JPS63206398A - ＧａＡｓ単結晶の成長方法 - Google Patents
ＧａＡｓ単結晶の成長方法Info
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- JPS63206398A JPS63206398A JP4070487A JP4070487A JPS63206398A JP S63206398 A JPS63206398 A JP S63206398A JP 4070487 A JP4070487 A JP 4070487A JP 4070487 A JP4070487 A JP 4070487A JP S63206398 A JPS63206398 A JP S63206398A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は高純度ＧａＡｓ単結晶成長方法、特にＳｉの
汚染のない２ステツプ法ＧａＡｓ単結晶の成長方法に関
するものである。
汚染のない２ステツプ法ＧａＡｓ単結晶の成長方法に関
するものである。
従来、２ステツプ法ＧａＡｓ単結晶の成長方法は、第３
図（ａ）に示すように反応管４の一方の側にＡｓ５を置
き、他方の側にＧａｌの入った石英製ボート３を置いた
のちに反応管４を封止して反応管のＡｓ部分を６１０℃
に、Ｇａの入っている石英製ボート部分を約１２５０℃
に室温から昇温する工程を経たのちに、形成されたＧａ
Ａｓのメルトを１２３８℃まで冷却してＧ ａ Ａ ｓ
多結晶を成長させる工程をおこなう。次に成長したＧａ
Ａｓ多結晶のトップ（ｔｏｐ）側とテール（ｔａｉｌ）
側を切断して除去し残った中側のＧａＡｓ多結晶７を第
３図（ｂ）のように再度石英製ボート３中で溶解し種結
晶６で種づけしながら単結晶成長をおこなう工程とから
なっていた。このような２ステツプ法ＧａＡｓ単結晶は
ＧａとＡｓとを直接に合成しておこなう直接合成法Ｇａ
Ａｓ単結晶に比較して２度の成長をおこなうわずられし
さを伴うものの、Ｇａ、Ａｓ及び石英製ボートから発生
するＦｅ、Ｃｒ、Ｃ，Ｓｉ、Ｓなどの好ま・しくない不
純物が、高濃度に偏析する多結晶のトップ側もしくはテ
ール側を切断除去した多結晶を再溶解してから初めて単
結晶を成長するので単結晶中の残留不純物濃度の平均値
を低減できる特長がある。
図（ａ）に示すように反応管４の一方の側にＡｓ５を置
き、他方の側にＧａｌの入った石英製ボート３を置いた
のちに反応管４を封止して反応管のＡｓ部分を６１０℃
に、Ｇａの入っている石英製ボート部分を約１２５０℃
に室温から昇温する工程を経たのちに、形成されたＧａ
Ａｓのメルトを１２３８℃まで冷却してＧ ａ Ａ ｓ
多結晶を成長させる工程をおこなう。次に成長したＧａ
Ａｓ多結晶のトップ（ｔｏｐ）側とテール（ｔａｉｌ）
側を切断して除去し残った中側のＧａＡｓ多結晶７を第
３図（ｂ）のように再度石英製ボート３中で溶解し種結
晶６で種づけしながら単結晶成長をおこなう工程とから
なっていた。このような２ステツプ法ＧａＡｓ単結晶は
ＧａとＡｓとを直接に合成しておこなう直接合成法Ｇａ
Ａｓ単結晶に比較して２度の成長をおこなうわずられし
さを伴うものの、Ｇａ、Ａｓ及び石英製ボートから発生
するＦｅ、Ｃｒ、Ｃ，Ｓｉ、Ｓなどの好ま・しくない不
純物が、高濃度に偏析する多結晶のトップ側もしくはテ
ール側を切断除去した多結晶を再溶解してから初めて単
結晶を成長するので単結晶中の残留不純物濃度の平均値
を低減できる特長がある。
上述した従来の２ステツプ法ＧａＡｓ単結晶成長方法は
、最初の多結晶成長の前工程において、室温でＧａｌを
石英製ボート３に入れたのちにＧａとＡｓのメルトがで
きる約１２５０℃まで昇温していたために、４Ｇａ＋３
Ｓｉ０２−＋３Ｓｉ＋２Ｇａｚ ｏ３なるＧａと溶融石
英との反応を生じてしまい、その結果として石英製ボー
トから溶出したＳｉのＧａＡｓメルト中への混入を避け
られない欠点があった。従って、このようなＧａＡｓメ
ルトから成長したＧａＡｓ多結晶には１０１６Ｃ１１−
’程度のＳｉが残留し、単結晶化した後＋５ −３ にも５×１０ ｃＩｌ 程度のＳｉの汚染を生じる問題
があった。
、最初の多結晶成長の前工程において、室温でＧａｌを
石英製ボート３に入れたのちにＧａとＡｓのメルトがで
