JPS606918B2 - ３−５族化合物単結晶の製造方法 - Google Patents
３−５族化合物単結晶の製造方法Info
- Publication number
- JPS606918B2 JPS606918B2 JP19185382A JP19185382A JPS606918B2 JP S606918 B2 JPS606918 B2 JP S606918B2 JP 19185382 A JP19185382 A JP 19185382A JP 19185382 A JP19185382 A JP 19185382A JP S606918 B2 JPS606918 B2 JP S606918B2
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- single crystal
- crystal
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Classifications
-
- 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
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/30—Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
- C30B15/305—Stirring of the melt
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は光・電子集積回路用基板に用いる半絶縁性ｍ
−Ｖ族化合物単結晶の製造方法に関する。
−Ｖ族化合物単結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船）
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１０７０・肌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く分布が均一
であること、大型ウェハーの製造が容易であること等が
挙げられる。このよううな要求を実現するＧａＡｓ結晶
の成長法としては、封止引き上げ法（ＬＥＣ法）が注目
を溶びてし、る。この封止引き上げ法は低圧封止引き上
げ法と高圧封止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ＧａＡｓ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は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、圧力による熱環境
の影響により結晶内の欠陥が多く、液体封止剤や高圧ガ
ス対流の影響で製造工程が複雑であった。この発明の目
的は転位分布が均一で高純度の半絶縁性ｍ−Ｖ族化合物
単結晶の製造方法を提供する。
には、比抵抗が１０７０・肌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く分布が均一
であること、大型ウェハーの製造が容易であること等が
挙げられる。このよううな要求を実現するＧａＡｓ結晶
の成長法としては、封止引き上げ法（ＬＥＣ法）が注目
を溶びてし、る。この封止引き上げ法は低圧封止引き上
げ法と高圧封止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ＧａＡｓ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は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、圧力による熱環境
の影響により結晶内の欠陥が多く、液体封止剤や高圧ガ
ス対流の影響で製造工程が複雑であった。この発明の目
的は転位分布が均一で高純度の半絶縁性ｍ−Ｖ族化合物
単結晶の製造方法を提供する。
これまでＧａ＊単結晶の直接合成法の一つとして知られ
ている高圧封止引き上げ法を第１図により説明すると、
ルッボーの中にＧａと瓜を所定の組成比の単結晶となる
