JPH06239699A - 化合物半導体多結晶およびその合成方法 - Google Patents

化合物半導体多結晶およびその合成方法

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JPH06239699A
JPH06239699A JP2673193A JP2673193A JPH06239699A JP H06239699 A JPH06239699 A JP H06239699A JP 2673193 A JP2673193 A JP 2673193A JP 2673193 A JP2673193 A JP 2673193A JP H06239699 A JPH06239699 A JP H06239699A
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JP
Japan
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synthesis
ampoule
boat
polycrystal
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JP2673193A
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English (en)
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Toshiyuki Kanazawa
利幸 金澤
Ryuichi Hirano
立一 平野
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Eneos Corp
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Japan Energy Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 アンプルの一端に原料のIII族元素を載せた
ボートを、また他端に原料のV族元素を入れて真空封止
し、このアンプル全体を加熱するとともに、上記ボート
を局部的にさらに高い温度に加熱してボート内でIII族
元素と上記V族元素から発生したV族元素蒸気とを反応
させ、徐々に上記高温部を相対移動させながらIII−V
族化合物半導体多結晶を合成する多結晶合成方法におい
て、合成初期においては上記アンプルの相対移動を合成
中期に比べて低速で行なうようにした。 【効果】 アンプルとヒータとを相対移動させたときに
温度のピーク位置がずれるのを防止することができ、こ
れによってV族元素の供給を合成速度に合致させること
ができ、始端部から終端部まで広い範囲にわたって組成
がストイキオメトリーである多結晶を合成することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体多結晶の合
成技術に関し、例えばInP多結晶を合成する場合に利
用して効果のある技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、化合物半導体デバイスの材料とし
て使用されるInPは、原料のIn(インジウム)とP
(リン)を直接反応させて単結晶を成長させることが困
難であるため、まず多結晶を合成してこの合成多結晶を
用いてLEC法等により単結晶を成長させることが行な
われている。上記InP多結晶の合成方法の一つに、図
1に示すような合成装置を用いて行なう方法がある。
【0003】この合成方法は、一端に原料となるインジ
ウムの入ったボート2を、また他端にリン塊3を載置し
て真空封入した石英製アンプル1を合成炉(ヒータ)4
内に設置し、ヒータ4により図2に示すごとくボート側
が800℃、リン塊側が540℃となり、その中間に1
100℃のような温度ピークを有する温度分布を形成
し、アンプル1とヒータ4とを相対移動させてボート内
のインジウムにリン蒸気を供給して反応させ、ボートの
一端から他端に向けて徐々にInP単結晶を成長させて
行くというものである。なお、図1において、5は対流
によるアンプル内の温度の均一化を防止して温度変化の
急峻な図2のごとき温度分布を形成し易くするための遮
熱体である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の多結晶合成法にあっては、固化率の低いときの合成
部分すなわち最初に結晶化した部分の組成(In/P
比)がストイキオメトリー(化学量論比)から外れ、イ
ンジウムの比率が高いインジウム・リッチの状態になり
易い。また、合成多結晶の終端部がインジウム・リッチ
になることもあった。このようなインジウム・リッチの
部分を含む多結晶を原料として単結晶を成長させると、
マイクロツイン(あるいはラメラツイン)と呼ばれる欠
陥が生じ、良質の単結晶が得られなくなるため、従来イ
ンジウム・リッチである合成多結晶の始端部や終端部は
カットせざるを得なかった。そのため、原料の無駄が多
くなり、生産性が低下するという問題点があることが明
かになった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
問題点に着目してなされたもので、その目的とするとこ
ろは、アンプルの一端に原料のIII族元素を載せたボー
トを、また他端に原料のV族元素を入れて真空封止し、
このアンプル全体を加熱するとともに、上記ボートを局
部的にさらに高い温度に加熱してボート内でIII族元素
と上記V族元素から発生したV族元素蒸気とを反応さ
せ、徐々に上記高温部を相対移動させながら多結晶を合
成する多結晶合成方法において、始端部から終端部まで
