JPS6256394A - 化合物半導体単結晶の成長方法 - Google Patents
化合物半導体単結晶の成長方法Info
- Publication number
- JPS6256394A JPS6256394A JP19639585A JP19639585A JPS6256394A JP S6256394 A JPS6256394 A JP S6256394A JP 19639585 A JP19639585 A JP 19639585A JP 19639585 A JP19639585 A JP 19639585A JP S6256394 A JPS6256394 A JP S6256394A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temp
- crystal
- temperature
- single crystal
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- Pending
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Recrystallisation Techniques (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
アンプルに封入した化合物半導体多結晶より均一組成の
単結晶を成長させる方法として、該組成比の状態図が示
す液相化温度と固相化温度との間の温度に成長炉のホッ
トゾーンを保持して帯域溶融法により組成変動のない単
結晶を得る方法。
単結晶を成長させる方法として、該組成比の状態図が示
す液相化温度と固相化温度との間の温度に成長炉のホッ
トゾーンを保持して帯域溶融法により組成変動のない単
結晶を得る方法。
（産業上の利用分野〕
本発明は均一組成の化合物半導体華結晶を成長させる方
法に関する。
法に関する。
半導体デバイスを形成する半導体材料としてはシリコン
（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）のような単体半導体と
ガリウ１１砒素（ＧａＡｓ） ＋ インジウム燐（Ｉｎ
Ｐ）のような化合物半導体とがあり、それぞれ高純度の
単結晶を出発点とし、これを薄く切り出して研磨したウ
ェハを用いて各種の半導体デバイスが形成されている。
（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）のような単体半導体と
ガリウ１１砒素（ＧａＡｓ） ＋ インジウム燐（Ｉｎ
Ｐ）のような化合物半導体とがあり、それぞれ高純度の
単結晶を出発点とし、これを薄く切り出して研磨したウ
ェハを用いて各種の半導体デバイスが形成されている。
本発明は化合物半導体単結晶の成長方法の改良に関する
ものである。
ものである。
化合物半導体中、結晶の成長にはこれを構成する元素の
蒸気圧が大きく異なる場合があることから各種の方法が
実用化されている。
蒸気圧が大きく異なる場合があることから各種の方法が
実用化されている。
例えばＧａＡｓなどＩｎ −Ｖ族元素の場合、■族の蒸
気圧が一般に高いことから■族の溶融金属にＶ族元素の
蒸気を輸送して化合物を合成する水平ブリッジマン法が
使用されている。
気圧が一般に高いことから■族の溶融金属にＶ族元素の
蒸気を輸送して化合物を合成する水平ブリッジマン法が
使用されている。
またインジウム・アンチモン（ＩｎＳｂ）の場合のよう
にｓｂの蒸気圧が低いものについては引き上げ法（Ｃｚ
ｏｃｈｒａｌｓｋｉ法）が使用されている。
にｓｂの蒸気圧が低いものについては引き上げ法（Ｃｚ
ｏｃｈｒａｌｓｋｉ法）が使用されている。
然し、最もよく使用されている方法は帯域溶融法である
。
。
この方法は目的の組成比に秤量した成分元素を細長い石
英アンプルに封入し、ロッキング（ｒｏｃｋｉｎｇ）Ｌ
ながら加熱溶融した後に急冷して均一組成の多結晶イン
ボッ１〜を作り、これを複数個に分割されたヒータによ
って、その一部が化合物半導体の融点以上の温度に設定
されている成長炉の中を移動させることにより石英アン
プル中の多結晶インゴットを部分的に溶融せしめ、イン
ゴットの下端に作った単結晶から順次結晶成長させるこ
とにより総てのインゴットを単結晶化させるものである
。
英アンプルに封入し、ロッキング（ｒｏｃｋｉｎｇ）Ｌ
ながら加熱溶融した後に急冷して均一組成の多結晶イン
