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JPS589797B2 - Method for doping strongly reducing impurities into Group 3-5 compound semiconductor single crystals - Google Patents
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JPS589797B2 - Method for doping strongly reducing impurities into Group 3-5 compound semiconductor single crystals - Google Patents

Method for doping strongly reducing impurities into Group 3-5 compound semiconductor single crystals

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Publication number
JPS589797B2
JPS589797B2 JP11748676A JP11748676A JPS589797B2 JP S589797 B2 JPS589797 B2 JP S589797B2 JP 11748676 A JP11748676 A JP 11748676A JP 11748676 A JP11748676 A JP 11748676A JP S589797 B2 JPS589797 B2 JP S589797B2
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single crystal
gap
silicon
doping
dislocation density
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JP11748676A
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下田隆司
松本和久
森英樹
青柳勝乃祐
赤井慎一
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は酸化ボロン(B2O3)融液をカプセル剤とす
る液体カプセル引上法(LEC法)により■−■族化合
物半導体単結晶を製造するにあたりシリコンなどの強還
元性不純物を有効にドーピングする為の改良方法に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention utilizes strongly reducing materials such as silicon to produce a ■-■ group compound semiconductor single crystal by the liquid capsule drawing method (LEC method) using a boron oxide (B2O3) melt as a capsule agent. This invention relates to an improved method for effectively doping impurities.

LEC法において■−■族化合物半導体の一種であるG
aAsに強還元性不純物の一種であるシリコン(Si)
をドープする方法については、先ずS. J. Bas
s and P. E. Oliver:“Prope
rtiesof Gallium Arsenide
Crystals Producedby Liqui
d Encapsulation Pulling、”
1966 Symposium on GaAs (1
967)、P41に記載されている。
In the LEC method, G, which is a type of ■-■ group compound semiconductor,
Silicon (Si), a type of strongly reducing impurity, is added to aAs.
Regarding the method of doping, first, S. J. Bas
s and P.S. E. Oliver: “Prope
rtiesof Gallium Arsenide
Crystals Produced by Liqui
d Encapsulation Pulling,”
1966 Symposium on GaAs (1
967), P41.

いわゆるRF加熱式LEC法によっており90gの結晶
を成長させている。
A 90 g crystal was grown using the so-called RF heating type LEC method.

しかしシリコンを高濃度ドープしたGaAs結晶は全て
の実験において結晶粒の小さい多結晶になってしまった
と記載されている。
However, it is stated that GaAs crystal doped with silicon at a high concentration became polycrystalline with small crystal grains in all experiments.

次に小島浩、岸田元良:「液体カプセル法による■−■
族化合物の製造一主としてGaAsについて」、半導体
研究9(1973)、P181にはやはりRF加熱式L
EC法によってシリコンをキャリア濃度で1×1017
〜2×1018cm−3だけドープする方法が記載され
ている。
Next, Hiroshi Kojima and Motoyoshi Kishida: “■−■ Using the liquid capsule method
"About GaAs as a Main Process for the Production of Group Compounds", Semiconductor Research 9 (1973), p. 181 also describes the RF heating type L.
The carrier concentration of silicon is 1×1017 by EC method.
A method of doping by ˜2×10 18 cm −3 is described.

すなわち、原料チャージはシリコンの約2.5×101
8cm−3だけドープしたGaAs多結晶と1.3×1
019〜7.7×1019cm−3だけのシリコンの混
合物から成り大部分のシリコンがボロンに転化されると
記載されている。
In other words, the raw material charge is approximately 2.5 x 101 of silicon.
GaAs polycrystal doped by 8cm-3 and 1.3×1
It is described as consisting of a mixture of only 0.019 to 7.7×10 19 cm −3 of silicon, with most of the silicon being converted to boron.

又このRF加熱式LEC法によるGaAs中の転位密度
は1〜5×104cm−2程度であって、水平式ブリッ
ジマン法(HB法)の1×104cm−2以下に比べて
劣ると記載されている。
It is also stated that the dislocation density in GaAs obtained by this RF heating type LEC method is about 1 to 5 x 104 cm-2, which is inferior to that of the horizontal Bridgman method (HB method), which is less than 1 x 104 cm-2. There is.

又この報告では原料チャージは一括してB2O3の上に
配置されている。
Also, in this report, the raw material charge is placed all at once on top of B2O3.

GaAsと並んで代表的な■−■族化合物半導体の一種
であるGaPやInPあるいはInAsへの強還元性不
純物をLEC法によってドーピングする方法については
報告されていない。
There has been no report on a method of doping GaP, InP, or InAs, which are one of the typical ■-■ group compound semiconductors along with GaAs, with strongly reducing impurities by the LEC method.

