JPS63195188A

JPS63195188A - 化合物半導体単結晶の製造方法および製造装置

Info

Publication number: JPS63195188A
Application number: JP2677787A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Kawase; 智博川瀬; Koji Tada; 多田　紘二; Masami Tatsumi; 龍見　雅見
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1987-02-06
Publication date: 1988-08-12

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】［産業上の利用分野コ本発明は、ＧａＡｓ＋　ＩｎＰ、　ＩｎＡｓなど化合物
半導体！１１１００製造方法およびその製造装置に関す
るものであり、浮遊物の少ない原料融液から高い歩留り
で単′結晶を育成することを可能とする化合物半導体単
結晶の製造方法および製造５ｉ８ｉ置を提供するもので
ある。

［従来技術］ＧａＡｓ＋　ＧａＰ＋　ＩｎＰ＋　ＩｎＡｓ＋　ＣｄＴ
ｅなどの化学物半導体単結晶をチョクラルスキー法（Ｃ
Ｚ法）によって育成する場合、通常水平ブリッジマン法
ＣＨＢ法）等信の方法により合成したこれら化合物半導
体の多結晶原料を溶融するか、あるいは、Ｇａ、　Ｉｎ
＋　Ａｓ＋　Ｐ等、これら化合物半導体の単体原料から
直接合成することにより、原料融液を作成する。単結晶
の育成はこのようにして作られた原料融液に直接種結晶
を浸し、引き上げることによって行われる。るつぼは、
通常−重構造のものが用いられる。

第４図は従来の製造装置の説明図である。炉体１には、
上軸２及び下軸３が回転、昇降自在に設けられており、
下軸３の上端にはサセプター５によりるつぼ６が取り付
けられている。るつぼ６には、化合物半導体の多結晶原
料、または、単結晶構成元素の単体原料が入れられる。

多結晶の場合には、そのまま溶融し、また単体原料を用
いた場合には、直接合成反応を行ったのち溶融し、原料
融液７が作成される。原料融液７は、成分元素のｔｉｌ
［ａを防ぐために、チョクラルスキー法去の一つである
液体封止チョクラルスキー法により、通常８２０３等の
封止剤８によって覆われる。一方、上軸２の下端には種
結晶９が取り付けられている。単結晶１０の育成は、種
結晶９を原料融液７に浸し、回転しながら引き上げるこ
とによって行なわれる。

［解決しようとする問題点コ以上説明したように、従来法においては、化合物半導体
単結晶は原料融液を溶融したるつぼから直接引き上げて
いた。しかし、特にＩｎＰ＋　ＩｎＡｓ等、Ｉｎの化合
物から成る半導体において、あるいは構成元素の単体原
料より直接合成法によって原料融液を作る場合において
は、単結晶化率（単結晶になる割合）が極めて低く、生
産性の点で大きな問題となっていた。単結晶化率が低い
のは、双晶が発生しやすいためであるが、この双晶の発
生は、原料融液表面に浮遊する異物との物理的接触が原
因であると考えられている。

［発明の目的、構成コ本発明の目的は上記の問題を解決することにあす、チョ
クラルスキー法又は液体封止チョクラルスキー法によっ
て半導体化合物単結晶を製造する際、径の大きなるつぼ
（外るっぽ）中に原料を入れ、加熱し、原料融液を作成
した後、るつぼ底付近に流通孔を設けた径の小さなるつ
ぼ（内るっぽ）を前記径の大きなるつぼに押し込み、流
通孔より原料融液を浸入せしめ、内るつぼに浸入した原
料融液より化合物半導体単結晶を育成する方法およびそ
の装置にある。

以下図面に示す実施例により本発明を説明する。

第１図０）、（ロ）、（ハ）及び第２図に）、仲）、（
ハ）は本発明実施例の装置を示し、同時に本発明の実施
手順を示し、第３図は第１図、第２図実施例の装置で用
いられる内るつぼの一例を示す。

なお第４図と同一部分は同一符号で示している。

第１図ｕ）、（ロ）、（ハ）は、内るつぼ１２を炉体１
に固定し、原料融液作成後、外るつぼ口を上昇させ、原
料融液７を内るつぼ１２内に侵入させる方法の例である
。本例は液体封止チョクラルスキー法によるもので、多
結晶体、あるいは構成元素の単体原料及び封止剤、例え
ばＢ２Ｏ３は、最初、外るつぼＨに充填する。

内るつぼ＋２は、−例として第３図に示すような形状の
ものである。図示のようにるつぼ１２の下部は内つぼみ
の傾斜面をもって底面につながり、傾斜面に複数の流通
孔＋３を設けたものである。この内るつぼ！２は、固定
用ジグ■４によって、外るっぽ１１と同軸上の配置で炉
体１に固定される。ヒーター４によって外るつぼ１１を
加熱し、多結晶原料を溶融する。また、単体原料を用い
、た場合には、直接合成反応を行ない、原料融液７を作
成する。この状態を第１図（イ）に示す。次に、原料融
液７が固まらないように注意して、ゆっくりと外るっぽ
１１を上昇させ、まず、内つるぼ１２内に封止剤８を侵
入させる。この状態を第２図（ロ）に示す。目的の量だ
け封止剤を侵入させたら、さらに外るつぼ■を上昇させ
、原料融液７を内るつぼ１２内に侵入させる。この時、
内るつぼ＋２の流通孔１３が、原料融液７のなるべ（深
い位置にくるように、外るつぼの位置を調整する。

以上のようにして内るつぼ１２内の原料融液７を導き、
第１図（ハ）に示したように、内るつぼ１２内に侵入の
原料融液７より、単結晶の育成を行う。

又、第２図（イ）、（ロ）、（ハ）は、内るつぼ１２を
副軸１５に取り付け、原料融液７の作成後、内るつぼ１
２を下降させ、原料融液７を内るつぼＩ２内に浸入させ
る方法の例である。本例も液体封止チョクラルスキー法
によるもので、多結晶体、あるいは構成元素の単体原料
及び封止剤８は、最初外るつぼ１１に充ｊ＃′！する。

内るつぼ１２は副軸１５によって、外るつぼ１１と同軸
上に取り付けられる。

まず、ヒーター４によって加熱し、原料融液７を作成す
る。この状態を第２図０）に示す。次に、内るつぼ１２
をゆっくり下降させ、内るつぼ内に封止剤を浸入させる
。この状態を第２図（ロ）に示す。

更に内るつぼ１２を下降させ、内るつぼ１２内に原料融
液を導き、内るつぼ＋２内に侵入した原料融液７より単
結晶の育成を行う。この状態を第２図（ハ）に示す。

［作用］従来法による引き上げでは、原料を溶融した同じるつぼ
から単結晶を引き上げるため、原料に含まれていた、あ
るいは原料を融解するまでの過程で生成された多くの浮
遊異物の影響を避けることができなかった。しかし、本
発明の方法では、原本１は外るつぼで融解され、単結晶
は、内るつぼに流入した融液より育成される。初めから
原料融液中に含まれていた、あるいは原料を融解するま
での過程で生成した多くの異物は、原料融解の際、外る
つぼ内原料融液表面に浮遊するが、内るつぼ内には侵入
せず、異物を含まない融液のみが、るつぼ底付近に設け
られた流通孔より内るつぼ内に侵入する。そのため、内
るつぼ内では、浮遊異物のない極めて清浄な表面をもつ
原料融液を得ることができる。

一方２ｉｒ１１としては、第１図図示のものは、下軸３
によって外るつぼ１１が軸線方向で上昇して内るつぼ１
２と嵌り込み、第２図図示のものは副軸１５が軸線方向
で下降して外るつぼと嵌り込むように構成されているが
、いずれにしても軸線方向で相対的に移動して両者が嵌
り合うようにすればよい。

