JPH05155685A - 化合物半導体単結晶の製造方法 - Google Patents
化合物半導体単結晶の製造方法Info
- Publication number
- JPH05155685A JPH05155685A JP32199791A JP32199791A JPH05155685A JP H05155685 A JPH05155685 A JP H05155685A JP 32199791 A JP32199791 A JP 32199791A JP 32199791 A JP32199791 A JP 32199791A JP H05155685 A JPH05155685 A JP H05155685A
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- Japan
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- pressure
- crystal
- growth
- single crystal
- compound semiconductor
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 結晶全長にわたって転位密度が低く、かつ転
位が均一に分布した良質の結晶を収率良く得る方法を提
供する。 【構成】 結晶成長開始直後は雰囲気圧力を高めに維持
し、肩部形成後雰囲気圧力を徐々に低くし、再び一定圧
力に維持しながら成長を完了する。
位が均一に分布した良質の結晶を収率良く得る方法を提
供する。 【構成】 結晶成長開始直後は雰囲気圧力を高めに維持
し、肩部形成後雰囲気圧力を徐々に低くし、再び一定圧
力に維持しながら成長を完了する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は液体封止引上法（ＬＥＣ
法）による化合物半導体単結晶製造方法に係り、特に長
尺の単結晶を効率良く製造する方法に関するものであ
る。
法）による化合物半導体単結晶製造方法に係り、特に長
尺の単結晶を効率良く製造する方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】ＬＥＣ法は GaP、 InP、GaAs等の化合物
半導体の単結晶製造に広く用いられている。このＬＥＣ
法はたとえば図２に示す装置が用いられる。図２に示す
ように圧力容器１内に、回転軸２によって支持されたル
ツボ５を囲んでヒーター６が配置され、ツルボ５の上方
には上下動可能な回転軸９が配置される。原料８をツル
ボ５に入れ、さらに液体封止剤７としてたとえばB2O3を
入れて加熱すると原料は融液となりB2O3も溶けて原料融
液の表面を覆うようになる。上軸９の下端に種結晶１０
を固定し、これを原料融液８の表面に接触して徐々に引
き上げ、単結晶を成長させる。この場合、原料中にはA
s、Ｐのように比較的低温度で昇華性の高いものを含ん
でいるので、液体封止剤７を使用すると共に、容器１内
の雰囲気圧力を合成された育成結晶の解離圧以上の高圧
に維持し、成分の揮散を防止する手段がとられている。
たとえば、主な化合物半導体の解離圧は GaP：３５atm
、 InP：２５atm、GaAs：０．９８atm 等である。
半導体の単結晶製造に広く用いられている。このＬＥＣ
法はたとえば図２に示す装置が用いられる。図２に示す
ように圧力容器１内に、回転軸２によって支持されたル
ツボ５を囲んでヒーター６が配置され、ツルボ５の上方
には上下動可能な回転軸９が配置される。原料８をツル
ボ５に入れ、さらに液体封止剤７としてたとえばB2O3を
入れて加熱すると原料は融液となりB2O3も溶けて原料融
液の表面を覆うようになる。上軸９の下端に種結晶１０
を固定し、これを原料融液８の表面に接触して徐々に引
き上げ、単結晶を成長させる。この場合、原料中にはA
s、Ｐのように比較的低温度で昇華性の高いものを含ん
でいるので、液体封止剤７を使用すると共に、容器１内
の雰囲気圧力を合成された育成結晶の解離圧以上の高圧
に維持し、成分の揮散を防止する手段がとられている。
たとえば、主な化合物半導体の解離圧は GaP：３５atm
、 InP：２５atm、GaAs：０．９８atm 等である。
【０００３】雰囲気ガスの圧力は、種結晶を融液に接触
させる（シーディング）工程から育成結晶を融液からか
ら切り離す（テールカット）工程まで一定とする方法が
一般的にとられる。ここで言う圧力一定とはシーディン
グ工程前に所定の圧力に設定し、その後のガスの出し入
