JPH10194899A - 結晶成長方法 - Google Patents

結晶成長方法

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JPH10194899A
JPH10194899A JP441197A JP441197A JPH10194899A JP H10194899 A JPH10194899 A JP H10194899A JP 441197 A JP441197 A JP 441197A JP 441197 A JP441197 A JP 441197A JP H10194899 A JPH10194899 A JP H10194899A
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JP
Japan
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seed crystal
crystal
growth
seed
cushion material
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JP441197A
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English (en)
Inventor
Shinsuke Fujiwara
伸介 藤原
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 種結晶の保持に際して種結晶への応力の付加
を抑制し、結晶性に優れたII−VI族化合物半導体結晶の
成長を可能にした結晶成長方法を提供しようとするもの
である。 【解決手段】 昇華法又はハロゲン化学輸送法で板状種
結晶上にII−VI族化合物半導体結晶を成長させるとき
に、前記板状種結晶の裏面にクッション材を密着させ、
前記種結晶の表面の外周部を保持部材で押圧して成長室
の一端に種結晶を固定する結晶成長方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、昇華法又はハロゲ
ン化学輸送法で板状種結晶上にZnSe、ZnS、Cd
Te、CdS等のII−VI族化合物半導体結晶を成長する
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】II−VI族化合物半導体結晶の成長方法は
大きく分けて、融液成長法、固相成長法、溶液成長法、
気相成長法の4種の方法に分類される。その中で気相成
長法には、原料の昇華及び凝結を利用して結晶成長を行
う昇華法(PVT法:PhysicalVapourTransport 法)、
及びハロゲンを原料と反応させることによる原料のハロ
ゲン化物を生成し、その分解を利用する化学輸送法(C
VT法:Chemical VapourTransport 法)がある。
【0003】例えば、J. Crystal Growth 94 (1989) p.
1〜5では、石英管中に5gのZnSe粉末、結晶成長
の種結晶としてZnSe単結晶を封入してアンプルを作
製し、このアンプルを加熱し、ZnSe粉末側の温度を
約1080℃、種結晶側の温度を約1070℃に設定す
ることによって、種結晶上にZnSe結晶を成長させて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】昇華法又は化学輸送法
による結晶成長で種結晶を使用する場合、種結晶をアン
プルに固定しなければならない。その場合一般にJ. Cry
stal Growth 94 (1989)p.1〜5にあるように、種結晶
の裏面の全面をアンプルに密着させ、種結晶の表面の外
周部で保持して、種結晶をアンプルに固定している。そ
の際、アンプルの材質が種結晶より熱膨張係数が小さい
と、結晶成長のためにアンプルを加熱するときに種結晶
に応力が加わって結晶性が悪化し、種結晶上に成長する
成長に種結晶中の結晶欠陥が引き継がれるため、成長結
晶の結晶性が悪化する。アンプルの材質としては一般に
石英が使用されており、石英の線熱膨張係数は0.35
×10-6/degで、ZnSeやZnSの7×10-6
degよりも相当に小さいのでこの問題は無視できな
い。
【0005】そこで、本発明では、上記の問題を解消
し、種結晶の保持に際して種結晶への応力の付加を抑制
し、結晶性に優れたII−VI族化合物半導体結晶の成長を
可能にした結晶成長方法を提供しようとするものであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記の構成を
採用することにより、上記の課題の解決に成功したもの
である。 (1) 成長室中に原料多結晶を配置し、昇華法又はハロゲ
ン化学輸送法で板状種結晶上にII−VI族化合物半導体結
晶を成長させる方法において、前記板状種結晶の裏面に
クッション材を密着させ、前記種結晶の表面の外周部を
保持部材で押圧して成長室の一端に種結晶を固定するこ
とを特徴とするII−VI族化合物半導体結晶の成長方法。
【0007】(2) 前記種結晶と前記クッション材の間に
