JPS6229394B2 - - Google Patents

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JPS6229394B2
JPS6229394B2 JP57039785A JP3978582A JPS6229394B2 JP S6229394 B2 JPS6229394 B2 JP S6229394B2 JP 57039785 A JP57039785 A JP 57039785A JP 3978582 A JP3978582 A JP 3978582A JP S6229394 B2 JPS6229394 B2 JP S6229394B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
boat
electric furnace
thermocouple
constant
Prior art date
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Expired
Application number
JP57039785A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS58156599A (ja
Inventor
Seiji Mizuniwa
Junkichi Nakagawa
Tosha Toyoshima
Tomoki Inada
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd filed Critical Hitachi Cable Ltd
Priority to JP3978582A priority Critical patent/JPS58156599A/ja
Publication of JPS58156599A publication Critical patent/JPS58156599A/ja
Publication of JPS6229394B2 publication Critical patent/JPS6229394B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • C30B11/00Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/003Heating or cooling of the melt or the crystallised material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はボート成長法特に温度傾斜法による
―族化合物半導体単結晶の製造方法に関するも
のである。
[従来の技術] ボート法による―族化合物半導体単結晶の
製造方法としては、水平ブリツジマン法(HB
法)が一般的である。この方法は均熱管等の支え
により石英ガラス反応管を電気炉と独立に固定
し、電気炉をボートの長さ方向に移動させて結晶
化させる方法であるが、次のような欠点をもつて
いる。
(1) 装置全体が長くなり大型となる。
(2) 電気炉の移動機構が必要なため複雑高価とな
る。
(3) 均熱管等の支えが高価であり熱変形し易い。
このような見地から次に述べる温度傾斜法
(GF法)が見直されている。GF法はボートの長
さ方向に温度勾配を設け、この温度勾配を一定に
保つたまま降温することにより結晶化させる方法
である。即ち、電気炉もボートも移動させること
なく温度制御のみによる方法である。この方法は
例えばGaAsの場合は系の温度を1260〜1280℃ま
で昇温させるので、反応管等の変形が若干問題に
はなるが、機械的な駆動を必要としないので装置
は単純となり、電気炉の移動による振動で結晶化
を乱すこともない。更に、長い均熱管は必要とせ
ず単に炉内に反応管を設置する支えがあればよい
等の利点をもつている。
しかしGF法での大きな問題点の一つは、結晶
の成長速度を一定に保つことが難しいということ
である。即ち、電気炉を長手方向に数ゾーンに分
割して各分割電気炉に熱電対を設置し、この熱電
対で検知した電圧から求められる温度をフイード
バツクして温度プログラムにより電気炉の温度勾
配を一定に保つのであるが(例えば特公昭52―
15073号)、実際は均一な温度勾配を得ることは困
難で、ゾーンの数だけ長さ方向の温度分布に凹凸
が発生してしまう。通常は一定の降温速度で結晶
化させるため温度勾配に凹凸があれば成長速度に
差異を生じてしまう。
また、低転位結晶を得るには結晶成長における
固液界面をやや凸又は平らに制御することが必要
であるが、このような固液界面の形状は成長速度
に大きく依存している。即ち、成長速度が一定で
ないと、固液界面の形状がふらついてしまい、転
位が増大してしまうのである。
そこで、成長速度を一定に保つために、何等か
の方法で固液界面を検出して成長速度が一定にな
るように降温速度を制御することが考えられる
が、装置が非常に複雑且つ効果になるという欠点
がある。
[発明の目的] 本発明は上記した従来技術の欠点に鑑み、ボー
トの長さ方向の温度分布に若干の凹凸があつても
装置を複雑効果にすることなく結晶成長速度を一
定にして良質の単結晶を得ることのできる―
族化合物半導体単結晶の製造方法を提供すること
を目的としている。
[発明の概要] 即ち、本発明の―族化合物半導体単結晶の
製造方法は、GF法において、複数ゾーンよりな
る電気炉のボートに近いゾーンMに設置した熱電
対T1を標準とし、他のゾーンは上記ゾーンMと
の温度差を設定して制御することにより所定の温
度勾配を作成すると共に、上記ボートの近傍に設
置した他の熱電対T2を結晶の成長方向に一定速
度で移動させながら上記他の熱電対T2の検知温
度が常に結晶の融点Tnとなるように上記各ゾー
ンの加熱電流を制御して、結晶成長速度を一定に
することを要旨としている。
[実施例] 第1図は本発明の一実施例である製造方法を実
施する電気炉の断面図である。電気炉は高温炉1
と低温炉2の2つの部分よりなり、高温炉1はS1
〜S3およびMの4つのゾーンより構成されてい
る。GaAs成長用の石英ボート4はMゾーンに一
番近い所にあり、このMゾーンに近づけて熱電対
T1を置いて温度を検出する。また、このT1温度
を基準として他のゾーンS1,S2,S3に設置された
熱電対TS1,TS2,TS3の温度との差(偏差)を
S1,S2,S3各ゾーンの偏差調節器へ導き、偏差を
一定に保つ様な温度調節を行なわせる。そして
T1とTS1,TS2,TS3との偏差値を適当に決める
ことにより高温炉1内に一定の温度勾配を設け
る。
反応管3の中の石英ボート4にはシード5と
GaAs融液6を収容し、反応管3の右端にはAs7
を設置している。他の熱電対T2を石英ボート4
の近傍に位置させて結晶の成長方向に一定速度で
移動させてその温度をGaAsの融点1238℃に調節
することにより第2図に示すような温度分布をも
たせる。
第2図は第1図の電気炉内の温度分布を示す線
図である。実線9は電気炉内の温度分布を示し、
熱電対T2の先端はGaAsの融点1238℃のTnとし
てシード5側の温度は低く、石英ボート4の本体
側を高く保つことによつてGaAs融液を生じさせ
る。そしてこのまま石英ボート4を降温させれば
通常のGF法と同じであるが、本実施例において
は熱電対T2をL方向に一定速度で移動させ乍ら
常に熱電対T2の温度が融点Tnを保持させるよう
に高温炉1の温度を制御する。即ち、最初は破線
8の状態で溶融した後実線9の状態とし、この状
態を維持し乍ら左方に移動させる。
電気炉1内に上記のような温度勾配を設けてあ
るので、熱電対T2の温度が一定となるよう熱電
対2を高温側(L方向)へ移動させることは、温
度分布を一定に保つたまま降温するのと全く同じ
効果を生じる。また、結晶の成長速度は多少の温
度分布の凹凸に無関係に熱電対T2の移動速度で
規定されるので、温度分布の精度も緩和されるこ
とになる。即ち、成長速度を一定にすることが可
能になるのである。
次にGaAs単結晶の育成を例として実施例を説
明する。
[実施例] 長さ約23cmの石英ボート4にGa400gとドーパ
ントとしてのSi120mgとを混合して収容し、その
石英ボート4の右端に種結晶を置く。これを石英
ガラス製の反応管3の左端に設置すると共に他端
にはAs7を444g入れ、5×10-6Torr以下の減圧
下で1時間真空引きを行なつた後溶封して第1図
に示すような2連式電気炉内に設置する。
As側の低温炉2を約610℃に保つてAsの蒸気
圧は1atmに維持する。一方、高温炉1は熱電対
T2をシード5の付近位置に置いて昇温させ、
1200℃付近でGaAs合成反応を行なわせた後、更
に昇温して熱電対T2を1238℃とすると共に、
GaAs融液中の温度勾配を0.5deg/cmに調整して
シード付けを行なう。その後は熱電対T2をL方
向へ10mm/hrの一定速度で移動させる。
このようにして石英ボート4の左端にまで移動
させた後30時間経過して結晶全体が固化したこと
を確認したならば、その後は約100deg/hrの速
度で室温まで冷却する。これによつて幅5cm、長
さ23cmのGaAs単結晶823gが得られ、これの結晶
成長の様子を観察した結果、成長速度はほぼ10±
1mm/hrの範囲に入り、しかも、固液界面は平面
のまま変動しないことが判明した。
また、この単結晶の{100}面出しを行ない、
溶液KOHでエツチングして転位密度を測定した
ところ、石英ボート4に接触している部分の周囲
5mmを除いて500個/cm2以下の低転位密度
(EPD)の単結晶であることを確認した。
本実施例のGaAs半導体単結晶の製造方法は、
石英ボートのシードに近接して置かれた熱電対の
検知温度が常に結晶の融液となるように電気炉の
温度を制御し乍らその温度計をボート端にゆつく
り一定速度で移動させることによつて、従来のよ
うに電気炉を移動させることなく1つの熱電対を
一定速度で移動させるという簡単な機構を用いて
高品質のGaAs単結晶を製造する事が可能となる
という効果が得られる。
上記実施例はGaAs単結晶の育成について説明
したが、インジウムリン(InP)、ガリウムアン
チモン(GaSb)等他の化合物半導体への応用も
可能である。
[発明の効果] 本発明の―族化合物半導体単結晶の製造方
法は、次のような効果をもつている。
(1) 単純、廉価な手法でGF法における成長速度
管理の難しさを改善できる。
(2) 石英ボート内の温度分布に凹凸があつても結
晶成長に支障なく成長速度を確保できる。
又は自由に変化させることができる。
(3) 結晶成長の固液界面のふらつきがなくなる。
(4) 上記の結果として低転位密度GaAs単結晶を
歩留り良く育成できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例である製造方法を実
施する電気炉の断面図、第2図は第1図の電気炉
内の温度分布を示す線図である。 1:高温炉、2:低温炉、3:反応管、4:石
英ボート、5:シード、6:GaAs融液、7:
As。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ボート及び複数ゾーンに分割された電気炉を
    移動させることなくボートの長さ方向に設けた温
    度勾配を一定に保持したまま前記電気炉の温度を
    徐々に降下させて結晶化させる―族化合物半
    導体単結晶の製造方法において、前記複数ゾーン
    よりなる電気炉の上記ボートに近いゾーンMに設
    置した熱電対T1を標準とし、他のゾーンは前記
    ゾーンMとの温度差を設定して制御することによ
    り所定の温度勾配を作成すると共に、前記ボート
    の近傍に設置した他の熱電対T2を結晶の成長方
    向に一定速度で移動させながら前記他の熱電対
    T2の検知温度が常に前記結晶の融点Tnとなるよ
    うに前記各ゾーンの加熱電流を制御して、結晶成
    長速度を一定にすることを特徴とする―族化
    合物半導体単結晶の製造方法。
JP3978582A 1982-03-12 1982-03-12 3−5族化合物半導体単結晶の製造方法 Granted JPS58156599A (ja)

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JPS58156599A JPS58156599A (ja) 1983-09-17
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01219990A (ja) * 1988-02-19 1989-09-01 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 紙幣処理装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5215073A (en) * 1975-07-26 1977-02-04 Setozaki Tekkosho:Kk Cargo ship having movable deck
JPS56100200A (en) * 1980-01-17 1981-08-11 Sumitomo Electric Ind Ltd Method and apparatus for manufacturing gallium arsenide single crystal

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