JP3435118B2

JP3435118B2 - 化合物半導体バルク結晶の成長方法、および化合物半導体装置の製造方法

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Publication number: JP3435118B2
Application number: JP2000074435A
Authority: JP
Inventors: 由人西嶋
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2003-08-11
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: JP2001267259A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般に半導体装置に
係り、特に化合物半導体装置の製造に関する。

【０００２】化合物半導体装置は電子移動度の大きい化
合物半導体層を活性層として使い、ＧＨｚ帯の高周波回
路など、高速動作が要求される用途に広く使われてい
る。また化合物半導体材料は直接遷移型のバンド構造を
形成できるため、レーザダイオードやＬＥＤ等の光半導
体装置として、広く使われている。かかる化合物半導体
装置では、前記化合物半導体層を担持する基板として、
これに格子整合する組成の化合物半導体基板が一般的に
使われている。特に化合物半導体材料は広い組成範囲で
混晶を形成するため、混晶組成を適当に選ぶことによ
り、様々なバンド構造、屈折率構造あるいは歪構造を有
する半導体装置を設計することができる。例えばＩｎＧ
ａＡｓをレーザダイオードの活性層に使うことにより、
１．３μｍ帯で動作可能な高効率レーザダイオードを形
成することができる。

【０００３】一方、このような混晶組成の化合物半導体
層を半導体装置に使う場合、かかる化合物半導体層と格
子整合する基板を形成することが従来より困難で、この
ため従来は既存の単結晶基板、例えばＳｉ基板、ＧａＡ
ｓ基板あるいはＩｎＰ基板上に適当な格子緩和バッファ
層を積載し、前記活性層をかかる化合物半導体層上に形
成することが行われていた。しかし、このような構成で
は格子不整合に起因して発生する転位を格子緩和バッフ
ァ層で完全に吸収することはできず、半導体装置の動作
に決定的な影響を及ぼす活性層の膜質が劣化することが
避けられなかった。

【０００４】

【従来の技術】これに対し従来より、第１の組成を有す
る多元系化合物半導体原料結晶と第２の組成を有する融
液を接触させ、さらに前記融液を種結晶と接触させ、固
相線上において前記融液の前記第２の組成と相平衡する
第３の組成の結晶を前記融液から前記種結晶上に析出さ
せる、いわゆるゾーンメルト再成長法による多元系バル
ク結晶半導体基板の製造方法が提案されている。例えば
特開平８−１４３３８９号公報を参照。

【０００５】図１（Ａ）は、かかる従来のゾーンメルト
再成長法によるＩｎＧａＡｓバルク結晶半導体基板の製
造方法の概略を示す。

【０００６】図１（Ａ）を参照するに、ルツボ１０中に
はＧａＡｓ種結晶１１Ａ上にＶＧＦ（vertical gradien
t freeze）法、あるいはブリッジマン法により形成され
たＩｎＧａＡｓ種結晶１１Ｂが、ＩｎＧａＡｓ融液１２
と共に真空封入されており、前記種結晶上には、前記Ｉ
ｎＧａＡｓ融液１２から析出したＩｎＧａＡｓ混晶層１
１Ｃがエピタキシャルに堆積する。さらに前記ＩｎＧａ
Ａｓ融液１２上には、ＧａＡｓよりなる原料補給層１３
が形成される。前記原料補給層１３もまた、前記ルツボ
１０中に封入されている。

【０００７】図２は、ＩｎＧａＡｓ系の相平衡図を示
す。

【０００８】図２を参照するに、ＩｎＧａＡｓ三元系で
はＩｎＡｓ端成分とＧａＡｓ端成分との間に連続的なＩ
ｎＡｓ−ＧａＡｓ擬似二元系の固溶体が形成され、系は
固相線温度以下では固相状態を、液相線温度以上では液
相状態を、また固相線と液相線の間の領域では固相と液
相が共存する部分溶融状態をとる。前記部分溶融状態に
おいて液相線と固相線とは、各温度で互いに平衡してい
る固相と液相の組成をそれぞれ表す。

