JPH01164790A - 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、半導体単結晶の製造方法に関するものである
。

［従来の技術］ 例えばＧａＡｓ等の化合物半導体単結晶を引」二法によ
り製造する場合、その重要な要素として、原料の純度、
製造環境の条件、原料の動的条件等かあげられる。高品
質の単結晶を成長させるためには、これらの諸条件を満
足させる必要かある。

現在、半導体単結晶インゴットか出来にくい理由は、こ
れらの諸条件を加味した最適条件の把握か困難なためで
ある。

現在行なわれている日常の条件設定としては、ヒータと
るつぼ間の高さ位置関係や、単結晶の引上速度、温度勾
配と温度分布状態等をコントロールしながら引き上げ操
作を行なっている。

また、最近では、引上げ装置における、るっは軸と単結
晶成長用のシート引上軸とを非同心軸状に配置する試み
もなされている。この方式は、シート引上軸をるつほに
対し偏心させて配置するもので、シート引上軸の単結晶
引上個所がるつぼ上面の中心よりずれた位置にて行なう
もので、次のような利点を有する。

すなわち、引上炉の運転時には、るつぼ中の融液（結晶
材料）は加熱されて対流を起こし、対流の攪拌作用によ
って融液の温度の均一化を図っているが、融液上部の中
心よりずれたるっは内周付近には対流が及ばず低帯域が
有り、これが融液の温度分布を不均一化する一因となっ
ている。この場合、前述した如くシート引」二軸の単結
晶引上個所をるつぼ中心よりずれた位置で行なうと、回
転するるつぼとシート引上軸の単結晶との相対的な回転
刃により、融液の低帯域を攪拌するもので、融液の温度
均一化の向上を図り得る。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしなから、前述した如くシート引上軸をるつほに対
し偏心させた場合には、次のような改善すべき点があっ
た。

すなわち、シート引上軸をるつぼより偏心させた場合に
は、シート引上軸単結晶引上個所の位置もるつぼ中心よ
りずれる。この場合、半導体単結晶引上個所とるつほの
周囲に配置される加熱用ヒータ各部位との位置関係は、
全方位が等距離でなくなり、そのためるつは周囲のヒー
タの発熱量を一様にすると、単結晶用」二個所の周囲の
温度か不均一となる。このような温度の不均一は、特に
引」一過程にある単結晶と融液との界面周りの温度分布
に不均衡が生し、単結晶成長を阻害する要因となる。従
来は、この点につき充分な配慮がなされていなかった。

本発明は以」二の点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、結晶材料たる融液中の温度分布及
び引上げ成長過程にある単結晶周辺の温度分布を均一化
することにより、半導体単結晶を良好に成長させ、ひい
ては、単結晶品質の向上を図り得る結晶製造方法を提供
することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的は、半導体結晶材料を収容するるつぼの周囲に
ヒータを配し、このヒータの熱で半導体結晶材料を溶融
し、前記るつぼを回転させつつ溶融した半導体結晶材料
をシート引上軸にて引き上げて、半導体単結晶を成長さ
せる半導体単結晶製造方法において、前記シート引上軸
を前記るつぼの中心に対し偏心させて配置し、この偏心
位置にて半導体単結晶の引上げ成長を行ない、且つ前記
るつぼの周囲に配置されるヒータは、前記半導体単結晶
の引」−個所から距離が離れるほど発熱量を大きくし、
距離が近づくほど発熱量が小さくなるようヒータ各部位
の発熱量分布を調整して、前記ヒータと前記半導体単結
晶引上個所との距離的不均衡に基づく前記半導体単結晶
引上個所の周辺温度分布の不均一を補正し、この補正さ
れた温度分布状態にて半導体単結晶を成長させることで
達成される。

［作　用］ このような半導体単結晶製法によれば、シート引上軸を
るつほに対し偏心させて配置することにより、るつは内
の融液（結晶祠料）の攪拌効果を助長して融液温度分布
の均一化を図る他に（この点についての作用は、従来技
術でも述べたので、詳細は省略する）、課題とされてい
た半導体単結晶周辺の温度分布の不均一を次のようにし
て補正できる。

