JPS6018637B2 - 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Info
- Publication number
- JPS6018637B2 JPS6018637B2 JP57225016A JP22501682A JPS6018637B2 JP S6018637 B2 JPS6018637 B2 JP S6018637B2 JP 57225016 A JP57225016 A JP 57225016A JP 22501682 A JP22501682 A JP 22501682A JP S6018637 B2 JPS6018637 B2 JP S6018637B2
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- sealant
- crucible
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- single crystal
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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
- C30B27/00—Single-crystal growth under a protective fluid
- C30B27/02—Single-crystal growth under a protective fluid by pulling from a melt
-
- 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
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は液体封止引き上げ法による化合物半導体単結
晶の製造方法に関する。
晶の製造方法に関する。
ｍ−Ｖ族化合物半導体の中でもガリウム枇素（Ｇａ偽）
は電子移動度が大きく、高速集積回路、光・電子素子用
材料に広く用いられつつある。
は電子移動度が大きく、高速集積回路、光・電子素子用
材料に広く用いられつつある。
このようにＧａＡｓが集積回路用結晶基板に用いられる
には、比抵抗が１び○・抑以上と高絶縁性であること、
素子特性均一化のため結晶内に欠陥が少〈分布が均一で
あること、大型ゥェハーの製造が容易であること等が挙
げられる。このような要求を実現するＧａＡｓ結晶の成
長法としては、液体封止引き上げ法（ＬＥＣ法）が注目
を浴びている。この封止引き上げ法は低圧封止引き上げ
法と高圧引き上げ法とが知られている。低圧封止引き上
げ法はボート成長法で作成したＧａ船多結晶を原料とす
るため、原料純度が低く、半絶縁性とするためのクロム
の添加を必要として好ましくない。また直接合成を行う
高圧封止引き上げ法をクロムの添加は不要であるが、高
圧下で結晶を作成するため、単結晶の歩留りは高くなる
が、結晶源料融液と封止剤との界面の温度勾配が大きい
ため、形成した結晶内に応力が生じ、これが結晶欠陥の
一種である転位の発生の原因となっていた。この発明の
目的は上記結晶原料融液と封止剤との界面の温度勾配を
４・さくして、転位の発生を抑制し、高品質の化合物半
導体単結晶の製造方法を提供する。先ず、これまで知ら
れている高圧液体封止引き上げ法を第１図により説明す
ると、ルッボ３の中に結晶原料及び封止剤を入れて、高
圧容器１のルッボ支持治具４内に設置し、不活性ガスを
庄入して３０〜７疎気圧とし、ヒーター２にてルッボを
結晶原料溶融温度以上に加熱し、結晶原料及び封止剤が
溶融したら、下端に種結晶を取付けた回転軸８を下降さ
せ、種結晶７を結晶材料融液５に接触したら、回転支持
軸９によりルツポを所定の速度で回転させ、種結晶を引
き上げることにより結晶ｌｏが順次成長する。
には、比抵抗が１び○・抑以上と高絶縁性であること、
素子特性均一化のため結晶内に欠陥が少〈分布が均一で
あること、大型ゥェハーの製造が容易であること等が挙
げられる。このような要求を実現するＧａＡｓ結晶の成
長法としては、液体封止引き上げ法（ＬＥＣ法）が注目
を浴びている。この封止引き上げ法は低圧封止引き上げ
法と高圧引き上げ法とが知られている。低圧封止引き上
げ法はボート成長法で作成したＧａ船多結晶を原料とす
るため、原料純度が低く、半絶縁性とするためのクロム
の添加を必要として好ましくない。また直接合成を行う
高圧封止引き上げ法をクロムの添加は不要であるが、高
圧下で結晶を作成するため、単結晶の歩留りは高くなる
が、結晶源料融液と封止剤との界面の温度勾配が大きい
ため、形成した結晶内に応力が生じ、これが結晶欠陥の
一種である転位の発生の原因となっていた。この発明の
目的は上記結晶原料融液と封止剤との界面の温度勾配を
