JP2009298611A - Production method of semiconductor crystal - Google Patents

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Masatomo Shibata
真佐知 柴田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for suppressing production of polycrystals near the final solidified portion of an ingot and suppressing generation of dislocations near the final solidified portion. <P>SOLUTION: The production method of a semiconductor crystal comprises, while allowing a seed crystal 30 placed in the bottom of a crucible 20 to be in contact with a semiconductor melt 100 stored in the crucible 20, gradually solidifying the semiconductor melt 100 upward from the seed crystal 30 side, wherein a liquid sealing material 110 and a heat ray transmission suppressing material 120 are disposed on the semiconductor melt 100, so as to allow the liquid sealing material 110 to suppress volatilization of a component from the semiconductor melt 100 and the heat ray transmission suppressing material 120 to suppress transmission of heat rays from the semiconductor melt 100 through the liquid sealing material 110. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体融液を徐々に固化させる半導体結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor crystal manufacturing method for gradually solidifying a semiconductor melt.

従来、化合物半導体の単結晶を成長させる縦型ボート成長法として、ルツボ内の底部に配置した種結晶とルツボ内に収容した半導体融液(原料融液)とを接触させつつ、半導体融液を種結晶側から上方に向けて徐々に固化させることにより半導体結晶を成長させる縦型徐冷(Vertical Gradient Freeze:VGF)法や縦型ブリッジマン(Vertical Bridgman:VB)法等が知られている。なお、半導体融液上には、半導体融液内からの原料成分の揮発(例えばV族元素の揮発)を抑制するため、例えば三酸化ホウ素(B)等からなる液体封止材が設けられる。液体封止材は、ルツボ内が加熱されることにより軟化して半導体融液の表面を気密に封止する(例えば特許文献1〜3参照)。 Conventionally, as a vertical boat growth method for growing a single crystal of a compound semiconductor, a seed crystal placed at the bottom of a crucible and a semiconductor melt (raw material melt) accommodated in the crucible are brought into contact with each other. A vertical gradient freezing (vertical gradient: VGF) method, a vertical bridgman (VB) method, and the like are known in which a semiconductor crystal is grown by gradually solidifying from the seed crystal side upward. In addition, on the semiconductor melt, a liquid sealing material made of, for example, boron trioxide (B 2 O 3 ) or the like is used in order to suppress volatilization of the raw material components from the semiconductor melt (for example, volatilization of group V elements). Provided. The liquid sealing material is softened by heating the inside of the crucible and hermetically seals the surface of the semiconductor melt (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

例えば、特許文献1には、原料融液を収容する容器と、容器の周囲に配置した温度勾配炉と、温度勾配炉を容器に対して相対的に移動する手段とを有し、容器の一端から固化成長させる単結晶の製造装置において、容器の壁内にBを含有させたpBN製容器を用いた単結晶の製造装置が開示されている。特許文献1に記載の単結晶製造装置によれば、使用時にpBN製容器の壁面から徐々にBが滲み出してB膜でルツボの壁面が覆われているので、原料融液とルツボ表面の凹凸壁面とが接触することにより生じる結晶核の発生を防止できる。 For example, Patent Document 1 includes a container for storing a raw material melt, a temperature gradient furnace disposed around the container, and means for moving the temperature gradient furnace relative to the container, and one end of the container A single crystal manufacturing apparatus using a pBN container containing B 2 O 3 in the wall of a container is disclosed. According to the single crystal manufacturing apparatus described in Patent Document 1, B 2 O 3 gradually oozes out from the wall surface of the pBN container during use, and the wall surface of the crucible is covered with the B 2 O 3 film. Generation of crystal nuclei caused by contact between the liquid and the irregular wall surface of the crucible surface can be prevented.

また、特許文献2には、原料融液の収容部と、原料融液の収容部の底部に設けられた種結晶収容部からなる容器と、液体封止材とを用いた単結晶の製造方法が開示されている。特許文献2に記載の単結晶製造方法によれば、種結晶の外径と前記容器の種結晶収容部の内径との公差を規定することにより多結晶や双晶の発生を防止できる。   Patent Document 2 discloses a method for producing a single crystal using a raw material melt container, a container comprising a seed crystal container provided at the bottom of the raw material melt container, and a liquid sealing material. Is disclosed. According to the single crystal manufacturing method described in Patent Document 2, it is possible to prevent the occurrence of polycrystals and twins by defining the tolerance between the outer diameter of the seed crystal and the inner diameter of the seed crystal housing portion of the container.

更には、特許文献3には、液体封止材を用いる縦型ボート法において、原料のGaAs融液と液体封止材のBとの界面に、砒化ホウ素を浮遊させながら結晶成長を行う結晶成長方法が開示されている。特許文献3に記載の単結晶製造方法によれば、結晶成長時に砒化ホウ素の析出による転位の発生が防止できる。
特許第2585415号公報 特開2002−121100号公報 特開2004−115339号公報
Further, in Patent Document 3, in the vertical boat method using a liquid sealing material, crystal growth is performed while boron arsenide is suspended at the interface between the raw material GaAs melt and the liquid sealing material B 2 O 3. A crystal growth method to perform is disclosed. According to the single crystal manufacturing method described in Patent Document 3, it is possible to prevent the occurrence of dislocation due to the precipitation of boron arsenide during crystal growth.
Japanese Patent No. 2558515 JP 2002-121100 A JP 2004-115339 A

しかしながら、従来の縦型ボート成長法では、成長させた半導体結晶(以下、インゴットとも呼ぶ)の最終凝固部(尾部)付近にて多結晶化しやすく、インゴットの全長にわたって単結晶化させることは困難であった。また、インゴットの全長にわたって単結晶化させることが出来た場合であっても、インゴットの最終凝固部付近の転位密度が他の部分の転位密度に比べて増大してしまい、転位密度が不均一になってしまう場合があった。   However, in the conventional vertical boat growth method, it is easy to polycrystallize near the final solidified part (tail part) of the grown semiconductor crystal (hereinafter also referred to as ingot), and it is difficult to make a single crystal over the entire length of the ingot. there were. Moreover, even when single crystallization can be performed over the entire length of the ingot, the dislocation density near the final solidified portion of the ingot increases compared to the dislocation density of other portions, and the dislocation density is uneven. There was a case.

本発明の目的は、インゴットの最終凝固部付近における多結晶化を抑制させ、最終凝固部付近における転位の発生を抑制させることが可能な半導体結晶の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a semiconductor crystal manufacturing method capable of suppressing polycrystallization near the final solidified portion of an ingot and suppressing the occurrence of dislocations near the final solidified portion.

本発明の第1の態様によれば、ルツボ内の底部に配置した種結晶と前記ルツボ内に収容した半導体融液とを接触させつつ、前記半導体融液を前記種結晶側から上方に向けて徐々に固化させる半導体結晶の製造方法において、前記半導体融液上に液体封止材と熱線透過抑制材とを設け、前記液体封止材には前記半導体融液内からの成分の揮発を抑制させ、前記熱線透過抑制材には前記液体封止材を介した前記半導体融液からの熱線の透過を抑制させる半導体結晶の製造方法が提供される。   According to the first aspect of the present invention, the semiconductor melt is directed upward from the seed crystal side while contacting the seed crystal disposed at the bottom of the crucible with the semiconductor melt accommodated in the crucible. In the method of manufacturing a semiconductor crystal to be gradually solidified, a liquid sealing material and a heat ray permeation suppression material are provided on the semiconductor melt, and the liquid sealing material is configured to suppress volatilization of components from the semiconductor melt. The heat ray permeation suppressing material is provided with a semiconductor crystal manufacturing method for suppressing heat ray permeation from the semiconductor melt via the liquid sealing material.

本発明の第2の態様によれば、ルツボ内の底部に種結晶を配置し、前記ルツボ内に半導体原料と封止材と熱線透過抑制材とを収容し、前記ルツボを加熱し、前記半導体原料を溶融させた半導体融液と前記封止材を軟化させた液体封止材とを前記ルツボ内に生成することで、前記種結晶と前記半導体融液とを接触させると共に、前記半導体融液上に前記液体封止材と前記熱線透過抑制材とを設け、前記半導体融液を前記種結晶側から上方に向けて徐々に固化させる半導体結晶の製造方法が提供される。   According to the second aspect of the present invention, the seed crystal is disposed at the bottom of the crucible, the semiconductor raw material, the sealing material, and the heat ray permeation suppressing material are accommodated in the crucible, the crucible is heated, and the semiconductor The seed crystal and the semiconductor melt are brought into contact with each other by generating in the crucible a semiconductor melt obtained by melting a raw material and a liquid sealing material obtained by softening the sealing material. A method for producing a semiconductor crystal is provided, wherein the liquid sealing material and the heat ray permeation suppressing material are provided on the semiconductor crystal, and the semiconductor melt is gradually solidified upward from the seed crystal side.

本発明の第3の態様によれば、前記液体封止材上に前記熱線透過抑制材を浮遊させる第1又は第2の態様に記載の半導体結晶の製造方法が提供される。   According to the 3rd aspect of this invention, the manufacturing method of the semiconductor crystal as described in the 1st or 2nd aspect which floats the said heat ray permeation | transmission suppression material on the said liquid sealing material is provided.

本発明の第4の態様によれば、前記液体封止材中に前記熱線透過抑制材を設ける第1又は第2の態様に記載の半導体結晶の製造方法が提供される。   According to the 4th aspect of this invention, the manufacturing method of the semiconductor crystal as described in the 1st or 2nd aspect which provides the said heat ray permeation | transmission suppression material in the said liquid sealing material is provided.

本発明の第5の態様によれば、前記熱線透過抑制材は炭素を含む材料からなる第1〜4のいずれかの態様に記載の半導体結晶の製造方法が提供される。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the method for producing a semiconductor crystal according to any one of the first to fourth aspects, wherein the heat ray permeation suppression material is made of a material containing carbon.

本発明の第6の態様によれば、前記熱線透過抑制材は酸化物を含む材料からなる第1〜4のいずれかの態様に記載の半導体結晶の製造方法が提供される。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the method for producing a semiconductor crystal according to any one of the first to fourth aspects, wherein the heat ray transmission suppressing material is made of a material containing an oxide.

本発明にかかる半導体結晶の製造方法によれば、インゴットの最終凝固部付近における多結晶化を抑制させ、最終凝固部付近における転位の発生を抑制させることが可能となる。   According to the semiconductor crystal manufacturing method of the present invention, it is possible to suppress polycrystallization near the final solidified portion of the ingot, and to suppress the occurrence of dislocations near the final solidified portion.

縦型ボート成長法により単結晶を製造するには、ルツボ内に収容した半導体融液中に、所定の温度勾配を形成することが必要となる。つまり、半導体融液内の下方(種結晶側)が低温であり、上方(半導体融液表面側)が高温であるような温度勾配を、半導体融液中に形成することが必要となる。かかる温度勾配が形成されれば、半導体融液の下方から上方へ向けて結晶成長が徐々に進行し、多結晶化が抑制され、インゴットの全長にわたり単結晶とすることが容易になるからである。   In order to produce a single crystal by the vertical boat growth method, it is necessary to form a predetermined temperature gradient in the semiconductor melt accommodated in the crucible. That is, it is necessary to form a temperature gradient in the semiconductor melt such that the lower side (seed crystal side) in the semiconductor melt is a low temperature and the upper side (semiconductor melt surface side) is a high temperature. If such a temperature gradient is formed, crystal growth gradually proceeds from the bottom to the top of the semiconductor melt, polycrystallization is suppressed, and it becomes easy to form a single crystal over the entire length of the ingot. .

