JPS5945995A - 化合物半導体単結晶の引上方法およびその装置 - Google Patents

化合物半導体単結晶の引上方法およびその装置

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JPS5945995A
JPS5945995A JP15433482A JP15433482A JPS5945995A JP S5945995 A JPS5945995 A JP S5945995A JP 15433482 A JP15433482 A JP 15433482A JP 15433482 A JP15433482 A JP 15433482A JP S5945995 A JPS5945995 A JP S5945995A
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JP
Japan
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single crystal
pulling
chamber
melt
crucible
Prior art date
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Pending
Application number
JP15433482A
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English (en)
Inventor
Koji Tada
多田 紘二
Akihisa Kawasaki
河崎 亮久
Toshihiro Kotani
敏弘 小谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/30Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

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】 化合物半導体単結晶を液体カプセル法により引上げる方
法およびその装置に関するものである。
これらの化合物半導体は成分中に揮発性の成分を含むの
で、単結晶の組成を化学量論的組成に保つため、例えば
GaAs半導体では第1図に例を示すような装置により
単結晶が引上げられる(特開昭54−123585号参
照)。図において、口2の小さい石英製ルツボl内にG
aAs原刺融液3が収容され、その表面がB203m液
4でおおわれ、これらはヒーター5で加熱される。15
は黒鉛ルツボである。
6は引・上軸で、そ゛の先端には種結晶7が取付けられ
、回転しつつ引上げられることにより、原料融液3から
GaAs単結晶8が引上げられる。この場合、ルツボ1
の口2内の引上軸6の運動を自由にするため、口2と引
上軸6の間に隙間が設けられ、さらにこの隙間はB2O
3融液9によりシールされている。10は外部チャンバ
ー、11はB2O3の加熱ヒーター、12はシールの受
皿で、13はのぞき窓、14は耐熱材である。
このように構成された単結晶引上装置によると、揮発性
成分のAsは石英製ルツボ1内にのみ閉じこめられるの
で、ASの制御性が良く、化学量論的組成を維持し、低
圧中の単結晶引上げが可能である。
しかし、ルツボの口2と引上軸6の隙間は、単結晶引上
げのため精度が必要であるが、隙間が太きいと、B20
B 融液9が引上軸6を伝って下に流れ、又隙間が小さ
いと、軸6とルツボの口2が当り、種結晶7およびルツ
ボ1が振動するので、引上げが困難である。又引上軸6
.ルツボ1.ルツボlの口2のセンターが一致しない限
り、単結晶引上げは不可能であり、このセツティング調
整が難しい。その上成長した単結晶8全石英製ルシボ1
から取出すには、取出しが難しく、シかもルツボ1を毎
回破損しなければならぬので高価となる等の欠点があっ
た。
本発明は、上述の欠点を解消するため成されたもので、
外部チャンバー内にルツボと成長した単結晶を密閉する
吊り鐘状内部チャンバーを設けて、その上端を引−1:
 II+に密封固着し、その円筒下部を適当に7−ルす
ることにより、単結晶引上げ前のセツティングが簡単で
あり、低圧で引上げができ、単結晶の取出しに部品を破
損する必要がなく、かつ転位が少なく、結晶性の良い単
結晶を引上げ得る方法およびその装置を提供せんとする
ものである。
本発明の第1の発明は、外部チャンバー内で化合物半導
体単結晶を液体カプセル法により引上げる方法において
、前記外部チャンバー内に、ルツボと成長した単結晶を
密閉する、下部を開口した内部チャンバーを設け、該内
部チャンバーは上端を引上軸に密封固着シ、かつ下部を
B2O8融液でシールすることにより完全密閉型とし、
前記内部チャンバーを引上軸と−しよに引上げながら前
記単結晶を引」二げることを特徴とする化合物半導体単
結晶の引上方法である。
本発明の第2の発明は、上述の第1の発明に用いる装置
であって、加熱装置を含むホットゾーン全体を密閉する
外部チャンバーと、ルツボと成長した単結晶を密閉する
