JPH059094A - 化合物半導体単結晶の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】化合物半導体単結晶をボート法により製造する
際に、肩部形成に要する時間を短縮し、製造された単結
晶からウエハーを切り出すことができない部分を少なく
し、双晶の発生を低減して歩留まりを向上させ、結晶欠
陥の少ない化合物半導体単結晶を製造できるようにす
る。 【構成】化合物半導体単結晶をボート法により製造する
際、製造すべき化合物半導体単結晶３の直胴部の長手方
向に垂直な断面の面積に対する、前記断面と平行な断面
の面積が、少なくとも半分以上好ましくはほぼ同じ面積
と形状とを有し、より好ましくは原料融液４に接する面
が結晶成長時の固液界面５とほぼ平行である種結晶１を
用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水平ブリッジマン法
（ＨＢ法）や温度傾斜法（ＧＦ法）等のボート法による
化合物半導体単結晶の製造方法及び製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子工業の分野において、結晶欠
陥の少ないGaAs、InP 、InAsなどの化合物半導体単結晶
を、安価に製造する方法が種々研究されている。

【０００３】化合物半導体単結晶の製造方法としては、
ボート法と引上げ法がよく知られているが、このうちボ
ート法は引上げ法に比べて温度勾配が小さく、ストイキ
オメトリー制御が容易であるため、結晶欠陥の少ない単
結晶を製造することができる利点がある。

【０００４】ボート法には、水平ブリッジマン法（ＨＢ
法）と温度傾斜法（ＧＦ法）とがあるが、いずれも一端
に種結晶を置いた長尺なボートに原料を入れ、ボートを
アンプル管に封入し、このアンプル管を長手方向に温度
勾配を設けた横形炉内に入れ、種結晶の側から結晶固化
して単結晶を製造する方法である。

【０００５】従来、化合物半導体単結晶をボート法によ
り製造する場合には、製造すべき化合物半導体単結晶の
直胴部の長手方向に垂直な断面の面積に対して、２〜３
割程度か又はそれ以下の面積の断面を有する種結晶を用
いていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来は
製造すべき化合物半導体単結晶に比べて小さい種結晶を
用いていたので、単結晶を製造する場合、種結晶側から
結晶径を徐々に太らせて単結晶の直胴部を目標の径に至
らせるという、いわゆる肩部形成が必要とされていた。

【０００７】しかし、この肩部形成には、（１）時間を
要するためスループットが低下し製造コストがアップす
る、（２）形成された単結晶の肩部からは所望のウエハ
ー径を切り出すことができないため、結晶中の有効体積
の比率が低くなり原料コストもアップする、（３）肩部
形成時に重大な結晶欠陥である双晶が発生しやすく、双
晶が発生すると歩留まりとスループットが大きく低下し
てしまうという問題があった。

【０００８】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は肩部を形成する必要を少なくするか又
は全くなくすことにより、肩部形成に要する時間を短縮
して製造コストを安価にし、製造された単結晶からウエ
ハーを切り出すことができない部分を少なくして原料コ
スト等を安価にすることである。また、双晶の発生を低
減して歩留まりを向上させ、しかも結晶欠陥の少ない化
合物半導体単結晶を製造する方法及びその製造装置を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の化合物半導体単結晶の製造方法は、化合物
半導体単結晶をボート法により製造する方法において、
製造すべき化合物半導体単結晶の直胴部の長手方向に垂
直な断面の面積に対して、前記断面と平行な断面の面積
が少なくとも半分以上である種結晶を用いることを特徴
とする。

【００１０】また、本発明の化合物半導体単結晶の製造
装置は、化合物半導体単結晶をボート法により製造する
装置において、所定の内部形状を有するボートと、この
ボート内の一端に配置される種結晶とを備え、前記種結
晶は、製造すべき化合物半導体単結晶の直胴部の長手方
向に垂直な断面の面積に対して、前記断面と平行な断面
の面積が少なくとも半分以上とされていることを特徴と
する。

【００１１】以下、本発明を更に詳しく説明する。

【００１２】本発明は、例えばGaAs、InP 、InAsなどの
化合物半導体単結晶を、公知のボート法により製造す
る。ボート法は、一端に種結晶を置いた長尺なボートに
原料を入れ、ボートをアンプル管に封入し、このアンプ
ル管を長手方向に温度勾配を設けた横形炉内に入れ、種
結晶の側から結晶固化して単結晶を製造する方法であ
る。前述したように、ボート法には水平ブリッジマン法
（ＨＢ法）と、温度傾斜法（ＧＦ法）とがあるが、いず
れの方法によってもよい。また、使用するアンプル管、
横形炉、原料等は従来の方法において用いられるものを
そのまま用いることができる。

【００１３】本発明は、従来のものより大きい種結晶を
用いることに特徴がある。種結晶の大きさは、製造すべ
き化合物半導体単結晶の直胴部の長手方向に垂直な断面
の面積に対して、種結晶の前記単結晶の断面と平行な断
面の面積が少なくとも半分以上であるものが好ましく、
種結晶の断面が製造すべき化合物半導体単結晶の断面
と、ほぼ同じ面積と形状を有するものがより好ましい。

