JP2011251892A - InP SINGLE CRYSTAL AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はInP単結晶およびその製造方法に関し、より特定的には、キャリア濃度が低い領域において転位密度を低減しつつ双晶欠陥の発生を抑制することが可能なInP単結晶およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an InP single crystal and a method for manufacturing the InP single crystal, and more particularly to an InP single crystal capable of suppressing the generation of twin defects while reducing the dislocation density in a region having a low carrier concentration. Is.
InP(リン化インジウム)単結晶においては、双晶欠陥の発生を抑制しつつ、転位密度を低減することが求められる。このような要求に対応するため、たとえばLEC(Liquid Encapsulated Czochralski)法において、成長方向における温度勾配を小さくすることにより転位の増殖を抑制するとともに、ガスの対流による温度の揺らぎを抑えることにより双晶の発生を抑制する方法が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 In an InP (indium phosphide) single crystal, it is required to reduce the dislocation density while suppressing the generation of twin defects. In order to meet such demands, for example, in the LEC (Liquid Encapsulated Czochralski) method, by reducing the temperature gradient in the growth direction, the growth of dislocations is suppressed, and the temperature fluctuation due to gas convection is suppressed, thereby reducing twinning. There has been proposed a method for suppressing the occurrence of (see, for example, Patent Document 1).
しかし、LEC法などの引き上げ法においては、成長中の結晶が外部雰囲気と接触する。そして、これに起因した結晶の溶解を回避する必要があるため、成長方向における温度勾配の低減には限界がある。その結果、温度勾配の低減による転位密度の抑制は、必ずしも容易ではない。 However, in the pulling method such as the LEC method, the growing crystal comes into contact with the external atmosphere. And since it is necessary to avoid the dissolution of the crystal resulting from this, there is a limit in reducing the temperature gradient in the growth direction. As a result, it is not always easy to suppress the dislocation density by reducing the temperature gradient.
また、InP単結晶において、硫黄や亜鉛などの不純物が導入されると、当該不純物が転位の伝播を阻害して転位が減少する作用が知られている(不純物硬化作用)。この不純物硬化作用は、導入される不純物の濃度が高いほど、顕著となる。ここで、硫黄や亜鉛は、InP中における偏析係数が1未満であるため、結晶成長が進行して融液の量が減少するに従って、融液内に含まれる硫黄や亜鉛の濃度が高くなる。そのため、結晶の成長方向における温度勾配が一定であれば、結晶の成長が進行するに従って転位密度は減少する。その結果、不純物濃度が高い領域、すなわちキャリア濃度が高い領域においては、転位密度を減少させることは、比較的容易である。しかし、キャリア濃度が低い領域においては、LEC法などの引き上げ法により、転位密度の低いInP単結晶を製造することは困難である。 In addition, when an impurity such as sulfur or zinc is introduced into an InP single crystal, the impurity is known to inhibit dislocation propagation and reduce dislocation (impurity hardening effect). This impurity curing action becomes more prominent as the concentration of the introduced impurity is higher. Here, since sulfur and zinc have a segregation coefficient of less than 1 in InP, the concentration of sulfur and zinc contained in the melt increases as crystal growth proceeds and the amount of melt decreases. Therefore, when the temperature gradient in the crystal growth direction is constant, the dislocation density decreases as the crystal growth proceeds. As a result, it is relatively easy to reduce the dislocation density in a region having a high impurity concentration, that is, a region having a high carrier concentration. However, in a region where the carrier concentration is low, it is difficult to produce an InP single crystal having a low dislocation density by a pulling method such as the LEC method.
これに対し、封止されたるつぼ内において結晶を成長させるVB(Vertical Bridgman)法やVGF(Vertical Gradient Freeze)法などの縦型ボート法では、成長中の結晶が外部雰囲気と接触しないため、成長方向における温度勾配をLEC法などの引き上げ法に比べて小さくすることができる。その結果、VB法やVGF法などの方法によれば、キャリア濃度が低い領域でも、温度勾配を抑えることによる転位密度の抑制が比較的容易である。 On the other hand, in the vertical boat method such as the VB (Vertical Bridgeman) method or the VGF (Vertical Gradient Freeze) method for growing a crystal in a sealed crucible, the growing crystal does not come into contact with the external atmosphere. The temperature gradient in the direction can be reduced as compared with a pulling method such as the LEC method. As a result, according to methods such as the VB method and the VGF method, it is relatively easy to suppress the dislocation density by suppressing the temperature gradient even in a region where the carrier concentration is low.
しかしながら、VB法やVGF法などの方法を採用して転位密度を低減した場合、双晶欠陥が発生しやすいという問題がある。 However, when a method such as the VB method or the VGF method is adopted to reduce the dislocation density, there is a problem that twin defects are likely to occur.
そこで、本発明の目的は、キャリア濃度が低い領域において、転位密度を低減しつつ双晶欠陥の発生を抑制したInP単結晶およびその製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an InP single crystal in which the generation of twin defects is suppressed while reducing the dislocation density in a region where the carrier concentration is low, and a method for manufacturing the InP single crystal.
本発明に従ったInP単結晶は、キャリア濃度が4.0×1018cm−3以下である領域の成長方向に垂直な断面において、外周を含む領域に形成され、平均転位密度が1000cm−2以上である高転位密度領域と、高転位密度領域に取り囲まれるように形成され、平均転位密度が500cm−2以下の低転位密度領域とを備えている。 The InP single crystal according to the present invention is formed in a region including the outer periphery in a cross section perpendicular to the growth direction of a region having a carrier concentration of 4.0 × 10 18 cm −3 or less, and an average dislocation density of 1000 cm −2. A high dislocation density region as described above and a low dislocation density region formed so as to be surrounded by the high dislocation density region and having an average dislocation density of 500 cm −2 or less are provided.
