JPH05286798A - Ｉｉｉ −ｖ族化合物半導体単結晶ブロック材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 垂直ブリッジマン法または垂直温度勾配付凝
固法でIII −Ｖ族化合物半導体の多結晶ブロック材か
ら、結晶欠陥のない単結晶ブロック材を製造する。 【構成】 垂直ブリッジマン法または垂直温度勾配付凝
固法でるつぼ内に充填したIII −Ｖ族化合物半導体の多
結晶ブロック材１５から前記化合物半導体の単結晶ブロ
ック材を得る際に、前記るつぼ６とそれに充填する前記
多結晶ブロック材１５の間に予め液体封止剤１４，１６
を介装して、前記るつぼ６の内壁と前記多結晶ブロック
材１５とが直接接触しない状態で単結晶成長を行なうII
I −Ｖ族化合物半導体単結晶ブロック材の製造方法。 【効果】 単結晶成長時、液体封止剤の融液が介在する
ことにより、るつぼ内壁と多結晶ブロック材の融液とは
直接接触しないので、双晶や多結晶は発生しないように
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、垂直ブリッジマン法や
垂直温度勾配付凝固法によってIII −Ｖ族化合物半導体
の多結晶ブロック材を単結晶ブロック材にする方法に関
し、更に詳しくは、得られた単結晶ブロック材には双晶
や多結晶などの結晶欠陥が発生しなくなるIII −Ｖ族化
合物半導体単結晶ブロック材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光デバイス，超高速デバイスの基板とし
て、ＧａＡｓ，ＩｎＰなどのIII −Ｖ族化合物半導体の
単結晶基板が用いられているが、これら基板は、III −
Ｖ族化合物半導体の単結晶ブロック材をスライスして製
造される。III −Ｖ族化合物半導体の単結晶ブロック材
を製造する方法としては、従来から、垂直ブリッジマン
法や垂直温度勾配付凝固法などが適用されている。この
方法を以下に垂直ブリッジマン法を行なう装置の概略を
示す図５に則して説明する。

【０００３】まず、用いる装置では、圧力容器１とシー
ルされ、内部に熱電対２が挿入され、矢印のように回転
することができるペデスタル３が圧力容器１の中にセッ
トされている。そして、このペデスタル３の上には、る
つぼホルダ４が配置され、更にるつぼ受け治具５を介し
て後述するるつぼ６がセットされている。また、るつぼ
ホルダ４の外側には、熱電対２で測定する温度信号と連
動して作動するヒータ７，７が配設され、更にその外側
には内側断熱材８，８と外側断熱材９，９が順次配設さ
れて単結晶成長時のるつぼ保温が図られている。

【０００４】単結晶成長装置に当たっては、まず、るつ
ぼ６の下部先端部の中に、成長させるべき化合物半導体
の種子結晶１０を配置し、その上に、予め別工程で製造
された当該化合物半導体の多結晶ブロック材を充填し、
更にその多結晶ブロック材の上に多結晶ブロック材の融
点よりも低い融点で例えば円筒状に成形した液体封止剤
を配置する。この操作は通常別の場所で行なわれる。こ
こで、液体封止剤は、多結晶ブロック材を溶融したとき
に自らも溶融して化合物半導体融液の表面を覆い、もっ
て化合物半導体融液が圧力容器内の不活性ガス加圧下
で、該融液からのＶ族元素の解離を防止するため、ま
た、化合物半導体融液を保温するために配置されるもの
で、一般には、Ｂ₂ Ｏ₃ の鋳塊（成形体）が用いられて
いる。

【０００５】また、るつぼ６としては、通常、ｐＢＮ，
ｃＢＮ，ｈＢＮなどの窒化ボロンや石英から成るものが
用いられ、その内壁面は可能な限り平滑となるように加
工されている。このようにして、多結晶ブロック材を充
填したるつぼ６をそのままるつぼホルダ４の中に嵌め込
み、圧力容器１を密閉し、容器内を一旦真空状態にした
のち容器内をＡｒまたはＮ₂ などで数気圧〜２０気圧程
度の加圧状態にする。

【０００６】ついで、ペデスタル３を回転させながらヒ
ータ７を動作してるつぼ６内に充填されている多結晶ブ
ロック材と液体封止剤を所定温度に加熱して溶融する。
液体封止剤の融液１１の比重は多結晶ブロック材の融液
１２よりも小さいので、融液１１は融液１２の表面を覆
い、融液１２の汚染を防止し、保温する。多結晶ブロッ
ク材の融液１２は、その下に位置する種子結晶１０と接
触することにより、種子付けがなされる。

【０００７】種子付け後、その種子付け個所から上方に
向かって徐々に冷却していくか、またはヒータ７，７の
パワーを徐々に低下していくことにより、融液１２を種
子付け個所から上方に向かって徐々に凝固させて種子付
けした単結晶を成長させていく。その結果、融液１２は
単結晶ブロック１３へと成長する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した方
法の場合、単結晶の成長は、化合物半導体の融液１２が
凝固する過程で進行する。すなわち、単結晶の成長過程
においては、融液１２はるつぼ６の内壁と直接接触して
いる。このとき、るつぼ６の内壁に微細凹凸などが存在
していると、そこに接触している融液が凝固するとき
に、成長した結晶に双晶が発生したり、または結晶その
ものが多結晶になったりする確率が高くなる。すなわ
ち、目的とする単結晶の成長が阻害されるという問題が
ある。