【００１４】更に、種結晶の原料融液に接する面が、製
造すべき化合物半導体単結晶の結晶成長時の固液界面と
ほぼ平行である種結晶が特に好ましい。なお、製造すべ
き化合物半導体単結晶の結晶成長時の固液界面の形状
は、以前に製造した単結晶をスライスし、エッチングし
て、ストリエーションを観察する等により求めることが
できる。

【００１５】本発明の化合物半導体単結晶製造装置は、
ボートと、前記形状をなす種結晶とを備えているもので
ある。この場合、ボートは前記形状をなす種結晶を載置
することができ、かつ、製造すべき化合物半導体単結晶
の形状に適合する内部形状を有するものであればよい。
ただし、ボートの種結晶載置部は上記種結晶が適合する
内部形状とされていることが好ましい。

【００１６】本発明方法及び装置は、GaAs、InP 、InAs
等の３−５族化合物半導体単結晶及びZnSe等の２−６族
化合物半導体単結晶の製造にも応用できる。

【００１７】

【作用】本発明においては、製造すべき化合物半導体単
結晶の直胴部の長手方向に垂直な断面の面積に対して、
種結晶の前記単結晶の断面と平行な断面の面積が少なく
とも半分以上であり、好ましくは種結晶の断面が製造す
べき化合物半導体単結晶の断面と、ほぼ同じ面積と形状
を有するので、種結晶の径から結晶径を徐々に太らせて
単結晶の直胴部を目標の径にする際の、結晶径の変化が
小さいか又はなく、結晶の肩部形成工程は簡略化される
か又は廃止することができ、製造時間を短縮することが
できる。

【００１８】また、肩部形成中に発生することの多い双
晶欠陥が低減され、結晶欠陥の少ない単結晶を製造する
ことができ、歩留まりを向上させることができる。更
に、結晶肩部がほとんどないか又は全くないため、ウエ
ハーを切り出すことができない部分が少なく、単結晶中
の有効体積の比率が大きく原料費等の無駄が少ない。

【００１９】また、種結晶の原料融液に接する面が、製
造すべき化合物半導体単結晶の結晶成長時の固液界面と
ほぼ平行とされた場合には、シーディング後の単結晶成
長開始時に、結晶の成長面すなわち固液界面の形状が大
きく変化するのを防ぐことができるので、局所的に見た
成長面内の結晶成長速度が安定する。したがって結晶成
長を安定化して、結晶欠陥の発生を抑制することができ
る。また、固液界面は炉内の等温面とほぼ一致するの
で、種結晶の原料融液に接する面を固液界面と平行にす
ることにより、シーディング時に余分な熱応力などが発
生することを防止でき、大きな種結晶からの結晶成長を
容易にすることができる。

【００２０】しかも、一度単結晶を製造した後、最初の
種結晶の原料融液に接する面をこの面に平行に切るとい
う簡単な加工により、再度種結晶として使用することが
でき、種結晶の大きさによっては数回繰り返して使用す
ることができる。すなわち、大きな種結晶を用いること
によるコストアップは、数回繰り返して使用することに
より、むしろコストダウンになる。

【００２１】

【実施例】

（実施例）図１、図２、図３には、本発明の化合物半導
体単結晶の製造方法によりGaAs単結晶を製造する一実施
例が示されている。

【００２２】まず、製造すべき化合物半導体単結晶の直
胴部の長手方向に垂直な断面に対して、種結晶の前記単
結晶の断面と平行な断面がほぼ同じ面積と形状である種
結晶を準備した。次いで、以前製造したGaAs単結晶をス
ライスし、エッチングすることによりストリエーション
を観察して、製造すべき単結晶の結晶成長時の固液界面
を想定し、種結晶の原料融液に接する面をそれとほぼ平
行で、ほぼ同じ面積、形状となるように加工した。

【００２３】次に、図１に示すように、加工した種結晶
１をボート２の一端に配置した。図２には図１における
Ａ−Ａ１断面の形状が示されている。

【００２４】上記のように種結晶１を配置したボート２
に、GaAs多結晶4150ｇを入れた後、ボート２を石英アン
プルに入れ、石英アンプルの端にAsを入れ、その内部を
減圧して真空状態にして封じ切った。

【００２５】この石英アンプルを結晶育成炉に挿入し、
Ａｓ部の温度を約600 ℃、石英アンプル内部のAsの蒸気
圧を１atm に維持し、種結晶１の温度を1238℃、GaAs融
液中の温度勾配を0.5 ℃／cmに調整して種付けを行なっ
た。

【００２６】その後、約１℃／時の速度で冷却し単結晶
を育成させた。図３には単結晶育成中のボート長手方向
の断面図が示されている。図３において、種結晶１が原
料融液と接していた面、すなわち育成中の結晶３と接す
る面と、育成中の結晶３と原料融液４とが接する面、す
なわち固液界面５とはほぼ平行であり、その面積、形状
もほぼ同じである。