【０００９】例えばＩｎＡｓ組成ｘが約０．３、すなわ
ち組成がＩｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓで表されるＩｎＧａＡｓ混
晶は温度が約１０１５°ＣのＩｎＧａＡｓ融液から析出
するが、前記析出するＩｎＧａＡｓ混晶に対して平衡す
る融液は、ＩｎＡｓ組成ｘが約０．８５、すなわちＩｎ
に富んだ、Ｉｎ_0.85Ｇａ_0.15Ａｓで表される組成を有す
る。一方、前記ＩｎＧａＡｓ融液が組成Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7
Ａｓで表される場合、液相線温度が１１９０°ＣでＩｎ
ＧａＡｓ混晶と平衡し、その際、平衡するＩｎＧａＡｓ
混晶はＩｎＡｓ組成ｘが約０．０５、すなわちＧａに富
んだＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ａｓで表される組成を有する。

【００１０】そこで、前記組成がＩｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓの
融液を前記液相線温度からそのまま冷却するとＧａに富
んだ組成のＩｎＧａＡｓ混晶が優先的に析出し、しかも
析出した結晶は系から除外されるため、融液およびこれ
に実際に平衡するＩｎＧａＡｓ混晶を合わせた系全体の
組成はＩｎＡｓに富む方向に変化する。最終的には液お
よびの組成はＩｎＡｓとなり約９５０°Ｃにおいて固化
が終了する。しかし、このようにして形成されたＩｎＧ
ａＡｓ混晶は組成が漸移的に変化するゾーニングを形成
し、従って所望の一様な組成を有するＩｎＧａＡｓ混晶
は得られない。

【００１１】図１（Ａ）の構成では、上記問題点を解決
するため、前記融液にＧａＡｓよりなる原料補給層１３
を設け、さらに図１（Ｂ）に示すように前記ルツボ１０
中に、前記ＩｎＧａＡｓ混晶層１１Ｃと融液１２との界
面における温度が、前記融液１２と前記原料補給層１３
との界面の温度より低くなるように温度勾配を設定す
る。その結果、前記融液１２と前記原料補給層１３との
間の界面において前記層１３から融液１２中に溶解した
ＧａＡｓ成分は、前記融液１２中に形成された濃度勾配
により前記ＩｎＧａＡｓ混晶層１１Ｃと融液１２との界
面に輸送され、融液中のＩｎＡｓ成分と共に析出し、所
望の組成のＩｎＧａＡｓ混晶層１１Ｃが成長する。

【００１２】このような構成では、前記原料供給層１３
からＧａＡｓ成分を融液１２中に補給することにより、
析出が進むにつれて、換言すると融液が消費されるにつ
れて、残った融液の組成がＩｎに富む方向に、すなわち
Ｇａに欠乏する方向に変化するのが抑制される。しか
も、析出するＩｎＧａＡｓ混晶の組成は、前記混晶層１
１Ｃと融液１２との界面の温度を、図１（Ｂ）に矢印で
示すように、結晶化の進行に合わせて一定になるように
制御することにより所望の値に制御できる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１（Ａ），
（Ｂ）の構成ではＩｎＧａＡｓ混晶層１１Ｃの成長に伴
う融液１２中のＧａＡｓ成分の枯渇は補償できるもの
の、前記原料供給層１３にＧａＡｓを使う限り、当初の
融液中に含まれるＩｎＡｓが使いつくされてしまった時
点で、ＩｎＧａＡｓ混晶層１１Ｃの成長は停止してしま
う問題点を有している。その結果、図１（Ａ），（Ｂ）
の構成では、成長されるＩｎＧａＡｓ混晶層１１Ｃの厚
さが制限され、長尺のＩｎＧａＡｓ混晶層１１Ｃを形成
することが出来ない。

