JP2004345888A - 化合物半導体単結晶の製造方法 - Google Patents
化合物半導体単結晶の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004345888A JP2004345888A JP2003143199A JP2003143199A JP2004345888A JP 2004345888 A JP2004345888 A JP 2004345888A JP 2003143199 A JP2003143199 A JP 2003143199A JP 2003143199 A JP2003143199 A JP 2003143199A JP 2004345888 A JP2004345888 A JP 2004345888A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- dopant
- single crystal
- compound semiconductor
- crystal
- semiconductor single
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
【課題】ドーパント濃度の均一化のための炉内温度分布を形成する必要のない、従って生産性の高いドーパント添加化合物半導体単結晶の製造方法を提供すること。
【解決手段】種結晶2、原料3、および液体封止剤4を入れた有底筒体状の成長容器1を垂直に設置し、該成長容器を取り囲むように設けられた電気炉発熱体6、7により上記原料を所定の温度分布で加熱して融解させ、垂直方向に化合物半導体単結晶を成長させる方法において、ブロック状の原料3a、3bに穴10をあけ、その中にドーパント9をチャージしたものを、上記原料3として成長容器1中に設置することで、ドーパント9が種結晶部へ落下するのを防止し、且つドーパント9の位置を種結晶部より上方の離れた位置に定めた状態でn型またはp型の化合物半導体単結晶を成長する。
【選択図】 図1
【解決手段】種結晶2、原料3、および液体封止剤4を入れた有底筒体状の成長容器1を垂直に設置し、該成長容器を取り囲むように設けられた電気炉発熱体6、7により上記原料を所定の温度分布で加熱して融解させ、垂直方向に化合物半導体単結晶を成長させる方法において、ブロック状の原料3a、3bに穴10をあけ、その中にドーパント9をチャージしたものを、上記原料3として成長容器1中に設置することで、ドーパント9が種結晶部へ落下するのを防止し、且つドーパント9の位置を種結晶部より上方の離れた位置に定めた状態でn型またはp型の化合物半導体単結晶を成長する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、n型またはp型のドーパントを添加した化合物半導体単結晶の成長方法に係り、特に、化合物半導体の原料融液を冷却して垂直方向に単結晶を成長させる垂直グラジエントフリージング(VGF)法や垂直ブリッジマン(VB)法を用いて化合物半導体結晶を成長させる方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、化合物半導体の単結晶(例えばGaAs単結晶)を成長させる方法として、従来の液体封止引上法(LEC法)に代わり、VB法、VGF法が注目されている。
【0003】
このVB法、VGF法は、上部が高温で下部が低温の縦型電気炉内にパイロリティック窒化硼素(PBN)製の成長容器の下部に種結晶を入れ、その上にGaAsの多結晶および液体封止剤を配置し、種結晶より上方に向けて単結晶を成長させる方法であり、直径76mmを超える大口径の結晶成長を容易に行えることを特長としている。ここで、原料のGaAs融液と成長容器壁との濡れによる多結晶化を防ぐ為およびV族元素(As)の解離・蒸発を抑制するために、液体封止剤として三酸化硼素(B2O3)を使用している。
【0004】
従来の方法でn型又はp型のドーパントを添加した化合物半導体単結晶、特にSiを添加したGaAs単結晶やZnを添加したGaAs単結晶等を成長した場合、結晶育成途中において、部分的にドーパントが析出しその箇所から多結晶や双晶が発生し、このため、単結晶の収率が非常に悪いものとなるという問題があった。
【0005】
この問題の解決策として、上記原因が、結晶成長中の融液のドーパントの分布が均質になっていないためと考え、原料を融解後、一旦、融液を形成する融点以上の高温領域から融点近傍の固液界面温度領域を経て融点より低い低温領域の温度勾配中の高温領域と界面温度領域との間に高温ピークを有する温度勾配を形成し保持した後、融液を形成する融点以上の高温領域から固液界面を制御する融点近傍の固液界面温度領域を経て融点より低い低温領域に至る前記結晶成長用温度勾配を形成し、ドーパント添加化合物半導体単結晶を成長する方法が提案されている(特許文献1参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開平9−249479号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1の特開平9−249479号公報の場合のように、ドーパントをチャージした後の原料融解後に、ドーパント濃度の均一化のため炉内温度分布を形成する方法では、温度分布形成後に再び成長用の温度分布にする必要があり、ドーパント均一化から成長用の温度分布に戻す時間が必要になり、生産性が低くなるだけでなく、種結晶への熱ショックが生じる恐れがあり、結晶の転位密度を高くする可能性があるという問題点がある。
