JPH0397223A - 半導体成長装置 - 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】 〔概要〕 引上法により３元以上の化合物半導体の単結晶を成長さ
せる半導体或艮装置に関し、 均一な組成でかつ転位のない高品質な３元以上の化合物
半導体の単結晶を製造することを目的とし、 ３元以上の原料が入れられ、加熱されて該原料を融解さ
せるるつぼと、該るつぼを複数の部屋に画成する仕切板
と、上記融解された融液が該複数の部屋間で移動し得る
よう構戒された連通部とを設けてなる半導体成長装置に
おいて、該仕切板を移動可能な構成とし、該原料の融解
時に該仕切板を引き上げ該連通部を広くすると共に、該
融液から単結晶を成長させる時、該仕切板を引き下げ該
連通部を狭くする構成とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体成長装置に係り、特に引上法により３元
以上の化合物半導体の単結晶を成長させる半導体成長装
置に関する。

昨今、２元化合物半導体の格子定数による制限を緩和す
るため、３元以上の化合物半導体を基板とする半導体Ｉ
Ｉが製造されている。

周知のように半導体装置の基板は高品質である必要があ
り、基板が不良である場合、半導体装置の種々の特性が
大きく劣化してＣまう。

このため、転位の発生がなく、かつ均一な組成を持つ高
品質な３元以上の化合物半導体の単結晶を製造し得る半
導体成長装置が望まれている。

〔従来の技術〕

第７図に従来における３元化合物半導体の単結晶を製造
する半導体成長装置１を示す。同図において、２はチャ
ンバ、３はるつぼ、４は仕切板、５は載置台、６は種結
晶、７は引上げ用モータである。

チャンバ２は真空ボンブに接続されており、所定圧力ま
で減圧し得る構成となっており、またチャンバ２の下部
には載置台５が設けられている。

この載置台５には窒化ホウ素（ＢＮ）製のるつほ３が＋
１！置されており、るつぼ３は図示しない加熱手段によ
り加熱され得る構成となっている。

また、るつぼ３の中央には、るつほ３を２部屋（部屋へ
，部屋Ｂ〉に画成する窒化ホウ素製の仕切板４が配設さ
れており、更に仕切板４の下部には画成された２部屋を
連通する連通部８（明確化のため図では誇張して描いて
いるが実際は高さ３Ｍ程度）が設けられている。従来、
仕切板４はるつぼ３に固定されており、よって連通部８
の広さも一定で変化させることはできなかった。

次に、上記半導体成長′５Ａ置１を用いた従来における
３元化合物半導体の製造方法について説明する。ここで
は、３元化合物半導体としてｌｎＱａΔＳ　（インジウ
ム、ガリウム、ヒ素〉単結晶の製造方法について述べる
。

ｌｎＧａＡｓの単結晶を製造するには、先ず第８図に示
すように、溶媒としてのｌｎ，及びＧａ　Ａｓ結晶、Ｉ
ｎ　Ａｓ結晶を組成比が所定値となるよう秤はしてるつ
ほ３の各部屋Ａ．Ｂに均等に入れ、続いてるつぼ３を加
熱する。Ｉｎ，Ｇａ　Ａｓ　，ｌｎ　Ａｓの内、ｌｎは
融点が最も低いため、加熱に伴ない第９図に示すように
、先ずＩｎの融液９ができ、更に加熱することによりＧ
ａ　ＡＳ　，ｉｎ　ＡＳも融解し、第１０図に示される
ようにｉｎ　Ｑａ　Ａｓの均一な融液１０がでぎる。

続いて第７図に示されるように、種結晶６が融液１０に
浸漬され、そして引上げ用モータ７により種結晶６を所
定引上げ速度で引上げることによりＩｎ　Ｇａ　Ａｓの
単結晶が成長する。

この時、ＱａはＩｎＧａＡｓの単結晶中に多く取り込ま
れるため、部屋Ａ内の融液９におけるＱａはｉｎ，Ａｓ
に比べて早く涸渇する。このため、るつほ３の連通部８
を挾んだ位置にはプラス電極１１及びマイナス電極１２
が設けられている。

