JPH01212298A - 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］ この発明は、ＧａＡｓなどの化合物半導体単結晶を液体
封止チャクラルスキー法により製造する方法に関するも
のであり、特に結晶中に含まれるカーボン不純物濃度を
均一化して製造する方法に関するものである。

［関連の技術］ ＧａＡｓ結晶中に含まれるカーボンは、その結晶特性お
よびその結晶を基板として作製した場合のＦＥＴなどの
デバイス特性に、大きな影響を与えることが知られてい
る。したがって、結晶中のカーボン不純物濃度が不均一
であれば、その結晶特性やデバイス特性が不均一となり
、特性の良いデバイスを高い歩留りで作製することがで
きなくなる。

通常の液体封止チャクラルスキー法では、カーボンの偏
析係数に対応した偏析現象により、成長した結晶の頭部
から足部に向かって、カーボン不純物濃度が太き（変動
し、その結果、結晶の引上げ軸方向に大きな不均一性を
生じていた。

本出願人は、このような問題を解決する方法として、２
重るつぼを用い、外るつぼおよび内るつぼ内の原料とな
る融液を液体封止層に接触させたまま゛所定時間放置し
、内るつぼ内の融液中のカーボン不純物濃度ｎ、と外る
つぼ内の融液中のカーボン不純物濃度ｎ２との比α（＝
ｎ＋／ｎ２）が、１／Ｋ（Ｋ：カーボンの偏析係数）の
値になったとき、結晶成長を開始するという方法を出願
している。

ここで、原料となる融液を所定時間放置しておくだけで
、内るつぼと外るつぼとのカーボン不純物濃度比αが変
化するのは、融液中のカーボンが、液体封止層に含まれ
る水分と酸化還元反応を起こし、カーボンが酸化されて
融液から液体封止層に取込まれるからであり、このとき
の内るつぼと外るつぼにおけるカーボンの取込まれてい
く速度が異なるからである。すなわち、第２図に示すよ
うに、内るつぼ１内の融液３の体積は、外るつぼ４内の
融液５の体積に比べ小さいにもかかわらず、融液３は、
融液５が液体封止層６と接触する面積よりも、より大き
な面積で、液体封止層２と接触している。したがって、
融液３中のカーボンが液体封止層２に取込まれる速度は
、融液５中のカーボンが液体封止層６に取込まれる速度
よりも大きくなり、このため放置しておくと内るつぼ１
内の融液３のカーボン不純物濃度が、外るつぼ４内の融
液５のカーボン不純物濃度より徐々に小さくなり、所定
時間後にはカーボン不純物濃度比αを１／にとすること
ができる。

このような方法では、予め同一条件で予備実験を行ない
、カーボン不純物濃度比αが１／Ｋになるまでの所要時
間を決定しておけば、カーボン不純物濃度比αが１／Ｋ
になった時点を時間経過の測定により簡易に判断するこ
とができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、カーボンが液体封止層に取込まれ消費さ
れる速度には、ばらつきがあるため、時間経過の測定に
よる方法ではカーボン不純物濃度比αが厳密に１／Ｋに
なっていない場合がある。

特に、カーボン不純物濃度比αの変化速度が太きければ
大きいほど、カーボン不純物濃度比αの１／Ｋからのず
れが大きくなる。

この発明の目的は、このようなカーボン不純物濃度比α
の１／Ｋからのずれを小さくして、成長結晶中のカーボ
ン不純物濃度分布をより均一化することのできる製造方
法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明の製造方法では、外るつぼの液体封止層の含有
水分量と内るつぼの液体封止層の含有水分量゛とを異な
らせることにより、カーボン不純物濃度比αが１／にの
値となる速度を調整している。

［作用］ 第１図は、カーボン不純物濃度比αの変化速度の違いに
よるばらつきの影響を説明するための図である。第１図
において、Ａはカーボン不純物濃度比αの変化が遅い場
合を示しており、Ｂはカーボン不純物濃度比αの変化が
早い場合を示している。また、ＡまたはＢの両側に位置
する線は、カーボン不純物濃度比αの変化のばらつきの
範囲を示している。

第１図から明らかなように、カーボン不純物濃度比αの
変化速度の緩やかな方が、ばらつきの影響が小さくなる
。したがって、結晶成長開始時におけるカーボン不純物
濃度比αを１／Ｋにできるだけ近づけるためには、力、
−ボン不純物濃度比αの変化速度を小さくすればよい。

このためには、通常内るつぼ内の融液のカーボンの消失
速度を遅くシ、外るつぼ内の融液のカーボンの消失速度
を早くすればよい。内るつぼ内の融液のカーボンの消失
速度を遅くするには、内るつぼ内の液体封止材中の水分
含有量を減らし、また外るつぼ内の融液のカーボンの消
失速度を早めるためには、外るつぼ内の液体封止層の含
有水分量を多くすればよい。

