JPS6090895A - 揮発性を有する化合物半導体単結晶育成方法 - Google Patents

揮発性を有する化合物半導体単結晶育成方法

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JPS6090895A
JPS6090895A JP19533883A JP19533883A JPS6090895A JP S6090895 A JPS6090895 A JP S6090895A JP 19533883 A JP19533883 A JP 19533883A JP 19533883 A JP19533883 A JP 19533883A JP S6090895 A JPS6090895 A JP S6090895A
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JP
Japan
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melt
layer
single crystal
crucible
compound semiconductor
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Pending
Application number
JP19533883A
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English (en)
Inventor
Shoichi Ozawa
小沢 章一
Takashi Kijima
木島 孝
Katsumi Azuma
我妻 勝美
Yuzo Kashiyanagi
柏柳 雄三
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.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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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
    • C30B15/10Crucibles or containers for supporting the melt

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  • 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】 本発明は揮発性を有する砒化ガリウム(GaAS)、燐
化インジウム(TnP)の様な■−v族化合物半導体単
結晶をその融液から引き上げて育成する方法に関し、詳
しくは前記単結晶育成においてルツボ中の該単結晶原料
融液層を液体カブヒル材と溶融浮揚材で覆うこ′とによ
りその熱的環境を改善すると共にルツボからの汚染を防
止した従来より行なわれている融液カプセル結晶引き上
げ法(Liquid Encapsulation C
zochralski・・・・・・略してLEC法)は
第1図に示すような装置を用いて、■−v族化合物半導
体単結晶原料の粒状物を石英ルツボ1の底部に充填し、
その上にカプセル材である酸化硼素([3203>を載
せ両者を加熱溶融して融液層2の上に液体カプセル材層
3を形成させて融液層2を外部の雰囲気から遮断して、
その表面からの元素の揮発を防止しながら、種子結晶4
を付した引き上げ軸5を回転して該融液層2より単結晶
6を引き上げて育成している。
7はカーボンサセプター、8は高周波加熱用コイル、9
はルツボサセプター、10は内部観察用窓で、この高圧
容器11内には例えば単結晶原料として砒化ガリウムを
用いる場合には砒素の解離を抑制するためにアルゴン等
の不活性ガス12が5気圧程度で封入されている。
このような従来法では単結晶原料はその溶融前後におい
て直接石英ルツボ内壁に接触するために常にそれからの
汚染を受け融液中にシリコンが導入される。
又、このような従来法により口径の大きな単結晶育成を
行なう場合、育成が堺むに従って融液量は減少し、結晶
と融液の界面は次第に下がってゆきその熱的環境は大き
く変化する。したがって高品質で均一口径の結晶を育成
