(57)【要約】【課題】単結晶の収率の高いＧａＡｓ半導体単結晶の成長方法を提供する。【解決手段】ＬＥＣ法によるＧａＡｓ単結晶の成長方法において、結晶と原料用ルツボを互いに逆方向に回転させ、その結晶と原料用ルツボとの相対回転数ｎ（ｒｐｍ　）を１０≦ｎ≦３０の範囲に設定する。さらに好ましくは結晶とルツボとの絶対回転数を｜結晶回転数（ｒｐｍ　）｜＜｜ルツボ回転数（ｒｐｍ　）｜の関係に定める。【選択図】　　　図１
2004123443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＣ法によるＧａＡｓ単結晶の成長方法において、
結晶と原料用ルツボを互いに逆方向に回転させ、その結晶と原料用ルツボとの相対回転数ｎ（ｒｐｍ）を
１０≦ｎ≦３０
の範囲に設定することを特徴とするＧａＡｓ単結晶成長方法。
【請求項２】
ＬＥＣ法によるＧａＡｓ単結晶の成長方法において、
結晶と原料用ルツボを互いに逆方向に回転させ、その結晶と原料用ルツボとの相対回転数ｎ（ｒｐｍ）を
１０≦ｎ≦３０
の範囲に設定し、且つ結晶とルツボとの絶対回転数を
｜結晶回転数（ｒｐｍ）｜＜｜ルツボ回転数（ｒｐｍ）｜
の関係に定めることを特徴とするＧａＡｓ単結晶成長方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＣ法によるＧａＡｓ（砒化ガリウム）単結晶の成長方法、特に結晶及び原料用ルツボの回転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
化合物半導体はその単結晶の高品質化により、高速集積回路、光−電子集積回路やその他の電子素子に広く用いられるようになってきた。なかでも、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の砒化ガリウム（ＧａＡｓ）は電子移動度がシリコンに比べて早く、１０７Ω・ｃｍ以上の比抵抗のウエハが製造容易という特徴がある。現在では上記ＧａＡｓの単結晶は、主に液体封止引き上げ法（ＬＥＣ法）により製造されている。
【０００３】
ＧａＡｓ単結晶成長方法を図１によって説明する。
【０００４】
ＬＥＣ法によるＧａＡｓ単結晶の製造装置１は、炉体部分であるチャンバー２と、結晶を引き上げる為の引上軸３、原料の容器であるＰＢＮルツボ５、このルツボを受ける為のルツボ軸４を有する構造となっている。
【０００５】
結晶製造方法については、先ず原料の容器となるＰＢＮルツボ５にＧａとＡｓ及びＡｓの揮発防止材である三酸化硼素６を入れ、これをチャンバー２内にセットする。又、引上軸３の先端に結晶の元となる種結晶７を取り付ける。この種結晶７はＧａＡｓ融液と接する面を（１００）面としているのが一般的である。
【０００６】
チャンバー２に原料をセットした後、チャンバー２内を真空にし、不活性ガスを充填する。その後、チャンバー２内に設置してあるカーボンヒータ８に通電し、チャンバー２内の温度を昇温させ、ＧａとＡｓを合成しＧａＡｓ９を作製する。その後、更に昇温させＧａＡｓ９を融液化させる。
【０００７】
続いて、引上軸３、ルツボ軸４を回転方向が逆になるように回転させる。この状態で、引上軸３を先端に取り付けてある種結晶７がＧａＡｓ融液に接触するまで下降させる。
【０００８】
続いて、カーボンヒータ８の設定温度を徐々に下げつつ引上軸３を一定の速度で上昇させる事で、種結晶７から徐々に結晶径を太らせながら結晶肩部を形成する。肩部形成後、目標とする結晶外径となったならば、外径を一定に保つ為、外形を制御しつつＧａＡｓ単結晶１０の製造を行う。
【０００９】
上記ＧａＡｓの単結晶を成長する場合、結晶が有転位結晶であるため転位集合防止のために、その固液界面形状は融液側に凸となる形状で行うのが一般的である。そしてＰＢＮルツボ５は例えば０〜５ｒｐｍ　、又は１〜３ｒｐｍ　で回転される（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平７−２０６５８２号公報（段落番号０００２、０００６）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＧａＡｓ結晶の場合、上記従来技術の様に種結晶のＧａＡｓ融液接触面を（１００）面とする（１００）方向結晶成長においては、種付け後の成長において、（１１０）方向がファセット成長、（１００）方向が非ファセット成長をする物性的特徴がある。その為、種付け後の成長過程を観察すると、（１００）方向の非ファセット部が（１１０）方向のファセット部より成長が先行して進み、四角形の異方的な成長をする。この傾向は特に種付け後の初期成長段階に顕著に見られる。
