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JP3938674B2 - Method for producing compound semiconductor single crystal - Google Patents

Method for producing compound semiconductor single crystal Download PDF

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JP3938674B2
JP3938674B2 JP2001305995A JP2001305995A JP3938674B2 JP 3938674 B2 JP3938674 B2 JP 3938674B2 JP 2001305995 A JP2001305995 A JP 2001305995A JP 2001305995 A JP2001305995 A JP 2001305995A JP 3938674 B2 JP3938674 B2 JP 3938674B2
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seed crystal
grown
seed
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聰明 朝日
賢次 佐藤
篤俊 荒川
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Nippon Mining Holdings Inc
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Nippon Mining and Metals Co Ltd
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体封止カイロポーラス法(以下、LEK法と称する)による化合物半導体単結晶の製造方法に関する。
【0002】
【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B(酸化硼素)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(以下、LEC法と称する)やLEK法等が知られている。
【0003】
LEC法は、結晶の成長にともない結晶を回転させながら引き上げていく方法であり、種付けにより結晶方位を制御することが可能で、また高純度の結晶を得やすいため工業化されている。しかし、直径制御が困難であるため均一の直径が得難く、また結晶成長時の融液中の温度勾配が大きいため結晶にかかる熱応力が大きくなり転位密度が大きくなるという欠点がある。
【0004】
これに対し、LEK法は、結晶を引き上げずに原料融液を入れた容器中で結晶を成長させるため、成長結晶の直径はルツボ内径に依存し、直径を制御するのが容易である。また、結晶成長時の融液中の温度勾配は数℃/cmであってLEC法に比べ1桁以上小さいので、成長結晶にかかる熱応力は小さい。したがって、LEC法に比較して転位密度の小さい成長結晶を得ることができる。
【0005】
ここで、LEK法による従来の化合物半導体の製造方法について図2を参照して具体的に説明する。
図2は、従来のLEK法において用いられていた結晶成長装置の概略構成図である。この結晶成長装置100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の中央部にルツボ3が配置されている。このルツボ3は、その下端に固着された支持軸4により回転自在に支持されている。そして、このルツボ3中には、例えば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B等の液体封止剤層6で覆われている。
【0006】
一方、ルツボ3の上方からは、高圧容器1内に結晶引き上げ軸7が上下動かつ回転自在に垂下されており、この結晶引き上げ軸7の先端に設けられた種結晶の固定治具(シードホルダ)13によって種結晶14は保持されている。また、この結晶引き上げ軸7にはロードセル15が接続されており、成長結晶の重量が観測できる。
【0007】
また、高圧容器1の側壁上部には、高圧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に調節することができる。
【0008】
従来は、上述した結晶成長装置100を用いて、結晶引き上げ軸7を上下動させることによってルツボ3中の原料融液5の表面に種結晶を接触させ、その後は軸を上下動させずに回転させながらヒータ2の温度を徐々に下げて単結晶を成長させていた。
【0009】
特に、II−VI族化合物半導体のように単結晶成長が困難とされている材料を用いてLEK法により単結晶を成長させる場合は、結晶中の転位密度を減少させるために、結晶成長時の垂直方向の温度勾配を少なくとも20℃/cm以下に制御して必要があった。しかしながら、温度勾配を小さくすると液体封止剤6上の温度も1000℃前後の高温になるので、種結晶14が分解して先端が溶けて先細ってしまい種付けできないという問題が生じた。
【0010】
そこで、本発明者等はLEK法による化合物半導体の製造方法について研究を重ね、結晶成長中に種結晶が分解するのを効果的に防止できる技術を提案した(特開平8―183690号公報)。具体的には、図1に示すように種結晶14を耐火性のカバー11で覆うようにし、さらに、この耐火性カバーの一部または全部が液体封止剤に浸るようにした。これにより、耐火性カバー11の内部は密閉状態になり、種結晶14から分解したガスでカバー11の内部圧力は比較的すぐに種結晶11の解離圧となるので、それ以上種結晶の分解は進行しなくなる。したがって、種結晶の分解を長時間防止することができるようになり、容易に種付けを行うことが可能となった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記先願技術により結晶成長を行うと、種結晶からの応力により結晶性が若干悪化するという問題が発生した。つまり、化合物半導体結晶は液体よりも固体の比重が小さいので、原料融液から結晶が成長する際に体積が膨張する。このため、種結晶が成長結晶の上部に長時間ついていると、成長結晶に応力がかかってしまい結晶性を悪化させる原因となってしまった。
