(57)【要約】【課題】液体封止チョクラルスキー法を用いて、高品質な単結晶を容易に得る。【解決手段】液体封止剤によって揮発が防止された原料の融液に、回転させた結晶を接触させながら結晶を円筒状に成長させてゆくに当たり、あらかじめ円筒状の結晶の回転数［ｒｐｍ］を、当該結晶の外径［インチ］の２倍以上となるように規定しておき、規定した回転数で当該結晶を回転させるようにする。これにより、成長中に、結晶のエッジ部に向かう融液の対流が発生する。【選択図】　　　図１
2004099411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体封止剤によって揮発が防止された原料の融液に、結晶を回転させた状態で接触させながら前記結晶を円筒状に成長させてゆく液体封止チョクラルスキー法を用いた育成工程、を有する化合物半導体単結晶の製造方法において、
前記円筒状の結晶の回転数を、当該結晶の外径に対して規定し、
前記育成工程では、前記規定した回転数で当該結晶を回転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。
【請求項２】
請求項１記載の化合物半導体の製造方法において、
前記結晶の回転数は、該回転数の単位をｒｐｍとし、前記結晶の外径の単位をインチとした場合に、前記ｒｐｍの値が、前記インチ径の値の２倍以上となるように規定することを特徴とする化合物半導体の製造方法。
【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（液体封止チョクラルスキー法）を用いた化合物半導体単結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、液体封止剤によって揮発が防止された原料の融液に、結晶を回転させた状態で接触させながら該結晶を円筒状に成長させてゆくＬＥＣ法が知られている。ＬＥＣ法では、概略次の様にして単結晶を製造する。まず、チャンバ内に配置されたルツボへ原料と封止剤とを収容して、該チャンバ内部に不活性ガスを封入する。次いで、ルツボを高周波コイルで加熱して、該ルツボ内の原料を溶解する。次いで、種結晶を付けた棒を回転させながらルツボに向けて下降させ、該ルツボ内の融液に種結晶を接触させる。その後、該棒を徐々に引き上げると、種結晶に円錐状の単結晶が成長してゆく。適当な円錐径になったら、該径が一定となるよう円筒状に単結晶を成長させてゆく。円筒状結晶の長さが目的の値になったら、それを融液から切り離す。以上の過程を育成と呼んでいる。
【０００３】
【非特許文献１】
守越広樹著「圧電単結晶の応用」Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｍｏｎｔｈｌｙ　１９９２年１２月
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＥＣ法においては、育成中に、結晶の界面から液体封止剤へ熱が逃げること等の理由から、該結晶の融液との界面（以下、「固液界面」という）における周辺部が融液面に対して凹面になり易いという課題がある。固液界面が凹面になると、次の様な問題が生じる。固液界面が融液側に凹面に成長した場合、結晶の外側の方が、結晶の中心部よりも温度が低いため、種結晶とは無関係な面方位を有した結晶粒界が発生する。また、結晶欠陥である転位は、固液界面に対して垂直に伝搬することが知られている。従って、凹面の部分に転位が集中して多結晶化してしまい、結果として結晶の品質を悪化させる。なお、固液界面形状を単調な凸面形状に保つには、非常に高度な融液の温度制御技術が必要となるが、このことは実用上、極めて困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、ＬＥＣ法を用いて、高品質な単結晶を容易に得る技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、液体封止剤によって揮発が防止された原料の融液に、結晶を回転させた状態で接触させながら前記結晶を円筒状に成長させてゆくＬＥＣ法を用いた育成工程、を有する化合物半導体単結晶の製造方法において、前記円筒状の結晶の回転数を、当該結晶の外径に対して規定し、前記育成工程では、前記規定した回転数で当該結晶を回転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が提供される。
【０００７】
この場合において、前記結晶の回転数は、該回転数の単位をｒｐｍ（ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｐｅｒ　ｍｉｎｕｔｅ）とし、前記結晶の外径の単位をインチとした場合に、前記ｒｐｍの値が、前記インチ径の値の２倍以上となるように規定するのが好ましい。
【０００８】
具体的には、例えば外径φ４インチの結晶を育成する場合は、その回転数を、
４×２＝８≦結晶回転数［ｒｐｍ］
となるように規定する。
【０００９】
【作用】