ボッ１〜を作り、これを複数個に分割されたヒータによ
って、その一部が化合物半導体の融点以上の温度に設定
されている成長炉の中を移動させることにより石英アン
プル中の多結晶インゴットを部分的に溶融せしめ、イン
ゴットの下端に作った単結晶から順次結晶成長させるこ
とにより総てのインゴットを単結晶化させるものである
。
然しなから、この場合に均一組成の結晶を得るためには
成長炉の中に設けたインゴットの融点基との温度分布を
もつ領域（以下ホットゾーンと云う）の幅をできるだけ
狭くする必要がある。
成長炉の中に設けたインゴットの融点基との温度分布を
もつ領域（以下ホットゾーンと云う）の幅をできるだけ
狭くする必要がある。
その理由は成分元素が完全に融合して固溶体を形成する
材料（以下全率固溶体材料と云う）を溶融温度から凝固
温度まで徐々に冷却してゆく場合には、析出した結晶組
成と融液組成とは共に時々刻々と変化するからである。
材料（以下全率固溶体材料と云う）を溶融温度から凝固
温度まで徐々に冷却してゆく場合には、析出した結晶組
成と融液組成とは共に時々刻々と変化するからである。
これを例について説明すると次のようになる。
第２図は水銀・カドミウム・テルル（Ｈｇ Ｃｄ Ｔｅ
）化合物半導体の状態図を示すもので、横軸には・Ｈｇ
Ｔｅ ｌ：！：ＣｄＴｅとのモル比がとられている。
）化合物半導体の状態図を示すもので、横軸には・Ｈｇ
Ｔｅ ｌ：！：ＣｄＴｅとのモル比がとられている。
いま、Ｈｇ ： Ｃｄ ： Ｔｅの組成比が０．８
：０．２ ： ｌのインゴットを溶融温度以上の温度
より徐々に冷却する場合を考えると、融体の温度は破線
１に従って低下してゆくが、約７９０℃にまで低下する
と結晶核が発生し、この核の組成は図からＣｄＴｅ ：
！１３Ｔｅ＝０．５８ ： ０．４２程度であり、温
度の降下と共に融液の組成は液相線２に従って変化し、
一方複数の結晶核は固相線３に沿って組成比が変化しつ
つ成長し、６９０℃にまで低下するとＣｄＴｅ ： Ｈ
ｇＴｅ＝０．２ ：０．８の組成比で結晶化してしま
う。
：０．２ ： ｌのインゴットを溶融温度以上の温度
より徐々に冷却する場合を考えると、融体の温度は破線
１に従って低下してゆくが、約７９０℃にまで低下する
と結晶核が発生し、この核の組成は図からＣｄＴｅ ：
！１３Ｔｅ＝０．５８ ： ０．４２程度であり、温
度の降下と共に融液の組成は液相線２に従って変化し、
一方複数の結晶核は固相線３に沿って組成比が変化しつ
つ成長し、６９０℃にまで低下するとＣｄＴｅ ： Ｈ
ｇＴｅ＝０．２ ：０．８の組成比で結晶化してしま
う。
それ故に、従来はホットゾーンの幅をできるだけ短くし
、急峻な温度勾配を持つ炉を設計して使用し、インゴッ
トの溶融状態幅〔状態図で液相線と固相線とに挟まれた
領域の状態、以下略してスラッシュ（Ｓｌｕｓｈ）状態
幅〕をできるだけ狭くしていた。
、急峻な温度勾配を持つ炉を設計して使用し、インゴッ
トの溶融状態幅〔状態図で液相線と固相線とに挟まれた
領域の状態、以下略してスラッシュ（Ｓｌｕｓｈ）状態
幅〕をできるだけ狭くしていた。
然し、現状の帯域溶融法では成長軸方向での組成変動は
避けられないし、またこのような急峻な温度勾配のもと
で成長した結晶は熱歪によって転位が発生し、亜粒界が
でき易い。
避けられないし、またこのような急峻な温度勾配のもと
で成長した結晶は熱歪によって転位が発生し、亜粒界が
でき易い。
そのためにこのような結晶を用いてデバイスを形成する
とデバイスの特性を劣化させると云う問題があった。
とデバイスの特性を劣化させると云う問題があった。
以上記したように化合物半導体の単結晶を帯域溶融法で
形成する場合には成長軸方向への組成変動を生じており
、また転位密度の高い結晶ができるために、かかる結晶
基板、を用いては高品質なデバイスは形成できないこと
が問題である。
形成する場合には成長軸方向への組成変動を生じており
、また転位密度の高い結晶ができるために、かかる結晶
基板、を用いては高品質なデバイスは形成できないこと
が問題である。
上記の問題は複数の成分元素が完全に融合して固溶体を
形成する化合物半導体材料を所定の組成比に混合した後
、該混合物を溶融して前記組成比の単結晶を成長させる
方法として、成長炉のホットゾーン温度を該組成比の状
態図が示す液相化温度と固相化温度との間の温度に設定
し、帯域溶融法により結晶成長を行う化合物半導体単結
