JPH0729870B2 - 化合物半導体の結晶成長方法および装置 - Google Patents
化合物半導体の結晶成長方法および装置Info
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- JPH0729870B2 JPH0729870B2 JP25830986A JP25830986A JPH0729870B2 JP H0729870 B2 JPH0729870 B2 JP H0729870B2 JP 25830986 A JP25830986 A JP 25830986A JP 25830986 A JP25830986 A JP 25830986A JP H0729870 B2 JPH0729870 B2 JP H0729870B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、横型結晶成長法で化合物半導体の多結晶また
は単結晶を成長させる方法および装置に関するものであ
る。
は単結晶を成長させる方法および装置に関するものであ
る。
従来、横型で化合物半導体の結晶を成長させる方法とし
ては、水平ブリッジマン法（HB法）および温度勾配凝固
法（GF法）などが知られている。第９図はHB法、第10図
はGF法を示す。いずれも、石英アンプル11の一端側に揮
発性元素（Ｖ族元素）12を配置し、他端側に溶融元素
（III族元素）入りのボート13を配置し、このアンプル1
1を電気炉14の中に水平に入れ、炉内を図示のような温
度プロファイルＡに保つ。これにより、高温側で溶融し
た元素の中に低温側で揮発した元素を飽和状態になるま
で溶かし込み、ボート13内に化合物半導体の融液15を作
る。なお温度プロファイルＡは低温側と高温側の間に化
合物半導体の融点MP（融液15の凝固点）を含む温度勾配
部を有している。
ては、水平ブリッジマン法（HB法）および温度勾配凝固
法（GF法）などが知られている。第９図はHB法、第10図
はGF法を示す。いずれも、石英アンプル11の一端側に揮
発性元素（Ｖ族元素）12を配置し、他端側に溶融元素
（III族元素）入りのボート13を配置し、このアンプル1
1を電気炉14の中に水平に入れ、炉内を図示のような温
度プロファイルＡに保つ。これにより、高温側で溶融し
た元素の中に低温側で揮発した元素を飽和状態になるま
で溶かし込み、ボート13内に化合物半導体の融液15を作
る。なお温度プロファイルＡは低温側と高温側の間に化
合物半導体の融点MP（融液15の凝固点）を含む温度勾配
部を有している。
次いでHB法では、アンプル11を矢印Ｂ方向に徐々に移動
させることにより（またはアンプル11を静止させたまま
電気炉14を逆方向に移動させることにより）、ボート13
の一端から他端に向けて結晶を成長させていく。またGF
法では、電気炉14の発熱体16を制御して温度プロファイ
ルＡを〜のように変化させることにより、ボート13
の一端から他端に向けて結晶を成長させていく。
させることにより（またはアンプル11を静止させたまま
電気炉14を逆方向に移動させることにより）、ボート13
の一端から他端に向けて結晶を成長させていく。またGF
法では、電気炉14の発熱体16を制御して温度プロファイ
ルＡを〜のように変化させることにより、ボート13
の一端から他端に向けて結晶を成長させていく。
いずれの場合も電気炉14の発熱体16は、結晶成長に必要
な温度プロファイルＡを作り出すため、アンプル11の長
手方向に多数のゾーンに分割されており、各々が独立し
て発熱量を制御できるようになっている。
な温度プロファイルＡを作り出すため、アンプル11の長
手方向に多数のゾーンに分割されており、各々が独立し
て発熱量を制御できるようになっている。
ところで上記のような結晶成長方法で多結晶を成長させ
る場合、次のような問題がある。多結晶の場合、結晶粒
界の組成が不純物の析出などにより不均一にあるため、
結晶粒界が多いほど、つまりグレインサイズが小さいほ
ど全体の組成は不安定になる。したがって組成の均一な
多結晶を得るには、グレインサイズの大きい多結晶をつ
