JPH0251875B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、GaAs、InP、InAsなどの−族
化合物半導体単結晶の製造方法に係り、特に固液
境界面における横断面温度分布の改善を図つた半
導体単結晶の製造方法に関する。

［従来の技術］ 一般に、化合物半導体単結晶の製造方法とし
て、水平ブリツジマン法（Ｈ・Ｂ法）や特開昭58
−156599号公報に示すように温度傾斜法（Ｇ・Ｆ
法）はすでに知られている。これらの方法は融液
入れボートと加熱炉とが相対移動するか否かの相
異はあるものの、概略的に同じである。すなわ
ち、長尺のボート内で−族元素を化学当量の
割合で共融させて、ボートの長さ方向に形成した
温度勾配を一定に保持したまま固液境界面を長手
方向に移動し、種結晶から徐々に結晶固化させて
単結晶を製造するものである。

ところで、いずれの方法においても、高品質単
結晶を得るためには、ボート長手方向に形成した
温度勾配の制御の外に固液境界面における横断面
温度分布の制御がきわめて重要となる。すなわ
ち、高品質単結晶を得るためには、固液境界面に
おいて、単結晶の成長が融液上層の自由表面より
開始してボート底部に向けて進行し得る温度分布
を実現し、且つその状態を長期間中安定に保つこ
とが要請される。

このため、上記した如き温度分布を得る従来方
法として、次の２つの方法が採用されていた。第
１の方法は固液境界面制御用ヒータをボートの周
方向に沿つて複数に分割させて設け、分割された
個々のヒータを個別に制御し、最適な横断面温度
分布を得るようにしたものである。

第２の方法は、炉体の上方に、その長手方向に
沿つて放熱孔を設け、固液境界面における融液の
上層を低温化させて自由表面からの結晶成長を実
現化せんとするものである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記第１及び第２の従来方法に
あつては次のような問題点があつた。

すなわち、第１の方法は、分割ヒータを個々に
制御することからヒータ構造が非常に複雑化する
ばかりでなく、ヒータの制御系も煩雑化し、設備
費の高騰を余儀なくされるばかりでなく構造複雑
なことから炉体寿命も短縮化していた。また、第
２の方法は、放熱孔の開度寸法が一定で固定され
ているため、結晶成長中に微妙な放熱量の制御が
できないという問題点があつた。この問題点を解
決するために放熱孔外部の雰囲気温度を制御し、
放熱孔からの放熱量を調整する方法も考えられる
が、これによれば設費が大掛りとなり、整備費の
高騰を招来する。

［発明の目的］ 本発明は以上のような問題点に着目し、これを
有効に解決すべく創案されたものである。

本発明の目的は、融液を入れるボートの下部に
設けた発熱体により固液境界面の横断面温度分布
を制御するようにし、もつて炉体構造を複雑化す
ることなく横断面温度を最適に保持できる−
族化合物半導体単結晶の製造方法を提供するにあ
る。

［発明の概要］ 上記目的を達成する本発明の構成は、ボートの
下部に横断面温度分布制御用発熱体を配置し、こ
の発熱体により固液境界面のボート底部側の融液
を加熱し、固液境界面の横断面温度分布を制御し
て自由表面より下方に向けて単結晶成長させるよ
うにしたことを要旨とする。

［実施例］ 以下に、本発明方法を添付図面に基づいて詳述
する。

第１図は本発明方法を実施するための半導体の
製造装置の一例を示す側面図、第２図は第１図中
−線矢視拡大横断面図である。

図示する如く１は−族元素金属の融液Ｍを
収容するためのボートであり、このボート１は上
方が開放されて横断面ほぼ矩形状に成長された長
尺の容器として構成され、その一端に種結晶２を
取付けている。−族元素は化学当量の割合で
共融されて融液Ｍとしてボート１内に収容され
る。このボート１は両端が閉塞された透明石英管
の如き密閉容器３内に収容されている。この密閉
容器３の外周には、ボート１内収容物を加熱する
ためにその長手方向に沿つて巻回されたヒータ線
４と、その外周を被つて密閉容器３内を保温する
断熱材５とが順次形成されて炉体を構成してい
る。上記断熱材５の上部には、その長手方向に沿
つて放熱孔６が形成されており、ここからの放熱
によりボート１内の融液Ｍの上方を冷却して融液
Ｍの自由表面を冷却するようになつている。そし
て、上記ヒータ線４からの熱量を制御することに
よりボートの長さ方向に温度勾配を形成し、且つ
この勾配を一定に保持したままボート長手方向へ
移動させることにより固液境界面をも移動させ、
種結晶から徐々に結晶固化させる。この際、上記
の如くボート長手方向への温度勾配の制御は勿論
重要となるが、良好な単結晶を得るためには固液
境界面における横断面温度分布の制御も重要とな
る。

そこで、この装置例には上記温度分布を改善す
るために、ボート１の下部に横断面温度分布制御
用発熱体７（以下「制御用発熱体」と記す）を設
けている。具体的には、この制御用発熱体７は例
えば所定の電気抵抗を有す炭化珪素ヒータ或はタ
ンタルヒータよりなり、ボート１の底部に相対向
する密閉容器３の外側にその長手方向に沿つて長
尺な一体物として配設されている。制御用発熱体
７には図示されない給電線が接続され、供給電流
を制御することにより発熱量をコントロールでき
るようになつている。また、ボート１に対応する
密閉容器３の例えば上側及び下側にはその長手方
向に沿つて温度検知手段としての多数の熱電対
（図示せず）が設けられており、この検出値に基
づいて温度勾配及び横断面温度分布を制御するよ
うになつている。

