JPH04167421A - 半導体単結晶の製造装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は半導体単結晶の製造装置に係り、特に高温高圧
の雰囲気において半導体結晶溶融液から直接単結晶体が
成長製造されるｍ−ｖ族のＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ等
、ＩＩ−ＶＩ族のＺｎ５ｅ、　ＺｎＳ等の化合物半導体
単結晶の製造方法に関する。

（従来の技術） 従′来のブリッジマン法による化合物半導体の製造装置
について、　Ｚｎ５ｅの単結晶製造を例に第４図を用い
て説明する。

２ｎＳｅは通常ブリッジマン法と呼ばれる方法で。

バルク単結晶成長が行われる。ブリッジマン法において
は第４図に示されるように、アルゴン等の不活性ガスが
封入された円筒型の高圧容器１０１の中心軸付近に原材
料１０２の多結晶Ｚｎ５ｅが充填された耐熱容器１０３
が配置され、この耐熱容器を、同軸に包囲するヒータ　
１０４が設けられる。なお、前記ヒータと高圧容器との
間には、遮熱のための遮熱体１０５が配置されている。

叙上の装置によって、耐熱容器１０３を加熱し、これに
充てんされ原材料を溶解し融液にしたのち、徐冷を施し
て単結晶化させ、単結晶体を得ている。

上記耐熱容器１０３の材料は、最も一般的にはグラコア
イトが使用されるが、単結晶材料によっては、その融液
と耐熱容器内壁との接触面で反応を生じたり、カーボン
等の不純物が単結晶体に多量に混入するため、焼結窒化
ボロン（ＰＢＮ）、　ＰＢＮ等のセラミック性材料も用
いられる。

（発明が解決しようとする課題） 一般に同一物質の密度は、液状のものと固体とを比較し
た場合、前者の方が大きい。このため液相から固相への
相変化に伴なって体積が増加する材料の方が多い。この
ように、体積の変化によって生成される結晶は収納容器
で拘束されるため、歪を受け、双晶や転位などの結晶欠
陥が発生する原因となっていた。

次に、引上法では生成される結晶の収納容器を必要とし
ないが、結晶の直径制御が難しく、直径の変動による双
晶や多結晶化、さらに転位が増加するなどの問題がある
。

本発明は上記従来の問題点に鑑み、これを改良した単結
晶体の製造装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明に係る半導体単結晶の製造装置は、高圧容器と、
この高圧容器内に長手方向を垂直に配置され結晶原料融
液咎収容する耐熱容器と、この耐熱容器の周辺に設けら
れた加熱手段を備え耐熱容器内の原料融液の徐冷をその
一端から順次他端に及ぼす単結晶製造装置において、耐
熱容器が外側容器とこの外側容器の内側面に摺動挿脱で
きる内側容器を備え、該内側容器は長手方向の一端部の
内径が他端部の内径よりも小なる筒型になり、内径の小
なる端部を上方に配置して結晶材料の融解・固化ができ
ることを特徴とする。

以下にさらに詳述する。

本発明は原料融液から直接単結晶を得る装置で、単結晶
用原料が収納される垂直の筒型の耐熱容器の中心軸を重
力に対して平行に設け、その側面周囲に間隔をおいて加
熱体を配置し、結晶原料が直接接触する内側容器と、内
側容器を収納する外側容器からなり、２回の加熱溶融固
化を施し、２回目の固化の際使用する内側構造材は上部
が下部より内径が小さく形成されている。そして内側容
器は外側容器内でなめらかに接触しており、スムーズに
移動できるように構成されている。構造材内の加熱体に
よりつくられる温度分布は、第２図に示すような、上部
が下部と比較して、低温となっている。第１回目の加熱
溶融固化を行う際は内側容器の開口部を重力に対して上
方となるようにして溶融し徐冷を施し、内側容器の形状
に整形、固化する。２回目の加熱を施すに先に立って内
側容器に対して上下を入れ替え、２回目の溶融を第１図
の上方より容器を降下させる。容器内の単結晶原料の溶
融を確認したのち容器を上方へ移動、又は上部が下部に
比較して低温のまま、全体を降温させることにより単結
晶体の製造を行うことを特徴とする。

（作　用） この発明では内側容器の上部から単結晶化することによ
り固化時の体積増加分を内側容器が上部に移動し、体技
増加を拘束しないため、発生する応力、歪をきわめて低
減できる。

特に１回目の溶融固化ではるつぼの形に整形する。これ
により２回目の溶融時に内側容器内に気泡が入らなくな
る。又内部に気泡が入らなければ外側容器内の圧力を調
整することにより結晶成長時の固液界面での圧力を零に
でき物理的な応力がかからない。このことは成長した結
晶が融点温度近傍の高温での物理的応力をきわめて低減
する効　。

果もあり、成長後に入る、いわゆるスリップによる転位
も低減できる。さらにこれらの外形変化の熱応力の変化
により転位の発生要因の一つとなっているが、本手法を
用いることにより、径制御も容易に行え、歪、応力、転
位を容易に低減できる。

また、上記方法では容器によって結晶直径が定まるため
、例えば、引上法にみられる直径の変動が無く、従って
直径の変動の際の非定率な熱応力が極めて小さく、結晶
中の転位密度を大幅に低減させることもできる。

