[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2700145B2 - 化合物半導体単結晶の製造方法 - Google Patents

化合物半導体単結晶の製造方法

Info

Publication number
JP2700145B2
JP2700145B2 JP19920089A JP19920089A JP2700145B2 JP 2700145 B2 JP2700145 B2 JP 2700145B2 JP 19920089 A JP19920089 A JP 19920089A JP 19920089 A JP19920089 A JP 19920089A JP 2700145 B2 JP2700145 B2 JP 2700145B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
crystal
crucible
single crystal
compound semiconductor
raw material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP19920089A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0365592A (ja
Inventor
荘敬司 甲斐
典之 久保田
健司 小廣
小田  修
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.)
Eneos Corp
Original Assignee
Japan Energy Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Energy Corp filed Critical Japan Energy Corp
Priority to JP19920089A priority Critical patent/JP2700145B2/ja
Publication of JPH0365592A publication Critical patent/JPH0365592A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2700145B2 publication Critical patent/JP2700145B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、液体封止カイロポーラス法(以下、LEK法
と称する)による化合物半導体結晶の製造方法に関す
る。
[従来の技術] 一般に、GaP,GaAs,InP,CdTe等のIII−VおよびII−VI
族化合物半導体は、融点付近で高い蒸気圧を有するため
に、原料融液上をB2O3等からなる液体封止剤層で覆う液
体封止法により単結晶の成長が行なわれている。現在、
この液体封止法としては、液体封止チョクラルスキー法
(LEC法)やLEK法等が知られている。LEC法は、結晶の
成長とともに種結晶を引き上げていく方法であり、種付
けにより結晶方位が制御可能で、また高純度結晶を得や
すいため、工業化されているが、直径制御が困難であっ
て均一の直胴が得難く、また結晶成長時の融液中の温度
匂配が大きいため結晶にかかる熱応力が大きくなり転位
密度が多くなるという欠点を有している。
これに対し、LEK法は、種結晶を回転はさせるものの
引上げは行わずに、耐水性るつぼ中で結晶成長を行なう
ため、成長結晶の直径はるつぼ内径に依存する。そのた
め、直径制御が容易であるとともに、結晶成長時の融液
中温度匂配が数℃/cmであってLEC法に比して1桁小さい
ため、熱応力が小さく、転位密度が少ないという利点を
有している。
従来、かかるLEK法は、例えば第5図(a)および
(b)に示すようにして行なわれていた。
第5図(a)および(b)における結晶成長装置は、
密閉型の高圧容器1内の円筒状のヒータ2が配設されて
おり、このヒータ2の中央には、るつぼ3が配置されて
いる。また、このるつぼ3は、その下端に固着された支
持軸4により回転可能に支持されている。そして、この
るつぼ3中には、GaAs等の原料融液5が入れられてお
り、原料融液5の上面はB2O3等からなる液体封止剤層6
で覆われている。
一方、るつぼ3の上方からは、高圧容器1内に結晶引
上げ軸7が上下動かつ回転自在に垂下されており、この
結晶引上げ軸7によって種結晶を保持し、るつぼ3中の
原料融液5の表面に接触させることができるようになっ
ている。また、高圧容器1の側壁上部には、高圧の不活
性ガスを導入するためのガス導入管8が接続されてお
り、高圧容器1内部の圧力を所定圧力とすることができ
るようになっている。
従来のLEK法は、このような結晶成長装置において、
先ず、第5図(a)に示すように、結晶引上げ軸7によ
って種結晶を原料融液5中に浸漬してるつぼ3と引上げ
軸7を回転させながら引上げは行わずに単結晶を成長さ
せ、結晶9の成長終了後に、第5図(b)に示すよう
に、結晶9を原料融液5から切り離すために液体封止剤
層6上方の高圧不活性ガス10中に引き上げて冷却させる
