JPH07291788A - 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
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- JPH07291788A JPH07291788A JP10621594A JP10621594A JPH07291788A JP H07291788 A JPH07291788 A JP H07291788A JP 10621594 A JP10621594 A JP 10621594A JP 10621594 A JP10621594 A JP 10621594A JP H07291788 A JPH07291788 A JP H07291788A
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- single crystal
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 ＩｎＰ単結晶を液体封止カイロポ−ラス（Ｌ
ＥＫ）法で成長させる方法において、肉厚が０．１〜
０．５ｍｍのｐＢＮるつぼを用いて成長させる。 【効果】 高純度の単結晶を歩留まり良く製造できる。
ＥＫ）法で成長させる方法において、肉厚が０．１〜
０．５ｍｍのｐＢＮるつぼを用いて成長させる。 【効果】 高純度の単結晶を歩留まり良く製造できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液体封止カイロポーラ
ス法（以下、ＬＥＫ法と称する）による化合物半導体単
結晶の製造方法に関する。
ス法（以下、ＬＥＫ法と称する）による化合物半導体単
結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｃ
ｄＴｅ等のIII-Ｖ族およびII-ＶI族化合物半導体は、融
点付近で高い蒸気圧を有するために、原料融液上をＢ2
Ｏ3等からなる液体封止剤層で覆う液体封止法により単
結晶の成長が行われている。現在、この液体封止法とし
ては、液体封止チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）やＬＥ
Ｋ法等が知られている。ＬＥＣ法は、結晶の成長ととも
に結晶を引上げていく方法であり、種付けにより結晶方
位が制御可能で、また高純度結晶を得やすいため工業化
されているが、直径制御が困難であって均一の直径が得
難く、また結晶成長時の融液中の温度勾配が大きいた
め、結晶にかかる熱応力が大きくなり転位密度が多くな
るという欠点を有している。
ｄＴｅ等のIII-Ｖ族およびII-ＶI族化合物半導体は、融
点付近で高い蒸気圧を有するために、原料融液上をＢ2
Ｏ3等からなる液体封止剤層で覆う液体封止法により単
結晶の成長が行われている。現在、この液体封止法とし
ては、液体封止チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）やＬＥ
Ｋ法等が知られている。ＬＥＣ法は、結晶の成長ととも
に結晶を引上げていく方法であり、種付けにより結晶方
位が制御可能で、また高純度結晶を得やすいため工業化
されているが、直径制御が困難であって均一の直径が得
難く、また結晶成長時の融液中の温度勾配が大きいた
め、結晶にかかる熱応力が大きくなり転位密度が多くな
るという欠点を有している。
【０００３】これに対し、ＬＥＫ法は、種結晶を回転さ
せるものの引上げは実質的に行わずに、耐火性るつぼ中
で結晶成長を行うため、成長結晶の直径はるつぼ内径に
依存する。そのため、直径制御が容易であるとともに、
結晶成長時の融液中温度勾配が数℃／ｃｍであってＬＥ
Ｃ法に比べ１桁以上小さいため、熱応力が小さく、転位
密度が少ないという利点を有している。なお、引上げを
実質的に行わないとは、融液の固化に伴う体積膨張分に
見合う引上げは含むという意味である。
せるものの引上げは実質的に行わずに、耐火性るつぼ中
で結晶成長を行うため、成長結晶の直径はるつぼ内径に
依存する。そのため、直径制御が容易であるとともに、
結晶成長時の融液中温度勾配が数℃／ｃｍであってＬＥ
Ｃ法に比べ１桁以上小さいため、熱応力が小さく、転位
密度が少ないという利点を有している。なお、引上げを
実質的に行わないとは、融液の固化に伴う体積膨張分に
見合う引上げは含むという意味である。
【０００４】従来、かかるＬＥＫ法は、例えば図３に示
すように行われていた。第３図における結晶成長装置
は、密閉型の高圧容器１内に円筒状のヒータ２が配設さ
れており、このヒータ２の中央には、るつぼ３が配置さ
れている。また、このるつぼ３は、その下端に固着され
た支持軸４により回転可能に支持されている。そして、