【００２７】上記冷却速度で冷却を続け、肩部形成工程
なしに全体を固化させた後、100 ℃／時の冷却速度で室
温まで冷却して、GaAs単結晶4150ｇを製造した。

【００２８】上記実施例で使用した種結晶１の原料融液
に接する面に平行に結晶をスライスして種結晶を切り出
し、次の単結晶の製造に使用した。この再使用は８回以
上繰り返すことができ、それぞれ同質の単結晶を製造す
ることができた。したがって、大きな種結晶を使用する
ことによる単結晶の製品としてのコストアップはなく、
むしろ加工が容易になりコストダウンになった。

【００２９】（比較例）従来用いていた、製造すべき化
合物半導体単結晶の直胴部の長手方向に垂直な断面の面
積に対して、２〜３割程度の面積の断面を有する種結晶
を用い、肩部形成工程を経て、あとは実施例と同様の条
件でGaAs単結晶を製造した。

【００３０】実施例で得られたGaAs単結晶と、比較例で
得られたGaAs単結晶とを比較したところ、電気特性は同
等であり、双晶欠陥以外の結晶欠陥は同等であった。比
較例の単結晶には、肩部形成時にたびたび双晶欠陥が発
生していたが、実施例の単結晶には双晶欠陥はほとんど
見られなかった。

【００３１】また、実施例の単結晶は肩部がなく、比較
例の単結晶には肩部がある。そのため、実施例の単結晶
はウエハーを切り出すことができない部分が少なく、結
晶中の有効体積比率が大きいが、比較例の単結晶は肩部
からはウエハーを切り出すことができなかった。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば化
合物半導体単結晶をボート法により製造する際に、製造
すべき化合物半導体単結晶の直胴部の長手方向に垂直な
断面の面積に対して、種結晶の前記単結晶の断面と平行
な断面の面積が、少なくとも半分以上である種結晶を用
いるので、肩部を形成する必要がほとんどないか又は全
くなく、肩部形成に要する時間を短縮して製造コストを
安価にすることができるとうい効果を有する。

【００３３】また、肩部形成時に発生しやすい双晶が低
減され、歩留まり及びスループットが向上し、結晶欠陥
の少ない化合物半導体単結晶を製造することができる。
更に、肩部が少ないか又は全くない単結晶が得られるの
で、製造された単結晶からウエハーを切り出すことがで
きない部分が少なく、原料コスト等を安価にすることが
できる。その上、種結晶は容易に再生することができ、
繰り返し使用することができるので経済的であり、製造
コストを更に低くすることができる。

【００３４】また、種結晶の原料融液に接する面が、製
造すべき化合物半導体単結晶の結晶成長時の固液界面と
ほぼ平行とされた場合には、シーディング後の単結晶成
長開始時に、結晶の成長面すなわち固液界面の形状が大
きく変化するのを防ぐことができるので、局所的に見た
成長面内の結晶成長速度が安定する。したがって結晶成
長を安定化して、結晶欠陥の発生を抑制することができ
る。また、固液界面は炉内の等温面とほぼ一致するの
で、種結晶の原料融液に接する面を固液界面と平行にす
ることにより、シーディング時に余分な熱応力などが発
生することを防止でき、大きな種結晶からの結晶成長を
容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の化合物半導体単結晶の製造方法の一実
施例において、ボートに単結晶を配置した状態を示す側
断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ１断面の形状を示す横断面図。

【図３】同実施例において、単結晶育成中のボートの状
態を示す側断面図。

【符号の説明】

１ 種結晶 ２ ボート ３ 育成中の単結晶 ４ 原料融液 ５ 固液界面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】化合物半導体単結晶をボート法により製造
   する方法において、製造すべき化合物半導体単結晶の直
   胴部の長手方向に垂直な断面の面積に対して、前記断面
   と平行な断面の面積が少なくとも半分以上である種結晶
   を用いることを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方
   法。
2. 【請求項２】前記種結晶の前記断面が、前記製造すべき
   化合物半導体単結晶の前記断面とほぼ同じ面積と形状を
   有する請求項１の化合物半導体単結晶の製造方法。
3. 【請求項３】前記種結晶の原料融液に接する面が、前記
   製造すべき化合物半導体単結晶の結晶成長時の固液界面
   とほぼ平行である請求項１又は２の化合物半導体単結晶
   の製造方法。
4. 【請求項４】化合物半導体単結晶をボート法により製造
   する装置において、所定の内部形状を有するボートと、
   このボート内の一端に配置される種結晶とを備え、前記
   種結晶は、製造すべき化合物半導体単結晶の直胴部の長
   手方向に垂直な断面の面積に対して、前記断面と平行な
   断面の面積が少なくとも半分以上とされていることを特
   徴とする化合物半導体単結晶の製造装置。
5. 【請求項５】前記種結晶の前記断面が、前記製造すべき
   化合物半導体単結晶の前記断面とほぼ同じ面積と形状を
   有する請求項４の化合物半導体単結晶の製造装置。
6. 【請求項６】前記種結晶の原料融液に接する面が、前記
   製造すべき化合物半導体単結晶の結晶成長時の固液界面
   とほぼ平行である請求項４又は５の化合物半導体単結晶
   の製造装置。