JP7436978B2 - 単結晶インゴット、結晶育成用ダイ、及び単結晶の製造方法 - Google Patents
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Description
[2]前記単結晶インゴットの幅が50mm以上である、上記[1]に記載の単結晶インゴット。
[3]前記断面とファセット面との交線から形成される部分を含めた、すべての部分の理想外形からの窪みの距離の最大値である距離Xmaxが5mm以下である、上記[1]又は[2]に記載の単結晶インゴット。
[4]前記金属酸化物がGa2O3系半導体であり、前記ドーパントが、Mg、Si、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Hf、又はTaからなる群から選ばれる1種以上である、上記[1]~[3]のいずれか1項に記載の単結晶インゴット。
[5]前記距離Xmaxが1mm以上である、上記[1]~[4]のいずれか1項に記載の単結晶インゴット。
[6]EFG法による単結晶育成に用いられる結晶育成用ダイであって、スリットが開口する上面が平坦であり、前記上面の縁に、又は、前記縁の近傍かつ前記スリットから離隔した位置に、前記上面からの融液の排出を促す排出促進部を有する、結晶育成用ダイ。
[7]前記排出促進部が、少なくとも前記スリットに平行な前記縁の近傍に設けられた、上記[6]に記載の結晶育成用ダイ。
[8]前記排出促進部が、前記縁の少なくとも一部に設けられた面取り部、R面取り部、又は段差部である、上記[6]又は[7]に記載の結晶育成用ダイ。
[9]前記排出促進部が、側面の上側の一部又は全体に設けられた傾斜部である、上記[6]又は[7]に記載の結晶育成用ダイ。
[10]前記排出促進部が、側面上に設けられた、前記上面から下方に向かって伸びる溝である、上記[6]又は[7]に記載の結晶育成用ダイ。
[11]前記排出促進部が、前記上面の前記縁の近傍の領域に開口する貫通孔である、上記[6]又は[7]に記載の結晶育成用ダイ。
[12]EFG法による、ドーパントを含む金属酸化物又は擬2成分系化合物の単結晶の製造方法であって、結晶育成用ダイの上面と単結晶の成長界面との間の融液を、前記結晶育成用ダイの上面の縁から、又は、前記縁の近傍の部分から排出しながら、前記単結晶を引き上げる、単結晶の製造方法。
[13]EFG法による、ドーパントを含む金属酸化物又は擬2成分系化合物の単結晶の製造方法であって、前記単結晶を引き上げる際に、前記単結晶の結晶引き上げ方向に平行な長さ方向に沿った側面に、線状の窪みが形成され、育成された前記単結晶のインゴットにおいて、前記側面に囲まれた部分における、前記長さ方向に垂直な断面のうちの前記長さ方向の前記窪みがない方の端部からの前記長さ方向の距離が50mmの位置にある断面の面積が、前記結晶育成用ダイの上面の面積の80%以上である、単結晶の製造方法。
[14]前記金属酸化物がGa2O3系半導体であり、前記ドーパントが、Mg、Si、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Hf、又はTaからなる群から選ばれる1種以上である、上記[12]又は[13]に記載の単結晶の製造方法。
[15]上記[6]~[11]のいずれか1項に記載の結晶育成用ダイを用いる、上記[12]~[14]のいずれか1項に記載の単結晶の製造方法。
本実施の形態では、主に、育成する金属酸化物の単結晶の一例としてGa2O3系半導体の単結晶を用いて説明を行うが、本発明に係る金属酸化物の単結晶はこれに限定されるものではない。
図1は、本発明の第1実施の形態に係るEFG法単結晶育成装置10の一部を示す垂直断面図である。
図2(a)、(b)は、従来の装置を用いたEFG法による単結晶育成における、結晶成長界面近傍の状態を示す模式図である。図2(a)は、ドーパントを含まない融液210aからドーパントを含まない育成結晶212aを育成する場合の模式図である。図2(b)は、ドーパントを含む融液210bからドーパントを含む育成結晶212bを育成する場合の模式図である。以下、図2(a)、(b)を用いて、本発明者らが見出した、EFG法による単結晶育成の問題点について説明する。
