JP3185731B2 - Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体結晶の成長方法 - Google Patents
Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体結晶の成長方法Info
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- JP3185731B2 JP3185731B2 JP31497897A JP31497897A JP3185731B2 JP 3185731 B2 JP3185731 B2 JP 3185731B2 JP 31497897 A JP31497897 A JP 31497897A JP 31497897 A JP31497897 A JP 31497897A JP 3185731 B2 JP3185731 B2 JP 3185731B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、昇華法又はハロゲ
ン化学輸送法で種結晶上にＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＣｄＴ
ｅ、ＣｄＳ等のII−VI族化合物半導体結晶を成長する方
法に関する。
ン化学輸送法で種結晶上にＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＣｄＴ
ｅ、ＣｄＳ等のII−VI族化合物半導体結晶を成長する方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】II−VI族化合物半導体結晶の成長方法
は、融液成長法、固相成長法、溶液成長法、気相成長法
の４種の方法に大きく分類される。その中で気相成長法
には、原料の昇華及び凝結を利用して結晶成長を行う昇
華法（ＰＶＴ法、Physical VaporTransport 法）、及
び、ハロゲンを原料と反応させてハロゲン化物を生成
し、そのハロゲン化物を種結晶上に輸送して分解し、結
晶成長を行うハロゲン化学輸送法（ＣＶＴ法、Chemical
VaporTransport 法）がある。
は、融液成長法、固相成長法、溶液成長法、気相成長法
の４種の方法に大きく分類される。その中で気相成長法
には、原料の昇華及び凝結を利用して結晶成長を行う昇
華法（ＰＶＴ法、Physical VaporTransport 法）、及
び、ハロゲンを原料と反応させてハロゲン化物を生成
し、そのハロゲン化物を種結晶上に輸送して分解し、結
晶成長を行うハロゲン化学輸送法（ＣＶＴ法、Chemical
VaporTransport 法）がある。
【０００３】例えば、J. Crystal Growth 94 (1989) p.
1 〜5 には、石英アンプルの一端に５ｇのＺｎＳｅ粉末
原料を、他端にＺｎＳｅ単結晶種結晶を設置してアンプ
ルを封入し、このアンプルを加熱してＺｎＳｅ粉末側の
温度を約１０８０℃に、種結晶側の温度を約１０７０℃
に設定することにより、種結晶上にＺｎＳｅ結晶を成長
させたことが報告されている。
1 〜5 には、石英アンプルの一端に５ｇのＺｎＳｅ粉末
原料を、他端にＺｎＳｅ単結晶種結晶を設置してアンプ
ルを封入し、このアンプルを加熱してＺｎＳｅ粉末側の
温度を約１０８０℃に、種結晶側の温度を約１０７０℃
に設定することにより、種結晶上にＺｎＳｅ結晶を成長
させたことが報告されている。
【０００４】ところで、昇華法又はハロゲン化学輸送法
で種結晶上にII−VI族化合物半導体結晶を成長する場
合、成長室内の種結晶近傍に、種結晶よりも低温部が存
在し、かつその低温部への原料供給が十分でないと、そ
の低温部に種結晶から結晶成分が輸送され、種結晶の結
晶性を極度に悪化し、さらには成長結晶中にボイドを発
生するするという問題があった。
で種結晶上にII−VI族化合物半導体結晶を成長する場
合、成長室内の種結晶近傍に、種結晶よりも低温部が存
在し、かつその低温部への原料供給が十分でないと、そ
の低温部に種結晶から結晶成分が輸送され、種結晶の結
晶性を極度に悪化し、さらには成長結晶中にボイドを発
生するするという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
記の問題を解消し、昇華法又はハロゲン化学輸送法で種
結晶上に結晶性に優れたII−VI族化合物半導体結晶を成
長する方法を提供しようとするものである。
記の問題を解消し、昇華法又はハロゲン化学輸送法で種
結晶上に結晶性に優れたII−VI族化合物半導体結晶を成
長する方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、次の構成を採
