JPH0375296A - ３―５族化合物半導体単結晶の製造方法 - 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■−■族化合物半導体単結晶の製造方法、特に
液体封止引上げ法（Ｌ　Ｅ　Ｃ法）における結晶原料融
液の温度安定化を改善したものに関する。

［従来の技術］ ＧａＡｓ、ＩｎＰ等のｍ−ｖ族化合物半導体単結晶の製
造方法の一つとしてＬＥＣ法が広く知られている。この
方法は、るつぼの中に■−ｖ族化合物、例えばＧａＡｓ
の結晶原料融液を作り、その融液上をＢ　ｔ　Ｏｓ等の
液体封止剤で覆ってＡｓ元素の蒸発を防ぐ。そして、所
定の結晶方位を持った種結晶を下降し液体封止剤を通し
て結晶原料融液に接触させた後、種結晶を回転させなが
ら引上げて種結晶と同一方位を持った単結晶を種結晶の
先端に成長させて行くものである。

ところで、結晶原料融液内に温度の不均一領域が存在す
る状態で引上げを開始すると、結晶途中から双晶等の多
結晶が発生し易く、単結晶の歩留りを大きく低下させる
原因となる。これを防ぐため、結晶原料溶液の温度を安
定化させる必要がある。

そこで従来は、結晶原料融液作製後、結晶原料融液の温
度安定化のために、結晶原料融液に種結晶を接触させる
前に、るつぼを回転させながら結・晶原料融液を数十分
〜数時間放置していた。この放置により結晶原料融液内
には温度差による熱対流が生じ、また、るつぼの回転に
よる強制対流が生じて、結晶原料融液内の温度の安定化
を図るようにしていた。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上述した短時間放置による対流程度では、結
晶原料融液の一部の温度を安定化させる効果はあっても
、結晶原料融液全体の温度を安定化させるという効果が
期待できず、依然として温度の不均一領域の存在は解消
できなかった。

なお、上記種結晶を結晶原料融液に接触させる前の放置
時間を十時間前後またはそれ以上まで延長させることで
、ある程度結晶原料融液内の温度の安定化を図ることが
可能である。しかし、これにより多結晶発生による歩留
り低下を抑えることはできても、量産化という観点から
見た場合、製造時間の増加は大きなマイナスになるため
、実用的ではない。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、結
晶原料融液内の温度安定性が効率良く図られ、単結晶歩
留りを向上させることができる新規な■−ｖ族化合物半
導体単結晶の製造方法を提供することにある。

〉 ［課題を解決するための手段］ 本発明は、回転するるつぼ中の■−■族化合物半導体単
結晶の原料融液上を液体封止剤で覆い、化合物半導体の
融点での高い蒸気圧をもつ半導体物質の解離を防ぎなが
ら、結晶原料融液に接触させた種結晶を引き上げてその
周りに単結晶を成長させる■−ｖ族化合物半導体単結晶
の製造方法である。

このような製造方法において、種結晶の先端に予め結晶
原料融液と同−成分の被融解結晶を設けておく。

この被融解結晶をるつぼの回転に逆らって回転させなが
ら降下して結晶原料融液と接触させ、結晶原料融液を撹
拌させつつ被融解結晶を結晶原料融液中に溶かし込んで
いく。

そして、この被融解結晶の融解完了後、結晶原料融液に
種結晶を接触して引き上げることにより単結晶を成長す
るようにしたものである。

前記した種結晶の先端に設けた被融解結晶は、いかなる
形状でもさしつかえない。ただし、結晶原料融液の撹拌
を効果的にするために、種結晶よりも大径のバルク結晶
であることが望ましい。

前記した種結晶の先端に設けた被融解結晶は、結晶原料
融液と同一成分を成していれば多結晶等の種結晶と面方
位の異なる結晶でもさしつかえない。例えば、種結晶自
体を被融解結晶と見なし、その先端部を融解させながら
結晶原料融液を撹拌させても同様の効果が得られる。ま
た、−旦引き上げた単結晶をそのまま被融解結晶として
、これを降下して再度融解させるようにしてもよい。

前記した種結晶の先端に設けた被融解結晶重量は、結晶
原料融液重量の０．５％以上で５０％以下が適正である
。被融解結晶重量が結晶原料融液重量に対して０．５％
未満の場合には、融解作業中の結晶原料融液内の撹拌効
果が小さく、結晶原料融液内の温度均一性が得られない
。一方、被融解結晶重量が、結晶原料融液重量に対して
５０％を超える場合には、撹拌効果は大きいが被融解結
晶の融解作業に時間がかかり過ぎるためである。

