JPH0551296A - 化合物半導体単結晶の製造方法 - Google Patents
化合物半導体単結晶の製造方法Info
- Publication number
- JPH0551296A JPH0551296A JP23113791A JP23113791A JPH0551296A JP H0551296 A JPH0551296 A JP H0551296A JP 23113791 A JP23113791 A JP 23113791A JP 23113791 A JP23113791 A JP 23113791A JP H0551296 A JPH0551296 A JP H0551296A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- concentration
- single crystal
- compound semiconductor
- furnace
- gas
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【構成】ＬＥＣ法により化合物半導体単結晶を育成する
方法において、水分量１００ｐｐｍｗ以下のＢ2Ｏ3を使
用し、化合物半導体多結晶を溶融後の炉内雰囲気ガス中
のＣＯ濃度を一定の濃度に制御して所定時間以上放置し
た後、炉内雰囲気ガス中のＣＯ濃度を引き続き同じく一
定の濃度に制御しながら単結晶を育成する。 【効果】炉内雰囲気ガス中のＣＯ濃度のみによって、単
結晶中の炭素濃度を任意の値にテ−ルまで均一に育成す
ることができる。
方法において、水分量１００ｐｐｍｗ以下のＢ2Ｏ3を使
用し、化合物半導体多結晶を溶融後の炉内雰囲気ガス中
のＣＯ濃度を一定の濃度に制御して所定時間以上放置し
た後、炉内雰囲気ガス中のＣＯ濃度を引き続き同じく一
定の濃度に制御しながら単結晶を育成する。 【効果】炉内雰囲気ガス中のＣＯ濃度のみによって、単
結晶中の炭素濃度を任意の値にテ−ルまで均一に育成す
ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＬＥＣ法による化合物半
導体単結晶の製造方法に関するものである。
導体単結晶の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＡｓ単結晶中の炭素は浅いアクセプ
ターとして作用し、結晶の電気特性やデバイスを作製し
た際にその特性に大きな影響を与える。このため、特に
ＩＣ基板用結晶としては、炭素濃度の均一性に優れた単
結晶が望まれている。
ターとして作用し、結晶の電気特性やデバイスを作製し
た際にその特性に大きな影響を与える。このため、特に
ＩＣ基板用結晶としては、炭素濃度の均一性に優れた単
結晶が望まれている。
【０００３】化合物半導体単結晶の製造方法として工業
的に用いられているＬＥＣ法では、原料融液の炭素濃
度、ひいては結晶の炭素濃度を制御するには、炉内ガス
中のＣＯ濃度を制御する方法が有効であることが知られ
ている。従来ガス中のＣＯ濃度等を制御して化合物半導
体単結晶の炭素濃度を制御する方法としては、特開昭
６２−３０７００、特開平１−２４２４８８、特開
平１−２３９０８９、特開平１−３１３３９８などが
報告されている。，の方法は、ＣＯまたはＣＯ2濃
度を、あるレベル以下にすることで、結晶の炭素濃度を
低減するのが目的で、結晶内の均一性に関しては考慮さ
れていない。の方法はＣＯ濃度を一定に保つことによ
って炭素濃度を制御する方法であるが後述するように、
この場合も均一性の良い結晶は得られない。の方法
は、炭素濃度を制御することで、結晶内の炭素濃度が頭
部で２×１０15cm-3〜２０×１０15cm-3、尾部で頭部濃
度の１／３以上ということで均一性は良くない。これら
従来の方法では、ある程度炭素濃度は制御できるもの
の、ＩＣ基板用として充分満足のできる均一性の優れた
結晶は得られない。
的に用いられているＬＥＣ法では、原料融液の炭素濃
