JPH0341432B2 - - Google Patents

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JPH0341432B2
JPH0341432B2 JP60287989A JP28798985A JPH0341432B2 JP H0341432 B2 JPH0341432 B2 JP H0341432B2 JP 60287989 A JP60287989 A JP 60287989A JP 28798985 A JP28798985 A JP 28798985A JP H0341432 B2 JPH0341432 B2 JP H0341432B2
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  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は化合物半導体として用いられる単結晶
の成長方法に係り、特にCdTeなどの化合物半導
体の大型で良質の単結晶を効率よく製造する単結
晶の成長方法に関する。
〔発明の背景〕
従来技術による化合物半導体の単結晶を製造す
る代表的な方法として、 (1)垂直型ブリツジマン法、(2)グラデイエントフ
リージング法、(3)液体封止垂直型グラデイエント
フリーズ法などを挙げることができる。
上記の(1)垂直型ブリツジマン法は、先端部が尖
つたアンプル(密閉型つるぼ)内に、単結晶の原
料を所定の割合に配合して真空封入した後、炉の
中につるしてアンプル内の原料を溶融し、ついで
適当な温度分布をもたせた炉中を、所定の速さで
下降させながら冷却して、アンプルの先端部(下
端部)から単結晶を成長させる方法である。しか
し、この方法によつて大口径で大型の単結晶を製
造する場合には、多量の原料をアンプル内に真空
封入するので、アンプルが大型化しその熱容量が
大きくなるために、アンプルの炉中移動による炉
内温度分布に対する影響が大きくなり、単結晶が
形成される固液界面の温度勾配および冷却速度が
一定にならないという欠点がある。このため、欠
陥(転位、双晶)の多い単結晶となり易く、せい
ぜい口径が1〜2インチ程度の小型の単結晶しか
成長できず、しかも良質の単結晶は10回中1〜2
回程度しか得られず製品歩留りが極めて悪く、ま
して大口径(3〜4インチ)で大型の単結晶の製
造ができないという問題がある。
上記の(2)グラデイエントフリージング法は、水
平型のボート成長法であつて、ボート内の溶融単
結晶原料は、ボート内にセツトされた種結晶によ
つて単結晶の成長が開始されるわけであるが、ボ
ート下面よりも上面からの放冷が大きいために、
ボート上面部においては多結晶になり易く、単結
晶の大きいものが製造し難いという欠点がある。
上記の(3)液体封止垂直型グラデイエントフリー
ズ法(LE−VGF法)は、るつぼ中に溶融した化
合物半導体原料の上面をB2O3(溶融)によつて液
体シールし、さらに化合物半導体の分解圧以上に
するために不活性ガスによつて圧力を加えながら
冷却して単結晶を製造する方法である。これは、
分解圧の低い化合物半導体の単結晶の製造には適
するが、分解圧の高い化合物には適用することが
難しく、高圧装置にする必要があり、また操作が
複雑となる欠点がある。
さらに、化合物半導体の化学量論的組成を制御
しながら単結晶を製造する溶質合成拡散法による
単結晶育成装置が特開昭58−91096号公報によつ
て提案されている。これは、加熱炉のヒータを多
数個に分割し、それぞれ独立に制御する方式であ
るため、計装が複雑となり装置のコストが極めて
高価になるという欠点がある。また、、適応技術
が溶質合成拡散法であり、本発明の単結晶成長方
法とは異なる分野である。
そして、上記の(1)垂直型ブリツジマン法の改良
発明として、電気炉内に単結晶原料を封入したる
つぼを保持し、加熱溶融した後、電気炉内の温度
を降温制御して温度勾配を形成させ、るつぼの先
端部より単結晶を成長させる方法が特開昭59−
21595号公報によつて提案されている。しかしな
がらこの公報には、単結晶育成の具体的応用例な
らびに温度制御手段の具体的な開示がなく、発明
の構成ならびに効果が不明であるが、要は、1つ
の電気炉によつて、単に炉内の温度を降温制御す
るだけの方法であるために、単結晶が形成される
固液界面の温度勾配および冷却速度の調整が難し
く、このため欠陥(双晶、転位)の多い単結晶と
なり易く、改質の単結晶が得られる歩留りが低い
という欠点がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解
消し、大口径で大型の、双晶がなく、転位密度の