この電極１１．１２に例えば１０Ａの電流を流すことに
より、部屋Ｂ内の融液１０中のＧａは連通部８を通って
部ｍＡ内に入り込む。これにより部屋Ａ内の融液のｌｎ
，Ｑａ，，Ａｓの組成比率は一定に保たれ、成長するＩ
ｎ　Ｇａ　Ａｓの単結品の組成も均一となる。このよう
に成長する単結晶の組成を均一とするために仕切板４．
連続通部８，電極１１．１２が設けられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記したように、半導体成長装置１では、るつぼ３を載
茸台５上に戟置し、これに原料を入れて加熱する構成と
されている。しかるに、るつぼ３を載置台に精度良く水
平に載置するのは難かしく、どうしても若干の傾きが発
生してしまう。

このように傾いて戟置されたるつぼ３を加熱すると、次
のような現象が発生する。即ち、加熱に伴ない低融点を
有するｉｎが融解すると、るつぼ３は傾いており、かつ
部屋Ａ．Ｂはｊ１通部８により連通されているため、例
えば、第１１図に示されるように傾いていた場合、部屋
ＢのＩｎ融液は部屋Ａ側に流れ込む。このため、部屋Ｂ
に存在するｌｎの吊に対し部屋Ａに存在するＩｎの量が
多くなってしまい、この量の異なるｉｎ溶媒に各部屋Ａ
．Ｂ毎に同量入れられたＧａＡＳ結晶及びＩｎＡｓ結晶
に溶け込むため、部屋Ａと部屋Ｂで融液の組成比が異な
ってしまう。

よって、このように組成比が所定値と異なる融液より単
結晶を成長させても、転拉の発生が生じ易く、かつ均一
な組成の単結晶を得ることができないという課題があっ
た。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、均一な
組成でかつ転位のない高品質な３元以上の化合物半導体
の単結晶を製造し得る半導体成長装茸を提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明では、３元以上の原
料が入れられ、加熱されて原料を融解させるるつぼ〈１
５〉と、 このるつぼ（１５）を複数の部屋（Ａ．Ｂ）に画成する
仕切板（１４〉と、 上記融解された融液（２０〉が前記複数の部屋（Ａ，Ｂ
）間で移動し得るよう構成された連通部（１８〉とを設
けてなる半導体或艮装置において、上記仕切板（１４）
を移動可能な構成とし、上記原料の融解時に仕切板〈１
４）を引き上げ連通部（１８〉を広くすると共に、 上記融液（２０）から単結晶を或艮させる時、仕切板（
１４）を引き下げ連通部（１８）を狭くする構成とした
ことを特徴とするものである。

また、上記半導体成長装置において、上記連通部〈１８
〉を通して融液（２０）に電流を流すための電極（１１
．１２）を構威しても良い。

〔作用〕

半導体成長装置を上記構成とすることにより、３元以上
の原料は連通部（１８〉が広い状態で融解されるため、
全ての原料が融解された状態で、その融液（２０〉の組
成はるつぼ（１５）に原料を入れた時の組成の割合と等
しく、かつるつぼ（１５）内において均一の値となって
いる。

よって、甲粘晶を成長させる時、るつぼ（１５）を仕切
板（１４）により画或しても、各部屋（Ａ．Ｂ）内の融
液（２０）の組成は等しい組戒となっており、この融液
（２０）から得られる単結晶は均一なかつ転位のない単
結晶となる。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について図面と共に説明する。第１
図は本発明の一実席例である半導体成長装置１３の要部
構成図である。尚、同図において第７図に示した半導体
成長装置１と同一構成については同一符号を附してその
説明を省略する。