するための最適条件は大きくくずれ、又融液量の減少に
伴ないルツボ底部の形状〈椀形)の影響が表われ重量測
定法による結晶径計算、制御が困難となる。
本発明はこのような従来の■−v族化合物半導体単結晶
育成法における欠点を排除すべくなされたものであり、
該単結晶をその融液から引き上げて育成するに際し、単
結晶育成炉9ルツボ中の融液層の表面を液体カプセル材
層で覆うと共に、その下層に該融液と非反応性が比重1
、比熱ともにそれより大なる溶融浮揚材層を、収容し、
かつ該融液層と接するルツボ内側面を該溶融浮揚材で被
覆するか、又は該育成炉のルツボ中に所定の間隔を保っ
て窒化硼素(PvrolytiCBoror+ N1t
ride)製内筒を挿入設置し、その中に融液層及びそ
の上層に液体カプセル材層を収容すると共に、その下層
に該窒化硼素製円筒下部の内外部を埋めるように該溶融
浮揚材層を収容して、その熱的環境を改善すると同時に
ルツボからの汚染を防止するようにした化合物半導体単
結晶育成方法である。
融液よりも比重、比熱共に大なる溶融浮揚材層をルツボ
内の下層に収容して熱的縁Ili層を形成し、この上に
融液層を浮/vだ状態でイ^持してその上層を液体カプ
セル材層で覆うことにより、単結晶育成中の融液量の減
少に伴なう一熱的環境の変化を防いで育成の最適条件を
維持することができ、全体的に均一な特性を有する高品
質の単結晶を育成することができる。また融液の接する
ルツボ内側面をも溶融浮揚材被膜で被覆するか、又はル
ツボ中に窒化硼素製円筒を挿入設置することにより、融
液とルツボ内側面との接触を完全に遮断するのでルツボ
からの不純物の混入により融液の汚染を防止することが
できる。 、 以下図面に基づいて砒化ガリウム単結晶を育成する場合
の実施例により本発明を説明する。
第2図は単結晶育成炉の部分断面図を示すものである。
この炉において、まず各原料を装填して石英ルツボ21
中の液体カプセル材層(酸化硼素(8203) ) 2
2、砒化ガリウム融液層23及び溶融浮揚材層(酸化ビ
スマス(Bi z Og > )24を図示のような所
定の状態に保持し、かつ融液層23と接するルツボ内側
面に溶融浮揚材被膜25を形成させるのであるが、これ
には各種の方法が考えられる。その例を第3図によって
示すと、砒化ガリウム破砕物23′をルツボ21の形状
に整合するようにルツボ型に成型した浮揚材24′ 中
に充填し、これに板状に成型したカプセル材22′の蓋
をした後、このものをルツボ21に装填し炉内を真空に
引きながらカーボンヒーター26によって加熱し、内容
物を溶融する。前記真空引きは内容物の水分を取り除く
効果をもつ。約460℃に至ってカプセル材22′ は
溶融して液体カプセル材層22を形成し、砒化ガリウム
破砕物23′ の表面を覆うようになる。
その後炉内を不活性ガスで満たして砒化ガリウム破砕物
23′からの砒素の解−1を防ぐJ:うにする。
約820℃に至って浮揚材24′が溶融し始め、ルツボ
内側面を濡らしてそれに被膜25を形成しなからルツボ
21の底部に沿って溶融浮揚初層24となる。
溶融浮揚材はその粘性が大きいのでルツボ内側面に形成
された前記溶融浮揚材被覆25は長時間にわたってその
状態を雑持してルツボ内壁と融液層23の接触を遮断す
る。ついで約1240℃に至って砒化ガリウム破砕物2
3′ は溶融し、融液層23を形成する。この結果、液
体カプセル材層(8205)22の比重が1.52 (
1000℃)、砒化ガリウム融液層23の比重がs:r
l(1240℃)1、溶融浮揚材層24の比重が8.4
 (1000℃)の関係からして、図に示すように砒化
ガリウム融液層23はその上1;を液体カプセル材層2
2と溶融浮揚材層24によって覆われ、しかもその側面
を溶融浮揚材被膜25によって囲まれて全体としてそれ
らにより包み込まれた状態に保持される。ついで観察用
窓27から児ながら、引き上げ軸28に支持された種子
結晶29を液体hブセル材層22を通して融液層23に
接触してなじませた後、毎分3〜20回転で回転させな
がら毎時1〜100m+の速度で上方に引上げ、砒化ガ
リウム単結晶30を徐々に育成する。31はカーボンサ
セプター、32はサセプターペース、33は高圧容器で
ある。このようにして単結晶30の育成が進むに従って
融液層23の聞は減少してゆ(が、融液層23(定圧比
熱11.0cal/deg mol )より熱容量の大