以下に、上述のEFG法による単結晶育成の問題点を鑑みて生み出された本実施の形態に係る単結晶の製造方法について説明する。
図11(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る単結晶インゴット1の外観図である。単結晶インゴット1は、引き上げられたままの状態の未加工の育成結晶22、すなわちアズグロウンの育成結晶22である。このため、単結晶インゴット1は、例えば、Ga2O3系化合物の単結晶のインゴットであり、Ga2O3の融点近傍での揮発性が低いMg、Si、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Hf、又はTaからなる群から選ばれる1種以上をドーパントとして含む。
第1の実施の形態では、母材料である金属酸化物の融点近傍での揮発性が低いドーパントを含む単結晶を育成する場合について説明したが、窪み222が発生するという問題は、同様のメカニズムにより、複合酸化物のような擬2成分系化合物の単結晶を育成する場合にも起こり得る。
上記実施の形態によれば、EFG法による単結晶の製造方法であって、育成する単結晶の結晶引き上げ方向に沿ったアズグロウンの面上に窪みが生じる場合であっても、その窪みの深さを抑えることのできる単結晶の製造方法、その製造方法に用いられる結晶育成用ダイ、及びその製造方法により製造された単結晶インゴットを提供できる。
10 EFG法単結晶育成装置
12 結晶成長用ダイ
20 融液
22 育成結晶
30 理想外形
120 上面
121 スリット
122 側面
123 排出促進部
123a 面取り部
123b R面取り部
123c 段差部
123d 傾斜部
123e 溝
123f 貫通孔
220 結晶成長界面
221 側面
222 窪み
Claims (11)
- ドーパントを含む金属酸化物又は擬2成分系化合物のアズグロウンの単結晶インゴットであって、
結晶引き上げ方向に平行な長さ方向に沿った側面の前記長さ方向の長さが50mm以上であり、
前記長さ方向の一方の端部から前記長さ方向に沿って延びる線状の窪みを前記側面上に有し、
前記側面に囲まれた部分における、前記長さ方向に垂直な断面のうち、前記長さ方向の前記窪みがない方の他方の端部からの前記長さ方向の距離が50mmの位置にある断面の外形は、前記断面とファセット面との交線から形成される部分以外において、理想外形からの窪みの距離の最大値である距離Xmaxが1mm以上、5mm以下であり、
前記理想外形が、前記断面の外形が内側に収まる最小面積の長方形又は四角形である、
単結晶インゴット。 - 前記単結晶インゴットの幅が50mm以上である、
請求項1に記載の単結晶インゴット。 - 前記断面とファセット面との交線から形成される部分を含めた、すべての部分の理想外形からの窪みの距離の最大値である距離Xmaxが5mm以下である、
請求項1又は2に記載の単結晶インゴット。 - 前記金属酸化物がGa2O3系半導体であり、
前記ドーパントが、Mg、Si、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Hf、又はTaからなる群から選ばれる1種以上である、
請求項1~3のいずれか1項に記載の単結晶インゴット。 - EFG法による単結晶育成に用いられる結晶育成用ダイであって、
スリットが開口する上面が平坦であり、
前記上面の縁に、又は、前記縁の近傍かつ前記スリットから離隔した位置に、前記上面からの融液の排出を促す排出促進部を有し、
前記排出促進部が、側面上に設けられた、前記上面から下方に向かって伸びる溝である、
結晶育成用ダイ。 - EFG法による単結晶育成に用いられる結晶育成用ダイであって、
スリットが開口する上面が平坦であり、
前記上面の縁に、又は、前記縁の近傍かつ前記スリットから離隔した位置に、前記上面からの融液の排出を促す排出促進部を有し、
前記排出促進部が、前記上面の前記縁の近傍の領域に開口する貫通孔である、