、前記ルツボの外径より少し大きい内径を有する、下部
を開口した石英製内部チャンバーと、該内部チャンバー
の円筒下部を浸漬してシールするB2O3融液を収容す
るリング状溝型容器と、前記B2O3を加熱する加熱装
置とを具備し、前記内部チャンバーは、上端を引上軸に
密封固着されて引上軸と−しよに移動し、かつ前記リン
グ状溝型容器は、単結晶引上げに伴なう前記内部チャン
バーの移動時のシールに十分な高さを有するよう構成さ
れたこと全特徴とする化合物半導体単結晶の引上装置で
ある。
本発明により引上げる化合物半導体単結晶は、例えばG
 a A s 、 I n A s + T n P 
+ G a P 等の周期律表の旧−V族化合物半導体
又はそれらの混晶半導体などの揮発性成分を含む化合物
半導体より成るものである。
以下、本発明を図面を用いて実施例により説明する。
第2図は本発明の単結晶引上装置の実施例を示す縦断面
図である。図において第1図と同一の符号はそわ、それ
同一の部分ケ示す。図において、loは加熱装置ケ含む
ホットゾーン全体を密閉するステンレス鋼製外部チャン
バーで、N2.Ar2ガス等の不活性ガス16が充満さ
れる。外部チャンバー10内には、石英ルツボ17、黒
鉛ルツボ】5、成長した単結晶8を密閉する石英製内部
チャンバー18が、その上端25で引上11i1116
に密封固着され、引上軸6の回転、上下に伴ない−しよ
に運動するようになっている。内部チャンバー18は下
部を開口したつり鐘状のもので、ルツボ15の外径より
少し大きい内径を有し、円周1部は長く延び、石英製リ
ング状溝型容器19の溝に入るようになっている。この
容器19はリング状溝゛全有し、この中にB20B融液
20を収容し、これに内部チャンバー18の円筒下部を
浸漬、して/−ルするように々つでいる。又この場合、
内部チャンバー18の下部は単結晶引上げに伴ない上下
移動するので、その間B20a H液20による7−ル
が維持されるよう、リング状溝の高さおよび融液の高さ
を十分な寸法にする必要がある。
2】はこのB2O3を加熱する下部ヒー ターで、26
は底板(石英、製等)である。
黒鉛ルツボ15は支持軸22上に設置されて回転、上下
自由である。その中に原料融液3が収容され、その表面
がB2O3融液4でおおわnlこれらは上部ヒーター2
3で加熱される。24は加熱部の外側に設けられた耐熱
相である。
このように内部チャンバー18ヲ構成すると、ルツボ1
7内の原料融液3と単結晶8は、外部チャンバー10内
からはB2O3融液20のシールによる完全な密閉型と
なり、このシールにより内部チャンバー18内外のガス
圧のバランスが取れることになる。
次に、かように構成された単結晶引上装置を用いて単結
晶を引上げる方法について述べる。
先ず第2図に示す石英ルツボ17内に化合物半導体原料
(例、GaAS多結晶)および820a k装入し、種
結晶7を引−L軸6の先端に取付ける。又リング状溝型
容器19内にB2O3を装入する。しかる後、外部チャ
ンバー10内および内部チャンバー18内の空気を排気
して真空にした後、不活性ガス16を充満する。
次いで溝型容器19内のB2O3を下部ヒーター21に
より約500℃以上に加熱して溶解し、シールした後、
ルツボ15内の原料およびB2O3を上部ヒーター23
により加熱して溶解すると、原料融液3の表面がB2O
3融fli、4におおわれる。この状態で原料融液3の
7−ルはB20B融液4および20の二重となるので、
低圧の単結晶引上げが可能となる。
次に種結晶7ff下げて原料融液3表面に接触させ、な
じませた後、引上軸6を回転させながら引上げて単結晶
8f引上げる。ルツボ15も回転する。
この際内部チャンバー18は引上軸6と共に引上げられ
るが、溝型容器+9内の8208融i20は十分な高さ
を有するので、ソールが破れることがない。
単゛結晶8の引上げが終れば、冷却した後、内部チャン
バー18ヲ破損することなく、単結晶8全容易に取出す
ことができる。
実施例: 第2図に示したような装置を使用し、GaAs半導体の
単結晶k <100>方向に引上げた。
ク     ・ 石英ルツボ18として4ft 、l;のものを用い、こ
れにGaAs多結晶1.5 KF/およびB20325
0 ! k装入し、溶解した後、引上速度10 mm 
/時で<100>方向に引上け、直径50 mm %長
さ100mmのGaAs単結晶ケ成長させた。
得られた単結晶について、(100)面のエッチピット
密度(転位密度)を測定した結果は第3図に示す通りで
ある。
なおエッチピット密度は、単結晶の(100)面ウェハ
ーを研磨し、エッチャントとしてKOH溶液を用いてエ
ツチングした後、顕微鏡ケ用いて観察した。
第3図において、横軸はウェハー°の中心から<110
>方向の距離ケ示(〜、縦軸はI crd当りのエッチ
ピット数(転位密度)f示す。
第3図より、本発明による単結晶は従来法によるものに
比べ、全面に亘り転位密度が低く、かつバラツキが少な
く、結晶性が良くなることが分った。
なお、単結晶引上げ時の引上速度、引上軸およびルツボ