度、ひいては結晶の炭素濃度を制御するには、炉内ガス
中のＣＯ濃度を制御する方法が有効であることが知られ
ている。従来ガス中のＣＯ濃度等を制御して化合物半導
体単結晶の炭素濃度を制御する方法としては、特開昭
６２−３０７００、特開平１−２４２４８８、特開
平１−２３９０８９、特開平１−３１３３９８などが
報告されている。，の方法は、ＣＯまたはＣＯ2濃
度を、あるレベル以下にすることで、結晶の炭素濃度を
低減するのが目的で、結晶内の均一性に関しては考慮さ
れていない。の方法はＣＯ濃度を一定に保つことによ
って炭素濃度を制御する方法であるが後述するように、
この場合も均一性の良い結晶は得られない。の方法
は、炭素濃度を制御することで、結晶内の炭素濃度が頭
部で２×１０15cm-3〜２０×１０15cm-3、尾部で頭部濃
度の１／３以上ということで均一性は良くない。これら
従来の方法では、ある程度炭素濃度は制御できるもの
の、ＩＣ基板用として充分満足のできる均一性の優れた
結晶は得られない。
【０００４】
【発明が解決しようとする問題点】本発明は上記の欠点
を解決したもので、目的は、所定の炭素濃度でかつ、均
一性の優れた化合物半導体単結晶の製造技術を提供する
ことにある。
を解決したもので、目的は、所定の炭素濃度でかつ、均
一性の優れた化合物半導体単結晶の製造技術を提供する
ことにある。
【０００５】
【問題点を解決するための手段及び作用】本発明者らは
先ず、ＣＯ濃度一定の条件でＧａＡｓ単結晶を育成した
場合に、結晶内で炭素濃度がどのように変化するかを調
べた。
先ず、ＣＯ濃度一定の条件でＧａＡｓ単結晶を育成した
場合に、結晶内で炭素濃度がどのように変化するかを調
べた。
【０００６】ＬＥＣ法で化合物半導体単結晶を製造する
方法において、高圧引上げ炉に接続されたガス導入管の
途中に圧力調節弁を設け、排気管の途中にはバルブを設
けるとともに、上記排気管もしくは引上げ炉にはＣＯガ
ス検出器を取り付け、この検出器の信号に基づいて、上
記引上げ炉内のＣＯ濃度が３５０ppm±１０ppmの範囲で
一定となるように制御しながら結晶の引上げを行なっ
た。液体封止剤Ｂ2Ｏ3は水分濃度２００ppmwと３００pp
mwのものを用いた。
方法において、高圧引上げ炉に接続されたガス導入管の
途中に圧力調節弁を設け、排気管の途中にはバルブを設
けるとともに、上記排気管もしくは引上げ炉にはＣＯガ
ス検出器を取り付け、この検出器の信号に基づいて、上
記引上げ炉内のＣＯ濃度が３５０ppm±１０ppmの範囲で
一定となるように制御しながら結晶の引上げを行なっ
た。液体封止剤Ｂ2Ｏ3は水分濃度２００ppmwと３００pp
mwのものを用いた。
【０００７】その結果、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度は
図１に示すようになった。図１より、何れも結晶テール
側で高くなり均一性は悪かった。
図１に示すようになった。図１より、何れも結晶テール
側で高くなり均一性は悪かった。
【０００８】本発明者らは、ＣＯ濃度一定にも関わら
ず、炭素濃度が一定にならない原因はＢ2Ｏ3の水分濃度
の変化にあると考えた。
ず、炭素濃度が一定にならない原因はＢ2Ｏ3の水分濃度
の変化にあると考えた。
【０００９】ＬＥＣ法において、液体封止剤Ｂ2Ｏ3中の
水分濃度が結晶の炭素濃度に影響を及ぼすことは従来か
ら判っており、チャージ時のＢ2Ｏ3水分濃度と結晶の炭
素濃度の関係については、A.T.Hunter(Apply Phys Let.
４４（１），１９８４）の報告等がある。一般的に、低
水分濃度のＢ2Ｏ3を用いると、炭素濃度が高くなるた
め、従来は、水分濃度１００ppmw以上のＢ2Ｏ3が使用さ
れてきた。
水分濃度が結晶の炭素濃度に影響を及ぼすことは従来か
ら判っており、チャージ時のＢ2Ｏ3水分濃度と結晶の炭
素濃度の関係については、A.T.Hunter(Apply Phys Let.
