JPS5935879B2 - 化合物半導体単結晶の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明はＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどの高（扮解圧を
有する■−Ｖ族化合物半導体単結晶を所定の形状に制御
して液体カプセル引上げ法により製造する方法に関する
ものである。

発明の技術的背景およびその問題点 揮発性物質を含む化合物半導体単結晶であるＧａＰ単結
晶は、可視発光ダイオード用基板として重要な材料であ
り通常高圧中で液体カプセル法（ＬＥＣ法）によつて作
られている。

この方法は化合物の原料融液の表面をＢ２Ｏ３などの不
活性液体で覆い、さらにその上から化合物の分解圧以上
の不活性ガスで加圧しながら単結晶引上げを行うもので
ある。ＬＥＣ法においても結晶直径の制御は重要な問題
であるが、通常のチヨコラルスキー法で引上げられるシ
リコンや酸化物結晶と較べると直径変動要因が複雑で、
径制御が非常にむずかしいという問題がある。直径の検
出方法としては光学法および重量法が〒般的であり、シ
リコンや酸化物単結晶に適用されている。ＬＥＣ法にお
いてはさらにＸ線法も提案されている。そして通常これ
らの方法により検出した直径偏差は、ルツボの加熱電力
にフィードバックされ、融液温度を調節して、直径制御
が行なわれている。ところで、近年、■−Ｖ族化合物半
導体単結晶においても２．５インチから３インチ以上の
大口径高品質単結晶が要求されるようになつてきており
、そのためには、ルツボ内の温度勾配を従来よりできる
だけゆるくして単結晶の製造を行なうことが必要となつ
てきた。

ところが、温度勾配をゆるくするにつれて、結晶成長が
不規則になり、結晶直径は均一に変化せず、さらに多結
晶や双晶が発生しやすく結晶形状、品質が劣化するとい
う問題がある。

そのため低温度勾配下では従来の温度だけにより直径希
リ御する方法で、高品質単結晶を歩留り良く得ることは
困難であり、上記要求に対応できない欠点があつた。発
明の目的本発明は上記した点に鑑みなされたもので、Ｌ
ＥＣ法により化合物半導体単結晶を製造する際に、上記
欠点を取り除き、直径制御された高品質単結晶を製造す
る方法を提供するものである。

発明の概要本発明者は前記問題点の原因を種々調査検討
した結果、低温度勾配下で単結晶を引上げる場合、融液
の減少に伴つてルツボ内の熱環境が大きく変化し、温度
勾配がゆるくなりすぎるためであると考えた。

さらに研究を進めた結果、結晶の回転数と結晶の不規則
な径変化および温度勾配との間には強い相関があること
が明らかになつた。

第１図はその様子を示すものであり、１は引上げ単結晶
で、矢印Ａは結晶回転方向、矢印Ｂはルツボ回転方向を
示している。第１図ｂは単結晶回転が適正な状態である
。いま、ルツボ回転方向と結晶回転方向が同じ場合を正
方向とすると、結晶の回転数を正方向に増加させると第
１図ｃのように結晶１の径は太くなり、逆に負方向に増
加させると第１図ａのように結晶１の径は細くなる、と
いう応答を示す。第２図はその応答特性を示している。
このことから、前記直径偏差を結晶回転数にフイードバ
ツクするようにしたところ、低温度勾配下でもＧａＰ結
晶の不規則な径変化や多結晶、双晶の発生などが著しく
減少し安定した直径制御ができ十分効果があることが分
つた。そこで本発明の単結晶の製造方法では、実質的に
引上げられた結晶の所定値からの直径偏差を検出する検
出回路と、前記直径偏差からあらかじめ定められた式に
より結晶回転数を求める演算回路と、結晶回転数を制御
する回転数制偶回路を備え、直径偏差を種結晶の回転数
にフイードバツクして単結晶引上げを行なうことを特徴
とするものである。

