JPH11292680A - 化合物半導体単結晶の製造方法および製造装置、および単結晶製造用アンプル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶側面方向と結晶下部方向への熱流を原因
とした成長結晶の多結晶化を防止し、これにより高い単
結晶化歩留を得ることのできる化合物半導体単結晶の製
造方法と製造装置、およびこれらに使用される単結晶製
造用アンプルを提供する。 【解決手段】 単結晶成長用ボート２を収納した石英ア
ンプル１の底部から単結晶成長用ボート２の側面に位置
する部分にかけて不透明部分４を形成し、この不透明部
分４によって、多結晶化の原因となる結晶側面および結
晶下部への熱の流れを抑制する。

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
晶の製造方法および製造装置、および単結晶製造用アン
プルに関し、特に、単結晶化歩留の高い化合物半導体単
結晶の製造方法および製造装置と、これらに使用される
単結晶製造用アンプルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の化合物半導体単結晶の製造方法と
して、たとえば、図４に示されるような方法が知られて
いる。

【０００３】図４（イ）において、８は単結晶製造炉、
９はその上部一端側に設けられた高温炉、１０は他端側
に設けられた低温炉を示す。

【０００４】１は単結晶製造炉８の中に設置された透明
な石英アンプルを示し、このアンプル１の中には、たと
えば、ＧａＡｓの単結晶を製造する場合であれば、一方
の原料であるＡｓ７が低温炉８側に収納され、さらに、
Ａｓ７の反対側の位置に、Ａｓ７の気化ガスを通す開口
１３を介して石英製の単結晶成長用ボート２が収納され
る。

【０００５】単結晶成長用ボート２の中には、他方の原
料であるＧａ５と種結晶６が置かれ、石英アンプル１
は、この状態のまゝで内部を真空引きされた後、封止さ
れ、加熱される。

【０００６】単結晶製造炉８の温度は、たとえば、高温
炉９側が１２３８℃に、低温炉１０側が６００℃に加熱
され、これによりＧａとＡｓとが反応させられ、ＧａＡ
ｓが合成される。

【０００７】図４（ロ）は、炉内の温度勾配を示す。Ｇ
ａＡｓ合成時、温度調整によって或る一定の温度勾配１
１が炉内に形成される。位置関係は、（イ）と対応させ
て示している。

【０００８】次に、この温度勾配１１を維持したまゝ、
高温炉９を昇温させ、これによりＧａＡｓを熔融化させ
て種付けを行い、次いで、高温炉９を徐々に降温させ、
種結晶６側から単結晶を成長させる。

【０００９】ボート法と呼ばれるこの方法においては、
単結晶製造炉８の上部に設けられた放熱孔１２を通して
熱を放出することにより、結晶上部へ熱を放熱させ、固
液界面を結晶の成長方向に寝かせた形にして成長を行
う。

【００１０】好ましい単結晶を得るためには、固液界面
形状がフラットないしは融液側に向かって凸状となるこ
とが望ましい。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の化合物半導体単結晶の製造方法によると、固液界面
に流入する熱は、結晶の側面方向と下部方向に多く流れ
る傾向があり、このため、固液界面が融液側に向かって
凹状化することがある。そして、この凹状化した部分に
はリネージ現象が発生し、成長結晶が多結晶化してしま
うという問題があった。

【００１２】従って、本発明の目的は、結晶側面方向と
結晶下部方向への熱流を原因とした成長結晶の多結晶化
を防止し、これにより高い単結晶化歩留を得ることので
きる化合物半導体単結晶の製造方法と製造装置、および
これらに使用される単結晶製造用アンプルを提供するこ
とにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、アンプルの中に化合物半導体の原料を収
納し、前記アンプルを加熱することによって前記アンプ
ル内の単結晶成長用ボートの中に化合物半導体の単結晶
を成長させる化合物半導体単結晶の製造方法において、
前記化合物半導体の単結晶の成長過程において、前記化
合物半導体の単結晶の上部方向への熱流に対して前記化
合物半導体の単結晶の側面方向および下部方向への熱流
を抑制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】また、本発明は、上記の目的を達成するた
め、上部に高温炉と低温炉を備え、前記高温炉と前記低
温炉の間に放熱孔を設けた単結晶製造炉と、前記単結晶
製造炉の中に設置され、内部に化合物半導体の原料と単
結晶成長用ボートを収納したアンプルとから構成され、
前記アンプルは、底部から前記単結晶成長用ボートの側
面に位置する部分にかけて形成した不透明部分と、その
他の部分に形成した透明部分とから構成したことを特徴
とする化合物半導体単結晶の製造装置を提供するもので
ある。

