JPH0365585A - 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］ 本発明は化合物半導体単結晶の製造技術さらには熱伝導
率の低いＩＩ−ＶＩ族化合物半導体単結晶を横型ボート
法により育成する技術に関し、特にＣｄＴｓ系単結晶の
製造に利用して効果のある技術に関する。

［従来の技術］ 従来、Ｇ　ａ　Ａ　ｓやＩｎＰのような化合物半導体単
結晶の製造方法の一つに横型ボート法がある。

第３図に、横型ボート法の一つである二温度帯水平ブリ
ッジマン法を実現する一般的な単結晶成長装置の概略構
成を示す。

すなわち、炉芯管１内には原料を充填したボート２と蒸
気圧制御用の元素３および対流防止板４が真空封入され
た石英反応管５が挿入され、炉芯管１の外側には分割ヒ
ータ６が配置され、このヒータ６によって炉芯管↓内に
軸方向に沿って２つの均熱＊ＴＬ、Ｔ２が形成されるよ
うに構成されている。石英反応管５は当初原料を装填し
たボート２が高温度均熱帯Ｔ□に位置し、蒸気圧制御用
の元素３が低温度均熱帯Ｔ２に位置するように配置され
る。上記高温度均熱帯Ｔ工は、ボート２内の原料の融点
よりも少し高い温度に、また低温度均熱帯Ｔ２は反応管
Ｓ内が元素３の蒸気圧によって所望の圧力となるように
温度が制御される。この状態で、先ずボート２内の原料
を溶融させてから、ボート２が高温度均熱帯Ｔ１から低
温度均熱帯Ｔ２に向かうようにヒータ６を左方へ移動さ
せることにより、ボート２内の原料の固液界面を相対的
に移動させ、右端から左端に向かって結晶を成長させる
ものである。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記のような横型ボート法による結晶成長装
置において、例えばＣｄＴｅのような■−■族化合物半
導体単結晶を製造する場合、ＣｄＴｅは表１に示すよう
にＧ　ａ　Ａ　ｓのような■−■族化合物半導体や、−
殻内なボート材質であるグラファイトやｐＢＮに比べて
熱伝導率が１桁以上小さい。

このように熱伝導率の小さい化合物半導体単結晶をボー
ト内で成長させる場合、凝固潜熱が結晶内を伝わって逃
げにくくなるために、ボートを伝わって逃げる熱の割合
が多くなってしまう。その結果、固液界面形状が第５図
に示すごとく融液側に凹状となるため、ボートに接した
部分に核ができて、多結晶化したり、リニエージやセル
構造等の転位の発生を助長するという欠点があった。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、横型ボート法によりＣｄ
Ｔｅのような熱伝導率の低い化合物半導体単結晶を育成
する場合に、単結晶化率を向上させ、かつ転位の発生を
低減させることにある。

［課題を解決するための手段］ 横型ボート法によりＣｄ　Ｔ　ｅのような熱伝導率の低
い化合物半導体単結晶を育成する方法において、炉芯管
と反応管との間もしくはボートと反応管との間に、断熱
材を介在させるようにするものである。

［作用］ 上記手段によればボートの周囲に断熱材が配置されてい
るため発生した凝固潜熱のうちボートの側面もしくは底
面から逃げる伝導熱、輻射熱の熱量が低減され、これに
対して結晶を伝わって逃げる熱量の割合が大きくなり、
これによって従来の方法では第５図に示すように融液側
に凹状となっていた固液界面を第４図に示すように平坦
化させて単結晶化率を向上させ、転位の発生を低減させ
ることができる。

［実施例コ 第１図および第２図に本発明に係る横型ボート法による
結晶成長装置の一実施例の要部を示す。

この実施例では、炉芯管１内に、敷板８および断熱材７
を介して石英製反応管５が配置され、反応管５内に原料
を入れたボート２が封入されている。すなわち、反応管
５の外周にはボート２の側面および底面を覆うように断
熱材７が被覆されている。特に限定されるものではない
が、断熱材７で覆われた反応管５は敷板８によって炉芯
管１の略中心に位置するように支持されている。

上記断熱材７は育成する結晶より熱伝導率の低い材料、
例えばアルミナ（Ａｆ１２０３）とシリカ（ＳｉＯ２）
を主成分とする繊維を布状にしたものを用いる。また、
断熱材７は、その両端が開口され、かつボート２の両端
よりもΔａだけ外側に突出するとともに、上端はボート
２の上端よりもΔｈだけ上方へ突出するように形成され
ている。

ここで、突出量Δ（はＯ〜８０＋ｎｍ、ΔｈはＯ〜１０
＋ｎｉの範囲とするとよい。

なお、図示しないが、上記反応管５内には第３図に示す
従来の装置と同様に中央に対流防止板４が配置されてい
るとともに、他端にはＣｄ等化合物半導体の構成元素ま
たはそれと同族の元素が蒸気圧制御用元素として封入さ
れている。また、炉芯管１の周囲には分割型のヒータが
配置され、反応管５とヒータとはその軸方向に相対移動
可能に構成されている。

