JPH0321513B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はGaAs、InP、InAsなどの−族化
合物半導体単結晶の製造方法に関するものであ
る。

従来、化合物半導体単結晶の製造には水平ブリ
ツジマン法（Ｈ・Ｂ法）や温度傾斜法（Ｇ・Ｆ
法）等のボート成長法がよく用いられている。

ボート成長法は、低温炉及び高温炉からなる加
熱炉によつてある温度分布を形成しておき、加熱
炉内に配置された反応容器内の低温炉側の一端
に、例えばGaAs等の化合物半導体を構成するAs
等の第１揮発性成分を配置し、反応容器の高温炉
側にGaAs原料融液及び種結晶を収容したボート
を収容し、この状態で、Ｈ・Ｂ法の場合には加熱
炉を移動させ、Ｇ・Ｆ法の場合には加熱炉の制御
により温度分布を変化させて、原料融液内の温度
勾配を移動させることにより、原料融液の温度を
種結晶側から冷却して単結晶化させる方法であ
る。

Ｈ・Ｂ法では、反応容器と加熱炉の位置関係を
結晶成長に応じて徐々に移動させて行うため、炉
体の設計上高温度で高い応力に耐える炉材が必要
であり、どうしても炉構造が複雑になり、しかも
移動による微振動の発生は避けられない。

これに対し、Ｇ・Ｆ法は加熱炉内の温度分布を
結晶成長に応じて変化させ炉自身の位置変化は伴
わない方法であるため、このような移動による問
題がなく一見好ましく思えるが、炉温度の制御を
を電熱線の電流制御で行うことから固液界面にお
ける熱移動が段階的になりがちであり、結晶成長
が均一な温度条件で行われるか疑わしく、均一な
大型単結晶の成長には必ずしも適していない。

従つて高品質大型の化合物半導体単結晶を得る
ためには、Ｈ・Ｂ法、Ｇ・Ｆ法ともに不十分であ
つた。

なお、Ｈ・Ｂ法やＧ・Ｆ法等のボート成長法に
おいて、化合物半導体原料融液の過冷却を抑制
し、融液の上面から単結晶化が進むようにするた
めに、融液を収容したボートの上方の加熱炉に、
発熱体以外のものを全て取り去つた放熱孔或いは
ガス、液体等を流した冷却管等の放熱手段を設け
ることは良く知られている（特公昭56−32272号
公報、特開昭49−115768号公報）。

しかし、上記放熱手段は、熱をボート上方に逃
がすことで、ボートの上下に温度差を生じさせる
ものであり、放熱孔手段それ自体が原料融液内の
温度勾配を移動させ原料融液を冷却するものでは
ない。従つて、放熱手段を設けた装置を使用し
て、Ｈ・Ｂ法を実施する場合には、加熱炉と反応
容器の相対的な移動が必要となり、またＧ・Ｆ法
を実施する場合には、炉内温度分布を時間的に変
化させる必要があるため、結局上述のような問題
が発生する。即ち、加熱炉に放熱手段を設けただ
けでは、上述のＨ・Ｂ法及びＧ・Ｆ法の問題点は
解消しないのである。

本発明はかかる状況に鑑み、炉体を複雑化する
ことなく、加熱炉の移動及び加熱炉の温度制御に
よる温度勾配移動を伴なうことなく、炉内温度分
布を連続的に変化させることができ、高品質大型
の化合物半導体単結晶を得ることのできる製造方
法を提供することを目的とするものである。

本発明の要旨は、低温炉及び高温炉からなる加
熱炉内に配置された反応容器内の前記低温炉側の
一端に化合物半導体を構成する第１揮発性成分を
配置し、上記反応容器の高温炉側に化合物半導体
原料融液及び種結晶を収容したボートを収容し、
上記化合物半導体原料融液の温度を上記種結晶側
から冷却して単結晶化させる化合物半導体の製造
方法において、上記種結晶を上記第１揮発性成分
とは反対側の上記ボートの一端に配置し、上記加
熱炉を上記ボートに対して移動させることなくか
つ上記高温炉の温度を操作して温度分布を変化さ
せることにより上記化合物半導体原料融液を冷却
することなく、上記反応容器の上方に該反応容器
の上記ボートが置かれた側の一端から上記第１揮
発性成分側に向つて半円筒形冷却体を上に凸にし
て徐々に挿入することにある。

本発明の一実施例を図面を参照して具体的に説
明する。

第１図ａは本発明の一実施例を示す説明図であ
り、第１図ｂは同図ａに於けるＡ−Ａ断面図であ
る。

第１図ａにおいて、１は反応容器、２はボート
である。ボート２内には種結晶３、例えばAs等
の第１揮発性成分と例えばGa等の第２成分とか
らなる化合物半導体原料融液５とが収容されてい
る。

