JP2014094853A - Method for manufacturing semiconductor single crystal of iii-v group compound, and semiconductor single crystal substrate of iii-v group compound - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、III−V族化合物半導体単結晶の製造方法およびIII−V族化合物半導体単結晶基板に関し、特に、液体封止チョクラルスキー法によるIII−V族化合物半導体単結晶の製造方法および係る製造方法により製造されるIII−V族化合物半導体単結晶基板に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a group III-V compound semiconductor single crystal and a group III-V compound semiconductor single crystal substrate, and more particularly, to a method for producing a group III-V compound semiconductor single crystal by a liquid-sealed Czochralski method. The present invention relates to a group III-V compound semiconductor single crystal substrate manufactured by the manufacturing method.
例えば半導体デバイスの基板等として用いられるIII−V族化合物半導体単結晶の製造方法の1つに、液体封止チョクラルスキー(LEC:Liquid Encapsulated Czochralski)法がある。LEC法では、ルツボ内に原料と封止剤とを収容して加熱し、液体となった封止剤で液面を覆われた原料の融液に種結晶を接触させ、種結晶を引き上げながら封止剤を貫いて結晶成長させる。このように封止剤で液面を覆うことで、原料中からのV族元素の脱離を抑制しつつ結晶成長させることができる(例えば特許文献1参照)。 For example, one of the methods for producing a group III-V compound semiconductor single crystal used as a substrate of a semiconductor device is a liquid encapsulated Czochralski (LEC) method. In the LEC method, a raw material and a sealant are accommodated in a crucible and heated, and the seed crystal is brought into contact with the melt of the raw material whose liquid surface is covered with a liquid sealant, while pulling up the seed crystal. Crystals grow through the sealant. By covering the liquid surface with the sealing agent in this way, crystal growth can be performed while suppressing the detachment of the V group element from the raw material (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、LEC法においては、成長中の結晶表面は1000℃以上の温度で加熱され続ける。このため、封止剤で覆われていない結晶の上面や側面からはV族元素が脱離してしまう。V族元素の脱離によって結晶表面近傍に残ったIII族元素は、成長した結晶を浸食して下方に伝わる。III族元素が固液界面にまで到達すると、固液界面において結晶成長面方位が乱され、結晶が多結晶化してしまう。 However, in the LEC method, the growing crystal surface continues to be heated at a temperature of 1000 ° C. or higher. For this reason, the group V element is detached from the upper surface and side surfaces of the crystal not covered with the sealant. The group III element remaining in the vicinity of the crystal surface due to the elimination of the group V element erodes the grown crystal and propagates downward. When the group III element reaches the solid-liquid interface, the crystal growth plane orientation is disturbed at the solid-liquid interface, and the crystal is polycrystallized.
このため、LEC法においては、例えば結晶の成長速度を6mm/h〜12mm/hと速めている。しかし、この方法では、高速での結晶の引き上げにより熱応力が生じ、結晶中の転位密度が10000個/cm2超となってしまう。このように転位密度の高い結晶から製造された基板では転位を介したリーク電流が発生するなど、高性能の半導体デバイスの用途には不向きとなってしまう。 For this reason, in the LEC method, for example, the crystal growth rate is increased to 6 mm / h to 12 mm / h. However, in this method, thermal stress is generated by pulling up the crystal at a high speed, and the dislocation density in the crystal exceeds 10,000 / cm 2 . As described above, a substrate manufactured from a crystal having a high dislocation density generates a leak current via dislocation, and thus is unsuitable for use in a high-performance semiconductor device.
本発明の目的は、成長途中の結晶表面からのV族元素の脱離を抑制し、かつ、熱応力による結晶中の転位密度を低減することができるIII−V族化合物半導体単結晶の製造方法およびIII−V族化合物半導体単結晶基板を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for producing a group III-V compound semiconductor single crystal that can suppress the detachment of a group V element from the crystal surface during growth and can reduce the dislocation density in the crystal due to thermal stress. And III-V compound semiconductor single crystal substrate.
本発明の第1の態様によれば、
液体封止チョクラルスキー法によるIII−V族化合物半導体単結晶の製造方法であって、
III族元素とV族元素とを含有する原料と封止剤とをルツボ内に収容し、前記原料と前記封止剤とを加熱する加熱工程と、
液体となった前記封止剤で液面を覆われた前記原料の融液に種結晶を接触させる種付け工程と、
前記種結晶を引き上げて、液体となった前記封止剤を貫いてIII−V族化合物半導体単結晶を成長させる引き上げ工程と、を有し、
前記引き上げ工程では、
液体となった前記封止剤の厚さを増していき、成長させた前記III−V族化合物半導体単結晶の少なくとも側面が前記封止剤に覆われた状態とする
III−V族化合物半導体単結晶の製造方法が提供される。
According to a first aspect of the invention,
A method for producing a group III-V compound semiconductor single crystal by a liquid-sealed Czochralski method,
A heating step of containing a raw material containing a group III element and a group V element and a sealing agent in a crucible and heating the raw material and the sealing agent;
A seeding step of bringing a seed crystal into contact with the melt of the raw material whose liquid surface is covered with the sealant that has become liquid;
A pulling step of pulling up the seed crystal and growing a group III-V compound semiconductor single crystal through the sealant that has become liquid;
In the pulling process,
The thickness of the sealing agent that has become liquid is increased, and at least a side surface of the grown group III-V compound semiconductor single crystal is covered with the sealing agent.