(特開昭51−18471号公報)一方本願出願人は特
願昭4 9 −9 0 9 9 1号の発明において、
シリコン濃度が5×1017〜5×1018cm−3で
、単結晶の断面積が5cm2以上で、且つ転位密度が2
×103cm−2以下のシリコンドープGaAs単結晶
の製造方法を提案している。
(Japanese Unexamined Patent Publication No. 51-18471) On the other hand, in the invention of Japanese Patent Application No. 49-90991,
The silicon concentration is 5 x 1017 to 5 x 1018 cm-3, the cross-sectional area of the single crystal is 5 cm2 or more, and the dislocation density is 2
A method for manufacturing silicon-doped GaAs single crystals with a size of 103 cm-2 or less is proposed.

更に特願昭50−138395号の発明(特開昭52−
62200号公報)において、シリコン濃度が1.5×
1018〜5.5×1018cm−3で、断面積が5c
m2以上で、且つ転位密度が100cm−2以下のシリ
コン高濃度ドープ低転位密度GaAs単結晶を提案して
いる。
Furthermore, the invention of Japanese Patent Application No. 138395/1983
62200), the silicon concentration was 1.5×
1018~5.5x1018cm-3, cross-sectional area 5c
A silicon-heavily doped, low dislocation density GaAs single crystal with a dislocation density of m2 or more and a dislocation density of 100 cm-2 or less is proposed.

さらに又本発明者らは特願昭51〜52485号の発明
(特開昭52−134898号公報)において、ボロン
、シリコン、アルミニウム、マグネシウムなどの強還元
性不純物をドープした低転位密度GaP単結晶、すなわ
ち、直径30mm以上で、且つ転位密度が5×104c
m−2以下のものと直径35〜55mmで、且つ転位密
度が2×104cm−2以下の低転位密度GaP単結晶
を提案している。
Furthermore, the present inventors have proposed a low dislocation density GaP single crystal doped with strongly reducing impurities such as boron, silicon, aluminum, magnesium, etc. , that is, the diameter is 30 mm or more and the dislocation density is 5 x 104c.
We have proposed a low dislocation density GaP single crystal with a diameter of 35 to 55 mm and a dislocation density of 2 x 104 cm-2 or less.

しかしながら、ボロンよりも強い還元性を有するシリコ
ンなどの強還元性不純物を、LEC法において、同一の
製造条件で成長させたアンドープ単結晶中の転位密度の
約10分の1以下の低転位密度■−■族化合物半導結晶
を得る為に充分な量だけ効率よく又再現性よくドープす
る方法は従来知られていなかった。
However, when strongly reducing impurities such as silicon, which has a stronger reducing property than boron, are used in the LEC method, the dislocation density is low, about one-tenth or less of the dislocation density in an undoped single crystal grown under the same manufacturing conditions. There has been no known method for doping a compound in a sufficient amount efficiently and with good reproducibility in order to obtain a semiconductor crystal of a -2 group compound.

本発明は、ボロンよりも強い還元性不純物のボロンへの
転化反応を抑制又は制御することによって、このような
不純物を有効にドーピングし得る新規な改良方法を提供
するものである。
The present invention provides a new and improved method that can effectively dope impurities with a stronger reducibility than boron by suppressing or controlling the conversion reaction to boron.

本発明の第1の発明は、酸化ボロン(B2O3)融液を
カプセル剤とする液体カプセル引上法(LEC法)によ
り■−■族化合物半導体単結晶を製造するにあたり、ボ
ロン(B)よりも強い還元性を有する少くとも一種の強
還元性不純物を、上記単結晶の原料チャージの加熱昇温
中にB203融液と直接接触しないように配置し、然る
後に上記単結晶の原料融液中に有効に溶かし込ませ、上
記強還元性不純物を上記融液から同一の製造条件で成長
させたアンドープ単結晶中の転位密度の約10分の1以
下の低転位密度■−■族化合物半導体単結晶を得る為に
充分な量だけドープした低転位密度■−■族化合物半導
体単結晶を成長させることを特徴とする■−■族化合物
半導体単結晶への強還元性不純物のドーピング方法を提
供するものである。
The first invention of the present invention is to produce a ■-■ group compound semiconductor single crystal by the liquid capsule drawing method (LEC method) using a boron oxide (B2O3) melt as a capsule. At least one strongly reducing impurity having a strong reducing property is arranged so as not to come into direct contact with the B203 melt during heating and temperature raising of the single crystal raw material charge, and then added to the single crystal raw material melt. The strongly reducing impurities are effectively dissolved in the above-mentioned melt to form a low dislocation density ■-■ group compound semiconductor monomer having a dislocation density of about one-tenth or less of the dislocation density in an undoped single crystal grown from the above melt under the same manufacturing conditions. Provided is a method for doping a strongly reducing impurity into a ■-■ group compound semiconductor single crystal, which is characterized by growing a low dislocation density ■-■ group compound semiconductor single crystal doped in a sufficient amount to obtain a crystal. It is something.

