JP3135355B2 - 化合物半導体単結晶の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水平ブリッジマン法
（ＨＢ法）や温度傾斜法（ＧＦ法）等のボート法によっ
て水平方向に結晶を成長させる化合物半導体単結晶の製
造装置及び製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ボート法による化合物半導体単結
晶の育成においては、単結晶の結晶方位のうち＜１１１
＞方向をボート長手方向に平行にし、結晶のウエハ面が
（１００）面となるよう、結晶の長手方向（成長方向）
に対して所定の角度で斜めにウエハを切り出していた。
また、生産性の点から結晶成長方向に垂直にウエハを切
り出せるように、＜１００＞方向で成長させる方法が一
部行われている。しかし、＜１００＞方向の成長は＜１
１１＞方向成長に比べ結晶欠陥である双晶欠陥が発生し
やすく、歩留の低下を招いていた。

【０００３】

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術が有していた前述の問題点、即ち＜１００＞方向の
成長は＜１１１＞方向成長に比べ結晶欠陥である双晶欠
陥が発生しやすく、したがって歩留の著しい低下を招い
ていたという問題点を解消しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解決すべくなされたものであり、第１の発明として、
閃亜鉛鉱型の結晶構造を有するＡＢ型化合物半導体単結
晶をボート法を用いて製造する方法であって、ＡＢ型化
合物半導体単結晶の１つの＜１００＞等価方向と結晶の
成長方向とのなす角度が３０度以内である製造方法にお
いて、育成すべきＡＢ型化合物半導体単結晶の肩部を取
り囲む球を想定し、種結晶側を前記球の北極方向に向
け、結晶の成長方向を北極と南極を結ぶ軸に合わせたス
テレオ投影法により描かれるステレオ投影図上で、４つ
の（１１０）等価面の対面する面をそれぞれ結ぶ２本の
直線あるいは曲線の少なくとも１本と、結晶とボートが
接触しない結晶自由表面を示す曲線とが交わり、かつ、
結晶とボートが直接接触する結晶外形を示す曲線が前記
２本の直線あるいは曲線のどちらか１本と交わる点によ
って表される結晶表面と、成長方向にほぼ垂直な１つの
（１００）等価面とのなす角が５４．７度以下であり、
前記結晶とボートが直接接触する結晶外形を示す曲線が
前記２本の直線あるいは曲線の他の１本と交わる点によ
って表される結晶表面と、前記１つの（１００）等価面
とのなす角が５４．７度以上であることを特徴とする化
合物半導体単結晶の製造方法を提供する。

【０００６】第２の発明として、第１の発明の育成すべ
き前記ＡＢ型化合物半導体単結晶が３−５族化合物であ
り、前記ステレオ投影図上で、前記４つの（１１０）等
価面の対面する面をそれぞれ結ぶ２本の直線あるいは曲
線のうち、前記２本の直線あるいは曲線上に存在する前
記交点によって表される結晶表面が、成長方向にほぼ垂
直な１つの（１００）等価面となす角が５４．７度以下
である方の１本の直線あるいは曲線上に、３族元素面で
ある（１１１）等価面が存在する化合物半導体単結晶の
製造方法を提供する。 第３の発明として、第１の発明又
は第２の発明の１つの＜１００＞等価方向が、結晶成長
方向に一致するように種結晶を設置する化合物半導体単
結晶の製造方法を提供する。

【０００７】第４の発明として、閃亜鉛鉱型の結晶構造
を有するＡＢ型化合物半導体単結晶をボート法を用いて
製造するための装置であって、前記ＡＢ型化合物半導体
単結晶の１つの＜１００＞等価方向が結晶の成長方向と
なす角度が３０度以内である製造装置において、育成す
べき前記ＡＢ型化合物半導体結晶の肩部を取り囲む球を
想定し、種結晶側を前記球の北極方向に向け、結晶の成
長方向を北極と南極を結ぶ軸に合わせた、ステレオ投影
法により描かれるステレオ投影図上で、４つの（１１
０）等価面の対面する面をそれぞれ結ぶ２本の直線ある
いは曲線の少なくとも１本と、結晶とボートが接触しな
い結晶自由表面を示す曲線とが交わり、かつ、結晶とボ
ートが直接接触する結晶外形を示す曲線が前記２本の直
線あるいは曲線のどちらか１本と交わる点によって表さ
れる結晶表面と、成長方向にほぼ垂直な１つの（１０
０）等価面とのなす角が５４．７度以下であり、前記結
晶とボートが直接接触する結晶外形を示す曲線が前記２
本の直線あるいは曲線の他の１本と交わる点によって表
される結晶表面と、前記１つの（１００）等価面とのな
す角が５４．７度以上であるように、結晶肩部の形状と
方位が設定されてなることを特徴とする化合物半導体単
結晶の製造装置を提供する。