A method for producing a group III-V compound semiconductor single crystal is provided.
本発明の第2の態様によれば、
前記引き上げ工程では、
前記ルツボ内に配置した充填部材を前記封止剤中に進入させていくことで、液体となった前記封止剤の厚さを増していく
第1の態様に記載のIII−V族化合物半導体単結晶の製造方法が提供される。
According to a second aspect of the invention,
In the pulling process,
The III-V group compound semiconductor according to the first aspect, in which the thickness of the sealing agent that has become liquid is increased by allowing the filling member disposed in the crucible to enter the sealing agent. A method for producing a single crystal is provided.
本発明の第3の態様によれば、
前記種付け工程では、
液体となった前記封止剤の厚さを30mm以下とし、
前記引き上げ工程では、
液体となった前記封止剤の最大厚さを、前記引き上げ工程終了時の前記III−V族化合物半導体単結晶の全長の半分以上とする
第1又は第2の態様に記載のIII−V族化合物半導体単結晶の製造方法が提供される。
According to a third aspect of the invention,
In the seeding step,
The thickness of the sealant that has become liquid is 30 mm or less,
In the pulling process,
The group III-V according to the first or second aspect, wherein the maximum thickness of the sealant that has become liquid is at least half the total length of the group III-V compound semiconductor single crystal at the end of the pulling step A method for producing a compound semiconductor single crystal is provided.
本発明の第4の態様によれば、
前記引き上げ工程では、
前記III−V族化合物半導体単結晶の成長速度を3mm/h以下とする
第1〜第3の態様のいずれかに記載のIII−V族化合物半導体単結晶の製造方法が提供される。
According to a fourth aspect of the invention,
In the pulling process,
The method for producing a group III-V compound semiconductor single crystal according to any one of the first to third aspects, wherein the growth rate of the group III-V compound semiconductor single crystal is 3 mm / h or less is provided.
本発明の第5の態様によれば、
第1〜第4の態様のいずれかに記載のIII−V族化合物半導体単結晶の製造方法により製造され、
直径150mm以上の円形状を有し、
面内の転位密度が10000個/cm2以下である
III−V族化合物半導体単結晶基板が提供される。
According to a fifth aspect of the present invention,
Manufactured by the method for manufacturing a group III-V compound semiconductor single crystal according to any one of the first to fourth aspects,
It has a circular shape with a diameter of 150 mm or more,
The in-plane dislocation density is 10000 / cm 2 or less.
A III-V compound semiconductor single crystal substrate is provided.
本発明によれば、成長途中の結晶表面からのV族元素の脱離を抑制し、かつ、熱応力による結晶中の転位密度を低減することができるIII−V族化合物半導体単結晶の製造方法およびIII−V族化合物半導体単結晶基板が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the III-V compound semiconductor single crystal which can suppress the detachment | desorption of the group V element from the crystal | crystallization surface in the middle of growth, and can reduce the dislocation density in the crystal | crystallization by a thermal stress. And III-V compound semiconductor single crystal substrates are provided.
<本発明の一実施形態>
本発明の一実施形態に係るIII−V族化合物半導体単結晶の製造方法は、例えば液体封止チョクラルスキー(LEC:Liquid Encapsulated Czochralski)法を用いて実施される。
<One Embodiment of the Present Invention>
The method for producing a group III-V compound semiconductor single crystal according to an embodiment of the present invention is performed using, for example, a liquid-encapsulated Czochralski (LEC) method.
すなわち、本実施形態に係るIII−V族化合物半導体単結晶の製造方法は、原料と封止剤とを加熱する加熱工程と、原料の融液に種結晶を接触させる種付け工程と、種結晶を引き上げてIII−V族化合物半導体単結晶を成長させる引き上げ工程と、を有する。引き上げ工程では、液体となった封止剤の厚さを増していき、成長させたIII−V族化合物半導体単結晶の少なくとも側面が封止剤に覆われた状態とする。 That is, the III-V group compound semiconductor single crystal manufacturing method according to the present embodiment includes a heating step of heating the raw material and the sealing agent, a seeding step of bringing the seed crystal into contact with the raw material melt, And a pulling step for growing a group III-V compound semiconductor single crystal. In the pulling process, the thickness of the encapsulant that has become liquid is increased so that at least the side surface of the grown III-V compound semiconductor single crystal is covered with the encapsulant.
