JP2022008146A - ＧａＡｓインゴットおよびＧａＡｓインゴットの製造方法、ならびにＧａＡｓウエハ - Google Patents

Abstract

【課題】Ｓｉと共に少量のＩｎを添加することにより、キャリア濃度が５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下であり、かつ平均転位密度が５００個／ｃｍ^２以下の低転位密度なＧａＡｓウエハが得られるＧａＡｓインゴットが提供される。
【解決手段】ＧａＡｓインゴットの直胴部のシード側と中央部が、それぞれ、２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度、１×１０^１７ｃｍ^－３以上６．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度、５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下のキャリア濃度および５００個／ｃｍ^２以下の平均転位密度を有する、ＧａＡｓインゴット。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＧａＡｓインゴットおよびＧａＡｓインゴットの製造方法、ならびにＧａＡｓウエハに関する。

ＧａＡｓ単結晶ウエハ（以下、ＧａＡｓウエハともいう。）を得るためのＧａＡｓ結晶（インゴット）の製造方法として、引き上げ（ＬＥＣ）法、横型ボート（ＨＢ）法、または縦型温度傾斜（ＶＧＦ）法もしくは縦型ブリッジマン法（ＶＢ）法が知られている。単結晶の種結晶を起点とし、これらの製造方法により結晶成長させた単結晶の直胴部を有する塊がインゴットであり、そのインゴットの直胴部からウエハが切り出される。

上記方法のうちＬＥＣ法では、ＧａＡｓウエハの転位密度を低減することが困難であった。インジウム（Ｉｎ）ドープを用いたＬＥＣ法による無転位化の手法が一時的に流行したが、ＧａＡｓとＩｎとの合金ともいわれるほどの多量のＩｎをドープするため、Ｉｎの析出が多量に発生し、製品として使用できないことが判明し、現在ではＩｎドープを用いたＬＥＣ法は用いられなくなった。

一方、特許文献１は、ＶＧＦ法やＶＢ法を用いたｎ型ヒ化ガリウム基板であって、１００個／ｃｍ^２未満の平均転位密度と、５×１０^１６ｃｍ^-３以上で５×１０^１７ｃｍ^-３未満のシリコン濃度を有する基板について記載している。

特開２０１１－１４８６９３号公報

近年、キャリア濃度が５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下であり、かつ低転位密度であるＧａＡｓウエハが、特に発光素子や受光素子などの受発光素子に使用する基板として求められるようになってきた。

特許文献１では、低いシリコン（Ｓｉ）濃度と低い平均転位密度を両立させるため、過冷却状態の保持や固液界面の温度勾配の厳密な制御が重要であり、これを実現するために、ＧａＡｓインゴットの成長時に用いる種結晶として、育成単結晶胴部の２５％以上の断面積を有する種結晶を用いている。このような大きな断面積を有する種結晶を用いる場合、結晶成長開始時に、種結晶の断面全体を溶解する必要があるが、そのためには、ＶＧＦ法やＶＢ法の場合、種結晶および原料を収容しているルツボ内における、種結晶付近の水平方向の温度分布の均一性を高くすることが必要である。ここで、種結晶および原料を収容しているルツボ内の温度分布は、直接測定することができず、ルツボの周囲に配置されているヒーターの温度制御を通して制御しており、また、ヒーター温度とルツボ内の温度の関係は、炉内の断熱材等の部材の劣化によっても変化しうる。このような構造上の問題により、種結晶および原料を収容しているルツボ内における、種結晶付近の水平方向の温度分布について、均一性が高い状態を再現性良く実現することは困難であり、このことは低いＳｉ濃度と低い平均転位密度を有するＧａＡｓインゴットを得る上での障害になると考えられる。また、この方法では使用する種結晶の重量が大きくなり、製造コスト増を招いている。

