JPH02133395A - Ｉｎｐ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、化合物半導体単結晶特にＩｎＰ単結晶の製造
方法に関するもので、転位クラスターと呼ばれる結晶欠
陥密度の低減に利用して効果のある結晶育成技術に関す
る。

［従来の技術］ ■−■族化合物半導体であるＩｎＰ単結晶は、Ｇ　ａ　
Ａ　ｓ単結晶と同様Ｓｉに比べて高移動度であり、しか
も半絶縁性が得られるので、高周波ＦＥＴや発光ダイオ
ード等、種々の半導体デバイスの基板として着目されて
いる。ところで、ＩｎＰ単結晶基板には、転位クラスタ
ーと呼ばれる結晶欠陥が存在することが明らかになって
きた。この転位クラスターは、ツーバーエツチング液（
２Ｈ１Ｐ○、：ＩＨＢｒ）によって転位と共にａ察され
る。この種の転位クラスターの発生のメカニズムは明確
ではないが、何らかの不純物が核となり発生すると考え
られており、デバイス素子劣化の要因の一つとなる。

従来、工業的ｐベルで実施されているＩｎＰ単結晶の製
造方法の一つにＩｎＰ合成原料をるつぼに入れ、　Ｂ、
Ｏ，で封止して溶融させ、その表面に種結晶を浸漬して
回転させながら徐々に結晶を引キ上ケるＬＥＣ法（液体
封止チョクラルスキー法）がある。

［発明が解決しようとする課題］ 従来、ＬＥＣ法による単結晶育成において、転位密度を
低減させるには、引上げ後の結晶の冷却を徐冷によって
行なうのが有効であると一般に考えられており、ＩｎＰ
単結晶の製造においても、結晶引上げ後の冷却を３℃／
分程度のゆっくりした冷却速度で行なっていた。

しかしながら、このような方法では、転位クラスターが
十分に低減されないことが判明した。

一方、従来より、原料の高純度化、Ｂ、０．の純化等に
よってクラスター密度を低減する試みはなされているも
のの常にクラスターの少ない安定したＩｎＰ単結晶を工
業的なレベルで製造する技術は確立されていなかった。

本発明の目的は、クラスター密度の低いＩｎＰ単結晶を
安定して製造することができる単結晶製造技術を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ 上記のような問題点を解決するため、本発明は、第１の
手段として、Ｔ＝　Ｅ　Ｃ法による引上げ後の工ｎＰ単
結晶の冷却を、１０℃／分〜５０℃／分の速度で行なう
ようにした。

また、第２の手段として、るつぼ内の合成原料が溶融し
始めてから原料が完全に溶融するまでの時間を溶融時間
と定義し、この溶融時間を、原料の重量が大きいときは
重量が小さいときに比べて短くするように調整した。

すなわち、本発明者らは鋭意研究の結果、ＬＥＣ法によ
るＩｎＰ単結晶の育成の場合には、第１図に示すように
引上げ後の単結晶の冷却を２７℃／分のような比較的速
い冷却速度で行なう方が、従来のように３℃／分程度の
速度で徐冷した場合に比べてクラスター密度を大幅に低
減できることを見出した。

ところが一方において、原料の重量を多くして大きな結
晶を育成しようとすると、冷却速度を速くしても十分に
クラスター密度が低下しないことが明らかになった。そ
こで、その原因を究明すべく育成条件を色々変えてみた
結果、第２図に示すごとく、るつぼ内の合成原料が溶融
し始めてから完全に溶融が終了するまでの溶融時間が長
いほど、重量が少ないときに比べてクラスター密度の減
少効果が顕著に現われなくなることを見出した。

この発明は、上記のような知見に基づいてなされたもの
である。

なお、上記溶融時間は、例えばヒータによる加熱時の設
定温度を変えることで調節することができる。

［作用］ 上記した第１の手段によれば、冷却速度を速くした分だ
け、結晶内の不純物の拡散を抑えることができるように
なり、これによってクラスター密度のばらつきを抑え、
かつクラスター密度の低いＩｎＰ単結晶を安定して得る
ことができる。

また、上記した第２の手段によれば、融解前の固体Ｉｎ
Ｐ原料の表面が高温にさらされる時間を短くすることが
できるため、クラスターの核となると考えられるような
不純物が表面に付着するのを抑えることができ、これに
よって結晶全体に亘ってクラスター密度の低減を図るこ
とができる。

［実施例１］ 先ず、ＩｎＰ合成原料塊８５０ｇを石英製るつぼに充填
し、その上に封止剤としてＢ２Ｏ３を３００ｇ入れて炉
内に設置した後、炉内を約４０気圧のＮ２ガスで満たし
、るつぼ周囲に配置されたヒータへの給電を開始してお
よそ１７℃／分の速度で、ＩｎＰの融点（１０６２℃）
に向がって昇温させた。そして、るつぼ底が予め設定し
た融点よりも高い所定温度（１１００’ｃ）に達した時
点でこの温度を一定に保つようにヒータへ供給する電力
を制御した。このようなフィードバック制御を行うと、
ヒータへ供給される電力は第３図に示すように、るつぼ
が所定温度に達した時点（ｔ工）から約６０〜７０分開
栓々に減少し、原料の溶融が略完全に終了した時点（ｔ
２）でその電力が略一定に保たれるようになる。従って
、原料が溶融し始めてからヒータへの給電が一定になる
までの時間Ｔ　ｍ　ｄを計時すれば、溶融時間を知るこ
とができる。

