JPS5895697A - 低転位密度３−５族化合物半導体単結晶の製造方法 - Google Patents
低転位密度３−５族化合物半導体単結晶の製造方法Info
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- JPS5895697A JPS5895697A JP19126381A JP19126381A JPS5895697A JP S5895697 A JPS5895697 A JP S5895697A JP 19126381 A JP19126381 A JP 19126381A JP 19126381 A JP19126381 A JP 19126381A JP S5895697 A JPS5895697 A JP S5895697A
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- Japan
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- single crystal
- quartz
- dislocation density
- compound semiconductor
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- Pending
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
- C30B11/003—Heating or cooling of the melt or the crystallised material
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
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。
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ＧａＡＳ、工ｎＡｓ、Ｇａｒｂ等の■−ｖ族化
合物半導体単結晶の製造方法に係り、特に横型ボート成
長法を用いて低転位密度の単結晶を製造する方法に関す
るものである。
合物半導体単結晶の製造方法に係り、特に横型ボート成
長法を用いて低転位密度の単結晶を製造する方法に関す
るものである。
従来の製造方法を温′度傾斜法（ＧＦ法）を例にとり、
第１図及び第２図に従って説明する。図において、３は
横型ボート、４は反応容器、５は種結晶、７は融液、８
はＶ放物質である。
第１図及び第２図に従って説明する。図において、３は
横型ボート、４は反応容器、５は種結晶、７は融液、８
はＶ放物質である。
単結晶製造は結晶の大部分が低転位密度であり、かつ速
く造ることが必要である。強制的な冷却手段の無いある
いは種結晶と化合物融液との接触確認のための小さな窓
１のみの第１図に示すような単結晶成長においては、液
相及び同相化合物の表面からの放熱がはとんど無いため
、結晶固化に必要な凝固熱の放熱は化合物半導体結晶を
通して行なわれる成長軸方向の温度勾配による放熱Ｈ１
のみであった。
く造ることが必要である。強制的な冷却手段の無いある
いは種結晶と化合物融液との接触確認のための小さな窓
１のみの第１図に示すような単結晶成長においては、液
相及び同相化合物の表面からの放熱がはとんど無いため
、結晶固化に必要な凝固熱の放熱は化合物半導体結晶を
通して行なわれる成長軸方向の温度勾配による放熱Ｈ１
のみであった。
放熱量が凝固熱の発生量より少ない場合は、過冷却がお
き、単結晶化が難しくなる。
き、単結晶化が難しくなる。
放熱効果を上げるためには上記の温度勾配２が急である
ことが望ましいが、一方、温度勾配を急にすると熱ヒズ
ミによる転位が発生しやすくなると同時に、成長界面６
が垂直に近くなり、ボート壁による影響から、やはり転
位が発生しやすくなる。
ことが望ましいが、一方、温度勾配を急にすると熱ヒズ
ミによる転位が発生しやすくなると同時に、成長界面６
が垂直に近くなり、ボート壁による影響から、やはり転
位が発生しやすくなる。
このため、低転位結晶を得るためには、単位時間当りの
