JPH0412081A - ３―ｖ族化合物単結晶の製造方法 - 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、結晶育成容器内で原料を融解し、続いて縦型
成長法により化合物単結晶を育成する■−Ｖ族化合物単
結晶の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

ＧａＡｓなとの化合物単結晶の育成は、これまで引上法
や、横型ポート法により行われてきているが、引上法で
は円形ウェハを得られるが低転位密度化が難しく、横型
ボート法では低転位密度単結晶を得られるが円形ウェハ
を歩留り良く得られないといった問題がある。低転位密
度単結晶が得られ、しかも円形ウェハを歩留り良く得ら
れる方法として、縦型成長法が近年注目され、実用化さ
れつつある。

ルツボ底に種結晶をおき、下方から上方へ融液を固化さ
せていく縦型成長法には、ルツボを高温部から低温部へ
移動することにより結晶育成がなされる垂直ブリッジマ
ン法と、温度勾配をほぼ一定に保ったまま徐々に降温す
ることにより結晶育成がなされる垂直温度勾配法がある
。これらの縦型成長法では、胴部が円筒形、底部が円錐
形をなし、種結晶を収容するポケットが底部最深部に連
通したルツボが用いられる。

以下、■−Ｖ族化合物の代表的なＧａＡｓ単結晶を縦型
成長法により育成する場合を例として説明する。ルツボ
底に連通したポケットに特定の方位をもつ種結晶をおき
、あらかしめ合成しておいたＧａＡｓ原料を入れ、Ａｓ
圧を印加するか、液体封止剤Ｂ２Ｏ３で上方を覆って炉
内に不活性ガスを封入するかして、ＧａＡｓ原料を融解
しさらに種結晶上部を融解して種付けを行い、結晶育成
が行われる。この従来の縦型成長法による結晶製造法は
、化合物原料の合成工程と、結晶育成工程の２段階の工
程を経なければならないため、結晶育成炉内で化合物を
合成する直接合成法が可能な液体封止引上法に比べて、
単体原料から化合物単結晶を得るまでに要する時間が長
く、生産性が劣る欠点がある。

縦型成長法で化合物を直接合成し、単結晶を製造する方
法が、特開昭６３−２７０３７９号公報に提案されてい
る。この方法は、液止め栓を種結晶収容ポケット内の種
結晶の上においた状態でＡｓ圧を制御しつつＧａＡｓを
合成し、その後種結晶を下から押し上げて前記液止め栓
を融液内に放出し、融液面に浮上させることにより融液
と種結晶を接触させて種付けを行い、結晶を育成すると
いうものである。

この方法では、種結晶を保護しつつ化合物を直接合成で
きるが、種結晶を押し上げる押し上げ棒や、その駆動軸
が必要であり、装置が従来のものより複雑になる。また
、液止め栓が融液上方に浮いているため、上方では単結
晶が得られなくなることが考えられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

縦型成長法で化合物原料を直接合成することにより、生
産性よく単結晶を製造することは容易ではない。また、
既に提案されている上記方法では、装置が従来のものよ
り複雑になり、単結晶化率の低下が予想される。

本発明は、縦型成長法で装置を特に複雑化することなく
、化合物原料の直接合成を行い、生産性良く単結晶を育
成し得る方法を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するため本発明の方法は、種結晶として
ルツボ底部に密接する形状の円錐部と、ルツボ底部に連
通したポケットに収容可能な突起部とからなる単結晶を
用い、単結晶育成炉内で化合物を直接合成し、融解した
後、前記種結晶を前記ポケット部上端部まで融解させて
から、単結晶を育成する点に特徴がある。

本発明法を実施するには、第１図に示すように、材質が
石英またはｐＢＮであるルツボ１内に、種結晶２、Ａｓ
原料３、Ｇａ原料４及び液体封止剤Ｂ２Ｏ３３を順に装
入する。種結晶２の形状は、その上部がルツボ底に密接
する円錐形をなし、その下部にポケットに収容可能な円
柱形または角柱形の突起を有する。このルツボを第２図
に示す如き垂直ブリッジマン炉６内にセットし、不活性
ガスを充てんした後昇温を開始する。

この垂直ブリッジマン炉６は、前記ルツボ１を収容する
サセプター７と、このサセプター７を回転させつつ昇降
するシャフト８、サセプター７を囲むように配置され、
温度分布を制御するため複数組に分割されたヒーター９
及び該ヒーター９を囲む保温材１０とを高圧容器１１内
に収納した構造になっている。先ず始めに、ルツボ内部
において第３図（Ａ）に示すようにＧａ３が融解し、続
いてＢ２０：ｌ　５が軟化する。Ｇａ融液３はルツボと
の濡れ性が悪いが、Ｂ２Ｏ３５はルツボとの濡れ性が良
いため、ルツボ内壁をＢ２Ｏ３が覆い、円錐形のルツボ
底部の種結晶とルツボ内壁の間にもＢ２Ｏ３が入り、Ｇ
ａ融液は入り込まない。約１０００°ＣでＧａとＡｓの
合成反応が起こり、ＧａＡｓ化合物１２が生成し、さら
に昇温すれば全体がＧａＡｓ融液となる。この後第４図
（Ａ）に示すように種結晶をポケット部上端部まで融解
し、従来の縦型成長法の種付けと同様の状態とし、結晶
育成を開始する。本発明で用いる種結晶は同じ形状のル
ツボで育成した単結晶から切り出せば繰り返し使用する
ことが可能である。

