JPH01265000A - 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］ 本発明は、液体封止チョクラルスキー法（以下、ｒＬＥ
Ｃ法」という）による化合物半導体単結晶の製造方法に
係り、特に■−■族化合物半導体単結晶の製造方法に関
する。

［従来の技術］ ＬＥＣ法は、第２図に示すように、高圧不活性ガス中で
ヒータ１によって加熱されるるっぽ２内に原料融液３を
収容するとともに、その原料融液３の表面をＢ２Ｏ３等
の液体封止剤４で封止し、原料融液３表面に種結晶５を
種付けした後、種結晶５を回転させながら徐々に上方へ
引き上げることにより、単結晶の成長結晶体６を得る方
法である。

従来、このＬＥＣ法では、種結晶５として成長結晶体６
の径よりも非常に小さい径のものを用いていた。そのた
めに、単結晶育成初期の段階では、種結晶５の外径から
成長結晶体６の外径まで徐々に径が大きくなるように、
肩部７を形成する必要があった。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記従来方法では肩部７の形状制御は信しく、
肩部７の形状にばらつきを生じると双晶発生の原因とな
り、単結晶の歩留りを悪くするという問題があった。

また、ＬＥＣ法においては、結晶成長時に発生した凝固
潜熱の一部は１種結晶５に伝導して放出される。しかし
、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＭ　ｎ　Ｔ　ｅ等のＩ
Ｉ−ＶＩ族化合物半導体単結晶は、低熱伝導率を有する
ものが多く、種付は後に、凝固潜熱を十分に放熱するこ
とができなかった。このため、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導
体単結晶の製造にあっては、原料融液３から成長結晶体
６が切離れてしまうのを防止するために、結晶引上げ速
度を極めて遅くする必要があり、生産効率が著しく低下
するという問題があった。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので
、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体単結晶を得るにあたり、単
結晶の歩留りが良く、しかも生産効率が良好な化合物半
導体単結晶の製造方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、液体封止チョク
ラルスキー法によってＩＩ−ＶＩ族化合物半導体単結晶
を製造するにあたり、種結晶の外径を引上げる成長結晶
体の外径の１７２以上とした。

ＬＥＣ法で結晶を成長させる場合、発生する凝固潜熱の
発熱量Ｑは、次の（１）式で表わされる。

ただし、Ｈｆ：凝固潜熱 ρ　：密度 Ｍ　：分子量 Ａｃ：成長結晶体の断面積 ■　：引上げ速度 ここで、仮りに、直径５０ｎｎのＣｄＴｅ結晶を作ると
して（１）式にＨｆ　＝　１３９　Ｗ−ｈｒ／ｍｏｌ。

ｐ　＝５．８５ｇ／ｃｎｔ、　Ｍ＝２４０ｇ／ｍｏｌ、
　Ａｃ＝２．５”Ｘπ＝１９．６ｃｉ、Ｖ＝０．２ａｎ
／ｈｒを代入すると ＝１．３３　　（Ｗ） となる。

次に、種結晶中に伝わる熱量ｑは次の（２）式％式％ ただし、　ｋ　：熱伝導率 ＡＳ　：種結晶の断面積 ｄＴ／ｄＺ　：種結晶中の温度勾配 板りに、４Ｉｆｆ１１角の種結晶中に温度勾配が１００
℃／■であったとし、ｋ＝ｏ、０１３Ｗ／■・Ｋ（１３
６５Ｋ）、Ａｓ＝０．４”＝０．１６ｃＪ、ｄＴ／ｄＺ
＝　１００℃／■を（２）式に代入すルト。

ｑ＝−０，０１３ｘＯ，１６ｘｌＯＯ ＝０．２０８　　（Ｗ） となる。つまり、この条件ではＱ＞ｑとなり、発生した
熱がすべて種結晶へ伝わると仮定すると、４　ｎｕ角の
種結晶では直径５０ｍｍの結晶を引上げることは不可能
である。Ｑ＝（１となる条件は（１）式からＶ＝０．０
３ｃｍ／ｈｒとなり、引上げ速度（０，２■／ｈｒ）よ
り１／７以下の速度としなくてはならない。

これに対し、種結晶の外径を大きくすることにより、種
結晶の断面積を大きくシ、熱伝導量の増加を図ると、引
上げ速度を速くすることができる。

すなわち、（１）式と（２）からＱ＝ｑとなる条件は次
式で表わされる。

Ｍ　　　　　　　　　　　　ｄＺ （３）式に（１）式、（２）式で代入した定数およびＶ
　＝　０　、２　ａｎ　／　ｈｒ、ｄＴ／ｄＺ＝　１０
０℃／ｃｍを代入すると。

Ａｓ＝５．２１Ｘ１０−”・Ａｃ　　・＝・（４）とな
る。また、単結晶の直径をＤＣとすると、Ａｃ＝　（Ｄ
ｃ／２）　２・π であるから Ａｓ＝５．２１ＸＩＯ−”・　（Ｄｃ／２）２・π＝４
．０９Ｘ１０−２Ｄｃ２−　（５）と表わされる。よっ
て、直径５０＋ｒｎの単結晶を引き上げるには（５）式
より、 Ａｓ＝４．０９Ｘ１０−”Ｘ５” ＝　１．０２　　　（ｃｎｆ） となる。