【0012】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、成長結晶中の転位密度を減少させるとともに、種結晶からの応力をなくすことにより結晶性に優れた単結晶を得られるようにした化合物半導体単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために、さらにLEK法について検討を重ねた。その結果、種付けを行うに際して種結晶が分解しないようにするためには、前記先願技術のように種結晶を耐火性カバーで覆う方法が有効であり、この方法を利用した場合、成長結晶の肩部までが良好に形成されれば、その後は種結晶が分解しても成長結晶の結晶性は悪化しないことが判明した。つまり、「種結晶の状態」が成長結晶の結晶性に影響を与えるのは、種付けを開始してから成長結晶の肩部が形成されるまでであることが明かとなった。そこで、本発明者等は、成長結晶の肩部が形成された後に種結晶をすべて分解させ昇華させれば成長結晶に種結晶からの応力がかかるのを回避できると考えた。
【0014】
また、「種結晶からの応力」による成長結晶の結晶性への影響に関しては、成長結晶の胴体部が全体の1/5以上になったときに種結晶による応力が著しく大きくなっていることが判明した。このことから、本発明者等は、種結晶からの応力により成長結晶の結晶性が悪化するのを効果的に回避するためには、成長結晶の胴体部の1/5が形成されるまでに種結晶を分解させ昇華させる必要があると考えた。
【0015】
本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであり、高圧容器内を高圧不活性ガス雰囲気として加熱し、前記高圧容器内に配置したルツボ中の原料融液を液体封止剤で覆い、表面を耐火性カバーで覆われた種結晶を前記原料融液に浸漬し、前記原料融液の温度を徐々に低下させることにより単結晶の成長を行う化合物半導体単結晶の製造方法において、前記耐火性カバーの全体又は一部を液体封止剤中に浸漬して結晶を成長させる過程で、前記種結晶が分解して発生するガスの量よりも少量のガスをカバー外部へ流出させて種結晶を所定の速度で分解させるようにしたものである。つまり、耐火性カバーを配設する際に、意図的に間隙を設けるようにして、前記カバー内部が半密閉状態になるようにした。
【0016】
これにより、耐火性カバー内部は半密閉状態となり、カバー外部へ流出するガス量に応じて種結晶が分解してガスを発生するので種結晶の分解反応は完全に停止されない。つまり、種結晶の分解は徐々に進行され、いずれは昇華して種結晶は消滅する。したがって、成長結晶は種結晶からの応力により結晶性が悪化するのを回避することができるので、高品質の化合物半導体単結晶を得ることができる。また、カバー内部は半密閉状態になっているので、種結晶の分解は抑制され結晶中に転位が発生することなく種付けを行うことができる。
【0017】
また、前記種結晶を成長結晶の肩部が形成されてから胴体部の高さ1/5の部位が形成されるまでに分解し昇華させるようにした。つまり、種結晶は、成長結晶の肩部が形成されるまでは必要であるが、肩部が形成された後は特に必要なくなるので、肩部が形成された後に分解され消滅するようにした。また、種結晶からの応力は成長結晶の高さが全体の1/5以上になったときに、成長結晶の結晶性に影響を及ぼす程の大きさとなるので、種結晶はそれ以前に完全に分解され昇華されるようにした。
これにより、結晶性に優れた化合物半導体単結晶を歩留まりよく製造することができる。
【0018】
また、耐火性カバーから流出させるガス量に応じて前記種結晶の大きさを決定することにより、種結晶が所望の時間帯ですべて分解され昇華されるように制御することができる。
【0019】
なお、前記間隙はわざわざ設けなくても耐火性カバーを取り付けるときにオーリングの使用等で生じる隙間を利用してもよい。また、種結晶は単結晶を成長させる前に高温雰囲気中に曝され分解してしまうため、種結晶の大きさ(太さ)はその時間(例えば、20〜30分間)も考慮に入れて決定されるべきである。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図1は、本実施形態で用いた結晶成長装置100の概略構成を示した説明図であり、従来技術(特開平8―183690号公報)で用いた結晶成長装置と同一の構成をしている。
具体的には、本実施形態の結晶成長装置100は、密閉型の高圧容器1と、高圧容器1内に配設された円筒状のヒータ2と、このヒータ2の中央部に支持軸4により回転自在に支持されたルツボ3と、ルツボ3の上方に上下動かつ回転自在に垂下された結晶引き上げ軸7と、で構成されている。
【0021】
ルツボ3の中には、例えばInP等の原料融液5が入れられ、原料融液5の上面はB等の液体封止剤6で覆われている。
結晶引き上げ軸7にはロードセル15が接続されており、成長結晶の重量が観測できるようになっている。また、結晶引き上げ軸7は先端に種結晶14の固定治具(シードホルダ)13を具備しており、これによって種結晶14を保持する。さらに、pBN製のカバー11が種結晶14とシードチャック13を覆うように配設されている。
【0022】
なお、pBN製カバー11と引き上げ軸7との間には通気口が設けられており、pBN製カバー11を液体封止剤6に浸したときにカバー内部が半密閉状態になるようにしている。例えば、pBN製カバー11とシードホルダ13と引き上げ軸7とのジョイント部にオーリングを使用すれば、ジョイント部に隙間が生じるのでこの隙間から内部のガスを流出させることができる。