［実施例］ＩｎＡｓ単結晶の直接合成引き引げを第２図に示す本発
明の手順によって実施した。

内るつぼには１０ｃ璽（４”　）φのＰＢＮるつぼを、
また外るつぼには１５ｃｍ　（Ｆｉ”　）φのＰＢＮる
つぼを用いた。

内るつぼには第３図に示したように、るつぼ底付近に、
原料融液を流入させるための流通孔を設けた。

原料の合成は、直接合成法によった。外るつぼにＩｎ：
　１．２ｋｇ５　Ａｓ：　０．８ｋｇ１Ｂｔ（ｈ：　Ｇ
ＯＯｇを入れ、アルゴンガス中で加熱し、直接合成を行
い、ＩｎＡｓ融液を作成した（第２図（イ））。次に、
副軸に取り付けた内るつぼをゆっくり下、降させ、内る
つぼ内に８２０３を侵入させた（第２図（→）。内るつ
ぼ内Ｂ２Ｏ３が充分な厚さになったら、原料融液表面の
異物が内るつぼ内に侵入しないように注意して内るつぼ
をさらに押し下げ、内るつぼ内に原料融液を侵入させた
。このようにして内るつぼ内に原料融液を導いた後、融
液の温度を種付は温度に安定させ、内るつぼ内の融液に
種結晶を浸し、引き上げ速度７■ｍ／ｈで単結晶の引き
上げを行った。以上のようにして、直径８０ｍ５、重さ
約ＩＪｋｇのＩｎＡｓ単結晶を得た。

これまで、ＩｎＡｓ単結晶の直接合成引き上げは極めて
困難であり、＜１００＞方向に引き上げた単結晶の単結
晶化率は２５％と低かったが、本発明を適用した結果、
単結晶化率は９０％まで向上した。

［発明の効果コ以上説明したように、本発明は、化合物半導体単結晶の
育成において、最も基本的かつ重要な単結晶率に関する
ものである。現在、特にＩ　ｎ　Ｐ　１１ｎＡｓなどＩ
ｎ系■−ｖ族化合物半導体単結晶の引き上げにおいては
、双晶の発生が深刻な問題となっており、単結晶化率は
一般に極めて低い。双晶発生の原因としては、すでに述
べたように原料融液表面に浮遊する異物との物理的な接
触が考えられ、このような異物を減らすため、数々の試
みがなされている。

本発明は非常に簡単かつ確実にこれらの異物を融液表面
から除く方法を提供するものであり、実際にこの方法を
適用することにより、完全に表面に異物のない融液が得
られ、また、それに伴って単結晶化率は飛紹的に向上し
、生産性の向上に、極めて大きな効果をもたらすもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれ本発明実施例の２ｉ置を断面
図で示し、（イ）、（ロ）、（ハ）は同時にそれぞれ本
発明方法の手順を示す。第３図は本発明方法に使用する内るつぼの一例を示す。第４図は従来の化合物半導体単結晶の引き上げ装置の断
面図である。１・・・炉体、２・・・上軸、３・・・下軸、４・・・
ヒーター、５・・・サセプター、６・・・るつぼ、７・
・・原料融液、８・・・封止剤、９・・・種結晶、　１
Ｇ・・・単結晶、■・・・外つるぼ、１２・・・内るつ
ぼ、１３・・・流通孔、　！４・・・内るつぼ固定ジク
、ｘ５・・・ａり軸。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）チョクラルスキー法による化合物半導体単結晶の
製造方法において、外るつぼに原料を入れ、加熱し、原
料融液を作成した後、るつぼ底部付近に流通孔を設けた
内るつぼを前記原料融液の入った外るつぼに押し込んで
流通孔より原料融液を浸入させ、内るつぼに浸入した原
料融液より単結晶を育成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）チョクラルスキー法が液体封止チョクラルスキー
法であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
化合物半導体単結晶の製造方法。
（３）原料融液が化合物半導体の単体原料より直接合成
法で作成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
もしくは第２項記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
（４）化合物半導体が、III族元素がＩｎであるIII−Ｖ
族化学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、第２項、もしくは第３項記載の化合物半導体単
結晶の製造方法。
（５）炉体内側にヒーターを配置し、該ヒーター内側に
回転でき、上下に昇降できる下軸によって外るつぼを配
置し、前記外るつぼと同軸線上に回転でき、上下に昇降
できる上軸とるつぼ底付近に流通孔を設けた内るつぼを
配置し、前記外るつぼと内るつぼの軸線方向の相対的移
動によって、内るつぼを外るつぼに嵌め込むようにした
ことを特徴とする化合物半導体単結晶の製造装置。