種結晶保護板を挿入し、前記種結晶保護板を種結晶裏面
の全面に隙間無く密着させることを特徴とする上記(1)
記載のII−VI族化合物半導体結晶の成長方法。
【0008】(3) 前記種結晶保護板の表面に付着防止用
のコーティング膜を施すことを特徴とする上記 (2) 記
載のII−VI族化合物半導体結晶の成長方法。
【0009】
【発明の実施の態様】本発明は、昇華法又はハロゲン化
学輸送法で板状種結晶上にII−VI族化合物半導体結晶を
成長させるときに、板状種結晶の裏面にクッション材を
密着させて成長室に固定することにより、熱膨張係数の
違いにより発生する応力が種結晶に加わることを抑制
し、応力付加にともなう結晶性の低下のないII−VI族化
合物半導体の結晶成長方法を提供することにある。
【0010】本発明で使用するクッション材及び種結晶
保護板は、結晶成長温度において昇華した結晶成分、成
長室を構成する材料成分及びハロゲン(ハロゲン化学輸
送法の場合)と反応しない材質のものを使用する必要が
ある。また、クッション材は、十分な弾性を有し、種結
晶保護板は、種結晶と隙間無く密着できるような緻密な
材質でなければならない。なお、種結晶保持部材等で押
圧されるのは、種結晶表面の外周部のみで、種結晶側面
は押圧されないようにする必要がある。
【0011】具体的には、クッション材として層状、布
状、ウール状、フェルト状、バネ状等のカーボンや石英
やセラミックを使用することができる。また、種結晶保
護板としては石英ガラス、アルミナ、炭化珪素、ジルコ
ニア、水晶、サファイア等を使用することができる。
【0012】コーティング材も、クッション材及び種結
晶保護板と同様に、昇華性及び反応性を有しない材質を
選ぶ必要があり、カーボン、炭化珪素等の炭化物、窒化
アルミニウム等の窒化物、酸化アルミニウム、酸化亜鉛
等の酸化物等を挙げることができる。
【0013】図4は、従来の昇華法を実施するための結
晶成長装置の概念図である。板状種結晶(II−VI族化合
物半導体結晶)を石英製アンプルの一端の凹部に配置
し、種結晶の周囲をキャップで押圧して固定し、アンプ
ルの他端に原料多結晶を配置し、アンプルを成長温度に
昇温すると、種結晶の膨張係数の方が、アンプルの石英
の膨張係数より大きいため、キャップに押圧される種結
晶の外周部に圧縮応力が働き、転位密度が増加する等、
結晶性が悪化する。こうして増加した転位欠陥は種結晶
上に成長する結晶に伝播するので、転位密度が低く結晶
性に優れた結晶を成長できなくなる。
【0014】図1は、本発明の昇華法を実施するための
結晶成長装置の概念図である。なお、図1では、種結晶
側面がアンプルと密着しているが、実際には種結晶側面
とアンプルの間に数100μmの間隙を設け、種結晶側
面が押圧されないようにしている。図4の結晶成長装置
との違いは、種結晶の裏面にクッション材を密着させた
点にあり、結晶成長のために昇温しても、種結晶の膨張
はクッション材の収縮によって吸収されるので、キャッ
プによる種結晶外周部への応力は大幅に緩和され、種結
晶の結晶性の悪化を避けることができ、結晶性の優れた
結晶成長が可能になる。
【0015】一般に弾性を有するクッション材は、多数
の隙間を有する粗な構造を有し、また、その表面には凹
凸があり、平坦ではない。その結果、図2に示すように
結晶成長時に種結晶の成分がクッション材の隙間に移動
して種結晶中にボイドが形成される恐れがあり、このボ
イドは成長結晶中に伝播すると、成長結晶の結晶性を低
下させる。
【0016】そこで、本発明では、図2のように、種結
晶とクッション材の間に緻密な材質で構成された種結晶
保護板を挿入することによって、種結晶成分のクッショ
ン材側への移動を防止できる。ここで、種結晶保護材と
種結晶は隙間無く密着させる必要があるので、その接合
面はともに平坦に加工しておくことが望ましい。
【0017】また、結晶成長中に、種結晶保護板と種結
晶が付着すると、結晶成長終了後の冷却時に、種結晶及
び成長結晶と、種結晶保護板との熱膨張係数の違いによ
る応力が作用して、種結晶及び成長結晶中に転位欠陥を
形成する恐れがある。これを防止するために、種結晶保
護板の表面に付着防止用のコーティング膜を形成してお
くことが好ましい。コーティング膜は、種結晶と種結晶
保護板の付着を防止する効果がある。
【0018】
【実施例】
〔実施例1〕図1の結晶成長装置を用いてZnSe単結
晶を成長させた。種結晶として直径10.0mm、厚み
1.0mmの表面ミラー研磨、裏面ラッピング研磨した
(111)面を有し、転位密度が1×105 cm-2以下
のZnSe単結晶ウエハを用い、内径25mm、長さ5
0cmの石英管の端部に設けた溝(直径10.2mm、
深さ2mm)に、厚さ1.2mmの層状カーボン(日本
カーボン製ニカフィルム)のクッション材を介して上記
の種結晶を挿入し、種結晶の外周部を石英製のキャップ
で押圧して固定し、封入蓋に、原料としてZnSe多結
晶を載せ、かつ、石英管中に内容積1cm-3あたり1m
gのヨウ素を充填してから石英管の底部を封入蓋で塞
ぎ、石英管を3×10-7torrに排気してから封入蓋
の部分で封着し、ヨウ素を輸送媒体とした化学輸送法で
