JPH0510316B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、昇華法またはハロゲン輸送法を用い
た化合物半導体（ZnS，ZnSe，ZnTe，…）のバ
ルク単結晶成長方法に関するものであり、特に
−族化合物半導体結晶の成長に対して有効な技
術である。

〈従来技術とその問題点〉 昇華法，ハロゲン輸送法などの気相輸送成長法
では、高温高圧以下の溶融法などに見られる冷却
時の変態点の通過あるいは結晶多形の混入のよう
な問題は避けられるものの、結晶成長の初期状態
に及ぼす固定された温度分布あるいは温度勾配と
輸送を生ぜしめる蒸気流そのものの影響は著しく
大きく、初期結晶の形状や原子配列の完全性を十
分に制御することは容易でない。そのため、初期
の結晶状態を必然的に受け継ぐバルク化後の成長
結晶において、良質な単結晶を再現性良く得るこ
とは困難であつた。このような問題を解決するた
め、従来の成長法では、基本的には第２図に示し
たようなT₁〜T₂で示される温度分布を用い、ア
ンプル形状の工夫あるいは種結晶部と成長部の分
割による制御などにより乱れの少ない結晶の成長
法が試みられている。図中、１５は成長容器、１
６は種結晶、１７は原料、１８は単結晶、１９は
ヒータである。しかし、従来法では、固定した成
長環境（温度分布）での改良を計つているためア
ンプルへの仕込み条件が少しでも異なる場合や少
しでも外部からの擾乱が入る場合には、結晶性の
低い乱れた状態が出現する。しかも、物性制御等
の観点から成長条件（アンプル仕込条件，温度条
件等）を変更すると単結晶成長条件から外れる等
の問題点が残されているが、これらの問題点はい
ずれも結晶成長初期に生ずる乱れを引き継いだ形
態での成長が進行することに最大の原因がある。

〈発明の目的〉 本発明は斯る点に鑑みてなされたもので、
ZnS，ZnSe等の−族化合物半導体の気相バ
ルク単結晶成長に際して、任意の時間、空間の間
で成長の初期状態を制御する、即ち種結晶から伸
長した初期結晶を局所的に高温に加熱することに
より過飽和度の変化及び流れの影響等を緩和する
ことにより、種結晶から伸長し径が大となる以前
に乱れの少ない高品位結晶とし、引き続くバルク
結晶化においてより良質な単結晶成長の進行を可
能にする方法を提供すること並びに任意の時間，
空間における初期結晶成長制御のための極限され
た部分の加熱を実現させるための装置上の基本的
構成（二重ヒーター法）を提供することにある。

〈発明の概要〉 本発明の結晶成長方法の特徴は、結晶成長領域
（通常の成長においては一定のあるいは傾斜の付
与された低温領域）中に高温部分を創出すること
により、その高温部分を通過して成長する結晶の
品質を制御することにある。即ち、より詳しく記
述すると、結晶の成長が低温部で生じるような本
発明の対象とする気相成長法では、種結晶上への
成長は低温域での過飽和度により進行するため、
過飽和度の時間的、空間的変化に依存して結晶化
状態が大きく影響を受け、単結晶化，骸晶化，樹
枝状結晶化等のいずれかあるいはこれらが混在し
た結晶成長が進行し易い。特に蒸気流が存在する
条件下では結晶表面の過飽和度は温度差、温度勾
配だけでなく流れの時間的、空間的変化・不均一
さに依存する。このような成長装置内の不安常性
は成長法の原理から成長開始初期の過渡的状況下
で特に著しく、そのため、結晶成長初期の状態制
御が特に重要となる。

本発明は成長初期の乱れ（径大化以前に生じ、
以後成長終了まで引き継がれる）を、成長初期に
伸長する極くわずかの領域中において、設定され
た単結晶成長温度よりも高い温度に設定すること
により可能となる過飽和度制御（緩和と時間的、
空間的一様化）によつて減少させることにより、
種結晶からの良質結晶の安定な伸長の進行を可能
とすることを特徴の１つとする。

さらに、本発明においては、上部温度分布の実
現の為に、狭帯ヒーターを案内し、加熱炉構造全
体として２重ヒータとすることが特徴となつてい
る。即ち、第１のヒータは高温部および低温部の
全体の温度分布を安定度高く十分に精度高く設定
するために用い、第２のヒーターは、任意の位置
に移動可能で、任意の時間に任意の温度に加熱可
能な狭幅帯ヒーターとして第１のヒーターの温度
分布に重畳して設定される。

