JPH01234387A - 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】 本発明は半導体化合物に関し、特にそれぞれ周期律表の
■族又は■族の元素と■族又は■族の元素とより本質的
になる半導体材料、例えばＧａＡｓ及びＩｎＰの単結晶
を成長させる方法に関する。

か＼る半導体化合物は、より揮発性のＶ族又は■族元素
を過圧させて該元素の損失を防止させながら上昇した温
度で前記の元素同志を反応させることにより形成できる
。か＼る反応生成物を冷却すると多結晶生成物を生ずる
。しかしながら該生成物は大きな単結晶の形であるので
か＼る化合物はダイオード、トランジスター及び集積回
路を含めて種々の電子装置、及び光学電子集積回路を含
めて光学電子装置の製造に有用であり；きわめて薄いウ
ェファ−を単結晶から切断してか−る装置における基材
を形成する。か＼る装置を最近工業的に大量製造するに
は、特に高密度回路部品を含めて大規模集積用途におい
て大容積装置を製造するには、単結晶はきわめて純粋で
あるのみならず結晶構造上の転位をできるだけ含有しな
いものであるのが高度に望ましい。

単結晶を取得する初期の方法（コクラルスキー；Ｃｚｏ
ｃｈｒａｌｓｋｉ法と記載することが多い）は多結晶質
材料をルツボ中で溶融させるものでありしかも　。

溶融した半導体化合物から小さな単一の種結晶をゆっく
りと延伸するものであった。種結晶は緩慢に出現するの
で、種結晶はそれと一緒に半導体化合物の単結晶を引っ
張り、単結晶の寸法は種結晶を抜出す速度によって主と
して決まる。この方法によって製造した単結晶はは一円
筒状のボール（ｂｏｕｌｅ）（原石）であり例えば直径
２〜３インチ（５，０８〜７　、６２　ｃｍ　）であり
、結晶の側面は該結晶を溶融物から延伸する時の成長速
度と抜出し速度との整合変化により波しわのついた表面
を通常有するものである。溶融材料の表面はより揮発性
の元素を保持するように溶融酸化ホウ素の１層によって
保護でき、単結晶は保護層を通って引上げられる。

本発明に関する半導体材料は全てきわめて低い熱伝導率
を有し、コクラルスキー法において晶出界面で急勾配の
温度勾配を生ずる。この象、な温度勾配はボールの結晶
構造に転位を与える傾向のある応力を生ずる。しかしな
がらこの問題は、結晶成長の「勾配冷却（ｇｒａｄｉｅ
ｎｔ　ｆｒｅｅｚｅ　：フリーズ）」法と一般に呼ばれ
る次後に開発された技術を使用することによりかなり軽
減でき、該勾配冷却法は基本的には、細長い容器内に多
結晶質の半導体材料を包含させ、この固体材料を加熱し
て容器内に担持した半導体化合物の溶融カラム（液柱）
を与え、溶融カラムの１末端を半導体化合物の種単結晶
に接触させ、容器軸方向の温度勾配を有しながら溶融カ
ラムを定常的に且つ徐々に冷却させ、これによって容器
に、沿って徐々に種結晶の末端から溶融カラムを固化し
て単結晶を形成する工程からなる。

該容器の軸線は水平軸でも垂直軸でも良い。水平方向の
勾配冷却法においては、容器は水平方向に保持され通常
ボー）　（ｂｏａｔ）と呼ばれる。多結晶質半導体材料
を溶融させると、該材料はボートの長さに伸びる長い平
坦なメニスカスを形成し、１□　　末端では種結晶を用
いて、ボートに沿って種結晶から単結晶を徐々に成長さ
せる水平方向の温度勾配が確立される。垂直方向の勾配
冷却法においては、容器はこの時には通常ルツボと呼ば
れ、該容器を垂直方向に保持し、こうして多結晶質材料
が溶融された時には該材料はその上端で小さな横方向の
メニスカスを有する垂直なカラムとしてルツボの全長に
亘ってルツボの形状を採る。垂直勾配冷却による結晶成
長は特許文献（例えば米国特許第４，５２１．２７２号
）と文献（例えば結晶成長ジャーナル８５（１９８７）
　１０６〜１１５）とに記載されている。水平勾配冷却
法と垂直勾配冷却法との両方において、より揮発性の■
族又はＶ族元素が減損されないように溶融材料を保護す
るのが必要であり、コクラルスキー法の酸化ホウ素を使
用するよりもむしろ揮発性の元素を過圧とするのがこれ
らの勾配冷却・法ではより普通である。