ような割合で入れ、更に酸化ボロン（Ｂ２０３）の如き
低融点ガラスの封止剤を入れて、このルッボ１を高圧容
器２内に設置し、アルゴン、窒素等の不活性ガスを圧入
して３０〜７０気圧の高圧とし、ヒータ３にてルッボを
１２６０ｑｏ以上の温度で加熱し（ｌｎＰの場合は１１
００こ０）、ルツボ内のＧａＡｓ及び＆０３が完全に溶
融したら、種結晶６をＧａＡｓ溶液４に接触させ、所定
の速度で種結晶を回転、引き上げることによりＧａＡｓ
結晶が成長する。
ている高圧封止引き上げ法を第１図により説明すると、
ルッボーの中にＧａと瓜を所定の組成比の単結晶となる
ような割合で入れ、更に酸化ボロン（Ｂ２０３）の如き
低融点ガラスの封止剤を入れて、このルッボ１を高圧容
器２内に設置し、アルゴン、窒素等の不活性ガスを圧入
して３０〜７０気圧の高圧とし、ヒータ３にてルッボを
１２６０ｑｏ以上の温度で加熱し（ｌｎＰの場合は１１
００こ０）、ルツボ内のＧａＡｓ及び＆０３が完全に溶
融したら、種結晶６をＧａＡｓ溶液４に接触させ、所定
の速度で種結晶を回転、引き上げることによりＧａＡｓ
結晶が成長する。
このように原料元素として船，Ｐを用いる場合は上述の
如き高圧高温度下での合成が必要である。更に結晶成長
時の圧力容器２内の圧力を３ぴ気圧以上とすると、単結
晶の歩留りは高くなるが、温度勾配が大きいため転位が
多く、結晶内の分布は不均一となり易い。一方、低圧封
止引き上げ法では温度勾配が小さいことから欠陥部分の
発生が少〈、均一な部分の結晶が得られる。従って、上
述のＧａＡｓ結晶成長工程を温度勾配の小さい低圧下で
行えば、優れた品質のＧａＡｓ単結晶が得られることに
なる。しかるに原料合成後の高圧容器内の圧力を３〜８
気圧と急激に降圧して結晶成長処理を行うと、ＧａＡｓ
溶液中より気泡６が多数発生し「第２図Ａ，Ｂに示す如
く「封止剤５であるＢ２０３の中に入ってＧａＡｓ結晶
成長部分７と接触し、局部的に多結晶部分９としたり、
Ａｓが欠乏している部分９が形成し「低欠陥で均一な成
分の大円形結晶が得られない。この発明による化合物半
導体単結晶の製造方法はルッボ内の界面近傍の温度勾配
がルッボの位置（高さ）及び高圧容器内の圧力により５
０〜１５０００／ｃのと大中に変化することに着目し、
原料の直接合成を高温度勾配条件下で行い、合成後は温
度を種づけ温度に下げて保持し、圧力のみを１〜１．５
気圧に降圧してバブリングを行い熔融液中の気泡を除去
した後に低温度勾配条件下で種結晶を溶融液に接触させ
「回転させながら引き上げて結晶成長を行うことを特徴
とする。
如き高圧高温度下での合成が必要である。更に結晶成長
時の圧力容器２内の圧力を３ぴ気圧以上とすると、単結
晶の歩留りは高くなるが、温度勾配が大きいため転位が
多く、結晶内の分布は不均一となり易い。一方、低圧封
止引き上げ法では温度勾配が小さいことから欠陥部分の
発生が少〈、均一な部分の結晶が得られる。従って、上
述のＧａＡｓ結晶成長工程を温度勾配の小さい低圧下で
行えば、優れた品質のＧａＡｓ単結晶が得られることに
なる。しかるに原料合成後の高圧容器内の圧力を３〜８
気圧と急激に降圧して結晶成長処理を行うと、ＧａＡｓ
溶液中より気泡６が多数発生し「第２図Ａ，Ｂに示す如
く「封止剤５であるＢ２０３の中に入ってＧａＡｓ結晶
成長部分７と接触し、局部的に多結晶部分９としたり、
Ａｓが欠乏している部分９が形成し「低欠陥で均一な成
分の大円形結晶が得られない。この発明による化合物半
導体単結晶の製造方法はルッボ内の界面近傍の温度勾配
がルッボの位置（高さ）及び高圧容器内の圧力により５
０〜１５０００／ｃのと大中に変化することに着目し、
原料の直接合成を高温度勾配条件下で行い、合成後は温
度を種づけ温度に下げて保持し、圧力のみを１〜１．５
気圧に降圧してバブリングを行い熔融液中の気泡を除去
した後に低温度勾配条件下で種結晶を溶融液に接触させ
「回転させながら引き上げて結晶成長を行うことを特徴
とする。
なお、本明細書における「温度勾配」とはルッボ中の原
料溶液界面を中心として或る距離下方の位置の温度と同
距離上方の位置の温度の差を両位置の距離で割った値（
℃／伽）を意味する。第３図のグラフは界面より５柳上