【００１４】この問題点は、例えば前記ルツボ１０中に
封入される融液１２の量を増大すれば軽減されるが、融
液１２の量を増大させると融液１２中の濃度勾配が必然
的に緩くなり、前記原料供給層１３から前記融液１２と
ＩｎＧａＡｓ混晶層１１Ｃの界面へのＧａＡｓ成分の輸
送速度が低下し、混晶層１１Ｃの成長速度が低下してし
まう。

【００１５】一方、かかる融液中におけるＩｎＡｓの枯
渇は、前記原料供給層１３として、ＩｎＡｓを含む組成
のものを使えば解消できることは明らかである。事実、
前記特開平８−１４３３８９号公報には、前記原料供給
層１３として組成がＩｎ_0.05Ｇａ_0.95ＡｓあるいはＩｎ
_0.064Ｇａ_0.936Ａｓで表されるＩｎＧａＡｓ多結晶体を
使ってこれと実質的に同じ組成を有するＩｎＧａＡｓ混
晶層１１Ｃを成長させる技術が記載されている。

【００１６】しかし、この従来の方法により、例えば組
成がＩｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓのような、Ｉｎに富んだ組成の
ＩｎＧａＡｓバルク結晶を、前記ＩｎＧａＡｓ混晶層１
１Ｃとして得ようとすると、前記組成Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａ
ｓを有する原料供給層１３が必要になるが、かかる原料
供給層１３の調整は、特にＩｎに富んだ組成の場合に非
常に困難である。図２の相平衡図を再び参照するに、液
相線上で前記Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ組成を有する融液と平
衡するＩｎＧａＡｓ混晶の組成はＩｎ_0.95Ｇａ_0.05Ａｓ
であり、また固相線上で前記Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ組成を
有する混晶と平衡するＩｎＧａＡｓ融液の組成はＩｎ
_0.85Ｇａ_0.15Ａｓであることからわかるように、ＩｎＡ
ｓ−ＧａＡｓ擬似二元系では組成偏析が非常に大きい。
このため、先に説明したように単に所望の組成Ｉｎ_0.3
Ｇａ_0.7Ａｓを有するＩｎＧａＡｓ融液を冷却・固化さ
せても、析出結晶の偏析により得られたＩｎＧａＡｓ結
晶中に顕著なゾーニングが生じるだけで、所望の均一な
組成の原料供給層１３を得ることができない。

【００１７】また、かかる原料供給層１３を、ＧａＡｓ
結晶粉末とＩｎＡｓ結晶粉末の機械的混合物として形成
することも考えられるが、このような機械的混合物は熱
力学的な意味で均一な相を形成する保証がなく、従って
このようなゾーンメルト再成長法に使うのは困難であ
る。

【００１８】そこで、本発明は前記の課題を解決した、
新規で有用な化合物半導体バルク結晶の成長方法、およ
びかかる化合物バルク結晶を使った化合物半導体装置の
製造方法を提供することを概括的課題とする。

【００１９】本発明のより具体的な課題は、所望の組成
の多元系化合物半導体バルク結晶層を、継続的に安定し
て成長できる化合物半導体バルク結晶の成長方法、およ
びかかる化合物半導体装置の製造方法を提供することに
ある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を、
混晶を形成する多元系半導体バルク結晶を成長させる結
晶成長方法であって、前記多元系に属する半導体材料
を、液相線温度以上に昇温させて溶融させる工程と、前
記溶融した半導体材料を急冷・固化して原料供給層を形
成する工程と、第１の界面において種結晶に接触した前
記多元系に属する半導体融液に、前記第１の界面とは異
なった第２の界面において前記原料供給層を接触させる
工程と、前記第１の界面において前記融液から、前記所
望の半導体バルク結晶を前記種結晶上に混晶として析出
させる工程と、前記第２の界面において、前記原料供給
層から原料成分を前記融液に供給する工程とを含むこと
を特徴とする半導体バルク結晶の成長方法により、また
はかかる方法により形成された半導体バルク結晶を混晶
半導体基板として使う半導体装置の製造方法により解決
する。

