JPH0524965A - 半導体結晶の製造方法およびその装置 - Google Patents

半導体結晶の製造方法およびその装置

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JPH0524965A
JPH0524965A JP17835291A JP17835291A JPH0524965A JP H0524965 A JPH0524965 A JP H0524965A JP 17835291 A JP17835291 A JP 17835291A JP 17835291 A JP17835291 A JP 17835291A JP H0524965 A JPH0524965 A JP H0524965A
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真佐知 柴田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】固液界面形状を平坦又は融液に向って凸型にし
多結晶化を防止して高品質の単結晶を再現性よく製造す
る一方、種結晶の融解を防止する。 【構成】下方から上方に向けて徐々に固化させるVGF
法による単結晶製造装置である。装置は、下端に種結晶
配置部3aを有し、その上部に半導体融液7を収容する
ルツボ3と、ルツボ3の外側に下方が上方よりも低温と
なるような温度勾配を形成する融液加熱用ヒータ5とを
備える。ルツボ3の下端に設けた種結晶配置部3aの周
囲を取り巻くように、ルツボ支持台4の内部に冷却水路
11を設ける。この水路に冷却水を流しながら成長を行
う。結晶は種結晶から結晶終端部に亘って完全な単結晶
が得られる。この結晶の固液界面形状15を調べると、
結晶全域に亘って凸型になっていることが確認できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体融液をルツボ内で
下方から上方に向けて徐々に固化させて結晶を成長する
半導体結晶の製造方法およびその装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】半導体融液をルツボ内で下部から上方に
向けて徐々に固化させることにより単結晶を成長する縦
型成長法、すなわち縦型徐冷法(VGF法)あるいは縦
型ブリッジマン法(VB法)等では、比較的大口径で、
かつ結晶中の転位密度の低い単結晶を作成できることか
ら、半導体結晶、特にIII −V族化合物半導体結晶の成
長法として注目されている。
【0003】以下に従来のVGF法によるIII −V族化
合物半導体結晶成長を図3に示したVGF炉を例にとっ
て説明する。
【0004】pBN製のルツボ3の下端に種結晶9を配
置し、さらにルツボ3内にIII −V族化合物の多結晶を
収容する。そして、このルツボ3を成長容器2内のルツ
ボ支持台4上に設置する。ルツボ支持台4の下方には、
成長容器2内をV族元素雰囲気に保つ目的で、V族元素
10を設ける。成長容器2の上部開口は、容器内圧が外
圧と同じになるように隙間1aを設けた蓋1で閉じる。
成長容器2の外側には、下方が上方よりも低温となるよ
うな温度勾配をもつ融液加熱用ヒータ5と、V族元素を
気化、蒸発させるためのV族元素加熱用ヒータ6が設置
されている。
【0005】結晶成長は、まずヒータ5でルツボ3内の
多結晶を融解してIII −V族化合物の融液7を作り、そ
の後ヒータ5を徐々に冷却することにより、ルツボ3内
で種結晶9と同じ方位をもったIII −V族化合物の単結
晶8を下方から上方に向けて固化成長させていくことに
より行われる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】VGF法やVB法等の
縦型成長法で結晶成長を行う場合、結晶が成長中に多結
晶化することが最大の問題である。縦型成長法の場合、
他の成長法例えば液体封止引上法(LEC法)や横形ボ
ート法(HB法)に比較して結晶からの熱拡散が少ない
ため、融液温度を下げることで、結晶を成長させなけれ
ばならない。このため結晶の固液界面に近い位置での融
液内径方向温度勾配は、図4に示すようなルツボ壁で温
度が低い分布を示す。この傾向は、成長初期のシード付
けや、肩部形成時に特に甚だしい。結晶は、融液の温度
が低いほど早く成長するため、図4の様な温度分布の融
液内では、結晶の固液界面形状が融液に向って凹型にな
ってしまう。すなわち、融液温度が周辺から早く下がる
ため、熱の流れは図5の矢印で示すようになる。固液界
面は熱の流れに対して垂直になろうとするため、必然的
に固液界面形状は凹型となる。固液界面形状が凹型をし
ていると、成長とともに結晶中を伝播する転位が結晶の