【００１５】さらに、本発明は、上記の目的を達成する
ため、内部に化合物半導体の原料と単結晶成長用ボート
を収納したアンプルにおいて、前記アンプルは、底部か
ら前記単結晶成長用ボートの側面に位置する部分にかけ
て形成した不透明部分と、その他の部分に形成した透明
部分とから構成したことを特徴とする単結晶製造用アン
プルを提供するものである。

【００１６】アンプルに不透明部分を形成する手段とし
ては、たとえば、透明な石英アンプルの表面に砂、ガラ
ス粉、鉄粉等を吹き付けるショットブラストによる方法
が好ましく、この方法はアンプル表面を均一に粗面化
し、それによって均一な不透明部分を得る上において好
適である。

【００１７】不透明化が必要な所定の個所を他の不透明
材料によって覆い、これにより透明なアンプルの所定個
所に不透明部分を形成することは可能である。

【００１８】本発明による単結晶の製造方法は、ＧＦ法
により製造されるＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ
など、あるいは、ＨＢ法、ＶＢ法、ＶＧＦ法により製造
されるＧａＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰなどのすべての化合物
半導体の単結晶製造に適用可能である。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、図によって本発明の実施の
形態を説明する。図１は、アンプルと単結晶成長用ボー
トとの関係を示したもので、１は透明な石英アンプル、
２はこの石英アンプル１の中に収納された石英製の単結
晶成長用ボートを示す。

【００２０】３は石英アンプル１の透明部分、４は底部
から単結晶成長用ボート２の側面に位置する部分にかけ
て形成された曇りガラス状の不透明部分を示し、吹付粉
体として砂を使用したショットブラスト加工を施すこと
によって形成した。

【００２１】次に、以上の構造から成る本発明によるア
ンプルと、従来の全面透明な石英アンプルとを使用して
実施した化合物半導体単結晶の製造例について説明す
る。本発明および従来例ともそれぞれ直径２インチサイ
ズのＧａＡｓ単結晶を１０本ずつ製造した。

【００２２】図４（イ）のように、Ｇａ５および種結晶
６を収容した石英製の単結晶成長用ボート２とＡｓ７と
を内部に収納し、真空引き後、封止された石英アンプル
１を単結晶製造炉８の中に入れ、

【従来の技術】において述べた温度条件と手順のもと、
高温炉９の温度勾配を０．５ｄｅｇ／ｃｍに設定し、こ
の温度分布のもとでの種付け後における高温炉９の降温
速度を０．１℃／ｈｒに設定し、これにより半導体単結
晶を成長させた。

【００２３】表１は、このようにして製造された本発明
と従来例における成長結晶の単結晶化歩留値を対比した
ものである。

【００２４】

【表１】

【００２５】この表１によれば、本発明による石英アン
プルを使用したときの単結晶化歩留値が９０％という高
い水準に達しているのに比べ、全面透明な石英アンプル
を使用した従来例の場合には７０％にとどまり、両者の
間には明らかな差が認められた。

【００２６】図２は成長した結晶を側面方向から見たと
きの結晶ストリエーションを示したものである。

【００２７】この図によれば、本発明による石英アンプ
ルを使用したときの（イ）の固液界面Ａがフラットに近
い状態となっているのに比べ、全面透明な石英アンプル
を使用した従来例による（ロ）の場合には、固液界面Ｂ
が明確に凹状化していることが認められる。

【００２８】これは、本発明の場合が結晶側面および結
晶下部両方向への熱の流れを抑制し得たことを意味して
おり、他方、従来例の場合には、これら両方向への熱の
流れを抑制できなかったことを意味しているものであ
る。