くる必要がある。しかし多結晶成長の場合、シードを用
いないので、結晶成長開始端の温度勾配が小さすぎる
と、結晶核が出来にくく、過冷却が起こりやすい。過冷
却が起こると、ある程度温度が下がったところで急激に
凝固が始まるためグレインサイズの小さい多結晶しか製
造できない。また逆に、結晶成長開始端の温度勾配を大
きくすると、結晶の成長速度が速くなるため、やはりグ
レインサイズが小さくなってしまい、例えばInP多結晶
成長の場合、Inのインクルージョンや空孔が発生するよ
うになる。
る場合、次のような問題がある。多結晶の場合、結晶粒
界の組成が不純物の析出などにより不均一にあるため、
結晶粒界が多いほど、つまりグレインサイズが小さいほ
ど全体の組成は不安定になる。したがって組成の均一な
多結晶を得るには、グレインサイズの大きい多結晶をつ
くる必要がある。しかし多結晶成長の場合、シードを用
いないので、結晶成長開始端の温度勾配が小さすぎる
と、結晶核が出来にくく、過冷却が起こりやすい。過冷
却が起こると、ある程度温度が下がったところで急激に
凝固が始まるためグレインサイズの小さい多結晶しか製
造できない。また逆に、結晶成長開始端の温度勾配を大
きくすると、結晶の成長速度が速くなるため、やはりグ
レインサイズが小さくなってしまい、例えばInP多結晶
成長の場合、Inのインクルージョンや空孔が発生するよ
うになる。
また上記のような結晶成長方法で単結晶を成長させる場
合には、次のような問題がある。すなわち単結晶成長の
場合は、ボートの一端にシードを置いて、そこから単結
晶を成長させることになるが、シードと融液の濡れ性が
悪い場合には、別に結晶核ができて多結晶化してしまう
という問題である。
合には、次のような問題がある。すなわち単結晶成長の
場合は、ボートの一端にシードを置いて、そこから単結
晶を成長させることになるが、シードと融液の濡れ性が
悪い場合には、別に結晶核ができて多結晶化してしまう
という問題である。
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決した化
合物半導体の結晶成長方法を提供するもので、その方法
は、ボート内に化合物半導体の融液を作り、その融液の
凝固点を含む温度勾配を、上記ボートの結晶成長開始端
から終了端の方へ相対的に移動させることによりボート
内に化合物半導体の結晶を成長させる方法において、結
晶成長開始にあたり、ボートの結晶成長開始端に周期的
な温度変化を与えて結晶核を作り、その後、上記の周期
的な温度変化を止めて、結晶成長開始端から終了端に向
けて結晶を成長させていくことを特徴とするものであ
る。
合物半導体の結晶成長方法を提供するもので、その方法
は、ボート内に化合物半導体の融液を作り、その融液の
凝固点を含む温度勾配を、上記ボートの結晶成長開始端
から終了端の方へ相対的に移動させることによりボート
内に化合物半導体の結晶を成長させる方法において、結
晶成長開始にあたり、ボートの結晶成長開始端に周期的
な温度変化を与えて結晶核を作り、その後、上記の周期
的な温度変化を止めて、結晶成長開始端から終了端に向
けて結晶を成長させていくことを特徴とするものであ
る。
上記のように結晶成長開始端に周期的な温度変化を与え
ると、多結晶成長の場合には、結晶核が出来たり消えた
りして、比較的大きな結晶核だけが残るようになり、そ
こから結晶成長が開始されるため、グレインサイズの大
きい多結晶を成長させることが可能となる。また単結晶
成長の場合には、周期的な温度変化によりシード先端部
が融液に溶かし込まれ、シードと融液の濡れが十分とな
った後、結晶成長が行われるため、確実に単結晶を成長
させることが可能となる。
ると、多結晶成長の場合には、結晶核が出来たり消えた
りして、比較的大きな結晶核だけが残るようになり、そ
こから結晶成長が開始されるため、グレインサイズの大
きい多結晶を成長させることが可能となる。また単結晶
成長の場合には、周期的な温度変化によりシード先端部
が融液に溶かし込まれ、シードと融液の濡れが十分とな
った後、結晶成長が行われるため、確実に単結晶を成長
させることが可能となる。