ZnSe結晶を成長するためのアンプルを作製した。
【0019】縦型管状炉を用いて下方に配置した原料の
温度を860℃、上方に配置した種結晶の温度を850
℃に加熱して、20日間にわたって種結晶上にZnSe
単結晶を成長させた。得られた単結晶の重量は5.9g
であり、転位密度は種結晶及び成長結晶の全域で1×1
5 cm-2以下で、転位密度の増加は観察されなかっ
た。なお、クッション材と種結晶の隙間に種結晶成分が
一部析出しており、その分だけ種結晶及び成長結晶中に
ボイドが形成されたものと思われる。
【0020】〔比較例〕実施例1において、クッション
材を省略した以外は、実施例1と同様にしてZnSe単
結晶を成長させた(図4参照)。得られた結晶は重量
6.2gのZnSe単結晶であったが、転位密度は石英
製種結晶固定キャップで押さえつけている部分を中心に
悪化しており、少ない部分で2×105 cm-2、多い部
分で5×105 cm-2となっていた。
【0021】〔実施例2〕実施例1において、種結晶と
クッション材の間に石英製の種結晶保護板を挿入した以
外は、実施例1と同様にしてZnSe単結晶を成長させ
た(図2参照)。石英製保護板のサイズは直径10m
m、厚み1mmで種結晶と同じにして、その他は実施例
1と同様にしてアンプルを作製し、実施例1と同じ温度
で20日間結晶を成長させたところ、重量6.2gのZ
nSe単結晶が得られた。なお、石英板は種結晶に付着
していた。成長した結晶中にはボイドは観察されなかっ
た。転位密度を観察すると、比較例の様な種結晶固定キ
ャップ周辺での極端な転位密度の増加は観察されなかっ
たが、種結晶近辺の転位密度が2×105 cm-2程度に
悪化していた。
【0022】〔実施例3〕実施例2において、石英製種
結晶保護板の表面に膜厚約10μmのカーボン膜をCV
D方で形成して用いた以外は、実施例2と同様にしてZ
nSe単結晶を成長させたところ、重量6.4gのZn
Se単結晶が得られた。また、種結晶と種結晶保護板は
付着していなかった。成長した結晶中にはボイドを観察
せず、転位密度も1×105 cm-2以下であり、転位密
度の悪化は観察されなかった。
【0023】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、昇華法及び化学輸送法によるII−VI族化合物半導
体の結晶成長において、転位密度の増加及びボイドの発
生を防止することに成功した。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を実施するための結晶成長装置の
概念図である。
【図2】本発明の方法を実施するための、もう1つの結
晶成長装置の概念図である。
【図3】クッション材を用いるときに、ボイドが成長結
晶中に発生する状況を説明するための図である。
【図4】従来の結晶成長装置の概念図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 成長室中に原料多結晶を配置し、昇華法
    又はハロゲン化学輸送法で板状種結晶上にII−VI族化合
    物半導体結晶を成長させる方法において、前記板状種結
    晶の裏面にクッション材を密着させ、前記種結晶の表面
    の外周部を保持部材で押圧して成長室の一端に種結晶を
    固定することを特徴とするII−VI族化合物半導体結晶の
    成長方法。
  2. 【請求項2】 前記種結晶と前記クッション材の間に種
    結晶保護板を挿入し、前記種結晶保護板を種結晶裏面の
    全面に隙間無く密着させることを特徴とする請求項1記
    載のII−VI族化合物半導体結晶の成長方法。
  3. 【請求項3】 前記種結晶保護板の表面に付着防止用の
    コーティング膜を施すことを特徴とする請求項2記載の
    II−VI族化合物半導体結晶の成長方法。
JP441197A 1997-01-14 1997-01-14 結晶成長方法 Pending JPH10194899A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100766720B1 (ko) 2006-06-07 2007-10-11 구갑렬 톱니형 포커싱 튜브
JP2011219293A (ja) * 2010-04-07 2011-11-04 Bridgestone Corp 単結晶製造装置及び炭化珪素単結晶の製造方法
CN114134576A (zh) * 2021-12-02 2022-03-04 中国电子科技集团公司第四十六研究所 一种用于低位错密度CdS单晶生长的籽晶处理方法

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KR100766720B1 (ko) 2006-06-07 2007-10-11 구갑렬 톱니형 포커싱 튜브
JP2011219293A (ja) * 2010-04-07 2011-11-04 Bridgestone Corp 単結晶製造装置及び炭化珪素単結晶の製造方法
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