【０００８】第５の発明として、第４の発明の育成すべ
き前記ＡＢ型化合物半導体単結晶が３−５族化合物であ
り、前記ステレオ投影図上で、前記４つの（１１０）等
価面の対面する面をそれぞれ結ぶ２本の直線あるいは曲
線のうち、前記２本の直線あるいは曲線上に存在する前
記交点によって表される結晶表面が、成長方向にほぼ垂
直な１つの（１００）等価面となす角が５４．７度以下
である方の１本の直線あるいは曲線上に、３族元素面で
ある（１１１）等価面が存在するように、結晶肩部の形
状と方位が設定されてなる化合物半導体単結晶の製造装
置を提供する。 第６の発明として、第４の発明又は第５
の発明の１つの＜１００＞等価方向が、結晶成長方向に
一致するように種結晶が設置されている化合物半導体単
結晶の製造装置を提供する。

【０００９】以下、本発明の構成を詳しく説明する。ス
テレオ投影法の概念図を図１４に示す。結晶を取り囲む
ことのできるある大きさの球を想定し、この球の中心に
結晶を置き、結晶面に降ろした球心を通る法線の延長線
が球面と交わる点ｐを求め、その点ｐと球の南極Ｓとを
結び、線分ｐＳと赤道面との交点ｑを求めることによっ
て前記結晶面の傾き角を求める。

【００１０】図５には、育成すべき前記ＡＢ型化合物半
導体結晶の結晶長手方向である結晶成長方向を北極と南
極を結ぶ軸に合わせ、種結晶側を北極方向に向けた場合
にステレオ投影図円中心に現れる、成長方向と垂直な平
面と３０度以内の角度をなす平面の範囲を斜線部４で示
した。種結晶の（１００）等価結晶面をこの成長方向と
垂直な平面に対して３０度以内になるように設置する。

【００１１】前記成長方向と垂直な平面と（１００）等
価結晶面がほぼ平行になるように種結晶方位を選ぶこと
により、育成した結晶の長手方向にほぼ垂直に（１０
０）面のウエハを切り出せるためにより好ましい。

【００１２】前記ステレオ投影法において、育成すべき
結晶の肩部表面の外形を示すと図１のように連続した１
つの曲線となる。ただし、結晶の肩部が半径方向以外に
曲率をもつような曲面で構成される場合には、前記曲線
はある幅をもった領域で表される。この場合、結晶の外
形の特徴を最もよく表すことのできる部分の曲線あるい
は領域が、結晶形状の規定に重要な役割をはたす。種結
晶側の肩部で肩部全長の１／３程度以下の部分において
双晶欠陥が発生しやすいため、この部分の結晶形状が特
に重要になる。

【００１３】図１では１例として種結晶の＜１００＞等
価方向を結晶長手方向（成長方向）に一致させた場合を
示した。また別の結晶形状の場合を図２、３に示した。
ここで、結晶とボートが直接接触する部分を実線１で、
直接接触しない自由表面部分を破線２で示した。図１、
２は種結晶の＜１００＞等価方向（図中黒塗の四角印）
を結晶成長方向に一致させた場合を、図３は一致させな
い場合の１例を示した。（１００）等価面（＜１００＞
等価方向に垂直な平面）、（１１０）等価面（図中４つ
の黒塗りの楕円印）、（１１１）等価面（図中４つの黒
塗りの三角印）も同時に示した。

【００１４】成長方向と垂直に近い（１００）等価面に
垂直な４個の（１１０）等価面（図中黒塗の楕円印）
の、対面するそれぞれを結んだ直交する２本の直線は、
ステレオ投影図の外周部にある（１１０）等価面の一つ
と直交する平面群を表す。この直線は図３に示すよう
に、成長方向と＜１００＞方向が一致しない場合には曲
線として表される。結晶学的にこの直線あるいは曲線上
には（１１１）等価面（図中黒塗りの三角印）が図のよ
うに存在し、それぞれ（１００）等価面とは５４．７度
の角度をなす。

【００１５】ここで、４個の（１１０）等価面を結ぶ２
本の直線あるいは曲線の少なくとも１つが、結晶とボー
トの直接接触しない自由表面部分を示す曲線２と交わる
ように設置する。図１〜３で示すように、（１１０）等
価面を結ぶ直線の一つをボートの鉛直方向に一致するよ
うに設置することが双晶欠陥低減のためにより好まし
い。

【００１６】４個の（１１０）等価面を結ぶ２本の直線
あるいは曲線のどちらか１本と前記曲線１とが交わる点
によって表される結晶表面と、（１００）等価面のなす
角が５４．７度以下であるように、かつ、４個の（１１
０）等価面を結ぶ２本の直線あるいは曲線の他方の１本
と前記曲線１の交わる点の示す結晶表面と、（１００）
等価面のなす角が５４．７度以上であるように、結晶形
状及び結晶方位を設定する。この例として図１〜３を示
した。このとき、（１００）等価面と５４．７度以下と
すべき前記結晶表面を５０度以下とし、５４．７度以上
とすべき前記結晶表面を６０度以上とすることが、双晶
欠陥低減の効果は大きくなるので好ましい。

【００１７】図１には１例として、水平方向の（１１
０）面を結ぶ直線と結晶肩部外形の曲線１が交わる点ｈ
₁ 、ｈ ₂ によって表される結晶表面と、（１００）面と
のなす角が５４．７度以上であり、垂直方向（この場合
鉛直方向に等しい）の（１１０）面を結ぶ直線と結晶肩
部外形の曲線１が交わる点ｖ ₁ によって表される結晶表
面と、（１００）面とのなす角が５４．７度以下となる
場合のステレオ投影図を示した。図６、７にはそれぞれ
結晶の側面図と上面図を示した。図１に示した結晶外形
は、図７に示すように水平方向の肩部角度θｈ（結晶の
長手方向に垂直な面に対する角度）を５４．７度以上に
し、図６に示すように垂直方向の肩部角度θｖ（結晶の
長手方向に垂直な面に対する角度）を５４．７度以下に
することにより実現できる。

【００１８】図２には、水平方向の（１１０）面を結ぶ
直線と結晶肩部外形の曲線１が交わる点ｈ ₃ 、ｈ ₄ によ
って表される結晶表面と、（１００）面とのなす角が５
４．７度以下であり、垂直方向（鉛直方向に等しい）の
（１１０）面を結ぶ直線と結晶肩部外形の曲線１が交わ
る点ｖ ₂ に表される結晶表面と、（１００）面とのなす
角が５４．７度以上となる場合のステレオ投影図を示し
た。図２に示した結晶外形は、水平方向の肩角度θｈを
５４．７度以下にし、垂直方向の肩角度θｖを５４．７
度以上にすることにより実現できる。

【００１９】図３には、＜１００＞等価方向を結晶長手
方向に一致させない場合の１例で、結晶肩部の水平方向
角度θｈと垂直方向角度θｖが同じなるようにした場合
のステレオ投影図を示した。この場合＜１００＞等価方
向は結晶長手方向よりもやや上向き、ボートの上面側へ
傾いていることになる。

【００２０】ボート長手方向に垂直な断面形状としては
Ｕ字型、あるいは円弧、楕円弧、５角形や６角形等の多
角形、長円等の、ボートの中央部が上部と底部より幅の
広い形状を用いることができる。結晶成長方位と結晶を
スライスして作成するウエハの形状からみて、結晶の加
工ロスを少なくするようにボートを設計することが好ま
しい。また、ボートの長手方向に垂直な断面において、
上部が開口してありその開口部の幅が中央部最大幅の１
０〜９０％である開口部を設けることが、ボートへの原
料のチャージを容易にすることや、育成中の結晶を観察
できることなどから好ましい。

【００２１】また、育成すべき前記ＡＢ型化合物半導体
単結晶が、２−６族化合物あるいは３−５族化合物であ
る場合において、前記ステレオ投影図上で、曲線１に対
して外周側にある（１１１）等価面（図１では（１０
０）等価面の下方にある（１１１）等価面、図２では
（１００）等価面を挟んで水平方向にある２つの（１１
１）等価面）が、２−６族化合物の場合には２族元素
面、３−５族化合物の場合には３族元素面であることが
双晶欠陥低減のためにより好ましい。

【００２２】３−５族化合物の例としてＧａＡｓの場合
で説明すると、図１のような結晶方位で（１１１）等価
Ｇａ元素面を曲線１の外周側にもってきた場合、結晶長
手方向にほぼ垂直な（１００）断面（図１１）を溶融水
酸化カリウムでエッチングしたときの１つのエッチピッ
ト形状は、種結晶側（図１１のＳ方向）から観察すると
図１２のように、またテール側（図１１のＴ方向）から
観察すると図１３のようになる。また、図２のような結
晶方位の場合、（１００）断面（図１１）を溶融水酸化
カリウムでエッチングしたときの１つのエッチピット形
状は、種結晶側（図１１のＳ方向）から観察すると図１
３のように、またテール側（図１１のＴ方向）から観察
すると図１２のようになる。

【００２３】さらに、前述のようにステレオ投影図上
で、結晶とボートの直接接触しない結晶自由表面を示す
曲線２と交点を持ち、かつ対向する（１１０）等価面を
結ぶ曲線あるいは直線上に存在する（１１１）等価面
が、２−６族化合物の場合には２族元素面、３−５族化
合物の場合には３族元素面であって、曲線１の外周側に
ある（１１１）等価面が、２−６族化合物の場合には２
族元素面、３−５族化合物の場合には３族元素面である
ように結晶方位を選択することが、さらに双晶欠陥低減
のために好ましい。

【００２４】このときの結晶形状及び方位はステレオ投
影図上で図１のように示すことができる。３−５族化合
物の例としてＧａＡｓの場合で説明すると、結晶長手方
向にほぼ垂直な（１００）断面を溶融水酸化カリウムに
よってエッチングした１つのエッチピット形状を、図１
１における種結晶側（Ｓ方向）から観察すると図１２の
ように、また図１１のテール側（Ｔ方向）から観察する
と図１３のように種結晶方位を選択することにより実現
できる。

【００２５】また、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有するＡＢ
型化合物半導体単結晶を垂直ブリッジマン法や、結晶引
き上げ法などの略鉛直方向に成長させる方法を用いて製
造する場合においても、ほぼ前記ボート法の場合と同様
である。

【００２６】以下垂直ブリッジマン法の場合について簡
単に説明する。育成すべきＡＢ型化合物半導体結晶の結
晶長手方向である結晶成長方向を、北極と南極を結ぶ軸
に合わせる。種結晶側を北極方向に向けた場合に、ステ
レオ投影図円中心に現れる成長方向と垂直な平面と３０
度以内の角度を持つ平面の範囲（図５の斜線部）になる
ように、結晶面を設定する。また、成長方向と垂直な平
面と（１００）結晶面が平行になるように種結晶方位を
選ぶことにが、育成した結晶の長手方向に垂直に（１０
０）面のウエハを切り出せるためにより好ましい。

【００２７】前記ステレオ投影法において、育成すべき
結晶の肩部表面の外形を示すと図４のように連続した１
つの曲線となる。ただし、結晶の肩部が半径方向以外に
曲率をもつような曲面で構成される場合には、前記曲線
はある幅をもった領域で表される。この場合、結晶の外
形の特徴を最もよく表すことのできる部分の曲線あるい
は領域が、結晶形状の規定に重要な役割をはたす。種結
晶側の肩部で肩部全長の１／３程度以下の部分において
双晶欠陥が発生しやすいため、この部分の結晶形状が特
に重要になる。

【００２８】図４では１例として種結晶の＜１００＞等
価方向を結晶長手方向（成長方向）に一致させた場合を
示した。（１００）等価面に垂直な４個の（１１０）等
価面の対面する面をそれぞれを結んで得られる直交する
２本の直線のどちらか１本と曲線３との交点によって表
される結晶表面と、（１００）面とのなす角が５４．７
度以下であるように、かつ、前記（１１０）等価面を結
ぶ２本の直線のうち他の１本と曲線３との交点によって
表される結晶表面と、（１００）面とのなす角が５４．
７度以上であるように、結晶形状及び結晶方位を設定す
る。なお、図中の黒塗りの四角印、楕円印、三角印は図
１の説明と同じである。

【００２９】このとき、（１００）等価面と５４．７度
以下とすべき前記結晶表面を５０度以下とし、５４．７
度以上とすべき前記結晶表面を６０度以上とすること、
即ちその差が６０−５０の１０度以上とすることが双晶
欠陥低減の効果は大きくなるために好ましい。また、前
記２つの結晶表面の角度の差は大きいほうが好ましく、
１０〜３０度とするのがよい。

【００３０】ここで、４個の（１１０）等価面の対面す
る面をそれぞれ結んで得られる直交する２本の直線は、
１つの（１００）等価方向が結晶の成長方向に一致して
いる場合は直線であるが、成長方向に一致していない場
合はいずれか１本もしくは両方とも曲線として表され
る。いずれか１本が曲線として表されるのは、前記＜１
００＞等価方向が、曲線で結ばれた（１１０）等価面に
平行な面内で成長方向に対してずれている場合である。

【００３１】図４で示した例を実現するための結晶形状
の１例として、図８に結晶肩部の成長方向に垂直な断面
形状を示した。図８においてａ−ａ１及び、ｂ−ｂ１の
結晶断面形状を図９、１０にそれぞれ示した。結晶外形
は、ａ−ａ１断面における成長方向に垂直な面に対する
肩部の角度θａ（図９）を５４．７度以上に、またｂ−
ｂ１断面における成長方向に垂直な面に対する肩部の角
度θｂ（図１０）を５４．７度以下にすることにより実
現できる。

【００３２】また、育成すべきＡＢ型化合物半導体単結
晶が２−６族化合物あるいは３−５族化合物である場合
において、図４のステレオ投影図上で、結晶表面を示す
曲線３の外周側にある（１１１）等価面（図４で（１０
０）等価面を挟んで水平方向にある２つの（１１１）等
価面）が、２−６族化合物の場合には２族元素面、３−
５族化合物の場合には３族元素面であることが双晶欠陥
低減のためにより好ましい。

【００３３】本発明における閃亜鉛鉱型の結晶構造を有
するＡＢ型化合物半導体単結晶としては、ＧａＡｓ、Ｉ
ｎＰ等の３−５族化合物半導体単結晶、ＺｎＳｅ等の２
−６族化合物半導体単結晶が用いられる。

【００３４】

【作用】本発明において、種結晶方位と結晶形状を前述
のように選ぶことにより双晶欠陥が低減し、結晶の歩留
が向上することが実験的には確かめられたが、その詳細
な作用機構については必ずしも明確ではなく次のように
推察される。

【００３５】閃亜鉛鉱型化合物半導体単結晶育成中に発
生する双晶欠陥は（１１１）面に平行に発生し、多くの
場合その起点は結晶表面付近の（１１１）ファセットで
ある。また、双晶欠陥は結晶肩部で発生しやすく、特に
ボート法で結晶を育成する場合には、ボートと直接接触
する（１１１）ファセットを起点に発生する場合が多
い。

【００３６】＜１００＞成長方向の場合、閃亜鉛鉱型化
合物半導体単結晶に発生する晶癖（ファセット）の発生
位置は、＜１００＞成長方向と＜１１１＞方向のなす平
面に、結晶表面の法線方向がほぼ平行になる部分に発生
する。このファセット発生位置をステレオ投影図上で表
すと、成長方向の（１００）面と垂直な４つの（１１
０）等価面の対面する面を結ぶ２本の直線（あるいは曲
線）上になる。

