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JPH0645517B2 - Method for producing compound semiconductor single crystal - Google Patents
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JPH0645517B2 - Method for producing compound semiconductor single crystal - Google Patents

Method for producing compound semiconductor single crystal

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Publication number
JPH0645517B2
JPH0645517B2 JP60201356A JP20135685A JPH0645517B2 JP H0645517 B2 JPH0645517 B2 JP H0645517B2 JP 60201356 A JP60201356 A JP 60201356A JP 20135685 A JP20135685 A JP 20135685A JP H0645517 B2 JPH0645517 B2 JP H0645517B2
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temperature
melting point
single crystal
boat
compound semiconductor
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哲也 井上
慶一郎 藤田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (ア) 技術分野 この発明は、三温度水平ブリツジマン法(three temper
ature horizontal Bridgman)によるIII−V化合物半導
体単結晶の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (A) Technical Field The present invention relates to a three temperature horizontal Britzmann method (three temper).
The present invention relates to a method for producing a III-V compound semiconductor single crystal by means of ature horizontal Bridgman.

三温度HB法は、ボートによる単結晶成長法であつて、
高温加熱部、中間温度加熱部、低温加熱部の3つの異な
る加熱ヒータ部を有する炉の中で、炉を移動させること
により温度分布をボートに対し水平に動かし、単結晶を
成長させる。
The three temperature HB method is a single crystal growth method using a boat.
In a furnace having three different heating heater sections, a high temperature heating section, an intermediate temperature heating section, and a low temperature heating section, the temperature distribution is moved horizontally with respect to the boat by moving the furnace to grow a single crystal.

(イ) 従来技術 GaAsなど化合物半導体単結晶の成長については、特開昭
51-18471、特開昭51-18472、特開昭52-117300など多く
の工夫がなされている。
(A) Prior art For the growth of compound semiconductor single crystals such as GaAs, see
Many innovations have been made such as 51-18471, JP-A-51-18472, and JP-A-52-117300.

特開昭51-18471、18472は三温度水平ブリツジマン法でG
aAsの単結晶を製造するもので、高温加熱部を1245℃〜1
270℃に、中間温度加熱部を1080℃〜1220℃、低温加熱
部を605℃〜620℃に設定している。そして高温加熱部と
中間温度加熱部の間の温度勾配を2〜10℃/cm、成長速
度を2〜10mm/Hとしている。
Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 51-18471 and 18472 use a three-temperature horizontal Britzmann method for G
A single crystal of aAs is manufactured.
The intermediate temperature heating part is set to 1080 to 1220 ° C, and the low temperature heating part is set to 605 to 620 ° C. The temperature gradient between the high temperature heating part and the intermediate temperature heating part is 2 to 10 ° C./cm, and the growth rate is 2 to 10 mm / H.

特開昭56-100200号もGaAsの三温度水平ブリツジマン法
に関するが、融点(1238℃)から、1180℃〜1200℃まで
の温度勾配を2〜5℃/cm、1180℃〜1200℃より以下の
温度勾配を2℃/cm以下に制御する、という事を提案し
ている。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 56-100200 also relates to a three-temperature horizontal Britzmann method for GaAs, but the temperature gradient from the melting point (1238 ° C.) to 1180 ° C. to 1200 ° C. is 2 to 5 ° C./cm, 1180 ° C. to 1200 ° C. It is proposed to control the temperature gradient to 2 ° C / cm or less.

これらは三温度水平ブリツジマン法に関する改良である
が、グラジエントフリーズ法(GF)による化合物半導
体単結晶の製造方法の改良もなされている。グラジエン
トフリーズ法は、ヒータを動かすことなく、ヒータのパ
ワーを徐々に低下させることにより、温度勾配を維持し
たまま、結晶凝固させてゆくものである。一定の温度勾
配(直線状)の温度プロフイルを作るが、温度勾配が1
℃/cmで、40cm以上の長いボートの場合、最高温度部と
最低温度部の差が40℃以上になつてしまう。
These are improvements related to the three-temperature horizontal Britzmann method, but also improvements in the method for producing a compound semiconductor single crystal by the gradient freeze method (GF). The gradient freeze method is a method in which the power of the heater is gradually reduced without moving the heater, thereby causing crystal solidification while maintaining a temperature gradient. Create a temperature profile with a constant temperature gradient (linear), but with a temperature gradient of 1
In the case of a boat longer than 40 cm at ℃ / cm, the difference between the highest temperature part and the lowest temperature part becomes 40 ℃ or more.