きる約１２５０℃まで昇温していたために、４Ｇａ＋３
Ｓｉ０２−＋３Ｓｉ＋２Ｇａｚ ｏ３なるＧａと溶融石
英との反応を生じてしまい、その結果として石英製ボー
トから溶出したＳｉのＧａＡｓメルト中への混入を避け
られない欠点があった。従って、このようなＧａＡｓメ
ルトから成長したＧａＡｓ多結晶には１０１６Ｃ１１−
’程度のＳｉが残留し、単結晶化した後＋５ −３ にも５×１０ ｃＩｌ 程度のＳｉの汚染を生じる問題
があった。
本発明の目的は上述した２ステツプ法ＧａＡｓ単結晶の
成長方法において生じていたような欠点を解決して石英
製ボートからのＳｉの汚染のない高純度ＧａＡｓ単結晶
の成長方法を提供することにある。
成長方法において生じていたような欠点を解決して石英
製ボートからのＳｉの汚染のない高純度ＧａＡｓ単結晶
の成長方法を提供することにある。
本発明によれば、ＧａとＡｓを直接に合成してなるＧａ
Ａｓ多結晶を溶解したのちに単結晶を再度成長をおこな
う２ステツプ法ＧａＡｓ単結晶成長方法において、Ｇａ
と反応しない耐熱性容器に収容したＧａを、Ｇａ２ ｏ
、形成の自由エネルギーと溶融石英形成の自由エネルギ
ーとが等しくなる温度を超え、かつ溶融石英の軟化点以
下の温度にあらかじめ加熱した石英製ボートに注ぎ込む
工程を経て多結晶成長をおこなう工程と、得られたＧａ
Ａｓ多結晶のトップ側とテール側とを切断除去する工程
とを共に有することを特徴とする２ステツプ法ＧａＡｓ
単結晶の成長方法が得られる。
Ａｓ多結晶を溶解したのちに単結晶を再度成長をおこな
う２ステツプ法ＧａＡｓ単結晶成長方法において、Ｇａ
と反応しない耐熱性容器に収容したＧａを、Ｇａ２ ｏ
、形成の自由エネルギーと溶融石英形成の自由エネルギ
ーとが等しくなる温度を超え、かつ溶融石英の軟化点以
下の温度にあらかじめ加熱した石英製ボートに注ぎ込む
工程を経て多結晶成長をおこなう工程と、得られたＧａ
Ａｓ多結晶のトップ側とテール側とを切断除去する工程
とを共に有することを特徴とする２ステツプ法ＧａＡｓ
単結晶の成長方法が得られる。
第２図は本発明の詳細な説明するための図で横軸に温度
を、縦軸に酸化物形成の自由エネルギーを示したもので
ある。この図は、石英（Ｓｉ０２）の形成の自由エネル
ギーの温度曲線２１とＧａ２Ｏ３の形成の自由エネルギ
ーの温度曲線２２を示したものである。５ｉ０２形成の
自由エネルギーは５ｉ０２の構造により多少異なるが、
約９６７〜９７６℃以上の温度でＧａ２Ｏ３形成の自由
エネルギーより負に常に大きい、すなわち、約９６７〜
９７６℃以下の温度では熱力学から明らかなようにＧａ
２Ｏ３よりＳ ｉ ０２の方が安定に存在しているので
、Ｇａと’５ｉ０２が共存する系において前述のＧａと
ＳｉＯ□との反応が自然に生じ、５ｉ０２中からＳｉの
溶出を生じてしまうが、５ｉ０２とＧａ２Ｏ３の自由エ
ネルギーが等しくなるような９６７〜９７６℃を超える
温度ではＧａと５ｉ０２との反応は全く生じないのであ
る。
を、縦軸に酸化物形成の自由エネルギーを示したもので
ある。この図は、石英（Ｓｉ０２）の形成の自由エネル
ギーの温度曲線２１とＧａ２Ｏ３の形成の自由エネルギ
ーの温度曲線２２を示したものである。５ｉ０２形成の
自由エネルギーは５ｉ０２の構造により多少異なるが、
約９６７〜９７６℃以上の温度でＧａ２Ｏ３形成の自由
エネルギーより負に常に大きい、すなわち、約９６７〜
９７６℃以下の温度では熱力学から明らかなようにＧａ
２Ｏ３よりＳ ｉ ０２の方が安定に存在しているので
、Ｇａと’５ｉ０２が共存する系において前述のＧａと
ＳｉＯ□との反応が自然に生じ、５ｉ０２中からＳｉの
溶出を生じてしまうが、５ｉ０２とＧａ２Ｏ３の自由エ
ネルギーが等しくなるような９６７〜９７６℃を超える
温度ではＧａと５ｉ０２との反応は全く生じないのであ
る。
本発明は、上記の原理、すなわち５ｉ０２とＧａ２Ｏ３
との自由エネルギーの温度曲線の違いを利用して、両酸
化物形成の自由エネルギーが等しくなる温度を超えるよ
うな温度ではＧａとＳｉｏ２の反応が全く生じないと云
う極めて簡単ではあるが新規な考えに基づいた点で前述
した従来例と大きな違いがある。
との自由エネルギーの温度曲線の違いを利用して、両酸
化物形成の自由エネルギーが等しくなる温度を超えるよ
うな温度ではＧａとＳｉｏ２の反応が全く生じないと云
う極めて簡単ではあるが新規な考えに基づいた点で前述
した従来例と大きな違いがある。
第１図は本発明の一実施例を説明するための図で、Ｇａ
Ａｓ結晶成長炉の断面と温度分布とをともに示している
。第１図（ａ）に示すように、まず室温下でＧａｌを入
れたパイロリテック窒化ボロン（ｐＢＮ）製耐熱性容器
２を約１０００℃に加熱した石英製ボート３の真上に移
動し、さらにｐＢＮ製容器２を傾けてＧａｌを石英製ボ
ート３に注ぐ０次に第１図（ｂ）に示すように石英製反
応管４の他方の側にＡｓ５を置き、石英製反応管４を封
止するとともに昇温して温度分布を得て、ＧａＡｓメル
ト７を形成し、さらにＡｓ５側のＧ ａ Ａ ｓメルト
７から固化しながら多結晶成長を開始する。なお、第１
図（ａ）で１０００℃の石英製ボート３の熱容量が小さ
い場合には、移動前に耐熱性容器２をあらかじめ加熱し
ておき、石英製ボート３の温度降下を防止しても良い０
次に形成されたＧａＡｓ多結晶インゴットのうちトップ
側の１／１０とテール側の１１５を除去して残った中間
部のＧａＡｓ多結晶７を第１図（ｃ）に示すような温度
分布と断面図をもった成長炉にて１２５０℃で溶解した
のち種結晶６側からゆっくり冷してＧａＡｓ単結晶成長
をおこなう。
Ａｓ結晶成長炉の断面と温度分布とをともに示している
。第１図（ａ）に示すように、まず室温下でＧａｌを入
れたパイロリテック窒化ボロン（ｐＢＮ）製耐熱性容器
２を約１０００℃に加熱した石英製ボート３の真上に移
動し、さらにｐＢＮ製容器２を傾けてＧａｌを石英製ボ
ート３に注ぐ０次に第１図（ｂ）に示すように石英製反
応管４の他方の側にＡｓ５を置き、石英製反応管４を封
止するとともに昇温して温度分布を得て、ＧａＡｓメル
ト７を形成し、さらにＡｓ５側のＧ ａ Ａ ｓメルト
７から固化しながら多結晶成長を開始する。なお、第１
図（ａ）で１０００℃の石英製ボート３の熱容量が小さ
い場合には、移動前に耐熱性容器２をあらかじめ加熱し
ておき、石英製ボート３の温度降下を防止しても良い０
次に形成されたＧａＡｓ多結晶インゴットのうちトップ
側の１／１０とテール側の１１５を除去して残った中間
部のＧａＡｓ多結晶７を第１図（ｃ）に示すような温度
分布と断面図をもった成長炉にて１２５０℃で溶解した
のち種結晶６側からゆっくり冷してＧａＡｓ単結晶成長
をおこなう。
このようにして得られた２ステツプ法成長のＧａＡｓ単
結晶は、従来の２ステツプ法の結晶成長方法では得られ
なかったようなＳｉの汚染がない高純度であった。残留
Ｓｉ濃度を二次イオン質量分析装置で微量分析した結果
、分析の検出限界３ Ｘ １０ ”ａｍ−’以下であっ
た。従来の方法で形成したＧａＡｓ単結晶中のＳｉ濃度
は５×１０”Ｃ１１−’以上であったから、本発明の単
結晶では約１／１０に低減できたことになる。
結晶は、従来の２ステツプ法の結晶成長方法では得られ
なかったようなＳｉの汚染がない高純度であった。残留
Ｓｉ濃度を二次イオン質量分析装置で微量分析した結果
、分析の検出限界３ Ｘ １０ ”ａｍ−’以下であっ
た。従来の方法で形成したＧａＡｓ単結晶中のＳｉ濃度
は５×１０”Ｃ１１−’以上であったから、本発明の単
結晶では約１／１０に低減できたことになる。
なお、上記実施例では、あらかじめ加熱する石英製ボー
ト３の温度を１０００℃にしたが、この温度を最初から
ＧａＡｓメルト形成の温度である約１２５０℃にすれば
、石英製ボート３の温度とＧａＡｓメルト形成の温度と
が一致しているので、後で昇温するわずられしさがない
利点を有する。
ト３の温度を１０００℃にしたが、この温度を最初から
ＧａＡｓメルト形成の温度である約１２５０℃にすれば
、石英製ボート３の温度とＧａＡｓメルト形成の温度と
が一致しているので、後で昇温するわずられしさがない
利点を有する。
また、あらかじめ加熱しておく石英製ボートの温度は最
大で溶融石英の軟化点（約１５００℃）近傍にまで昇温
してもさしつかえない。
大で溶融石英の軟化点（約１５００℃）近傍にまで昇温
してもさしつかえない。
なお、上記実施例では、単結晶成長はボート成長法につ
いて説明したが本発明はチョクラルスキー法やＬ Ｅ
Ｃ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ Ｃｚｏ
ｃｈｒａｌｓｋｉ）法などの他の単結晶成長方法にも適