【0023】
このように、本実施形態ではpBN製カバー11を液体封止剤6に浸したときにカバー内部が密閉状態ではなく半密閉状態になる点で従来技術(特開平8―183690号公報)と異なる。つまり、従来技術のように耐火性カバー11を液体封止剤6に浸したときにカバー内部を密閉状態に保持すれば種結晶14は長時間分解せずに残留するが、本実施形態では意図的にカバー内部を半密閉状態にすることで種結晶14の分解を抑制しつつ徐々に分解が進行するようにしている。例えば、種結晶が分解して発生するガスよりも少量のガスが耐火性カバー11の外部へ流出するように隙間の大きさを調整することにより種結晶14の分解を抑制することができる。
【0024】
より具体的には、種結晶14は成長結晶9の肩部が完全に成長するまでは分解せず、その後成長結晶の胴体高さが1/5に到達するまでに分解して昇華するようにしている。例えば、種結晶14の太さや耐火性カバー11の内部から外部へ漏れるガス流量を調整することにより、上述したように種結晶14の分解反応を制御することができる。
【0025】
また、高圧容器1の側壁上部には、高圧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に調節できるようになっている。
【0026】
上述した結晶成長装置100を用いて、結晶引き上げ軸7を上下動させることによってルツボ3中の原料融液5の表面に種結晶14を接触させ、ヒータ2の温度を徐々に下げることによって化合物半導体単結晶を成長させることができる。
【0027】
以下に、上述した結晶成長装置100を用いた結晶成長の実施例として、InP化合物半導体単結晶を成長させる場合について説明する。
まず、肉厚1mm、内径80mmのpBN性ルツボ3に、化合物半導体原料としてのInP多結晶を50mmの厚さとなるように入れ、その上に液体封止剤としてのBを15mmの厚さとなるように入れた。そして、ヒータ2により加熱して高圧容器1内を1000℃以上に昇温し、InPおよびBを融解させた。このとき、P(リン)の揮散を防止するためガス導入管8から例えばアルゴンガス(Ar)のような不活性ガス10を導入し、高圧容器1内を40気圧に調節した。
【0028】
次に、InP原料融液5の表面温度をInPの融点(1062℃)よりもやや高い温度に調節してから、結晶引き上げ軸7を下げて結晶成長面が(100)の種結晶14をInP原料融液5に浸漬して種付けした。このとき、結晶引き上げ軸7の軸下降速度は融液近傍で100mm/hとした。また、このときのArガス10とBとの界面温度は1040℃であった。
【0029】
このとき、耐火性カバー11内ではInPが分解してPガスが発生するが、Bとの界面温度におけるInPの解離圧(約10気圧)に到達すると、それ以上分解は進行しない。しかし、本実施例では耐火性カバー11内部を半密閉状態としてPガスが徐々に耐火性カバー11の外部に漏れるようにしているので、種結晶14の分解は完全に停止されず徐々に進行する。
【0030】
なお、本実施例では結晶成長を開始してから約1〜2時間で種結晶14が完全に分解して昇華するように、太さ2mm角の種結晶を使用した。また、耐火性カバー11を液体封止剤6に浸漬したときに種結晶14の先端が原料融液5の表面に接触するように、種結晶14の長さは耐火性カバー11より10mm長くなるようにした。
【0031】
種付けを開始した時点で、すでに種結晶14は20分〜30分程度高温雰囲気中に曝されており若干分解していたが、先細り等は観察されず種付けに影響を与えるほど分解は進行していないことが確認できた。
種付け後、約10〜30分間で成長結晶の肩部までを形成した。このときの横方向の平均成長速度は50〜200mm/hとなる。結晶の肩部が成長されたこの時点でも種結晶14は充分に残留しており、pBN製カバー11により種結晶の分解が抑制されていることを確認できた。このように、本実施例では成長結晶の肩部が完全に成長するまで種結晶14は充分に残留していたので、種結晶の分解に伴い成長結晶中に転位が発生するのを抑えることができた。
【0032】
その後、ヒータ2を徐々に冷却しながら垂直方向に1mm/hの成長速度で50時間かけて高さ50mmの結晶を成長させた。途中、結晶成長を開始してから約1〜2時間後、すなわち成長結晶の胴体部が1〜2mm程度成長された時点で種結晶14は完全に分解して昇華したことが確認された。これにより、成長結晶9は種結晶14から解放され、種結晶14からの応力より結晶性が悪化するのを防止することができた。
【0033】
そして、原料融液5が完全に結晶化した後、6時間冷却して高さ50mmのInP化合物半導体単結晶を得た。この得られたInP化合物半導体単結晶は、転位密度が低く結晶性に優れた高品質の単結晶であった。
【0034】
次に、太さが4mm角の種結晶を用いて、その他の条件は本実施例と同様にして結晶を成長させたところ、種結晶が完全に分解して昇華するまでに4〜6時間を要した。そのときの成長結晶の高さは4〜6mmであったが、得られた成長結晶の品質は良く、前記種結晶を用いた場合でも成長結晶が種結晶から受ける応力の影響は無視できる大きさであることが確認できた。
【0035】
さらに実験を重ね種結晶の分解速度について検討した結果、成長結晶の高さが10mm程度、すなわち得られる成長結晶(本実施例では50mm)の1/5程度が成長する前までに種結晶が分解して昇華すれば、成長結晶が種結晶からうける応力は結晶性に悪影響を与えないことが分かった。
【0036】
以上、実施形態に基づいて本発明を具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、成長させる化合物半導体単結晶はInPに限定されず、GaAs、GaP、CdTe等、III−V族およびII−VI族化合物半導体単結晶の成長に適用できる。