そこで、本発明では、ＶＧＦ法またはＶＢ法を用いて、断面積の小さな種結晶を使用しても、キャリア濃度が５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下であり、平均転位密度が５００個／ｃｍ^２以下の低転位密度なＧａＡｓウエハが得られるＧａＡｓインゴットを提供することを目的とする。特に、本発明は、直径が１４０ｍｍ以上の大口径の場合であっても、キャリア濃度が５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下であり、平均転位密度が５００個／ｃｍ^２以下のＧａＡｓウエハが得られるＧａＡｓインゴットを提供し、また、直径が１４０ｍｍ未満の場合には、キャリア濃度が５．０×１０^１７ｃｍ^－３以下であり、平均転位密度が２００個／ｃｍ^２以下のＧａＡｓウエハが得られるＧａＡｓインゴットを提供することを目的とする。

本発明者らは、上述の課題を達成するために鋭意研究を重ねた結果、以下に述べる本発明を完成させた。

本発明の要旨構成は以下のとおりである。
［１］ ＧａＡｓインゴットの直胴部のシード側と中央部が、それぞれ、２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度、１．０×１０^１７ｃｍ^－３以上６．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度、５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下のキャリア濃度および５００個／ｃｍ^２以下の平均転位密度を有する、ＧａＡｓインゴット。
［２］ 前記直胴部の中央部のインジウム濃度が６．０×１０^１８ｃｍ^－３以下である、［１］のＧａＡｓインゴット。
［３］ 前記直胴部のシード側と中央部のそれぞれにおけるボロン濃度が１．０×１０^１８ｃｍ^－３以上６．５×１０^１８ｃｍ^－３以下である、［１］または［２］のＧａＡｓインゴット。
［４］ 前記直胴部のシード側と中央部のそれぞれにおけるシリコン濃度に対するインジウム濃度の比が０．３０以上１０．００以下である、［１］～［３］のいずれかのＧａＡｓインゴット。
［５］ 前記直胴部のシード側と中央部のそれぞれにおけるアルミニウム、炭素および亜鉛の各濃度が３．０×１０^１６ｃｍ^－３以下であり、ベリリウム、マグネシウム、ゲルマニウム、錫、窒素、硫黄、セレン、テルル、カドミウム、クロムおよびアンチモンの各濃度が５．０×１０^１５ｃｍ^－３以下である、［１］～［４］のいずれかのＧａＡｓインゴット。
［６］ 直径１４０ｍｍ未満のＧａＡｓインゴットであって、ＧａＡｓインゴットの直胴部のシード側と中央部が、それぞれ、２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．０×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度、１．０×１０^１７ｃｍ^－３以上３．０×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度、５．０×１０^１７ｃｍ^－３以下のキャリア濃度および２００個／ｃｍ^２以下の平均転位密度を有する、［１］～［５］のいずれかのＧａＡｓインゴット。
［７］ 前記直胴部の中央部のインジウム濃度が２．０×１０^１８ｃｍ^－３以下である、［６］のＧａＡｓインゴット。
［８］ 前記直胴部のシード側と中央部のそれぞれにおけるボロン濃度が１．０×１０^１８ｃｍ^－３以上５．０×１０^１８ｃｍ^－３以下である、［６］または［７］のＧａＡｓインゴット。
［９］ 前記直胴部のシード側と中央部のそれぞれにおけるシリコン濃度に対するインジウム濃度の比が０．３０以上５．２０以下である、［６］～［８］のいずれかのＧａＡｓインゴット。
［１０］ 直径１４０ｍｍ以上のＧａＡｓインゴットであって、ＧａＡｓインゴットの直胴部のシード側と中央部が、それぞれ、２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度、１．０×１０^１８ｃｍ^－３以上６．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度、５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下のキャリア濃度および５００個／ｃｍ^２以下の平均転位密度を有する、［１］～［５］のいずれかのＧａＡｓインゴット。