また本発明は、上述した方法の発明の実施に使用する装
置を提供するもので、その装置は、化合物半導体結晶成
長用のボートを内蔵するアンプルの周囲に発熱体を備
え、上記発熱体が、結晶成長に必要な温度プロファイル
を作り出すため、アンプル長手方向に多数のゾーンに分
割され、各々が独立して発熱量を制御できるようになっ
ている化合物半導体の結晶成長装置において、上記発熱
体とは別に、上記ボートの結晶成長開始端に相当する位
置に、周期的な温度変化を生じさせる発熱体および冷却
体の少なくとも一方を設置したことを特徴とするもので
ある。
置を提供するもので、その装置は、化合物半導体結晶成
長用のボートを内蔵するアンプルの周囲に発熱体を備
え、上記発熱体が、結晶成長に必要な温度プロファイル
を作り出すため、アンプル長手方向に多数のゾーンに分
割され、各々が独立して発熱量を制御できるようになっ
ている化合物半導体の結晶成長装置において、上記発熱
体とは別に、上記ボートの結晶成長開始端に相当する位
置に、周期的な温度変化を生じさせる発熱体および冷却
体の少なくとも一方を設置したことを特徴とするもので
ある。
このように周期的な温度変化を生じさせる発熱体または
冷却体を、温度プロファイルを作り出す発熱体と別に設
けておくことにより、周期的な温度変化を容易にかつ正
確に生じさせることが可能となる。
冷却体を、温度プロファイルを作り出す発熱体と別に設
けておくことにより、周期的な温度変化を容易にかつ正
確に生じさせることが可能となる。
以下、本発明の一実施例を第１図を参照して詳細に説明
する。
する。
電気炉14の発熱体16は、図示のようにアンプル11の長手
方向に多数のゾーンに分割され、各々が独立して発熱量
を制御できるようになっている。この発熱体16により、
実線Ａのような温度プロファイルを作り、ボート13内の
InP融液15を融点MPで、ある一定時間保持した。その
後、結晶成長を開始するにあたり、ボート13の結晶成長
開始端に位置する発熱体16nの発熱量を制御して、結晶
成長開始端に例えば第２図のような温度変化を与えた。
図示のように周期的な温度変化の最も高い部分の温度は
融点MPよりΔＴだけ低くなるようにした。
方向に多数のゾーンに分割され、各々が独立して発熱量
を制御できるようになっている。この発熱体16により、
実線Ａのような温度プロファイルを作り、ボート13内の
InP融液15を融点MPで、ある一定時間保持した。その
後、結晶成長を開始するにあたり、ボート13の結晶成長
開始端に位置する発熱体16nの発熱量を制御して、結晶
成長開始端に例えば第２図のような温度変化を与えた。
図示のように周期的な温度変化の最も高い部分の温度は
融点MPよりΔＴだけ低くなるようにした。
温度変化の大きさ及び時間幅は、融液の過冷却度（過冷
却の起こりやすさの度合。不純物が多いほど過冷却が起
こりやすい。）により異なるが、おおよそ温度振幅は２
〜50℃、温度立ち上げ時間は５〜20分、温度立ち下げ時
間は20〜60分程度である。
却の起こりやすさの度合。不純物が多いほど過冷却が起
こりやすい。）により異なるが、おおよそ温度振幅は２
〜50℃、温度立ち上げ時間は５〜20分、温度立ち下げ時
間は20〜60分程度である。
その後、周期的な温度変化を止め、従来と同じ温度プロ
ファイルにより、結晶を成長させた。その結果、周期的
な温度変化を与えたことにより、４℃/cmと比較的小さ
い温度勾配で、グレインサイズの大きいInP多結晶を再
現性よく製造することができた。これは、結晶成長開始
時に周期的な温度変化を与えることにより、過冷却現象
が抑制され、安定した結晶核が形成でき、低温度勾配に
おいても融点近傍において安定した結晶成長が行えるこ
とを示すものである。
ファイルにより、結晶を成長させた。その結果、周期的
な温度変化を与えたことにより、４℃/cmと比較的小さ
い温度勾配で、グレインサイズの大きいInP多結晶を再
現性よく製造することができた。これは、結晶成長開始
時に周期的な温度変化を与えることにより、過冷却現象
が抑制され、安定した結晶核が形成でき、低温度勾配に
おいても融点近傍において安定した結晶成長が行えるこ
