JP2830437B2 - 高解離圧単結晶の製造方法及び装置 - Google Patents
高解離圧単結晶の製造方法及び装置Info
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- JP2830437B2 JP2830437B2 JP24735690A JP24735690A JP2830437B2 JP 2830437 B2 JP2830437 B2 JP 2830437B2 JP 24735690 A JP24735690 A JP 24735690A JP 24735690 A JP24735690 A JP 24735690A JP 2830437 B2 JP2830437 B2 JP 2830437B2
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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、液体封止チョクラルスキー法により、GaA
s,GaP,InAs,InP等のIII−Ｖ族化合物半導体を製造する
方法及びその装置に関する。
s,GaP,InAs,InP等のIII−Ｖ族化合物半導体を製造する
方法及びその装置に関する。
（従来の技術） 高解離圧成分元素ガスを満たした気密容器内でチョク
ラルスキー法又は液体封止チョクラルスキー法により化
合物半導体単結晶を製造する方法は、上記雰囲気ガス圧
により引き上げ結晶表面における分解反応を抑えること
ができるため、非常に小さな温度勾配の下で結晶成長を
行うことを可能にした。その結果、低転位密度の単結晶
を得ることができるようになった。
ラルスキー法又は液体封止チョクラルスキー法により化
合物半導体単結晶を製造する方法は、上記雰囲気ガス圧
により引き上げ結晶表面における分解反応を抑えること
ができるため、非常に小さな温度勾配の下で結晶成長を
行うことを可能にした。その結果、低転位密度の単結晶
を得ることができるようになった。
第１図及び第２図は、従来の液体封止チョクラルスキ
ー装置の断面図である。第１図の装置は、高圧チャンバ
ー１内に気密容器２を設け、るつぼ15のサセプタ14を支
持する下軸４が気密容器２を貫通する部分に液溜６を設
け、液体封止剤８を収容し、ヒータ10で液体封止剤８を
加熱溶融してシールを形成するとともに、種結晶18を下
端に取り付けた上軸３が気密容器２を貫通する部分に液
溜５を設け、液体封止剤７を収容し、ヒータ９で加熱溶
融してシールを形成する。そして、気密容器２には、ア
ンプル12を導管11を介して連通させ、アンプル12内の高
解離圧成分元素13をヒータ25で加熱蒸発して気密容器２
内に該成分元素ガスを満たしたものである。
ー装置の断面図である。第１図の装置は、高圧チャンバ
ー１内に気密容器２を設け、るつぼ15のサセプタ14を支
持する下軸４が気密容器２を貫通する部分に液溜６を設
け、液体封止剤８を収容し、ヒータ10で液体封止剤８を
加熱溶融してシールを形成するとともに、種結晶18を下
端に取り付けた上軸３が気密容器２を貫通する部分に液
溜５を設け、液体封止剤７を収容し、ヒータ９で加熱溶
融してシールを形成する。そして、気密容器２には、ア
ンプル12を導管11を介して連通させ、アンプル12内の高
解離圧成分元素13をヒータ25で加熱蒸発して気密容器２
内に該成分元素ガスを満たしたものである。
次に、結晶成長の手順を説明すると、高圧チャンバー
１を真空に引き、窒素、アルゴン等の不活性ガスを導入
してから、ヒータ９及び10を加熱して上下軸の液溜の液
体封止剤７及び８を加熱溶融して気密容器２を密閉す
る。ヒータ25を加熱して高解離圧成分元素13を蒸発さ
せ、気密容器２内に所定の分圧を保持するとともに、気
密容器２の内外の圧力をバランスするように、高圧チャ
ンバー１内の不活性ガス圧力を増加する。その後、ヒー
タ19及び20を加熱して原料16及び液体封止剤17を溶融
し、るつぼ15を回転しながら原料融液16の温度を安定さ
せてから、上軸３を下降させ、その先端の種結晶18を原
料融液16に浸漬し、回転させながら上軸３を引き上げる
ことにより単結晶26を成長させる。
１を真空に引き、窒素、アルゴン等の不活性ガスを導入
