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結晶成長方法、バルク単結晶成長用バルク予備結晶、及びバルク単結晶成長用バルク予備結晶の作製方法

国内特許コード P05P003069
整理番号 U2003P203
掲載日 2005年5月16日
出願番号 特願2003-355443
公開番号 特開2005-119900
登録番号 特許第4122382号
出願日 平成15年10月15日(2003.10.15)
公開日 平成17年5月12日(2005.5.12)
登録日 平成20年5月16日(2008.5.16)
発明者
  • 中嶋 一雄
  • 我妻 幸長
  • 宇佐美 徳隆
  • 藤原 航三
  • 宇治原 徹
出願人
  • 学校法人東北大学
発明の名称 結晶成長方法、バルク単結晶成長用バルク予備結晶、及びバルク単結晶成長用バルク予備結晶の作製方法
発明の概要

【課題】種結晶以外からの結晶粒の発生及び拡大を抑制し、高品質のバルク単結晶を作製する。
【解決手段】多数の結晶片を第1の種結晶として結晶成長を行い、異なる面方位の複数の結晶面を有するバルク予備結晶を成長させる。次いで、前記バルク予備結晶において、最も面積増加率の高い結晶面を優先面として決定し選択する。次いで、前記優先面を成長面に有する単結晶を準備し、前記単結晶を第2の種結晶として結晶成長を行い、バルク単結晶を得る。
【選択図】なし

従来技術、競合技術の概要


従来、バルク単結晶の成長に用いる種結晶の結晶面は、デバイス・プロセス的な有用性という観点から選択されてきた。しかしながら、デバイス・プロセス的に有用な結晶面は必ずしも多結晶化の抑制という観点では、最適な成長面ではなく、多結晶化の問題はすべてのバルク単結晶の成長、生産にとって無視できない重要課題である。



これまでバルク結晶の多結晶化を抑制する為に行われてきた対策は、ルツボ材の選択や、成長速度の制御などによる、マクロ的要因の制御による成長中の、結晶核発生の抑制にあった。そのため、一旦結晶核が発生すると、“その拡大”を抑制できなかった。



融液や溶液などを用いて単結晶を成長する際に起こる多結晶化、即ち成長中にルソボ壁や融液あるいは溶液中から発生する結晶核から成長した結晶粒が、元の種結晶から成長した結晶を次第に侵食してしまう現象は、結晶成長において大きな問題であり、結晶成長学的観点から根本的な解決策が必要である。



一方で、バルク単結晶は電気的あるいは光学的性質が一般に多結晶よりも優れており、太陽電池用結晶などの特殊な例をのぞいては、単結晶が産業上は利用されることが多い。そのため、常に高品質の単結晶の作製が要請されている。多結晶化の抑制については、これまでは、マクロ的な経験や試行錯誤に頼らざるを得ない状態で、抜本的な解決法はなかった。この様な解決策は、全率固溶型の状態図を有する多元系の半導体バルク結晶の基板としての新規応用などの実用的観点からも、新たな産業分野の開拓のために長く渇望されていた。

産業上の利用分野


本発明は、結晶成長方法、バルク単結晶成長用バルク予備結晶、及びバルク単結晶成長用バルク予備結晶の作製方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
多数の結晶片を第1の種結晶として結晶成長を行い、異なる面方位の複数の結晶面を有するバルク予備結晶を成長させる工程と、
前記バルク予備結晶において、最も面積増加率の高い結晶面を優先面として決定し選択する工程と、
前記優先面を成長面に有する単結晶を準備する工程と、
前記単結晶を第2の種結晶として結晶成長を行い、バルク単結晶を得る工程と、
を具えることを特徴とする、結晶成長方法。

【請求項2】
前記単結晶は、前記バルク予備結晶から前記優先面を成長面に有する単結晶部分を切り出して得ることを特徴とする、請求項1に記載の結晶成長方法。

【請求項3】
前記第1の種結晶の大きさが50mm以下であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の結晶成長方法。

【請求項4】
前記第1の種結晶は前記バルク予備結晶を構成する元素の少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項1~3のいずれか一に記載の結晶成長方法。

