JPH02212395A - 化合物半導体結晶の製造方法および製造装置 - 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、シーディング（種子つけ）後に引上げ法によ
り肩部形状の形成と初期成長を行い、その後は垂直凝固
法により所定の温度プロファイルによりルツボ内で結晶
を成長させる化合物半導体結晶の製造方法および製造装
置に関するものである。

〔従来の技術］ 融液からの結晶成長法のうちで縦型のものとして、引上
げ法（チョクラルスキー法）、カイロポーラス法、縦型
ブリッジマン法、縦型温度勾配凝固法等があげられる。

これらのうちで、引上げ法とカイロポーラス法は、シー
ドを融液の上部におき、そのシードを融液内に付着させ
、結晶を固化させる方法である。

引上げ法は、結晶を温度勾配のある方向に引き上げなが
ら、結晶を固化させていく方法であり、カイロポーラス
法は、シードをメルト（融液）に付着させ、そのシード
を冷却し続けることにより、結晶をルツボの中でそのま
ま固化させる方法である。

【発明が解決しようとする課題］ 上述した従来の各方法によって、ＩｎＰ　（燐化インジ
ウム）等の化合物半導体を結晶成長させる場合に、引上
げ法では、結晶の形状制御が難しかった。

また、カイロポーラス法では、シードを融液内に付着さ
せ、固化させようとしたときに、ＩｎＰ等が積層欠陥エ
ネルギーの小さい物質であるため、シード直下から双晶
が発生しやすく、単結晶化が難しかった。さらに、結晶
が融液温度付近に長時間さらされるため、転位の再配列
や集合、セル構造等が発生しやすく、高品質の単結晶が
得にくかった。

本発明の目的は、前述したカイロポーラス法と引上げ法
のもつ問題点をともに解決し、シーディング後の単結晶
化がしやすく、結晶の形状制御がいらない化合物半導体
結晶の製造方法および製造装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するために、本発明による化合物半導体
結晶の製造方法は、ルツボ内に化合物半導体の融液を収
容しその化合物半導体と不活性な不揮発性の液体封止剤
の融液で被覆し、前記化合物半導体の融液にその化合物
半導体の種子結晶を接触させたのち徐々に上方に引き上
げながら凝固させ、肩部形状を形成しながら結晶を所定
の直径に達するまで成長させる引上げ工程と、前記引上
げ工程で成長させた結晶をもとにして前記ルツボ内の融
液に所定の温度プロファイルを形成して固液界面の温度
勾配の移動により前記ルツボ内で前記融液を凝固させて
結晶を成長させる垂直凝固工程とから構成されている。

この場合、前記温度プロファイルは、融液帯の温度を融
点から融点子Ｔ℃（１０≦Ｔ≦２０）の範囲に設定し、
固液界面の温度勾配を２０°（／　ｃ　ｍ〜６０°Ｃ／
　ｃ　ｍに設定し、凝固帯の温度を融点から融点−３０
０℃の範囲に設定することができる。

また、本発明による化合物半導体結晶の製造方法は、不
活性ガスを充填して所定の圧力に加圧できる高圧容器と
、前記高圧容器内に収容され化合物半導体の融液をその
融液に不活性な不揮発性の液体封止剤の融液で被覆して
収容するルツボと、前記ルツボを固定するルツボ受が設
けられ上下に移動する支持軸と、前記ルツボの上方に配
置され先端に前記化合物半導体の種子結晶が取り付けら
れ上下に移動する引上セと、前記ルツボの外周に配置さ
れそのルツボの上下方向に所定の温度プロファイルを形
成するヒータとからなり、前記引上軸を降下させて前記
種子結晶を前記ルツボ内の化合物半導体の融液に接触さ
せ、前記引上軸を徐々に引き上げながら前記融液を凝固
させて肩部を形成し結晶を所定の直径に達するまで成長
させ、前記支持軸および前記引上軸を同時に移動させる
か、または前記ヒータの温度プロファイルを電気的に移
動して、前記ルツボに温度勾配を与え前記ルツボ内で前
記融液を凝固させて結晶を成長させるように構成されて
いる。

〔作用） 前記構成によれば、シーディング後は、引上げ法により
融液からシードを引き上げて、結晶の適切な肩部形状を
形成するので、単結晶化しやすくなった。

また、結晶が所望の直径に達したのちには、ブリッジマ
ン法もしくは温度勾配凝固法などの垂直凝固法によりル
ツボ内で結晶を固化させるので、結晶の形状がルツボの
形状で決定され、形状制御が不要になった。

〔実施例〕

以下、図面等を参照して、実施例につき、本発明の詳細
な説明する。

第１図は、本発明による化合物半導体結晶の製造装置の
実施例を示した図、第２図〜第５図は、同実施例装置の
動作を説明するための図、第６図は、同実施例装置に使
用されるルツボを説明するための図である。