ここに抵抗加熱式LEC法で直径30mm以上の■−■
族化合物半導体のアンドープ単結晶を成長させると、一
般に、GaPで2×105〜5×105cm−2程度、
GaAsで1×103〜5×103cm−2程度、In
Pで1×103〜5×103cm−2程度、InAsで
1×103〜3×103cm−2程度であることを認識
すれば、本発明において、直径30mm以上の低転位密
度単結晶とは、GaPで2×104〜5×104cm−
2以下、G a A sで1×102〜5×102cm
−2以下、InPで1×102〜5×102cm−2以
下、InAsで1×102〜3×102cm−2以下の
単結晶を意味することはいうまでもない。
Here, using the resistance heating LEC method,
When an undoped single crystal of a group compound semiconductor is grown, it is generally about 2 x 105 to 5 x 105 cm-2 for GaP.
About 1 x 103 to 5 x 103 cm-2 for GaAs, In
Recognizing that it is about 1 x 103 to 5 x 103 cm-2 for P and about 1 x 103 to 3 x 103 cm-2 for InAs, in the present invention, a low dislocation density single crystal with a diameter of 30 mm or more refers to GaP 2 x 104 ~ 5 x 104 cm-
2 or less, 1 x 102 to 5 x 102 cm in Ga As
Needless to say, it means a single crystal of -2 or less, 1 x 102 to 5 x 102 cm-2 or less for InP, and 1 x 102 to 3 x 102 cm-2 or less for InAs.

又低転位密度化に必要な強還元性不純物のドーピング量
は特願昭49−90991号明細書(特開昭51−18
471号公報)、特願昭50−138395号明細書(
特開昭52−62200号公報)、特願昭51−524
85号明細書(特開昭52−134898号)から理解
される。
Furthermore, the doping amount of strongly reducing impurities necessary for lowering the dislocation density is disclosed in Japanese Patent Application No. 49-90991 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 51-18).
471 Publication), Japanese Patent Application No. 138395/1983 (
Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-62200), Japanese Patent Application No. 51-524
It is understood from the specification of No. 85 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 52-134898).

この発明において、■−■族化合物半導体としてはGa
P,GaAs、InP、InAsから選んでよい。
In this invention, the ■-■ group compound semiconductor is Ga
It may be selected from P, GaAs, InP, and InAs.

又上記強還元性不純物をシリコン(Si)、アルミニウ
ム(Al)、マグネシウム(Mg)のうちの少くとも一
種とすると良い。
Further, it is preferable that the strong reducing impurity is at least one of silicon (Si), aluminum (Al), and magnesium (Mg).

この発明において、強還元性不純物としてシリコンが1
×1016cm−3以上GaP中にドープされ、GaP
単結晶の直径が30mm以上で、且つ転位密度が5×1
04cm−2以下の低転位密度GaP単結晶を成長させ
ることもできる。
In this invention, silicon is a strongly reducing impurity.
×1016 cm−3 or more doped into GaP, GaP
The diameter of the single crystal is 30 mm or more, and the dislocation density is 5 × 1
It is also possible to grow a GaP single crystal with a low dislocation density of 0.04 cm -2 or less.

この発明においては、原料チャージをGaP多結晶、G
aP多結晶の混合物のうちのいずれかとし、このGaP
多結晶中にシリコンを1×1017cm−3以上予じめ
ドープしておいてもよい。
In this invention, the raw material charge is GaP polycrystal, G
aP polycrystalline mixture, and this GaP
The polycrystal may be doped with silicon in an amount of 1×10 17 cm −3 or more in advance.

又このGaP多結晶中にシリコンの1×1017cm−
3以上とともにポロンの2×1018cm−3以上を予
じめドープしておいてもよい。
In addition, 1×1017 cm of silicon is contained in this GaP polycrystal.
3 or more and 2×10 18 cm −3 or more of poron may be doped in advance.

いうまでもなく、シリコンを原料チャージが完全に溶融
してからB2O3融液を通しく素早く添加してもよい。
Of course, silicon may be added quickly through the B2O3 melt after the raw charge has completely melted.

又シリコンを原料チャージ中のガリウムで覆ってB2O
3との直接的な接触がないようにしてもよい。
Also, silicon is covered with gallium in the raw material charge and B2O
There may be no direct contact with 3.

本発明の第3(特許請求の範囲第6項記載)の発明は、
第1の発明において、強還元性不純物としてシリコンが
特に3×1017〜5×1018cm−3の濃度だけG
aP中にドープされ、GaP単結晶の直径が35〜55
mmで、且つ転位密度が2×104cm−2以下の低転
位密度GaP単結晶を成長させることを特徴としている
The third aspect of the present invention (described in claim 6) is as follows:
In the first invention, silicon is used as a strongly reducing impurity at a concentration of 3 x 1017 to 5 x 1018 cm-3.
Doped into aP, the diameter of GaP single crystal is 35~55
It is characterized by growing a low dislocation density GaP single crystal with a diameter of 1.5 mm and a dislocation density of 2×10 4 cm −2 or less.