【００１２】
又、ＧａＡｓ結晶成長における問題点の一つとして、転位の集合による結晶の多結晶化という問題がある。転位は結晶と融液の境界面である固液界面に垂直に伝播する性質があり、固液界面が融液側に凹面形状をしていると転位の集合が起こってしまう。
【００１３】
上記したファセット、非ファセット成長といった異方性成長が起こると、ファセット成長部である（１１０）方向の成長が遅れる為、（１１０）方向の固液界面が凹面化するといった現象が起こる。その為、この方向において転位の集合が頻繁に発生するといった問題がある。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、単結晶の収率の高いＧａＡｓ半導体単結晶の成長方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１６】
請求項１の発明は、ＬＥＣ法によるＧａＡｓ単結晶の成長方法において、結晶と原料用ルツボを互いに逆方向に回転させ、その結晶と原料用ルツボとの相対回転数ｎ（ｒｐｍ　）を１０≦ｎ≦３０の範囲に設定することを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明は、ＬＥＣ法によるＧａＡｓ単結晶の成長方法において、結晶と原料用ルツボを互いに逆方向に回転させ、その結晶と原料用ルツボとの相対回転数ｎ（ｒｐｍ　）を１０≦ｎ≦３０の範囲に設定し、且つ結晶とルツボとの絶対回転数を｜結晶回転数（ｒｐｍ　）｜＜｜ルツボ回転数（ｒｐｍ　）｜の関係に定めることを特徴とする。
【００１８】
＜発明の要点＞
本発明では上記課題を解決するために、結晶と原料用ルツボの互いに逆方向の回転に関し、結晶と原料用ルツボとの相対回転数ｎ（ｒｐｍ　）が１０≦ｎ≦３０の範囲となるように設定する。又、上記結晶とルツボとの相対回転数ｎ（ｒｐｍ　）の範囲において、結晶とルツボとの絶対回転数が｜結晶回転数（ｒｐｍ　）｜＜｜ルツボ回転数（ｒｐｍ　）｜となるように設定する。
【００１９】
上記の手段を取った理由は下記の通りである。
【００２０】
従来技術の問題点で記載した通り、ファセット、非ファセット成長といった異方性成長が起こる事が転位集合の原因である。よって、この異方性成長を極力排除する事が重要となってくる。
【００２１】
結晶の成長する過程を考えた場合、結晶は固化部周辺の融液が融点以下つまりは融液が過冷却状態になった時に成長が進む。又、結晶が成長した場合には、固化した部分がその周辺に融解熱を放出するといった現象が絶えず発生している。又、ファセット、非ファセット成長を比較した場合、非ファセット成長はファセット成長と比較すると融液中の原子を取り込んで結晶化させやすい特徴を有している。その為、非ファセット成長部で成長が進行しやすく、尚且つ非ファセット成長部で成長が進行するが為に、その周辺は非ファセット成長部の成長による融解熱発生による温度上昇（位置による温度不均一化）が起こり、強いてはファセット成長部での成長が更に抑止されるといった現象が発生していると考えられる。
【００２２】
そこで、この温度不均一化を防止する為に、融液を強制的に撹拌させる手段として、上記の結晶と原料用ルツボとの相対回転数ｎ（ｒｐｍ　）を１０≦ｎ≦３０となる手段を取った。
【００２３】
又、（１１０）方向の固液界面が凹面化を防止する別の手段として、結晶固液界面全体を融液側へ最大限凸化させる方法が考えられる。固液界面の凸化を促進させる事で、相対的に（１１０）方向の固液界面の凸化も促進される。固液界面形状を凸化させるためには、ルツボ内のＧａＡｓ融液の温度分布が中心部が冷えた状態の分布にすれば良い。ルツボ内のＧａＡｓ融液の温度分布については、ＧａＡｓ融液の対流と大きく関係がある。そこで、結晶とルツボとの絶対回転数が、｜結晶回転数（ｒｐｍ　）｜＜｜ルツボ回転数（ｒｐｍ　）｜となる手段を取った。この手段を取ることで、ＧａＡｓ融液の対流を、ルツボ回転からくる強制対流が支配的な状態とする。ルツボ回転による強制対流の影響が強くなると、ヒータによる暖められたＧａＡｓ融液はルツボの近辺のみで対流し、ルツボの中央部へ行き難くなる。結果、ルツボ中央部のＧａＡｓ融液は冷えた状態となる。又、結晶も回転させると強制対流が発生する。結晶の場合の強制対流はルツボ中央部から外部へと流れる対流を形成し、その結果、ルツボ側面の暖められたＧａＡｓ融液をルツボ中央部で呼び込む作用を起こしてしまい、この影響がルツボ回転による強制対流以上に支配的になると固液界面の凸化に悪影響となる。以上の理由から上記手段を取った。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の効果を確認するため、以下のように実施例（１）及び（２）について試作を行った。前提となる製造装置には上記した図１のものを用いた。すなわち、不活性ガスを充填した耐圧容器たるチャンバー２（高温炉）内に収容され加熱されたルツボ５にＧａＡｓ９の原料融液、液体封止剤の三酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）６を収納し、種結晶７を原料融液に接触させつつ種結晶７とルツボ５とを相対的に移動させて、ＬＥＣ法により化合物半導体単結晶を成長した。その際、結晶とルツボの回転方向は逆方向とした。
