JP3707110B2 - Method for growing compound semiconductor single crystal - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、III−V族化合物半導体単結晶や、II−VI族化合物半導体単結晶などの化合物半導体単結晶の育成方法に関し、特に、ドーパントの濃度が所望の濃度に精度よく制御された、高品質の化合物半導体単結晶を効率よく製造することのできる、化合物半導体単結晶の育成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
GaAs、GaP、GaSb、InP、InAs、InSbなどのIII−V族化合物半導体単結晶や、CdTe、CdMnTe、CdZnTe、HgCdTe、ZnSe、ZnSSeなどのII−VI族化合物半導体単結晶などの化合物半導体単結晶の育成方法として、従来より、種々の育成方法が提案されている。
【0003】
そのような化合物半導体単結晶の代表的な育成方法としては、チョクラルスキ法(Czochralski method)(以下、単に「CZ法」という)や、液体封止引上法(liquid encapsulated Czochralski method)(以下、単に「LEC法」という)等の引上法、水平ブリッジマン法(Horizontal Bridgman method)(以下、単に「HB法」という)、温度傾斜法(Gradient Freezing method)(以下、単に「GF法」という)、縦型ブリッジマン法(Vertical Bridgman method)(以下、単に「VB法」という)、縦型温度傾斜法(Vertical Gradient Freezing method)(以下、単に「VGF法」という)などが知られている。
【0004】
これらの化合物半導体の単結晶の育成方法は、種結晶を用い、るつぼ内に収容した原料融液から化合物半導体単結晶を育成するものである。
【0005】
III−V族化合物半導体単結晶や、II−VI族化合物半導体単結晶等の化合物半導体単結晶を育成する際には、原料融液および/または育成中の化合物半導体単結晶から、揮発成分である、V族元素、または、VI族元素の解離や分解を防ぐ目的等から、封止剤が使用されている。
【0006】
たとえば、LEC法、VB法、VGF法などでは、原料融液、および/または育成中の化合物半導体単結晶から揮発成分であるV族元素またはVI族元素の解離や分解を防ぐ目的等から、封止剤として、酸化ホウ素(B2 O3 )が、通常用いられる。
【0007】
また、たとえば、HB法、GF法、VB法、VGF法などでは、原料融液および/または育成中の化合物半導体単結晶から揮発成分である、V族元素またはVI族元素の解離や分解を防ぐ目的や、るつぼの壁と化合物半導体単結晶のぬれを防ぐため、封止剤として、酸化ホウ素(B2 O3 )が用いられる。
【0008】
次に、LEC法の一具体例について、さらに詳しく説明する。
図1は、LEC法に用いられる、従来の単結晶の育成装置の一例を概略的に示す縦断面図である。
【0009】
図1を参照して、この単結晶の育成装置1は、気密容器(高圧容器、外側容器またはチャンバとも称せられる。以下、単に、「気密容器」と称する)2と、容器(サセプターまたは支持台とも称せられる)3と、引き上げ軸(上軸)4と、引き上げ軸(上軸)4を回転自在に、かつ、上下方向に昇降自在に駆動する引き上げ軸(上軸)駆動手段(図示せず)と、容器(サセプター)3を回転自在に、かつ上下方向に昇降自在に駆動する容器駆動手段5と、ヒーター6と、断熱材7とを備える。
【0010】
容器(サセプター)3、ヒーター6および断熱材7は、気密容器2内に収容されている。
【0011】
また、この単結晶の育成装置1では、容器(サセプター)3内に、内接するように、るつぼ8が、上向きに収容されるようになっており、るつぼ8内には、原料融液11が収容されるようになっている。
【0012】
また、この単結晶の育成装置1では、気密容器2の上面2aと下面2bのそれぞれには、挿通孔2h1 、2h2 が設けられている。
【0013】
また、容器駆動手段5は、下軸9を備える。
下軸9は、気密容器2の下面2bの挿通孔2h2 から、気密容器2内に挿入され、容器(サセプター)3の底面中央の3cに接続されている。
【0014】
そして、容器(サセプター)3は、下軸9により、回転自在に、かつ、上下方向に昇降自在に支持される。
【0015】
引き上げ軸(上軸)4の下方先端部4eには、種結晶10が取り付けられるようになっている。
【0016】
そして、引き上げ軸(上軸)4は、気密容器2の上面2aの挿通孔2h1 から、気密容器2内に挿入され、るつぼ8内に収容される原料融液11から、引き上げ軸(上軸)駆動手段(図示せず)により、種結晶10を引き上げることができるようになっている。
【0017】
ヒーター6は、容器(サセプター)3を取り囲むように設けられており、容器(サセプター)3内に収容されるるつぼ8内に収容される化合物原料を加熱して、原料融液11を準備するためと、化合物半導体単結晶12を育成する際に、引き上げられる単結晶12に適切な温度勾配を与えるために設けられているものである。
【0018】
また、断熱材7は、ヒーター6を取り囲むように設けられている。
また、図2は、るつぼ8内において生じる現象を模式的に示す断面図である。
【0019】
図2を参照して、図2中、図2(a)は、るつぼ8内に、化合物原料14と、ドーパント13と、封止剤15とを収容した状態を模式的に示す断面図であり、図2(b)は、化合物原料14、ドーパント13および封止剤15を収容したるつぼ8を加熱し、その表面11sが、溶融した封止剤16により封止された、化合物原料14とドーパント13とを含む原料融液11が準備された状態を模式的に示す断面図である。
【0020】
次に、図1および図2を参照しながら、従来のLEC法について、SiドープGaAs単結晶を育成する場合を例にとり、以下に説明する。
【0021】
まず、るつぼ8内に、化合物原料14として、III−V族化合物、より特定的には、GaAs多結晶等のGaAs化合物と、ドーパント13として、固体Siと、封止剤15として、酸化ホウ素(B2 O3 )を収容する。
【0022】
この工程においては、通常は、るつぼ8の底部8bに、ドーパント13を収容し、ドーパント13の上に、化合物原料14を収容し、化合物原料14の上に、封止剤15を収容する。
【0023】
次に、化合物原料14、ドーパント13および封止剤15を収容したるつぼ8を、気密容器2内に収容された容器(サセプター)3内に、上向きに収容する。
【0024】
次に、気密容器2の挿通孔2h1 から気密容器2内に挿入した引き上げ軸(上軸)4下方先端部4eに種結晶10を取り付ける。
【0025】
次に、気密容器2内に、Ar等の不活性ガス、または、N2 ガス等を導入し、気密容器2内を所定の圧力に調整する。
【0026】
次に、ヒーター6を昇温し、化合物原料14、ドーパント13および封止剤15を収容したるつぼ8を加熱し、封止剤15を溶融し、また、化合物原料14を溶融し、溶融した封止剤16によりその表面11sが封止された、化合物原料14とドーパント13とを含む原料融液11、すなわち、GaAs化合物とSiとを含む原料融液11を準備する。
【0027】
この工程において、原料融液11の表面11sが、溶融した封止剤16により液封される。
【0028】
次に、容器駆動手段5を用い、容器(サセプター)3を所定の回転速度で回転させつつ、引き上げ軸(上軸)駆動手段(図示せず)を用い、原料融液11に種結晶10を浸漬し、しかるのちに、原料融液11から種結晶10を所定の回転速度で、かつ、所定の引き上げ速度で引き上げることにより、ドーパント13がドープされた化合物半導体単結晶12、より特定的には、SiドープGaAs単結晶を育成する。
【0029】
次に、VB法の一具体例について、さらに詳しく説明する。
図3は、VB法に用いられる、従来の単結晶の育成装置の一例を概略的に示す縦断面図である。
【0030】
図3を参照して、この単結晶の育成装置21は、気密容器(高圧容器、外側容器またはチャンバとも称せられる。以下、単に「気密容器」と称する)22と、容器(サセプターまたは支持台)23と、容器(サセプター)23を上下方向に昇降自在に駆動する容器駆動手段25と、ヒーター26a、26b、26c、26d、26eと、断熱材27とを備える。
【0031】
容器(サセプター)23、ヒーター26a、26b、26c、26d、26e、および、断熱材27は、気密容器22内に収容されるようになっている。
【0032】
また、この単結晶の育成装置21では、容器(サセプター)23内に、内接するように、るつぼ28が、上向きに収容されるようになっている。
【0033】
るつぼ28の下部28bは、逆円錐形状に形成されており、るつぼ28の下端28e内には、種結晶30が取り付けられるようになっている。
【0034】
また、るつぼ28内には、原料融液31が収容されるようになっている。
また、この単結晶の育成装置21では、気密容器22の下面22bに、挿通孔22h2 が設けられている。
【0035】
また、容器駆動手段25は、下軸29を備える。
下軸29は、気密容器22の下面22bの挿通孔22h2 から、気密容器22内に挿入され、容器(サセプター)23の底面中央部23cに接続されている。
【0036】
そして、容器(サセプター)23は、下軸29により、上下方向に昇降自在に支持される。
【0037】
ヒーター26a、26b、26c、26d、26eは、容器(サセプター)23の外側に、容器(サセプター)23を取り囲むように設けられており、容器(サセプター)23内のるつぼ28内に収容される、原料を加熱して、原料融液31を準備するためと、化合物半導体単結晶32を育成する際に、育成する単結晶32に適切な温度勾配を与えるために設けられているものである。
【0038】
より詳しくは、ヒーター26aの温度T26a 、ヒーター26bの温度T26b 、ヒーター26cの温度T26c 、ヒーター26dの温度T26d 、ヒーター26eの温度T26e は、T26a ≦T26b ≦T26c ≦T26d ≦T26e を満足するように調整されている。
【0039】
また、断熱材27は、ヒーター26a、26b、26c、26d、26eを取り囲むように設けられている。
【0040】
また、図4は、るつぼ28内において生じる現象を模式的に示す断面図である。
【0041】
図4を参照して、図4中、図4(a)は、るつぼ28内に、化合物原料34と、ドーパント33と、封止剤35とを収容した状態を模式的に示す断面図であり、図4(b)は、化合物原料34、ドーパント33および封止剤35を収容したるつぼ28を加熱し、その表面31sが、溶融した封止剤36により封止され、かつ、るつぼ28の内側表面28sが、溶融した封止剤36により被覆された、化合物原料34とドーパント33とを含む原料融液31が準備された状態を模式的に示す断面図である。
【0042】
そして、図4(b)は、るつぼ28内に、化合物半導体単結晶32が形成されている状態を模式的に示す断面図である。
【0043】
次に、図3および図4を参照しながら、この単結晶の育成装置21を用い、従来のVB法により、化合物半導体単結晶を育成する方法について、SiドープGaAs単結晶を育成する場合を例にとり、以下に説明する。
【0044】
まず、るつぼ28内に、種結晶30を取り付け、しかる後に、化合物原料34として、III−V族化合物、より特定的には、GaAs多結晶等のGaAs化合物と、ドーパント33として、固体Siと、封止剤35として、酸化ホウ素(B2 O3 )を収容する。
【0045】
この工程においては、通常は、まず、るつぼ28内に、種結晶30を取り付け、次に、ドーパント33を収容し、ドーパント33の上に、化合物原料34を収容し、化合物原料34の上に封止剤35が収容される。
【0046】
次に、化合物原料34と、ドーパント33と、封止剤35とを収容したるつぼ28を、容器(サセプター)23内に収容する。
【0047】
次に、気密容器22内に、Ar等の不活性ガス、またはN2 ガス等を導入し、気密容器22内を所定の圧力に調整する。
【0048】
次に、容器駆動手段25を用い、容器(サセプター)23を気密容器22内の上方へ移動し、ヒーター26dの近傍に固定する。
【0049】
次に、ヒーター26dを昇温し、封止剤35を溶融(融解)する。
この工程において、溶融した封止剤36により、るつぼ28の内側表面28sが被覆される。
【0050】
次に、るつぼ28をより高温に加熱し、化合物原料34、すなわち、GaAs化合物を溶融(融解)し、化合物原料34とドーパント33とを含む原料融液31を準備する。
【0051】
次に、ヒーター26a、26b、26c、26d、26eにより、気密容器22内の温度分布を適正化した後、容器駆動手段25を用い、下軸29を下方へ降下させることによって、るつぼ28を低温側へ移動し、種結晶30の側から、原料融液31を固化させることによって、化合物半導体単結晶32、すなわち、SiドープGaAs単結晶を育成する。
【0052】
また、VGF法は、以下の点を除けば、VB法と概ね同様である。
すなわち、VGF法は、化合物半導体単結晶を育成する工程が、VB法と特に異なっている。
【0053】
より詳しくは、VGF法の場合は、化合物半導体単結晶32を育成する際に、るつぼ28の位置(高さ)は変化させずに、ヒーター26a、26b、26c、26d、26eの温度を変化させて、低温部を、ヒーター26a、26b、26c、26d、26eの順に徐々に上方に移動させ、るつぼ28内の原料融液31を、種結晶30の側から固化させて、化合物半導体単結晶32を育成する。
【0054】
また、図3では、気密容器22を用いた例を示したが、VB法、VGF法は、ともに、気密容器22を使用せず種結晶30,原料34,ドーパント33,封止剤35を収容したるつぼ28ごと石英管に真空封入して、大気中で、化合物半導体単結晶の育成を行なうこともできる。
【0055】
この場合、断熱材27、ヒーター26a、26b、26c、26d、26eなどを、大気中で使用できるように構成する必要がある。
【0056】
上述した従来の化合物半導体単結晶の育成方法は、いずれも、以下の工程を備えるものである。
【0057】
(1) るつぼ8、28内に、化合物原料14、34と、化合物原料14、34にドープするためのドーパント13、33と、封止剤15、35とを収容する工程を備える。
【0058】
(2) 化合物原料14、34、ドーパント13、33および封止剤15、35を収容したるつぼ8、28を加熱して、溶融状態の封止剤16、36により、その表面11s、31sが封止された化合物原料14、34とドーパント13、33とを含む原料融液11、31を形成する工程を備える。
【0059】
(3) 種結晶10、30を用いて、原料融液11、31から、ドーパント13、33がドープされた化合物半導体単結晶12、32を育成する工程を備える。
【0060】
そして、上述したような、ドーパントがドープされた化合物半導体単結晶を育成する、従来の化合物半導体単結晶の育成方法では、いずれも、封止剤15、35として、酸化ホウ素(B2 O3 )、より詳しくは、添加剤を一切添加していない無添加の酸化ホウ素(B2 O3 )を使用している結果、以下に示すような問題があった。
【0061】
なお、以下の説明では、説明を容易とするため、従来の化合物半導体単結晶の育成方法に従って、SiドープGaAs単結晶を育成する場合を中心に説明する。
【0062】
▲1▼ 溶融した封止剤16、36と、ドーパント13、33とが接触することにより、互いに反応し、ドーパント13、33が酸化され、原料融液11、31からドーパント13、33が失われるという現象を生じる。
【0063】