凝固熱の発生量をできるだけ少なくするた極 め、成長速度を端に遅くする方法がとられていた。
凝固熱の発生量をできるだけ少なくするた極 め、成長速度を端に遅くする方法がとられていた。
△
一方、結晶成長速度を上げるため、第２図に示すように
、電気炉上部に放熱孔９を設け、強制的に上方向へ放熱
Ｈ，Ｌ、過冷却を防止する方法もとられている。この方
法では、成長軸方向の放熱量は最小限で充分なため、軸
方向の温度勾配２を緩かＫできることから、熱ヒズミに
よる転位の発生を抑えることができる。
、電気炉上部に放熱孔９を設け、強制的に上方向へ放熱
Ｈ，Ｌ、過冷却を防止する方法もとられている。この方
法では、成長軸方向の放熱量は最小限で充分なため、軸
方向の温度勾配２を緩かＫできることから、熱ヒズミに
よる転位の発生を抑えることができる。
また、上方向から放熱しているため、結晶成長に伴なう
新たな成長核は常にボート壁に接していない融液の自由
表面上に形成されるので、成長はかかる成長核を起点に
ボート壁の方向に向かって進む。この結果、ボート壁に
よる影響をある程度軽減することが可能である。
新たな成長核は常にボート壁に接していない融液の自由
表面上に形成されるので、成長はかかる成長核を起点に
ボート壁の方向に向かって進む。この結果、ボート壁に
よる影響をある程度軽減することが可能である。
しかしながら、第１図および第２図に示したようにボー
トは化合物半導体の融点Ｔｍ近傍の温度帯に置かれてい
るが、□ボートを収容している反応容器の両端あるいは
少なくとも一端は、ボート部に比べ低温帯に位置してい
るため、上記反応容器内壁に接しているボート底面の熱
は、反応容器内壁を通して放熱りされる。このため、ボ
ート底部近傍の融液は放熱が促進され、第１図及び第２
図に示すようにポート底部で屈曲した成長界面形状６と
なる。即ち、ボート底部近傍の結晶化においては、ボー
ト壁の影響を受けながら進んでいる。このため、上記し
た放熱孔による強制的な冷却手段を設けた成長方法であ
ってもなお、結晶のボート底部に近い部分は結晶上部あ
るいは中央部に比べ転位が多く発生し、低転位密度部分
の収率に著しい障害となっている状況にあった。
トは化合物半導体の融点Ｔｍ近傍の温度帯に置かれてい
るが、□ボートを収容している反応容器の両端あるいは
少なくとも一端は、ボート部に比べ低温帯に位置してい
るため、上記反応容器内壁に接しているボート底面の熱
は、反応容器内壁を通して放熱りされる。このため、ボ
ート底部近傍の融液は放熱が促進され、第１図及び第２
図に示すようにポート底部で屈曲した成長界面形状６と
なる。即ち、ボート底部近傍の結晶化においては、ボー
ト壁の影響を受けながら進んでいる。このため、上記し
た放熱孔による強制的な冷却手段を設けた成長方法であ
ってもなお、結晶のボート底部に近い部分は結晶上部あ
るいは中央部に比べ転位が多く発生し、低転位密度部分
の収率に著しい障害となっている状況にあった。
このような転位の多い部分が存在する単結晶から切り出
したウェハにおいては目的とする低転位密度部の面積が
実用可能な面積に満たない場合も発生し、そうでないま
でも転位の多い部分は切り取って廃棄されるなど、生産
性の点からは著しい欠点となっている。
したウェハにおいては目的とする低転位密度部の面積が
実用可能な面積に満たない場合も発生し、そうでないま
でも転位の多い部分は切り取って廃棄されるなど、生産
性の点からは著しい欠点となっている。
なお、第１図、第２図において、Ｔｖは化合物の解離圧
制御温度である。
制御温度である。
本発明は、前記した従来技術の欠点を解消し、単結晶の
低転位密度部分を大幅に増大し、大形半導体基板を得る
ことのできるｍ−ｖ族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。
低転位密度部分を大幅に増大し、大形半導体基板を得る
ことのできるｍ−ｖ族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。
すなわち、本発明の要旨は、ポート底部と反応容器との
間に保温手段を設けたことにある。
間に保温手段を設けたことにある。