４４（１），１９８４）の報告等がある。一般的に、低
水分濃度のＢ2Ｏ3を用いると、炭素濃度が高くなるた
め、従来は、水分濃度１００ppmw以上のＢ2Ｏ3が使用さ
れてきた。
【００１０】しかし、結晶育成中のＢ2Ｏ3水分濃度の変
化に関しては調べられておらず、筆者らが育成終了後の
Ｂ2Ｏ3水分濃度を調べた結果、図２に示すように、チャ
ージ時の水分濃度に比べ、大きく低下していることがわ
かり、このためにテール側で炭素濃度が高くなると考え
た。
化に関しては調べられておらず、筆者らが育成終了後の
Ｂ2Ｏ3水分濃度を調べた結果、図２に示すように、チャ
ージ時の水分濃度に比べ、大きく低下していることがわ
かり、このためにテール側で炭素濃度が高くなると考え
た。
【００１１】そこで、図２からわかるように、Ｂ2Ｏ3水
分濃度は約１００ppmw以下で安定するので、炭素濃度の
均一性を改善する手段として、最初から１００ppmw以下
の低水分濃度のＢ2Ｏ3を使用することとした。このこと
によって、結晶育成中にＢ2Ｏ3の水分濃度は変化せず、
従って、結晶の炭素濃度を炉内ガス中のＣＯ濃度だけで
制御できる。
分濃度は約１００ppmw以下で安定するので、炭素濃度の
均一性を改善する手段として、最初から１００ppmw以下
の低水分濃度のＢ2Ｏ3を使用することとした。このこと
によって、結晶育成中にＢ2Ｏ3の水分濃度は変化せず、
従って、結晶の炭素濃度を炉内ガス中のＣＯ濃度だけで
制御できる。
【００１２】また、低水分濃度のＢ2Ｏ3を用いると炭素
濃度が高くなるという問題は、多結晶を溶融した後、一
定ＣＯ濃度の炉内雰囲気下に所定時間以上、具体的には
ＧａＡｓの場合１０時間以上、好ましくは１５時間以上
放置してから単結晶引き上げを行うことにより、炭素濃
度を高すぎない所定の値とすることができた。
濃度が高くなるという問題は、多結晶を溶融した後、一
定ＣＯ濃度の炉内雰囲気下に所定時間以上、具体的には
ＧａＡｓの場合１０時間以上、好ましくは１５時間以上
放置してから単結晶引き上げを行うことにより、炭素濃
度を高すぎない所定の値とすることができた。
【００１３】すなわち、本発明は、ＬＥＣ法により化合
物半導体単結晶を育成する方法において、水分量１００
ppmw以下の低水分量のＢ2Ｏ3を使用し、化合物半導体多
結晶を溶融後の炉内雰囲気ガス中のＣＯ濃度を一定の濃
度に制御して所定時間以上放置した後、炉内雰囲気ガス
中のＣＯ濃度を同じく一定の濃度に制御しながら化合物
半導体単結晶を育成することを特徴とする化合物半導体
単結晶の製造方法を提供するものである。
物半導体単結晶を育成する方法において、水分量１００
ppmw以下の低水分量のＢ2Ｏ3を使用し、化合物半導体多
結晶を溶融後の炉内雰囲気ガス中のＣＯ濃度を一定の濃
度に制御して所定時間以上放置した後、炉内雰囲気ガス
中のＣＯ濃度を同じく一定の濃度に制御しながら化合物
半導体単結晶を育成することを特徴とする化合物半導体
単結晶の製造方法を提供するものである。
【００１４】
【実施例】図４には本発明方法に使用した単結晶成長装
置の一例を示す。この実施例の結晶成長装置は、密閉型
の高圧引上げ炉１内にるつぼ２が支持軸３により回転可
能に支持され、るつぼ２の周囲にカーボン製ヒーター４
が配置されている。そして、ヒーター４の外側には同じ
くカーボン製の熱遮蔽体５が配置されているとともに、
るつぼ２の上方からは下端に種結晶を有する引上げ軸６
が垂下されている。さらに、引上げ炉１の側壁には、不
活性ガス等を導入するためのガス導入管１１と、炉内ガ
スを排気するための排気管１２が接続され、ガス導入管
１１の途中には炉内圧力調整弁１３が、また排気管１２