(1)半導体単結晶製造装置
以下に、上記のような本実施形態に係るIII−V族化合物半導体単結晶の製造方法を実施する半導体単結晶製造装置について図1を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る半導体単結晶製造装置20の概略図であって、種付け工程時の状態を示す図である。
(1) Semiconductor Single Crystal Manufacturing Apparatus Hereinafter, a semiconductor single crystal manufacturing apparatus that implements the above-described III-V group compound semiconductor single crystal manufacturing method according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic view of a semiconductor single
図1に示されているように、半導体単結晶製造装置20は、所定のガスを導入可能に構成された耐圧を有する高圧容器21を備える。高圧容器21内の略中央部には、例えば上部が開放され、下部が閉塞した円筒状のルツボ23が設けられている。ルツボ23は、例えば耐熱性に優れる熱分解窒化ホウ素(PBN:Pyrolytic Boron Nitride)等からなる。ルツボ23内には、III−V族化合物半導体単結晶(以下、単に「半導体単結晶」ともいう)の原料10mおよび封止剤11等が収容可能に構成されている。
As shown in FIG. 1, the semiconductor single
高圧容器21の中央上方からは、半導体単結晶の引き上げに用いる円柱状の引き上げ軸(上軸)22が高圧容器21内に挿入されている。引き上げ軸22の下端は、種結晶(シード結晶)22sを取り付け可能に構成され、高圧容器21内のルツボ23と対峙するよう配置されている。また、引き上げ軸22は、図示しない回転装置および昇降装置により、回転および昇降自在に構成されている。
A cylindrical pulling shaft (upper shaft) 22 used for pulling the semiconductor single crystal is inserted into the
また、ルツボ23は、ルツボ23を収容する容器型のサセプタ24を介して、円柱状のペデスタル(下軸)25により支持されている。ペデスタル25は、高圧容器21の中央下方から、引き上げ軸22と同心に高圧容器21内に挿入されている。また、ペデスタル25は、図示しない回転装置および昇降装置により、回転および昇降自在に構成されている。サセプタ24は、例えばグラファイト(C:黒鉛)等からなり、ペデスタル25の上端に固定される。
The
また、高圧容器21内には、ルツボ23内に収容された原料10mや封止剤11を加熱する上部ヒータ26tと下部ヒータ26bとが、ルツボ23を取り囲むようルツボ23の上方位置と下方位置とにそれぞれ配置されている。上部ヒータ26tと下部ヒータ26bとは、例えばグラファイト等から構成される。また、上部ヒータ26tと下部ヒータ26bとは、それぞれの温度を制御する温度制御手段としての温度コントローラ(図示せず)を備えている。また、ルツボ23内の原料10mや封止剤11の温度を検出する温度検出手段としての熱電対26cをペデスタル25内上部に備えている。
In the high-
また、半導体単結晶製造装置20は、ルツボ23内に設置された1対の充填部材30を備える。1対の充填部材30は、それぞれ支柱31に支えられ、例えばルツボ内23に収容される原料10mの上方であって互いに対向する位置に、ルツボ23の内壁に接するよう配置されている。充填部材30をルツボ23内の所定位置に配置する支柱31は、例えばルツボ23の外側の高圧容器21の底面に据え付けられ、ルツボ23の上方からルツボ23内へと差しのべられ、その先端部分に充填部材30を備えている。充填部材30および支柱31は、例えばグラファイトやアルミナ(Al2O3)等からなる。充填部材30の形状は円柱状や角柱状とすることができ、1つあたりの充填部材30の底面の面積は、例えば成長させる半導体単結晶の断面積より若干大きくなっていることが好ましい。
The semiconductor single
以上のように構成される半導体単結晶製造装置20により、例えばLEC法を用い、GaAsや、GaP,InAs,InP等のIII−V族化合物半導体の単結晶が製造される。LEC法では、封止剤11を液体状にして原料10mの融液を覆った状態とすることで、ヒ素(As)やリン(P)等の蒸気圧が高いV族元素が原料10mから分解(解離)して脱離(蒸発)してしまうのを抑制しつつ、III−V族化合物半導体単結晶の成長を行うことができる。
With the semiconductor single
(2)III−V族化合物半導体単結晶の製造方法
以下に、例えば上記のような半導体単結晶製造装置20にて、LEC法を用いて実施される本発明の一実施形態に係るIII−V族化合物半導体単結晶の製造方法について、図1〜図3を用いて説明する。図2は、本実施形態に係る半導体単結晶製造装置20の概略図であって、引き上げ工程時の状態を示す図である。図3は、本発明の一実施形態に係る半導体単結晶製造装置20の概略図であって、引き上げ工程時に封止剤が最大厚さとなった状態を示す図である。
(2) Method for Producing III-V Group Compound Semiconductor Single Crystal Below, for example, III-V according to one embodiment of the present invention, which is performed using the LEC method in the semiconductor single
本実施形態においては、III族元素としてのガリウム(Ga)と、V族元素としてのヒ素(As)とを含有する原料10mを用い、III−V族化合物半導体としてのGaAsからなる単結晶を製造する。
