JPH01257195A - 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） 本発明は液体封止型チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）に
よる化合物半導体単結晶の製造方法に関し、特に、原料
全量を結晶として引きヒげるための結晶成長の制御法に
関する。

（従来の技術） 従来、ＬＥＣ法における結晶成長の終期は、結晶直胴部
育成時と同様に原料融液及び結晶を加熱するヒータ温度
を制御して結晶の直径を徐々に細（して結晶を融液から
切り離し、一定時間経過後に結晶の冷却を開始していた
。

（発明が解決しようとする課Ｂ） 上記の結晶成長終期の制御法では、るつぼ内融液の温度
分布は融液Ｔが少ないこともあって非常に不安定であり
、固液界面の融液温度が少し低（なり過ぎると、融液が
るつぼの底まで固化して、いわゆる結晶のるつぼ底付き
現象が発生しく第４図参照）、引きトげた結晶が落下し
たりする。また、融液温度が少し高すぎると、結晶が融
液から切れてしまい（第５図参照）、多量の原料をるつ
ぼ内に残すことになる。また、結晶を液体封止剤から完
全に抜き上げないで結晶の冷却を開始すると、引き上げ
結晶の下端に液体封止剤が固体で付着するために、引き
−Ｆげ結晶が落下したりする。

本発明は、上記の問題点を解消し、るつぼにチャージし
た原料全量を結晶として引き上げることを可能とした化
合物半導体中結晶の製造方法を提供しようとするもので
ある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、液体封止型チョクラルスキー法により化合物
半導体単結晶を製造する方法において、結晶の引き上げ
にともなう原料融液の減少に対応してヒータ温度を調節
しながら、一定速度で結晶の直胴部を引き」−げ、原料
融液の残Ｊｙがある値まで低下したときに、ヒータ温度
を固定゛し、その後引き上げ速度を徐々に上げることに
より、原料全量を結晶として引き上げることを特徴とす
る化合物半導体単結晶の製造方法である。

（作用） 以下、本発明をＧａＡｓ単結晶の育成を例に説明する。

第１図は本発明を実施するための化合物産導体単結晶製
造装置の概念図である。るっぽ２は高圧チャンバ容器１
内に下軸で支持する。

ＧａＡｓ原料融液３はるつぼ２に収容され、液体封止剤
であるＢｔＯｓ４により被覆されている。ＧａＡｓ１１
１結晶５は引き上げ軸６の先端に取り付けた種結晶を原
料融液３に浸した後徐々に引き上げることにより育成さ
れる。この引き上げ軸６は駆動装置７により引き上げら
れる。また、引き上げ軸６には、結晶重量センサー８が
設けられており、その検出信号は結晶成長制御装置９に
送られる。結晶成長制御装置９は上記の駆動装置７の引
き上げ速度及び回転速度を制御し、かつ、原料融液３及
び引き上げ結晶５を加熱するヒータ１（Ｊの温度を制御
する。

結晶が成長して原料融液の残量が少なくなると、原料融
液の温度が非常に不安定になり、その結果として結晶の
形状制御も難しくなる。従来法では、この温度を制御す
ることによって結晶の抜き上げを実施していたので、上
記の問題が発生した。そこで、本発明では原料融液の残
１’；ｌを、引き上げ結晶の重量を測定することにより
求め、結晶形状の温度制御が難しくなる時点を結晶重量
で判定し、その時点以降は融液温度を一定にし、結晶の
引き上げ速度を制御することにより結晶の抜き上げを行
い、結晶尾部を形成する。結晶尾部の形状は、結晶の直
径を徐々に細くすることが好ましく、上記の時点以降は
引き上げ速度を徐々に増加させる。なお、引き上げ速度
の増加は、原料融液の残量、即ち、結晶重量に応じて２
段階に行うことが好ましい。

第２図はこの間の制御の内容を模式的に示した図である
。結晶形状の温度制御が難しくなる時点に対応する結晶
重量を第１の基準値Ｗ、とし、引き上げ結晶の重量がＷ
、になるまでは、ヒータ温度を徐々に下げながら一定の
引き上げ速度■１で結晶の直胴部を形成し、次いでヒー
タ温度をＴ、に固定して引き上げ結晶の重量がＷ。

になるまで徐々に引き上げ速度をｖｔまで増加させ、そ
の後引き上げ速度を更にＶ、まで増加して結晶の抜き上
げを行う。このＷ、、Ｗ、。

Ｖ、、Ｖ３の値は原料のチャージ量により決定されるが
、Ｗ、は原料チャージ電の９１〜９５％の値、Ｗ、は９
６〜９８％の値が好ましく、■、はＶ、）１．５〜１．
８倍、また■３はＶ、（７）１．８〜２．２倍程度が好
ましい。このようにして、チャージした原料全量を結晶
として引き上げることができる。

