JP2781856B2 - 化合物半導体単結晶の製造方法 - Google Patents
化合物半導体単結晶の製造方法Info
- Publication number
- JP2781856B2 JP2781856B2 JP24190490A JP24190490A JP2781856B2 JP 2781856 B2 JP2781856 B2 JP 2781856B2 JP 24190490 A JP24190490 A JP 24190490A JP 24190490 A JP24190490 A JP 24190490A JP 2781856 B2 JP2781856 B2 JP 2781856B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal
- pressure
- single crystal
- sealant
- compound semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液体封止カイロポーラス法（以下、LEK法
と称する）もしくは垂直徐冷法による化合物半導体単結
晶の製造方法に関する。
と称する）もしくは垂直徐冷法による化合物半導体単結
晶の製造方法に関する。
［従来の技術］ 一般に、GaP,GaAs,InP,CdTe等のIII−Ｖ族およびII−
VI族化合物半導体は、融点付近で高い蒸気圧を有するた
めに、原料融液上をB2O3等からなる液体封止剤層で覆う
液体封止法により単結晶の成長が行なわれている。現
在、この液体封止法としては、液体封止チョクラルスキ
ー法（LEC法）やLEK法等が知られている。LEC法は、結
晶の成長とともに種結晶を引き上げていく方法であり、
種付けにより結晶方位が制御可能で、また高純度結晶を
得やすいため、工業化されているが、直径制御が困難で
あって均一の直胴が得難く、また結晶成長時の融液中の
温度勾配が大きいため熱応力が大きくなり転位欠陥が多
いという欠点を有している。
VI族化合物半導体は、融点付近で高い蒸気圧を有するた
めに、原料融液上をB2O3等からなる液体封止剤層で覆う
液体封止法により単結晶の成長が行なわれている。現
在、この液体封止法としては、液体封止チョクラルスキ
ー法（LEC法）やLEK法等が知られている。LEC法は、結
晶の成長とともに種結晶を引き上げていく方法であり、
種付けにより結晶方位が制御可能で、また高純度結晶を
得やすいため、工業化されているが、直径制御が困難で
あって均一の直胴が得難く、また結晶成長時の融液中の
温度勾配が大きいため熱応力が大きくなり転位欠陥が多
いという欠点を有している。
これに対し、LEK法は、結晶の引上げを行わず耐火性
るつぼ中で結晶成長を行なうために、成長結晶の直径は
るつぼ内径に依存する。そのため、直径制御が容易であ
るとともに、結晶成長時の融液中温度勾配が熱℃/cmで
あってLEC法に比して１桁小さいため、熱応力が小さ
く、転位欠陥が少ないという利点を有している。
るつぼ中で結晶成長を行なうために、成長結晶の直径は
るつぼ内径に依存する。そのため、直径制御が容易であ
るとともに、結晶成長時の融液中温度勾配が熱℃/cmで
あってLEC法に比して１桁小さいため、熱応力が小さ
く、転位欠陥が少ないという利点を有している。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の一般的なLEK法は、先ず、結晶
引上げ軸によって種結晶を封止剤で覆われた原料融液中
に浸漬して、るつぼと引上げ軸を回転させながら引上げ
は行わずに単結晶を成長させ、結晶成長終了後に、結晶
を原料融液から切り離すために液体封止剤上方の高圧不
活性ガス中に引き上げて冷却させるようにしていた。
引上げ軸によって種結晶を封止剤で覆われた原料融液中
に浸漬して、るつぼと引上げ軸を回転させながら引上げ
は行わずに単結晶を成長させ、結晶成長終了後に、結晶
を原料融液から切り離すために液体封止剤上方の高圧不
活性ガス中に引き上げて冷却させるようにしていた。
このように上記従来の一般的なLEK法にあっては、高