さらに、原料チャージにGaP多結晶と予じめシリコン
を溶け込ませたガリウムとの混合物を用いてもよいし、
GaP多結晶と予じめシリコンをGaP成長結晶中のシ
リコン濃度が3×1017cm−3以上となるに必要な
量だけ溶け込ませたガリウムとGaP成長結晶中のボロ
ン濃度が5×1018cm−3以上となるに必要な量だ
けのボロンとの混合物を用いてもよい。
Furthermore, a mixture of GaP polycrystal and gallium in which silicon has been dissolved in advance may be used for the raw material charge,
GaP polycrystal and silicon are dissolved in advance in an amount necessary for the silicon concentration in the GaP grown crystal to be 3 x 1017 cm-3 or more, and the boron concentration in the GaP grown crystal to be 5 x 1018 cm-3 or more. A mixture with as much boron as necessary may also be used.

更に、原料チャージとしてGaP 多結晶、GaP多結
晶とガリウムの混合物のうちの一種を用い、このGaP
多結晶中に予じめシリコンを3×1017cm−3以上
ドープしておいてもよいし、シリコンの3×1017c
m−3以上とともにボロンの5×1018cm−3以上
を予じめドープしておいてもよい。
Furthermore, using one of GaP polycrystals and a mixture of GaP polycrystals and gallium as a raw material charge, this GaP
The polycrystal may be doped with 3×1017 cm or more of silicon in advance, or 3×1017 cm of silicon may be doped in advance.
In addition to m −3 or more, boron of 5×10 18 cm −3 or more may be doped in advance.

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples.

先ず従来の常識的なドーピング方法により、GaP中に
シリコンをドープした結果について述べる。
First, the results of doping silicon into GaP using a conventional common doping method will be described.

すなわち、GaP多結晶150gとシリコン3.2×1
019cm−3相当(90mg)および硫黄(S) 1
. 5×1017cm−3相当(4.0mg)を原料チ
ャージとして用い、窒素ガス圧を約50気圧として、抵
抗加熱式LEC法により、シリコンと硫黄をドープした
GaP単結晶を<111>方向に成長させた。
That is, 150 g of GaP polycrystal and 3.2 x 1 silicon
019cm-3 equivalent (90mg) and sulfur (S) 1
.. GaP single crystal doped with silicon and sulfur was grown in the <111> direction by the resistance heating LEC method using 5 x 1017 cm-3 equivalent (4.0 mg) as a raw material charge and a nitrogen gas pressure of about 50 atm. Ta.

成長速度は約10mm/時であるが詳細は特願昭51−
52485号明細書(特開昭52−134898号公報
)を参照されたい。
The growth rate is approximately 10 mm/hour, but the details are in the patent application filed in 1972.
Please refer to specification No. 52485 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 52-134898).

こうして得られた直径約30mmのGaP単結晶中の転
位密度は約1×105cm−2で、シリコン濃度が約9
×1015cm−3、300°Kのキャリアー濃度が約
1.6×1017cm−3であった。
The dislocation density in the thus obtained GaP single crystal with a diameter of about 30 mm is about 1 x 105 cm-2, and the silicon concentration is about 9.
x 1015 cm-3 and the carrier concentration at 300°K was approximately 1.6 x 1017 cm-3.

すなわちシリコン添加量の3.2×1019cm−3相
当のうち、わずかに約9×1015cm−3のシリコン
しかドープされなかったことが分る。
That is, it can be seen that only about 9×10 15 cm −3 of silicon was doped out of the silicon addition amount equivalent to 3.2×10 19 cm −3 .

第1図は加圧室(図示せず)中の原料融液1、B2O3
融液2、石英ルツボ3およびカーボンルツボ4の定常状
態における配置を示す。
Figure 1 shows raw material melt 1 and B2O3 in a pressurized chamber (not shown).
The arrangement of melt 2, quartz crucible 3, and carbon crucible 4 in a steady state is shown.

B2O3融液2が薄く原料融液1と石英ルツボ3の間に
入り込んでいる。
The B2O3 melt 2 thinly enters between the raw material melt 1 and the quartz crucible 3.

温度範囲1410℃〜1613℃では、3Si(液体)
+2B2O3(液体)=4B(固体)+SiO2(β
−石英)(1)の反応が考えられるがSi,BはGaP
融液中又はB2O3中に混入することになる。
In the temperature range 1410℃~1613℃, 3Si (liquid)
+2B2O3 (liquid) = 4B (solid) + SiO2 (β
-quartz) (1) reaction is considered, but Si and B are GaP
It will be mixed into the melt or B2O3.