【００２１】その際、前記多元系半導体材料の組成を、
前記所望の多元系半導体バルク結晶の組成と実質的に同
一の組成を有するように設定することにより、継続して
安定に、一様な混晶組成で半導体バルク結晶を成長させ
ることができ、長尺の混晶半導体バルク結晶体を得るこ
とができる。ただし、前記原料供給層の組成は前記半導
体バルク結晶の組成に対して多少高融点側端成分の側に
寄った、あるいは低融点側端成分の側に寄った組成であ
ってもかまわない。特に前記原料供給層を半導体材料の
溶融および急冷・固化により形成することで、前記原料
供給層の組成が一様になり、前記半導体バルク結晶の析
出に伴う融液の組成変化が効果的に補償される。また本
発明では前記融液の組成変化が補償されるため、大量の
融液を使う必要がなくなり、融液中に大きな濃度勾配を
形成することが可能になるため、前記半導体バルク結晶
の成長速度を向上させることができる。

【００２２】また、前記第１の界面における温度が前記
所望の組成の半導体バルク結晶と前記融液との間に平衡
が成立する第１の温度になるように固定し、前記第２の
界面における温度が前記第１の界面の温度より高くなる
ようにすることで、前記半導体バルク結晶の混晶組成が
相平衡図で第１の界面温度に相当する組成に固定され、
さらに融液の組成変化が前記原料供給層からの成分元素
の補給により補償される。温度勾配の形成により、前記
補給された成分元素は前記融液中を前記半導体バルク結
晶の表面へと輸送される。

【００２３】本発明では、特に前記原料供給層を前記融
液と接触させる工程において、前記種結晶形成工程にお
いて前記種結晶上に付着する融液の残渣を溶融させるこ
とにより前記融液を形成した場合に、非常に均質な組成
の半導体バルク結晶が得られることが見出された。

【００２４】前記半導体材料を融解させる工程と前記原
料供給層を形成する工程とを、前記半導体融液に前記原
料供給層と種結晶とを接触させる工程と前記半導体バル
ク結晶を析出させる工程とが実行されるルツボと同一の
内径を有するルツボ中において実行することにより、前
記原料供給層を前記半導体バルク結晶の析出に使われる
ルツボの内径に適合した寸法に形成でき、好都合であ
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】図３は本発明の第１実施例による
混晶系半導体基板の製造工程の概要を示す。

【００２６】図３を参照するに、本実施例では例えば組
成がＩｎ_0.3Ｇａ_0.4ＡｓのＩｎＡｓ−ＧａＡｓ混晶系半
導体基板を製造する場合、ステップ１１において前記組
成になるように例えばＩｎＡｓ粉末とＧａＡｓ粉末とを
秤量し、混合することにより、原料混合物を調製する。
ステップ１１においては必要に応じてＧａＡｓ基板の断
片およびＩｎＡｓ基板の断片を使ってもよい。

【００２７】本実施例では次にステップ１２において前
記原料混合物を、液相線温度以上、すなわち図２の相平
衡図では１２００°Ｃ以上の温度に加熱し、前記原料混
合物を完全に溶融させる。さらにステップ１３において
得られた原料混合物を急冷・固化し、実質的に均一な組
成の微結晶の集合体を得る。

【００２８】次にステップ１４においてこのようにして
得られた微結晶の集合体を図１（Ａ）の構成において前
記原料供給層１３のかわりに使うことで、所望の組成
の、すなわちＩｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓの組成を有するＩｎＧ
ａＡｓバルク結晶層を得る。さらに、このようにして得
られたＩｎＧａＡｓバルク結晶層をステップ１５におい
てスライスすることにより、所望の混晶組成のＩｎＧａ
Ａｓバルク結晶基板を得る。