半導体成長装置１３は、仕切板１４をるつぼ１５に対し
上下方向へ移動可能な構成としたことを特徴とする。こ
のため、仕切板１４にはワイヤ１６が設けられており、
このワイヤ１６は仕切板移動用モータ１７により巻回さ
れる構成となっている。また、るつぼ１５には図示しな
い案内機構が設けられており、仕切板１４はるつぼ１５
の中央にて上下動する構成とされている。

第１図は仕切板１４が下動した位置にある状態を示して
いる。この時、るつぼ１５は仕切板１４によりふたつの
部屋Ａ．Ｂに画成されると共に、仕切板１４の下端部と
るつぼ１５の底面との間は離間しており、連通部１８が
形成されている。よって、各部屋Ａ．Ｂ内の融液１９は
、この連通部１８を介して接しており、各部屋Ａ．Ｂ間
で移動可能な構成となっている。また、上記のように仕
切板１４が下動した第１図に示す状態では、連通部１８
は狭くなっており、連通部１８の構或は第７図に示した
従来の半導体成長装置１の連通部８と略同一構成となっ
ている。

第２図は仕切板１４が上動した位置にある状態を示して
いる。この時、連通部１８は広くなっており、各部１１
Ａ．Ｂは広い面積において連通している。このように、
仕切板１４が上下動し得る構或とすることは、換言すれ
ば連通部１８の広さを変化し得ることと同義である。

上記のように仕切板１４を移動可能な構成とされた半導
体成長装置１３では、転位がなく均一な組成を有した３
元以上の化合物半導体の単結晶を製造することができる
。以下、その理由について半導体成長装ｆｉｆ１３によ
るｌｌ結晶の製造手順と共に説明する。尚、以下の説明
でも、３元化合物半導体としてＩｎ　Ｇａ　Ａｓ単結晶
の製造方法を例に挙げて説明する。

半導体成長装置１３を用いてＩｎ　Ｇａ　Ａｓ単結晶を
製造するには、先ず仕切板１４を上動させて連通部１８
を広くし、第３図に示すように部屋Ａ．Ｂをその略全休
において達通させる。続いて仕切板１４が上動し部屋Ａ
，Ｂが連通されたるっぽ１５内にＩ　ｎ−６００ｏｒ　
，　Ｇａ　Ａｓ−６５．６１ｏｒ　，ＩｎＡＳ・・・２
７８．８６２！ｌｌｒを入れると共に、加熱手段により
８６０℃まで加熱した後、２時間放置する。

前記したようにＩｎ，ＧａＡｓ，ＩｎＡｓの３種類の内
、Ｉｎが最も融点が低いため、第４図に示すように先ず
ｌｎが融解しｌｎ融液１９ができる．続いてＱａ　Ａｓ
及びＩｎＡｓも融解し、第５図に示されるようにＩ　ｎ
−Ｑ　ａ−Ａ　Ｓ融液２０ができる。この時、るつぼ１
５が傾いて載置台５に載置されていても、仕切板１４が
上動されているため、従来と異なり各部屋Ａ．Ｂ毎にＧ
ａ　Ａｓ　．ＩｎＡｓがＩｎ融液１９と混合するのでは
なく、るつぼ１５の全体において混合する構成となるた
め、Ｉ　ｎ−Ｇ　ａ−Ａ　ｓ融液２０は部屋Ａ．Ｂに拘
らず、るつぼ１５内において均一の組成となっており、
その組成は秤量時における所定の組成率となっている。

上記のようにＩ　ｎ−Ｇ　ａ−Ａ　Ｓ融液２０が生成さ
れると、什切板１４は下動し、るつぼ１５を部屋Ａ，Ｂ
に画或すると共に、狭い連通部１８が形成される。この
時、Ｉ　ｎ−Ｇａ−Ａ　ｓ融液２０は仕切板１４により
体積比にして１：１となるよう画成され、また達通部１
８の高さ寸法（仕切板１４の下端とるつぼ１５の底面と
の離間寸法）は３ｍとなるよう設定されている。