［作用］ 被融解結晶は融着などの手段により予め種結晶の先端に
取り付けておく。

回転するるつぼに、液体封止剤を通してるつぼと逆方向
に回転する種結晶が降下すると、種結晶の先端に設けた
被融解結晶が結晶原料融液と接触して、結晶原料溶液が
撹拌され、るつぼの回転による結晶原料融液の混合が助
長される。

ここで、るつぼに伴って回転する結晶原料融液の回転方
向に逆らって結晶原料融液が撹拌されると、るつぼの回
転による対流とは異なる新たな強制対流が結晶原料融液
内に発生する。しかも、単に結晶原料融液の撹拌に止ま
らず、被融解結晶は粘性のある液体封止剤をも撹拌する
ため、撹拌される液体封止剤により結晶原料融液の撹拌
は−層助長され、大きな強制対流が発生する。このため
、結晶原料融液全体の温度安定化が迅速に図られる。

上記撹拌と共に被融解結晶は徐々に融解して結晶原料融
液の一部となる。

このようにして、結晶原料融液全体の温度安定化が図ら
れるので、種結晶の先端に設けた被融解結晶の融解後、
種結晶を引き上げて得た単結晶には双晶等の多結晶の発
生がなくなる。

［実施例コ 以下、ＧａＡｓ半導体単結晶に適用した本発明の一実施
例を第１図〜第４図に基づいて説明する。

まず、先端に予め被融解結晶３を設けた種結晶２を結晶
引上げ軸ｌの先端に取付ける。種結晶２の先端に被融解
結晶３を設ける手法としては融着等を用いる。この被融
解結晶３は結晶原料融液６と同−成分であるＧａＡｓの
バルク結晶として作製される。低転位化のために結晶原
料融液６に不純物が添加されている場合には、その不純
物が添加されていることが望ましい。また、被融解結晶
３の形状は、図示例では撹拌効率を上げるために種結晶
２の径よりも大きな大径部を持つ垂体形状をしており、
その頂点が種結晶２の先端に固定されている。ここでは
、一種の引き上げ法で形成したので丁度引上げ結晶の初
期の形状に似ている。

るつぼ４内にはＧａＡｓ結晶原料とＢ　ｔ　Ｏｓ封止剤
とを充填して、るつぼ４内を過熱し、結晶原料融液６を
作製し、その上を液体封止剤５で覆う（第１図）。

その後、るつぼ４を回転させ、この回転によりるつぼ４
内の結晶原料融液６に強制対流を生じさせる。結晶引上
げ軸１をるつぼ４と逆方向に回転させながら一定速度で
降下していく。種結晶２を介して固定した被融解結晶３
が逆回転しながら液体封止剤５を通して結晶原料融液６
に接触すると、被融解結晶３は結晶原料融液６を大きく
撹拌しながら融解していき、結晶原料融液６の一部とな
る。

被融解結晶３がるつぼ６と逆方向に回転することにより
生じる結晶原料融液６の撹拌は、るつぼ４の回転により
強制的に生じる対流とは異なる新たな強制対流を生じさ
せる。しかも、その強制対流は被融解結晶３の大径部が
粘性の大きな液体封止剤５をも回転させることにより、
結晶原料融液６の撹拌が促進されるため一層効果的に行
われる。

このようにして、引き続き結晶引上げ軸１をるつぼ４と
逆方向に回転させながら降下させていくと、被融解結晶
３が溶かし込まれている間に結晶原料融液６が撹拌され
、結晶原料融液６全体の温度が安定化される（第２図）
。

その後、被融解結晶３の溶かし込みが完全に終わって、
種結晶２が結晶原料融液６に接触した時点で、通常の引
上げ条件で種結晶２を上昇させ、引上げ結晶７を種結晶
２の周りに作製する。なお、この間るつぼ４と結晶引上
げ軸ｌとの回転は継続する（第３図、第４図）。