の回転速度を変化させることにより、更に品質分向」ニ
させることが可能である。
以上述べたように、本発明方法は、外部チャンバー内で
化合物半導体単結晶ヲ故体力グセル法により引上げる方
法において、前述のように、前記外部チャンバー内に下
部全開口した内部チャンバーを設け、該内部チャンバー
は上端を引上軸に密封固着し、かつ下部全B2O3融液
でシールすることにより完全密閉型とし、前記内部チャ
ンバーを引上軸と−しよに引上げながら前記単結晶を引
上げるため、内部チャンバーと引上軸の七ツター合せが
ほとんど不要で、単結晶引上げ前のセツティングが簡単
で容易であり、又原料融液はその表面のB2O3祠液7
−ルと゛内部チャンバーの下部の82031dk液シー
ルによる2重シールとなっているので、低、圧の単結晶
引上げが可能である効果がある。
又、内部チャンバーは下部が開口しているため、成長し
た単結晶はこれを破損せずに容易に取出すことができる
ので、何回も再使用でき、製造コストが安くなる利点が
ある。
又、低圧で、しかも引上結晶近傍の不活性ガスの対流域
が小さいため、単結晶の転位密度を少なくし得、結晶性
が良くなる効果がある。
又使用後の内部チャンバー(石英製)はエツチングする
か、同じものを入替えて再使用し得るため、引上後の清
掃が簡単であり、又引上前のセツティングおよび引上後
の後処理が簡単であるから、引上サイクルの所要時間が
短かくなり、作業能率が向上する利点がある。
次に本発明の単結晶引上装置は、前述のような、外部チ
ャンバーと、石英製内部チャンバーと、リング状溝型容
器と、B2O3加熱装置を具備し、前記内部チャンバー
は、上端ケ引上軸に密封固着されて引上軸と−しよに移
動し、かつ前記リング状溝型容器は、引上時の内部チャ
ンバーのシールに十分々高さを有するよう構成さ、f′
Lタタめ、上述の第1の発明を支障な〈実施するのに最
適な装置を提供するものであり、上述と同様の利点を有
するものである。
なお本発明に用いる引」ニ装置は第2図に示した装置に
限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の単結晶引上装置の例を示す縦断面図、で
ある。 第2図は本発明装置の実施例を示す縦断面図である。 第3図は本発明実施例および従来法により製造した単結
晶の転位密度を示す図である。 1・・・石英製ルツボ、2 口、3・・・厚相1)液、
4.9.20・・・B2O3融液、5.11.21.2
3・・・ヒーター、6・・・引上軸、7・・・種結晶、
8・・単結晶、10・・外部チャンバー、12・・受皿
、13・・のぞき窓、14、24  ・・耐熱材、+5
・・黒鉛ルツボ、16・・・不活性カス、17・・・石
英ルツボ、18・・内部チャンバー、19・リング状溝
型容器、22・・支持軸、25・・・上端、26・底板
。 71図 千 72図 牟 ア3図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  外部チャンバー内で化合物半導体単結晶を液
    体カプセル法により引上げる方法において、前記外部チ
    ャンバー内にルツボと成長した単結晶を密閉する、下部
    を開口した内部チャンバーを設け、該内部チャンバーは
    上端を引上軸に密封固着し、かつ下部全B2O3融液で
    。シールすることにより完全密閉型とし、前記内部チャ
    ンバーを引上軸と−しよに引上げながら前記単結晶を引
    上げることを特徴とする化合物半導体単結晶の引上方法
  2. (2)  加熱装置を含むホットゾーン全体を密閉する
    外部チャンバーと、ルツボと成長した単結晶を密閉する
    、前記ルツボの外径より少し大きい内径を有する、下部
    を開口した石英製内部チャンバーと、談内部チャンバー
    の円筒下部を浸漬してシールするB208ra液を収容
    するリング状溝型容器と、前記B2O3を加熱する加熱
    装置とを具備し、前記内部チャンバーは、上端を引上軸
    に密封固着されて引上軸と−しよに移動し、かつ前記リ
    ング状溝型容器は、単結晶引上げに伴なう前記内部チャ
    ンバーの移動時のシールに十分な高さを有するよう構成
    されたことを特徴とする化合物半導体単結晶の引上装置
JP15433482A 1982-09-03 1982-09-03 化合物半導体単結晶の引上方法およびその装置 Pending JPS5945995A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60264390A (ja) * 1984-06-08 1985-12-27 Sumitomo Electric Ind Ltd 単結晶の育成方法

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JPS5227881U (ja) * 1975-08-19 1977-02-26
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