このような温度勾配を半導体融液内に形成するには、半導体融液表面から半導体融液上方の空間への放熱を抑制してやる必要がある。半導体融液と、半導体融液よりも上方の空間との間には、非常に大きな温度差が存在するからである。例えば、GaAs単結晶を製造する際には、ルツボ内の半導体融液は1238℃以上の温度に加熱されている。これに対し、ルツボを収容するチャンバが水冷ジャケットを備えた一般的なステンレスチャンバである場合、チャンバの内壁温度は200℃以下である。チャンバの内壁と半導体融液との間に断熱材を設けたとしても、半導体融液表面と対向する断熱材の温度は数100℃と低いことが多い。   In order to form such a temperature gradient in the semiconductor melt, it is necessary to suppress heat dissipation from the surface of the semiconductor melt to the space above the semiconductor melt. This is because a very large temperature difference exists between the semiconductor melt and the space above the semiconductor melt. For example, when manufacturing a GaAs single crystal, the semiconductor melt in the crucible is heated to a temperature of 1238 ° C. or higher. On the other hand, when the chamber containing the crucible is a general stainless steel chamber provided with a water cooling jacket, the inner wall temperature of the chamber is 200 ° C. or lower. Even if a heat insulating material is provided between the inner wall of the chamber and the semiconductor melt, the temperature of the heat insulating material facing the semiconductor melt surface is often as low as several hundred degrees Celsius.

上述した通り、半導体融液の表面は、液体封止材としてのBにより気密に封止さ
れている。Bは一般的には熱伝導率が低い材料であるため、半導体融液表面から半導体融液上方の空間への熱伝導による放熱を抑制する。しかしながら、発明者の鋭意研究によれば、このように熱伝導による放熱を抑制したとしても、結晶成長が終盤にさしかかると、上述の温度勾配が保てなくなる場合があることが判明した。
As described above, the surface of the semiconductor melt is hermetically sealed with B 2 O 3 as a liquid sealing material. Since B 2 O 3 is generally a material having low thermal conductivity, it suppresses heat radiation due to heat conduction from the surface of the semiconductor melt to the space above the semiconductor melt. However, the inventor's diligent research has revealed that even if the heat dissipation due to heat conduction is suppressed in this way, if the crystal growth reaches the final stage, the above temperature gradient may not be maintained.

液体封止材を構成するBは、熱伝導率が低いものの、赤外線に対しては略透明な材料である。そのため、半導体融液からは、液体封止材を介した輻射による放熱が常に存在していることになる。発明者の知見によれば、半導体融液の残量が多いときには輻射による放熱の影響は小さいものの、結晶成長が終盤にさしかかり、ルツボ中の半導体融液の残量が少なくなると輻射による放熱の影響が無視できなくなるのである。すなわち、半導体融液の残量が少なくなると(半導体融液の熱容量が小さくなると)、輻射による温度降下量が大きくなり、半導体融液表面付近の温度が急激に低下してしまい、半導体融液内の下方が低温であり上方が高温であるような上述の温度勾配を保ちにくくなるのである。その結果、結晶成長界面(固液界面)以外の場所にて新たな結晶の成長核が発生してしまい、インゴットの最終凝固部付近が多結晶化しやすくなるのである。 Although B 2 O 3 constituting the liquid sealing material has a low thermal conductivity, it is a substantially transparent material for infrared rays. Therefore, there is always heat dissipation from the semiconductor melt due to radiation through the liquid sealing material. According to the inventor's knowledge, the effect of heat dissipation due to radiation is small when the remaining amount of semiconductor melt is large, but the crystal growth is approaching the final stage, and the effect of heat dissipation due to radiation when the remaining amount of semiconductor melt in the crucible decreases. Can no longer be ignored. That is, when the remaining amount of the semiconductor melt decreases (when the heat capacity of the semiconductor melt decreases), the amount of temperature drop due to radiation increases, and the temperature near the surface of the semiconductor melt rapidly decreases, and the semiconductor melt It is difficult to maintain the above-described temperature gradient in which the lower side of the temperature is low and the upper side is high. As a result, new crystal growth nuclei are generated in places other than the crystal growth interface (solid-liquid interface), and the vicinity of the final solidified portion of the ingot is easily polycrystallized.

また、発明者の鋭意研究によれば、液体封止材を介した輻射による放熱の影響により、結晶成長が終了した後、インゴットを徐冷する際にインゴットの最終凝固部が他の部位に較べて冷却されやすくなってしまい、最終凝固部付近における熱応力が他の部位の熱応力よりも大きくなり、最終凝固部付近において転位が発生しやすくなることが判明した。   Further, according to the earnest study of the inventors, the final solidified part of the ingot is compared with other parts when the ingot is gradually cooled after the crystal growth is finished due to the influence of heat radiation due to radiation through the liquid sealing material. As a result, the thermal stress in the vicinity of the final solidified part becomes larger than the thermal stress in other parts, and it has been found that dislocations are likely to occur in the vicinity of the final solidified part.

以上述べたとおり、発明者は、インゴットの最終凝固部付近における多結晶化を抑制させ、転位密度を低下させるには、液体封止材を介した輻射による放熱を抑制することが有効であるとの知見を得た。本発明は、発明者が得たかかる知見に基づいてなされた発明である。   As described above, the inventor is effective in suppressing heat dissipation due to radiation through the liquid sealing material in order to suppress polycrystallization in the vicinity of the final solidified portion of the ingot and reduce the dislocation density. I got the knowledge. The present invention is an invention made based on such knowledge obtained by the inventor.

<本発明の第1の実施形態>
以下に、本発明の第1の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1の実施形態にかかる半導体結晶の製造方法を実施する結晶成長炉の断面構成図である。図2は、本発明の第1の実施形態にかかる半導体融液表面付近の断面概略図である。図5は、本発明の第1の実施形態にかかる半導体結晶の製造方法を例示するフロー図である。
<First Embodiment of the Present Invention>
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram of a crystal growth furnace for performing a semiconductor crystal manufacturing method according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the vicinity of the surface of the semiconductor melt according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a flowchart illustrating the method for manufacturing the semiconductor crystal according to the first embodiment of the invention.

(1)結晶成長炉の構成
図1に示すように、本実施形態にかかる結晶成長炉1は、気密容器として構成されたチャンバ70を備えている。チャンバ70の内部には、原料等を収容する耐熱容器としてのルツボ20と、ルツボ20を収容するルツボ収容容器としてのサセプタ50と、サセプタ50を下方から保持するサセプタ支持部材55と、サセプタ50を介してルツボ20を側面から加熱するリング状の外周加熱ヒータユニット12a〜12dからなる外周加熱ヒータと、が設けられている。また、チャンバ70内には、外周加熱ヒータの外周と上方とを包囲する断熱材60が設けられており、外周加熱ヒータユニット12bと12cとの間には、断熱材60の内部空間を上下に区分する断熱材62が設けられている。また、図示しないが、結晶成長炉1は、サセプタ50内、及び加熱ヒータユニット12a〜12dの温度をそれぞれ検出する熱電対と、チャンバ70内に所定のガスを供給するガス供給手段と、チャンバ内の圧力を一定値に保つガス圧制御手段と、を備えている。
(1) Configuration of Crystal Growth Furnace As shown in FIG. 1, the crystal growth furnace 1 according to this embodiment includes a chamber 70 configured as an airtight container. Inside the chamber 70 are a crucible 20 as a heat-resistant container for containing raw materials and the like, a susceptor 50 as a crucible container for containing the crucible 20, a susceptor support member 55 for holding the susceptor 50 from below, and a susceptor 50. And an outer peripheral heater composed of ring-shaped outer peripheral heater units 12a to 12d for heating the crucible 20 from the side surface. Further, a heat insulating material 60 is provided in the chamber 70 so as to surround the outer periphery and the upper part of the outer peripheral heater, and the inner space of the heat insulating material 60 is vertically arranged between the outer peripheral heater units 12b and 12c. A heat insulating material 62 for sorting is provided. Although not shown, the crystal growth furnace 1 includes a thermocouple that detects the temperatures of the susceptor 50 and the heater units 12a to 12d, a gas supply unit that supplies a predetermined gas into the chamber 70, Gas pressure control means for keeping the pressure at a constant value.

ルツボ20は、半導体結晶の種結晶30を収容する種結晶配置部としての細径部25と、細径部25の上部に所定の角度で接合される円錐状の傾斜部26と、傾斜部26の上部に略垂直方向に立設するように接合される直胴部27と、から構成される。細径部25と傾斜部26とによりルツボ20の底部が構成される。細径部25の長手方向と直胴部27
の胴部とは略平行に設けられている。直胴部27は、断面直径が例えば160mmであり、高さが例えば300mmであるような略円筒形に構成されている。直胴部27の上端部には、ルツボ20の内部を露出する開口部22が構成されている。ルツボ20は、例えば熱分解窒化ホウ素(pyrolytic Boron Nitride:pBN)から形成されている。なお、ルツボ20は石英から形成されていてもよい。
The crucible 20 includes a narrow diameter portion 25 as a seed crystal arrangement portion that accommodates a seed crystal 30 of a semiconductor crystal, a conical inclined portion 26 that is joined to the upper portion of the small diameter portion 25 at a predetermined angle, and an inclined portion 26. And a straight body part 27 joined so as to stand in a substantially vertical direction. The small diameter portion 25 and the inclined portion 26 constitute the bottom of the crucible 20. The longitudinal direction of the small diameter portion 25 and the straight body portion 27
Is provided substantially in parallel with the body portion. The straight body portion 27 is formed in a substantially cylindrical shape having a cross-sectional diameter of, for example, 160 mm and a height of, for example, 300 mm. An opening 22 that exposes the inside of the crucible 20 is formed at the upper end of the straight body portion 27. The crucible 20 is made of, for example, pyrolytic boron nitride (pBN). The crucible 20 may be made of quartz.

ルツボ20の細径部25内には、種結晶30として例えばGaAsの単結晶が収容される。ルツボ20の内部(傾斜部26及び直胴部27の内部)には、半導体結晶の主原料として例えば塊状のGaAs多結晶が収容(充填)される。さらに、ルツボ20の内部には、常温では固体であるB等の液体封止材110と、後述する熱線透過抑制材とが、所定量ずつ収容されるように構成されている。なお、p型あるいはn型半導体結晶を製造する場合には、ルツボ20の内部には、ドーパント材料としての例えば亜鉛(Zn)元素やシリコン(Si)元素がさらに収容されるようにも構成されている。なお、ドーパント材料は、塊状のGaAs多結晶内に予め添加しておいてもよい。 In the narrow diameter portion 25 of the crucible 20, for example, a GaAs single crystal is accommodated as the seed crystal 30. In the crucible 20 (inside the inclined part 26 and the straight body part 27), for example, massive GaAs polycrystal is accommodated (filled) as the main raw material of the semiconductor crystal. Furthermore, the crucible 20 is configured so that a predetermined amount of a liquid sealing material 110 such as B 2 O 3 that is solid at room temperature and a heat ray permeation suppression material to be described later are accommodated inside the crucible 20. In the case of manufacturing a p-type or n-type semiconductor crystal, the crucible 20 is configured so that, for example, a zinc (Zn) element or a silicon (Si) element as a dopant material is further accommodated therein. Yes. The dopant material may be added in advance to the massive GaAs polycrystal.

主原料としての塊状のGaAs多結晶は、ルツボ20内が例えば1238℃以上に加熱されることにより融解して半導体融液100となる。生成された半導体融液100の下部は、種結晶30の上端部に接触するように構成されている。また、液体封止材110は、ルツボ20内が加熱されることにより軟化して、半導体融液100の表面を気密に封止するように構成されている。半導体融液100の表面を封止する液体封止材110の厚さは、液体封止材110が半導体融液100表面を全面的に覆うことのできる厚さとすることが好ましく、例えばルツボ20の直胴部27の断面直径に応じて5mm〜20mmの範囲内で適宜調整されている。   The massive GaAs polycrystal as the main raw material is melted when the inside of the crucible 20 is heated to, for example, 1238 ° C. or more to become the semiconductor melt 100. The lower part of the generated semiconductor melt 100 is configured to contact the upper end of the seed crystal 30. Further, the liquid sealing material 110 is configured to be softened by heating the inside of the crucible 20 and hermetically seal the surface of the semiconductor melt 100. The thickness of the liquid sealing material 110 that seals the surface of the semiconductor melt 100 is preferably a thickness that allows the liquid sealing material 110 to cover the entire surface of the semiconductor melt 100. According to the cross-sectional diameter of the straight body part 27, it is appropriately adjusted within a range of 5 mm to 20 mm.