の途中にはバルブ１４が設けられている。
置の一例を示す。この実施例の結晶成長装置は、密閉型
の高圧引上げ炉１内にるつぼ２が支持軸３により回転可
能に支持され、るつぼ２の周囲にカーボン製ヒーター４
が配置されている。そして、ヒーター４の外側には同じ
くカーボン製の熱遮蔽体５が配置されているとともに、
るつぼ２の上方からは下端に種結晶を有する引上げ軸６
が垂下されている。さらに、引上げ炉１の側壁には、不
活性ガス等を導入するためのガス導入管１１と、炉内ガ
スを排気するための排気管１２が接続され、ガス導入管
１１の途中には炉内圧力調整弁１３が、また排気管１２
の途中にはバルブ１４が設けられている。
【００１５】また、排気管１２にはＣＯガス濃度検出器
１６が接続され、この検出器１６の出力信号に基づいて
制御装置１７が上記バルブ１４を制御するように構成さ
れている。ガス導入管１１の始端には、不活性ガスボン
ベ及びＣＯまたはＣＯ2 または酸素ボンベが接続されて
おり、切り換え可能となっている。
１６が接続され、この検出器１６の出力信号に基づいて
制御装置１７が上記バルブ１４を制御するように構成さ
れている。ガス導入管１１の始端には、不活性ガスボン
ベ及びＣＯまたはＣＯ2 または酸素ボンベが接続されて
おり、切り換え可能となっている。
【００１６】まず、ＧａＡｓの原料として、７Ｎ（９
９．９９９９９％）の高純度Ｇａと同じく７Ｎ（９９．
９９９９９％）の高純度Ａｓとを直径６インチのｐＢＮ
製るつぼに入れ、その上に封止剤となるＢ2Ｏ3をのせ、
高圧引上げ炉内にセットした。Ｂ2Ｏ3は水分濃度５０pp
mwのものを用いた。高圧引上げ炉内をＡｒガスで置換し
てから、３０kg／cm2の圧力を加え、約５００℃に昇温
し、Ｂ2Ｏ3を溶融した後、６００〜７００℃まで昇温し
てＧａＡｓ多結晶を合成した。そのまま炉内を１４００
℃までさらに昇温してＧａＡｓ多結晶を溶融させてか
ら、ガス導入管１１の炉内圧力調整弁１３の２次側圧力
を２０kg／cm2に設定し、排気管１２のバルブ１４を開
いて高圧引上げ炉内の圧力を２０kg／cm2まで徐々に減
圧するとともに、バルブ１５を開いて検出器１６により
ＣＯガス濃度を測定しながらＣＯガス濃度を一定に制御
し、２０時間放置した後、ＣＯガス濃度を同じく一定に
制御したままるつぼ内の融液に種結晶をつけてＧａＡｓ
単結晶を引上げた。
９．９９９９９％）の高純度Ｇａと同じく７Ｎ（９９．
９９９９９％）の高純度Ａｓとを直径６インチのｐＢＮ
製るつぼに入れ、その上に封止剤となるＢ2Ｏ3をのせ、
高圧引上げ炉内にセットした。Ｂ2Ｏ3は水分濃度５０pp
mwのものを用いた。高圧引上げ炉内をＡｒガスで置換し
てから、３０kg／cm2の圧力を加え、約５００℃に昇温
し、Ｂ2Ｏ3を溶融した後、６００〜７００℃まで昇温し
てＧａＡｓ多結晶を合成した。そのまま炉内を１４００
℃までさらに昇温してＧａＡｓ多結晶を溶融させてか
ら、ガス導入管１１の炉内圧力調整弁１３の２次側圧力
を２０kg／cm2に設定し、排気管１２のバルブ１４を開
いて高圧引上げ炉内の圧力を２０kg／cm2まで徐々に減
圧するとともに、バルブ１５を開いて検出器１６により
ＣＯガス濃度を測定しながらＣＯガス濃度を一定に制御
し、２０時間放置した後、ＣＯガス濃度を同じく一定に
制御したままるつぼ内の融液に種結晶をつけてＧａＡｓ
単結晶を引上げた。
【００１７】ＣＯ濃度を各々１００ppm，３００ppm，６
００ppmの一定に制御した場合の結晶の炭素濃度を図３
に示す。図３に示すようにＣＯ濃度に応じて任意の炭素
濃度でテ−ルまで一定の単結晶を得ることができた。な
お、炭素濃度はＩＲ吸収法により分析したが、その換算