In the present embodiment, a single crystal made of GaAs as a III-V compound semiconductor is manufactured using a
(加熱工程)
まずは、GaとAsとを含有する原料10mと、封止剤11とをルツボ23内に収容する。封止剤11としては、例えば三酸化ホウ素(B2O3)等を用いる。なお、ルツボ23内における充填部材30の配置を、後述する種付け工程等における所定条件に見合うよう、ルツボ23内に収容する封止剤11の分量に合わせて予め調整しておく。
(Heating process)
First, the
続いて、原料10mおよび封止剤11をルツボ23内で例えば1250℃以上1350℃以下に加熱する。このとき、ルツボ23内を、例えば圧力が大気圧以上、好ましくは5MPa以上8MPa以下の不活性ガス雰囲気とする。
Subsequently, the
固形の原料10mは、ルツボ23内で加熱されて溶融温度に達すると、溶融して融液となる。また、B2O3等の封止剤11は、例えば常温では固体となっており、ルツボ23内で加熱されて溶融温度に達すると、溶融して液体状となる。封止剤11は原料10mの融液よりも比重が小さいため、融液となった原料10mの液面は溶融した封止剤11により覆われる。
When the solid
このように、ルツボ23内を大気圧以上に保つと共に、原料10mの液面を液体となった封止剤11により覆うことで、蒸気圧が高いAsの原料10mからの分解蒸発による脱離を抑制することができる。
In this way, while keeping the inside of the
なお、ここで、ルツボ23内の雰囲気ガス中に一酸化炭素(CO)や二酸化炭素(CO2)等の炭素(C)含有ガスを混合させてもよい。これにより、GaAs単結晶10中にCが取り込まれ、半絶縁性のGaAs単結晶10を製造することができる。
Here, a carbon (C) -containing gas such as carbon monoxide (CO) or carbon dioxide (CO 2 ) may be mixed in the atmospheric gas in the
(種付け工程)
続いて、図1に示されているように、液体状態の封止剤11で液面を覆われた原料10mの融液に種結晶22sを接触させる種付け工程を行う。すなわち、ルツボ23を回転させながら上昇させていく。また、種結晶22sが取り付けられた引き上げ軸22を回転させながら降下させていき、種結晶22sが原料10mの融液に接触した状態とする。
(Seeding process)
Subsequently, as shown in FIG. 1, a seeding step is performed in which the
ここで、ルツボ23内に収容する封止剤11の分量と、ルツボ23内における充填部材30の配置とは、種付け工程において、液体状となった封止剤11の厚さが例えば30mm以下、好ましくは5mm以上30mm以下、より好ましくは22mm以上30mm以下となるよう予め調整されている。
Here, the amount of the sealing
充填部材30の取り得る配置としては、充填部材30の下端部が、溶融した封止剤11とは接触せず封止剤11の上方に位置している状態、封止剤11の液面と接している状態、或いは、図1に示されているように、封止剤11に没している状態、のいずれの状態であってもよい。つまり、当初、ルツボ23内に収容する封止剤11の分量と、ルツボ23内における充填部材30の配置とが、液体となった封止剤11が種付け工程時に上述の範囲内の厚さとなるよう調整されていればよい。
As the possible arrangement of the filling
具体的には、充填部材30が封止剤11の上方にあるか、液面と接している状態とする場合には、溶融した封止剤11の体積のみで上記の厚さを満たす分量の封止剤11を収容しておく必要がある。また、充填部材30の下端部が封止剤11に没している状態とする場合には、溶融した封止剤11中に充填部材30が進入する体積分だけ封止剤11の分量を減らすことができる。
Specifically, when the filling
封止剤11の厚さを30mm以下とすることで、種結晶22sを封止剤11の液中に浸けて原料10mの融液と接触させる際、種付け状態の観察が容易となる。よって、種付け作業を失敗するリスクが低減される。また、種結晶22sの長さを短くすることができ、種結晶22sの入手や管理が容易となる。また、引き上げ軸22への封止剤11等の付着も抑制することができる。
By setting the thickness of the sealing
また、封止剤11は、原料10m中からのAsの脱離を抑制するに足りるだけの厚さがあればよく、厚さの下限を例えば5mmとすることができる。更には、封止剤11の厚さを22mm以上とすることで、後述の引き上げ工程において封止剤11を充分な厚さにまで増すことができ、いっそう好ましい。
Moreover, the sealing
(引き上げ工程)
続いて、図2に示されているように、上部ヒータ26tと下部ヒータ26bとによる加熱温度を徐々に低下させながら、種結晶22sを引き上げていく。これにより、GaAs単結晶10が成長し、封止剤11を貫いて引き上げられていく。
(Pulling process)
Subsequently, as shown in FIG. 2, the
このとき、結晶成長の進行に伴って、ルツボ23内の原料10mの融液が減少して液面が下がり、上部ヒータ26t及び下部ヒータ26bと、結晶成長界面(固液界面)との位置関係が変化してしまう。そこで、結晶成長量から原料10mの液面の低下量を算出し、これを補正するよう昇降装置を制御してペデスタル25を徐々に上昇させ、ルツボ23の位置を調整する。これにより、上部ヒータ26t及び下部ヒータ26bの加熱帯に対し、原料10mの液面が略一定に保たれる。よって、原料10mの融液を効率よく加熱して略一定の温度に保つことができる。
At this time, as the crystal growth proceeds, the melt of the
GaAs単結晶10は、例えば引き上げ当初は細く尖っており、所定の太さとなったところで、その後は略一定の太さを保ったまま引き上げられていく。したがって、GaAs単結晶10は、その先端部が下方側に裾広がりの円錐形状となっており、その下には、太さ(直径)が略一定の直胴部を有する。また、結晶成長の終盤には再び先細りとなる。よって、直胴部の下には下凸の尾部を有する。
The GaAs
GaAs単結晶10が、このような形状に成長しながら封止剤11を貫いて引き上げられていくと、封止剤11の融液中を通過途中のGaAs単結晶10の体積分だけ封止剤11が押し退けられる。よって、溶融した原料10mの液面に対する封止剤11の液面は、当初若干の上昇をみせる。
When the GaAs
ここで、従来のLEC法による結晶成長においては、GaAs単結晶の直胴部の上端部が封止剤の液面から出てしまうと、封止剤の融液を通過するGaAs単結晶の体積は略一定となり、それ以降は、封止剤11の液面上昇が止まってしまう。よって、封止剤11の液面からGaAs単結晶が突出した状態となる。ルツボ23内雰囲気に露出したGaAs単結晶の側面等は、1000℃以上の温度で加熱され続ける。これにより、露出したGaAs単結晶の側面等からAsの脱離が起きてしまう。Asの脱離後に残ったGaが凝集し、GaAs単結晶を浸食して固液界面にまで到達すると、結晶成長面方位の乱れから多結晶化が起きてしまう。
Here, in the crystal growth by the conventional LEC method, when the upper end portion of the straight body portion of the GaAs single crystal comes out of the liquid surface of the sealant, the volume of the GaAs single crystal that passes through the melt of the sealant. Becomes substantially constant, and thereafter, the rise in the liquid level of the
そこで、本実施形態においては、ルツボ23内に充填部材30を設け、封止剤11の液面の高さ調整を行う。
Therefore, in this embodiment, the filling
すなわち、ルツボ23の位置が徐々に上昇していくのに伴い、支柱31により所定位置に固定された充填部材30は封止剤11中へと没していき、その進入深さが次第に増していく。これにより、進入した充填部材30の体積分の封止剤11が押し退けられ、溶融した原料10mの液面に対する封止剤11の液面が上昇していく。つまり、封止剤11の厚さが増していく。
That is, as the position of the
図3に示されているように、このような封止剤11の液面上昇、すなわち、厚さの増加は、GaAs単結晶10による液面上昇が止まった後も、充填部材30の全体が封止剤11中に完全に没してしまうまで継続される。つまり、充填部材30が封止剤11中に完全に没した状態で、封止剤11は最大厚さとなる。
As shown in FIG. 3, such an increase in the liquid level of the
これにより、封止剤11の融液を貫いて成長していくGaAs単結晶10の少なくとも側面は、封止剤11に覆われた状態となる。上述のように、種付け工程における封止剤11の厚さは、好ましくは22mm以上に調整され、また、充填部材30の底面は、例えばGaAs単結晶10の断面積より若干大きな面積となっている。これにより、結晶成長の終盤までGaAs単結晶10の側面が封止剤11に覆われた状態を充分保つことができる厚さにまで、封止剤11の液面を上昇させることができる。
As a result, at least the side surface of the GaAs
具体的には、充填部材30が封止剤11中に完全に没した状態で、封止剤11の最大厚さが例えば引き上げ工程終了時のGaAs単結晶10の全長の半分以上となるよう調整されている。上述のように、例えば円錐形の先端部と尾部とを有するGaAs単結晶10は、その直胴部のみが主にGaAs単結晶基板等の製造に用いられる。よって、封止剤11の最大厚さがGaAs単結晶10の全長の半分以上であれば、GaAs単結晶10の直胴部を略完全に覆うのに充分な厚さとなる。また、上述のように、封止剤11が少なくともGaAs単結晶10の直胴部、つまり、側面を覆っていれば、GaAs単結晶10の先端部等が露出していても得られるGaAs単結晶基板等の特性にはほとんど影響を及ぼさない。
Specifically, adjustment is made so that the maximum thickness of the sealing
さらに具体的な数値を挙げれば、例えば150mm(+10mm)程度の直径を有する全長200mmのGaAs単結晶を製造する場合、1つあたりの充填部材を直径170mmの円柱状とし、封止剤の最大厚さを100mm以上とすることができる。またこのとき、種付け工程での封止剤の厚さを30mmと以下するためには、引き上げ工程での封止剤の最大厚さの上限は134mm程度と考えられる。 More specifically, for example, when manufacturing a GaAs single crystal having a total length of 200 mm having a diameter of about 150 mm (+10 mm), each filling member is formed into a cylindrical shape having a diameter of 170 mm, and the maximum thickness of the sealant The thickness can be 100 mm or more. At this time, in order to reduce the thickness of the sealant in the seeding step to 30 mm or less, the upper limit of the maximum thickness of the sealant in the pulling step is considered to be about 134 mm.