【0008】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ドーパント濃度の均一化のための炉内温度分布を形成する必要のない、従って生産性の高いドーパント添加化合物半導体単結晶の製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【0010】
請求項1の発明に係る化合物半導体単結晶の製造方法は、種結晶、原料、および液体封止剤を入れた有底筒体状の成長容器を垂直に設置し、該成長容器を取り囲むように設けられた電気炉発熱体により上記原料を所定の温度分布で加熱して融解させ、垂直方向に化合物半導体単結晶を成長させる方法において、ブロック状の原料に穴をあけ、その中にドーパントをチャージしたものを、上記原料として成長容器中に設置し、n型またはp型の化合物半導体単結晶を成長することを特徴とする。
【0011】
請求項2の発明は、請求項1記載の化合物半導体単結晶の製造方法において、上記成長容器内に入れる原料ブロック内のドーパント位置を、結晶直胴部の最下部から結晶直胴部結晶長さLのL/2以上の高さ位置に設置し、化合物半導体単結晶を成長することを特徴とする。
【0012】
請求項3の発明は、請求項1又は2記載の化合物半導体単結晶の製造方法において、前記ドーパントが、n型のドーパントとなるSi、S、Se、Teのいずれか一つ、又はp型のドーパントとなるZn、Be、Mgのいずれか一つであり、前記化合物半導体単結晶がGaAs単結晶であることを特徴とする。
【0013】
<発明の要点>
本発明は、次のような発明者の知見に基づきなされたものである。
【0014】
従来、VB法やVGF法による化合物半導体単結晶の製造に際し、n型のドーパントとなるSi(またはS、Se、Te等)またはp型のドーパントとなるZn(またはBe、Mg等)は、成長容器の種結晶の上方にチャージし、特に成長容器内のチャージ位置を規定していなかった。そのために、従来の化合物半導体単結晶成長方法の場合、成長容器の種結晶上方にチャージしたドーパントは種結晶周辺に集まり、その個所のドーパント濃度が高くなり、ドーパントが化合物半導体融液へ溶解せず、ドーパントの析出を生じ、種結晶部から多結晶化する。
【0015】
そこで、本発明では、上記化合物半導体単結晶の成長の際、ブロック状の原料に穴をあけ、その中にドーパントをチャージしたものを成長容器内に設置する。このようにすると、ドーパントとなるSi等が種結晶部へ落下するのを防止し、且つドーパントの位置を種結晶部より上方の離れた位置に定めた状態で、n型またはp型の化合物半導体単結晶を成長することができる。すなわち、本発明によれば、ドーパント濃度の不均一性による析出の生成を制御し、種結晶部から多結晶化しないように成長することができる。
【0016】
本発明において、成長容器内に入れる原料ブロック内のドーパント位置は、種結晶部から多結晶化するのを防止する上で、結晶直胴部の最下部から結晶直胴部結晶長さLのL/2以上の高さ位置に設置することが好ましい。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に、n型ドーパントを添加した化合物半導体単結晶成長を例にした本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【0018】
まず本発明を実施した化合物半導体単結晶成長装置の概略を図1を用いて説明する。図1に示す化合物半導体単結晶成長装置は、種結晶2とGaAs原料3、B2O3から成る液体封止剤4を収容する筒状のPBN製の成長容器1と、成長容器1を収容する石英アンプル5と、この成長容器1内のGaAs原料3を所定の温度勾配で加熱して溶解および成長させるための縦型電気炉(電気炉発熱体:ヒータ6)および成長後の結晶を冷却させるための縦型電気炉(電気炉発熱体:ヒータ7)と、そして成長容器1を収容した石英アンプル5を下降させる駆動架台8で構成されている。
【0019】
PBN製の成長容器1は、その下端に種結晶載置部たる細径部1aを有し、また該細径部から上方に向けて直径が大きくなる増径部1bを有すると共に、該増径部から上方に続く筒状の直胴部1cを有している。石英アンプル5も同様の形状をしており、成長容器下端の細径部1aが入り込む小径部5aと、該小径部から上方に向けて直径が大きくなる増径部5bとを有すると共に、該増径部から上方に続く筒状の大径部5cを有している。
【0020】
種結晶を入れる成長容器1の下端すなわち細径部1aは、作業性等の点から開放されて開口している。この成長容器1の下端開放部すなわち細径部1aには、種結晶の落下および液体封止剤4のB2O3の漏れを防止するため、キャップ11が接着されている。
【0021】
ここで、種結晶2を入れる成長容器1内には、上記GaAs原料3が、二つのブロック状の原料、つまり下部ブロック原料3aと上部ブロック原料3bに別れて上下に載置される。そのうちの下部ブロック原料3aは一個(図1)又は複数個(図2)で構成される。下部ブロック原料3aには上面から穴10が設けられている。この穴10の中にSiまたはZnといったドーパント9を載置することにより、ブロック状の原料3内にドーパント9がチャージされる。
【0022】
このブロック状の原料3内にドーパント9をチャージすることにより、ドーパントとなるSi等が種結晶部へ落下することを防止することができ、種結晶2の上方からドーパント9の析出による多結晶化を起こすことなく化合物半導体単結晶を成長することができる。
【0023】
以下にn型ドーパントを添加したGaAs単結晶の成長例を、図1を参照しながら説明する。
【0024】
(実施例1)
図1に示したように、石英アンプル5内に内径85mm、厚さ1mmのPBN製の成長容器1を入れ、成長容器1内に種結晶2、GaAs原料3を6000グラム、ブロック状GaAs原料(下部ブロック原料3a)の穴10の中にドーパント(Si)9を1g入れ、ドーパント9の位置が、成長容器1の結晶直胴部1cの最下部から結晶直胴部結晶長さLの1/2未満の位置に設置し、液体封止剤4のB2O3を50g入れ、真空封止する。この石英アンプル5を成長装置の駆動架台8の上に載せる。縦型電気炉(ヒータ6及びヒータ7)で昇温する。種結晶2を所定量融解させた後、駆動架台8を下降させ、結晶成長を行った。
【0025】
この方法によりn型ドーパント(Si)を添加したGaAs成長した後、成長容器1を石英アンプル5から取出したところ、成長容器1の種結晶2上方にはドーパント9の析出は生じておらず、種結晶部は単結晶成長できた。
【0026】
繰り返し成長したところ、10回中9回は成長容器1の種結晶2上方にはドーパント9の析出を生じておらず、9回とも種結晶部は単結晶成長できた。しかし、10回中1回は、成長後に確認したところ、種結晶上方にドーパント9の析出を生じ、種結晶部から多結晶化していた。
【0027】
(実施例2)
成長容器1内直胴部1cの結晶長さLの1/2以上離れた位置に来るように、n型のドーパント(Si)9を1g入れたこと以外は上記実施例1と同じ条件で、n型ドーパント(Si)を添加したGaAs単結晶の成長を20回行った。
【0028】
その結果、20回連続して成長容器1の種結晶2上方にはドーパント9の析出を生じておらず、20回とも種結晶部は単結晶成長できた。
【0029】
この実施例2では、上記実施例1と同じ原料ブロックを利用可能とするため、図2に示すように、下部ブロック原料3aを二個で構成し、その上側のブロック原料を上記実施例1の下部ブロック原料(3a)と同じ構造とした。すなわち、二個の下部ブロック原料3aのうち、その上側のブロック原料に上面から穴10を設け、この穴10の中にドーパント(Si)9を載置することにより、ブロック状の原料3内にドーパント9のSiをチャージした。
【0030】
この実施例2の結果をまとめると次のようになる。種結晶2および原料3を入れた有底筒体状の成長容器1を垂直に設置し、該成長容器1を取り囲むように設けられた電気炉発熱体たるヒータ6、7により上記原料を所定の温度分布で加熱して融解させ、種結晶より上方に向けて化合物半導体単結晶を成長させる、垂直グラジエントフリージング(VGF)法や垂直ブリッジマン(VB)法を用いた化合物半導体結晶の成長方法において、本実施例のように、ブロック状の原料3aの穴10の中にn型またはp型のドーパントをドーパント9を入れたものを、ドーパント9を結晶直胴部1cの最下部から成長容器1内直胴部1cの結晶長さLのL/2以上離れた高さ位置に設置することで、種結晶2上方にドーパント9の析出を生じることなく高い確率で単結晶成長させることができる。
【0031】
(比較例1)
図3に比較例(従来例)を示す。この図3に示す従来例においては、成長容器1内の種結晶2の上にドーパント(Si)9を設置したこと以外は、上記実施例1と同じ条件で成長した。
【0032】
上記条件でn型ドーパント(Si)を添加したGaAs単結晶成長を10回行った結果、10回中6回は種結晶部上方にドーパント9の析出を生じることなく種結晶部は単結晶化した。しかし、10回中4回は成長後確認したところ、種結晶部上方にドーパント9の析出を生じており、種結晶部から多結晶化していた。
【0033】
以上の結果から、ブロック状のGaAs原料3aに穴10をあけ、その中にドーパント9を入れ、ドーパントの位置を種結晶部より上方に離れた位置にすること、好ましくはドーパントの位置を結晶直胴部1cの最下部から成長容器内直胴部の結晶長さLのL/2以上離れた高さ位置にすることにより、種結晶2の上方にドーパント9の析出を生じることなく、高い確率で単結晶を成長することができる。
【0034】
<他の実施例、変形例>
上記実施例では、垂直グラジエントフリージング(VGF)法や垂直ブリッジマン(VB)法を用いて成長させるGaAs単結晶の成長方法において、n型ドーパントであるSiを添加する例について記載したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Si以外のn型ドーパント(S、Se、Te等)及びp型ドーパント(Zn、Be、Mg等)を添加した、GaAs単結晶の成長方法についても適用することができ、同様の効果を得ることができる。
【0035】
更に、上記実施例では、GaAs単結晶を製造する場合について述べたが、GaAs以外のGaP、InP等のIII−V族化合物半導体、ZnSe、CdTe等のII−VI族化合物半導体におけるVGF法やVB法で結晶成長を行う化合物半導体結晶成長方法についても、ドーパントのチャージ方法、チャージ位置を考慮することで同様の効果を得ることができる。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、種結晶および原料を入れた有底筒体状の成長容器を垂直に設置し、該成長容器を取り囲むように設けられた電気炉発熱体により上記原料を所定の温度分布で加熱して融解させ、垂直方向に化合物半導体単結晶を成長させる方法において、ブロック状の原料に穴をあけ、その中にn型またはp型のドーパントをチャージしたものを成長容器内に設置するため、ドーパントが種結晶部へ落下するのを防止し、且つドーパントの位置を種結晶部より上方の離れた位置に定めた状態で、n型またはp型の化合物半導体単結晶を成長することができる。従って、本発明の成長方法によれば、ドーパント濃度の不均一性による析出の生成を制御し、種結晶部から多結晶化しないように成長することができる。