晶の成長方法をとることにより解決することができる。
形成する化合物半導体材料を所定の組成比に混合した後
、該混合物を溶融して前記組成比の単結晶を成長させる
方法として、成長炉のホットゾーン温度を該組成比の状
態図が示す液相化温度と固相化温度との間の温度に設定
し、帯域溶融法により結晶成長を行う化合物半導体単結
晶の成長方法をとることにより解決することができる。
本発明は電気炉のホットゾーンの温度を状態図が示す液
相化温度と固相化温度の中間領域に設定することにより
均一組成の化合物半導体単結晶を成長させるものである
。
相化温度と固相化温度の中間領域に設定することにより
均一組成の化合物半導体単結晶を成長させるものである
。
すなわち従来の帯域溶融法による場合はホットゾーンに
置かれた石英アンプル中のインゴットは溶解しているが
、この場合は状態図で液相線と固相線とに挟まれた領域
であるために融液中に析出結晶が浮遊しているスラッシ
ュ状態にある。
置かれた石英アンプル中のインゴットは溶解しているが
、この場合は状態図で液相線と固相線とに挟まれた領域
であるために融液中に析出結晶が浮遊しているスラッシ
ュ状態にある。
第１図は第２図で説明した組成比のＨｇ Ｃｄ Ｔｅイ
ンゴットを本発明の結晶成長法により単結晶化する方法
を図示するものである。
ンゴットを本発明の結晶成長法により単結晶化する方法
を図示するものである。
第１図（Ｂ）は本発明に使用する電気炉の温度プロフィ
ルを示すもので、同図（Ａ）はかかる温度プロフィルの
電気炉の中をアンプル４に封じ込んだ化合物半専体多結
晶が降下してゆく場合の状態変化を示すものである。
ルを示すもので、同図（Ａ）はかかる温度プロフィルの
電気炉の中をアンプル４に封じ込んだ化合物半専体多結
晶が降下してゆく場合の状態変化を示すものである。
すなわち従来は同図（Ｂ）の点線５に示すようにホット
ゾーンの温度は部分的にその組成の融点（７９０℃）以
上になるように設定してあった。
ゾーンの温度は部分的にその組成の融点（７９０℃）以
上になるように設定してあった。
然し、今度の場合は電気炉の温度分布は実線６で示すよ
うな温度プロフィルに設定してあり、ホットゾーンの最
高温度は液相化温度の７８０℃以下である。
うな温度プロフィルに設定してあり、ホットゾーンの最
高温度は液相化温度の７８０℃以下である。
この場合アンプル４においてホットゾーンに対応するイ
ンゴットはスラッシュ状の融体７となっており、結晶成
長が起こるが、この結晶成長は融体７の下の単結晶８が
成長する形で生ずる。
ンゴットはスラッシュ状の融体７となっており、結晶成
長が起こるが、この結晶成長は融体７の下の単結晶８が
成長する形で生ずる。
この理由は結晶成長には選択性があって、エピタキシャ
ル成長する場合が最もエネルギが少なくて済み、例え単
結晶８の上に結晶核が付着しても結晶単位体積当たり融
液に接する面積が大きくなるため溶融し、その結果単結
晶８の成長だけが行われることになる。
ル成長する場合が最もエネルギが少なくて済み、例え単
結晶８の上に結晶核が付着しても結晶単位体積当たり融
液に接する面積が大きくなるため溶融し、その結果単結
晶８の成長だけが行われることになる。
またこの状態ではアンプル４の中の融体７はこの上にあ
る多結晶体９と平衡状態を保ち、原料の供給を受けてい
るので組成変動が起こることもない。
る多結晶体９と平衡状態を保ち、原料の供給を受けてい
るので組成変動が起こることもない。
ｔｌｇ： Ｃｄ ： Ｔｅを０．８ ：０．２ ：
１の組成比に秤盪し、これを内径１８１１ｍの石英ア
ンプルに封止し、これをロッキングしながら８３０℃に
加熱して溶融した後に急冷し、長さが２５ｃｍの均一組
成の多結晶体を作った。
１の組成比に秤盪し、これを内径１８１１ｍの石英ア
ンプルに封止し、これをロッキングしながら８３０℃に
加熱して溶融した後に急冷し、長さが２５ｃｍの均一組
成の多結晶体を作った。
この多結晶体はデンドライト、状の微細結晶である。
次に電気炉に通電して第１図（Ｂ）の実線６で示すプロ
フィルの温度分布を形成しておき、これにアンプル４を
挿入し、その先端１０をホットゾーンの中の温度（７２
０℃）に設定して１日間に互って保持した。
フィルの温度分布を形成しておき、これにアンプル４を
挿入し、その先端１０をホットゾーンの中の温度（７２
０℃）に設定して１日間に互って保持した。
これによりアンプルの先端部には単結晶が成長している
