JPH01167295A - 化合物半導体単結晶成長用るつぼ - 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〕 本発明は化合物半導体単結晶を引上法により成長させる
ときに使用するるつぼに関するものである。

〔従来の技術とその問題点〕

ＧａＡｓなどの化合物半導体をチョクラルスキー法で結
晶成長させる場合、従来は底部が平坦なもの、或いは球
面状などのものがあり、また第３図に示すように底が平
坦であって周辺部に傾斜部を有するものなどがある。近
年化合物半導体単結晶の大型のものが成長されるように
なって使用されるるつぼも大きくなり、直径６インチの
大型るつぼが使用されるようになった。このような大型
るつぼの場合、るつぼの底部を球面状にすると垂直方向
の単位長さ当りの容積が稼げない取扱い土工安定である
などの点から、底部が平坦な部分の大きいるつぼが使用
されている。しかし底の全面或いはその大部分が平坦な
形状を有する６インチ以上の内径のるつぼは結晶成長の
後半において融液の直径と厚みの比であるアスペクト比
が大きく変化するために対流のモードが大きく変化する
。

またるつぼ底面付近の垂直方向の温度勾配がゆるくなり
成長が進むにつれて゛結晶が融液に向かって激しく凸状
の成長をしてるつぼの底部に当たり、結晶が落下するこ
とがあり、またそれ以上の成長を困難にし、単結晶化率
が低下する問題があった。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記の問題について検討の結果なされたもので
固液界面の平坦化を可能とし、結晶の落下を防止し、か
つ単結晶化率の向上する化合物半導体単結晶成長用るつ
ぼを開発したものである。

〔問題点を解決するだめの手段および作用〕本発明は化
合物半導体単結晶成長用るつぼにおいて、るつぼの底部
曲率半径Ｒを結晶直径Ｄ、曲率半径ＲとしたときＲ／Ｄ
を１〜３の範囲としたことを特徴とする化合物半導体単
結晶成長用るつぼである。

すなわち本発明は第１図に示すように化合物半導体単結
晶の成長させるときに使用する、るつぼの底部の形状を
上記のように選択することにより、結晶成長時に生じる
固液界面の凸状化を阻止した結果、結晶の落下を防止し
、かつ単結晶化率の向上を図ったものである。

しかして本発明において、るつぼの底面率半径Ｒを上記
の範囲としたのはこの範囲とすることにより、特にアス
ペクト比の変化を小さくして、外周部の温度勾配が中心
部に比べてそれ程大きくならず、固液面が平坦になって
、凸状のときのような結晶の落下などのトラブルを防止
し、また融液を残さずに結晶として引上げることができ
るものでこれ未満では上記の効果が不充分でありこれを
越えると平坦なものに近くなり上記の効果が少なくなる
からである。またるつぼの材質としては通常使用されて
いるＰＢＮ、Ｓ　１０ｚまたはＡＴＮなどが適宜使用で
きる。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例について説明する。

第２図に示す化合物半導体単結晶引上装置により第１図
に示す本発明のるつぼを使用してＧａＡＳ単結晶を成長
させた。るつぼ（１）は内径りは１４０〜２００Ｉｎｍ
φ、高さは６０ｍｍ　−２００ｍｍ、るつぼ底部の曲率
半径Ｒは１００〜３００　ｍｍとした。このるつぼにＧ
ａとＡｓの原料（２）を装入し、その表面にＢ２Ｏ３の
液体封止剤（３）で被覆した。るつぼはカーボン製すセ
プク（５）に乗せられており、サセプタはカーボン製サ
ポート（６）を介して、回転および上下動可能な下軸（
７）に支持されている。他方結晶成長の種結晶（８）は
シードホルダー（９）を介して回転および上下動可能な
上軸０ωに連結している。これらは高圧容器０２）中に
収容され、不活性ガス雰囲気中でヒーター（４）の出力
を調整することにより昇温、冷却ができる。

育成は先するつぼ位置を下げＢ２Ｏ３を溶融し、原料の
揮発成分の蒸発を防いだ後るつぼ位置を上げ原料を融解
し、ＧａＡｓの溶液を合成した。次に高圧容器内を所定
の圧力および融液温度にした後上軸を徐々に下げ種結晶
を溶融原料につけ回転させながら上方にゆっくり引上げ
る。結晶が成長するにしたがって融液が減るが固液界面
の位置を保つために下軸を押上げる。固化に伴い過冷却
度の増減ができるので、ヒーター出力の調節により補う
。結晶は種付は直後から肩部、直胴部を経て尾部に至る
が尾部の成長の際には残りの融液が少なく融液の対流を
決める融液の直径と深さの比もそれに伴い変わってくる
。従来の平底るつぼのるつぼではこの傾向が著しく、温
度ゆらぎが大きくなり多結晶化したり、中心部の温度勾
配が外周部の温度勾配に比べて緩くなり凸状成長してる
つぼ底に当たるなどの障害があったが、本発明のるつぼ
を使用した場合はアスペクト比の変化も小さく、外周部
の温度勾配が中心部に比べてそれ程大きくならず固液界
面が平坦もしくは若干の凸状となり結晶の落下などのト
ラブルもなく融液を残さずに結晶を引上げることができ
る。上記の実施例における結晶直径りとるつぼ曲率Ｒの
比Ｒ／Ｉ）を変化させた場合の単結晶成長時のアスペク
ト比、固液界面状態および結晶化率等を調査した結果を
第１表に示した。

第１表から明らかなように本発明のるつぼを使用した場
合は従来の底部の平坦なるつぼを使用した場合に比べて
アスペクト比は結晶の成長が進行して融液が減量しても
変化がなく、またこの際の固液界面の状態も平坦もしく
はＲ／Ｄが大きくなると稍凸状となるが略平坦に良好な
状態に維持されて結晶の落下もなく、そして単結晶の結
晶化率は９０〜１００％と、従来の７０％に比べて著し
く増大する。

〔効果〕

以上に説明したように本発明によるるつぼを使用するこ
とにより化合物半導体単結晶の成長時における固液界面
の平坦化が可能となり結晶落下を防止でき、かつ単結晶
化率が著しく向上するなど工業上顕著な効果を奏するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るるつぼの断面図、第２
図は本発明のるつぼを使用する化合物半導体単結晶の成
長状況の概略を説明する断面図、第３図は従来のるつぼ
の一例を示す断面図である。 ■・・・るつぼ、　２・・・原料、　３・・・液体封止
剤、４・・・ヒーター、　５・・・サセプタ、　６・・
・サポート、７・・・下軸、　８・・・種結晶、　９・
・・シードホルダー、１０・・・上軸、　１１・・・結
晶、　１２・・・高圧容器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）化合物半導体単結晶成長用るつぼにおいて、るつ
   ぼの底部曲率半径Ｒを結晶直径Ｄ、曲率半径Ｒとしたと
   きＲ／Ｄを１〜３の範囲としたことを特徴とする化合物
   半導体単結晶成長用るつぼ。
2. （２）るつぼの材質がＰＢＮ、ＳｉＯ＿２、またはＡＩ
   Ｎなどからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の化合物半導体単結晶成長用るつぼ。