JPH11180792A - 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

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JPH11180792A
JPH11180792A JP36383797A JP36383797A JPH11180792A JP H11180792 A JPH11180792 A JP H11180792A JP 36383797 A JP36383797 A JP 36383797A JP 36383797 A JP36383797 A JP 36383797A JP H11180792 A JPH11180792 A JP H11180792A
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JP
Japan
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crystal
compound semiconductor
single crystal
temperature
raw material
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JP36383797A
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Takashi Kaisou
敬司 甲斐荘
Toshiaki Asahi
聰明 朝日
Tatsuya Nozaki
竜也 野崎
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Eneos Corp
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Japan Energy Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 原料融液を徐々に冷却して化合物半導体単結
晶を育成する化合物半導体単結晶の製造方法において、
結晶の単結晶化率を高める技術の確立。 【解決手段】 結晶育成炉6内で耐火性るつぼ1に収納
したInPのような原料融液2を徐々に冷却して化合物
半導体単結晶を育成する化合物半導体単結晶の製造方法
において、例えば保温材9を結晶育成炉の上下に配置し
て結晶育成炉内のガスの対流を抑えることにより、前記
原料融液を収納した耐火性るつぼの外側の温度のゆらぎ
量を±0.1℃未満とすることを特徴とする化合物半導
体単結晶の製造方法。70%以上の単結晶化率を実現す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、垂直ブリッジマン
法や垂直グラジェントフリーズ法によりII-VI 族あるい
はIII-V 族化合物半導体単結晶を製造する方法に関する
ものであり、特には高い単結晶化率でもって化合物半導
体単結晶を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、GaP、GaAs、InP等の
III-V 族化合物半導体については、融点付近で高い蒸気
圧を有するために、原料融液上をB23 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)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、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、垂直ブリッジマン法(VB
法)や垂直グラジェントフリーズ法(VGF法)は、結
晶育成炉の温度を下げることにより耐火性るつぼ中の原
料融液を徐々に冷却して結晶成長を行うため、結晶成長
時の融液中の温度勾配が数十〜数℃/cmであって、L
EC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。
【0004】VGF法を例にとると、従来、かかるVG
F法は、例えば図3に示すようにして行われていた。図
3における結晶成長装置は、原料を収納したるつぼ1を
その下のるつぼ支持台3上に載置した状態で納めた石英
アンプル5内を真空排気後、石英アンプル5と石英キャ
ップ4を酸水素バーナーで熔着し、石英アンプル内を減
圧密封し、減圧密封した石英アンプル5を円筒状の結晶
育成炉6の中央に設置する。この石英アンプルを結晶育
成炉6により加熱して炉内を昇温し、原料を融解させ、
原料融液2とする。従来のVGF法は、このような結晶
成長装置において、るつぼ1の下部から上方に結晶が成
長するように結晶育成炉6の温度を調整して温度を徐々
に下げ単結晶を成長させていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のVGF法にあっては、るつぼ1の下部から上方に結
晶が成長するように結晶育成炉6の温度を調整して温度
を徐々に下げ単結晶を成長させていたが、実際には結晶
成長の途中から多結晶、双晶などの不良部が発生しやす
く単結晶化歩留まりを低下させることが多かった。本発