【請求項5】
前記第2の種結晶の大きさが300mm以下であることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一に記載の結晶成長方法。

【請求項6】
前記第2の種結晶は前記バルク単結晶を構成する元素の少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項1~5のいずれか一に記載の結晶成長方法。

【請求項7】
前記優先面の決定は、前記バルク予備結晶に電子後方分散パターン法(Electron Back Scattering pattern法:EBSP法)により実施したことを特徴とする、請求項1~6のいずれか一に記載の結晶成長方法。

【請求項8】
前記バルク予備結晶の成長は、前記第1の種結晶を所定の容器の底部に配置するとともに、前記第1の種結晶の上方において前記第1の種結晶と接触するようにして所定の融液を形成し、前記第1の種結晶を結晶核として行うことを特徴とする、請求項1~7のいずれか一に記載の結晶成長方法。

【請求項9】
前記バルク予備結晶の成長は、前記融液中に所定の温度勾配を形成し、前記融液の過飽和を駆動力として前記第1の種結晶上に行うことを特徴とする、請求項8に記載の結晶成長方法。

【請求項10】
前記バルク単結晶の成長は、前記第2の種結晶を所定の容器の底部に配置するとともに、前記第2の種結晶の上方において前記第2の種結晶と接触するようにして所定の融液を形成し、前記第2の種結晶を結晶核として行うことを特徴とする、請求項1~9のいずれか一に記載の結晶成長方法。

【請求項11】
前記バルク単結晶の成長は、前記融液中に所定の温度勾配を形成し、前記融液の過飽和を駆動力として前記第2の種結晶上に行うことを特徴とする、請求項10に記載の結晶成長方法。

【請求項12】
前記第1の種結晶からの前記バルク予備結晶の成長と、前記第2の種結晶からの前記バルク単結晶の成長とは同一の成長条件で行うことを特徴とする、請求項1~11のいずれか一に記載の結晶成長方法。

【請求項13】
前記バルク予備結晶及び前記バルク単結晶はSi系半導体であることを特徴とする、請求項1~12のいずれか一に記載の結晶成長方法。

【請求項14】
前記バルク予備結晶及び前記バルク単結晶はSiGeであることを特徴とする、請求項13に記載の結晶成長方法。

【請求項15】
前記第1の種結晶はGe又はSiからなることを特徴とする、請求項14に記載の結晶成長方法。

【請求項16】
前記第2の種結晶はSiGeからなることを特徴とする、請求項15に記載の結晶成長方法。

【請求項17】
前記バルク予備結晶の前記優先面が(110)面±10度であることを特徴とする、請求項16に記載の結晶成長方法。

【請求項18】
前記バルク予備結晶及び前記バルク単結晶はGaAs系化合物半導体であることを特徴とする、請求項1~12のいずれか一に記載の結晶成長方法。

【請求項19】
前記バルク予備結晶及び前記バルク単結晶はInGaAsであることを特徴とする、請求項18に記載の結晶成長方法。

【請求項20】
前記第1の種結晶はGaAs又はInGaAsからなることを特徴とする、請求項19に記載の結晶成長方法。

【請求項21】
前記第2の種結晶はGaAs又はInAsからなることを特徴とする、請求項20に記載の結晶成長方法。

【請求項22】
前記バルク予備結晶の前記優先面が(110)面±10度であることを特徴とする、請求項21に記載の結晶成長方法。

【請求項23】
多数の結晶片を種結晶として結晶成長を行い、異なる面方位の複数の結晶面を有するとともに、最も面積増加率の高い結晶面を優先面として有するバルク単結晶成長用バルク予備結晶の作製方法。

【請求項24】
前記種結晶の大きさが50mm以下であることを特徴とする、請求項23に記載のバルク単結晶成長用バルク予備結晶の作製方法。

【請求項25】
前記種結晶は前記バルク予備結晶を構成する元素の少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項23又は24に記載のバルク単結晶成長用バルク予備結晶の作製方法。
産業区分
  • 処理操作
  • 無機化合物
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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