ようにしていた。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上記従来のLEK法にあっては、高圧不
活性ガスで満たされた高圧不活性ガス10中で液晶の冷却
を行うため、ガスの対流によって融点付近の温度であっ
た結晶が急激に冷却されるので、結晶中の熱応力が大き
くなって転位を発生してしまった。従って、例えば、G,
Jacob,「A NOVEL CRYSTAL GROWTH METHOD FOR G
aAs:THE LIQUID ENCAPSULATED KYROPOULOS METHO
D」,J.Cryst Growth 58(1985)455に記載されている
ように、結晶9を成長軸と垂直に切断して円形ウェハと
した場合、第7図に示すように、転位密度の少ない部分
では2×103〜3×103個/cm2であってLEC法に比して1
桁程度少なくなっているが、多い部分では5×104個/cm
2の密度の転位が生じており、ウェハの面内分布が著し
く不均一となっていた。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもの
で、結晶中の転位密度を低減し、ウェハ面内分布を均一
化できるような化合物半導体単結晶の製造方法を提供す
ることを目的とするものである。
[問題点を解決するための手段] 上記問題点を解決するために、本発明者らは、るつぼ
中で結晶を冷却すれば引上げに伴なう急激な温度変化を
防止できると考え、LEK法による結晶成長終了後に結晶
を高圧不活性ガス中に引き上げ、そのままるつぼ中で冷
却することを検討した。
一方、従来、結晶成長終了後に高圧不活性ガスに引き
上げるのは、結晶を原料融液から切り離すためと、封止
剤などとの熱膨張係数の違いによる応力でクラックが結
晶中に入るのを防止するためである。
発明者らは、このようなクラックは冷却プロファイル
を最適化することで低減できると考え、結晶成長終了後
に種々の速度で冷却し、実験を繰り返した。その結果、
第1図に結晶断面の模式図を示すように冷却速度を5℃
/min以下とすることで結晶中のクラックの発生率を低減
できること、またるつぼ中で結晶を冷却する場合、原料
融液が全て固化するので、原料融液内の温度分布は表面
で最も低く、るつぼ底部になるに従い高温になることが
望ましいことを見出した。これは、融液の中心部で最高
温度となると、結晶成長中にるつぼの底から固化が始ま
り双晶が発生し易くなるほか、上からの固化による単結
晶部と底からの固化による多結晶部が衝突してその境界
で応力が生じ単結晶の転位密度が高くなる可能性がある
ためである。
ただし、結晶成長後そのままるつぼ内で5℃/cm以下
の温度で冷却すればクラックの発生は防止できるもの
の、結晶中の転位密度は第2図に示すようになり、従来
方法による得られた結晶中の転位密度を示す第7図に比
べて平均転位密度は低いが、均一性はそれほど改善され
ないことが明らかになった。そこで、本発明者らはさら
に実験を重ねた結果、結晶形状と転位密度の均一性との
間には、第3図に示すような明関があり、同一重量の結
晶(1kg)を育成する場合、結晶の高さLと直径Dとの
比L/Dを0.8以上とすれば転位密度のほぼ均一な結晶が得
られることを見出した。
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので高圧容
器内に配置したるつぼ中の原料融液を液体封止剤層で覆
い、高圧容器内を高圧不活性ガス雰囲気とし、原料融液
に種結晶を浸漬して単結晶の成長を行なう化合物半導体
単結晶の製造方法において、単結晶の形状がその高さを
L、直径をDとしたときL/Dが0.8以上となるように育成
し、成長終了後にその単結晶を引き上げず、そのままる
つぼ内液体封止剤層下で5℃/min以下の冷却速度で室温
まで除冷することを提案するものである。
[作用] 上記のような化合物半導体単結晶の製造方法によれ
ば、結晶成長終了後に温度変化のないるつぼ中で結晶が
冷却されるとともに、冷却速度を5℃/min以下としたの
で、液体封止剤との熱膨張率の差が緩和され、熱応力が
生じにくくなりこれによって、クラックの発生を防止で
きるとともに、L/Dを0.8以上としたので、結晶の直径が
相対的に小さくなり、中心部と外周部との温度差を小さ
くすることができ、これによって転位密度を低減させ、
かつウェハ面内分布の均一性を向上させることができ
る。
[実施例] (第1実施例) 結晶成長装置は従来と同一構成のもの(第5図(a)
参照)を用いた。
まず、GaAs多結晶1.1kgの、液体封止剤としてのB2O3
を25mmの厚さとなるように秤量として内径60mmのpBN製
のるつぼ3に入れ、ヒータ2により加熱して炉内を1250
℃以上に昇温し、GaAsおよびB2O3を融解させた。このと
き、Asの揮散を防止するためガス導入管8から例えばア
ルゴンガスのような不活性ガスを導入し、高圧容器1内
を30気圧とした。
次に、GaAs融液の表面温度を、GaAsの融点よりもやや
高い温度に調節してから、結晶引上げ軸7を下げて、
(100)面の種結晶を原料融液5に種付けし、るつぼ3
を1℃/hrの割合で冷却しながら、30時間かけて結晶の
成長を行なった。この際、結晶引上げ軸7は5rpmで回転
させ、るつぼ3は逆方向に5rpmで回転させた。