本発明者は、キャリア濃度が低い領域において、転位密度を低減しつつ双晶欠陥の発生を抑制したInP単結晶を実現する方策について詳細な検討を行なった。その結果、4.0×1018cm−3以下という低いキャリア濃度の領域においても、成長方向に垂直な断面において平均転位密度が1000cm−2以上である高転位密度領域を外周部に形成することにより、当該高転位密度領域に取り囲まれる領域に平均転位密度が500cm−2以下という転位密度の低い領域を、双晶欠陥の発生を抑制しつつ形成可能であることが分かった。したがって、本発明のInP単結晶によれば、4.0×1018cm−3以下というキャリア濃度が低い領域において、平均転位密度を500cm−2以下にまで低減しつつ双晶欠陥の発生を抑制したInP単結晶を提供することができる。 The present inventor has conducted detailed studies on a method for realizing an InP single crystal in which the generation of twin defects is suppressed while reducing the dislocation density in a region where the carrier concentration is low. As a result, even in a region having a low carrier concentration of 4.0 × 10 18 cm −3 or less, a high dislocation density region having an average dislocation density of 1000 cm −2 or more in the cross section perpendicular to the growth direction is formed on the outer peripheral portion. Thus, it was found that a low dislocation density region having an average dislocation density of 500 cm −2 or less can be formed in a region surrounded by the high dislocation density region while suppressing the generation of twin defects. Therefore, according to the InP single crystal of the present invention, in the region with a low carrier concentration of 4.0 × 10 18 cm −3 or less, the generation of twin defects is suppressed while the average dislocation density is reduced to 500 cm −2 or less. InP single crystal can be provided.
上記InP単結晶は、円筒状の形状を有する小径部と、小径部の軸方向において小径部に接続され、小径部から離れるに従って外径が大きくなる円錐台形状を有する円錐部と、小径部の軸方向において上記円錐部に接続され、小径部よりも直径の大きい円筒状の形状を有する直胴部とを備えていてもよい。そして、直胴部の軸方向の長さは150mm以上とすることができる。 The InP single crystal includes a small-diameter portion having a cylindrical shape, a conical portion having a truncated cone shape that is connected to the small-diameter portion in the axial direction of the small-diameter portion, and whose outer diameter increases as the distance from the small-diameter portion increases. A straight body portion connected to the conical portion in the axial direction and having a cylindrical shape having a diameter larger than that of the small diameter portion may be provided. And the length of the axial direction of a straight body part can be 150 mm or more.
InP単結晶をVB法やVGF法などの方法により製造する場合、小径部と、小径部に接続された円錐部と、円錐部に接続された直胴部とを備えたるつぼが使用される場合が多い。この場合、当該るつぼの形状に対応した小径部、円錐部および直胴部を備えたInP単結晶が得られる。ここで、本発明者による検討の結果、従来の製造方法によれば、当該直胴部が150mm以上とされた場合、双晶欠陥が極めて発生しやすいことが分かった。したがって、キャリア濃度が低い領域において、転位密度を低減しつつ双晶欠陥の発生を抑制可能な本発明のInP単結晶は、直胴部が150mm以上の単結晶への適用が、特に有効である。 When an InP single crystal is manufactured by a method such as the VB method or the VGF method, a crucible having a small diameter portion, a conical portion connected to the small diameter portion, and a straight body portion connected to the conical portion is used. There are many. In this case, an InP single crystal having a small diameter portion, a conical portion, and a straight body portion corresponding to the shape of the crucible is obtained. Here, as a result of the study by the present inventors, it has been found that, according to the conventional manufacturing method, twin defects are extremely likely to occur when the straight body portion is 150 mm or more. Therefore, in the region where the carrier concentration is low, the InP single crystal of the present invention that can suppress the generation of twin defects while reducing the dislocation density is particularly effective when applied to a single crystal having a straight body portion of 150 mm or more. .
上記InP単結晶においては、上記外周からの距離が3mm以内の領域が上記高転位密度領域となっていてもよい。これにより、双晶欠陥の発生が抑制された上記低転位密度領域を容易に形成することができる。 In the InP single crystal, a region having a distance of 3 mm or less from the outer periphery may be the high dislocation density region. Thereby, the low dislocation density region in which the generation of twin defects is suppressed can be easily formed.
本発明に従ったInP単結晶の製造方法は、InP単結晶の原料を準備する工程と、原料を溶融させた後、凝固させることにより、InP単結晶を成長させる工程とを備えている。そして、InP単結晶を成長させる工程では、キャリア濃度が4.0×1018cm−3以下であるInP単結晶の領域を、成長方向に垂直な断面の外周を含む領域に平均転位密度が1000cm−2以上である高転位密度領域が形成されるように成長させる。 The InP single crystal manufacturing method according to the present invention includes a step of preparing an InP single crystal raw material, and a step of growing the InP single crystal by solidifying the raw material after melting. Then, in the step of growing the InP single crystal, the average dislocation density is 1000 cm in the region of the InP single crystal having a carrier concentration of 4.0 × 10 18 cm −3 or less and including the outer periphery of the cross section perpendicular to the growth direction. -2 or higher so that a high dislocation density region is formed.
上述のように、外周を含む領域に平均転位密度が1000cm−2以上である高転位密度領域を形成するように、キャリア濃度が4.0×1018cm−3以下である単結晶の領域を成長させることにより、当該高転位密度領域に取り囲まれる領域に平均転位密度が500cm−2以下という転位密度の低い領域を、双晶欠陥の発生を抑制しつつ形成することができる。そのため、本発明のInP単結晶の製造方法によれば、4.0×1018cm−3以下というキャリア濃度が低い領域において、転位密度を500cm−2以下にまで低減しつつ双晶欠陥の発生を抑制したInP単結晶を製造することができる。 As described above, a single crystal region having a carrier concentration of 4.0 × 10 18 cm −3 or less is formed so as to form a high dislocation density region having an average dislocation density of 1000 cm −2 or more in a region including the outer periphery. By growing, a region having a low dislocation density with an average dislocation density of 500 cm −2 or less can be formed in a region surrounded by the high dislocation density region while suppressing generation of twin defects. Therefore, according to the InP single crystal manufacturing method of the present invention, in the region where the carrier concentration is as low as 4.0 × 10 18 cm −3 or less, the generation of twin defects while reducing the dislocation density to 500 cm −2 or less. InP single crystal in which the above is suppressed can be manufactured.