【００３７】ステレオ投影図において、ファセットの発
生しやすい対面する（１１０）等価面を結ぶ２本の直線
あるいは曲線の少なくとも１本と、育成すべき結晶のボ
ートと接触しない結晶自由表面を示す曲線２とが交わる
ことにより、結晶自由表面に（１１１）ファセットの１
つを発生させることができる。その結果、ボートと直接
接触する可能性のあるファセットの個数を減らすことが
可能で、双晶欠陥の発生の抑制につながる。

【００３８】また、ＡＢ型閃亜鉛鉱型結晶化合物半導体
の場合、双晶欠陥の発生しやすい（１１１）等価面ファ
セット面が、Ａ元素面あるいはＢ元素面に片寄って発生
する傾向にある。このことから、育成すべき結晶内に双
晶欠陥となりやすい種類の（１１１）ファセットが、結
晶内のボートと接触する部分に発生しないようにするこ
とで、双晶欠陥の発生を抑制できると考えられる。ま
た、双晶欠陥の発生しや すい結晶肩部（特に種結晶に近
い部分）において、この双晶欠陥となりやすい種類のフ
ァセットを結晶内に発生しないようにすることがより効
果がある。

【００３９】ステレオ投影図に置いて、結晶肩部外形を
示す曲線１の外周側にある（１１１）ファセットは結晶
内部に発生し、その曲線１の内周側にある（１１１）フ
ァセットは結晶表面から外に延びることになるので発生
しないことになる。しかも、前記ファセットの発生部位
となる、対面する（１１０）等価面を結ぶ直線あるいは
曲線上で、結晶外形を示す曲線１の外周側にありしかも
曲線１にもっとも近い（１１１）面が、ボートと直接接
触するファセットとして発生することになる。前述のよ
うに、この直接ボートと接触するファセットが双晶欠陥
となりやすいため、このファセットの種類を双晶欠陥と
なりにくい種類の（１１１）等価ファセットとすること
で、双晶欠陥の発生を抑制できると考えられる。

【００４０】以上のようなことから、結晶肩部外形を示
す曲線１の外周側には、双晶欠陥となりにくい種類の
（１１１）等価面を、内周側に双晶欠陥となりやすい
（１１１）等価面となるように、種結晶方位、育成すべ
き結晶形状を選ぶことで、双晶欠陥の発生が抑制されて
いると考えられる。

【００４１】閃亜鉛鉱型化合物半導体の１例としてＧａ
Ａｓの場合には、（１１１）Ａｓ面が双晶欠陥となりや
すいので、結晶肩部外形を示す曲線１の外周側に（１１
１）Ｇａ面を、内周側に（１１１）Ａｓ面を配置するよ
うな状態で結晶を育成することにより、双晶欠陥の発生
を抑制できる。

【００４２】閃亜鉛鉱型化合物半導体の別の例としてＩ
ｎＰの場合には、（１１１）Ｐ面が双晶欠陥となりやす
いために、結晶肩部外形を示す曲線の外周側に（１１
１）Ｉｎ面を、内周側に（１１１）Ｐ面を配置するよう
な状態で結晶を育成することにより、双晶欠陥の発生を
抑制できる。

【００４３】結晶学的にみて＜１００＞方向に等価な方
位、すなわち＜０１０＞、＜００１＞、＜−１００＞、
＜０−１０＞、＜００−１＞方向（−は逆方向を示す）
に対して行っても当然同じ結果になり、他の結晶方位に
ついても結晶学的に等価な結晶方位群となるので、同じ
結果となることは言うまでもない。

【００４４】

【実施例】以下、ＧａＡｓの単結晶を製造する場合の実
施例について説明する。図１〜３には、ボート法で育成
した典型的な結晶肩部外形と結晶面の関係を示すステレ
オ投影図を示した。図６、７には育成した結晶の側面図
と上面図を示した。図において１はボートと直接接触す
る結晶肩部の外形を示す曲線、２はボートと直接接触し
ない結晶肩部自由表面の外形を示す曲線、５は種結晶、
６は結晶を示している。

【００４５】（実施例１） 図１に示したような結晶肩部形状と種結晶方位の組み合
わせで結晶育成を行った。このステレオ投影図上で、ボ
ートと接触する結晶肩部外形を示す曲線１の外周側にあ
る（１１１）等価面を（１１１）Ｇａ元素面とし、内周
側にある（１１１）等価面を（１１１）Ａｓ元素面とし
た。このとき、育成すべき結晶の長手方向に垂直な（１
００）面（図１１）の溶融水酸化カリウムエッチングで
得られる１つのエッチピット形状は、種結晶側（Ｓ方
向）から観察すると図１２のようになる。また、図６に
示した側面からみた結晶肩部の角度θｖを４５度に、図
７に示した上面からみた結晶肩部の角度がθｈを６５度
になるようにした形状のボートを使用した。

