JPS63176397A - ３−５族化合物半導体単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、超高速集積回路、オプトエレクトロニクス
集積回路用低欠陥、半絶縁性ｍ−ｖ族化合物半導体単結
晶の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 上記、素子作成用基板例えば、　ＧａＡｓ単結晶基板は
、通常水平ブリッジマン法（ＩＩＢ法）又は、液体封止
チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）により製造されている
が、これら従来法で製造されたＧａＡｓ結晶中には、転
位や組成に関連した欠陥が不均一にしかも高濃度に存在
しており、素子作成用基板材料としてその品質は十分で
なかった。

高濃度の欠陥の存在は、融点近傍でＧａＡｓ結晶の機械
的強度がきわめて小さいために熱歪により容易に転位が
導入され、又融点近傍で化学量論組成からのずれを持つ
こと、及び、高温状態では、熱力学平衡によって導入さ
れる点欠陥濃度が高い等の理由によるものであり、高温
融液から単結晶を作成するＨＢ法、　ＬＥＣ法では回避
困難な問題であった。

欠陥低減化のため、Ｉｎ等の不純物を高濃度に添加しＧ
ａＡｓ結晶を作成する方法も行われているが、高濃度の
Ｉｎは、基板の歪を生じ、　Ｉｎの偏析現象により単結
晶化が困難である等の問題点を有し、ＩＣ用基板作成技
術として適当とは言えない。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記の欠点に鑑みてなされたものであり、結晶
の機械的強度が大きく組成のバラツキが小さく又、熱力
学的平衡で導入される点欠陥濃度の小さい低温でＧａＡ
ｓ結晶を作成することにより、Ｉｎ等不純物の添加無し
に低転位でしかも組成のバラツキが少なく、低点欠陥濃
度の高品質結晶を得ようとするものである。

〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 本発明による一例としてＧａＡｓ単結晶製造装置の模式
図を第１図に示す、　７０％Ｇａ　＋３０％Ａｓ又は％
３０％Ｇａ＋７０％Ａｓの混合物をるつぼ中に入れ原料
融点（約８００℃）（コングルエント組成の融点との比
は０．６４）付近までるつぼを加熱し原料を溶融するこ
とにより、低融点ＧａＡｓ融液を作成した。

しかる後に、ＧａＡｓ単結晶で作成した種結晶を原料融
液中に浸し所定の速度で種結晶を上方に移動することに
よりＧａＡｓ単結晶を製造する。この時。

種結晶とは別に用意した原料ＧａＡｓ結晶が常１こＧａ
Ａｓ融液に浸る位置に保持し、　ＧａＡｓ結晶の成長に
伴って原料ＧａＡｓ結晶位置を低下させた。

第２図に示したようにるつぼ内の温度分布は、中心部（
結晶成長を行っている部分）が低く（約８００℃）周辺
部（原料ＧａＡｓが浸っている部分）が高い（約８５０
℃）同心円状の分布となり、中央部では、結晶の固化が
周辺部では溶解が起きるように温度等の条件を設定して
いる。溶解・同化が同時に起きるため、低融点融液内の
組成は常に一定に保たれ１通常の結晶成長（ＨＢ法又は
、ＬＥＣ法）で行われる。温度の低下操作なしに結晶成
長が可能となる。

（作　用） 第３図および第４図にＧａＡｓ単結晶の転位の入りやす
さの目安である臨界せん断心力の温度依存性。

及び組成的欠陥濃度の目安である。　ＧａＡｓ状態図を
それぞれ示す。

第２図より明らかなように融点８００℃の原料融液から
ＧａＡｓ単結晶を作成した場合、従来の１２３５℃の融
液からの単結晶製造に比較し、転位の入りにくさは、は
ぼ４倍になる。又、第３図より、該当する融点の原料組
成は、それぞれＡｓ３０％以下又は、Ｇａ３０％以下の
Ｇａ　−Ａｓ混合物であり該当組成の融液から固化した
結晶は、固溶領域が存在せず、結晶内での組成のずれに
よるが無い事がわかる。

又、７００℃以下の低温では、Ｂ２０．の粘性が上り結
晶作成が困難となる。（コングルエント組成の融点の０
．５６倍） 従って、本発明を用いれば、従来不可能であった。低転
位でしかも組成的欠陥の無いＧａＡｓ単結晶の製造が可
能である。

本発明では、原料ＧａＡｓ結晶を結晶成長中室にＧａＡ
ｓ低融点融液中に浸しているのであるから、単結晶の成
長に伴う融液の組成変化は無く、常に一定の組成のＧａ
Ａｓ単結晶が製造できる事は言うまでもない。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図を用いて説明す
る。