そこで、特開昭58-176193号は、融点の上下で、温度勾
配が0.5℃/cm〜℃/cmで、成長中は、ボートの低温側
が融点から15℃以内であつて、高温側と低温側との温度
差が20℃以内であるべきである、と主張している。
Therefore, JP-A-58-176193 discloses that the temperature gradient is 0.5 ° C / cm to ° C / cm above and below the melting point, the low temperature side of the boat is within 15 ° C of the melting point during growth, and the high temperature side and the low temperature side are low. Claims that the temperature difference with the side should be within 20 ° C.

化合物半導体単結晶の製造方法に於ては、融点より20℃
以内の領域の温度勾配を0.5〜1℃/cmとしたのでは融
液が組成的過冷却現象を起してしまい、安定に固液界面
を制御することができない。このため、長い単結晶を得
ることが難しい。
In the manufacturing method of compound semiconductor single crystal, the melting point is 20 ° C
If the temperature gradient in the area within the range is 0.5 to 1 ° C./cm, the melt causes a compositional supercooling phenomenon, and the solid-liquid interface cannot be stably controlled. Therefore, it is difficult to obtain a long single crystal.

また融点直下20℃よりもさらに低い温度領域で、0.5℃
〜2℃/cmの緩やかな温度勾配を維持する必要がある。
そうでないと、界面の熱放散が十分になされず、熱収縮
を受けて結晶欠陥が発生しやすくなる。このため、高い
歩留りで単結晶を製造することができない。
In the temperature range lower than 20 ℃ just below the melting point, 0.5 ℃
It is necessary to maintain a gradual temperature gradient of ~ 2 ° C / cm.
If this is not the case, heat dissipation at the interface will not be sufficient, and heat shrinkage will tend to cause crystal defects. Therefore, a single crystal cannot be manufactured with a high yield.

また、凝固が完了した後、任意の速度で、降温して、容
器をとり出し、室温中へ単結晶を取り出したりすると、
大きな熱収縮によつて歪みが生じ、結晶欠陥が増大す
る、という事もある。
Also, after solidification is completed, the temperature is lowered at an arbitrary rate, the container is taken out, and the single crystal is taken out to room temperature.
Large thermal shrinkage may cause distortion and increase crystal defects.

冷却過程も適切でなければならない。前記の公知技術
は、冷却についてはなんら言及していない。
The cooling process must also be appropriate. The above mentioned prior art does not mention cooling at all.

(ウ) 目的 転位密度が低くしかも均一な大形化合物半導体単結晶を
三温度水平ブリツジマン法(3T−HB)で製造できる
ようにする事が本発明の目的である。
(C) Objective It is an object of the present invention to enable production of a large compound semiconductor single crystal having a low dislocation density and a uniform size by the three-temperature horizontal Britzmann method (3T-HB).

本発明は特に、単結晶の冷却過程を好適な条件に設定す
ることにより、良質の単結晶を製造する事を可能にす
る。
In particular, the present invention makes it possible to produce a good-quality single crystal by setting the cooling process of the single crystal to a suitable condition.

(エ) 発明の構成 本発明は、このような目的を達成するために、融点から
20℃以内の範囲では、温度勾配を1〜4℃/cm、20℃以
下の範囲では温度勾配を0〜2℃/cmに保ち、しかもボ
ートの最低温度が、成長完了まで融点から90℃以内にあ
るように制御しながら成長させ、成長終了後は温度勾配
を維持しながら融点の0.7〜0.8倍にあたる温度Tにま
で高温部が達するまで結晶全体を2〜20℃/Hで降温
し、Tから融点の1/3にあたる温度Tに至るまで
は、2〜300℃/Hの速さで降温し、高温部がT以下
になつた時に、単結晶を室温へとりだすこととする。
(D) Structure of the Invention In order to achieve such an object, the present invention has
The temperature gradient is 1 to 4 ° C / cm in the range of 20 ° C or less, and the temperature gradient is 0 to 2 ° C / cm in the range of 20 ° C or less, and the minimum temperature of the boat is 90 ° C or less from the melting point until the growth is completed. The growth of the whole crystal is controlled at 2 to 20 ° C./H until the high temperature portion reaches the temperature T y that is 0.7 to 0.8 times the melting point while maintaining the temperature gradient after the growth, From T y to a temperature T z corresponding to ⅓ of the melting point, the temperature is lowered at a rate of 2 to 300 ° C./H, and the single crystal is taken out to room temperature when the high temperature portion becomes T z or less. .