とを示すものである。
以上の説明は多結晶の場合であるが、単結晶の場合は、
ボートの結晶成長開始端にシードが設置される。シード
のある結晶成長開始端に周期的な温度変化を与えると、
シードの先端部が融液に溶かし込まれ、シードと融液の
濡れが十分になるため、その後、結晶成長を開始すると
多結晶化することなく、確実に単結晶を成長させること
ができる。
ボートの結晶成長開始端にシードが設置される。シード
のある結晶成長開始端に周期的な温度変化を与えると、
シードの先端部が融液に溶かし込まれ、シードと融液の
濡れが十分になるため、その後、結晶成長を開始すると
多結晶化することなく、確実に単結晶を成長させること
ができる。
また以上の説明はInPの結晶成長の場合であるが、GaAs
の結晶成長にも本発明は同様に適用可能である。
の結晶成長にも本発明は同様に適用可能である。
なお周期的な温度変化の波形は、第２図以外にも種々あ
り、例えば第３図に示すように徐々に高温部の温度を低
下させていく方法、第４図のように徐々に高温部、低温
部両側から温度振幅を小さくしていく方法、第５図のよ
うに高温部、低温部に温度の一定な時間を設けずに温度
を滑らかに変化させていく方法などがある。どのような
波形にするかは、融液の過冷却度により異なり、過冷却
度の大きい融液に対しては振幅の大きい急激な温度変化
を与え、過冷却度の小さい融液に対しては、振幅の小さ
い滑らかな温度変化を与える。また第３図ないし第５図
のような温度変化の場合、高温部の温度は、始めは融点
より２〜３℃低い温度であるが、最終的には５〜10℃低
い温度になるようにする。
り、例えば第３図に示すように徐々に高温部の温度を低
下させていく方法、第４図のように徐々に高温部、低温
部両側から温度振幅を小さくしていく方法、第５図のよ
うに高温部、低温部に温度の一定な時間を設けずに温度
を滑らかに変化させていく方法などがある。どのような
波形にするかは、融液の過冷却度により異なり、過冷却
度の大きい融液に対しては振幅の大きい急激な温度変化
を与え、過冷却度の小さい融液に対しては、振幅の小さ
い滑らかな温度変化を与える。また第３図ないし第５図
のような温度変化の場合、高温部の温度は、始めは融点
より２〜３℃低い温度であるが、最終的には５〜10℃低
い温度になるようにする。
また周期的な温度変化の与え方としては、第１図のよう
に結晶成長開始端の発熱体の発熱量を変化させる方法以
外にも、例えば第６図に示すように温度プロファイルＡ
をそのままにして、融液15の入ったボート13を前後に繰
り返し移動させる（図示してないがアンプルごと移動さ
せる）という方法もある。
に結晶成長開始端の発熱体の発熱量を変化させる方法以
外にも、例えば第６図に示すように温度プロファイルＡ
をそのままにして、融液15の入ったボート13を前後に繰
り返し移動させる（図示してないがアンプルごと移動さ
せる）という方法もある。
第７図および第８図はそれぞれ本発明の方法を実施する
のに適する結晶成長装置を示す。これらのアンプルはそ
れぞれ、化合物半導体融液15入りのボート13を内蔵する
アンプル11の周囲に、電気炉14を構成する発熱体16が設
けられており、発熱体16は、結晶成長に必要な温度プロ
ファイルを作り出すため、アンプル11の長手方向に多数
のゾーンに分割され、各々が独立して発熱量を制御でき
るようになっている。
のに適する結晶成長装置を示す。これらのアンプルはそ
れぞれ、化合物半導体融液15入りのボート13を内蔵する
アンプル11の周囲に、電気炉14を構成する発熱体16が設
けられており、発熱体16は、結晶成長に必要な温度プロ
ファイルを作り出すため、アンプル11の長手方向に多数
のゾーンに分割され、各々が独立して発熱量を制御でき
るようになっている。
第７図の装置は、ボート13の結晶成長開始端に位置する
発熱体16nの内側に、周期的な温度変化を生じさせる補
助発熱体21を設置したものである。この装置の場合は、
発熱体16と補助発熱体21で所要の温度プロファイルを作
り、結晶成長開始時に、補助発熱体21の発熱量を変化さ
せて周期的な温度変化を作り出すものである。このよう
にすると結晶成長開始端の温度を細かく制御することが
可能となり、周期的な温度変化を容易にかつ正確に作り
出すことができる。
発熱体16nの内側に、周期的な温度変化を生じさせる補
助発熱体21を設置したものである。この装置の場合は、
発熱体16と補助発熱体21で所要の温度プロファイルを作
り、結晶成長開始時に、補助発熱体21の発熱量を変化さ
せて周期的な温度変化を作り出すものである。このよう
にすると結晶成長開始端の温度を細かく制御することが
可能となり、周期的な温度変化を容易にかつ正確に作り
出すことができる。
また第８図の装置は、ボート13の結晶成長開始端に位置
する発熱体16nの内側に、冷却ガス配管などの冷却体22
を設置したものである。この装置の場合は、発熱体16で
所要の温度プロファイルを作り、結晶成長開始時に、冷
却体22の吸熱量を変化させて周期的な温度変化を作り出
すものである。このようにしても第７図の場合と同様な
効果が得られる。
する発熱体16nの内側に、冷却ガス配管などの冷却体22
を設置したものである。この装置の場合は、発熱体16で
所要の温度プロファイルを作り、結晶成長開始時に、冷
却体22の吸熱量を変化させて周期的な温度変化を作り出
すものである。このようにしても第７図の場合と同様な
効果が得られる。
以上説明したように本発明の方法によれば、結晶成長開
始端に周期的な温度変化を与えることにより、多結晶成
長の場合には、結晶成長開始端での過冷却現象を防止し
て、安定した結晶核を形成することができるため、グレ
インサイズの大きい多結晶を成長させることができ、ま
た単結晶成長の場合には、シードと融液の濡れ性がよく
なり、確実に単結晶を成長させることができる。
始端に周期的な温度変化を与えることにより、多結晶成
長の場合には、結晶成長開始端での過冷却現象を防止し
て、安定した結晶核を形成することができるため、グレ
インサイズの大きい多結晶を成長させることができ、ま
た単結晶成長の場合には、シードと融液の濡れ性がよく
なり、確実に単結晶を成長させることができる。
また本発明の装置を使用すれば、結晶成長開始端におけ
る細かい温度制御が可能となり、結晶成長開始端に周期
的な温度変化を容易かつ正確に与えることができるとい
う利点がある。
る細かい温度制御が可能となり、結晶成長開始端に周期
的な温度変化を容易かつ正確に与えることができるとい
う利点がある。
第１図は本発明に係る化合物半導体の結晶成長方法の一
実施例を示す説明図、第２図ないし第５図はそれぞれ本
発明の方法で結晶成長開始端に与えられる周期的な温度
変化の波形を示すグラフ、第６図は本発明に係る結晶成
長方法の他の実施例を示す説明図、第７図および第８図
はそれぞれ本発明に係る結晶成長装置の実施例を示す断
面図、第９図は従来の水平ブリッジマン法による結晶成
長方法を示す説明図、第10図は従来の温度勾配凝固法に
よる結晶成長方法を示す説明図である。 11〜アンプル、13〜ボート、14〜電気炉、15〜融液、16
〜発熱体、21〜補助発熱体、22〜冷却体。
実施例を示す説明図、第２図ないし第５図はそれぞれ本
発明の方法で結晶成長開始端に与えられる周期的な温度
変化の波形を示すグラフ、第６図は本発明に係る結晶成
長方法の他の実施例を示す説明図、第７図および第８図
はそれぞれ本発明に係る結晶成長装置の実施例を示す断
面図、第９図は従来の水平ブリッジマン法による結晶成
長方法を示す説明図、第10図は従来の温度勾配凝固法に
よる結晶成長方法を示す説明図である。 11〜アンプル、13〜ボート、14〜電気炉、15〜融液、16
〜発熱体、21〜補助発熱体、22〜冷却体。
Claims (4)
- 【請求項１】ボート内に化合物半導体の融液を作り、そ
の融液の凝固点を含む温度勾配を、上記ボートの結晶成
長開始端から終了端の方へ相対的に移動させることによ
りボート内に化合物半導体の結晶を成長させる方法にお
いて、結晶成長開始にあたり、ボートの結晶成長開始端
に周期的な温度変化を与えて結晶核を作り、その後、上
記の周期的な温度変化を止めて、結晶成長開始端から終
了端に向けて結晶を成長させていくことを特徴とする化
合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の方法であっ
て、ボートの結晶成長開始端にシードを置かずに、ボー
ト内に多結晶を成長させることを特徴とするもの。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載の方法であっ
て、ボートの結晶成長開始端にシードを置いて、ボート
内に単結晶を成長させることを特徴とするもの。 - 【請求項４】化合物半導体結晶成長用のボートを内蔵す
るアンプルの周囲に発熱体を備え、上記発熱体は、結晶
成長に必要な温度プロファイルを作り出すため、アンプ
ル長手方向に多数のゾーンに分割され、各々が独立して
発熱量を制御できるようになっている化合物半導体の結
晶成長装置において、上記発熱体とは別に、上記ボート
の結晶成長開始端に相当する位置に、周期的な温度変化
を生じさせるための発熱体および冷却体の少なくとも一
方を設置したことを特徴とする化合物半導体の結晶成長
装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25830986A JPH0729870B2 (ja) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | 化合物半導体の結晶成長方法および装置 |
| US07/113,546 US4853066A (en) | 1986-10-31 | 1987-10-26 | Method for growing compound semiconductor crystal |
| EP87309668A EP0266227B1 (en) | 1986-10-31 | 1987-11-02 | Method for growing compound semiconductor crystals |
| DE87309668T DE3785638T2 (de) | 1986-10-31 | 1987-11-02 | Verfahren zur Züchtung von Kristallen aus Halbleiterverbindungen. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25830986A JPH0729870B2 (ja) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | 化合物半導体の結晶成長方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63112487A JPS63112487A (ja) | 1988-05-17 |
| JPH0729870B2 true JPH0729870B2 (ja) | 1995-04-05 |
Family
ID=17318459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25830986A Expired - Fee Related JPH0729870B2 (ja) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | 化合物半導体の結晶成長方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0729870B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114808129A (zh) * | 2021-01-21 | 2022-07-29 | 陕西铟杰半导体有限公司 | 一种用于磷化铟多晶生长的加热装置 |
-
1986
- 1986-10-31 JP JP25830986A patent/JPH0729870B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63112487A (ja) | 1988-05-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |