JPH0459695A - 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、化合物半導体単結晶製造技術さらには液体封
止チョクラルスキー法（以下、ＬＥＣ法と称する）によ
る単結晶の製造方法に関し、例えばＩｎＰ単結晶の育成
に利用して好適な技術に関する。

［従来の技術］ 現在、ＧａＡｓやＩｎＰのような化合物半導体単結晶の
工業的製造には一般にＬＥＣ法が適用されている。ＬＥ
Ｃ法は、第３図に示すようにヒータ４を有する高圧加熱
炉ｌ内に、原料と封止剤８を仕込んだるつぼ２を設置し
てヒータ４によ＋）原料を加熱溶融させ、融液７″の表
面に上方から種結晶６を接触させ、るつぼ２と引上げ軸
５を相対回転させながら徐々に結晶を引き上げていく方
法である。

従来、ＬＥＣ法によりＧａＡｓやＴｎＰのようなｍ−ｖ
族化合物半導体単結晶を育成する場合、ＡｓやＰ等蒸気
圧の高いＶ族元素の解離を防止するため、るつぼ内には
先ず原料を入れ、その上に封止剤をのせて溶融させてい
た。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のＬＥＣ法においては、同一重量の原料と封止剤を
るつぼ内に入れ、同一条件下でｒｎＰ単結晶の引上げを
行なっても得られた単結晶はロンドによって転位密度が
異なっていることがあった。

このような育成結晶間の転位密度のばらつきの原因とし
ては、引上げ条件のすれ等種々の原因が考えられるが、
本発明者らはるつぼ内の原料および封止剤の仕込み状態
の相違によっても結晶間で転位密度がばらつくことを見
出した。

本発明は、上記のような背景の下になされたもので、そ
の目的とするところは、ＬＥＣ法による化合物半導体単
結晶の育成において低転位密度の単結晶を育成可能にす
る方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、るつぼ内の原料と封止剤の仕込み状態と
育成された単結晶の転位密度との相関を知るため、Ｉｎ
Ｐについて第３図のような引上げ装置を用いてＬＥＣ法
による単結晶の育成実験を行なった。

その結果、原料をるつぼに仕込む際、第１図（ｄ）に示
すように、るつぼ２の底部と原料塊７との間に比較的大
きな隙間が生じるように仕込みを行なっておいた方が、
原料を密にるつぼ底部に接するように仕込んだ場合に比
べて転位密度が低くなることを発見した。

また、その理由について考察を行なった結果、原料をる
つぼ底に接するように密に仕込んだ場合、るつぼの底壁
から原料へ熱が速やかに伝導するため第２図（ｂ）に示
すように融液内の温度分布を示す等温＃！Ｔ　ｃが下に
大きく凸となるのに対し、原料とるつぼ底との間に隙間
が生じるように仕込んだ場合には、るつぼの底から原料
への熱の伝達が遅くなるため、るつぼ底壁が十分に加熱
されてから原料が溶融されるようになり、これによって
融液内の等温線Ｔｃが第２図（ａ）のごとく（ｂ）の場
合と比べより平坦になるためではないかと考えるに到っ
た。

本発明は上記知見に基づいてなされたもので、液体封止
チョクラルスキー法により化合物半導体単結晶を育成す
るにあたり、原料塊とるつぼ底壁との間に隙間が生じる
ように原料と封止剤をるつぼに入れてから高圧加熱炉内
に設置して加熱し、るつぼ内の原料を溶解させて引上げ
を開始することを提案するものである。

［作用コ 上記した手段によれば、加熱時に原料塊がるつぼの底壁
に接触していないため、るつぼ底壁が充分に加熱されて
から原料が溶融されるようになり、これによって融液内
の温度分布を示す等温線がより平坦になるので、低転位
の単結晶が得られ易くなる。

［実施例］ 第１図（ａ）に示すように内周面に突起２ａを有する直
径４インチのｐＢＮ製るつぼ２を用意した。るつぼ２の
底壁から突起２ａまでの高さＨは２ＯｒＭＩＩ、突起２
ａの壁面からの高さｂは５ＩｌｕＴｌとした。

上記るつぼ２内に、重量１１００ｇのＩｎＰ多結晶塊７
を入れ、上記突起２ａの上にのせ、さらにその上に溶融
時の厚みが２０＋ｎｍ以下となる量の封止剤（Ｂ、Ｏ，
）８をのせた。