次にＩ　ｎ−Ｇ　ａ−Ａ　ｓ融液２０を０．７℃／ｗｉ
ｎで冷却し、そして８４０℃に到達した時に種結晶６（
ｆｎＰよりなる）を下動させてＩ　ｎ−Ｇａ−Ａ　Ｓ融
液２０に浸漬させた上で、引上げ軸２１を２０『ｐ一で
回転させながら（回転機構は図示せず）、０．２ＪＩＩ
／■１ｎの速さで引き上げる。また同時に、部屋Ａ内の
ｌ　ｎ−Ｑ　ａ−Ａｓ融液２０において涸渇するＱａを
部屋Ｂより補給するため、電極１１，１２に１ＯＡの電
流を流す。これにより、第６図に示すように、Ｉｎ　Ｇ
ａ　Ａｓ単結晶２２が成長し、４０分間引き上げること
により直径１５ｍｇ．長さ８ｊｌＩのＩｎＰに格子整合
したＩｎ　Ｇａ　Ａｓ単結晶２２が製造される。

この時得られるＩｎ　Ｇａ　Ａｓ単結晶２２は、上記の
ようにるつぼ１５の傾きに拘らず均一で所定組成を有す
るＩ　ｎ−Ｇ　ａ−Ａ　ｓ融液２０から成長されるため
、転位の発生のないかつ均一な組成を有した高品質の単
結晶となる。よって、このＩｎ　Ｇａ　Ａｓ単結晶２２
を基板とした半導体装置の特性向上を図ることができる
。

尚、上記した実施例ではＩｎ　Ｇａ　Ａｓ単結晶を製造
する．半導体成長装置１３を例に挙げて説明したが、本
発明は本実施例に限定されるものではなく、他の３元以
上の化合物半導体の単結晶を製造する場合においても適
用できることは勿論である。

（発明の効果） 上述の如く、本発明によれば、転位がなく均−の組成を
有した３元以上の化合物半導体の単結晶を容易に製造す
ることができる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である半導体成長装置におい
て、仕切板が下動した位置にある状態を示す要部構成図
、 第２図は第１図に示す半導体成長装置において、仕切板
が上妨した位置にある状態を示す要部構成図、 第３図乃至第６図は第１図に示す半導体成長装置を用い
たＩｎ　Ｇａ　Ａｓ単結晶の製造方法をその製造手順に
沿って説明するための図、 第７図は従来における３元化合物半導体の単結品を製造
する半導体成長装置の一例を示す要部構成図、 第８図乃至第１０図は従来における Ｉｎ　Ｇａ　ＡＳ　ｌｉ結晶の製造手順を説明するため
の図、 第１１図は従来の半導体成長装置でるつぼが信いた場合
に生ずる不都合を説明するための図である。 図において、 ２はチャンバ、 ６は種結晶、 １３は半導体成長装置、 １４は仕切板、 １５はるつぼ、 １８は連通部、 ２２はＩｎ　Ｇａ　Ａｓ単結晶 を示す。 Ｂ半間 第２図 第１図 第６図 第７図 第９図 第１ｉ図 第８図 第１０図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）３元以上の原料が入れられ、加熱されて該原料を
   融解させるるつぼ（１５）と、 該るつぼ（１５）を複数の部屋（Ａ、Ｂ）に画成する仕
   切板（１４）と、 上記融解された融液（２０）が該複数の部屋（Ａ、Ｂ）
   間で移動し得るよう構成された連通部（１８）とを設け
   てなる半導体成長装置において、該仕切板（１４）を移
   動可能な構成とし、 該原料の融解時に該仕切板（１４）を引き上げ該連通部
   （１８）を広くすると共に、 該融液（２０）から単結晶を成長させる時、該仕切板（
   １４）を引き下げ該連通部（１８）を狭くする構成とし
   てなる半導体成長装置。
2. （２）上記半導体成長装置において、上記連通部（１８
   ）を通して融液（２０）に電流を流すための電極（１１
   、１２）を構成としてなる請求項１記載の半導体成長装
   置。