JPS6042198B2 - Gap結晶の製造方法 - Google Patents

Gap結晶の製造方法

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JPS6042198B2
JPS6042198B2 JP459481A JP459481A JPS6042198B2 JP S6042198 B2 JPS6042198 B2 JP S6042198B2 JP 459481 A JP459481 A JP 459481A JP 459481 A JP459481 A JP 459481A JP S6042198 B2 JPS6042198 B2 JP S6042198B2
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crystal
liquid capsule
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buoyancy
diameter
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JP459481A
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章一 鷲塚
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高い分解圧を有するGaP単結晶を所定の形
状に制御して液体カプセル引上法により製造する方法に
関するものである。
揮発性物質を含む化合物半導体単結晶であるGaP単
結晶は可視発光ダイオード用基板として重要な材料であ
り、通常高圧中で液体カプセル法(LEC法)によつて
作られている。
この方法は化合物の原料融液の表面をB2O3などの不
活性液体で覆い、さらにその上から化合物の分解圧以上
の不活性ガスで加圧しながら単結晶引上を行うものであ
る。LEC法においても結晶径の制御は重要な問題であ
る。ところで直径制御法としては光学法および重量法が
一般的であり、シリコンや酸化物単結晶に適用されてい
る。液体カプセル引上法 においてはさらにX線法も提
案されている。しかし高圧容器を用いる液体カプセル引
上法においては装置の構造上、光学法やX線法はその装
置の取付けおよび取扱いが容易でないことさらにX線法
では安全性に問題があるなど工業的には適当とは言へな
い。一方重量法ではこのような問題点は少なく比較的容
易に取扱うことが出来る。Bardsleyらは’’A
utomatedC2ohralskigrowtho
f■−Vcomhounds’’(Inst、Phys
、Conf、Ser。
NO、24.1975、P、355)で■−V族化合物
単結晶の引上で重量法による直径制御に一応成功してい
る。しカル液体カプセル引上法において重量法を適用す
る場合、液体カプセルによる浮力が働き、結晶の真の重
量とは異つた値が検出されるという大きな問題がある。
そのためより精密な直径制御を行うためにはこの浮力の
影響を補正することが必要である。 本発明は上記した
点に鑑みなされたもので、LEC法によるGaP単結晶
を製造する際に、液体力・プセルによる浮力の影響を補
正して、高精度に所定の形状に制御された単結晶を製造
する方法及び装置を提供するものである。
本発明の概要は以下の通りてある。
即ち、液体カプセル引上法で、時刻をにおける直径がケ
・(を)であるような結晶を引上げる場合、液体カプセ
ルによる浮力を考慮した単位時間当りの見かけの重量変
化量dw’/dt(grlmin)は次のように現わさ
れる。成長結晶全体が液体カプセル中に存在するときに
は、となる。
これは、液体カプセルによる浮力を考慮した単位時間当
りの見かけの重量変化量Dw″/Dt(Grlmin)
をΔWl2で表わし、単位時間当りの真の重量変化量π
Vpsr2(t)をΔW1で表わすと、となる。
成長結晶の一部が液体カプセル上に露出しているときに
は、となる。
ただし、ちは の解である。
ここでV:成長速度、ρ5:結晶の密度R:ルツボの半
径、H8。
:液体カプセルの初期高さF:液体カプセルの浮力の効
果を表わす係数である。
通常Fは、 ρB:液体カプセルの密度とされ、ρ5=4.18y1
d(GaP単結晶)、ρB=1.5y1d(JOuma
lOfnleamericanCeramjcSOci
etyvOl.48NOl2、1965、P6l3)よ
り、F=0.64となる。
しかし、本発明者は、見かけの重量変化量と得られた化
合物半導体単結晶の形状との対応を種々調べた結果、前
記Fは0.75±0.05の範囲になることを見い出し
た。そこで前記目的を達成するために本発明のGaP単
結晶の製造方法では、引上結晶の重量変化量を検出する
装置と液体カプセルによる浮−力の影響を補正する装置