【００２９】図４（Ａ），（Ｂ）は、図３のステップ１
２，１３の構成を示す。

【００３０】図４（Ａ）を参照するに、図３のステップ
１１で調製された原料混合物は石英製あるいはｐＢＮ
（パイロリティックボロンナイトライド：pyrolitic bo
ron nitride）製で内径が例えば１５ｍｍのルツボ３１
中に保持され、前記ルツボ３１は石英管３３中に真空封
入された後、前記石英管３３と共に支持棒３２の先端に
保持される。

【００３１】次にステップ１２において前記支持棒３２
を駆動し、前記石英管３３を、１２００°Ｃに保持され
た高温領域と１０００°Ｃに保持された低温領域とを有
する電気炉中に挿入し、前記高温領域に例えば１２時間
程度保持する。前記１２００°Ｃの温度は図２の相平衡
図からわかるように前記Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ組成の原料
混合物の液相線温度を超えており、従って前記ルツボ３
１中の原料混合物は完全に融解し、融液３４が形成され
る。

【００３２】さらにステップ１３において前記支持棒３
２を駆動し、前記石英管３３およびその中のルツボ３１
を前記１０００°Ｃの温度に保持された低温領域に引き
出し、急冷する。かかる急冷の結果、前記ルツボ３１中
の融液３４は固化するが、その際、冷却速度が例えば２
００°Ｃ／１０分程度と大きいため図２の相平衡図に対
応する平衡状態は維持されず、実質的に組成Ｉｎ_0.3Ｇ
ａ_0.7Ａｓを有する微結晶の集合体が得られる。このよ
うにして得られた微結晶の集合体は前記ルツボ３１から
取り出した状態で約１５ｍｍの外径と４０ｍｍの長さを
有する。

【００３３】図５は、このようにして得られた微結晶の
集合体よりなるＩｎＧａＡｓ混晶層について、Ｉｎの分
布、すなわちＩｎＡｓ成分の分布を厚さ方向に調べた結
果を示す。ただし図５中、縦軸はＩｎＧａＡｓ混晶の組
成をＩｎ_xＧａ_1-xＡｓで表した場合のＩｎＡｓモル分率
組成ｘを、横軸は前記ルツボ３１の底に対応する前記微
結晶集合体の下端から測った距離を示す。

【００３４】図５を参照するに、最後に固化した厚さが
約５〜７ｍｍの表面部分を除き、前記微結晶集合体は均
一でおおよそ一様な組成分布を有し、ＩｎＡｓのモル分
率ｘは０．２〜０．３の間に収まることがわかる。前記
ＩｎＡｓ含有量が大きい表面部分は冷却速度が有限であ
るために生じたＩｎＡｓに富んだ融液に対応するものと
考えられる。

【００３５】本発明では、かかる微結晶集合体のうち、
ＩｎＡｓに富んだ部分を切り離すことにより、以下に図
６（Ａ），（Ｂ）で説明するように、ゾーンメルト再成
長法で使われる原料供給層２３を形成する。ただし図６
（Ａ），（Ｂ）中、先に説明した部分には同一の参照符
号を付し、説明を省略する。

【００３６】図６（Ａ）を参照するに、本実施例では前
記図１（Ａ）の原料供給層１３のかわりに、先に説明し
た原料供給層２３を使い、前記ルツボ１０中において前
記原料供給層２３を前記融液１２に接触させる。ルツボ
１０を含む図６（Ａ）の全体は石英管中に真空封入さ
れ、図６（Ｂ）の温度分布をするゾーンメルト炉中に導
入される。

【００３７】本実施例では、結晶成長ゾーンの温度勾配
を８°Ｃ／ｃｍとし、さらに前記融液１２とＩｎＧａＡ
ｓ混晶層１１Ｃとの界面の温度を１０１５°Ｃに維持す
ることにより、前記ＩｎＧａＡｓ種結晶１１Ｂ上に組成
がＩｎ_0.3Ｇａ_0.7ＡｓのＩｎＧａＡｓ混晶層を、前記混
晶層１１Ｃとして、継続的かつ安定に析出させる。その
際前記ＩｎＧａＡｓ混晶層１１Ｃの成長に伴って前記混
晶層１１Ｃと融液１２の界面は前記原料供給層２３の方
向に移動し、このため前記固液界面で所定の温度を維持
するために、先にも図１（Ｂ）で説明したように図６
（Ｂ）に矢印で示す前記固液界面の移動に合わせて系の
温度を緩やかに降下させる。