４・さくして、転位の発生を抑制し、高品質の化合物半
導体単結晶の製造方法を提供する。先ず、これまで知ら
れている高圧液体封止引き上げ法を第１図により説明す
ると、ルッボ３の中に結晶原料及び封止剤を入れて、高
圧容器１のルッボ支持治具４内に設置し、不活性ガスを
庄入して３０〜７疎気圧とし、ヒーター２にてルッボを
結晶原料溶融温度以上に加熱し、結晶原料及び封止剤が
溶融したら、下端に種結晶を取付けた回転軸８を下降さ
せ、種結晶７を結晶材料融液５に接触したら、回転支持
軸９によりルツポを所定の速度で回転させ、種結晶を引
き上げることにより結晶ｌｏが順次成長する。
この時の結晶原料融液５と封止剤６との界面附近の温度
勾配は１００午Ｃ／伽或はそれ以上と大きいため、形成
した結晶１０内に転位が多く発生し、結晶内の転位密度
分布は不均一となり易い。
勾配は１００午Ｃ／伽或はそれ以上と大きいため、形成
した結晶１０内に転位が多く発生し、結晶内の転位密度
分布は不均一となり易い。
そこで、この発明においては、第２図に示すように、ル
ツポ３内の封止剤６が存在している位贋に相当するルッ
ボ支持拾具のその位直に閉口部１１を設ける。その結果
、封止剤はルッボ支持治具による減熱効果が減少してヒ
ーター２により加熱されるため、加熱温度が高まり、結
晶源料融液５と封止剤６或いは成長中の結晶１０との界
面の温度勾配を５０ｑｏ／仇以下に低下させることがで
きる。上記ルツボ支持治具４の側面に設けられる関口部
１１の形状、寸法はルッボ支持拾具本来の機能を損わな
い限り、目的の低温度勾配となるように適宜決定するこ
とができる。
ツポ３内の封止剤６が存在している位贋に相当するルッ
ボ支持拾具のその位直に閉口部１１を設ける。その結果
、封止剤はルッボ支持治具による減熱効果が減少してヒ
ーター２により加熱されるため、加熱温度が高まり、結
晶源料融液５と封止剤６或いは成長中の結晶１０との界
面の温度勾配を５０ｑｏ／仇以下に低下させることがで
きる。上記ルツボ支持治具４の側面に設けられる関口部
１１の形状、寸法はルッボ支持拾具本来の機能を損わな
い限り、目的の低温度勾配となるように適宜決定するこ
とができる。
例えば、第３図ａに示すように所定の大きさの四角形関
口部１１を多数ルッボ周面に並べるようにして設けても
良いし、第３図ｂに示すように、ルッボ周面に連続した
閉口部１１を設け、封止剤が全周面より均等に加熱され
るようにしても良い。更にルッボの封止剤が存在してい
る位置より上の位置のルッポ支持拾具を取り除き、ルッ
ボの上半分は直接ヒーターよりの熱に曝すようにしても
良い。また、第３図ｃに示すように開○部１１を三角形
とすることにより封止剤と結晶源料融液との界面に近い
部分程ヒーターによるルッボの直接加熱面積が大きくな
り、それだけ界面が低温度勾配となって好ましい。更に
、ルッボ支持治具の開口部は図示はしていないが円形、
楕円形、多角形としたり、或はルッボ支持治具の結晶原
料敵液と封止剤との界面に相当する位置より上部に向っ
てその厚さを次第に薄くするようにしても良い。
口部１１を多数ルッボ周面に並べるようにして設けても
良いし、第３図ｂに示すように、ルッボ周面に連続した
閉口部１１を設け、封止剤が全周面より均等に加熱され
るようにしても良い。更にルッボの封止剤が存在してい
る位置より上の位置のルッポ支持拾具を取り除き、ルッ
ボの上半分は直接ヒーターよりの熱に曝すようにしても
良い。また、第３図ｃに示すように開○部１１を三角形
とすることにより封止剤と結晶源料融液との界面に近い
部分程ヒーターによるルッボの直接加熱面積が大きくな
り、それだけ界面が低温度勾配となって好ましい。更に
、ルッボ支持治具の開口部は図示はしていないが円形、
楕円形、多角形としたり、或はルッボ支持治具の結晶原
料敵液と封止剤との界面に相当する位置より上部に向っ
てその厚さを次第に薄くするようにしても良い。
ルッボ支持拾臭は通常炭素材料で構成されており、上述
の加工は容易に行うことができる。ルツポ支持俗臭はそ
の字の通り、ルツボを安定に収容、支持し、回転、上昇
、下降させるためのものであり、上述の如く、結晶原料
葛虫液と封止剤との界面に相当する位置よりも上部にヒ
ーターよりの熱が封止剤を有効に加熱される部分を加工
するのであるからルッボ支持治具の本来の機能を損った
り、強度が低下してルツボの保持が不安定となるような
ことは生じない。
の加工は容易に行うことができる。ルツポ支持俗臭はそ
の字の通り、ルツボを安定に収容、支持し、回転、上昇
、下降させるためのものであり、上述の如く、結晶原料
葛虫液と封止剤との界面に相当する位置よりも上部にヒ
ーターよりの熱が封止剤を有効に加熱される部分を加工
するのであるからルッボ支持治具の本来の機能を損った
り、強度が低下してルツボの保持が不安定となるような
ことは生じない。
ヒーターは通常結晶原料融液が最も高い温度で加熱する