約30時間経過後、結晶がほぼるつぼ底部まで成長した
時点で育成を終了し、結晶およびるつぼの回転を止め、
結晶9を引上げず、るつぼ内液体封止剤層6下で結晶を
5℃/minの割合で室温まで冷却した。このようにして得
られた結晶は、フラットトプップ形で、直径60mm、長さ
75mm、重量約1.1kgの単結晶であった。
このようにして得られた結晶を種付け位置から1cm下
側で切断して(100)面の円形ウェハとし、転位密度を
測定した。その結果を第4図に示す。第4図から判るよ
うに、ウェハの転位密度は2×103〜3×103個/cm2であ
り、面内分布の均一性は良好であった。
(第2実施例) InP単結晶の育成を、第6図に示すような装置を用い
て行なった。
第6図に示す結晶成長装置は、液体封止剤層6の上面
(高圧不活性ガス10との界面)から2〜3mmにおいて液
体封止剤層6を覆う熱遮蔽板14が昇降可能に設けられて
いる。この熱遮蔽板14は、高純度石英製で、周縁にフラ
ンジ部14aを有し中心には種結晶が挿通されるのに十分
なだけの径の孔14bが形成されている。
上記遮蔽板14で液体封止剤層6の上方を覆うようにし
たのは、遮蔽板がないとガス対流に伴う原料融液中温度
の揺らぎによってInPでは双晶が発生し易いためであ
る。上記装置で、炉内アルゴン圧力を50気圧とし炉内を
1100℃以上に昇温した他は第1実施例と同一条件、同一
方法でInP結晶の成長を行なったところ、得られたInP結
晶は、直径60mm、長さ70mm、重量約1kgの単結晶であっ
た。
本実施例で得た結晶について第1実施例の場合と同様
にしてウェハを切り出し、その転位密度を測定した。そ
の結果、転位密度は1×103〜2×103個/cm-2と低く、
しかもウェーハ面内均一性も優れていた。本実施例で
は、熱遮蔽板14を設けたことにより、高圧不活性ガス10
中の対流による原料融液5内の温度ゆらぎが低減され、
結晶の品質が向上する。
なお、本実施例において使用する熱遮蔽板14の材質
は、高純度石英に限らず、BN(窒化ボロン),グラファ
イト等の耐熱性材料であって高純度のものであればよ
い。
以上、2つの実施例においては、いずれも結晶成長後
に、不活性ガスに比べて粘性が大きくかつ比熱の大きな
液体封止剤中で結晶を除冷しているため、高圧容器内の
ガス中で冷却する場合のような対流が液体封止剤中に生
じにくくなる。そのため、ガス中での冷却に比べて急激
かつムラの多い冷却が防止される。さらに、液体封止剤
下で冷却しているので、結晶中からのAsやP等の揮散も
防止できる。
なお、上記各実施例においては、GaAs単結晶およびIn
P単結晶の育成について説明したが、本発明はかかる実
施例に限定されるものばかりではなく、GaPやCdTe等、I
II−V族およびII−VI族化合物半導体単結晶の育成に適
用できる。
また、るつぼの形状は第5図や第6図に示すように完
全な円筒状にする必要はなく、する鉢状にした方が結晶
を取り出し易くなる。
[発明の効果] 以上のように、本発明の化合物半導体単結晶の製造方
法によれば、高圧容器内の配置したるつぼ中の原料融液
を液体封止剤層で覆い、高圧容器内を高圧不活性ガス雰
囲気とし、原料融液に種結晶を浸漬して単結晶の成長を
行なう化合物半導体単結晶の製造方法において、単結晶
の形状がその高さをL、直径をDとしたときL/Dが0.8以
上になるように育成し、成長終了後にその単結晶を引き
上げず、そのままるつぼ内液体封止剤層下で5℃/min以
下の冷却速度で室温まで除冷するようにしたので、結晶
成長終了後に温度変化のないるつぼ中で結晶が冷却され
るとともに冷却速度が遅いために、液体封止剤との熱膨
張率の差が緩和され、熱応力が生じにくくなりこれによ
って、クラックの発生を防止できるとともに、L/Dが0.8
以上であるため、結晶の直径が相対的に大きくなり、中
心部と外周部との温度差を小さくすることができ、これ
によって転位密度を低減させ、かつウェハ面内分布の均
一性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a),(b),(c),(d)および(e)は
それぞれLEK法により育成した結晶をるつぼ内で冷却し
た場合における冷却速度とクラックの発生状況との関係
を示す縦断面図、 第2図は本発明の第1の構成手段(るつぼ内で5℃/min
以下の速度で冷却)のみ適用して得られた結晶のウェハ
面内転位密度の分布を示すグラフ、 第3図は育成した結晶の大きさ(高さと直径の比)とウ
ェハの転位密度の最大値と最小値の比との関係を示すグ
ラフ、 第4図は本発明の第1の実施例により得られた結晶のウ
ェハ面内転位密度の分布を示すグラフ、 第5図(a)および(b)はそれぞれ従来のLEK法にお
ける結晶成長過程および結晶冷却過程での結晶の状態を
示す縦断面図、 第6図は本発明の第2の実施例に使用した結晶成長装置
を示す縦断面図、 第7図は従来法により得られた結晶のウェハ面内転位密
度の分布を示すグラフである。 1……高圧容器、3……るつぼ、5……原料融液、6…
…液体封止剤層、7……結晶引上げ軸、8……ガス導入
管、9……育成結晶、14……熱遮蔽板。