圧不活性ガスで満たされた高圧容器中で結晶の冷却を行
うため、ガスの対流によって融点付近の温度であった結
晶が急激に冷却されることになるので、結晶中の熱応力
が大きくなって転位が発生し易いという欠点があった。
圧不活性ガスで満たされた高圧容器中で結晶の冷却を行
うため、ガスの対流によって融点付近の温度であった結
晶が急激に冷却されることになるので、結晶中の熱応力
が大きくなって転位が発生し易いという欠点があった。
一方、上記欠点を補うため、LEK法による結晶育成終
了後に育成結晶を封止剤上方へ引き上げずにるつぼ内の
封止剤下で冷却し、しかも封止剤と結晶との熱膨張率の
差による熱応力に起因して発生するクラックを抑えるた
め、５℃/min以下の冷却速度で徐冷する方法が提案され
ている（特願平１−199200号）。
了後に育成結晶を封止剤上方へ引き上げずにるつぼ内の
封止剤下で冷却し、しかも封止剤と結晶との熱膨張率の
差による熱応力に起因して発生するクラックを抑えるた
め、５℃/min以下の冷却速度で徐冷する方法が提案され
ている（特願平１−199200号）。
しかしながら、化合物半導体単結晶は、結晶の冷却方
法によって特性が大きく変わるため、冷却速度には制限
がない方が好ましい。
法によって特性が大きく変わるため、冷却速度には制限
がない方が好ましい。
本発明は上記のような欠点を解決すべくなされたもの
で、その目的とするところは、冷却速度に制限を加える
ことなく育成結晶へのクラックの発生を防止し、かつ転
位の少ない結晶を育成可能な結晶製造技術を提供するこ
とにある。
で、その目的とするところは、冷却速度に制限を加える
ことなく育成結晶へのクラックの発生を防止し、かつ転
位の少ない結晶を育成可能な結晶製造技術を提供するこ
とにある。
［課題を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために本発明は、高圧容器内に
配置したるつぼ中の原料融液を液体封止剤層で覆い、か
つ高圧容器内を高圧不活性ガス雰囲気とし、原料融液を
徐々に冷却して単結晶の成長を行なう化合物半導体単結
晶の製造方法において、単結晶育成後に結晶を引き上げ
ずに封止剤下で冷却するとともに、冷却過程において封
止剤の温度が500〜650℃に達した時点で高圧容器内の不
活性ガス圧力を減圧して上記液体封止剤を発泡させるよ
うにした。
配置したるつぼ中の原料融液を液体封止剤層で覆い、か
つ高圧容器内を高圧不活性ガス雰囲気とし、原料融液を
徐々に冷却して単結晶の成長を行なう化合物半導体単結
晶の製造方法において、単結晶育成後に結晶を引き上げ
ずに封止剤下で冷却するとともに、冷却過程において封
止剤の温度が500〜650℃に達した時点で高圧容器内の不
活性ガス圧力を減圧して上記液体封止剤を発泡させるよ
うにした。
［作用］ 育成した結晶にクラックが入るのは、結晶と封止剤と
の濡れ性がよく、しかも熱膨張係数の差が大きいため、
冷却中に封止剤によって結晶に大きな応力がかかるため
である。これを防止するには封止剤が結晶に密着しない
ようにすればよい。しかし、封止剤と結晶の濡れ性を変
えることはできない。しかるに、上記した手段によれば
結晶育成終了後の冷却過程において高圧容器内の不活性
ガスの圧力を下げるため、封止剤中に溶け込んでいる不
活性ガスやＶ族,VI族ガスが膨張して封止剤が発泡状態
になる。その結果、封止剤と育成結晶との接触面積が減
少し、かつ封止剤の強度が低下するため、熱膨張率の差
に起因するクラックは封止剤の側に多く発生するように
なり、育成結晶へのクラックの発生を防止することがで
きる。しかも封止剤下で冷却を行なうため不活性ガス中
に引き上げて冷却する場合に比べて対流による急冷が回
避され転位の発生を少なくすることができる。
の濡れ性がよく、しかも熱膨張係数の差が大きいため、
冷却中に封止剤によって結晶に大きな応力がかかるため
である。これを防止するには封止剤が結晶に密着しない
ようにすればよい。しかし、封止剤と結晶の濡れ性を変
えることはできない。しかるに、上記した手段によれば
結晶育成終了後の冷却過程において高圧容器内の不活性
ガスの圧力を下げるため、封止剤中に溶け込んでいる不
