を作る第１中間温度加熱炉
２及び第２中間温度加熱炉３の３つの加熱炉をもつ高温
炉１５と、石英封管５内のＡｓ１０の圧を１ａｔｍに保
つための低温領域を作る低温炉４とからなる。なお、１
２は石英封管５を支持するセラミックス支持管である。
及び半絶縁性とするためにドーパントＣｒ２．７ｇを入
れた石英ボート６と、Ａｓ１０を拡散障壁１１を隔てて
２，７４０ｇ配置し、真空封じした石英封管５を帯溶融
結晶成長炉１６の中に設置する。成長炉１６は、最も高
温となる融液形成温度領域を作る高温加熱炉１、これよ
りも温度の低い固化温度領域を作る第１中間温度加熱炉
２及び第２中間温度加熱炉３の３つの加熱炉をもつ高温
炉１５と、石英封管５内のＡｓ１０の圧を１ａｔｍに保
つための低温領域を作る低温炉４とからなる。なお、１
２は石英封管５を支持するセラミックス支持管である。
【００１７】高温炉１５を約１，２００℃まで、低温炉
４を約６００℃までそれぞれ上げて、しばらく安定させ
た後、高温加熱炉１及び第１中間温度加熱炉２を約１，
２３０℃まで上げてＧａＡｓ合成反応を行わせる。
４を約６００℃までそれぞれ上げて、しばらく安定させ
た後、高温加熱炉１及び第１中間温度加熱炉２を約１，
２３０℃まで上げてＧａＡｓ合成反応を行わせる。
【００１８】反応が終了した後、高温加熱炉１の融液形
成用のピーク温度Ｔ1および第１中間温度加熱炉２の第
１中間温度Ｔ2 をともに１，２４０℃まで上げ、種結晶
７を残して、石英ボート６内全体をＧａＡｓ融液とす
る。５時間保持した後、第１中間温度Ｔ2 を徐々に降温
し、１５時間かけて石英ボート６の後端側の融液を固化
させる。図１に示すように、種結晶７と隣接した部分に
ピーク温度Ｔ1 、その前後に中間温度Ｔ2 及びＴ3 が来
るような温度分布を形成させ、種結晶７と隣接した部分
に約１５０ｍｍ長さの融液ゾーン９を作る。
成用のピーク温度Ｔ1および第１中間温度加熱炉２の第
１中間温度Ｔ2 をともに１，２４０℃まで上げ、種結晶
７を残して、石英ボート６内全体をＧａＡｓ融液とす
る。５時間保持した後、第１中間温度Ｔ2 を徐々に降温
し、１５時間かけて石英ボート６の後端側の融液を固化
させる。図１に示すように、種結晶７と隣接した部分に
ピーク温度Ｔ1 、その前後に中間温度Ｔ2 及びＴ3 が来
るような温度分布を形成させ、種結晶７と隣接した部分
に約１５０ｍｍ長さの融液ゾーン９を作る。
【００１９】ピーク温度Ｔ1 は１，２４０℃のままで、
炉体を水平に移動させて、種結晶７へのシード付けを行
なった後、４ｍｍ／ｈの速度で移動させて結晶成長を行
う。結晶全体が固化したら、１００℃／ｈの速度で室温
まで冷却し、石英封管５を炉体より取り出す。
炉体を水平に移動させて、種結晶７へのシード付けを行
なった後、４ｍｍ／ｈの速度で移動させて結晶成長を行
う。結晶全体が固化したら、１００℃／ｈの速度で室温
まで冷却し、石英封管５を炉体より取り出す。
【００２０】以上の方法により長さ６００ｍｍ，重量約
５，１５０ｇのＧａＡｓ単結晶が得られた。結晶の転位
密度は、全体として１０，０００ｃｍ-2以下であり、Ｃ
ｒ濃度は固化率（ｇ）ｇ＝０．１〜０．７５まで約１．
０ｐｐｍｗと一定値をもつ半絶縁性結晶が得られた。
５，１５０ｇのＧａＡｓ単結晶が得られた。結晶の転位
密度は、全体として１０，０００ｃｍ-2以下であり、Ｃ
ｒ濃度は固化率（ｇ）ｇ＝０．１〜０．７５まで約１．
０ｐｐｍｗと一定値をもつ半絶縁性結晶が得られた。
【００２１】（実施例２） ピーク温度Ｔ1 を１，２４５℃とした以外は実施例１と
同一条件で結晶成長を行なった。その結果、融液の対流
によると思われる固液界面の凹面化現象が発生し、どう
しても単結晶が得られなかった。しかし、成長シード付
け時点まで戻した後、ピーク温度Ｔ1 を１，２４２℃ま
で下げて再度行なったところ、単結晶成長が可能となっ
た。
同一条件で結晶成長を行なった。その結果、融液の対流
によると思われる固液界面の凹面化現象が発生し、どう
しても単結晶が得られなかった。しかし、成長シード付
け時点まで戻した後、ピーク温度Ｔ1 を１，２４２℃ま
で下げて再度行なったところ、単結晶成長が可能となっ
た。
【００２２】また、ピーク温度Ｔ１を１，２３９℃とし
た以外は実施例１と同一条件で結晶成長を行なったとこ
ろ、後端の多結晶を溶かすのが間に合わなくなり、成長
中、融液全体が固化してしまった。
た以外は実施例１と同一条件で結晶成長を行なったとこ
ろ、後端の多結晶を溶かすのが間に合わなくなり、成長
中、融液全体が固化してしまった。
【００２３】以上述べたように、本実施例により得られ
る単結晶は、ＺＭ法により製造されるので、結晶長さ方
向のドーパント濃度が均一なものとなり、特性的に均一