すなわち、本発明では、半導体単結晶引上個所かるつぼ
に対し偏心して、るつぼ周囲に配置されるヒータの各部
位と半導体単結晶引上個所との間に距離的な不均衡が生
じても、その距離に合せてヒータ各部位の発熱量分布を
調整する。具体的には、半導体単結晶引上個所から距離
が離れるヒータ部位はど発熱量を大きくし、距離が近づ
くほど発熱量を小さくする。このようにすれば、ヒータ
各部位からの距離と発熱量とで定まる半導体単結晶引上
個所の周辺温度をほぼ均一にすることができる。すなわ
ち、ヒータと半導体単結晶引上個所との距離的不均衡に
基づく半導体単結晶引上個所の周辺温度分布の不均一を
補正し、均一化された温度分布状態にて半導体単結晶を
引上げ成長させることができる。その結果、半導体単結
晶を良好に成長させて、半導体結晶の品質の向上化を図
り得る。

［実施例コ 本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

第１図はは本発明の単結晶製造方法を具現化したＬＥＣ
法引上装置を表わす縦断面図、第２図は第１図の主な部
分についての横断面図である。

第１図において、１は高圧容器（引上炉）で、高圧容器
１内には、かご形のグラファイトヒータ２）サセプタ５
、るつぼ６、シート引上軸９等がか配置されている。

るつぼ６は、るつぼ軸６ａの回転力を入力して回転する
。また、るっは６の内部には、半導体の結晶材料（原料
メルトで例えばＧａＡｓ）７が収容され、結晶祠料７は
グラファイトヒータ２により加熱され、溶融される。８
は例えばＢ　２０３等よりなる封止剤である。

シート引上軸９は、るっは６の上方に回転可能に配置さ
れるか、本実施例では、シート引上軸９とるつは軸６ａ
とが非同心軸状態にある。すなわち、シート引上軸９は
、るつぼ６に対し偏心して配置されている。

１０は単結晶のシートで、引上軸９の先端に取付けられ
ている。１１は、引上成長過程時の半導体単結晶である
。

グラファイトヒータ２は、るつぼ６の周囲に配置されて
いる。本実施例かでは、このグラファイトヒータ２に本
発明を具現化するための構造的な配慮がなされている。

すなわち、かご形グラファイトヒータ２の側面には、第
１図及び第２図に示すように、ヒータ各部位に符号２１
〜２５．３１〜３５，４１．４２に示すような貫通孔が
配設されている。この孔の大きさによって、クラファイ
トヒータ２の各部位におけるヒータ電流有効断面積が異
なる。従って、ヒータ２内を流れる電流密度も孔の大き
さにより変化し、ひいては発熱量も変化する。

本実施例では、ヒータ２の孔の配列及び大きさを次のよ
うにしである。

先ず配列としては、孔２１〜２５．孔３１〜３５、孔４
１．孔４２（孔４１．４２は孔２１〜２５、孔３１〜３
５同様に縦に５個配設されている）が夫々、ヒータ２１
の周方向に９０°間隔で配設されている。そして、偏心
状態にあるシート引上軸９の単結晶１１　（単結晶引上
個所）に対し最も近い位置に孔２１〜２５が配設され、
孔２１〜２５の孔径を他の孔に較べ最も小さくしている
。

孔４１及び４２は、単結晶１１に対し２番目に近い位置
にあり、その孔径を２番目に小さくしている。孔３１〜
３５は単結晶１１に対し最も離れた位置にあり、その孔
径を他の孔に較べ最も大きくしている。

このように孔径を設定した場合、ヒータ各部位の電流の
有効断面積は、孔径が最も小さい孔２１〜２５のあるヒ
ータ部位が最も小さく発生する熱量も小さい。これに対
し、孔径が最も大きい孔３１〜３５のあるヒータ部位の
電流有効断面積が最大となり発生する熱量が最大となる
。また、孔４１．４２のあるヒータ部位は、最小と最大
の間にある電流有効断面積（発熱量）となる。換言すれ
ば、単結晶１１と各ヒータ部位との距離が離れるほどヒ
ータの発熱量が大きくなる。これらの発熱量分布を孔の
番号に対応させて表わせば、２１＜４１＜３１．２１＜
４２＜３１となる。なお、この孔の大きいひいては発熱
量の分布は、発熱源（ヒータ部位）からの距離と発熱量
とで定まる半導体単結晶１１の周辺温度が均一となるよ
うにし、孔径及び発熱量分布を予め調整しである。

