JPS6335492A - 化合物半導体結晶の成長方法 - 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、昇華法またはハロゲン輸送法を用いた化合物
半導体（ＺｎＳ、Ｚｎ５ｅ　、ＺｎＴｅ　、−ニー）の
バルク単結晶成長方法に関するものであり、特に■−■
族化合物半導体結晶の成長に対して有効な技術である。

〈従来技術とその問題点〉 昇華法、ハロゲン輸送法などの気相輸送成長法では、高
温高圧以下の溶融法などに見られる冷却時の変態点の通
過あるいは結晶多形の混入のような問題は避けられるも
のの、結晶成長の初期状態に及ぼす固定された温度分布
あるいは温度勾配と輸送を生せしめる蒸気流そのものの
影響は著しく大きく、初期結晶の形状や原子配列の完全
性を十分に制御することは容易でない。そのため、初期
の結晶状態を必然的に受は継ぐバルク化後の成長結晶に
おいて、良質な単結晶を再現性良く得ることは困難であ
った。このような問題を解決するため、従来の成長法で
は、基本的には第２図Ｅこ示したようなＴ１−Ｔｌで示
される温度分布を用い、アンプル形状の工夫あるいは種
結晶部と成長部の分割による制御などにより乱れの少な
め結晶の成長法が試みられている。図中、１５は成長容
器、１６は種結晶、１７は原料、１８は単結晶、１９は
ヒータである。しかし、従来法では、固定し九成長環境
（温度分布）での改良を計っているためアンプルへの仕
込み条件が少しでも異なる場合や少しでも外部からの擾
乱が入る場合には、結晶性の低め乱れた状態が出現する
。し２５為モ、物性制御等の観点力・ら成長条件（アン
プル仕込条件、温度条件等）を変更すると単結晶成長条
件から外れる等の問題点が残されているが、これらの問
題点はいずれも結晶成長初期に生ずる乱れを引き継いだ
形態での成長が進行することに最大の原因かある。

〈発明の目的〉 本発明は斯る点に鑑みてなされたもので、ＺｎＳ、Ｚｎ
５ｅ等の■−■族化合物半導体の気相バルク単結晶成長
に際して、任意の時間、空間の間で成長の初期状態を制
御する。即ち種結晶から伸長した初期結晶を局所的に高
温に加熱することにより過飽和度の変化及び流れの影響
等を緩和することにより、種結晶力）ら伸長し径が大と
なる以前に乱れの少ない高品位結晶とし、引き続くバル
クＭ晶化においてより良質な単結晶成長の進行を可能に
する方法を提供すること並びに任意の時間、空間におけ
る初期結晶成長制御の念めの極限され念部分の加熱を実
現させるための装置上の基本的構成（二重ヒーター法）
を提供することにある。

〈発明の概要〉 本発明の結晶成長方法の特徴は、結晶成長領域（通常の
成長においては一定のあるいは傾斜の付与された低温領
域）中に高温部分を創出することにより、その高温部分
を通過して成長する結晶の品質を制御することにある。

即ち、より詳しく記述すると、結晶の成長が低温部で生
じるような本発明の対象とする気相成長法では、種結晶
上への成長は低温域での過飽和度により進行するため、
過飽和度の時間的、空間的変化に依存して結晶化状態が
大きく影響を受け、単結晶化、骸晶化、樹枝状結晶化等
のいずれかあるいはこれらが混在した結晶成長か進行し
易い。特に蒸気流が存在する条件下では結晶表面の過飽
和度は温度差、温度勾配だけでなく流れの時間的、空間
的変化・不均一さに依存する。このような成長装置内の
不定常性は成長法の原理から成長開始初期の過渡的状況
下で特に著しく、その免め、結晶成長初期の状態制御が
特に重要となる。

本発明は成長初期の乱れ（径大化以前に生じ。

以後成長終了まで引き継がれる）を、成長初期に伸長す
る極〈わずかの領域中において、設定された単結晶成長
温度よりも高い温度に設定することにより可能となる過
飽和度制御（緩和と時間的。

空間的一様化）によって減少させることによシ、種結晶
からの良質結晶の安定な伸長の進行を可能とすることを
特徴の１つとする。

さらシこ、本発明においては、上部温度分布の実現の為
に、狭帯ヒーターを案内し、加熱炉構造全体として２重
ヒータとすることが特徴となって＾る。即ち、第１のヒ
ーｆは高温部および低温部の全体の温度分布を安定度高
く十分に精度高く設定するために用い、第２のヒーター
は、任意の位置に移動可能で、任意の時間に任意の温度
Ｓこ加熱可能な狭幅帯ヒーターとして第１のヒーターの
温度分布に重畳して設定される。