第３図は、カーボン不純物濃度比αが１／にのときの結
晶成長方向ののカーボン不純物濃度分布を示している。

第３図に示されるように、カーボン不純物濃度分布比α
を１／にとすることにより、結晶成長方向にほぼ均一な
カーボン不純物濃度分布を有する結晶を得ることができ
る。したがって、上述したようにできるだけばらつきの
影響を小さくして、カーボン不純物濃度分布比αを１／
Ｋに近づけることにより、よりカーボン不純物濃度分布
比の均一な結晶を得ることができる。なお、結晶の足部
において、カーボン濃度が低下しているのは、成長終了
が近くなると、融液の量が減少して内るつぼが外るつぼ
の底部に当たり、２重るつぼの効果が得られなくなるか
らである。

［実施例］ 内径１５０ｍｍのＰＢＮ製の外るつぼに、液体封止剤と
して含有水分子ｆｉ２００ｐＩ）ｍのＢ２０゜を２７０
ｇ５ＧａＡｓ多結晶原料を５５００ｇ入れ、内径１２０
ｍｍのＰＢＮ製の内るつぼに、液体封止剤として含有水
分子ｆｉ５０ｐｐｍのＢ２０゜を４８０ｇ、ＧａＡｓ多
結晶原料を２００ｇ入れ、外るつぼおよび内るつぼをチ
ャンバ内に設置し、２０気圧のＮ２ガス雰囲気下で約１
３００℃まで加熱した。内るつぼおよび外るつぼ内にＧ
ａＡｓ原料の融液と８２０．が溶融した液体封止層が生
成した後、１２時間放置し、その後に種結晶を用いて結
晶成長を開始した。引上げ速度８　ｍ　ｍ　／　ｈｒで
、直径８０ｍｍの結晶を成長させた。その結果、長さ約
２１　ｃ　ｍｓ重量約５６００ｇのＧａＡｓ単結晶が得
られた。この単結晶中のカーボン濃度をＦＴ−ＩＲ法に
より測定したところ、第４図に示すように、固化率ｇ−
０，８３程度まで、カーボン不純物濃度分布が均一であ
ることが確認された。

なお、カーボンの偏析係数にはこの場合２．０であり、
上記の放置時間１２時間は、同一条件下で予備実験によ
り決定した放置時間である。また、同一条件で、１０回
繰返し単結晶を成長させたところ、すべて固化率ｇ−０
，８〜０．９まで均一なカーボン不純物濃度分布を有し
たものが得られた。

比較として、内るつぼおよび外るつぼ共に含有水分量１
１００ｐｐのＢ２Ｏ３を用いる以外は、上記の実施例と
同様にして、結晶成長させた（比較例）。この比較例に
より得られた単結晶についても、同様にＦＴ−ＩＲ法で
カーボン不純物濃度分布を測定し、第４図に併せて示し
た。この比較例との比較からも明らかなように、この発
明の方法に従う実施例により得られた単結晶は、非常に
均一なカーボン不純物濃度分布を有するものである。

この実施例では、化合物半導体単結晶として、ＧａＡｓ
単結晶を例示したが、この発明は他の化合物半導体単結
晶にも応用され得るものである。

【発明の効果］ 以上説明したように、この発明の製造方法によれば、結
晶成長開始の際の内るつぼ内の融液中のカーボン不純物
濃度ｎ、と外るつぼ内の融液中のカーボン不純物濃度ｎ
２との比αの、１／Ｋからのずれを小さくすることがで
き、このため成長結晶中のカーボン不純物濃度分布を均
一にすることができる。したがって、優れた結晶特性あ
るいはデバイス特性を与えることのできる高品質な結晶
を歩留りよく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の詳細な説明するためのカーボン不
純物濃度比αの変化を示す図である。第２図は、２重る
つぼ法における融液と液体封止層との接触状態を示す概
略断面図である。第３図は、カーボン不純物濃度比αが
１／にのときの結晶成長方向のカーボン不純物濃度分布
を示す図である。 第４図は、この発明の実施例における結晶成長方向のカ
ーボン不純物濃度分布を示す図である。 図において、１は内るつぼ、２は液体封止層、３は融液
、４は外るつぼ、５は融液、６は液体封止層を示す。 第１図 放置時間 第３図 癩 第４図 冊　　　　　　　　　固化率ｇ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）外るつぼと該外るつぼに通じる流通孔を有した内
   るつぼとから構成される２重るつぼに、それぞれ原料と
   なる融液を満し、融液の上にそれぞれ液体封止層を設け
   、前記内るつぼ内の融液から結晶を引き上げて成長させ
   る、液体封止チャクラルスキー法による化合物半導体単
   結晶の製造方法において、 前記内るつぼの液体封止層の含有水分量と前記外るつぼ
   の液体封止層の含有水分量とを異ならせることにより、 前記内るつぼ内の融液中のカーボン不純物濃度ｎ＿１と
   前記外るつぼ内の融液中のカーボン不純物濃度ｎ＿２と
   の比ａ（＝ｎ＿１／ｎ＿２）が、１／Ｋ（Ｋ：カーボン
   偏析係数）の値になる速度を調整する、化合物半導体単
   結晶の製造方法。