まず、いくつかの温度定数を定義する。First, some temperature constants are defined.

融点Tより20℃低い温度をT、融点Tより90℃低
い温度をTとする。摂氏温度に於て、融点の0.7〜0.8
倍の温度をTとする。融点の1/3の温度をTとす
る。
A temperature 20 ° C. lower than the melting point T m is T q , and a temperature 90 ° C. lower than the melting point T m is T p . 0.7 to 0.8 of melting point in degrees Celsius
The temperature doubled is T y . The temperature ⅓ of the melting point is T z .

=T−20 (1) T=T−90 (2) T=0.7Tm〜0.8Tm (3) T=T/3 (4) 種結晶の存在する点を原点とした、単結晶の長手方向に
位置座標xを考える。ボート中の結晶の長さはボート長
にほぼ等しい。
T q = T m −20 (1) T p = T m −90 (2) T y = 0.7T m to 0.8 T m (3) T z = T m / 3 (4) Consider the position coordinate x in the longitudinal direction of the single crystal, which is the origin. The length of the crystal in the boat is approximately equal to the boat length L 1 .

本発明が規定する成長、冷却の過程について、より詳し
く説明する。
The growth and cooling processes defined by the present invention will be described in more detail.

I 成長条件 T≦T≦Tに於て、温度勾配Gは G=1〜4℃/cm T<Tに於て、温度勾配Gは G=0〜2℃/cm とする。さらにボート内の全ての位置について、成長過
程中 T(xt)≧T (5) とする。Gに於て、これが1℃/cmより小さいと固液
界面近傍で過冷却が起つてしまう。4℃/cmより大きい
と、転位密度が増える。
I Under growth conditions T q ≦ T ≦ T m , the temperature gradient G 1 is G 1 = 1 to 4 ° C./cm. When T <T q , the temperature gradient G 2 is G 2 = 0 to 2 ° C./cm. And Furthermore, for all positions in the boat, T (x 1 t) ≧ T p (5) during the growth process. If it is less than 1 ° C./cm in G 1 , supercooling will occur near the solid-liquid interface. If it is higher than 4 ° C / cm, the dislocation density increases.

は固化部分の温度勾配である。0℃/cmがもつとも
良いようであるが、2℃/cm以下であればよい。2℃/
cmをこえると、成長した単結晶の転位密度が増加する。
G 2 is the temperature gradient of the solidified portion. It seems that 0 ° C / cm is sufficient, but it may be 2 ° C / cm or less. 2 ° C /
Above cm, the dislocation density of the grown single crystal increases.

条件(5)は成長過程中、ボート内の全ての点の温度が、
融点から90℃以内にある、というものである。これはボ
ートの長さに拘らず課せられる条件である。これも温度
分布を小さくして、温度を単結晶中で一様にするための
条件である。
The condition (5) is that the temperature of all points in the boat during the growth process is
It is within 90 ° C of the melting point. This is a condition that is imposed regardless of the length of the boat. This is also a condition for reducing the temperature distribution and making the temperature uniform in the single crystal.

II 冷却条件 凝固完了後、単結晶内に形成された温度分布を維持しな
がら、結晶の全体を均一に冷却する。
II Cooling conditions After solidification is completed, the entire crystal is cooled uniformly while maintaining the temperature distribution formed in the single crystal.

降温速度Sは、高温部の温度(Tとかく)がTに達す
るまで、 とする。降温速度は、結晶の全ての部分に於て同一にな
るようにし、相対的な温度関係は変らないものとする。
The rate of temperature decrease S is until the temperature of the high temperature part (T, anyway) reaches T y . And The rate of temperature decrease shall be the same in all parts of the crystal, and the relative temperature relationship shall not change.

つまり冷却過程に於て、均一冷却 という条件を常に満足するようにする。In other words, uniform cooling in the cooling process Always satisfy the condition.

降温速度Sはそれゆえ、単結晶中の位置によらず、時間
のみの函数となる。降温速度Sの範囲は二段階に規定さ
れる。後半のT〜Tに於てはより広範囲となる。
The rate of temperature decrease S is therefore a function of time only, regardless of the position in the single crystal. The range of the cooling rate S is defined in two stages. In the latter half of T y to T z , it becomes wider.