［１１］ 前記直胴部の中央部のインジウム濃度が６．０×１０^１８ｃｍ^－３以下である、［１０］のＧａＡｓインゴット。
［１２］ 前記直胴部のシード側と中央部のそれぞれにおけるボロン濃度が１．０×１０^１８ｃｍ^－３以上６．５×１０^１８ｃｍ^－３以下である、［１０］または［１１］に記載のＧａＡｓインゴット。
［１３］ 前記直胴部のシード側と中央部のそれぞれにおけるシリコン濃度に対するインジウム濃度の比が４．５０以上１０．００以下である、［１０］～１２］のいずれかのＧａＡｓインゴット。
［１４］ 縦型温度傾斜法または縦型ブリッジマン法により、ドーパントとしてシリコンを使用し、封止剤として酸化ホウ素を使用するＧａＡｓインゴットの製造方法において、
前記ドーパントとしてシリコンと共にインジウムを使用し、
前記ＧａＡｓインゴットの直胴部のシード側と中央部が、それぞれ、２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度および１．０×１０^１７ｃｍ^－３以上６．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度を有するＧａＡｓインゴットとする、ＧａＡｓインゴットの製造方法。
［１５］ 前記ドーパントとしてシリコンとインジウムのみを使用する、［１４］のＧａＡｓインゴットの製造方法。
［１６］ シリコンチャージ量がＧａＡｓ原料に対して６０ｗｔｐｐｍ以上１３０ｗｔｐｐｍ以下であり、インジウムチャージ量がＧａＡｓ原料に対して３６ｗｔｐｐｍ以上２０００ｗｔｐｐｍ以下である、［１４］または［１５］のＧａＡｓインゴットの製造方法。
［１７］ 前記封止剤がシリコンを１ｗｔ％以上７ｗｔ％以下で含む酸化ホウ素であり、ＧａＡｓ単結晶の成長途中で撹拌される、［１４］～［１６］のいずれかのＧａＡｓインゴットの製造方法。
［１８］ 直径１４０ｍｍ未満のＧａＡｓインゴットの製造方法であり、シリコンチャージ量がＧａＡｓ原料に対して６０ｗｔｐｐｍ以上９０ｗｔｐｐｍ以下、インジウムチャージ量がＧａＡｓ原料に対して３６ｗｔｐｐｍ以上６０５ｗｔｐｐｍ以下である、［１４］～［１７］のいずれかのＧａＡｓインゴットの製造方法。
［１９］ 直径１４０ｍｍ以上のＧａＡｓインゴットの製造方法であり、シリコンチャージ量がＧａＡｓ原料に対して７０ｗｔｐｐｍ以上１３０ｗｔｐｐｍ以下、インジウムチャージ量がＧａＡｓ原料に対して７５ｗｔｐｐｍ以上２０００ｗｔｐｐｍ以下である、［１４］～［１７］のいずれかのＧａＡｓインゴットの製造方法。
［２０］ ２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度、１．０×１０^１７ｃｍ^－３以上６．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度、５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下のキャリア濃度および５００個／ｃｍ^２以下の平均転位密度を有するＧａＡｓウエハ。
［２１］ 直径１４０ｍｍ未満のＧａＡｓウエハであって、２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．０×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度、１．０×１０^１７ｃｍ^－３以上３．０×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度、５．０×１０^１７ｃｍ^－３以下のキャリア濃度および２００個／ｃｍ^２以下の平均転位密度を有する、［２０］のＧａＡｓウエハ。
［２２］ 直径１４０ｍｍ以上のＧａＡｓウエハであって、ＧａＡｓインゴットの直胴部のシード側と中央部が、それぞれ、２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度、１．０×１０^１８ｃｍ^－３以上６．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度、５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下のキャリア濃度および５００個／ｃｍ^２以下の平均転位密度を有する、［２０］のＧａＡｓウエハ。

本発明によれば、Ｓｉと共に少量のＩｎを添加することにより、ＶＧＦ法またはＶＢ法を用いて、断面積の小さな種結晶を使用しても、キャリア濃度が５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下であり、かつ平均転位密度が５００個／ｃｍ^２以下の低転位密度なＧａＡｓウエハが得られるＧａＡｓインゴットを提供することができる。本発明によれば、直径が１４０ｍｍ以上の大口径の場合であっても、キャリア濃度が５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下であり、平均転位密度が５００個／ｃｍ^２以下のＧａＡｓウエハが得られるＧａＡｓインゴットを提供することができ、また、直径が１４０ｍｍ未満の場合には、キャリア濃度が５．０×１０^１７ｃｍ^－３以下であり、平均転位密度が２００個／ｃｍ^２以下のＧａＡｓウエハが得られるＧａＡｓインゴットを提供することができる。

本発明のＧａＡｓインゴットの模式図である。 本発明のＧａＡｓインゴットの製造に用いられる製造装置の断面模式図である。 本発明のＧａＡｓインゴットの製造に用いられるルツボ３の断面模式図であり、結晶成長開始前の原料等を充填した状態に対応する。 結晶成長開始から結晶成長終了までのルツボ内の状態と温度傾斜の関係を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。

＜ＧａＡｓインゴット＞
（ＧａＡｓインゴットのシード側、中央部およびテイル側）
図１は、本発明のＧａＡｓインゴットの模式図であり、シード側１５、中央部１６およびテイル側１７の各位置が示されている。ＧａＡｓインゴットは種結晶６から増径する領域１９（コーン部ともいう）を介して直径が略同一の直胴部１８を有し、この直胴部１８の種結晶６側の端部をシード側１５と呼び、種結晶６の反対側の端部をテイル側１７と呼び、シード側１５とテイル側１７までの間の半分の位置（中間位置）を中央部１６と呼ぶ。ＧａＡｓインゴットは、シード側１５からテイル側１７に向けて固液界面が移動して結晶成長が行われる。

本発明におけるＧａＡｓインゴットの直胴部１８のシード側１５、中央部１６およびテイル側１７のそれぞれにおける、シリコン（Ｓｉ）濃度、インジウム（Ｉｎ）濃度、キャリア濃度および平均転位密度の各測定値は、ＧａＡｓインゴットの直胴部１８を各ウエハに切断した状態で、所定のウエハに対して測定を行うことで得ることができる。すなわち、各測定においては、ＧａＡｓインゴットの直胴部１８のシード側１５、中央部１６およびテイル側１７の各ウエハの測定を行う。

ＧａＡｓインゴット１８の直径は特に限定されず、１４０ｍｍ未満であっても１４０ｍｍ以上であってもよい。ＧａＡｓインゴット１８の直径は、例えば５０ｍｍ以上１６２ｍｍ以下とすることができる。ウエハのサイズは、ＧａＡｓインゴットの直胴部１８の径により、適宜選択することができ、例えば２～８インチとすることができる。ＧａＡｓインゴット１８の直径１４０ｍｍ未満の場合、通常、ウエハのサイズは６インチ未満であり、ＧａＡｓインゴット１８の直径１４０ｍｍ以上の場合、ウエハのサイズは６インチ以上である。

ここで、ＧａＡｓインゴットの直胴部１８のシード側１５のウエハとは、ＧａＡｓインゴットの直胴部１８を各ウエハに切断した際、シード側１５からテイル側１７に向かって、シード側１５とテイル側１７までの長さの２０％の範囲内にあるウエハをいい、ＧａＡｓインゴットの直胴部の中央部１６のウエハとは、ＧａＡｓインゴットの直胴部１８を各ウエハに切断した際、中央部１６を挟んで、シード側１５およびテイル側１７にそれぞれ向かって、シード側１５とテイル側１７までの長さの１０％（合計２０％）の範囲内にあるウエハをいい、直胴部のテイル側１７のウエハとは、ＧａＡｓインゴットの直胴部１８を各ウエハに切断した際、テイル側１７からシード側に向かって、シード側１５とテイル側１７までの長さの２０％の範囲内にあるウエハをいう。ウエハが範囲内にあるとは、ウエハの厚み方向の中心が範囲内にあることをいう。シード側１５とテイル側１７までの長さの２０％の範囲内は、インゴットの製造装置とＳＥＭＩ規格に従うウエハ厚さに拠るが、例えばウエハ５枚以内であり、好ましくはウエハ３枚以内である。