ように配置されているが、上述の如く、蓬止剤をも高温
で加熱することにより結晶源料融液と封止剤との温度差
が小さくなり、このような低温度勾配下の界面で結晶成
長を行うことにより転位の少ない単結晶が得られる。
ように配置されているが、上述の如く、蓬止剤をも高温
で加熱することにより結晶源料融液と封止剤との温度差
が小さくなり、このような低温度勾配下の界面で結晶成
長を行うことにより転位の少ない単結晶が得られる。
尚、結晶成長工程中は、結晶が成長するにつれて、ルツ
ボ内の結晶原料敵液と封止剤との界面は低下するが、ル
ツポをそれに伴って上昇するように支持すれば、界面の
低温度勾配を保持することができる。更に、結晶成長工
程中はルッボの開口上面を適当な耐熱材料の蓋で覆うこ
とによりルッボ内或はヒーターからの熱の放散を抑制す
ることができ、界面の温度勾配の低下を促進することが
できる。
ボ内の結晶原料敵液と封止剤との界面は低下するが、ル
ツポをそれに伴って上昇するように支持すれば、界面の
低温度勾配を保持することができる。更に、結晶成長工
程中はルッボの開口上面を適当な耐熱材料の蓋で覆うこ
とによりルッボ内或はヒーターからの熱の放散を抑制す
ることができ、界面の温度勾配の低下を促進することが
できる。
なお、液体封止剤は結晶材料融液からの特定成分の揮散
を防止する目的で使用され、上述の如く低温度勾配で結
晶成長を行った場合、形成した結晶が封止剤の上面より
突出して釆ると、結晶表面よりの特定成分が輝散する現
象が生じることがある。この現象は温度勾配が低い状態
での結晶成長程顕著に見られる。
を防止する目的で使用され、上述の如く低温度勾配で結
晶成長を行った場合、形成した結晶が封止剤の上面より
突出して釆ると、結晶表面よりの特定成分が輝散する現
象が生じることがある。この現象は温度勾配が低い状態
での結晶成長程顕著に見られる。
これを避けるためには、封止剤の厚さを結晶の引き上げ
長さより大きくなるよう多量に使用し、結晶成長中結晶
表面を封止剤で被覆することにより防止することができ
る。この発明の製造方法の対象となる化合物半導体とし
ては、Ｇａ松，ＧａＰ，１舵，ｌｎふ等Ａｓ，Ｐ等の蒸
気圧の低い元素を用いたｍ−Ｖ族化合物半導体単結晶の
製造方法に有効に適用できる。
長さより大きくなるよう多量に使用し、結晶成長中結晶
表面を封止剤で被覆することにより防止することができ
る。この発明の製造方法の対象となる化合物半導体とし
ては、Ｇａ松，ＧａＰ，１舵，ｌｎふ等Ａｓ，Ｐ等の蒸
気圧の低い元素を用いたｍ−Ｖ族化合物半導体単結晶の
製造方法に有効に適用できる。
この発明は上述の説明で明らかなように、これまでの高
圧液体封止引き上げ法では高温度勾配下で結晶成長を行
っていたため形成された結晶は転位が多く発生し、結晶
内の分布は不均一となり易かったが、この発明では封止
剤の加熱状態を改良して高温で加熱するようにしたため
結晶原料融液に封止剤との界面が低温度勾配となり、そ
の状態で結晶成長を行うことによって、高品質の単結晶
が再現性よく得られるようになった。
圧液体封止引き上げ法では高温度勾配下で結晶成長を行
っていたため形成された結晶は転位が多く発生し、結晶
内の分布は不均一となり易かったが、この発明では封止
剤の加熱状態を改良して高温で加熱するようにしたため
結晶原料融液に封止剤との界面が低温度勾配となり、そ
の状態で結晶成長を行うことによって、高品質の単結晶
が再現性よく得られるようになった。
次に本発明の実施例を述べる。
外径９動脈、内径９５脚、高さ１０仇舷の石英ルッボに
ガリウム５００夕、枇素５４０夕、封止剤として酸化ボ
ロン３００夕を入れ、このルツボは厚さ３肋の炭素製の
ルッボ支持拾具により外周面全体を覆うように支持した
。
ガリウム５００夕、枇素５４０夕、封止剤として酸化ボ
ロン３００夕を入れ、このルツボは厚さ３肋の炭素製の
ルッボ支持拾具により外周面全体を覆うように支持した
。
このルッボ支持治具の周面には、ルッボの上部より６５
側の位置にガリウム枇素融液と酸化ボロン封止剤の界面
が形成する予定であるので、その位置が底辺となるよう
に２５柵×２５側の正方形の閉口部を８個等間隔で設け
た。このルッボを設置した高圧容器内はアルゴンガスで
３ぴ気圧に加圧した上、ヒーターによりルッボを１３０
０ｑｏに加熱しガリウム枇素融液を作成した後に加熱温
度を１２６０００に降温し、高圧容器内の圧力を雌気圧
に減圧した。
側の位置にガリウム枇素融液と酸化ボロン封止剤の界面
が形成する予定であるので、その位置が底辺となるよう
に２５柵×２５側の正方形の閉口部を８個等間隔で設け
た。このルッボを設置した高圧容器内はアルゴンガスで
３ぴ気圧に加圧した上、ヒーターによりルッボを１３０
０ｑｏに加熱しガリウム枇素融液を作成した後に加熱温
度を１２６０００に降温し、高圧容器内の圧力を雌気圧
に減圧した。