とを備え、液体カプセルによる浮力の効果を表わす係数
Fの値を0.75±0.05に設定したのち、所定の形
状に制御して結晶引上げを行うことを特徴とするもので
ある。以下本発明の一実施例を図面にもとすき説明す一
る。第1図は本発明による液体カプセルの浮力の影響を
補正して、所定の形状のGaP単結晶を製造する機能を
具備した単結晶製造装置の一例である。図中1:GaP
単結晶融液、2:液体カプセル、3:種結晶、4:Ga
P単結晶、5:引上軸、6:ルツボ、7:加熱装置、8
:のぞき窓、、、9:高圧容器、10:重量検出器、1
1:長さ測定装置、12:T■カメラ、113:微分装
置、14:浮力補正装置、15:浮力補正定数設定器、
16:基準直径信号発生装置、17:直径制御装置、1
8:SCR装置である。ルツボ6内の融液1から引上つ
つある結晶4の重量を重量検出器10により測定し、微
分装置173で微分する。
この信号は前述したように、結晶全体が液体カプセル中
にある場合、成長結晶の一部が液体カプセル上に露出し
ている場合に応じて式(1)もしくは(2)で示される
見かけの結晶重量変化量である。一方、浮力補正装置1
4では、はじめ・に結晶重量変化量が上記の式(1)あ
るいは式(2)のどちらかの状態であるのかを判定する
。この判定は、重量検出器10、長さ測定装置11、ま
たはTVカメラ12、等の信号により行うことができる
が、さらに、これらの信号を組み合せて行つてLも良い
結果が得られた。次に真の重量変化量 Dw/Dt=π
■ρSr2(t) (5)を得るべく、所定
の演算を行つて浮力補正信号を発生する。ここで、浮力
補正定数設定器15はFの値が実質的に0.75±0.
05の範囲になるように調節するもので、これにより正
しい浮力補正信号を得ることができる。このようにして
得られた真の重量変化量は基準直径信号発生装置16の
基±信号と比較され、直径偏差信号となり、直径制御装
置17に入力される。すなわち直径偏差に応じてSCR
装置18により加熱ヒーターに供給する電力を制御し引
上結晶を所定の形状に制御するものである。第2図は、
このような見かけの重量変化量と真の重量変化量との関
係の一例を示すものである。
たとえばaの様な形状のGaP単結晶を引上げようとし
た場合、bの様な見かけの重量変化量が測定されるが、
これを本発明の方法により浮力補正(F=0.75±0
.05)を行うと、Cの値が得られ、得られる結晶の形
状もdのようになる。一方F値を0.64とした場合は
得られる結晶形状がeのようになつてしまう。このよう
に結晶形状がeのようになるのは、結晶全体がB2O3
中にある時に、理想結晶径よりも小さいにもかかわらず
理想径と判断して径制御が進行し、結晶肩部が液体カプ
セルから出てくるにつれて、理想径との差異が識別され
、融液温度を早く下げて、誤差を打消すように制御系が
動作し、これにより急激な結晶径の増大が起こり、以後
この影響が最後まで残り、周期的な凹凸となり回復する
ことができない為である。
これに対しFを本発明のように、0.75±0.05と
特定した場合には、このよようなことはなく、第2図d
のような結果が得られる。
すなわち、結晶が液体カプセル中にある場合および結晶
肩部が液,体カプセルから出て、定常状態に成長するま
での直径検出に上述したような不連続は生ぜず、安定し
た制御ができる。次に具体的な例として、本発明の機能
を具備した単結晶製造装置により、(100)GaP単
結晶を製造する場合について詳しく説明する。
内径96Tnφのルツボ6にGaP原料1600gと液
体カプセル(八03)21809をチャージしたのち、
窒素ガスにて加圧(〜60k91cIt)し融解させた
。このときの液体カプセル2の初期高さ(HBO)は約
1.3.(7)てあつた。次に(100)方位の種結晶
3をGaP融液1に接触させて種付けを行つた。種付け
後引上速度を13.7Trr!Nlhr.降温レートを
〜5μVlminに設定したのち、引上げを開始して、
所定径52Tmmφになるように肩部を育成した。所定
径になつたときの微分装置13の出力は、見かけの重量
変化量〜2.1gr1minを示した。ここで浮力補正
装置14の浮力補正設定器15のつまみを調節して、前
記Fの値が0.75になるように設定したところ浮力補
正装置14の出力として〜2.8gr1mimが得られ
た。このときの長さ測定装置11の出力は〜1cmてあ
つた。肩部育成後、基準直径信号発生装置16の出力と
浮力補正後の出力を比較して、誤差信号を得、直径制御
装置17により、SCR装置18を介して加熱装置7に
供給される電力を変化させて、所定の形状に制御しなが
ら、直胴部の育成を行つた。肩部形成後〜篤後に肩の一
部が液体カプセル2上に露出しはじめたので、浮力補正
を式(1)から(2)へ切り換えて結晶引上げを続行し