れを行なわない方法も含めるものである（特開平１−１
３８１９０参照）。
させる（シーディング）工程から育成結晶を融液からか
ら切り離す（テールカット）工程まで一定とする方法が
一般的にとられる。ここで言う圧力一定とはシーディン
グ工程前に所定の圧力に設定し、その後のガスの出し入
れを行なわない方法も含めるものである（特開平１−１
３８１９０参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＬＥＣ法における雰囲
気ガスの圧力は、結晶成長中の結晶中及び成長界面での
温度分布に影響を与え、転位密度等の品質及び単結晶収
率を決める重要な要素である。本発明者らは、いわゆる
圧力を一定とした条件にて設定圧力を結晶成長毎に変更
した場合の結晶成長結果から次のような知見を得た。 １）雰囲気ガス圧が高い場合は、肩部成長は容易に行な
えるものの結晶成長後半で多結晶化しやすくかつ転位密
度が高い。 ２）雰囲気ガス圧が低い場合は、肩部成長時に双晶化し
やすいものの結晶成長後半での多結晶化はおこりずらく
かつ転位密度が低い。
気ガスの圧力は、結晶成長中の結晶中及び成長界面での
温度分布に影響を与え、転位密度等の品質及び単結晶収
率を決める重要な要素である。本発明者らは、いわゆる
圧力を一定とした条件にて設定圧力を結晶成長毎に変更
した場合の結晶成長結果から次のような知見を得た。 １）雰囲気ガス圧が高い場合は、肩部成長は容易に行な
えるものの結晶成長後半で多結晶化しやすくかつ転位密
度が高い。 ２）雰囲気ガス圧が低い場合は、肩部成長時に双晶化し
やすいものの結晶成長後半での多結晶化はおこりずらく
かつ転位密度が低い。
【０００５】このように雰囲気圧力は成長結晶の品質に
大きく影響し、特に結晶の肩部と直胴部分とでは適正な
圧力を異にしている。このため成長開始から引上げ完了
まで一定圧力で操業する従来の方法では、単結晶が得ら
れなかったり、転位密度が高くなったりして、良質な単
結晶が収率良く得られないという欠点があった。
大きく影響し、特に結晶の肩部と直胴部分とでは適正な
圧力を異にしている。このため成長開始から引上げ完了
まで一定圧力で操業する従来の方法では、単結晶が得ら
れなかったり、転位密度が高くなったりして、良質な単
結晶が収率良く得られないという欠点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明はＬＥＣ法におい
て、その雰囲気ガス圧を結晶成長開始から肩作り終了ま
での間は一定とし、その後徐々に圧力を減じることによ
り所定の圧力まで到達させ、その後結晶成長終了までを
一定の圧力とすることにより、肩部成長時の双晶及び成
長後半部での多結晶の発生を防止し、かつ良好な品質を
有する結晶を歩留り良く製造することを可能とするもの
である。図１にしたがって本発明説明する。
て、その雰囲気ガス圧を結晶成長開始から肩作り終了ま
での間は一定とし、その後徐々に圧力を減じることによ
り所定の圧力まで到達させ、その後結晶成長終了までを
一定の圧力とすることにより、肩部成長時の双晶及び成
長後半部での多結晶の発生を防止し、かつ良好な品質を
有する結晶を歩留り良く製造することを可能とするもの
である。図１にしたがって本発明説明する。
【０００７】図１は図２に示すような装置を使用して結
晶成長をさせた場合の成長結晶の長さＬと結晶径ｄおよ
び雰囲気圧力Ｐとの関係を示す図である。図１に示す通
り成長開始から結晶の肩部の形成が終了するＬ1 より長
い長さＬ2 までは、雰囲気圧力は一定値Ｐ1 に保ち、そ
の後徐々に圧力を下げて雰囲気圧力がＰ2 となる結晶長
Ｌ3 に達した時点で圧力調整を止め、以後はその圧力Ｐ
2 に保ちつつ結晶成長を終了するものである。ここで成
長開始時の雰囲気圧力Ｐ1 は、化合物半導体の融解温度
における解離圧Ｐ0 より大きくすることはもちろんであ
る。さらにＰ1は急成長、双晶化を防止するために充分
な圧力とする必要がある。Ｌ2 は結晶の直胴部直径が安
定した後、なるべく肩部に近接したところとする。Ｐ1
の値はたとえば、 InP結晶の場合は４０ｋｇ／ｃｍ2 以
上、GaAs結晶の場合は２０ｋｇ／ｃｍ2 以上とする。
晶成長をさせた場合の成長結晶の長さＬと結晶径ｄおよ
び雰囲気圧力Ｐとの関係を示す図である。図１に示す通
り成長開始から結晶の肩部の形成が終了するＬ1 より長
い長さＬ2 までは、雰囲気圧力は一定値Ｐ1 に保ち、そ
の後徐々に圧力を下げて雰囲気圧力がＰ2 となる結晶長
Ｌ3 に達した時点で圧力調整を止め、以後はその圧力Ｐ