きい液体カプセル材層22(定圧比熱15.0 cal
/deg mol 、)と溶融浮揚材層24(定圧比熱
27.1 cal/deg mol >ににり上下を覆
われているのでその熱的環境の変化は少なく、結晶育成
の条件がくずれることはない。
特に熱容量の大きい溶融浮揚材層24の酸化ビスマスは
砒化ガリウムとは反応せずそれ自身安定であって、13
00℃にても蒸気圧は数am H(l以下であり、融液
層23の熱的環境を保持するための緩衝材の役目を果し
ており、これにより融液層23の温度勾配も緩和されて
いる。又、ルツボ内側面は溶融浮揚材被膜25により被
覆され、融液層23との接触が遮断されるので、ルツボ
21からのシリカの混入により融11123の汚染が防
止できる。これに対し従来法では融液量の減少につれて
サセプターベース32からの熱伝導による熱の逃げが大
きく融液層の熱的環境が変化し、結晶育成の条件が大き
くくずれて引き上シた単結晶の尻部分の特性が不均一と
なるが、本発明では前記したように結晶育成の条件のく
ずれがないので融液層23がなくなるまで高品質で均一
な特性を有する砒化ガリウム単結晶30が得られる。ま
た従来法では熱的環境の変化の他に融液量の減少に伴な
うルツボ底部の形状(逆椀形)の変化が結晶の形状制御
に悪影響を及ぼしていたが、本発明では融液がなくなる
二にで同筒状を保ち、融液又は砒化ガリウム単結晶の重
量変化率による直径自動制御が容易となる。
次に本発明の他の実施例について述べる。
第4図は外部の高圧容器を省略した中結晶育成炉の部分
断面図を示すもので、石英ルツボ41中にはその内壁面
及び底面に対して所定の間隔を保って窒化硼素製円筒4
2が挿入設冒されており、該円筒42はカーボン断熱1
,143に支1.1.\れたカーボンプレート44に止
め具45で固定されている。この巾に各原料を装填して
加熱溶融して液体カプセル材層(Bz 03 ) 46
、砒化ガリウム融液層47、溶融浮揚材層(Bi z 
Og >48を図示のような状態に保持するのであるが
、これは例えばまず所定最の浮揚材ついで多結晶砒化ガ
リウム、最後に円板状に成形したカプセル材の順序で装
填し、前記実施例におけるように炉内を真空に引きなが
らカーボンヒーター49により加熱し溶融させる。なお
、多結晶砒化ガリウムはガリウムと砒素を装填して直接
合成によることもできる。内容物は前記実施例における
と同様にまずカプセル材が溶融して液体カプセル材層4
6を形成して多結晶砒化ガリウムを覆い、ついで浮揚材
が溶融してルツボ41の底部及び窒化硼素製円筒42下
部の内外部を埋めて溶融浮揚材層48となり、最後に中
間の多結晶砒化ガリウムが溶融し、融液層47を形成す
る。この結果、図に示すように砒化ガリウム融液I47
はその上下を液体カプセル材層46と溶融浮揚材層48
によって覆われ、その側面は窒化硼素製円筒42の内側
面に接した状態に保持される。ついで前記実施例と同様
に引き上げ軸50に支持された種子結晶51を液体カプ
セル材層46を通し融液層47に接触してなじませた後
、回転させながら所定の速度でL方に引トげ、砒化ガリ
ウム単結晶52を徐々に育成16o53はカーボンサセ
プター、54はサセプターペース、55はルツボ下軸で
ある。このようにして単結晶52の育成が進むに従って
融液層47の引は減少してゆくが熱容量の大きい液体カ
プセル材層46と溶融浮揚材層48により上下を覆われ
ているので・での熱的環境の変化を少なく、結晶育成の
条件がくずれることはない。
又、融液層47の側面は終始窒化硼素製円筒42の内側
面に接していて石英ルツボ41と接触することがないの
で、シリカの混入による汚染を防止J′ることができる
。さらに単結晶育成後石英ルツボ41を下方に押し下げ
て窒化硼素製円筒42を該ルツボ41中の内容物から引
き離すことにより、それら内容物の冷却による固化WI
Hによって該円筒42が破損することを防止することが
でき、繰り返し使用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の融液カプセル結晶引き上げ法の装置の断
面図、第2図は木発晶の実施例に用いた単結晶育成炉の
部分断面図、第3図は実施例における原料装填方法の一
例を示す説明図、゛第4図は本発明の他の実施例に用い
た単結晶育成炉の部分断面図である。 21.24 ・・・ 石英ルツボ 22.46 ・・・ 液体カプセル材層23.47 ・