有効且つ適切にSiがドープされたGaP単結晶中のボ
ロン濃度(nB)とシリコン濃度(n81)の間にはほ
ぼn告一(2〜3)×1022n81なる関係があるこ
とが分ったが、従来の常識的なドーピング方法では上述
のようにシリコンが有効にドープされないことが起る。
It was found that there is a relationship approximately n(2~3)×1022n81 between the boron concentration (nB) and silicon concentration (n81) in a GaP single crystal that is effectively and appropriately doped with Si. However, as mentioned above, silicon may not be effectively doped using conventional doping methods.

この理由は、温度範囲564℃〜1410℃での別の反
応、3Si(固体)+2B2O3(液体)=4B(固体
)+38iO2(β−石英)(2)を考えることによっ
て説明できることが分った。
It was found that the reason for this can be explained by considering another reaction in the temperature range of 564°C to 1410°C: 3Si (solid) + 2B2O3 (liquid) = 4B (solid) + 38iO2 (β-quartz) (2).

すなわち、原料チャージ中のシリコンが加熱昇温中にB
2O3融液と接触すると(2)の反応によって、大部分
がボロンに転化してしまうのである。
In other words, silicon in the raw material charge becomes B during heating and temperature rise.
When it comes into contact with the 2O3 melt, most of it is converted to boron by the reaction (2).

生成したボロンはB2O3中と原料融液中に分配される
The generated boron is distributed into B2O3 and the raw material melt.

しかも第1図の定常状態以後シリコンはもはや供給され
ないので、(1)の反応も止ってしまう。
Moreover, since silicon is no longer supplied after the steady state shown in FIG. 1, the reaction (1) also stops.

この加熱昇温中の経歴の差異によって、添加したシリコ
ンが最終的にドープされる割合も大変バラツキを示すこ
とも分った。
It has also been found that due to differences in the history during heating and temperature rise, the final doping ratio of added silicon also varies greatly.

従って最終的にドープされるボロンの濃度もバラツキを
示す。
Therefore, the concentration of boron that is finally doped also shows variations.

実施例 1 本実施例では第2図に示すように、GaP多結晶5の4
00gと、ガリウム5gで覆われたシリコン1128m
g(15×1020cm−3相当)と脱水したB2O3
ディスク6を図のように配置して、シリコン8が昇温中
に溶融するB2O3に直接接触しないようにした。
Example 1 In this example, as shown in FIG.
00g and 1128m of silicon covered with 5g of gallium.
g (equivalent to 15 x 1020 cm-3) and dehydrated B2O3
The disk 6 was arranged as shown to prevent the silicon 8 from coming into direct contact with the B2O3 that melts during heating.

こうして加熱昇温し、第1図のような定常状態を得てか
ら、上記の方法に従ってGaP単結晶を引上げた。
After heating and increasing the temperature to obtain a steady state as shown in FIG. 1, a GaP single crystal was pulled according to the method described above.

得られた単結晶中の転位密度は約1×104cm−2で
、シリコン濃度は4.8×1018cm−3、単結晶の
直径は約38mmであった。
The dislocation density in the obtained single crystal was about 1 x 104 cm-2, the silicon concentration was 4.8 x 1018 cm-3, and the diameter of the single crystal was about 38 mm.

上述の従来方法に比べて有効にシリコンがドープされた
ことが分る。
It can be seen that silicon was doped more effectively than in the conventional method described above.

実施例 2 本実施例では原料チャージとして、シリコンを約6×1
018cm−3とボロンを約1×1020cm−3含む
GaP多結晶310gとガリウムの5gとの混合物を用
いた。
Example 2 In this example, silicon was used as the raw material charge in an amount of approximately 6×1
A mixture of 310 g of GaP polycrystal containing about 1×10 20 cm −3 and boron and 5 g of gallium was used.

その他の条件は実施例1と同様であった。Other conditions were the same as in Example 1.

得られた単結晶は直径が約50mmで、転位密度が5×
103〜2×104cm−2、300°Kのキャリアー
濃度が1.2×1018cm−3、シリコン濃度が2〜
3×1018cm−3、ボロン濃度が1.5〜3×10
19cm−3であった。
The obtained single crystal has a diameter of about 50 mm and a dislocation density of 5×
103~2x104cm-2, carrier concentration at 300°K is 1.2x1018cm-3, silicon concentration is 2~
3 x 1018 cm-3, boron concentration 1.5 to 3 x 10
It was 19 cm-3.

明らかに極めて効率よくシリコンがドープされた事が分
る。
It can be clearly seen that silicon was doped extremely efficiently.

