JPS58151398A - ３−５族化合物半導体単結晶の引上方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えばＧａＡｓ、　ＩｎＡｓ、　ＩｎＦ、　
ＧａＰ等の周期律表のＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶全液
体カプセル引上法により引上げる方法およびその装置に
関するものである。

これらの層−ｖ族化合物半導体ではＶ族元素の分解圧が
高いために、上記原料融液の表面ｔ−Ｂ２０ｇ等の封止
剤で覆って、Ｖ族元素の蒸発全抑止し、単結晶を引上げ
る液体カプセル引上法（ＬｉｑｕｉｄＥｎｃａｐｓｕｌ
ａｔｅｄ　Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ法、ＬＥＣ法と略称
す）が一般に行なわれている。

しかし、Ｇａｓ等の極めて分解圧の高い化合物半導体か
らの引上げ、或いは■族、Ｖ族元素がら直接化合物半導
体を合成し、引上げを行なう場合にｕ、ＬＥＣ法を用い
ても、Ｖ族元素の原料からの散逸を完全に抑止すること
ができず、原料の組成のずれを生じ、引上結晶の単結晶
化率の低下および特性悪化の原因となる。これは第１図
に例を示すような抵抗加熱式引上炉では、次のような欠
点がある几めである。図において、ｌはルツボで、その
中にＢ２０８（固体）３、Ｇａメルト４　、　Ａｓ　（
固体）５が装入される。１２は抵抗加熱装置で、ルツボ
１の周りに配置されている。６はサセプターである。

このような引上炉では、ルツボ１全体を均一加熱する友
めに、Ｂ２Ｏ３３等の封止剤が溶融し、原料を完全に覆
う以前に、Ｖ族元素原料の温度上昇に伴なう蒸気圧上昇
による散逸が大きくなる。

従来、このような■族元素の散逸を抑止するために、尚
周波加熱式引上炉を用いて、Ｉ）２０８　　等の封止剤
部分を局所的に加熱するように、高周波加熱用ワークコ
イルとルツボを配置し、ルツボ内の温度分布が封止剤部
分の温度を高く、原料部分の温度を低くなるように設定
していた。

この例として、米国特許第８７０４０９３号があり、第
２図に示すように配置する。図において第１図と同一の
符号はそれぞれ同一の部分を示す。１は第１図と同様な
ルツボで、２２は高周波加熱用ワークコイルで、ルツボ
ｌの上部の周りに配置されている。このような装置では
、先ず８２０８３の部分のみを局所的に加熱することに
よってＢ２０８Ｂ　全溶融させて原料を完全に覆った後
に、ルツボｔ２上昇させてルツボ全体を加熱して原料を
溶解する方法を採っていた。

しかし高周波加熱方式では、広範囲に亘って均一な加熱
が得ら扛ないこと、又制御性の難点等から大型単結晶の
引上げが困難である欠点があった。

本発明は、上述の問題点全解決するため成されたもので
、高分解圧を有するＩ−Ｖ族化合物半導体の単結晶を液
体力グセル引上法により引上げる方法において、原料全
有効に封止剤で覆い、Ｖ族元素の散逸を抑止して、原料
の組成のずれを防止し、引上結晶の単結晶化率を増加さ
せると共に、高品質の大型単結晶の製造全可能にする引
上方法およびその装置を提供せんとするものである。

本発明の第１の発明は、周期律表の１−１族化合物半導
体単結晶金、加圧不活性ガス内で、上記化合物又は上記
化合物の構成元素金倉み、かつその表面を封止剤で覆わ
ｎ几原料溶液から引上げる方法において、上記原料およ
び上記封止剤全収容ツボ上部の上記封止剤の部分の製産
が高くなるように加熱して、上記封止剤を上記原料より
早く溶解すること全特徴とする置−Ｖ族化合物半導体単
結晶の引上方法である。