すなわち、TからTまでは S=2〜300℃/H (7) とする。T以下に降温した時に、単結晶を加熱してい
るヒータをを切つて自然に降温させ、室温にとりだすこ
ととする。
That is, S = 2 to 300 ° C./H (7) from T y to T z . When the temperature is lowered to T z or lower, the heater heating the single crystal is turned off to naturally lower the temperature, and the temperature is brought to room temperature.

単結晶の品質という点では降温速度が小さい方がよい。In terms of the quality of the single crystal, it is better that the cooling rate is smaller.

しかし、工業的には、降温速度の速い方がよい。冷却時
間は短い方が、単結晶の製造コストが低減するからであ
る。
However, industrially, it is better that the cooling rate is faster. This is because the shorter the cooling time, the lower the manufacturing cost of the single crystal.

品質とコストに対する要求を兼ね合わせて降温速度を決
定する。Tまでは20℃/H以下、Tまでは300℃/
H以下という制限を課して降温速度を決定する、という
のが本発明の特徴のひとつである。
The cooling rate is determined by combining quality and cost requirements. 20 ° C / H or less up to T y, 300 ° C / H up to T z
One of the features of the present invention is that the temperature lowering rate is determined by imposing a limit of H or less.

図面によつて説明する。第1図は三温度水平ブリツジマ
ン法の結晶成長炉の構成と本発明方法の温度分布とを示
す図である。
It will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the structure of a crystal growth furnace of the three-temperature horizontal Britzmann method and the temperature distribution of the method of the present invention.

1、2、3は電気炉である。これは高温加熱部1、中間
温度加熱部2、低温加熱部3に分割されており、独立に
パワー制御できる。電気炉のヒータ1、2、3のパワー
を適当に制御する事により、炉内に、T、T、T
の温度分布を実現することができる。
1, 2 and 3 are electric furnaces. This is divided into a high temperature heating unit 1, an intermediate temperature heating unit 2 and a low temperature heating unit 3, and the power can be controlled independently. By appropriately controlling the powers of the heaters 1, 2, and 3 of the electric furnace, T 1 , T 2 , and T 3 are generated in the furnace.
The temperature distribution can be realized.

炉内には、水平に、高純度石英容器4が設けてある。こ
の中に、高純度石英製がボート5が置かれている。
A high-purity quartz container 4 is provided horizontally in the furnace. In this, a boat 5 made of high-purity quartz is placed.

ボート5の中には、化合物半導体の原料融液6が収容さ
れている。ボート5の一端には棚があつて、ここに適当
な結晶方位の種結晶7が置いてある。
A raw material melt 6 of a compound semiconductor is accommodated in the boat 5. A shelf is provided at one end of the boat 5, and a seed crystal 7 having an appropriate crystal orientation is placed there.

石英ボート5のある位置の反対側に、V族元素9が置い
てある。これは石英容器4内のV族元素の蒸気圧を制御
するためのものである。V族元素はP、As、Sbなどであ
る。温度プロフイルT、T、Tの分布は、III−
V族化合物の成長に於て、同様な形状になるが、化合物
の種類によつて、融点やV族元素の解離圧が異なるの
で、温度の値が異なる。
A group V element 9 is placed on the opposite side of the position where the quartz boat 5 is located. This is for controlling the vapor pressure of the group V element in the quartz container 4. Group V elements are P, As, Sb and the like. The distributions of the temperature profiles T 1 , T 2 , and T 3 are III-
Although the same shape is obtained in the growth of the group V compound, the melting point and the dissociation pressure of the group V element are different depending on the kind of the compound, so that the temperature value is different.

以下は、GaAsの成長を例にして説明する。この場合、V
族元素はAsであるから、過剰As9と書くことにする。
In the following, the growth of GaAs will be described as an example. In this case, V
Since the group element is As, it will be written as excess As9.

GaAsの場合 T=1245℃〜1270℃ T=1100℃〜1220℃ T=600℃〜620℃ である。In the case of GaAs, T 1 = 1245 ° C. to 1270 ° C. T 2 = 1100 ° C. to 1220 ° C. T 3 = 600 ° C. to 620 ° C.