【００４６】ボートの中にＧａを２１００ｇを入れ、反
応容器の他端にＡｓを２３００ｇ入れ反応容器内を真空
状態に減圧し封じきる。次に反応容器を結晶育成炉に入
れ、反応容器内のＡｓを６００℃に加熱し、反応容器内
のＡｓ蒸気圧を１ａｔｍに維持し、反応容器内ボート部
を１２００℃とし、ＧａとＡｓ蒸気を反応させＧａＡｓ
を合成する。

【００４７】その後、さらに昇温し種結晶温度を１２３
８℃、ＧａＡｓ融液中の温度勾配を０．５℃／ｃｍ程度
にし、種結晶とＧａＡｓ融液を接触させる。その後、融
液の温度を徐々に下げて冷却し結晶の育成を行う。完全
に固化後さらに温度を室温まで下げて、結晶を取り出す
ことによりＧａＡｓ単結晶４１５０ｇを得ることができ
た。得られた結晶は、双晶欠陥もなく良質なものであ
り、転位密度（ＥＰＤ）は概ね５００〜２０００ｃｍ ^-2
であった。

【００４８】（実施例２） 図２に示したような、結晶肩部形状と種結晶方位の組み
合わせで結晶育成を行った。このステレオ投影図上で、
ボートと接触する結晶肩部外形を示す曲線の外周側にあ
る（１１１）等価面を（１１１）Ｇａ元素面とし、内周
側にある（１１１）等価面を（１１１）Ａｓ元素面とし
た。この種結晶方位は、実施例１に対して結晶長手方向
を回転軸にして９０度回転させたものであり、図１１の
Ｓ方向から見た（１００）断面の溶融水酸化カリウムエ
ッチングによるピットは、図１３のようになる。また、
図６に示した側面からみた結晶肩部の角度θｖが６５度
に、図７に示した上面からみた結晶肩部の角度θｈが４
５度になるような形状のボートを使用した。

【００４９】以下、実施例１と同様に結晶育成を行っ
た。その結果得られた結晶は、双晶欠陥もほとんどなく
実施例１と同様に良質なものであった。

【００５０】（実施例３） 図３に示したような結晶肩部形状と種結晶方位の組み合
わせで結晶育成を行った。ここで、結晶長手方向である
結晶成長方向に垂直な面と（１００）等価面のなす角を
３０度とした。このステレオ投影図上で、曲線１の外周
側にある（１１１）等価面を（１１１）Ｇａ元素面と
し、曲線１の内周側にある（１１１）等価面を（１１
１）Ａｓ元素面とした。このとき、図１１のＳ方向から
見た（１００）断面の溶融水酸化カリウムエッチングに
よるピット形状は、図１２のようになる。また、図６の
結晶肩部の角度θｖと、図７のθｈはともに６５度にな
るような形状のボートを使用した。

【００５１】以下、実施例１と同様に結晶育成を行っ
た。その結果得られた結晶は、双晶欠陥もほとんどなく
実施例１と同等の良質なものであった。

【００５２】（比較例１） 図１に示したような結晶肩部形状と種結晶方位の組み合
わせで結晶育成を行った。図６の側面からみた結晶肩部
の角度θｖが４５度に、図７の上面からみた結晶肩部の
角度θｈが６５度になるような実施例１と同等形状のボ
ートを使用した。また、図１のステレオ投影図上で、ボ
ートと接触する結晶肩部外形を示す曲線１の内周側にあ
る（１１１）等価面を（１１１）Ｇａ元素面とし、外周
側にある（１１１）等価面を（１１１）Ａｓ元素面とし
た。これは実施例１に対して、種結晶方位を結晶長手方
向を回転軸に９０度回転させたものであり、図１１のＳ
方向からみた（１００）断面の溶融水酸化カリウムエッ
チングピット形状は図１３のようになる。

【００５３】以下、実施例１と同様に結晶育成を行っ
た。育成中の結晶肩部に双晶欠陥の発生が観測され、そ
の双晶欠陥を無くすために育成中の結晶を溶かし戻し再
度成長させること（メルトバック）を行った。この結晶
育成中に双晶欠陥によるメルトバックを７回繰り返した
が、双晶欠陥の無い結晶は得られなかった。

【００５４】（参考例） 以下垂直ブリッジマン法により結晶育成を行った場合の
例を示す。垂直ブリッジマン法による育成すべき結晶の
肩部の、結晶成長方向と垂直な断面図を図８に示す。ａ
−ａ１断面及びｂ−ｂ１断面の結晶成長方向の断面図
を、図９、１０に示す。

【００５５】図４に示したような結晶肩部形状と種結晶
方位の組み合わせで結晶育成を行った。このステレオ投
影図上で、結晶肩部外形を示す曲線３の外周側にある
（１１１）等価面を（１１１）Ｇａ元素面とし、内周側
にある（１１１）等価面を（１１１）Ａｓ元素面とし
た。このとき、育成すべき結晶の長手方向に垂直な（１
００）断面の溶融水酸化カリウムエッチングで得られる
１つのエッチピット形状は、種結晶側から観察するとａ
−ａ１方向に伸ばされた形になる。また、図９に示した
側面（ａ−ａ１断面）からみた結晶肩部の角度θａを６
５度に、図１０に示した側面（ｂ−ｂ１断面）からみた
結晶肩部の角度θｂを４５度になるような形状のルツボ
を使用した。