【００２５】
＜実施例（１）＞
試作例として、下記の表１の様に、結晶と原料用ルツボとの相対回転数ｎ（ｒｐｍ　）を種々設定し、φ６インチサイズのＧａＡｓ単結晶をＬＥＣ法により成長した。結晶とルツボのそれぞれの回転条件の設定に当っては、回転数は同等の回転数とし、但し回転方向は逆方向となるように設定した。又、回転数は各設定毎に１０ロットの成長を試みた。以下、結果についても記載する。
【００２６】
【表１】
2004123443.tif 000003
【００２７】
上記表１の結果からも明らかな様に、相対回転数ｎを１０ｒｐｍ　以上に条件を設定したところから大幅に単結晶の収率が向上している。又、相対回転数ｎを大きく設定していくにつれて、単結晶の収率が向上してきおり、この事からも相対回転数を上げることで融液がより撹拌され、温度の均一化が図れていることが伺える。但し、相対回転数が３０ｒｐｍ　を超えたところから結晶回転軸の受圧部からＯリングの磨耗からと考えられるチャンバー内の不活性ガスの微小リークが確認できた。よって、装置上の安全面を考慮すると相対回転数は３０ｒｐｍ　が限界と考えられる。
【００２８】
上述したように単結晶の高い収率が得られるのは、上記の相対回転数１０ｒｐｍ　〜３０ｒｐｍ　（１０≦ｎ≦３０）の範囲であり、これが本実施例（１）の範囲である。単結晶の高い収率を得る上で更に好ましいのは、２０＜ｎ≦３０の範囲であり、また最高値はｎ＝３０で得られる。
【００２９】
そこで、続いて本発明の実施例（２）として、φ６インチサイズのＬＥＣ法ＧａＡｓ単結晶成長により、結晶とルツボ回転数の相対回転数が３０ｒｐｍ　となる条件で、下記の表２の通り、結晶とルツボの回転数を種々変更したものを試作した。試作は、各条件毎に１０ロット実施した。以下、結果についても記載する。
【００３０】
【表２】
2004123443.tif 000004
【００３１】
表２は、結晶とルツボ回転数の相対回転数を一定の３０ｒｐｍ　にするという条件下において、互いに逆方向に回転する結晶とルツボ回転数の回転数を変えたものである。この表２の結果からは、結晶とルツボ回転数の相対回転数が３０ｒｐｍ　という同一の条件下において、ルツボ回転数が結晶回転数より大きくなるにつれて結晶の単結晶化率が向上している事がわかる。
【００３２】
すなわち、ＬＥＣ法によるＧａＡｓ単結晶の成長方法において、結晶と原料用ルツボを互いに逆方向に回転させ、その結晶と原料用ルツボとの相対回転数ｎ（ｒｐｍ　）を１０≦ｎ≦３０の範囲に設定し、且つ結晶とルツボとの絶対回転数を｜結晶回転数（ｒｐｍ　）｜＜｜ルツボ回転数（ｒｐｍ　）｜の関係に定めることで、非常に高い単結晶の収率を達成することができる。
【００３３】
上記実施例では、ＧａＡｓ単結晶をＬＥＣ法により成長する場合について述べたが、他の半導体材料を用いたＬＥＣ法単結晶の成長方法についても適用することが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００３５】
請求項１の発明によれば、ＬＥＣ法によるＧａＡｓ単結晶の成長方法において、結晶と原料用ルツボを互いに逆方向に回転させ、その結晶と原料用ルツボとの相対回転数ｎ（ｒｐｍ　）を１０≦ｎ≦３０の範囲に設定するので、結晶に発生する転位の集合を低減することができ、単結晶の収率向上をはかることができる。
【００３６】
請求項２の発明によれば、さらに結晶とルツボとの絶対回転数を｜結晶回転数（ｒｐｍ　）｜＜｜ルツボ回転数（ｒｐｍ　）｜の関係に定めているので、より高い単結晶の収率を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＧａＡｓ単結晶成長方法に用いたＧａＡｓ単結晶製造装置の概略図である。
【符号の説明】
３　引上軸
４　ルツボ軸
５　ルツボ
７　種結晶
９　ＧａＡｓ
１０　ＧａＡｓ単結晶
【図１】
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