より具体的には、溶融した酸化ホウ素(B2 O3 )と、Siとが接触することにより、互いに反応し、Siが酸化され、GaAs化合物とSiとを含む原料融液11、31から、Siの酸化物が、溶融した酸化ホウ素(B2 O3 )側に拡散消失するという現象を生じる。
【0064】
そして、酸化により失われるドーパント13、33の量は、一定しないため、従来の化合物半導体単結晶の育成法に従って育成される、ドーパントがドープされた化合物半導体単結晶は、ロット間において、ドーパント濃度(キャリア濃度)のばらつきが大きくなるという問題を生じる。
【0065】
より具体的には、酸化により失われるSiの量が一定しないため、従来の化合物半導体単結晶の育成方法に従って育成される、SiドープGaAs単結晶は、ロット間において、Si濃度のばらつきが大きくなるという問題を生じる。
【0066】
▲2▼ ドーパント13、33の酸化により、封止剤16、36が還元され、封止剤16、36の還元物が、育成する化合物半導体単結晶12、32中に取り込まれてしまう。
【0067】
より具体的には、Siの酸化によって、酸化ホウ素(B2 O3 )が還元され、育成するSiドープGaAs単結晶中のボロン(B)濃度が異常に高くなる。
【0068】
▲3▼ 図2および図3を再び参照して、従来の化合物半導体単結晶の育成方法によれば、溶融した封止剤16、36と原料融液11、31との液−液界面に、スカム(浮遊物)100が大量に発生する。特にLEC法では、育成する化合物半導体単結晶12中に、スカム(浮遊物)100が付着したり取り込まれやすく、育成する化合物半導体単結晶12にスカム(浮遊物)100が付着したり取り込まれることが、育成する化合物半導体単結晶12中に現われる双晶(ツイン)の発生や、多結晶化(ポリ化)などの結晶欠陥の原因となる。
【0069】
また、ドーパントの濃度(キャリア濃度)が所望の濃度に制御された化合物半導体単結晶を育成するために、原料融液11、31から失われるドーパント13、33の損失分を考慮して、原料融液11、31中に、所望のドーパント量以上の過剰のドーパントを添加すると、これに伴い、溶融した封止剤16、36と原料融液11、31との液−液界面を漂うスカム(浮遊物)100の発生量が多くなる。
【0070】
このため、育成する化合物半導体単結晶12、32中に、スカム(浮遊物)100が付着したり、取り込まれやすくなり、その結果、育成する化合物半導体単結晶12、32に双晶や多結晶等の結晶欠陥が生じやすくなり、歩留りが低下したりする。
【0071】
係る問題を解決する技術の一例としては、特公平3−57079号公報に記載された方法が存在する。
【0072】
特公平3−57079号公報に記載のSiドープn型GaAs単結晶の製造方法は、LEC法を改良したものであって、以下の構成を備えるものである。
【0073】
(1) るつぼ内に、化合物原料と、化合物原料にドープするためのドーパントと、封止剤であるB2 O3 中に、予め、B2 O3 を還元しない方法によりシリコン酸化物または珪酸の形態のシリコン化合物を添加した、シリコン酸化物または珪酸とB2 O3 とからなる封止剤を収容する工程を備える。
【0074】
(2) 化合物原料、ドーパントおよびシリコン酸化物または珪酸とB2 O3 とからなる封止剤を収容したるつぼを加熱して、溶融した、シリコン酸化物または珪酸とB2 O3 とを含む封止剤により、その表面が封止された、化合物原料とドーパントとを含む原料融液を形成する工程を備える。
【0075】
(3) 種結晶を用い、原料融液から、ドーパントがドープされた化合物半導体を育成する工程を備える。
【0076】
この従来の技術によれば、シリコン酸化物または珪酸とB2 O3 とからなる封止剤を用いた結果、下記に示す化1の反応が右方向に進むことを抑制することができるので、スカム(浮遊物)が発生しにくくなり、その結果、育成する化合物半導体単結晶中に、双晶(ツイン)や多結晶化(ポリ化)等の結晶欠陥が起こりにくくなることが示されている。
【0077】
【化1】
【0078】
また、スカム(浮遊物)が発生しにくい結果、原料融液中から失われるドーパントの量が少なくなるため、この方法に従えば、ドーパントの濃度が所望の濃度に制御よく制御された化合物半導体単結晶を育成することができる。
【0079】
また、前述の問題を解決する技術の他の例としては、日本結晶成長学会バルク成長分科会第18回研究会資料集第16頁ないし第22頁に開示された方法もある。
【0080】
この方法は、SiO2を含有するB2O3を封止剤として使用し、VB法またはVGF法等の縦型ボート法により、GaAs結晶を成長させるものである。
【0081】
この方法によれば、ドーパントとしてのSiの酸化によるロスが低減されるとともに、結晶中へのホウ素の混入量を減少させることができるという効果が記載されている。
【0082】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シリコン酸化物または珪酸とB2 O3 とからなる封止剤は、B2 O3 に比べ、粘度が著しく高い。
【0083】
また、シリコン酸化物または珪酸とB2O3とからなる封止剤は、B2O3に比べ、融点が高くなる。
【0084】
このため、封止剤として、シリコン酸化物または珪酸とB2 O3 とからなる封止剤を用いる、化合物半導体単結晶の育成方法は、封止剤として、B2 O3 を用いる化合物半導体単結晶の育成方法に比べ、固体状態の、シリコン酸化物または珪酸とB2 O3 とからなる封止剤を溶融(融解)するのに時間がかかるといった問題がある。
【0085】
また、シリコン酸化物または珪酸とB2 O3 とからなる封止剤は、溶融状態において、B2 O3 に比べ粘度が高いため、VB法やVGF法においてるつぼ28の内側表面28sを均一に被覆する機能が、溶融したB2 O3 に比べ、やや劣るといった問題がある。
【0086】
また、シリコン酸化物または珪酸とB2 O3 とからなる封止剤は、製造に手間がかかり、製造コストが高いという問題がある。
【0087】
たとえば、B2 O3 中にSiO2 を添加した封止剤は、以下に示す2つの製造方法により製造される。
【0088】
▲1▼ 出発原料として、ホウ酸とSiO2 の粉末を使用し、ホウ酸とSiO2 とを共存させた後、これを加熱して、SiO2 とB2 O3 とからなる封止剤を製造する。
【0089】
▲2▼ 出発原料として、B2 O3 とSiO2 の固まりまたは粉末を使用し、B2 O3 とSiO2 とを共存させた後、これを加熱して、SiO2 とB2 O3 とからなる封止剤を製造する。
【0090】
上記▲1▼に示す、SiO2 とB2 O3 からなる封止剤の製造方法では、ホウ酸とSiO2 が共存しているため、ホウ酸を高温に加熱して、B2 O3 を製造する際に、脱水化反応が起こりにくく、その結果、SiO2 とB2 O3 とからなる封止剤の製造に長時間を要する。
【0091】
また、上記▲2▼に示す、SiO2 が添加されたB2 O3 の製造方法では、B2 O3 中に、SiO2 が分散混合するのに長時間を要する。
【0092】
また、SiO2 とB2 O3 からなる封止剤は、粘度が高いため、所望の形状に成形しにくく、さらにるつぼ内側表面を均一に被膜できないという問題がある。
【0093】
以上のようなことが原因して、SiO2 とB2 O3 からなる封止剤の製造コストは、B2 O3 の製造コストに対し、3倍以上高い。
【0094】
さらに、SiO2 を添加したB2 O3 は、前述のようにるつぼ内壁を均一に被覆することができないため、B2 O3 が被覆されていないところでは、GaAs等の原料融液がるつぼと直接接触するため、結晶欠陥が発生し、多結晶化してしまうという問題もあった。
【0095】
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたものである。
すなわち、本発明は、ドーパントの濃度が所望の濃度に精度よく制御され、かつ、双晶や多結晶等の結晶欠陥の少ない高品質の、ドーパントがドープされたIII−V族化合物半導体単結晶、ドーパントがドープされたII−VI族化合物半導体単結晶等の化合物半導体単結晶をより効率よく、より安価に製造することのできる、化合物半導体単結晶の育成方法を提供することを目的とする。
【0096】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明による化合物半導体単結晶の育成方法は、るつぼ内に、第1の融点を有する化合物原料と、化合物原料にドープするためのドーパントと、化合物原料を介してドーパントと分離するように配置された第1の融点よりも低い第2の融点を有する封止剤と、化合物原料を介してドーパントと分離するように配置されたドーパントと同一材料からなる添加剤とを収容する工程と、
化合物原料、ドーパント、封止剤および添加剤が収容されたるつぼを、第2の融点以上第1の融点未満の温度に加熱して、封止剤を溶融させて、化合物原料を介して溶融した封止剤をドーパントと分離した状態を保持しつつ、溶融した封止剤と添加剤とを接触させて反応させることにより反応物を生成させて、反応物を含む溶融状態の封止剤を形成するステップと、
るつぼを、第1の融点以上の温度にさらに加熱して、化合物原料を溶融させて、反応物を含む溶融状態の封止剤によりその表面が封止された、化合物原料とドーパントとを含む原料融液を作製するステップと、
原料融液から、種結晶を用いてドーパントがドープされた化合物半導体単結晶を育成する工程とを備えている。
【0097】
請求項2の発明による化合物半導体単結晶の育成方法は、るつぼ内に、第1の融点を有する化合物原料と、化合物原料にドープするためのドーパントと、化合物原料を介してドーパントと分離するように配置された第1の融点よりも低い第2の融点を有する封止剤と、化合物原料を介してドーパントと分離するように配置されたドーパントを構成要素として含む非還元性化合物とを収容する工程と、
化合物原料、ドーパント、封止剤および非還元性化合物が収容されたるつぼを、第2の融点以上第1の融点未満の温度に加熱して、封止剤を溶融させて、化合物原料を介して溶融した封止剤をドーパントと分離した状態を保持しつつ、溶融した封止剤と非還元性化合物とを接触させて溶融した封止剤に非還元性化合物を分散混合させることにより、非還元性化合物を含む溶融状態の封止剤を形成するステップと、
るつぼを、第1の融点以上の温度にさらに加熱して、化合物原料を溶融させて、非還元性化合物を含む溶融状態の封止剤によりその表面が封止された、化合物原料とドーパントとを含む原料融液を作製するステップと、
原料融液から、種結晶を用いてドーパントがドープされた化合物半導体単結晶を育成する工程とを備えている。
【0098】
請求項3の発明による化合物半導体単結晶の育成方法は、第1の融点を有する化合物原料と、化合物原料にドープするためのドーパントと、化合物原料を介してドーパントと分離するように配置された第1の融点よりも低い第2の融点を有する封止剤とを、その内表面がドーパントを構成要素として含む非還元性化合物からなるるつぼ内に収容する工程と、
化合物原料、ドーパントおよび封止剤が収容されたるつぼを、第2の融点以上第1の融点未満の温度に加熱して、封止剤を溶融させて、化合物原料を介して溶融した封止剤をドーパントと分離した状態を保持しつつ、溶融した封止剤と非還元性化合物からなるるつぼの内表面とを接触させて溶融した封止剤に非還元性化合物を分散混合させることにより、非還元性化合物を含む溶融状態の封止剤を形成するステップと、
るつぼを、第1の融点以上の温度にさらに加熱して、化合物原料を溶融させて、非還元性化合物を含む溶融状態の封止剤によりその表面が封止された、化合物原料とドーパントとを含む原料融液を作製するステップと、
原料融液から、種結晶を用いてドーパントがドープされた化合物半導体単結晶を育成する工程とを備えている。
【0099】
なお、請求項3の発明に用いられるるつぼとしては、例えば石英製のるつぼが挙げられる。
【0100】
また、請求項1および請求項2の発明においては、るつぼの材質としては、パイロリックボロンナイトライド(PBN)、パイロリックグラファイト(PG)、ガラス化カーボン、SiC、窒化ホウ素(BN)、グラファイト等を好ましい材料として挙げることができる。
【0101】
また、るつぼとして、グラファイト等の基材からなる容器の内側表面に、パイロリックボロンナイトライド(PBN)、パイロリックグラファイト(PG)、ガラス化カーボン、SiC等をコーティングしたものを用いることもできる。
【0102】
また、化合物原料は、好ましくは、III−V族化合物原料、II−VI族化合物原料である。
【0103】
III−V族化合物原料としては、GaAs、InAs、InP、GaP、GaSb、InSb等を挙げることができる。
【0104】
また、II−VI族化合物原料としては、CdTe、ZnSe等を挙げることができる。
【0105】
また、化合物原料にドープするためのドーパントとしては、Si、Ti等を挙げることができる。
【0106】
また、添加剤としては、Si、Ti等を挙げることができる。
また、非還元性化合物としては、SiO2 等のシリコン酸化物、珪酸(〔(SiO2 )m ・(H2 O)n 〕:(m、nは整数である))等の非還元性Si化合物や、TiO2 等のチタン酸化物、チタン酸(〔(TiO2 )p ・(H2 O)q 〕:(p、qは整数である))等の非還元性Ti化合物を挙げることができる。
【0107】
また、封止剤として、酸化ホウ素(B2 O3 )を用いる場合は、水分濃度が300ppm以下の酸化ホウ素(B2 O3 )を用いるのが好ましい。
【0108】
また、添加剤として、Siを用いる場合は、反応物を含む溶融状態の封止剤中における、Si濃度が、0.01モル(mol)%以上になるように調整するのが好ましい。
【0109】
また、非還元性化合物として、SiO2 を用いる場合は、非還元性化合物を含む溶融状態の封止剤中における、Si濃度が、0.01モル(mol)%以上になるように調整するのが好ましい。
【0110】
また、第1の発明において、化合物原料、ドーパント、封止剤および添加剤を収容したるつぼは、真空または減圧下で加熱することが好ましい。
【0111】
また、第2の発明において、化合物原料、ドーパント、封止剤および非還元性化合物を収容したるつぼは、真空または減圧下で加熱するのが好ましい。
【0112】
以下、本願発明の作用について説明する。
請求項1の発明は、以下の構成を備える。
【0113】
(1) るつぼ内に、化合物原料と、化合物原料にドープするためのドーパントと、化合物原料を介してドーパントと分離するように配置された化合物原料の融点よりも低い融点を有する封止剤と、化合物原料を介してドーパントと分離するように配置されたドーパントと同一材料からなる添加剤とを収容する工程を備える。
【0114】
(2) 化合物原料、ドーパント、封止剤および添加剤を収容したるつぼを、封止剤の融点以上化合物原料の融点未満の温度に加熱して、
(A) まず、封止剤を溶融させて、溶融した封止剤とドーパントとを化合物原料により分離した状態を保持しつつ、
(B) 溶融した封止剤と添加剤とを接触させて反応させることにより反応物を生成させて、反応物を含む溶融状態の封止剤を形成し、
(C) しかる後に、るつぼを、化合物原料の融点以上の温度にさらに加熱して、化合物原料を溶融させて、反応物を含む溶融状態の封止剤によりその表面が封止された、化合物原料とドーパントとを含む原料融液を作製する工程を備える。
【0115】
(3) 種結晶を用いて、原料融液から、ドーパントがドープされた化合物半導体単結晶を育成する工程を備える。
【0116】
第1の発明では、上記(1)に示す工程において、るつぼ内に、化合物原料にドープするためのドーパントと、封止剤およびドーパントと同一材料からなる添加剤とを、化合物原料を介して、分離するように配置している。