なウェハが高歩留りで得られる。
る単結晶は、ＺＭ法により製造されるので、結晶長さ方
向のドーパント濃度が均一なものとなり、特性的に均一
なウェハが高歩留りで得られる。
【００２４】なお、上記実施例はＣｒドープ結晶につい
て述べたものであるが、Ｓｉドープ、Ｚｎドープ等への
応用も可能である。
て述べたものであるが、Ｓｉドープ、Ｚｎドープ等への
応用も可能である。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、融液形成温度領域を
１，２４０℃〜１，２４２℃の温度範囲に設定して、固
液界面に対流が起こらないようにしたので、帯溶融法に
よっても再現性よくＧａＡｓ単結晶を得ることができ
る。
１，２４０℃〜１，２４２℃の温度範囲に設定して、固
液界面に対流が起こらないようにしたので、帯溶融法に
よっても再現性よくＧａＡｓ単結晶を得ることができ
る。
【図１】本発明の帯溶融法の一実施例を示す装置概略図
及び炉内温度分布図。
及び炉内温度分布図。
【図２】従来例の固液界面形状を説明する平面図。
１ 融液形成用高温加熱炉 ２ 第１中間温度加熱炉 ３ 第２中間温度加熱炉 ４ 低温炉 ５ 石英封管 ６ 石英ボート ７ 種結晶 ８ ＧａＡｓ多結晶 ９ ＧａＡｓ融液 １０ Ａｓ １１ 拡散障壁 １２ セラミックス支持管 １５ 高温炉 Ｔ1 高温加熱炉の温度（融液形成温度領域の温度） Ｔ2 第１中間温度加熱炉の温度（固化温度領域の温
度） Ｔ3 第２中間温度加熱炉の温度（固化温度領域の温
度） Ｔ4 低温炉の温度 Ｔｍ ＧａＡｓの融点
度） Ｔ3 第２中間温度加熱炉の温度（固化温度領域の温
度） Ｔ4 低温炉の温度 Ｔｍ ＧａＡｓの融点
Claims (1)
- 【請求項１】ＧａＡｓの融点を越える融液形成温度領域
の両側にＧａＡｓの融点より低い固化温度領域を有する
炉内温度分布を設定し、石英ボートに入れたＧａＡｓ多
結晶の一部を溶融させて、結晶成長方向における幅が上
記石英ボートの長さよりも短い帯状の融液領域を形成
し、その融液領域の幅を保持しつつ上記炉内温度分布を
種結晶側からその反対方向へ移動させることにより単結
晶を成長させるＧａＡｓ単結晶の製造方法において、上
記融液形成温度領域を１，２４０℃〜１，２４２℃の範
囲に設定し、成長する単結晶と融液との固液界面におけ
る融液の対流を抑制しながら単結晶を成長させることを
特徴とするＧａＡｓ単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3039616A JP2773441B2 (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | ＧａＡｓ単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3039616A JP2773441B2 (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | ＧａＡｓ単結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04260697A JPH04260697A (ja) | 1992-09-16 |
| JP2773441B2 true JP2773441B2 (ja) | 1998-07-09 |
Family
ID=12558043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3039616A Expired - Lifetime JP2773441B2 (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | ＧａＡｓ単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2773441B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02145499A (ja) * | 1988-12-28 | 1990-06-04 | Tsuaitowan Faaren Gonie Jishu Ienjiou Yuen | 砒化ガリウム単結晶の成長方法 |
-
1991
- 1991-02-08 JP JP3039616A patent/JP2773441B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04260697A (ja) | 1992-09-16 |
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