明は、このような問題に鑑みてなされたもので、結晶育
成炉内で耐火性るつぼに収納した原料融液を徐々に冷却
して化合物半導体単結晶を育成する化合物半導体単結晶
の製造方法において、結晶の単結晶化留まりが高い化合
物半導体単結晶の製造方法を提供することを課題とする
ものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明者らは多結晶や双晶が発生する原因について
鋭意研究を重ねた結果、以下の結論を得た。化合物半導
体の積層欠陥エネルギーは小さいため、結晶育成過程に
おいて多結晶や双晶が発生しやすく、単結晶化歩留まり
を低下させる原因の一つとなっていた。結晶成長中に温
度ゆらぎが大きいと結晶の成長と再融解が繰り返される
ので、積層欠陥エネルギーの小さい結晶ほど温度ゆらぎ
の影響で多結晶や双晶が発生する確率が高くなると推測
される。そこで、従来のVGF法での多結晶や双晶の原
因が結晶育成中の温度環境にあるという推論のもと、図
1に示すように、るつぼ1の外側に温度を計測する熱電
対7を配置し、その周期的な温度変動(温度ゆらぎ)の
大きさを測定できるようにした。その結果、結晶育成中
の温度ゆらぎの大きさと単結晶化率には相関が見いださ
れ、温度ゆらぎが小さいほど結晶の単結晶化率が高いこ
とが分かった。そして、この温度のゆらぎが結晶育成炉
内のガスの対流によるものであることを確認するに至っ
た。特に、温度ゆらぎが±0.1℃未満では単結晶化率
が70%を超えることが判明した。なお、単結晶化率と
は育成した結晶全体の内、多結晶や双晶など不良部分を
除いた、円形のウェーハが切り出し可能な単結晶部分の
割合を示している。
【0007】本発明は、上記知見に基づいてなされたも
ので、結晶育成炉内で耐火性るつぼに収納した原料融液
を徐々に冷却して化合物半導体単結晶を育成する、In
Pのような、化合物半導体単結晶の製造方法において、
例えば前記結晶育成炉内に保温材を配置もしくは充填し
て、前記結晶育成炉内のガスの対流を抑えることによ
り、前記原料融液を収納した耐火性るつぼの外側の温度
のゆらぎ量を±0.1℃未満、好ましくは0.08℃以
下、特に好ましくは0.05℃以下とすることを特徴と
する化合物半導体単結晶の製造方法を提供する。
【0008】
【発明の実施の形態】結晶成長装置としては図3に示し
たVGF用育成炉を用いた場合について図1に基づいて
説明する。図1において、図3と同じ部品には同じ参照
番号を付してある。すでに述べたように、原料を収納し
た耐火性るつぼ1をその下のるつぼ支持台3上に載置し
た状態で納めた石英アンプル5内を真空排気後、石英ア
ンプル5と石英キャップ4を酸水素バーナーで熔着し、
石英アンプル内を減圧密封し、減圧密封した石英アンプ
ル5が円筒状の結晶育成炉6の中央に設置される。この
石英アンプルを結晶育成炉6により加熱して炉内を昇温
し、原料を融解させ、原料融液2とする。このとき、I
nPの分解圧で石英アンプル5が破裂するのを防止する
ため、VGF用育成炉は高圧容器8内に置かれ、アルゴ
ンのような不活性ガスが導入される。次に、るつぼ1の
底部が原料の融点となり、上部ほどのその融点より高く
なるよう、結晶育成炉6の温度を調整し、温度の安定を
十分に待った後、結晶の成長速度が所定の速度(例えば
約1mm/h)となるよう、結晶育成炉6が降温され、
結晶成長が開始される。
【0009】理想的には、耐火性るつぼ1の外側の任意
の点の温度は連続的にほぼ一定の割合で降温されるはず
であるが、実際には、例えば石英アンプル5のるつぼの
底部に対応する位置に熱電対7を取りつけて温度を測定
すると、温度は連続的にほぼ一定の割合で降温されず、
上下にわずかに変動しながら全体的に下がっていくこと
が判明した。これは結晶育成炉6の内部で対流が起こっ
ているためである。結晶成長中に温度ゆらぎが大きいと
結晶の成長と再融解が繰り返されるので、積層欠陥エネ
ルギーの小さい結晶ほど温度ゆらぎの影響で多結晶や双
晶が発生する確率が高くなると推測される。従って、対
流を抑制することにより、温度ゆらぎも小さくすること
ができる。
【0010】温度ゆらぎを低減する具体的な方法とし
て、図1に示す石英アンプル5の上下に配置した保温材
9の充填率を高め、結晶育成炉6内を密閉する方法があ
る。また、石英アンプル5周辺の空間に耐熱材等で埋
め、隙間を狭くする方法がある。これらは共に結晶育成
炉6内のガス対流を抑える目的で行うもので、上記方法
のみが温度ゆらぎ低減に効果があるというものではな
く、他の方法でもガス対流を抑えることが出来れば、温
度ゆらぎを低減することが出来る。炉内に導入する気体
をあらかじめ加温しておくことも有効である。
【0011】保温材9の配置の方法を変更する等によ
り、種々の温度ゆらぎとなる結晶育成条件を作り、繰り
返し結晶育成実験を実施することにより、温度ゆらぎと
単結晶化率の関係を調べた結果を図2に示す。図2から
分かるように、温度ゆらぎと単結晶化率には相関があ
り、温度ゆらぎが小さい方が単結晶化率が高い。一般
に、単結晶化率は70%を超えるものとすることが所望
される。図2から、単結晶化率が70%を超える結晶育
成とするためには、温度ゆらぎが±0.1℃未満とすれ
ばよいことがわかる。温度のゆらぎ量を好ましくは0.