本実施形態にかかる熱線透過抑制材は、熱線を吸収する作用を有する材料、例えば炭素を含む材料からなる。具体的には、本実施形態にかかる熱線透過抑制材は、多孔質状のカーボン製の小片あるいは成型品、例えばカーボン製のビーズ120として構成されている。なお、本実施形態にかかる熱線透過抑制材は、カーボン製の小片あるいは成型品小片あるいは成型品に限らず、カーボン製の繊維材から構成されていてもよい。   The heat ray permeation suppression material according to the present embodiment is made of a material having an action of absorbing heat rays, for example, a material containing carbon. Specifically, the heat ray permeation suppression material according to the present embodiment is configured as a porous carbon piece or a molded product, for example, a carbon bead 120. In addition, the heat ray permeation suppression material according to the present embodiment is not limited to a carbon piece, a molded product piece, or a molded product, and may be made of a carbon fiber material.

熱線透過抑制材としてのビーズ120は、軟化した液体封止材110上に浮遊するように構成されていることが好ましい。かかる様子を図2に示す。このため、半導体融液100、液体封止材110、ビーズ120の順に比重が軽くなるように構成されている(半導体融液100の比重>液体封止材110の比重>ビーズ120の比重)ことが好ましい。ビーズ120を多孔質状に構成することで、上述の比重関係を実現することが可能となる。但し、液体封止材110内にビーズ120が沈没又は沈殿しなければ、必ずしも上述の比重関係を満たす必要があるとは限らない。液体封止材110は粘度が高いため、液体封止材110の比重>ビーズ120の比重という関係が満たされなくても、ビーズ120が沈没又は沈殿するといった現象は起こりにくいからである。ビーズ120の粒径は、液体封止材110表面上でビーズ120が均一に分散し、液体封止材110表面を隙間なく覆うように、例えば数mm程度とすることが好ましい。ビーズ120の分量は、液体封止材110表面を全面的に覆うことのできるような分量であって、少なくともルツボ20の上面から見て液体封止材110や半導体融液100がビーズ120によって覆い隠されて見えなくなる程度の分量とすることが好ましく、例えば5mm程度の厚さで覆うことのできるような分量とすることが好ましい。ビーズ120は、半導体融液100や液体封止材110の汚染を防ぐため、高純度処理が施されていることが好ましい。   The beads 120 as the heat ray permeation suppression material are preferably configured to float on the softened liquid sealing material 110. Such a situation is shown in FIG. For this reason, it is comprised so that specific gravity may become light in order of the semiconductor melt 100, the liquid sealing material 110, and the bead 120 (specific gravity of the semiconductor melt 100> specific gravity of the liquid sealing material 110> specific gravity of the bead 120). Is preferred. By configuring the beads 120 to be porous, the above-described specific gravity relationship can be realized. However, if the beads 120 do not sink or settle in the liquid sealing material 110, it is not always necessary to satisfy the above-described specific gravity relationship. This is because the liquid sealing material 110 has a high viscosity, so that even if the relationship of specific gravity of the liquid sealing material 110> specific gravity of the beads 120 is not satisfied, a phenomenon that the beads 120 sink or precipitate does not easily occur. The particle size of the beads 120 is preferably set to, for example, about several mm so that the beads 120 are uniformly dispersed on the surface of the liquid sealing material 110 and the surface of the liquid sealing material 110 is covered without any gap. The amount of the beads 120 is such that the entire surface of the liquid sealing material 110 can be covered, and at least the liquid sealing material 110 and the semiconductor melt 100 are covered with the beads 120 when viewed from the upper surface of the crucible 20. The amount is preferably such that it is hidden and cannot be seen. For example, the amount is preferably such that it can be covered with a thickness of about 5 mm. The beads 120 are preferably subjected to high-purity treatment in order to prevent contamination of the semiconductor melt 100 and the liquid sealing material 110.

サセプタ50は、例えばグラファイトから形成され、ルツボ20を内部に収容して保持するように構成されている。サセプタ支持部材55は、サセプタ50を下方から支持するように構成されている。サセプタ支持部材55は、結晶成長炉1内で昇降及び回転が自在
に構成されている。結晶成長中にサセプタ支持部材55を回転させることにより、ルツボ20内の温度分布をほぼ軸対象、かつ一定に保つことが可能なように構成されている。サセプタ支持部材55を降下させることにより、外周加熱ヒータユニット12a〜12d内からルツボ20を降下させ(引きだし)、ルツボ20内に所望の温度勾配を保ちつつ、種結晶側から融液を凝固させることが可能なように構成されている。
The susceptor 50 is made of graphite, for example, and is configured to accommodate and hold the crucible 20 therein. The susceptor support member 55 is configured to support the susceptor 50 from below. The susceptor support member 55 is configured to freely move up and down and rotate in the crystal growth furnace 1. By rotating the susceptor support member 55 during crystal growth, the temperature distribution in the crucible 20 can be maintained substantially constant and constant. By lowering the susceptor support member 55, the crucible 20 is lowered (drawn) from the outer peripheral heater units 12a to 12d, and the melt is solidified from the seed crystal side while maintaining a desired temperature gradient in the crucible 20. Is configured to be possible.

外周加熱ヒータは、上述したように、サセプタ50を介してルツボ20を側面から加熱するリング状の外周加熱ヒータユニット12a〜12dからなる。外周加熱ヒータユニット12a〜12dは、結晶成長炉1内の上部から下部へ向かう方向に沿って順に配置されている。具体的には、外周加熱ヒータユニット12aがルツボ20の開口部22付近に、外周加熱ヒータユニット12bが外周加熱ヒータユニット12aの下に、外周加熱ヒータユニット12cが外周加熱ヒータユニット12bの下であって細径部25付近に、外周加熱ヒータユニット12dが外周加熱ヒータユニット12cの下に、それぞれ配置される。   As described above, the outer peripheral heater includes ring-shaped outer peripheral heater units 12 a to 12 d that heat the crucible 20 from the side surface via the susceptor 50. The peripheral heater units 12a to 12d are sequentially arranged along the direction from the upper part to the lower part in the crystal growth furnace 1. Specifically, the outer peripheral heater unit 12a is near the opening 22 of the crucible 20, the outer peripheral heater unit 12b is under the outer heater unit 12a, and the outer heater unit 12c is under the outer heater unit 12b. In the vicinity of the small diameter portion 25, the outer peripheral heater unit 12d is disposed below the outer peripheral heater unit 12c.

外周加熱ヒータユニット12a〜12dの設定温度は、結晶成長炉1の上部から下部へ向かう方向に沿って順次低下するように設定される。すなわち、外周加熱ヒータユニット12aの設定温度>外周加熱ヒータユニット12bの設定温度>外周加熱ヒータユニット12cの設定温度>外周加熱ヒータユニット12dの設定温度、となるようにそれぞれ設定される。   The set temperatures of the outer peripheral heater units 12a to 12d are set so as to sequentially decrease along the direction from the upper part to the lower part of the crystal growth furnace 1. That is, the temperature is set such that the set temperature of the outer peripheral heater unit 12a> the set temperature of the outer heater unit 12b> the set temperature of the outer heater unit 12c> the set temperature of the outer heater unit 12d.

外周加熱ヒータユニット12a〜12dは、例えば、グラファイト等の材料から形成される抵抗加熱ヒータとして構成される。なお、外周加熱ヒータユニット12a〜12dは、上記構成に限定されず、炭化ケイ素(SiC)ヒータ、カンタル線ヒータ、RFコイルで加熱した発熱体を2次ヒータとして用いるヒータ等として構成することも可能である。   The outer peripheral heater units 12a to 12d are configured as resistance heaters formed from a material such as graphite, for example. The outer peripheral heater units 12a to 12d are not limited to the above configuration, and may be configured as a silicon carbide (SiC) heater, a Kanthal wire heater, a heater using a heating element heated by an RF coil as a secondary heater, or the like. It is.

上述したように、チャンバ70内には、外周加熱ヒータの外周と上方とを包囲する断熱材60が設けられている。断熱材60は、例えばグラファイトの成型断熱材やカーボンフェルト等により構成され、外周加熱ヒータから発せられる熱がチャンバ70の内壁へ伝達されることを抑制すると共に、外周加熱ヒータから発せられる熱をルツボ20に対して効率的に伝達させるように機能する。   As described above, the heat insulating material 60 that surrounds the outer periphery and the upper portion of the outer peripheral heater is provided in the chamber 70. The heat insulating material 60 is made of, for example, a graphite heat insulating material, carbon felt, or the like, and suppresses the heat generated from the outer peripheral heater from being transmitted to the inner wall of the chamber 70, and the heat generated from the outer peripheral heater is crucible. It functions to efficiently transmit to 20.

外周加熱ヒータユニット12bと12cとの間には、断熱材60の内部空間を上下に区分する断熱材62が設けられている。断熱材62は、例えばグラファイトの成型断熱材やカーボンフェルト等により構成され、断熱材62より上方の空間と下部の空間とで所定の温度差を確保するように機能する。   A heat insulating material 62 that divides the internal space of the heat insulating material 60 in the vertical direction is provided between the outer peripheral heater units 12b and 12c. The heat insulating material 62 is made of, for example, a graphite molded heat insulating material, carbon felt, or the like, and functions to ensure a predetermined temperature difference between a space above the heat insulating material 62 and a lower space.

(2)半導体結晶の成長方法
以下に、上述の結晶成長炉1により実施される半導体結晶の製造方法について、図5を参照しながら説明する。なお、以下では、半導体結晶中にドーパント材料を添加しないアンドープ結晶を製造する場合を例に挙げて説明する。
(2) Semiconductor Crystal Growth Method A semiconductor crystal manufacturing method performed by the above-described crystal growth furnace 1 will be described below with reference to FIG. In the following description, an example of manufacturing an undoped crystal in which no dopant material is added to a semiconductor crystal will be described.

ルツボ20の細径部25内に、種結晶30としてのGaAs単結晶を収容し(S100)、ルツボ20内(傾斜部26及び直胴部27の内部)に主原料としての塊状のGaAs多結晶を収容(充填)し(S105)、液体封止材110としてのBと、熱線透過抑制材としてのカーボン製のビーズ120とを、ルツボ20内に収容する(S110)。 A GaAs single crystal as a seed crystal 30 is accommodated in the small diameter portion 25 of the crucible 20 (S100), and a massive GaAs polycrystal as a main material in the crucible 20 (inside the inclined portion 26 and the straight body portion 27). Is stored (filled) (S105), and B 2 O 3 as the liquid sealing material 110 and carbon beads 120 as the heat ray permeation suppression material are stored in the crucible 20 (S110).

そして、種結晶30、GaAs多結晶、液体封止材110、及び熱線透過抑制材を収容したルツボ20を、サセプタ50内に収容し(S115)、サセプタ50をサセプタ支持部材55の上に搭載する(S120)。次に、結晶成長炉1(チャンバ70)を密閉して、結晶成長炉1(チャンバ70)内を不活性ガスとしての例えば窒素ガスでガス置換し(
S125)、サセプタ支持部材55を回転させてルツボ20の回転を開始する(S130)。ルツボ20の回転は、後述する結晶成長が終了するまで継続させる。
Then, the crucible 20 containing the seed crystal 30, the GaAs polycrystal, the liquid sealing material 110, and the heat ray transmission suppressing material is housed in the susceptor 50 (S 115), and the susceptor 50 is mounted on the susceptor support member 55. (S120). Next, the crystal growth furnace 1 (chamber 70) is sealed, and the inside of the crystal growth furnace 1 (chamber 70) is replaced with, for example, nitrogen gas as an inert gas (
In S125, the susceptor support member 55 is rotated to start the rotation of the crucible 20 (S130). The rotation of the crucible 20 is continued until crystal growth described later is completed.