上記のようにして、原料および封止剤を仕込んだるつぼ
を第３図の引上げ装置内に設置し、直径約２インチのＩ
ｎＰ単結晶の育成を行なった。原料が完全に溶融し、表
面が所定の温度になるのを待って引上げを開始し、引上
げ軸５とるっぽ２は同一方向にそれぞれ２Ｏｒ、ｐ、ｍ
と１５ｒ、ｐｏｍで回転させながら、１０ｍｍ／時間の
速度で引上げ軸５を引き上（ずた。

比較のため、内周面に段差を有しない従来のｐＢＮ製る
つぼを用いて同一条件でのＩｎＰ単結晶の育成も行なっ
た。

その結果、従来方法では原料溶融完了時のるつぼ下面の
温度は平均１１０５℃であったのに対し、本実施例では
平均で１１４０℃と高くなっていた。

また、原料の溶融所要時間は、従来の方法では５０〜８
０分であったものが、実施例では１２０〜２２０分とな
った。差に相当する熱量はるつぼに蓄積されたと考えら
れる。

さらに、原料溶融径引上げ開始までの時間は、ともに３
００分で、引上げ開始時のるつぼ下面の温度は従来方法
で１０９０℃であったものが本実施例では１１００℃と
なった。

上記実施例によって得られたＩｎＰ単結晶および従来法
で得られたＩｎＰ単結晶のシード側、中央部およびテー
ル側の３カ所から各々ウェーハを切り出してポリッシン
グ加工後、ツーバーエッチャント（２Ｈ，ＰＯ４，ＩＨ
Ｂ）でエツチングを行なって表面の転位密度を測定した
。

測定はウェーハの表面（１７，２５ｃｌ′Ｉｔ）を６９
個のエリア（面積０．２５ｃｎｔ）に分割し、各エリア
ごとに転位の数を計数し、５００個／Ｃｒｌ１以下のエ
リアを低転位エリアと定義した。

その結果を、低転位化に有効な含有イオウ濃度を横軸に
、また縦軸に各ウェーハごとの低転位エリアの合計面積
をとって第４図に示す。同図には、従来法により得られ
た単結晶についての測定結果を○印で、また上記実施例
の方法で得られた単結晶についての測定結果を・印で示
す。

同図より、同一イオウ濃度なら本実施例を適用すること
により大幅に転位密度かが低下することが分かる。

なお、上記実施例では、内周面に突起を有するるつぼを
使用したが、第１図（ｂ）のように底部に段差２ｂを有
するるつぼあるいは第１図（Ｃ）のように底部にテーパ
面２ｃを有するるつぼを使用してもよい。

また上記実施例では、ＩｎＰ単結晶の育成を例にとって
説明したが、この発明はそれに限定されるものでなく、
ＧａＡｓ単結晶その値化合物半導体単結晶をＬＥＣ法で
育成する場合に適用できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、液体封止チョクラルスキ
ー法により化合物半導体単結晶を育成するにあたり、原
料塊とるつぼ底壁との間に隙間が生じるように原料と封
止剤をるつぼに入れてから高圧加熱炉内に設置して加熱
し、るつぼ内の原料を溶解させて引上げを開始するよう
にしたので、加熱時に原料塊がるつぼの底壁に接触して
いないため、るつぼ底壁が充分に加熱されてから原料が
溶融されるようになり、これによって融液内の温度分布
を示す等混線が下に凸でかつより平坦になるので、低転
位の単結晶が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明方法に使用され
るるつぼの一例をそれぞれ示す断面図、第１図（ｄ）は
従来方法で使用されていたるつぼの一例を示す断面図、 第２図（ａ）は本発明方法におけるるつぼ内の融液の温
度分布を示す図、 第２図（ｂ）は従来方法におけるるつぼ内融液の温度分
布を示す図、 第３図は本発明方法の実施に使用される単結晶引上げ装
置の一例を示す断面正面図、 第４図は本発明方法および従来法により得られたＩｎＰ
単結晶の低転位密度領域の大きさをイオウ濃度との関係
で示す図である。 ２・・・・るつぼ、５・・・・引上げ軸、６・・・・種
結晶、７・・・・原料塊、８・・・・封止剤。 第１図 ′ｈ （Ｃ） （ｄ） 第２図 （ａ） （ｂ） ィ亡ジオ云イ立４唄を咬之（０ｍ２） −ぜ　（） 手続補正書 （自発） 名称 日本鉱業株式会社 ６゜ 補正の内容

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体封止チョクラルスキー法により化合物半導体
   単結晶を育成するにあたり、原料塊とるつぼ底壁との間
   に隙間が生じるように原料と封止剤をるつぼに入れてか
   ら高圧加熱炉内に設置して加熱し、るつぼ内の原料を溶
   融させて引上げを開始するようにしたことを特徴とする
   化合物半導体単結晶の製造方法。