JPS6270293A - 化合物半導体単結晶の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＧａＰ、　ＧａＡｓ、　ＩｎＰなどの化合物半
導体単結晶の製造方法に関し、表面状況が良好で且つ不
純物の面内均一性の優れた化合物単結晶ウェハを得る為
の結晶成長方法に係わるものである。

〔従来の技術〕

各種の半導体素子或いは光学素子の作成には、半導体材
料の単結晶が利用されることが多い。そのために各種の
単結晶成長方法が提案されているが、例を化合物半導体
のＧａＡｓ単結晶にとればチョクラルスキー法ＣＣＺ法
、引上法）が、水平ブリッジマン法（ＨＢ法、横引法）
が一般に用いられている。これ等は何れも原料融液に種
結晶を接触させ適切な温度勾配を与えて逐次種結晶に所
望の化合物半導体単結晶を成長せしめる方法である。

この際結晶の成長性の点から、引上法においては種結晶
として＜１００＞、＜１１１＞および（１１０）の方位
をもったものを、横引法においては種結晶として（１１
１’）の方位をもったものを用いている。

近年、結晶の低転位化を計るために、同族元素例えばＧ
ａＡｓにおいてはＩｎを多量添加することによって、低
転位密度の単結晶を（１００＞方向に成長させることが
可能となった。これらの単結晶においては、Ｉｎを多量
含んでいるため、種結晶から結晶成長方向に沿ってＩｎ
濃度は指数関数的に増加している。これを偏析現象と呼
ぶが、この現象は不純物の添加した融液から結晶成長さ
せる際には、必らず発生し、特にＩｎに限らずその他の
不純物Ｃｒ＋Ｆｅでも同様に発生する。

しかしながら、これらの単結晶を成長方向に垂直に切断
して得られたウェハは、面内のＩｎ濃度あるいは不純物
濃度の均一性がよく、これに伴って、ウェハ面内の格子
定数も均一性がよいことが予想されるため、種結晶方位
＜１００＞　、＜１１１＞またはく１１０〉の方位に選
びその成長軸と垂直にウェハを切断して使用することが
多い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、次工程でウェハ基板上１ｃ気相エピタキシヤル
又は液相エピタキシャル層を成長して使用する場合には
、エピタキシャル層の表面状態が鏡面にならずグレイン
境界線などが表われる為、エピタキシャル層の基板とな
る化合物半導体ウェハの面方位を、結晶面（１００｝、
｛１１１）または（１１０）より、１０°以下好ましく
は２〜５°の傾斜した面゛方位をもつウェハを使用する
と、鏡面の表面状態の良いエピタキシャル層が得られる
。

この面方位がずれたウェハを得る方法を引上法の場合で
説明する。第２図（８）は、種結晶１に面方位（１６０
）の結晶を使用し、Ｉｎを添加したＧａＡｓ融液から単
結晶２を（１００）方向に成長させた場合である。この
際単結晶中のＩｎ濃度は前述の偏析現象で第２回出）の
如く、種結晶”部から結晶尾部に行くに従って指数関数
的に増大している。通常はこの結晶をく１００〉軸に垂
直な面で切断しく１００）ウェハを得るのであるが、次
工程で良好な表面状態のエピタキシャル層を得るために
（１００）面から角α０傾いた（ｈｋ　１　）面のウェ
ハを切り出して使用する。この（ｈｋｌ）面を持つウェ
ハは、面内の各部が種結晶からの距離が異なるため、Ｉ
ｎ濃度が均一でなく、従ってウェハ上の格子定数も両端
で最大値と最小値を示すような不均一となる。

このようなウェハ面内で格子定数が異なる基板を用いて
エピタキシャル成長を行った場合、エピタキシャル層の
格子定数と基板のそれとの差が、成る値を超えた領域か
ら、ミスフィツト転位等の欠陥が生ずるという問題があ
った。

〔発明の目的〕

本発明は、上記の問題を解決するため、種結晶を用いて
不純物を添加した化合物半導体単結晶を融液から成長す
る結晶製造方法において、所望のウェハ面方位傾斜度と
一致させた面方位傾斜度をもつ種結晶を用いることを特
徴とし、その目的はウェハ面内での不純物濃度すなわち
格子定数の均一性を向上することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

良好な表面状況を持つエピタキシャル層を得るためにそ
の基板となるウェハに要求さる点は次の２点が必要であ
る。

■ウェハ面内の格子定数が均一であること。（これはウ
ェハ面内の不純物濃度が均一であることと等価である）
。

■ウェハ面が結晶方位面（１００｝、｛１１１）　　又
は（１１０）から１０°以下の傾斜をもっていること。

一方、不純物を添加した融液から結晶成長させた場合は
、第２図（Ｂ）のように結晶成長するにつれて、不純物
濃度が異なるため、ウェハ面内で不純物の均一濃度のウ
ェハを得るには、従来方法のように結晶成長軸に垂直な
面と角度を持った面で切断するのでなく、固液界面がウ
ェハ面となるように、つまり結晶成長軸に垂直な面で切
断することが必要となる。この面は種結晶面方位と平行
であるから、ウェハ面がα０だけ傾いた面（ｈｋｌ）を
欲するのであれば、種結晶自体の面方位を傾斜すること
によって、該目的が達成できる。この際結晶の成長条件
は１０°以下の面方位ずれでは殆んど変化しない。