してから、ヒータ９及び10を加熱して上下軸の液溜の液
体封止剤７及び８を加熱溶融して気密容器２を密閉す
る。ヒータ25を加熱して高解離圧成分元素13を蒸発さ
せ、気密容器２内に所定の分圧を保持するとともに、気
密容器２の内外の圧力をバランスするように、高圧チャ
ンバー１内の不活性ガス圧力を増加する。その後、ヒー
タ19及び20を加熱して原料16及び液体封止剤17を溶融
し、るつぼ15を回転しながら原料融液16の温度を安定さ
せてから、上軸３を下降させ、その先端の種結晶18を原
料融液16に浸漬し、回転させながら上軸３を引き上げる
ことにより単結晶26を成長させる。
第２図の装置は、第１図の装置の変形であり、気密容
器を上部21と下部22に分割して、原料等の投入と引き上
げ単結晶の回収を容易にしたものであり、気密容器の下
部22をるつぼ15を内蔵するサセプタとして使用し、その
上端部周囲に環状溝23を設けて液体封止剤24を収容する
とともに、気密容器の上部21の下端を上記液体封止剤24
に浸漬して気密を確保するようにしたものである。その
他の構成は、第１図の装置と同じであり、結晶成長手順
も同じため、その説明を省略する。
器を上部21と下部22に分割して、原料等の投入と引き上
げ単結晶の回収を容易にしたものであり、気密容器の下
部22をるつぼ15を内蔵するサセプタとして使用し、その
上端部周囲に環状溝23を設けて液体封止剤24を収容する
とともに、気密容器の上部21の下端を上記液体封止剤24
に浸漬して気密を確保するようにしたものである。その
他の構成は、第１図の装置と同じであり、結晶成長手順
も同じため、その説明を省略する。
（発明が解決しようとする課題） 上記装置において、シール部の液体封止剤の温度は一
般に高い方が液体封止剤の粘性を低下させることがで
き、上下軸等の回転を円滑にすることができるので良い
と考えられていた。そして、この種の装置を用いて、緩
やかな温度勾配の下で結晶成長を行う場合は、シール部
の液体封止剤の温度は高くなり易く、特に、第２図の装
置のように、るつぼの周囲に液体封止剤溜めが設けられ
ている場合は、構造的に液体封止剤の温度が高くなるの
は避けることができない。
般に高い方が液体封止剤の粘性を低下させることがで
き、上下軸等の回転を円滑にすることができるので良い
と考えられていた。そして、この種の装置を用いて、緩
やかな温度勾配の下で結晶成長を行う場合は、シール部
の液体封止剤の温度は高くなり易く、特に、第２図の装
置のように、るつぼの周囲に液体封止剤溜めが設けられ
ている場合は、構造的に液体封止剤の温度が高くなるの
は避けることができない。
しかし、本発明者は、上記装置を用いて結晶成長を行
う中で、種結晶の劣化により、成長の途中で結晶が落下
したり、成長結晶の表面の劣化が起こり、気密容器中の
高解離圧成分元素ガスの分圧の低下に気が付いた。
う中で、種結晶の劣化により、成長の途中で結晶が落下
したり、成長結晶の表面の劣化が起こり、気密容器中の
高解離圧成分元素ガスの分圧の低下に気が付いた。
そこで、本発明は、気密容器中の高解離圧成分元素ガ
スの分圧低下を回避し、種結晶及び成長結晶の劣化を防
止して転位密度の低い良質の化合物半導体単結晶を歩留
まり良く製造することのできる方法及びその装置を提供
しようとするものである。
スの分圧低下を回避し、種結晶及び成長結晶の劣化を防
止して転位密度の低い良質の化合物半導体単結晶を歩留
まり良く製造することのできる方法及びその装置を提供
しようとするものである。
（課題を解決するための手段） 本発明は、気密容器の接続部分、及び、軸が気密容器
を貫通する部分の隙間にＢ2Ｏ3液体封止剤を介在させる
ことにより密閉した気密容器に高解離圧成分元素ガスを
満たし、下軸で支持されたるつぼの原料融液から上軸を
用いて単結晶を引き上げる化合物半導体単結晶の製造方
法において、上記密閉用のＢ2Ｏ3液体封止剤を、700℃
を越えて1100℃以下の温度に保持して単結晶を引き上げ
ることを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法、及
び、上記製造方法に使用する装置において、気密容器の
接続部分をるつぼから離れた位置に設けたことを特徴と
する化合物半導体単結晶の製造装置である。
