(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が底部で８以上１５以下、開口部で３５以上５０以下で、直径が１０インチ以上のＰＢＮ製容器を準備するステップと、
不活性ガスを充填した耐圧容器内に前記ＰＢＮ製容器を収容するステップと、
前記ＰＢＮ製容器内に多結晶原料と液体封止剤を収納するステップと、
前記ＰＢＮ製容器を加熱して前記多結晶原料を原料融液とするステップと、
前記原料融液に種結晶を接触させて単結晶を成長させるステップとを備えた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】
前記ＰＢＮ製容器を準備するステップは、前記Ｘ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が底部から開口部にかけて次第に大きくなるように設定して行う請求項１記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項３】
化合物半導体単結晶の製造に用いられるＰＢＮ製容器において、
厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が底部で８以上１５以下、開口部で３５以上５０以下、直径が１０インチ以上に設定された構成を有することを特徴とするＰＢＮ製容器。
【請求項４】
前記Ｘ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値は、底部から開口部にかけて次第に大きくなるように設定された構成の請求項３記載のＰＢＮ製容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は化合物半導体単結晶の製造方法およびそれに用いられるＰＢＮ製容器に関し、特に、直径１０インチ以上のＰＢＮ製容器を用いても良好な化合物半導体単結晶を得られる再現性、収率を向上させた化合物半導体単結晶の製造方法およびそれに用いられるＰＢＮ製容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な化合物半導体単結晶の製造方法として、例えば、多結晶原料を収容したＰＢＮ（Ｐｙｒｏｌｉｔｉｃ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ：熱分解窒化ホウ素）製容器（るつぼ）を不活性ガスを充填した耐圧容器内に配置し、ＰＢＮ製容器を加熱して多結晶原料を原料融液とし、種結晶を原料融液に接触させつつ種結晶とＰＢＮ製容器を相対的に移動させて単結晶を成長させるＬＥＣ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ  Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ：液体封止チョクラルスキー）法がある。ＬＥＣ法において、ＰＢＮ製容器は化合物半導体単結晶の成長を行う高温時にもその原料化合物と反応せず、ＰＢＮ自体の純度が高い等の利点を有していることから欠かせないものになっている。
【０００３】
ところで、ＬＥＣ法による化合物半導体単結晶の製造方法では、ＰＢＮ製容器の特性が化合物半導体単結晶の成長条件の再現性を左右する要因に大きく関係しており、歩留まりの向上を図る上でＰＢＮ製容器の特性改善が要望されている。
【０００４】
ＰＢＮ製容器の特性改善を図った、ＬＥＣ法による従来の化合物単結晶の製造方法として、例えば、特許第２９３７０００号に示されるものがある。
【０００５】
この化合物半導体単結晶の製造方法では、以下の条件を満足するＰＢＮ製容器を使用して行っている。
（１）ＰＢＮ製容器を構成するＰＢＮ板の厚さ方向に垂直な面で測定した（００２）面と（１００）面のＸ線回折積分強度比：｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が８〜３０の範囲である。
（２）ＰＢＮ製容器を構成するＰＢＮ板の厚さ方向に垂直な面で測定した（００２）面と（１００）面のＸ線回折積分強度比：｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が、底部から開口部にかけて徐々に大きくなっている。
【０００６】
ところが、最近になって化合物半導体ウェーハの需要が大サイズ化し、これに伴い化合物半導体単結晶の径も４〜６インチが主流になってきている。このため、ＰＢＮ製容器も収納する原料融液の関係から直径１０インチ以上のものが用いられるようになってきている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の化合物半導体単結晶の製造方法によると、直径が１０インチ以上のＰＢＮ製容器を用いた場合、良好な化合物半導体単結晶が得られる再現性、収率に差が生じるという問題がある。
【０００８】
従って、本発明の目的は直径が１０インチ以上のＰＢＮ製容器を用いた場合でも、良好な化合物半導体単結晶が得られる再現性、収率を向上させることができる化合物半導体単結晶の製造方法およびそれに用いられるＰＢＮ製容器を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が底部で８以上１５以下、開口部で３５以上５０以下で、直径が１０インチ以上のＰＢＮ製容器を準備するステップと、不活性ガスを充填した耐圧容器内に前記ＰＢＮ製容器を収容するステップと、前記ＰＢＮ製容器内に多結晶原料と液体封止剤を収納するステップと、前記ＰＢＮ製容器を加熱して前記多結晶原料を原料融液とするステップと、前記原料融液に種結晶を接触させて単結晶を成長させるステップとを備えたことを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法を提供するものである。
【００１０】
また、本発明は上記の目的を達成するため、化合物半導体単結晶の製造に用いられるＰＢＮ製容器において、厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が底部で８以上１５以下、開口部で３５以上５０以下、直径が１０インチ以上に設定された構成を有することを特徴とするＰＢＮ製容器を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の化合物半導体単結晶の製造方法およびそれに用いられるＰＢＮ製容器について詳細に説明する。
【００１２】
本発明の第１の実施の形態に係る化合物半導体単結晶の製造方法は、まず、高温炉内に収容されるＰＢＮ製容器（るつぼ）として、直径が１０インチ以上で、以下の（１）〜（３）の条件を満足するものを準備する。
（１）厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が８〜５０である。
（２）厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が底部から開口部にかけて次第に大きくなっている。
（３）厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が、底部で１５以下（８〜１５）、開口部で３５以上（３５〜５０）である。
【００１３】
ここで、ＰＢＮ製容器を構成するＰＢＮ板のＸ線回折積分強度を求めた測定条件は、以下の通りである。
0003788156.tif 000002
【００１４】
次に、高温炉内のＰＢＮ製容器の中にＧａＡｓ等の多結晶原料とＢ2 Ｏ3 等の液体封止剤を収容し、高温炉内を真空排気する。
【００１５】
この後、高温炉内を窒素，アルゴン等の不活性ガスで、例えば、４０気圧程度に加圧すると共に、高温炉内に配置されたヒータでＰＢＮ製容器を加熱する。このとき、例えば、ＰＢＮ製容器の内部の温度が５００℃に達すると、液体封止剤が融解し、これによって多結晶原料が液体封止剤によって被覆される。
【００１６】
引き続きＰＢＮ製容器を加熱して、ＰＢＮ製容器の内部の温度を、例えば、１２３８℃以上とすると、ＰＢＮ製容器の内部の多結晶原料が融解し、原料融液となる。
【００１７】
この後、高温炉内を、例えば、５〜２０気圧に減圧した後、種結晶を降下させ、その先端を原料融液に浸して種付けを行う。その後、ヒータの温度を下げながら、種結晶を所定の速度で引き上げていき、結晶重量に基づいてヒータの出力を制御してＧａＡｓ等の化合物単結晶を成長させる。
【００１８】
以上の実施の形態では、使用するＰＢＮ製容器において、厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値およびその分布範囲等について規定している。しかし、ＰＢＮ製容器の特性として、化合物半導体単結晶を再現性良く得るのに最も決定的な要因は基本的には熱流の問題と考えられるため、ＰＢＮ製容器の特性を熱伝導率等で規定するのが本筋であるが、熱伝導率は測定が容易ではなく、かつ測定を破壊検査によって行わなければならない。熱伝導率（ここでの熱伝導率はＰＢＮ板の厚さ方向に垂直な面で測定した値）とＰＢＮ板の厚さ方向に垂直な面で測定したＸ線回折積分強度比の関係は、ほぼ比例関係にあり、熱伝導率が大きくなるとＸ線回折積分強度比も大きくなり、熱伝導率が小さくなるとＸ線回折積分強度比も小さくなる。よって、測定が容易で熱伝導率と密接な関係があり、非破壊検査で測定可能なＸ線回折積分強比でＰＢＮ製容器の特性を規定している。
【００１９】
上記第１の実施の形態における（１）〜（３）の条件は、これらを同時に満たすＰＢＮ製容器を用いた場合に良好な化合物半導体単結晶の得られる再現性が最も高くなるという知見に基づくものである。
【００２０】
すなわち、使用するＰＢＮ製容器の厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が８以下、５０以上の場合は、種付け部から結晶成長最終部まで全域単結晶（以下、Ａｌｌ  Ｓｉｎｇｌｅという）である良好な化合物半導体単結晶を得られる再現性、収率が低い。また、使用するＰＢＮ製容器の厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が８〜５０の条件を満たす場合であっても厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が底部から開口部にかけて次第に大きくなっていない場合は、該条件を満たすＰＢＮ製容器を使用した場合に比較し、良好な化合物半導体単結晶を得られる再現性、収率が低い。また、使用するＰＢＮ製容器の厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が８〜５０であり、かつ厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が底部から開口部にかけて次第に大きくなる条件を満たす場合であってもＸ線回折積分強度比の値が底部で１５以下、開口部で３５以上になっていない場合は、該条件を満たすＰＢＮ製容器を使用した場合に比較し、良好な化合物半導体単結晶を得られる再現性、収率が低い。なお、以上の実施の形態では、引上法に属する方法について説明したが、温度勾配法に属する方法に適用しても同様な効果を得ることができる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の方法をＧａＡｓ単結晶の製造に適用した場合の実施例について説明する。
【００２２】
【実施例１】
厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が８〜５０で、Ｘ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が底部から開口部にかけて徐々に大きくなり、かつＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が、底部で１５以下、開口部で３５以上の直径１４インチのＰＢＮ製容器を準備して高温炉内に配置し、第１の実施の形態に準じた方法で直径６インチ、結晶長さ３５０ｍｍの結晶成長を１００回実施した。その結果、９５％以上に達する収率でＡｌｌ  Ｓｉｎｇｌｅが得られた。また、直径１４インチ以外のＰＢＮ製容器を用いた場合でも、Ｘ線回折積分強度比の値が上記条件を満たす場合には、同様の結果であった。
【００２３】
【参考例１】
厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が８〜５０の範囲であるが、Ｘ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が底部から開口部にかけて次第に大きくなっていない直径１４インチのＰＢＮ製容器を準備して高温炉内に配置し、第１の実施の形態に準じた方法で直径６インチ、結晶長さ３５０ｍｍの結晶成長を２０回実施した。その結果、４５％の収率でＡｌｌ  Ｓｉｎｇｌｅが得られた。
【００２４】
【参考例２】
厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が８〜５０の範囲であり、Ｘ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が底部から開口部にかけて次第に大きくなっているが、Ｘ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が底部で１５以上の直径１４インチのＰＢＮ製容器を準備して高温炉内に配置し、第１の実施の形態に準じた方法で直径６インチ、結晶長さ３５０ｍｍの結晶成長を２０回実施した。その結果、６０％の収率でＡｌｌ  Ｓｉｎｇｌｅが得られた。
【００２５】
【参考例３】
厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が８〜５０の範囲であり、Ｘ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が底部から開口部にかけて次第に大きくなっているが、Ｘ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が３５以下のＰＢＮ製容器を準備して高温炉内に配置し、第１の実施の形態に準じた方法で直径６インチ、結晶長さ３５０ｍｍの結晶成長を２０回実施した。その結果、６０％の収率でＡｌｌ  Ｓｉｎｇｌｅが得られた。
【００２６】
【比較例１】
厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が８以下である直径１４インチのＰＢＮ製容器を準備して高温炉内に配置し、第１の実施の形態に準じた方法で直径６インチ、結晶長さ３５０ｍｍの結晶成長を２０回実施した。その結果、Ａｌｌ  Ｓｉｎｇｌｅが得られた収率は４０％に達しなかった。
【００２７】
【比較例２】
厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が５０以上である直径１４インチのＰＢＮ製容器を準備して高温炉内に配置し、第１の実施の形態に準じた方法で直径６インチ、結晶長さ３５０ｍｍの結晶成長を２０回実施した。その結果、Ａｌｌ
Ｓｉｎｇｌｅが得られた収率は４０％に達しなかった。
【００２８】
上記実施例１、参考例１〜３および比較例１、２の結果を総合すると、厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が８〜５０の範囲であり、Ｘ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が底部から開口部にかけて次第に大きくなっており、更にＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が、底部で１５以下（８〜１５）、開口部で３５以上（３５〜５０）である、という３つの条件を満足するＰＢＮ製容器を使用して化合物半導体単結晶を製造した場合、化合物半導体単結晶を得られる再現性、収率を最も向上できることが分かる。
【００２９】
なお、以上の実施例では、ＧａＡｓ単結晶の製造について説明したが、ＩｎＰ単結晶，ＧａＰ単結晶，ＩｎＡｓ単結晶等の製造に適用しても同様な効果が得られる。
【００３０】
また、本発明の方法で得られる化合物半導体単結晶は、Ａｌｌ  Ｓｉｎｇｌｅの確率が高いだけではなく、従来の方法で得られた化合物半導体単結晶に比べ、転位の集積部が少ない傾向にある。これは温度分布がより精密に制御されたことに基づくと考えられる。従って、本発明で得られる化合物半導体ウェーハを用いて素子を形成した場合、転位に基づく素子歩留まりの低下を防止することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によると、厚さ方向に垂直な面で測定した（１００）面と（００２）面のＸ線回折積分強度比｛Ｉ（００２）／Ｉ（１００）｝の値が８〜５０に設定されたＰＢＮ製容器を用いて化合物半導体単結晶を製造するため、直径が１０インチ以上のＰＢＮ製容器を用いた場合でも、良好な化合物半導体単結晶が得られる再現性、収率を向上させることができる。