結晶育成用ダイ。 - 前記排出促進部が、少なくとも前記スリットに平行な前記縁の近傍に設けられた、
請求項5又は6に記載の結晶育成用ダイ。 - EFG法による、ドーパントを含む金属酸化物又は擬2成分系化合物の単結晶の製造方法であって、
結晶育成用ダイの上面と単結晶の成長界面との間の融液を、前記結晶育成用ダイの上面の縁から、又は、前記縁の近傍の部分から排出しながら、前記単結晶を引き上げる、
単結晶の製造方法。 - 前記結晶育成用ダイとして、第1の結晶育成用ダイ、第2の結晶育成用ダイ、第3の結晶育成用ダイ、第4の結晶育成用ダイ、第5の結晶育成用ダイ、又は第6の結晶育成用ダイが用いられ、
前記第1の結晶育成用ダイは、スリットが開口する上面が平坦であり、前記上面の縁に、又は、前記縁の近傍かつ前記スリットから離隔した位置に、前記上面からの融液の排出を促す排出促進部を有し、
前記第2の結晶育成用ダイは、前記排出促進部が、少なくとも前記スリットに平行な前記縁の近傍に設けられた、前記第1の結晶育成用ダイであり、
前記第3の結晶育成用ダイは、前記排出促進部が、前記縁の少なくとも一部に設けられた面取り部、R面取り部、又は段差部である、前記第1の結晶育成用ダイ又は前記第2の結晶育成用ダイであり、
前記第4の結晶育成用ダイは、前記排出促進部が、側面の上側の一部又は全体に設けられた傾斜部である、前記第1の結晶育成用ダイ又は前記第2の結晶育成用ダイであり、
前記第5の結晶育成用ダイは、前記排出促進部が、側面上に設けられた、前記上面から下方に向かって伸びる溝である、前記第1の結晶育成用ダイ又は前記第2の結晶育成用ダイであり、
前記第6の結晶育成用ダイは、前記排出促進部が、前記上面の前記縁の近傍の領域に開口する貫通孔である、前記第1の結晶育成用ダイ又は前記第2の結晶育成用ダイである、
請求項8に記載の単結晶の製造方法。 - EFG法による、ドーパントを含む金属酸化物又は擬2成分系化合物の単結晶の製造方法であって、
結晶育成用ダイとして、第1の結晶育成用ダイ、第2の結晶育成用ダイ、第3の結晶育成用ダイ、第4の結晶育成用ダイ、第5の結晶育成用ダイ、又は第6の結晶育成用ダイが用いられ、
前記単結晶を引き上げる際に、前記単結晶の結晶引き上げ方向に平行な長さ方向に沿った側面に、線状の窪みが形成され、
育成された前記単結晶のインゴットにおいて、前記側面に囲まれた部分における、前記長さ方向に垂直な断面のうちの前記長さ方向の前記窪みがない方の端部からの前記長さ方向の距離が50mmの位置にある断面の面積が、前記結晶育成用ダイの上面の面積の80%以上であり、
前記第1の結晶育成用ダイは、スリットが開口する上面が平坦であり、前記上面の縁に、又は、前記縁の近傍かつ前記スリットから離隔した位置に、前記上面からの融液の排出を促す排出促進部を有し、
前記第2の結晶育成用ダイは、前記排出促進部が、少なくとも前記スリットに平行な前記縁の近傍に設けられた、前記第1の結晶育成用ダイであり、
前記第3の結晶育成用ダイは、前記排出促進部が、前記縁の少なくとも一部に設けられた面取り部、R面取り部、又は段差部である、前記第1の結晶育成用ダイ又は前記第2の結晶育成用ダイであり、
前記第4の結晶育成用ダイは、前記排出促進部が、側面の上側の一部又は全体に設けられた傾斜部である、前記第1の結晶育成用ダイ又は前記第2の結晶育成用ダイであり、
前記第5の結晶育成用ダイは、前記排出促進部が、側面上に設けられた、前記上面から下方に向かって伸びる溝である、前記第1の結晶育成用ダイ又は前記第2の結晶育成用ダイであり、
前記第6の結晶育成用ダイは、前記排出促進部が、前記上面の前記縁の近傍の領域に開口する貫通孔である、前記第1の結晶育成用ダイ又は前記第2の結晶育成用ダイである、
単結晶の製造方法。 - 前記金属酸化物がGa2O3系半導体であり、
前記ドーパントが、Mg、Si、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Hf、又はTaからなる群から選ばれる1種以上である、
請求項8~10のいずれか1項に記載の単結晶の製造方法。
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