【００２９】即ち、この種の単結晶製造方法における結
晶成長時の熱のやりとりは、輻射によるものが支配的で
あるが、本発明の場合には、石英アンプル１の底部から
単結晶成長用ボート２の側面に位置する部分にかけて不
透明部分４を形成していることから、結晶側面および結
晶下部への熱輻射に散乱が生ずるようになり、この結
果、石英アンプルを透過する熱輻射が減少し、結晶側面
および結晶下部へ向かう熱流は抑制されるようになる。

【００３０】さらに、これに加えて、石英アンプルの上
方部分には透明部分３が形成され、その上方には放熱孔
１２が設けられていることから、熱は結晶上部へ効率よ
く放出されることになり、このため、結晶側面や結晶下
部への熱流よりも結晶上部への熱流が支配的となる。

【００３１】従って、不透明部分による前述した熱流へ
の作用と、透明部分による前述した熱流への作用とが相
乗的に影響することになり、この結果、単結晶成長のた
めの望ましい固液界面が形成される。

【００３２】図３は、成長した結晶を石英アンプルの底
部側から見たときの結晶ストリエーションを示したもの
であるが、やはり、本発明による結晶（イ）がほゞフラ
ットな固液界面Ａを呈しているのに比べ、従来例による
（ロ）の固液界面Ｂは明確な凹状を呈しており、両者間
には明らかな差が認められる。

【００３３】表１に示された本発明と従来例との単結晶
化歩留値の差は、これら固液界面の形状の違いがそのま
ゝ現れたものである。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による化合
物半導体単結晶の製造方法および製造装置によれば、化
合物半導体単結晶の上部方向への熱流に対して、単結晶
の側面方向および下部方向への熱の流れを抑制するもの
であることから、固液界面が凹状化して成長結晶が多結
晶化する惧れが少なく、従って、高い単結晶化歩留のも
とに化合物半導体単結晶を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による化合物半導体単結晶製造方法の実
施の形態に使用される石英アンプルを、その径方向に沿
って切断した断面図。

【図２】本発明および従来例により製造された化合物半
導体単結晶を側面方向から見た場合の結晶ストリエーシ
ョンのスケッチ図であり、（イ）は本発明により製造さ
れた単結晶の、（ロ）は従来の方法により製造された単
結晶の結晶ストリエーションである。

【図３】図２におけるのと同じ単結晶を底部側から見た
場合の結晶ストリエーションのスケッチ図であり、
（イ）、（ロ）の区分は図２と同じである。

【図４】化合物半導体単結晶の製造方法説明図。

【符号の説明】

１ 石英アンプル ２ 単結晶成長用ボート ３ 透明部分 ４ 不透明部分 ５ Ｇａ ６ 種結晶 ７ Ａｓ ８ 単結晶製造炉 ９ 高温炉 １０ 低温炉 １２ 放熱孔

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アンプルの中に化合物半導体の原料を収納
   し、前記アンプルを加熱することによって前記アンプル
   内の単結晶成長用ボートの中に化合物半導体の単結晶を
   成長させる化合物半導体単結晶の製造方法において、 前記化合物半導体の単結晶の成長過程において、前記化
   合物半導体の単結晶の上部方向への熱流に対して前記化
   合物半導体の単結晶の側面方向および下部方向への熱流
   を抑制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】上部に高温炉と低温炉を備え、前記高温炉
   と前記低温炉の間に放熱孔を設けた単結晶製造炉と、前
   記単結晶製造炉の中に設置され、内部に化合物半導体の
   原料と単結晶成長用ボートを収納したアンプルとから構
   成され、 前記アンプルは、底部から前記単結晶成長用ボートの側
   面に位置する部分にかけて形成した不透明部分と、その
   他の部分に形成した透明部分とから構成したことを特徴
   とする化合物半導体単結晶の製造装置。
3. 【請求項３】内部に化合物半導体の原料と単結晶成長用
   ボートを収納したアンプルにおいて、 前記アンプル
   は、底部から前記単結晶成長用ボートの側面に位置する
   部分にかけて形成した不透明部分と、その他の部分に形
   成した透明部分とから構成したことを特徴とする単結晶
   製造用アンプル。
4. 【請求項４】前記不透明部分は、透明な前記アンプルの
   表面をショットブラストすることによって形成したこと
   を特徴とする請求項第３項記載の単結晶製造用アンプ
   ル。