JPH01208395A - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、化合物半導体単結晶を製造する方法に関す
るものであり、待にＧａＡｓ、ＩｎＰおよびＧａＰなど
の揮発成分を含む■−ｖ族化合物半導体単結晶を製造す
る方法に関するものである。

［従来の技術］ ＧａＡｓ、ＩｎＰおよびＧａＰなどの■−ｖ族化合物半
導体は、融点における■族元素の蒸気圧が高いため、揮
発して分解しやすい。このため、それらの化合物半導体
の単結晶製造においては、たとえば封管中でＶ族元素の
蒸気圧を制御する水平ブリッジマン法や、融液表面を酸
化硼素などの液体封止剤で覆う液体封止チョクラルスキ
法（ＬＥＣ法）が採用されている。

［発明が解決しようとする課題］ ＬＥＣ法では、液体封止剤が原料の表面を覆うことによ
り揮発性元素の解離を防いでいるにすぎないので、液体
封止剤で覆われていない表面では、揮発性元素の蒸発が
起こる。

このような揮発性元素の蒸発は、特に原料結晶を加熱し
て溶融する段階で問題となる。第５図および第６図は、
従来の方法により原料結晶および封止剤を加熱溶融する
状態を示す概略断面図である。第５図は加熱前の状態を
示しており、第６図は封止剤が溶融した状態を示してい
る。第５図に示すように、通常、るつぼ５内で、原料結
晶１の上に封止剤２を載せる。次に、原料結晶１および
封止剤２を加熱すると、封止剤２が軟化し、軟化した封
止剤はるつぼ５の底部に溜まり、原料結晶１の上部は、
軟化した液状の封止剤２の上に出て、その表面からＶ族
元素が蒸発する。ＧａＡｓの場合には、砒素が蒸発する
。このように砒素が蒸発すると、原料結晶の組成がガリ
ウム過剰になり、製造した単結晶の電気特性が悪化した
り、解離した砒素が液体封止剤を濁らせ、結晶成長中の
状態を観察することができなくなる。ＧａＡｓの場合、
７００℃中２０分間で、原料表面から砒素が蒸発し、原
料表面は金属ガリウムで覆われることが確認されている
。

このような原料結晶溶融前のＶ族元素の解離を抑えるた
めには、封止剤の量を多くして、封止剤が溶融した際、
原料結晶全体を覆うようにするか、あるいは細かく粉砕
した原料結晶を用いて少量の封止剤でも原料結晶全体を
覆うことができるようにする方法がある。しかしながら
、封止剤の量を増加させると、結晶を引き上げる際の温
度環境に影響を与える。たとえば、軸方向への温度勾配
が小さくなり単結晶とすることができなかったり、ある
いは成長結晶の直径の制御が困難になる。また、細かく
粉砕した原料を用いようとすると、粉砕工程が増えるた
め製造工程が複雑になり、真空排気の際に細かい粉末で
ある原料結晶が容器内を飛散するという問題を生じる。

近年は、長尺の単結晶を製造する傾向にあり、結晶１本
あたり使用する原料結晶が増加してきており、このよう
な原料結晶溶融までの■族元素の解離の問題が重要にな
ってきている。

この発明の目的は、原料結晶の溶融前に生じる揮発性元
素の解離を抑え、良質な化合物半導体結晶を再現性良く
製造することのできる方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段および作用］この発明の製
造方法では、原料結晶を加熱するヒータと封止剤を加熱
するヒータとを別個に設け、真空中で封止剤を加熱し軟
化させてるつぼ内で原料結晶の上を覆い、その後加圧下
に原料結晶を加熱してるつぼの底部から溶融させている
。

第１図は、この発明の製造方法を具体的に説明するため
の装置を示す断面図であり、加熱前の状態を示している
。るつぼ５内の原料結晶１上には、封止剤２が載せられ
ている。るつぼ５のまわりの上方には、封止剤２を加熱
するための上ヒータ３が設けられている。またるつぼ５
のまわりの下方には、原料結晶１を加熱するための下ヒ
ータ４が設けられている。上ヒータ３および下ヒータ４
のまわりには保温材６が設けられている。また、るつぼ
５の上方には引上軸８に取付けられた種結晶７が設けら
れている。

封止剤として酸化硼素を用いる場合について説明すると
、るつぼ５が入れられている容器内をまず１Ｏ−２Ｔｏ
ｒｒ程度に真空に排気する。次に、上ヒータ３を通電し
、封止剤２を加熱する。６００〜７００℃で液体封止剤
２が軟化すると、液体封止剤２中に残留している水分（
１００ｐｐｍ程度）によって、封止剤２が発泡し、るっ
ぽ５内で原料結晶１の上を覆う状態となる。この状態を
示したのが第２図の断面図である。なお、第２図では、
るつぼ５の内部のみを示している。

