JPS62182190A - 化合物半導体単結晶の製造方法 - Google Patents

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） 本発明は、ＧａＡｓ　、　ＧａＰ　、工ｎＰ　、　Ｃｄ
Ｔｅ　。

ＣｃｌＨｇＴｅ　等の化合物半導体単結晶の製造方法に
関するものであり、育成した単結晶の不純物濃度を均一
にするための方法に関するものである。

（従来の技術） ＧａＡｓ　　をはじめとする化合物半導体単結晶は、お
もに水平ブリッジマン法（ＨＢ法）液体封止チョクラル
スキー法（ＬＥＣ）などの方法によって製造されている
。

このうちＬＥＣ法は、Ｂ２Ｏ３等の液体封止剤を用いて
原料融液からの成分の蒸発を妨ぎ、種結晶を原料融液に
浸して引上げることにより、化合物半導体単結晶を育成
する方法である。ＨＢ法に比べて単結晶の成長速度が速
く、また、大型で円型な断面をもつ単結晶が得やすいな
ど、歩留りを向上させるうえで極めて有利な特徴を有し
ている。しかしその反面、単結晶の成長速度が速いため
、自然対流、あるいは強制対流による原料融液の温度変
動の影響を受け、育成された結晶には引上げ方向、およ
びそれに垂直な面内で不純物崇度の微小な変動が生ずる
という欠点があった。

最近、磁場の印加が自然対流、あるいは強制対流を抑制
し、原料融液の温度を均一化することが見い出され、磁
場を印加して単結晶の引上げを行なう方法（ｙＬ＊ｃ法
）による単結晶の引上げが行なわれている。ＭＬＫＯ法
では、従来は例えば第１図に示す様に、炉体外周に設け
た空心ソレノイドコイル１０により、原料融液液面に垂
直方向に、あるいは第２図に示す様に、鉄心ソレノイド
コイル１１によシ、原料融液液面に水平方向に、一定の
強さの磁場を印加し、化合物半導体単結晶の引上げを行
なっていた。

第１図は、磁場の発生に空心ソレノイドコイル１０を用
いる場合の例である。炉体１には、上軸２と下軸３が回
転昇降自在に設けられている。上軸２の下端に種結晶４
を取付ける。また、下軸３の上端に、サセプタ５とるつ
ぼ・６を取付ける。るつぼ６には原料融液７が入れられ
ており、原料融液７は通常液体の封止剤８によっておお
われている。これらの溶融はヒータ１２による原料融液
７には空心ソレノイドコイル１０によって、液面に対し
て垂直に磁場が印加される、種結晶４は原料融液７に浸
し、回転しながら引上げ、単結晶９の育成を行なう。

不純物を添加した原料融液から化合物半導体単結晶を引
上ける時、各不純物が原料融液から結晶中に取込まれる
割合は一定である。すなわち原料融液の不純物濃度をＣ
い単結晶として固化した部分の不純物濃度をＣ８とする
と、Ｋ　＝　Ｊ　／　ＣＬ　＝一定 となる。このＫｆ偏析係数という１、単結晶を引上げる
前の原料融液の不純物濃度をＯ□、原料融液の初期重量
に対する結晶重量の比、すなわち固化率をｇとすると同
化率ｇにおける単結晶中の不純物濃度は、 ｃＢ（ｇ）　＝　ＫＯｏ（１−ｇ）Ｋ−’　　　　（１
）で表わされる。

（１）式で　　Ｃ！０＞Ｏであるから、（１）Ｋ＝ｌの
とき−Ｃｐｓ　＝　Ｃｏで一定。

（ｌｉ）Ｋ＜１のとき・・・ｇが増加するに従ってＣ８
も増加。

（ｍ）Ｋ＞１のとき・・・Ｂが増加するに従ってＣＢは
減少。

となる。

化合物半導体中の不純物元素については一般にＫ＜１ま
たはＫ＞１であるから、ｇが増加するに従って原料融液
中の不純物は濃縮あるいは希釈される。

そのため、従来の方法によシ育成された単結晶は、不純
物濃度が引上げ方向に対して増加あるいは減少する傾向
をもっておシ、結晶全体にわたって目的とする不純物濃
度を得ることができず、歩留シを低下させる原因になっ
ていた２、（本発明が解決しようとする問題点） 本発明は従来のＭＬ１ｎＣ法の欠点を解消し、単結晶の
引上げに伴い磁場の強さを変化させ、実効偏析係数に１
を操作し、結晶中に取込まれる不純物濃度を一定とし引
上げ方向に一定の不純物濃度をもつ化合物半導体単結晶
を製造する方法を提供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、原料融液に磁場を印加しながら単結晶の引上
げを行う化合物半導体単結晶の引上げ方法において、印
加する磁場の強さを単結晶の引上げ量に応じて連続的に
変化させることを特鑓とする化合物半導体単結晶の製造
方法である。

本発明に用いる装置の構造としては特に変わつたところ
はない。ただ使用するマグネットは磁場の強さを簡単に
変えることができ、コンピュータ等による制御が容易な
ものでなければならない。単結晶の構造は種結晶４を原
料融液７に浸し、回転しながら引上げ単結晶の育成を行
うが、その際の磁場の強さは結晶に取り込まれる不純物
量が一定となるようにコンピュータ等を用いて制御され
る。

（作用） 磁場を印加しない従来の引上げ法では加熱あるいは結晶
やるつぼの回転等によってひき起こされる対流により、
融液が攪拌され、融液中の不純物は均一化される。この
時の偏析係数をに１とする。

原料融液に磁場を印加すると、磁場の効果によって対流
が抑制されるため、融液の攪拌が起こシにくくなる。こ
のため結晶成長界面近傍での不純物原子の拡散が起こり
にくくなる１、従ってこの時の偏析係数をに２　　とす
ると、Ｋ〈１の場合には偏析係数は増大し、Ｋ１　＜　
Ｋ２　となる。

また、ｘ〉１の場合には逆に偏析係数は減少しに１　＞
　Ｋ２となる。

印加する磁場が強いほど偏析係数の増大、あるいは減少
の割合が大きくなる。育成された結晶の不純物濃度Ｃ８
は、 Ｃ３＝ＫＣＬ で表わされるから、固化率が上昇しＯＬ　　が濃縮ある
いは希釈されるのに伴って印加する磁場の強さを変化さ
せ、Ｋを減少、あるいは増加させれば、固化率によらず
一定の不純物濃度Ｃ８をもつ化合物半導体単結晶を育成
することができる。

不純物濃度Ｃ８を一定にするための磁場の制御は、例え
ば次のようにして行なう。

まず、第６図のように、異なる磁場強度での固化率ｇと
キャリア濃度（あるいは不純物濃度）を測定し、各固化
率ｇでのキャリア濃度（あるいは不純物濃度）を一定と
するのに必要な磁場の強さを見積する。次に、見積った
磁場の強さに変化するようにコンピュータにプログラム
し、実際に引上げを行ない、得られた単結晶のキャリア
濃度（あるいは不純物濃度）分布を測定し、その結果を
検討して、最初に見積った磁場の強さを修正する。この
様な操作を操り返し、最適の引上げ条件を求める。

（実施例） 第１図に示す装［を用いて、Ｓｉ’ｉドープしたＧａＡ
ｓ　単結晶の引上げを実施した。６インチ径のＰＢＮる
つぼ６内に、アンドープＧａＡｓ　　多結晶４０００Ｆ
を入れ、１１ナインの高％ＨＵＳｉｔ２６Ｆを添加した
。

これによシ育成され７ｊＧａＡθ　単結晶には４４ｗｔ
　ｐｐｍ　のＳｌ　　がドープ嘔れる。最後に封止剤と
してＢ２Ｏ３８００ｊ’を加えた。

単結晶の引上けは、第４図に示すように固化率の上昇と
ともに徐々に磁場の強さを減少させながら、１０気圧の
アルゴンガス中で引上げ速度１０　ｒａｘｎ／　ｈｏｕ
ｒで行なった。

以上のような条件で引上げを行なった結果、直径３イン
チ、重さ約２．４ユのＧａＡθ単結晶が得られた。

その単結晶について引上げ方向のキャリア濃度分布を調
べた。その結果を第５図（ａ）　ｌ　（１））。

（ｃ）に示す、第５図には磁界を印加しなかったもの（
ａ）、および一定の強さの磁界を印加したもの（ｂ）の
結果も同時に示した。

第５図（ｂ）の一定の強さの磁界を印加したものでは、
実効偏析係数の増大により、第５図（ａ）の磁界を印加
しなかったものに比べて引上げ方向の不純物濃度の均一
化が見られるが、結晶の尾部まで完全に一定の不純物濃
度をもつ単結晶を得るまでには至っていない。これに対
して第４図のように磁場の強さを連続的に変化させなが
ら引上げを行ったものでは、第５図（Ｃ）のように結晶
尾部までほぼ一定な不純物濃度をもつ単結晶が得られて
いる。

（発明の効果） 以上述べてきたように本発明は磁場の強さを連続的に変
化させながら引上げを行うことにより結晶全体にわたっ
て一定の不純物濃度をもつ化合物半導体単結晶が得られ
た。これにより、歩留シを飛躍的に向上させることがで
きた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の空心ソレノイドコイルを用いて原料融液
液面に垂直に磁場を印加する装置の断面図、第２図は従
来の鉄心ンレノイドコイルを用いて原料融液液面に水平
に磁場を印加する装置の断面図、第３図は、異なる磁場
強度における固化率とキャリア濃度の関係を示したグラ
フ、第４図は本発明の実施例における磁場強度の制御例
を示したグラフ、第５図は得られた結晶の固化率とキャ
リア濃度の関係を示したグラフで、第５図（ａ）は磁場
を印加しない場合、第５図（ｂ）は３０００ガウスの一
定の磁場を印加した場合、第５図（Ｃ）は本発明の実施
例のもので、第４図のように磁場強度を変化させ次場合
のものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原料融液に磁場を印加しながら単結晶の引上げを行う化
   合物半導体単結晶の引上げ方法において、印加する磁場
   の強さを単結晶の引上げ量に応じて連続的に変化させる
   ことを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法。