そして、複数の外周加熱ヒータユニット12a〜12dのそれぞれに通電して、ルツボ20の加熱を開始する(S135)。ルツボ20の加熱を所定時間継続することにより、ルツボ20内のGaAs多結晶が完全に融解されて半導体融液100となる(S140)。なお、ルツボ20の加熱を開始すると、チャンバ70内の雰囲気ガスの体積は膨張するため、結晶成長中にチャンバ70内の圧力が所定圧力を超えないように、ガス圧制御手段によりチャンバ70内の圧力を制御する。   And it supplies with electricity to each of the some outer periphery heater unit 12a-12d, and the heating of the crucible 20 is started (S135). By continuing the heating of the crucible 20 for a predetermined time, the GaAs polycrystal in the crucible 20 is completely melted to form the semiconductor melt 100 (S140). When the heating of the crucible 20 is started, the volume of the atmospheric gas in the chamber 70 expands, so that the pressure in the chamber 70 is controlled by the gas pressure control means so that the pressure in the chamber 70 does not exceed a predetermined pressure during crystal growth. Control the pressure.

なお、ルツボ20内に収容された液体封止材110は、主原料としてのGaAs多結晶が融解するよりも早く軟化して透明な水飴状になる。液体封止材110の比重は半導体融液100の比重よりも小さく構成されていることから、軟化した液体封止材110は、半導体融液100上に浮遊して半導体融液100表面を気密に封止する。なお、液体封止材110は、半導体融液100内からの成分(例えばAs元素)の揮発を抑制するように作用する。   In addition, the liquid sealing material 110 accommodated in the crucible 20 softens faster than the GaAs polycrystal as the main raw material melts and becomes a transparent water tank. Since the specific gravity of the liquid sealing material 110 is smaller than the specific gravity of the semiconductor melt 100, the softened liquid sealing material 110 floats on the semiconductor melt 100 to airtight the surface of the semiconductor melt 100. Seal. The liquid sealing material 110 acts to suppress volatilization of components (for example, As element) from the semiconductor melt 100.

また、熱線透過抑制材(ビーズ120)の比重は液体封止材110の比重よりも小さく構成されていることから、ビーズ120は、液体封止材110上に浮遊して液体封止材110表面の全面を覆う。ビーズ120の作用については後述する。   Further, since the specific gravity of the heat ray permeation suppression material (bead 120) is smaller than the specific gravity of the liquid sealing material 110, the bead 120 floats on the liquid sealing material 110 and floats on the surface of the liquid sealing material 110. Cover the entire surface. The operation of the beads 120 will be described later.

続いて、外周加熱ヒータユニット12a〜12dの設定温度を、結晶成長炉1の上から下に行くにつれて徐々に低下するような温度にそれぞれ設定する(S145)。例えば、最上部に配置されている外周加熱ヒータユニット12aの設定温度を1290℃に、外周加熱ヒータユニット12bの設定温度を1260℃に、外周加熱ヒータユニット12cの設定温度を1120℃に、最下部に配置されている外周加熱ヒータユニット12dの設定温度を1050℃にそれぞれ設定する。   Subsequently, the set temperatures of the outer peripheral heater units 12a to 12d are respectively set to temperatures that gradually decrease from the top to the bottom of the crystal growth furnace 1 (S145). For example, the set temperature of the outer peripheral heater unit 12a arranged at the top is 1290 ° C, the set temperature of the outer heater unit 12b is 1260 ° C, the set temperature of the outer heater unit 12c is 1120 ° C, Are set to 1050 ° C., respectively.

その後、半導体融液100の温度が安定するまで所定時間保持する(S150)。なお、工程S150において、外周加熱ヒータ(外周加熱ヒータユニット12a〜12d)に対するルツボ20の高さ位置は、結晶成長炉1内に熱電対を挿入して予め計測した温度分布に基づいて決定することが好ましい。具体的には、工程S145〜S150において種結晶30が融解して消失してしまうことがないように、半導体融液100内における1238℃(GaAsの融点)の等温線が種結晶30の上端部分にかかるような高さ位置に、ルツボ20を配置することが好ましい。   Thereafter, the semiconductor melt 100 is held for a predetermined time until the temperature of the melt 100 is stabilized (S150). In step S150, the height position of the crucible 20 with respect to the outer heater (outer heater units 12a to 12d) is determined based on a temperature distribution measured in advance by inserting a thermocouple into the crystal growth furnace 1. Is preferred. Specifically, an isotherm of 1238 ° C. (melting point of GaAs) in the semiconductor melt 100 is an upper end portion of the seed crystal 30 so that the seed crystal 30 does not melt and disappear in steps S145 to S150. It is preferable to arrange the crucible 20 at such a height position.

半導体融液100の温度が安定した後、ルツボ20の回転を継続させながら、サセプタ支持部材55を所定の速度時速で所定の距離を降下させる(S155)。ルツボ20を所定距離降下させたところで、ルツボ20の降下を停止させる。   After the temperature of the semiconductor melt 100 is stabilized, the susceptor support member 55 is lowered a predetermined distance at a predetermined speed per hour while the rotation of the crucible 20 is continued (S155). When the crucible 20 is lowered by a predetermined distance, the lowering of the crucible 20 is stopped.

ルツボ20をこのように徐々に降下させることにより、半導体融液100内の下方が低温であり、上方が高温であるような温度勾配中を半導体融液100が通過して行く。そして、種結晶30と半導体融液100との固液界面にて開始された結晶成長が、半導体融液100の下方から上方へ向けて徐々に進行する。   By gradually lowering the crucible 20 in this manner, the semiconductor melt 100 passes through a temperature gradient in which the lower side in the semiconductor melt 100 is a low temperature and the upper side is a high temperature. Then, crystal growth started at the solid-liquid interface between the seed crystal 30 and the semiconductor melt 100 proceeds gradually from the bottom to the top of the semiconductor melt 100.

液体封止材110上に浮遊するビーズ120は、液体封止材110を介した半導体融液100からの熱線の透過を抑制するように、すなわち、半導体融液100からの熱線を吸収し、輻射による半導体融液100から上方への放熱を抑制するように機能する。このため、結晶成長が終盤にさしかかり、ルツボ20中の半導体融液100の残量が少なくなった場合であっても、輻射による半導体融液100の温度降下が抑えられる。すなわち、半
導体融液100内の下方が低温であり、上方が高温であるような温度勾配が維持される。その結果、結晶成長が終了するまで半導体融液の下方から上方へ向けて結晶成長が徐々に進行し、最終凝固部付近における多結晶化が抑制され、インゴットの全長にわたり単結晶を得やすくなる。
The beads 120 floating on the liquid sealing material 110 absorb the heat rays from the semiconductor melt 100 through the liquid sealing material 110, that is, absorb the heat rays from the semiconductor melt 100 and radiate. It functions to suppress upward heat dissipation from the semiconductor melt 100. For this reason, even when the crystal growth reaches the final stage and the remaining amount of the semiconductor melt 100 in the crucible 20 is reduced, the temperature drop of the semiconductor melt 100 due to radiation can be suppressed. That is, a temperature gradient is maintained such that the lower side in the semiconductor melt 100 is a low temperature and the upper side is a high temperature. As a result, the crystal growth gradually proceeds from the bottom to the top of the semiconductor melt until the crystal growth is completed, and polycrystallization near the final solidified portion is suppressed, making it easy to obtain a single crystal over the entire length of the ingot.

ルツボ20の降下を停止させたら、外周加熱ヒータユニット12a〜12dの温度を徐々に低下させてインゴットを徐冷する(S160)。外周加熱ヒータユニット12a〜12dの温度が所定温度まで低下したら、外周加熱ヒータユニット12a〜12dへの通電を停止し、ルツボ20の温度が室温になるまで徐冷することによりインゴットを徐冷して、本実施形態にかかる半導体結晶の成長方法を終了する(S165)。   When the lowering of the crucible 20 is stopped, the temperature of the outer peripheral heater units 12a to 12d is gradually lowered to gradually cool the ingot (S160). When the temperature of the outer peripheral heater units 12a to 12d decreases to a predetermined temperature, the energization to the outer peripheral heater units 12a to 12d is stopped, and the ingot is gradually cooled by gradually cooling the temperature of the crucible 20 to room temperature. Then, the semiconductor crystal growth method according to the present embodiment is completed (S165).

インゴットを徐冷するには、インゴット内に温度差が生じないようにインゴット内の各部の温度を均等に下げていくことが好ましい。しかしながら、所定の時間内に所定の温度低下を実現させようとすると、インゴット内に温度差が生じやすくなる。例えば、インゴットの上部に加熱手段や断熱材等が設けられていない(または、設けられていたとしても距離が離れている)場合には、インゴットの上部方向への放熱量が大きくなり過ぎてしまい、インゴット内に温度差が生じやすくなる。本実施形態によれば、液体封止材110上に浮遊するビーズ120により液体封止材110を介した熱線の透過が抑制されるため、結晶成長が終了した後、インゴットを徐冷する際にインゴットの最終凝固部が他の部位に比べて冷却されやすくなることを防ぐことができる。そのため、最終凝固部付近における熱応力が他の部分における熱応力よりも大きくなることが抑制され、最終凝固部付近における転位の発生が抑制され、インゴットの全域にわたって転位密度分布が均一化される。   In order to gradually cool the ingot, it is preferable to uniformly lower the temperature of each part in the ingot so that a temperature difference does not occur in the ingot. However, if it is attempted to achieve a predetermined temperature drop within a predetermined time, a temperature difference tends to occur in the ingot. For example, if no heating means or heat insulating material is provided on the top of the ingot (or the distance is long even if it is provided), the amount of heat released toward the top of the ingot becomes too large. A temperature difference is likely to occur in the ingot. According to the present embodiment, since the transmission of heat rays through the liquid sealing material 110 is suppressed by the beads 120 floating on the liquid sealing material 110, when the ingot is gradually cooled after the crystal growth is completed. It can prevent that the last solidification part of an ingot becomes easy to be cooled compared with another site | part. For this reason, the thermal stress in the vicinity of the final solidified portion is suppressed from becoming larger than the thermal stress in other portions, the occurrence of dislocations in the vicinity of the final solidified portion is suppressed, and the dislocation density distribution is made uniform over the entire area of the ingot.

(3)本実施形態にかかる効果
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果を奏する。
(3) Effects according to the present embodiment According to the present embodiment, one or more effects described below are produced.

本実施形態によれば、熱線透過抑制材としてのビーズ120が液体封止材110を介した半導体融液100からの熱線の透過を抑制するように機能する。このため、結晶成長が終盤にさしかかり、ルツボ20中の半導体融液100の残量が少なくなった場合であっても、輻射による半導体融液100の温度降下が抑えられる。すなわち、半導体融液100内の下方が低温であり、上方が高温であるような温度勾配が維持される。その結果、結晶成長が終了するまで、半導体融液の下方から上方へ向けて結晶成長が徐々に進行し、最終凝固部付近における多結晶化が抑制され、インゴットの全長にわたり単結晶を得やすくなる。   According to the present embodiment, the beads 120 as the heat ray permeation suppression material function to suppress the transmission of heat rays from the semiconductor melt 100 via the liquid sealing material 110. For this reason, even when the crystal growth reaches the final stage and the remaining amount of the semiconductor melt 100 in the crucible 20 is reduced, the temperature drop of the semiconductor melt 100 due to radiation can be suppressed. That is, a temperature gradient is maintained such that the lower side in the semiconductor melt 100 is a low temperature and the upper side is a high temperature. As a result, until the crystal growth is completed, the crystal growth gradually proceeds from the bottom to the top of the semiconductor melt, the polycrystallization near the final solidified portion is suppressed, and a single crystal can be easily obtained over the entire length of the ingot. .