シード側１５のウエハ、中央部１６のウエハおよびテイル側１７のウエハの各測定においては、シード側１５のウエハに相当する任意のウエハ、中央部１６のウエハに相当する任意のウエハおよびテイル側１７に相当する任意のウエハを、それぞれ使用することができ、それぞれシード側１５のウエハの測定値、中央部１６のウエハの測定値およびテイル側１７のウエハの測定値とする。また、最もシード側１５のウエハとウエハ切断時に対面していた部位（切れ端部分）の測定値は、シード側１５のウエハの測定値と見なし、最もテイル側１５のウエハとウエハ切断時に対面していた部位（切れ端部分）の測定値は、テイル側１７の測定値と見なすものとする。

測定においては、ウエハの上下２つの面のいずれも測定に使用することができる。一方、切れ端部分については、シード側１５のウエハと切断時に対面していた面またはテイル側のウエハと切断時に対面していた面を測定に使用するものとする。

以下、キャリア濃度、平均転位密度、Ｓｉ濃度、Ｉｎ濃度およびボロン（Ｂ）濃度の測定について説明する。

（キャリア濃度の測定方法）
キャリア濃度は、抜き取ったウエハからウエハ中心部の１０ｍｍ×１０ｍｍのサイズを割り取り、インジウム電極を四隅に付けて３３０～３６０℃に加熱した後、Van der Pauw法によるホール測定により測定した値とする。

（平均転位密度の測定方法）
平均転位密度は、エッチピット密度（ＥＰＤ：Etch Pit Density）の測定によるものであり、抜き取ったウエハの表面を硫酸系鏡面エッチング液（Ｈ_２ＳＯ_４：Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ＝３：１：１（体積比））で前処理した後、液温３２０℃のＫＯＨ融液中に３０～４０分間浸積することでエッチピットを発生させ、この数を計測することにより行う。

計測は、ウエハ上の６９点に直径３ｍｍのエリアを設定し、各エリアを顕微鏡で観察して発生させたエッチピットをカウントすることにより行う。
６９点のエリアはウエハ全面にまんべんなく分布させることとし、各エリアは２インチウエハの場合は５ｍｍ間隔、４インチウエハは１０ｍｍ間隔、６インチウエハの場合は１５ｍｍ間隔、８インチウエハの場合は２０ｍｍ間隔で均しく分散させた位置に設定する。
各エリアの観察には、視野直径１．７３ｍｍとなる１０倍対物レンズを使用する。各エリアの中で最もピットが多く観察される視野を探してエッチピットをカウントし、カウントされたエッチピットの数を単位面積当たり（ｃｍ^-２）に換算する。各エリアのエッチピットのカウント数を平均した値を平均転位密度とする。

（Ｓｉ濃度、Ｉｎ濃度、Ｂ濃度の測定方法）
Ｓｉ濃度、Ｉｎ濃度およびＢ濃度は、抜き取ったウエハの表面をエッチング液（ＮＨ_４ＯＨ：Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ＝１：１：１０（体積比））により５μｍの深さまでエッチングし、純水洗浄後に乾燥したウエハを二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）により分析した値とする。
具体的には、ＳｉとＢについては、セシウムイオンによるＳＩＭＳ分析により、イオンエネルギー１４．５ｋｅＶの設定で表面から０．５～１μｍの深さまで測定する。Ｉｎについては、酸素イオンによるＳＩＭＳ分析により、イオンエネルギー５．５ｋｅＶの設定で表面から３μｍの深さまで測定する。

以下、キャリア濃度、平均転位密度、Ｓｉ濃度、Ｉｎ濃度、Ｂ濃度等の範囲について説明する。特段の断りがない限り、各範囲は、ＧａＡｓインゴットの直胴部１８のシード側１５および中央部１６について適用される。

（キャリア濃度の範囲）
キャリア濃度は、５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下である。キャリア濃度は、１．０×１０^１７ｃｍ^－３以上であることが好ましい。
本発明によれば、ＧａＡｓインゴットの直径が１４０ｍｍ以上の場合にも、キャリア濃度を５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下とすることができる。
また、ＧａＡｓインゴットの直径が１４０ｍｍ未満の場合、キャリア濃度を５．０×１０^１７ｃｍ^－３以下とすることができる。

（平均転位密度の範囲）
平均転位密度の値はゼロに近いことが好ましく、５００個／ｃｍ^２以下であることとする。
ＧａＡｓインゴットの直径が１４０ｍｍ以上の場合にも、平均転位密度を５００個／ｃｍ^２以下とすることができる。この場合の平均転位密度は、好ましくは４５０個／ｃｍ^２以下、さらに好ましくは４００個／ｃｍ^２以下である。
また、ＧａＡｓインゴットの直径が１４０ｍｍ未満の場合、平均転位密度を２００個／ｃｍ^２以下とすることができる。この場合の平均転位密度は、好ましくは１５０個／ｃｍ^２以下、さらに好ましくは１００個／ｃｍ^２以下である。

（Ｓｉ濃度）
転位の固着効果により低ＥＰＤ結晶を得るため、Ｓｉ濃度は２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上であることとする。一方、最近の受発光素子はフリーキャリア吸収を抑制する方向が好ましいとされており、過剰なＳｉ濃度はフリーキャリア吸収の原因になる点、また、キャリア濃度の制御の点から、Ｓｉ濃度は１．５×１０^１８ｃｍ^－３未満であることとする。１．５×１０^１８ｃｍ^－３以上のＳｉをＧａＡｓ中に含有させるとキャリア濃度を５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下とすることが困難である。
ＧａＡｓインゴットの直径が１４０ｍｍ以上の場合、Ｓｉ濃度は２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．５×１０^１８ｃｍ^－３未満であることが好ましい。
また、ＧａＡｓインゴットの直径が１４０ｍｍ未満の場合、Ｓｉ濃度は２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．０×１０^１８ｃｍ^－３未満であることが好ましい。

（Ｉｎ濃度の範囲）
従来、ＬＥＣによる製造方法においては、転位の固着効果により低転位密度のＧａＡｓ結晶を得るには高いＩｎ濃度が望ましいといわれていたが、本発明者らは、ＶＧＦ法およびＶＢ法において、従来の報告よりも少ないＩｎ濃度において十分な効果が得られることを見出した。それでも、１．０×１０^１７ｃｍ^－３未満ではＩｎ添加による転位密度低減の効果が得られにくいため、Ｉｎ濃度は１．０×１０^１７ｃｍ^－３以上であることとする。
ＧａＡｓインゴットの直径が１４０ｍｍ以上の場合、転位密度低減の効果を確実にするため、Ｉｎは１．０×１０^１８ｃｍ^－３以上とすることが好ましく、より好ましくは３．０×１０^１８ｃｍ^－３以上である。
一方、ＧａＡｓインゴットの直径が１４０ｍｍ未満の場合、Ｉｎ濃度が１．０×１０^１７ｃｍ^－３以上であれば、十分に転位密度低減の効果が得られる。