次に、以上のように構成された装置例に基づい
て、本発明方法を具体的に説明する。

まず、ボート１内に例えばIn、Ｐなどの−
族元素を化学当量の割合で収容し、ヒータ線４に
通電することにより上記−族元素を共融させ
て融液Ｍとする。そして、ヒータ線４の通電量を
適宜制御し、途中に融液Ｍの凝固点を形成し、こ
の傾斜を一定に保持させたまま固液境界面８をボ
ート１の長手方向に沿つて矢印に示す如く移動さ
せることにより種結晶側から単結晶成長を開始
し、ボート長手方向に徐々に結晶固化させて単結
晶を製造する。この場合、密閉容器３の上方には
放熱孔６が形成されていることから融液Ｍの上側
すなわち自由表面側が冷却される傾向となり、従
つて、固液境界面８における上下方向横断面にあ
つてはその上方より下向に向けて次第に結晶固化
することになり、この際の横断面温度分布が非常
に重要となる。そこで、ボート１の下方に設けた
制御用発熱体７に通電してこれを加熱し、ボート
１の底部側をより高温として最適な横断面温度分
布を得る。すなわち、ボート１の底部の融液はそ
の上方自由表面よりも高温に保持されるために結
晶成長は自由表面より下方に向けて確実に行なわ
れることになり、且つ最適な横断面温度分布を得
るための微妙な発熱量制御は制御用発熱体７への
供給電流を制御することにより行う。第１図中ボ
ート１内の右側は成長した単結晶９を、左側は未
だ溶融している溶融化合物１０を示す。横断面温
度分布の良否は例えばボート１の上下にその長手
方向に沿つて設けた多数の熱電対（図示せず）の
検出温度値に基づいて判断され、このフイードバ
ツク信号により上述の如く電流制御がなされる。
このように微妙な発熱量の制御は、ボート１の下
方に位置する制御用発熱体７により主に行なわれ
る。すなわち、結晶成長スタート時にあつては、
第３図に示す如く固液境界面の形状が若干凹面状
態となる傾向にあるためにこれを平面状に是正す
る必要から、成長スタート時にあつては制御発熱
体７のパワーを少し上げて発熱量を若干多くし、
ボート１内下部の結晶固化を少し遅延させる。こ
れにより、固液境界面の凹面状態が是正されて、
下方に直線状に傾斜した平面状固液境界面を得る
ことができる。

そして、結晶固化がボート１の長手方向に進行
するに従つて、第４図に示す如く固液境界面は直
線状に傾斜してかなり理想状態に近づいてくる傾
向となるので、結晶が成長するに従つて、制御発
熱体７のパワーを徐々に絞つて発熱量を減少させ
るようにする。

このように、ボート１の下部に設けた制御用発
熱体７によりボート底部の融液の加熱量を制御す
るようにしたので、単結晶成長に最適な横断面温
度分布を実現することができるばかりでなく、且
つ結晶成長期間中その最適温度分布を一定に保持
することができ、高品質の単結晶を得ることがで
きる。

尚、前記装置例にあつては、ボート１の下部に
一体物となつた長尺な制御用発熱体７を固定して
設け、この発熱量を制御するようにしたが、これ
に限らず第５図に示す如く構成してもよい。すな
わち、ボート１の下部に単一の小型の制御用発熱
体７をボート１の長手方向に沿つて移動自在に設
け、この小型の制御用発熱体７自体を固液境界面
８の移動に追従させてボート長手方向に移動し、
これが固液境界面８の下方に常時位置するように
その移動を制御する。

この装置例によれば、ボート１の下部全体に渡
つてヒータを設ける必要がなく小型の制御用発熱
体７で済み、前記装置例に比較してその構造を大
幅に簡略化することができる。

［発明の効果］ 以上要するに、本発明方法によれば次のような
優れた効果を発揮することができる。

(1) ボートの下部に設けた制御用発熱体を加熱源
として、この熱量を制御することにより固液境
界面近傍の横断面温度分布を最適にでき且つそ
の状態を単結晶成長に必要な所定時間だけ安定
して保持できる。

(2) 従つて、装置の構造を何ら複雑化させること
なく固液境界面近傍のボート底部の温度をより
高温に保持でき、確実に自由表面よりの結晶成
長が可能となるばかりでなく最適な横断面温度
分布を実現できることから高品質の半導体単結
晶を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための半導体単
結晶の製造装置の一例を示す側面図、第２図は第
１図中−線矢視拡大横断面図、第３図は従来
方法による結晶成長スタート時の固液境界状態を
示す部分断面図、第４図は結晶成長後半の固液境
界状態を示す部分断面図、第５図は本発明方法を
実施するための他の半導体単結晶の製造装置の一
例を示す側面図である。 尚、図中１はボート、２は種結晶、７は横断面
温度分布制御用発熱体、８は固液境界面、Ｍは融
液である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ボート内に、−族元素を化学当量の割合
   で共融させて融液を形成し、ボートの長さ方向に
   形成した温度勾配を一定に保持したまま固液境界
   面を移動し、種結晶から徐々に結晶固化させて単
   結晶化させるに際して、上記ボートの下部に横断
   面温度分布制御用発熱体を配置し、該発熱体によ
   り固液境界面のボート底部側の融液を加熱し自由
   表面より下方に向けて単結晶成長させるべく固液
   境界面の横断面温度分布を制御するようにしたこ
   とを特徴とする−族化合物半導体単結晶の製
   造方法。