活性ガスやＶ族,VI族ガスが膨張して封止剤が発泡状態
になる。その結果、封止剤と育成結晶との接触面積が減
少し、かつ封止剤の強度が低下するため、熱膨張率の差
に起因するクラックは封止剤の側に多く発生するように
なり、育成結晶へのクラックの発生を防止することがで
きる。しかも封止剤下で冷却を行なうため不活性ガス中
に引き上げて冷却する場合に比べて対流による急冷が回
避され転位の発生を少なくすることができる。
なお、冷却中での減圧のタイミングを、封止剤の温度
が500〜650℃となった時としたのは、650℃以下となら
ないと封止剤の粘性が充分に大きくならないため、封止
剤中からガスが抜けてしまって発泡した状態を維持でき
ないとともに、500℃より低くなると封止剤の粘性が高
くなりすぎて含有ガスが膨張できないいまま封止剤が固
化してしまうためである。
が500〜650℃となった時としたのは、650℃以下となら
ないと封止剤の粘性が充分に大きくならないため、封止
剤中からガスが抜けてしまって発泡した状態を維持でき
ないとともに、500℃より低くなると封止剤の粘性が高
くなりすぎて含有ガスが膨張できないいまま封止剤が固
化してしまうためである。
また、減圧直後の高圧容器内不活性ガスの圧力をゲー
ジ圧で２〜20kg/cm2としたのは、20kg/cm2以下に減圧し
ないとガスの膨張が少なく封止剤が充分に発泡しないと
ともに、2kg/cm2未満まで減圧してしまうとその後室温
まで冷却したときに高圧容器内が負圧になって外部の空
気が入って結晶が酸化されるおそれがあるためである。
ジ圧で２〜20kg/cm2としたのは、20kg/cm2以下に減圧し
ないとガスの膨張が少なく封止剤が充分に発泡しないと
ともに、2kg/cm2未満まで減圧してしまうとその後室温
まで冷却したときに高圧容器内が負圧になって外部の空
気が入って結晶が酸化されるおそれがあるためである。
［実施例］ 以下、本発明をLEK法による結晶成長に適用した場合
の一実施例について説明する。
の一実施例について説明する。
第１図にはLEK法による結晶成長装置の概略が示され
ている。すなわち、この結晶成長装置は、密閉型の高圧
容器１内に円筒状のヒータ２が配設されており、このヒ
ータ２の中央に耐火性のるつぼ３が配置されている。ま
た、このるつぼ３は、その下端に固着された支持軸４に
より回転可能に支持されている。そして、このるつぼ３
中には、InP等の原料融液５が入れられており、原料融
液５の上面はB2O3等からなる液体封止剤層６で覆われ
る。
ている。すなわち、この結晶成長装置は、密閉型の高圧
容器１内に円筒状のヒータ２が配設されており、このヒ
ータ２の中央に耐火性のるつぼ３が配置されている。ま
た、このるつぼ３は、その下端に固着された支持軸４に
より回転可能に支持されている。そして、このるつぼ３
中には、InP等の原料融液５が入れられており、原料融
液５の上面はB2O3等からなる液体封止剤層６で覆われ
る。
一方、るつぼ３の上方からは、高圧容器１内に結晶引
上げ軸７が上下動かつ回転自在に垂下されており、この
結晶引上げ軸７によって種結晶を保持し、るつぼ３中の
原料融液５の表面に接触させることができるようになっ
ている。また、高圧容器１の側壁上部には、高圧の不活
性ガスを導入するためのガス導入管８が接続されてお
り、高圧容器１内部の圧力を所定圧力とすることができ
るようになっている。
上げ軸７が上下動かつ回転自在に垂下されており、この
結晶引上げ軸７によって種結晶を保持し、るつぼ３中の
原料融液５の表面に接触させることができるようになっ
ている。また、高圧容器１の側壁上部には、高圧の不活
性ガスを導入するためのガス導入管８が接続されてお
り、高圧容器１内部の圧力を所定圧力とすることができ
るようになっている。
この実施例は、第１図に示すような結晶成長装置にお
いて、るつぼ３内に所定量の原料と封止剤を入れて高圧
容器１内に設置し、容器内を高圧の不活性ガスで満たし
てからヒータ２により原料を加熱溶融させた後、結晶引
上げ軸７によって種結晶を原料融液５の表面に浸漬し
て、るつぼ３と引上げ軸７を回転させながら単結晶を成