石英容器4の中間には、細孔8を穿つた隔壁10を設け
る。細孔8はAsの蒸気を通す。これによつて、ボート
5、融液6の近傍のAsの蒸気圧が、過剰As9によつて制
御される事になる。しかし、細孔8はガリウムの酸化
物、シリコンの酸化物を通さない。
In the middle of the quartz container 4, a partition 10 having a hole 8 is provided. The pores 8 allow vapor of As to pass through. As a result, the vapor pressure of As near the boat 5 and the melt 6 is controlled by the excess As 9. However, the pores 8 do not pass gallium oxide or silicon oxide.

融点T(1238℃は、高温部Tと中間温度部Tの間
にある。T、Tの間は、融液を凝固させる部分であ
るから、ある程度の温度勾配がなければならない。T
の温度勾配は緩やかな方がよい。
Melting point T m (1238 ° C. is between the high temperature portion T 1 and the intermediate temperature portion T 2. Since there is a portion for solidifying the melt between T 1 and T 2 , there must be a certain temperature gradient. . T 2
It is better that the temperature gradient of is gentle.

融点Tより20℃下の温度をTとするが、T〜T
に於ける温度勾配Gは G=1〜4℃/cm である。T以下の温度勾配Gは G=0〜2℃/cm である。
The temperature 20 ° C. below the melting point T m is defined as T q , but T m to T q
The temperature gradient G 1 in the above is G 1 = 1 to 4 ° C./cm. The temperature gradient G 2 of T q or less is G 2 = 0 to 2 ° C./cm.

さらに、中間温度加熱部Tの長さLは、ボートの長
さLより長い。
Further, the length L 2 of the intermediate temperature heating portion T 2 are longer than the boat length L 1.

最初、ボート5は、高温度Tにあるから、ボート内の
原料はすべて融けて融液になつている。ヒータA、B、
Cは石英容器4に対して左方へ1〜10mm/Hの速度で移
動させる。すると、種結晶の近傍から、融点以下になつ
てゆくので、種結晶につづいて固化してゆく。固体と融
液が共存する状態になる。境界を固液界面という。固液
界面はヒータの運動とともに左方に移動してゆく。固化
した部分は単結晶になつている。これは中間温度T
ある。
Initially, since the boat 5 is at the high temperature T 1 , all the raw materials in the boat are melted and become a melt. Heaters A, B,
C is moved to the left with respect to the quartz container 4 at a speed of 1 to 10 mm / H. Then, since the temperature of the seed crystal becomes lower than the melting point from the vicinity of the seed crystal, the seed crystal continues to be solidified. The solid and the melt coexist. The boundary is called a solid-liquid interface. The solid-liquid interface moves to the left as the heater moves. The solidified part is a single crystal. It is at intermediate temperature T 2 .

。ボートの後端が融点Tを横切つた時、凝固が完了し
たことになる。この時、凝固した部分の全体は、中間温
度加熱部2によつて、中間温度Tの状態にある。
. Solidification is complete when the rear end of the boat crosses the melting point T m . At this time, the entire solidified portion is at the intermediate temperature T 2 due to the intermediate temperature heating unit 2.

しかも、凝固が行われている間、ボートの既に固化した
部分が、融点より90℃以下の温度Tより高温でなけれ
ばならない。つまりGaAsであれば、1148℃より高温でな
ければならない、という事である。
Moreover, while solidification is taking place, the already solidified part of the boat must be above the temperature T p below 90 ° C. below its melting point. In other words, if it is GaAs, it must be higher than 1148 ℃.

次に冷却過程について説明する。Next, the cooling process will be described.

これは、温度分布T、Tの相対的な温度勾配を保ち
ながら降温してゆくのである。
This is to lower the temperature while maintaining the relative temperature gradient of the temperature distributions T 1 and T 2 .

も相対的な関係を保つべきであるが、TとT
温度差は最初600℃程度であるから、T、Tが降温
してくると、Tはこれに対し相対的に同一の温度差を
保つことができないようになる。しかし、これは差支え
のないことである。
T 3 should also maintain a relative relationship, but since the temperature difference between T 2 and T 3 is about 600 ° C at the beginning, when T 1 and T 2 decrease in temperature, T 3 will move relative to this. It becomes impossible to keep the same temperature difference. However, this is insignificant.