固液界面の形状は融液の対流に大きく影響されるところ、育成工程において結晶の回転数が適値となったとき、固液界面の周辺部へ向かう融液の対流が発生する。発明者の鋭意研究によれば、その対流が発生するときの回転数条件は、当該結晶の外径に依存することが判明した。そこで、結晶の回転数を当該結晶の外径に対して規定することにより、複雑な温度制御を要さずに、固液界面の周辺部（エッジ部）に向かう融液の対流を容易に構成できる。その対流によって、固液界面の周辺部の温度低下が防止されるから、結晶の外側の方が結晶の中心部よりも温度が低くなるといった事態を回避できる。その結果、固液界面は、融液側に凹面に成長してしまうことなく、単結晶を成長するのに理想的な形状となる。従って、転位の集中による多結晶化が回避され、高品質な単結晶を育成できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、化合物半導体単結晶の製造に使用する装置を示す。この化合物半導体単結晶製造装置は、チャンバ１内に、ルツボ（ＰＢＮルツボ）２と、結晶を引き上げるための引き上げ軸３とが配置されて構成されている。ルツボ２を取り囲むようにしてカーボンヒータ４が設けられている。ルツボ２は、ルツボ軸５によって回転可能に支持されている。
【００１１】
この装置においては、まずルツボ２内へ、原料６としてのガリウム（Ｇａ）及び砒素（Ａｓ）を、封止剤７としての三酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）と共に入れる。Ｂ２Ｏ３は、Ｇａ及びＡｓの揮発防止剤として機能する。そして、そのルツボ２をチャンバ１内にセットする。一方、引き上げ軸３の先端には、結晶の元となる種結晶８を取り付けておく。
【００１２】
次いで、チャンバ１内を真空にし、不活性ガス（例えば、アルゴン）を充填する。
【００１３】
その後、カーボンヒータ４に通電して、チャンバ１内の温度を昇温させ、ＧａとＡｓとを合成してＧａＡｓを生成する。その後、さらにチャンバ内を昇温させてＧａＡｓを溶解し、ルツボ２内にＧａＡｓからなる融液６を生成する。
【００１４】
続けて、引き上げ軸３と、ルツボ軸５とを回転方向が逆になるように回転させる。この状態で、引き上げ軸３をその先端に取り付けてある種結晶８がＧａＡｓ融液６に接触するまで下降させる。なお、引き上げ軸３の回転数は、ＣＰＵ等の図示せぬ制御部で制御することができる。
【００１５】
その後、種結晶を回転させながら、引き上げ軸３をゆっくりと引き上げることで、単結晶９を円筒状に成長させる（育成工程）。
【００１６】
以上の装置を用いて、外径がそれぞれ４インチ、５インチ、６インチの単結晶を育成した。このときインチ径別に、育成工程における結晶の回転数［ｒｐｍ］を当該インチ径の１倍、１．２倍、１．５倍、１．７倍、２．０倍、２．５倍、３．０倍とした各条件下における７種類の単結晶を育成し、それぞれについての歩留まりを調べた。その結果を表１に掲げる。
【００１７】
【表１】
2004099411.tif 000003
【００１８】
表１に掲げる通り、何れのインチ径においても単結晶の歩留まりは、該結晶の回転数が増大するにつれて、徐々に向上した。歩留まりは、結晶の回転数［ｒｐｍ］をインチ径の２．０倍とするまで上昇し、２．０倍以上の条件下では、歩留まりが一定に安定した。そこで、上記育成工程では、結晶の回転数［ｒｐｍ］を該結晶のインチ径の２．０倍以上とするのが好ましいと言える。歩留まりが高いということは、結晶の単結晶化率も高いことを示している。
【００１９】
これは、結晶９の回転数［ｒｐｍ］を当該結晶９のインチ径の２倍以上とすることにより、育成工程において、固液界面のエッジ部に向かう融液６の対流が構成され、その対流によって、固液界面の周辺部の温度低下が防止されるから、結晶９の外側の方が結晶９の中心部よりも温度が低くなるといった事態を回避でき、その結果、固液界面は、融液側に凹面に成長してしまうことなく、単結晶を成長するのに理想的な形状となるからであると考えられる。
【００２０】
そこで、引き上げ軸３の回転数を制御する制御部に、円筒状結晶９を育成するときの回転数［ｒｐｍ］を、該結晶９のインチ径の２倍以上に設定するだけで、従来の化合物半導体単結晶製造装置には、何ら設計変更を施すことなく、高品質な単結晶を容易に育成できるようになる。
【００２１】
なお、外径４インチの単結晶においては、該結晶の回転数［ｒｐｍ］をインチ径の２．０倍としたときに、９０％の歩留まりを実現できた。そこで、本発明は、特に外径４インチの単結晶に適用して好適であるといえる。
【００２２】
また、実施例で得た外径６インチの単結晶のストリエーション結果を調査したところ、回転数［ｒｐｍ］がインチ径の２．０倍以上で成長した単結晶の方が、固液界面の凸面の度合いが大きいことが判明した。従って、結晶９の回転数［ｒｐｍ］は、好ましくは当該結晶９のインチ径の２倍であり、より好ましくは２．５倍であり、より好ましくは３．０倍であると言える。
【００２３】
なお、実施の形態においては、本発明をＧａＡｓ単結晶の製造に適用したが、本発明は、ＧａＡｓ以外の材料（例えば、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族化合物）を用いたＬＥＣ法単結晶製造方法についても適用できる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、ＬＥＣ法を用いるに当たり、結晶の最適な回転数を見出すことにより、結晶の回転数を結晶径に関係なく一定の値に規定していた従来に比べると、理想的な固液界面形状を容易に形成することが可能となり、高品質の単結晶を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態に用いる化合物半導体単結晶製造装置を示す図。
【符号の説明】
１　チャンバ
２　ルツボ
３　引き上げ軸
４　カーボンヒータ（加熱手段）
５　ルツボ軸
６　ＧａＡｓ（融液）
７　Ｂ２Ｏ３（液体封止剤）
８　種結晶
９　結晶
【図１】
2004099411.tif 000004