まず圧力容器（１１）内部のルツボ保持容器（１２）で
保持された例えばＰＦＩＮからなるルツボ（１３）内に
７：３（モル比）で混合した結晶原料Ｇａ及びＡｓ約５
００滲と、蒸気圧の低い酸化硼素（Ｂ、０．）　１５Ｍ
からなるカプセル剤とを収容する。その後加熱体（１４
）でルツボ（１３）を１ｏｏｏ℃まで加熱し、前記結晶
原料及び不活性カプセル剤（Ｂｘ　ａｓ　）を融解して
原料融液（１５）の上部が液体カプセル層（ｎｚ°０３
）である不活性液体（１６）で覆われるようにする。尚
、圧力容器（１１）内は予め真空置換を行なった後、Ｎ
２等の不活性ガスを充満させておく。また、結晶原料の
融解時には圧力容器（１１）内を所定の圧力に保ち結晶
原料の分解や蒸発を防いでいる。

しかる後に、るつぼ全体が８００℃になるまで炉の温度
を低下しるつぼ周辺部に原料ＧａＡｓ結晶１）［ｇを浸
し保持した。

以上の状態で約１時間静置した後、ＧａＡｓ種子結晶を
るつぼ中央部の融液に浸し、毎分５回転で時計回りに回
転させながら上方に毎時５＋ｍで上昇しながら結晶成長
を行った。

この時、るつぼは反時計回りに毎分１０回転で回転させ
、原料ＧａＡｓ結晶は種子結晶上昇に同期させ、毎時０
．５＋ａｍでその位置を低下した。

この時のるつぼ内の温度分布は、中心部で８００℃周辺
部で８５０℃であり中央部では結晶成長が、周辺部では
結晶の溶解が起きていた。

８０時間の結晶成長の後、約１ｋｇのＧａＡｓ単結晶が
成長し、ｙＫ料ＧａＡｓ結品は全て融液中に溶解した。

１００℃／ｈｒで冷却ののち、直径５０ｍｍ長さ約４０
■重量１ｋｇの結晶を炉内から取り出した。

得られた結晶の転位密度は、直径５０−ウェーハの周辺
部で約１０００ｃｎ−”、中心部で約Ｌｏｏｍ−”ｔ”
長さ方向にわたって均一な分布を示した。又Ｓピットと
いわれている点欠陥は皆無となった。さらに又、組成的
欠陥の尺度である深い準位濃度は（ＥＬＺ濃度）は約１
０”ｃｍ−”と従来法と比較して約−桁少ない値を示し
１面内、長さ方向とも均一な分布を示した。

状態図から明らかなように、　Ａｓ過剰融液からＧａＡ
ｓ結晶を作成した場合でもＧａ過剰融液からＧａＡｓ結
晶を行った本実施例とほぼ同一の組成を持つ結晶が得ら
れることは明白である。

〔発明の効果〕

以上述べたように低温で結晶製造を行う本発明によれば
低欠陥結晶が得られることがＧａＡｓ結晶を用いて明ら
かとなった。

さらにＩｎＰ、　ＧａＰ等他の２元化合物半導体に於て
もＧａＡｓと同様の状態図を持つことが知られており、
本発明の適用により、低欠陥結晶が得られる事は明白で
ある。

又、上記説明にはＧａＡｓの２元化合物結晶について説
明したがＡＱｘＧｎｌ−）（Ａｓ、　Ｉｒ＋ｙＧａｔ−
ＭＰ等の３元化合物、又はＩｎＧａＡｓＰ等の４元化合
物半導体でも同様に単結晶が作成できる。つまり■族の
元素の和と■族元素の和の比を組成としコングルエント
組成の融点の０．５５〜０．６５倍となるような組成を
有する融点の組成を有する原料を用いることによって。

単結晶を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＧａＡｓ結品製造品製造図、第Ｓ
ｌ！１はるつぼ内温度分布を示す曲線図、第３図はＧａ
Ａｓ臨界セン断応力の温度依存性を示す特性図。 第４図はＧａＡｓ状態図である。 １１・・・高圧チャンバー、　１２・・・るつぼサセプ
ター１３・・・ＰＢＮるつぼ、　　　　１４・・・ヒー
ター１５・・・低融点融液、１６・・・Ｂ、０゜１７・
・・シード結晶、　　　１８・・・引上げ結晶１９・・
・原料ＧａＡｓ結晶。 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　竹　花　喜久男 第　　１　　区 第　　２　　図 ＋１１１’１ ｔｕｇ　　／　ｔｏｏ　ｔｏｏｏ　　ｑｏθ　ｇｏｏ　
　　　”：１屋 第　　３　　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）化合物半導体原料及び液体封止剤をるつぼ内に収
   容し、加熱し直接合成、そして融解させた後種子結晶を
   該融液接触させて引続き結晶を製造する液体封止チョク
   ラルスキー法において、該融液として融点がコングルエ
   ント組成の融点の０．５５〜０．６５倍となるようなI
   II−Ｖ族の組成を有するものを用いなおかつ製造する単
   結晶とほぼ同じ組成を有するIII−Ｖ族単結晶もしくは
   多結晶の融液量調整用原料を常に融液に浸る位置に保持
   し該融液量調整用原料を融解しつつ該単結晶を製造する
   ことを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造
   方法。
2. （２）上記化合物半導体はＧａＡｓ、ＧａＰ又はＩｎＰ
   等の２元系化合物半導体であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の
   製造方法。