JPH01145395A - 化合物半導体単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液体封止カイロポーラス法（以下、ＬＥＫ法
と称する）による化合物半導体単結晶の製造方法に関す
る。

［従来の技術］ 一般に、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＣｄＴｅ等のｍ−
ｖ族およびＩＩ−ＩＶ族化合物半導体は、融点付近で高
い蒸気圧を有するために、原料融液上をＢ、Ｏ，等から
なる液体封止剤層で覆う液体封止法により単結晶の成長
が行なわれている。現在。

この液体封止法としては、液体封止チョクラルスキー法
（ＬＥＣ法）やＬＥＫ法等が知られている。

ＬＥＣ法は、結晶の成長とともに種結晶を引き上げてい
く方法であり、種付けにより結晶方位が制御可能で、ま
た高純度荀晶を得やすいため、工業化されているが、直
径制御が困難であって均一の直胴が得難く、また結晶成
長時の融液中の温度勾配が大きいため熱応力が大きくな
り転位密度が多いという欠点を有している。

これに対し、ＬＥＫ法は、結晶の引上げを行わず耐火性
るつぼ中で結晶成長を行なうために、成長結晶の直径は
るつぼ内径に依存する。そのため、直径制御が容易であ
るとともに、結晶成長時の融液中湿度勾配が数℃／ａｍ
であってＬＥＣ法に比して１桁小さいため、熱応力が小
さく、転位密度が少ないという利点を有している。

従来、かかるＬＥＫ法は、例えば第４図（ａ）および（
ｂ）に示すようにして行なわれていた。

第４図（ａ）および（ｂ）における結晶成長装置は、密
閉型の高圧容器１内に円筒状のヒータ２が配設されてお
り、このヒータ２の中央には、耐火性のるつぼ３が配置
されている。また、このるつぼ３は、その下端に固着さ
れた支持軸４により回転可能に支持されている。そして
、このるつぼ３中には、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ等の原料融液５
が入れられており、原料融液５の上面はＢ、Ｏ，等から
なる液体封止剤層６で覆われている。

一方、るつぼ３の上方からは、高圧容器１内に結晶引上
げ軸７が上下動かつ回転自在に垂下されており、この結
晶引上げ軸７によって種結晶を保持し、るつぼ３中の原
料融液５の表面に接触させることができるようになって
いる。また、高圧容器１の側壁上部には、高圧の不活性
ガスを導入するためのガス導入管８が接続されており、
高圧容器１内部の圧力を所定圧力とすることができるよ
うになっている。

従来のＬＥＫ法は、このような結晶成長装置において、
先ず、第４図（ａ）に示すように、結晶引上げ軸７によ
って種結晶を原料融液５中に浸漬してるつぼ３と引上げ
軸７を回転させながら引上げは行わずに単結晶を成長さ
せ、結晶９の成長終了後に、第４図（ｂ）に示すように
、結晶９を原料融液５から切り離すために液体封止剤層
６上方の高圧不活性ガス１０中に引き上げて冷却させる
ようにしていた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来のＬＥＫ法にあっては、高圧不
活性ガスで満たされた高圧不活性ガス１０中で結晶の冷
却を行うため、ガスの対流によって融点付近の温度であ
った結晶が急激に冷却されるので、結晶中の熱応力が大
きくなって転位を発生してしまった。従って１例えば、
Ｇ、Ｊａｃｏｂ。

ｒＡ　　Ｎ０ＶＥＬ　　ＣＲＹＳＴＡＬ　　ＧＲＯＷＴ
ＨＭＥＴＨＯＤ　　ＦＯＲＧａＡｓ：ＴＨＥＬＩＱＵＩ
Ｄ　　ＥＮＣＡＰＳＵＬＡＴＥＤ　　ＫＹＲＯＰＯＵＬ
Ｏ８ＭＥＴＨＯＤＪ　、Ｊ、Ｃｒｙｓｔ　　Ｇｒｏｗｔ
ｈ　　５８　（１９８５）４５５に記載されているよう
に、結晶９を成長軸と垂直に切断して円形ウェハとした
場合、第５図において実線１１で示すように、転位密度
の少ない部分では２ｘｌＯ”　〜３ｘｌＯ’個／ａＪテ
あってＬＥＣ法に比して１衝程度少なくなっているが、
多い部分では５　Ｘ　１０’個／ａＩｉの密度の転位が
生じており、ウェハの面内分布が著しく不均一となって
いた。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、
結晶中の転位密度を低減し、ウェハ面内分布を均一化で
きるような化合物半導体単結晶の製造方法を提供するこ
とを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記従来の問題点を解決するために１本発明は、高圧容
器内に配置した耐火性るつぼ中の原料融液上を液体封止
剤層で覆い、高圧容器内を高圧不活性ガス雰囲気とし、
原料融液に種結晶を浸漬して単結晶の成長を行なう化合
物半導体単結晶の製造方法において、単結晶の成長終了
後にその単結晶を液体封止剤層中に引き上げるとともに
、液体封止剤層中において液体封止剤層が固化する以前
の温度まで徐冷を行ない、その後単結晶を高圧不活性ガ
ス雰囲気中に引き上げて常温まで冷却することとしたも
のである。