広い範囲にわたって組成がストイキオメトリーであるII
I−V族化合物半導体多結晶を合成することができる多
結晶合成方法を提供することにある。
【0006】本発明者らは、まず合成InP多結晶の始
端部がインジウム・リッチになる原因について解析、考
察を行なった。その結果、上記従来方法ではアンプルと
ヒータとを相対移動させているが、そのとき温度のピー
ク位置がアンプルの移動方向と逆の方向へ移動している
ことを見出した。図3に、本発明者らが行なった実験に
より得られたアンプルの移動量と温度のピーク位置のず
れとの関係を示す。ただし、この実験はアンプルをヒー
タに対して等速度で移動させたときのものである。
【0007】上記のように温度のピーク位置がアンプル
の移動方向と逆の方向へ移動すると、アンプルとヒータ
との相対的な移動速度が速くなるため、リンの供給が合
成速度に追い付かなくなってしまい、その結果、合成多
結晶の始端部がインジウム・リッチになるとの結論に達
した。また、合成多結晶の終端部がインジウム・リッチ
になるのは、合成の末期時にはリン原料塊が当初よりも
小さくなっているため、リンの昇華量が減少するためで
あると考えた。なお、上記のように温度のピーク位置が
移動する理由は、アンプル内の熱容量はインジウムの入
っているボート側の方がリン側よりも大きくなっている
ため、熱容量の大きなボートが温度のピーク位置側に近
づくことによってピーク位置がボート側へずれるためで
あると考えられる。
【0008】そこで、本発明者らは合成開始初期および
合成終了時のアンプルとヒータとの相対的な移動速度を
遅くすれば、温度のピーク位置がずれるのを防止して合
成多結晶の始端部や終端部がインジウム・リッチになる
のを回避することができるのではないかと考え、種々の
実験を行なった。その結果、上記移動速度の制御により
始端部から終端部まで広い範囲にわたって組成がストイ
キオメトリーである多結晶を合成することができること
を見出した。この発明は、上記のような知見に基づいて
なされたもので、合成された多結晶インゴットの固化率
0〜85%、条件によっては固化率0〜95%の範囲に
わたって、その結晶組成比III族元素/(III族元素+V
族元素)が、0.5000±0.0001以内にあるII
I−V族化合物半導体多結晶を提供する。ここで、固化
率85〜100%の部分を除いたのは、固化率が高くな
ると偏析によって次第に不純物がIII族元素融液中に濃
縮されて、結晶終端部で不純物濃度が高い多結晶が合成
されてしまうためである。
【0009】また、この発明は、固化率0〜85%の範
囲にわたって組成比が0.5000±0.0001以内
にあるIII−V族化合物半導体多結晶を合成するため、
アンプルの一端に原料のIII族元素を載せたボートを、
また他端に原料のV族元素を入れて真空封止し、このア
ンプル全体を加熱するとともに、上記ボートを局部的に
さらに高い温度に加熱してボート内でIII族元素と上記
V族元素から発生したV族元素蒸気とを反応させ、徐々
に上記高温部を相対移動させながらIII−V族化合物半
導体多結晶を合成する多結晶合成方法において、合成初
期においては上記アンプルの相対移動を合成中期に比べ
て低速で行なうようにした。さらに、固化率0〜95%
の範囲にわたって組成比が0.5000±0.0001
以内にあるIII−V族化合物半導体多結晶を合成するた
め、合成末期における上記アンプルの相対移動も合成中
期に比べて低速で行なうようにした。
【0010】
【作用】上記した手段によれば、アンプルとヒータとを
相対移動させたときに温度のピーク位置がずれるのを防
止することができ、これによってV族元素の供給を合成
速度に合致させることができ、始端部から終端部まで広
い範囲にわたって組成がストイキオメトリーであるIII
−V族化合物半導体多結晶を合成可能な合成方法を提供
するという上記目的を達成することができる。また、合
成末期における上記アンプルの相対移動も合成中期に比
べて低速に変更すれば、V族元素の塊が次第に小さくな
ってもボート側に供給されるV族元素の量が減少するの
を防止することができ、さらに広い範囲にわたって組成
がストイキオメトリーであるIII−V族化合物半導体多
結晶を合成することができる。
【0011】
【実施例】
(実施例1)図3に示されているような内径75mm、
外径80mmの円筒状石英製アンプル1を合成用容器と
して用意し、このアンプル1の一端に重量1.15kg
の赤リンインゴット3を入れ、またアンプル1の他端に
は3.9kgのインジウムを載せた長さ450mmのp
BN製ボート2を載置した。また、アンプル1の中央上
記原料間には、複数の石英製円板が等間隔で保持されて
なる遮熱体5を入れてアンプル1内の対流を防止できる
ようにして、アンプル1の開放端に石英製のキャップを
被せ、真空ポンプでアンプル1内を1×10-6Torrにし
てからキャップとアンプル1との間をバーナーを用いて
真空封止した。
【0012】次に、上記アンプル1を合成炉(ヒータ)
4内に設置し、全体を室温から540℃まで2.5時間
かけて昇温した後、図2の温度分布を形成して1時間保
持した。それから、まずアンプル1を図1において右方
向へ4mm/時の速さで7.5時間(30mm)移動さ
せた後、アンプル1の移動速度を10mm/時の速さに
上げて、InP多結晶の合成を行なった。この実施例で
は、アンプルの移動を開始してから15mm移動したと
ころで、多結晶が成長し始めた。
【0013】(実施例2)実施例1と同一の装置と同一
の条件で、InP多結晶の合成を行ない、アンプルが3
50mm移動したところで、アンプル1の移動速度を6
mm/時の速さに下げた。 (比較例)実施例1と同一の装置と同一の条件で、アン
プル1の移動速度を合成中ずっと10mm/時の一定速