【０００９】また、前記したように、従来は、液体封止
剤が、るつぼに充填した多結晶ブロック材の上に配置さ
れている。したがって、ヒータ作動による昇温過程でま
ず最初に溶融する液体封止剤は、いまだ溶融していない
多結晶ブロック材の外周とるつぼの内壁とのクリアラン
スから下方へ流下していくが、そのとき、多結晶ブロッ
ク材とるつぼ内壁とが接触している部分またはその周辺
は液体封止剤の融液と接触しないことになる。

【００１０】そして、多結晶ブロック材が完全に溶融す
ると、その融液とるつぼ内壁とのクリアランスには液体
封止剤の融液はほとんど浸入することがなくなる。その
ため、単結晶の成長過程で、多結晶ブロック材の融液に
は、るつぼ内壁に直接接触している部分と、液体封止剤
の融液に接触している部分とが発生し、るつぼ内壁と直
接接触している部分がるつぼ内壁に付着するという問題
が生じている。

【００１１】本発明は上記した問題を解決し、結晶欠陥
の発生を防止し、るつぼ内壁との付着も起こらないIII
−Ｖ族化合物半導体単結晶ブロック材の製造方法の提供
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、垂直ブリッジマン法または
垂直温度勾配付凝固法でるつぼ内に充填したIII −Ｖ族
化合物半導体の多結晶ブロック材から前記化合物半導体
の単結晶ブロック材を得る際に、前記るつぼとそれに充
填する前記多結晶ブロック材の間に予め液体封止剤を介
装して、前記るつぼの内壁と前記多結晶ブロック材とが
直接接触しない状態で単結晶成長を行なうことを特徴と
するIII −Ｖ族化合物半導体単結晶ブロック材の製造方
法が提供される。

【００１３】

【作用】本発明方法においては、単結晶成長操作を行な
うに先立ち、るつぼの内壁と多結晶ブロック材の間に予
め液体封止剤を介装させるので、単結晶成長操作前にお
いては多結晶ブロック材がるつぼの内壁と直接接触して
いない。したがって、ヒータを作動して単結晶成長操作
に入ると、まず最初に液体封止剤が溶融するので、るつ
ぼの内壁と未溶融の多結晶ブロック材の間には、液体封
止剤の融液の層が万遍なく確実に介在することになり、
そのため多結晶ブロック材はるつぼ内壁と直接接触する
ことはない。

【００１４】したがって、るつぼ内壁に微細凹凸が存在
する場合であっても、成長する結晶に双晶や多結晶は発
生しなくなり、目的とする単結晶が得られるようにな
り、また、化合物半導体融液のるつぼ内壁への付着とい
う問題は起こらなくなる。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明方法において、液体封止剤を
るつぼ内に配置した例を示す。図において、るつぼ６の
下部先端部６ａには種子結晶１０が配置されている。る
つぼ６は、例えば、高純度のｐＢＮ，ｃＢＮ，ｈＢＮな
どの材料で製造され、このるつぼ６の中には、例えばＢ
₂ Ｏ₃ のような液体封止剤を鋳型成形して製造した液体
封止剤製るつぼ１４が嵌め込まれ、更にこの液体封止剤
製るつぼ１４の中には予め別の工程で製造した多結晶ブ
ロック材１５がセットされ、多結晶ブロック材１５の上
には前記した液体封止剤を成形して製造した板体１６が
載せられている。

【００１６】液体封止剤製るつぼ１４の外径は、るつぼ
６の内径より略等しいか若干小径であってるつぼ６に嵌
め込むことができればよく、またるつぼ１４の内径は多
結晶ブロック材１５の外径と略等しいか若干大径であっ
て多結晶ブロック材１５を充填することができればよ
い。単結晶成長の操作に当たっては、まず、るつぼ６の
中に、種子結晶１０，液体封止剤製るつぼ１４、多結晶
ブロック材１５を順次充填し、最後に多結晶ブロック材
１５の上に液体封止剤製の板体１６を載せたのち、るつ
ぼ６の全体を図５で示した装置のるつぼホルダ４の中に
セットする。その後、常法に従って、垂直ブリッジマン
法や垂直温度勾配付凝固法で単結晶成長操作を行なう。

【００１７】得られた結晶ブロックの断面を顕微鏡観察
したところグレインバンダリーは認められず、全体は良
好な単結晶ブロックになっている。図２は、図１におけ
る液体封止剤製るつぼ１４に代えて、球状または楕円状
をした液体封止剤の粒の層１４’を多結晶ブロック材１
５とるつぼ６の内壁に介装した場合の例である。すなわ
ち、まずるつぼ６の中に上記粒を入れて種子結晶１０を
埋設したのち、多結晶ブロック材１５をるつぼ６の中に
入れ、この多結晶ブロック材１５とるつぼ６の内壁とが
形づくるクリアランスに上記粒を充填し、更に多結晶ブ
ロック１５の上に液体封止剤を成形した板体１６を載せ
た例である。この場合も、良質な単結晶が成長している
ブロック材を製造することができる。