用することにより、上記の課題の解決に成功した。 (1) 成長室中に種結晶支持部材上に保持した種結晶及び
多結晶原料を配置し、昇華法又はハロゲン化学輸送法で
種結晶上にII−VI族化合物半導体結晶を成長させる方法
において、前記種結晶支持部材は、結晶成長環境下で分
解したり、融解したり、昇華することがなく、前記種結
晶と反応することがなく、ハロゲン化学輸送法において
はハロゲンと反応することがなく、かつ、可視光又は赤
外光に対して透明な材質で作製し、前記種結晶支持部材
の平滑平面上に前記種結晶を保持し、前記種結晶に対し
て前記多結晶原料と反対側の位置に前記成長室内の最低
温度部を設け、前記多結晶原料位置における結晶成長を
律速する成分の平衡分圧をＰ(S) 、前記種結晶位置にお
ける前記平衡分圧をＰ(C) 、前記最低温度部における前
記平衡分圧をＰ(D) とし、前記多結晶原料と前記種結晶
又は前記成長結晶との距離をＬ1 、前記種結晶又は前記
成長結晶と前記最低温度部との距離をＬ2 とするとき
に、下記式の関係を満たすことを特徴とするII−VI族化
合物半導体結晶の成長方法。 〔Ｐ(S) −Ｐ(C) 〕／Ｌ1 ≧〔Ｐ(C) −Ｐ(D) 〕／Ｌ2
用することにより、上記の課題の解決に成功した。 (1) 成長室中に種結晶支持部材上に保持した種結晶及び
多結晶原料を配置し、昇華法又はハロゲン化学輸送法で
種結晶上にII−VI族化合物半導体結晶を成長させる方法
において、前記種結晶支持部材は、結晶成長環境下で分
解したり、融解したり、昇華することがなく、前記種結
晶と反応することがなく、ハロゲン化学輸送法において
はハロゲンと反応することがなく、かつ、可視光又は赤
外光に対して透明な材質で作製し、前記種結晶支持部材
の平滑平面上に前記種結晶を保持し、前記種結晶に対し
て前記多結晶原料と反対側の位置に前記成長室内の最低
温度部を設け、前記多結晶原料位置における結晶成長を
律速する成分の平衡分圧をＰ(S) 、前記種結晶位置にお
ける前記平衡分圧をＰ(C) 、前記最低温度部における前
記平衡分圧をＰ(D) とし、前記多結晶原料と前記種結晶
又は前記成長結晶との距離をＬ1 、前記種結晶又は前記
成長結晶と前記最低温度部との距離をＬ2 とするとき
に、下記式の関係を満たすことを特徴とするII−VI族化
合物半導体結晶の成長方法。 〔Ｐ(S) −Ｐ(C) 〕／Ｌ1 ≧〔Ｐ(C) −Ｐ(D) 〕／Ｌ2
【０００７】
【０００８】(2) 前記種結晶支持部材の少なくとも種結
晶と接する平滑平面部に付着防止用コーティング膜を施
すことを特徴とする前記(1) 記載のII−VI族化合物半導
体結晶の成長方法。
晶と接する平滑平面部に付着防止用コーティング膜を施
すことを特徴とする前記(1) 記載のII−VI族化合物半導
体結晶の成長方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、昇華法又はハロゲン化
学輸送法で種結晶上にII−VI族化合物半導体結晶を成長
させるときに、種結晶表面からの昇華を抑制し、種結晶
の劣化を防止することにより、結晶性に優れたII−VI族
化合物半導体結晶を成長するものである。なお、ここ
で、「種結晶表面」とは「裏面」に対する「表面」の意
味ではなく、「結晶内部」に対する「外層部」を意味す
る。
学輸送法で種結晶上にII−VI族化合物半導体結晶を成長
させるときに、種結晶表面からの昇華を抑制し、種結晶
の劣化を防止することにより、結晶性に優れたII−VI族
化合物半導体結晶を成長するものである。なお、ここ
で、「種結晶表面」とは「裏面」に対する「表面」の意
味ではなく、「結晶内部」に対する「外層部」を意味す
る。
【００１０】種結晶は、成長室（アンプル）内の最低温
度の壁面に密着させることが理想であり、そのような状
況においては種結晶表面からの昇華が防止され、種結晶
の結晶性の悪化は回避されると思われる。通常はアンプ
ルは石英で作られるが、アンプル内壁を完全な平滑面に
仕上げることは難しく、種結晶との隙間を完全に防ぐこ
とも難しい。また、種結晶の接触部と最低温度部を完全
に一致するように、アンプル内部の温度分布を制御する
ことも難しい。
度の壁面に密着させることが理想であり、そのような状
況においては種結晶表面からの昇華が防止され、種結晶
の結晶性の悪化は回避されると思われる。通常はアンプ
ルは石英で作られるが、アンプル内壁を完全な平滑面に
仕上げることは難しく、種結晶との隙間を完全に防ぐこ
とも難しい。また、種結晶の接触部と最低温度部を完全
に一致するように、アンプル内部の温度分布を制御する
ことも難しい。
【００１１】例えば、図４のようにアンプル底面に種結
晶を置き、その上方に多結晶原料を保持し、アンプルの
上部を高温に下部を低温にする温度環境下にアンプルを