【0117】
また、封止剤として、化合物原料より低い融点を有するものが選択されている。
【0118】
したがって、上記(2)に示す工程において、化合物原料、ドーパント、封止剤および添加剤を収容したるつぼを加熱することにより、るつぼ内において、以下の現象を生じさせることができる。
【0119】
上記(2)(A)に示す工程において、まず、封止剤が溶融する。
化合物原料は、封止剤に比べ、融点が高いため、溶融した封止剤とドーパントとを、化合物原料により分離した状態に保つことができる。
【0120】
そして、上記(2)(A)に示す状態を保持しつつ、上記(2)(B)に示す工程において、溶融した封止剤と添加剤とを接触させる。
【0121】
すると、溶融した封止剤と添加剤とが反応し、反応物が生成され、反応物を含む溶融状態の封止剤が形成される。
【0122】
次に、上記(2)(C)に示す工程において、さらにるつぼを化合物原料の融点以上の温度に加熱する。
【0123】
すると、化合物原料が溶融し、化合物原料とドーパントとを含む原料融液が作製され、原料融液の表面が、反応物を含む溶融状態の封止剤により封止される。
【0124】
そして、この工程において、ドーパントが、反応物を含む溶融状態の封止剤と接触する。
【0125】
そして、ドーパントと封止剤との反応は、封止剤中に含まれる反応物により抑制されることになる。
【0126】
すなわち、請求項1の発明によれば、ドーパントは、反応物を含む溶融状態の封止剤と接触することになるため、ドーパントと封止剤との反応によるスカム(浮遊物)の発生が抑制される。
【0127】
したがって、請求項1の発明に従えば、原料融液からスカム(浮遊物)となって、反応物を含む封止剤側へ拡散消失するドーパントの量が少ないため、ドーパントの濃度が所望の濃度に精度よく制御された化合物半導体単結晶を効率よく育成することができる。
【0128】
また、請求項1の発明に従えば、ドーパントと封止剤との反応により発生するスカム(浮遊物)の発生量が、もともと少ないため、育成する化合物半導体単結晶中に、スカム(浮遊物)が付着したり、取り込まれるという現象を生じにくい結果、双晶や多結晶等の結晶欠陥の少ない高品質の化合物半導体単結晶を効率よく育成することができる。
【0129】
すなわち、請求項1の発明に従えば、ドーパントの濃度が所望の濃度に精度よく制御された高品質の化合物半導体単結晶を効率よく製造することができる。
【0130】
また、請求項2の発明は、以下の構成を備える。
(1) るつぼ内に、化合物原料と、化合物原料にドープするためのドーパントと、化合物原料に比べ、低い融点を有する封止剤と、化合物原料を介してドーパントと分離されて配置され、ドーパントを構成要素として含む非還元性化合物とを収容する工程を備える。
【0131】
(2) 化合物原料、ドーパント、封止剤および非還元性化合物を収容したるつぼを加熱して、
(A) まず、封止剤を溶融し、溶融した封止剤とドーパントとを化合物原料により分離した状態を保持しつつ、
(B) 溶融した封止剤と非還元性化合物とを接触させ、溶融した封止剤に非還元性化合物を分散混合させることにより、非還元性化合物を含む溶融状態の封止剤を形成し、
(C) しかる後に、さらにるつぼをより高温に加熱して、化合物原料を溶融し、非還元性化合物を含む溶融状態の封止剤により、その表面が封止された、化合物原料とドーパントとを含む原料融液を形成する工程を備える。
【0132】
(3) 種結晶を用いて、原料融液から、ドーパントがドープされた化合物半導体単結晶を育成する工程を備える。
【0133】
請求項2の発明では、上記(1)に示す工程において、るつぼ内に、化合物原料にドープするためのドーパントと、ドーパントを構成要素として含む非還元性化合物とを、化合物原料を介して、分離するように配置している。
【0134】
また、封止剤として、化合物原料より低い融点を有するものが選択されている。
【0135】
したがって、上記(2)に示す工程において、化合物原料、ドーパント、封止剤および非還元性化合物を収容したるつぼを加熱することにより、るつぼ内において、以下の現象を生じさせることができる。
【0136】
上記(2)(A)に示す工程において、まず、封止剤が溶融する。
化合物原料は、封止剤に比べ、融点が高いため、溶融した封止剤とドーパントとを、化合物原料により分離した状態に保つことができる。
【0137】
そして、上記(2)(A)に示す状態を保持しつつ、上記(2)(B)に示す工程において、溶融した封止剤と非還元性化合物とを接触させる。
【0138】
すると、溶融した封止剤に非還元性化合物が分散混合し、非還元性化合物を含む封止剤が形成される。
【0139】
次に、上記(2)(C)に示す工程において、さらにるつぼをより高温に加熱する。
【0140】
すると、化合物原料が溶融し、化合物原料とドーパントとを含む原料融液が形成され、原料融液の表面が、非還元性化合物を含む溶融状態の封止剤により封止される。
【0141】
非還元性化合物を含む溶融状態の封止剤と接触する。
したがって、ドーパントと封止剤との反応は、封止剤中に含まれる非還元性化合物により抑制されることになる。
【0142】
すなわち、請求項2の発明によれば、ドーパントは、非還元性化合物を含む溶融状態の封止剤と接触することになるため、ドーパントと封止剤との反応によるスカム(浮遊物)の発生が抑制される。
【0143】
したがって、請求項2の発明に従えば、原料融液からスカム(浮遊物)となって、非還元性化合物を含む封止剤側へ拡散消失するドーパントの量が少ないため、ドーパントの濃度が所望の濃度に精度よく制御された化合物半導体単結晶を効率よく育成することができる。
【0144】
また、請求項2の発明に従えば、ドーパントと封止剤との反応により発生するスカム(浮遊物)の発生量が、もともと少ないため、育成する化合物半導体単結晶中に、スカム(浮遊物)が付着したり、取り込まれるという現象を生じにくい結果、双晶や多結晶等の結晶欠陥の少ない高品質の化合物半導体単結晶を効率よく育成することができる。
【0145】
すなわち、請求項2の発明に従えば、ドーパントの濃度が所望の濃度に精度よく制御された高品質の化合物半導体単結晶を効率よく製造することができる。
【0146】
また、請求項3の発明は、請求項2の発明において、非還元性化合物を別途加えるのではなく、その内表面がたとえば石英(SiO2 )等の非還元性化合物からなるるつぼを用いることを特徴としている。
【0147】
請求項3の発明によれば、るつぼの内表面自身が非還元性化合物からなるため、別途に添加剤または非還元性化合物を加えなくても、請求項2の発明と同様の作用効果が得られる。
【0148】
なお、本願発明においては、化合物原料を溶融する前に、添加剤もしくは非還元性化合物と封止剤とを、十分に反応させておく必要がある。
【0149】
そのため、添加剤または非還元性化合物の表面積が、できるだけ大きいことが好ましい。また、添加剤もしくは非還元性化合物と封止剤とを反応させる温度はできるだけ高いことが好ましく、一方、反応させる時間はできるだけ長いことが好ましい。
【0150】
具体的には、添加剤または非還元性化合物の粒径は、粉末で用いる場合、好ましくは直径500μm以下、より好ましくは直径100μm以下、最も好ましくは直径10μm以下であるとよい。
【0151】
また、たとえば化合物原料としてGaAsを、封止剤としてB2 O3 を使用する場合、添加剤もしくは非還元性化合物と封止剤との反応温度は、好ましくは600℃以上1200℃以下、より好ましくは800℃以上1200℃以下、最も好ましくは1000℃以上1200℃以下であるとよい。
【0152】
反応温度が600℃より低くなると、反応性が低下してしまうからである。
一方、添加剤もしくは非還元性化合物と封止剤との反応時間は、好ましくは2時間以上、より好ましくは4時間以上、最も好ましくは6時間以上であるとよい。ただし、反応時間をあまり長くすると、生産性が低下してしまう。
【0153】
また、図9は、この発明において、添加剤もしくは非還元性化合物と封止剤とを反応させる際の昇温プロファイルの例を示す図である。図9(a)および(b)において、横軸は反応経過時間を示し、縦軸は反応温度を示している。
【0154】
この発明において、添加剤もしくは非還元性化合物と封止剤とを十分に反応させるためには、たとえば図9(a)に示すように、封止剤の融点以上化合物原料の融点未満のある一定温度に保持することが好ましいが、必ずしも一定温度に保持する必要はなく、たとえば図9(b)に示すように、封止剤の融点以上化合物原料の融点未満の温度範囲内に一定時間保持するようにしてもよい。
【0155】
【実施例】
以下、実施例を用いて説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されていることはない。
【0156】
実施例1
図5は、本発明に従う化合物半導体単結晶の育成方法を概略的に示す縦断面図である。
【0157】
図5を参照して、本発明に従う化合物半導体単結晶の育成装置41は、図1に示す化合物半導体単結晶の育成装置1と同様であるので、相当する部材については、相当する参照符号を付して、その説明を省略する。
【0158】
そして、本発明に従う化合物半導体単結晶の育成方法は、るつぼ8内に、化合物原料14を介して、封止剤15およびドーパント13と同一材料からなる添加剤51もしくはドーパント13を構成要素として含む非還元性化合物51を、ドーパント13と分離して配置している点において、従来の化合物半導体単結晶の育成方法と、特に異なっている。
【0159】
次に、より具体的なデータに基づいて説明する。
実験例1
実験例1は、本発明に従う化合物半導体単結晶の育成方法の一具体例であり、LEC法の改良に関するものである。
【0160】
より詳しくは、請求項2の発明に従って、SiドープGaAs単結晶を育成した例を示す。
【0161】
すなわち、図5に示す化合物半導体単結晶の育成装置41を用い、直径3インチのSiドープGaAs単結晶の育成を行なった。
【0162】
図5を参照して、るつぼ8として、直径が150mmのPBN製のるつぼを使用した。
【0163】
また、化合物原料14として、GaAs多結晶を6kg使用した。
また、ドーパント13として、固体Siを300mg使用した。
【0164】
また、封止剤15として、水分濃度200ppmのB2 O3 を500g使用した。
【0165】
また、非還元性化合物51として、粒径50μmのSiO2 粉末を50g使用した。
【0166】
本実験例では、図5に示すように、ドーパント13が軟化(溶融)した封止剤15と直接反応しないように、化合物原料14の上に、ドーパント13を載置した。
【0167】
より詳しくは、まず、るつぼ8内の底部周辺部8bに、非還元性化合物51を収容した。次に、化合物原料14を非還元性化合物51を覆うように収容した。そして、本実験例では、化合物原料14を用いて、上方に起立する周壁14wを形成した。
【0168】
なお、本実験例では、化合物原料14として、ブロック体の集合物を用いているが、化合物原料14としては、粉状体集合物、粒状体集合物、ブロック体集合物、一体成形体であってもよいことを付記しておく。
【0169】
次に、化合物原料14の表面上の周壁14wの内部に、ドーパント13を収容した。
【0170】
また、化合物原料14の表面上の周壁14wの外側に、封止剤15を収容した。
【0171】
次に、化合物原料14、ドーパント13、封止剤15および非還元性化合物51を収容したるつぼ8を、気密容器2内の所定の位置に収容した。
【0172】
次に、気密容器2の挿通孔2h1 から、気密容器2内に挿入した引き上げ軸(上軸)4下方先端部4eに種結晶10を取り付けた。
【0173】
次に、気密容器2を密閉し、しかる後に、気密容器2内を真空に引きながら、ヒーター6を用いて昇温し、気密容器2部材および封止剤15中の含有水分を除去した。
【0174】
その後、気密容器2内に窒素(N2 )ガスを導入し、気密容器2内を窒素(N2 )ガスで加圧し、かつ、ヒータ6を用いて、るつぼ8を封止剤の融点以上化合物原料の融点未満の温度に加熱した。
【0175】
るつぼ8内では、まず、封止剤15が軟化(溶融)して下方へ移動し、非還元性化合物51と接触し、溶融した封止剤に非還元性化合物51が分散混合して非還元性化合物51を含む溶融状態の封止剤が形成された。なお、非還元性化合物51の封止剤への分散混合を十分行なわせるため、800℃に4時間保持した。
【0176】
しかる後に、るつぼ8を化合物原料の融点以上の温度にさらに加熱することにより、化合物原料14が溶融し、非還元性化合物51を含む溶融状態の封止剤によりその表面が封止された、化合物原料14とドーパント13とを含む原料融液(図示せず)が形成された。
【0177】
この工程において、原料融液(図示せず)の表面が、非還元性化合物51を含む溶融状態の封止剤(図示せず)により液封された。
【0178】
その際、スカム(浮遊物)は、全く観察されなかった。
【0179】
次に、容器駆動手段5を用い、容器(サセプタ)3を所定の回転速度で回転させつつ、引上げ軸(上軸)駆動手段(図示せず)を用い、原料融液(図示せず)に種結晶10を浸漬し、しかる後に、原料融液(図示せず)から種結晶10を所定の回転速度で、かつ、所定の引上げ速度で引上げることにより、直径が約85mmで、長さが約22cmのSiドープGaAs単結晶(図示せず)を成長させた。
【0180】
なお、ドーパント(Si)13と封止剤(B2 O3 )15との反応はごく僅かであり、育成したSiドープGaAs単結晶中のSi含有量は、Si含有量の設計値からのずれが3%以下であった。
【0181】
実験例2
実験例1とは、非還元性化合物51の代わりに、Si1gを用いる以外は、実験例1と同様にして、SiドープGaAs単結晶の育成を行なった。
【0182】
その結果、実験例1と同様の効果を奏することが明らかになった。
実施例2
図6は、他の実施例としての本発明に従う化合物半導体単結晶の育成方法を概略的に示す縦断面図である。
【0183】
図6を参照して、本発明において用いる化合物半導体単結晶の育成装置21は、図3に示す化合物半導体単結晶の育成装置21と同様であるので、相当する部材については、相当する参照符号を付して、その説明を省略する。
【0184】
そして、本発明に従う化合物半導体単結晶の育成方法は、るつぼ28内に、化合物原料34を介して、封止剤35およびドーパント33と同一材料からなる添加剤71もしくはドーパント33を構成要素として含む非還元性化合物71を、ドーパント33と分離して配置している点において、従来の化合物半導体単結晶の育成方法と特に異なっている。
【0185】
次に、より具体的なデータに基づいて説明する。
実験例3
実験例3は、本発明に従う化合物半導体単結晶の育成方法の他の具体例であり、VGF法の改良に関するものである。
【0186】
より詳しくは、第2の発明に従って、SiドープGaAs単結晶を育成した例を示す。
【0187】
すなわち、図6に示す化合物半導体単結晶の育成装置21を用い、直径2インチのSiドープGaAs単結晶の育成を行なった。
【0188】
図6を参照して、るつぼ28として、直径が55mmのPBN製のるつぼを使用した。
【0189】
また、化合物原料34として、GaAs多結晶を1.5kg使用した。
また、ドーパント33として、固体Siを250mg使用した。
【0190】
また、封止剤35として、水分濃度100ppmのB2 O3 を50g使用した。
【0191】
また、非還元性化合物71として、粒径10μmのSiO2 粉末を10g使用した。
【0192】
本実験例では、図6に示すように、ドーパント33が軟化(溶融)した封止剤35と直接反応しないように、化合物原料34の上にドーパント33を載置した。
【0193】
より詳しくは、まず、るつぼ28内の下端28e内に、種結晶30を取付けた。
【0194】
次に、種結晶30の上に、非還元性化合物71を収容した。
次に、化合物原料34を、非還元性化合物71を覆うように収容した。
【0195】
そして、本実験例では、化合物原料34を用いて、上方に起立する周壁34wを形成した。
【0196】
なお、本実験例でも、化合物原料34として、ブロック体の集合物を使用しているが、化合物原料34としては、粉状体集合物、粒状体集合物、ブロック体集合物、一体成形体であってもよいことを付記しておく。
【0197】
次に、化合物原料34の表面上の周壁34wの内部に、ドーパント33を収容した。
【0198】
また、化合物原料34の表面上の周壁34wの外側に、封止剤35を収容した。
【0199】
次に、化合物原料34、ドーパント33、封止剤35および非還元性化合物71を収容したるつぼ28を、気密容器22内の所定の位置に収容した。
【0200】
次に、気密容器22を密閉し、しかる後に、気密容器22内を真空に引きながら、ヒーター26a、26b、26c、26d、26eを用い昇温し、気密容器22部材および封止剤(B2 O3 )35中の含有水分を除去した。
【0201】
その後、気密容器22内に、アルゴン(Ar)を導入し、チャンバ22内をアルゴン(Ar)ガスで加圧し、かつ、ヒーター26a、26b、26c、26d、26eを用い、るつぼ28内を、封止剤の融点以上化合物原料の融点未満の温度に加熱した。
【0202】
るつぼ28内では、まず、封止剤35が軟化(溶融)し、下方へ移動しながら石英るつぼ内側表面を被覆した。さらに、非還元性化合物71と接触して、溶融した封止剤に非還元性化合物71が分散混合し、非還元性化合物71を含む溶融状態の封止剤(図示せず)が形成された。なお、非還元性化合物71の封止剤への分散混合を十分に行なわせるため、600℃から1200℃まで、100℃/時の速度で、約6時間かけてゆっくり昇温した。
【0203】
しかる後に、さらにるつぼ28を、化合物原料の融点以上の温度に加熱することにより、化合物原料34が溶融し、非還元性化合物71を含む溶融状態の封止剤(図示せず)によりその表面が封止された、化合物原料34とドーパント33とを含む原料融液(図示せず)が形成された。
【0204】
この工程において、原料融液(図示せず)の表面が、非還元性化合物71を含む溶融状態の封止剤(図示せず)により液封された。
【0205】
その際、スカム(浮遊物)は全く観察されなかった。
次に、ヒーター26a、26b、26c、26d、26eにより、気密容器22内の温度分布を適正化した後、ヒーター26a、26b、26c、26d、26eの温度を変化させて、低温部を、ヒーター26a、26b、26c、26d、26eの順に徐々に上方に移動させ、種結晶30の側から、原料融液(図示せず)を固化させることによって、直径が55mmで、長さが約14cmのSiドープGaAs単結晶を成長させた。
【0206】
ドーパント(Si)33と封止剤(B2 O3 )35との反応はごく僅かであり、SiドープGaAs単結晶中のSi含有量は、Si含有量の設計値からのずれが3%以下であった。
【0207】
実験例4
実験例3とは、非還元性化合物71の代わりに、ドーパント33と同一材料からなる添加剤71、すなわち、固体Si500mgを用いる以外は、実験例3と同様にして、SiドープGaAs単結晶を育成した。
【0208】
その結果、実験例4は、実験例3と同様の効果を奏することが明らかとなった。
【0209】
実験例5
図6に示す化合物半導体の育成装置21を用い、直径2インチのSiドープGaAs単結晶の育成を行なった。
【0210】
るつぼ28として、直径が55mmの石英製のるつぼを使用した。また、化合物原料34として、GaAs多結晶を1.5kg使用した。さらに、ドーパント33として、固体Siを200mg使用した。また、封止剤35として、水分濃度100ppmのB2 O3 を50g使用した。
【0211】
なお、非還元性化合物および添加剤71は、使用しなかった。
本実験においても、ドーパント33が、軟化(溶融)した封止剤35と直接反応しないように、化合物原料34の上に、ドーパント33を載置した。
【0212】
より詳しくは、まず、るつぼ28内の下端28e内に、種結晶30を取付けた。次に、種結晶30の上に、化合物原料34を収容した。そして、本実験例では、化合物原料34を用いて、上方に起立する周壁34wを形成した。
【0213】
なお、本実験例でも、化合物原料34として、ブロック体の集合物を使用しているが、化合物原料34としては、粉状体集合物、粒状体集合物、ブロック体集合物、一体成形体であってもよいことを付記しておく。
【0214】
次に、化合物原料34の表面上の周壁34wの内側に、ドーパント33を収容した。また、化合物原料34の表面上の周壁34wの外側に、封止剤35を収容した。
【0215】
次に、化合物原料34、ドーパント33および封止剤35を収容したるつぼ28を、気密容器22内の所定の位置に収容した。
【0216】
次に、気密容器22を密閉し、しかる後に、気密容器22内を真空に引きながら、ヒーター26a、26b、26c、26d、26eを用い昇温し、気密容器22部材および封止剤(B2 O3 )35中の含有水分を除去した。
【0217】
その後、気密容器22内に、アルゴン(Ar)を導入し、チャンバ22内をアルゴン(Ar)ガスで加圧し、かつ、ヒーター26a、26b、26c、26d、26eを用い、るつぼ28内を、封止剤の融点以上化合物原料の融点未満の温度に加熱した。
【0218】
るつぼ28内では、まず、封止剤35が軟化(溶融)し、下方へ移動しながら石英るつぼの内側表面を被覆した。
【0219】
石英るつぼに含まれる非還元性化合物(SiO2 )の封止剤(B2 O3 )への分散混合を十分に行なわせるため、1000℃に4時間保持し、非還元性化合物(SiO2 )を含む封止剤(B2 O3 )を形成した。
【0220】
しかる後に、さらにるつぼ28を、化合物原料の融点以上の温度に加熱することにより、化合物原料34が溶融し、るつぼに含まれる非還元性化合物を含む溶融状態の封止剤によりその表面が封止された、化合物原料34とドーパント33とを含む原料融液が形成された。
【0221】
この工程において、原料融液の表面が、非還元性化合物を含む溶融状態の封止剤により液封された。
【0222】
その際、スカム(浮遊物)は全く観察されなかった。
次に、ヒーター26a、26b、26c、26d、26eにより、気密容器22内の温度分布を適正化した後、ヒーター26a、26b、26c、26d、26eの温度を変化させて、低温部を、ヒーター26a、26b、26c、26d、26eの順に徐々に上方に移動させ、種結晶30の側から、原料融液(図示せず)を固化させることによって、直径が55mmで、長さが約14cmのSiドープGaAs単結晶を成長させた。
【0223】
ドーパント(Si)33と封止剤(B2 O3 )35との反応はごくわずかであり、SiドープGaAs単結晶中のSi含有量は、Si含有量の設計値からのずれが3%以下であった。
【0224】
上記した実施例1、2では、ドーパント13、33として添加したSiO2 またはSiが、封止剤(B2 O3 )15、35と反応する前に、ドーパント13、33と同一材料からなる添加剤(Si)51、71、または、ドーパント13、33を構成要素として含む非還元性化合物(SiO2 )51、71の効果によって、ドーパント13、33として添加したSiと封止剤(B2 O3 )15、35との反応が抑制される。
【0225】
このため、ドーパント(Si)13、33を、効果的に育成する化合物半導体単結晶にドープすることができ、キャリア濃度制御性が向上する。
【0226】
また、無添加B2 O3 を使用した場合に問題となる、育成するSiドープGaAs単結晶中のB(ボロン)濃度の増加が抑えられる。したがって、特に低ボロン濃度が要求されるような品種に対しても、対応可能となる。
【0227】
また、低水分濃度のB2 O3 を使用し、さらにB2 O3 および化合物半導体単結晶の育成装置、すなわち炉内部品の脱水処理を十分施すことにより、スカムの発生を防止でき、双晶(ツイン)の発生や、多結晶化(ポリ化)を効果的に防止することができる。
【0228】
また、本発明に従えば、スカム(浮遊物)の発生量がもともと少ないため、育成する化合物半導体単結晶中に、スカム(浮遊物)が付着したり、取り込まれるという現象を生じにくい結果、双晶や多結晶等の結晶欠陥の少ない高品質の化合物半導体単結晶を効率よく育成することができる。
【0229】
また、実施例1、2に示したSiO2 がドープされたB2 O3 は、粘度が高く、所望の形状に成形し難いという問題も、解決することができる。
【0230】
すなわち、本発明の方法によれば、SiO2 を予めB2 O3 に添加しておくのではなく、化合物原料14、34およびドーパント(Si)13、33および封止剤(B2 O3 )15、35とともに、過剰のSiまたはSiO2 として、るつぼ8、28内に入れ、ドーパント(Si)13、33が封止剤(B2 O3 )15、35と反応する前に、予めるつぼ8、28内に入れた過剰のSiまたはSiO2 によって、SiをB2 O3 に添加している。
【0231】
したがって、本発明によれば、SiO2 をドープしたB2 O3 を用いるのではなく、B2 O3 を用いている結果、特公平3−57079号公報に記載の方法において問題となる、封止剤を所望の形状に成形しにくいという問題が解消される。
【0232】
また、本発明によれば、特公平3−57079号公報に記載の方法に比べ、VB法やVGF法においてるつぼ28の内側表面28sを均一に被覆する機能がすぐれていたことを付記しておく。
【0233】
また、本発明によれば、無添加のB2 O3 を使用することができるので、SiO2 をドープしたB2 O3 を用いる、特公平3−57079号公報に記載の方法に比べ、Siドープ化合物半導体単結晶の製造コストを極端に低くできるという効果もある。
【0234】
さらに、バルク成長分科会第18回研究会資料集に開示された方法においては、B2 O3 は封止剤として使用されているのに対し、本願発明においては、B2 O3 は封止剤としてだけでなく、るつぼ内表面の被覆のためにも使用されている。
【0235】
本発明においては、このようにるつぼ内表面がB2 O3 で被覆されるため、GaAs等の原料融液がるつぼと直接接することによる、結晶欠陥の発生や、多結晶化を効果的に防止できる。
【0236】
なお、るつぼ内に、化合物原料と、化合物原料にドープするためのドーパントと、化合物原料を介してドーパントと分離するように配置された化合物原料の融点よりも低い融点を有する封止剤と、化合物原料を介してドーパントと分離するように配置されたドーパントと同一材料からなる添加剤またはドーパントを構成要素として含む非還元性化合物とを収容する方法は、図5、図6に示される方法に限定されるものではないことは言うまでもない。
【0237】
この工程においては、種々の変形例が考えられる。
そのような変形例の代表的な収容方法を、図7および図8に示す。
【0238】
図7を参照して、図7(a)〜図7(c)は、それぞれ、実施例1の変形例を示しており、るつぼ内に、化合物原料と、ドーパントと、封止剤と、ドーパントと同一材料からなる添加剤またはドーパントを構成要素として含む非還元性化合物とを収容した状態を模式的に示す断面図である。
【0239】
図7(a)を参照して、図7(a)では、るつぼ8内に、まず、ドーパント13と同一材料からなる添加剤51またはドーパント13を構成要素として含む非還元性化合物51を収容し、添加剤51または非還元性化合物51に近接するように、封止剤15を収容し、封止剤15の上に、化合物原料14を収容し、化合物原料14の上にドーパント13を収容している。
【0240】
また、図7(b)では、るつぼ8内に、まず、化合物原料14を収容し、しかる後に、化合物原料14を用い、上方に起立する周壁14wを形成し、周壁14wの内側にドーパント13を収容し、周壁14wの外側にドーパント13と同一材料からなる添加剤51またはドーパント13を構成要素として含む非還元性化合物51を収容し、添加剤51または非還元性化合物51に近接するように、封止剤15を収容している。
【0241】
また、図7(c)では、るつぼ8内に、まず、ドーパント13と同一材料からなる添加剤51またはドーパント13を構成要素として含む非還元性化合物51を収容し、添加剤51または非還元性化合物51の上に、化合物原料14aを収容し、そして、化合物原料14a上に、化合物原料からなる上方に起立する柱状体14pを形成し、るつぼ8、化合物原料14aおよび柱状体14pにより形成される空隙部B内に、封止剤15を収容し、さらに、柱状体14pおよび封止剤15をともに覆うように、さらに、化合物原料14bを収容し、化合物原料14bの上にドーパント13を収容している。
【0242】
また、図8を参照して、図8(a)〜図8(b)は、それぞれ、実施例2の変形例を模式的に示しており、るつぼ内に、化合物原料と、ドーパントと、封止剤と、ドーパントと同一材料からなる添加剤またはドーパントを構成要素として含む非還元性化合物とを収容した状態を模式的に示す断面図である。
【0243】
図8(a)を参照して、図8(a)では、るつぼ28内に、まず、種結晶30を取付けた後、種結晶30の近傍に、ドーパント33と同一材料からなる添加剤71またはドーパント33を構成要素として含む非還元性化合物71を収容し、添加剤71または非還元性化合物71上に、化合物原料34aを収容し、化合物原料34a上に、化合物原料からなる柱状体34pを形成し、るつぼ28、化合物原料34aおよび柱状体34pにより形成される空隙部B内に封止剤35を収容し、封止剤35および柱状体34pをともに覆うように、さらに、化合物原料34bを収容し、化合物原料34b上にドーパント33を収容している。
【0244】
また、図8(b)では、るつぼ28内に、種結晶30を取付けた後、種結晶30上に化合物原料34aを収容し、化合物原料34a上に化合物原料からなる柱状体34pを収容し、るつぼ28、柱状体34pおよび化合物原料34aにより形成される空隙部B内に、ドーパント33と同一材料からなる添加剤71またはドーパント33を構成要素として含む非還元性化合物71を収容し、添加剤71または非還元性化合物71に近接するように、封止剤35を収容し、封止剤35および柱状体34pをともに覆うように、さらに化合物原料34bを収容し、化合物原料34b上に、ドーパント33を収容している。
【0245】
なお、これらは、単に具体例を図示したに過ぎず、他にも種々の方法が可能である。
【0246】
たとえば、化合物原料で溝を作り、その中に、ドーパント(固体Si)を保持したり、あるいは、予めドーパント(Si)を含有する化合物原料を使用し、化合物原料が融解するまで、ドーパント(Si)が封止剤(B2 O3 )と、直接反応することがないように、収容すればよい。
【0247】
また、B2 O3 中の水分や雰囲気の水分によって、スカムは発生するので、スカムの発生を防止するためには、使用するB2 O3 の水分濃度を300ppm以下にすることが望ましく、また結晶成長を行なう前に、真空または減圧下で加熱昇温し、炉内部品と酸化硼素(B2 O3 )の脱水処理を施すことが望ましいことを付記しておく。
【0248】
また、炉内部品は、水分を吸収しないように、炉開放時に、炉内部品を乾燥した雰囲気に保持することが望ましいことを付記しておく。
【0249】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明は、上記した構成を有する結果、以下の効果を奏する。
【0250】