低い良質の化合物半導体の単結晶を再現性よく高
歩留りで製造することのできる単結晶の成長方法
を提供することにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するために本発明は、従来の垂
直型ブリツジマン法の欠点である、アンプル(密
閉型るつぼ)が移動することによる炉内温度分布
の乱れを防止するために、アンプルを炉内の所定
位置に保持することによつて解決し、かつ従来の
グラデイエントフリージング法の欠点である、水
平型であるためにボート上面からの放冷が大き
く、大口径の良質の単結晶が得られなかつたの
を、垂直型のグラデイエントフリージング法に改
善することにより解決をはかつたものである。
そして、本発明の特徴とするところは、化合物
半導体の単結晶を成長させるための温度調整方法
として、電気炉を上下2段に分割した垂直型の炉
となし、上段の炉内の所定位置に化合物半導体の
原料を封入したアンプルを保持して、アンプル内
の単結晶原料を加熱して完全に溶融した後、アン
プルの上部、中間部、下端部の3箇所の温度を連
続測定し、そのアンプルの温度分布測定結果を演
算器に入力し演算して、上段又は下段もしくは上
下両段の炉の入力電力を調整することにより、ア
ンプル内で単結晶が形成される固液界面の温度勾
配および冷却速度が所定の範囲内においてほぼ一
定の値となるようにアンプルの下端部(先端部)
から冷却制御することによつて、大口径で大型
の、双晶がなく、転位密度の低い良質の化合物半
導体の単結晶を再現性よく高歩留りで製造するこ
とのできる単結晶の成長方法である。
本発明の化合物半導体の単結晶成長の具体的方
法として、単結晶高純度のCdとTeをモル比で
1:1に調製して、先端の尖つたアンプルに真空
封入し、これを上下2段からなる電気炉の上段の
炉内に挿入して所定の位置に定置させる。そし
て、アンプル近傍の上部、中間部、下端部(先端
部)の3箇所に温度測定用の熱電対を装着する。
この際、温度測定用の熱電対はアンプルを上段の
炉内に保持する前に、あらかじめ熱電対を、アン
プル近傍の3箇所の測温ができるように装着して
おいてもよい。次に、上下段炉ともに温度を上
げ、アンプル内の単結晶原料を完全に溶融させ、
ついでアンプル近傍の3箇所の温度を連続測定
し、その温度分布測定結果を演算器に入力、演算
しつつ、上段炉又は下段炉もしくは上下両段炉の
入力パワーを下げ、アンプルの先端部よりCdTe
の単結晶を形成させ、その固液界面の温度勾配お
よび冷却速度が所定の範囲内でほぼ一定の値にな
るように冷却調整して、大型で良質のCdTe単結
晶の成長を行なう方法である。
本発明の単結晶成長方法において、アンプル内
で単結晶を形成させる場合の固液界面の温度勾配
は0.01〜50℃/cm、冷却速度は0.01〜10℃/hrの
範囲内でほぼ一定にするのが好ましく、上記の温
度勾配が0.01℃/cm未満であれば多結晶及び双晶
が発生し易く、冷却速度が0.01℃/hr未満では単
結晶の成長速度が遅すぎて実用的でなく、また、
上記の温度勾配が50℃/cm以上では熱応力が大き
く欠陥が増加し、冷却速度が10℃/hrを超える
と、冷却が速すぎて双晶ならびに転位密度が増加
するので好ましくない。そして、固液界面の温度
勾配および冷却速度のより好ましい範囲は、0.1
〜5.0℃/cmおよび0.1〜3℃/hrである。
〔発明の実施例〕
以下に本発明の一実施例を挙げ、図面を参照し
ながらさらに具体的に説明する。
第1図aは本発明の化合物半導体の単結晶を製
造する垂直型の電気炉の構造の概要を示す縦断面
図である。図に示すごとく、電気炉3は上段炉4
と下段炉5とによつて構成され、化合物半導体の
原料である高純度(99.9999%)のCdとTeを、モ
ル比で1:1に調製した合計2KgのCdとTeの原
料2を、先端部(下端部)が尖つた密閉型のるつ
ぼである石英製の内径が3インチ、長さが200mm
のアンプル1内に真空封入した。ついで、Cdと
Teの原料2を真空封入したアンプル1を、電気
炉3の上段炉4の内部の所定位置に、アンプル支
持棒6によつて懸垂支持し定置させ、同時にアン
プル1近傍の上部7、中間部8、下端部9の3箇
所に、PR熱電対を装着した。次に、垂直型の電
気炉3の上段炉4内の温度が1150℃となるように
徐々に昇温し(3〜4℃/hr)、アンプル1内の
CdとTeの原料2を直接合成後完全に溶融させ
た。この時、下段炉5内の温度は800℃以上に保
持しておく。そして、電気炉3内の温度分布を、
例えば第1図bに示すごときカーブに保持しなが
ら、上、下段炉4,5の入力パワーを次第に下
げ、アンプル1の先端部より冷却して、アンプル
1の先端部からCdTeの単結晶の成長を開始させ
た。この時、上、下段炉4,5の入力パワーは、
アンプル1近傍の上部7、中間部8、下端部9の
3箇所の温度分布を測定し、その結果をマイクロ
コンピユータ(図示せず)に入力、演算して、ア
ンプル1内で形成されるCdTeの単結晶の固液界
面の温度勾配がほぼ0.5℃/cm、冷却速度がほぼ
0.2℃/hrとなるように調整して、CdTeの単結晶
の成長を行なつた。
得られた口径3インチの大型のCdTe単結晶の
インゴツトには双晶の発生が全く見られず、
Nakagawaエツチヤント(結晶の欠陥を見るエ
ツチヤント)によるテストでは、エツチピツトが
均一に分布しており、エツチピツト密度は垂直型
ブリツジマン法による場合が106〜107cm-2である
のに比べ、本実施例においては5×105〜1×106
cm-2程度の値を示し、良質で大型のCdTeの単結
晶を製造することができた。
そして、本実施例に示す単結晶の成長方法によ
つて、CdTe単結晶のインゴツトを10個製造した
ところ、その内8個までが双晶フリーで、エツチ
ピツト密度の低い極めて良質のインゴツトが得ら
れ、高い再現性で歩留りよく製造することができ
た。
なお、本発明の実施例においては、化合物半導
体の単結晶の成長方法としてCdTeの単結晶をと
りあげたが、他の化合物半導体の単結晶、例えば
PbTe、PbSnTe、ZnTe、PbS、PbSe、InSb、
InAs、GaAs、GaSb、HgCdTeなどにおいても
本発明の単結晶の成長方法が適用できることを本
発明者らは確認している。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したごとく、本発明の化合物半
導体の単結晶の成長方法は、従来の垂直型ブリツ
ジマン法、あるいはグラデイエントフリージング
法において、せいぜい口径が2インチまでの大き
さの単結晶インゴツトしか得られなかつたのが、
本発明の方法によると3〜4インチ程度の大口径
で大型の単結晶インゴツトを製造することがで
き、しかも双晶の発生がなく、エツチピツト密度
が低く、かつエツチピツトが均一に分布している
良質の化合物半導体の単結晶が得られる。その
上、従来の方法では良質のインゴツトの製品歩留
りが小口径で1〜2インゴツト/10インゴツト程
度であつたのが、本発明の方法においては大口径
で7〜8インゴツト/10インゴツト、あるいはそ
れ以上の高い歩留りで、再現性よく良質の大口径
の単結晶インゴツトを製造することができ、工業
上の利用価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図aは本発明の実施例において用いた化合
物半導体の単結晶を製造する垂直型の電気炉の構
造の概要を示す縦断面図で、第1図bは第1図a
に示す電気炉において単結晶形成時の炉内温度勾
配の一例を示すグラフである。 1……アンプル、2……CdとTeの原料、3…
…垂直型の電気炉、4……上段炉、5……下段
炉、6……アンプル支持棒、7……上部、8……
中間部、9……下端部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 化合物半導体の単結晶の製造方法において、
    上段炉と下段炉とによつて構成される電気炉の上
    段炉内に、上記化合物半導体の単結晶の原料を封
    入したアンプルを、上記電気炉の上段炉内の所定
    位置に保持し、上記電気炉の温度を上げて上記ア
    ンプル内の単結晶の原料を完全に溶融した後、上
    記アンプルの上部、中間部、下端部の少なくとも
    3箇所の温度を連続測定し、その温度分布測定結
    果を演算器に入力し、演算して上記上段炉又は下
    段炉もしくは上下段炉の入力電力を調整すること
    により、上記アンプル内で単結晶が形成される固
    液界面の温度勾配が0.01〜50℃/cmの範囲内およ
    び冷却速度が0.01〜10℃/hrの範囲内でほぼ一定
    となるように上記アンプルの下端部より冷却制御
    することによつて、口径が76.2〜101.6mm(3〜
    4インチ)の大型の単結晶を成長させることを特
    徴とする単結晶の成長方法。 2 化合物半導体の単結晶が、CdTeの単結晶で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
    載の単結晶の成長方法。
JP28798985A 1985-12-23 1985-12-23 単結晶の成長方法 Granted JPS62148389A (ja)

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