高圧容器１は、３０〜５０気圧程度の加圧に耐えられる
容器であって、上側には引上軸２が設けられ、下側には
支持軸４が設けられている。

引上軸２は、上下方向の移動および回転ができる構造に
しである。この引上軸２の先端には、化合物半導体のシ
ード（種子結晶）３が固定されている。

支持軸４は、同様に上下方向の移動および回転ができる
構造である。支持軸４の上端には、ルツボ受５が固定さ
れている。ルツボ受５には、止めねじ６が設けられてお
り、ルツボ７が機械的な力を受けても動かないように締
め付は固定することができる。

ルツボ７には、化合物半導体の融液８が収容され、その
上側にはその化合物半導体と不活性で不揮発性のある液
体封止剤の融液９が化合物半導体の融液８を被覆するよ
うにして収容されている。

この実施例では、化合物半導体の融液８として燐化イン
ジウム（ＩｎＰ）のポリ原料を用い、液体封止剤の融液
９として酸化ホウ素ＣＢｔ　Ｏｓ　）を用いている。

ルツボ７の材質は、ＰＢＮ（熱分解形ボロンナイトライ
ド）、もしくは石英を用いることができる０石英を用い
た場合には、ルツボ７が融液８にぬれないようにするた
めに、内表面に粗面化処理を施すことが好ましい。

ルツボ７の形状は、円筒形のものであってもよいしく第
６図（ａ））、上部口径が広く下部口径が狭い錐形のも
のであってもよい（第６図う））。

ルツボ７の口径は、所望の単結晶の直径よりもやや広め
のもの、例えば、３インチの単結晶の場合には、３イン
チ＋α（α：５〜１０ｍｍ）程度の口径（底部の口径）
のものを用いることが好ましい、この理由は、結晶成長
後のルツボ７からの分離が容易にできるからである。

ルツボ７の外周には、多分割ヒータ１０が配置されてい
る。多分割ヒータ１０は、ルツボ７の移動域に、上下方
向に所定の温度プロファイルをもたせるように、多分割
されている。この実施例では、５分割のものを使用して
いる。この多分割ヒータ１０の外周には、さらに、温度
プロファイルを安定させるための熱遮蔽板１１が配置さ
れていつぎに、第２図〜第５図を参照して、本発明によ
る化合物半導体結晶の製造方法の実施例を、前述した製
造装置の動作に対応させて説明する。

この実施例では化合物半導体として燐化インジウム（Ｉ
ｎＰ）を用いた場合について説明する。

高圧容器１内に、アルゴンガスなどの不活性ガスを充填
して、３０〜５０気圧に加圧し、昇温中に、連発性元素
であるＰ（燐）が飛散しないようにする。

多分割ヒータ１０を用いて、ｌｎＰの融点１０６２°Ｃ
を越えるまでルツボ７内を加熱し、ＩｎＰのポリ原料を
溶かして融液８にする。

融液８を合成したのち、第２図に示すように、引上軸２
を下降して、引上軸２の先端に設けられたシード３を、
その融液８の中に浸したのち、第３図に示すように、引
上軸２によりシード３を回転させながらゆっ（り結晶８
Ａを引き上げ、自由空間で、結晶の肩部形状を形成させ
、単結晶化をはかる。結晶８Ａが、所望の直径（ルツボ
７の口径に近い）に到達したところで、引上軸２の上昇
を停止させるとともに回転を停止し、シード３の引き上
げおよび回転をゆっくりと停止する。

このとき、ルツボ７内は、多分割ヒータ１０により、第
３図（ｂ）に示したような温度プロファイルに制御しで
ある。温度プロファイルは、融液帯の温度を融点から融
点十Ｔ℃（１０≦Ｔ≦２０）の範囲とし、固液界面の温
度勾配を２０°（／　ｃ　ｍ〜６０’（／　ｃ　ｍとし
、凝固帯の温度を融点から融点−３００°Ｃの範囲とす
ることが好ましい、この実施例では、ｌｎＰの融点が１
０６２°Ｃであるので、融液帯の温度は、１０７０°Ｃ
−１０８０℃に設定し、固液界面の温度勾配は、１０℃
／ｃｍ〜２０℃／ｃｍに設定し、凝固帯の温度は、１０
４０　℃〜１０６０　℃に設定しである。

この状態で、第４図に示すように、引上軸２と支持軸４
を同時に、同じ速度で、上方向に移動させる。すなわち
、ルツボ７を温度勾配のある方向に押し上げて、引き続
き結晶を一定速度で成長させ、結晶を固化する。

結晶８Ａは、ルツボ７内で固化するようにしたので、直
胴部の直径が一定となり、特別な結晶の形状制御を行う
必要がない、また、この実施例のように、温度勾配が１
０°Ｃ／Ｃｍ〜２０°（／　ｃ　ｍと比較的小さい条件
で結晶を固化できるので、熱歪みが少なく、低転位の単
結晶を成長させることができる。

結晶８Ａの成長が終了したのちには、結晶８Ａをそのま
ま固めずに、液体封止剤の融液９が溶けている状態、例
えば６００　℃以上の高温中で、第５図に示すように、
引上軸２を上方向に移動させるとともに、支持軸４を下
方向に移動させ、ルツボ７から結晶８Ａを分離する。こ
のとき、結晶８Ａは、ルツボ７よりわずかに浮き上がる
程度、例えば、２ｃｍ程度離しておけばよい、このよう
にすれば、高温中でルツボ７と結晶８Ａを切り離すこと
ができるので、結晶成長終了後の結晶８Ａを極めて容易
に取り出すことができる。

第７図は、本発明による化合物半導体結晶の製造装置の
他の実施例を示した図である。

なお、第１図に示した実施例と同様な機能を果たす部分
には、同一の符号を付して説明する。

第１図に示した製造装置では、結晶８Ａの肩部を成形し
たのちに、ルツボ７を温度勾配のある方向に移動させて
、結晶８Ａを固化させる例を示したが、多分割ヒータ１
０を利用して、温度勾配を付けである部分を、第７図Φ
）の温度プロファイルに示すように、電気的にルツボ７
の上部方向から下部方向に移動させて、結晶８Ａを固化
するようにしてもよい。

この場合でも、固液界面の温度勾配は、１０℃／　ｃ　
ｍ〜２０°（／　ｃ　ｍと前述の実施例と同程度にすれ
ばよい。

以上説明した実施例にとられれることなく、種々の変形
ができる。

燐化インジウム結晶の製造について説明したが、他の化
合物半導体の製造にも適用できる。

〔発明の効果〕

以上詳しく説明したように、本発明によれば、シーディ
ング後の結晶成長の初期には、引上げ法により結晶の肩
部を成形して、所定の口径まで比較的低温度勾配で結晶
を成長させるので、垂直凝固法では双晶の発生しやすい
化合物半導体であっても、単結晶化がしやすく、結晶欠
陥の少ない化合物半導体の単結晶を製造することができ
る。

その後の成長工程では、ルツボ内で垂直凝固法により単
結晶を成長させるので、結晶の形状はルツボの形状によ
り決まり、形状制御を行う必要がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による化合物半導体結晶の製造装置の
実施例を示した図、第２図〜第５図は、同実施例装置の
動作を説明するための図、第６図は、同実施例装置に使
用されるルツボを説明するための図である。 第７図は、本発明による化合物半導体結晶の製造装置の
他の実施例を示した図である。 ｌ・・・高圧容器　　　　　　２・・・引上軸３・・・
シード　　　　　　　４・・・支持軸５・・・ルツボ受
　　　　　　６・・・ねじ７・・・ルツボ ８・・・化合物半導体の融液 ９・・・液体封止剤の融液 １０・・・多分割ヒータ　　　１１・・・熱遮蔽板出願
人代理人　弁理士　河　野　茂 同　　　　　　弁理士　鎌　１）次 第１図 ｔ＋叉η匈 第４区 第６ （ａ） 第７ （ａ） 第５区 （ｂ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ルツボ内に化合物半導体の融液を収容しその化合
   物半導体と不活性な不揮発性の液体封止剤の融液で被覆
   し、前記化合物半導体の融液にその化合物半導体の種子
   結晶を接触させたのち徐々に上方に引き上げながら凝固
   させ、肩部形状を形成しながら結晶を所定の直径に達す
   るまで成長させる引上げ工程と、前記引上げ工程で成長
   させた結晶をもとにして前記ルツボ内の融液に所定の温
   度プロファイルを形成して固液界面の温度勾配の移動に
   より前記ルツボ内で前記融液を凝固させて結晶を成長さ
   せる垂直凝固工程とから構成した化合物半導体結晶の製
   造方法。
2. （２）前記温度プロファイルは、融液帯の温度を融点か
   ら融点＋Ｔ℃（１０≦Ｔ≦２０）の範囲に設定し、固液
   界面の温度勾配を２０℃／ｃｍ〜６０℃／ｃｍに設定し
   、凝固帯の温度を融点から融点−３００℃の範囲に設定
   することを特徴とする請求項（１）記載の化合物半導体
   結晶の製造方法。
3. （３）不活性ガスを充填して所定の圧力に加圧できる高
   圧容器と、前記高圧容器内に収容され化合物半導体の融
   液をその融液に不活性な不揮発性の液体封止剤の融液で
   被覆して収容するルツボと、前記ルツボを固定するルツ
   ボ受が設けられ上下に移動する支持軸と、前記ルツボの
   上方に配置され先端に前記化合物半導体の種子結晶が取
   り付けられ上下に移動する引上軸と、前記ルツボの外周
   に配置されそのルツボの上下方向に所定の温度プロファ
   イルを形成するヒータとからなり、前記引上軸を降下さ
   せて前記種子結晶を前記ルツボ内の化合物半導体の融液
   に接触させ、前記引上軸を徐々に引き上げながら前記融
   液を凝固させて肩部を形成し結晶を所定の直径に達する
   まで成長させ、前記支持軸および前記引上軸を同時に移
   動させるか、または前記ヒータの温度プロファイルを電
   気的に移動して、前記ルツボに温度勾配を与え前記ルツ
   ボ内で前記融液を凝固させて結晶を成長させるように構
   成した化合物半導体結晶の製造装置。