。
。
次に１ｍ１７日の割合で平衡を保ちながらアンプル４を
徐々に降下させ、多結晶体９の上端が固相化温度に達し
たら降下を低下し、その状態で２０日間焼鈍を行った後
徐冷した。
徐々に降下させ、多結晶体９の上端が固相化温度に達し
たら降下を低下し、その状態で２０日間焼鈍を行った後
徐冷した。
このようにして形成した単結晶についてＣｄの成分組成
を成長軸方向に分析したが、その組成変動は０．２±０
．０３と均一であり、また半径方向の変動も０．２ ±
０．０２と非常に均一であった。
を成長軸方向に分析したが、その組成変動は０．２±０
．０３と均一であり、また半径方向の変動も０．２ ±
０．０２と非常に均一であった。
（発明の効果〕
以上記したように本発明の実施により化合物半風体につ
いて成長軸方向への組成変動が少なく、また転位密度の
低い良質の結晶を作ることができる。
いて成長軸方向への組成変動が少なく、また転位密度の
低い良質の結晶を作ることができる。
第１図はアンプル位置と電気炉内の温度分布との関係図
、 第２図はｔｌｇ Ｃｄ Ｔｅの状態図、である。 図において、 ２は液相線、 ３は固相線、４はアンプル
、 ７は融体、８は単結晶、
９は多結晶体、ｌＯは先端、 である。
、 第２図はｔｌｇ Ｃｄ Ｔｅの状態図、である。 図において、 ２は液相線、 ３は固相線、４はアンプル
、 ７は融体、８は単結晶、
９は多結晶体、ｌＯは先端、 である。
Claims (1)
- 複数の成分元素が完全に融合して固溶体を形成する化
合物半導体材料を所定の組成比に混合した後、該混合物
を溶融して前記組成比の単結晶を成長させる方法として
、成長炉のホットゾーン温度を該組成比の状態図が示す
液相化温度と固相化温度との間の温度に設定し、帯域溶
融法により結晶成長を行うことを特徴とする化合物半導
体単結晶の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19639585A JPS6256394A (ja) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | 化合物半導体単結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19639585A JPS6256394A (ja) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | 化合物半導体単結晶の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6256394A true JPS6256394A (ja) | 1987-03-12 |
Family
ID=16357153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19639585A Pending JPS6256394A (ja) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | 化合物半導体単結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6256394A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11215286B2 (en) | 2018-07-04 | 2022-01-04 | Tsinghua University | Magnetic liquid sealing device adapted to axial and radial displacements of connection |
-
1985
- 1985-09-05 JP JP19639585A patent/JPS6256394A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11215286B2 (en) | 2018-07-04 | 2022-01-04 | Tsinghua University | Magnetic liquid sealing device adapted to axial and radial displacements of connection |
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