上記のような概略構成をさらに具体的に説明す
ると、成長装置中で第１ヒータにより、原料
（高）温度と成長（低）温度の２段温度分布に設
定された条件下で種結晶からの成長初期の結晶先
端が一定長まで伸長した時点で、結晶先端部位の
位置する限られた領域を第２ヒータにより加熱
し、先端部分の結晶表面の温度差（原料温度に対
する差）を制御することにより結晶の均質化、良
質化を計り、加熱された状態でさらに特定の設定
長まで伸長させ、その位置より、第１ヒータのみ
による径大化の成長を進行させる。

〈実施例〉 ZnS，ZnSeの沃素輸送法による単結晶成長法
を例として本発明の成長法と成長炉の一実施例に
ついて説明する。

第１図は本発明の一実施例の説明に供する沃素
輸送法を用いる結晶成長装置の構成図である。成
長装置は加熱部分として第１ヒータ８が容器本体
外周囲に巻回されており、ヒータ８と容器の間に
は上下動可能な環状の第２ヒータ９が垂設されて
いる。尚、成長容器本体は石英アンプル１から構
成されており、上部に種結晶２、バルク単結晶７
等が配置され、下方には原料３が収容されてい
る。石英アンプル１は直径30mmφ、長さ数100mm
の円筒中空体であり、種結晶２には上部よりヒー
トシンク４が接触している。第２ヒータ９は駆動
系１０に連結され、駆動系１０によつて上下方向
に駆動される。種結晶２は石英アンプル１の壁上
面に空いた成長孔より成長空間を臨んでおり、こ
の部分より結晶が成長する。石英アンプル１の底
部にZnS，ZnSeの単結晶成長用原料３を充填し、
加熱炉内にて第１ヒータ８で原料温度T₁、成長
温度T₂を持つ温度分布を付与して加熱すること
により成長が開始される。即ち、温度T₁に加熱
された原料３が沃素を輸送媒体として蒸気とな
り、種結晶２迄運ばれて析出する。種結晶２から
成長を始めた結晶が約５mm程度の小結晶５に伸長
した時点で狭帯環状の第２ヒータ９を動作させ上
記温度分布に重畳して温度T₃（T₃＞T₂）を付与
する。これによつて小結晶５部分の温度がT₃迄
加熱される。さらに10〜15mm長となるまで小結晶
５を成長させる。成長した小結晶５は温度T₃迄
加熱されることによつて熱エネルギーを得て結晶
配列の不整合や欠陥が拡散、格子整合化等の原子
運動によつて消減する。成長時の不安定性は成長
初期の小結晶が10〜15mm以上となつた位置でほぼ
解消され、この位置より第２ヒータ９による加熱
を緩和もしくは停止し、第１ヒータ８を主体とし
た成長温度T₂でのZnS又はZnSe単結晶の成長を
進行させる。このような加熱法により伸長しつつ
あ結晶中への欠陥の発生が阻止され高品質結晶７
成長する。

第２ヒータ９は上下方向に可動であり、成長初
期のみならず結晶長大化の任意の時点において結
晶の任意の部分を局部的に加熱制御できる為、偶
発的形状変化の生じた場合にも、成長途中でのそ
の場制御により単結晶の再成長を行なうことが可
能である。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、種結晶
からの結晶伸長時に結晶性を制御して成長させる
ことができるため極めて高品質のバルク単結晶を
再現性良く成長させることが可能となる。しかも
上述したようなヒータ構造のため、成長初期状態
が大幅に異なつても制御・再成長が可能であり、
成長結晶の再結晶、回復作用によつて極めて高い
生産性を有する高品位のバルク結晶の成長技術を
確立することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明に供する成長
装置の構成概略図である。第２図は従来の成長法
を説明する成長装置の概略図である。 １：成長容器、２：種結晶、３：原料、４：ヒ
ートシンク、５：小結晶、６：小結晶成長位置、
７：単結晶、８：第１ヒータ、９：第２ヒータ、
１０：駆動系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 昇華法またはハロゲン輸送法を用いた化合物
   半導体結晶の成長方法において、結晶成長開始部
   位に位置する狭領域の温度を成長温度より高く制
   御設定することにより成長初期結晶の結晶性を制
   御することを特徴とする化合物半導体結晶の成長
   方法。 ２ 結晶成長領域と、原料領域を含む全温度分布
   を設定する第１のヒータと、結晶成長開始部位に
   位置する狭領域の温度を制御する第２のヒータと
   を用いて温度制御する特許請求の範囲第１項記載
   の化合物半導体結晶の成長方法。