以下にＧａａａ単結晶成長に関する本発明の実施例を記
す。
す。
装置は結晶成長炉（Ｈ炉）とへ８圧制御炉（Ｌ炉）とか
ら表る二温度帯電気炉を用いた。Ｈ炉上部には第２図に
示したように幅３５■、全長５００■の放熱孔が設けて
あり、発熱体以外の断熱材等は全て取り除き、 ３ｍ厚
の透明石英ガラス２枚を取りつけた。
ら表る二温度帯電気炉を用いた。Ｈ炉上部には第２図に
示したように幅３５■、全長５００■の放熱孔が設けて
あり、発熱体以外の断熱材等は全て取り除き、 ３ｍ厚
の透明石英ガラス２枚を取りつけた。
石英反応容器の一端に石英ボートを置き、Ｇａ８００ｔ
とドーパントとしての８１１６０ｍｐと種結晶を設置し
た石英ボートの下部には、上面および下面がそれぞれボ
ート底面および石英反応容器に接触するかまぼこ形の石
英保温体を配置した。
とドーパントとしての８１１６０ｍｐと種結晶を設置し
た石英ボートの下部には、上面および下面がそれぞれボ
ート底面および石英反応容器に接触するかまぼこ形の石
英保温体を配置した。
この様子を第３図及び第４図に示す。これらにおいて第
２図と同一符号は同一の構成要素を示す。
２図と同一符号は同一の構成要素を示す。
かまぼこ形石英保温体１ｏの長さはボート３の長さと等
しくシ、表面全体をｓｉａによりサンドブラストした。
しくシ、表面全体をｓｉａによりサンドブラストした。
一方、石英反応容器４の他端に八θ８を８８０ｆ入れ、
５ Ｘ １０−＠Ｔｏｒｒ以下で真空引きした後、封じ
切って上記した電気炉内に設置した。
５ Ｘ １０−＠Ｔｏｒｒ以下で真空引きした後、封じ
切って上記した電気炉内に設置した。
Ｌ炉は約６１０℃に保ち、石英容器内のＡ８の圧力を１
ａｔｍに保つ。
ａｔｍに保つ。
Ｈ炉は１２００℃付近でＧａＡ３合成反応を行ない、さ
らに昇温して種結晶部分１２３８℃、ＧａＡ３融液中の
成長軸方向における温度勾配を０．５℃／ｍ Ｋ調整し
た後、種付けを行ない、１．７″’Ｃ／ｈ ｒの速度で
降温、２０時間で全体を固化させた。
らに昇温して種結晶部分１２３８℃、ＧａＡ３融液中の
成長軸方向における温度勾配を０．５℃／ｍ Ｋ調整し
た後、種付けを行ない、１．７″’Ｃ／ｈ ｒの速度で
降温、２０時間で全体を固化させた。
その後、約１００℃／ｈ ｒの速度で室温まで冷却し、
結晶を取り出した。
結晶を取り出した。
以上の結果、長さ２８ｃＷＬのＧａＡｓ単結晶１６４０
ｆが得られた− かかるＧａＡｓ単結晶の（１００）面を溶融ＫＯＨでエ
ツチングし、転位密度を測定したところ、上辺６０■、
底辺５０簡、高さ６ｏＩＩＩＩ＋の台形状ウェハのうち
、上辺肩部的５ｍは転位密度的５０００ｇＶｃｄと多い
が、この部分を除き、ボート底部内壁に接しているウエ
ノ・下部に至るまで転位密度ｓ ｏ ｏ＠ｚｃｔａ以下
の大面積低転位密度のウエノ・が得られた。
ｆが得られた− かかるＧａＡｓ単結晶の（１００）面を溶融ＫＯＨでエ
ツチングし、転位密度を測定したところ、上辺６０■、
底辺５０簡、高さ６ｏＩＩＩＩ＋の台形状ウェハのうち
、上辺肩部的５ｍは転位密度的５０００ｇＶｃｄと多い
が、この部分を除き、ボート底部内壁に接しているウエ
ノ・下部に至るまで転位密度ｓ ｏ ｏ＠ｚｃｔａ以下
の大面積低転位密度のウエノ・が得られた。
この場合の成長界面６は第３図のように真直であること
がわかる。
がわかる。
反応容器、原料チャージ量及び電気炉の温度制御は実施
例と同一とし、ボートは反応容器内壁にほぼ接する内壁
断面が半円形状のものを用いた。
例と同一とし、ボートは反応容器内壁にほぼ接する内壁
断面が半円形状のものを用いた。
この結果、（１００）ウエノ・下部即ちボート内壁と接
する部分については、周辺から５■までは転位密度が約
１００００個／ｄと多く、さらに５Ｗ上までは約５００
０個ｌあった。さらに上辺肩部５ｍも５０００個層程度
であり、低転位密度部の面積が狭くなっている。
する部分については、周辺から５■までは転位密度が約
１００００個／ｄと多く、さらに５Ｗ上までは約５００
０個ｌあった。さらに上辺肩部５ｍも５０００個層程度
であり、低転位密度部の面積が狭くなっている。
本発明においては、保温手段による保温の程度が最も重