08℃以下、特に好ましくは0.05℃以下とすること
により、単結晶化率を著しく高めることができる。な
お、本発明において、「温度のゆらぎ量が±0.1℃未
満」とは、設定温度を反映する実際の測定温度の中心値
に対して、上限が+0.1℃未満、下限が−0.1℃未
満で、上限と下限との差が0.2℃未満であることを意
味する。上記のような温度ゆらぎを低減した化合物半導
体単結晶の製造方法によれば、多結晶や双晶などの発生
する確率が低くなるので、化合物半導体単結晶を歩留ま
りよく、製造することができる。
【0012】
【実施例】(実施例)結晶成長装置は図1に示すVGF
用育成炉を用いた。まず、InP多結晶1.5kgをp
BN製るつぼ1に入れ、図1に示すように石英アンプル
5内を真空排気の後、石英アンプル5と石英キャップ4
を酸水素バーナーで熔着し、石英アンプル内を減圧密封
した。この石英アンプルを結晶育成炉6により加熱して
炉内を1070℃程度に昇温し、InPを融解させた。
このとき、InPの分解圧で石英アンプル5が破裂する
のを防止するため、VGF用育成炉内に不活性ガスであ
るアルゴンガスを導入し、高圧容器8内を40気圧とし
た。結晶育成炉6のの上下の開放部に保温材としてグラ
ファイト製フェルトを挿入した。次に、るつぼ1の底部
がInPの融点(1062℃)となり、上部ほどのその
融点より高くなるよう、結晶育成炉6の温度を調整し
た。温度の安定を十分に待った後、結晶の成長速度が約
1mm/hとなるよう、結晶育成炉6を降温した。約1
50時間成長した後、30時間かけて結晶を冷却した。
また、結晶成長時の温度ゆらぎを熱電対7で測定したと
ころ、この時の温度ゆらぎは±0.1℃で、育成終了後
のInPの単結晶化率は70%であった。
【0013】保温材としてのグラファイト製フェルトの
充填率を高め、また石英アンプル5周辺の空間に耐熱材
等を埋めることにより、±0.08℃、±0.07℃、
±0.05℃、及び±0.02℃の温度ゆらぎを実現し
た。単結晶化率はそれぞれ、75%、80%、ほぼ10
0%及びほぼ100%であった。
【0014】(比較例)保温材としてのグラファイト製
フェルトの充填率を低くし、また上下片方のみに保温材
を配置するなどして±0.12℃〜±0.30℃の種々
の温度ゆらぎとなる結晶育成条件を作り、繰り返し、結
晶育成実験を実施した。温度ゆらぎ以外の結晶育成条件
は全て同じとした。結果は図2に示す通りであり、特に
温度ゆらぎが±0.15以上となると単結晶化率の低減
は顕著である。
【0015】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。
【0016】
【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、原料融液を徐々に冷却して化
合物半導体単結晶を得る結晶育成法において、結晶育成
炉内のガスの対流を抑えることにより、その原料融液を
入れた耐火性るつぼの外側の温度のゆらぎ量を±0.1
℃未満とし、多結晶や双晶等の発生を減少させるように
したので、化合物半導体単結晶を歩留まりよく、製造す
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】図1は本発明で用いたVGF育成炉における結
晶成長前の状態を示す縱断面図である。
【図2】図2は温度ゆらぎと結晶の単結晶化率との関係
を示すグラフである。
【図3】図3は従来行われていたVGF法における結晶
成長前の状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1:るつぼ 2:原料融液 3:るつぼ支持台 4:石英キャップ 5:石英アンプル 6:結晶育成炉 7:るつぼ横熱電対 8:高圧容器 9:保温材

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 結晶育成炉内で耐火性るつぼに収納した
    原料融液を徐々に冷却して化合物半導体単結晶を育成す
    る化合物半導体単結晶の製造方法において、前記結晶育
    成炉内のガスの対流を抑えることにより、前記原料融液
    を収納した耐火性るつぼの外側の温度のゆらぎ量を±
    0.1℃未満とす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】 結晶育成炉内で耐火性るつぼに収納した
    原料融液を徐々に冷却して化合物半導体単結晶を育成す
    る化合物半導体単結晶の製造方法において、前記結晶育
    成炉内に保温材を配置もしくは充填して、該結晶育成炉
    内のガスの対流を抑えることにより、前記原料融液を収
    納した耐火性るつぼの外側の温度のゆらぎ量を±0.1
    ℃未満とすることを特徴とする化合物半導体単結晶の製
    造方法。
  3. 【請求項3】 InP単結晶を製造することを特徴とす
    る請求項1乃至2記載の化合物半導体単結晶の製造方
    法。
JP36383797A 1997-12-18 1997-12-18 化合物半導体単結晶の製造方法 Withdrawn JPH11180792A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104695013A (zh) * 2013-12-04 2015-06-10 青岛润鑫伟业科贸有限公司 一种磷化铟多晶无液封合成装置

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