(57)【要約】      （修正有）【課題】熱歪みを緩和してクラックを抑制することができる化合物半導体単結晶製造方法を提供する。【解決手段】高圧容器２内にルツボ４とヒータ６を配置し、ルツボ４内の化合物原料融液３に種結晶８を接触させた後、ヒータ６の出力を調整しつつ種結晶８を上昇させることにより、種結晶８の下に結晶９を成長させる化合物半導体単結晶製造方法において、成長された結晶９の成長方向の温度勾配が−１５℃／ｃｍより緩やかとなるようにして結晶成長を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧容器内にルツボとヒータを配置し、ルツボ内の化合物原料融液に種結晶を接触させた後、上記ヒータの出力を調整しつつ種結晶を上昇させることにより、種結晶の下に結晶を成長させる化合物半導体単結晶製造方法において、成長された結晶の成長方向の温度勾配が−１５℃／ｃｍより緩やかとなるようにして結晶成長を行うことを特徴とする化合物半導体単結晶製造方法。
【請求項２】
成長された結晶が上記ルツボの外周壁を高さで超えないようにすることを特徴とする請求項１記載の化合物半導体単結晶製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱歪みを緩和してクラックを抑制することができる化合物半導体単結晶製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＣ(Liquid Encapsulated Czochralski)法でのＧａＡｓ（砒化ガリウム）単結晶の製造方法の一例を説明する。ＰＢＮ(Pyrolitic Boron Nitride)製のルツボにＧａＡｓ多結晶２５０００ｇ、液体封止材としてＢ2Ｏ3（三酸化硼素）２０００ｇをルツボに入れ、このルツボを圧力容器に収納し、この圧力容器内の圧力が０．９ＭＰａになるように、不活性ガスを充填する。ヒータによりルツボを加熱することで、Ｂ2Ｏ3、ＧａＡｓ多結晶を融解させ、種結晶下端と融液の接触面の温度を調整することにより、種付けし、ヒータの出力を調整しながら種結晶下端と融液の接触面を固化させた後、種結晶が取り付けてある引き上げ軸を一定の速度で回転させながら上昇させる。このようにして、結晶成長を行う。
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１８０７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＥＣ法によるＧａＡｓ単結晶の製造上の問題として、急峻な温度勾配環境下でＧａＡｓ単結晶にクラックが生じることが挙げられ、これによって製品歩留まりが大きく低下する。
【０００５】
クラックは、結晶固化後における結晶の成長方向（長手方向）の急峻な温度勾配に伴う熱歪みにより発生する。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、熱歪みを緩和してクラックを抑制することができる化合物半導体単結晶製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、高圧容器内にルツボとヒータを配置し、ルツボ内の化合物原料融液に種結晶を接触させた後、上記ヒータの出力を調整しつつ種結晶を上昇させることにより、種結晶の下に結晶を成長させる化合物半導体単結晶製造方法において、成長された結晶の成長方向の温度勾配が−１５℃／ｃｍより緩やかとなるようにして結晶成長を行うものである。
【０００８】
成長された結晶が上記ルツボの外周壁を高さで超えないようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１０】
（１）熱歪みを緩和してクラックを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１２】
図１に示されるように、本発明に係る化合物半導体単結晶製造方法を実施するＬＥＣ法ＧａＡｓ単結晶製造装置１は、高圧容器２と、化合物原料であるＧａＡｓ及びその融液であるＧａＡｓ融液３を入れるＰＢＮルツボ（以下、単にルツボ）４と、そのルツボ４を支持するルツボ軸５と、ルツボ４を外周側から加熱するために、ルツボ４の周囲に配置されたヒータ６と、化合物原料と共にルツボ４に投入される液体封止材であるＢ2Ｏ3７と、ルツボ４の中央部に上方から臨み、結晶の元となる種結晶８を保持すると共に、回転しつつ上昇することにより、種結晶８から成長される化合物半導体単結晶であるＧａＡｓ単結晶９を引き上げる引上軸（シード軸）１０とを備える。
【００１３】
このＬＥＣ法ＧａＡｓ単結晶製造装置１において、ヒータ６の出力を制御しルツボ４を加熱することで、Ｂ2Ｏ3、ＧａＡｓ多結晶を融解させると共に、種結晶８の先端と融液との接触面の温度を調整し、接触面を固化させ徐々にＧａＡｓ単結晶９の結晶径を太らせながら結晶肩部を形成する。所望の外径のＧａＡｓ単結晶９を形成するために必要な結晶肩部が形成されたら、種結晶８が取り付けてある引上軸１０を一定の速度で回転させながら、上昇させる。このとき、ヒータ６の出力や引き上げ速度を制御することで、ＧａＡｓ単結晶９の外径を一定に保つ外径制御を行う。
【００１４】