長させる。そして、結晶の成長中引上げは行なわず、成
長終了後に、そのままの状態で冷却を開始し、500〜650
℃まで下がった時点で高圧容器１内の高圧不活性ガスを
ゲージ圧で２〜20kg/cm2まで減圧して引き続き室温まで
冷却させるものである。
いて、るつぼ３内に所定量の原料と封止剤を入れて高圧
容器１内に設置し、容器内を高圧の不活性ガスで満たし
てからヒータ２により原料を加熱溶融させた後、結晶引
上げ軸７によって種結晶を原料融液５の表面に浸漬し
て、るつぼ３と引上げ軸７を回転させながら単結晶を成
長させる。そして、結晶の成長中引上げは行なわず、成
長終了後に、そのままの状態で冷却を開始し、500〜650
℃まで下がった時点で高圧容器１内の高圧不活性ガスを
ゲージ圧で２〜20kg/cm2まで減圧して引き続き室温まで
冷却させるものである。
一例として、内径60mmのpBN製るつぼを用いて第１図
の結晶成長装置によりInP単結晶の成長を行なった。
の結晶成長装置によりInP単結晶の成長を行なった。
まず、原料として1.0kgのInP多結晶を、また封止剤と
してB2O3をるつぼ３に入れ、ヒータ２により加熱して炉
内を1100℃以上に昇温し、B2O3とInPを融解させた。こ
のとき、原料融液５の表面を封止する液体封止剤層（B2
O3）６の厚さが30mmとなるように封止剤の量を決定し
た。また、リンの飛散を防止するため、ガス導入管８か
らアルゴンガスを導入し、高圧容器１内を50kg/cm2（ゲ
ージ圧）のアルゴンガス雰囲気とした。
してB2O3をるつぼ３に入れ、ヒータ２により加熱して炉
内を1100℃以上に昇温し、B2O3とInPを融解させた。こ
のとき、原料融液５の表面を封止する液体封止剤層（B2
O3）６の厚さが30mmとなるように封止剤の量を決定し
た。また、リンの飛散を防止するため、ガス導入管８か
らアルゴンガスを導入し、高圧容器１内を50kg/cm2（ゲ
ージ圧）のアルゴンガス雰囲気とした。
次に、InP融液表面の温度がInPの融点となるようにヒ
ータ２のパワーを調整し、結晶引上げ軸７によって種結
晶を原料融液５に付けて充分になじませてから、るつぼ
３を１℃/hrの割合で冷却しながら、30時間かけて結晶
の成長を行なった。この際、結晶引上げ軸７は5rpmで回
転させ、るつぼ３は逆方向に10rpmで回転させた。
ータ２のパワーを調整し、結晶引上げ軸７によって種結
晶を原料融液５に付けて充分になじませてから、るつぼ
３を１℃/hrの割合で冷却しながら、30時間かけて結晶
の成長を行なった。この際、結晶引上げ軸７は5rpmで回
転させ、るつぼ３は逆方向に10rpmで回転させた。
30時間後、結晶がほぼるつぼ底部まで成長した時点
で、育成を終了し、結晶およびるつぼの回転を止め、結
晶を50℃/minで冷却した。冷却中B2O3の温度が550℃と
なった時点で炉内圧力を6kg/cm2（ゲージ圧）まで減圧
し、そのままの冷却速度で結晶を室温まで冷却した。な
お、減圧直前の炉内圧力を測定したところ、28kg/cm
2（ゲージ圧）であった。これは、冷却にともなってア
ルゴンガスが収縮したためである。
で、育成を終了し、結晶およびるつぼの回転を止め、結
晶を50℃/minで冷却した。冷却中B2O3の温度が550℃と
なった時点で炉内圧力を6kg/cm2（ゲージ圧）まで減圧
し、そのままの冷却速度で結晶を室温まで冷却した。な
お、減圧直前の炉内圧力を測定したところ、28kg/cm
2（ゲージ圧）であった。これは、冷却にともなってア
ルゴンガスが収縮したためである。
このようにして得られた結晶を取り出して観察したと
ころ、第２図（Ａ）に示すように結晶には全くクラック
は発生していなかった。
ころ、第２図（Ａ）に示すように結晶には全くクラック
は発生していなかった。
また、同条件で結晶を育成し途中で減圧を行なわずに
結晶を冷却した場合には第２図（Ｂ）に示すように結晶
上部でクラックが多数発生していた。
結晶を冷却した場合には第２図（Ｂ）に示すように結晶
上部でクラックが多数発生していた。
［発明の効果］ 以上のように、本発明の化合物半導体単結晶の製造方
法は、高圧容器内に配置したるつぼ中の原料融液を液体
