JPH0316988A - 化合物半導体単結晶製造装置 - 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、水平ゾーンメルティング法による化合物半導
体単結晶製造装置に関するものである。

［従来の技術］ ガリウム・ヒ素（ＧａＡｓ）等化合物半導体の単結晶を
製造するには幾つかの方式が知られているが、例えば特
公昭５６−３２２７２号公報には横形ボート内で溶融し
たＧａＡｓの温度を制御してＧａＡｓ単結晶を製逍する
場合、結晶威長炉のボートの上側に当る部分に放熱孔等
の放熱手段を設けることにより固液界面が安定に制御で
きることが開示されている。ここで開示されている方法
は温度傾斜（ＧＦ）法を用いて単結晶を成長させる場合
に特に効果があり、放熱部の長さを結晶の長さと同一に
することにより良好な単結晶を得ることができる。

［発明が解決しようとする課題コ 上述したようにＧＦ法を用いてＧａＡｓの単結晶を製造
するような場合は成長炉のボートの上方側に当る部分に
結晶の長さと同一長さの放熱部を設けることにより良好
な単結晶が得られるか、いわゆる水平ブリッジマン（Ｈ
Ｂ）法等を用いて単結晶を成長させる場合は、例えば炉
が移動しても固液界面の位置は成長炉の長手方向に対し
て常に略同一の位置となる。これに対してゾーンメルト
（ＺＭ）法を用いて単結晶を成長させる場合は、ピーク
温度を形成するメルト形成炉と固液界面を形成する界面
制御炉とが接近して配置されているためメルト形成炉の
温度が界面制御炉の温度に影響を与える。よってＺＭ法
においては上記放熱手段の位置および長さが適切に設定
されないと放熱の効果が現われず固液界面が成長方向に
対し凹面化して結晶成長か不安定になる現象か観察され
た。

本発明の目的は、水平ＺＭ法において安定して単結晶を
成長させる化合物半導体単結晶製造装置を提供すること
にある。

［課通を解決するための手段］ 本発明は、化合物半導体の原料を収容する横形ボー１・
並びに前記化合物半導体の構或元索のうちより揮発性の
高い描成元索をそれぞれ所定位置に設置して真空封入す
る石英アンプルと、該石英アンプルの外周に設けられて
前記化合物半導体原料を該原料の融点以下の温度に加軌
する高温炉、前記ポート内温度にピーク値を形成するメ
ルト形成炉および前記単結晶成長時に固液界面を形成す
る界面制御炉並びに前記揮発性の高い構成元素を加熱す
る蒸気圧ｈ１１償用炉により構威される或長炉とを有す
る化合物半導体単結晶製造装置において、前記成長炉の
上方に、前記メルト形成炉の部分から少なくとも前記界
面制御炉にわたり冷却手段を設けたものである。

［作　　　用］ 本発明の化合物半導体単鈷晶製造装置では水平ＺＭ法に
より例えばＧａＡｓ単結晶を製造する場合、メルト形成
炉の温度ピーク値を形戊する位置から固液界面が形成さ
れる界面制御炉の位置にわたり赦熱孔または水冷勢１等
の冷却手段を設けてあるので、この赦熱効果により固液
界面の状態か安定化されてメルト側か凸面となり、高品
質のｌｌｉ結晶を得ることかできる。

３ ［実施例］ 以下、本発明の一実施例について図を用いて説明する。

第１図は本発明の化合物半導体単結晶製迭装置の一丈施
例を示す説明図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は
平面図を示す。また同図ＣＣ）は炉内温度分布図で横軸
は成長炉の長さし、縦軸は温度Ｔを示す。

第１図において、１は石英アンプル、２は石英ボート、
３は種結晶、４はＧａＡｓ単結晶、５はＧａＡｓのメル
トゾーン、６は多結晶、７はＡ　ｓ　，８は高温炉、９
はメルトゾーン５を形成するメルト形成炉、１０は固液
界面を制御する界面制御炉、１１は高温炉、１２はＡｓ
７を加熱する低温炉、１３は炭化けい素（Ｓ　ｉ　Ｃ）
の支持管、１４は放熱孔を示す。またＡは温度Ｔがピー
クを示す位置、Ｂは固液昇面の位置、ＣはＡ点よりＢ点
までの距離、１は赦八孔１４の長さを示す。