方の位置と５柳下方の位置の温度差（温度勾配）と容器
内圧力の関係を示すグラフであって、通常高圧封止引き
上げ法は１５〜７ぴ気圧下で合成、結晶成長を行ってい
るが、５０気圧での温度勾配は１００００／伽を越える
ことが判る。しかし気圧を３気圧に降圧すると、温度勾
配は７５ｏ０となり、更に容器内の原料界面の位置を１
仇吻程下げると温度勾配も約５５ｑ０となることが判る
。そこで本発明に於ては化合物半導体原料の合成を高温
度勾配条件下で行う。
料溶液界面を中心として或る距離下方の位置の温度と同
距離上方の位置の温度の差を両位置の距離で割った値（
℃／伽）を意味する。第３図のグラフは界面より５柳上
方の位置と５柳下方の位置の温度差（温度勾配）と容器
内圧力の関係を示すグラフであって、通常高圧封止引き
上げ法は１５〜７ぴ気圧下で合成、結晶成長を行ってい
るが、５０気圧での温度勾配は１００００／伽を越える
ことが判る。しかし気圧を３気圧に降圧すると、温度勾
配は７５ｏ０となり、更に容器内の原料界面の位置を１
仇吻程下げると温度勾配も約５５ｑ０となることが判る
。そこで本発明に於ては化合物半導体原料の合成を高温
度勾配条件下で行う。
即ち、ルツポ１の中に所定量のｍ−Ｖ族化合物半導体原
料及び＆０３等の封止剤を入れた後にルッボを高圧容器
２内に設置し「容器内にアルゴン、窒素等の不活性ガス
を圧入して１５〜７ぴ気圧とし、一方、ルッボはヒータ
３により界面近傍が１２４０００になるよう加熱する。
この時のルッボ底面附近の温度は約１３００００となる
。このように高温度勾配下で原料の合成を行うため、Ｂ
２０３の表面が冷えてその粘性が高くなり、船，Ｐの如
き飛散し易い物質であっても、０飛散、分解を抑制して
原料の合成を効果的に行うことができる。このときの封
止剤として用いる＆０３は含水率が１０功側以下のドラ
イＢ２０３が好ましい。次に原料の合成が完了したら、
圧力容器内の溢ょ度はその侭として、圧力のみを１〜１
．５気圧に降圧する。
料及び＆０３等の封止剤を入れた後にルッボを高圧容器
２内に設置し「容器内にアルゴン、窒素等の不活性ガス
を圧入して１５〜７ぴ気圧とし、一方、ルッボはヒータ
３により界面近傍が１２４０００になるよう加熱する。
この時のルッボ底面附近の温度は約１３００００となる
。このように高温度勾配下で原料の合成を行うため、Ｂ
２０３の表面が冷えてその粘性が高くなり、船，Ｐの如
き飛散し易い物質であっても、０飛散、分解を抑制して
原料の合成を効果的に行うことができる。このときの封
止剤として用いる＆０３は含水率が１０功側以下のドラ
イＢ２０３が好ましい。次に原料の合成が完了したら、
圧力容器内の溢ょ度はその侭として、圧力のみを１〜１
．５気圧に降圧する。
その結果、原料溶液より多数の気泡が生じ「溶液中の水
分、不純物は気泡内に含まれ、或は気泡に付着して除去
される。このようなバブリング処理を２０〜６び分間行
い、気泡の発生が減少し０たら、圧力容器内の気圧を３
〜８気圧程度に若干昇圧し「種結晶をルッボ内の原料溶
液に接触させ、所定速度で回転させながら引き上げて結
晶成長を行う。このときの圧力は３〜８気圧であるため
、温度勾配は小さく、従って、結晶中の転位やタ欠陥の
発生が抑制され、優れた品質のｍ−Ｖ族化合物半導体単
結晶が得られることとなる。なお、結晶成長時に余りに
も温度勾配が小さいと、種結晶が折れたり、Ａｓ，Ｐの
Ｖ族元素が解離することも考えられるが、このような場
合は高圧容器内のルッボの位置を上げることにより、温
度勾配もそれに伴って若干大きくなり、上述の如き現象
の発生を容易に回避することができる。また逆に温度勾
配が若干大きいような場合はルッボの位置を下げること
により、温度勾配を小さくすることができる。このよう
に温度勾配の徴調整は支持回転軸６を回転してルッボの
高さを変えることにより容易に行える。この発明は上記
の説明で明らかなように原料の合成を高温度勾配下、結
晶の成長を低温度勾配下とそれぞれ最適の条件下で行う
ことにより、原料偽，Ｐの飛散を抑制し品質の優れたァ
ンドープ半絶縁性ｍ−Ｖ族化合物単結晶が得られること
になる。
分、不純物は気泡内に含まれ、或は気泡に付着して除去
される。このようなバブリング処理を２０〜６び分間行
い、気泡の発生が減少し０たら、圧力容器内の気圧を３
〜８気圧程度に若干昇圧し「種結晶をルッボ内の原料溶
液に接触させ、所定速度で回転させながら引き上げて結
晶成長を行う。このときの圧力は３〜８気圧であるため
、温度勾配は小さく、従って、結晶中の転位やタ欠陥の
発生が抑制され、優れた品質のｍ−Ｖ族化合物半導体単
結晶が得られることとなる。なお、結晶成長時に余りに
も温度勾配が小さいと、種結晶が折れたり、Ａｓ，Ｐの
Ｖ族元素が解離することも考えられるが、このような場
合は高圧容器内のルッボの位置を上げることにより、温
度勾配もそれに伴って若干大きくなり、上述の如き現象
の発生を容易に回避することができる。また逆に温度勾
配が若干大きいような場合はルッボの位置を下げること
により、温度勾配を小さくすることができる。このよう
に温度勾配の徴調整は支持回転軸６を回転してルッボの
高さを変えることにより容易に行える。この発明は上記
の説明で明らかなように原料の合成を高温度勾配下、結
晶の成長を低温度勾配下とそれぞれ最適の条件下で行う
ことにより、原料偽，Ｐの飛散を抑制し品質の優れたァ
ンドープ半絶縁性ｍ−Ｖ族化合物単結晶が得られること
になる。
更に原料の合成工程と結晶成長工程の間に低気圧のバブ
リング工程を介在させることにより原料溶液は気泡によ
って更に精製されることになって、不純物の少ない単結
晶が生成されることになる。次に本発明を実施例により
具体的に説明する。
リング工程を介在させることにより原料溶液は気泡によ
って更に精製されることになって、不純物の少ない単結
晶が生成されることになる。次に本発明を実施例により
具体的に説明する。
第１図に示すような構造の単結晶製造装置を用い、内径
１００肋、高さ１０仇肋のバイロリテック窒化ポロン製
ルッボに純度■の原料ＧａとＡｓを５００タ宛入れ、次
いで含水率が約１０■血のＢ２０３を１６０夕入れた。
このルツボは高圧容器の中に入れ、アルゴンガスを圧入
して約５ぴ気圧とし、一方ルッボは加熱器により約１３
００ｑｏに加熱した。上記加熱によりルッボ内には、上
層に＆０３溶融液が、下層にＧａ船溶融液が形成した。
この時の温度勾配は約１０５００／抑であった。このよ
うに原料の合成が完了したら、温度を１２５０００に下
げ容器内の圧力を１．５気圧に減圧したらＧａＡｓ熔融
液より激しく気泡が発生したが、約４船ン経過后「気泡
の発生が少くなったので、容器内の気圧を３気圧に上げ
、ルッボの位置を２肌下降させ、種結晶をＧａＡｓ溶融
液に接触させ、１５側／時の速度で引き上げた。
１００肋、高さ１０仇肋のバイロリテック窒化ポロン製
ルッボに純度■の原料ＧａとＡｓを５００タ宛入れ、次
いで含水率が約１０■血のＢ２０３を１６０夕入れた。
このルツボは高圧容器の中に入れ、アルゴンガスを圧入
して約５ぴ気圧とし、一方ルッボは加熱器により約１３
００ｑｏに加熱した。上記加熱によりルッボ内には、上
層に＆０３溶融液が、下層にＧａ船溶融液が形成した。
この時の温度勾配は約１０５００／抑であった。このよ
うに原料の合成が完了したら、温度を１２５０００に下
げ容器内の圧力を１．５気圧に減圧したらＧａＡｓ熔融
液より激しく気泡が発生したが、約４船ン経過后「気泡
の発生が少くなったので、容器内の気圧を３気圧に上げ
、ルッボの位置を２肌下降させ、種結晶をＧａＡｓ溶融
液に接触させ、１５側／時の速度で引き上げた。
この引き上げ操作の際、種結晶は時計方向に１分間５回
、ルッボは反時計方向に１分間２０回の割合で回転させ
た。この時の温度勾配は約７０ｑｏ／肌であった。上記
の種結晶の引き上げ操作を約８時間継続して行った結果
、直径約５０肋、長さ約１００柵、重量約９５０夕の円
筒状Ｇａ船単結晶が得られた。
、ルッボは反時計方向に１分間２０回の割合で回転させ
た。この時の温度勾配は約７０ｑｏ／肌であった。上記
の種結晶の引き上げ操作を約８時間継続して行った結果
、直径約５０肋、長さ約１００柵、重量約９５０夕の円
筒状Ｇａ船単結晶が得られた。
この円筒、状ＣａＡｓ単結晶の肩の部分と真中の部分を
切り出し、それぞれのウェハーの半径方向の比抵抗を測
定した結果、いずれも１ぴ○・伽以上であり、しかも結
晶内の転位分布は均一であった。
切り出し、それぞれのウェハーの半径方向の比抵抗を測
定した結果、いずれも１ぴ○・伽以上であり、しかも結
晶内の転位分布は均一であった。
第１図は単結晶製造装置の一例を示す断面図、第２図は
成長する単結晶に欠陥が発生する状態を示す説明図「第
３図は高圧容器内の圧力と温度勾配の関係を示すグラフ
。 図中、１はルッボ、２は高圧容器、３はヒーター、４は
ＧａＡｓ溶融液、５はＢ２０３溶融液、６は種結晶、７
は単結晶である。 第１図 第２図 第３図
成長する単結晶に欠陥が発生する状態を示す説明図「第
３図は高圧容器内の圧力と温度勾配の関係を示すグラフ
。 図中、１はルッボ、２は高圧容器、３はヒーター、４は
ＧａＡｓ溶融液、５はＢ２０３溶融液、６は種結晶、７
は単結晶である。 第１図 第２図 第３図
Claims (1)
- １ III−V族化合物単結晶を封止剤を用いた引き上げ法
で製造する方法において、１５〜７０気圧、引き上げ方
向の温度勾配１００℃／ｃｍ以上で原料の合成を行い、
合成された原料溶融液は１〜１．５気圧に降圧してバブ
リングを行い、次いで高圧に戻どして引き上げ方向の温
度勾配を上記温度勾配より低い温度勾配で種結晶を該原
料溶融液に接触させ、回転させながら引き上げ結晶成長
を行うことを特徴とするIII−V族化合物単結晶の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19185382A JPS606918B2 (ja) | 1982-11-02 | 1982-11-02 | ３−５族化合物単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19185382A JPS606918B2 (ja) | 1982-11-02 | 1982-11-02 | ３−５族化合物単結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5983999A JPS5983999A (ja) | 1984-05-15 |
| JPS606918B2 true JPS606918B2 (ja) | 1985-02-21 |
Family
ID=16281591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19185382A Expired JPS606918B2 (ja) | 1982-11-02 | 1982-11-02 | ３−５族化合物単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS606918B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6374941U (ja) * | 1986-10-25 | 1988-05-18 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61222911A (ja) * | 1985-03-28 | 1986-10-03 | Toshiba Corp | 燐化化合物の合成方法 |
| JP5052493B2 (ja) * | 2008-12-29 | 2012-10-17 | ジャパンスーパークォーツ株式会社 | シリコン単結晶の製造方法 |
| JP5480036B2 (ja) * | 2010-03-03 | 2014-04-23 | グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 | シリコン単結晶の製造方法 |
-
1982
- 1982-11-02 JP JP19185382A patent/JPS606918B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6374941U (ja) * | 1986-10-25 | 1988-05-18 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5983999A (ja) | 1984-05-15 |
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