【００３８】先に図５で説明したように、図４（Ａ），
（Ｂ）の工程で形成された原料供給層２３はＩｎＡｓモ
ル分率組成ｘが０．３から多少ずれて０．２〜０．３の
間の組成を有するが、このような場合でも前記ＩｎＧａ
Ａｓ混晶層１１Ｃとこれに接する融液１２との固液界面
の温度を１０１５°Ｃに維持することにより、前記原料
供給層２３と平衡する融液の組成を、所望の組成Ｉｎ
_0.3Ｇａ_0.7Ａｓに一致させることができた。本実施例で
は、前記融液とＩｎＧａＡｓ混晶層１１Ｃとの間の固液
界面における温度が１０１５°Ｃに維持されるように、
前記ＩｎＧａＡｓ混晶層１１Ｃの成長および前記原料供
給層２３の消費に伴って、系の温度を図６（Ｂ）の温度
分布を維持しながら緩やかに降下させている。かかる緩
やかな温度降下は、系の温度を緩やかに降下させる代わ
りに、ゾーン成長炉において前記ルツボ１０の位置を温
度の低い方向に移動させることによっても、容易に実現
できる。

【００３９】図７（Ａ），（Ｂ）は、図６（Ａ），
（Ｂ）の工程を開始するにあたり前期ＩｎＧａＡｓ種結
晶１１Ｂを形成する工程を示す。

【００４０】図７（Ａ）は、ＩｎＧａＡｓ種結晶１１Ｂ
をＶＧＦ（vertical gradient freeze）法で成長する前
の状態を示す。

【００４１】最初にＶＧＦ用のルツボ１０Ｖの中に、Ｇ
ａＡｓ種結晶１１ＡとＩｎＡｓ種結晶１２Ｄを充填し、
このルツボ全体を、石英管中に真空封入する。

【００４２】次に電気炉内で昇温し、ＩｎＡｓ結晶１２
Ｄ全部とＧａＡｓ結晶１１Ａの一部を残した状態となる
ようにする。これにより、成長用メルト１２Ａが形成さ
れる。その際、ＧａＡｓ結晶１１Ａの一部残った部分
が、ＩｎＧａＡｓ種結晶１１Ｂを成長するための種結晶
となる。

【００４３】図７（Ｂ）は、ＶＧＦ法によりＩｎＧＡｓ
種結晶１１Ｂが成長した状態を示す。炉を昇温すること
により、前記ＧａＡｓ種結晶１１Ａ上にはＶＧＦ成長メ
ルト１２Ａから結晶が析出し、ＩｎＧａＡｓ種結晶１１
Ｂが成長する。成長中の炉の温度分布はもちろん、メル
ト１２Ａよりも種結晶１１Ｂの方が温度が低く、温度勾
配は約２０°Ｃ／ｃｍである。

【００４４】炉を所定温度幅ほど降温し、ＩｎＧａＡｓ
種結晶１１Ｂを成長した後室温まで冷却し、ルツボ１０
Ｖから前記ＩｎＧａＡｓ結晶１１Ｂを取り出す。前記Ｖ
ＧＦ成長用メルト１２ＡはＩｎＧａＡｓ種結晶１１Ｂか
ら切り離されるので、ゾーン成長用メルト１２の原料と
して、そのまま用いる。前記ＶＧＦ成長メルト１２Ａ
は、前記ＩｎＧａＡｓ種結晶１１Ｂの成長の末期に前記
結晶１１Ｂと平衡するＩｎに富んだ組成を有している。
また、以下に説明するように、このようにして形成され
たＩｎＧａＡｓ種結晶はＩｎＡｓ組成について顕著なゾ
ーニングを示す。