第１図は、本発明の引上法におけるｌ実施態様であって
、１は種結晶、２は引上中のＧａＡｓ単結晶、３は８２
０Ｂの封止剤、ルはＩｎを添加したＧａＡｓの融液、５
はるつぼである。

種結晶１は、１固液界面が（１００｝、｛１１１）　　
または（１１０）面からα０傾斜した面（ｈｋｌ）面の
方位をもっている。この上うにして結晶成長をさせれば
、α０傾斜したウェハ面内の不純物濃度、格子定数の均
一性は向上し、ひいては良好な表面を持つエピタキシャ
ル基板が得られる。

〔実施例〕

Ｉｎを１　ｃｕｔ％添加したＧａＡｓ融液から、（１０
０）面から２°傾斜した面方位を持つ種結晶を用いて、
ＧａＡｓ単結晶を成長させた。この単結晶の中央部を結
晶成長軸に垂直に、つまり（１００）面から２゜傾斜さ
せて切断したウェハにエピタキシャル層を成長させて、
ウェハ上のＩｎ１度分布及びエピタキシャル層と基板（
ウエノ・）との格子定数の差の分布を調べた。

一方、同一組成のＧａＡｓ融液から、（１００）面の面
方位を持つ種結晶を用いて、ＧａＡｓ単結晶を成長させ
、前述と同様この単結晶の中央部を結晶成長軸との垂直
面からｔ傾斜させてウエノ・を切り出した。つまり（１
００）面から２°傾斜させた面方位を持つウェハを得、
それにエピタキシャル層を成長させて、夫々の分布を調
べた。この場合、ウェハ上のＩｎ濃度は直径方向に沿っ
て単調に増加していたし、ウェハ上に成長させたエピタ
キシャル層と基板（ウェハ）との格子定数の差の分布も
ウェハ上のＩｎ濃度の分布とよく一致した分布を持って
いた。第１表にそれ等の結果を示す。

第　　１　　表 〔発明の効果〕 以上、詳細に説明したように、同族原素等不純物を多量
に添加した原料融液から、種結晶を用いて化合物半導体
単結晶ウェハを製造する際、所望のウェハ面方位傾斜度
に一致させた結晶成長用種結晶を用いるため、簡単に結
晶成長軸と垂直に切り出すことにより、ウェハ面内の不
純物濃度を均一化し、格子定数の均一性を向上させる利
点がある。このことは所望のウェハ、すなわち面方位が
（１００｝、｛１１１）および（１１０）より１０°以
下の傾斜したウェハを使用して、その上にエピタキシャ
ル層を成長させる際、表面状態の良好なエピタキシャル
基板が得られる利点がある。この効果は特に気相エピタ
キシャル成長、有機金属気相エピタキシャル成長、又は
分子線ビームエピタキシャル成長に用いる基板として有
効である。伺引上法において単結晶成長させる場合には
円形ウェハが得やすく、横引法において半結晶成長させ
る場合は、ボート形状に一致したウェハが得られること
も当然の効果である。

以上ＧａＡｓを例として説明して来たが、本発明は単に
ＧａＡｓのみではなく、ＩｎＰ　、ＧａＰ　＋ＣｄＴｅ
等のｍ−ｖ族、Ｕ−■族化合物単結晶の育成にも適用で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による化合物半導体単結晶の製造方法の
１態様を説明する図であって、引上法において種結晶の
面方位が既に傾斜角αを持った（ｈｋｌ）面を持つ例を
示すものであり、第２囚人は従来の製造方法において傾
斜角を持たない種結晶を使用した場合の結晶方位図、第
２図（Ｂ）は結晶成長距離に対する不純物の偏析状況を
示した濃度分布図である。 （主な参照番号） １・・・種結晶、　　　２・・・単結晶、３・・・封止
剤、　　　４・・・原料融液５・・・るつぼ、 ｆ′ＩＴ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）種結晶を用いて、不純物を添加した化合物半導体
   単結晶を、融液から成長する結晶製造方法において、所
   望のウェハ面方位傾斜度と一致させた面方位傾斜度をも
   つ種結晶を用いることを特徴とする化合物半導体単結晶
   の製造方法。
2. （２）前記化合物半導体単結晶がIII−Ｖ族またはIIVI
   化合物半導体の単結晶であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の製造方法。
3. （３）前記ウェハの面方位傾斜度が、面方位｛１００｝
   、｛１１１｝又は｛１１０｝より±１０°以下であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
   製造方法。