JP2856458B2 - 化合物半導体結晶の製造方法 - Google Patents
化合物半導体結晶の製造方法Info
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- JP2856458B2 JP2856458B2 JP28193589A JP28193589A JP2856458B2 JP 2856458 B2 JP2856458 B2 JP 2856458B2 JP 28193589 A JP28193589 A JP 28193589A JP 28193589 A JP28193589 A JP 28193589A JP 2856458 B2 JP2856458 B2 JP 2856458B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は化合物半導体結晶の製造方法に係り、特にGa
As,InAs,GaP,InP等のIII−Ｖ族化合物、Zn−S,Zn−Se等
のII−VI族化合物等一方の元素の解離蒸気圧が高い化合
物半導体結晶の製造方法に関するものである。
As,InAs,GaP,InP等のIII−Ｖ族化合物、Zn−S,Zn−Se等
のII−VI族化合物等一方の元素の解離蒸気圧が高い化合
物半導体結晶の製造方法に関するものである。
化合物半導体結晶成長はバルク結晶成長とエピタキシ
ーに大きく分類される。特にバルク結晶は化合物半導体
の構成元素からなる融液を冷却・固化させることにより
成長される。
ーに大きく分類される。特にバルク結晶は化合物半導体
の構成元素からなる融液を冷却・固化させることにより
成長される。
このようなバルク結晶成長方法としてそれぞれ第２
図、第３図及び第４図に示したそれぞれ水平Bridgman
（ブリッジマン）法、Gradient Freeze（グラディエン
トフリーズ）法及びZone Melting（ゾーンメルティン
グ）法が主に知られている。水平ブリッジマン法では化
合物半導体の多結晶又はその構成元素の少なくとも１種
を収納したボートと該ボートを加熱して該化合物半導体
の融液を形成させるための炉を相対的に移動させ、また
グラディエントフリーズ法では温度勾配を保持したまま
温度を降下させたりして結晶を成長させるボート成長法
である。ゾーンメルティング法は、原料となる化合物半
導体多結晶の一部のみ融解し、かつ融解部分を移動させ
て結晶を成長させる方法である。
図、第３図及び第４図に示したそれぞれ水平Bridgman
（ブリッジマン）法、Gradient Freeze（グラディエン
トフリーズ）法及びZone Melting（ゾーンメルティン
グ）法が主に知られている。水平ブリッジマン法では化
合物半導体の多結晶又はその構成元素の少なくとも１種
を収納したボートと該ボートを加熱して該化合物半導体
の融液を形成させるための炉を相対的に移動させ、また
グラディエントフリーズ法では温度勾配を保持したまま
温度を降下させたりして結晶を成長させるボート成長法
である。ゾーンメルティング法は、原料となる化合物半
導体多結晶の一部のみ融解し、かつ融解部分を移動させ
て結晶を成長させる方法である。
上記ブリッジマン法その他の方法は図示の如く横型及
び縦型でも主に用いられている。
び縦型でも主に用いられている。
また、これら化合物の成長を行う場合に重要なこと
は、良好な結晶を得るための固液界面制御及び取り出し
冷却過程の制御、容器から混入する不純物の制御及びそ
れぞれの原料から合成し結晶を成長出来るようにする合
成過程の制御等である。
は、良好な結晶を得るための固液界面制御及び取り出し
冷却過程の制御、容器から混入する不純物の制御及びそ
れぞれの原料から合成し結晶を成長出来るようにする合
成過程の制御等である。
これらのことについてそれぞれ上記の結晶成長方法を
例にとり説明する。
例にとり説明する。
まず第２図で示したブリッジマン法について説明す
る。
る。
第２図において低温側反応器１と高温側反応器２がデ
ィフュージョンバリアーを介して連通されており、高温
反応器２内には結晶成長用ボート（以下単にボートと記
す）３が配置されており、そのボート３内には化合物融
液５が収容され、その進行方向先端には種結晶６が設け
られており、また低温側反応器１内の先端には化合物元
素のうち解離しやすい元素（例えばGaAsでいえばAs）が
配設されている。
ィフュージョンバリアーを介して連通されており、高温
反応器２内には結晶成長用ボート（以下単にボートと記
す）３が配置されており、そのボート３内には化合物融
液５が収容され、その進行方向先端には種結晶６が設け
られており、また低温側反応器１内の先端には化合物元
素のうち解離しやすい元素（例えばGaAsでいえばAs）が
配設されている。
各反応器1,2上方に示した実線10は温度分布を示した
ものでTMは化合物の融点を示している。
ものでTMは化合物の融点を示している。
このブリッジマン法は種結晶近傍でTM温度以上からTM
以下に急激な温度勾配を有した状態で結晶成長がなされ
る。
以下に急激な温度勾配を有した状態で結晶成長がなされ
る。
この急激な成長結晶の冷却により、結晶性の一つの指
標であるE.P.D.（エッチ・ピット密度:Etch Pit Densit
y）又は転位密度が高くなりまた、融点と融液の温度差
もそれほど大きくとれないため固液界面制御も困難で、
また石英容器を用いた場合その容器から混入する不純物
の制御を行う酸化物気体の制御も出来なかった。
標であるE.P.D.（エッチ・ピット密度:Etch Pit Densit
y）又は転位密度が高くなりまた、融点と融液の温度差
もそれほど大きくとれないため固液界面制御も困難で、
また石英容器を用いた場合その容器から混入する不純物
の制御を行う酸化物気体の制御も出来なかった。
第３図に示したグラディエントフリーズ法では、高温
側反応器２において温度分布が徐々に低下する温度勾配
を有している。従って結晶成長時固液界面付近の温度勾
配が小さく例えば結晶の自由表面内で結晶成長方向に垂
直な方向に１℃程度の温度差等の少しの外乱があっても
固液界面がすぐに乱れる不具合を生じた。
側反応器２において温度分布が徐々に低下する温度勾配
を有している。従って結晶成長時固液界面付近の温度勾
配が小さく例えば結晶の自由表面内で結晶成長方向に垂
直な方向に１℃程度の温度差等の少しの外乱があっても
固液界面がすぐに乱れる不具合を生じた。
また第４図に示すゾーンメルティング法においては、
一度化合物を予め合成しておく必要があり、生産性に問
題があった。
一度化合物を予め合成しておく必要があり、生産性に問
題があった。
そこで本発明は固液界面における固化歪が少ないより
安定した化合物半導体結晶方法を提供することを目的と
する。
安定した化合物半導体結晶方法を提供することを目的と
する。
上記課題は本発明によれば一端に半導体種結晶を配し
且つ該種結晶に接して、被成長化合物半導体の多結晶又
は構成元素の少なくとも１種を収納した結晶成長用ボー
トを加熱し、前記被成長化合物半導体の融液を形成させ
た後、前記種結晶に接する側から前記融液を順次冷却さ
せることによって前記種結晶に連続した単結晶を成長さ
せるボート成長法による化合物半導体結晶の製造方法に
おいて、前記種結晶と被成長化合物融液との界面近傍範
囲の温度を前記界面近傍範囲後方より高い温度に保持す
る温度分布とすることを特徴とする化合物半導体結晶の
製造方法によって解決される。
且つ該種結晶に接して、被成長化合物半導体の多結晶又
は構成元素の少なくとも１種を収納した結晶成長用ボー
トを加熱し、前記被成長化合物半導体の融液を形成させ
た後、前記種結晶に接する側から前記融液を順次冷却さ
せることによって前記種結晶に連続した単結晶を成長さ
せるボート成長法による化合物半導体結晶の製造方法に
おいて、前記種結晶と被成長化合物融液との界面近傍範
囲の温度を前記界面近傍範囲後方より高い温度に保持す
る温度分布とすることを特徴とする化合物半導体結晶の
製造方法によって解決される。
すなわち本発明ではGaAs等の化合物半導体の結晶成長
をボート成長法で行なう場合、種結晶の融液側末端の界
面近傍範囲の温度を該化合物半導体の融点より高い温度
（第１の設定温度:15ないし30℃高い温度が好ましい）
迄上昇させ、その後温度を降下させて該融点よりわずか
に高い温度（第２の設定温度:5ないし15℃高い温度が好
ましい）にて、しかもその界面近傍より融液側でその温
度で保持する温度分布を用いるものである。
をボート成長法で行なう場合、種結晶の融液側末端の界
面近傍範囲の温度を該化合物半導体の融点より高い温度
（第１の設定温度:15ないし30℃高い温度が好ましい）
迄上昇させ、その後温度を降下させて該融点よりわずか
に高い温度（第２の設定温度:5ないし15℃高い温度が好
ましい）にて、しかもその界面近傍より融液側でその温
度で保持する温度分布を用いるものである。
上記第１の設定温度で該融点より15ないし30℃高い温
度が好ましいとした理由は、15℃未満では温度勾配の関
係で効果が出にくくなり、一方30℃を超えると融液の解
離の点からである。
度が好ましいとした理由は、15℃未満では温度勾配の関
係で効果が出にくくなり、一方30℃を超えると融液の解
離の点からである。
また第２の設定温度で５℃未満の場合は炉内に温度分
布が生じた場合その部分が固化して多結晶を形成するこ
ととなる。また15℃を超えるとボートとの反応が激しく
なる。
布が生じた場合その部分が固化して多結晶を形成するこ
ととなる。また15℃を超えるとボートとの反応が激しく
なる。
なお本発明では種結晶配置位置から反応器反応進行方
向であってメルトのうち解離圧の高い成分（GaAsでいえ
ばAs成分）の配置位置近傍迄を、結晶が固化した後の急
激な冷却を防止するために1000〜1200℃程度にし、それ
より620℃程度の温度にしてAsの量（解離圧）をコント
ロールする。
向であってメルトのうち解離圧の高い成分（GaAsでいえ
ばAs成分）の配置位置近傍迄を、結晶が固化した後の急
激な冷却を防止するために1000〜1200℃程度にし、それ
より620℃程度の温度にしてAsの量（解離圧）をコント
ロールする。
以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は本発明の実施例を説明するための模式図である。
図は本発明の実施例を説明するための模式図である。
第１図に示した実施例はGaAsの横型ボート成長法であ
り結晶成長用ボートとしては石英製ボートを使用した。
り結晶成長用ボートとしては石英製ボートを使用した。
本方法で使用する装置は従来法で用いた装置と同一で
よく、本実施例では幅75mm、長さ550mmの半円形ボート
３を用いGaとAsを直接合成して6000gのGaAs結晶を図示
温度分布で製造した。炉（図示せず）内に反応器をセッ
トしてボート３内の種結晶６の端部から約100mmの範囲
（固液界面制御ゾーン）では融点（TM）1238℃から徐々
に上昇させTM温度より約25℃高い温度としそれからまた
徐々に温度を下げTM温度より約10℃高い温度までとし、
それ以降のメルト保持の高温ゾーンではその温度を維持
させた。一方種結晶６から前方の温度はまず種結晶の長
さ方向中央部で約1050℃としてその温度をアフターヒー
ターゾーン及び急冷防止ゾーン迄保持し、それ以前は約
100mmの長さで温度を620℃に降下させそれ以前はその温
度を維持させた。本実施例では図の状態から結晶成長が
進行するにつれて反応器を炉に対して相対的に左側に進
行させた。その速度は2mm/時〜4mm/時程度であった。
よく、本実施例では幅75mm、長さ550mmの半円形ボート
３を用いGaとAsを直接合成して6000gのGaAs結晶を図示
温度分布で製造した。炉（図示せず）内に反応器をセッ
トしてボート３内の種結晶６の端部から約100mmの範囲
（固液界面制御ゾーン）では融点（TM）1238℃から徐々
に上昇させTM温度より約25℃高い温度としそれからまた
徐々に温度を下げTM温度より約10℃高い温度までとし、
それ以降のメルト保持の高温ゾーンではその温度を維持
させた。一方種結晶６から前方の温度はまず種結晶の長
さ方向中央部で約1050℃としてその温度をアフターヒー
ターゾーン及び急冷防止ゾーン迄保持し、それ以前は約
100mmの長さで温度を620℃に降下させそれ以前はその温
度を維持させた。本実施例では図の状態から結晶成長が
進行するにつれて反応器を炉に対して相対的に左側に進
行させた。その速度は2mm/時〜4mm/時程度であった。
このようにして製造されたGaAs単結晶について種結晶
側100mm位置（固化率（ｇ）＝0.15）のE.P.D.（エッチ
ピット密度）は3.6×102/cm2、一方テイル側450mmの位
置（固化率（ｇ）＝0.8）のE.P.D.は4.3×103/cm2であ
ったE.P.D.はKOH溶融液を用いて行なった。
側100mm位置（固化率（ｇ）＝0.15）のE.P.D.（エッチ
ピット密度）は3.6×102/cm2、一方テイル側450mmの位
置（固化率（ｇ）＝0.8）のE.P.D.は4.3×103/cm2であ
ったE.P.D.はKOH溶融液を用いて行なった。
比較例として本実施例と同じ大きさの幅75mm長さ550m
mのボートを用いてGaとAsとを直接合成して6000gの結晶
をグラディエントフリーズ法（第３図）により製造し
た。得られたGaAs結晶の後半部分で欠陥多結晶化し、完
全な単結晶とはならなかった。
mのボートを用いてGaとAsとを直接合成して6000gの結晶
をグラディエントフリーズ法（第３図）により製造し
た。得られたGaAs結晶の後半部分で欠陥多結晶化し、完
全な単結晶とはならなかった。
以上説明した様に本発明によれば従来法より安定した
欠陥の少ない化合物半導体、特にGaAsの単結晶を製造す
ることができた。
欠陥の少ない化合物半導体、特にGaAsの単結晶を製造す
ることができた。
第１図は本発明の実施例を説明するための模式図であ
り、 第２図から第４図迄は従来技術を説明するための模式図
であり、特に第２図はHorizontal Bridgman法、第３図
はGradient Preeze法、第４図はZone Melting法を示
す。 １……低温側反応器、２……高温側反応器、 ３……結晶成長用ボート、 ４……ディフュージョン・バリアー、 ５……化合物融液、６……種結晶、 ７……化合物のうち解離しやすい物質、 TM……化合物の融点、10……温度分布。
り、 第２図から第４図迄は従来技術を説明するための模式図
であり、特に第２図はHorizontal Bridgman法、第３図
はGradient Preeze法、第４図はZone Melting法を示
す。 １……低温側反応器、２……高温側反応器、 ３……結晶成長用ボート、 ４……ディフュージョン・バリアー、 ５……化合物融液、６……種結晶、 ７……化合物のうち解離しやすい物質、 TM……化合物の融点、10……温度分布。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−197388（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−89680（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−14327（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (3)
- 【請求項１】一端に半導体種結晶を配し且つ該種結晶に
接して、被成長化合物半導体の多結晶又は構成元素の少
なくとも１種を収納した結晶成長用ボートを加熱し、前
記被成長化合物半導体の融液を形成させた後、前記種結
晶に接する側から前記融液を順次冷却させることによっ
て前記種結晶に連続した単結晶を成長させるボート成長
法による化合物半導体結晶の製造方法において、 前記種結晶と被成長化合物融液との界面近傍範囲の温度
を前記界面近傍範囲後方より高い温度に保持する温度分
布とすることを特徴とする化合物半導体結晶の製造方
法。 - 【請求項２】ボートもしくは炉を移動させて前記結晶成
長を行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
方法。 - 【請求項３】前記温度分布を前記種結晶側からボート後
端側に向かって移動させて結晶成長を行うことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28193589A JP2856458B2 (ja) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | 化合物半導体結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28193589A JP2856458B2 (ja) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | 化合物半導体結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03146494A JPH03146494A (ja) | 1991-06-21 |
| JP2856458B2 true JP2856458B2 (ja) | 1999-02-10 |
Family
ID=17645982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28193589A Expired - Lifetime JP2856458B2 (ja) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | 化合物半導体結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2856458B2 (ja) |
-
1989
- 1989-10-31 JP JP28193589A patent/JP2856458B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03146494A (ja) | 1991-06-21 |
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Legal Events
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