【００５６】ルツボ底部に種結晶５を配置した。次に、
約２０００ｇの原料ＧａＡｓ結晶及び約２６０ｇの液体
封止材（Ｂ ₂ Ｏ ₃ ）を充填する。以後、通常の垂直ブリッ
ジマン炉において加熱を行い、液体封止材の軟化、原料
結晶の上部よりの融解、種付け工程を経て結晶育成を行
った。その後、下部より徐々に結晶を固化させ結晶育成
を行った。ルツボより結晶を取り出すことによりＧａＡ
ｓ単結晶２０００ｇを得ることができた。得られた結晶
は双晶欠陥もほとんどなく、ＥＰＤは１０００〜５００
０ｃｍ ^-2 程度の良質なものであった。

【００５７】（比較例２） 図４に示したような結晶肩部形状と種結晶方位の組み合
わせで結晶育成を行った。このステレオ投影図上で、結
晶肩部外形を示す曲線の内周側にある（１１１）等価面
を（１１１）Ｇａ元素面とし、外周側にある（１１１）
等価面を（１１１）Ａｓ元素面とした。このとき、育成
すべき結晶の長手方向に垂直な（１００）断面の溶融水
酸化カリウムエッチングで得られる１つのエッチピット
形状は、種結晶側から観察するとｂ−ｂ１方向に伸ばさ
れた形状になる。また、ルツボは参考例と同等のものを
使用した。

【００５８】以下、参考例と同様に結晶育成を行った。
育成された結晶肩部に双晶欠陥が発生していた。この比
較例と同様の実験を５回行ったが双晶欠陥は４回の育成
実験で発生した。

【００５９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は次のような
優れた効果がある。 （１）双晶欠陥の発生頻度が小さくなり歩留とスループ
ットが向上する。特に双晶欠陥の発生しやすいＩｎＰ等
の育成には効果が大きい。

【００６０】（２）種結晶方位を＜１１１＞で育成する
場合に比べ、（１００）面のウエハを結晶から切り出す
際に、結晶の長手方向に垂直な方向に近い方向で切り出
せる。このため、加工ロスを低減することができ、一つ
の結晶から切り出せるウエハ枚数も多くなる。

【００６１】（３）ボートの長手方向に垂直な断面の形
状が、低部の幅が狭く中央部の幅が広く上部の幅が再度
狭くなっているような形状、特に円形に近い形にするこ
とにより、得られる結晶の（１００）面方向の断面形状
が円形に近い形になる。したがって、結晶より（１０
０）面の円形ウエハを求める場合、結晶をスライスして
そのまま円形ウエハに近い形状が得られることから、切
削による損失を小さくすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示し、ボート法による
結晶成長で成長方向を＜１００＞方向にした場合の結晶
肩部外形状及び結晶面を示すステレオ投影図。

【図２】本発明の第２の実施例を示し、ボート法による
結晶成長で成長方向を＜１００＞方向にした場合の結晶
肩部外形状及び結晶面を示すステレオ投影図。

【図３】本発明の第３の実施例を示し、ボート法による
結晶成長で成長方向に対して＜１００＞方向を結晶自由
表面側に３０度ずらした場合の結晶肩部外形状及び結晶
面を示すステレオ投影図。

【図４】参考例を示し、垂直ブリッジマン法によるり結
晶成長で成長方向を＜１００＞にした場合の結晶肩部外
形状及び結晶面を示すステレオ投影図。

【図５】参考例を示し、結晶の成長方向に垂直な平面を
ステレオ投影図中心（赤道面）とし、種結晶の（１０
０）面と成長方向と垂直な平面とのなす角が３０度以内
の面の範囲を示すステレオ投影図。

【図６】ボート法により育成すべき結晶の側面図。

【図７】ボート法により育成すべき結晶の上面図。

【図８】垂直ブリッジマン法により育成すべき結晶肩部
の結晶成長方向に垂直な断面図。

【図９】垂直ブリッジマン法により育成すべき結晶（図
８）のａ−ａ１断面図。

【図１０】垂直ブリッジマン法により育成すべき結晶
（図８）のｂ−ｂ１断面図。

【図１１】ボート法により育成すべき結晶外形と（１０
０）断面を示す斜視図。

【図１２】ＧａＡｓ（１００）断面を溶融水酸化カリウ
ムエッチングして得られる典型的な横長な１つのエッチ
ピット形状の正面図。

【図１３】ＧａＡｓ（１００）断面を溶融水酸化カリウ
ムエッチングして得られる典型的な縦長な１つのエッチ
ピット形状の正面図。

【図１４】ステレオ投影法概念図。

【符号の説明】

１：ボート法により育成すべき結晶がボートと直接接触
する結晶肩部の外形を表す曲線 ２：ボート法により育成すべき結晶がボートと直接接触
しない結晶肩部の自由表面の外形を表す曲線。 ３：垂直ブリッジマン法により育成すべき結晶肩部外形
を示す曲線 ４：成長方向から３０度以内の領域 ５：種結晶 ６：育成すべき結晶