封止剤層で覆い、かつ高圧容器内を高圧不活性ガス雰囲
気とし、原料融液を徐々に冷却して単結晶の成長を行な
う化合物半導体単結晶の製造方法において、単結晶育成
後に結晶を引き上げずに封止剤下で冷却するとともに、
冷却過程において封止剤の温度が500〜650℃に達した時
点で高圧容器内の不活性ガス圧力を減圧するようにした
ので、封止剤中に溶け込んでいる不活性ガスやＶ族,VI
族ガスが膨張して封止剤が発泡状態になり、その結果、
封止剤と育成結晶との接触面積が減少し、かつ封止剤の
強度が低下するため、熱膨張率の差に起因するクラック
は封止剤の側に多く発生するようになり、育成結晶への
クラックの発生を防止することができる。しかも、封止
剤下で冷却を行なうため不活性ガス中に引き上げて冷却
する場合に比べて対流による急冷が回避され、転位の発
生を少なくすることができるという効果がある。
法は、高圧容器内に配置したるつぼ中の原料融液を液体
封止剤層で覆い、かつ高圧容器内を高圧不活性ガス雰囲
気とし、原料融液を徐々に冷却して単結晶の成長を行な
う化合物半導体単結晶の製造方法において、単結晶育成
後に結晶を引き上げずに封止剤下で冷却するとともに、
冷却過程において封止剤の温度が500〜650℃に達した時
点で高圧容器内の不活性ガス圧力を減圧するようにした
ので、封止剤中に溶け込んでいる不活性ガスやＶ族,VI
族ガスが膨張して封止剤が発泡状態になり、その結果、
封止剤と育成結晶との接触面積が減少し、かつ封止剤の
強度が低下するため、熱膨張率の差に起因するクラック
は封止剤の側に多く発生するようになり、育成結晶への
クラックの発生を防止することができる。しかも、封止
剤下で冷却を行なうため不活性ガス中に引き上げて冷却
する場合に比べて対流による急冷が回避され、転位の発
生を少なくすることができるという効果がある。
第１図は本発明の実施に使用される結晶成長装置の一例
を示す縦断面図、 第２図（Ａ），（Ｂ）は本発明および従来の結晶製造方
法により育成された結晶のクラック発生の様子を示す外
観図である。 １……高圧容器、３……るつぼ、５……原料融液、６…
…液体封止剤層、７……結晶引上げ軸、８……ガス導入
管、９……結晶。
を示す縦断面図、 第２図（Ａ），（Ｂ）は本発明および従来の結晶製造方
法により育成された結晶のクラック発生の様子を示す外
観図である。 １……高圧容器、３……るつぼ、５……原料融液、６…
…液体封止剤層、７……結晶引上げ軸、８……ガス導入
管、９……結晶。
Claims (2)
- 【請求項１】高圧容器内に配置したるつぼ中の原料融液
を液体封止剤層で覆い、高圧容器内を高圧不活性ガス雰
囲気とし、原料融液を徐々に冷却して単結晶の成長を行
なう化合物半導体単結晶の製造方法において、単結晶育
成後に結晶を引き上げずに封止剤下で冷却するととも
に、冷却過程において上記液体封止剤の温度が500〜650
℃に達した時点で上記高圧容器内の不活性ガス圧力を減
圧して上記液体封止剤を発泡させるようにしたことを特
徴とする化合物半導体単結晶の製造方法。 - 【請求項２】上記冷却過程における減圧を、減圧後の高
圧容器内圧力がゲージ圧で2kg/cm2以上20kg/cm2以下と
なるように行なうことを特徴とする請求項１記載の化合
物半導体単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24190490A JP2781856B2 (ja) | 1990-09-12 | 1990-09-12 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24190490A JP2781856B2 (ja) | 1990-09-12 | 1990-09-12 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04124089A JPH04124089A (ja) | 1992-04-24 |
| JP2781856B2 true JP2781856B2 (ja) | 1998-07-30 |
Family