温度関係がT、Tで固定されているから、任意の一
点の温度を規定すれば、他の全ての点の温度が決定され
る。
Since the temperature relationship is fixed at T 1 and T 2 , if the temperature at any one point is specified, the temperatures at all other points are determined.

そこで、高温加熱部Tの温度が一様であるので、これ
をTと書き、Tによつて温度を表現することにする。
Therefore, since the temperature of the high temperature heating part T 1 is uniform, this is written as T and the temperature is expressed by T.

さてTが90℃程度になるまで(0.7T〜0.8T)2〜
20℃/Hで降温し、さらにTが900℃以下になり、400℃
に至るまでは2〜300℃/Hで降温する。
So until T becomes about 90 ℃ (0.7T m ~0.8T m) 2~
The temperature is lowered at 20 ℃ / H, and T becomes 900 ℃ or less, 400 ℃
Until the temperature reaches 2 to 300 ° C./H.

第1図の中間の温度プロフイルが900℃程度に於けるも
のである。
The temperature profile in the middle of FIG. 1 is about 900 ° C.

第1図の下段の温度プロフイルは、Tが400℃程度に下
つた状態のものを示している。
The temperature profile in the lower part of FIG. 1 shows a state in which T is lowered to about 400 ° C.

高温、中間温度、低温度分布はT、T、Tによつ
て示されている。TとTの関係は、TとTの関
係に等しい。
The high temperature, intermediate temperature and low temperature distributions are indicated by T 4 , T 5 and T 6 . The relationship between T 4 and T 5 is equal to the relationship between T 1 and T 2 .

この時Tは400℃程度或はそれ以下である。At this time, T 4 is about 400 ° C. or lower.

は100〜200℃程度である。T 6 is about 100~200 ℃.

以上説明したように、本発明に於ては、温度Tが、T
〜Tに於て2〜20℃/H、T〜T以下までS=2
〜300℃/Hとする。しかし、それぞれの領域でSが一
定でなければならない、というわけではない。
As described above, in the present invention, the temperature T is T m
Through T y At a 2~20 ℃ / H, T y ~T z to below S = 2
~ 300 ° C / H. However, S does not have to be constant in each region.

第2図は温度Tと降温速度Sの関係を示すグラフであ
る。横軸は降温速度S、縦軸は高温部の温度Tである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the temperature T and the cooling rate S. The horizontal axis represents the temperature decrease rate S, and the vertical axis represents the temperature T of the high temperature portion.

本発明が規定する前記の条件は、第3図に於て、斜線に
よつて縁どられた領域の温度、降温速度の対応が存在す
るという事である。
The above condition defined by the present invention is that there is a correspondence between the temperature and the cooling rate of the region framed by the diagonal lines in FIG.

この領域の中に通つて、降温してゆく、という事のみが
要求される。様々な降温モードが可能である。
All that is required is to go through this area and lower the temperature. Various temperature reduction modes are possible.

折線aは、簡単な降温速度例を与える。これはT〜T
に於てSが2〜20℃/Hの間の一定値を取り、T
に於て2〜300℃/Hの間の一定値をとつている。
The polygonal line a gives a simple example of the cooling rate. This is T m ~ T
In y , S takes a constant value between 2 and 20 ° C / H, and T y ~
It has a constant value between 2 and 300 ° C./H in T z .

しかし、それぞれの領域で一定値でなければならないと
いう事ではない。折線bは、T〜Tで降温速度Sを
徐々に増加させ、T〜TではSを一定に保つてい
る。
However, it does not mean that it must be a constant value in each area. The broken line b gradually increases the temperature decrease rate S from T m to T y , and keeps S constant from T y to T z .

折線cは、T〜Tの領域に於て、最初は降温温度を
増加させ、途中である一定値にしている。
In the polygonal line c, in the region from T y to T z , the temperature-falling temperature is first increased and is set to a constant value in the middle.

この他、T〜Tの領域に於て、二段階に分けて降温
速度を増加させるようにしてもよい。
In addition, At a region of T y through T z, it may be to increase the cooling rate in two steps.

また一点鎖線dに示すように、T〜Tまで一定の降
温速度を保つようにしてもよい。これは最も簡単な降温
モードである。
In addition, as shown in chain line d, it may be kept constant cooling rate up to T m through T z. This is the simplest cooling mode.