フロントページの続き (72)発明者 小田 修 埼玉県戸田市新曽南3丁目17番35号 日 本鉱業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−90897(JP,A) 特開 平1−145395(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高圧容器内に配置したるつぼ中の原料融液
    を液体封止剤層で覆い、高圧容器内を高圧不活性ガス雰
    囲気とし、原料融液に種結晶を浸漬して単結晶の成長を
    行なう化合物半導体単結晶の製造方法において、育成さ
    れる単結晶の形状を、その高さLと直径Dとの比L/Dを
    0.8以上とし、るつぼ内液体封止剤層下において5℃/
    分以下の速度で冷却を行なうようにしたことを特徴とす
    る化合物半導体単結晶の製造方法。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の方法におい
    て、原料融液の温度がるつぼ底部にいくほど高くなるよ
    うに炉内温度を制御することを特徴とする化合物半導体
    単結晶の製造方法。
JP19920089A 1989-08-02 1989-08-02 化合物半導体単結晶の製造方法 Expired - Lifetime JP2700145B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19920089A JP2700145B2 (ja) 1989-08-02 1989-08-02 化合物半導体単結晶の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19920089A JP2700145B2 (ja) 1989-08-02 1989-08-02 化合物半導体単結晶の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0365592A JPH0365592A (ja) 1991-03-20
JP2700145B2 true JP2700145B2 (ja) 1998-01-19

Family

ID=16403807

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19920089A Expired - Lifetime JP2700145B2 (ja) 1989-08-02 1989-08-02 化合物半導体単結晶の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2700145B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4736401B2 (ja) * 2004-11-02 2011-07-27 住友金属工業株式会社 炭化珪素単結晶の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0365592A (ja) 1991-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4645560A (en) Liquid encapsulation method for growing single semiconductor crystals
EP0751242A1 (en) Process for bulk crystal growth
US4944925A (en) Apparatus for producing single crystals
JP4060106B2 (ja) 一方向凝固シリコンインゴット及びこの製造方法並びにシリコン板及び太陽電池用基板及びスパッタリング用ターゲット素材
JP2700145B2 (ja) 化合物半導体単結晶の製造方法
EP0355833B1 (en) Method of producing compound semiconductor single crystal
JP2690419B2 (ja) 単結晶の育成方法及びその装置
JP3018738B2 (ja) 単結晶製造装置
JP2855408B2 (ja) 単結晶成長装置
JP2781856B2 (ja) 化合物半導体単結晶の製造方法
JPH11302094A (ja) 化合物半導体単結晶の製造方法
JP2531875B2 (ja) 化合物半導体単結晶の製造方法
JPH08277192A (ja) 化合物半導体単結晶の製造装置および製造方法
JP2690420B2 (ja) 単結晶の製造装置
JPS606918B2 (ja) 3−5族化合物単結晶の製造方法
JP2726887B2 (ja) 化合物半導体単結晶の製造方法
JP2002234792A (ja) 単結晶製造方法
JPS6090897A (ja) 化合物半導体単結晶の製造方法および製造装置
JPH01145395A (ja) 化合物半導体単結晶の製造方法
JPH0341432B2 (ja)
JP2922038B2 (ja) 化合物半導体単結晶の製造方法
JP2781857B2 (ja) 単結晶の製造方法
JP2757865B2 (ja) ▲iii▼−▲v▼族化合物半導体単結晶の製造方法
JPH0559879B2 (ja)
JP2773441B2 (ja) GaAs単結晶の製造方法