上記InP単結晶の製造方法においては、InP単結晶を成長させる工程では、円筒状の形状を有する小径部と、小径部の軸方向において小径部に接続され、小径部から離れるに従って外径が大きくなる円錐台形状を有する円錐部と、小径部の軸方向において円錐部に接続され、小径部よりも直径の大きい円筒状の形状を有する直胴部とを備えたInP単結晶を成長させてもよい。このとき、直胴部の軸方向の長さは150mm以上とすることができる。 In the InP single crystal manufacturing method, in the step of growing the InP single crystal, the small diameter portion having a cylindrical shape is connected to the small diameter portion in the axial direction of the small diameter portion, and the outer diameter increases as the distance from the small diameter portion increases. An InP single crystal having a truncated cone shape and a straight body portion connected to the cone portion in the axial direction of the small diameter portion and having a cylindrical shape having a diameter larger than that of the small diameter portion. Good. At this time, the axial length of the straight body portion can be 150 mm or more.
上述のように、VB法やVGF法などの方法により小径部、円錐部および直胴部を備えたInP単結晶が作製される場合、従来の製造方法によれば、直胴部を150mm以上とすると、双晶欠陥が極めて発生しやすい。これは、融液の深さが大きくなるほど融液の対流が強くなり、融液の温度が不安定になりやすいためと考えられる。したがって、キャリア濃度が低い領域において、転位密度を低減しつつ双晶欠陥の発生を抑制可能な本発明のInP単結晶の製造方法は、直胴部が150mm以上の単結晶の製造への適用が、特に有効である。 As described above, when an InP single crystal having a small-diameter portion, a conical portion, and a straight body portion is produced by a method such as the VB method or the VGF method, according to the conventional manufacturing method, the straight body portion is 150 mm or more. Then, twin defects are very likely to occur. This is presumably because the convection of the melt becomes stronger and the temperature of the melt tends to become unstable as the depth of the melt increases. Therefore, in the region where the carrier concentration is low, the InP single crystal manufacturing method of the present invention capable of suppressing the generation of twin defects while reducing the dislocation density can be applied to the manufacture of a single crystal having a straight body portion of 150 mm or more. Is particularly effective.
上記InP単結晶の製造方法においては、InP単結晶を成長させる工程では、キャリア濃度が4.0×1018cm−3以下であるInP単結晶の領域の少なくとも一部を、内部においてInP単結晶が成長するるつぼを6mm/h以上の速度で引き下げつつ成長させてもよい。これにより、InP単結晶の成長速度が上昇し、融液の凝固に伴って発生する潜熱が増加するため、上記高転位密度領域が容易に形成される。その結果、当該高転位密度領域に取り囲まれる領域に平均転位密度が500cm−2以下という転位密度の低い領域を、双晶欠陥の発生を抑制しつつ形成することが容易となる。 In the InP single crystal manufacturing method, in the step of growing the InP single crystal, at least a part of the region of the InP single crystal having a carrier concentration of 4.0 × 10 18 cm −3 or less is formed in the InP single crystal. The crucible in which the crystal grows may be grown while being pulled down at a speed of 6 mm / h or more. As a result, the growth rate of the InP single crystal is increased and the latent heat generated with the solidification of the melt is increased, so that the high dislocation density region is easily formed. As a result, it becomes easy to form a low dislocation density region having an average dislocation density of 500 cm −2 or less in a region surrounded by the high dislocation density region while suppressing the generation of twin defects.
上記InP単結晶の製造方法においては、成長したInP単結晶から高転位密度領域を除去する工程をさらに備えていてもよい。これにより、4.0×1018cm−3以下という低いキャリア濃度を有するとともに、転位密度を低減しつつ、双晶欠陥の発生を抑制したInP単結晶を得ることができる。 The manufacturing method of the InP single crystal may further include a step of removing the high dislocation density region from the grown InP single crystal. As a result, an InP single crystal having a carrier concentration as low as 4.0 × 10 18 cm −3 or less and suppressing the generation of twin defects while reducing the dislocation density can be obtained.
以上の説明から明らかなように、本発明のInP単結晶およびその製造方法によれば、キャリア濃度が低い領域において、転位密度を低減しつつ双晶欠陥の発生を抑制したInP単結晶およびその製造方法を提供することができる。 As is apparent from the above description, according to the InP single crystal of the present invention and the method for manufacturing the same, the InP single crystal that suppresses the generation of twin defects while reducing the dislocation density in the region where the carrier concentration is low, and the manufacturing thereof. A method can be provided.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
まず、本発明の一実施の形態におけるInP単結晶について説明する。図1および図2を参照して、本実施の形態におけるInP単結晶1は、円筒状の形状を有する小径部10と、小径部10の軸方向において小径部10に接続され、小径部10から離れるに従って外径が大きくなる円錐台形状を有する円錐部20と、小径部10の軸方向において上記円錐部20に接続され、小径部10よりも直径の大きい円筒状の形状を有する直胴部30とを備えている。直胴部30の軸方向(成長方向)の長さLは、150mm以上となっている。
First, an InP single crystal according to an embodiment of the present invention will be described. 1 and 2, InP
また、直胴部30は、キャリア濃度が4.0×1018cm−3以下である低キャリア濃度部31と、キャリア濃度が4.0×1018cm−3を超える高キャリア濃度部32とを含んでいる。そして、低キャリア濃度部31の成長方向に垂直な断面(図2に示す断面)において、当該低キャリア濃度部31は、外周を含む領域に形成され、平均転位密度が1000cm−2以上である高転位密度領域31Bと、高転位密度領域31Bに取り囲まれるように形成され、平均転位密度が500cm−2以下の低転位密度領域31Aとを有している。
Further, the
本実施の形態におけるInP単結晶1では、キャリア濃度が4.0×1018cm−3以下である低キャリア濃度部31において、外周を含む領域に平均転位密度が1000cm−2以上である高転位密度領域31Bを有している。その結果、高転位密度領域31Bに取り囲まれる内周側の領域に、平均転位密度が500cm−2以下である低転位密度領域31Aが、双晶欠陥の発生を抑制しつつ形成されている。このように、本実施の形態におけるInP単結晶1は、4.0×1018cm−3以下というキャリア濃度が低い領域において、平均転位密度を500cm−2以下にまで低減しつつ双晶欠陥の発生を抑制したInP単結晶となっている。
In the InP
次に、本発明の一実施の形態におけるInP単結晶の製造方法について説明する。ここでは、InP単結晶の製造方法として、VB法が採用される場合を例に、図3〜図5に基づいてInP単結晶の製造方法を説明する。VB法を採用する場合、たとえば以下のようなるつぼを採用することができる。 Next, a method for manufacturing an InP single crystal according to an embodiment of the present invention will be described. Here, as a method for manufacturing an InP single crystal, a case where the VB method is employed will be described as an example, and a method for manufacturing an InP single crystal will be described with reference to FIGS. When the VB method is employed, for example, the following crucible can be employed.