セットして結晶成長を行うと、理想的には種結晶がアン
プル内の最低温度となり、種結晶からの昇華はおこら
ず、したがって種結晶は劣化せず、多結晶原料から拡散
及び／又は対流により輸送される物質が種結晶上に晶出
して結晶成長が行われると思われる。
晶を置き、その上方に多結晶原料を保持し、アンプルの
上部を高温に下部を低温にする温度環境下にアンプルを
セットして結晶成長を行うと、理想的には種結晶がアン
プル内の最低温度となり、種結晶からの昇華はおこら
ず、したがって種結晶は劣化せず、多結晶原料から拡散
及び／又は対流により輸送される物質が種結晶上に晶出
して結晶成長が行われると思われる。
【００１２】しかし、実際には、種結晶裏面とアンプル
内壁との隙間等に種結晶よりも低温の部分ができること
を完全に避けることはできない。結晶成長速度を律速す
る成分のアンプル内分圧分布は、模式的に示すと図５の
ようになると推定される。図５では、Ｓが多結晶原料、
Ｃが種結晶、Ｄがアンプル内の最低温度部を示す。直線
ＳＣ、ＣＤ、ＳＤの傾斜はそれぞれの間の分圧勾配を示
しており、この傾斜が大きいほど分圧勾配が高く、物質
の輸送速度が高いことになる。（図では、縦軸としてア
ンプル内の位置を採用しているため、「傾斜が小さいほ
ど分圧勾配が高く」なっている）直線ＣＤの傾斜はＣと
Ｄとの距離が短いため、直線ＳＣ、ＳＤの傾斜よりも大
きくなる。
内壁との隙間等に種結晶よりも低温の部分ができること
を完全に避けることはできない。結晶成長速度を律速す
る成分のアンプル内分圧分布は、模式的に示すと図５の
ようになると推定される。図５では、Ｓが多結晶原料、
Ｃが種結晶、Ｄがアンプル内の最低温度部を示す。直線
ＳＣ、ＣＤ、ＳＤの傾斜はそれぞれの間の分圧勾配を示
しており、この傾斜が大きいほど分圧勾配が高く、物質
の輸送速度が高いことになる。（図では、縦軸としてア
ンプル内の位置を採用しているため、「傾斜が小さいほ
ど分圧勾配が高く」なっている）直線ＣＤの傾斜はＣと
Ｄとの距離が短いため、直線ＳＣ、ＳＤの傾斜よりも大
きくなる。
【００１３】この関係を式で示すと次のようになる。 〔Ｐ(S) −Ｐ(C) 〕／Ｌ1 ＜〔Ｐ(C) −Ｐ(D) 〕／Ｌ2 (1) ここで、Ｐ(S) 、Ｐ(C) 、Ｐ(D) は、多結晶原料位置、
種結晶位置、最低温度部における結晶成長速度を律速す
る成分の平衡分圧であり、Ｌ1 、Ｌ2 は多結晶原料と種
結晶との距離、種結晶と最低温度部との距離である。こ
のような分圧分布で結晶成長を行うと、種結晶から最低
温度部への物質移動がまず優先されるため、種結晶表面
が荒れて結晶性の劣化が進み、結晶内部へのボイドの侵
入を引き起こすと考えられる。
種結晶位置、最低温度部における結晶成長速度を律速す
る成分の平衡分圧であり、Ｌ1 、Ｌ2 は多結晶原料と種
結晶との距離、種結晶と最低温度部との距離である。こ
のような分圧分布で結晶成長を行うと、種結晶から最低
温度部への物質移動がまず優先されるため、種結晶表面
が荒れて結晶性の劣化が進み、結晶内部へのボイドの侵
入を引き起こすと考えられる。
【００１４】この問題を回避するためには、アンプル内
分圧分布を図６に示すようなプロファイルにする必要が
ある。この場合、直線ＣＤの傾斜は直線ＳＣ、ＳＤの傾
斜よりも小さくなり、次式の関係を満たす。 〔Ｐ(S) −Ｐ(C) 〕／Ｌ1 ≧〔Ｐ(C) −Ｐ(D) 〕／Ｌ2 (1) このような分圧分布の下では、最低温度部へ輸送される
物質は、主として原料から供給されることになり、原料
が残っている限り、種結晶及び成長結晶から最低温度部
へ輸送されることはない。したがって、種結晶及び成長
結晶は劣化することがなく、ボイドが結晶内部へ侵入す
ることもなく、優れた結晶性を有する結晶を成長させる
ことが期待できる。
分圧分布を図６に示すようなプロファイルにする必要が
ある。この場合、直線ＣＤの傾斜は直線ＳＣ、ＳＤの傾
斜よりも小さくなり、次式の関係を満たす。 〔Ｐ(S) −Ｐ(C) 〕／Ｌ1 ≧〔Ｐ(C) −Ｐ(D) 〕／Ｌ2 (1) このような分圧分布の下では、最低温度部へ輸送される
物質は、主として原料から供給されることになり、原料
が残っている限り、種結晶及び成長結晶から最低温度部
へ輸送されることはない。したがって、種結晶及び成長
結晶は劣化することがなく、ボイドが結晶内部へ侵入す
ることもなく、優れた結晶性を有する結晶を成長させる
ことが期待できる。
【００１５】しかし、図６の分圧プロファイルを図４の
アンプル構造で得ることは困難である。なぜならば、平
衡分圧は各位置における温度で決定されるが、種結晶と
最低温度部の位置が近すぎるため、温度分布を制御する
ことが難しいからである。そこで、本発明では、図１に
示すように、種結晶に対して多結晶原料と概ね反対側の