本発明の第２の発明は、周期律表の１−％’族化合物半
導体単結晶を、加圧不活性ガス内で、上記化合物又は上
記化合物の構成元素を含み、かつその表面を封止剤で覆
われた原料溶液から引上げる装置において、上記原料お
よび上記封止剤全収容するルツボを加熱する抵抗加熱式
固定ヒーターと、該固定ヒーターの上部又は下部に設け
られ、かつせる装置とを具備すること全特徴とする１−
ｖ族化合物半導体単結晶の引上装置である。

本発明において、■−■族化合物半導体とは、周期律表
の量産元素とＶ族元素の化合物半導体、例えばＧａＡｙ
、　１ｎＡｓ、　ＩｎＰ、　ＧａＰ等、又はそれらの混
晶、例えばＧａＡｓ１−ｘＰｘ（０くｘ〈１）、Ｇａ１
−７ＡｌｙＡＳ（０くｙくｌ）。

Ｇａ　＋　−ｙ　Ｉｎ　ｙ　Ｐ（０＜ｙ＜　１）等であ
る。

又封止剤とは、融液として高温で安定で、かつ原料融液
に対して化学的に不活性な、例えばＢ２０ａ等である。

以下、本発明全図面を用いて実施例により説明する。

第３図（イ）、（ロ）はそれぞれ本発明の単結晶引上装
置の実施例を示す縦断面図である。図において第１図、
第２図と同一の符号はそ扛ぞれ同一の部分を示す。第３
図において、ｌは第１図と同様なＰＢＮ（Ｐｙｒｏｌｙ
ｔｉｃ　Ｂｏｒｏｎ　Ｎ１ｔｒｉｄｅ）ｉルツボである
。

このルツボｌを加熱するため、抵抗加熱式回定ヒーター
２がルツボ１の周りに配置されている。この固定ヒータ
ー２の上部（イ図）又は下部（四囲）には、別に高周波
加熱用ワークコイル７およびその内側にフィールドコン
セントレータ−８が設けられている。このコイル７およ
びフィールドコンセントレータ−８はルツボ１の上部の
Ｂ２Ｏ３３の部分の温度が他の部分より高くなるように
カロ熱するためのものである。なおフィールドコンセン
トレータ−８は本装置においては必要不可欠で、これを
設置すること罠より、より有効な局所加熱を実現し得る
。ここでは高周波ワークコイルおよびフィールドコンセ
ントレータを併せて高周波加熱装置と称する。

第８図（イ）、（ロ）にそれぞれ示された装置は、その
外側のチャンバー（図示せず）内に設置され、チャンバ
ー内には加圧不活性ガス、例えばＮ２ガスで充満される
。

欠に１上述のように構成された本発明による単結晶引上
装置により単結晶を引上げる方法を実施例により説明す
る。

実施例： 単結晶引上装置として第３図（イ）に示すような装置を
用い、ＧａＡ３単結晶を引上げた。第４図はこの単結晶
引上げ途中の状態を示す縦断面図である。

（ａ）　　先ず原料としてＧａ（４）の４８０ｆおよび
Ａｓ（５）の５００１がＰＢＮ製ルツボｌ内に装入され
、Ｂ２Ｏ８３の２５０ｔが装入された。

（ｂ）　　次にルツボｌを固定ヒーター２内にセットし
た後、チャンバー内を１０　’Ｔｏｒｒ程度まで真空引
きし、３５０℃で約６時間ベーキングを行ない、原料中
の残留水分、酸化ヒ素等の揮発性不純物を除去した。

（Ｃ）　　チャンバー内をＮ２ガスにより６０驚まで加
圧した後、ルツボ１′を第８図（イ）に示すような位置
まで上昇し、高周波加熱用ワークコイル７によりＢ２Ｏ
３３の部分を約４５０℃まで加熱し、これを完全に溶融
した。この間固定ヒーター２は補助加熱として使用され
た。