【００１８】図３は更に別の液体封止剤の配置例を示す
図である。この場合は、るつぼ６の底に液体封止剤を成
形して製造した受皿１４”ａを敷き、ここに多結晶ブロ
ック材１５の下端部を嵌め込み、その多結晶ブロック材
１５の上に同じく液体封止剤を成形して製造した蓋１
４”ｂを冠着した例である。この場合も、良質な単結晶
成長のブロック材を製造することができる。

【００１９】図４は、別の液体封止剤の配置例を示す図
である。この場合には、一般に多結晶ブロック材の融点
の方が液体封止剤の融点より高いので、まず、多結晶ブ
ロック材１５を不活性ガス雰囲気中において液体封止剤
の融点より高温でかつ多結晶ブロック材の融点よりも低
い温度に加熱し、液体封止剤の融液を用いて例えば２〜
３mm程度の厚みでその表面を被覆する。全体を冷却する
と、多結晶ブロック材１５の表面には液体封止剤の被膜
１６が形成される。

【００２０】ついで、全体を例えばポリエチレンフィル
ム１７を用いて真空封止または不活性ガス封止したの
ち、それをポリエチレン−アルミニウム積層フィルム１
８の中に封入し保管する。単結晶成長操作を行なうとき
には、ポリエチレン−アルミニウム積層フィルム１８，
ポリエチレンフィルム１７を順次破いて液体封止剤被膜
１６で被覆されている多結晶ブロック材１５を取り出
し、それを図５で示した装置のるつぼホルダ４に嵌め込
めばよい。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、単結晶成
長操作に先立ち、多結晶ブロック材とるつぼ内壁の間に
は必ず液体封止剤が介装されることにより、多結晶ブロ
ック材とるつぼ内壁とは直接接触しない状態にセットさ
れる。ヒータ作動によってまず介装されている液体封止
剤が溶融してその融液の層が未溶融の多結晶ブロック材
を被包する。

【００２２】そのため、溶融後の多結晶ブロック材の融
液とるつぼ内壁とは直接接触せず、るつぼ内壁との付着
や、るつぼ内壁の微細凹凸に基づく結晶欠陥は起こらな
くなり、単結晶ブロック材製造時における歩留りは非常
に向上する。また、本発明方法は、いかなる形状のるつ
ぼを用いた場合にも適用することができ、更に、大口径
で長尺の単結晶ブロック材の製造にも適用することがで
きてその工業的価値は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法における液体封止剤の配置例を示す
断面図である。

【図２】本発明方法における液体封止剤の他の配置例を
示す断面図である。

【図３】本発明方法における液体封止剤の別の配置例を
示す断面図である。

【図４】本発明方法における液体封止剤の更に別の配置
例を示す断面図である。

【図５】垂直ブリッジマン法を行う装置の概略図であ
る。

【符号の説明】

１ 圧力容器 ２ 熱電対 ３ ペデスタル ４ るつぼホルダ ５ るつぼ受け治具 ６ るつぼ ６ａ るつぼ６の下部先端部 ７ ヒータ ８ 内部断熱材 ９ 外部断熱材 １０ 種子結晶 １１ 液体封止剤の融液 １２ 多結晶ブロック材の融液 １３ 単結晶ブロック材 １４，１４’，１４”ａ，１４”ｂ 液体封止剤の成形
体 １５ 多結晶ブロック材 １６ 液体封止剤の被覆 １７ ポリエチレンフィルム １８ ポリエチレン−アルミニウム積層フィルム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 垂直ブリッジマン法または垂直温度勾配
   付凝固法でるつぼ内に充填したIII −Ｖ族化合物半導体
   の多結晶ブロック材から前記化合物半導体の単結晶ブロ
   ック材を得る際に、前記るつぼとそれに充填する前記多
   結晶ブロック材の間に予め液体封止剤を介装して、前記
   るつぼの内壁と前記多結晶ブロック材とが直接接触しな
   い状態で単結晶成長を行なうことを特徴とするIII −Ｖ
   族化合物半導体単結晶ブロック材の製造方法。
2. 【請求項２】 前記液体封止剤がＢ₂ Ｏ₃ である請求項
   １のIII −Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法。
3. 【請求項３】 前記多結晶ブロック材の表面を、溶解さ
   せた液体封止剤で被覆したのち前記液体封止剤を冷却し
   て液体封止剤の被膜が形成されているブロック材を製造
   し、ついで、前記ブロック材をフィルムに真空封入また
   は不活性ガス封入し、前記るつぼへの充填に際しては、
   前記フィルムを破いて前記ブロック材を前記るつぼ内に
   充填する、請求項１のIII −Ｖ族化合物半導体単結晶ブ
   ロック材の製造方法。