反応容器１の一端には第１揮発性成分６が収容
されている。

第１揮発性成分６の蒸気圧が化合物の解離圧近
くの蒸気圧となるように低温加熱炉７′によつて
温度制御されている。

ボート２の配置されている領域は高温加熱炉７
によつて、そのままでは化合物の溶融温度より高
い温度となるよう温度設定されている。

この高温加熱炉７内の種結晶３側の一端より、
半円筒形冷却体８の上に凸にして徐々に挿入す
る。

半円筒形冷却体８は反応容器１及びボート２の
上方に挿入される。

そうすることによつて、化合物半導体原料融液
５の表面は加熱されなくなるが、ボート２の側壁
はまた加熱されている状態にあるので、融液５の
表面の中央部から単結晶化が始まり、半円筒形冷
却体８を更に挿入することにより、化合物半導体
単結晶が徐々に成長していく。

冷却体を半円筒形とするのは、第１図ｂに示す
ように、反応容器１の形状に合せることによつて
効率良くボート２内の化合物半導体原料融液５を
冷却するためである。しかし、反応容器１を覆う
ようにするためには、少なからず半円筒形冷却体
８の曲率半径が反応容器１の半径よりも大きくな
ければならない。

また、半円筒形冷却体８の縁８１の高さを、ボ
ート２の上縁高さとほぼ同じ高さにすることが望
ましい。

なお、冷却体に円筒形のものを用いた場合、冷
却体に覆われた部分の化合物半導体原料融液５全
体が冷却されてしまい、融液５の表面から単結晶
化が始まるとは限らないため、円筒形のものは使
えない。

ここで、従来のボート成長法では、種結晶３は
ボート２の第１揮発性成分側の一端におかれてい
るが、本発明においては、第１揮発性成分とは反
対側のボート２の一端に置かれているため、第１
揮発性成分とは反対側の反応容器上方から冷却体
８を挿入することにより種結晶３側から結晶成長
を開始することができる。

本発明に於ける加熱炉内の温度分布を第２図及
び第３図にて説明する。

第２図は、前記半円筒形冷却体８を挿入する前
の炉内温度分布を示し、ボート２の配置されてい
る高温ゾーンはほとんど一定温度となつている。

この段階では、まだ単結晶の成長は進行してい
ない。

第３図は、前記半円筒形冷却体８を挿入した第
１図のような状態での炉内温度分布を示し、ボー
ト２の配置されている高温ゾーンにおいて種結晶
３側が部分的に若干低温となつている。

冷却体８の挿入に従つてこの低温部分が広がつ
て行くことになる。

この段階ではすでに第１図のように単結晶の成
長が進行している。

本実施例では、加熱炉に放熱手段を設けなくて
も、ボート２の上方に半円筒形冷却体８を挿入す
ることにより上面から冷却結晶化が進行し、高品
質の単結晶が得やすい。

なお、第１揮発性成分としては例えばAsなど
があり、第２成分としては例えばGaなどがある。

以上説明したような本発明の製造方法であれば
次のような顕著な効果を奏する。

(1) 加熱炉が機械的に移動することがないので、
炉体製造が簡単であり、結晶成長中に振動する
という問題もないので、経済的でかつ高品質の
単結晶が得られる。

(2) 電熱線の電流を次々に切り替えることがない
ので、炉内部の温度分布が段階的に切り変わる
ことがなく、結晶成長は冷却体の挿入に従つて
均一な温度条件で進行するため、高品質の単結
晶が得られる。

(3) 化合物容器の上方に半円筒形冷却体を挿入す
るので、化合物半導体原料融液を効率良く冷却
してその上面でかつ中央部から単結晶化させる
ことができ、高品質の単結晶が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す説明図であ
り、第２図及び第３図は本発明の一実施例におけ
る炉内温度分布を示す線図である。 １：反応容器、２：ボート、３：種結晶、４：
単結晶、５：化合物半導体原料融液、６：第１揮
発性成分、７：高温加熱炉、７′：低温加熱炉、
８：半円筒形冷却体、８１：縁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 低温炉及び高温炉からなる加熱炉内に配置さ
   れた反応容器内の前記低温炉側の一端に化合物半
   導体を構成する第１揮発性成分を配置し、前記反
   応容器の高温炉側に化合物半導体原料融液及び種
   結晶を収容したボートを収容し、前記化合物半導
   体原料融液の温度を前記種結晶側から冷却して単
   結晶化させる化合物半導体の製造方法において、
   前記種結晶を前記第１揮発性成分とは反対側の前
   記ボートの一端に配置し、前記加熱炉を前記ボー
   トに対して移動させることなくかつ前記高温炉の
   温度を操作して温度分布を変化させることにより
   前記化合物半導体原料融液を冷却することなく、
   前記反応容器の上方に該反応容器の前記ボートが
   置かれた側の一端から前記第１揮発性成分側に向
   つて半円筒形冷却体を上に凸にして徐々に挿入す
   ることを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方
   法。