このるつぼ３中には、ＧａＡｓ等の原料融液５が入れら
れており、原料融液５の上面はＢ2Ｏ3等からなる液体封
止剤層６で覆われている。
すように行われていた。第３図における結晶成長装置
は、密閉型の高圧容器１内に円筒状のヒータ２が配設さ
れており、このヒータ２の中央には、るつぼ３が配置さ
れている。また、このるつぼ３は、その下端に固着され
た支持軸４により回転可能に支持されている。そして、
このるつぼ３中には、ＧａＡｓ等の原料融液５が入れら
れており、原料融液５の上面はＢ2Ｏ3等からなる液体封
止剤層６で覆われている。
【０００５】一方、るつぼ３の上方からは、高圧容器１
内に結晶引上げ軸７が上下動かつ回転自在に垂下されて
おり、この結晶引上げ軸７によって種結晶を保持し、る
つぼ３中の原料融液５の表面に接触させることができる
ようになっている。また、高圧容器１の側壁上部には、
高圧不活性ガスを導入するためのガス導入管８が接続さ
れており、高圧容器１内部の圧力を所定圧力とすること
ができるようになっている。
内に結晶引上げ軸７が上下動かつ回転自在に垂下されて
おり、この結晶引上げ軸７によって種結晶を保持し、る
つぼ３中の原料融液５の表面に接触させることができる
ようになっている。また、高圧容器１の側壁上部には、
高圧不活性ガスを導入するためのガス導入管８が接続さ
れており、高圧容器１内部の圧力を所定圧力とすること
ができるようになっている。
【０００６】従来のＬＥＫ法は、このような結晶成長装
置において、まず、図３に示すように、結晶引上げ軸７
によって種結晶を結晶融液５中に浸漬して、るつぼ３と
結晶引上げ軸７を回転させながら引上げは行わずにヒー
タ２の温度を徐々に下げ単結晶を成長させていた。
置において、まず、図３に示すように、結晶引上げ軸７
によって種結晶を結晶融液５中に浸漬して、るつぼ３と
結晶引上げ軸７を回転させながら引上げは行わずにヒー
タ２の温度を徐々に下げ単結晶を成長させていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＬＥＫ法であっては、るつぼ３の材質として石英あ
るいはｐＢＮ(pyrolytic boron nitride)を用いてい
た。石英製るつぼを用いた場合、成長した結晶の単結晶
化率は高いものの、るつぼからの汚染により、Ｓｉ等が
結晶に混入する問題があった。その量は結晶中のキャリ
ア濃度で１０16cm-3にまで達し、半絶縁性化等に大きな
問題を与えるものであった。
来のＬＥＫ法であっては、るつぼ３の材質として石英あ
るいはｐＢＮ(pyrolytic boron nitride)を用いてい
た。石英製るつぼを用いた場合、成長した結晶の単結晶
化率は高いものの、るつぼからの汚染により、Ｓｉ等が
結晶に混入する問題があった。その量は結晶中のキャリ
ア濃度で１０16cm-3にまで達し、半絶縁性化等に大きな
問題を与えるものであった。
【０００８】一方、ｐＢＮ製るつぼを用いた場合、Ｓｉ
等が結晶に混入する問題はないものの、成長した結晶の
単結晶化率が著しく低いという問題があった。
等が結晶に混入する問題はないものの、成長した結晶の
単結晶化率が著しく低いという問題があった。
【０００９】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、結晶の単結晶化率が高く、かつ高純度結晶
の成長可能な化合物半導体単結晶の製造方法を提供する
ことを目的とするものである。
れたもので、結晶の単結晶化率が高く、かつ高純度結晶
の成長可能な化合物半導体単結晶の製造方法を提供する
ことを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明者らは石英製るつぼを用いた場合とｐＢＮ
製るつぼを用いた場合の結晶成長条件を見直し、単結晶
化への影響を調べ以下の結論を得た。つまり、石英はガ
ラスであるためその熱伝導率に異方性がない。一方、ｐ
ＢＮは化学気相成長法により製造され、ｐＢＮの成長方
向に沿った面（ａ方向と称する）とｐＢＮの成長方向に
垂直な面（ｃ方向と称する）とでは熱伝導率に異方性を
有し、その熱伝導率には１桁以上の差がある（ａ方向の
熱伝導率：0.15 cal・cm/cm2・sec・℃、ｃ方向の熱伝導
率：3.5〜7.0 x10-3 cal・cm/cm2・sec・℃）。一般に、単
結晶化させるためには結晶成長中の固液界面形状を図１
（ａ）に示すように成長方向に対し、凸型にすること望
ましい。ＬＥＫ法ではＬＥＣ法のように結晶を引上げな
いので、ｐＢＮ製るつぼを用いた場合、この異方性の影
響をより受けるため、結晶成長中の固液界面形状が図１
（ｂ）または（ｃ）となり、多結晶化しやすいと考えら
れる。
めに、本発明者らは石英製るつぼを用いた場合とｐＢＮ