この結果、ガリウム硯素融液と封止剤との界面の温度勾
配は２０ｏｏ／肌となった。
配は２０ｏｏ／肌となった。
次に種結晶をガリウム枇素融液に接触させ、ルッボは１
分間１５回の速度で時計方向に回転させ、種結晶は１分
間１０回の速度で反時計方向に回転させながら１仇舷／
時の速度ででで引き上げ操作を行い、直径約５比舷、長
さ約８０側の円筒形のＧａＡｓ単結晶が得られた。引き
上げ操作中はルッボの位置を５肋／時上げるように操作
し、温度勾配の変動を１０００／肌以内に抑えるように
した。得られた単結晶をウェハーにして転位密度分布を
測定した結果、１×１ぴ〜１び肌‐２であった。比較の
ため、閉口部のないルッボ支持治具を用い他は上記と全
く同じ条件で単結晶を作成し、転位密度分布を測定した
結果、８×１ぴ〜１ぴ伽‐２であった。
分間１５回の速度で時計方向に回転させ、種結晶は１分
間１０回の速度で反時計方向に回転させながら１仇舷／
時の速度ででで引き上げ操作を行い、直径約５比舷、長
さ約８０側の円筒形のＧａＡｓ単結晶が得られた。引き
上げ操作中はルッボの位置を５肋／時上げるように操作
し、温度勾配の変動を１０００／肌以内に抑えるように
した。得られた単結晶をウェハーにして転位密度分布を
測定した結果、１×１ぴ〜１び肌‐２であった。比較の
ため、閉口部のないルッボ支持治具を用い他は上記と全
く同じ条件で単結晶を作成し、転位密度分布を測定した
結果、８×１ぴ〜１ぴ伽‐２であった。
第１図は液体封止引き上げ法による単結晶製造装置の概
略断面図、第２図は本発明の方法を実施するための単結
晶製造装置の主要部分の概略断面図、第３図ａ，ｂ，ｃ
はそれぞれ上記単結晶製造装置のルツボ支持治具の他の
実施例を示す側面図である。 図中、１は高圧容器、２はヒータ、３はルッボ、４はル
ッボ支持治具、５は結晶原料融液、６は封止剤、７は種
結晶、１０は成長結晶、１１はルッボ支持治具に設けら
れた閉口部を示す。 第１図第２図 第３図
略断面図、第２図は本発明の方法を実施するための単結
晶製造装置の主要部分の概略断面図、第３図ａ，ｂ，ｃ
はそれぞれ上記単結晶製造装置のルツボ支持治具の他の
実施例を示す側面図である。 図中、１は高圧容器、２はヒータ、３はルッボ、４はル
ッボ支持治具、５は結晶原料融液、６は封止剤、７は種
結晶、１０は成長結晶、１１はルッボ支持治具に設けら
れた閉口部を示す。 第１図第２図 第３図
Claims (1)
- １ 液体封止引き上げ法による化合物半導体単結晶の製
造方法において、ルツボを支持しているルツボ支持治具
のルツボ内の液体封止剤と結晶原料融液との界面近傍の
液体封止剤が存在している位置に相当する位置にヒータ
ーが直接ルツボを加熱する部分を設けて封止剤の界面近
傍の加熱温度を高め、結晶原料融液と封止剤との界面を
低温度勾配領域にそて結晶成長を行うことを特徴とする
化合物半導体単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57225016A JPS6018637B2 (ja) | 1982-12-23 | 1982-12-23 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP57225016A JPS6018637B2 (ja) | 1982-12-23 | 1982-12-23 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59116194A JPS59116194A (ja) | 1984-07-04 |
| JPS6018637B2 true JPS6018637B2 (ja) | 1985-05-11 |
Family
ID=16822747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57225016A Expired JPS6018637B2 (ja) | 1982-12-23 | 1982-12-23 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6018637B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2633057B2 (ja) * | 1990-04-27 | 1997-07-23 | 東芝セラミックス株式会社 | シリコン単結晶の製造装置 |
-
1982
- 1982-12-23 JP JP57225016A patent/JPS6018637B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59116194A (ja) | 1984-07-04 |
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