位置に成長室内の最低温部を設け、図のような温度プロ
ファイル中にアンプルを設置して結晶成長を行うことと
した。このアンプルでは、最低温度部と種結晶の間が離
れているため、各部の温度制御性が向上し、図６に示す
分圧プロファイルを得ることが容易になり、式(2) を満
足することができる。これにより、種結晶の結晶性劣化
を回避して良好な結晶成長が可能となった。
アンプル構造で得ることは困難である。なぜならば、平
衡分圧は各位置における温度で決定されるが、種結晶と
最低温度部の位置が近すぎるため、温度分布を制御する
ことが難しいからである。そこで、本発明では、図１に
示すように、種結晶に対して多結晶原料と概ね反対側の
位置に成長室内の最低温部を設け、図のような温度プロ
ファイル中にアンプルを設置して結晶成長を行うことと
した。このアンプルでは、最低温度部と種結晶の間が離
れているため、各部の温度制御性が向上し、図６に示す
分圧プロファイルを得ることが容易になり、式(2) を満
足することができる。これにより、種結晶の結晶性劣化
を回避して良好な結晶成長が可能となった。
【００１６】このとき、細管の内径を結晶成長部のアン
プル内径よりも十分に小さくすることにより、最低温度
部への輸送量を種結晶上への結晶成長量よりも十分に低
くすることができ、図４の構造のアンプルと比較して、
結晶成長速度をほとんど低下させることなく結晶を成長
させることができる。
プル内径よりも十分に小さくすることにより、最低温度
部への輸送量を種結晶上への結晶成長量よりも十分に低
くすることができ、図４の構造のアンプルと比較して、
結晶成長速度をほとんど低下させることなく結晶を成長
させることができる。
【００１７】しかしながら、図１の構造では、アンプル
と種結晶との隙間に多結晶が析出する場合がある。ま
た、種結晶裏面と接触するアンプル内面を完全に平滑に
加工することが困難であるため、種結晶が劣化して結晶
性が悪化する場合がある。
と種結晶との隙間に多結晶が析出する場合がある。ま
た、種結晶裏面と接触するアンプル内面を完全に平滑に
加工することが困難であるため、種結晶が劣化して結晶
性が悪化する場合がある。
【００１８】そこで、図２のように、端面を研磨した石
英製ロッド等の種結晶支持部材上に種結晶を保持するこ
とにより上記の隙間をなくし、多結晶の析出を防止し、
かつ種結晶の劣化も完全に防止することに成功した。図
２に構造においては、石英製ロッド等の透明な種結晶支
持部材を用いることにより、輻射冷却により種結晶を局
所的に低温化することができ、図１の構造のものと比べ
て、図６のような分圧プロファイルを容易に得ることが
できる。
英製ロッド等の種結晶支持部材上に種結晶を保持するこ
とにより上記の隙間をなくし、多結晶の析出を防止し、
かつ種結晶の劣化も完全に防止することに成功した。図
２に構造においては、石英製ロッド等の透明な種結晶支
持部材を用いることにより、輻射冷却により種結晶を局
所的に低温化することができ、図１の構造のものと比べ
て、図６のような分圧プロファイルを容易に得ることが
できる。
【００１９】種結晶支持部材は、結晶成長環境下におい
て分解したり、融解したり、昇華することがなく、かつ
種結晶と反応せず、ハロゲン化学輸送法においてはハロ
ゲンと反応せず、かつ可視光又は赤外光に対して透明な
材質で作る必要がある。具体的には、石英ガラス、マグ
ネシア、水晶、サファイア等で作ることができる。
て分解したり、融解したり、昇華することがなく、かつ
種結晶と反応せず、ハロゲン化学輸送法においてはハロ
ゲンと反応せず、かつ可視光又は赤外光に対して透明な
材質で作る必要がある。具体的には、石英ガラス、マグ
ネシア、水晶、サファイア等で作ることができる。
【００２０】また、種結晶の裏面と支持部材との間に隙
間があると、その隙間に種結晶が昇華して結晶性を悪化
するので、種結晶裏面の全面に対して隙間なく接触させ
る必要がある。そのためには、種結晶支持部材の表面を
平滑平面にすることが望ましい。
間があると、その隙間に種結晶が昇華して結晶性を悪化
するので、種結晶裏面の全面に対して隙間なく接触させ
る必要がある。そのためには、種結晶支持部材の表面を
平滑平面にすることが望ましい。
【００２１】図２の構造では、種結晶が支持部材に固着
すると、両者の熱膨張率の差で冷却時に種結晶及び成長
結晶に応力が加わり、結晶性を悪化させる。そこで、こ
の固着を防止するために、支持部材を成長結晶に固着し
にくい材質で作るか、支持部材の表面に付着防止用のコ
ーティング膜を施すことが望ましい。このコーティング
膜は、結晶成長環境下において分解したり、融解した
り、昇華することがなく、かつ種結晶と反応せず、ハロ
ゲン化学輸送法においてはハロゲンと反応しない材質を