また、引き上げ結晶の重量がＷ、に達した時点より、結
晶成長制御装置９で中位時間当たりの結晶重量の増加量
をモニターして、その値が基準値ＤＷ以下となった時点
で結晶の冷却を開始する。例えば、１０〜３０分間の結
晶型ｆｉｔの増加量が０．１ｇ／分以下となった時点を
選択することが好ましい。このようにして、原料融液及
び液体封止剤から結晶を完全に抜き−にげたことを確認
することができる。

（実施例１） 第１図の装置を用いてＧａＡｓ半導体単結晶を製造した
。内径１５４■、深さ１４０ｍのｐＢＮ製丸底るつぼに
ＧａＡｓ多結晶原料を４５００ｇ、液体封止剤としての
Ｂ、０３を６００ｇチャージしてチャンノく内に設置し
、Ｌガスで２５ａｔ＊ｌこ加圧して約１３００℃まで加
熱し、多結晶原料及び液体封止剤を完全に溶融した後、
引き上げ速度６■／ｈｒで直径９０■の結晶を育成した
。引き上げ結晶重量が４２５０．に達した時点、即ち、
原料融液残量が２５０ｇに達した時点からヒータ温度を
一定に保つとともに、引き上げ速度を毎分０．１−０．
５■／ｈｒずつ徐々に増加してｌＯ■／ｈｒまで変化さ
せた。さらに、結晶重量が４３５０ｇに達した段階、即
ち、原料融液残１が１５０ｇに達した段階でさらに引き
上げ速度を毎分０．１〜０．５■／ｈｒずつ変化させて
１２■／ｈｒまで増加させた。そして、この時点から中
位時間当たりの結晶重量の増加量をモニターして１０分
間の増加量が０．０５ｇ／分以下になった時点から２０
０℃／ｈｒで結晶の冷却を開始した。その結果、結晶の
るつぼ底付き現象を起こすことなく、きれいな尾部形状
を有する結晶を育成することができた。引き上げ結晶の
重量は４４９４ｇであり、チャージした原料をほぼ全量
を結晶として引き上げることができた。固化率０．０９
における結晶の比抵抗は４．２Ｘ１０’Ωｃ箇であり、
移動度は５．８ｘ１０　’　ｃｍ″／Ｖｓｅｃであった
。また、同化率０．９３における結晶の比抵抗は１．８
ＸＩＱ’Ｑ　Ｃ■であり、移動度は４．２ＸＩＯ’ｃｍ
　”／Ｖｓｅｃであった。この間のヒータ温度と結晶直
径の実測値を第３図として示した。

（実施例２） 実施例１と同様の条件で、３０１０ｇのＧａＡｓ多結晶
原料をチャージして直径６０■の結晶を引き上げ速度８
■ハｒで育成した。結晶重量が２７５０　ｇに達した時
点からヒータ温度を一定にして引き上げ速度を徐々に１
２ｍｍ／ｈｒまで増加し、さらに、結晶重量が２９００
ｇに達した時点から引き上げ速度を１５■／ｈｒまで増
加させた。その後、結晶重量のＩＯ分間当たりの増加量
が０．０５ｇ／分以下となった時点で冷却を開始した。

得られた結晶の重量は３００３　ｇであり、チャージし
た原料をほぼ全量引き上げることができた。

（発明の効果） 本発明は、上記構成を採用することにより、チャージし
た原料をほぼ全量結晶として引き上げることができるよ
うになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための化合物半導体単結晶の
製造装置の概念図、第２図は本発明の引き上げ速度とヒ
ータ温度の制御についての説明図、第３図は実施例１に
おけるヒータ温度と結晶直径についての実測値を示した
グラフ、第４図は結晶のるつぼ底付き現象の説明図、第
５図は引き上げ結晶が途中で切れた状態を示した説明図
である。 第１図 Ｗ＋　　　　　Ｗ２　　　ｅ晶Ｉｔ 第３図 第４図　　　　　　第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体封止型チョクラルスキー法により化合物半導
   体単結晶を製造する方法において、結晶の引き上げにと
   もなう原料融液の減少に対応してヒータ温度を調節しな
   がら、一定速度で結晶の直胴部を引き上げ、原料融液の
   残量がある値まで低下したときに、ヒータ温度を固定し
   、その後引き上げ速度を徐々に上げることにより、原料
   全量を結晶として引き上げることを特徴とする化合物半
   導体単結晶の製造方法。
2. （２）原料融液の残量がチャージ量の５〜９％から２〜
   ４％まで低下する間に引き上げ速度を直胴部形成時の引
   き上げ速度の１．５〜１．８倍まで徐々に上げ、その後
   さらに１．８〜２．２倍まで徐々に上げることを特徴と
   する特許請求の範囲（１）記載の化合物半導体単結晶の
   製造方法。
3. （３）原料融液の残量がチャージ量の２〜４％まで低下
   した後、引き上げ結晶の重量増加を測定し、１０〜３０
   分間の増加量が０．１ｇ／分以下となったときに、結晶
   が液体封止剤から完全に抜き上がったものと判断し、そ
   の後、結晶の冷却を開始することを特徴とする特許請求
   の範囲（１）又は（２）記載の化合物半導体単結晶の製
   造方法。