次に、原料が完全に溶融した時点で、原料融液の表面に
種結晶を接触させ、相対回転させながら種結晶を引き上
げ、（１００）方向に沿って単結晶を成長させ、８５０
ｇに近い重量の結晶を育成し、その後、２７℃／分の冷
却速度で炉内を室温まで降温させた。

得られたＩｎＰ単結晶の上部と下部がらウェハを切り出
して、ツーバーエツチング液でエツチングを行なって表
面をｍ祭し、クラスター密度を測定した。その結果、結
晶の上部および下部ともにクラスター密度がほとんどゼ
ロに近いことが分かった。比較のため同じ量の原料をる
つぼに入れ、冷却速度のみ３℃／分とし、他の条件を同
じにして結晶の育成を行なった。その結晶についてクラ
スター密度を測定した結果を第１図に示す。

第１図より、８５０ｇ程度の小さなＩｎＰ単結晶をＬＥ
Ｃ法で育成する場合には、冷却速度を速くすることでク
ラスター密度を大幅に低減できることが分かる。

［実施例２］ 次に、るつぼ内へのＩｎＰ合成原料の仕込み量を増やし
１重量１１００ｇの原料をるつぼに充填してからＢ２０
．をのせ、Ｎ２高圧雰囲気中で゛加熱を開始し、るつぼ
底が原料仕込み量８５０ｇのときよりも高い所定の温度
（１１５０℃）まで達してからその温度を一定に保つべ
くヒータへの給電を制御することで、原料の溶融開始か
ら終了までの溶融時間を、第１実施例の６０〜７０分か
ら２０〜４０分に短縮した。その後、ヒータへの給電を
略一定に保って結晶の引き上げを行ない、１１００ｇに
近い重量の結晶を成長させてから第１実施例と同じ２７
℃／分の速度で冷却を行なった。

このようにして得られたＩｎＰ単結晶についてクラスタ
ー密度を測定したところ、結晶の上部から下部に亘って
、クラスター密度が略ゼロ近くまで低減していることが
分かった０重量の大きな工ｎＰ単結晶をＬＥＣ法で育成
する場合、原料の溶融時間が６０〜７０分のように長い
と、冷却速度を速くしても第２図に示すように、結晶上
部でクラスター密度が十分に低減されない、しかるに、
実施例のように溶融時間を短縮することにより、結晶全
体に亘ってクラスター密度を低減させることができる。

このようにクラスター密度が低下するのは、原料の重量
が多い場合には少ないときと同じ所定温度または同じ溶
融時間で原料を完全に溶融させようとすると、原料表面
が高温にさらされている時間が重量が少ない場合に比べ
て長くなり、クラスターの核となる何らかの不純物が原
料表面に付着するが、溶融時間が短いと不純物の付着が
少なくなるためと考えられる。

なお、上記実施例では、結晶引上げ後の冷却を２７℃／
分の速度で行なった場合の測定結果について述べたが、
冷却速度を１０℃／分〜５０℃／分とした場合にも略同
様の測定結果が得られた。

また、上記実施例では、石英製るつぼを用いてＩｎＰ単
結晶を育成した場合について述べたが、この発明はｐＢ
Ｎ（パイロリティック窒化ボロン）製のるつぼを用いて
ＩｎＰ単結晶を育成する場合にも適用することができる
。その場合の冷却速度は重量８５０ｇのとき２００℃／
時、溶融時間は約６０分とするのが良い。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明は、るつぼ内にＩｎＰ合成
原料と封止剤を入れ、ヒータによって加熱溶融させた後
、種結晶を接触させて回転させながら徐々に結晶の引上
げを行なう液体封止チョクラルスキー法によるＩｎＰ単
結晶の製造方法において、単結晶引上げ後の冷却を、１
０℃／分〜５０℃／分の速度で行なうようにしたので、
冷却速度を速くした分だけ、結晶内の不純物の拡散を抑
えることができるようになり、これによってクラスター
密度のばらつきを抑え、かつクラスター密度の低いＩｎ
Ｐ単結晶を安定して得ることができるという効果がある
。

またるつぼ内に予め充填する原料重量に応じて、重量が
大きいときは重量が小さいときに比べ溶融時間を短くす
るように調整したので、ＩｎＰ原料の表面が高温にさら
される時間を短くすることができるため、クラスターの
核となると考えられるような不純物が表面に付着するの
を抑えることができ、これによって結晶全体に亘ってク
ラスター密度の低減を図ることができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法により重量約８５０ｇのＩｎＰ単
結晶を育成したときの結晶内のクラスター密度の分布を
示すグラフ。 第２図は、本発明方法により重量１１００ｇのＩｎＰ単
結晶を育成したときの溶融時間とクラスター密度との関
係を示すグラフ、 第３図は、ヒータへの給電量の時間的変化と、るつぼ底
温度の変化を示すグラフである。 □時局 グー７ス７−乞ツ笑　（づ固／ｃｍ　　）手続補正書 （自発） １、事件の表示 昭和６３年特許願第２８８６３８号 発明の名称 ＩｎＰ単結晶の製造方法 補正をする者 事件との関係

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）るつぼ内にＩｎＰ合成原料と封止剤を入れ、ヒー
   タによって加熱溶融させた後、液体封止剤で覆われた融
   液表面に種結晶を接触させて回転させながら徐々に結晶
   の引上げを行なう液体封止チョクラルスキー法によるＩ
   ｎＰ単結晶の製造方法において、単結晶引上げ後の冷却
   を、１０℃／分〜５０℃／分の速度で行なうようにした
   ことを特徴とするＩｎＰ単結晶の製造方法。
2. （２）るつぼ内に予め充填する原料重量に応じて、溶融
   時間を調整することを特徴とする請求項１記載のＩｎＰ
   単結晶の製造方法。