(オ) 効 果 成長時に於ては、固液界面が安定しており、また冷却時
は均一の高い冷却が行われるので、固化後に結晶内に生
ずる熱応力を極小にする事ができる。
(E) Effect The solid-liquid interface is stable during growth, and uniform high cooling is performed during cooling, so that the thermal stress generated in the crystal after solidification can be minimized.

これは、転位の発生、増殖を抑制する上に効果がある。This is effective in suppressing the generation and proliferation of dislocations.

本発明は、それゆえ低転位密度の大型の化合物半導体単
結晶を製造する事ができる。
The present invention is therefore capable of producing large compound semiconductor single crystals with low dislocation density.

(カ) 実施例 I 断面が半円形で、内径65mm、全長500mmの石英製ボート
に、SiドープGaAs多結晶を3,500gチヤージした。種結
晶をシード棚に置いた。成長方向は<111>As方向で
ある。
(F) Example I 3,500 g of Si-doped GaAs polycrystal was charged in a quartz boat having a semicircular cross section, an inner diameter of 65 mm and a total length of 500 mm. The seed crystal was placed on the seed shelf. The growth direction is the <111> As direction.

その石英ボートを、第1図に示す容器の中に入れ、電気
炉のTの温度内に置き、電気炉に通電し、T
、Tの温度分布を形成した。融点1238℃から、12
18℃までの間の温度勾配を2℃/cmとし、1218℃から11
48℃(融点より90℃下)までの温度勾配を1.0℃/cmと
した。
The quartz boat was placed in the container shown in Figure 1, placed in a temperature of the electric furnace of T 1, by energizing the electric furnace, T 1,
A temperature distribution of T 2 and T 3 was formed. 12 from melting point 1238 ℃
The temperature gradient up to 18 ℃ is 2 ℃ / cm, 1218 ℃ to 11
The temperature gradient up to 48 ° C (90 ° C below the melting point) was 1.0 ° C / cm.

このような電気炉を左へ5.0mm/Hの速度で相対的に移
動させて、SiドープGaAs単結晶を成長させた。
Such an electric furnace was relatively moved to the left at a speed of 5.0 mm / H to grow a Si-doped GaAs single crystal.

単結晶の成長時間は120時間であつた。この後、T
の温度分布の全体をひとしく20℃/Hの速さで降温
した。降温に要した時間は45時間である。この時、
、Tの温度分布になつている。Tは10℃/Hの
速さで降温しTになつた。
The growth time of the single crystal was 120 hours. After this, T 1 ,
The entire temperature distribution of T 2 was lowered at a rate of 20 ° C./H. It took 45 hours to cool down. At this time,
The temperature distribution is T 4 and T 5 . The temperature of T 3 was lowered at a rate of 10 ° C./H to reach T 6 .

この後、室温にして、固化物を取り出した。全体の70%
が単結晶化していた。
Then, the temperature was brought to room temperature and the solidified product was taken out. 70% of the total
Was single crystallized.

(a) 種結晶の位置から120mmの位置で、 キヤリヤ濃度 1.5×1018/cm3 エツチピツト密度 5.7×102/cm2 (b) 種結晶の位置から450mmの位置で、 キヤリヤ密度 5.0×1018/cm3 エツチピツト密度 1.0×102/cm2 であつた。(a) At a position 120 mm from the seed crystal position, a carrier concentration of 1.5 × 10 18 / cm 3 Etchpit density 5.7 × 10 2 / cm 2 (b) At a position 450 mm from the seed crystal position, a carrier density of 5.0 × 10 18 / Cm 3 Etch-pit density was 1.0 × 10 2 / cm 2 .

(キ) 実施例 II 断面が半円形で、内径63mm、全長600mmの石英製ボート
に、ZnドープGaAs多結晶を4,000grチヤージした。
(G) Example II A Zn-doped GaAs polycrystal was charged at 4,000 gr in a quartz boat having a semicircular cross section, an inner diameter of 63 mm, and a total length of 600 mm.

実施例Iと同じ温度分布、同じ成長速度で単結晶を成長
させた。145時間で成長が完了した。
A single crystal was grown with the same temperature distribution and the same growth rate as in Example I. Growth was completed in 145 hours.

固化後は、T、Tの温度を15℃/Hで降温し60時間
後に、第1図で示すT、Tの温度とした。この間、
は8℃/Hの速さで降温し、Tの温度となつた。
After solidification, the temperatures of T 1 and T 2 were lowered at 15 ° C./H, and after 60 hours, they were set to the temperatures of T 4 and T 5 shown in FIG. During this time,
The temperature of T 3 was lowered at a rate of 8 ° C./H to reach the temperature of T 6 .