しかして、このような装置を用いて半導体単結晶の製造
を行なう場合には、次のようにして行なわれる。

基本的には、るつは６を回転させつつ、引上軸９も回転
させ、シート１０に溶融状態の結晶材料７をつけて引き
上げ成長させるものである。また、［従来の技術］の項
で”も既述したように、るつぼ６内の融液７は熱対流に
より攪拌される。そして、熱対流の及ばない溶融上部の
一部（第１図のＸ印で示す部分）も偏心状態にある単結
晶１１とるつは６の相対的回転により攪拌され、融液７
自身の温度分布の均一化が図られる。

また、本実施例では、グラファイトヒータ２の各部位に
おける発熱量分布を、ヒータ各部位と単結晶１１との距
離に合せて調整することにより、単結晶１１の引上個所
周辺の温度分布を均一化させているので、最適な温度環
境条件にて半導体単結晶を引き上げ成長させることがで
きる。従って、本実施例によれば、半導体単結晶を良好
に成長させて、半導体単結晶の品質の向上化を図り得る
。

なお、上記実施例では、グラファイトヒータに設ける孔
の配列、大きさでヒータの発熱量分布を調整するが、孔
に代わり、ヒータ側面を凹部の形状にしてもヒータ各部
位の電流有効断面積を変え、ひいては発熱量を変化させ
ることができる。この孔や凹部は、丸形、四角形、楕円
形等、その形状は任意に設定すれはよい。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、るつほに対しシート引上
軸が偏心状態にある引上方式の単結晶成長装置において
、結晶材料たる融液中の温度分布及び引上げ成長過程に
ある単結晶周辺の温度分布を均一化することにより、半
導体単結晶を良好に成長させ、ひいては半導体単結晶の
品質の向上化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体単結晶製造方法を具現化した装
置の一例を示す縦断面図、第２図はその要部の横断面図
である。 ２：グラファイトヒータ、 ６：るつぼ、 ６ａ：るつは軸、 ７：半導体結晶材料、 ９、シート引上軸、 １０　：シート、 １１：半導体単結晶、 ２１〜２５．３１〜３５゜ ４１．４２：ヒータ発熱量調整手段（孔）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体結晶材料を収容するるつぼの周囲にヒータ
   を配し、このヒータの熱で半導体結晶材料を溶融し、前
   記るつぼを回転させつつ溶融した半導体結晶材料をシー
   ト引上軸にて引上げて、半導体単結晶を成長させる半導
   体単結晶製造方法において、前記シート引上軸を前記る
   つぼの中心に対し偏心させて配置し、この偏心位置にて
   半導体単結晶の引上げ成長を行ない、且つ前記るつぼの
   周囲に配置されるヒータは、前記半導体単結晶の引上個
   所から距離が離れるほど発熱量を大きくし、距離が近づ
   くほど発熱量が小さくなるようヒータ各部位の発熱量分
   布を調整して、前記ヒータと前記半導体単結晶引上個所
   との距離的不均衡に基づく前記半導体単結晶引上個所の
   周辺温度分布の不均一を補正し、この補正された温度分
   布状態にて半導体単結晶を成長させることを特徴とする
   半導体単結晶の製造方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記ヒータは、
   かご形のグラファイトヒータよりなり、且つ、前記ヒー
   タ発熱量の調整は、前記グラファイトヒータの側面に貫
   通孔又は凹部を設け、この貫通孔、凹部の大きさ、数の
   少なくとも一つを種々変えて、前記グラファイトヒータ
   側面の各部の電流密度を変えて行なうように設定してな
   る半導体単結晶の製造方法。