JP2005343752A - Iii−v族化合物半導体結晶の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 るつぼ1内に、GaAs原料4および酸化ホウ素5が充填される。そのるつぼ1が、GaAs原料4外に配置されたカーボン源とともにアンプル7内に密封される。その状態でGaAs原料4が加熱溶融される。この際、酸化ホウ素5の開口からGaAs原料4の融液表面がアンプル7内のカーボンを含むガス雰囲気に直接曝される。溶融したGaAs原料4が固化されて、カーボンが添加されたGaAs単結晶が形成される。
【選択図】 図1
Description
図1は、本発明の実施の形態1におけるカーボン添加GaAs単結晶の製造方法の一例を説明するための図である。図1を参照して、まずるつぼ1内に、種結晶3と、GaAs原料4と、水分を含有する酸化ホウ素(B2O3)5とが充填される。種結晶3はるつぼ1の最下端部に収容され、GaAs原料4はGa(ガリウム)とAs(ヒ素)とが予備合成された多結晶体として準備される。
3C+B2O3→3CO+2B
これにより、カーボン源として固体カーボンを用いた場合および酸化炭素ガスを用いた場合のいずれにおいても、石英製アンプル7内のガス雰囲気がカーボンを含むことになる。そして、このガス雰囲気からGaAs原料4の融液はカーボンを供給される。
図2は、本発明の実施の形態2におけるカーボン添加GaAs単結晶の製造方法の一例を説明するための図である。図2を参照して、本実施の形態の製造方法は、上述した実施の形態1の製造方法と比較して、GaAs原料4の融液表面を石英製アンプル7内の雰囲気ガスに曝すためにガス透過性材料からなる円板11aが用いられる点において異なる。このガス透過性材料からなる円板11aは、たとえば焼結BN(窒化ホウ素)により構成されており、GaAs原料4の融液表面に浮かべられる。
図3は、本発明の実施の形態3におけるカーボン添加GaAs単結晶の製造方法の一例を説明するための図である。図3を参照して、本実施の形態の製造方法は、上述した実施の形態1の製造方法と比較して、カーボン源として固体カーボン6が用いられており、この固体カーボン6はるつぼ1の下部に敷かれたカーボンキャップである点において異なる。
図4は、本発明の実施の形態4におけるカーボン添加GaAs単結晶の製造方法の一例を説明するための図である。図4を参照して、本実施の形態の製造方法は、上述した実施の形態2の製造方法と比較して、カーボン源として固体カーボン(カーボン板)6が用いられており、この固体カーボン6がるつぼ1内を半密閉状態にしている点において異なる。るつぼ1の上端には孔開き蓋2が配置されており、その孔開き蓋2の孔2aを塞ぐように固体カーボン6が孔開き蓋2上に配置されている。これにより、るつぼ1内は半密閉状態とされる。この孔開き蓋2は、たとえばpBNよりなっている。
図5は、本発明の実施の形態5におけるカーボン添加GaAs単結晶の製造方法の一例を説明するための図である。図5を参照して、本実施の形態の製造方法は、上述した実施の形態1の製造方法と比較して、カーボン源として固体カーボン(カーボン板)6が用いられており、この固体カーボン6がるつぼ1の上端を蓋する蓋体2上に配置されている点において異なる。この蓋体2は、たとえばpBNよりなっている。
図6は、本発明の実施の形態6におけるカーボン添加GaAs単結晶の製造方法の一例を説明するための図である。図6を参照して、本実施の形態の製造方法は、上述した実施の形態2の製造方法と比較して、カーボン源として固体カーボン(カーボン板)6が用いられている点は同じであるが、固体カーボン6を覆うように、るつぼ1の上端に蓋体2Bを設けて、るつぼ1内を半密閉状態にしている点において異なる。
図7は、本発明の実施の形態7におけるカーボン添加GaAs単結晶の製造方法の一例を説明するための図である。図7を参照して、本実施の形態の製造方法は、上述した実施の形態1の製造方法と比較して、GaAs原料4の融液表面を石英製アンプル7内の雰囲気ガスに曝すためにリング状の治具11bが用いられる点において異なる。このリング状の治具11bは、たとえばpBNよりなっており、GaAs原料4の融液表面に浮かべられる。
図8は、本発明の実施の形態8におけるカーボン添加GaAs単結晶の製造方法の一例を説明するための図である。図8を参照して、本実施の形態の製造方法は、上述した実施の形態1の製造方法と比較して、GaAs原料4の融液表面を石英製アンプル7内の雰囲気ガスに曝すために天井付きリング状の治具11cが用いられる点において異なる。この天井付きリング状の治具11cは、その天井部に孔11c1を有している。そして、その孔11c1を有する天井部が上側となるようにGaAs原料4の融液表面に浮かべられる。この天井付きリング状の治具11cは、たとえばpBNよりなっている。
図9は、本発明の実施の形態9におけるカーボン添加GaAs単結晶の製造方法の一例を説明するための図である。図9を参照して、本実施の形態の製造方法は、上述した実施の形態7の製造方法と比較して、リング状の治具11bの上端を閉じる蓋体11dが配置されている点において異なる。このリング状の治具11bおよび蓋体11dの各々は、たとえばpBNによりなっている。
図10は、本発明の実施の形態10におけるカーボン添加GaAs単結晶の製造方法の一例を説明するための図である。図10を参照して、本実施の形態の製造方法は、上述した実施の形態1の製造方法と比較して、本実施の形態の製造方法は、上述した実施の形態1の製造方法と比較して、GaAs原料4の融液表面を石英製アンプル7内の雰囲気ガスに曝すためにガス透過性材料からなる天井付きリング状の治具11eが用いられる点において異なる。このガス透過性材料からなる天井付きリング状の治具11eは、たとえば焼結BNにより構成されており、GaAs原料4の融液表面に浮かべられる。
まず、図1に示すpBN製のるつぼ1内に、方位<100>のGaAs種結晶3と、10kgの無添加のGaAs原料4と、水分含有量95質量ppmの25gの酸化ホウ素5とを入れる。この状態で、るつぼ1をCO2ガスとともに、内径12cmの石英製アンプル7内に気密封止する。石英製アンプル7内のCO2ガスの分圧は400Pa(3Torr)とする。
まず、図2に示すpBN製のるつぼ1内に、方位<100>のGaAs種結晶3と、10kgの無添加のGaAs原料4と、水分含有量75質量ppmの100gの酸化ホウ素5とを入れる。この状態で、るつぼ1を直径50mmの焼結BN板およびCO2ガスとともに、内径12cmの石英製アンプル7内に気密封止する。石英製アンプル7内のCO2ガスの分圧は400Pa(3Torr)とする。
まず、図3に示すpBN製のるつぼ1内に、方位<100>のGaAs種結晶3と、10kgの無添加のGaAs原料4と、水分含有量75質量ppmの25gの酸化ホウ素5とを入れる。この状態で、るつぼ1をカーボンキャップ6とともに、内径12cmの石英製アンプル7内に気密封止する。
まず、図3に示すpBN製のるつぼ1内に、方位<100>のGaAs種結晶3と、10kgの無添加のGaAs原料4と、水分含有量95質量ppmの100gの酸化ホウ素5とを入れる。この状態で、るつぼ1をカーボンキャップ6とともに、内径12cmの石英製アンプル7内に気密封止する。
Claims (14)
- カーボンが添加されたIII−V族化合物半導体結晶の製造方法であって、
るつぼ内に、予備合成されたIII−V族化合物原料および酸化ホウ素を充填するステップと、
前記化合物原料および前記酸化ホウ素が充填された前記るつぼを、前記化合物原料の外に配置されたカーボン源とともに、ガス不透過性材料からなる気密性容器内に密封するステップと、
前記気密性容器内に密封した状態で前記化合物原料を加熱溶融し、前記化合物原料の融液表面の一部を、前記酸化ホウ素から露出させて前記気密性容器内のカーボンを含むガス雰囲気に曝すステップと、
溶融した前記化合物原料を固化させて、カーボンが添加された化合物半導体結晶を成長するステップとを備える、III−V族化合物半導体結晶の製造方法。 - 前記酸化ホウ素の一部を開口し、その開口から前記化合物原料の融液表面を露出させて前記気密性容器内のガス雰囲気に曝すために治具を用いることを特徴とする、請求項1に記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記治具はガス透過性材料よりなっていることを特徴とする、請求項1または2に記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記ガス透過性材料が、窒化ホウ素の焼結体であることを特徴とする、請求項3に記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記治具は前記化合物原料の融液の露出表面へ前記酸化ホウ素が流れ込むことを防ぐ形状を有していることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記酸化ホウ素は200質量ppm未満の水分を含有していることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記カーボン源は、前記化合物原料を加熱溶融する前に前記気密性容器内に予め封入された酸化炭素ガスおよび固体カーボンの少なくともいずれかであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記気密性容器内に封入された前記酸化炭素ガスの圧力は、室温25℃において13.3Pa以上13332Pa以下であることを特徴とする、請求項7に記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記化合物原料には前記るつぼ内に充填される前に予めカーボンが添加されていることを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記るつぼ内に充填される前の前記化合物原料の平均カーボン濃度は、1×1015atms・cm-3より大きく30×1015atms・cm-3以下であることを特徴とする、請求項9に記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記溶融した化合物原料を固化させて結晶成長する前に、前記化合物原料が溶融した状態で一定時間保持することを特徴とする、請求項1〜10のいずれかに記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記化合物原料を溶融した状態で保持する時間は、1時間以上20時間以下であることを特徴とする、請求項11に記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記るつぼはpBNからなることを特徴とする、請求項1〜12のいずれかに記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記III−V族化合物半導体結晶はGaAs結晶であることを特徴とする、請求項1〜13のいずれかに記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
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