【0037】
また、耐火性カバー11の形状は円筒状である必要はなく、種結晶14を覆ってその分解を抑制できる形状であればよい。また、耐火性カバー11の材質としては、pBNの他、Mo(モリブデン)、W(タングステン)、Ta(タンタル)等、結晶の種付け温度で融液と反応しない材料を用いることができる。
【0038】
【発明の効果】
本発明によれば、表面を耐火性カバーで覆われた種結晶を液体封止剤で覆われた原料融液に浸漬し、原料融液の温度を徐々に低下させることにより単結晶の成長を行うLEK(液体封止カイロポーラス)法において、前記耐火性カバーの全体又は一部を液体封止剤中に浸漬して結晶を成長させる過程で、前記種結晶が分解して発生するガスの量よりも少量のガスをカバー外部へ流出させるようにしたので、種付け時における種結晶の分解を抑制できるとともに、徐々に種結晶を分解させることができる。したがって、成長結晶の転位密度を低減させることができるとともに、種結晶からの応力により成長結晶の結晶性が悪化するのを回避することができるので、高品質の化合物半導体単結晶を歩留まり良く得られるという効果を奏する。
【0039】
また、前記種結晶は成長結晶の肩部が形成されてから胴体部の1/5が形成されるまでに分解され昇華するようにすれば、より効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施形態および先願(特開平8―183690号公報)のLEK法において用いた結晶成長装置の概略構成図である。
【図2】 従来のLEK法において用いた結晶成長装置の概略構成図である。
【符号の説明】
1 高圧容器
2 ヒータ
3 ルツボ
4 支持軸
5 原料融液
6 液体封止剤(B
7 結晶引き上げ軸
8 ガス導入管
9 成長結晶
10 不活性ガス
11 pBN製カバー(耐火性カバー)
13 種結晶保持具(シードホルダ)
14 種結晶
100 結晶成長装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a compound semiconductor single crystal by a liquid-sealed chiral porous method (hereinafter referred to as LEK method).
[0002]
[Prior art]
In general, III-V and II-VI compound semiconductors such as GaP, GaAs, InP, and CdTe have a high vapor pressure near the melting point, so that the raw material melt is made of B 2 O 3 (boron oxide) or the like. A single crystal is grown by a liquid sealing method covered with a liquid sealing agent layer. Currently, as this liquid sealing method, a liquid sealing Czochralski method (hereinafter referred to as LEC method), a LEK method, and the like are known.
[0003]
The LEC method is a method in which a crystal is pulled up while rotating as the crystal grows. It is industrialized because the crystal orientation can be controlled by seeding and it is easy to obtain a high-purity crystal. However, since it is difficult to control the diameter, it is difficult to obtain a uniform diameter, and since the temperature gradient in the melt during crystal growth is large, the thermal stress applied to the crystal increases and the dislocation density increases.
[0004]
On the other hand, in the LEK method, since the crystal is grown in a container containing the raw material melt without pulling up the crystal, the diameter of the grown crystal depends on the inner diameter of the crucible, and the diameter can be easily controlled. Further, since the temperature gradient in the melt during crystal growth is several degrees C / cm and is smaller by one digit or more than the LEC method, the thermal stress applied to the grown crystal is small. Therefore, it is possible to obtain a grown crystal having a low dislocation density as compared with the LEC method.
[0005]
Here, a conventional method of manufacturing a compound semiconductor by the LEK method will be specifically described with reference to FIG.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a crystal growth apparatus used in the conventional LEK method. In this crystal growth apparatus 100, a cylindrical heater 2 is disposed in a sealed high-pressure vessel 1, and a crucible 3 is disposed in the center of the heater 2. The crucible 3 is rotatably supported by a support shaft 4 fixed to the lower end thereof. In the crucible 3, a raw material melt 5 such as InP is placed, and the upper surface of the raw material melt 5 is covered with a liquid sealant layer 6 such as B 2 O 3 .
[0006]
On the other hand, from above the crucible 3, a crystal pulling shaft 7 is suspended in the high-pressure vessel 1 so as to move up and down and rotate freely, and a seed crystal fixing jig (seed holder) provided at the tip of the crystal pulling shaft 7. ) 13 holds the seed crystal 14. A load cell 15 is connected to the crystal pulling shaft 7 so that the weight of the grown crystal can be observed.
[0007]
Further, a gas introduction pipe 8 for introducing a high-pressure inert gas is connected to the upper portion of the side wall of the high-pressure vessel 1 so that the pressure inside the high-pressure vessel 1 can be adjusted to a predetermined pressure.
[0008]
Conventionally, by using the crystal growth apparatus 100 described above, the crystal pulling shaft 7 is moved up and down to bring the seed crystal into contact with the surface of the raw material melt 5 in the crucible 3, and thereafter the shaft is rotated without moving up and down. The temperature of the heater 2 was gradually lowered while the single crystal was grown.
[0009]
In particular, when a single crystal is grown by a LEK method using a material that is difficult to grow a single crystal such as a II-VI group compound semiconductor, in order to reduce the dislocation density in the crystal, It was necessary to control the temperature gradient in the vertical direction to at least 20 ° C./cm or less. However, if the temperature gradient is reduced, the temperature on the liquid sealant 6 also becomes a high temperature of around 1000 ° C., so that the seed crystal 14 is decomposed and the tip melts and becomes tapered so that seeding cannot be performed.
[0010]
Accordingly, the present inventors have repeatedly studied on a method for producing a compound semiconductor by the LEK method, and proposed a technique capable of effectively preventing the seed crystal from being decomposed during crystal growth (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 8-183690). Specifically, as shown in FIG. 1, the seed crystal 14 is covered with a fireproof cover 11, and a part or all of the fireproof cover is immersed in the liquid sealant. As a result, the inside of the refractory cover 11 is sealed, and the gas decomposed from the seed crystal 14 causes the internal pressure of the cover 11 to become the dissociation pressure of the seed crystal 11 relatively quickly. It will not progress. Therefore, it becomes possible to prevent the seed crystal from being decomposed for a long time, and it becomes possible to perform seeding easily.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, when crystal growth is performed by the prior application technique, there is a problem that crystallinity is slightly deteriorated due to stress from the seed crystal. That is, since the compound semiconductor crystal has a solid specific gravity smaller than that of the liquid, the volume expands when the crystal grows from the raw material melt. For this reason, if the seed crystal is attached to the upper part of the grown crystal for a long time, stress is applied to the grown crystal, which deteriorates the crystallinity.
[0012]
The present invention has been made in view of the above problems, and is a compound semiconductor single crystal in which a single crystal having excellent crystallinity can be obtained by reducing the dislocation density in the grown crystal and eliminating the stress from the seed crystal. It aims at providing the manufacturing method of a crystal | crystallization.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present inventors have further studied the LEK method. As a result, in order to prevent the seed crystal from decomposing at the time of seeding, a method of covering the seed crystal with a refractory cover as in the prior application technique is effective. When this method is used, It has been found that if the shoulder is well formed, the crystallinity of the grown crystal does not deteriorate even if the seed crystal is decomposed thereafter. That is, it became clear that the “state of the seed crystal” affects the crystallinity of the grown crystal from the start of seeding until the shoulder of the grown crystal is formed. Therefore, the present inventors considered that if the seed crystal is completely decomposed and sublimated after the shoulder of the grown crystal is formed, stress from the seed crystal can be avoided.
[0014]
Regarding the influence of “stress from the seed crystal” on the crystallinity of the grown crystal, the stress due to the seed crystal increases remarkably when the body of the grown crystal becomes 1/5 or more of the whole. found. From this, the present inventors, in order to effectively avoid the deterioration of the crystallinity of the grown crystal due to the stress from the seed crystal, until 1/5 of the body portion of the grown crystal is formed. We thought that it was necessary to decompose and sublimate the seed crystals.