用できる。
いて説明したが本発明はチョクラルスキー法やＬ Ｅ
Ｃ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ Ｃｚｏ
ｃｈｒａｌｓｋｉ）法などの他の単結晶成長方法にも適
用できる。
以上説明したように本発明は、約９６７〜９７６℃を超
える温度に加熱された石英製ボートにＧａを入れてから
Ｇ ａ Ａ ｓメルトを形成し多結晶を成長させ、さら
に形成された多結晶インゴットの両端を除去した多結晶
を溶解して、さらに単結晶成長をおこなうことにより、
ＧａやＡｓ中にもともと含まれているような不純物元素
の濃度を低減させることに加えて、結晶成長の石英製ボ
ートからのＳｉの汚染を防止する効果がある。
える温度に加熱された石英製ボートにＧａを入れてから
Ｇ ａ Ａ ｓメルトを形成し多結晶を成長させ、さら
に形成された多結晶インゴットの両端を除去した多結晶
を溶解して、さらに単結晶成長をおこなうことにより、
ＧａやＡｓ中にもともと含まれているような不純物元素
の濃度を低減させることに加えて、結晶成長の石英製ボ
ートからのＳｉの汚染を防止する効果がある。
第１図は本発明の一実施例を説明するためのＧａＡｓ結
晶成長炉の断面図と温度分布図で、第１図（ａ）、（ｂ
）はＧａＡｓ多結晶成長方法を、第１図（Ｃ）は単結晶
成長方法を示した図、第２図は本発明の詳細な説明する
ための温度曲線図、第３図（ａ）、（ｂ）は従来の２ス
テツプ法Ｇ ａ Ａ ｓ単結晶成長炉の断面図と温度分
布を示す。 １・・・Ｇａ、２・・・耐熱性容器、３・・・石英製ボ
ート、４・・・反応管、５・・・Ａｓ、６・・・種結晶
、７・・・ＧａＡｓ多結晶。 第１ 図 第２図
晶成長炉の断面図と温度分布図で、第１図（ａ）、（ｂ
）はＧａＡｓ多結晶成長方法を、第１図（Ｃ）は単結晶
成長方法を示した図、第２図は本発明の詳細な説明する
ための温度曲線図、第３図（ａ）、（ｂ）は従来の２ス
テツプ法Ｇ ａ Ａ ｓ単結晶成長炉の断面図と温度分
布を示す。 １・・・Ｇａ、２・・・耐熱性容器、３・・・石英製ボ
ート、４・・・反応管、５・・・Ａｓ、６・・・種結晶
、７・・・ＧａＡｓ多結晶。 第１ 図 第２図
Claims (1)
- 反応管内で、Ｇａと反応しない耐熱性容器に収容したＧ
ａをＧａ＿２Ｏ＿３の形成の自由エネルギーと溶融石英
の形成の自由エネルギーとが等しくなる温度を超えかつ
溶融石英の軟化点以下の温度にあらかじめ加熱した石英
製ボートに注ぎ込みＡｓと合成してＧａＡｓ多結晶成長
をおこなう工程と、得られたＧａＡｓ多結晶のトップ（
ｔｏｐ）側とテール（ｔａｉｌ）側とを切断除去し残っ
たＧａＡｓ多結晶を再溶解してＧａＡｓ単結晶成長させ
る工程とを有することを特徴とするＧａＡｓ単結晶の成
長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4070487A JPS63206398A (ja) | 1987-02-23 | 1987-02-23 | ＧａＡｓ単結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4070487A JPS63206398A (ja) | 1987-02-23 | 1987-02-23 | ＧａＡｓ単結晶の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63206398A true JPS63206398A (ja) | 1988-08-25 |
Family
ID=12587961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4070487A Pending JPS63206398A (ja) | 1987-02-23 | 1987-02-23 | ＧａＡｓ単結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63206398A (ja) |
-
1987
- 1987-02-23 JP JP4070487A patent/JPS63206398A/ja active Pending
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