選択する必要がある。具体的には、カーボン、炭化珪素
等の炭化物、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素
等の窒化物、及び、酸化アルミニウム、酸化亜鉛等の酸
化物を用いることができる。
すると、両者の熱膨張率の差で冷却時に種結晶及び成長
結晶に応力が加わり、結晶性を悪化させる。そこで、こ
の固着を防止するために、支持部材を成長結晶に固着し
にくい材質で作るか、支持部材の表面に付着防止用のコ
ーティング膜を施すことが望ましい。このコーティング
膜は、結晶成長環境下において分解したり、融解した
り、昇華することがなく、かつ種結晶と反応せず、ハロ
ゲン化学輸送法においてはハロゲンと反応しない材質を
選択する必要がある。具体的には、カーボン、炭化珪素
等の炭化物、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素
等の窒化物、及び、酸化アルミニウム、酸化亜鉛等の酸
化物を用いることができる。
【００２２】
【実施例】〔比較例１〕 図４の装置を用いてＺｎＳｅ単結晶を成長させた。種結
晶は、直径２０ｍｍ、厚み１ｍｍで表面をミラー研磨
し、裏面をラッピング研磨した(111)B面のＺｎＳｅ単結
晶ウエハを用いた。そして、内径２２ｍｍ、長さ１２０
ｍｍで底面を平底に整形した石英製アンプルの底面に種
結晶を設置し、さらに種結晶より上方５０ｍｍの位置に
原料保持用のメッシュを配置し、その上に原料としてＺ
ｎＳｅ多結晶２０ｇを載せた。そして、このアンプルを
１×１０-7Ｔｏｒｒまで真空排気した後、アルゴンガス
を２０Ｔｏｒｒ導入し、封入蓋の部分で封着した。
晶は、直径２０ｍｍ、厚み１ｍｍで表面をミラー研磨
し、裏面をラッピング研磨した(111)B面のＺｎＳｅ単結
晶ウエハを用いた。そして、内径２２ｍｍ、長さ１２０
ｍｍで底面を平底に整形した石英製アンプルの底面に種
結晶を設置し、さらに種結晶より上方５０ｍｍの位置に
原料保持用のメッシュを配置し、その上に原料としてＺ
ｎＳｅ多結晶２０ｇを載せた。そして、このアンプルを
１×１０-7Ｔｏｒｒまで真空排気した後、アルゴンガス
を２０Ｔｏｒｒ導入し、封入蓋の部分で封着した。
【００２３】このアンプルを縦型管状炉に挿入し、図４
のような温度プロファイルで、多結晶原料部温度を１１
００℃に、種結晶部温度を１０８０℃に加熱して１０日
間結晶成長を行った。その結果、重量１７．２ｇの成長
結晶が得られたが、結晶内部に多数のボイドを含む不透
明な結晶であり、結晶性も極めて悪いものであった。ま
た、種結晶とアンプル底面の隙間に多結晶が析出してお
り、種結晶がアンプル内の最低温部に位置していないこ
とが分かった。これらから、結晶成長速度を律速してい
るＺｎのアンプル内分圧は、図５に示すようなプロファ
イルとなっていたものと推定される。
のような温度プロファイルで、多結晶原料部温度を１１
００℃に、種結晶部温度を１０８０℃に加熱して１０日
間結晶成長を行った。その結果、重量１７．２ｇの成長
結晶が得られたが、結晶内部に多数のボイドを含む不透
明な結晶であり、結晶性も極めて悪いものであった。ま
た、種結晶とアンプル底面の隙間に多結晶が析出してお
り、種結晶がアンプル内の最低温部に位置していないこ
とが分かった。これらから、結晶成長速度を律速してい
るＺｎのアンプル内分圧は、図５に示すようなプロファ
イルとなっていたものと推定される。
【００２４】〔比較例２〕 図１の装置を用いてＺｎＳｅ単結晶を成長させた。内径
２２ｍｍ、長さ１２０ｍｍの胴部を有し、平底に整形し
た底面のエッジ部から内径１ｍｍ、長さ１５０ｍｍの細
管を延長した構造の石英製アンプルを使用した。種結晶
は比較例１と同じものを用い、石英製アンプル底面に設
置した。さらに、原料保持用メッシュを種結晶上５０ｍ
ｍの位置に配置し、その上に原料としてＺｎＳｅ多結晶
２０ｇを載せた。そして、このアンプルを１×１０-7Ｔ
ｏｒｒまで真空排気した後、アルゴンガスを２０Ｔｏｒ
ｒ導入し、封入蓋の部分で封着した。
２２ｍｍ、長さ１２０ｍｍの胴部を有し、平底に整形し
た底面のエッジ部から内径１ｍｍ、長さ１５０ｍｍの細
管を延長した構造の石英製アンプルを使用した。種結晶
は比較例１と同じものを用い、石英製アンプル底面に設
置した。さらに、原料保持用メッシュを種結晶上５０ｍ
ｍの位置に配置し、その上に原料としてＺｎＳｅ多結晶
２０ｇを載せた。そして、このアンプルを１×１０-7Ｔ
ｏｒｒまで真空排気した後、アルゴンガスを２０Ｔｏｒ
ｒ導入し、封入蓋の部分で封着した。
【００２５】このアンプルを縦型管状炉に挿入し、図１
のような温度プロファイルで、多結晶原料を１１００
℃、種結晶部温度を１０８０℃、細管先端の最低温部を
１０６０℃に加熱して１０日間結晶成長を行った。その