（ｄ）　　Ｂ２０ａ３を完全に田融した後、固定ヒータ
ー２による加熱を強め、ルツボｌの位置を第４図に示す
位置に徐々に下げ、コイル７による加熱を停止した。

（ｅ）　　約７００℃で発光と共に反応が起こり、Ｇａ
Ａｓの固体が合成された。

なお、本発明は、第３図（イ）に示したＧａとＡｓの原
料の代りに、原料としてＧａＡｓ　多結晶を用いても良
く、その場合は（ｅ）の合成は必要ではない。

（ｆ）　　次いで、ＧａＡｓを溶融した後、約１２５０
℃に保持し、種結晶１（ｌ原料融液９に接触させてなじ
ませた後、ＧａＡｓ単結晶１１を（１００＞方向に引上
げた。

得られたＧａＡｓ単結晶は、直径５０朋、長さ８０ｇｇ
で、（１００）面ウェハーのエッチピット密度は平均２
Ｘ１０’５−２で、良質な単結晶が・得られた。

エッチピット密度は、単結晶の（１００）ＵｆＪウェ・
・−を研磨し、エッチャントとして溶融水酸化カリウム
（ＫＯＨ）を用いてエツチングを行ない、測足した。

又上述のように、Ｂ２Ｏ３をＧａＡ３原料より早く浴融
して覆うことにより、従来７〜８２あったＡｓ散逸量を
２ｖ程度に抑えることが可能になり、原料の組成のずれ
およびのぞき窓の曇りを防止することができた。

この結果、引上げ結晶の単結晶化率を従来の３０％から
５０９６へと大幅に増加させることができただけでなく
、良好な特性を有する単結晶を安定して製造することが
可能となった。

なお、第８図（→に示すような引上装置を用いる場合に
は、先ずルツボｌ全体に示す位置に下げて筒周波加熱用
ワークコイル７によりルツボ１のＢ２０ａ３の部分を加
熱してＢ２Ｏ３を溶解した後、ルツボｔ’ｌ固定ヒータ
ー２内の位置まで上昇させてルツボｌ全体を加熱すれば
良い。

上述の実施例では、封止剤Ｂ２Ｏ３のみを部分加熱する
ために高周波加熱装置を用いたが、この代りに抵抗式リ
ングヒーターを用いた場合について、第５図を用いて説
明する。図に゛おいて第３図、第４図と同一の符号はそ
れぞれ同一の部分を示す。

この場合には上述の実施例で用いた高周波ワークコイル
７およびフィールドコンセントレータ−８の代りに抵抗
式り／グヒーター１３を用いることにより、Ｂ２Ｏ３３
のみ全加熱溶融した。

第５図に示す装置を用いて上述の実施例と同様に単結晶
を育成し、全く同様の結晶品質のものを再現性良く得た
。

第５図では、Ｂ２Ｏ３加熱用抵抗式り１グヒーター１８
を固定ヒーター２の上部に設置したが、第３図（ロ）と
同様に固定ヒーター２の下部に設置しても、全く同様に
してＢ２Ｏ３’ｉ優先的に溶融することができる。

なお本発明におけるフィールドコンセントレータ−８お
よび抵抗式リングヒーター１８は、上述の実施例で述べ
た形状、材質に限られるものではない。

父上述の実施例ではＧａＡｓ単結晶を引上げる場合につ
いて述べたが、本発明は、他のＩ−Ｖ族化合物半導体、
例えばＩ　ｎＡｓ、　Ｉ　ｎＰ、　Ｇａ　Ｐ、　ＧａＡ
ｓ　１−ｘＰｘ（０＜ｘ＜１　）等の単結晶を、それら
の化合物多結晶全原料とし、或いはそれらの構成元素を
原料として合成した後、単結晶を引上げる場合も同様に
実施し得、同様の効果が得られることは言うまでもない
ことである。

以上述べたように、本発明方法は、周期律衣の１−ｖ族
化合物半導体単結晶を、液体カプセル引上法により引上
げる方法において、上記ルツボを′ｙＪｏ熱する抵抗加
熱式固定ヒーターとは別に設けられた高周波加熱装置又
は抵抗式リングヒーターにより、上記ルツボ上部の上記
封止剤の部分の温度を上記封止剤の溶融温度に加熱し、
かつ上記原料部分の温度は■族元素の蒸気圧が充分低い
温度に保つ様な温度分布を設定することが可能となるた
め、分解圧の高いＶ族元素の散逸を抑止して、上記封止
剤融液が原料を完全に榎い、原料の組成のずれを防止す
るので、引上結晶の単結晶化率の増加および結晶欠陥の
低下、眠気的特性の同上等の結晶の扁品質化の効果が得
られる。さらに前述の効果により、散逸Ｖ族元素による
のぞき窓のくもりが防止され、直径などの自動制御上の
問題、あるいはＶ族元素による炉内の汚染の問題が解消
されると共に、ルツボ内の原料融液の加熱には温度均一
性および制御性の良い抵抗加熱式固定ヒーターを用いる
ため、前述の効果を生かした制品質の大型単結晶を製造
し得る利点がある。

父本発明装置は、上述と同様に単結晶を引上げる装置に
おいて、前述のような上記ルツ〜ポを加熱する抵抗加熱
式固定ヒーターと、該固定ヒーターの上部又は下部に設
けられ、かつ上記ルツボの上記封止剤の部分の温度が高
くなるように加熱する一周波加熱装置又は抵抗式リング
ヒーターと、上記ルツボを上記高周波加熱装置又は抵抗
式リングヒーターに対して相対的に移動させる装置とを
具備するため、上記ルツボの上記封止剤の部分の温度が
他の部分より高くなるように加熱して上記封１ヒ剤を原
料より早く溶解することができ、その後ルツボ全体が固
定ヒーター内になるよう位置を移動して原料を溶融し、
ｎ度の良い温度分布で保持し得るので、上述の第１の発
明方法を容易に忠実に実施するのに最適の引上装置を提
供するものであり、上述と同じ効果を有すると共に、従
来のルツボの固定ヒーターの上部又は下部に高周波加熱
装置又は抵抗式リングヒーターを設けるだけで良いので
、製造が簡単である利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ従来の単結晶引上装置の
例を示す縦断面図である。 第３図（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明の単結晶引上
装置の実施例を示す縦断面図である。 第４図は第３図（イ）に示す装置を用いて単結晶を引上
げる途中の状態を示す縦断面図である。 第５図は本発明の単結晶引上装置の他の実施例を示す縦
断面図である。 １・・・ルツボ、２・・・抵抗加熱式固定ヒーター、３
・・・Ｂ２Ｏ３，４・・・Ｇａメルト、５・・・Ａｓ、
　　６・・・サセプター、７．２２・・・高周波加熱用
ワークコイル、８・・・フィールドコンセントレータ−
１９・・・原料融液、１０・・・種結晶、１１・・・単
結晶、１２・・・抵抗加熱装置、１３・・・抵抗式リン
グヒーター。 代理人　弁理士　　青　木　秀　實１ ７１関 ７２図 ○　　　　　　　○ ７３図 （イ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（ロ）７４図 ７５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　周期律表のＩ−ｖ族化合物半導体単結晶を、
   加圧不活性ガス内で、上記化合物又は上記化合物の構成
   元素金倉み、かつその表面を封止剤で覆わｔ″Ｌｆｃ原
   料溶液から引上げる方法において、上記原料および上記
   封止剤を収容するルツボをの上記封止剤の部分の温度が
   高くなるように加熱して、上記封止剤を上記原料より早
   く溶解すること全特徴とする■−Ｖ族化合物半導体単結
   晶の引上方法。
2. （２）周期律表のｌ−Ｖ族化合物半導体単結晶を、加圧
   不活性ガス内で、上記化合物又は上記化合物の構成元素
   を含み、かつその表面を封止剤で覆われた原料溶液から
   引上げる装置において、上記原料および上記封止剤を収
   容するルツボを加熱する抵抗加熱式固定ヒーターと、該
   固定ヒーターの上部又は下部に設けられ、かつ上記ルせ
   る装置とを具備すること全特徴とする厘−Ｖ族化合物半
   導体単結晶の引上装置。