ID=17081286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24190490A Expired - Lifetime JP2781856B2 (ja) | 1990-09-12 | 1990-09-12 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2781856B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010202504A (ja) * | 2009-02-09 | 2010-09-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体結晶の製造方法、ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体基板の製造方法およびｉｉｉ−ｖ族化合物半導体基板 |
-
1990
- 1990-09-12 JP JP24190490A patent/JP2781856B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04124089A (ja) | 1992-04-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3343615B2 (ja) | バルク結晶の成長方法 | |
| JPH09208364A (ja) | シリコン単結晶の製造方法 | |
| JPH09249482A (ja) | 単結晶引き上げ方法 | |
| JP2781856B2 (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法 | |
| JPH04104988A (ja) | 単結晶成長方法 | |
| JP4344021B2 (ja) | ＩｎＰ単結晶の製造方法 | |
| JP3885245B2 (ja) | 単結晶引上方法 | |
| JP2700145B2 (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法 | |
| JP2531875B2 (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法 | |
| JP2733898B2 (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法 | |
| JP2922038B2 (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法 | |
| JPH08277192A (ja) | 化合物半導体単結晶の製造装置および製造方法 | |
| JPH04321590A (ja) | 単結晶育成方法 | |
| JPH02229791A (ja) | 化合物半導体単結晶製造装置 | |
| JP3392245B2 (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法 | |
| JP2766897B2 (ja) | 単結晶成長装置 | |
| JP3938674B2 (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法 | |
| JP2726887B2 (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法 | |
| JP2773441B2 (ja) | ＧａＡｓ単結晶の製造方法 | |
| JP2781857B2 (ja) | 単結晶の製造方法 | |
| JPH0341432B2 (ja) | ||
| JP3158661B2 (ja) | 高解離圧単結晶の製造方法及び製造装置 | |
| JPH02212395A (ja) | 化合物半導体結晶の製造方法および製造装置 | |
| JPH03271186A (ja) | 単結晶の引上方法および引上装置 | |
| JPS60122791A (ja) | 液体封止結晶引上方法 |