結果、重量１５．５ｇの成長結晶が得られた。成長結晶
は、結晶内部にボイドは見られなかったが、種結晶とア
ンプルの隙間に多結晶が析出し、結晶はアンプル内壁面
と部分的に固着していた。結晶の転位密度は２×１０5
ｃｍ-2以上と結晶性はよくなかった。
のような温度プロファイルで、多結晶原料を１１００
℃、種結晶部温度を１０８０℃、細管先端の最低温部を
１０６０℃に加熱して１０日間結晶成長を行った。その
結果、重量１５．５ｇの成長結晶が得られた。成長結晶
は、結晶内部にボイドは見られなかったが、種結晶とア
ンプルの隙間に多結晶が析出し、結晶はアンプル内壁面
と部分的に固着していた。結晶の転位密度は２×１０5
ｃｍ-2以上と結晶性はよくなかった。
【００２６】ＺｎＳｅの平衡定数Ｋp は log Ｋp ＝log （ＰZn 2 ・ＰSe2 ）＝１９．４−３７０６７／Ｔ (3) （上記「ＰSe2 」はＳｅ2 ガス分子の分圧を意味す
る。）で与えられる。アンプル内の結晶成長速度は、Ｚ
ｎの輸送により律速されているとし、輸送速度及び結晶
成長速度が低いので、アンプル内の各部で局所平衡が成
り立っているとすると、Ｚｎ分圧ＰZnは、 ＰZn＝２1/3 ・１０(19.4-37067/T)/3 (4) で与えられる。温度測定結果をもとにしてアンプル内の
Ｚｎ分圧分布を式(4) を用いて求めると、ＰZn(S) ＝
３．７０×１０-3ａｔｍ、ＰZn(C) ＝２．７２×１０-3
ａｔｍ、ＰZn(D) ＝１．９９×１０-3ａｔｍとなり、確
かに式(2) を満たしている。即ち、Ｚｎのアンプル内分
圧は、図６のプロファイルを有することが確認された。
る。）で与えられる。アンプル内の結晶成長速度は、Ｚ
ｎの輸送により律速されているとし、輸送速度及び結晶
成長速度が低いので、アンプル内の各部で局所平衡が成
り立っているとすると、Ｚｎ分圧ＰZnは、 ＰZn＝２1/3 ・１０(19.4-37067/T)/3 (4) で与えられる。温度測定結果をもとにしてアンプル内の
Ｚｎ分圧分布を式(4) を用いて求めると、ＰZn(S) ＝
３．７０×１０-3ａｔｍ、ＰZn(C) ＝２．７２×１０-3
ａｔｍ、ＰZn(D) ＝１．９９×１０-3ａｔｍとなり、確
かに式(2) を満たしている。即ち、Ｚｎのアンプル内分
圧は、図６のプロファイルを有することが確認された。
【００２７】〔実施例１〕 図２の装置を用いてＺｎＳｅ単結晶を成長させた。内径
２２ｍｍ、長さ２２０ｍｍで平底に整形した底面を有す
る石英製アンプルの底面に、種結晶支持部材として直径
２１ｍｍ、長さ１００ｍｍで両端面を研磨した石英製ロ
ッドをセットした。種結晶は比較例１と同じものを用
い、石英製ロッド上に設置した。さらに、原料保持用メ
ッシュを種結晶上５０ｍｍの位置に配置し、その上に原
料としてＺｎＳｅ多結晶２０ｇを載せた。そして、この
アンプルを１×１０-7Ｔｏｒｒまで真空排気した後、ア
ルゴンガスを２０Ｔｏｒｒ導入し、封入蓋の部分で封着
した。
２２ｍｍ、長さ２２０ｍｍで平底に整形した底面を有す
る石英製アンプルの底面に、種結晶支持部材として直径
２１ｍｍ、長さ１００ｍｍで両端面を研磨した石英製ロ
ッドをセットした。種結晶は比較例１と同じものを用
い、石英製ロッド上に設置した。さらに、原料保持用メ
ッシュを種結晶上５０ｍｍの位置に配置し、その上に原
料としてＺｎＳｅ多結晶２０ｇを載せた。そして、この
アンプルを１×１０-7Ｔｏｒｒまで真空排気した後、ア
ルゴンガスを２０Ｔｏｒｒ導入し、封入蓋の部分で封着
した。
【００２８】このアンプルを縦型管状炉に挿入し、図２
のような温度プロファイルで、多結晶原料を１１００
℃、種結晶部温度を１０８０℃、石英製ロッド下端の最
低温部を１０５０℃に加熱して１０日間結晶成長を行っ
た。その結果、重量１４．２ｇの成長結晶が得られた。
成長結晶は、結晶内部にボイドは見られず、多結晶やク
ラックの発生もなく、良好な外観を有していた。しか
し、結晶は石英製ロッド上面に付着しており、結晶の転
位密度は８×１０4 〜３×１０5 ｃｍ-2であった。石英
製ロッドとの付着により、冷却時に発生する応力のた
め、転位が増加したものと考えられる。比較例２の場合
と比べて結晶性は大きく向上していた。比較例２と同様
に式(4) を用いてアンプル内のＺｎ分圧分布を求める
と、ＰZn(S) ＝３．７０×１０-3ａｔｍ、ＰZn(C) ＝
２．７２×１０-3ａｔｍ、ＰZn(D) ＝１．６９×１０-3
ａｔｍとなり、確かに式(2) を満たされており、図６の
プロファイルを有することが確認された。
のような温度プロファイルで、多結晶原料を１１００
℃、種結晶部温度を１０８０℃、石英製ロッド下端の最
低温部を１０５０℃に加熱して１０日間結晶成長を行っ
た。その結果、重量１４．２ｇの成長結晶が得られた。