本発明にあっては、成長された結晶９の成長方向の温度勾配が−１５℃／ｃｍより緩やかとなるようにして結晶成長を行う。その具体的方法は、成長された結晶９がルツボ４の外周壁を高さで超えないようにすることである。
【００１５】
本発明における「ルツボ高さ」とは、図１に示す通り、種結晶８とＧａＡｓ融液３の液面との接触位置の高さからルツボ４の外周壁１１の最上部の高さまでを指す。
【００１６】
図２に示されるように、成長された結晶９の成長方向の温度分布は、ＧａＡｓ融液３の液面に接している下端が最も温度が高く、その下端からルツボ４の外周壁１１と同じ高さまでは、位置が高くなるにしたがい緩やかに温度が下がり、ルツボ４の外周壁１１の高さから上にある部分では位置が高くなると急峻に温度が下がる。
【００１７】
図２には、位置（あるいは成長された結晶９の成長方向の長さ）を示す数値も温度を示す数値もないが、図中の「ルツボ高さ」を超えない位置、すなわちルツボ４の外周壁１１より下では成長された結晶９の成長方向の温度勾配が−１５℃／ｃｍより緩やかであり、「ルツボの高さ」を超える位置、すなわちルツボ４の外周壁１１より上では成長された結晶９の成長方向の温度勾配が−１５℃／ｃｍより急峻である。よって、成長された結晶９がルツボ４の外周壁１１の高さを超えないようにすれば、成長された結晶９の成長方向の温度勾配が−１５℃／ｃｍより緩やかとなる。
【００１８】
本発明は、成長された結晶９の成長方向の温度勾配が−１５℃／ｃｍより緩やかとなるようにして結晶成長を行うことにより、熱歪みを緩和してクラックを抑制することができる。その理由は、以下の実施例により明らかにする。
【実施例】
【００１９】
実施例１）ＰＢＮ製のルツボ４にＧａＡｓ多結晶３００００ｇとＢ2Ｏ3２０００ｇを入れ、このルツボ４を高圧容器２に収納し、高圧容器２内の圧力が０．９ＭＰａになるように不活性ガスを充填し、ヒータ６により加熱することで、原料であるＧａＡｓ多結晶と、封止材Ｂ2Ｏ3を融解させる。本発明では、成長開始時の「ルツボ高さ」を所望の高さとするためにルツボ内に入れるＧａＡｓ多結晶の必要量をあらかじめ求めておくとよい。本実施例では成長開始時の「ルツボ高さ」を３００ｍｍとするために、上記の通りルツボ内にＧａＡｓ多結晶３００００ｇ入れることとした。そして、本実施例では上記した製造方法を用いて、結晶径φ１３０ｍｍ、結晶長３００ｍｍのＧａＡｓ単結晶９を製造した。
【００２０】
上記実施例１の条件で２０本のＧａＡｓ単結晶９を製造した結果、クラック発生率は０％であった。
【００２１】
実施例２〜４、比較例１〜７）上記実施例１とは、ルツボ高さの条件のみ変更し、他の条件は同じにして同様に２０本のＧａＡｓ単結晶９を製造し、クラック発生率を調べた。その結果を表１にまとめた。また、製造中におけるＧａＡｓ単結晶９の成長方向の温度勾配を測定し、その最大温度勾配を表１に併記した。さらに、図３に、表１をグラフ化して示した。
【００２２】
なお、「ルツボ高さ」は、図２に示した通り、ＧａＡｓ融液３の液面から外周壁１１の最高部までの距離を言う。結晶長は、図２に示した通り、ＧａＡｓ融液３の液面に接している下端から種結晶８に接している上端までを言う。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１、図３に示されるように、ルツボ高さが５０〜３０ｃｍまでの実施例１〜４では、最大温度勾配が−１５℃／ｃｍより緩やかであり、クラックの発生は見られなかった。しかし、ルツボ高さが２８ｃｍ以下となる比較例１〜７では、最大温度勾配が−１５℃／ｃｍより急峻で、クラック発生率が高く、ルツボ高さが低くなるほど、最大温度勾配がいっそう急峻になり、クラック発生率が高まる。
【００２５】
このように、実施例１〜４のように、ルツボ高さが結晶長３００ｍｍよりも大きいとき、ＧａＡｓ単結晶９の成長方向の温度勾配が−１５℃／ｃｍより緩やかとなるため、クラック発生率を０％にすることができる。比較例１〜７のように、ルツボ高さが結晶長３００ｍｍよりも小さいとき、ＧａＡｓ単結晶９の成長方向の温度勾配が−１５℃／ｃｍより急峻となるため、クラック発生率が顕著に高くなる。
【００２６】
なお、上記の実施例では、結晶長を一定とし、これに応じてルツボ高さを本発明の条件に合うようにしたが、ルツボ高さを一定とし、これに応じて結晶長を本発明の条件に合うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態を示すＬＥＣ法ＧａＡｓ単結晶製造装置の構成図である。
【図２】成長された結晶の成長方向の温度分布のイメージを示す図である。
【図３】晶長を一定とした場合のルツボ高さに対する最大温度勾配・クラック発生率特性図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  ＬＥＣ法ＧａＡｓ単結晶製造装置
２  高圧容器
３  ＧａＡｓ融液
４  ＰＢＮルツボ（ルツボ）
５  ルツボ軸
６  ヒータ
７  液体封止材（Ｂ2Ｏ3）
８  種結晶
９  ＧａＡｓ単結晶
１０  引上軸
１１  外周壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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