JPS5964595A - 化合物半導体結晶育成装置 - Google Patents

化合物半導体結晶育成装置

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JPS5964595A
JPS5964595A JP57174405A JP17440582A JPS5964595A JP S5964595 A JPS5964595 A JP S5964595A JP 57174405 A JP57174405 A JP 57174405A JP 17440582 A JP17440582 A JP 17440582A JP S5964595 A JPS5964595 A JP S5964595A
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JP
Japan
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crystal
raw material
vapor pressure
melt
storage section
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Pending
Application number
JP57174405A
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English (en)
Inventor
Keigo Hoshikawa
圭吾 干川
Hideo Nakanishi
秀男 中西
Jiro Osaka
大坂 次郎
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B27/00Single-crystal growth under a protective fluid
    • C30B27/02Single-crystal growth under a protective fluid by pulling from a melt
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、GaAs、GaP、InP、InAsなどの
高蒸気圧原料と低融点原料よ構成る化合物半導体結晶育
成装置層間するもので、特に上記化合物半導体結晶を構
成する元素のうち蒸気圧の高いV族元素の蒸気圧を制御
し、結晶の組成化を精密に制御すること、さらに融点よ
り低温からの結晶成長を可能にし、結晶欠陥である転位
の低減を図りうる化1キ梨導体結晶育成装置に関するも
のである。
従来、高温で蒸気圧の高い元素からなる化合物半導体結
晶の育成方法として、液体封止引き上げ法が多く用いら
れている。この方法は、円柱状に形状制御された大直径
の結晶が比較的容易に育成できることから、有効な結晶
育成方法である。
しかし、上記高温で蒸気圧の筒い元素は液体封止剤を用
いても完全に解離、蒸発を防止することは不可能であり
、融液の作製時、さらに長時間の結晶育成時に徐々に蒸
発して、融液の組成比が初期の組成比からずれてしまう
。このことは、1本の結晶においてM品育成初期に成長
した結晶上部と終期に成長した結晶下部とで結晶組成や
、それに伴う多くの結晶特性が変化し、均一な結晶基板
収得の歩留シが低下することを意味している。
また、従来の化学量論組成比に近い融液からの精品育成
では、成長した結晶部は融点に近い高温から大きな熱歪
を受けだ状態で冷却されるため、歪誘起性の高密度の転
位が発生し、結晶の品質を著しく劣化させていた。
本発明は、これらの欠点を解決するため、蒸気圧の高い
元素の蒸気圧によって制御1した一定組成のしかも成長
結晶融点以下の溶液ないし融液から液体封止引き上げ1
去によ!7結晶育成を行なう新しい育成方法を可能とす
る育成装置を提供するもので一組成比の均一なそして転
位密度の低い高品質化合物半導体結晶を得ることを目的
とする。
以下、本発明の一実施例を図面に基づき詳−A+tll
に説明する。
第1図は本発明による化合物半導体if成装置ytの一
実施例のホットゾーンを示す断面図であシ、図中、1は
るつは、2はるつはホルダ、3はベデステル、4は収納
室、5は高蒸気圧結晶原料収納部、6は蓋体、7は低融
点結晶原料収納部、7aは結晶成長部、8は原料溶液(
融液)、9は気−液界面、10は原料導入部、12及び
13は加熱装置(発熱体等)、14は成長結晶、15は
引上げ軸、16は連通孔、17は高蒸気圧結晶原料、1
8及び19は保温材、20は結晶成長界面、21は液体
封止剤會示す。
この41図より明かなように、石英(Sin2)ないし
熱分解窒化ポロン(PUN)などのるつは1はグラファ
イト材等のるつはホルダ2に保持され、かつこのるつぼ
ホルダ2の底部に設けられたペデステル3により回転可
能に支持されている。
でらにるつは1は外周縁に突出した断面はぼ鉤状の高蒸
気圧結晶原料の収納室4を有し、この収納室4の垂直壁
4aと嵌合し、高蒸気圧結晶原料収納部5を気Wiない
しほぼ気密に保持する蓋体6が設けられている。この錯
体6の前記垂直壁4aと嵌合する外周縁6aと反対にあ
る内縁6bは、るつぼl内部に机下しておシ、るつは1
の低融点結晶原料収納部7に原料溶液ないし融液8が収
納された場合、液−気界面9において前記高蒸気圧結晶
原料収納部5と接触する原料導入部10を形成している
。すなわち、低融点結晶原料収納部7は蓋体6の内縁6
bで画成される結晶成長部7aとこの導入410より成
っている。
さらに、前記蓋体6及び収納室4とで形成される高蒸気
圧結晶原料収納部5の外側には、この高蒸気圧結晶原料
収納部5の温度を制御するための加熱装6イ12が設け
られ、るつぼ1の底部には低融点結晶原料収納部7の温
度を制御するための加fA装jf13力稔己置されてお
り、前記高蒸気圧結晶原料収納部5及び低融点結晶原沼
1収納437はそれぞれ独立して温度制御可能となって
いる。
前記低融点結晶原料収納部7の上方には、結晶14を回
転させながら引上げる引上け1141115が設けられ
ている。
またnjf記簡蒸気圧結晶原料収納部5には、)!!辿
孔16が設けられている。この迎通孔16は尚蒸気圧結
晶原料収納部5と炉(図示せず)内とのバランスを保持
する作用を営むももので、結晶げ成時の浴敵囲の筒さの
変動や、制蒸気圧結晶涼科収納室5の油、ぽな温度友化
に伴う高蒸気圧結晶原料17の圧力変化による危険防止
等の作用効米がある。しかしながらこのi >ii!孔
16は本兄明おいて必ずしも設ける必νはない。
次に本%鴫の作1=全GaAs帖晶哲成を例にとって「
j兄り」する。
第1図において、低融点結晶原料収納部7の結晶成長部
7a中のGa溶N!L8のAsh電変は主に発熱体I3
による加熱制御jによシ決定される結晶部j、t1.’