実施例 3 本実施例では原料チャージとして単にGaP多結晶40
0gを用い、第3図に示すようにシリコン8の約240
mgを引上軸10に取り付けた<111>方向をもつG
aP単結晶シードに配置し、定常状態になってから素早
く融液1中にB2O32を通してシリコンを添加した。
Example 3 In this example, GaP polycrystal 40 was simply used as the raw material charge.
0 g, about 240 g of silicon 8 as shown in Figure 3.
G with <111> direction attached to the pulling shaft 10
It was placed on an aP single crystal seed, and after reaching a steady state, silicon was quickly added to the melt 1 through B2O32.

その他の条件は実施例1と同様であった。Other conditions were the same as in Example 1.

得られたGaP単結晶は直径が約40mmで、転位密度
が約1.5×104cm−2、300°Kでのキャリア
ー濃度が5×1017cm−3、シリコン濃度が6×1
017cm−3であった。
The obtained GaP single crystal has a diameter of about 40 mm, a dislocation density of about 1.5 x 104 cm-2, a carrier concentration at 300°K of 5 x 1017 cm-3, and a silicon concentration of 6 x 1.
It was 017 cm-3.

やはり、かなり有効にシリコンがドープされたことが分
る。
Again, it can be seen that silicon was doped quite effectively.

上記実施例1において、原料チャージ中のガリウムにシ
リコンを予じめ溶け込ませておくと、より効果的である
In the first embodiment, it is more effective to dissolve silicon into the gallium in the raw material charge in advance.

又シリコンを3×1017cm−3相当溶け込ませたガ
リウムと5×1018cm−3相当以上のボロンを原料
チャージ中に加えると更に効果的である。
Further, it is more effective to add gallium in which silicon is dissolved in an amount equivalent to 3 x 1017 cm-3 and boron in an amount equivalent to 5 x 1018 cm-3 or more to the raw material charge.

又実施例2において、原料GaP多結晶中に必ずしもボ
ロンをドープしておく必要はなく、シリコンを1×10
17cm−3以上ドープしておくだけでも転位密度を5
×104cm−2以下にし得るだけのシリコン量すなわ
ち約1×1016cm−3以上のシリコンをドープする
ことができる。
In addition, in Example 2, it is not necessary to dope boron into the raw material GaP polycrystal, and silicon is doped at 1×10
Doping over 17cm-3 can reduce the dislocation density by 5cm-3 or more.
It is possible to dope silicon in an amount as large as possible to reduce the amount of silicon to less than 1.times.10@4 cm@-2, that is, approximately 1.times.10@16 cm@-3 or more.

もちろんGaP多結晶中にボロンを2×1018cm−
3以上さらにドープしておくとシリコンのドーピング制
御はより容易である。
Of course, boron is added in the GaP polycrystal at 2×1018cm-
If 3 or more doping is performed, doping control of silicon will be easier.

又GaP多結晶中のガリウム中の両方にシリコンをドー
プしておいてもよい。
Also, silicon may be doped into both of the gallium in the GaP polycrystal.

直径35〜55mmで、且つ転位密度が2×104cm
−2以下の低転位密度GaPを得るには、実施例2にお
いて、シリコンの3×1017cm−3以上のボロンの
5×1018cm−3以上ドープしたGaP多結晶を用
いるとよい。
The diameter is 35 to 55 mm, and the dislocation density is 2 x 104 cm.
In order to obtain a low dislocation density GaP of −2 or less, it is preferable to use a GaP polycrystal doped with 3×10 17 cm −3 or more of silicon and 5×10 18 cm −3 or more of boron in Example 2.

もちろんボロンは必ずしも必要でない。Of course, boron is not always necessary.

又これらの実施例では石英ルツボ3を用いているが、熱
分解ボロンナイトライド(PBN)などのルツボを代り
に用いてもよい。
Further, although the quartz crucible 3 is used in these embodiments, a crucible made of pyrolytic boron nitride (PBN) or the like may be used instead.

又シリコンやボロンは単体ではなくSiP、BPなどの
化合物の形で添加し、やはりシリコン化合物が原料チャ
ージの加熱昇温中にB2O3融液に直接接触しないよう
にしてもよい。
Furthermore, silicon and boron may be added in the form of a compound such as SiP or BP, rather than as a single substance, so that the silicon compound does not come into direct contact with the B2O3 melt during heating and temperature raising of the raw material charge.

更に実施例1〜3の方法をGaAsやInPへのシリコ
ンのドーピング方法に適用し、シリコン濃度にして約1
.5×1018cm−3以上特に2×1018cm−3
以上ドープした所断面積が5cm以上の単結晶で、転位
密度を5×102cm−2以下、時には1×102cm
−2以下に低減させることができた。
Furthermore, the methods of Examples 1 to 3 were applied to the silicon doping method for GaAs and InP, and the silicon concentration was approximately 1.
.. 5 x 1018 cm-3 or more, especially 2 x 1018 cm-3
A doped single crystal with a cross-sectional area of 5 cm or more, with a dislocation density of 5 x 102 cm or less, sometimes 1 x 102 cm
It was possible to reduce it to -2 or less.