全チヤージ量に対して、75%が単結晶化していた。75% of the total amount of charge was single crystallized.

(a) 種結晶より90mmの位置では キヤリヤ濃度 1.0×1019/cm3 エツチピツト密度 5×102/cm2 (b) 種結晶より400mmの位置では キヤリヤ濃度 2.3×1019/cm3 エツチピツト密度 14×102/cm2 であつた。良質の単結晶であることが分る。(a) Carrier concentration 1.0 × 10 19 / cm 3 Etchpit density 5 × 10 2 / cm 2 at a position 90 mm from the seed crystal (b) Carrier concentration 2.3 × 10 19 / cm 3 Etchpit density 14 at a position 400 mm from the seed crystal 14 It was × 10 2 / cm 2 . It turns out that it is a good quality single crystal.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明を実施するための三温度水平式ブリツジ
マン法の電気炉と、電気炉によつて形成される温度分布
を示す図。 第2図は本発明の冷却過程の温度・降温速度関係図。 1……高温加熱部 2……中間温度加熱部 3……低温加熱部 4……高純度石英容器 5……高純度石英ボート 6……融液 7……種結晶 8……細孔 9……過剰As 10……隔壁
FIG. 1 is a diagram showing an electric furnace of a three-temperature horizontal Britzmann method for carrying out the present invention, and a temperature distribution formed by the electric furnace. FIG. 2 is a temperature / cooling rate relationship diagram of the cooling process of the present invention. 1 ... High temperature heating part 2 ... Intermediate temperature heating part 3 ... Low temperature heating part 4 ... High-purity quartz container 5 ... High-purity quartz boat 6 ... Melt 7 ... Seed crystal 8 ... Pore 9 ... … Excess As 10 …… Partition wall

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】細孔を有する隔壁で仕切られた空間を有
し、III−V化合物半導体の原料融液と種結晶を収容し
たボートと、V族元素とをそれぞれの空間に置き密封さ
れた石英容器を、水平方向に高温加熱部、中間温度加熱
部、低温加熱部を有する電気炉の中へ入れ、炉のヒータ
を石英容器に対して移動させることにより単結晶を成長
させてゆく方法に於て、化合物半導体の融点Tから、
融点下20℃の温度Tまでの範囲では温度勾配を1〜
4℃/cmにし、Tより下では温度勾配を0〜2℃/cm
に保ち、単結晶を成長させている間、ボートの全体が融
点T下90℃以内にあり、成長終了後は、高温加熱部、
中間温度加熱部の温度勾配を維持しながら、融点T
ら融点Tの0.7〜0.8倍である温度Tまでは2〜20℃
/Hの降温速度で降温し、融点Tの0.7〜0.8倍である
温度Tから融点Tの1/3である温度T以下にな
るまでは2〜300℃/Hの降温速度で降温し、この後、
単結晶を室温へ取り出すことを特徴とする化合物半導体
単結晶の製造方法。
1. A boat having a space partitioned by partition walls having pores, containing a raw material melt of a III-V compound semiconductor and a seed crystal, and a group V element placed in each space and sealed. A method for growing a single crystal by placing a quartz container in an electric furnace having a high-temperature heating unit, an intermediate-temperature heating unit, and a low-temperature heating unit in the horizontal direction and moving the heater of the furnace with respect to the quartz container At the melting point T m of the compound semiconductor,
In the range up to the temperature T q of 20 ° C. below the melting point, a temperature gradient of 1 to
4 ° C. / cm to, 0 to 2 ° C. The temperature gradient below the T q / cm
And the entire boat is within 90 ° C. below the melting point T m during the growth of the single crystal.
While maintaining the temperature gradient of the intermediate temperature heating unit, 2 to 20 ° C. from the melting point T m to a temperature T y is 0.7 to 0.8 times the melting point T m
/ Was lowered at a H cooling rate of from the temperature T y is 0.7 to 0.8 times the melting point T m until below the temperature T z is 1/3 of the melting point of the T m at a cooling rate of 2 to 300 ° C. / H Cool down and after this
A method for producing a compound semiconductor single crystal, which comprises extracting the single crystal to room temperature.
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