【００４５】図８は、このようにして前記ＩｎＧａＡｓ
種結晶１１Ｂ上に形成されたＩｎＧａＡｓ混晶層１１Ｃ
中における、前記混晶層１１Ｃの厚さ方向に測ったＩｎ
Ａｓ組成プロファイルを示す。

【００４６】図８を参照するに、ＩｎＧａＡｓ種結晶１
１Ｂ中においてはＩｎＡｓ組成について顕著なゾーニン
グが生じているのが見られるが、前記ＩｎＧａＡｓ混晶
層１１Ｃ中においてはＩｎＡｓ組成はＩｎＡｓモル分率
ｘで０．３の値に見事に制御されており、非常に均質な
ＩｎＧａＡｓ混晶層１１Ｃが形成されているのがわか
る。しかも、前記ＩｎＧａＡｓ混晶層１１Ｃは２０ｍｍ
を超える厚さを有しており、これを図３のステップ１５
の工程でスライスすることにより、ＩｎＧａＡｓバルク
半導体基板を形成することが可能になる。

【００４７】このように、本発明によれば前記ＩｎＧａ
Ａｓ混晶層１１Ｃは所望の長尺のＩｎＧａＡｓバルク結
晶を提供するが、かかる長尺のＩｎＧａＡｓバルク結晶
の成長は、前記ＩｎＧａＡｓバルク結晶１１Ｃと実質的
に同じ組成の、熱力学的に一つの相と見なせるような均
質なＩｎＧａＡｓ層をＩｎＧａＡｓ混合物の溶解および
急冷により形成し、これを前記原料供給層２３として使
うことにより実現できたものと考えられる。

【００４８】先にも図５で説明したように、本実施例で
使われたＩｎＧａＡｓ原料供給層２３の組成は前記Ｉｎ
ＧａＡｓバルク結晶１１Ｃの組成よりも多少ＧａＡｓ側
に、すなわち高融点端成分側に寄っているが、多少Ｉｎ
Ａｓ側、すなわち低融点端成分側に寄っていてもかまわ
ない。このように、本発明においては前記ＩｎＧａＡｓ
原料供給層２３の組成を厳密に管理する必要がないた
め、発明の実施が容易である。

【００４９】以上、本発明をＩｎＡｓ−ＧａＡｓ擬似二
元系混晶よりなるバルク結晶の成長を例に説明したが、
本発明はかかる特定の系に限定されるものではなく、融
液との間に図２のような相平衡図で表される任意の系に
対しても適用可能である。すなわち、本発明が適用可能
な系には、前記ＩｎＧａＡｓ系の他にＩｎＧａＳｂ系あ
るいはＡｌＧａＡｓ系を含むＩＩＩ−Ｖ族混晶系、Ｓｉ
−Ｇｅ系を含むＩＶ族混晶系、さらにＰｂＳｎＴｅ系あ
るいはＰｂＳＳｅ系を含むＩＶ−ＶＩ族混晶系、さらに
はＨｇＣｄＴｅ系を含むＩＩ−ＶＩ族混晶系が含まれ
る。

【００５０】以上、本発明を好ましい実施例について説
明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内におい
て、様々な変形・変更が可能である。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、多元系融液から多元系
バルク混晶を、前記バルク混晶と融液との間の固液界面
温度を前記バルク混晶の組成が所望の値になるように制
御しながら成長させるゾーンメルト再成長法において、
前記多元系融液の組成を前記所望の組成に実質的に一致
するように設定し、さらに前記多元系バルク混晶に実質
的に一致する組成の均質な原料供給層を、前記組成に調
製された原料混合物を完全に溶解した後急冷することに
より形成し、かかる原料供給層を前記融液に接触させて
前記多元系バルク混晶の成長に伴う融液の組成変動を補
償することにより、前記多元系バルク混晶の成長を継続
して安定に行うことができ、長尺のバルク結晶を得るこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ），（Ｂ）は、従来のゾーンメルト再成長
法の原理を説明する図である。