以上より、１ｄ以上の断面積を有する種結晶を用いれば
、成長結晶体が結晶育成中に原料融液から切離れること
なく、引上げ速度（０、２ａｎ／ｈｒ）で引上げを行な
うことができることになる。

［作用コ 上記構成のように、種結晶のみ径を引き上げる成長結晶
体の外径の１／２以上とすることにより、肩部の形成が
ほとんど不要となり、単結晶の歩留りが良くなる。また
、種付は後に、凝固潜熱は十分に放散されるので、引上
げ速度を速くしても。

引上げ中の成長結晶体が原料融液から切離れることかな
い。

［実施例コ 第１図に示すように、直径５０ｎｎのＣｄＴｅ（（１１
１）方位）の種結晶８を種結晶取付治具９により支持し
、直径４インチのｐＢＮｆｆのるっぽ２内にＣｄ　Ｔ　
ｅ多結晶８００ｇを入れるとともに、Ｂ２０．からなる
液体封止剤４を厚さ１５ｎｎとなるようにチャージした
。そして、炉内圧力が４０気圧となるようにＡｒガスを
炉内に導入するとともに、るつぼ２をヒータ１ｏで加熱
してＣｄＴｅ多結晶を融解させ、原料融液３とした。し
かも、ヒータ１０は、種結晶８側への熱伝導を良くする
ため、種結晶８を囲繞しないように、つまりるっぼ２の
下部にのみ対向するように配置した。

次に、原料融液３と液体封止剤４との界面の温度がＣｄ
Ｔｅの融点付近となるように調整した後、種結晶８を原
料融液３中に１〜２■浸漬し１種結晶８の下部を略半球
状になるように融かしてから、種結晶８を５　ｒ、ｐ、
ｍ、の速度で時計方向に回転させるとともに、るっぽ２
を２ｒ、９０ｍ、の速度で時計方向に回転させ、引上げ
速度を０．５ω／ｈｒとして引上げを開始した。引上げ
開始から約１００時間後、直径５５ｎｗｎ、長さ５０ｎ
＋ｎ＋の円柱状の成長結晶体（結晶インゴット）１１を
得た。

本実施例では、結晶育成過程において、成長結晶体１１
は原料融液３から切薄れることなく、良好な単結晶の育
成を行なうことができた。

これに対し、４ｍｍ角のＣｄＴｅ　（＜１１１＞方位）
の種結晶を用いて結晶の引上げを行なう従来法により、
単結晶の育成を行なったところ、引上げ開始から約２０
時間後、成長結晶体の直径が約３５ｍｎ＋になった時点
で、成長結晶体が原料融液がら切離れでしまった。

なお、この際、種結晶の回転は時計方向に１０ｒ、ｐ、
ｍ、とじ、るつぼの回転は時計方向に３　ｒ、ｐ、ｍ。

とじ、結晶の引上げ速度は０．２ａｎ／ｈｒとし、他の
条件は上記実施例と同様にした。

成長結晶体が原料融液から切離れてしまったのは、成長
結晶体の直径が大きくなって、発熱量が放熱量を上回り
、固液界面が湾曲（上凸）してしまったためであると考
えられる。前記（１）式および（２）式によれば引上げ
速度が０．２Ｇ／ｈｒのときの限界直径は１．６■であ
るが、これは熱放散が種結晶のみからでないためである
。

一方、上記実施例および従来例で得られた各成長結晶体
を種付は位置から４０ｍｍの位置で切断し、それぞれウ
ェハを作成した。これら各ウェハをエツチングし、ＥＰ
Ｄを測定したところ、本発明の実施例によるものは、３
〜８　Ｘ　１０５（ａｍ−２）であり、従来例によるも
のは、５〜ｌ０ＸＩＯ５（■−２）であって、ＥＰＤに
ついても本発明の実施例によるものは良好な値を示した
。

［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、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体単結晶を得るにあ
たり、種結晶の外径を引き上げる成長結晶体の外径の１
／２以上としたので、形状制御の困難な肩部を形成する
必要がほとんどなく、単結晶の歩留りを良くすることが
でき、また種付は後に凝固潜熱を十分に放熱することが
できるので。

成長結晶体が原料融液から切離れることなくして引上げ
速度を速くすることができ、生産効率が著しく向上する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の化合物半導体単結晶の製造方法の一実
施例を示す要部正面図、 第２図は従来法の化合物半導体単結晶の製造方法を示す
要部正面図である。 ２・・・・るつぼ、３・・・・原料融液、４・・・・液
体封止剤、８・・・・種結晶、１１・・・・成長結晶体
。 ′、７″

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体封止チョクラルスキー法によってＩＩ−ＶＩ
   族化合物半導体単結晶を製造するにあたり、種結晶の外
   径を引上げる成長結晶体の外径の１／２以上としたこと
   を特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法。