成長結晶は、結晶内部にボイドは見られず、多結晶やク
ラックの発生もなく、良好な外観を有していた。しか
し、結晶は石英製ロッド上面に付着しており、結晶の転
位密度は８×１０4 〜３×１０5 ｃｍ-2であった。石英
製ロッドとの付着により、冷却時に発生する応力のた
め、転位が増加したものと考えられる。比較例２の場合
と比べて結晶性は大きく向上していた。比較例２と同様
に式(4) を用いてアンプル内のＺｎ分圧分布を求める
と、ＰZn(S) ＝３．７０×１０-3ａｔｍ、ＰZn(C) ＝
２．７２×１０-3ａｔｍ、ＰZn(D) ＝１．６９×１０-3
ａｔｍとなり、確かに式(2) を満たされており、図６の
プロファイルを有することが確認された。
【００２９】〔実施例２〕 図３の装置を用いてＺｎＳｅ単結晶を成長させた。実施
例１の装置と基本構造は同じであるが、種結晶支持部材
の表面にカーボン薄膜をコーティングした点が相違し、
その他の条件は実施例１と同様にして１０日間結晶成長
を行った。その結果、重量１４．５ｇの成長結晶が得ら
れた。冷却後、結晶は石英製ロッドから容易に剥離する
ことができ、石英製ロッドに付着した様子は認められな
かった。成長結晶は、結晶内部にボイドは見られず、多
結晶やクラックの発生もなく、良好な外観を有してい
た。結晶の転位密度は２〜６×１０4 ｃｍ-2であり、結
晶性も良好であることが確認された。実施例１と同様
に、式(4) を用いてアンプル内のＺｎ分圧分布を求める
と、ＰZn(S) ＝３．７０×１０-3ａｔｍ、ＰZn(C) ＝
２．７２×１０-3ａｔｍ、ＰZn(D) ＝１．６９×１０-3
ａｔｍとなり、確かに式(2) を満たされており、図６の
プロファイルを有することが確認された。
例１の装置と基本構造は同じであるが、種結晶支持部材
の表面にカーボン薄膜をコーティングした点が相違し、
その他の条件は実施例１と同様にして１０日間結晶成長
を行った。その結果、重量１４．５ｇの成長結晶が得ら
れた。冷却後、結晶は石英製ロッドから容易に剥離する
ことができ、石英製ロッドに付着した様子は認められな
かった。成長結晶は、結晶内部にボイドは見られず、多
結晶やクラックの発生もなく、良好な外観を有してい
た。結晶の転位密度は２〜６×１０4 ｃｍ-2であり、結
晶性も良好であることが確認された。実施例１と同様
に、式(4) を用いてアンプル内のＺｎ分圧分布を求める
と、ＰZn(S) ＝３．７０×１０-3ａｔｍ、ＰZn(C) ＝
２．７２×１０-3ａｔｍ、ＰZn(D) ＝１．６９×１０-3
ａｔｍとなり、確かに式(2) を満たされており、図６の
プロファイルを有することが確認された。
【００３０】なお、以上の実施例では、アルゴンガス雰
囲気中でのＺｎＳｅ結晶の昇華法による成長について述
べたが、本発明は他のII-VI 族化合物半導体結晶の昇華
法による成長に対しても同様に適用することができ、成
長雰囲気もアルゴン等の不活性ガス雰囲気のみではな
く、リザーバを用いたII族元素又はVI族元素の雰囲気に
おける成長に対しても適用可能である。さらに、昇華法
だけではなく、ハロゲン化学輸送法に対しても適用可能
である。なお、実施例２では種結晶支持部材上面にのみ
付着防止膜をコーティングしたが、全面にコーティング
してもよい。
囲気中でのＺｎＳｅ結晶の昇華法による成長について述
べたが、本発明は他のII-VI 族化合物半導体結晶の昇華
法による成長に対しても同様に適用することができ、成
長雰囲気もアルゴン等の不活性ガス雰囲気のみではな
く、リザーバを用いたII族元素又はVI族元素の雰囲気に
おける成長に対しても適用可能である。さらに、昇華法
だけではなく、ハロゲン化学輸送法に対しても適用可能
である。なお、実施例２では種結晶支持部材上面にのみ
付着防止膜をコーティングしたが、全面にコーティング
してもよい。
【００３１】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、昇華法及び／又はハロゲン化学輸送法により、II
−VI族化合物半導体結晶を種結晶上に成長するときに、
ボイドおよひクラックの発生を防止でき、結晶性の優れ
たII−VI族化合物半導体結晶の提供を可能にした。
より、昇華法及び／又はハロゲン化学輸送法により、II
−VI族化合物半導体結晶を種結晶上に成長するときに、
ボイドおよひクラックの発生を防止でき、結晶性の優れ
たII−VI族化合物半導体結晶の提供を可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較例２で使用した結晶成長用アンプルの断面
図及び該アンプルの温度プロファイルである。
図及び該アンプルの温度プロファイルである。
【図２】実施例１で使用した結晶成長用アンプルの断面
図及び該アンプルの温度プロファイルである。