（実施例） 以下この発明による単結晶製造方法および装置の一例に
ついて第１図および第２図を参照して説明する。なお説
明において従来と変わらない部分については、従来例を
示した第４図と同じ符号をつけて示し説明を省略する。

第１実施例 この実施例では外側容器１１がＢＮ（窒化硼素）で、ま
た、内側容器１２がＢＮで夫々構成されている。外側容
器１１には上端にネジでふた体１１ａが締付けられてお
り大略の気密が保たれている。又、内部容器１２はその
外側面で外部容器１１の内側面に滑らかに接触摺動でき
る。

次に単結晶化のために用いた単結晶原料は粒状の２ｎＳ
ｅで第２図に原料融液１３として示されている。

そして第３図に示す温度分布の加熱炉内で不活性ガスの
一例であるアルゴンで１０〜３５０気圧の加圧範囲内の
、−例として９０気圧に加圧したのち加熱し、本発明に
よる耐熱容器を第３図中に示す高温で比較的均熱である
（ａ）部分に配置し、第１回目の融解を確認した後冷却
し、炉内から取出し外側容器ごと上下を入れ替えた。つ
いで再び炉内を昇温し、炉内で均温部分（ａ）に容器を
移動し融解を確認した後、容器内を１５５０℃に１時間
保ち、その後該容器をゆっくり上昇させ１０℃／時間の
割合で徐冷を施し、第３図の（ｂ）部分の上部低温部ま
で上昇させ固化を施した。この工程において、−例の半
導体原料の仕込量１　ｏｏｇでこれから得られた単結晶
体は９５ｇであった６ 叙上の如くして得られた単結晶体は従来の垂直ブリッジ
マン法等で得られた単結晶体と外観を比較して、表面が
平滑であるため結晶体は透明感が高くクラックも見られ
ていなかった。双晶も従来は１■膨あたり１０個程度あ
ったが、φ２０　Ｘ　１０＋＋＋ｍにわたって確認され
なかった。転位は従来の垂直ブリッジマン法で得られた
結晶では３０％ＮａＯＨ１１０℃処理によるエッチピッ
ト密度は１ｄ当り１０７オーダであったが、当年法にお
いては１０４オーダとなり、転位が従来の方法と比較し
て極めて低減している。

第２実施例 この実施例は上記第１実施例と同一の結晶原料および同
一の加熱炉を用いた場合を例示する。

第１回目の融解、固化を施したのち、内側容器１２の上
下を入れ替え２回目の融解を施すために第３図に示す（
ａ）部分と（ｂ）部分の間に本発明による容器を移動さ
せ、内側容器上部が１４００”Ｃとなる部位でこの容器
を停止させた。その後、３０分間１４００℃を保持した
のち、容器をその部位に固定し、ヒータの出力を低下さ
せ容器上部で１０℃／時間で降温させた。

上記により得られた単結晶体は第１実施例で示したもの
と同様に透明感が良好で、クラック、双晶がなく、転位
も１０４個オーダであり、高品質の単結晶体が得られた
。

構成材料として上記実施例にて説明したＢＮで優れた結
晶性のものが得られたが、構造材としてグ５７アイト、
　ＳｉＮ、　ＡＩＩＮ等を用いても同様の効果がある。

また、外部容器に沿って内部容器を良好に摺動させるた
めに、これらいずれかの接触面に融故に対してねれ性の
悪い材料例えば８２０３等を被着しておくと良い。また
この材料で夫々の容器を形成しても良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば単結晶製造において、この方法および装
置を用いることにより、固化の際の体積増加の影響を極
めて低減でき、双晶、転位等の結晶欠陥が少なく歪の小
さい単結晶を容易に製造できる顕著な効果を備える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の製造装置の断面図、第２図
は本発明の一実施例を示す単結晶製造用容器の断面図、
第３図は本発明に用いた加熱部分での温度分布を示す線
図、第４図は従来の垂直ブリッジマン法による製造装置
の概略を示す断面図である。 １１・・・外側容器　　　　　　１２・・・内側容器工
３・・・原料融液　　　　　　１０１“・”高圧容器１
０４・・・ヒータ 代理人　弁理士　大　胡　典　夫 １１　：　タト剣Ｓ！ｌｉ　　　　　　ｌ１ａ２．ｊ−
ｈ４ｊ１２　：　内１１’ｌ　＄−３＄−１１；　　３
　糾Ｍｉ／ｌ、ｒｏｔ：ｆ］五各Ｉ）ｔｏ４：　Ｌ−ｐ
ｌｏり、連ヤｌト 第１図 １２：　内作’ｌ　ｊ）！、１３　：牌Ｊ斗ん叡醍第２
図 １０００　　　　１５００　　　　　　　　（’（１：
　）温度−一憬 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高圧容器と、この高圧容器内に長手方向を垂直に配置さ
   れ結晶原料融液を収容する耐熱容器と、この耐熱容器の
   周辺に設けられた加熱手段を備え耐熱容器内の原料融液
   の徐冷をその一端から順次他端に及ぼす単結晶製造装置
   において、耐熱容器が、外側容器と、この外側容器の内
   側面に摺動挿脱できる内側容器を備え、該内側容器は長
   手方向の一端部の内径が他端部の内径よりも小なる筒型
   になり、内径の小なる端部を上方に配置して結晶材料の
   融解・固化ができることを特徴とする半導体単結晶の製
   造装置。