【図２】ＩｎＡｓ−ＧａＡｓ擬似二元系の相平衡図を示
す図である。

【図３】本発明の概要を示すフローチャートである。

【図４】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の一実施例における
原料供給層の形成方法およびそのための装置を示す図で
ある。

【図５】図（Ａ），（Ｂ）の方法により形成された原料
供給層中におけるＩｎＡｓ成分の組成プロファイルを示
す図である。

【図６】（Ａ），（Ｂ）は、図５の原料供給層を使って
行う、本発明の一実施例によるゾーンメルト再成長法を
示す図である。

【図７】（Ａ），（Ｂ）は、図６（Ａ），（Ｂ）のゾー
ンメルト再成長法において使われる種結晶の形成方法を
示す図である。

【図８】図６（Ａ），（Ｂ）のゾーンメルト再成長法に
より形成された本発明の一実施例によるＩｎＧａＡｓバ
ルク結晶中におけるＩｎＡｓ成分の組成プロファイルを
示す図である。

【符号の説明】

１０，３１，４１ルツボ１０ＶＶＧＦ成長用ルツボ１１ＡＧａＡｓ種結晶１１ＢＩｎＧａＡｓ種結晶１１ＣＩｎＧａＡｓバルク混晶１２，４２融液１２ＡＶＧＦ成長用メルト１２ＤＩｎＡｓ結晶１３，２３原料供給層３２支持棒３３石英封管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/208 C30B 13/28 H01L 33/00 H01S 5/323

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】混晶を形成する多元系半導体バルク結晶
を成長させる結晶成長方法であって、前記多元系に属する半導体材料を、液相線温度以上に昇
温させて溶融させる工程と、前記溶融した半導体材料を急冷・固化して原料供給層を
形成する工程と、第１の界面において種結晶に接触した前記多元系に属す
る半導体融液に、前記第１の界面とは異なった第２の界
面において前記原料供給層を接触させる工程と、前記第１の界面において前記融液から、前記所望の半導
体バルク結晶を前記種結晶上に混晶として析出させる工
程と、前記第２の界面において、前記原料供給層から原料成分
を前記融液に供給する工程とを含むことを特徴とする半
導体バルク結晶の成長方法。
【請求項２】前記多元系半導体材料は、前記所望の多
元系半導体バルク結晶の組成と実質的に同一の組成を有
することを特徴とする請求項１記載の化合物半導体バル
ク結晶の成長方法。
【請求項３】前記多元系は第１の融点を有する第１の
端成分と、第２の、より高い融点を有する第２の端成分
との間において連続的な混晶を形成し、前記多元系半導
体材料は、前記半導体バルク結晶の組成と一致する組成
または前記第１の端成分により近い組成を有することを
特徴とする請求項１記載の半導体バルク結晶の成長方
法。
【請求項４】前記多元系は第１の融点を有する第１の
端成分と、第２の、より高い融点を有する第２の端成分
との間において連続的な混晶を形成し、前記多元系半導
体材料は、前記半導体バルク結晶の組成と一致する組成
または前記第２の端成分により近い組成を有することを
特徴とする請求項１記載の半導体バルク結晶の成長方
法。
【請求項５】前記原料供給層を前記融液と接触させる
工程は、前記種結晶形成工程において前記種結晶上に付
着する融液の残渣を溶融させることにより前記融液を形
成する工程を含むことを特徴とする請求項１〜４のう
ち、いずれか一項記載の化合物半導体バルク結晶の成長
方法。
【請求項６】前記半導体材料を融解させる工程と前記
原料供給層を形成する工程とは、前記半導体融液に前記
原料供給層と種結晶とを接触させる工程と前記半導体バ
ルク結晶を析出させる工程とが実行されるルツボと同一
の内径を有するルツボ中において実行されることを特徴
とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の半導体
バルク結晶の成長方法。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか一項に記載した
方法で成長された半導体バルク結晶を混晶半導体基板と
して使うことを特徴とする半導体装置の製造方法。