図及び該アンプルの温度プロファイルである。
【図３】実施例２で使用した結晶成長用アンプルの断面
図及び該アンプルの温度プロファイルである。
図及び該アンプルの温度プロファイルである。
【図４】比較例１で使用した結晶成長用アンプルの断面
図及び該アンプルの温度プロファイルである。
図及び該アンプルの温度プロファイルである。
【図５】比較例１における、結晶成長速度を律速してい
る成分Ｚｎのアンプル内分圧プロファイルの模式図であ
る。
る成分Ｚｎのアンプル内分圧プロファイルの模式図であ
る。
【図６】実施例１、２及び比較例２における、結晶成長
速度を律速している成分Ｚｎのアンプル内分圧プロファ
イルの模式図である。
速度を律速している成分Ｚｎのアンプル内分圧プロファ
イルの模式図である。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 H01L 21/36 ＣＡ（ＳＴＮ)
Claims (2)
- 【請求項１】 成長室中に種結晶支持部材上に保持した
種結晶及び多結晶原料を配置し、昇華法又はハロゲン化
学輸送法で種結晶上にII−VI族化合物半導体結晶を成長
させる方法において、前記種結晶支持部材は、結晶成長
環境下で分解したり、融解したり、昇華することがな
く、前記種結晶と反応することがなく、ハロゲン化学輸
送法においてはハロゲンと反応することがなく、かつ、
可視光又は赤外光に対して透明な材質で作製し、前記種
結晶支持部材の平滑平面上に前記種結晶を保持し、前記
種結晶に対して前記多結晶原料と反対側の位置に前記成
長室内の最低温度部を設け、前記多結晶原料位置におけ
る結晶成長を律速する成分の平衡分圧をＰ(S) 、前記種
結晶位置における前記平衡分圧をＰ(C) 、前記最低温度
部における前記平衡分圧をＰ(D) とし、前記多結晶原料
と前記種結晶又は前記成長結晶との距離をＬ1 、前記種
結晶又は前記成長結晶と前記最低温度部との距離をＬ2
とするときに、下記式の関係を満たすことを特徴とする
II−VI族化合物半導体結晶の成長方法。 〔Ｐ(S) −Ｐ(C) 〕／Ｌ1 ≧〔Ｐ(C) −Ｐ(D) 〕／Ｌ2 - 【請求項２】 前記種結晶支持部材の少なくとも種結晶
と接する平滑平面部に付着防止用コーティング膜を施す
ことを特徴とする請求項１記載のII−VI族化合物半導体
結晶の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31497897A JP3185731B2 (ja) | 1997-11-17 | 1997-11-17 | Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31497897A JP3185731B2 (ja) | 1997-11-17 | 1997-11-17 | Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体結晶の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11147800A JPH11147800A (ja) | 1999-06-02 |
| JP3185731B2 true JP3185731B2 (ja) | 2001-07-11 |
Family
ID=18059963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31497897A Expired - Fee Related JP3185731B2 (ja) | 1997-11-17 | 1997-11-17 | Ｉｉ−ｖｉ族化合物半導体結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3185731B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013125818A1 (ko) * | 2012-02-24 | 2013-08-29 | 영남대학교 산학협력단 | 태양 전지 제조 장치 및 태양 전지 제조 방법 |
| CN104630881A (zh) * | 2015-02-28 | 2015-05-20 | 安庆美晶新材料有限公司 | 一种超声提高二维材料单晶化学气相输运生长质量的方法 |
-
1997
- 1997-11-17 JP JP31497897A patent/JP3185731B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11147800A (ja) | 1999-06-02 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |