JP2014094853A - Method for manufacturing semiconductor single crystal of iii-v group compound, and semiconductor single crystal substrate of iii-v group compound - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor single crystal of iii-v group compound, and semiconductor single crystal substrate of iii-v group compound Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress desorption of a group V element from a growing crystal surface, and to reduce dislocation density in the crystal caused by thermal stress.SOLUTION: A method for manufacturing a semiconductor single crystal of a III-V group compound by a liquid-sealing Czochralski method includes a heating step of putting a raw material containing a III group element and a V group element and a sealant in a crucible and heating the raw material and the sealant, a seeding step of bringing a seed crystal into contact with a melt of the raw material of which the surface is covered with the liquefied sealant, and a pulling-up step of pulling up the seed crystal through the liquefied sealant to grow a semiconductor single crystal of a III-V group compound. In the pulling-up step, at least a side face of the grown semiconductor single crystal of a III-V group is covered with the sealant by increasing a thickness of the liquefied sealant.

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).

特開2005−298255号公報JP 2005-298255 A

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/cm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/cm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に係る半導体単結晶製造装置の概略図であって、種付け工程時の状態を示す図である。It is the schematic of the semiconductor single crystal manufacturing apparatus which concerns on one Embodiment of this invention, Comprising: It is a figure which shows the state at the time of a seeding process. 本発明の一実施形態に係る半導体単結晶製造装置の概略図であって、引き上げ工程時の状態を示す図である。It is the schematic of the semiconductor single crystal manufacturing apparatus which concerns on one Embodiment of this invention, Comprising: It is a figure which shows the state at the time of a raising process. 本発明の一実施形態に係る半導体単結晶製造装置の概略図であって、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。It is the schematic of the semiconductor single crystal manufacturing apparatus which concerns on one Embodiment of this invention, Comprising: It is a figure which shows the state by which the sealing agent became the maximum thickness at the time of a raising process.

<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 crystal manufacturing apparatus 20 according to the present embodiment, showing a state during a seeding process.

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 crystal manufacturing apparatus 20 includes a high-pressure vessel 21 having a pressure resistance configured to be able to introduce a predetermined gas. For example, a cylindrical crucible 23 whose upper part is opened and whose lower part is closed is provided at a substantially central part in the high-pressure vessel 21. The crucible 23 is made of, for example, pyrolytic boron nitride (PBN) having excellent heat resistance. The crucible 23 is configured to accommodate a raw material 10 m of a group III-V compound semiconductor single crystal (hereinafter also simply referred to as “semiconductor single crystal”), a sealant 11, and the like.

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 high pressure vessel 21 from above the center of the high pressure vessel 21. The lower end of the pulling shaft 22 is configured so that a seed crystal (seed crystal) 22 s can be attached, and is disposed so as to face the crucible 23 in the high-pressure vessel 21. The lifting shaft 22 is configured to be rotatable and liftable by a rotating device and a lifting device (not shown).

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 crucible 23 is supported by a cylindrical pedestal (lower shaft) 25 via a container-type susceptor 24 that accommodates the crucible 23. The pedestal 25 is inserted into the high-pressure vessel 21 concentrically with the lifting shaft 22 from below the center of the high-pressure vessel 21. The pedestal 25 is configured to be rotatable and liftable by a rotating device and a lifting device (not shown). The susceptor 24 is made of graphite (C: graphite), for example, and is fixed to the upper end of the pedestal 25.

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-pressure vessel 21, an upper heater 26 t and a lower heater 26 b that heat the raw material 10 m and the sealant 11 accommodated in the crucible 23 are positioned above and below the crucible 23 so as to surround the crucible 23. Respectively. The upper heater 26t and the lower heater 26b are made of, for example, graphite. The upper heater 26t and the lower heater 26b include a temperature controller (not shown) as temperature control means for controlling the respective temperatures. In addition, a thermocouple 26 c is provided in the upper part of the pedestal 25 as temperature detecting means for detecting the temperature of the raw material 10 m and the sealant 11 in the crucible 23.

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(Al)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 crystal manufacturing apparatus 20 includes a pair of filling members 30 installed in the crucible 23. Each of the pair of filling members 30 is supported by the column 31 and is disposed, for example, in contact with the inner wall of the crucible 23 at a position above the raw material 10m accommodated in the crucible 23 and facing each other. The column 31 for placing the filling member 30 at a predetermined position in the crucible 23 is installed, for example, on the bottom surface of the high-pressure vessel 21 outside the crucible 23, and is inserted into the crucible 23 from above the crucible 23. Is provided with a filling member 30. The filling member 30 and the support column 31 are made of, for example, graphite, alumina (Al 2 O 3 ), or the like. The shape of the filling member 30 can be cylindrical or prismatic, and the area of the bottom surface of each filling member 30 is preferably slightly larger than the cross-sectional area of the semiconductor single crystal to be grown, for example.

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 crystal manufacturing apparatus 20 configured as described above, a single crystal of a III-V group compound semiconductor such as GaAs, GaP, InAs, InP or the like is manufactured using, for example, the LEC method. In the LEC method, the sealant 11 is in a liquid state so as to cover the melt of the raw material 10 m, so that a group V element having a high vapor pressure such as arsenic (As) or phosphorus (P) is decomposed from the raw material 10 m. While suppressing (dissociation) and desorption (evaporation), a III-V group compound semiconductor single crystal can be grown.

(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 crystal production apparatus 20 as described above, for example. A method for producing a group compound semiconductor single crystal will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a schematic view of the semiconductor single crystal manufacturing apparatus 20 according to the present embodiment, and shows a state during the pulling process. FIG. 3 is a schematic view of the semiconductor single crystal manufacturing apparatus 20 according to an embodiment of the present invention, and shows a state in which the sealant has a maximum thickness during the pulling process.

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 raw material 10m containing gallium (Ga) as a group III element and arsenic (As) as a group V element. To do.

(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(B)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 raw material 10 m containing Ga and As and the sealing agent 11 are accommodated in the crucible 23. For example, boron trioxide (B 2 O 3 ) or the like is used as the sealant 11. In addition, arrangement | positioning of the filling member 30 in the crucible 23 is adjusted beforehand according to the quantity of the sealing agent 11 accommodated in the crucible 23 so that the predetermined conditions in the seeding process etc. which are mentioned later may be met.

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 raw material 10 m and the sealant 11 are heated in the crucible 23 to, for example, 1250 ° C. or more and 1350 ° C. or less. At this time, the inside of the crucible 23 is set to an inert gas atmosphere having a pressure of, for example, atmospheric pressure or more, preferably 5 MPa or more and 8 MPa or less.

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、B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 raw material 10m is heated in the crucible 23 and reaches the melting temperature, it melts into a melt. Moreover, the sealing agent 11 such as B 2 O 3 is solid at room temperature, for example, and when heated in the crucible 23 and reaches the melting temperature, it melts and becomes liquid. Since the sealant 11 has a specific gravity smaller than that of the melt of the raw material 10 m, the liquid surface of the raw material 10 m that has become the melt is covered with the melted sealant 11.

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 crucible 23 at atmospheric pressure or higher and covering the liquid surface of the raw material 10 m with the sealing agent 11 in the form of liquid, the desorption due to decomposition and evaporation from the As raw material 10 m having a high vapor pressure is prevented. Can be suppressed.

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(CO)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 crucible 23. Thereby, C is taken into the GaAs single crystal 10, and the semi-insulating GaAs single crystal 10 can be manufactured.

(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 seed crystal 22 s is brought into contact with the melt of the raw material 10 m whose liquid surface is covered with the liquid sealant 11. That is, the crucible 23 is raised while rotating. Further, the pulling shaft 22 to which the seed crystal 22s is attached is lowered while being rotated, so that the seed crystal 22s is in contact with the melt of the raw material 10m.

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 agent 11 accommodated in the crucible 23 and the arrangement of the filling member 30 in the crucible 23 are such that the thickness of the sealing agent 11 that has become liquid in the seeding step is, for example, 30 mm or less, Preferably, it is adjusted in advance to be 5 mm to 30 mm, more preferably 22 mm to 30 mm.

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 member 30, the lower end portion of the filling member 30 is not in contact with the molten sealant 11 and is located above the sealant 11, Either the contact state or the state of being immersed in the sealant 11 as shown in FIG. That is, initially, the amount of the sealing agent 11 accommodated in the crucible 23 and the arrangement of the filling member 30 in the crucible 23 are such that the sealing agent 11 that has become a liquid has a thickness within the above-described range during the seeding process. It may be adjusted so that.

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 member 30 is above the sealant 11 or is in contact with the liquid surface, an amount of the above-described thickness that satisfies the above-described thickness is obtained only by the volume of the melted sealant 11. It is necessary to store the sealant 11. When the lower end portion of the filling member 30 is immersed in the sealing agent 11, the amount of the sealing agent 11 is reduced by the volume of the filling member 30 entering the molten sealing agent 11. be able to.