【0037】
また、本発明においては、ドーパントを成長容器内の直胴部の結晶長さLのL/2以上離れた位置に設置して化合物半導体結晶を成長させることで、種結晶上方にドーパントの析出を生じることなく高い確率で単結晶成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法の第一の実施例に係る化合物半導体単結晶成長装置の断面図である。
【図2】本発明の方法の第二の実施例に係る化合物半導体単結晶成長装置の断面図である。
【図3】従来例の化合物半導体単結晶の製造方法による化合物半導体単結晶成長装置の断面図のである。
【符号の説明】
1 成長容器
1c 直胴部
2 種結晶
3 GaAs原料
3a 下部ブロック原料
3b 上部ブロック原料
4 液体封止剤(B2O3)
5 石英アンプル
9 ドーパント(SiまたはZn)
10 穴
L 結晶直胴部結晶長さ
【発明の属する技術分野】
本発明は、n型またはp型のドーパントを添加した化合物半導体単結晶の成長方法に係り、特に、化合物半導体の原料融液を冷却して垂直方向に単結晶を成長させる垂直グラジエントフリージング(VGF)法や垂直ブリッジマン(VB)法を用いて化合物半導体結晶を成長させる方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、化合物半導体の単結晶(例えばGaAs単結晶)を成長させる方法として、従来の液体封止引上法(LEC法)に代わり、VB法、VGF法が注目されている。
【0003】
このVB法、VGF法は、上部が高温で下部が低温の縦型電気炉内にパイロリティック窒化硼素(PBN)製の成長容器の下部に種結晶を入れ、その上にGaAsの多結晶および液体封止剤を配置し、種結晶より上方に向けて単結晶を成長させる方法であり、直径76mmを超える大口径の結晶成長を容易に行えることを特長としている。ここで、原料のGaAs融液と成長容器壁との濡れによる多結晶化を防ぐ為およびV族元素(As)の解離・蒸発を抑制するために、液体封止剤として三酸化硼素(B2O3)を使用している。
【0004】
従来の方法でn型又はp型のドーパントを添加した化合物半導体単結晶、特にSiを添加したGaAs単結晶やZnを添加したGaAs単結晶等を成長した場合、結晶育成途中において、部分的にドーパントが析出しその箇所から多結晶や双晶が発生し、このため、単結晶の収率が非常に悪いものとなるという問題があった。
【0005】
この問題の解決策として、上記原因が、結晶成長中の融液のドーパントの分布が均質になっていないためと考え、原料を融解後、一旦、融液を形成する融点以上の高温領域から融点近傍の固液界面温度領域を経て融点より低い低温領域の温度勾配中の高温領域と界面温度領域との間に高温ピークを有する温度勾配を形成し保持した後、融液を形成する融点以上の高温領域から固液界面を制御する融点近傍の固液界面温度領域を経て融点より低い低温領域に至る前記結晶成長用温度勾配を形成し、ドーパント添加化合物半導体単結晶を成長する方法が提案されている(特許文献1参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開平9−249479号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1の特開平9−249479号公報の場合のように、ドーパントをチャージした後の原料融解後に、ドーパント濃度の均一化のため炉内温度分布を形成する方法では、温度分布形成後に再び成長用の温度分布にする必要があり、ドーパント均一化から成長用の温度分布に戻す時間が必要になり、生産性が低くなるだけでなく、種結晶への熱ショックが生じる恐れがあり、結晶の転位密度を高くする可能性があるという問題点がある。
【0008】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ドーパント濃度の均一化のための炉内温度分布を形成する必要のない、従って生産性の高いドーパント添加化合物半導体単結晶の製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【0010】
請求項1の発明に係る化合物半導体単結晶の製造方法は、種結晶、原料、および液体封止剤を入れた有底筒体状の成長容器を垂直に設置し、該成長容器を取り囲むように設けられた電気炉発熱体により上記原料を所定の温度分布で加熱して融解させ、垂直方向に化合物半導体単結晶を成長させる方法において、ブロック状の原料に穴をあけ、その中にドーパントをチャージしたものを、上記原料として成長容器中に設置し、n型またはp型の化合物半導体単結晶を成長することを特徴とする。
【0011】
請求項2の発明は、請求項1記載の化合物半導体単結晶の製造方法において、上記成長容器内に入れる原料ブロック内のドーパント位置を、結晶直胴部の最下部から結晶直胴部結晶長さLのL/2以上の高さ位置に設置し、化合物半導体単結晶を成長することを特徴とする。
【0012】
請求項3の発明は、請求項1又は2記載の化合物半導体単結晶の製造方法において、前記ドーパントが、n型のドーパントとなるSi、S、Se、Teのいずれか一つ、又はp型のドーパントとなるZn、Be、Mgのいずれか一つであり、前記化合物半導体単結晶がGaAs単結晶であることを特徴とする。
【0013】
<発明の要点>
本発明は、次のような発明者の知見に基づきなされたものである。
【0014】
従来、VB法やVGF法による化合物半導体単結晶の製造に際し、n型のドーパントとなるSi(またはS、Se、Te等)またはp型のドーパントとなるZn(またはBe、Mg等)は、成長容器の種結晶の上方にチャージし、特に成長容器内のチャージ位置を規定していなかった。そのために、従来の化合物半導体単結晶成長方法の場合、成長容器の種結晶上方にチャージしたドーパントは種結晶周辺に集まり、その個所のドーパント濃度が高くなり、ドーパントが化合物半導体融液へ溶解せず、ドーパントの析出を生じ、種結晶部から多結晶化する。
【0015】
そこで、本発明では、上記化合物半導体単結晶の成長の際、ブロック状の原料に穴をあけ、その中にドーパントをチャージしたものを成長容器内に設置する。このようにすると、ドーパントとなるSi等が種結晶部へ落下するのを防止し、且つドーパントの位置を種結晶部より上方の離れた位置に定めた状態で、n型またはp型の化合物半導体単結晶を成長することができる。すなわち、本発明によれば、ドーパント濃度の不均一性による析出の生成を制御し、種結晶部から多結晶化しないように成長することができる。
【0016】
本発明において、成長容器内に入れる原料ブロック内のドーパント位置は、種結晶部から多結晶化するのを防止する上で、結晶直胴部の最下部から結晶直胴部結晶長さLのL/2以上の高さ位置に設置することが好ましい。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に、n型ドーパントを添加した化合物半導体単結晶成長を例にした本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【0018】
まず本発明を実施した化合物半導体単結晶成長装置の概略を図1を用いて説明する。図1に示す化合物半導体単結晶成長装置は、種結晶2とGaAs原料3、B2O3から成る液体封止剤4を収容する筒状のPBN製の成長容器1と、成長容器1を収容する石英アンプル5と、この成長容器1内のGaAs原料3を所定の温度勾配で加熱して溶解および成長させるための縦型電気炉(電気炉発熱体:ヒータ6)および成長後の結晶を冷却させるための縦型電気炉(電気炉発熱体:ヒータ7)と、そして成長容器1を収容した石英アンプル5を下降させる駆動架台8で構成されている。
【0019】
PBN製の成長容器1は、その下端に種結晶載置部たる細径部1aを有し、また該細径部から上方に向けて直径が大きくなる増径部1bを有すると共に、該増径部から上方に続く筒状の直胴部1cを有している。石英アンプル5も同様の形状をしており、成長容器下端の細径部1aが入り込む小径部5aと、該小径部から上方に向けて直径が大きくなる増径部5bとを有すると共に、該増径部から上方に続く筒状の大径部5cを有している。
【0020】
種結晶を入れる成長容器1の下端すなわち細径部1aは、作業性等の点から開放されて開口している。この成長容器1の下端開放部すなわち細径部1aには、種結晶の落下および液体封止剤4のB2O3の漏れを防止するため、キャップ11が接着されている。
【0021】
ここで、種結晶2を入れる成長容器1内には、上記GaAs原料3が、二つのブロック状の原料、つまり下部ブロック原料3aと上部ブロック原料3bに別れて上下に載置される。そのうちの下部ブロック原料3aは一個(図1)又は複数個(図2)で構成される。下部ブロック原料3aには上面から穴10が設けられている。この穴10の中にSiまたはZnといったドーパント9を載置することにより、ブロック状の原料3内にドーパント9がチャージされる。
【0022】
このブロック状の原料3内にドーパント9をチャージすることにより、ドーパントとなるSi等が種結晶部へ落下することを防止することができ、種結晶2の上方からドーパント9の析出による多結晶化を起こすことなく化合物半導体単結晶を成長することができる。
【0023】
以下にn型ドーパントを添加したGaAs単結晶の成長例を、図1を参照しながら説明する。
【0024】
(実施例1)
図1に示したように、石英アンプル5内に内径85mm、厚さ1mmのPBN製の成長容器1を入れ、成長容器1内に種結晶2、GaAs原料3を6000グラム、ブロック状GaAs原料(下部ブロック原料3a)の穴10の中にドーパント(Si)9を1g入れ、ドーパント9の位置が、成長容器1の結晶直胴部1cの最下部から結晶直胴部結晶長さLの1/2未満の位置に設置し、液体封止剤4のB2O3を50g入れ、真空封止する。この石英アンプル5を成長装置の駆動架台8の上に載せる。縦型電気炉(ヒータ6及びヒータ7)で昇温する。種結晶2を所定量融解させた後、駆動架台8を下降させ、結晶成長を行った。
【0025】
この方法によりn型ドーパント(Si)を添加したGaAs成長した後、成長容器1を石英アンプル5から取出したところ、成長容器1の種結晶2上方にはドーパント9の析出は生じておらず、種結晶部は単結晶成長できた。
【0026】
繰り返し成長したところ、10回中9回は成長容器1の種結晶2上方にはドーパント9の析出を生じておらず、9回とも種結晶部は単結晶成長できた。しかし、10回中1回は、成長後に確認したところ、種結晶上方にドーパント9の析出を生じ、種結晶部から多結晶化していた。
【0027】
(実施例2)
成長容器1内直胴部1cの結晶長さLの1/2以上離れた位置に来るように、n型のドーパント(Si)9を1g入れたこと以外は上記実施例1と同じ条件で、n型ドーパント(Si)を添加したGaAs単結晶の成長を20回行った。
【0028】
その結果、20回連続して成長容器1の種結晶2上方にはドーパント9の析出を生じておらず、20回とも種結晶部は単結晶成長できた。
【0029】
この実施例2では、上記実施例1と同じ原料ブロックを利用可能とするため、図2に示すように、下部ブロック原料3aを二個で構成し、その上側のブロック原料を上記実施例1の下部ブロック原料(3a)と同じ構造とした。すなわち、二個の下部ブロック原料3aのうち、その上側のブロック原料に上面から穴10を設け、この穴10の中にドーパント(Si)9を載置することにより、ブロック状の原料3内にドーパント9のSiをチャージした。
【0030】
この実施例2の結果をまとめると次のようになる。種結晶2および原料3を入れた有底筒体状の成長容器1を垂直に設置し、該成長容器1を取り囲むように設けられた電気炉発熱体たるヒータ6、7により上記原料を所定の温度分布で加熱して融解させ、種結晶より上方に向けて化合物半導体単結晶を成長させる、垂直グラジエントフリージング(VGF)法や垂直ブリッジマン(VB)法を用いた化合物半導体結晶の成長方法において、本実施例のように、ブロック状の原料3aの穴10の中にn型またはp型のドーパントをドーパント9を入れたものを、ドーパント9を結晶直胴部1cの最下部から成長容器1内直胴部1cの結晶長さLのL/2以上離れた高さ位置に設置することで、種結晶2上方にドーパント9の析出を生じることなく高い確率で単結晶成長させることができる。
【0031】
(比較例1)
図3に比較例(従来例)を示す。この図3に示す従来例においては、成長容器1内の種結晶2の上にドーパント(Si)9を設置したこと以外は、上記実施例1と同じ条件で成長した。
【0032】
上記条件でn型ドーパント(Si)を添加したGaAs単結晶成長を10回行った結果、10回中6回は種結晶部上方にドーパント9の析出を生じることなく種結晶部は単結晶化した。しかし、10回中4回は成長後確認したところ、種結晶部上方にドーパント9の析出を生じており、種結晶部から多結晶化していた。
【0033】
以上の結果から、ブロック状のGaAs原料3aに穴10をあけ、その中にドーパント9を入れ、ドーパントの位置を種結晶部より上方に離れた位置にすること、好ましくはドーパントの位置を結晶直胴部1cの最下部から成長容器内直胴部の結晶長さLのL/2以上離れた高さ位置にすることにより、種結晶2の上方にドーパント9の析出を生じることなく、高い確率で単結晶を成長することができる。
【0034】
<他の実施例、変形例>
上記実施例では、垂直グラジエントフリージング(VGF)法や垂直ブリッジマン(VB)法を用いて成長させるGaAs単結晶の成長方法において、n型ドーパントであるSiを添加する例について記載したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Si以外のn型ドーパント(S、Se、Te等)及びp型ドーパント(Zn、Be、Mg等)を添加した、GaAs単結晶の成長方法についても適用することができ、同様の効果を得ることができる。
【0035】
更に、上記実施例では、GaAs単結晶を製造する場合について述べたが、GaAs以外のGaP、InP等のIII−V族化合物半導体、ZnSe、CdTe等のII−VI族化合物半導体におけるVGF法やVB法で結晶成長を行う化合物半導体結晶成長方法についても、ドーパントのチャージ方法、チャージ位置を考慮することで同様の効果を得ることができる。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、種結晶および原料を入れた有底筒体状の成長容器を垂直に設置し、該成長容器を取り囲むように設けられた電気炉発熱体により上記原料を所定の温度分布で加熱して融解させ、垂直方向に化合物半導体単結晶を成長させる方法において、ブロック状の原料に穴をあけ、その中にn型またはp型のドーパントをチャージしたものを成長容器内に設置するため、ドーパントが種結晶部へ落下するのを防止し、且つドーパントの位置を種結晶部より上方の離れた位置に定めた状態で、n型またはp型の化合物半導体単結晶を成長することができる。従って、本発明の成長方法によれば、ドーパント濃度の不均一性による析出の生成を制御し、種結晶部から多結晶化しないように成長することができる。
【0037】
また、本発明においては、ドーパントを成長容器内の直胴部の結晶長さLのL/2以上離れた位置に設置して化合物半導体結晶を成長させることで、種結晶上方にドーパントの析出を生じることなく高い確率で単結晶成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法の第一の実施例に係る化合物半導体単結晶成長装置の断面図である。
【図2】本発明の方法の第二の実施例に係る化合物半導体単結晶成長装置の断面図である。
【図3】従来例の化合物半導体単結晶の製造方法による化合物半導体単結晶成長装置の断面図のである。
【符号の説明】
1 成長容器
1c 直胴部
2 種結晶
3 GaAs原料
3a 下部ブロック原料
3b 上部ブロック原料
4 液体封止剤(B2O3)
5 石英アンプル
9 ドーパント(SiまたはZn)
10 穴
L 結晶直胴部結晶長さ
Claims (3)
- 種結晶、原料、および液体封止剤を入れた有底筒体状の成長容器を垂直に設置し、該成長容器を取り囲むように設けられた電気炉発熱体により上記原料を所定の温度分布で加熱して融解させ、垂直方向に化合物半導体単結晶を成長させる方法において、
ブロック状の原料に穴をあけ、その中にドーパントをチャージしたものを、上記原料として成長容器中に設置し、n型またはp型の化合物半導体単結晶を成長することを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法。 - 請求項1記載の化合物半導体単結晶の製造方法において、
上記成長容器内に入れる原料ブロック内のドーパント位置を、結晶直胴部の最下部から結晶直胴部結晶長さLのL/2以上の高さ位置に設置し、化合物半導体単結晶を成長することを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法。 - 請求項1又は2記載の化合物半導体単結晶の製造方法において、
前記ドーパントが、n型のドーパントとなるSi、S、Se、Teのいずれか一つ、又はp型のドーパントとなるZn、Be、Mgのいずれか一つであり、前記化合物半導体単結晶がGaAs単結晶であることを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003143199A JP2004345888A (ja) | 2003-05-21 | 2003-05-21 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003143199A JP2004345888A (ja) | 2003-05-21 | 2003-05-21 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004345888A true JP2004345888A (ja) | 2004-12-09 |
Family
ID=33531052
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003143199A Pending JP2004345888A (ja) | 2003-05-21 | 2003-05-21 | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004345888A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006106644A1 (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-12 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | SiドープGaAs単結晶インゴットおよびその製造方法、並びに、当該SiドープGaAs単結晶インゴットから製造されたSiドープGaAs単結晶ウェハ |
WO2014156596A1 (ja) * | 2013-03-26 | 2014-10-02 | Jx日鉱日石金属株式会社 | 化合物半導体ウエハ、光電変換素子、およびiii-v族化合物半導体単結晶の製造方法 |
CN109972203A (zh) * | 2019-03-05 | 2019-07-05 | 赛维Ldk太阳能高科技(新余)有限公司 | 一种多晶硅铸锭方法和多晶硅 |
CN114808130A (zh) * | 2022-05-10 | 2022-07-29 | 云南鑫耀半导体材料有限公司 | 磷化铟多晶料vgf或vb法生长单晶的装料方法 |
-
2003
- 2003-05-21 JP JP2003143199A patent/JP2004345888A/ja active Pending
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006106644A1 (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-12 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | SiドープGaAs単結晶インゴットおよびその製造方法、並びに、当該SiドープGaAs単結晶インゴットから製造されたSiドープGaAs単結晶ウェハ |
JP2012006829A (ja) * | 2005-03-31 | 2012-01-12 | Dowa Electronics Materials Co Ltd | SiドープGaAs単結晶インゴットおよびその製造方法、並びに、当該SiドープGaAs単結晶インゴットから製造されたSiドープGaAs単結晶ウェハ |
DE112006000771B4 (de) * | 2005-03-31 | 2012-05-31 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Si-dotierter GaAs-Einkristallingot und Verfahren zur Herstellung desselbigen, und Si-dotierter GaAs-Einkristallwafer, der aus Si-dotiertem GaAs-Einkristallingot hergestellt wird |
JP5111104B2 (ja) * | 2005-03-31 | 2012-12-26 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | SiドープGaAs単結晶インゴットおよびその製造方法 |
US8986446B2 (en) | 2005-03-31 | 2015-03-24 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Si-doped GaAs single crystal ingot and process for producing the same, and Si-doped GaAs single crystal wafer produced from Si-doped GaAs single crystal ingot |
WO2014156596A1 (ja) * | 2013-03-26 | 2014-10-02 | Jx日鉱日石金属株式会社 | 化合物半導体ウエハ、光電変換素子、およびiii-v族化合物半導体単結晶の製造方法 |
CN105247117A (zh) * | 2013-03-26 | 2016-01-13 | 吉坤日矿日石金属株式会社 | 化合物半导体晶片、光电转换元件、以及iii-v族化合物半导体单晶的制造方法 |
US11211505B2 (en) | 2013-03-26 | 2021-12-28 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Indium phosphide wafer, photoelectric conversion element, and method for producing a monocrystalline indium phosphide |
US11349037B2 (en) | 2013-03-26 | 2022-05-31 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Indium phosphide wafer, photoelectric conversion element, and method for producing a monocrystalline indium phosphide |
CN109972203A (zh) * | 2019-03-05 | 2019-07-05 | 赛维Ldk太阳能高科技(新余)有限公司 | 一种多晶硅铸锭方法和多晶硅 |
CN114808130A (zh) * | 2022-05-10 | 2022-07-29 | 云南鑫耀半导体材料有限公司 | 磷化铟多晶料vgf或vb法生长单晶的装料方法 |
CN114808130B (zh) * | 2022-05-10 | 2023-12-12 | 云南鑫耀半导体材料有限公司 | 磷化铟多晶料vgf或vb法生长单晶的装料方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101736401B (zh) | 锗晶体生长的方法和装置 | |
US7314518B2 (en) | Furnace for growing compound semiconductor single crystal and method of growing the same by using the furnace | |
JP4830312B2 (ja) | 化合物半導体単結晶とその製造方法 | |
US8647433B2 (en) | Germanium ingots/wafers having low micro-pit density (MPD) as well as systems and methods for manufacturing same | |
JP3343615B2 (ja) | バルク結晶の成長方法 | |
JP5370394B2 (ja) | 化合物半導体単結晶基板 | |
US7175705B2 (en) | Process for producing compound semiconductor single crystal | |
JP2010260747A (ja) | 半導体結晶の製造方法 | |
JP2004345888A (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法 | |
JP4784095B2 (ja) | 化合物半導体単結晶とその製造方法および製造装置 | |
JPH11349392A (ja) | 単結晶の製造方法および製造装置 | |
JP5370393B2 (ja) | 化合物半導体単結晶基板 | |
JP2004099390A (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法及び化合物半導体単結晶 | |
JP2004277266A (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法 | |
JP2004203721A (ja) | 単結晶成長装置および成長方法 | |
JP4778150B2 (ja) | ZnTe系化合物半導体単結晶の製造方法およびZnTe系化合物半導体単結晶 | |
JP3633212B2 (ja) | 単結晶成長方法 | |
JP2018150181A (ja) | 単結晶育成用坩堝および単結晶育成方法 | |
JPH10212192A (ja) | バルク結晶の成長方法 | |
JP2004026577A (ja) | 化合物半導体単結晶成長装置及び化合物半導体単結晶成長方法 | |
JPH03193689A (ja) | 化合物半導体の結晶製造方法 | |
JPH09249479A (ja) | 化合物半導体単結晶の成長方法 | |
JPH11130579A (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法及びその製造装置 | |
JP2003226594A (ja) | 半導体結晶成長方法 | |
JPH08290991A (ja) | 化合物半導体単結晶の成長方法 |