JPH09249479A - 化合物半導体単結晶の成長方法 - Google Patents
化合物半導体単結晶の成長方法Info
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- JPH09249479A JPH09249479A JP8188596A JP8188596A JPH09249479A JP H09249479 A JPH09249479 A JP H09249479A JP 8188596 A JP8188596 A JP 8188596A JP 8188596 A JP8188596 A JP 8188596A JP H09249479 A JPH09249479 A JP H09249479A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ｎ型またはｐ型のドーパントを添加した化合
物半導体単結晶、特にＳｉを添加したＧａＡｓ単結晶を
垂直温度勾配法で成長を行う場合、多結晶や双晶の発生
が少なく、収率が良い化合物半導体単結晶の育成方法を
提供する。 【解決手段】 原料を融解後、一旦、融液を形成する融
点以上の高温領域から融点近傍の固液界面温度領域を経
て融点より低い低温領域の温度勾配中の高温領域と界面
温度領域との間に高温ピークを有する温度勾配を形成、
保持し、ドーパントを融液中に均質に分布させる。その
後、融液を形成する融点以上の高温領域から固液界面を
制御する融点近傍の固液界面温度領域を経て融点より低
い低温領域に至る結晶成長用温度勾配を形成し、ドーパ
ント添加化合物半導体単結晶を成長する。
物半導体単結晶、特にＳｉを添加したＧａＡｓ単結晶を
垂直温度勾配法で成長を行う場合、多結晶や双晶の発生
が少なく、収率が良い化合物半導体単結晶の育成方法を
提供する。 【解決手段】 原料を融解後、一旦、融液を形成する融
点以上の高温領域から融点近傍の固液界面温度領域を経
て融点より低い低温領域の温度勾配中の高温領域と界面
温度領域との間に高温ピークを有する温度勾配を形成、
保持し、ドーパントを融液中に均質に分布させる。その
後、融液を形成する融点以上の高温領域から固液界面を
制御する融点近傍の固液界面温度領域を経て融点より低
い低温領域に至る結晶成長用温度勾配を形成し、ドーパ
ント添加化合物半導体単結晶を成長する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、垂直徐冷法(以
下、ＶＧＦ法と略す)による高品質なｎ型又はｐ型のド
ーパントを添加した化合物半導体単結晶の成長が可能な
化合物半導体単結晶の成長方法に関するものである。
下、ＶＧＦ法と略す)による高品質なｎ型又はｐ型のド
ーパントを添加した化合物半導体単結晶の成長が可能な
化合物半導体単結晶の成長方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＧａＡｓ等の化合物半導体単結晶
の製造方法としては、液体封止引き上げ法(以下、ＬＥ
Ｃ法と略す)、水平ブリッジマン法(以下、ＨＢ法と略
す)及び垂直徐冷法がある。ＬＥＣ法は高温度勾配で単
結晶の育成を行うため単結晶中の転位密度が高く、育成
単結晶の直径制御が必要であるという欠点を有する。Ｈ
Ｂ法は低温度勾配で単結晶成長ができるため得られる単
結晶中の転位密度が低いという長所を有するが、円形ウ
エハーを得るためには結晶を円形に加工する必要があり
歩留りが悪いという欠点を有する。これに対してＶＧＦ
法は両方の利点を併せ持ち、低転位で円形断面の結晶を
得ることができるため、化合物半導体単結晶の製造方法
として注目されている。従来のＶＧＦ法によるIII−Ｖ
族化合物半導体の成長方法を図３を用い説明する。
の製造方法としては、液体封止引き上げ法(以下、ＬＥ
Ｃ法と略す)、水平ブリッジマン法(以下、ＨＢ法と略
す)及び垂直徐冷法がある。ＬＥＣ法は高温度勾配で単
結晶の育成を行うため単結晶中の転位密度が高く、育成
単結晶の直径制御が必要であるという欠点を有する。Ｈ
Ｂ法は低温度勾配で単結晶成長ができるため得られる単
結晶中の転位密度が低いという長所を有するが、円形ウ
エハーを得るためには結晶を円形に加工する必要があり
歩留りが悪いという欠点を有する。これに対してＶＧＦ
法は両方の利点を併せ持ち、低転位で円形断面の結晶を
得ることができるため、化合物半導体単結晶の製造方法
として注目されている。従来のＶＧＦ法によるIII−Ｖ
族化合物半導体の成長方法を図３を用い説明する。
【０００３】底部が漏斗状の形状のるつぼ１内に種結晶
２と多結晶原料を入れ、これを円筒状ヒーター５を有す
る炉内に設置し、円筒状ヒーター５に給電して、種結晶
２より上部が融点以上になるような温度勾配を形成し、
温度勾配、融液が安定するまで数日保持する。その後、
温度を徐々に下げこの温度勾配を移動させて融液３より
単結晶６を成長させるものである。この温度勾配１０は
重力方向に融点以上の高温領域から融点近傍の固液界面
温度領域を経て融点より低い低温領域に至る緩やかな温
度分布である。
２と多結晶原料を入れ、これを円筒状ヒーター５を有す
る炉内に設置し、円筒状ヒーター５に給電して、種結晶
２より上部が融点以上になるような温度勾配を形成し、
温度勾配、融液が安定するまで数日保持する。その後、
温度を徐々に下げこの温度勾配を移動させて融液３より
単結晶６を成長させるものである。この温度勾配１０は
重力方向に融点以上の高温領域から融点近傍の固液界面
温度領域を経て融点より低い低温領域に至る緩やかな温
度分布である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法でｎ型又は
ｐ型のドーパントを添加した化合物半導体単結晶、特に
Ｓｉを添加したＧａＡｓ単結晶やＺｎを添加したＧａＡ
ｓ単結晶等を成長した場合、結晶育成途中において、部
分的にドーパントが析出しその箇所から多結晶や双晶が
発生していた。このため、単結晶の収率が非常に悪いも
のとなっていた。
ｐ型のドーパントを添加した化合物半導体単結晶、特に
Ｓｉを添加したＧａＡｓ単結晶やＺｎを添加したＧａＡ
ｓ単結晶等を成長した場合、結晶育成途中において、部
分的にドーパントが析出しその箇所から多結晶や双晶が
発生していた。このため、単結晶の収率が非常に悪いも
のとなっていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、この原因
は、結晶成長中の融液のドーパントの分布が均質になっ
ていないためと考え、鋭意検討を重ねた結果本発明に至
った。
は、結晶成長中の融液のドーパントの分布が均質になっ
ていないためと考え、鋭意検討を重ねた結果本発明に至
った。
【０００６】すなわち、本発明は、るつぼ内のドーパン
トと化合物半導体原料を融解させて融液とした後、融液
を形成する融点以上の高温領域から固液界面を制御する
融点近傍の固液界面温度領域を経て融点より低い低温領
域に至る結晶成長用温度勾配を形成し、温度を徐々に下
げることにより温度勾配を移動させ単結晶を成長させる
化合物半導体単結晶の成長方法において、原料を融解
後、一旦、融液を形成する融点以上の高温領域から融点
近傍の固液界面温度領域を経て融点より低い低温領域の
温度勾配中の高温領域と界面温度領域との間に高温ピー
クを有する温度勾配を形成し保持した後、融液を形成す
る融点以上の高温領域から固液界面を制御する融点近傍
の固液界面温度領域を経て融点より低い低温領域に至る
前記結晶成長用温度勾配を形成し、ドーパント添加化合
物半導体単結晶を成長することを特徴とする化合物半導
体単結晶の成長方法であり、また、前記ドーパントがＳ
ｉ、前記化合物半導体単結晶がＧａＡｓ単結晶であるこ
とを特徴とする化合物半導体単結晶の成長方法である。
トと化合物半導体原料を融解させて融液とした後、融液
を形成する融点以上の高温領域から固液界面を制御する
融点近傍の固液界面温度領域を経て融点より低い低温領
域に至る結晶成長用温度勾配を形成し、温度を徐々に下
げることにより温度勾配を移動させ単結晶を成長させる
化合物半導体単結晶の成長方法において、原料を融解
後、一旦、融液を形成する融点以上の高温領域から融点
近傍の固液界面温度領域を経て融点より低い低温領域の
温度勾配中の高温領域と界面温度領域との間に高温ピー
クを有する温度勾配を形成し保持した後、融液を形成す
る融点以上の高温領域から固液界面を制御する融点近傍
の固液界面温度領域を経て融点より低い低温領域に至る
前記結晶成長用温度勾配を形成し、ドーパント添加化合
物半導体単結晶を成長することを特徴とする化合物半導
体単結晶の成長方法であり、また、前記ドーパントがＳ
ｉ、前記化合物半導体単結晶がＧａＡｓ単結晶であるこ
とを特徴とする化合物半導体単結晶の成長方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】ＶＧＦ法で単結晶を成長する場
合、融液上部の温度が高い緩やかな温度分布であるた
め、自然対流が起きにくく、融液中にドーパントが均質
になりにくい欠点がある。そこで、原料を融解後、図１
のように高温域と固液界面温度域との間に融液下部が上
部より温度の高い部分１１(ピーク温度Ｔh)(以下、高温
ピーク１１と言う)を設け、融液中に自然対流４を起こ
しドーパントを融液中に均質に分布させた後、温度分布
を結晶育成用温度勾配に変更し結晶育成を開始する。そ
のことにより、均質な化合物半導体単結晶を高歩留りで
成長させることができる。
合、融液上部の温度が高い緩やかな温度分布であるた
め、自然対流が起きにくく、融液中にドーパントが均質
になりにくい欠点がある。そこで、原料を融解後、図１
のように高温域と固液界面温度域との間に融液下部が上
部より温度の高い部分１１(ピーク温度Ｔh)(以下、高温
ピーク１１と言う)を設け、融液中に自然対流４を起こ
しドーパントを融液中に均質に分布させた後、温度分布
を結晶育成用温度勾配に変更し結晶育成を開始する。そ
のことにより、均質な化合物半導体単結晶を高歩留りで
成長させることができる。
【０００８】温度分布中の高温ピーク１１から種結晶２
と融液との固液界面７までの距離Ｌは、固液界面７の温
度と融液の対流とのバランスにより決定される。距離Ｌ
が近すぎると種結晶２を溶かしてしまい化合物半導体単
結晶の成長が難しくなり、一方、距離Ｌが離れすぎる
と、融液３の対流によるドーパントを均質にする効果が
低くなり、均質な化合物半導体単結晶の育成を高歩留り
で成長させることができない。
と融液との固液界面７までの距離Ｌは、固液界面７の温
度と融液の対流とのバランスにより決定される。距離Ｌ
が近すぎると種結晶２を溶かしてしまい化合物半導体単
結晶の成長が難しくなり、一方、距離Ｌが離れすぎる
と、融液３の対流によるドーパントを均質にする効果が
低くなり、均質な化合物半導体単結晶の育成を高歩留り
で成長させることができない。
【０００９】また、温度分布中のピーク温度Ｔhは、高
すぎると融液中から揮発成分(例えば、GaAs単結晶の育
成ではAs成分)が抜け融液組成がずれ双晶等の発生の原
因となる。一方、低すぎると融液の対流が十分起きずド
ーパントを均質にする効果が低くなる。
すぎると融液中から揮発成分(例えば、GaAs単結晶の育
成ではAs成分)が抜け融液組成がずれ双晶等の発生の原
因となる。一方、低すぎると融液の対流が十分起きずド
ーパントを均質にする効果が低くなる。
【００１０】なお、ｎ型又はｐ型のドーパントを添加し
た化合物半導体単結晶としては、Ｓｉを添加したＧａＡ
ｓ単結晶、Ｚｎを添加したＧａＡｓ単結晶やＳを添加し
たＩｎＰ単結晶等がある。
た化合物半導体単結晶としては、Ｓｉを添加したＧａＡ
ｓ単結晶、Ｚｎを添加したＧａＡｓ単結晶やＳを添加し
たＩｎＰ単結晶等がある。
【００１１】
（実施例１）本発明の一実施例をシリコンドープのＧａ
Ａｓ単結晶(融点；１２３８℃)の成長で説明する(使用
した単結晶育成装置；図２)。使用したるつぼ１は、ｐ
ＢＮ製、直径８０mm、全長１８０mm、原料であるＧａＡ
ｓ多結晶のチャージ量は３０００ｇ、ドーパントである
シリコンの添加量は１．６ｇである。るつぼ１に原料と
ドーパントを投入し、ヒーター５に通電し炉内縦方向に
種結晶２より上部が融点以上になるような温度勾配を形
成し、原料を融解した。
Ａｓ単結晶(融点；１２３８℃)の成長で説明する(使用
した単結晶育成装置；図２)。使用したるつぼ１は、ｐ
ＢＮ製、直径８０mm、全長１８０mm、原料であるＧａＡ
ｓ多結晶のチャージ量は３０００ｇ、ドーパントである
シリコンの添加量は１．６ｇである。るつぼ１に原料と
ドーパントを投入し、ヒーター５に通電し炉内縦方向に
種結晶２より上部が融点以上になるような温度勾配を形
成し、原料を融解した。
【００１２】次いで、サブヒーター８に通電し、高温領
域(１２５０℃〜１２６０℃)〜固液界面温度域(約１２
４０℃)〜低温領域(１１００℃〜１２２０℃)、高温領
域〜固液界面温度域間に部分的に高温ピークを形成した
温度勾配で１時間保持し、融液３を自然対流により撹拌
した。高温ピークから種付け位置までの距離Ｌは４０mm
とし、ピーク温度Ｔhは１２８０℃とした。ＧａＡｓ単
結晶の成長の場合、高温ピークのピーク温度Ｔhは、１
２５０℃以上１３００℃未満が好ましい。１２５０℃よ
り低いと融液の対流の効果が少なく、１３００℃以上と
なると常圧では融液からＡｓが揮発する。
域(１２５０℃〜１２６０℃)〜固液界面温度域(約１２
４０℃)〜低温領域(１１００℃〜１２２０℃)、高温領
域〜固液界面温度域間に部分的に高温ピークを形成した
温度勾配で１時間保持し、融液３を自然対流により撹拌
した。高温ピークから種付け位置までの距離Ｌは４０mm
とし、ピーク温度Ｔhは１２８０℃とした。ＧａＡｓ単
結晶の成長の場合、高温ピークのピーク温度Ｔhは、１
２５０℃以上１３００℃未満が好ましい。１２５０℃よ
り低いと融液の対流の効果が少なく、１３００℃以上と
なると常圧では融液からＡｓが揮発する。
【００１３】次いで、高温領域(１２５０℃〜１２６０
℃)〜固液界面温度域(約１２４０℃)〜低温領域(１１０
０℃〜１２２０℃)、融液中の温度勾配が５℃／cmの結
晶成長用温度分布に変更した。この温度分布が安定した
後、２mm／ｈの成長速度で冷却した。成長後のＧａＡｓ
単結晶は種結晶から全長１００mmに亘って完全な単結晶
が得られた。
℃)〜固液界面温度域(約１２４０℃)〜低温領域(１１０
０℃〜１２２０℃)、融液中の温度勾配が５℃／cmの結
晶成長用温度分布に変更した。この温度分布が安定した
後、２mm／ｈの成長速度で冷却した。成長後のＧａＡｓ
単結晶は種結晶から全長１００mmに亘って完全な単結晶
が得られた。
【００１４】（比較例）原料を融解後の高温ピークを持
った温度分布での保持を行わなず、結晶成長用温度分布
の高温領域(１２５０℃〜１２６０℃)〜固液界面温度域
(約１２４０℃)〜低温領域(１１００℃〜１２２０℃)、
高温領域〜固液界面温度域の温度分布で保持した後、実
施例１と同様にしてＧａＡｓ単結晶を成長させた。得ら
れた結晶はるつぼの増径部分(コーン部)で双晶が発生し
ていた。
った温度分布での保持を行わなず、結晶成長用温度分布
の高温領域(１２５０℃〜１２６０℃)〜固液界面温度域
(約１２４０℃)〜低温領域(１１００℃〜１２２０℃)、
高温領域〜固液界面温度域の温度分布で保持した後、実
施例１と同様にしてＧａＡｓ単結晶を成長させた。得ら
れた結晶はるつぼの増径部分(コーン部)で双晶が発生し
ていた。
【００１５】実施例１では、高温ピークを形成するため
にサブヒーター８を用いたが、複数段の加熱ヒーターを
有する結晶育成炉を用いて高温ピークを形成しても構わ
ない。
にサブヒーター８を用いたが、複数段の加熱ヒーターを
有する結晶育成炉を用いて高温ピークを形成しても構わ
ない。
【００１６】
【発明の効果】本発明は、原料を融解後、高温域と固液
界面温度域との間に融液下部が上部より温度の高い部分
を有する温度勾配を形成し一旦保持した後、結晶育成用
温度勾配により結晶を育成を行うため、融液中の部分的
なドーパントの不均一に起因すると考えられる多結晶や
双晶の発生を防止できる。そのため、ｎ型又はｐ型のド
ーパントを添加した化合物半導体単結晶、例えばＳｉを
添加したＧａＡｓ単結晶、Ｚｎを添加したＧａＡｓ単結
晶、Ｓを添加したＩｎＰ単結晶等を歩留まり良く成長す
ることができる。
界面温度域との間に融液下部が上部より温度の高い部分
を有する温度勾配を形成し一旦保持した後、結晶育成用
温度勾配により結晶を育成を行うため、融液中の部分的
なドーパントの不均一に起因すると考えられる多結晶や
双晶の発生を防止できる。そのため、ｎ型又はｐ型のド
ーパントを添加した化合物半導体単結晶、例えばＳｉを
添加したＧａＡｓ単結晶、Ｚｎを添加したＧａＡｓ単結
晶、Ｓを添加したＩｎＰ単結晶等を歩留まり良く成長す
ることができる。
【図１】 本発明に係る化合物半導体単結晶成長方法の
結晶成長開始前の温度を模式的に示した図である。
結晶成長開始前の温度を模式的に示した図である。
【図２】 本発明の実施例に係る化合物半導体単結晶成
長の単結晶成長装置を模式的に示した図である。
長の単結晶成長装置を模式的に示した図である。
【図３】 垂直徐冷法による化合物半導体単結晶成長の
一例を模式的に示した図である。
一例を模式的に示した図である。
１ るつぼ ２ 種結晶 ３ 融液 ４ 自然対流 ５ ヒーター ６ 単結晶 ７ 固液界面 ８ サブヒーター １０ 温度勾配 １１ 高温ピーク
Claims (2)
- 【請求項１】 るつぼ内のドーパントと化合物半導体原
料を融解させて融液とした後、融液を形成する融点以上
の高温領域から固液界面を制御する融点近傍の固液界面
温度領域を経て融点より低い低温領域に至る結晶成長用
温度勾配を形成し、温度を徐々に下げることにより温度
勾配を移動させ単結晶を成長させる化合物半導体単結晶
の成長方法において、融解後、一旦、融液を形成する融
点以上の高温領域から融点近傍の固液界面温度領域を経
て融点より低い低温領域の温度勾配中の高温領域と界面
温度領域との間に高温ピークを有する温度勾配を形成し
保持した後、融液を形成する融点以上の高温領域から固
液界面を制御する融点近傍の固液界面温度領域を経て融
点より低い低温領域に至る前記結晶成長用温度勾配を形
成し、ドーパント添加化合物半導体単結晶を成長するこ
とを特徴とする化合物半導体単結晶の成長方法。 - 【請求項２】 前記ドーパントがＳｉ、前記化合物半導
体単結晶がＧａＡｓ単結晶であることを特徴とする請求
項１記載の化合物半導体単結晶の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8188596A JPH09249479A (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 化合物半導体単結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8188596A JPH09249479A (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 化合物半導体単結晶の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09249479A true JPH09249479A (ja) | 1997-09-22 |
Family
ID=13758912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8188596A Pending JPH09249479A (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 化合物半導体単結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09249479A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002053388A (ja) * | 2000-08-03 | 2002-02-19 | Natl Space Development Agency Of Japan | 結晶成長方法 |
| KR100428699B1 (ko) * | 2001-03-06 | 2004-04-27 | 주식회사 사파이어테크놀로지 | 수직-수평 온도구배를 갖는 대형 결정 육성장치 및 그육성방법 |
-
1996
- 1996-03-12 JP JP8188596A patent/JPH09249479A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002053388A (ja) * | 2000-08-03 | 2002-02-19 | Natl Space Development Agency Of Japan | 結晶成長方法 |
| KR100428699B1 (ko) * | 2001-03-06 | 2004-04-27 | 주식회사 사파이어테크놀로지 | 수직-수평 온도구배를 갖는 대형 결정 육성장치 및 그육성방법 |
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