以上述べたように本実施例によれば、種結晶２との接触
前に、るつぼ４に対して逆回転させた被融解結晶３を結
晶原料融液６に接触させて結晶原料融液６を撹拌し、る
つぼ４の回転により発生する対流とは異なる大きな強制
対流を結晶原料融液６内に積極的に発生するようにした
ので、るつぼ４の回転により結晶原料融液６内に発生す
る強制対流が小さくても、短時間に結晶原料融液６全体
に亙って温度の安定化が達成される。従って、結晶原料
融液６内に温度の不均一領域が存在することも、種結晶
２を結晶原料融液６に接触させる前に長時間放置する必
要もない。

さらに種結晶２よりも大径のバルク被融解結晶３により
結晶原料融液６のみならず、粘性のある液体封止剤５を
も撹拌できるようにしたので、結晶原料融液６には大き
な強制対流が発生し、このため温度安定化が一層助長さ
れる。

なお、前記した実施例では、被融解結晶をＬＥＣ法の工
程とは別個に形成して種結晶の先端に設ける場合につい
て説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく
、ＬＥＣ法の工程中に被融解結晶を形成してもよい。例
えば、通常のＬＥＣ法にて結晶を引上げる途中、結晶原
料融液重量の０．５〜５０％で結晶引上げ作業を中止し
、それまでに引き上げられた結晶を前記した被融解結晶
３にあてはめて、第２図以降の操作を行うこともできる
。この方法では被融解結晶３に相当する引上げ結晶は、
正式なものではなく、溶かし直しも行われるので、形状
および多結晶の有無は問わない。したがって、結晶引上
げ速度についてはメルトオフをしない限り高速化が可能
となる。

また、本実施例では■−■族化合物としてＧａＡｓの場
合について説明したが、他の■−Ｖ族化合物、例えばＧ
ａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＩｎＮ等にも適用できる。

具体例 ＧａＡｓ結晶原料５．５ｋｇ、液体封止剤（８゜０３）
０．８に９．６インチＰＢＮ製るつぼを用い、被融解結
晶１ｋｇを先端に固定させた種結晶を使用した。るつぼ
内を抵抗過熱ヒータで加熱して、ＧａＡｓ結晶原料融液
を作製し、るつぼ回転速度１０ｒｐｍで引上げ軸回転速
度をるつぼと逆方向に１Ｏｒｐｍ、２０ｉｘ／ｈで降下
させ、被融解結晶の融解後９Ｍｘ／ｈで引き上げた。

その結果、本具体例のＧａＡｓ結晶は５．５に２で全て
単結晶であるものも作製できた。１２本連続で結晶作製
を行ったところ一本当たりの平均単結晶化率は８８％で
あった。従来の溶かし込みを行わない方法では、結晶途
中から双晶などの多結晶が発生する頻度が高く、その平
均単結晶化率は７２％であったことから大幅な歩留りの
向上が得られた。

［発明の効果］ 本発明によれば、種結晶の先端に結晶原料融液と同一成
分の被融解結晶を設け、結晶引上げ前に、るつぼと逆方
向に回転させた被融解結晶により結晶原料融液を撹拌さ
せながら溶かし込み、結晶原料融液内に逆回転による強
制対流を生じさせるようにしたので、結晶原料融液内の
温度安定性が効率良く図られ、その後に行われる引上げ
によって得る単結晶の歩留りを大幅に向上させることが
できる

【図面の簡単な説明】

第１図は結晶原料融液作製後の炉内縦断面図、第２図は
結晶原料融液内へ被融解結晶の溶かし込みを行っている
工程の縦断面図、第３図は被融解結晶の溶かし込みを終
わり、種結晶を上昇させ始めた状態の縦断面図、第４図
は種結晶を上昇して引上げ結晶を作製している状態の縦
断面図である。 ２は種結晶、３は被融解結晶、４はるつぼ、５は液体封
止剤（Ｂ＝０３）、６は結晶原料融液、７は引上げ結晶
（単結晶）である。 引上げ開始工程図 第３図 引上げ結晶工程図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回転するるつぼ中の液体封止剤で覆われた結晶原料融液
   から種結晶を引き上げることにより単結晶を成長するI
   II−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法において、 種結晶の先端に予め結晶原料融液と同一成分の被融解結
   晶を設け、 この被融解結晶をるつぼの回転に逆らって回転させなが
   ら降下して、結晶原料融液を撹拌させつつ被融解結晶を
   融解させ、 この被融解結晶の融解後、結晶原料融液に種結晶を接触
   して引き上げることにより単結晶を成長することを特徴
   とするIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法。