專利名稱：化合物半導(dǎo)體單晶的制造方法和晶體生長裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化合物半導(dǎo)體單晶的制造方法和晶體生長裝置，特別地涉及采用液封直拉(LEC)法制造例如ZnTe系化合物半導(dǎo)體單晶的方法以及適用于晶體生長裝置并有用的技術(shù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，ZnTe系化合物半導(dǎo)體單晶作為可利用于純綠色光的發(fā)光元件的晶體而被期待。最近，為了進(jìn)一步提高作為光發(fā)光元件的發(fā)光特性，進(jìn)行著提高晶體的導(dǎo)電性的研究，作為其方法，在晶體中添加磷和砷等雜質(zhì)的方法被進(jìn)行。
對此，例如如垂直布里奇曼(VB)法或垂直溫度梯度緩冷(VGF)法那樣，能夠在晶體生長時添加雜質(zhì)的生長方法被利用。
可是，采用VB法和VGF法的ZnTe系化合物半導(dǎo)體單晶的制造，在能夠生生長型的晶體的另一面，由于在用密封劑覆蓋的狀態(tài)下冷卻并生長晶體，因此屢次發(fā)生因密封劑和生長晶體的熱膨脹差而使得晶體開裂的事情。
于是，本發(fā)明人等提出了這樣的技術(shù)利用與VB法和VGF法同樣，能夠在晶體生長時添加雜質(zhì)的液封直拉(LEC)法，使大型的ZnTe化合物半導(dǎo)體單晶生長的技術(shù)(特愿2002-249963號)。
上述在先技術(shù)是使用雙重坩堝結(jié)構(gòu)的晶體生長裝置采用LEC法使晶體生長的，一邊保持生長晶體的表面被密封劑覆蓋的狀態(tài)，一邊使晶體生長，直到晶體生長終了。據(jù)此，由于能夠抑制構(gòu)成成分從生長晶體的表面蒸發(fā)，防止生長晶體的結(jié)晶性惡化，因此能夠使品質(zhì)優(yōu)異的單晶生長。
上述在先申請技術(shù)中，通過沿內(nèi)坩堝的內(nèi)壁使晶體生長，在不使用大量的密封劑的情況下，能夠用密封劑覆蓋生長晶體的表面，直到晶體生長終了。
可是，即使用密封劑覆蓋生長晶體的表面，也并不能夠充分地抑制生長晶體的構(gòu)成成分分解，也有生長晶體的構(gòu)成成分蒸發(fā)的可能性。
于是，本發(fā)明是可適用于利用了LEC法的晶體生長法的技術(shù)，其目的是，提供容易地防止生長晶體的構(gòu)成成分蒸發(fā)、能夠以優(yōu)異的晶體品質(zhì)生生長型的ZnTe系化合物半導(dǎo)體單晶的化合物半導(dǎo)體單晶的制造方法和晶體生長裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了達(dá)到上述目的，提供化合物半導(dǎo)體單晶的制造方法在由有底圓筒形的第1坩堝、配置在該第1坩堝內(nèi)側(cè)并在底部設(shè)置了與上述第1坩堝的連通孔的第2坩堝構(gòu)成的原料熔融液盛裝部盛裝半導(dǎo)體原料和密封劑，利用設(shè)置了可將在頂端具有晶種夾持部的晶體提拉軸導(dǎo)入到上述第2坩堝的貫通口的板狀部件，蓋在上述第2坩堝上，形成上述第2坩堝內(nèi)的氣氛幾乎不變化的狀態(tài)，加熱上述原料盛裝部熔融原料，使上述晶體提拉軸降下，使上述原料熔融液表面接觸晶種，一邊使該晶體提拉軸上升一邊使晶體生長(所謂的LEC法)。
在此，第2坩堝內(nèi)的氣氛幾乎不變化的狀態(tài)，是完全密閉的狀態(tài)、或者雖然有少許的間隙但基本上視作密閉的狀態(tài)，意指是氣氛中的構(gòu)成成分和其蒸汽壓幾乎不變化的狀態(tài)。
由此，生長晶體在第2坩堝內(nèi)被提拉，在生長進(jìn)行的同時，晶體表面從密封劑露出，但由于第2坩堝內(nèi)大體為密閉結(jié)構(gòu)，因此能夠有效地抑制構(gòu)成成分從生長晶體表面蒸發(fā)。因此，能夠制造晶體表面沒有分解的高品質(zhì)的化合物半導(dǎo)體單晶。而且，由于采用LEC法能夠在晶體生長中容易地添加雜質(zhì)，因此能夠制造以所制造的單晶為基體并具有所要求的特性的發(fā)光元件等半導(dǎo)體元件。
再者，對于在提拉生長晶體的同時，生長晶體的表面從密封劑露出的一般的LEC法，由于能夠抑制生長晶體的構(gòu)成成分蒸發(fā)，因此能夠制造晶體缺陷少的高品質(zhì)的單晶。
另外，上述板狀部件以被該晶體提拉軸插入的狀態(tài)不能脫落的方式安裝在上述晶體提拉軸上，伴隨上述晶體提拉軸降下，被上述第2坩堝的側(cè)壁上端支承，成為蓋。
由此，能夠可靠且容易地通過板狀部件將晶體提拉軸導(dǎo)入到第2坩堝內(nèi)，與此同時，能夠容易地從第2坩堝取出生長晶體。
作為其他的方法，例如，將設(shè)置了貫通口的板狀部件蓋在第2坩堝上部，預(yù)先固定好，從板狀部件的上部降下晶體提拉軸，通過貫通口導(dǎo)入到第2坩堝內(nèi)的方法也被考慮，但在該方法中，如果貫通口的中心和晶體提拉軸的中心沒有相當(dāng)?shù)木_度，則有晶體提拉軸與板狀部件碰撞、兩者破損的憂慮。另外，估計貫通口和晶體提拉軸的中心的偏差，增大貫通口的直徑與晶體提拉軸的直徑之差也被考慮，但第2坩堝內(nèi)就遠(yuǎn)非密閉結(jié)構(gòu)，因此有生長晶體的構(gòu)成成分蒸發(fā)之憂慮。另外，當(dāng)在第2坩堝上固定蓋時，由于在取出生長晶體時必須取下蓋，因此單晶的生產(chǎn)率降低。
在本發(fā)明中，能夠不擔(dān)心發(fā)生這樣的問題、并容易地將第2坩堝制成半密閉結(jié)構(gòu)。另外，由于伴隨晶體提拉軸的上升，板狀部件也直接地從內(nèi)坩堝取下，因此能夠容易地取出生長晶體。
另外，本發(fā)明的晶體生長裝置，是至少具有可密閉的外側(cè)容器、配置于該外側(cè)容器的內(nèi)側(cè)的有底圓筒形的第1坩堝、在配置于該第1坩堝內(nèi)側(cè)的狀態(tài)下在底部設(shè)置了與上述第1坩堝的連通孔的第2坩堝、在頂端具有晶種夾持部的晶體提拉軸、具有可將上述晶體提拉軸導(dǎo)入到上述第2坩堝的貫通口、并成為上述第2坩堝的蓋的板狀部件的裝置。
根據(jù)這樣的晶體生長裝置，由于在晶體生長中第2坩堝大抵密閉，因此能夠有效地抑制構(gòu)成成分從生長晶體表面蒸發(fā)，能夠制造晶體缺陷少的高品質(zhì)的單晶。
而且，上述板狀部件預(yù)先被上述晶體提拉軸插入，在上述晶體提拉軸上設(shè)置了防止上述板狀部件脫落的防脫落部件。例如，可使安裝于晶體提拉軸的頂端的晶種夾持部兼有作為防脫落部件的功能。
另外，上述板狀部件希望是石英制玻璃板。由此，板狀部件的構(gòu)成元素蒸發(fā)、或生長晶體的品質(zhì)惡化的可能性變小。
另外，通過使設(shè)于上述板狀部件的貫通口的直徑和上述晶體提拉軸的直徑之差為1mm或以下，能夠有效地將第2坩堝制成半密閉結(jié)構(gòu)。
附圖的簡單說明圖1是在本發(fā)明的實施方案中使用的晶體生長裝置的概略構(gòu)成圖。
圖2是表示ZnTe化合物半導(dǎo)體單晶的生長過程的說明圖。
發(fā)明的
具體實施例方式
以下基于


本發(fā)明的優(yōu)選的實施方案。
圖1是有關(guān)本實施方案的晶體生長裝置的概略構(gòu)成圖。
本實施方案的晶體生長裝置100，采用高壓容器1、在其內(nèi)部與高壓容器同心地配置的絕熱材料2和加熱器3、在高壓容器1的中央部垂直地配置的旋轉(zhuǎn)軸4、在旋轉(zhuǎn)軸4的上端配置的基座13、與基座嵌合的有底圓筒狀的pBN制的外坩堝(第1坩堝)5、在外坩堝5的內(nèi)側(cè)配置的pBN制的內(nèi)坩堝(第2坩堝)6、在內(nèi)坩堝6的上方垂直地設(shè)置并在下端具備固定晶種9的晶種夾持器8的旋轉(zhuǎn)提拉軸7、被旋轉(zhuǎn)提拉軸7插入并被晶種輔助夾具8不可脫落地保持的石英制玻璃板10構(gòu)成。
內(nèi)坩堝6在底面具有與外坩堝5連通的連通孔6a，通過該連通孔原料熔融液12可從外坩堝5移動到內(nèi)坩堝6中。再者，內(nèi)坩堝6通過適當(dāng)?shù)膴A持器(未圖示)固定在外坩堝5或者其他的夾具上。
另外，旋轉(zhuǎn)提拉軸7與配置于高壓容器1的外部的驅(qū)動部(未圖示)連結(jié)，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)提拉機構(gòu)。旋轉(zhuǎn)軸4與配置于高壓容器1的外部的驅(qū)動部(未圖示)連結(jié)，構(gòu)成坩堝旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，與此同時，構(gòu)成基座升降機構(gòu)。再者，旋轉(zhuǎn)提拉軸7和坩堝旋轉(zhuǎn)軸4的旋轉(zhuǎn)以及升降移動的運動分別獨立地設(shè)定·控制。
而且，在石英制玻璃板10的中心設(shè)置了比旋轉(zhuǎn)提拉軸7的直徑稍大的貫通口，在該貫通口插入旋轉(zhuǎn)提拉軸7。例如，希望貫通口的直徑和旋轉(zhuǎn)提拉軸7的直徑之差為1mm或以下。這是因為，當(dāng)過于增大貫通口的直徑時，旋轉(zhuǎn)提拉軸7與石英制玻璃板10的間隙變大，因此密閉內(nèi)坩堝6的功能降低。
使用上述的晶體生長裝置，采用液封直拉法，一邊使從晶種生長的單晶棒旋轉(zhuǎn)一邊提拉，能夠在其下端生長高純度的單晶。
其次，對于使用晶體生長裝置100，制造作為化合物半導(dǎo)體的一例的ZnTe化合物半導(dǎo)體單晶的方法進(jìn)行具體地說明。圖2是表示ZnTe化合物半導(dǎo)體單晶的生長過程的說明圖。
在本實施方案中，作為外坩堝5使用內(nèi)徑Φ100mm×高100mm×壁厚1mm的pBN制坩堝，作為內(nèi)坩堝6使用內(nèi)徑Φ54mm×高100mm×壁厚1mm的pBN制坩堝。另外，在內(nèi)坩堝6的底面在中心部形成直徑Φ10mm的連通孔6a。
另外，旋轉(zhuǎn)提拉軸7的直徑為Φ12mm，在石英制玻璃板10上設(shè)置的貫通口的直徑為Φ13mm。
首先，將作為原料的純度6N的Zn和6N的Te在外坩堝5和內(nèi)坩堝內(nèi)按Zn和Te為等摩爾比的方式加入合計1.5kg，將其上面用400g的密封劑(B2O3)11覆蓋，使密封劑層的厚度達(dá)到35mm。
其次，將外坩堝5和內(nèi)坩堝6配置在基座13上，用惰性氣體(例如Ar)充滿高壓容器1內(nèi)，調(diào)整成所規(guī)定的壓力。此時，內(nèi)坩堝6用夾持器固定，使得原料通過加熱器2熔化后，形成以距液面20mm的深度浸漬在原料熔融液中的狀態(tài)。
再者，伴隨晶體生長，原料熔融液緩慢減少，但通過旋轉(zhuǎn)軸4的升降驅(qū)動，使基座13(外坩堝5)上升，由此控制內(nèi)坩堝6的浸漬狀態(tài)。例如，內(nèi)坩堝6在以離原料熔融液的波面10mm-40mm的范圍浸漬的狀態(tài)下保持。
然后，一邊用密封劑壓蓋原料表面，一邊使用加熱器2在規(guī)定的溫度下加熱，熔化Zn和Te，直接合成，在熔化了原料的狀態(tài)下保持一定時間。
其次，如圖2(a)所示，使保持了晶種9的旋轉(zhuǎn)提拉軸7下降。此時，石英制玻璃板10由于只被晶種夾持器8支承，因此與旋轉(zhuǎn)提拉軸一起下降。在此，晶種使用了晶體取向為(100)的ZnTe晶體。另外，為了防止晶種9分解，用鉬制的殼(未圖示)覆蓋晶種。
然后，如圖2(b)所示，石英制玻璃板10到達(dá)內(nèi)坩堝6的側(cè)壁后，石英制玻璃板10被內(nèi)坩堝6支承，因此只有旋轉(zhuǎn)提拉軸7導(dǎo)入到內(nèi)坩堝6內(nèi)。
接著，使晶種與原料熔融液的表面接觸后，以1-2rpm的轉(zhuǎn)速使旋轉(zhuǎn)提拉軸7旋轉(zhuǎn)，一邊以2.5mm/h的速度提拉一邊形成了晶體的肩部。進(jìn)一步地，形成了晶體的肩部后，以1-5rpm使坩堝旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，一邊以2.5mm/h的速度提拉一邊形成了主體部。此時，如圖2(c)所示，生長晶體10的主體部的直徑與內(nèi)坩堝6的內(nèi)徑大體相同，因此不通過提拉速度和坩堝或提拉軸的旋轉(zhuǎn)速度來進(jìn)行精細(xì)的直徑控制，就能夠容易地得到所要求的直徑的單晶。
晶體生長終了后，只冷卻規(guī)定的時間后，如圖2(d)所示，使旋轉(zhuǎn)提拉軸7上升，取出了生長晶體。此時，由于石英制玻璃板10被晶種夾持器8支承，直接地上升，因此能夠容易地取出生長晶體。
如以上那樣，進(jìn)行液封直拉法的晶體生長，在晶體生長后從密封劑11分離生長晶體10，得到?jīng)]有裂紋的ZnTe化合物半導(dǎo)體單晶。得到的ZnTe化合物半導(dǎo)體單晶，沒有在用通常的LEC法育成的晶體上可見的表面的分解，并具有光澤面。這是因為，由于內(nèi)坩堝6被石英制玻璃板10密閉，因此內(nèi)部的氣氛狀態(tài)幾乎不變化，能夠防止生長晶體分解并蒸發(fā)。
另外，生長的晶體的大小為直徑Φ54mm×長60mm，能夠?qū)崿F(xiàn)過去認(rèn)為困難的ZnTe系化合物半導(dǎo)體單晶的大型化。
以上基于實施例具體地說明了由本發(fā)明人完成的發(fā)明，但本發(fā)明并不限定于上述實施例。
例如，在本實施方案中，形成了沿內(nèi)坩堝6的內(nèi)徑使晶體生長，并且生長晶體表面被密封劑覆蓋的狀態(tài)，但對于在提拉生長晶體的同時，生長晶體的表面從密封劑露出的一般的LEC法也能夠適用，能夠抑制生長晶體的構(gòu)成成分蒸發(fā)，因此能夠制造晶體缺陷少的高品質(zhì)的單晶。
另外，通過在原料熔融液中添加作為摻雜劑的雜質(zhì)，容易地控制晶體的導(dǎo)電性成為可能。此時，外坩堝5內(nèi)的原料熔融液中的雜質(zhì)濃度和內(nèi)坩堝6內(nèi)的原料熔融液中的雜質(zhì)濃度產(chǎn)生差別，但通過適當(dāng)變更第2坩堝的連結(jié)孔的大小和第2坩堝的內(nèi)徑，控制原料熔融液中的雜質(zhì)濃度的差別，將內(nèi)坩堝6內(nèi)的原料熔融液中的雜質(zhì)濃度保持為恒定成為可能。
根據(jù)本發(fā)明，在由有底圓筒形的第1坩堝、以配置在該第1坩堝內(nèi)側(cè)的狀態(tài)并在底部具有與上述第1坩堝的連通孔的第2坩堝構(gòu)成的原料熔融液盛裝部盛裝半導(dǎo)體原料和密封劑，利用設(shè)置了可將在頂端具有晶種夾持部的晶體提拉軸導(dǎo)入到上述第2坩堝的貫通口的板狀部件，蓋在上述第2坩堝上，形成上述第2坩堝內(nèi)的氣氛幾乎不變化的狀態(tài)，加熱上述原料盛裝部熔融原料，使上述晶體提拉軸降下，使上述原料熔融液表面接觸晶種，一邊使該晶體提拉軸上升一邊使晶體生長，因此，進(jìn)行晶體生長的第2坩堝內(nèi)為半密閉結(jié)構(gòu)，能夠有效地抑制構(gòu)成成分從生長晶體表面蒸發(fā)。
因此，在使用LEC法進(jìn)行晶體生長時，能夠制造晶體缺陷少的高品質(zhì)的單晶。而且，由于采用LEC法可在晶體生長中容易地添加雜質(zhì)，因此使用所制造的單晶能夠制造具有所要求的特性的發(fā)光元件等半導(dǎo)體元件。
工業(yè)實用性本發(fā)明不限于制造ZnTe化合物半導(dǎo)體單晶，在制造包含ZnTe的三元或以上的ZnTe系化合物半導(dǎo)單晶和其他的化合物半導(dǎo)體單晶時也有效，通過適用本發(fā)明能夠得到大型而高品質(zhì)的化合物半導(dǎo)體單晶。
權(quán)利要求
1.一種化合物半導(dǎo)體單晶的制造方法，其特征在于，在由有底圓筒形的第1坩堝、以配置在該第1坩堝內(nèi)側(cè)的狀態(tài)在底部具有與上述第1坩堝的連通孔的第2坩堝構(gòu)成的原料熔融液盛裝部盛裝半導(dǎo)體原料和密封劑，采用設(shè)置了可將在頂端具有晶種夾持部的晶體提拉軸導(dǎo)入到上述第2坩堝的貫通口的板狀部件，蓋在上述第2坩堝上，形成上述第2坩堝內(nèi)的氣氛幾乎不變化的狀態(tài)，加熱上述原料盛裝部熔融原料，使上述晶體提拉軸降下，使上述原料熔融液表面接觸晶種，一邊使該晶體提拉軸上升一邊使晶體生長。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體單晶的制造方法，其特征在于，上述板狀部件以被該晶體提拉軸插入的狀態(tài)不能脫落的方式安裝在上述晶體提拉軸上，在上述晶體提拉軸降下時，被上述第2坩堝的側(cè)壁上端支承，成為蓋。
3.一種晶體生長裝置，其特征在于，至少具有可密閉的外側(cè)容器、配置于該外側(cè)容器內(nèi)側(cè)的有底圓筒形的第1坩堝、在配置于該第1坩堝內(nèi)側(cè)的狀態(tài)下在底部具有與上述第1坩堝的連通孔的第2坩堝、在頂端具有晶種夾持部的晶體提拉軸、具有可將上述晶體提拉軸導(dǎo)入到上述第2坩堝的貫通口、并成為上述第2坩堝的蓋的板狀部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶體生長裝置，其特征在于，上述板狀部件預(yù)先被上述晶體提拉軸插入，在上述晶體提拉軸上設(shè)置了防止上述板狀部件脫落的防脫落部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的晶體生長裝置，其特征在于，上述板狀部件是石英制玻璃板。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5的任1項所述的晶體生長裝置，其特征在于，設(shè)于上述板狀部件的貫通口的直徑和上述晶體提拉軸的直徑之差為1mm或以下。
全文摘要
在使用了雙重坩堝結(jié)構(gòu)的晶體生長裝置的LEC法的化合物半導(dǎo)體單晶的制造方法中，采用設(shè)置了可將在頂端具有晶種夾持部的晶體提拉軸導(dǎo)入到上述第2坩堝的貫通口的板狀部件，蓋在上述第2坩堝上，形成上述第2坩堝內(nèi)的氣氛幾乎不變化的狀態(tài)(半密閉狀態(tài))，使晶體生長。
文檔編號C30B29/10GK1692185SQ20038010024
公開日2005年11月2日 申請日期2003年10月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月18日
發(fā)明者朝日聰明, 佐藤賢次, 矢邊貴幸, 荒川篤俊 申請人:株式會社日礦材料