を貫通する部分の隙間にＢ2Ｏ3液体封止剤を介在させる
ことにより密閉した気密容器に高解離圧成分元素ガスを
満たし、下軸で支持されたるつぼの原料融液から上軸を
用いて単結晶を引き上げる化合物半導体単結晶の製造方
法において、上記密閉用のＢ2Ｏ3液体封止剤を、700℃
を越えて1100℃以下の温度に保持して単結晶を引き上げ
ることを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法、及
び、上記製造方法に使用する装置において、気密容器の
接続部分をるつぼから離れた位置に設けたことを特徴と
する化合物半導体単結晶の製造装置である。
なお、上記高解離圧成分元素ガスとして砒素又は燐の
ガスを用いることができる。
ガスを用いることができる。
（作用） 本発明者は、上記の液体封止チョクラルスキー装置に
おいて、高解離圧成分元素ガスの分圧の低下の原因を調
べたところ、該ガスが気密容器から抜ける経路は、気
密容器内の圧力が高圧チャンバー内の圧力より高くなる
時に、シール部の液体封止剤中を気泡となって外部に放
出されるか、液体封止剤中に溶け込み、液体封止剤中
を拡散して外部に放出される、２つの場合がある。
おいて、高解離圧成分元素ガスの分圧の低下の原因を調
べたところ、該ガスが気密容器から抜ける経路は、気
密容器内の圧力が高圧チャンバー内の圧力より高くなる
時に、シール部の液体封止剤中を気泡となって外部に放
出されるか、液体封止剤中に溶け込み、液体封止剤中
を拡散して外部に放出される、２つの場合がある。
一方、上記のように、上下軸等の回転を円滑にするた
めに、液体封止剤の温度を高くして粘性を低下させると
きには、液体封止剤中に気泡が発生し易く、また、高解
離圧成分元素ガスが液体封止剤中に溶け込み易い状態に
なる。
めに、液体封止剤の温度を高くして粘性を低下させると
きには、液体封止剤中に気泡が発生し易く、また、高解
離圧成分元素ガスが液体封止剤中に溶け込み易い状態に
なる。
そこで、本発明者は、Ｂ2Ｏ3液体封止剤を用いて実験
を重ねることにより、Ｂ2Ｏ3液体封止剤の温度と高解離
圧成分元素ガスの抜けの関係を調べた結果、シール部の
Ｂ2Ｏ3液体封止剤の温度が1100℃を越えると抜けが顕著
になり、気密容器内の高解離圧成分元素ガス分圧の維持
が困難となって、原料融液の組成のずれや種結晶並びに
引上結晶の劣化を来し、また、700℃以下になると、上
下軸等の回転に円滑さが欠け、特に、上軸に振動が発生
すると、上軸に接続したロードセルのノイズが大きくな
り、引上結晶の正確な重量測定が困難となり、結晶直径
を正確に制御することができなくなり、かつ、結晶欠陥
を発生させる原因となることを見いだした。即ち、回転
部分を伴うＢ2Ｏ3液体封止剤を、700℃を越えて1100℃
以下の温度に保持することにより、気密容器からの高解
離圧成分元素ガスの抜けを防止し、円滑な回転で結晶成
長を行うことを保証し、低転位密度の良質の化合物半導
体単結晶を歩留まり良く製造することを可能にした。
を重ねることにより、Ｂ2Ｏ3液体封止剤の温度と高解離
圧成分元素ガスの抜けの関係を調べた結果、シール部の
Ｂ2Ｏ3液体封止剤の温度が1100℃を越えると抜けが顕著
になり、気密容器内の高解離圧成分元素ガス分圧の維持
が困難となって、原料融液の組成のずれや種結晶並びに
引上結晶の劣化を来し、また、700℃以下になると、上
下軸等の回転に円滑さが欠け、特に、上軸に振動が発生
すると、上軸に接続したロードセルのノイズが大きくな
り、引上結晶の正確な重量測定が困難となり、結晶直径
を正確に制御することができなくなり、かつ、結晶欠陥
を発生させる原因となることを見いだした。即ち、回転
部分を伴うＢ2Ｏ3液体封止剤を、700℃を越えて1100℃
以下の温度に保持することにより、気密容器からの高解
離圧成分元素ガスの抜けを防止し、円滑な回転で結晶成
長を行うことを保証し、低転位密度の良質の化合物半導
体単結晶を歩留まり良く製造することを可能にした。
第３図は、上記の製造方法を容易に実施するために、
第２図の装置を改良したものであり、気密容器上部21と
るつぼ15のサセプタを兼ねる気密容器下部22との接続部
分を最上部に設けて、高温の原料融液16から離した点が
特徴である。なお、その他の装置構成は、第２図の装置