又シリコン以外の強還元性不純物として、アルミニウム
やマグネシウムがあるが、これらは成長結晶中に入り難
いものの、酸素や酸化物などの結晶中の「弱点」を除去
する効果があり、やはり低転位密度化に有効で、本発明
のドーピング方法の効果が見られた。
In addition, strong reducing impurities other than silicon include aluminum and magnesium, but although these are difficult to enter into the growing crystal, they have the effect of removing "weak points" in the crystal such as oxygen and oxides, and they also contribute to low dislocation density. The effect of the doping method of the present invention was observed.

もちろんこれらの強還元性不純物とともに、n形不純物
S、Se、Te、Sn、P形不純物Zn, Cd、深い
準位を作る不純物Cr,Fe、あるいは等電子不純物N
,Biなどを単体あるいは化合物の形でドープしてもよ
いことはいうまでもない。
Of course, along with these strongly reducing impurities, there are n-type impurities S, Se, Te, Sn, P-type impurities Zn, Cd, impurities Cr and Fe that create deep levels, or isoelectronic impurities N.
, Bi, etc. may be doped singly or in the form of a compound.

但しS,Se,Teなどを余り高濃度に、すなわち1〜
2×1018cm−3以上ドープすると、酸素と同じく
、それ自身で「弱点」を形成する恐れがあるので適量だ
けドープすべきである。
However, if the concentration of S, Se, Te, etc. is too high, i.e. 1~
If it is doped in an amount of 2×10 18 cm −3 or more, it may form a “weak point” by itself, just like oxygen, so it should be doped only in an appropriate amount.

これらの「弱点」の中には極めて小さい転位ループの原
因になるものがあり、X線的には低転位密度単結晶であ
っても、これを基板として、エピタキシャル層を成長さ
せたとき、エピタキシャル層中の転位密度を大きくする
恐れがある。
Some of these "weak points" can cause extremely small dislocation loops, and even if the single crystal has a low dislocation density according to X-rays, when an epitaxial layer is grown using this as a substrate, the epitaxial This may increase the dislocation density in the layer.

以上詳述したように本発明はシリコンなどの強還元性不
純物を液体カプセル法において有効にドープし、低転位
密度■−■族化合物半導体単結晶を製造する新規なドー
ピング方法を提供するものであり、同一の製造条件でも
アンドープ単結晶中の転位密度の約10分の1の低転位
密度■−■族単結晶特に大形低転位密度GaP単結晶が
得られるので、高効率緑色又は橙赤色発光素子の工業的
な製造に大いに貢献するものである。
As detailed above, the present invention provides a novel doping method for manufacturing a low dislocation density ■-■ group compound semiconductor single crystal by effectively doping strongly reducing impurities such as silicon using a liquid capsule method. Even under the same manufacturing conditions, a low dislocation density ■-■ group single crystal, especially a large low dislocation density GaP single crystal, which is approximately one-tenth of the dislocation density in an undoped single crystal, can be obtained, resulting in highly efficient green or orange-red light emission. This greatly contributes to the industrial manufacturing of devices.