［作用］ 上記のような化合物半導体単結晶の製造方法によれば、
結晶成長終了後に粘性が大きくかつ比熱が大きいため対
流の生じにくい液体封止剤層中で結晶が冷却されるので
、育成結晶の急冷が防止されるとともに、液体封止剤層
による浮力で結晶の自重による応力が緩和され、これに
よって、転位密度が低減され、かつウェハ面内分布が均
一化する。

［実施例］ （第１実施例） 第１図（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施例を示す
もので、結晶成長装置は従来と同一であるので第４図（
ａ）および（ｂ）と同一符号をもって示し、説明を省略
する。

まず、ＧａＡｓ多結晶１ｋｇを内径９６ｍの石英製のる
つぼ３に入れ、ヒータ２により加熱して炉内を１２４０
℃以上に昇温し、ＧａＡｓを融解させて原料融液５とし
た。このとき、原料融液表面を封止するＢ２０．からな
る液体封止剤層６の厚さを成長後の結晶が全て埋まるよ
うに３０ｍとし、ガス導入管８から例えばアルゴンガス
のような不活性ガスを導入し、高圧容器１内を３０気圧
のアルゴンガス雰囲気とした。

次に、第１図（ａ）に示すように、結晶引上げ軸７によ
って種結晶を原料融液５中に種付けし、るつぼ３を０．
５℃／ｈｒの割合で冷却しながら。

５０時間かけて結晶の成長を行なった。この際、結晶引
上げ軸７は６　ｒｐｍで回転させ、るつぼ３は３　ｒｐ
ｍで回転させた。

約５０時間経過後、結晶の成長を終了し、第１図（ｂ）
に示すように、結晶９を液体封止剤層６中に引上げ、液
体封止剤層６中で５℃／ｈｒの割合で約１０００℃まで
徐冷を行なった。

約４０時間経過後、第１図（Ｃ）に示すように、結晶９
を液体封止剤層６上方の高圧不活性ガス１０中に引上げ
、５００℃／ｈｒの割合で室温まで冷却した。このよう
にして得られた結晶は、フラットトップ形で、直径９０
ｍ、長さ２０＋ｎ、重量約７００ｇの単結晶であった。

本実施例で得た結晶を種付は位置から１１下側で切断し
た円形ウェハの転位密度を測定した。その結果を第２図
において実線１３で示す。第２図から判るように、ウェ
ハの転位密度は２　Ｘ　１０’〜５　Ｘ　１０３個／ｄ
であり、面内分布は均一であった。

（第２実施例） 第３図は、本発明の第２の実施例を示すもので。

液体封止剤層６の上面（高圧不活性ガス１０との界面）
から２〜３ｍ上方において液体封止剤層６を覆う熱遮蔽
板１４を昇降可能に設けた例である。

この熱遮蔽板１４は、高純度石英製で１周縁にフランジ
部１４ａを有し中心には種結晶が挿通されるに十分なだ
けの径の孔１４ｂが形成されている。

上記遮蔽板１４で液体封止剤層６の上方を覆って第１実
施例と同一条件、同一方法で結晶の成長を行なったとこ
ろ、得られた結晶は、直径９０瞳、長さ２５ｍ、重量約
８００ｇの単結晶であった。

本実施例で得た結晶９について第１実施例の場合と同様
にしてウェハを形成し、その転位密度を測定した。その
結果を第２図において実線１６で、示す。第２図から判
るように、熱遮蔽板１４を設けた第２実施例によるウェ
ハの面内分布は、第１実施例によるウェハの面内分布に
比べてより均一となった。すなわち、熱遮蔽板１４を設
けたことにより、高圧不活性ガス１０中の対流による原
料融液５内の温度ゆらぎが低減され、結晶の品質向上が
図られたものである。