製るつぼを用いた場合の結晶成長条件を見直し、単結晶
化への影響を調べ以下の結論を得た。つまり、石英はガ
ラスであるためその熱伝導率に異方性がない。一方、ｐ
ＢＮは化学気相成長法により製造され、ｐＢＮの成長方
向に沿った面（ａ方向と称する）とｐＢＮの成長方向に
垂直な面（ｃ方向と称する）とでは熱伝導率に異方性を
有し、その熱伝導率には１桁以上の差がある（ａ方向の
熱伝導率：0.15 cal・cm/cm2・sec・℃、ｃ方向の熱伝導
率：3.5〜7.0 x10-3 cal・cm/cm2・sec・℃）。一般に、単
結晶化させるためには結晶成長中の固液界面形状を図１
（ａ）に示すように成長方向に対し、凸型にすること望
ましい。ＬＥＫ法ではＬＥＣ法のように結晶を引上げな
いので、ｐＢＮ製るつぼを用いた場合、この異方性の影
響をより受けるため、結晶成長中の固液界面形状が図１
（ｂ）または（ｃ）となり、多結晶化しやすいと考えら
れる。
【００１１】通常、ｐＢＮるつぼは強度等の観点からそ
の肉厚を 1.0 〜 1.5 mm とすることが多く、ａ方向と
ｃ方向の熱伝導の差が大きくなってしまう。そこで、発
明者らはａ方向とｃ方向の熱伝導の差を小さくするた
め、ｐＢＮるつぼの肉厚を薄くすることを考えた。これ
を確かめるため、発明者らはｐＢＮるつぼの肉厚を 0.1
mm 、 0.3 mm 、 0.5 mm 、 0.8 mm、 1.0 mm 、 1.3 m
m 、 1.5 mm 、 2.0 mmとしてそれぞれ１０回ずつＩｎ
Ｐ結晶を成長し、各条件の単結晶化率を調べ、図２に示
す結果を得た。ｐＢＮるつぼの肉厚と結晶の単結晶化率
との間には、図２に示すような相関があり、単結晶化率
を８０％以上とするためにはｐＢＮるつぼの肉厚を 0.5
mm 以下とすればよいことが分かった。なお、ｐＢＮる
つぼの肉厚を 0.1 mm 未満とすると、物理的強度が不足
し、結晶成長中に破損する可能性が高くなり、好ましく
ない。
の肉厚を 1.0 〜 1.5 mm とすることが多く、ａ方向と
ｃ方向の熱伝導の差が大きくなってしまう。そこで、発
明者らはａ方向とｃ方向の熱伝導の差を小さくするた
め、ｐＢＮるつぼの肉厚を薄くすることを考えた。これ
を確かめるため、発明者らはｐＢＮるつぼの肉厚を 0.1
mm 、 0.3 mm 、 0.5 mm 、 0.8 mm、 1.0 mm 、 1.3 m
m 、 1.5 mm 、 2.0 mmとしてそれぞれ１０回ずつＩｎ
Ｐ結晶を成長し、各条件の単結晶化率を調べ、図２に示
す結果を得た。ｐＢＮるつぼの肉厚と結晶の単結晶化率
との間には、図２に示すような相関があり、単結晶化率
を８０％以上とするためにはｐＢＮるつぼの肉厚を 0.5
mm 以下とすればよいことが分かった。なお、ｐＢＮる
つぼの肉厚を 0.1 mm 未満とすると、物理的強度が不足
し、結晶成長中に破損する可能性が高くなり、好ましく
ない。
【００１２】本発明は、上記知見に基づいてなされたも
ので、るつぼと引上げ軸とを相対的に回転させ、該引上
げ軸に保持された種結晶を該るつぼ中の原料融液に浸漬
して、引上げは実質的に行わずに単結晶の成長を行う方
法において、上記るつぼとして、ｐＢＮ製であり、かつ
その肉厚を 0.1 〜 0.5 mm としたるつぼを用いること
を特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法を提供する
ものである。
ので、るつぼと引上げ軸とを相対的に回転させ、該引上
げ軸に保持された種結晶を該るつぼ中の原料融液に浸漬
して、引上げは実質的に行わずに単結晶の成長を行う方
法において、上記るつぼとして、ｐＢＮ製であり、かつ
その肉厚を 0.1 〜 0.5 mm としたるつぼを用いること
を特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法を提供する
ものである。
【００１３】
【実施例】結晶成長装置は従来と同一構成のもの（第３
図参照）を用いた。まず、ＩｎＰ多結晶 1.0 kgと液体
封止剤としてのＢ2Ｏ3を 25mm の厚さとなるように秤量
して、肉厚 0.1 mm 、内径 60 mm のｐＢＮ製るつぼ３
に入れ、ヒータ２により加熱して炉内を 1100 ℃以上に
昇温し、ＩｎＰおよびＢ2Ｏ3を融解させた。このとき、
Ｐの揮散を防止するためガス導入管８から例えばアルゴ
ンガスのような不活性ガスを導入し、高圧容器１内を 4
0 気圧とした。
図参照）を用いた。まず、ＩｎＰ多結晶 1.0 kgと液体
封止剤としてのＢ2Ｏ3を 25mm の厚さとなるように秤量
して、肉厚 0.1 mm 、内径 60 mm のｐＢＮ製るつぼ３
に入れ、ヒータ２により加熱して炉内を 1100 ℃以上に
昇温し、ＩｎＰおよびＢ2Ｏ3を融解させた。このとき、
Ｐの揮散を防止するためガス導入管８から例えばアルゴ
ンガスのような不活性ガスを導入し、高圧容器１内を 4
0 気圧とした。
【００１４】次ぎに、ＩｎＰ融液の表面温度をＩｎＰの
融点よりもやや高い温度に調節してから、結晶引上げ軸
７を下げて、（１００）面の種結晶を原料融液５に種付
けし、るつぼ３を１℃／hrの割合で冷却しながら、 30
時間かけて結晶の成長を行なった。この時、結晶引上げ
軸７は５rpmで回転させ、るつぼ３は逆方向に５rpmで回
転させた。
融点よりもやや高い温度に調節してから、結晶引上げ軸
７を下げて、（１００）面の種結晶を原料融液５に種付
けし、るつぼ３を１℃／hrの割合で冷却しながら、 30
時間かけて結晶の成長を行なった。この時、結晶引上げ
軸７は５rpmで回転させ、るつぼ３は逆方向に５rpmで回
転させた。
【００１５】30 時間経過後、結晶がほぼるつぼの底部
まで成長した時点で育成を終了し、結晶およびるつぼの
回転を止め、結晶９を引上げず、５℃／minの割合で室
温まで冷却した。このようにして得られた結晶は、直径
60 mm 、長さ 75 mm 、重量約 1.0 kgの単結晶であっ
た。同じ条件で結晶成長を計１０回行ったところ、９回
は単結晶が得られた。
まで成長した時点で育成を終了し、結晶およびるつぼの
回転を止め、結晶９を引上げず、５℃／minの割合で室
温まで冷却した。このようにして得られた結晶は、直径
60 mm 、長さ 75 mm 、重量約 1.0 kgの単結晶であっ
た。同じ条件で結晶成長を計１０回行ったところ、９回
は単結晶が得られた。
【００１６】なお、上記各実施例においてはＩｎＰ単結
晶の育成について説明したが、本発明はかかる実施例に
限定されるものではなく、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＣｄＴｅ
等、III-Ｖ族およびII-ＶI族化合物半導体単結晶の育成
に適用できる。
晶の育成について説明したが、本発明はかかる実施例に
限定されるものではなく、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＣｄＴｅ
等、III-Ｖ族およびII-ＶI族化合物半導体単結晶の育成
に適用できる。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、本発明の化合物半導体単
結晶の製造方法によれば、高純度の化合物半導体単結晶
を歩留りよく、製造することができるという効果があ
る。
結晶の製造方法によれば、高純度の化合物半導体単結晶
を歩留りよく、製造することができるという効果があ
る。
【図１】ＬＥＫ法における結晶成長過程での固液界面形
状を説明する概略図である。
状を説明する概略図である。
【図２】ｐＢＮるつぼの肉厚と結晶の単結晶化率との関
係を示す図である。
係を示す図である。
【図３】ＬＥＫ法における結晶成長過程での結晶の状態
を示す縦断面図である。
を示す縦断面図である。
１・・高圧容器 ３・・るつぼ ５・・原料融液 ６・・液体封止剤層 ７・・結晶引上げ軸 ８・・ガス導入管 ９・・育成結晶
Claims (1)
- 【請求項１】 るつぼと引上げ軸とを相対的に回転さ
せ、該引上げ軸に保持された種結晶を該るつぼ中の原料
融液に浸漬して、引上げは実質的に行わずに単結晶の成
長を行う方法において、上記るつぼとして、ｐＢＮ製で
あり、かつその肉厚を 0.1 〜 0.5 mm としたるつぼを
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10621594A JPH07291788A (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP10621594A JPH07291788A (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07291788A true JPH07291788A (ja) | 1995-11-07 |
Family
ID=14427936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10621594A Pending JPH07291788A (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07291788A (ja) |
-
1994
- 1994-04-22 JP JP10621594A patent/JPH07291788A/ja active Pending
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