また、本実施形態においては、GaAs単結晶10の成長速度を例えば3mm/h以下に低下させた状態で引き上げ工程を行うことができる。
In the present embodiment, the pulling process can be performed in a state where the growth rate of the GaAs
従来のLEC法による結晶成長においては、GaAs単結晶の側面はルツボ内雰囲気中に露出し、Asの脱離が起き易い状態となっている。よって、Asの脱離を少しでも抑制するため、GaAs単結晶の成長速度を例えば6m/h〜12mm/hに速めてルツボ内雰囲気中に曝される時間を短縮している。このため、高速での引き上げによる熱応力が発生し、転位密度の高いGaAs単結晶となってしまうことがある。 In the crystal growth by the conventional LEC method, the side surface of the GaAs single crystal is exposed to the atmosphere in the crucible, and As is easily desorbed. Therefore, in order to suppress As desorption as much as possible, the growth rate of the GaAs single crystal is increased to, for example, 6 m / h to 12 mm / h to shorten the exposure time in the crucible atmosphere. For this reason, thermal stress is generated by pulling at a high speed, which may result in a GaAs single crystal having a high dislocation density.
しかしながら、本実施形態においては、GaAs単結晶10の側面が封止剤11により覆われ、Asの脱離が起こり難い状態である。したがって、GaAs単結晶10の成長速度が例えば3mm/h以下となるように制御し、結晶中の転位密度を低減することができる。
However, in the present embodiment, the side surface of the GaAs
以上により、III−V族化合物半導体単結晶としてのGaAs単結晶10が製造される。
As described above, the GaAs
このように製造されたGaAs単結晶10からは、例えば次の手順にしたがってGaAs単結晶基板が製造される。すなわち、円柱状のGaAs単結晶10の側面に沿って、円筒状の研削刃で研削する。例えばGaAs単結晶10の最表面から約5mm程度内側までの厚さを研削することで、最表面のAs組成比が若干低下していたとしても、その部分を取り除くことができ、よりAs組成比の均一性の良好なGaAs基板が得られる。
From the GaAs
その後、必要に応じて、研削済みのGaAs単結晶10をアニールする。次に、バンドソー等を用いてGaAs単結晶10を基板状に薄くスライスし、片面あるいは両面と、外周端部とをそれぞれ研磨する。
Thereafter, the ground GaAs
以上のように製造されたGaAs単結晶基板は、結晶転位の少ない良質な基板となる。例えば直径150mm以上の円形状のGaAs単結晶基板において、従来における面内の転位密度が例えば10000個/cm2超であったのに対し、本実施形態においては例えば10000個/cm2以下とすることができる。 The GaAs single crystal substrate manufactured as described above is a high-quality substrate with few crystal dislocations. For example, in a circular GaAs single crystal substrate having a diameter of 150 mm or more, the conventional in-plane dislocation density is, for example, more than 10,000 / cm 2 , but in this embodiment, for example, 10,000 / cm 2 or less. be able to.
(3)本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下の表1に示す1つ又は複数の効果を奏する。
(3) Effects According to this Embodiment According to this embodiment, one or more effects shown in Table 1 below are exhibited.
<本発明の他の実施形態>
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
<Other Embodiments of the Present Invention>
As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It can change variously in the range which does not deviate from the summary.