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−17278（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−221772（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−139223（ＪＰ，Ａ) Ｔ．Ｓｕｚｕｋｉ ｅｔ ａｌ．，" Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｌａｒ ｇｅ Ｓｉｚｅ ”Ｄｉｓｌｏｃａｔｉ ｏｎ−Ｆｒｅｅ” ＧａＡｓ Ｓｉｎｇ ｌｅ Ｃｒｙｓｔａｌ”，Ｓｕｍｉｔｏ ｍｏ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｅｃｈｎｉ ｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ，Ｎｏ．18，Ｄｅ ｃ．1978，ｐｐ．105−111 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 ＣＡ（ＳＴＮ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】閃亜鉛鉱型の結晶構造を有するＡＢ型化合
   物半導体単結晶をボート法を用いて製造する方法であっ
   て、ＡＢ型化合物半導体単結晶の１つの＜１００＞等価
   方向と結晶の成長方向とのなす角度が３０度以内である
   製造方法において、 育成すべきＡＢ型化合物半導体単結晶の肩部を取り囲む
   球を想定し、種結晶側を前記球の北極方向に向け、結晶
   の成長方向を北極と南極を結ぶ軸に合わせたステレオ投
   影法により描かれるステレオ投影図上で、 ４つの（１１０）等価面の対面する面をそれぞれ結ぶ２
   本の直線あるいは曲線の少なくとも１本と、結晶とボー
   トが接触しない結晶自由表面を示す曲線とが交わり、か
   つ、結晶とボートが直接接触する結晶外形を示す曲線が
   前記２本の直線あるいは曲線のどちらか１本と交わる点
   によって表される結晶表面と、成長方向にほぼ垂直な１
   つの（１００）等価面とのなす角が５４．７度以下であ
   り、前記結晶とボートが直接接触する結晶外形を示す曲
   線が前記２本の直線あるいは曲線の他の１本と交わる点
   によって表される結晶表面と、前記１つの（１００）等
   価面とのなす角が５４．７度以上であることを特徴とす
   る化合物半導体単結晶の製造方法。
2. 【請求項２】育成すべき前記ＡＢ型化合物半導体単結晶
   が３−５族化合物であり、前記ステレオ投影図上で、前
   記４つの（１１０）等価面の対面する面をそれぞれ結ぶ
   ２本の直線あるいは曲線のうち、前記２本の直線あるい
   は曲線上に存在する前記交点によって表される結晶表面
   が、成長方向にほぼ垂直な１つの（１００）等価面とな
   す角が５４．７度以下である方の１本の直線あるいは曲
   線上に、３族元素面である（１１１）等価面が存在する
   請求項１に記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
3. 【請求項３】１つの＜１００＞等価方向が、結晶成長方
   向に一致するように種結晶を設置する請求項１又は２に
   記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
4. 【請求項４】閃亜鉛鉱型の結晶構造を有するＡＢ型化合
   物半導体単結晶をボート法を用いて製造するための装置
   であって、前記ＡＢ型化合物半導体単結晶の１つの＜１
   ００＞等価方向が結晶の成長方向となす角度が３０度以
   内である製造装置において、 育成すべき前記ＡＢ型化合物半導体結晶の肩部を取り囲
   む球を想定し、種結晶側を前記球の北極方向に向け、結
   晶の成長方向を北極と南極を結ぶ軸に合わせた、ステレ
   オ投影法により描かれるステレオ投影図上で、 ４つの（１１０）等価面の対面する面をそれぞれ結ぶ２
   本の直線あるいは曲線の少なくとも１本と、結晶とボー
   トが接触しない結晶自由表面を示す曲線とが交わり、か
   つ、結晶とボートが直接接触する結晶外形を示す曲線が
   前記２本の直線あるいは曲線のどちらか１本と交わる点
   によって表される結晶表面と、成長方向にほぼ垂直な１
   つの（１００）等価面とのなす角が５４．７度以下であ
   り、前記結晶とボートが直接接触する結晶外形を示す曲
   線が前記２本の直線あるいは曲線の他の１本と交わる点
   によって表される結晶表面と、前記１つの（１００）等
   価面とのなす角が５４．７度以上であるように、結晶肩
   部の形状と方位が設定されてなることを特徴とする化合
   物半導体単結晶の製造装置。
5. 【請求項５】育成すべき前記ＡＢ型化合物半導体単結晶
   が３−５族化合物であり、前記ステレオ投影図上で、前
   記４つの（１１０）等価面の対面する面をそれぞれ結ぶ
   ２本の直線あるいは曲線のうち、前記２本の直線あるい
   は曲線上に存在する前記交点によって表される結晶表面
   が、成長方向にほぼ垂直な１つの（１００）等価面とな
   す角が５４．７度以下である方の１本の直線あるいは曲
   線上に、３族元素面である（１１１）等価面が存在する
   ように、結晶肩部の形状と方位が設定されてなる請求項
   ４に記載の化合物半導体単結晶の製造装置。
6. 【請求項６】１つの＜１００＞等価方向が、結晶成長方
   向に一致するように種結晶が設置されている請求項４又
   は５に記載の化合物半導体単結晶の製造装置。