[0015]
The present invention has been completed based on the above knowledge, heating the inside of the high-pressure vessel as a high-pressure inert gas atmosphere, covering the raw material melt in the crucible placed in the high-pressure vessel with a liquid sealant, In the method for producing a compound semiconductor single crystal, in which a seed crystal whose surface is covered with a refractory cover is immersed in the raw material melt, and the temperature of the raw material melt is gradually decreased, the single crystal is grown. In the process of growing a crystal by immersing all or part of the cover in a liquid sealant, a smaller amount of gas than the amount of gas generated by decomposition of the seed crystal is caused to flow out of the cover. Is decomposed at a predetermined speed. That is, when the fireproof cover is provided, a gap is intentionally provided so that the inside of the cover is in a semi-sealed state.
[0016]
As a result, the inside of the refractory cover is in a semi-sealed state, and the seed crystal is decomposed to generate gas according to the amount of gas flowing out of the cover, so that the decomposition reaction of the seed crystal is not completely stopped. That is, the decomposition of the seed crystal proceeds gradually, eventually sublimating and the seed crystal disappears. Therefore, the growth crystal can avoid deterioration of crystallinity due to the stress from the seed crystal, so that a high-quality compound semiconductor single crystal can be obtained. Further, since the inside of the cover is in a semi-sealed state, decomposition of the seed crystal is suppressed, and seeding can be performed without causing dislocation in the crystal.
[0017]
Further, the seed crystal was decomposed and sublimated from the formation of the shoulder portion of the grown crystal to the formation of the 1/5 height portion of the body portion. In other words, the seed crystal is necessary until the shoulder portion of the grown crystal is formed, but is not particularly necessary after the shoulder portion is formed. Therefore, the seed crystal is decomposed and disappears after the shoulder portion is formed. In addition, since the stress from the seed crystal is large enough to affect the crystallinity of the grown crystal when the height of the grown crystal becomes 1/5 or more of the entire crystal, It was decomposed and sublimated.
Thereby, the compound semiconductor single crystal excellent in crystallinity can be manufactured with a high yield.
[0018]
Further, by determining the size of the seed crystal according to the amount of gas flowing out from the fireproof cover, it is possible to control so that the seed crystal is completely decomposed and sublimated in a desired time zone.
[0019]
In addition, you may utilize the clearance gap which arises by use of an O ring etc., when attaching a fireproof cover, without providing the said clearance gap. In addition, since the seed crystal is exposed to a high temperature atmosphere and decomposes before the single crystal is grown, the size (thickness) of the seed crystal is determined in consideration of the time (for example, 20 to 30 minutes). It should be.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view showing a schematic configuration of a crystal growth apparatus 100 used in the present embodiment, which has the same configuration as the crystal growth apparatus used in the prior art (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 8-183690). .
Specifically, the crystal growth apparatus 100 of the present embodiment includes a sealed high-pressure vessel 1, a cylindrical heater 2 disposed in the high-pressure vessel 1, and a support shaft 4 at the center of the heater 2. The crucible 3 is rotatably supported, and the crystal pulling shaft 7 is vertically suspended above the crucible 3 and is suspended freely.
[0021]
In the crucible 3, a raw material melt 5 such as InP is placed, and the upper surface of the raw material melt 5 is covered with a liquid sealant 6 such as B 2 O 3 .
A load cell 15 is connected to the crystal pulling shaft 7 so that the weight of the grown crystal can be observed. The crystal pulling shaft 7 is provided with a fixing jig (seed holder) 13 for the seed crystal 14 at the tip thereof, thereby holding the seed crystal 14. Further, a pBN cover 11 is disposed so as to cover the seed crystal 14 and the seed chuck 13.
[0022]
A vent is provided between the pBN cover 11 and the lifting shaft 7 so that when the pBN cover 11 is immersed in the liquid sealant 6, the inside of the cover is in a semi-sealed state. . For example, if an O-ring is used for the joint portion of the pBN cover 11, the seed holder 13, and the lifting shaft 7, a gap is generated in the joint portion, so that the internal gas can flow out from this gap.
[0023]
As described above, in this embodiment, when the pBN cover 11 is immersed in the liquid sealant 6, the inside of the cover is not sealed but is semi-sealed, which is different from the prior art (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 8-183690). . That is, if the inside of the cover is kept sealed when the fireproof cover 11 is immersed in the liquid sealant 6 as in the prior art, the seed crystal 14 remains without being decomposed for a long time. In particular, by making the inside of the cover semi-sealed, the decomposition gradually proceeds while suppressing the decomposition of the seed crystal 14. For example, the decomposition of the seed crystal 14 can be suppressed by adjusting the size of the gap so that a smaller amount of gas than the gas generated by the decomposition of the seed crystal flows out of the refractory cover 11.
[0024]
More specifically, the seed crystal 14 is not decomposed until the shoulder portion of the grown crystal 9 is completely grown, and then decomposed and sublimated until the body height of the grown crystal reaches 1/5. ing. For example, the decomposition reaction of the seed crystal 14 can be controlled as described above by adjusting the thickness of the seed crystal 14 and the gas flow rate leaking from the inside of the fireproof cover 11 to the outside.
[0025]
A gas introduction pipe 8 for introducing a high-pressure inert gas is connected to the upper part of the side wall of the high-pressure vessel 1 so that the pressure inside the high-pressure vessel 1 can be adjusted to a predetermined pressure.
[0026]
By using the crystal growth apparatus 100 described above, the crystal pulling shaft 7 is moved up and down to bring the seed crystal 14 into contact with the surface of the raw material melt 5 in the crucible 3, and the temperature of the heater 2 is gradually lowered to reduce the compound semiconductor. Single crystals can be grown.
[0027]
Hereinafter, a case where an InP compound semiconductor single crystal is grown will be described as an example of crystal growth using the crystal growth apparatus 100 described above.
First, an InP polycrystal as a compound semiconductor raw material is placed in a pBN-type crucible 3 having a thickness of 1 mm and an inner diameter of 80 mm so as to have a thickness of 50 mm, and B 2 O 3 as a liquid sealant is formed thereon with a thickness of 15 mm. I put it like that. Then, the high-pressure vessel 1 heated to above 1000 ° C. by heating by a heater 2, to melt the InP and B 2 O 3. At this time, in order to prevent volatilization of P (phosphorus), an inert gas 10 such as argon gas (Ar), for example, was introduced from the gas introduction tube 8 and the inside of the high-pressure vessel 1 was adjusted to 40 atm.
[0028]
Next, after adjusting the surface temperature of the InP raw material melt 5 to a temperature slightly higher than the melting point of InP (1062 ° C.), the crystal pulling shaft 7 is lowered to convert the seed crystal 14 having a crystal growth surface of (100) into InP. It was immersed in the raw material melt 5 and seeded. At this time, the axis lowering speed of the crystal pulling shaft 7 was set to 100 mm / h in the vicinity of the melt. At this time, the interface temperature between the Ar gas 10 and B 2 O 3 was 1040 ° C.
[0029]
At this time, InP decomposes and P gas is generated in the refractory cover 11, but when the InP dissociation pressure (about 10 atmospheres) at the interface temperature with B 2 O 3 is reached, the decomposition does not proceed further. However, in this embodiment, the inside of the refractory cover 11 is semi-sealed so that the P gas gradually leaks to the outside of the refractory cover 11, so that the decomposition of the seed crystal 14 proceeds gradually without being completely stopped. .
[0030]
In this example, a 2 mm square seed crystal was used so that the seed crystal 14 was completely decomposed and sublimated about 1 to 2 hours after the start of crystal growth. Further, the length of the seed crystal 14 is 10 mm longer than that of the fireproof cover 11 so that the tip of the seed crystal 14 contacts the surface of the raw material melt 5 when the fireproof cover 11 is immersed in the liquid sealant 6. I did it.
[0031]
When seeding was started, the seed crystal 14 had already been exposed to a high temperature atmosphere for about 20 minutes to 30 minutes and was slightly decomposed, but no tapering or the like was observed, and decomposition was progressing so as to affect seeding. It was confirmed that there was no.
After seeding, the shoulder of the grown crystal was formed in about 10 to 30 minutes. The average growth rate in the horizontal direction at this time is 50 to 200 mm / h. Even at this time when the shoulder portion of the crystal was grown, the seed crystal 14 remained sufficiently, and it was confirmed that the decomposition of the seed crystal was suppressed by the cover 11 made of pBN. As described above, in this embodiment, the seed crystal 14 was sufficiently left until the shoulder of the grown crystal was completely grown. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of dislocations in the grown crystal accompanying the decomposition of the seed crystal. did it.
[0032]
Thereafter, a crystal having a height of 50 mm was grown in the vertical direction at a growth rate of 1 mm / h over 50 hours while gradually cooling the heater 2. On the way, it was confirmed that the seed crystal 14 was completely decomposed and sublimed about 1 to 2 hours after the start of crystal growth, that is, when the body of the grown crystal was grown about 1 to 2 mm. As a result, the grown crystal 9 was released from the seed crystal 14, and it was possible to prevent the crystallinity from deteriorating due to the stress from the seed crystal 14.
[0033]
Then, after the raw material melt 5 was completely crystallized, it was cooled for 6 hours to obtain an InP compound semiconductor single crystal having a height of 50 mm. The obtained InP compound semiconductor single crystal was a high-quality single crystal having a low dislocation density and excellent crystallinity.