また、種結晶上部のルツボ底に密接する円錐形状部は、
ポケットに収容される突起部とは別体としてもよい。こ
の場合、円錐形状部は多結晶体であっても良（、同形状
のルツボ内で単に熔融固化させた結晶を切り出したもの
を使用できる。

〔作　用〕

従来の縦型成長法で、化合物原料の直接合成を行おうと
すると、昇温過程で最初にＧａが融解し、Ｇａ融液が種
結晶と接触する。さらに昇温が進むとＧａ融液が種結晶
から構成元素であるＡｓを奪い、種結晶が劣化する。従
って、単結晶が得られなくなる。

本発明によれば、種結晶上部がルツボ底と密接する円錐
形をなし、ルツボ内壁との隙間が小さいため、ＧａＡｓ
合成前にルツボと濡れ性の悪いＧａがまわりこんで下部
のポケット内の種結晶と接触することはない。種結晶上
部は上記従来の場合と同様にＡｓがＧａに奪われて劣化
するが、劣化した種結晶上部は、ＧａＡｓ原料を直接合
成した後、結晶育成開始前に、融解させてしまうので、
化合物原料の直接合成による種結晶の劣化の問題はなく
、単結晶の育成が行える。

〔実施例〕

第１図≠衾手に示したような形状のｐＢＮルツボにＧａ
Ａｓ種結晶、Ａｓ３８０　ｇ＋　Ｇａ３５０　ｇ、　Ｂ
ｚ０３５０ｇの順に装入し、垂直ブリッジマン炉にセッ
トした。用いた種結晶は同じルツボで育成した単結晶か
ら切り出し、王水でエツチングしたものである。ポケッ
トから上のルツボ底に密接する種結晶上部の厚さは約２
０ｍｍである。第３図（Ｂ）の温度分布となるように昇
温を行い、ＧａＡｓを直接合成した。その後、ルツボを
３ｍｍ／時の速度で上昇させて種結晶上部をポケット内
深さ約５ｍｍの位置まで融解し、種付けを行った。この
時の温度分布は第４図（Ｂ）に示すとおりである。この
後は通常の垂直ブリッジマン法と同様であリルッポを３
ｍｍ／ｈの速度で下降させることにより結晶育成を行っ
た。

得られた結晶は、単結晶であり、ポケット内の種結晶は
金属光沢をし、特に劣化は認められず、従来のあらかじ
め合成した原料を用いた場合と同様であった。

〔発明の効果〕

本発明により、縦型成長法により装置を特に複雑なもの
にしなくても結晶育成炉内で化合物の直接合成を行って
、単結晶が得られるようになり、生産性が向上した。

縦型成長法で育成した結晶のルツボ底の円錐形状部は、
所望の径を有するウェハを得られないため従来はスクラ
ップとなっていたが、本発明によりルツボ底の円錐形状
部までを種結晶として繰り返し使用することになったた
め、使用原料重量に対する製品重量の割合が高くなり、
歩留りも向上した。

なお、本発明の方法は、化合物原料を結晶育成容器内で
直接合成する場合にのみならず、あらかじめ合成してお
いた化合物原料を用いる場合にも適用し得ることは言う
までもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明におけるルツボに種結晶原料Ｂ２０．
を装入した状態、第２図は垂直ブリッジマン炉の概念図
、第３図（Ａ）はＧａＡｓ原料の直接合成が開始した状
態、第３図（Ｂ）はその時の温度分布、第４図（Ａ）は
結晶育成を開始する状態、第４図（Ｂ）はその時の温度
分布を示す。 １・・・ルツボ、２・・・種結晶、３・・・Ａｓ原料、
４・・・Ｇａ原料、訃・・Ｂ２Ｏ３，６・・・ブリッジ
マン炉、７・・・サセプター、８・・・シャフト、９・
・・ヒーター　１０・・・保温材、１１・・・高圧容器
、１２・・・ＧａＡｓ化合物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　逆円錐形の底部を有し、該底部最深部に種結晶を収容
   するポケットを有するルツボ内で、原料を融解させた後
   、下方から徐々に冷却して化合物単結晶を育成する縦型
   成長法において、前記底部に密接する形状の円錐部と前
   記ポケットに収納可能な突起部とからなる単結晶を種結
   晶とし、単結晶育成炉内で化合物を合成し、融解した後
   、前記種結晶を前記ポケット部上端部まで融解させてか
   ら、単結晶を育成することを特徴とするIII−Ｖ族化合
   物単結晶の製造方法。