図4を参照して、本実施の形態において使用されるるつぼ5は、種結晶保持部51と、種結晶保持部51上に接続された単結晶成長部52とを備えている。種結晶保持部51は、単結晶成長部52に接続される側に開口し、その反対側に底壁が形成された円筒状の空洞部を有する円筒状の領域であり、当該空洞部において種結晶を保持することができる。単結晶成長部52は、軸方向小径側において種結晶保持部51に接続された円錐状の形状を有する円錐部52Aと、円錐部52Aの軸方向大径側に接続され、中空円筒状の形状を有する直胴部52Bとを含んでいる。単結晶成長部52は、その内部において単結晶の原料を保持するとともに、溶融状態になるように加熱された当該原料を凝固させることにより単結晶を成長させる機能を有する。また、るつぼ1を構成する材料としては、原料溶融時の温度に耐え得る種々の材料を採用することができるが、たとえば熱分解窒化硼素(PBN)を採用することができる。
Referring to FIG. 4,
そして、図3を参照して、本実施の形態におけるInP単結晶の製造方法では、まず、工程(S10)として種結晶装入工程が実施される。この工程(S10)では、図4に示すように、るつぼ5の種結晶保持部51の内部にInP単結晶の種結晶61が装入される。
With reference to FIG. 3, in the InP single crystal manufacturing method in the present embodiment, first, a seed crystal charging step is performed as a step (S <b> 10). In this step (S <b> 10), as shown in FIG. 4, an InP single
次に、工程(S20)として原料装入工程が実施される。この工程(S20)では、図4を参照して、たとえば多結晶InPからなる円筒状の原料62が、るつぼ5内に複数個装入され、積み重ねられる。
Next, a raw material charging step is performed as a step (S20). In this step (S20), referring to FIG. 4, a plurality of cylindrical
次に、工程(S30)として封止剤配置工程が実施される。この工程(S30)では、図4に示すように、たとえばB2O3(酸化硼素)からなる封止剤63が、工程(S20)において積み重ねられた原料62上に配置される。
Next, a sealing agent arrangement | positioning process is implemented as process (S30). In this step (S30), as shown in FIG. 4, for example, a sealing
次に、図3を参照して、単結晶成長工程が実施される。この単結晶成長工程は、工程(S40)として実施される第1低速成長工程と、工程(S50)として実施される高速成長工程と、工程(S60)として実施される第2低速成長工程とを含んでいる。 Next, referring to FIG. 3, a single crystal growth step is performed. The single crystal growth step includes a first low-speed growth step performed as a step (S40), a high-speed growth step performed as a step (S50), and a second low-speed growth step performed as a step (S60). Contains.
具体的には、単結晶成長工程では、工程(S10)〜(S30)において種結晶61、原料62、および封止剤63が内部に配置されたるつぼ5が、結晶成長装置内に装填され、単結晶の成長が実施される。ここで、図5を参照して、本実施の形態において使用される結晶成長装置7は、高圧容器71と、高圧容器71内においてるつぼ5を保持するるつぼ保持台72と、るつぼ5を取り囲むように配置される発熱体73とを備えている。
Specifically, in the single crystal growth step, the
そして、図5を参照して、るつぼ保持台72により保持されるようにるつぼ5が高圧容器71内に装入された後、図示しない電源から発熱体73に電流が供給され、るつぼ5が加熱される。これにより、原料62上の封止剤63が溶融して液体封止剤83となるとともに、原料62が溶融して原料融液82となる。
Then, referring to FIG. 5, after
その後、図3および図5を参照して、工程(S40)においては、るつぼ5が軸方向下側(種結晶保持部51側)に向けて徐々に引き下げられていくことにより、るつぼ5の軸方向において種結晶61側の温度が低く、原料融液82側の温度が高くなるような温度勾配が形成される。その結果、種結晶61に接触する原料融液82が凝固してInPからなる単結晶81が成長する。この単結晶81の成長は、たとえば円錐部52A内の原料融液82の凝固が完了するまで、継続される。この工程(S40)においては、上記るつぼ5を引き下げる際の引き下げ速度は、たとえば2.0mm/h以上5.0mm/h以下とすることができる。これにより、工程(S40)が完了し、本実施の形態におけるInP単結晶1のうち、小径部10および円錐部20が形成される(図1参照)。
Thereafter, referring to FIG. 3 and FIG. 5, in the step (S40), the
次に、工程(S50)では、円錐部52A内の原料融液82を凝固させた工程(S40)に引き続き、直胴部52B内の原料融液82を凝固させる。このとき、工程(S50)において原料融液82が凝固して得られる単結晶81のキャリア濃度は、4.0×1018cm−3以下、より具体的には、たとえば1.0×1018cm−3以上4.0×1018cm−3以下である。そして、この工程(S50)では、上記工程(S40)よりも速い速度、たとえば10mm/h以上の速度で上記るつぼ5が引き下げられる。これにより、単結晶81の成長速度が上昇し、原料融液82の凝固に伴って発生する熱(潜熱)が増加するため、外周を含む領域において転位密度が上昇する。その結果、この工程(S50)では、外周を含む領域に形成され、平均転位密度が1000cm−2以上である高転位密度領域31Bと、高転位密度領域31Bに取り囲まれるように形成され、平均転位密度が500cm−2以下の低転位密度領域31Aとを備えた低キャリア濃度部31が、双晶欠陥の発生が抑制されつつ成長する(図1および図2参照)。なお、キャリア濃度が4.0×1018cm−3以下である領域の少なくとも一部を、るつぼを6mm/h以上、好ましくは8mm/h以上、より好ましくは10mm/h以上の速度で引き下げつつ成長させることにより、当該領域に上記高転位密度領域31Bを容易に形成することができる。
Next, in the step (S50), following the step (S40) in which the
次に、工程(S60)では、低キャリア濃度部31を成長させた工程(S50)に引き続き、直胴部52B内に残存する原料融液82を凝固させる。このとき、工程(S40)および(S50)における原料融液82の凝固の進行により、直胴部52B内に残存する原料融液82に含まれる不純物の濃度は増加し、工程(S60)において原料融液82が凝固して得られる単結晶81のキャリア濃度は、4.0×1018cm−3を超える。そして、直胴部52B内に残存する原料融液82の凝固が完了することにより、工程(S60)は完了し、単結晶成長工程は終了する。以上の工程により、るつぼ5内に図1および図2に示すInP単結晶1が作製され、これを取り出すことにより、本実施の形態におけるInP単結晶1が得られる。さらに、全域においてキャリア濃度が4.0×1018cm−3以下であり、かつ転位密度が500cm−2以下である単結晶が必要な場合、以下の工程(S70)および(S80)が実施される。
Next, in the step (S60), subsequent to the step (S50) in which the low
すなわち、工程(S70)および(S80)として、切断工程および外周研削工程が実施される。この工程(S70)および(S80)では、るつぼ5から取り出されたInP単結晶1が切断されることにより低キャリア濃度部31が採取されるとともに、当該低キャリア濃度部31の外周が研削されることにより、高転位密度領域31Bが除去される。これにより、低キャリア濃度部31のうち平均転位密度が500cm−2以下である低転位密度領域31Aのみが残存する。以上の手順により、本実施の形態におけるInP単結晶の製造方法は完了する。得られた低転位密度領域31Aは、たとえば所望の厚さにスライスされることにより、InP単結晶基板として使用することができる。
That is, as the steps (S70) and (S80), a cutting step and a peripheral grinding step are performed. In these steps (S70) and (S80), the InP
本実施の形態におけるInP単結晶の製造方法においては、キャリア濃度が4.0×1018cm−3以下である単結晶の領域を成長させる工程(S50)において速い速度でるつぼ5を引き下げることにより、低キャリア濃度部31の外周を含む領域に1000cm−2以上である高転位密度領域31Bを形成する。その結果、当該高転位密度領域31Bに取り囲まれる領域に平均転位密度が500cm−2以下である低転位密度領域31Aを双晶欠陥の発生を抑制しつつ形成することができる。そのため、本実施の形態におけるInP単結晶の製造方法によれば、4.0×1018cm−3以下というキャリア濃度が低い領域において、転位密度を500cm−2以下にまで低減しつつ双晶欠陥の発生を抑制したInP単結晶1を製造することができる。
In the InP single crystal manufacturing method in the present embodiment, the
本発明のInP単結晶の製造方法の効果を確認する実験を行なった。まず、上記実施の形態において説明した工程(S10)〜(S60)を実施することにより、硫黄をドープしたInP単結晶を製造した。具体的な製造条件は以下の通りである。 An experiment was conducted to confirm the effect of the method for producing an InP single crystal of the present invention. First, an InP single crystal doped with sulfur was manufactured by carrying out the steps (S10) to (S60) described in the above embodiment. Specific manufacturing conditions are as follows.
まず、工程(S10)〜(S30)において、るつぼ5に種結晶としてのInP単結晶、原料であるInP多結晶4kgおよび封止剤としてのB2O3300gを装入した。次に、単結晶成長工程では、このるつぼ5を結晶成長装置7にセットし、原料62および封止剤63を加熱し、融解させた。このとき、高圧容器71内の圧力は、リン抜け防止のため35気圧以上とした。
First, in steps (S10) to (S30), the
その後、工程(S40)および(S60)においては引き下げ速度2.0〜5.0mm/hとする一方、キャリア濃度3.0〜4.0×1018cm−3の単結晶が成長する工程(S50)においては引き下げ速度10mm/hで単結晶の成長を実施した。そして、工程(S60)完了後、るつぼ5から、直胴部30の直径Dが61mmであるInP単結晶1を取り出した(実施例)。なお、この実施例の手順によるInP単結晶1の作製は5回行ない、5個のInP単結晶1を作製した。
Thereafter, in steps (S40) and (S60), the pulling rate is set to 2.0 to 5.0 mm / h, while a single crystal having a carrier concentration of 3.0 to 4.0 × 10 18 cm −3 grows ( In S50), a single crystal was grown at a pulling rate of 10 mm / h. Then, after the step (S60) was completed, the InP
一方、比較のため、上記実施例の場合と同様の製造方法において、工程(S40)〜(S60)における引き下げ速度を2.0〜5.0mm/hとして単結晶を成長させ、るつぼから取り出した(比較例)。この比較例の手順によるInP単結晶の作製は3回行ない、3個のInP単結晶を作製した。 On the other hand, for comparison, in the same manufacturing method as in the above example, a single crystal was grown at a pulling-down rate in steps (S40) to (S60) of 2.0 to 5.0 mm / h and taken out from the crucible. (Comparative example). The InP single crystal was manufactured three times by the procedure of this comparative example, and three InP single crystals were manufactured.
そして、実施例および比較例において得られたInP単結晶について、平均転位密度および双晶欠陥の発生の有無を調査した。その結果、実施例のInP単結晶1においては、図1を参照して、引き下げ速度10mm/hで成長させたキャリア濃度3.0〜4.0×1018cm−3の低キャリア濃度部31のうち、外周からの距離tが3mm以内の領域は、転位密度が1000cm−2以上である高転位密度領域31Bとなっていた。そして、高転位密度領域31Bに取り囲まれる領域は、転位密度が500cm−2以下である低転位密度領域31Aとなっており、当該領域において、双晶欠陥の発生は確認されなかった。これらの調査結果については、実施例の5個のInP単結晶1について同様であった。
The InP single crystals obtained in the examples and comparative examples were examined for the average dislocation density and the presence or absence of twin defects. As a result, in the InP
これに対し、比較例の3個のInP単結晶においては、いずれもキャリア濃度3.0〜4.0×1018cm−3の低キャリア濃度部に双晶欠陥の発生が確認された。また、双晶欠陥が発生する直前の領域について平均転位密度を調査したところ、外周からの距離が3mm以内の領域の平均転位密度は1000cm−2未満となっていた。 On the other hand, in the three InP single crystals of the comparative example, it was confirmed that twin defects were generated in a low carrier concentration portion having a carrier concentration of 3.0 to 4.0 × 10 18 cm −3 . Further, when the average dislocation density was investigated for the region immediately before the occurrence of twin defects, the average dislocation density in the region having a distance of 3 mm or less from the outer periphery was less than 1000 cm −2 .
以上の結果から、本発明のInP単結晶およびその製造方法によれば、キャリア濃度が低い領域において、転位密度を低減しつつ双晶欠陥の発生を抑制したInP単結晶およびその製造方法を提供できることが確認された。 From the above results, according to the InP single crystal and the manufacturing method thereof of the present invention, it is possible to provide an InP single crystal that suppresses the generation of twin defects while reducing the dislocation density in a region where the carrier concentration is low, and the manufacturing method thereof. Was confirmed.
なお、実施例のInP単結晶1に対して直径2インチとなるように外周研削を行なったところ、高転位密度領域31Bは除去され、転位密度が500cm−2以下である領域のみからなるInP単結晶が得られた。
In addition, when peripheral grinding was performed on the InP
また、実施例のInP単結晶においては、5個のうち2個が、双晶欠陥の無い単結晶となっていた。一方、5個のうち3個については、固化率が0.9を超える領域においてのみ双晶欠陥の発生が確認された。これは、固化率が0.9を超える領域では不純物濃度が高く、不純物硬化作用が大きくなることで転位密度が著しく低下したためであると考えられる。しかし、固化率が0.9を超える領域のキャリア濃度は8.0×1018cm−3を超えており、一般的な半導体デバイスの製作には使用されない。そのため、たとえば実施例のInP単結晶を半導体デバイス用のInP基板の原料として使用する場合、上記双晶欠陥の発生は歩留まりに影響を与えないものと考えられる。 In the InP single crystal of the example, two of the five were single crystals having no twin defects. On the other hand, in three of the five, the generation of twin defects was confirmed only in the region where the solidification rate exceeded 0.9. This is presumably because the impurity concentration is high in the region where the solidification rate exceeds 0.9, and the dislocation density is remarkably lowered due to the increased impurity curing action. However, the carrier concentration in the region where the solidification rate exceeds 0.9 exceeds 8.0 × 10 18 cm −3 and is not used for manufacturing a general semiconductor device. Therefore, for example, when the InP single crystal of the example is used as a raw material for an InP substrate for a semiconductor device, it is considered that the generation of twin defects does not affect the yield.
また、結晶成長により作製されたInP単結晶に対しては、歪を緩和する目的で800℃〜1000℃の温度域に加熱するアニールが実施される場合がある。そこで、上記実施例および比較例のInP単結晶に対して800℃〜1000℃に加熱するアニールを実施し、アニールによる転位密度の変化の有無を調査した。その結果、実施例のInP単結晶においては転位の増殖は認められなかった。これに対し、比較例のInP単結晶では、キャリア濃度4.0×1018cm−3以下の領域において転位の増殖が認められ、その平均転位密度は外周からの距離が3mm以内の領域のみならず、径方向全体において1000cm−2を上回るものであった。これは、実施例のInP単結晶では、外周部に既に高い密度で転位が存在しており、新たな転位が発生しにくいことに起因するものと考えられる。つまり、本発明のInP単結晶は、結晶成長後のアニールによる転位の増殖が抑制されたInP単結晶であるといえる。 In addition, an InP single crystal produced by crystal growth may be annealed in a temperature range of 800 ° C. to 1000 ° C. for the purpose of relaxing strain. Then, annealing which heated to 800 to 1000 degreeC was implemented with respect to the InP single crystal of the said Example and comparative example, and the presence or absence of the change of the dislocation density by annealing was investigated. As a result, no dislocation growth was observed in the InP single crystal of the example. On the other hand, in the InP single crystal of the comparative example, the growth of dislocation was observed in the region where the carrier concentration was 4.0 × 10 18 cm −3 or less, and the average dislocation density was only in the region within 3 mm from the outer periphery. However, it was more than 1000 cm −2 in the entire radial direction. This is considered to be caused by the fact that dislocations already exist at a high density in the outer peripheral portion in the InP single crystal of the example, and new dislocations are hardly generated. That is, it can be said that the InP single crystal of the present invention is an InP single crystal in which the growth of dislocations due to annealing after crystal growth is suppressed.
キャリア濃度が4.0×1018cm−3以下である領域のうち外周から3mm以内の領域における平均転位密度と双晶欠陥の発生との関係を調査する実験を行なった。 An experiment was conducted to investigate the relationship between the average dislocation density and the occurrence of twin defects in a region within 3 mm from the outer periphery in a region having a carrier concentration of 4.0 × 10 18 cm −3 or less.