発明の実施例 以下本発明の一実施例を図面にもとづき説明する。

第３図は本発明による機能を具備したＧａＰ単結晶製造
装置の一例である。図中、１１はＧａＰ融液、１２は液
体カプセル、１３は種結晶、１４はＧａＰ結晶、１５は
ルツボ、１６は加熱ヒーター、ＩＴは結晶回転軸、１８
は結晶回転モータ、１９は結晶重量検出器、２０は結晶
回転数制御回路、２１は結晶回転数演算回路、２２は結
晶直径偏差検出回路、２３は加熱装置である。内径１０
０慕麗φのルツボ１５にＧａＰ原料を９００ｙと液体カ
プセル（Ｂ２Ｏ３）を２００ｙチャージしたのち窒素ガ
スにて加圧（ 〜 ６０ｋ９／Ｃｄ）し融解させたのち
、固液界面の初期温度勾配を８０℃／ＣＴｒＬ、結晶回
転数を３ｒｐｍ、ルツボ回転数を２０ｒｐｍ、引上げ速
度を１２ｍｗＬ／ ｈに設定して結晶引上げを開始した
。結晶が所定径になつたのち結晶重量検出器１９と結晶
直径偏差検出回路２２とにより求めた偏差を、結晶回転
数演算回路２１に入力し、結晶回転数Ｒｓを次式により
算出した。これにより求めた回転数を結晶回転数制御回
路２０に入力し、結晶回転モーター１８の回転数を変化
させて、直径偏差を結晶回転数にフイードバツクしなが
ら、結晶引上げを続行したところ、得られた結晶は、不
規則な突起などの細かい直径変動は生ぜず、結晶表面も
滑らかで直径変化は±１ｎ以下であつた。

さらに５回の結晶引上げを連続して行つたところ、特に
多結晶や双晶の発生は見られず、ほぼ１００％の歩留り
で引上げることができた。ここで、通常の方法により加
熱電力を変化させる直径制御も同時に行つている。これ
に対して、結晶回転数を一定にし、温度だけにより直径
制御を行つて引上げたところ、結晶の肩部から前半まで
は良好であつたが、後半になると細かい周期で直径が変
化し、結晶の一部に角のような突起が生じていた。

この時の直径変化は±３ｍｍもあり、良好な結果を得る
ことはできなかつた。以上説明した方法によれば低温度
勾配下でもＧａＰ単結晶を安定に再現性良く製造するこ
とができた。

なお、上記（ １）式による結晶回転数Ｒｓの計算はコ
ンピユータ、計算器または他の計算方法のいずれによつ
ても良い。

又結晶回転数Ｒｓの計算に用いる計算式は必ずしも（
１）式に限定されるものではなく、他の制御式や実験式
によつても何等差支えない。また、本発明の方法は液体
カプセル引上げ法を適用できる他の単結晶、例えばＧａ
Ａｓ，Ｉｎｐ、ＧａＳｂ等においても同様に適用できる
ものであり、その得る効果も大きい。

発明の効果 以上説明したように本発明によれば液体カプセル引上げ
法において次のような効果が得られる。

（ １）通常の加熱電力を変化させる直径制御方法と併
用することにより、低温度勾配下でもきわめて高精度な
直径制御を安定に再現性良く行なうことができる。（２
）直径精度が向上したことにより原料からのウエハ一の
収率が高くなり、従来の方法に較べて約１０％以上向上
する。

（３）多結晶や双晶の発生はほとんどみられず、結晶作
成歩留りが従来の方法に較べて約２０％向上する。

（４）本発明を工業的に適用することにより生産性が向
上する。

本発明は特に低温度勾配下での直径制御高品質単結晶の
製造において大きな効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、結晶回転数の変化と結晶形状との相関を説明
するための図、第２図は同じく結晶回転数変化による直
径偏差の応答特性を示す図、第３図は本発明の一実施例
を説明するための構成図である。 １１・・・・・・ＧａＰ融液、１２・・・・・・液体カ
プセル、１３・・・・・・種結晶、１４・・・・・・Ｇ
ａＰ結晶、１５・・・・・・ルツボ、１６・・・・・・
加熱ヒータ、１７・・・・・・結晶回転軸、１８・・・
・・・結晶回転モーター、１９・・・・・・結晶重量検
出器、２０・・・・・・結扁回転数制御回路、２１・・
・・・・結晶回転数演算回路、２２・・・・・・結晶直
径偏差検出回路、２３・・・・・・加熱装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体カプセル法により化合物半導体単結晶を製造す
   るに際し、引上げ単結晶の所定値からの直径偏差を検出
   する検出回路と、得られた直径偏差から予め定められた
   式により結晶回転数を求める演算回路と、結晶回転数を
   制御する制御回路とを備え、前記直径偏差に応じて引上
   げ単結晶の回転数を制御して所定形状の単結晶引上げを
   行うようにしたことを特徴とする化合物半導体単結晶の
   製造方法。 ２ 前記検出回路は、引上げ単結晶の重量変化に基づい
   て直径偏差を求めるものであ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 前記演算回路は、下記式に基づいて結晶回転数Ｒｓ
   を求めるものであ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。 ▲数式、化学式、表等があります▼ ただし、Ｒｓｏ：予め設定された回転数 Ｋ：フィードバック・ゲイン ΔＤ＿ｉ：直径偏差 Δｔ：単位時間 ４ 前記単結晶引上のためのルツボ内の温度勾配を、２
   ．５〜３インチ以上の大口径高品質単結晶が得られる程
   度の低温度勾配にした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。