本発明によると、次の工程即ち細長い容器内に固体の材
料として半導体化合物を包含させ、この固体材料を加熱
して容器内に担持した半導体化合物の溶融カラムを与え
、溶融カラムの１末端を半導体化合物の種結晶と接触さ
せ、容器軸方向の温度勾配を設けながら溶融カラムを定
常的に且つ徐々に冷却させこれによって容器に沿って徐
々に種結晶の末端から溶融カラムを固化させて単結晶を
形成する工程から成る、半導体化合物の単結晶を成長さ
せる勾配冷却方法において、半導体化合物の予じめ形成
した単結晶として半導体化合物を容器中に最初から包含
させておく即ち半導体化合物を溶融させる前に最初から
包含させておくことを特徴とする半導体化合物の単結晶
を成長させる勾配冷却法が提供される。

予じめ形成した単結晶を溶融する時には結晶構造は相転
移中に失われるにちがいないことは明らかであるけれど
も、本発明により予じめ形成した単結晶から誘導した熔
融材料から成長させた単結晶は結晶・構造中に溶融多結
晶質材料から成長させた結晶よりも不純物濃度が低くあ
り得ると思われる。しかしながら、この方法の効力は勿
論２個の単結晶を如何に成長させるかに応じて決まる。

本発明の好ましい方法は、最終的に得られる単結晶を成
長させるのに用いた方法とは異なる方法によって、予じ
め形成した単結晶を成長させた方法である。種々の既知
成長法からは、前記した如くルツボ中で溶融した半導体
化合物の表面を保護するのに酸化ホウ素を用いて、予じ
め形成した単結晶を成長させるコクラルスキー法を選択
するのが好ましい。単結晶のボールを容器の内径より大
きい直径にまで成長させ且つボールを容器中に丁度挿入
し得るまでボールの表面を機械加工するのが更に好まし
い。

本発明では好ましい方法ではないけれども、最終的に得
られる単結晶を成長させるのに用いたのと同じ勾配冷却
技術を使用して予じめ形成した単結晶を成長させること
により成る利点を得ることは不可能ではない。しかしな
がら、か−る場合には、予じめ形成した単結晶を容器に
挿入する前に予じめ形成した単結晶の両端から１部分を
取出すのが好ましい。これらの両端は同様にコクラルス
キーのボールから取出し得るが、利点は一般に余り顕著
なものではない。

本発明は本性の勾配冷却法で原料として用いるため第［
［−Ｖ族生導体化合物例えば普通用いたヒ化ガリウム及
び燐化インジウム半導体材料の単結晶を成長させるのに
特に好適であり、これらの半導体化合物はコクラルスキ
ー及び他の試用、試験した単結晶成長技術によって単結
晶として容易に成長される。しかしながら、本発明はテ
ルル化カドミウムの如き第１Ｉ−ＶＩ族半導体材料にも
利点を与え得る。この半導体材料は勾配冷却法に特に適
しているが現在ではコクラルスキー法によってこの半導
体材料の単結晶を予じめ形成するのは困難である。しか
しながら、ヒ化ガリウム及び燐化インジウムの第■−■
族半導体で得られた利点を外挿することによって、第１
Ｉ−Ｖｌ族半導体について対応の利点は、予じめ形成し
た単結晶をより容易に製造する仕方が見出されたならば
、多結晶質原料から予じめ形成した単結晶に変えること
により予期されるであろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、次の工程即ち細長い容器内に固体の材料として半導
   体化合物を包含させ、この固体材料を加熱して容器内に
   担持した半導体化合物の溶融カラムを与え、溶融カラム
   の１末端を半導体化合物の種結晶と接触させ、容器軸方
   向の温度勾配を設けながら溶融カラムを定常的に且つ徐
   々に冷却させこれによって容器に沿って徐々に種結晶の
   末端から溶融カラムを固化させて単結晶を形成する工程
   から成る、半導体化合物の単結晶を成長させる勾配冷却
   方法において、半導体化合物の予じめ形成した単結晶と
   して半導体化合物を容器中に最初から包含させておくこ
   とを特徴とする、半導体化合物の単結晶を成長させる勾
   配冷却方法。 ２、予じめ形成した単結晶は、最終的に得られる結晶を
   成長させるのに用いた方法とは異なる方法によって成長
   させる請求項１記載の方法。 ３、ボールとして予じめ形成した単結晶を成長させるコ
   クラルスキー法を用いる請求項２記載の方法。 ４、ボールは容器の内径より大きい直径にまで成長させ
   、ボールの表面はこれを容器中に丁度挿入し得るまで機
   械加工する請求項３記載の方法。 ５、予じめ形成した単結晶は該結晶を容器中に挿入する
   前に、両末端から取出した１部分を有する請求項１〜４
   の何れかに記載の方法。 ６、半導体材料は第III−Ｖ族化合物である請求項１〜
   ４の何れかに記載の方法。