なお、本実施例において使用する熱遮蔽板１４の材質は
、高純度石英に限らず、ＢＮ（窒化ボロン）、グラファ
イト等の耐熱性材料であって高純度のものであればよい
。

以上、２つの実施例においては、いずれも結晶成長後に
、不活性ガスに比べて粘性が大きくかつ比熱の大きな液
体封止剤中で結晶を徐冷しているため、高圧容器内のガ
ス中で冷却する場合のような対流が液体封止剤中に生じ
にくくなる。そのため、ガス中での冷却に比べて急激か
つムラの多い冷却が防止される。しかも、ガス中で冷却
した場合には、結晶の１重による物理的な応力が結晶に
加わるが、比重の大きな液体封止剤で冷却した場合には
、封止剤から受ける浮力によって結晶の自重による応力
も緩和される。その結果、結晶中の転位密度が減少され
、面内分布も均一となる。さらに、液体封止剤中で冷却
した場合には、結晶中からのＡｓ等の揮散も防止できる
。

なお、上記各実施例においては、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ多結晶
を原料とし、かつるつぼ３を石英製としたが、本発明は
かかる実施例に限定されるものではなく、高純度のＧａ
とＡｓとをｐＢＮ　（パイロリティック窒化ボロン）製
のるつぼに入れ、原料を直接合成させるようにしても良
い。このようにすることで、より一層結晶の高純度化を
図ることができる。

一方、各実施例において、結晶９を液体封止剤層６中で
徐冷する温度の下限は、約６００℃である。この温度以
下ではＢ２Ｏ３の粘度が大きくなり過ぎて結晶９を液体
封止剤層６中から切り離せなくなってしまうからである
。ただし、この限界温度は、液体封止剤層６の材料によ
って決定されるものである。

また、液体封止剤層６の厚さは成長後の結晶が全て埋ま
るように選ばれる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明の化合物半導体単結晶の製造方法
によれば、単結晶の成長終了時にその単結晶を液体封止
剤層中に引き上げるとともに２、液体封止剤層中におい
て徐冷を行ない、その後高圧不活性ガス中に引き上げる
こととしたので、結晶の急冷が防止され、結晶中の熱応
力が緩和されて、転位密度の低減が図れるとともに、ウ
ェハ面内分布が均一化する等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ本発明の
第１実施例における結晶成長過程、結晶成長後の徐冷過
程および結晶引上げ過程での結晶の状態を示す縦断面図
。 第２図は本発明の第１および第２実施例により得られた
ウェハの転位密度の面内分布を示すグラフ、 第３図は本発明の第２実施例を示す縦断面図、第４図（
ａ）および（ｂ）はそれぞれ従来の化合物半導体単結晶
製造方法における結晶成長過程および結晶冷却過程での
結晶の状態を示す各縦断面図、 第５図は従来法により得られたウェハの転位密度の面内
分布を示すグラフである。 １・・・・高圧容器、３・・・・るつぼ、５・・・・原
料融液、６・・・・液体封止剤層、７・・・・結晶引上
げ軸、８・・・・ガス導入管、９・・・・結晶、１４・
・・・熱遮蔽板。 第　　１　図 （ｂ） 第　　１　図 第　　２　図 つジノ＼寸Ｎ二ｆシｙ６す４シＥうｒぼｉｌ？Ｌ！−１
１７′斗Ｆ才コヒ、第　３　図 、第５図 なへ中にφらの！上方向１剖／４壕 第４図 手続補正書翰発） 昭和６３年　３月２”ｓ、ｉ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高圧容器内に配置した耐火性るつぼ中の原料融液
   上を液体封止剤層で覆い、高圧容器内を高圧不活性ガス
   雰囲気とし、原料融液に種結晶を浸漬して単結晶の成長
   を行なう化合物半導体単結晶の製造方法において、単結
   晶の成長終了後にその単結晶を液体封止剤層中に引き上
   げ、液体封止剤層中において液体封止剤層が固化する以
   前の温度までゆっくりと冷却を行ない、その後単結晶を
   高圧不活性ガス雰囲気中に引き上げて常温まで冷却する
   ようにしたことを特徴とする化合物半導体単結晶の製造
   方法。
2. （２）前記液体封止剤層の上方に熱遮蔽板を配設して液
   体封止剤中での徐冷を行うようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の化合物半導体単結晶の製造
   方法。