2 に保ちつつ結晶成長を終了するものである。ここで成
長開始時の雰囲気圧力Ｐ1 は、化合物半導体の融解温度
における解離圧Ｐ0 より大きくすることはもちろんであ
る。さらにＰ1は急成長、双晶化を防止するために充分
な圧力とする必要がある。Ｌ2 は結晶の直胴部直径が安
定した後、なるべく肩部に近接したところとする。Ｐ1
の値はたとえば、 InP結晶の場合は４０ｋｇ／ｃｍ2 以
上、GaAs結晶の場合は２０ｋｇ／ｃｍ2 以上とする。
【０００８】次に結晶の肩部の形成が終了し、直胴部の
成長に移り、安定した時点から徐々に圧力を減ずる。圧
力を減ずる場合は１ｋｇ／ｃｍ2 ・min 以下、好ましく
は０．５ｋｇ／ｃｍ2 ・min 以下のゆるやかな速度とす
る。圧力変化速度が大き過ぎると成長結晶径の制御が困
難となり、結晶径の変動に起因した転位の増加、双晶
化、多結晶化が起こり易くなる。圧力調整は雰囲気圧力
がＰ2 に達した時点で停止する。圧力Ｐ2 はやはり解離
圧Ｐ0 よりも大きい必要があり、この条件の下でＰ1 よ
りも低い値とする。Ｐ2の値はたとえば InPでは３５ｋ
ｇ／ｃｍ2 、GaAsでは１５ｋｇ／ｃｍ2 程度である。圧
力調整が終了したＬ3 以降は、再び一定圧力Ｐ2 に保持
して成長を続ける。
成長に移り、安定した時点から徐々に圧力を減ずる。圧
力を減ずる場合は１ｋｇ／ｃｍ2 ・min 以下、好ましく
は０．５ｋｇ／ｃｍ2 ・min 以下のゆるやかな速度とす
る。圧力変化速度が大き過ぎると成長結晶径の制御が困
難となり、結晶径の変動に起因した転位の増加、双晶
化、多結晶化が起こり易くなる。圧力調整は雰囲気圧力
がＰ2 に達した時点で停止する。圧力Ｐ2 はやはり解離
圧Ｐ0 よりも大きい必要があり、この条件の下でＰ1 よ
りも低い値とする。Ｐ2の値はたとえば InPでは３５ｋ
ｇ／ｃｍ2 、GaAsでは１５ｋｇ／ｃｍ2 程度である。圧
力調整が終了したＬ3 以降は、再び一定圧力Ｐ2 に保持
して成長を続ける。
【０００９】
【作用】本発明はＬＥＣ法による結晶成長において、肩
部形成過程では雰囲気圧力を高く維持し、肩部形成の安
定化を主眼とし、直胴部成長過程では雰囲気圧力を低く
維持して多結晶化を防止し、かつ結晶中の転位の発生を
抑制することを主眼とした。圧力によって転位発生が変
わる理由は、圧力が高いと冷却され易くなり、高い熱応
力がかかって転位が発生する原因となる。したがって圧
力を低くすることにより、応力の集中する成長界面形状
をより平坦に近づけることにより転位の発生が抑えられ
るものと推定される。
部形成過程では雰囲気圧力を高く維持し、肩部形成の安
定化を主眼とし、直胴部成長過程では雰囲気圧力を低く
維持して多結晶化を防止し、かつ結晶中の転位の発生を
抑制することを主眼とした。圧力によって転位発生が変
わる理由は、圧力が高いと冷却され易くなり、高い熱応
力がかかって転位が発生する原因となる。したがって圧
力を低くすることにより、応力の集中する成長界面形状
をより平坦に近づけることにより転位の発生が抑えられ
るものと推定される。
【００１０】
【実施例】本発明の方法によりGaAs単結晶を育成した例
について説明する。６インチ径のＰＢＮルツボ内にアン
ドープGaAs原料融液約６ｋｇ、液体封止剤B2O3６００ｇ
を収容し、＜１００＞方位の種結晶を用いて引上げ速度
９ｍｍ／hrにて３インチ径の結晶成長を行なった。結晶
成長開始時の雰囲気圧力Ｐ1 は３０ｋｇ／ｃｍ2 とし、
肩部の成長が終了する点（長さＬ2 ＝約４０ｍｍ）に到
達した後結晶成長をつづけながら平均０．１ｋｇ／ｃｍ
2 ・min の速度で圧力を減少させ、１５ｋｇ／ｃｍ2 に
到達した時点で減圧を中止し、以後は一定圧力Ｐ2 にて
結晶成長をつづけ、長さ約２１０ｍｍの単結晶を得た。
得られた結晶は全長にわたり単結晶であり、その転位密
度は全域にわたり約３．０×１０4 cm-2で、満足できる
良好なものであった。 尚、同じ条件にて１０回の結晶
成長を行なったところ、双晶、多結晶の発生は認められ
なかった。
について説明する。６インチ径のＰＢＮルツボ内にアン
ドープGaAs原料融液約６ｋｇ、液体封止剤B2O3６００ｇ
を収容し、＜１００＞方位の種結晶を用いて引上げ速度
９ｍｍ／hrにて３インチ径の結晶成長を行なった。結晶
成長開始時の雰囲気圧力Ｐ1 は３０ｋｇ／ｃｍ2 とし、
肩部の成長が終了する点（長さＬ2 ＝約４０ｍｍ）に到
達した後結晶成長をつづけながら平均０．１ｋｇ／ｃｍ
2 ・min の速度で圧力を減少させ、１５ｋｇ／ｃｍ2 に
到達した時点で減圧を中止し、以後は一定圧力Ｐ2 にて