この後、容器内を加圧して、下ヒータ４の出力を徐々に
増していき、るっぽ５の底部から原料結晶１を加熱する
。下ヒータ４からの加熱により、封止剤２の温度が上昇
するので、上ヒータ３の出力を弱め、封止剤２の軟化温
度よりやや高い温度に維持する。原料結晶１がるつぼ５
の底部から溶融し始めた状態を示したのが、第３図であ
る。なお、第３図もまた、るつぼ５内部の状態だけを示
している。

原料結晶１が溶融し、封止剤２が液状になり落ちてきて
も、封止剤２の上に原料結晶１の固まりの先端が出ない
程度になったならば、上ヒータ３および下ヒータ４によ
って、所定の成長結晶引上条件の温度に調整する。

このように、この発明の製造方法では、原料結晶の温度
が上がり、その表面からＶ族元素が解離する前に、封止
剤を発泡させて、原料結晶の上を覆う。この状態を保ち
ながら、原料結晶をるつぼの底部から溶融させることに
より、原料結晶の上部が封止剤の表面から露出すること
なく、原料結晶を溶融させることができる。

［実施例］ 第１図に示すような装置を用い、直径１００ｍｍのるつ
ぼ内に、直径３０ｍｍ長さ４０〜５０ｍｍの円柱状のＩ
ｎＰ多結晶を７本（総ｆｆｉ１０００ｇ）を立て、その
上に直径９０ｍｍの円板状の酸化硼素２００ｇ　（厚み
役２ｃｍ）を載せた。なお、原料結晶−であるＩｎＰ多
結晶の上端が、上ヒータおよび下ヒータの中間に位置す
るようセットした。

次に、容器内を１Ｏ−２Ｔｏｒｒまで真空排気し、上ヒ
ータを通電してこのヒータの温度を６００℃に制御した
。封止剤としての酸化硼素が発泡し、ＩｎＰ多結晶の上
を覆った後、容器内を３０気圧に加圧し、下ヒータに通
電するとともに、上ヒータの出力を下げ６００℃を維持
するよう調整した。

原料結晶が溶融し、るつぼの底部に融液が広がったとき
に、上ヒータおよび下ヒータの温度をそれぞれ１１００
℃に上げ、原料結晶を完全に溶融させた。上ヒータおよ
び下ヒータの温度変化ならびに容器内の気圧の変化を第
４図に示し゛た。

以上のようにして得られた融液から結晶を引き上げ、単
結晶を製造した。得られた単結晶と、るつぼ内に残った
原料結晶を秤量した結果、蒸発したリン成分は、約１５
’ｍｇであることがわかった。

また、比較として、上ヒータと下ヒータを同時に通電さ
せて加熱し、従来と同様にして単結晶を製造した。この
場合の蒸発したリン成分は、約４０ｍｇであった。この
ことから、この発明の製造方法によれば、■族元素の蒸
発が著しく抑えられることが確認された。

この発明の製造方法によれば、原料結晶の塊が大きな場
合であっても、Ｖ族元素の解離が少なく原料結晶の融液
の組成のずれが少ないので、良質な化合物半導体単結晶
を再現性良く製造することができ、得られた単結晶の電
気特性を向上させることができる。また、解離したＶ族
元素の容器内壁への付着も減少するため、容器の清掃が
容易になる。さら１ご、封止剤を従来よりも減らすこと
ができるため、コストダウンを図ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の製造方法を説明するための装置を
示す断面図であり、加熱前の状態を示している。第２図
は、同じくこの発明の製造方法を説明するための装置を
示す断面図であり、封止剤が加熱されて軟化した状態を
示している。第３図は、同じくこの発明の製造方法を説
明するための装置を示す斜視図であり、原料結晶がるつ
ぼの底部から溶融し始めた状態を示している。第４図は
、この発明の一実施例におけるヒータの温度変化および
気圧変化を示す図である。第５図は、従来の方法におけ
る加熱前の状態を示す断面図である。 第６図は、従来の方法における封止剤が溶融した後の状
態を示す断面図である。 図において、１は原料結晶、２は封止剤、３は上ヒータ
、４は下ヒータ、５はるつぼ、６は保温材、７は種結晶
、８は引上軸を示す。 第１図 第２図　　　　　　第３図 第４図 第５図　　　　　　第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）るつぼ内の原料結晶の上に封止剤を載せ加熱して
   溶融し、前記原料結晶の融液の上に前記封止剤の溶融層
   を形成し、前記融液から結晶を引き上げて成長させる、
   液体封止チョクラルスキ法による化合物半導体単結晶の
   製造方法において、前記原料結晶を加熱するヒータと前
   記封止剤を加熱するヒータとを別個に設け、 真空中で前記封止剤を加熱し軟化させて前記るつぼ内で
   前記原料結晶の上を覆い、 その後加圧下に前記原料結晶を加熱して前記るつぼの底
   部から溶融させる、化合物半導体単結晶の製造方法。