・・ 砒化ガリウム融液層24.48 ・・・ 溶融浮
揚材層 25 ・・・・・・・・・ 溶融浮揚材被膜26.49
 ・・・ カーボンヒーター27 ・・・・・・・・・
 観察用窓 28.50 ・・・ 引き上げ軸 29.51 ・・・ 種子結晶 30.52 ・・・ 砒化ガリウム単結晶31.53 
・・・ カーボンサセプター32.54 ・・・ サセ
プターペース33 ・・・・・・・・・ 真R”*去4
2 ・・・・・・・・・ 窒化硼素製円筒43 ・・・
・・・・・・ カーボン断熱月44 ・・・・・・・・
・ カーボンプレート45 ・・・・・・・・・ 止め

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)単結晶育成炉において■−v族化合物半導体単結
    晶をその融液から引上げて育成するに際し、該育成炉の
    ルツボ中の融液層の表面を液体カプセル材層で覆うと共
    に、その下層に該融液と非反応性で比重、比熱と返それ
    より大なる一溶融浮揚材層を収容し、かつ該融液層と接
    するルツボ内側面を該溶融浮揚材で被覆してその熱的環
    境を改善すると同時にルツボからの汚染を防止したこと
    を特徴とする化合物半導体単結晶育成方法。
  2. (2)夫々所定量の、ルツボ型に成型した浮揚材に■−
    v族化合物半導体単結晶原料破砕物を充填し、その上部
    に板状に成型したカプセル材の蓋をしたものを、単結晶
    育成炉のルツボ中に装ml−所宝濡釘に加熱して前記単
    結晶原料の融液層の表面を液体カプセル材層で留うと共
    に、その下層に溶融浮揚材層を収容し、かつ該融液層と
    接するルツボ内側面を該溶融浮揚材で被覆した特許請求
    の範囲(1)項記載の化合物半導体単結晶育成方法。
  3. (3)III−V族化合物半導体が砒化ガリウム及び燐
    化インジウムのうちのいずれかである特許請求の範囲(
    1)項又は(2)項記載の化合物半導体単結晶育成方法
  4. (4)カプセル材が酸化硼素(Bz 03 )で浮揚材
    が酸化ビスマス(8i z 03 )である特許請求の
    範囲(1)項から(3)項までのいずれか1項記載の化
    合物半導体単結晶育成方法。。
  5. (5)単結晶育成炉において■−v族化合物半導体単結
    晶をその融液から引上げて育成するに際し、゛該育成炉
    のルツボ中に所定の間隔を保って窒化硼素製円筒を挿入
    設冒し、ぞの中に融液層及びその上層に液体カプセル材
    層を収容すると共に、その下層に該窒化硼素製円筒下部
    の内外部を埋めるように該融液と非反応性で比重、比熱
    ともそれより大なる溶融浮揚材層を収容してその熱的環
    境を改善すると同時にルツボからの汚染を防止したこと
    を特徴とする化合物半導体単結晶育成方法。
  6. (6)I[I−V族化合物半導体が砒化ガリウム及び燐
    化インジウムのうちのいずれかである特許請求の範囲(
    5)項記載の化合物半導体単結晶育成方法。
  7. (7)カプセル材が酸化硼素(BZ 03 )で浮揚材
    が酸化ビスマス(BizO3’)である特許請求の範囲
    〈5)項又は(6)項記載の化合物半導体単結晶育成方
    法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE38382E1 (en) 1996-04-04 2004-01-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Heat sink and electronic device employing the same
CN102628180A (zh) * 2012-04-23 2012-08-08 南京金美镓业有限公司 一种高纯度磷化铟多晶棒的制备方法
US8665595B2 (en) 2002-06-06 2014-03-04 Ol Security Limited Liability Company Method and apparatus for cooling a circuit component

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