この装置を川いてＧａＡｓ単粘晶を製造する場合は石英
ボー１−　２の中に原料のＧａ２０００ｇと秤結晶３を
入れて石英アンプル１の一方の端に置４ き、他端にはＡｓ７を２２００ｇ入れて石英アンプル１
を真空封止する。この石英アンプル１を支持管１３の中
にセットして高温炉３１１．　メルト形成炉９、界面制
御炉１０、低温炉１２により加熱する。このとき同図（
ｃ）に示すように低温炉１２の温度を６１０℃にして石
英アンプル１内の圧力をＡｓ圧の１　ａｔｍに保ちこの
状態で炉８〜１１の温度を１２００°Ｃに」二昇させて
石英ボー１・２内のＧａとＡｓにより合成反応を行なわ
せる。

ついでメルＩ・形成炉９の温度を１２６０゜Ｃ〜１２８
０℃に昇温してＧａＡｓのメルトゾーン５を形成した後
、炉体を移動させて種結晶３とメルトゾーン５を接触さ
せてシード付を行なう。次に炉体を５〜１０■／時の速
度で前の場合と反対方向に移動させてＧａＡｓ単結晶を
或長させ、その後約１００℃／ｇの温度で室温まで冷却
して単結晶とする。

このようにしてＧａＡｓのｑｉ結晶約４１５０ｇを得る
ことができるか、この場合、放熱孔１４の長さ１を変化
させて固液界面形状を観察した粘果を第１表に示す。

同表は放熱孔１４を界面制御炉１０にのみ取付けた場合
と界面制御炉１０およびメルト形成炉９の両者に共通と
なるように取付けた場合（第１図（ｂ））について放熱
孔長さ１と固液界面形状との関係を示すが、同表より明
らかなように放熱孔１４を界面制御炉１０にのみ取付け
た場合は放熱孔１４を１５０ＩｌｌＩＩＩまで長くして
も固液界面の形状は凹面のままで良好な結晶威長が得ら
れない。これに対して放熱孔１４をメルト形成炉９と界
面制御炉１０の両者にまたがるように取付けた場合は、
放熱孔１４の長さ１を温度がピークとなる位置Ａより固
液界面位置Ｂまでの距離Ｃ＝８０１ＩＩＩｌｌより長く
することにより固液界面形状は凸面となり良好な成長が
得られることが分かる。

７ 同表に示すように固液界面形状がやや凸面および凸面で
単結晶が安定に成長するためには｛一１００ｍｍ以上と
することが必要で、さらに、放熱孔１４の長さ１を温度
ピーク値の位置Ａより単結晶４の反対方向へ１００１１
１１１１以上延長し、固液界面位置Ｂより単結晶４の方
向に１００１以上延長してＣ−８０ｍｍを含めＪ’−２
８０ｍｎ＋以上とすれば一層良好な結果を得ることがで
きる。

なお、上述の場合は戊長炉は通常使用される抵抗加熱式
電気炉の場合を対象としたが、その他高周波加熱炉やゴ
ールドイメージ炉（高出力赤外線炉）に対しても同様に
適用することができる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば次のような効果が得ら
れる。

（１）結晶の長さ方向におけるドーバント濃度が均一と
なり特性が安定でかつ均一な単結晶を得ることができる
。

（２）クローム（Ｃｒ）　ドープの半絶縁性基板に適用
する場合、インゴット内のＣｒ濃度のバラツキを低減す
ることができ良好な特性を得ることができる。

【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製造装置の一実施
例を示す説明図である。 １：石英アンプル、 ２：石英ボート、 ３：種結晶、 ４：ＧａＡｓ単結晶、 ５：ＧａＡｓメルトゾーン、 ６：多結晶、 ７：Ａｓ， ８，１１：高温炉、 ９：メルト形成炉、 １０；界面制御炉、 １２：低温炉、 １４。放熱孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、化合物半導体の原料を収容する横形ボート並びに前
   記化合物半導体の構成元素のうちより揮発性の高い構成
   元素をそれぞれ所定位置に設置して真空封入する石英ア
   ンプルと、該石英アンプルの外周に設けられて前記化合
   物半導体原料を該原料の融点以下の温度に加熱する高温
   炉、前記ボート内温度にピーク値を形成するメルト形成
   炉および前記単結晶成長時に固液界面を形成する界面制
   御炉並びに前記揮発性の高い構成元素を加熱する蒸気圧
   補償用炉により構成される成長炉とを有する化合物半導
   体単結晶製装置において、前記成長炉の上方に、前記メ
   ルト形成炉の部分から少なくとも前記界面制御炉にわた
   り冷却手段を設けたことを特徴とする化合物半導体単結
   晶製造装置。