すなわち、請求項1の発明によれば、ドーパントは、反応物を含む溶融状態の封止剤と接触することになるため、ドーパントと封止剤との反応によるスカム(浮遊物)の発生が抑制される。
【0251】
したがって、請求項1の発明に従えば、原料融液からスカム(浮遊物)となって、反応物を含む封止剤側へ拡散消失するドーパントの量が少ないため、ドーパントの濃度が所望の濃度に精度よく制御された化合物半導体単結晶を効率よく育成することができる。
【0252】
また、請求項1の発明に従えば、ドーパントと封止剤との反応により発生するスカム(浮遊物)の発生量がもともと少ないため、育成する化合物半導体単結晶中に、スカム(浮遊物)が付着したり、取り込まれるという現象を生じにくい結果、双晶や多結晶等の結晶欠陥の少ない高品質の化合物半導体単結晶を効率よく育成することができる。
【0253】
すなわち、請求項1の発明に従えば、ドーパントの濃度が所望の濃度に精度よく制御された高品質の化合物半導体単結晶を効率よく製造することができる。
【0254】
また、請求項2の発明によれば、ドーパントは、非還元性化合物を含む溶融状態の封止剤と接触することになるため、ドーパントと封止剤との反応によるスカム(浮遊物)の発生が抑制される。
【0255】
したがって、請求項2の発明に従えば、原料融液からスカム(浮遊物)となって、非還元性化合物を含む封止剤側へ拡散消失するドーパントの量が少ないため、ドーパントの濃度が所望の濃度に精度よく制御された化合物半導体単結晶を効率よく育成することができる。
【0256】
また、請求項2の発明に従えば、ドーパントと封止剤との反応により発生するスカム(浮遊物)の発生量がもともと少ないため、育成する化合物半導体単結晶中に、スカム(浮遊物)が付着したり、取込まれるという現象を生じにくい結果、双晶や多結晶等の結晶欠陥の少ない高品質の化合物半導体単結晶を効率よく育成することができる。
【0257】
すなわち、請求項2の発明に従えば、ドーパントの濃度が所望の濃度に精度よく制御された高品質の化合物半導体単結晶を効率よく製造することができる。
【0258】
また、請求項3の発明によれば、ドーパントは、非還元性化合物を含む溶融状態の封止剤と接触することになるため、ドーパントと封止剤との反応によるスカム(浮遊物)の発生が抑制される。
【0259】
したがって、請求項3の発明に従えば、原料融液からスカム(浮遊物)となって、非還元性化合物を含む封止剤側へ拡散消失するドーパントの量が少ないため、ドーパントの濃度が所望の濃度に精度よく制御された化合物半導体単結晶を効率よく育成することができる。
【0260】
また、請求項3の発明に従えば、ドーパントと封止剤との反応により発生するスカム(浮遊物)の発生量がもともと少ないため、育成する化合物半導体単結晶中に、スカム(浮遊物)が付着したり、取込まれるという現象を生じにくい結果、双晶や多結晶等の結晶欠陥の少ない高品質の化合物半導体単結晶を効率よく育成することができる。
【0261】
すなわち、請求項3の発明に従えば、ドーパントの濃度が所望の濃度に精度よく制御された高品質の化合物半導体単結晶を効率よく製造することができる。
【0262】
さらに、本願発明によれば、封止剤として、たとえばSiO2 を添加していないB2 O3 が用いられる。このようなB2 O3 は粘度が低く、成形が容易であるため、所望の形状を有するB2 O3 の使用が可能となる。
【0263】
以上説明したように、本発明に従えば、結晶歩留りの向上と低コスト化が実現できるという効果があり、産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】LEC法に用いられる、従来の単結晶の育成装置の一例を概略的に示す縦断面図である。
【図2】るつぼ8内において生じる現象を模式的に示す断面図である。
【図3】VB法に用いられる、従来の単結晶の育成装置の一例を概略的に示す縦断面図である。
【図4】るつぼ28内において生じる現象を模式的に示す断面図である。
【図5】本発明に従う化合物半導体単結晶の育成方法を概略的に示す縦断面図である。
【図6】本発明に従う化合物半導体単結晶の育成方法を概略的に示す縦断面図である。
【図7】実施例1の変形例を模式的に示しており、るつぼ内に、化合物原料と、ドーパントと、封止剤およびドーパントと同一材料からなる添加剤またはドーパントを構成要素として含む非還元性化合物を収容した状態を模式的に示す断面図である。
【図8】実施例2の変形例を模式的に示しており、るつぼ内に、化合物原料と、ドーパントと、封止剤およびドーパントと同一材料からなる添加剤またはドーパントを構成要素として含む非還元性化合物を収容した状態を模式的に示す断面図である。
【図9】この発明において、添加剤もしくは非還元性化合物と封止剤とを反応させる際の昇温プロファイルの例を示す図である。
【符号の説明】
1、21、41、51 化合物半導体単結晶の育成装置
2、22 気密容器
3、23 容器(サセプター)
4 引上げ軸(上軸)
4e 下方先端部
5 容器駆動手段
6、26a〜26e ヒーター
7、27 断熱材
8、28 るつぼ
9、29 下軸
10、30 種結晶
11、31 原料融液
12、32 化合物半導体単結晶
13、33 ドーパント
14、34 化合物原料
15、35 封止剤
16、36 溶融状態の封止剤
51、71 添加剤または非還元性化合物[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for growing a compound semiconductor single crystal such as a III-V group compound semiconductor single crystal or a II-VI group compound semiconductor single crystal, and in particular, a high concentration of a dopant is controlled to a desired concentration with high precision. The present invention relates to a method for growing a compound semiconductor single crystal capable of efficiently producing a quality compound semiconductor single crystal.
[0002]
[Prior art]
Compound semiconductor single crystals such as III-V group compound semiconductor single crystals such as GaAs, GaP, GaSb, InP, InAs and InSb, and II-VI group compound semiconductor single crystals such as CdTe, CdMnTe, CdZnTe, HgCdTe, ZnSe and ZnSSe Conventionally, various breeding methods have been proposed.
[0003]
As a typical method for growing such a compound semiconductor single crystal, a Czochralski method (hereinafter simply referred to as “CZ method”), a liquid encapsulated Czochralski method (hereinafter simply referred to as “Czochralski method”). Pull-up method such as “LEC method”, horizontal Bridgman method (hereinafter simply referred to as “HB method”), temperature gradient method (hereinafter referred to simply as “GF method”) Vertical Bridgman method (hereinafter, simply referred to as “VB method”), Vertical Gradient Freezing method (hereinafter, “Gradient Freezing method”) , Has simply been known, etc.) that "the VGF method".
[0004]
These compound semiconductor single crystal growth methods are to grow a compound semiconductor single crystal from a raw material melt contained in a crucible using a seed crystal.
[0005]
When growing a compound semiconductor single crystal such as a group III-V compound semiconductor single crystal or a group II-VI compound semiconductor single crystal, it is a volatile component from the raw material melt and / or the growing compound semiconductor single crystal. Sealants are used for the purpose of preventing dissociation and decomposition of group V elements or group VI elements.
[0006]
For example, in the LEC method, the VB method, the VGF method, etc., for the purpose of preventing dissociation and decomposition of the volatile component group V element or group VI element from the raw material melt and / or the growing compound semiconductor single crystal, sealing is performed. Boron oxide (B2 OThree ) Is usually used.
[0007]
Further, for example, in the HB method, GF method, VB method, VGF method, etc., dissociation and decomposition of group V elements or group VI elements, which are volatile components, from the raw material melt and / or the growing compound semiconductor single crystal are prevented. Boron oxide (B) as a sealant for the purpose and to prevent wetting of the crucible wall and the compound semiconductor single crystal2 OThree ) Is used.
[0008]
Next, a specific example of the LEC method will be described in more detail.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of a conventional single crystal growth apparatus used in the LEC method.
[0009]
Referring to FIG. 1, a single crystal growth apparatus 1 is an airtight container (also referred to as a high pressure container, an outer container or a chamber; hereinafter simply referred to as “airtight container”) 2 and a container (susceptor or support base). (Also referred to as) 3, a lifting shaft (upper shaft) 4, and a lifting shaft (upper shaft) drive means (not shown) for driving the lifting shaft (upper shaft) 4 to be rotatable and vertically movable up and down. ), A container driving means 5 for driving the container (susceptor) 3 to be rotatable and vertically movable, a heater 6, and a
[0010]
The container (susceptor) 3, the heater 6, and the
[0011]
Further, in this single crystal growing apparatus 1, a
[0012]
Further, in this single crystal growth apparatus 1, the insertion holes 2h are provided in the
[0013]
The container driving means 5 includes a
The
[0014]
The container (susceptor) 3 is supported by the
[0015]
A
[0016]
The pulling shaft (upper shaft) 4 is inserted into the insertion hole 2h on the
[0017]
The heater 6 is provided so as to surround the container (susceptor) 3, and prepares the
[0018]
The
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a phenomenon that occurs in the
[0019]
Referring to FIG. 2, FIG. 2A is a cross-sectional view schematically showing a state in which the compound
[0020]
Next, the conventional LEC method will be described below with reference to FIGS. 1 and 2 by taking the case of growing a Si-doped GaAs single crystal as an example.
[0021]
First, in the
[0022]
In this step, the
[0023]
Next, the
[0024]
Next, the insertion hole 2h of the
[0025]
Next, an inert gas such as Ar or N in the
[0026]
Next, the temperature of the heater 6 is raised, the
[0027]
In this step, the surface 11 s of the
[0028]
Next, using the container driving means 5 and rotating the container (susceptor) 3 at a predetermined rotational speed, the pulling shaft (upper shaft) driving means (not shown) is used to place the
[0029]
Next, a specific example of the VB method will be described in more detail.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of a conventional single crystal growth apparatus used in the VB method.
[0030]
Referring to FIG. 3, this single
[0031]
The container (susceptor) 23, the
[0032]
Further, in this single
[0033]
A
[0034]
Further, the
Further, in the single
[0035]
The
The
[0036]
The container (susceptor) 23 is supported by the
[0037]
The
[0038]
More specifically, the temperature T of the
[0039]
The
[0040]
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a phenomenon that occurs in the
[0041]
Referring to FIG. 4, FIG. 4A is a cross-sectional view schematically showing a state in which the compound
[0042]
FIG. 4B is a cross-sectional view schematically showing a state in which the compound semiconductor
[0043]
Next, referring to FIG. 3 and FIG. 4, an example of growing a Si-doped GaAs single crystal using the single
[0044]
First, a
[0045]
In this step, usually, first, the
[0046]
Next, the
[0047]
Next, an inert gas such as Ar or N in the
[0048]
Next, using the container driving means 25, the container (susceptor) 23 is moved upward in the
[0049]
Next, the temperature of the
In this step, the
[0050]
Next, the
[0051]
Next, after the temperature distribution in the
[0052]
The VGF method is substantially the same as the VB method except for the following points.
That is, the VGF method is particularly different from the VB method in the step of growing a compound semiconductor single crystal.
[0053]
More specifically, in the case of the VGF method, the temperature of the
[0054]
3 shows an example in which the
[0055]
In this case, the
[0056]
Each of the conventional methods for growing a compound semiconductor single crystal described above includes the following steps.
[0057]
(1) The
[0058]
(2) The
[0059]
(3) A step of growing the compound semiconductor
[0060]
In the conventional compound semiconductor single crystal growth method for growing a compound semiconductor single crystal doped with a dopant as described above, both of the sealing
[0061]
In the following description, for ease of explanation, the description will focus on the case where a Si-doped GaAs single crystal is grown according to a conventional method for growing a compound semiconductor single crystal.
[0062]
(1) When the melted
[0063]
More specifically, molten boron oxide (B2 OThree ) And Si react with each other to oxidize Si, and from the raw material melts 11 and 31 containing GaAs compound and Si, the oxide of Si is melted boron oxide (B2 OThree ) Causes the phenomenon of diffusion and disappearance on the side.
[0064]
And since the quantity of the
[0065]
More specifically, since the amount of Si lost due to oxidation is not constant, the Si-doped GaAs single crystal grown according to the conventional method for growing a compound semiconductor single crystal has a large variation in Si concentration between lots. This causes a problem.
[0066]
{Circle around (2)} By the oxidation of the
[0067]
More specifically, boron oxide (B2 OThree ) Is reduced, and the boron (B) concentration in the grown Si-doped GaAs single crystal becomes abnormally high.
[0068]
(3) Referring again to FIG. 2 and FIG. 3, according to the conventional method for growing a compound semiconductor single crystal, at the liquid-liquid interface between the melted
[0069]
Further, in order to grow a compound semiconductor single crystal whose dopant concentration (carrier concentration) is controlled to a desired concentration, the loss of the
[0070]
For this reason, the scum (floating matter) 100 is easily attached or taken into the compound semiconductor
[0071]
As an example of a technique for solving such a problem, there is a method described in Japanese Patent Publication No. 3-57079.
[0072]
The method for producing a Si-doped n-type GaAs single crystal described in Japanese Examined Patent Publication No. 3-57079 is an improvement of the LEC method and has the following configuration.
[0073]
(1) In a crucible, a compound raw material, a dopant for doping the compound raw material, and B as a sealant2 OThree In advance, B2 OThree Silicon oxide or silicic acid and B to which silicon compound in the form of silicon oxide or silicic acid is added by a method that does not reduce2 OThree A step of accommodating a sealant comprising:
[0074]
(2) Compound raw material, dopant and silicon oxide or silicic acid and B2 OThree A crucible containing a sealant consisting of the following is heated to melt silicon oxide or silicic acid and B2 OThree A step of forming a raw material melt containing a compound raw material and a dopant, the surface of which is sealed with a sealant containing
[0075]
(3) A step of growing a compound semiconductor doped with a dopant from a raw material melt using a seed crystal is provided.
[0076]
According to this prior art, silicon oxide or silicic acid and B2 OThree As a result of using a sealant consisting of: scum (floating matter) is less likely to occur because the chemical reaction shown below can be prevented from proceeding in the right direction. It has been shown that crystal defects such as twin (twin) and polycrystallization (poly) are less likely to occur in a single crystal.
[0077]
[Chemical 1]
[0078]
In addition, since the amount of dopant lost from the raw material melt is reduced as a result of the difficulty of generating scum (floating matter), according to this method, a compound semiconductor unit in which the concentration of the dopant is controlled to a desired concentration with good control. Crystals can be grown.
[0079]
As another example of the technique for solving the above-mentioned problem, there is a method disclosed on
[0080]
This method uses SiO2Containing B2OThreeIs used as a sealant, and by a vertical boat method such as VB method or VGF method,GaAs crystal is grown.
[0081]
According to this method, there is described an effect that loss due to oxidation of Si as a dopant can be reduced and the amount of boron mixed into the crystal can be reduced.
[0082]
[Problems to be solved by the invention]
However, silicon oxide or silicic acid and B2 OThree The sealant consisting of2 OThree The viscosity is significantly higher than
[0083]
Also silicon oxide or silicic acidWhenB2OThreeThe sealant consisting of2OThreeThe melting point is higher than that.
[0084]
For this reason, as a sealant, silicon oxide or silicic acid and B2 OThree The method for growing a compound semiconductor single crystal using a sealant comprising:2 OThree Compared with a method for growing a compound semiconductor single crystal using silicon, solid-state silicon oxide or silicic acid and B2 OThree There is a problem that it takes time to melt (melt) the sealant consisting of
[0085]
Also, silicon oxide or silicic acid and B2 OThree The sealing agent consisting of2 OThree Since the viscosity is higher than that of the melted B, the function of uniformly coating the
[0086]
Also, silicon oxide or silicic acid and B2 OThree However, there is a problem in that the sealant consisting of is time-consuming to manufacture and high in manufacturing cost.
[0087]
For example, B2 OThree SiO in2 The sealant to which is added is produced by the following two production methods.
[0088]
(1) Boric acid and SiO as starting materials2 Boric acid and SiO2 And coexisting, and heating this,
[0089]
(2) B as a starting material2 OThree And SiO2 Use lump or powder of B2 OThree And SiO2 And coexisting, and heating this,
[0090]
SiO shown in (1) above2 And B2 OThree In a method for producing a sealant comprising boric acid and SiO2 Coexist, so boric acid is heated to high temperature and B2 OThree In the production of dehydration reaction, and as a result, SiO2 And B2 OThree It takes a long time to produce a sealant consisting of
[0091]
In addition, SiO shown in (2) above.2 B with added2 OThree In the manufacturing method of B,2 OThree Inside, SiO2 Takes a long time to disperse and mix.
[0092]
In addition, SiO2 And B2 OThree Since the sealing agent made of is highly viscous, there is a problem that it is difficult to form into a desired shape and the inner surface of the crucible cannot be uniformly coated.
[0093]
Due to the above reasons, SiO2 And B2 OThree The manufacturing cost of the sealant consisting of2 OThree 3 times higher than the manufacturing cost.
[0094]
Furthermore, SiO2 B added with2 OThree Can not uniformly coat the inner wall of the crucible as described above.2 OThree Where the coating is not coated, since the raw material melt such as GaAs is in direct contact with the crucible, there is a problem that crystal defects occur and polycrystallizes.
[0095]
The present invention has been made to solve the above problems.
That is, the present invention provides a high-quality dopant-doped group III-V compound semiconductor single crystal in which the dopant concentration is accurately controlled to a desired concentration and has few crystal defects such as twins and polycrystals. An object of the present invention is to provide a method for growing a compound semiconductor single crystal, which can produce a compound semiconductor single crystal such as a II-VI group compound semiconductor single crystal doped with a dopant more efficiently and at a lower cost.
[0096]
[Means for Solving the Problems]
In the method for growing a compound semiconductor single crystal according to the invention of claim 1, the compound raw material having the first melting point, the dopant for doping the compound raw material, and the dopant are separated through the compound raw material in the crucible. Containing a sealant having a second melting point lower than the first melting point disposed, and an additive made of the same material as the dopant disposed to be separated from the dopant via the compound raw material;
The crucible containing the compound raw material, dopant, sealant and additive was heated to a temperature not lower than the second melting point and lower than the first melting point to melt the sealant and melted via the compound raw material. While maintaining the state where the sealant is separated from the dopant, the molten sealant and the additive are brought into contact with each other to react to form a reactant, thereby forming a molten sealant containing the reactant. And steps to
A raw material containing a compound raw material and a dopant, wherein the crucible is further heated to a temperature equal to or higher than the first melting point, the compound raw material is melted, and the surface thereof is sealed with a molten sealant containing a reactant. Creating a melt;
And a step of growing a compound semiconductor single crystal doped with a dopant from a raw material melt using a seed crystal.
[0097]
In the method for growing a compound semiconductor single crystal according to the invention of
The crucible containing the compound raw material, dopant, sealant and non-reducing compound is heated to a temperature not lower than the second melting point and lower than the first melting point to melt the sealant, and through the compound raw material While maintaining the state where the melted sealant is separated from the dopant, the melted sealant and the non-reducing compound are brought into contact with each other to disperse and mix the non-reducing compound into the melted sealant, thereby reducing Forming a molten sealant containing a functional compound;
The crucible is further heated to a temperature equal to or higher than the first melting point, the compound raw material is melted, and the compound raw material and the dopant, the surface of which is sealed with a molten sealant containing a non-reducing compound, Producing a raw material melt comprising:
And a step of growing a compound semiconductor single crystal doped with a dopant from a raw material melt using a seed crystal.
[0098]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a compound semiconductor single crystal growth method comprising: a compound raw material having a first melting point; a dopant for doping the compound raw material; and a dopant separated from the dopant via the compound raw material. Containing a sealing agent having a second melting point lower than the melting point of 1 in a crucible made of a non-reducing compound whose inner surface contains a dopant as a constituent;
The crucible containing the compound raw material, the dopant and the sealant is heated to a temperature not lower than the second melting point and lower than the first melting point to melt the sealant, and melted through the compound raw material. The molten sealing agent and the inner surface of the crucible made of a non-reducing compound are brought into contact with each other while the non-reducing compound is dispersed and mixed in the molten sealing agent while maintaining the state separated from the dopant. Forming a molten sealant comprising a reducing compound;
The crucible is further heated to a temperature equal to or higher than the first melting point, the compound raw material is melted, and the compound raw material and the dopant, the surface of which is sealed with a molten sealant containing a non-reducing compound, Producing a raw material melt comprising:
And a step of growing a compound semiconductor single crystal doped with a dopant from a raw material melt using a seed crystal.
[0099]
In addition, as a crucible used for invention of Claim 3, a crucible made from quartz is mentioned, for example.
[0100]
In the first and second aspects of the invention, the crucible may be made of pyrolytic boron nitride (PBN), pyrolytic graphite (PG), vitrified carbon, SiC, boron nitride (BN), graphite or the like. Can be mentioned as preferred materials.
[0101]
Moreover, as a crucible, what coated the inside surface of the container which consists of base materials, such as a graphite, with pyrolytic boron nitride (PBN), pyrolytic graphite (PG), vitrified carbon, SiC, etc. can also be used.
[0102]
The compound raw material is preferably a III-V group compound raw material or a II-VI group compound raw material.
[0103]
Examples of the group III-V compound material include GaAs, InAs, InP, GaP, GaSb, and InSb.
[0104]
Moreover, CdTe, ZnSe etc. can be mentioned as a II-VI group compound raw material.
[0105]
Moreover, Si, Ti, etc. can be mentioned as a dopant for dope to a compound raw material.
[0106]
Moreover, Si, Ti, etc. can be mentioned as an additive.
Non-reducing compounds include SiO.2 Such as silicon oxide, silicic acid ([(SiO2 )m・ (H2 O)n]: (M and n are integers)) and the like, and TiO2 Titanium oxide, titanic acid ([(TiO2 )p・ (H2 O)q]: (P and q are integers)) and the like.
[0107]
In addition, boron oxide (B2 OThree ) Is used, boron oxide (B2 OThree ) Is preferably used.
[0108]
Moreover, when using Si as an additive, it is preferable to adjust so that Si density | concentration in the sealing agent of the molten state containing a reaction material may be 0.01 mol (mol)% or more.
[0109]
Further, as a non-reducing compound, SiO2 Is preferably adjusted so that the Si concentration in the molten sealant containing the non-reducing compound is 0.01 mol (mol)% or more.
[0110]
In the first invention, the crucible containing the compound raw material, dopant, sealant and additive is preferably heated under vacuum or reduced pressure.
[0111]
In the second invention, the crucible containing the compound raw material, the dopant, the sealant and the non-reducing compound is preferably heated under vacuum or reduced pressure.
[0112]
Hereinafter, the operation of the present invention will be described.
The invention of claim 1 has the following configuration.
[0113]
(1) In a crucible, a compound raw material, a dopant for doping the compound raw material, and a sealant having a melting point lower than the melting point of the compound raw material arranged to be separated from the dopant via the compound raw material, A step of accommodating an additive made of the same material as the dopant disposed so as to be separated from the dopant via the compound raw material.
[0114]
(2) heating the crucible containing the compound raw material, dopant, sealant and additive to a temperature not lower than the melting point of the sealant and lower than the melting point of the compound raw material;
(A) First, the sealing agent is melted and the melted sealing agent and the dopant are kept separated by the compound raw material,
(B) A reaction product is produced by bringing a molten sealant and an additive into contact with each other to form a reaction product, and a molten sealant containing the reaction product is formed.
(C) Thereafter, the crucible is further heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the compound raw material to melt the compound raw material, and the surface of the compound raw material is sealed with a molten sealant containing a reactant. And a step of producing a raw material melt containing a dopant.
[0115]
(3) A step of growing a compound semiconductor single crystal doped with a dopant from a raw material melt using a seed crystal is provided.
[0116]
In 1st invention, in the process shown to said (1), in the crucible, the dopant for dope to a compound raw material, and the additive which consists of a sealing agent and the same material as a dopant through a compound raw material, It arranges so that it may separate.
[0117]
Moreover, what has melting | fusing point lower than a compound raw material is selected as a sealing agent.
[0118]
Therefore, in the process shown in (2) above, the following phenomenon can be caused in the crucible by heating the crucible containing the compound raw material, dopant, sealant and additive.
[0119]
In the steps shown in (2) and (A) above, first, the sealant is melted.
Since the compound raw material has a higher melting point than the sealant, the melted sealant and the dopant can be kept in a state separated by the compound raw material.
[0120]
And in the process shown to said (2) (B), the molten sealing agent and an additive are made to contact in the process shown to said (2) (B), hold | maintaining the state shown to said (2) (A).
[0121]
Then, the molten sealant and the additive react to generate a reaction product, and a molten sealant containing the reaction product is formed.
[0122]
Next, in the step shown in (2) and (C) above, the crucible is further heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the compound raw material.
[0123]
Then, the compound raw material is melted, a raw material melt containing the compound raw material and the dopant is produced, and the surface of the raw material melt is sealed with a molten sealant containing a reactant.
[0124]
And in this process, a dopant contacts the sealing agent of the molten state containing a reaction material.
[0125]
And reaction with a dopant and sealing agent will be suppressed by the reactant contained in sealing agent.
[0126]
That is, according to invention of Claim 1, since a dopant will contact the sealing agent of the molten state containing a reaction material, generation | occurrence | production of the scum (floating matter) by reaction with a dopant and a sealing agent is suppressed. Is done.
[0127]
Therefore, according to the invention of claim 1, since the amount of the dopant that becomes a scum (floating matter) from the raw material melt and diffuses and disappears toward the sealant containing the reactant is small, the concentration of the dopant is a desired concentration. Therefore, it is possible to efficiently grow a compound semiconductor single crystal controlled with high accuracy.
[0128]
According to the invention of claim 1, since the amount of scum (floating matter) generated by the reaction between the dopant and the sealant is originally small, the scum (floating matter) is contained in the compound semiconductor single crystal to be grown. As a result, a high quality compound semiconductor single crystal with few crystal defects such as twins and polycrystals can be efficiently grown.
[0129]
That is, according to the invention of claim 1, a high-quality compound semiconductor single crystal in which the dopant concentration is accurately controlled to a desired concentration can be efficiently produced.
[0130]
The invention of
(1) In a crucible, a compound raw material, a dopant for doping the compound raw material, a sealant having a lower melting point than the compound raw material, and a dopant separated from the dopant via the compound raw material are disposed. A step of containing a non-reducing compound contained as a constituent element.
[0131]
(2) Heating the crucible containing the compound raw material, dopant, sealant and non-reducing compound,
(A) First, the sealing agent is melted, and the melted sealing agent and the dopant are kept separated by the compound raw material,
(B) A molten sealing agent containing a non-reducing compound is formed by bringing a molten sealing agent into contact with a non-reducing compound and dispersing and mixing the non-reducing compound in the molten sealing agent. ,
(C) Thereafter, the crucible is further heated to a higher temperature to melt the compound raw material, and the compound raw material and the dopant whose surfaces are sealed with a sealing agent in a molten state containing a non-reducing compound. A step of forming a raw material melt containing.
[0132]
(3) A step of growing a compound semiconductor single crystal doped with a dopant from a raw material melt using a seed crystal is provided.
[0133]
In the invention of
[0134]
Moreover, what has melting | fusing point lower than a compound raw material is selected as a sealing agent.
[0135]
Therefore, in the step shown in (2) above, the following phenomenon can be caused in the crucible by heating the crucible containing the compound raw material, the dopant, the sealant and the non-reducing compound.
[0136]
In the steps shown in (2) and (A) above, first, the sealant is melted.
Since the compound raw material has a higher melting point than the sealant, the melted sealant and the dopant can be kept in a state separated by the compound raw material.
[0137]
And in the process shown to said (2) and (B), the molten sealing agent and a nonreducible compound are made to contact, maintaining the state shown to said (2) (A).
[0138]
Then, the non-reducing compound is dispersed and mixed in the melted sealing agent to form a sealing agent containing the non-reducing compound.
[0139]
Next, in the step shown in (2) and (C) above, the crucible is further heated to a higher temperature.
[0140]
Then, the compound raw material is melted to form a raw material melt containing the compound raw material and the dopant, and the surface of the raw material melt is sealed with a molten sealant containing the non-reducing compound.
[0141]
Contact with a molten sealant containing a non-reducing compound.
Therefore, the reaction between the dopant and the sealant is suppressed by the non-reducing compound contained in the sealant.
[0142]
That is, according to the invention of
[0143]
Therefore, according to the invention of
[0144]
According to the invention of
[0145]
That is, according to the invention of
[0146]
The invention of claim 3 is the same as that of
[0147]
According to the invention of claim 3, since the inner surface of the crucible itself is made of a non-reducing compound, the same effect as that of the invention of
[0148]
In the present invention, it is necessary to sufficiently react the additive or the non-reducing compound and the sealing agent before melting the compound raw material.
[0149]
Therefore, the surface area of the additive or non-reducing compound is preferably as large as possible. The temperature at which the additive or non-reducing compound and the sealant are reacted is preferably as high as possible, while the reaction time is preferably as long as possible.
[0150]
Specifically, the particle size of the additive or non-reducing compound is preferably 500 μm or less, more preferably 100 μm or less, and most preferably 10 μm or less when used as a powder.
[0151]
Also, for example, GaAs as the compound raw material and B as the sealing agent2 OThree Is used, the reaction temperature between the additive or the non-reducing compound and the sealant is preferably 600 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower, more preferably 800 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower, and most preferably 1000 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower. It is good to be.
[0152]
This is because when the reaction temperature is lower than 600 ° C., the reactivity is lowered.
On the other hand, the reaction time between the additive or the non-reducing compound and the sealant is preferably 2 hours or longer, more preferably 4 hours or longer, and most preferably 6 hours or longer. However, if the reaction time is too long, productivity will decrease.
[0153]
Moreover, FIG. 9 is a figure which shows the example of the temperature rising profile at the time of making an additive or a nonreducing compound, and a sealing agent react in this invention. 9A and 9B, the horizontal axis indicates the reaction elapsed time, and the vertical axis indicates the reaction temperature.
[0154]
In this invention, in order to sufficiently react the additive or the non-reducing compound with the sealing agent, for example, as shown in FIG. Although it is preferable to hold at a temperature, it is not always necessary to hold at a constant temperature. For example, as shown in FIG. You may do it.
[0155]
【Example】
Hereinafter, although demonstrated using an Example, this invention is not limited at all by the following Examples.
[0156]
Example 1
FIG. 5 is a longitudinal sectional view schematically showing a method for growing a compound semiconductor single crystal according to the present invention.
[0157]
Referring to FIG. 5, compound semiconductor single
[0158]
The method for growing a compound semiconductor single crystal according to the present invention includes a
[0159]
Next, description will be made based on more specific data.
Experimental example 1
Experimental Example 1 is a specific example of a method for growing a compound semiconductor single crystal according to the present invention, and relates to improvement of the LEC method.
[0160]
More specifically, an example in which a Si-doped GaAs single crystal is grown according to the invention of
[0161]
In other words, a Si-doped GaAs single crystal having a diameter of 3 inches was grown using the compound semiconductor single
[0162]
Referring to FIG. 5, a PBN crucible having a diameter of 150 mm was used as the
[0163]
Further, 6 kg of GaAs polycrystal was used as the compound
Further, 300 mg of solid Si was used as the
[0164]
Moreover, as sealing
[0165]
Further, as the
[0166]
In this experimental example, as shown in FIG. 5, the
[0167]
More specifically, first, the
[0168]
In this experimental example, a block aggregate is used as the compound
[0169]
Next, the
[0170]
Further, the
[0171]
Next, the
[0172]
Next, the insertion hole 2h of the
[0173]
Next, the
[0174]
Thereafter, nitrogen (N2 ) Introducing gas, nitrogen (N2 ) Pressurized with gas, and using the heater 6, the
[0175]
In the
[0176]
Thereafter, the
[0177]
In this step, the surface of the raw material melt (not shown) was sealed with a molten sealant (not shown) containing the
[0178]
At that time, no scum (floating matter) was observed.
[0179]
Next, using the container driving means 5 and rotating the container (susceptor) 3 at a predetermined rotational speed, using the pulling shaft (upper shaft) driving means (not shown), the raw material melt (not shown) is used. The
[0180]
In addition, dopant (Si) 13 and sealing agent (B2 OThree ) The reaction with 15 was very slight, and the Si content in the grown Si-doped GaAs single crystal was 3% or less of deviation from the design value of the Si content.
[0181]
Experimental example 2
In Experimental Example 1, a Si-doped GaAs single crystal was grown in the same manner as in Experimental Example 1 except that Si1g was used instead of the
[0182]
As a result, it has become clear that the same effects as those of Experimental Example 1 can be obtained.
Example 2
FIG. 6 is a longitudinal sectional view schematically showing a method for growing a compound semiconductor single crystal according to the present invention as another embodiment.
[0183]
Referring to FIG. 6, the compound semiconductor single
[0184]
Then, the method for growing a compound semiconductor single crystal according to the present invention includes, in the
[0185]
Next, description will be made based on more specific data.
Experimental example 3
Experimental Example 3 is another specific example of the method for growing a compound semiconductor single crystal according to the present invention, and relates to the improvement of the VGF method.
[0186]
More specifically, an example is shown in which a Si-doped GaAs single crystal is grown according to the second invention.
[0187]
That is, the Si-doped GaAs single crystal having a diameter of 2 inches was grown using the compound semiconductor single
[0188]
Referring to FIG. 6, a PBN crucible having a diameter of 55 mm was used as the
[0189]
Further, 1.5 kg of GaAs polycrystal was used as the compound
Further, 250 mg of solid Si was used as the
[0190]
Moreover, as sealing
[0191]
Further, as the
[0192]
In this experimental example, as shown in FIG. 6, the
[0193]
More specifically, first, the
[0194]
Next, the
Next, the compound
[0195]
In the present experimental example, the compound
[0196]
In this experimental example, a block aggregate is used as the compound
[0197]
Next, the
[0198]
Further, a
[0199]
Next, the
[0200]
Next, the
[0201]
Thereafter, argon (Ar) is introduced into the
[0202]
In the
[0203]
Thereafter, the
[0204]
In this step, the surface of the raw material melt (not shown) was sealed with a molten sealant (not shown) containing the
[0205]
At that time, no scum (floating matter) was observed.
Next, after the temperature distribution in the
[0206]
Dopant (Si) 33 and sealant (B2 OThree ) The reaction with 35 was negligible, and the Si content in the Si-doped GaAs single crystal was 3% or less from the design value of the Si content.
[0207]
Experimental Example 4
Experimental example 3 is the same as experimental example 3, except that additive 71 made of the same material as
[0208]
As a result, it has been clarified that Experimental Example 4 has the same effect as Experimental Example 3.
[0209]
Experimental Example 5
A Si-doped GaAs single crystal having a diameter of 2 inches was grown using the compound
[0210]
As the
[0211]
Note that the non-reducing compound and additive 71 were not used.
Also in this experiment, the
[0212]
More specifically, first, the
[0213]
In this experimental example, a block aggregate is used as the compound
[0214]
Next, the
[0215]
Next, the
[0216]
Next, the
[0217]
Thereafter, argon (Ar) is introduced into the
[0218]
In the
[0219]
Non-reducing compounds contained in quartz crucibles (SiO2 ) Sealant (B2 OThree In order to sufficiently disperse and mix with non-reducing compound (SiO 2).2 Encapsulant (B)2 OThree ) Was formed.
[0220]
Thereafter, the
[0221]
In this step, the surface of the raw material melt was liquid-sealed with a molten sealant containing a non-reducing compound.
[0222]
At that time, no scum (floating matter) was observed.
Next, after the temperature distribution in the
[0223]
Dopant (Si) 33 and sealant (B2 OThree ) The reaction with 35 was negligible, and the Si content in the Si-doped GaAs single crystal was 3% or less of the deviation of the Si content from the design value.
[0224]
In Examples 1 and 2 described above, SiO added as
[0225]
For this reason, the dopant (Si) 13 and 33 can be doped into the compound semiconductor single crystal to be effectively grown, and the carrier concentration controllability is improved.
[0226]
Additive-free B2 OThree The increase in the B (boron) concentration in the Si-doped GaAs single crystal to be grown, which becomes a problem when using Si, is suppressed. Therefore, it is possible to cope with varieties that require a particularly low boron concentration.
[0227]
In addition, low moisture concentration B2 OThree And then use B2 OThree Moreover, by thoroughly dehydrating the compound semiconductor single crystal growth equipment, that is, in-furnace parts, it is possible to prevent scum and effectively prevent twins and polycrystallization. can do.
[0228]
In addition, according to the present invention, since the amount of scum (floating matter) generated is originally small, the phenomenon that the scum (floating matter) adheres to or is taken into the compound semiconductor single crystal to be grown is less likely to occur. A high-quality compound semiconductor single crystal with few crystal defects such as crystals and polycrystals can be efficiently grown.
[0229]
In addition, SiO shown in Examples 1 and 22 B doped with2 OThree Can solve the problem of high viscosity and difficulty in forming into a desired shape.
[0230]
That is, according to the method of the present invention, SiO2 B in advance2 OThree Compound
[0231]
Thus, according to the present invention, SiO2 B doped with2 OThree Instead of using B2 OThree As a result, the problem that it is difficult to mold the sealant into a desired shape, which is a problem in the method described in Japanese Patent Publication No. 3-57079, is solved.
[0232]
In addition, according to the present invention, it is noted that the function of uniformly covering the
[0233]
Further, according to the present invention, additive-free B2 OThree Can be used, so SiO2 B doped with2 OThree Compared with the method described in Japanese Patent Publication No. 3-57079, the production cost of the Si-doped compound semiconductor single crystal can be extremely reduced.
[0234]
Furthermore, in the method disclosed in the 18th Annual Meeting of the Bulk Growth Subcommittee, B2 OThree Is used as a sealant, while in the present invention, B2 OThree Is used not only as a sealant but also for coating the inner surface of the crucible.
[0235]
In the present invention, the crucible inner surface is B2 OThree Therefore, it is possible to effectively prevent generation of crystal defects and polycrystallization due to direct contact of the raw material melt such as GaAs with the crucible.
[0236]
In the crucible, a compound raw material, a dopant for doping the compound raw material, a sealant having a melting point lower than the melting point of the compound raw material arranged so as to be separated from the dopant via the compound raw material, and a compound The method of accommodating the dopant arranged so as to be separated from the dopant via the raw material and the non-reducing compound containing the additive or dopant made of the same material as the constituent elements is limited to the methods shown in FIGS. It goes without saying that it is not done.
[0237]
In this step, various modifications can be considered.
A typical accommodating method of such a modification is shown in FIGS.
[0238]
Referring to FIG. 7, FIGS. 7 (a) to 7 (c) each show a modification of Example 1, and in the crucible, a compound raw material, a dopant, a sealant, and a dopant It is sectional drawing which shows typically the state which accommodated the nonreducing compound which contains the additive or dopant which consists of the same material as a component.
[0239]
Referring to FIG. 7 (a), in FIG. 7 (a), first, an additive 51 made of the same material as the
[0240]
In FIG. 7B, the compound
[0241]
In FIG. 7C, the
[0242]
Referring to FIG. 8, FIGS. 8 (a) to 8 (b) each schematically show a modification of Example 2, in which a compound raw material, a dopant, and a seal are encapsulated in a crucible. It is sectional drawing which shows typically the state which accommodated the non-reducing compound which contains a stopper and the additive which consists of the same material as a dopant, or a dopant as a component.
[0243]
8A, in FIG. 8A, after the
[0244]
8B, after attaching the
[0245]
Note that these are merely specific examples, and various other methods are possible.
[0246]
For example, a groove is formed with a compound raw material, and a dopant (solid Si) is retained therein, or a compound raw material containing a dopant (Si) is used in advance, and the dopant (Si) is melted until the compound raw material is melted. Sealant (B2 OThree ) And may be accommodated so that they do not react directly.
[0247]
B2 OThree Since scum is generated by moisture in the atmosphere and moisture in the atmosphere, in order to prevent the occurrence of scum, use B2 OThree It is desirable that the moisture concentration of the steel be 300 ppm or less, and before crystal growth is performed, the temperature in the furnace is increased by heating under vacuum or reduced pressure, and the components in the furnace and boron oxide (B2 OThree It is noted that it is desirable to perform the dehydration process.
[0248]
In addition, it should be noted that it is desirable to keep the in-furnace parts in a dry atmosphere when the furnace is opened so as not to absorb moisture.
[0249]
【The invention's effect】
As described in detail above, the present invention has the following effects as a result of having the above-described configuration.
[0250]
That is, according to invention of Claim 1, since a dopant will contact the sealing agent of the molten state containing a reaction material, generation | occurrence | production of the scum (floating matter) by reaction with a dopant and a sealing agent is suppressed. Is done.
[0251]
Therefore, according to the invention of claim 1, since the amount of the dopant that becomes a scum (floating matter) from the raw material melt and diffuses and disappears toward the sealant containing the reactant is small, the concentration of the dopant is a desired concentration. Therefore, it is possible to efficiently grow a compound semiconductor single crystal controlled with high accuracy.
[0252]
According to the invention of claim 1, since the amount of scum (floating matter) generated by the reaction between the dopant and the sealant is originally small, scum (floating matter) is present in the compound semiconductor single crystal to be grown. As a result that the phenomenon of adhesion or incorporation is less likely to occur, a high-quality compound semiconductor single crystal with few crystal defects such as twins and polycrystals can be efficiently grown.
[0253]
That is, according to the invention of claim 1, a high-quality compound semiconductor single crystal in which the dopant concentration is accurately controlled to a desired concentration can be efficiently produced.
[0254]
According to the invention of
[0255]
Therefore, according to the invention of
[0256]
According to the invention of
[0257]
That is, according to the invention of
[0258]
According to the invention of claim 3, since the dopant comes in contact with the molten sealant containing the non-reducing compound, scum (floating matter) is generated by the reaction between the dopant and the sealant. Is suppressed.
[0259]
Therefore, according to the invention of claim 3, since the amount of dopant that becomes scum (floating matter) from the raw material melt and diffuses and disappears toward the sealant containing the non-reducing compound is small, the concentration of the dopant is desired. It is possible to efficiently grow a compound semiconductor single crystal that is accurately controlled to the concentration of.
[0260]
According to the invention of claim 3, since the amount of scum (floating matter) generated by the reaction between the dopant and the sealant is originally small, scum (floating matter) is present in the compound semiconductor single crystal to be grown. As a result that the phenomenon of adhering or taking in hardly occurs, a high-quality compound semiconductor single crystal with few crystal defects such as twins and polycrystals can be efficiently grown.
[0261]
That is, according to the invention of claim 3, a high-quality compound semiconductor single crystal in which the dopant concentration is accurately controlled to a desired concentration can be efficiently produced.
[0262]
Furthermore, according to the present invention, as a sealant, for example, SiO2 B without adding2 OThree Is used. B like this2 OThree Has a low viscosity and is easy to mold.2 OThree Can be used.
[0263]
As described above, according to the present invention, there is an effect that improvement in crystal yield and cost reduction can be realized, which is industrially useful.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of a conventional single crystal growth apparatus used in an LEC method.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a phenomenon that occurs in the
FIG. 3 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of a conventional single crystal growth apparatus used in the VB method.
4 is a cross-sectional view schematically showing a phenomenon that occurs in the
FIG. 5 is a longitudinal sectional view schematically showing a method for growing a compound semiconductor single crystal according to the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view schematically showing a method for growing a compound semiconductor single crystal according to the present invention.
FIG. 7 schematically shows a modified example of Example 1, in which a crucible contains a compound raw material, a dopant, and an additive or dopant made of the same material as the encapsulant and the dopant as a constituent element. It is sectional drawing which shows the state which accommodated the active compound typically.
FIG. 8 schematically shows a modification of Example 2, in which a crucible contains a compound raw material, a dopant, and an additive or dopant made of the same material as the encapsulant and the dopant as a constituent element. It is sectional drawing which shows the state which accommodated the active compound typically.
FIG. 9 is a view showing an example of a temperature rise profile when an additive or a non-reducing compound and a sealant are reacted in the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 21, 41, 51 Compound semiconductor single crystal growth apparatus
2,22 Airtight container
3, 23 Container (susceptor)
4 Pulling shaft (upper shaft)
4e Lower tip
5 Container drive means
6, 26a-26e Heater
7, 27 Thermal insulation
8, 28 Crucible
9, 29 Lower shaft
10, 30 seed crystals
11, 31 Raw material melt
12, 32 Compound semiconductor single crystal
13, 33 dopant
14, 34 Compound raw materials
15, 35 Sealant
16, 36 Molten sealant
51, 71 Additives or non-reducing compounds
Claims (10)
前記化合物原料、ドーパント、封止剤および添加剤が収容された前記るつぼを、前記第2の融点以上前記第1の融点未満の温度に加熱して、前記封止剤を溶融させて、前記化合物原料を介して前記溶融した封止剤を前記ドーパントと分離した状態を保持しつつ、前記溶融した封止剤と前記添加剤とを接触させて反応させることにより反応物を生成させて、前記反応物を含む溶融状態の封止剤を形成するステップと、
前記るつぼを、前記第1の融点以上の温度にさらに加熱して、前記化合物原料を溶融させて、前記反応物を含む溶融状態の封止剤によりその表面が封止された、前記化合物原料と前記ドーパントとを含む原料融液を作製するステップと、
前記原料融液から、種結晶を用いて前記ドーパントがドープされた化合物半導体単結晶を育成する工程とを備える、化合物半導体単結晶の育成方法。In the crucible, a compound raw material having a first melting point, a dopant for doping the compound raw material, and a first lower melting point than the first melting point disposed so as to be separated from the dopant through the compound raw material Containing a sealant having a melting point of 2 and an additive made of the same material as the dopant arranged so as to be separated from the dopant via the compound raw material;
The crucible containing the compound raw material, dopant, sealant and additive is heated to a temperature not lower than the second melting point and lower than the first melting point to melt the sealant, and the compound While maintaining the state where the melted sealant is separated from the dopant via the raw material, the reaction is performed by generating a reaction product by bringing the melted sealant into contact with the additive and reacting them. Forming a molten sealant containing an object;
The compound raw material, wherein the crucible is further heated to a temperature equal to or higher than the first melting point, the compound raw material is melted, and the surface thereof is sealed with a molten sealant containing the reactant. Producing a raw material melt containing the dopant;
Growing a compound semiconductor single crystal doped with the dopant using a seed crystal from the raw material melt.
前記化合物原料、ドーパント、封止剤および非還元性化合物が収容された前記るつぼを、前記第2の融点以上前記第1の融点未満の温度に加熱して、前記封止剤を溶融させて、前記化合物原料を介して前記溶融した封止剤を前記ドーパントと分離した状態を保持しつつ、前記溶融した封止剤と前記非還元性化合物とを接触させて前記溶融した封止剤に前記非還元性化合物を分散混合させることにより、前記非還元性化合物を含む溶融状態の封止剤を形成するステップと、
前記るつぼを、前記第1の融点以上の温度にさらに加熱して、前記化合物原料を溶融させて、前記非還元性化合物を含む溶融状態の封止剤によりその表面が封止された、前記化合物原料と前記ドーパントとを含む原料融液を作製するステップと、
前記原料融液から、種結晶を用いて前記ドーパントがドープされた化合物半導体単結晶を育成する工程とを備える、化合物半導体単結晶の育成方法。In the crucible, a compound raw material having a first melting point, a dopant for doping the compound raw material, and a first lower melting point than the first melting point disposed so as to be separated from the dopant through the compound raw material Containing a sealing agent having a melting point of 2 and a non-reducing compound containing the dopant as a constituent element arranged to be separated from the dopant via the compound raw material;
The crucible containing the compound raw material, dopant, sealant and non-reducing compound is heated to a temperature not lower than the second melting point and lower than the first melting point to melt the sealant, While maintaining the state where the molten sealant is separated from the dopant via the compound raw material, the molten sealant is brought into contact with the non-reducing compound to bring the non-reducing compound into contact with the non-reduced compound. Forming a molten sealant containing the non-reducing compound by dispersing and mixing the reducing compound;
The compound, wherein the crucible is further heated to a temperature equal to or higher than the first melting point, the compound raw material is melted, and the surface thereof is sealed with a molten sealant containing the non-reducing compound. Producing a raw material melt containing the raw material and the dopant;
Growing a compound semiconductor single crystal doped with the dopant using a seed crystal from the raw material melt.
前記化合物原料、ドーパントおよび封止剤が収容された前記るつぼを、前記第2の融点以上前記第1の融点未満の温度に加熱して、前記封止剤を溶融させて、前記化合物原料を介して前記溶融した封止剤を前記ドーパントと分離した状態を保持しつつ、前記溶融した封止剤と前記非還元性化合物からなるるつぼの内表面とを接触させて前記溶融した封止剤に前記非還元性化合物を分散混合させることにより、前記非還元性化合物を含む溶融状態の封止剤を形成するステップと、
前記るつぼを、前記第1の融点以上の温度にさらに加熱して、前記化合物原料を溶融させて、前記非還元性化合物を含む溶融状態の封止剤によりその表面が封止された、前記化合物原料と前記ドーパントとを含む原料融液を作製するステップと、
前記原料融液から、種結晶を用いて前記ドーパントがドープされた化合物半導体単結晶を育成する工程とを備える、化合物半導体単結晶の育成方法。A compound raw material having a first melting point, a dopant for doping the compound raw material, and a second melting point lower than the first melting point arranged to be separated from the dopant via the compound raw material A sealing agent having an inner surface contained in a crucible made of a non-reducing compound containing the dopant as a constituent element;
The crucible containing the compound raw material, dopant and sealant is heated to a temperature not lower than the second melting point and lower than the first melting point to melt the sealant, and through the compound raw material. While maintaining the state where the molten sealant is separated from the dopant, the molten sealant and the inner surface of the crucible made of the non-reducing compound are brought into contact with the molten sealant to the molten sealant. Forming a molten sealant containing the non-reducing compound by dispersing and mixing the non-reducing compound;
The compound, wherein the crucible is further heated to a temperature equal to or higher than the first melting point, the compound raw material is melted, and the surface thereof is sealed with a molten sealant containing the non-reducing compound. Producing a raw material melt containing the raw material and the dopant;
Growing a compound semiconductor single crystal doped with the dopant using a seed crystal from the raw material melt.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25092595A JP3707110B2 (en) | 1994-09-28 | 1995-09-28 | Method for growing compound semiconductor single crystal |
Applications Claiming Priority (3)
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