例えば、上述の実施形態では、III族元素をGaとし、V族元素をAsとするGaAs単結晶10について主に説明したが、含有元素等はこれに限られない。例えば、III族元素は、インジウム(In)やアルミニウム(Al)等であってもよい。また、V族元素は、リン(P)や窒素(N)等であってもよい。これにより、GaAsのみならず、GaP,GaN,InAs,InP,AlGaInP等からなるIII−V族化合物半導体単結晶を製造することもできる。
For example, in the above-described embodiment, the GaAs
また、上述の実施形態では、C等の不純物を添加して半絶縁性のGaAs単結晶10を製造することとしたが、この構成に限られない。C等の添加による半絶縁性の付与に限らず、n型やp型等の導電性の付与等、半導体の導電性を制御する種々の不純物を用いることができる。不純物の添加を行わないでGaAs単結晶を製造してもよい。
In the above-described embodiment, the semi-insulating GaAs
また、上述の実施形態では、GaAs単結晶10の少なくとも側面が封止剤11により覆われることとしたが、GaAs単結晶の全体が封止剤中に完全に没していてもよい。或いはまた、GaAs単結晶の側面が封止剤により完全に覆われていなくとも、Asの脱離を抑制する所定効果は得られる。
In the above-described embodiment, at least the side surface of the GaAs
また、上述の実施形態では、1対の充填部材30をルツボ23の内壁に接するよう設けたが、充填部材の個数や配置はこれに限られない。
In the above-described embodiment, the pair of filling
また、上述の実施形態では、充填部材30を固定し、ルツボ23を上昇させることで、封止剤11へ進入させることとしたが、可動式の充填部材を封止剤へ進入させてもよい。この場合、GaAs単結晶10の引き上げ工程において、種結晶22sを引き上げながら結晶成長させるのではなく、種結晶の位置を固定し、ルツボを降下させながら結晶成長させることもできる。このとき、充填部材は、ルツボ以上の降下速度で降下させればよい。但し、上述の実施形態のように、充填部材30を固定式とすることで別途、駆動機構等を設ける必要がなく、簡便で安価な装置構成とすることができる。
In the above-described embodiment, the filling
すなわち、充填部材の封止剤への進入は、相対的にみて、どちらか一方、あるいは両方の動きによってなされればよい。また、引き上げ工程における種結晶やGaAs単結晶のルツボからの引き上げも相対的な動きを指す。 That is, the entry of the filling member into the sealant may be made by either one or both movements relative to each other. The pulling of the seed crystal or GaAs single crystal from the crucible in the pulling process also indicates a relative movement.
また、上述の実施形態では、ルツボ23はPBN等から構成され、また、充填部材30はグラファイトやアルミナ等から構成されることとしたが、耐熱性に優れる材料であればこれに限定されない。
In the above-described embodiment, the
また、上述の実施形態では、封止剤11の液面の高さ調整に充填部材30を用いることとしたが、この構成に限定されない。封止剤の液面の高さ調整は、例えば引き上げ工程時に封止剤を追加補充すること等により行ってもよい。但し、上述の実施形態のように、充填部材30を用いる方法では、封止剤11の使用量等を抑えることができ、コストの削減等を図ることができる。
Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the filling
次に、本発明に係る実施例について説明する。 Next, examples according to the present invention will be described.
まずは、実施例に係るGaAs単結晶を製作した。すなわち、PBN製のルツボ内に、原料としてGaAs多結晶を24000gと、封止剤としてB2O3を1800g収容した。GaAs多結晶及びB2O3を加熱して溶融した段階で、充填部材がB2O3の融液と接することなく上方に位置するようにした。 First, a GaAs single crystal according to the example was manufactured. That is, 24,000 g of GaAs polycrystal as a raw material and 1800 g of B 2 O 3 as a sealant were accommodated in a PBN crucible. At the stage where the GaAs polycrystal and B 2 O 3 were heated and melted, the filling member was positioned above without contacting the melt of B 2 O 3 .
次に、ルツボを回転させながら上昇させた。当初、ルツボの回転に従ってB2O3の融液の回転が認められた。そして、ルツボの上昇により液面に充填部材が接触した時点で、B2O3の融液の回転が停止した。この封止剤の液面と充填部材との接触点を基準にして、充填部材のB2O3中への進入量を9mmとした。このとき、B2O3の厚さは27mmとなった。 Next, the crucible was raised while rotating. Initially, rotation of the B 2 O 3 melt was observed following the rotation of the crucible. The rotation of the B 2 O 3 melt was stopped when the filling member contacted the liquid surface due to the rise of the crucible. Based on the contact point between the liquid level of the sealant and the filling member, the amount of the filling member entering the B 2 O 3 was 9 mm. At this time, the thickness of B 2 O 3 was 27 mm.