[0034]
Next, using a seed crystal having a thickness of 4 mm square and growing the crystal in the same manner as in this example under other conditions, it took 4 to 6 hours for the seed crystal to completely decompose and sublimate. It cost. The height of the grown crystal at that time was 4 to 6 mm, but the quality of the obtained grown crystal was good, and even when the seed crystal was used, the influence of the stress on the grown crystal from the seed crystal was negligible. It was confirmed that.
[0035]
Further, as a result of examining the decomposition rate of the seed crystal by repeating experiments, the seed crystal is decomposed before the height of the grown crystal is about 10 mm, that is, before about 1/5 of the obtained grown crystal (50 mm in this embodiment) is grown. As a result, it was found that the stress applied to the grown crystal from the seed crystal does not adversely affect the crystallinity.
[0036]
As mentioned above, although this invention was concretely demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to the said embodiment. For example, the compound semiconductor single crystal to be grown is not limited to InP, and can be applied to the growth of III-V and II-VI compound semiconductor single crystals such as GaAs, GaP, CdTe, and the like.
[0037]
Moreover, the shape of the fireproof cover 11 does not need to be a cylindrical shape, and may be any shape that covers the seed crystal 14 and can suppress the decomposition thereof. In addition to pBN, the fireproof cover 11 may be made of a material that does not react with the melt at the crystal seeding temperature, such as Mo (molybdenum), W (tungsten), or Ta (tantalum).
[0038]
【The invention's effect】
According to the present invention, a seed crystal whose surface is covered with a refractory cover is immersed in a raw material melt covered with a liquid sealant, and the temperature of the raw material melt is gradually lowered to grow a single crystal. In the LEK (Liquid Sealing Cairo Porous) method to be performed, the amount of gas generated by decomposition of the seed crystal in the process of growing the crystal by immersing all or part of the refractory cover in the liquid sealant Since a smaller amount of gas is allowed to flow out of the cover, decomposition of the seed crystal during seeding can be suppressed, and the seed crystal can be gradually decomposed. Accordingly, the dislocation density of the grown crystal can be reduced, and deterioration of the crystallinity of the grown crystal due to stress from the seed crystal can be avoided, so that a high-quality compound semiconductor single crystal can be obtained with a high yield. There is an effect.
[0039]
The seed crystal is more effective if it is decomposed and sublimated after the shoulder portion of the grown crystal is formed until 1/5 of the body portion is formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a crystal growth apparatus used in the LEK method of the present embodiment and the prior application (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 8-183690).
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a crystal growth apparatus used in a conventional LEK method.
[Explanation of symbols]
1 High-pressure vessel 2 Heater 3 Crucible 4 Support shaft 5 Raw material melt 6 Liquid sealant (B 2 O 3 )
7 Crystal pulling shaft 8 Gas introduction tube 9 Growing crystal 10 Inert gas 11 pBN cover (fireproof cover)
13 Seed crystal holder (seed holder)
14 Seed crystal 100 Crystal growth equipment

Claims (2)

高圧容器内を高圧不活性ガス雰囲気として加熱し、前記高圧容器内に配置したルツボ中の原料融液を液体封止剤で覆い、表面を耐火性カバーで覆われた種結晶を前記原料融液に浸漬し、前記原料融液の温度を徐々に低下させることにより単結晶の成長を行う化合物半導体単結晶の製造方法において、
前記耐火性カバーの全体又は一部を液体封止剤中に浸漬して結晶を成長させる過程で、前記種結晶が分解して発生するガスの量よりも少量のガスをカバー外部へ流出させて、成長結晶の肩部が形成されてから胴体部の高さ1/5の部分が形成されるまでに種結晶をすべて分解し昇華させることを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法。
The inside of the high-pressure vessel is heated as a high-pressure inert gas atmosphere, the raw material melt in the crucible placed in the high-pressure vessel is covered with a liquid sealant, and the seed crystal whose surface is covered with a refractory cover is used as the raw material melt. In the method for producing a compound semiconductor single crystal, wherein the single crystal growth is performed by immersing in a single crystal and gradually lowering the temperature of the raw material melt.
In the process of growing a crystal by immersing all or part of the refractory cover in a liquid sealant, a gas smaller than the amount of gas generated by decomposition of the seed crystal is allowed to flow out of the cover. A method for producing a compound semiconductor single crystal, comprising decomposing and sublimating all seed crystals from the formation of the shoulder portion of the grown crystal to the formation of the 1/5 height portion of the body portion .
前記耐火性カバーから流出させるガス量に応じて前記種結晶の大きさを決定することを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体単結晶の製造方法。2. The method for producing a compound semiconductor single crystal according to claim 1, wherein the size of the seed crystal is determined in accordance with an amount of gas flowing out of the refractory cover.
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