係数は９．２×１０15ｃｍ-1を用いた。
００ppmの一定に制御した場合の結晶の炭素濃度を図３
に示す。図３に示すようにＣＯ濃度に応じて任意の炭素
濃度でテ−ルまで一定の単結晶を得ることができた。な
お、炭素濃度はＩＲ吸収法により分析したが、その換算
係数は９．２×１０15ｃｍ-1を用いた。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、ＬＥＣ法により化
合物半導体単結晶を製造する方法において、１００ppmw
以下の低水分濃度のＢ2Ｏ3を使用し、化合物半導体多結
晶を溶融後の炉内雰囲気ガス中のＣＯ濃度を一定の濃度
に制御して所定時間以上放置した後、炉内雰囲気ガス中
のＣＯ濃度を同じく一定の濃度に制御しながら化合物半
導体単結晶を育成することによって、Ｂ2Ｏ3の水分濃度
変化の影響がなく、ガス中のＣＯ濃度のみにより結晶の
炭素濃度を制御することができた。
合物半導体単結晶を製造する方法において、１００ppmw
以下の低水分濃度のＢ2Ｏ3を使用し、化合物半導体多結
晶を溶融後の炉内雰囲気ガス中のＣＯ濃度を一定の濃度
に制御して所定時間以上放置した後、炉内雰囲気ガス中
のＣＯ濃度を同じく一定の濃度に制御しながら化合物半
導体単結晶を育成することによって、Ｂ2Ｏ3の水分濃度
変化の影響がなく、ガス中のＣＯ濃度のみにより結晶の
炭素濃度を制御することができた。
【図１】従来法で育成したＧａＡｓ単結晶の成長軸方向
の炭素濃度のばらつき。
の炭素濃度のばらつき。
【図２】結晶育成中のＢ2Ｏ3水分濃度の変化。
【図３】本発明法で育成したＧａＡｓ単結晶の成長軸方
向の炭素濃度のばらつき。
向の炭素濃度のばらつき。
【図４】本発明法を適用する単結晶引上げ装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大谷 聡一郎 埼玉県戸田市新曽南三丁目17番35号 日本 鉱業株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 ＬＥＣ法により化合物半導体単結晶を育
成する方法において、水分量１００ppmw以下の低水分量
のＢ2Ｏ3を使用し、化合物半導体多結晶を溶融後の炉内
雰囲気ガス中のＣＯ濃度を一定の濃度に制御して所定時
間以上放置した後、炉内雰囲気ガス中のＣＯ濃度を同じ
く一定の濃度に制御しながら化合物半導体単結晶を育成
することを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23113791A JPH0551296A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23113791A JPH0551296A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0551296A true JPH0551296A (ja) | 1993-03-02 |
Family
ID=16918865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23113791A Pending JPH0551296A (ja) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0551296A (ja) |
-
1991
- 1991-08-20 JP JP23113791A patent/JPH0551296A/ja active Pending
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