tls 7 aのl晶度および織度分布とAs専人部l
Oの表面、(気−牧’jl−+m)9のAsの蒸気圧に
よって決定される・すなわち・As4人部100表面9
″”°      :蒸気圧をAs原料収納部5の温度
によシ制何jシ1少なくとも1気圧(GaAs融准の融
点におけるAsの屏離正にイー11M)以上に保つこと
によって、半筒状4BHに2いで結晶成長部7a(1)
谷v1βのGa浴欣8中のAs政eはその部分の温度に
よシ決足される飽和両度に抹た7’Lる。
央屍の粕晶成艮が進行している状態では、8ad&或艮
郡7a″c′は、尿さ万回凹内に温度公理が生ずるよう
に、う6熱体13、保湿4Δ18寺を選択し、結晶成長
部7aの上部甲心部すなわち、鮎晶成長界囲20力畑途
も低温となるよに温度分布をilj!j御する。そのた
め、粕晶成艮界聞20ではAs が過飽)fIJ状j法
となシ、その結末、化学鍼嗣組成のGaAs結晶が成長
する。この4J曾成長yI−1月20近傍の浴液の諷れ
、τ届I現分曲、結晶形状等の適切な’dilJ 1m
41を行なう目的で結晶14およびるつは1の回転条件
を決にすることは従来の引上は法結晶付成と同様である
0背た結晶成長部7aのp面に設けfc 8203など
による液体封止剤21も、従来の故体飼止引上げ法と同
様、狭面からのAs所離、蒸発を1坊止する作用を行な
う。なお、As原料収ilJ都5の温度制御はMU述の
ように王に元勲1412によって口なう。浬Ai孔16
はAs涼科収納部5の圧力と炉内の圧力とのバランスを
・昧つ作用をするもので、粕晶付成時のh数曲の尚さの
震動やA8原料収稍都5の急倣な温度度化に伴う、As
圧震化による危荻の防止などの坪用効呆がある。
以下1本つ6明による央除の栢晶言成例を祝明する。
第2図は、粕晶背成にあたシ、原料前を充填した状態ケ
示すホットゾーン都の一台IS断田1図である。
るつ/ビ1として、Ga融牧収網7tlS 7の凹住が
105m1nψ、As原4′+収網至4のms=が16
0mmψで尚さがメツ150rnmのものを用いた。G
a原料はit l 000 grの固形のGa)Q科を
tfU 50 ”Cに熱しl?I’l!故化して、溶成
収納部7に光槙した。一方、AsJM科収稍綿5には、
約1000 gr の固形As原料17を充填した。次
に、るつぼ1の搭体6はるつは1の収粕峯4に蓋体6の
外周縁6aを落し込むごとくして気’+fj性を保持し
てかん合した。さらにB= Osを主成分とする固形故
体刺止剤21約2.00 gを、Ga MIR液8の上
部に自己1白′して、身32図に示すような不発明によ
る結晶育成のfv!堀を完了した。
次に、炉内雰囲気を、真全引き、Arガスによる加圧プ
ロセス♀jを社で、Arガス圧、lQ10気圧に調艇し
た故、主に元船坏13によシ、加熱を開りaシfc。G
aML液8の一ノ良が600℃程度で欣坏飼止沖J21
は晩化し、Ga−欣8の六回を板抜するので、これを(
itmmした後、主に発熱体12によシ、AS原料収納
部5の温度を600℃まで昇温し、−尾に保持した。1
?5」時に、Ga融准8の温度も約1100℃に昇温し
−ボに保持した。このような状態で約41侍間保ちデす
ることにより、AS涼料枢納都5のAs原料17はAs
蒸気となり梯QIJし〜A8々す入部10の気−液界面
9よシ、Ga融液8中に浴は込み、前述のごとく、Ga
溶液8の温度によって矩するAsの飽オ0穣度のGa浴
液8を矢視した。次に使米の液体封止引上げ法のプロセ
スに便って、稚子付け、2ネック都形成屑広げ、ボ往5
1−T成などを、成長界囲20近傍の温度、結晶14の
引上は速度を制御jしながら追付させた。
これらの精米、粘晶成長速匣は前布の液17I−封止引
上げ法の場曾の115 以下でめったが、得らnた直住
釣50rumψの結晶は、引上げ万10」に化字蚕調ホ
旧戊の均一でさらに転・IM鴇度の少ないものであるこ
と全確認した。
なお、本実施向では、Gaの光積金−反〃1」然して漉
故としてか、ら、るつぼ中に竹なっているが、−収にl
′i、固形の1まで何なっても良い。これは、Gaの融
点(29℃)が欲体期止ハリの軟化温度(幻600℃)
よす十分低いことが必景乗件であジ、この条件を満たす