さに保ってInP多結晶の合成を行なった。
【0014】実施例1と2および比較例で得られた合成
InP多結晶の組成比In/InPを測定したところ、
図4に示すような結果が得られた。図4において、□印
は実施例1で得られた合成InP多結晶の組成比In/
InPを例えば結晶インゴットの成長方向に沿ってプロ
ットしたもの、○印は比較例で得られた合成InP多結
晶の組成比In/InPを多結晶インゴットの成長方向
に沿ってプロットしたものである。
【0015】これより、比較例で得られた合成InP多
結晶インゴットの組成比In/InPは、結晶の始端部
と終端部でそれぞれストイキオメトリーから大きくイン
ジウム・リッチ側にずれているのに対し、実施例1で得
られた合成InP多結晶インゴットは、始端部から34
0mm(固化率0〜85%)までずっと、組成比In/
InPが、0.5000±0.0001以内にあること
が分かった。実施例2で得られた合成InP多結晶イン
ゴットは、結晶の終端部でも組成比In/InPが、図
4に■印で示すように0.5000±0.0001以内
にあることが分かった。なお、上記実施例では、一例と
して本発明をInP多結晶の合成に適用した場合につい
て説明したが、この発明はそれに限定されるものでな
く、GaP多結晶等のIII−V族化合物半導体多結晶を
合成する場合に適用することができる。
【0016】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、アンプ
ルの一端に原料のIII族元素を載せたボートを、また他
端に原料のV族元素を入れて真空封止し、このアンプル
全体を加熱するとともに、上記ボートを局部的にさらに
高い温度に加熱してボート内でIII族元素と上記V族元
素から発生したV族元素蒸気とを反応させ、徐々に上記
高温部を相対移動させながらIII−V族化合物半導体多
結晶を合成する多結晶合成方法において、合成初期にお
いては上記アンプルの相対移動を合成中期に比べて低速
で行なうようにしたので、アンプルとヒータとを相対移
動させたときに温度のピーク位置がずれるのを防止する
ことができ、これによってV族元素の供給を合成速度に
合致させることができ、始端部から終端部まで広い範囲
にわたって組成がストイキオメトリーであるIII−V族
化合物半導体多結晶を合成することができる。その結
果、原料の無駄が少なくなり、生産性が向上する。ま
た、合成末期における上記アンプルの相対移動も合成中
期に比べて低速に変化させた場合には、V族元素の塊が
次第に小さくなってもボート側に供給されるV族元素の
量が減少するのを防止することができ、さらに広い範囲
にわたって組成がストイキオメトリーであるIII−V族
化合物半導体多結晶を合成することができるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】InP多結晶の合成炉の一例を示す断面図、
【図2】InP多結晶の合成炉の温度分布の一例を示す
図、
【図3】アンプルの相対移動速度を合成中ずっと一定速
さに保った場合のアンプルの移動量と温度のピーク位置
のずれとの関係を示すグラフ、
【図4】実施例1と2および比較例で得られた合成In
P多結晶の組成比In/InPの測定結果を示すグラフ
である。
【符号の説明】
1 アンプル 2 ボート 3 リン塊(赤リンインゴット) 4 ヒータ(合成炉) 5 遮熱板

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 合成された多結晶インゴットの固化率0
    〜85%の範囲にわたって、その結晶組成比III族元素
    /(III族元素+V族元素)が、0.5000±0.0
    001以内にあることを特徴とする化合物半導体多結
    晶。
  2. 【請求項2】 合成された多結晶インゴットの固化率0
    〜95%の範囲にわたって、その結晶組成比III族元素
    /(III族元素+V族元素)が、0.5000±0.0
    001以内にあることを特徴とする化合物半導体多結
    晶。
  3. 【請求項3】 アンプルの一端に原料のIII族元素を載
    せたボートを、また他端に原料のV族元素を入れて真空
    封止し、このアンプル全体を加熱するとともに、上記ボ
    ートを局部的にさらに高い温度に加熱してボート内でII
    I族元素と上記V族元素から発生したV族元素蒸気とを
    反応させ、徐々に上記高温部を相対移動させながらIII
    −V族化合物半導体多結晶を合成する多結晶合成方法に
    おいて、合成初期においては上記アンプルの相対移動を
    合成中期に比べて低速で行なうようにしたことを特徴と
    する化合物半導体多結晶の合成方法。
  4. 【請求項4】 合成末期における上記アンプルの相対移
    動も合成中期に比べて低速で行なうようにしたことを特
    徴とする請求項3記載の化合物半導体多結晶の合成方
    法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2722420A2 (en) 2012-10-22 2014-04-23 Hitachi Metals, Ltd. Equipment and method for producing a compound polycrystal, and method for growing a compound single crystal
CN108193275A (zh) * 2017-12-14 2018-06-22 广东先导先进材料股份有限公司 用于合成InP多晶的装料装置及合成InP多晶的方法

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