と同じであるため、説明は省略する。
第２図の装置を改良したものであり、気密容器上部21と
るつぼ15のサセプタを兼ねる気密容器下部22との接続部
分を最上部に設けて、高温の原料融液16から離した点が
特徴である。なお、その他の装置構成は、第２図の装置
と同じであるため、説明は省略する。
（実施例） 第１図の装置を用い、GaAs単結晶を育成した。直径６
インチのpBR製るつぼにGaAs多結晶原料4.0kgと液体封止
剤としてＢ2Ｏ3500g収容し、上下軸の貫通する部分に設
けた液溜に液体封止剤Ｂ2Ｏ3を入れ、高解離圧成分元素
ガス供給用原料としてAs500gをアンプルに収容した。
インチのpBR製るつぼにGaAs多結晶原料4.0kgと液体封止
剤としてＢ2Ｏ3500g収容し、上下軸の貫通する部分に設
けた液溜に液体封止剤Ｂ2Ｏ3を入れ、高解離圧成分元素
ガス供給用原料としてAs500gをアンプルに収容した。
まず、高圧チャンバー内を真空に引き、上下軸の貫通
する液溜の液体封止剤をその周囲のヒーターで950〜100
0℃に加熱して気密容器を完全に密閉した後、アンプル
を約617℃に加熱して気密容器内にAsの分圧が約１気圧
となるように調整し、さらに、全圧が15気圧となるよう
に窒素ガスを加えた。そして、気密容器周囲のヒーター
で原料融液の温度勾配を10℃/mmに調整し、るつぼの回
転数を5rpm、上軸の回転数を3rpm、引上速度を6mm/hrで
結晶成長を行ったところ、直径約85mm、長さ約150mmのG
aAs単結晶を育成することができた。育成後、成長結晶
と残留原料の重量を測定して使用原料と対比することに
より、原料ロスを測定したところ、僅か1gであり、原料
組成のずれがほとんどないことが確認された。また、種
結晶と成長結晶表面に劣化は見られなかった。成長結晶
を成長軸に垂直に切り出して転位密度を測定したとこ
ろ、結晶の外周近くで転位密度が高くなることはなく、
３インチ平均で2000cm-2と極めて良好であった。
する液溜の液体封止剤をその周囲のヒーターで950〜100
0℃に加熱して気密容器を完全に密閉した後、アンプル
を約617℃に加熱して気密容器内にAsの分圧が約１気圧
となるように調整し、さらに、全圧が15気圧となるよう
に窒素ガスを加えた。そして、気密容器周囲のヒーター
で原料融液の温度勾配を10℃/mmに調整し、るつぼの回
転数を5rpm、上軸の回転数を3rpm、引上速度を6mm/hrで
結晶成長を行ったところ、直径約85mm、長さ約150mmのG
aAs単結晶を育成することができた。育成後、成長結晶
と残留原料の重量を測定して使用原料と対比することに
より、原料ロスを測定したところ、僅か1gであり、原料
組成のずれがほとんどないことが確認された。また、種
結晶と成長結晶表面に劣化は見られなかった。成長結晶
を成長軸に垂直に切り出して転位密度を測定したとこ
ろ、結晶の外周近くで転位密度が高くなることはなく、
３インチ平均で2000cm-2と極めて良好であった。
上記の育成条件の中で、上下軸の貫通する液溜の液体
封止剤の温度のみ1150℃に変更して、同様にGaAs単結晶
を育成したところ、原料ロスは40gあり、種結晶と成長
結晶表面に劣化が認められた。また、上記と同様に転位
密度を測定したところ、結晶の外周近くで転位密度は50
000cm-2と高く、全体の平均でも10000cm-2と高い値を示
した。
封止剤の温度のみ1150℃に変更して、同様にGaAs単結晶
を育成したところ、原料ロスは40gあり、種結晶と成長
結晶表面に劣化が認められた。また、上記と同様に転位
密度を測定したところ、結晶の外周近くで転位密度は50
000cm-2と高く、全体の平均でも10000cm-2と高い値を示
した。
（発明の効果） 本発明は、上記の構成を採用することにより、気密容
器から高解離圧成分元素ガスの抜けを防止することがで
き、該ガスの分圧を十分に確保することができるため、
種結晶と成長結晶の表面を劣化させることがなく、低転
位密度で高晶質の高解離圧単結晶を歩留まり良く製造す
ることができるようになった。
器から高解離圧成分元素ガスの抜けを防止することがで
き、該ガスの分圧を十分に確保することができるため、
種結晶と成長結晶の表面を劣化させることがなく、低転