@台は、他の匈胡の結晶でも、本実施向の手法が通用で
きることは西うまでもない。
また、本実施例では、箱晶成iた部の温度はホyll(
)0℃としたが、実用的な結晶成長速度を考えた場合の
600℃以上から、GaAs結晶のけu点(1238℃
)までの任意の温度に適用が可曲であることも一兄明を
蚤しない。
さらに、不兄明の実施例において、蓋体及びるつほは別
々となっているが、これらを一体内に成形したものでも
よい。
まだ蓋体の内紛6bは溶液内部まで垂下しているが、こ
れをるつは1の底部まで垂下するようにし12.前記内
線6bに通孔を収けて尋人飾とM晶ノ戎J(部が遅進す
るようにしてもよい。
また尚蒸気圧結晶ルミ料収納呈は不実施タリにおいては
単畝であるが、これを収畝収けて2元以上の牛纒体化曾
′#枯晶忙〜戟することもできる。
以上説明したように、本発明による化合物半導体結晶r
4成では尚蒸気圧鮎晶原料函度たとえばAs敲度を制佃
1した低温の低融点粕晶涼科浴液ないし融液、たとえば
Ga溶液から従来の散俸到止引上げ法とほぼ同様なプロ
セスで、大形、枠状の結晶貯成かりlにである。また、
溶液からの成長であるため結晶の化学亀論組成の鞘嵐艮
い制御が可能であること、低温からの成長のため、成長
した結晶部の熱歪は少なくでき、低転位結晶を得ること
が容易であること、さらに結晶表面からのAs等の解離
蒸発による結晶の変質、劣化が少くできることなど品質
1111でも多くの特長がある。
物半得体でも炉内圧力未件、温度榮件をJバ釈すること
により、全く同様に農用できる0
【図面の簡単な説明】 M1図は本発明によるG aA s結晶角成状感をホす
ホットゾーン地の一品kMl用図、第2図は凹じく不発
明による粕晶首成における原料前を充填した状態全示ず
ホットソ゛−ン司3の一台+3 +m 1川区1である
。 ■・・・るつぼ、2・・・るっlxホルダ、3・・・ベ
テステル、4°“°収納至、5°°°市蒸気圧粕晶原料
収A【“j郡、6・・・菰不、7・・・低融点結晶原料
1欠網部(粕晶成灸部)、8・・・原料4面(融液)、
9・・・気−液界面X10・・・涼科彎入部、12及び
13・・・加R4°、装置区(つら熱体前)、14・・
・成Jそ結晶、15・・・引上は軸、16・・・沖、7
孔、17・・・藺蒸気圧粕晶涼利、18及び19・・・
・区γ晶桐、20・・・結晶成長界1川、21・・・液
体」、j止納。 出願入代pV人  1;14   宮  正  李第 
1 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 気密あるいはほぼ気密に保持される、少なくとも1つの
    、蒸気圧の高い結晶原料を収納するための高蒸気圧結晶
    原料収納部と;この原料収納部と気−液界面において接
    触する低融点原料溶液ないし融液を収納する低融点結晶
    原料収納部と;前記高蒸気圧結晶原料収納部及び低融点
    結晶原料収納部をそれぞれ独立[7て制御可能な加熱装
    置;とを有すると共に、前記低融点結晶原料収納部の@
    記法液な1八し融液に種結晶を接触させて結、i′!l
    を育成することを特徴とする化合物半導体結晶育成装置
JP57174405A 1982-10-04 1982-10-04 化合物半導体結晶育成装置 Pending JPS5964595A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60251191A (ja) * 1984-05-25 1985-12-11 Res Dev Corp Of Japan 高解離圧化合物単結晶成長方法
JPS623096A (ja) * 1985-06-27 1987-01-09 Res Dev Corp Of Japan 高解離圧化合物半導体単結晶成長方法
CN114262222A (zh) * 2021-12-31 2022-04-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种调控铁酸铋-钛酸钡基压电陶瓷材料电阻率和极化强度的方法

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