上記のような概略構成をさらに具体的に説明すると、成
長装置中で第１ヒータにより、原料（高）温度と成長（
低）温度の２段温度分布に設定された条件下で種結晶力
１らの成長初期の結晶先端が一定長まで伸長した時点で
、結晶先端部位の位置する限られた領域を第２ヒーター
により加熱し、先端部分の結晶表面の温度差（原料温度
に対する差）を制御することにより結晶の均質化、良質
化を計シ、加熱された状態でさらに特定の設定長まで伸
長させ、その位置より、％ｌヒータのみによる径大化の
成長を進行させる。

〈実施例〉 ＺｎＳ、Ｚｎ５ｅの沃素輸送法による単結晶成長法を例
として未発明の成長法と成長炉の一実施例について説明
する。

第１図は本発明の一実施例の説明に供する沃素輸送法を
用いる結晶成長装置の構成図である。成長装置は加熱部
分として第１ヒータ８が容器本体外周囲に巻回されてお
り、ヒータ８と容器の間には上下動可能な環状の第２ヒ
ータ９が垂設されている。尚、成長容器本体は石英アン
プルｌから構成されており、上部に種結晶２．バルク単
結晶７等が配置され、下方Ｅこは原料３が収容されてい
る。

石英アンプルｌは直径３０鵡φ、長さ数１００６の円筒
中空体であり、種結晶２＆こは上部よりヒートシンク４
が接触している。第２ヒータ９は駆動系ｌＯに連結され
、駆動系ｌＯによって上下方向に駆動される。種結晶２
は石英アンプル１の壁上面に空いた成長孔より成長窓開
を臨んでおり、この部分よシ結晶が成長する。石英アン
プルｌの底部にＺｎＳ、Ｚｎ５ｅの単結晶成長用原料３
を充填し、加熱炉内にて第１ヒータ８で原料温度Ｔ工、
成長温度Ｔ２　ｋ持つ温度分布を付与して加熱すること
により成長か開始される。即ち、温度Ｔ１ｆこ加熱され
た原料３か蒸気となり、沃素を輸送媒体として種結晶２
迄運ばれて析出する。種結晶２から成長を始め念結晶が
約５閤程変の小結晶５に伸長した時点で狭帯環状の第２
ヒータ９を動作させ上記温度分布に重畳して温度Ｔ３　
（Ｔａ　＞　Ｔ２　）　ｅ付与する。これによって小結
晶５部分の温度がＴ３迄加熱される。さらに１０〜１５
−ｓ長となるまで小結晶５を成長させる。成長した小結
晶５は温度Ｔ３迄加熱されることによって熱エネルギー
に得て結晶配列の不整合や欠陥が拡散、格子整合化等の
原子運動によって消滅する。成長時の不安定性は成長初
期の小結晶が１０〜１５０以上となった位置でほぼ解消
され、この位置より第２ヒータ９による加熱を緩和もし
くは停止し、第１ヒータ８を主体とした成長温度Ｔ２で
のＺｎＳ又はＺｎ５ｅ単結晶の成長を進行させる。この
ような加熱法番こより伸長しつつある結晶中への欠陥の
発生が阻止され高品質結晶７が成長する。

第２ヒータ９は上下方向に可動であり、成長初期のみな
らず結晶長大化の任意の時点において結晶の任意の部分
２局部的に加熱制御できる為、偶発的形状変化の生じた
場合にも、成長途中でのその場制御により単結晶の再成
長を行なうことが可能である。

〈発明の効果〉 以上説明したように、未発明によれば、種結晶からの結
晶伸長時に結晶性を制御して成長させることができるた
め極めて高品質のノ旬しク単結晶を再現性良く成長させ
ることが可能となる。し力）も上述したようなヒータ構
造のため、成長初期状態が大幅に異なっても制御・再成
長が可能であり。

成長結晶の再結晶６回復作用によって極めて高い生産性
を有するバルク高品位の結晶の成長技術を確立すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は未発明の一実施例の説明に供する成長装置の構
成概略図である。第２図は従来の成長法を説明する成長
装置の概略図である。 １；成長容器、２２種結晶、３：原料、４：ヒートシン
ク、５：小結晶、６：小結晶成長位置、７：単結晶、８
：第１ヒータ、９：第２ヒータ、ｌＯ：駆動系。 代理人　弁理士　杉　山　毅　至（他１名〕第１図　　
　　　　　　　工

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、昇華法またはハロゲン輸送法を用いた化合物半導体
   結晶の成長方法において、結晶成長開始部位に位置する
   狭領域の温度を成長温度より高く制御設定することによ
   り成長初期結晶の結晶性を制御することを特徴とする化
   合物半導体結晶の成長方法。 ２、結晶成長領域と、原料領域を含む全温度分布を設定
   する第１のヒータと、結晶成長開始部位に位置する狭領
   域の温度を制御する第２のヒータとを用いて温度制御す
   る特許請求の範囲第１項記載の化合物半導体結晶の成長
   方法。