位密度で高晶質の高解離圧単結晶を歩留まり良く製造す
ることができるようになった。
第１図〜第３図は、高解離圧成分元素ガスを満たした気
密容器内で液体封止チョクラルスキー法を実施するため
の装置の断面図であり、特に、第１図及び第３図の装置
は本発明の実施に適した装置である。
密容器内で液体封止チョクラルスキー法を実施するため
の装置の断面図であり、特に、第１図及び第３図の装置
は本発明の実施に適した装置である。
Claims (3)
- 【請求項１】気密容器の接続部分、及び、軸が気密容器
を貫通する部分の隙間にＢ2Ｏ3液体封止剤を介在させる
ことにより密閉した気密容器に高解離圧成分元素ガスを
満たし、下軸で支持されたるつぼの原料融液から上軸を
用いて単結晶を引き上げる化合物半導体単結晶の製造方
法において、上記密閉用の液体封止剤を、700℃を越え
て1100℃以下の温度に保持して単結晶を引き上げること
を特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法。 - 【請求項２】上記高解離圧成分元素ガスとして砒素又は
燐のガスを用いる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。 - 【請求項３】請求項（１）又は（２）記載の化合物半導
体単結晶の製造方法に使用する装置において、気密容器
の接続部分をるつぼから離れた位置に設けたことを特徴
とする化合物半導体単結晶の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24735690A JP2830437B2 (ja) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | 高解離圧単結晶の製造方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24735690A JP2830437B2 (ja) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | 高解離圧単結晶の製造方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04130086A JPH04130086A (ja) | 1992-05-01 |
| JP2830437B2 true JP2830437B2 (ja) | 1998-12-02 |
Family
ID=17162201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24735690A Expired - Fee Related JP2830437B2 (ja) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | 高解離圧単結晶の製造方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2830437B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020132491A (ja) * | 2019-02-22 | 2020-08-31 | インパクト エスアー | 単結晶成長装置およびｉｉｉ−ｖ族半導体単結晶の製造方法 |
-
1990
- 1990-09-19 JP JP24735690A patent/JP2830437B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020132491A (ja) * | 2019-02-22 | 2020-08-31 | インパクト エスアー | 単結晶成長装置およびｉｉｉ−ｖ族半導体単結晶の製造方法 |
| JP7483240B2 (ja) | 2019-02-22 | 2024-05-15 | インパクト エスアー | 単結晶成長装置およびｉｉｉ－ｖ族半導体単結晶の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04130086A (ja) | 1992-05-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |