JPH10212193A - 化合物半導体単結晶の製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高品質の単結晶の製造が容易な化合物半導体
単結晶の製造方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 モニター１３で一定時間おきに単結晶成
長時における固液界面２３付近を撮影し、その映像をコ
ンピュータ１５で画像処理し、単結晶３の成長状態を解
析する。その解析した単結晶成長のデータに基づき、ヒ
ータ８，９の温度を随時調節して、単結晶製造装置内の
冷却温度を制御する。これにより、固液界面２３付近の
単結晶成長速度に不都合が生じた場合、早急に装置内の
温度を制御し、固液界面２３付近の形状を最適な状態に
保ち、単結晶成長速度の変動から生じる結晶欠陥の発生
を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体単結
晶の製造方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ボート法による化合物半導体の単
結晶の製造には、水平ブリッジマン法（ＨＢ法）或いは
温度傾斜法（ＧＦ法）が用いられている。これらの方法
は、ボート内で融解された半導体材料の融液を、定めら
れた温度勾配に従って冷却させて単結晶化させるもので
ある。

【０００３】図５は従来の化合物半導体単結晶製造方法
を適用した装置の縦断面図である。

【０００４】１はＧａＡｓの単結晶を成長させるための
石英ボートである。２はＧａＡｓ融液であり、３はＧａ
Ａｓの単結晶であり、４はＧａＡｓの種結晶である。石
英ボート１は反応管５の一方の側（図では右側）に収容
されており、反応管５の他方の側にはＡｓ６が収容され
ている。

【０００５】７は低温側ヒータ８と高温側ヒータ９とで
構成されるヒータである。反応管５は、石英ボート１が
高温側ヒータ９内に位置すると共に、Ａｓ６が低温側ヒ
ータ８内に位置するように収容されている。高温側ヒー
タ９は石英ボート１を加熱してＧａＡｓの融液状態を保
持し、低温側ヒータ８はＡｓ６を加熱して反応管１内を
一定の蒸気圧に保持するためのものである。

【０００６】高温側ヒータ９の上側の中央部には高温側
ヒータ９の熱を放熱させる放熱孔１０が形成され石英ガ
ラス板１１で覆われている。

【０００７】これら石英ボート１、反応管５、低温側ヒ
ータ８及び高温側ヒータ９で化合物半導体単結晶製造装
置が構成されている。

【０００８】この装置が作動すると、低温側ヒータ８及
び高温側ヒータ９が通電加熱され、定められた温度分布
及び蒸気圧の下で石英ボート１の長手方向に単結晶の成
長が開始される。単結晶成長の際、融液２と単結晶３と
の固液界面２３をフラット或いは融液２に向かって（矢
印Ａ方向に）凸状に成長させることにより、安定成長が
可能となる（ＧＦ法）。

【０００９】この固液界面２３の形状を制御する方法と
しては、高温側ヒータ９を左右の側面部及び底部の３つ
に分割し、各ヒータの温度を独立に制御することにより
固液界面の形状を凸状に成長させる方法がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図５に示し
た従来の製造装置では、定められた温度分布の下で、固
液界面をフラット或いは融液に向かって凸状になるよう
に成長させる必要がある。しかし、前述の多分割ヒータ
によるものでは、所望の固液界面制御ができるが、多数
に分割された個別のヒータを条件に応じて随時制御する
必要があるため、成長操作・管理が容易ではないという
問題があった。

【００１１】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、高品質の単結晶の製造が容易な化合物半導体単結晶
の製造方法及びその装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ボート内に収容した半導体材料をヒータで
溶融し、その融液をヒータで所定の温度勾配にして単結
晶化させる化合物半導体単結晶の製造方法において、融
液と単結晶との固液界面をモニターで監視し、モニター
で取り込んだ形状のデータと予めコンピュータに記憶し
た理想の形状のデータとを比較して融液と単結晶との固
液界面が理想の形状になるようにヒータの温度を制御す
るものである。

【００１３】上記構成に加え本発明は、コンピュータが
モニターで取り込んだ固液界面と予め記憶した理想の固
液界面とが一致した部分の長さが理想の固液界面の長さ
の５０％以上となるようにヒータの温度を制御するのが
好ましい。

【００１４】また、本発明は、ボート内に収納した半導
体材料をヒータで溶融し、その融液をヒータで所定の温
度勾配にして単結晶化させる化合物半導体単結晶の製造
装置において、ボート内の融液と単結晶との固液界面を
監視するモニターと、モニターにより取り込んだ形状の
データと予め記憶した理想の形状のデータとを比較して
固液界面が理想の形状になるようにヒータの温度を制御
するコンピュータとを備えたものである。

【００１５】本発明によれば、モニターで一定時間おき
に単結晶成長時における融液と単結晶との固液界面付近
を撮影し、その映像をコンピュータで画像処理し、単結
晶の成長状態を解析する。その解析した単結晶成長のデ
ータに基づき、ヒータの温度を随時調節して、単結晶製
造装置内の冷却温度を制御する。これにより、固液界面
付近の単結晶成長速度に不都合が生じた場合、早急に装
置内の温度を制御し、固液界面付近の形状を最適な状態
に保ち、単結晶成長速度の変動から生じる単結晶欠陥の
発生を防止することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００１７】図１は本発明の化合物半導体単結晶の製造
方法を適用した装置の一実施の形態を示す縦断面図であ
る。尚、図５に示した従来例と同様の部材には共通の符
号を用いた。

【００１８】１はＧａＡｓの単結晶を成長させるための
石英ボートである。２はＧａＡｓ融液であり、３はＧａ
Ａｓの単結晶であり、４はＧａＡｓの種結晶である。石
英ボート１は反応管５の一方の側（図では右側）に収容
されており、反応管５の他方の側にはＡｓ６が収容され
ている。

【００１９】７は低温側ヒータ８と高温側ヒータ９とで
構成されるヒータである。反応管５は、石英ボート１が
高温側ヒータ９内に位置すると共に、Ａｓ６が低温側ヒ
ータ８内に位置するように収容されている。高温側ヒー
タ９は石英ボート１を加熱してＧａＡｓの融液状態を保
持し、低温側ヒータ８はＡｓ６を加熱して反応管１内を
一定の蒸気圧に保持するためのものである。

【００２０】高温側ヒータ９の上側の中央部には高温側
ヒータ９の熱を放熱させる放熱孔１０が形成され石英ガ
ラス板１１で覆われている。

【００２１】石英ガラス板１１の上方には、反応管５の
長手方向に沿って平行なレール１２が設けられており、
レール１２上には石英ボート１内の固液界面２３を撮影
するためのモニター１３が矢印Ｂ方向に移動自在に設け
られている。

【００２２】モニター１３はケーブル１４を介して画像
処理用のコンピュータ１５に接続されており、コンピュ
ータ１５はケーブル１６を介して各ヒータ８，９に接続
されている。

【００２３】これら石英ボート１、反応管５、低温側ヒ
ータ８、高温側ヒータ９、モニター１３及びコンピュー
タ１５で化合物半導体単結晶製造装置が構成されてい
る。

【００２４】図２は図１に示した装置の反応管付近の横
断面図である。

【００２５】同図に示す筒状の反応管５内には融液２を
収容した石英ボート１が収容されている。反応管５の周
囲には断面弧状の左側面部用高温側ヒータ９ａ、右側面
部用高温側ヒータ９ｂ、底部高温側ヒータ９ｃが配置さ
れている（本実施の形態では高温側ヒータ９が３分割ヒ
ータの場合であるが、２分割ヒータでもよい）。

【００２６】図３は図１に示した装置のモニターから見
たときの石英ボートの拡大図である。融液２と単結晶３
との間に見られる固液界面２３は理想の形状を有してい
る。

【００２７】図４（ａ）〜図４（ｄ）は固液界面付近の
拡大図である。

【００２８】図４（ａ）〜図４（ｄ）において、２３ａ
〜２３ｄは単結晶成長時の実際の固液界面を示してい
る。２３ａ〜２３ｃは図５に示した従来の装置により成
長させた場合の固液界面を示している。

【００２９】図１に示した装置が作動すると、低温側ヒ
ータ８及び高温側ヒータ９が通電加熱され、定められた
温度分布及び蒸気圧の下で石英ボート１の融液２が結晶
化して長手方向（矢印Ａ方向）に単結晶３の成長が開始
される。装置の作動と同時に、装置の上方に設けられた
モニター１３が、予め設定された速度（例えば１ｃｍ／
ｈ）で単結晶成長の方向と同一方向に移動する。その
際、ある一定時間（例えば０．５ｈ／回）毎に単結晶成
長時における固液界面２３付近の映像をモニター１３よ
り取り込む。取り込んだデータは、コンピュータ１５を
用いて画像処理され、現在の固液界面２３付近の状態を
解析する。解析されたデータは、予めコンピュータ１５
に記憶されている理想の形状のデータとの比較が行わ
れ、その結果が図示しない温度制御装置に送られ、各々
のヒータ８，９の温度を調節することで既定の温度（冷
却速度）を制御する。

【００３０】ここで、取り込まれたデータとは、図４
（ｄ）において理想の固液界面２３と実際の固液界面２
３ｄが一致した長さＭのデータであり、理想のデータと
は、一致した長さＭが、理想の固液界面２３の長さＬの
５０％以上となるようなデータを指し、理想の固液界面
２３の長さＬに近いほど良いデータであることを示して
いる。

【００３１】理想の固液界面２３の形状データとの比較
において、略同等の結果が得られれば、固液界面２３付
近の温度は既定の温度設定のままとする。もし、図４
（ａ）のように融液２に向かって凸となりすぎるような
成長データが得られれば、固液界面２３付近のヒータ９
（９ａ，９ｂ）の設定温度を高くして冷却速度を遅く
し、逆に図４（ｂ）、（ｃ）のように融液２に対して凹
となるような成長データが得られれば、ヒータ９（９
ａ，９ｂ）の設定温度を既定の設定より下げて冷却速度
を速くし、常に融液２に対して固液界面２３がフラット
或いは凸の状態になるようにコンピュータ１５が制御す
る。固液界面２３の凹凸の判定に当たっては、融液２に
向かって成長の最も進んだ部分を基準として判定するこ
ととする。

【００３２】以上において、単結晶成長時における固液
界面付近の結晶状態を容易に改善することができ、結晶
欠陥の発生を防止した単結晶の安定成長が可能となり、
単結晶成長状態の管理や単結晶製造装置内の温度分布の
把握が容易になる。

【００３３】尚、本実施の形態ではＧＦ法を用いた場合
で説明したが、これに限定されずＨＢ法を用いてもよ
い。但しＨＢ法を用いた場合には、反応管が移動するた
めモニターは固液界面付近が撮影できる位置に固定する
必要がある。

【００３４】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００３５】モニターにより取り込んだ形状のデータと
予めコンピュータに記憶した理想の形状のデータとを比
較して固液界面が理想の形状になるようにヒータの温度
を制御することにより、高品質の単結晶の製造が容易な
化合物半導体単結晶の製造方法及びその装置の提供を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の化合物半導体単結晶の製造方法を適用
した装置の一実施の形態を示す縦断面図である。

【図２】図１に示した装置の反応管付近の横断面図であ
る。

【図３】図１に示した装置のモニタから見たときの石英
ボートの拡大図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は固液界面付近の拡大図であ
る。

【図５】従来の化合物半導体単結晶製造方法を適用した
装置の縦断面図である。

【符号の説明】

１ 石英ボート ２ 融液（ＧａＡｓ融液） ３ 単結晶（ＧａＡｓ単結晶） ４ 種結晶 ５ 反応管 ６ Ａｓ ７ ヒータ ８ 低温側ヒータ ９ 高温側ヒータ １３ モニター １５ コンピュータ ２３ 固液界面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボート内に収容した半導体材料をヒータ
   で溶融し、その融液をヒータで所定の温度勾配にして単
   結晶化させる化合物半導体単結晶の製造方法において、
   融液と単結晶との固液界面をモニターで監視し、モニタ
   ーで取り込んだ形状のデータと予めコンピュータに記憶
   した理想の形状のデータとを比較して融液と単結晶との
   固液界面が理想の形状になるようにヒータの温度を制御
   することを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法。
2. 【請求項２】 上記コンピュータは、上記モニターで取
   り込んだ固液界面と予め記憶した理想の固液界面とが一
   致した部分の長さが理想の固液界面の長さの５０％以上
   となるようにヒータの温度を制御する請求項１に記載の
   化合物半導体単結晶の製造方法。
3. 【請求項３】 ボート内に収納した半導体材料をヒータ
   で溶融し、その融液をヒータで所定の温度勾配にして単
   結晶化させる化合物半導体単結晶の製造装置において、
   ボート内の融液と単結晶との固液界面を監視するモニタ
   ーと、該モニターにより取り込んだ形状のデータと予め
   記憶した理想の形状のデータとを比較して固液界面が理
   想の形状になるようにヒータの温度を制御するコンピュ
   ータとを備えたことを特徴とする化合物半導体単結晶の
   製造装置。