要となるものであるが、保温の程度はボートの形状、大
きさ、肉厚、反応管の直径、長さ、肉厚、電気炉等によ
り構成される長手方向および上下方向等の温度分布、化
合物半導体の種類および融液の量など、他の要因を考慮
し、適正化しなければならない。
要となるものであるが、保温の程度はボートの形状、大
きさ、肉厚、反応管の直径、長さ、肉厚、電気炉等によ
り構成される長手方向および上下方向等の温度分布、化
合物半導体の種類および融液の量など、他の要因を考慮
し、適正化しなければならない。
前記の実施例においては、かまぼこ形保温体の厚さは、
中央部で７１１１ＩＩとし、石英ボートの厚さは実施例
、比較例とも５ｍとした。石英ボートの厚さを厚くすれ
ば、保温体の効果をある程度達成することは、当然予想
できるがボートは反応により変形、消耗するものである
ため高価な形状、構成とすることは望ましくない。これ
に対し、保温体は反応を経てもほとんど変形、消耗せず
、ボートも薄いものが使用できるので、経済的である。
中央部で７１１１ＩＩとし、石英ボートの厚さは実施例
、比較例とも５ｍとした。石英ボートの厚さを厚くすれ
ば、保温体の効果をある程度達成することは、当然予想
できるがボートは反応により変形、消耗するものである
ため高価な形状、構成とすることは望ましくない。これ
に対し、保温体は反応を経てもほとんど変形、消耗せず
、ボートも薄いものが使用できるので、経済的である。
本発明の趣旨を考えれば、保温手段となる材料、形状は
上記に拘わらず、適宜選択されるべきであり、その例と
して、化学反応に安定な石英、窒化ホウ素、グラファイ
ト、アルミナ等の断熱材が有効であり、形状についても
厚さ、長さはもとより保温手段とボート底面あるいは反
応管内壁との接触一度に工夫がなされ、より適正表もの
とすることはより望ましいことである。
上記に拘わらず、適宜選択されるべきであり、その例と
して、化学反応に安定な石英、窒化ホウ素、グラファイ
ト、アルミナ等の断熱材が有効であり、形状についても
厚さ、長さはもとより保温手段とボート底面あるいは反
応管内壁との接触一度に工夫がなされ、より適正表もの
とすることはより望ましいことである。
第５図、第６図及び第７図に本発明の異なる実施例を示
す。
す。
第５図は石英ボートの下に複数枚の保温板１１を配置し
たものであり、第６図は複数個の保温体１２を配置した
ものであり、第７図は中空かまぼこ形保温体１３を配置
したものである。
たものであり、第６図は複数個の保温体１２を配置した
ものであり、第７図は中空かまぼこ形保温体１３を配置
したものである。
もちろん保温体は発熱体であってもよい。
本発明製造方法によれば、反応容器内壁と石英ボート外
壁との間に保温手段を設けるという簡単な方法で、ｍ−
ｖ族化合物半導体単結晶のほぼ全域に亘って低転位密度
の結晶を得ることができ、しかも一旦成長条件が確定し
た後は非常に再現性が高いので工業的価値は極めて大き
い。
壁との間に保温手段を設けるという簡単な方法で、ｍ−
ｖ族化合物半導体単結晶のほぼ全域に亘って低転位密度
の結晶を得ることができ、しかも一旦成長条件が確定し
た後は非常に再現性が高いので工業的価値は極めて大き
い。
第１図及び第２図は従来性なわれているＧＦ法による単
結晶製造方法の説明図であり、第３図及び第４図は本発
明の一実施例における要部を示し、第３図は長手方向断
面説明図、第４図は横断面説明図であり、第５図、第６
図及び第７図はそれぞれ本発明の異なる実施例の要部を
示す横断面説明図である。 １：種付は確認のための窓、 ２：ＧＦ法における種付は時点の温度分布、３：石英ボ
ート、４：反応容器、５：種結晶、６：成長界面、７：
融液、８：Ａ８． ９；放熱孔、１０：保温体、１１；保温板、１２：保温
体、１３：中空保温体、 Ｈ、、Ｈｇ：結晶化時点における放熱方向、ｈ：ボート
壁、反応容器を通しての放熱方向、Ｔｍ：化合物の融点
、Ｔｖ：化合物の解離圧制御温度。 ７Ｆ５０ ７′ ２ Ｅ
結晶製造方法の説明図であり、第３図及び第４図は本発
明の一実施例における要部を示し、第３図は長手方向断
面説明図、第４図は横断面説明図であり、第５図、第６
図及び第７図はそれぞれ本発明の異なる実施例の要部を
示す横断面説明図である。 １：種付は確認のための窓、 ２：ＧＦ法における種付は時点の温度分布、３：石英ボ
ート、４：反応容器、５：種結晶、６：成長界面、７：
融液、８：Ａ８． ９；放熱孔、１０：保温体、１１；保温板、１２：保温
体、１３：中空保温体、 Ｈ、、Ｈｇ：結晶化時点における放熱方向、ｈ：ボート
壁、反応容器を通しての放熱方向、Ｔｍ：化合物の融点
、Ｔｖ：化合物の解離圧制御温度。 ７Ｆ５０ ７′ ２ Ｅ
Claims (1)
- １、 反応容器内に横型石英ボートを配置して該横型石
英ボート内に収容し九ｍ−ｖ族化合物半導体融液から単
結晶を得る方法において、前記反応容器内壁と前記石英
ボート外壁との間に保温手段を設け、反応容器内壁に石
英ボート底部が接触しないようにすることを特徴とする
低転位密度ｍ−ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19126381A JPS5895697A (ja) | 1981-11-28 | 1981-11-28 | 低転位密度３−５族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 |
|---|---|---|---|
| JP19126381A JPS5895697A (ja) | 1981-11-28 | 1981-11-28 | 低転位密度３−５族化合物半導体単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5895697A true JPS5895697A (ja) | 1983-06-07 |
Family
ID=16271625
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19126381A Pending JPS5895697A (ja) | 1981-11-28 | 1981-11-28 | 低転位密度３−５族化合物半導体単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5895697A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62265193A (ja) * | 1986-05-12 | 1987-11-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体単結晶の製造方法及び装置 |
| JPH0283290A (ja) * | 1988-09-20 | 1990-03-23 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 化合物半導体単結晶の成長方法 |
| JPH02141489A (ja) * | 1988-11-19 | 1990-05-30 | Mitsubishi Monsanto Chem Co | ボート成長法による化合物半導体製造方法及び製造装置 |
-
1981
- 1981-11-28 JP JP19126381A patent/JPS5895697A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62265193A (ja) * | 1986-05-12 | 1987-11-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体単結晶の製造方法及び装置 |
| JPH0283290A (ja) * | 1988-09-20 | 1990-03-23 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 化合物半導体単結晶の成長方法 |
| JPH02141489A (ja) * | 1988-11-19 | 1990-05-30 | Mitsubishi Monsanto Chem Co | ボート成長法による化合物半導体製造方法及び製造装置 |
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