本実施形態によれば、熱線透過抑制材としてのビーズ120が液体封止材110を介した熱線の透過を抑制するように機能する。このため、結晶成長が終了した後、インゴットの最終凝固部が他の部位に較べて冷却されやすくなることを防ぐことができ、最終凝固部付近における熱応力が他の部分における熱応力よりも大きくなることが抑制され、最終凝固部付近における転位の発生が抑制され、インゴットの全域にわたって転位密度分布が均一化される。   According to the present embodiment, the beads 120 as the heat ray permeation suppressing material function to suppress the heat ray permeation through the liquid sealing material 110. For this reason, after the crystal growth is completed, it is possible to prevent the final solidified portion of the ingot from being cooled more easily than other portions, and the thermal stress in the vicinity of the final solidified portion is larger than the thermal stress in other portions. The generation of dislocations in the vicinity of the final solidified portion is suppressed, and the dislocation density distribution is made uniform over the entire area of the ingot.

本実施形態によれば、半導体融液100、液体封止材110、ビーズ120の順に比重が軽くなるように構成されている。その結果、結晶成長中において、液体封止材110が半導体融液100の表面を気密に封止すると共に、液体封止材110上にビーズ120が浮遊する。すなわち、半導体融液100とビーズ120とが直接に接触することがないため、半導体融液100がビーズ120によって汚染されてしまうことが抑制される。   According to this embodiment, it is comprised so that specific gravity may become light in order of the semiconductor melt 100, the liquid sealing material 110, and the bead 120. As a result, during crystal growth, the liquid sealing material 110 hermetically seals the surface of the semiconductor melt 100, and the beads 120 float on the liquid sealing material 110. That is, since the semiconductor melt 100 and the beads 120 are not in direct contact with each other, the semiconductor melt 100 is prevented from being contaminated by the beads 120.

本実施形態によれば、結晶成長中において、液体封止材110上にビーズ120が浮遊するように構成されている。液体封止材110を構成するBは熱伝導率が小さいた
め、半導体融液100からビーズ120への熱伝導が生じにくくなり、ビーズ120が高温になることが抑制され、ビーズ120からの輻射による放熱が生じにくくなる。その結果、半導体融液100表面付近の急激な温度降下、あるいはインゴットの最終凝固部付近の急激な温度降下を抑制できる。
According to the present embodiment, the beads 120 are configured to float on the liquid sealing material 110 during crystal growth. Since B 2 O 3 constituting the liquid sealing material 110 has a low thermal conductivity, heat conduction from the semiconductor melt 100 to the beads 120 is less likely to occur, and the beads 120 are suppressed from becoming high temperature. The heat radiation due to the radiation is less likely to occur. As a result, a rapid temperature drop near the surface of the semiconductor melt 100 or a rapid temperature drop near the final solidified portion of the ingot can be suppressed.

本実施形態によれば、結晶成長中において、液体封止材110とビーズ120とが密着するように構成されている。すなわち、液体封止材110とビーズ120との間に空間が介在していないように、あるいは液体封止材110とビーズ120との間に介在する空間が小さくなるように構成されている。つまり、液体封止材110とビーズ120との間に雰囲気ガスが存在しないか、あるいは存在したとしてもごく微量であるように構成されている。液体封止材110とビーズ120との間に空間が存在すると、その間に存在する雰囲気ガスの対流の影響により、半導体融液100に温度の乱れが生じてしまう場合がある。本実施形態によれば、液体封止材110とビーズ120との間に空間が介在していないように、あるいは液体封止材110とビーズ120との間に介在する空間が小さくなるように構成されているため、液体封止材110とビーズ120との間での雰囲気ガスの対流の発生が抑制され、半導体融液100の温度の乱れが生じにくくなり、結晶成長条件を安定させ、結晶の品質を安定させることができる。   According to the present embodiment, the liquid sealing material 110 and the beads 120 are configured to be in close contact during crystal growth. That is, it is configured such that no space is interposed between the liquid sealing material 110 and the bead 120 or that the space interposed between the liquid sealing material 110 and the bead 120 is small. That is, there is no atmospheric gas between the liquid sealing material 110 and the beads 120, or even if it exists, the amount is very small. If there is a space between the liquid sealing material 110 and the beads 120, the semiconductor melt 100 may be disturbed in temperature due to the influence of convection of the atmospheric gas existing therebetween. According to this embodiment, it is configured so that no space is interposed between the liquid sealing material 110 and the beads 120 or the space interposed between the liquid sealing material 110 and the beads 120 is small. Therefore, the generation of convection of the atmospheric gas between the liquid sealing material 110 and the beads 120 is suppressed, the temperature of the semiconductor melt 100 is hardly disturbed, the crystal growth conditions are stabilized, and the crystal The quality can be stabilized.

本実施形態によれば、半導体融液100から結晶成長炉1内の上部空間へ向けた放熱を大幅に低減させることができる。そのため、結晶成長に必要な投入電力量を削減することが可能となり、半導体結晶の製造コストを低減させることが可能となる。   According to this embodiment, heat radiation from the semiconductor melt 100 toward the upper space in the crystal growth furnace 1 can be significantly reduced. Therefore, it is possible to reduce the amount of input electric power necessary for crystal growth, and it is possible to reduce the manufacturing cost of the semiconductor crystal.

<本発明の第2の実施形態>
本実施形態においては、熱線透過抑制材が、ビーズ120群ではなくグラファイト製の円板130として構成されている点が、上述の実施形態とは異なる。その他の構成は第1の実施形態と同じである。図3は、本実施形態にかかる半導体融液100表面付近の断面概略図である。図3によれば、軟化した液体封止材110により半導体融液100の表面が気密に封止されていると共に、液体封止材110上に熱線透過抑制材としての円板130が浮遊している。なお、半導体融液100の表面を封止する液体封止材110の厚さは、第1の実施形態と同様に、例えばルツボ20の直胴部27の断面直径に応じて5mm〜20mmの範囲内で適宜調整されている。
<Second Embodiment of the Present Invention>
The present embodiment is different from the above-described embodiment in that the heat ray permeation suppression material is configured as a graphite disk 130 instead of the beads 120 group. Other configurations are the same as those of the first embodiment. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the vicinity of the surface of the semiconductor melt 100 according to the present embodiment. According to FIG. 3, the surface of the semiconductor melt 100 is hermetically sealed by the softened liquid sealing material 110, and a disk 130 as a heat ray transmission suppressing material floats on the liquid sealing material 110. Yes. In addition, the thickness of the liquid sealing material 110 that seals the surface of the semiconductor melt 100 is in the range of 5 mm to 20 mm, for example, according to the cross-sectional diameter of the straight body portion 27 of the crucible 20 as in the first embodiment. Are adjusted accordingly.

なお、円板130の比重は、液体封止材110の比重よりも小さく構成されていることが好ましい。また、円板130は、半導体融液100や液体封止材110の汚染を防ぐため、高純度処理が施されていることが好ましい。また、円板130は、液体封止材110表面を全面的に覆うことのできるような大きさであって、ルツボ20の上面から見て液体封止材110や半導体融液100が円板130によって覆い隠されて見えなくなるような大きさとすることが好ましい。   Note that the specific gravity of the disk 130 is preferably smaller than the specific gravity of the liquid sealing material 110. In addition, the disk 130 is preferably subjected to high-purity processing in order to prevent contamination of the semiconductor melt 100 and the liquid sealing material 110. Further, the disk 130 is sized so as to cover the entire surface of the liquid sealing material 110, and the liquid sealing material 110 and the semiconductor melt 100 can be seen from the upper surface of the crucible 20. It is preferable that the size is such that it is covered and hidden from view.

グラファイト製の円板130は、第1の実施形態のビーズ120と同様に、液体封止材110を介した半導体融液100からの熱線の透過を抑制するように機能する。そのため、本実施形態においても第1の実施形態と同様の効果を奏する。さらに、本実施形態によれば、液体封止材110内にて対流等が発生したとしても、円板130(熱線透過抑制材)が液体封止材110の表面上を移動しにくくなり、液体封止材110の表面が露出して熱線が透過してしまうことを抑制し、温度条件をより安定させることができる。   The graphite disk 130 functions to suppress the transmission of heat rays from the semiconductor melt 100 via the liquid sealing material 110, similarly to the beads 120 of the first embodiment. For this reason, the same effects as in the first embodiment can be obtained in this embodiment. Furthermore, according to the present embodiment, even if convection or the like occurs in the liquid sealing material 110, the disk 130 (heat ray permeation suppression material) becomes difficult to move on the surface of the liquid sealing material 110, and the liquid It can suppress that the surface of the sealing material 110 is exposed and the heat ray is transmitted, and the temperature condition can be further stabilized.

<本発明の第3の実施形態>
本実施形態においては、液体封止材110上に熱線透過抑制材を設ける(浮遊させる)のではなく、液体封止材110中に熱線透過抑制材を設ける点が、上述の実施形態と異なる。具体的には、本実施形態にかかる熱線透過抑制材は、例えば高純度カーボンの微粉末
140として構成されており、高純度カーボンの微粉末140が液体止材110中に均一に分散するように構成されている。その他の構成は、第1の実施形態と同じである。図4は、本実施形態にかかる半導体融液100表面付近の断面概略図である。図4によれば、軟化した液体封止材110により半導体融液100の表面が気密に封止されていると共に、液体封止材110中に高純度カーボンの微粉末140が均一に分散している。高純度カーボンの微粉末140の微粉末としては、例えば、工業的に品質制御して製造される直径3〜500nm程度の炭素の微粒子であるカーボンブラック等を使用することができる。半導体融液100の表面を封止する液体封止材110の厚さは、第1の実施形態と同様に、例えばルツボ20の直胴部27の断面直径に応じて5mm〜20mmの範囲内で適宜調整されている。
<Third Embodiment of the Present Invention>
The present embodiment is different from the above-described embodiment in that a heat ray transmission suppressing material is not provided (floating) on the liquid sealing material 110 but a heat ray transmission suppressing material is provided in the liquid sealing material 110. Specifically, the heat ray permeation suppression material according to the present embodiment is configured, for example, as a high-purity carbon fine powder 140 so that the high-purity carbon fine powder 140 is uniformly dispersed in the liquid stopper 110. It is configured. Other configurations are the same as those of the first embodiment. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the vicinity of the surface of the semiconductor melt 100 according to the present embodiment. According to FIG. 4, the surface of the semiconductor melt 100 is hermetically sealed by the softened liquid sealing material 110, and the fine powder 140 of high-purity carbon is uniformly dispersed in the liquid sealing material 110. Yes. As the fine powder of the high-purity carbon fine powder 140, for example, carbon black which is a fine particle of carbon having a diameter of about 3 to 500 nm manufactured by quality control industrially can be used. The thickness of the liquid sealing material 110 that seals the surface of the semiconductor melt 100 is within the range of 5 mm to 20 mm, for example, according to the cross-sectional diameter of the straight body portion 27 of the crucible 20, as in the first embodiment. It is adjusted appropriately.

高純度カーボンの微粉末140は、第1の実施形態のビーズ120と同様に、液体封止材110を介した半導体融液100からの熱線の透過を抑制するように機能する。そのため、本実施形態においても第1の実施形態と同様の効果を奏する。さらに、本実施形態によれば、液体封止材110中に対流等が発生したとしても、液体封止材110中には高純度カーボンの微粉末140が均一に分散しているため、液体封止材110を介した熱線の透過が常に抑制され、温度条件をより安定させることができる。   The high-purity carbon fine powder 140 functions to suppress the transmission of heat rays from the semiconductor melt 100 through the liquid sealing material 110, similarly to the bead 120 of the first embodiment. For this reason, the same effects as in the first embodiment can be obtained in this embodiment. Furthermore, according to the present embodiment, even if convection or the like occurs in the liquid sealing material 110, the fine powder 140 of high-purity carbon is uniformly dispersed in the liquid sealing material 110. Transmission of heat rays through the stop material 110 is always suppressed, and temperature conditions can be further stabilized.