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 agent 11 to 30 mm or less, when the seed crystal 22s is immersed in the liquid of the sealing agent 11 and brought into contact with the melt of the raw material 10m, the seeding state can be easily observed. Therefore, the risk of failing the seeding operation is reduced. Further, the length of the seed crystal 22s can be shortened, and the acquisition and management of the seed crystal 22s are facilitated. In addition, adhesion of the sealant 11 or the like to the pulling shaft 22 can be suppressed.

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 agent 11 should just be thick enough to suppress the detachment of As from the raw material 10 m, and the lower limit of the thickness can be set to 5 mm, for example. Furthermore, when the thickness of the sealing agent 11 is set to 22 mm or more, the sealing agent 11 can be increased to a sufficient thickness in a pulling process described later, which is more preferable.

(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 seed crystal 22s is pulled up while gradually decreasing the heating temperature of the upper heater 26t and the lower heater 26b. As a result, the GaAs single crystal 10 grows and is pulled up through the sealant 11.

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 raw material 10m in the crucible 23 decreases and the liquid level decreases, and the positional relationship between the upper heater 26t and the lower heater 26b and the crystal growth interface (solid-liquid interface). Will change. Therefore, the amount of decrease in the liquid level of the raw material 10 m is calculated from the amount of crystal growth, and the pedestal 25 is gradually raised by controlling the lifting device to correct this, and the position of the crucible 23 is adjusted. Thereby, the liquid level of the raw material 10m is kept substantially constant with respect to the heating zones of the upper heater 26t and the lower heater 26b. Therefore, the melt of the raw material 10 m can be efficiently heated and kept at a substantially constant temperature.

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 single crystal 10 is, for example, thin and sharp at the beginning, and is pulled up while maintaining a substantially constant thickness after reaching a predetermined thickness. Therefore, the GaAs single crystal 10 has a conical shape with a tip portion extending downward and a straight body portion having a substantially constant thickness (diameter). In addition, the end of the crystal growth becomes tapered again. Therefore, it has a downward convex tail part under the straight body part.

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 single crystal 10 is pulled up through the sealant 11 while growing into such a shape, the sealant is equal to the volume of the GaAs single crystal 10 that is passing through the melt of the sealant 11. 11 is pushed away. Therefore, the liquid level of the sealing agent 11 with respect to the liquid level of the melted raw material 10 m initially shows a slight increase.

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 sealant 11 stops. Therefore, the GaAs single crystal protrudes from the liquid surface of the sealant 11. The side surfaces of the GaAs single crystal exposed to the atmosphere in the crucible 23 are continuously heated at a temperature of 1000 ° C. or higher. As a result, As is detached from the side surface of the exposed GaAs single crystal. When Ga remaining after the desorption of As aggregates and erodes the GaAs single crystal to reach the solid-liquid interface, polycrystallization occurs due to disorder of the crystal growth plane orientation.

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 member 30 is provided in the crucible 23 and the height of the liquid level of the sealant 11 is adjusted.

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 crucible 23 gradually rises, the filling member 30 fixed at a predetermined position by the support column 31 is submerged into the sealant 11, and the depth of entry gradually increases. Go. Thereby, the sealing agent 11 of the volume of the filling member 30 that has entered is pushed away, and the liquid level of the sealing agent 11 with respect to the liquid level of the melted raw material 10 m increases. That is, the thickness of the sealing agent 11 increases.

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 sealant 11, that is, an increase in thickness, is caused by the entire filling member 30 after the liquid level increase due to the GaAs single crystal 10 stops. Continue until completely immersed in the sealant 11. That is, in the state where the filling member 30 is completely submerged in the sealant 11, the sealant 11 has the maximum thickness.

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 single crystal 10 growing through the melt of the sealing agent 11 is covered with the sealing agent 11. As described above, the thickness of the sealant 11 in the seeding step is preferably adjusted to 22 mm or more, and the bottom surface of the filling member 30 has a slightly larger area than, for example, the cross-sectional area of the GaAs single crystal 10. . Thereby, the liquid level of the sealing agent 11 can be raised to a thickness that can sufficiently maintain the side surface of the GaAs single crystal 10 covered with the sealing agent 11 until the end of crystal growth.