た。第3図は、このような浮力補正装置14の一例を示
したものである。図中、19は利得が1/F倍の増幅器
、20は成長結晶全体が液体カプセル中に存在するか、
もしくは一部が液体カプセル上に露出しているかを判定
するための比較器、21は判定基準設定用の電圧、22
はリレー回路、23はプログラム電圧発生器、24は加
算器である。図において、dに微分装置13からの見か
けの重量変化量Dw″/Dtが入力され、増幅器19に
より1/F倍に増幅される。eには、重量検出器10、
長さ測定装置11、゛■カメラ12の少くとも一つの検
出装置からの信号が入力され、比較器21により判定基
準電圧21を越えるところを検出し、リレー回路22を
介して、プログラム電圧発生器23を動作させる。
この2つの信号を加算器24にて加えることによりfに
真の重量変化量Dw/Dtが出力される。gはプログラ
ム電圧発生器23の出力の変化を示したものである。
以上説明したような方法及び装置により、直径52Tn
1nφ±1%以内の(100)GaP単結晶500yを
引上げることが出来た。さらに第4図は本発明による一
連の測定及び制御の機能能のすべてをコンピューターで
実行するようにした場合の単結晶製造装置の一実施例を
示したものである。図中25:入力切換器、26:AD
変換器、27:コンピユータ、28:DA変換器である
。このようにコンピューターの融通性、万能性を有効に
利用することにより、どのような複雑な制御も可能であ
り、結晶製造工程を高度に自動化することが出来る。又
、以上説明した浮力補正に用いる計算式は必ずしも前記
式のみに限定されるものてはなく、他の近似式や実験式
によつても何等差支えない。ようするに、液体カプセル
の浮l力の影響を実質的に打消して、単結晶の真の直径
変動を検出し所定の形状に制御して結晶引上げを行えば
良く本実施例のみに限定されるものではない。たとえば
、第4図に示すコンピューターを用い7た場合には、プ
ログラム電圧発生器23の出力に相当するプログラムに
、実際に引上げられている結晶の肩部の正確な形状を測
定して、その結果を基により正確に浮力を補正する機能
をもたせても良く、より本発明の効果を増大させること
ができフる。
以上の様に本発明によれば、液体カプセル引上法におい
て、重量法によりGaP単結晶を所定の形状に制御して
引上げる際に、(1)液体カプセルによる浮力の影響を
精密に補正できることにより、直径精度を±1%以下に
向上させて製造することが可能になつた。
この値は、酸化物やSi等の単結晶において得られてい
るものと同等引上のものである。(2)、直径精度が向
上したことにより原料からのウェハーの収率が従来の手
動による引上方法に較べて〜30%以上向上した。(3
)、結晶作製歩留りが、従来の方法に較べて〜20%向
上した。(4)ウェハー内の歪や欠陥密度、不純物の局
所的な偏析などは従来の方法によるものより少く、結晶
性の良好な結晶を引上げることも可能である。(5)、
本発明を工業的に適用することにより生産性が向上す−
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を説明するための構成図、第2
図は、浮力補正装置の動作を説明するための図、第3図
は、浮力補正装置の一構成例を説明するための図、第4
図は、本発明の他の実施例を説明するための図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 液体カプセル引上法によりGaP単結晶を製造する
    に際し、実質的に引上結晶の重量変化量を検出する装置
    と、液体カプセルによる浮力の影響を補正する装置とを
    具備し、引上げられる単結晶の真の重量増加量Δw_1
    と、引上げられる単結晶全体が前記液体カプセル中にあ
    る時に示す見かけの重量増加量Δw_2との比(Δw_
    2/Δw_1)で表わされる液体カプセルの浮力の効果
    を表わす係数Fを0.75±0.05に設定したのち、
    あらじめ定められた形状に一致するように単結晶引上げ
    を行うようにしたことを特徴とするGaP単結晶の製造
    方法。
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JPS6054994A (ja) * 1983-09-07 1985-03-29 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 化合物半導体結晶の製造方法
JP2537605B2 (ja) * 1986-09-19 1996-09-25 株式会社ジャパンエナジー 化合物半導体単結晶の製造方法

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