中心部に集積しやすく、高密度に集積した場合はその位
置から結晶が多結晶化してしまう。単結晶を得るために
は、固液界面形状が平坦であるか、又は融液に向ってや
や凸であることが望ましいが、そのようにすることは上
記の理由から従来の縦型成長法やその装置では難しい。
【0007】また、縦型成長装置ではその構造上、原料
多結晶を融解する際に加熱により種結晶が融解してしま
って成長が不能になることがあった。
【0008】本発明の目的は、前記した従来技術におけ
る固液界面形状の凹面化を防止し、高品質の結晶を再現
性よく製造することのできる新規な半導体結晶の製造方
法およびその装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体結晶の製
造方法は、ルツボ底部に種結晶を配置し、ルツボ内に収
容した半導体融液を種結晶に接触させて、下方から上方
に向けて徐々に固化させることにより単結晶を製造する
半導体結晶の製造方法において、結晶と半導体融液との
固液界面形状を平坦又は融液に向って凸型になるように
種結晶部分を強制的に冷却するようにしたものである。
【0010】また、本発明の半導体結晶の製造装置は、
底部に種結晶を配置する種結晶配置部を有し、その上部
に半導体融液を収容するルツボと、このルツボの外側に
下方が上方よりも低温となるような温度勾配を形成する
融液加熱手段とを備え、種結晶に接触した半導体融液を
下方から上方に向けて固化させることにより結晶を製造
する半導体結晶の製造装置において、上記ルツボ底部の
種結晶配置部の外周部に冷媒通路を有して、これに液体
を流すことにより種結晶配置部を冷却する冷却手段を設
けたものである。
【0011】さらに、本発明の半導体結晶の製造装置
は、上記ルツボ底部の種結晶配置部の外周部に、放熱フ
ィンを有する冷媒通路を有して、これに気体を流すこと
により種結晶配置部を冷却する冷却手段を設けたもので
ある。
【0012】半導体結晶の製造方法としてはVGF法の
他に、VB法や、縦型に配したヒータ中を原料を収容し
たルツボを降下させることによって結晶の固化を行う炉
体移動法(Traveling Furnace (TF)法)にも適用が
可能である。
【0013】また、種結晶の冷却に使用する冷媒として
は、液体であれば水、気体であれば空気がもっとも簡易
かつ確実であるが、これ以外であってもよく、例えばフ
ロン、フレオン等の媒質を使用することも可能である。
【0014】本発明に適用できる半導体材料は、GaA
s、InAs、GaSb、InSb、GaP、InP等
のIII −V族化合物、CdTe、ZnSe、ZnS、H
gTe等のII−VI族化合物、またはSi、GeのIV族
元素、さらにこれらを1種類以上含む混晶結晶である。
【0015】
【作用】融液温度が周辺から早く下がると、必然的に固
液界面形状は凹型となる。しかし、本発明のように種結
晶を強制的に冷却するようにすると、融液よりも結晶か
らの熱放散量が増大する。固液界面が熱の流れに対して
垂直になろうとするため、融液側から結晶側へ向って流
れる熱放散量が増加すると、固液界面は平坦化もしくは
融液に向って凸化する。これにより転位の集積が起こり
にくくなり、高品質の結晶が得られる。また、原料多結
晶を融解する際に種結晶が融解してしまうことがなくな
る。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
【0017】実施例1 図1に示す、種結晶を水冷する構造を有するVGF装置
を用いてGaAs単結晶成長を行った。本装置は従来例
で説明した図3と基本的には同じ構成で、異なる点は、
ルツボ3下端に設けた種結晶配置部3aの周囲を取り巻
くように、ルツボ支持台4の内部に冷却水路11を設け
たことである。この水路に22℃、10l/minの冷
却水を流しながら成長を行った。使用したルツボは、直
径φ55mm、全長250mm、GaAs多結晶のチャ
ージ量は1700gである。結晶は種結晶から結晶終端
部まで全長155mmに亘って完全な単結晶が得られ
た。この結晶を縦に切断し、エッチングを施して固液界
面形状15を調べたところ、結晶全域に亘って凸型にな
っていることが確認できた。
【0018】実施例2 種結晶をガス冷却する方法でGaAsの単結晶成長を行
った。使用した装置の横断面図を図2に示す。本装置も
従来例で説明した図3と基本的には同じ構成で、異なる
点は、ルツボ支持台4を中空にして冷媒通路12を構成
し、その通路12に種結晶冷却用のガス出入口12aを
設け、種結晶配置部3aの周囲にガスを流すことで、種
結晶9を冷却できるようにしたことである。種結晶9の
冷却効率を高めるために、冷媒通路12内部の種結晶配
置部3aの周囲に放熱用フィン13を設けた。冷却用ガ