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 agent 11 is, for example, more than half of the total length of the GaAs single crystal 10 at the end of the pulling process in a state where the filling member 30 is completely submerged in the sealing agent 11. Has been. As described above, for example, only the straight body portion of the GaAs single crystal 10 having a conical tip and tail is mainly used for manufacturing a GaAs single crystal substrate or the like. Therefore, if the maximum thickness of the sealant 11 is more than half of the total length of the GaAs single crystal 10, the thickness is sufficient to cover the straight body portion of the GaAs single crystal 10 almost completely. Further, as described above, if the sealing agent 11 covers at least the straight body portion of the GaAs single crystal 10, that is, the side surface, the GaAs single crystal obtained even if the tip portion of the GaAs single crystal 10 is exposed. It hardly affects the characteristics of the substrate.

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 single crystal 10 is reduced to, for example, 3 mm / h or less.

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 single crystal 10 is covered with the sealing agent 11, and As is not easily detached. Therefore, the growth rate of the GaAs single crystal 10 can be controlled to be 3 mm / h or less, for example, and the dislocation density in the crystal can be reduced.

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 single crystal 10 as the III-V group compound semiconductor single crystal is manufactured.

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 single crystal 10 thus manufactured, for example, a GaAs single crystal substrate is manufactured according to the following procedure. That is, grinding is performed with a cylindrical grinding blade along the side surface of the cylindrical GaAs single crystal 10. For example, by grinding the thickness from the outermost surface of the GaAs single crystal 10 to about 5 mm inside, even if the As composition ratio of the outermost surface is slightly reduced, the portion can be removed, and the As composition ratio is further increased. A GaAs substrate with good uniformity can be obtained.

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 single crystal 10 is annealed as necessary. Next, the GaAs single crystal 10 is thinly sliced into a substrate shape using a band saw or the like, and one side or both sides and the outer peripheral end are polished.

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/cm超であったのに対し、本実施形態においては例えば10000個/cm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.

Figure 2014094853
Figure 2014094853

<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 single crystal 10 in which the group III element is Ga and the group V element is As has been mainly described, but the contained elements are not limited thereto. For example, the group III element may be indium (In), aluminum (Al), or the like. The group V element may be phosphorus (P), nitrogen (N), or the like. Thereby, a III-V group compound semiconductor single crystal made of not only GaAs but also GaP, GaN, InAs, InP, AlGaInP and the like can be manufactured.

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 single crystal 10 is manufactured by adding impurities such as C. However, the present invention is not limited to this configuration. Various impurities that control the conductivity of the semiconductor, such as imparting conductivity such as n-type or p-type, can be used, not limited to imparting semi-insulating properties by adding C or the like. A GaAs single crystal may be manufactured without adding impurities.

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 single crystal 10 is covered with the sealant 11, but the entire GaAs single crystal may be completely submerged in the sealant. Alternatively, even if the side surface of the GaAs single crystal is not completely covered with the sealing agent, a predetermined effect of suppressing As desorption can be obtained.

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 members 30 are provided so as to contact the inner wall of the crucible 23, but the number and arrangement of the filling members are not limited thereto.

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 member 30 is fixed and the crucible 23 is raised to enter the sealing agent 11. However, a movable filling member may enter the sealing agent. . In this case, in the step of pulling up the GaAs single crystal 10, it is possible to grow the crystal while fixing the position of the seed crystal and lowering the crucible instead of growing the crystal while pulling up the seed crystal 22s. At this time, the filling member may be lowered at a lowering speed than the crucible. However, as in the above-described embodiment, by making the filling member 30 fixed, it is not necessary to provide a separate drive mechanism or the like, and a simple and inexpensive apparatus configuration can be achieved.

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 crucible 23 is made of PBN or the like, and the filling member 30 is made of graphite, alumina, or the like. However, the material is not limited to this as long as the material has excellent heat resistance.

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 member 30 was used for the liquid level adjustment of the sealing agent 11, it is not limited to this structure. The liquid level of the sealing agent may be adjusted, for example, by additionally replenishing the sealing agent during the pulling process. However, in the method using the filling member 30 as in the above-described embodiment, the amount of the sealant 11 used can be suppressed, and the cost can be reduced.

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Bを1800g収容した。GaAs多結晶及びBを加熱して溶融した段階で、充填部材がB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B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、B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B中への進入量を9mmとした。このとき、B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。B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/cm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 Raw material 11 Sealant 20 Semiconductor single crystal manufacturing apparatus 21 High-pressure vessel 22 Lifting shaft 22s Seed crystal 23 Crucible 24 Susceptor 25 Pedestal 26c Thermocouple 26b Lower heater 26t Upper heater 30 Filling member 31 Column

Claims (5)

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
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
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.
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
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
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.
請求項1〜4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/cm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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