種付け工程後の引き上げ工程では、成長速度を3mm/hに設定し、直径150mm(+10mm)、全長200mmのGaAs単結晶を得た。B2O3の最大厚さは、110mmであった。以上の工程を繰り返して合計5本のGaAs単結晶を製作し、以下の評価を行った。 In the pulling process after the seeding process, the growth rate was set to 3 mm / h, and a GaAs single crystal having a diameter of 150 mm (+10 mm) and a total length of 200 mm was obtained. The maximum thickness of B 2 O 3 was 110 mm. The above process was repeated to produce a total of five GaAs single crystals, and the following evaluation was performed.
目視による外観確認では、多結晶が発生したものは無かった。また、これらのGaAs単結晶をスライスして直径150mmのGaAs単結晶基板を製作し、10枚ずつ転位密度を測定したところ、平均転位密度は5900個/cm2であった。 In the visual appearance confirmation, there was no polycrystal. Moreover, these GaAs single crystals were sliced to produce a GaAs single crystal substrate having a diameter of 150 mm, and the dislocation density was measured for every 10 sheets. As a result, the average dislocation density was 5900 / cm 2 .
10 GaAs単結晶(III−V族化合物半導体単結晶)
10m 原料
11 封止剤
20 半導体単結晶製造装置
21 高圧容器
22 引き上げ軸
22s 種結晶
23 ルツボ
24 サセプタ
25 ペデスタル
26c 熱電対
26b 下部ヒータ
26t 上部ヒータ
30 充填部材
31 支柱
10 GaAs single crystal (III-V compound semiconductor single crystal)
10 m
Claims (5)
III族元素とV族元素とを含有する原料と封止剤とをルツボ内に収容し、前記原料と前記封止剤とを加熱する加熱工程と、
液体となった前記封止剤で液面を覆われた前記原料の融液に種結晶を接触させる種付け工程と、
前記種結晶を引き上げて、液体となった前記封止剤を貫いてIII−V族化合物半導体単結晶を成長させる引き上げ工程と、を有し、
前記引き上げ工程では、
液体となった前記封止剤の厚さを増していき、成長させた前記III−V族化合物半導体単結晶の少なくとも側面が前記封止剤に覆われた状態とする
ことを特徴とするIII−V族化合物半導体単結晶の製造方法。 A method for producing a group III-V compound semiconductor single crystal by a liquid-sealed Czochralski method,
A heating step of containing a raw material containing a group III element and a group V element and a sealing agent in a crucible and heating the raw material and the sealing agent;
A seeding step of bringing a seed crystal into contact with the melt of the raw material whose liquid surface is covered with the sealant that has become liquid;
A pulling step of pulling up the seed crystal and growing a group III-V compound semiconductor single crystal through the sealant that has become liquid;
In the pulling process,
The thickness of the encapsulant that has become liquid is increased, and at least the side surface of the grown III-V compound semiconductor single crystal is covered with the encapsulant III- A method for producing a group V compound semiconductor single crystal.
前記ルツボ内に配置した充填部材を前記封止剤中に進入させていくことで、液体となった前記封止剤の厚さを増していく
ことを特徴とする請求項1に記載のIII−V族化合物半導体単結晶の製造方法。 In the pulling process,
The thickness of the said sealing agent used as the liquid is increased by making the filling member arrange | positioned in the said crucible penetrate | invade in the said sealing agent, The III- of Claim 1 characterized by the above-mentioned. A method for producing a group V compound semiconductor single crystal.
液体となった前記封止剤の厚さを30mm以下とし、
前記引き上げ工程では、
液体となった前記封止剤の最大厚さを、前記引き上げ工程終了時の前記III−V族化合物半導体単結晶の全長の半分以上とする
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のIII−V族化合物半導体単結晶の製造方法。 In the seeding step,
The thickness of the sealant that has become liquid is 30 mm or less,
In the pulling process,
3. The III according to claim 1, wherein a maximum thickness of the sealing agent that has become liquid is set to be not less than half of a total length of the III-V compound semiconductor single crystal at the end of the pulling process. -Manufacturing method of group V compound semiconductor single crystal.
前記III−V族化合物半導体単結晶の成長速度を3mm/h以下とする
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のIII−V族化合物半導体単結晶の製造方法。 In the pulling process,
The method for producing a group III-V compound semiconductor single crystal according to any one of claims 1 to 3, wherein the growth rate of the group III-V compound semiconductor single crystal is 3 mm / h or less.
直径150mm以上の円形状を有し、
面内の転位密度が10000個/cm2以下である
ことを特徴とするIII−V族化合物半導体単結晶基板。
Manufactured by the method for producing a group III-V compound semiconductor single crystal according to any one of claims 1 to 4,
It has a circular shape with a diameter of 150 mm or more,
A group III-V compound semiconductor single crystal substrate having an in-plane dislocation density of 10,000 / cm 2 or less.
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