スには乾燥空気を用い、成長中に18℃のガスを20l
/min流した。その他の成長条件は実施例1と同一で
ある。これにより得られた結晶も、実施例1と同じく完
全な単結晶であった。固液界面形状を観察した結果も、
結晶全域に亘って凸型であることが確認できた。
【0019】比較例1 図3に示す従来のVGF法による装置を使い、実施例1
と同一条件でGaAsの結晶成長を行った。成長した結
晶は成長途中で多結晶化してしまった。結晶を縦に切断
し、多結晶化の起点を調べたところ、種結晶から40m
mの場所で、結晶の中央部から多結晶化が始っていた。
エッチング観察の結果、固液界面形状は凹型になってお
り多結晶化の起点には転位が高密度に集積していること
が確認された。
【0020】実施例の効果 本実施例によれば、固液界面形状を凸化させることで、
成長に伴い界面に垂直に伝播する転位が局所的に集積す
るのを防止できる。このため、成長した結晶から切り出
したウェハ面内の均一性が向上する。これは欠陥(転
位)分布の均一性のみならず、転位上に析出する不純物
の分布も均一になることから、電気特性のウェハ面内分
布の均一性向上にも効果がある。
【0021】また、転位が局所的に集積するのを防止で
きるため、転位が線状に連なって形成される欠陥(リネ
ージ)の低減ができ、また転位が高密度に集積するこに
よって発生する多結晶化を有効に防止できる。
【0022】そして、結晶の多結晶化を防止できるた
め、生産性が大幅に向上し、特性不良や多結晶化による
不良結晶が減るため、経済性が向上するばかりでなく、
結晶成長途中での多結晶化が防止できるため、より長尺
な結晶を製造することも可能である。さらに、原料多結
晶を融解する際に加熱により種結晶が融解してしまって
成長が不能になることがあるが、種結晶を冷却すること
により、この様な事故を防止することができる。
【0023】このように本発明によれば、種々の効果が
あるが、特に廉価で大型GaAs結晶の製造方法として
知られるVGFを採用すればその効果は大である。な
お、本発明は多結晶合成装置にも適用できる。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば次の効果を発揮する。
【0025】(1)本発明方法によれば、固液界面形状
の凹面化を防止できるので、結晶の多結晶化を防止して
高品質の単結晶を再現性よく製造することができる。
【0026】(2)本装置によれば、従来装置に冷却手
段を付加するという僅かな変更を加えるだけで、高品質
の結晶を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体結晶の製造装置による一実施例
を示す水冷機構を備えたVGF炉の横断面図。
【図2】本発明の半導体結晶の製造装置による一実施例
を示すガス冷却機構を備えたVGF炉の横断面図。
【図3】従来のIII −V族化合物結晶に用いるVGF炉
の横断面図。
【図4】VGF法で結晶成長を行った場合の固液界面近
傍における融液内径方向の温度分布を表わした特性図。
【図5】従来例を実施した場合の固液界面における熱の
流れを模式的に示した説明図。
【図6】本発明を実施した場合の固液界面における熱の
流れを模式的に示した説明図。
【符号の説明】
1 蓋 2 成長容器 3 ルツボ 3a 種結晶配置部 4 ルツボ支持台 5 融液加熱用ヒータ 6 V族元素加熱用ヒータ 7 融液 8 結晶 9 種結晶 10 V族元素 11 冷却水路 12 冷媒通路 12a ガス出入口 13 放熱フィン 15 固液界面形状

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ルツボ底部に種結晶を配置し、ルツボ内に
    収容した半導体融液を種結晶に接触させて、下方から上
    方に向けて徐々に固化させることにより結晶を製造する
    半導体結晶の製造方法において、上記結晶と半導体融液
    との固液界面形状を平坦又は融液に向って凸型になるよ
    うに種結晶部分を強制的に冷却するようにしたことを特
    徴とする半導体結晶の製造方法。
  2. 【請求項2】底部に種結晶を配置する種結晶配置部を有
    し、その上部に半導体融液を収容するルツボと、このル
    ツボの外側に下方が上方よりも低温となるような温度勾
    配を形成する融液加熱手段とを備え、種結晶に接触した
    半導体融液を下方から上方に向けて固化させることによ
    り結晶を製造する半導体結晶の製造装置において、上記
    ルツボ底部の種結晶配置部の外周部に冷媒通路を有し
    て、これに液体を流すことにより種結晶配置部を冷却す
    る冷却手段を設けたことを特徴とする半導体結晶の製造