また、本実施形態によれば、液体封止材110中に高純度カーボンの微粉末140を均一に分散させており、高純度カーボンの微粉末140と半導体融液100とを接触させ得るように構成されている。そのため、高純度カーボンの微粉末140中に含まれる炭素元素を半導体融液100中に混入させ、炭素(C)元素を意図的にドープさせた半絶縁性の半導体結晶を得ることが可能となる。VGF法においては、半導体融液100の表面を液体封止材110により封止すると、例えばLEC(Liquid Encapsulated Czochralski法)と比べてチャンバ70内の雰囲気ガス中に含まれる炭素元素を半導体融液100中に混入させることが困難となる。これに対して本実施形態によれば、高純度カーボンの微粉末140を液体封止材110中に分散させているため、上述の工程S115においてルツボ20内に炭素含有材料をさらに収容することなく、高純度カーボンの微粉末140中に含まれる炭素元素を半導体融液100中に混入させることができる。   Further, according to the present embodiment, the high purity carbon fine powder 140 is uniformly dispersed in the liquid sealing material 110 so that the high purity carbon fine powder 140 and the semiconductor melt 100 can be brought into contact with each other. It is configured. Therefore, it becomes possible to obtain a semi-insulating semiconductor crystal in which carbon element contained in the fine powder 140 of high-purity carbon is mixed in the semiconductor melt 100 and carbon (C) element is intentionally doped. . In the VGF method, when the surface of the semiconductor melt 100 is sealed with the liquid sealing material 110, for example, the carbon element contained in the atmospheric gas in the chamber 70 is contained in the semiconductor melt 100 compared to the LEC (Liquid Encapsulated Czochralski method). It becomes difficult to mix in. On the other hand, according to the present embodiment, since the high-purity carbon fine powder 140 is dispersed in the liquid sealing material 110, the carbon-containing material is not further accommodated in the crucible 20 in the above-described step S115. The carbon element contained in the high-purity carbon fine powder 140 can be mixed into the semiconductor melt 100.

なお、本実施形態においても、液体封止材110を2層構造とすることで、炭素元素の濃度が少ない半導体結晶を得ることが可能となる。すなわち、半導体融液100の表面を高純度カーボンの微粉末140を分散させていない液体封止材110で封止しつつ、高純度カーボンの微粉末140を分散させていない液体封止材110の表面を高純度カーボンの微粉末140を均一に分散させた液体封止材110で封止することにより、高純度カーボンの微粉末140と半導体融液100との接触を抑制し、高純度カーボンの微粉末140中に含まれる炭素元素の半導体融液100中への混入を抑制し、半導体結晶中の炭素濃度を低下させることができる。このような2層構造は、高純度カーボンの微粉末140を分散させていない液体封止材110と、高純度カーボンの微粉末140を分散させた液体封止材110と、をそれぞれルツボ20の内径に合わせて円板状に形成しつつ、常温で固体であるこれらの円板をルツボ20内に順に積層して収納し、加熱して軟化させることにより形成することができる。Bは粘度が高いため、軟化させたとしても高純度カーボンの微粉末140を分散させていない液体封止材110と高純度カーボンの微粉末140を分散させていない液体封止材110とは混合し難く、高純度カーボンの微粉末140と半導体融液100とは接触し難いと考えられる。 Also in the present embodiment, it is possible to obtain a semiconductor crystal having a low carbon element concentration by forming the liquid sealing material 110 into a two-layer structure. That is, the surface of the semiconductor melt 100 is sealed with the liquid sealing material 110 in which the high-purity carbon fine powder 140 is not dispersed, while the liquid sealing material 110 in which the high-purity carbon fine powder 140 is not dispersed. By sealing the surface with the liquid sealing material 110 in which the fine powder 140 of high purity carbon is uniformly dispersed, the contact between the fine powder 140 of high purity carbon and the semiconductor melt 100 is suppressed, and the high purity carbon Mixing of the carbon element contained in the fine powder 140 into the semiconductor melt 100 can be suppressed, and the carbon concentration in the semiconductor crystal can be reduced. In such a two-layer structure, the liquid sealing material 110 in which the fine powder 140 of high-purity carbon is not dispersed and the liquid sealing material 110 in which the fine powder 140 of high-purity carbon is dispersed are respectively included in the crucible 20. These discs, which are solid at room temperature, are sequentially stacked and stored in the crucible 20 while being formed into a disc shape according to the inner diameter, and can be formed by heating and softening. Since B 2 O 3 has a high viscosity, even if it is softened, the liquid sealing material 110 in which the fine powder 140 of high purity carbon is not dispersed and the liquid sealing material 110 in which the fine powder 140 of high purity carbon is not dispersed. It is considered that the high-purity carbon fine powder 140 and the semiconductor melt 100 are difficult to contact with each other.

<本発明の第4の実施形態>
本実施形態においては、熱線透過抑制材が、熱線を反射あるいは散乱する作用を有する材料、例えば酸化物を含む材料からなる点が上述の実施形態と異なる。本実施形態にかか
る熱線透過抑制材は、表面に凹凸を形成したり(表面粗加工を施したり)、内部に極小な気泡を多数含ませたりした不透明石英ガラスの小片あるいは成型品であって、例えば略球状の不透明石英ビーズとして構成されている。なお、ここでいう不透明とは、液体封止材110を介した半導体融液100からの熱線の透過を抑制する(熱線の透過率が低減されている)という意味である。
<Fourth Embodiment of the Present Invention>
The present embodiment is different from the above-described embodiment in that the heat ray transmission suppressing material is made of a material having an action of reflecting or scattering heat rays, for example, a material containing an oxide. The heat ray permeation suppression material according to the present embodiment is a small piece or molded product of opaque quartz glass that has irregularities on the surface (surface roughing is performed) or contains a large number of extremely small bubbles inside, For example, it is configured as a substantially spherical opaque quartz bead. Note that the term “opaque” as used herein means that the transmission of heat rays from the semiconductor melt 100 via the liquid sealing material 110 is suppressed (the transmittance of the heat rays is reduced).

不透明石英ビーズの比重は、液体封止材110の比重よりも小さく構成されていることが好ましい。不透明石英ビーズの粒径は、液体封止材110表面上で不透明石英ビーズが均一に分散し、液体封止材110表面を隙間なく覆うように、また、液体封止材110と不透明石英ビーズとが密着するように、例えば数mm程度とすることが好ましい。また、不透明石英ビーズの分量は、液体封止材110表面を全面的に覆うことができ、少なくともルツボ20の上面から見て液体封止材110や半導体融液100が不透明石英ビーズによって覆い隠されて見えなくなる程度の分量であって、液体封止材110を介した半導体融液100からの熱線の透過を十分に抑制することができるような分量とすることが好ましい。例えば、不透明石英ビーズの分量を、液体封止材110表面を全面的に5mm程度の厚さで覆うことができるような分量とすることで、液体封止材110を介した半導体融液100からの全波長領域の光の透過率を10%以下に低減でき、また、可視光領域の光の透過率を1%以下に低減できる。また、不透明石英ビーズは、半導体融液100や液体封止材110の汚染を防ぐため、高純度処理が施されていることが好ましい。なお、半導体融液100の表面を封止する液体封止材110の厚さは、第1の実施形態と同様に、例えばルツボ20の直胴部27の断面直径に応じて5mm〜20mmの範囲内で適宜調整されている。   The specific gravity of the opaque quartz beads is preferably configured to be smaller than the specific gravity of the liquid sealing material 110. The particle size of the opaque quartz beads is such that the opaque quartz beads are uniformly dispersed on the surface of the liquid sealing material 110 so as to cover the surface of the liquid sealing material 110 without gaps, and between the liquid sealing material 110 and the opaque quartz beads. For example, the thickness is preferably about several mm so as to be in close contact with each other. Further, the amount of the opaque quartz beads can cover the entire surface of the liquid sealing material 110, and at least the liquid sealing material 110 and the semiconductor melt 100 are covered with the opaque quartz beads when viewed from the upper surface of the crucible 20. It is preferable that the amount is such that the transmission of heat rays from the semiconductor melt 100 through the liquid sealing material 110 can be sufficiently suppressed. For example, the amount of opaque quartz beads is set to an amount that can cover the entire surface of the liquid sealing material 110 with a thickness of about 5 mm, so that the semiconductor melt 100 via the liquid sealing material 110 can be used. The light transmittance in the entire wavelength region can be reduced to 10% or less, and the light transmittance in the visible light region can be reduced to 1% or less. The opaque quartz beads are preferably subjected to high-purity treatment in order to prevent contamination of the semiconductor melt 100 and the liquid sealing material 110. In addition, the thickness of the liquid sealing material 110 that seals the surface of the semiconductor melt 100 is in the range of 5 mm to 20 mm, for example, according to the cross-sectional diameter of the straight body portion 27 of the crucible 20 as in the first embodiment. Are adjusted accordingly.

不透明石英ビーズの表面に形成された凹凸や不透明石英ビーズが内包する気泡は、半導体融液100からの熱線を反射あるいは散乱させるように機能する。すなわち、不透明石英ビーズは、第1の実施形態のビーズ120と同様に、液体封止材110を介した半導体融液100からの熱線の透過を抑制するように機能する。そのため、本実施形態においても第1の実施形態と同様の効果を奏する。なお、不透明石英ビーズを構成するSiOは、液体封止材110を構成するBと反応するため、不透明石英ビーズから脱離したSi元素を半導体融液100中に取り込ませることができる。すなわち、熱線透過抑制材として不透明石英ビーズを用いることにより、半導体結晶中にSi元素を意図的にドープすることが可能となる。 The irregularities formed on the surface of the opaque quartz beads and the bubbles included in the opaque quartz beads function to reflect or scatter heat rays from the semiconductor melt 100. That is, the opaque quartz beads function to suppress the transmission of heat rays from the semiconductor melt 100 through the liquid sealing material 110, similarly to the beads 120 of the first embodiment. For this reason, the same effects as in the first embodiment can be obtained in this embodiment. Since SiO 2 constituting the opaque quartz beads reacts with B 2 O 3 constituting the liquid sealing material 110, the Si element detached from the opaque quartz beads can be taken into the semiconductor melt 100. . That is, by using opaque quartz beads as the heat ray transmission suppressing material, it is possible to intentionally dope Si elements into the semiconductor crystal.

なお、本実施形態において、熱線透過抑制材は、酸化アルミニウムの小片あるいは成型品、例えばアルミナビーズとして構成されていてもよい。アルミナビーズは、半導体融液100からの熱線を反射あるいは散乱させるように機能する。すなわち、アルミナビーズも、第1の実施形態のビーズ120と同様に、液体封止材110を介した半導体融液100からの熱線の透過を抑制するように機能する。   In the present embodiment, the heat ray permeation suppression material may be configured as a small piece of aluminum oxide or a molded product, such as alumina beads. The alumina beads function to reflect or scatter heat rays from the semiconductor melt 100. That is, the alumina beads also function to suppress the transmission of heat rays from the semiconductor melt 100 via the liquid sealing material 110, similarly to the beads 120 of the first embodiment.

本実施例では、熱線透過抑制材としてカーボン製のビーズ120を用い、連続して20回の結晶成長を実施した。   In this example, carbon beads 120 were used as the heat ray permeation suppression material, and crystal growth was carried out 20 times continuously.

まず、pBN製のルツボ20の細径部25にGaAsの種結晶30を収容した(S100)。ルツボ20の直胴部27の直径は160mmであり、直胴部27の高さ(長さ)は300mmであった。続いて、予め合成した主原料としての塊状のGaAsの多結晶をルツボ20内に24000g収容した(S105)。更に、液体封止材110としてのBと、熱線透過抑制材として高純度の多孔質グラファイト製のビーズ120群と、をルツボ内に収容した(S110)。ビーズ120の形状が略球状であって、その粒径(直径)は平均φ2mmであり、その表面にガラス状カーボンがコーティングされていた。B
の分量を400gとし、ビーズ120の分量をルツボの直胴部27で約5mmの厚さになる量とした。
First, the GaAs seed crystal 30 was accommodated in the narrow diameter portion 25 of the crucible 20 made of pBN (S100). The diameter of the straight body part 27 of the crucible 20 was 160 mm, and the height (length) of the straight body part 27 was 300 mm. Subsequently, 24,000 g of bulk GaAs polycrystal as a main raw material synthesized in advance was placed in the crucible 20 (S105). Furthermore, B 2 O 3 as the liquid sealing material 110 and high purity porous graphite beads 120 as the heat ray permeation suppression material were housed in the crucible (S110). The shape of the beads 120 was substantially spherical, and the particle diameter (diameter) was an average φ2 mm, and the surface thereof was coated with glassy carbon. B 2
The amount of O 3 was set to 400 g, and the amount of the beads 120 was set to an amount of about 5 mm at the crucible straight body portion 27.

次に、ルツボ20をサセプタ50に収容し(S115)、サセプタ50をサセプタ支持部材55の上に搭載し(S120)、チャンバ70を密閉して結晶成長炉1内を窒素ガスでガス置換し(S125)、サセプタ支持部材55を回転させ、ルツボ20の回転を開始した(S130)。ルツボ20の回転速度は1rpmに設定した。断熱材60,62は、グラファイトの成型断熱材により構成した。   Next, the crucible 20 is accommodated in the susceptor 50 (S115), the susceptor 50 is mounted on the susceptor support member 55 (S120), the chamber 70 is sealed, and the inside of the crystal growth furnace 1 is replaced with nitrogen gas ( S125), the susceptor support member 55 is rotated, and the rotation of the crucible 20 is started (S130). The rotational speed of the crucible 20 was set to 1 rpm. The heat insulating materials 60 and 62 were formed of a graphite heat insulating material.

そして、外周加熱ヒータユニット12a〜12dのそれぞれに通電し、ルツボ20の加熱を開始し(S135)、ルツボ20内に半導体融液100を生成させた(S140)。ルツボ20を加熱する工程では、チャンバ70内の圧力が0.5MPaを超えないように制御した。液体封止材110は、GaAs多結晶が融解するよりも早く軟化して透明な水飴状になり、半導体融液100の表面を覆った。ビーズ120は、ほぼ平坦な厚さ約5mmの層となって液体封止材110の表面に浮遊した。   And it energized each of the outer periphery heater units 12a-12d, the heating of the crucible 20 was started (S135), and the semiconductor melt 100 was produced | generated in the crucible 20 (S140). In the process of heating the crucible 20, the pressure in the chamber 70 was controlled so as not to exceed 0.5 MPa. The liquid sealing material 110 softened faster than the GaAs polycrystal melted to form a transparent water tank, and covered the surface of the semiconductor melt 100. The beads 120 floated on the surface of the liquid sealing material 110 as a substantially flat layer having a thickness of about 5 mm.

そして、外周加熱ヒータユニット12a〜12dの設定温度を、1290℃、1260℃、1120℃、1050℃にそれぞれ設定し(S145)、半導体融液100の温度が安定するまで4時間保持した(S150)。なお、半導体融液100内における1238℃の等温線が、種結晶30の上端部分にかかるような高さ位置にルツボ20を配置した。   Then, the set temperatures of the outer peripheral heater units 12a to 12d are respectively set to 1290 ° C., 1260 ° C., 1120 ° C., and 1050 ° C. (S145), and held for 4 hours until the temperature of the semiconductor melt 100 is stabilized (S150). . In addition, the crucible 20 was arrange | positioned in the height position in which the 1238 degreeC isotherm in the semiconductor melt 100 applied to the upper end part of the seed crystal 30. FIG.

結晶成長炉1内の温度が安定した後、ルツボ20を1rpmの回転速度で回転させながら、4mm/hの速度で降下させ、半導体融液100内に所定の温度勾配を形成した(S155)。そして、約2.5日かけてルツボ20を約240mm降下させたところで、ルツボ20の降下を停止させた。   After the temperature in the crystal growth furnace 1 was stabilized, the crucible 20 was lowered at a speed of 4 mm / h while rotating at a rotation speed of 1 rpm, and a predetermined temperature gradient was formed in the semiconductor melt 100 (S155). Then, when the crucible 20 was lowered about 240 mm over about 2.5 days, the lowering of the crucible 20 was stopped.

その後、外周加熱ヒータユニット12a〜12dがそれぞれ950℃になるように24時間かけて徐冷し、さらに、外周加熱ヒータユニット12a〜12dの温度がそれぞれ400℃になるまで−20℃/hの速度で徐冷した(S160)。そして、外周加熱ヒータユニット12a〜12dの通電を停止して、ルツボ20を室温まで徐冷した(S165)。その後、工程S100から工程S165を連続して繰り返し、合計20本のインゴット(GaAs結晶)を製造した。   Thereafter, the outer peripheral heater units 12a to 12d are gradually cooled over 24 hours so that each of the outer heater units 12a to 12d becomes 950 ° C, and further, the rate of -20 ° C / h until the temperature of the outer peripheral heater units 12a to 12d reaches 400 ° C, respectively. (S160). Then, the energization of the outer peripheral heater units 12a to 12d was stopped, and the crucible 20 was gradually cooled to room temperature (S165). Thereafter, Step S100 to Step S165 were continuously repeated to produce a total of 20 ingots (GaAs crystals).

その結果、20本全てのインゴットにおいて、多結晶化することなく、全長にわたって単結晶化していることが確認できた。   As a result, it was confirmed that all 20 ingots were single-crystallized over the entire length without being polycrystallized.

また、製造した20本のインゴットのうち1本を無作為に選択し、インゴットの直胴部分から(100)面を有する略円形状のウエハを複数枚切り出して、かかるウエハの表面に対し水酸化カリウム(KOH)融液によるエッチング処理を施した。そして、各ウエハについて、転位に対応して発生するピットの密度、すなわち転位の密度を測定した。   Further, one of 20 manufactured ingots is randomly selected, and a plurality of substantially circular wafers having a (100) plane are cut out from the straight body portion of the ingot, and the surface of the wafer is hydroxylated. Etching with a potassium (KOH) melt was performed. For each wafer, the density of pits generated corresponding to dislocations, that is, the density of dislocations was measured.

図6は、本実施例にかかる転位密度の測定結果を示すグラフ図である。図6によれば、インゴットの直胴部の全体にわたって、切り出した複数枚のウエハ面内の平均密度は0.5×10cm−2以下であった。具体的には、インゴットの直胴部の長さは250mmであり、インゴットの5mm(種結晶付近)から250mm(最終凝固部付近)までの範囲内において、ウエハ面内の平均転位密度が0.3×10cm−2から0.5×10cm−2の範囲であり、ウエハ面内の平均転位密度の最小値と最大値との差が0.2×10cm−2未満であることが確認できた。インゴットの全長にわたってリネージや結晶の亜粒界のような欠陥の発生は認められず、平均転位密度が所定値以下であることが確認できた。 FIG. 6 is a graph showing the measurement results of the dislocation density according to this example. According to FIG. 6, the average density in the wafer surface of the plurality of cut out wafers was 0.5 × 10 4 cm −2 or less over the entire straight body portion of the ingot. Specifically, the length of the straight body portion of the ingot is 250 mm, and the average dislocation density in the wafer plane is 0. 5 mm (near the seed crystal) to 250 mm (near the final solidified portion) of the ingot. 3 × 10 4 cm −2 to 0.5 × 10 4 cm −2 , and the difference between the minimum value and the maximum value of the average dislocation density in the wafer surface is less than 0.2 × 10 4 cm −2 . It was confirmed that there was. Generation of defects such as lineage and crystal subgrain boundaries was not observed over the entire length of the ingot, and it was confirmed that the average dislocation density was not more than a predetermined value.

また、他の19本のインゴットについても、種結晶側、直胴部中盤、最終凝固部からそれぞれウエハを切り出し、切り出した各ウエハの表面に対しKOH融液によるエッチング処理を施して、上述の転位密度測定を実施した。その結果、残り19本のインゴットのいずれの部分においても、ウエハ面内の平均転位密度は0.5×10cm−2以下であることが確認できた。すなわち、製造した20本のインゴットのすべてにおいて、インゴットの全長にわたってリネージや結晶の亜粒界のような欠陥の発生は認められず、平均転位密度が所定値以下であることが確認できた。 For the other 19 ingots, the wafer was cut out from the seed crystal side, the middle part of the straight body, and the final solidified part, and the surface of each cut out wafer was subjected to etching treatment with KOH melt, and the above-mentioned dislocation was performed. Density measurements were performed. As a result, it was confirmed that the average dislocation density in the wafer plane was 0.5 × 10 4 cm −2 or less in any portion of the remaining 19 ingots. That is, in all 20 ingots produced, no defects such as lineage or crystal sub-boundaries were observed over the entire length of the ingot, and it was confirmed that the average dislocation density was below a predetermined value.

本実施例では、熱線透過抑制材として円板130を用いて結晶成長を行った。使用した円板130は、高純度化処理を施した等方性グラファイト製で、直径φ156mm、厚さ3mmであった。その他の条件は実施例1と同じである。   In this example, crystal growth was performed using the disk 130 as a heat ray transmission suppressing material. The disk 130 used was made of isotropic graphite that had been subjected to high-purity treatment, and had a diameter of 156 mm and a thickness of 3 mm. Other conditions are the same as those in the first embodiment.

その結果、本実施例により製造したインゴットにおいても、多結晶化することなく、全長にわたって単結晶化していることが確認できた。   As a result, it was confirmed that the ingot produced according to this example was single-crystallized over the entire length without being polycrystallized.

また、実施例1と同様の方法により、インゴット内の転位密度分布を評価したところ、ウエハ面内の平均密度が最も高かった部位でも0.6×10cm−2を越えることはなく、インゴットの全長にわたってリネージや結晶の亜粒界のような欠陥の発生は認められず、平均転位密度が所定値以下であることが確認できた。 Further, the dislocation density distribution in the ingot was evaluated by the same method as in Example 1. As a result, the portion having the highest average density in the wafer plane did not exceed 0.6 × 10 4 cm −2 , and the ingot Generation of defects such as lineage and crystal subgrain boundaries was not observed over the entire length, and it was confirmed that the average dislocation density was not more than a predetermined value.

本実施例では、工程S110において、高純度カーボンの微粉末140を均一に分散させた液体封止材110をルツボ20内に収容した。その他の条件は実施例1と同じである。軟化して半導体融液100の表面を覆う液体封止材110は、上述の実施例とは異なり、透明ではなく、全体が均一に黒く不透明な様相を呈していた。   In this example, the liquid sealing material 110 in which the fine powder 140 of high-purity carbon was uniformly dispersed was accommodated in the crucible 20 in step S110. Other conditions are the same as those in the first embodiment. Unlike the embodiment described above, the liquid sealing material 110 that softens and covers the surface of the semiconductor melt 100 is not transparent and has a uniform black and opaque appearance as a whole.

その結果、本実施例により製造したインゴットにおいても、多結晶化することなく、全長にわたって単結晶化していることが確認できた。   As a result, it was confirmed that the ingot produced according to this example was single-crystallized over the entire length without being polycrystallized.

また、実施例1と同様の方法により、インゴット内の転位密度分布を評価したところ、ウエハ面内の平均密度が最も高かった部位でも0.5×10cm−2を越えることはなく、インゴットの全長にわたってリネージや結晶の亜粒界のような欠陥の発生は認められず、平均転位密度が所定値以下であることが確認できた。
(比較例)
Further, when the dislocation density distribution in the ingot was evaluated by the same method as in Example 1, the portion where the average density in the wafer surface was the highest did not exceed 0.5 × 10 4 cm −2 , and the ingot Generation of defects such as lineage and crystal subgrain boundaries was not observed over the entire length, and it was confirmed that the average dislocation density was not more than a predetermined value.
(Comparative example)

本比較例では、熱線透過抑制材を用いずに、連続して20回の結晶成長を実施した。すなわち、工程S110において、赤外線透過抑制材をルツボ20内に収容せずに結晶成長を行った。その他の条件は実施例1と同じである。   In this comparative example, the crystal growth was continuously performed 20 times without using the heat ray permeation suppression material. That is, in step S110, crystal growth was performed without containing the infrared transmission suppressing material in the crucible 20. Other conditions are the same as those in the first embodiment.

その結果、本比較例では、製造した20本のインゴットのうち7本のインゴットにおいて、最終凝固部付近が多結晶化していることが認められた。   As a result, in this comparative example, it was recognized that the vicinity of the final solidified portion was polycrystallized in 7 ingots out of 20 manufactured ingots.

また、全長にわたり単結晶化していることが確認できた残りの13本のインゴットについても転位密度分布を測定した結果、最終凝固部付近で転位密度の増加が認められた。図7は、全長にわたり単結晶化していることが確認できた残り13本のインゴットのうち1本を選び、その直胴部分から複数枚のウエハを切りだし、各ウエハ面内の平均転位密度を測定した結果である。ウエハの取得方法並びに転位密度の評価方法は、前述の実施例と同じである。その結果、種結晶側〜直胴部中盤までは平均転位密度が0.5×10cm
以下であり、実施例とほぼ同程度の転位密度であった。しかし、最終凝固部付近で急激に転位密度が増加する傾向が確認できた。すなわち、最終凝固部付近から切り出したウエハでは、ウエハ面内の平均転位密度が8.1×10cm−2であり、種結晶側〜直胴部中盤から切り出したウエハ面内の平均転位密度と比べて、2倍近くまで増加してしまっていた。また、転位密度が増加したウエハの内部には、転位が線状に配列したいわゆるリネージと呼ばれる欠陥が観察された。
Further, as a result of measuring the dislocation density distribution of the remaining 13 ingots that were confirmed to be single-crystallized over the entire length, an increase in the dislocation density was observed in the vicinity of the final solidified portion. FIG. 7 shows that one of the remaining 13 ingots that have been confirmed to be single crystallized over the entire length is selected, and a plurality of wafers are cut out from the straight body portion, and the average dislocation density in each wafer surface is determined. It is the result of measurement. The wafer acquisition method and the dislocation density evaluation method are the same as those in the above-described embodiment. As a result, the average dislocation density is 0.5 × 10 4 cm − from the seed crystal side to the middle part of the straight body part.
It was 2 or less, and the dislocation density was almost the same as in the examples. However, it was confirmed that the dislocation density tended to increase rapidly in the vicinity of the final solidified part. That is, in the wafer cut out from the vicinity of the final solidified portion, the average dislocation density in the wafer surface is 8.1 × 10 4 cm −2 , and the average dislocation density in the wafer surface cut out from the seed crystal side to the middle part of the straight body portion. It has increased to almost twice as much. In addition, defects called so-called lineage in which dislocations were arranged in a line were observed inside the wafer with increased dislocation density.

<本発明の他の実施形態>
本発明にかかる熱線透過抑制材は、熱線の透過を抑制する性質、すなわち赤外線を吸収、反射、散乱する性質を有し、成長結晶に不純物汚染などの悪影響を及ぼさないものであれば、上述の実施形態に記した材料以外であっても構わない。なお、例えば炭素(C)ドープのGaAs結晶を成長させる場合には、熱線透過抑制材として炭素を含む材料を用いることにより、意図的に炭素(C)をドープさせることができると共に、不要な汚染を抑制できる。また、ケイ素(Si)ドープのGaAs結晶を成長させる場合には、熱線透過抑制材として石英を含む材料を用いることにより、意図的にケイ素(Si)をドープさせることができると共に、不要な汚染を抑制できる。
<Other Embodiments of the Present Invention>
The heat ray transmission suppressing material according to the present invention has the property of suppressing the transmission of heat rays, that is, the property of absorbing, reflecting, and scattering infrared rays, and the above-described material as long as it does not adversely affect the grown crystal such as impurity contamination. Materials other than those described in the embodiments may be used. For example, when a carbon (C) -doped GaAs crystal is grown, carbon (C) can be intentionally doped by using a material containing carbon as a heat ray transmission suppressing material, and unnecessary contamination. Can be suppressed. In addition, when growing a GaAs crystal doped with silicon (Si), by using a material containing quartz as a heat ray transmission suppressing material, silicon (Si) can be intentionally doped and unnecessary contamination can be caused. Can be suppressed.

上述の実施形態では、ルツボ20を降下させることにより、半導体融液100内の種結晶側から温度を降下させて結晶成長を進行させたが、本発明はかかる実施形態に限定されない。例えば、ルツボ20を降下させずに、外周加熱ヒータユニット12a〜12dを所定の速度で徐々に低下させることにより上述の結晶成長を実施してもよい。また、加熱ヒータを備える炉体をルツボ20に対して移動させて結晶成長を行う炉体移動法(Traveling Furnace法:TF法)にも本発明は好適に適用可能である。   In the above-described embodiment, the crucible 20 is lowered to lower the temperature from the seed crystal side in the semiconductor melt 100 to advance the crystal growth. However, the present invention is not limited to such an embodiment. For example, the above-described crystal growth may be performed by gradually lowering the outer peripheral heater units 12a to 12d at a predetermined speed without lowering the crucible 20. The present invention can also be suitably applied to a furnace body movement method (TF method) in which a furnace body provided with a heater is moved relative to the crucible 20 to perform crystal growth.

ルツボ20内において生成する半導体融液100が、大気圧以上の解離圧を有する場合、チャンバ70を圧力容器として構成することもできる。チャンバ70内を解離圧以上の圧力に設定することにより、結晶成長中における半導体融液100の蒸発や原料成分の揮発等を抑制させることができる。   When the semiconductor melt 100 produced | generated in the crucible 20 has dissociation pressure more than atmospheric pressure, the chamber 70 can also be comprised as a pressure vessel. By setting the inside of the chamber 70 to a pressure equal to or higher than the dissociation pressure, it is possible to suppress the evaporation of the semiconductor melt 100 and the evaporation of the raw material components during the crystal growth.

ルツボ20の全体を、石英等から形成されたアンプル内に封入することもできる。そして、ルツボ20を封入したアンプルをチャンバ70内の所定の位置に設置し、半導体結晶を製造することも可能である。   The entire crucible 20 can be enclosed in an ampoule made of quartz or the like. Then, it is possible to manufacture a semiconductor crystal by installing an ampoule in which the crucible 20 is sealed at a predetermined position in the chamber 70.

本発明にかかる半導体結晶の製造方法においては、GaAsの単結晶だけではなく、他のIII−V族化合物半導体結晶を製造する際にも好適に適用可能である。例えば、InP
、InAs、GaSb、又はInSb等の化合物半導体を製造する際にも好適に適用可能である。また、AlGaAs、InGaAs、又はInGaP等のIII−V族化合物半導体結晶の三元混晶結晶、若しくは、AlGaInP等のIII−V族化合物半導体結晶の四元混晶結晶を製造する際にも好適に適用可能である。また、ZnSe、CdTe等のII−VI族化合物半導体結晶を製造する際にも好適に適用可能である。
The method for producing a semiconductor crystal according to the present invention can be suitably applied not only to producing a single crystal of GaAs but also other III-V group compound semiconductor crystals. For example, InP
, InAs, GaSb, InSb, and other compound semiconductors can be suitably applied. Also suitable for producing a ternary mixed crystal of a III-V group compound semiconductor crystal such as AlGaAs, InGaAs or InGaP or a quaternary mixed crystal of a group III-V compound semiconductor crystal such as AlGaInP. Applicable. Further, the present invention can be suitably applied to the production of II-VI group compound semiconductor crystals such as ZnSe and CdTe.

本発明は上述の実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

本発明の第1の実施形態にかかる半導体結晶の製造方法を実施する結晶成長炉の断面構成図である。It is a section lineblock diagram of the crystal growth furnace which enforces the manufacturing method of the semiconductor crystal concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態にかかる半導体融液表面付近の断面概略図である。It is a section schematic diagram near the semiconductor melt surface concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態にかかる半導体融液表面付近の断面概略図である。It is the cross-sectional schematic diagram of the semiconductor melt surface vicinity concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態にかかる半導体融液表面付近の断面概略図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the semiconductor melt surface vicinity concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態にかかる半導体結晶の製造方法を例示するフロー図である。FIG. 3 is a flow diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor crystal according to the first embodiment of the invention. 実施例1にかかるインゴットの転位密度の測定結果を示すグラフ図である。It is a graph which shows the measurement result of the dislocation density of the ingot concerning Example 1. FIG. 比較例にかかるインゴットの転位密度の測定結果を示すグラフ図である。It is a graph which shows the measurement result of the dislocation density of the ingot concerning a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

1 結晶成長炉
12a〜12d 外周加熱ヒータユニット
20 ルツボ
30 種結晶
70 チャンバ
100 半導体融液
110 液体封止材
120 ビーズ(熱線透過抑制材)
130 円板(熱線透過抑制材)
140 微粉末(熱線透過抑制材)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crystal growth furnace 12a-12d Peripheral heating heater unit 20 Crucible 30 Seed crystal 70 Chamber 100 Semiconductor melt 110 Liquid sealing material 120 Bead (heat ray permeation suppression material)
130 disc (heat ray permeation suppression material)
140 Fine powder (heat ray permeation suppression material)

Claims (6)

ルツボ内の底部に配置した種結晶と前記ルツボ内に収容した半導体融液とを接触させつつ、前記半導体融液を前記種結晶側から上方に向けて徐々に固化させる半導体結晶の製造方法において、
前記半導体融液上に液体封止材と熱線透過抑制材とを設け、
前記液体封止材には前記半導体融液内からの成分の揮発を抑制させ、
前記熱線透過抑制材には前記液体封止材を介した前記半導体融液からの熱線の透過を抑制させる
ことを特徴とする半導体結晶の製造方法。
In the method of manufacturing a semiconductor crystal, the semiconductor melt is gradually solidified upward from the seed crystal side while contacting the seed crystal disposed at the bottom of the crucible with the semiconductor melt accommodated in the crucible.
A liquid sealing material and a heat ray permeation suppression material are provided on the semiconductor melt,
The liquid sealing material suppresses volatilization of components from within the semiconductor melt,
The method for producing a semiconductor crystal, wherein the heat ray permeation suppressing material suppresses heat ray permeation from the semiconductor melt via the liquid sealing material.
ルツボ内の底部に種結晶を配置し、
前記ルツボ内に半導体原料と封止材と熱線透過抑制材とを収容し、
前記ルツボを加熱し、前記半導体原料を溶融させた半導体融液と前記封止材を軟化させた液体封止材とを前記ルツボ内に生成することで、前記種結晶と前記半導体融液とを接触させると共に、前記半導体融液上に前記液体封止材と前記熱線透過抑制材とを設け、
前記半導体融液を前記種結晶側から上方に向けて徐々に固化させる
ことを特徴とする半導体結晶の製造方法。
Place a seed crystal at the bottom of the crucible,
A semiconductor raw material, a sealing material and a heat ray permeation suppressing material are accommodated in the crucible,
The crucible is heated to produce a semiconductor melt obtained by melting the semiconductor raw material and a liquid sealing material obtained by softening the sealing material in the crucible, whereby the seed crystal and the semiconductor melt are produced. While contacting, providing the liquid sealing material and the heat ray permeation suppression material on the semiconductor melt,
A method for producing a semiconductor crystal, wherein the semiconductor melt is gradually solidified upward from the seed crystal side.
前記液体封止材上に前記熱線透過抑制材を浮遊させる
ことを特徴とする請求項1又は2記載の半導体結晶の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor crystal according to claim 1, wherein the heat ray transmission suppressing material is suspended on the liquid sealing material.
前記液体封止材中に前記熱線透過抑制材を設ける
ことを特徴とする請求項1又は2記載の半導体結晶の製造方法。
The method for producing a semiconductor crystal according to claim 1, wherein the heat ray transmission suppressing material is provided in the liquid sealing material.
前記熱線透過抑制材は炭素を含む材料からなる
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の半導体結晶の製造方法。
The method for producing a semiconductor crystal according to claim 1, wherein the heat ray transmission suppressing material is made of a material containing carbon.
前記熱線透過抑制材は酸化物を含む材料からなる
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の半導体結晶の製造方法。
The method for producing a semiconductor crystal according to claim 1, wherein the heat ray transmission suppressing material is made of a material containing an oxide.
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