JPH0316994A - 化合物半導体単結晶成長方法 - 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、単荀晶製造技術さらには液体封止高圧引上げ
法（以下、ＬＥＣ法と称する）による化合物半導体単結
晶の製造方法に関し、特に炭素濃度が低くかつばらつき
の少ないＧ　ａＡ　ｓ単結晶の製造に利用して効果的な
技術に関する。

［従来の技術］ ＧａＡｓやＩｎＰのような化合物半導体単結晶の製造方
法として、溶融Ｂ２０３などでるつぼ内のうＬＥＣ法が
工業的に実施されている。ＬＥＣ法では、ヒーターや熱
遮蔽体としてグ２ファイト等のカーボン材が用いられて
おり、このようなカーボン材を用いた単結晶引上げ装置
では、育成された単結晶中に高濃度の炭素が含有される
ことが知られている。結晶中に炭素が含まれるのは、封
止剤としてのＢ２０３の一部が分解して０２が発生し、
この０２がカーボン製炉材と反応してＣ○やＣＯ２ガス
となりこれがＢ２０３中に侵入して分離して炭素となり
原料融液を汚染するためと考えらむる。

育或結品中に取り込まれた炭素は４浅いアクセプタとし
て作用するが、従来の製造技術ではその濃度を一定にで
きないため、．結晶の電気的特性やイオン注入後の活性
化率が不均一になるという間題があった。

従来、ＬＥＣ法で育成されたＧ　ａ　Ａ　ｓ単結晶中の
炭素濃度を減らす方法として、■引上げ装置に使用され
るカーボン材を減らしたり、カーボン製炉材を織布材か
らソリッｌ＜材に変更する方法や、■カーボン製炉材を
ＡＱＮ膜でコー１・シたり（稲田知己他ｎ　ＬＥＣ法半
絶縁性Ｇ　ａ　Ａ　ｓにおけるカーボン化の検討、応用
物理学会１９８６年春季第３３回応用物理学会関係連合
講演会）、■高圧合成後パブリングする方法（特公昭６
　０−６　！３１　８号公報）が試みられている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記■のカーボン材を減らしたりカーボン
材料を変更する方法は、結晶育或過程における適正な温
度環境を実現する上で限界がある。

また、上記■のカーボン表面にコーティングする方法は
、ヒーター電極などコーティング不可能な部分があり、
またＢＮ，ＡＱＮなどのコーティングは高価であるため
大きな炉材には適用が困難であるだけでなく、実際にＢ
Ｎコートしたヒーターを用いて実際に結晶或長を行なっ
ても、戊長方向の炭素濃度を十分に均一化することはで
きないことが本発明者らの実験によって明らかになった
。

さらレこ、上記■のバブリング方法では、融液中に合戊
されなかった不純物（炭素や過剰砒素）を含右し、また
融液の均質化が十分になされないために、パブリンク処
理を行なっても完全には不純物を除去できない。

このように以」―の方法は、いずれも、炭素濃度は低下
するものの依然として戊長方向の濃度差があり、ＩＣ用
基板に要求される低炭素濃度で且つ成長方向の炭素濃度
の均一な結晶を歩留まりよく製造することはできなかっ
た。

本発明は、」二記問題点に着目してなされたものでその
目的とするところは炭素濃度が低く且つ均一性の高い化
合物半導体単結晶の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］ 本発明者は、ヒーター等の炉材の素材を変えずに炭素濃
度を減らせないか鋭意検討した結果，ヒ−３− ーター等のカーボン製炉材のかさ密度を変えることによ
って炉材から発生するｃＯガスを減らせるのではないか
との着想を得た。そこで、結晶引上げ装置を用いて育戊
時とほぼ同一の条件でカーボン材のかさ密度を種々変え
て単位時間当り発生する炉内ＣＯガス濃度を測定した。

その結果、両者には第１図に示すような相関があり、か
さ密度を高くすることによって炉内発生ＣＯガスを減ら
すことができることを見出した。

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
５単結晶引上げ装置を構戊するヒーターや熱遮蔽体等の
カーボン製炉材として、かさ密度が１　．　７　５　ｇ
／ｃｎ？以上、好ましくは１．８０ｇ／ｃｍ３以上の等
方性高密度黒鉛を用いることを提案するものである。

［作用］ カーボン製炉材の材料としてかさ密度１．７５ｇ　／　
ａｎ？以上の等方性黒鉛を用いると単位時間当りの炉内
ＣＯガス発生量を１０ｐｐｍ／ｈｒ以下に抑えることが
でき、これによって結晶引」二げ開始時と一４ 終了時の炉内ＣＯガス濃度の変化を小さくすることがで
き、低濃度でしかも成長方向に沿って均一な炭素濃度の
単結晶を育或することができる。

なお、カーボン製ヒーターあるいは熱遮蔽体のいずれか
一方のみ、かさ密度を１．７５ｇ／ｃ＋Ｖ以上とすれば
単位時間当りのＣＯガス発生量を小さく抑えることが可
能であるが，両者ともかさ密度１．７５ｇ／ｃＪ以上の
カーボン材としたほうが効果的である。

［実施例コ 第２図には本発明方法に使用した単結晶成長装置の一例
を示す。

この実施例の結晶或長装置は、密閉型の高圧引上げ炉１
内にるっぽ２が支持軸３により回転可能に支持され、る
つぼ２の周囲にカーボン製ヒーター４が配置されている
。そして、ヒーター４の外側には同じくカーボン製の熱
遮蔽体５が配置されているとともに、るっぽ２の上方か
らは下端に種結晶を有する引上げ軸６が垂下されている
。なお、るつぼ２内には原料とともに封止剤を入れるよ
うになっており、原料融液７の表面をＢ２０，からなる
液体封止剤８によって封止した状態でＧ　ａ　Ａ　ｓ単
結晶の引上げが行なわれるようにされている。

この実施例では，上記ヒーター４およびヒーター回りの
熱遮蔽体５として、かさ密度が１．８０ｇ／ｃｍ３のカ
ーボン材を用いた。

上記高圧単結晶引上げ装置を用いて、Ｌ　Ｅ　Ｃ法によ
りＧ　ａ　Ａ　ｓ単結晶を育威した。Ｇ　ａ　Ａ　ｓの
原料として、７Ｎ　（９９．９９９９９％）の高純度Ｇ
ａ，Ａｓを直径６インチのｐＢＮ製るつぼに入れ、その
上に封止剤となるＢ２０，をのせ、高圧引上げ炉内にセ
ットした。高圧引上げ炉内をＡ’ｒガスで置換してから
、３０ｋｇ／ｃＪの圧力を加え、４６０℃に昇温し、Ｂ
２０３を溶融した後、６００〜７００℃まで昇温してＧ
　ａ　Ａ　ｓ多結晶を合成した。

そのまま炉内を１４００℃までさらに昇温してＧａ　Ａ
　ｓ多結晶を溶融させてから高圧引上げ炉内の圧力を２
０ｋｇ／ｃｍ３まで徐々に減圧した後、るつぼ内の融液
に種結晶をつけてＧ　ａ　Ａ　ｓ単結晶を引上げた。Ｇ
　ａ　Ａ　ｓ単結晶育成開始および終了時にそ？ぞれ炉
内ＣＯガス濃度を測定したところ１００ｐｐｍと３　０
　０　ｐｐｍであった。

こうして、引上げた単結晶中の炭素濃度はシード側で３
．５Ｘ１０１ｓｃｍ　’、テール側で３．４×１０１″
ｃＩｎ−３であった。同様の方法で本発明を適用しなか
った場合（カーボン製炉材のかさ密度１．７ｇ／ａ＆）
には、高圧引上げ炉内のＣ○濃度は大きく増加し、結晶
育或終了後には、およそ６００〜７００ｐｐｍ、時には
ｌｏｏＯｐｐｍを超えることもあった。このような場合
の単結晶内の炭素濃度はシード側、テール側でそれぞれ
、３．２×１０１″′■■■一’，６．７Ｘ１０”舖−
３であり、高速集積回路素子用基板としては実用に耐え
ぬものであった。

なお、上記実施例では、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ単結晶の成長を
例にとって説明したが、この発明はＧａＡｓに限定され
ずＩｎＰその他の化合物半導体単結晶の威長に利用でき
る。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明は、単結晶引上げ装置を構
或するヒーターや熱遮蔽体等のカーボン７ 製炉材として、かさ密度が１．７５ｇ／ｃｍ３以上、好
ましくは１’．８０ｇ／ｃｍ３以上の等方性高密度黒鉛
を用いるようにしたので、単位時間当りの炉内ＣＯガス
発生量をｌＯ　ｐｐｍ／　ｈｒ以下に抑えることができ
、これによって結晶引一ヒげ開始時と終了時の炉内ＣＯ
ガス濃度の変イｉを小さくすることができ、低濃度でし
かも戒長方向に沿って均一な炭素濃度の単結晶を育或す
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図はカーボン製炉材のかさ密度を変えたときの炉内
ＣＯガスの単位時間当りの発生量を示すグラフ、 第２図は本発明方法を適用した単結晶引上げ装置の一例
を示す断面図である。 １・・・・・・高圧引上げ炉、２・・・・・るつぼ、４
・旧・・発熱体（ヒーター）、５・・・・・・熱遮蔽体
。 ８ー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）るつぼ内に原料および封止剤を入れて高圧引上げ
   炉内に配置し、発熱体により加熱して融解させ、その原
   料融液表面を封止剤で覆った状態で種結晶を接触させて
   これを徐々に引き上げることにより化合物半導体単結晶
   の成長を行う単結晶成長装置において、上記高圧引上げ
   炉内に配置されるカーボン製炉材のうち少なくとも発熱
   体として、かさ密度１．７５ｇ／ｃｍ＾３以上の等方性
   高密度黒鉛で形成されたものを用いたことを特徴とする
   化合物半導体単結晶成長方法。