具体的には、上記実施例1における実施例の場合と同様の手順において、工程(S50)におけるるつぼ5の引き下げ速度を調整することにより、キャリア濃度が3.0〜4.0×1018cm−3である低キャリア濃度部31の外周部の平均転位密度を変化させたInP単結晶を作製した。そして、低キャリア濃度部31において外周からの距離が3mm以内の領域での平均転位密度を調査するとともに、低キャリア濃度部31における双晶欠陥の発生の有無を調査した。
Specifically, the carrier concentration is adjusted to 3.0 to 4.0 × 10 18 cm by adjusting the pulling-down speed of the
次に、図6を参照して、実験結果について説明する。なお、図6において横軸は平均転位密度に対応するEPD(Etch Pit Density)平均値、縦軸は双晶欠陥の発生の有無を表している。 Next, experimental results will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the horizontal axis represents an EPD (Etch Pit Density) average value corresponding to the average dislocation density, and the vertical axis represents the presence or absence of twin defects.
図6に示すように、低キャリア濃度部31において外周からの距離が3mm以内の領域における平均転位密度が1000cm−2未満、より具体的には876cm−2以下である場合、双晶欠陥が発生したのに対し、平均転位密度が1000cm−2以上、より具体的には1025cm−2以上である場合、双晶欠陥は発生しなかった。このことから、InP単結晶においては、キャリア濃度が4.0×1018cm−3以下である領域の外周を含む領域に平均転位密度が1000cm−2以上である高転位密度領域を形成することにより、当該領域における双晶欠陥の発生を抑制できることが確認された。
As shown in FIG. 6, the average dislocation density is less than 1000 cm -2 distance from the outer periphery in a low
なお、上記実施の形態および実施例においては、本発明のInP単結晶およびその製造方法の一例として、硫黄をドープしたInP単結晶およびその製造方法について説明したが、本発明を適用可能なInP単結晶およびその製造方法はこれに限られず、たとえば亜鉛をドープしたInP単結晶およびその製造方法にも適用して、同様の効果を得ることができる。また、上記実施の形態および実施例においては、本発明のInP単結晶の製造方法としてVB法が採用される場合について説明したが、採用可能な製造方法はこれに限られず、たとえばVGF法を採用して同様の効果を得ることができる。 In the above embodiments and examples, the InP single crystal doped with sulfur and the method for manufacturing the same were described as an example of the InP single crystal of the present invention and the method for manufacturing the InP single crystal. The crystal and the manufacturing method thereof are not limited to this. For example, the same effect can be obtained by applying to an InP single crystal doped with zinc and the manufacturing method thereof. Further, in the above embodiments and examples, the case where the VB method is adopted as the method for producing the InP single crystal of the present invention has been described. However, the adoptable production method is not limited to this, for example, the VGF method is adopted. The same effect can be obtained.
さらに、上記実施の形態および実施例では、本発明のInP単結晶の形状として図1に示す形状が採用される場合について説明したが、本発明のInP単結晶は種々の形状の単結晶に対して適用することができる。また、本発明における高転位密度領域は、キャリア濃度が4.0×1018cm−3以下である領域の外周を含む領域に形成されることにより所定の効果を奏するが、外周からの距離が3mm以内の領域、より好ましくは外周からの距離が5mm以内の領域、さらに好ましくは外周からの距離が10mm以内の領域が高転位密度領域であることにより、より確実に双晶欠陥の発生を抑制しつつ低転位密度領域を形成することができる。 Further, in the above embodiment and examples, the case where the shape shown in FIG. 1 is adopted as the shape of the InP single crystal of the present invention has been described. However, the InP single crystal of the present invention is different from single crystals of various shapes. Can be applied. In addition, the high dislocation density region in the present invention has a predetermined effect by being formed in a region including the outer periphery of the region having a carrier concentration of 4.0 × 10 18 cm −3 or less. A region within 3 mm, more preferably a region within 5 mm from the outer periphery, and more preferably a region within 10 mm from the outer periphery is a high dislocation density region, thereby more reliably suppressing the generation of twin defects. However, a low dislocation density region can be formed.
上記高転位密度領域を形成することなくInP単結晶を成長させた場合におけるキャリア濃度と双晶欠陥の発生率との関係を調査した。具体的には、上記高転位密度領域を形成することなく上記実施の形態と同様の形状のるつぼ(直胴部の長さ150mm以上)を用いてキャリア濃度が1.0×1018cm−3〜10.0×1018cm−3であるInP単結晶を成長させて複数のサンプルを作製し、当該サンプルにおける双晶欠陥の発生の有無を調査する実験を行なった。実験結果を図7に示す。 The relationship between the carrier concentration and the occurrence rate of twin defects when an InP single crystal was grown without forming the high dislocation density region was investigated. Specifically, the carrier concentration is 1.0 × 10 18 cm −3 using a crucible having a shape similar to that of the above embodiment (the length of the straight body portion is 150 mm or more) without forming the high dislocation density region. An InP single crystal having a size of ˜10.0 × 10 18 cm −3 was grown to prepare a plurality of samples, and an experiment was conducted to investigate the presence or absence of twin defects in the sample. The experimental results are shown in FIG.
図7を参照して、キャリア濃度が低い場合、双晶欠陥の発生率が高くなることが分かる。そして、キャリア濃度が4×1018cm−3以下である場合、100%の確率で双晶欠陥が発生した。このことから、キャリア濃度が4.0×1018cm−3以下である領域の双晶欠陥の発生を抑制することが可能な本発明の有効性が確認される。 Referring to FIG. 7, it can be seen that when the carrier concentration is low, the occurrence rate of twin defects is high. When the carrier concentration was 4 × 10 18 cm −3 or less, twin defects were generated with a probability of 100%. This confirms the effectiveness of the present invention capable of suppressing the generation of twin defects in the region where the carrier concentration is 4.0 × 10 18 cm −3 or less.
上記高転位密度領域を形成することなくInP単結晶を成長させた場合における直胴部の長さと双晶欠陥の発生率との関係を調査した。具体的には、上記高転位密度領域を形成することなく上記実施の形態と同様の形状のるつぼ(直胴部の長さ30mm〜300mm)を用いてInP単結晶を成長させることにより複数のサンプルを作製した。そして、各サンプルについて、キャリア濃度が4×1018cm−3である領域における双晶欠陥の発生の有無を調査する実験を行なった。実験結果を図8に示す。 When the InP single crystal was grown without forming the high dislocation density region, the relationship between the length of the straight body portion and the occurrence rate of twin defects was investigated. Specifically, a plurality of samples can be obtained by growing an InP single crystal using a crucible having a shape similar to that of the above embodiment (the length of the straight body portion is 30 mm to 300 mm) without forming the high dislocation density region. Was made. And about each sample, the experiment which investigates the presence or absence of the generation | occurrence | production of the twin defect in the area | region whose carrier concentration is 4 * 10 < 18 > cm < -3 > was conducted. The experimental results are shown in FIG.
図8を参照して、直胴部の長さが長くなると双晶欠陥の発生率が高くなることが分かる。そして、直胴部の長さが150mm以上である場合、100%の確率で双晶欠陥が発生した。このことから、直胴部の長さが150mm以上である場合でも双晶欠陥の発生を抑制することが可能な本発明の有効性が確認される。 Referring to FIG. 8, it can be seen that the occurrence rate of twin defects increases as the length of the straight body increases. And when the length of the straight body part was 150 mm or more, twin defects occurred with a probability of 100%. This confirms the effectiveness of the present invention that can suppress the generation of twin defects even when the length of the straight body portion is 150 mm or more.
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明のInP単結晶およびその製造方法は、キャリア濃度が低い領域において転位密度を低減しつつ双晶欠陥の発生を抑制することが求められるInP単結晶およびその製造方法に、特に有利に適用され得る。 The InP single crystal and the manufacturing method thereof of the present invention are particularly advantageously applied to an InP single crystal and a manufacturing method thereof that are required to suppress the generation of twin defects while reducing the dislocation density in a region where the carrier concentration is low. obtain.
1 InP単結晶、5 るつぼ、7 結晶成長装置、10 小径部、20 円錐部、30 直胴部、31 低キャリア濃度部、31A 低転位密度領域、31B 高転位密度領域、32 高キャリア濃度部、51 種結晶保持部、52 単結晶成長部、52A 円錐部、52B 直胴部、61 種結晶、62 原料、63 封止剤、71 高圧容器、72 るつぼ保持台、73 発熱体、81 単結晶、82 原料融液、83 液体封止剤。 1 InP single crystal, 5 crucible, 7 crystal growth apparatus, 10 small diameter part, 20 conical part, 30 straight body part, 31 low carrier concentration part, 31A low dislocation density region, 31B high dislocation density region, 32 high carrier concentration part, 51 seed crystal holding part, 52 single crystal growing part, 52A conical part, 52B straight body part, 61 seed crystal, 62 raw material, 63 sealant, 71 high pressure vessel, 72 crucible holding base, 73 heating element, 81 single crystal, 82 Raw material melt, 83 Liquid sealant.
Claims (7)
前記高転位密度領域に取り囲まれるように形成され、平均転位密度が500cm−2以下の低転位密度領域とを備えた、InP単結晶。 A high dislocation density region having an average dislocation density of 1000 cm −2 or more formed in a region including the outer periphery in a cross section perpendicular to the growth direction of the region having a carrier concentration of 4.0 × 10 18 cm −3 or less;
An InP single crystal comprising a low dislocation density region formed so as to be surrounded by the high dislocation density region and having an average dislocation density of 500 cm −2 or less.
前記小径部の軸方向において前記小径部に接続され、前記小径部から離れるに従って外径が大きくなる円錐台形状を有する円錐部と、
前記小径部の軸方向において前記円錐部に接続され、前記小径部よりも直径の大きい円筒状の形状を有する直胴部とを備え、
前記直胴部の軸方向の長さは150mm以上である、請求項1に記載のInP単結晶。 A small diameter portion having a cylindrical shape;
A conical portion having a truncated cone shape that is connected to the small diameter portion in the axial direction of the small diameter portion and has an outer diameter that increases with distance from the small diameter portion;
A straight body portion connected to the conical portion in the axial direction of the small diameter portion and having a cylindrical shape having a diameter larger than the small diameter portion;
The InP single crystal according to claim 1, wherein the length of the straight body portion in the axial direction is 150 mm or more.
前記原料を溶融させた後、凝固させることにより、前記InP単結晶を成長させる工程とを備え、
前記InP単結晶を成長させる工程では、キャリア濃度が4.0×1018cm−3以下である前記InP単結晶の領域を、成長方向に垂直な断面の外周を含む領域に平均転位密度が1000cm−2以上である高転位密度領域が形成されるように成長させる、InP単結晶の製造方法。 Preparing an InP single crystal raw material;
A step of growing the InP single crystal by solidifying after melting the raw material,
In the step of growing the InP single crystal, the area of the InP single crystal having a carrier concentration of 4.0 × 10 18 cm −3 or less is changed to an average dislocation density of 1000 cm in a region including the outer periphery of the cross section perpendicular to the growth direction. A method for producing an InP single crystal, which is grown so that a high dislocation density region of −2 or more is formed.
前記直胴部の軸方向の長さは150mm以上とする、請求項4に記載のInP単結晶の製造方法。 The step of growing the InP single crystal has a small-diameter portion having a cylindrical shape, and a truncated cone shape that is connected to the small-diameter portion in the axial direction of the small-diameter portion and whose outer diameter increases as the distance from the small-diameter portion increases. Growing the InP single crystal comprising a conical portion and a straight body portion connected to the conical portion in the axial direction of the small diameter portion and having a cylindrical shape having a diameter larger than that of the small diameter portion,
The method for producing an InP single crystal according to claim 4, wherein the length of the straight body portion in the axial direction is 150 mm or more.
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