結晶成長をつづけ、長さ約２１０ｍｍの単結晶を得た。
得られた結晶は全長にわたり単結晶であり、その転位密
度は全域にわたり約３．０×１０4 cm-2で、満足できる
良好なものであった。 尚、同じ条件にて１０回の結晶
成長を行なったところ、双晶、多結晶の発生は認められ
なかった。
【００１１】比較例１ 比較のため実施例と同じ条件にて雰囲気圧力のみを３０
ｋｇ／ｃｍ2 で一定とした場合の結晶成長では、結晶長
さ１００から２００ｍｍの間で多結晶が発生し、その発
生確率は約８０％であった。また、この条件で育成した
結晶の転位密度は肩部付近では約５×１０4 cm-2で、満
足できるものの、その後徐々に増加し尾部付近では約１
×１０5 cm-2と高くなっていた。
ｋｇ／ｃｍ2 で一定とした場合の結晶成長では、結晶長
さ１００から２００ｍｍの間で多結晶が発生し、その発
生確率は約８０％であった。また、この条件で育成した
結晶の転位密度は肩部付近では約５×１０4 cm-2で、満
足できるものの、その後徐々に増加し尾部付近では約１
×１０5 cm-2と高くなっていた。
【００１２】比較例２ 実施例と同じ条件にて雰囲気圧力のみを１５ｋｇ／ｃｍ
2 で一定とした場合の結晶成長では、肩作り時に双晶が
発生しやすく、その発生確率は約３０％であった。ただ
し、この条件で育成した結晶の転位密度は全域にわたり
５×１０4 cm-2以下と良好なものであった。
2 で一定とした場合の結晶成長では、肩作り時に双晶が
発生しやすく、その発生確率は約３０％であった。ただ
し、この条件で育成した結晶の転位密度は全域にわたり
５×１０4 cm-2以下と良好なものであった。
【００１３】
【発明の効果】本発明によれば、転位密度が低くかつ結
晶全般にわたって均一な長尺結晶を収率良く得ることが
可能となる。
晶全般にわたって均一な長尺結晶を収率良く得ることが
可能となる。
【図１】液体封止引上法の装置概要を示す図である。
【図２】結晶引上中の結晶径と雰囲気圧力との関係を示
す図である。
す図である。
１ 圧力容器 ２ 下軸 ３ 圧力センサー ４ サセプター ５ ルツボ ６ ヒーター ７ 液体封止剤 ８ 融液 ９ 上軸 １０ 種結晶 １１ 引上げ結晶 １２ ガス導入管 １３ ガス排出管
Claims (3)
- 【請求項１】 液体封止引上法により化合物半導体単結
晶を製造する方法において、成長開始から所望の直胴部
結晶径に到達するまでの雰囲気圧力Ｐ1 を一定に維持
し、その後所定の雰囲気圧力Ｐ2 に維持して結晶成長を
行うことを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法。 - 【請求項２】 初期雰囲気圧力Ｐ1 及び直胴部成長時の
雰囲気圧力Ｐ2 はともに化合物半導体の融点における解
離圧Ｐ0 より高いことを特徴とする請求項１に記載の化
合物半導体単結晶の製造方法。 - 【請求項３】 雰囲気圧力をＰ1 からＰ2 に減じる際の
平均圧力変化速度が１ｋｇ／ｃｍ2 ・min 以下であるこ
とを特徴とする請求項１及び請求項２記載の化合物半導
体単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32199791A JPH05155685A (ja) | 1991-12-05 | 1991-12-05 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32199791A JPH05155685A (ja) | 1991-12-05 | 1991-12-05 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05155685A true JPH05155685A (ja) | 1993-06-22 |
Family
ID=18138777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32199791A Pending JPH05155685A (ja) | 1991-12-05 | 1991-12-05 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05155685A (ja) |
-
1991
- 1991-12-05 JP JP32199791A patent/JPH05155685A/ja active Pending
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