【図面の簡単な説明】 第1図は液体カプセル引上法において定常状態における
ルツボと融液の状態を示す図、第2図は本発明の一実施
例における原料チャージの配置図第3図は本発明の他の
実施例におけるGaP融液へのシリコンの添加方法を示
す図である。 図において1はGaP融液、2はB2O3融液、3は石
英ルツボ、4はカーボンルツボ、5はGaP多結晶、6
はB2O3ディスク、7はガリウム、8はシリコン、9
はGaPシード、10は引上軸である。
[Brief Description of the Drawings] Figure 1 is a diagram showing the state of the crucible and melt in a steady state in the liquid capsule pulling method, Figure 2 is the arrangement of the raw material charge in one embodiment of the present invention, and Figure 3 is the diagram showing the state of the crucible and melt in a steady state. FIG. 7 is a diagram showing a method of adding silicon to a GaP melt in another example of the present invention. In the figure, 1 is GaP melt, 2 is B2O3 melt, 3 is quartz crucible, 4 is carbon crucible, 5 is GaP polycrystal, 6
is B2O3 disk, 7 is gallium, 8 is silicon, 9
is a GaP seed, and 10 is a pulling axis.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 酸化ボロン融液をカプセル剤とする液体カプセル引
上法により■−■族化合物半導体単結晶を製造するにあ
たり、 ボロンよりも強い還元性を有する少くとも一種の強還元
性不純物を、上記単結晶の原刺チャージの加熱昇温中に
酸化ボロン融液と直接接触しないように配置し、然る後
に上記単結晶の原料融液中に有効に溶かし込ませ、上記
強還元性不純物を上記融液から同一の製造条件で成長さ
せたアンドープ単結晶中の転位密度の約10分の1以下
の低転位密度■−■族化合物半導体単結晶を得る為に充
分な量だけドープした低転位密度■−■族化合物半導体
単結晶を成長させることを特徴とする■−■族化合物半
導体単結晶への強還元性不純物のドーピング方法。 2 ■−■族化合物半導体がGaP,GaAs、InP
,InAsのうちの一種であり、強還元性不純物がシリ
コン、アルミニウム、マグネシウムのうちの少くとも一
種である特許請求の範囲第1項記載の■−■族化合物半
導体単結晶への強還元性不純物のドーピング方法。 3 ■−■族化合物半導体単結晶が直径35〜55mm
でかつ転位密度が2×104cm−2以下の低転位密度
GaP単結晶であり、強還元性不純物がシリコンでかつ
該GaP単結晶中の濃度が3×1017〜5×1018
cm−3である特許請求の範囲第2項記載のGaP単結
晶への強還元性不純物のドーピング方法。 4 原料チャージがGaP多結晶と予じめシリコンを溶
け込ませたガリウムとの混合物である特許請求の範囲第
3項記載のGaP単結晶への強還元性不純物のドーピン
グ方法。 5 原料チャージがGaP 多結晶と予じめシリコンを
溶け込ませたガリウムおよびポロンとの混合物である特
許請求の範囲第3項記載のGaP単結晶への強還元性不
純物のドーピング方法。 6 原料チャージがGaP 多結晶、GaP多結晶とガ
リウムの混合物のうちの一種であり、該GaP多結晶中
に予じめドープされたシリコンの濃度が少くとも3×1
017cm−3以上である特許請求のドーピング方法。 7 原料チャージがGaP多結晶、GaP多結晶とガリ
ウムの混合物のうちの一種であり、該GaP多結晶中に
予じめドープされたシリコンの濃度が少くとも3×10
17cm−3以上で、かつ該GaP多結晶中に予じめド
ープされたボロンの濃度が少くとも5×1018cm−
3以上である特許請求の範囲第3項記載のGaP単結晶
への強還元性不純物のドーピング方法。
[Claims] 1. In producing a ■-■ group compound semiconductor single crystal by a liquid capsule pulling method using a boron oxide melt as a capsule, at least one type of strong reducing agent having a stronger reducing ability than boron. The impurities are placed so that they do not come into direct contact with the boron oxide melt during heating of the single crystal raw material charge, and are then effectively dissolved into the single crystal raw material melt, and the impurities are then effectively dissolved into the raw material melt of the single crystal, and then Doping with a sufficient amount of sexual impurities to obtain a low dislocation density ■-■ group compound semiconductor single crystal having a low dislocation density of approximately one-tenth or less of the dislocation density in an undoped single crystal grown from the above melt under the same manufacturing conditions. 1. A method for doping a strongly reducing impurity into a ■-■ group compound semiconductor single crystal, the method comprising growing a low dislocation density ■-■ group compound semiconductor single crystal. 2 ■-■ group compound semiconductors are GaP, GaAs, InP
, InAs, and the strong reducing impurity is at least one of silicon, aluminum, and magnesium, and the strong reducing impurity is a strongly reducing impurity to the ■-■ group compound semiconductor single crystal according to claim 1. doping method. 3 ■-■ Group compound semiconductor single crystal has a diameter of 35 to 55 mm
and a low dislocation density GaP single crystal with a dislocation density of 2 x 104 cm-2 or less, and the strongly reducing impurity is silicon and the concentration in the GaP single crystal is 3 x 1017 to 5 x 1018.
3. A method for doping a GaP single crystal with a strongly reducing impurity according to claim 2, wherein the GaP single crystal is 4. The method of doping strongly reducing impurities into a GaP single crystal according to claim 3, wherein the raw material charge is a mixture of GaP polycrystal and gallium in which silicon has been dissolved in advance. 5. The method of doping strongly reducing impurities into a GaP single crystal according to claim 3, wherein the raw material charge is a mixture of GaP polycrystal and gallium and poron into which silicon has been dissolved in advance. 6 The raw material charge is a type of GaP polycrystal or a mixture of GaP polycrystal and gallium, and the concentration of silicon pre-doped in the GaP polycrystal is at least 3×1.
017 cm-3 or more. 7 The raw material charge is a type of GaP polycrystal or a mixture of GaP polycrystal and gallium, and the concentration of silicon pre-doped in the GaP polycrystal is at least 3×10
17 cm-3 or more, and the concentration of boron pre-doped in the GaP polycrystal is at least 5 x 10 cm-3.
3 or more, the method for doping a GaP single crystal with a strongly reducing impurity according to claim 3.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6443211A (en) * 1987-08-10 1989-02-15 Takaraya Bussan Corp Production of christmas tree

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