    装置。
  3. 【請求項3】底部に種結晶を配置する種結晶配置部を有
    し、その上部に半導体融液を収容するルツボと、このル
    ツボの外側に下方が上方よりも低温となるような温度勾
    配を形成する融液加熱手段とを備え、種結晶に接触した
    半導体融液を下方から上方に向けて固化させることによ
    り結晶を製造する半導体結晶の製造装置において、上記
    ルツボ底部の種結晶配置部の外周部に、放熱フィンを有
    する冷媒通路を有して、これに気体を流すことにより種
    結晶配置部を冷却する冷却手段を設けたことを特徴とす
    る半導体結晶の製造装置。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100428699B1 (ko) * 2001-03-06 2004-04-27 주식회사 사파이어테크놀로지 수직-수평 온도구배를 갖는 대형 결정 육성장치 및 그육성방법
WO2006054610A1 (ja) * 2004-11-16 2006-05-26 Nippon Telegraph And Telephone Corporation 結晶製造装置
CN108360060A (zh) * 2017-12-08 2018-08-03 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种化合物晶体合成后旋转垂直温度梯度晶体生长装置
CN108360061A (zh) * 2017-12-08 2018-08-03 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种水平注入合成后旋转连续vgf晶体生长的方法
CN109252220A (zh) * 2018-12-04 2019-01-22 中国电子科技集团公司第四十六研究所 一种vgf/vb砷化镓单晶炉结构及生长方法
CN115216831A (zh) * 2022-07-15 2022-10-21 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种可控温度梯度的晶体生长装置及方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100428699B1 (ko) * 2001-03-06 2004-04-27 주식회사 사파이어테크놀로지 수직-수평 온도구배를 갖는 대형 결정 육성장치 및 그육성방법
WO2006054610A1 (ja) * 2004-11-16 2006-05-26 Nippon Telegraph And Telephone Corporation 結晶製造装置
KR100850786B1 (ko) * 2004-11-16 2008-08-06 니폰덴신뎅와 가부시키가이샤 결정 제조장치
JP2009221100A (ja) * 2004-11-16 2009-10-01 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 結晶製造装置
JP2009221101A (ja) * 2004-11-16 2009-10-01 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 結晶製造装置
US8992683B2 (en) 2004-11-16 2015-03-31 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Apparatus for producing crystals
CN108360060A (zh) * 2017-12-08 2018-08-03 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种化合物晶体合成后旋转垂直温度梯度晶体生长装置
CN108360061A (zh) * 2017-12-08 2018-08-03 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种水平注入合成后旋转连续vgf晶体生长的方法
CN109252220A (zh) * 2018-12-04 2019-01-22 中国电子科技集团公司第四十六研究所 一种vgf/vb砷化镓单晶炉结构及生长方法
CN115216831A (zh) * 2022-07-15 2022-10-21 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种可控温度梯度的晶体生长装置及方法

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