上記実施例においては、断熱材７を反応管５の外周に配
設しているが、ボート２の外壁と反応管５の内壁との間
に断熱材７を介在させるようにしてもよい。ただし、反
応管５の内側に配設すると、断熱材７の成分や断熱材に
付着していた不純物が育成結晶中に混入するのを防止す
るため前もって長時間のベーキング等の処理を行なって
おく必要があるので、上記実施例のように反応管５の外
側に断熱材を配設する方が望ましい。

−例として、全長４００ｎｎ＋、高さ４２ｎｎのｐＢＮ
製ボート２に原料となるＣｄとＴｅとＺｎを総重量で２
．２ｋｇ入れ、このボートを蒸気圧制御用元素としての
Ｃｄとともに石英反応管５に入れて封入し、反応管５の
外周には全長４５０ｍｍ、高さ４２．５ｕａ＋の断熱材
７をボート２の側面および底面を覆うように被覆して炉
芯管１内に設置した。

そして、二温度帯水平ブリッジマン法を適用し、高温度
均熱帯を１１０５℃、低温度均熱帯を８１９℃に制御し
てヒータを相対速度Ｑ、５ｍｍ／ｈｒで移動しながら結
晶を育成した。その結果、最大結晶粒がおよそ３５Ｘ４
０Ｘ１２０ｍで結晶粒の数が４個のＣｄ　Ｚ　ｎ　Ｔ　
ｅ結晶が得られた。

断熱材７としてはアルミナとシリカを主成分とする繊維
を布状にしたものを用いた。

比較のため、第１図の装置において断熱材を使用せず、
上記実施例と同一の条件の下で、二温度帯水平ブリッジ
マン法を適用して、重量２．１ｋｇのＣｄ　ＺｎＴｅ結
晶を育成した。その結果、最大結晶粒がおよそ２５Ｘ３
０Ｘ４０ａｎで数１０個の結晶粒からなるＣｄＺｎＴｅ
結晶が得られた。

［効果コ 以上説明したように上記実施例においては、横型ボート
法によりＣｄ　ＺｎＴｅのような熱伝導率の低い化合物
半導体単結晶を育成する方法において、炉芯管と反応管
との間もしくはボートと反応管との間に、断熱材を介在
させるようにしたので、発生した凝固潜熱のうちボート
の側面もしくは底面から逃げる熱量よりも結晶を伝わっ
て逃げる熱量の割合の方が多くなり、これによって従来
の方法では融液側に凹状となっていた固液界面が平坦化
され、単結晶化率が向上し、転位の発生が低減するとい
う効果がある。

また、断熱材の寸法を、ボートの全長よりも少し長くか
つボートの高さよりもわずかに高くなるように設定した
ので、ボートからの放熱を抑えることができ、一方融液
表面からの輻射による放熱はほとんど変わらないことか
ら、結晶を伝わって放熱する熱量の割合を増加させるこ
とが可能となり、単結晶化率を向上させ転位を減らすこ
とができる。

なお、実施例では一例としてＣｄＺｎＴｅ結晶を育成し
たが、この発明は、ＣｄＴｅ結晶その地熱伝導率の低い
ｎ−ｖｔ族化合物半導体単結晶の製造に利用できる。

【図面の簡単な説明】

第工図は本発明に係る化合物半導体単結晶製造装置の一
実施例の要部を示す断面正面図、第２図は第１図の装置
の断面側面図、 第３図は横型ボート法による結晶成長装置の全体を示す
断面正面図、 第４図（Ａ）、（Ｂ）は本発明を適用した場合の結晶育
成中の固液界面の形状を示す平面説明図と正面説明図、 第５図（Ａ）、（Ｂ）は従来法により育成を行なった場
合の固液界面の形状を示す平面説明図および正面説明図
である。 １・・・・炉芯管、２・・・・ボート、５・・・・反応
管、６・・・・ヒータ、７・・・・断熱材。 第 １ 図 第 図 第 図 （Ａ） ＦＢ） 第 図 （Ａｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）炉芯管内に原料の入った横型ボートを収容した反
   応管を設置し、炉芯管の外側にはヒータを配置して、所
   望の温度ゾーンを形成し、上記ボート内の原料を一旦溶
   融させてからヒータを相対移動させ、ボート内の融液を
   一端から他端へ向からて徐々に固化させてII−VI族化合
   物半導体単結晶を育成する結晶成長方法において、上記
   炉芯管と反応管との間もしくは上記ボートと反応管との
   間に、断熱材を介在させたことを特徴とする化合物半導
   体単結晶の製造方法。