一方、ＩｎはＧａＡｓ中では中性不純物として振舞うため、フリーキャリア吸収の原因とはならないが、ＶＧＦ法およびＶＢ法において、過剰なＩｎ濃度はＧａＡｓ結晶の格子定数やバンドギャップのズレを発生させるため、ＬＥＣ法により成長されたＧａＡｓ結晶における報告とは異なり、Ｉｎ濃度は６．５×１０^１８ｃｍ^－３未満に抑制することとする。
ＧａＡｓインゴットの直径が１４０ｍｍ以上の場合、Ｉｎ濃度は６．０×１０^１８ｃｍ^－３以下であることが好ましい。特に、中央部１６のＩｎ濃度を６．０×１０^１８ｃｍ^－３以下とすることが好ましい。
ＧａＡｓインゴットの直径が１４０ｍｍ未満の場合、Ｉｎ濃度は２．０×１０^１８ｃｍ^－３以下であることが好ましい。特に、中央部１６のＩｎ濃度を２．０×１０^１８ｃｍ^－３以下とすることが好ましい。

結晶成長では不純物の固溶係数によって、結晶成長方向と同じ方向に不純物濃度が増加または減少することが知られており、Ｓｉ濃度とＩｎ濃度はＧａＡｓインゴットのシード側１５からテイル側１７にかけて共に増加する。後述する実施例２と実施例３において示されるように、一層高い歩留が見込めることから、ＧａＡｓインゴットの直径が１４０ｍｍ未満の場合、シード側１５と中央部１６の両方が４．０×１０^１７ｃｍ^－３以上２．０×１０^１８ｃｍ^－３以下のＩｎ濃度を有することが好ましく、この範囲であれば、平均転位密度を十分抑制することができる。

（Ｓｉ濃度に対するＩｎ濃度の比の範囲）
ＧａＡｓインゴットの直胴部１８のシード側１５および中央部１６のそれぞれにおけるＳｉ濃度に対するＩｎ濃度の比（Ｉｎ／Ｓｉ、濃度比ともいう）は０．３０以上１０．００以下とすることが好ましい。
ＧａＡｓインゴットの直径が１４０ｍｍ以上の場合、濃度比は４．５０以上１０．００以下が好ましい。
また、ＧａＡｓインゴットの直径が１４０ｍｍ未満の場合、濃度比は０．３０以上５．２０以下が好ましい。後述する実施例２と実施例３に示されるように、濃度比は１．００以上３．００以下とすることがより好ましい。

（Ｂ濃度の範囲）
ＶＧＦ法またはＶＢ法によるＧａＡｓインゴットの結晶成長においては、成長中のＡｓの乖離を防ぐため、液体封止剤として、一般にＢ_２Ｏ_３を使用する。５．０×１０^１７ｃｍ^－３以上のＳｉをドープして結晶成長する場合、ＳｉとＢの置換反応による結晶成長開始時のＳｉ濃度の制御の点から、１．０×１０^１８ｃｍ^－３以上のＢをＧａＡｓインゴットに含めることが好ましい。Ｂ濃度はより好ましくは、３．０×１０^１８ｃｍ^－３以上である。
Ｓｉ濃度を1．５×１０^１８ｃｍ^－３未満としたＶＧＦ法またはＶＢ法によるＧａＡｓインゴットの結晶成長においては、ＳｉとＢの置換反応によるＳｉ濃度の制御のため、Ｂを６．５×１０^１８ｃｍ^－３以下でＧａＡｓインゴットに含めることが好ましい。

（上記以外の元素およびそれらの濃度）
封止剤として使用するＢ_２Ｏ_３によってＧａＡｓインゴット中に混入するＢおよび酸素（Ｏ）を除き、ＳｉとＩｎ以外の元素が、ＧａＡｓ以外には添加されていないことが好ましく、ドーパントとして添加されるのはＳｉとＩｎのみであり、それ以外はドーパントとして意図して添加されていないことが好ましい。

シリコンとインジウム以外のドーパントとして考えられる元素としては、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、炭素（Ｃ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、錫（Ｓｎ）、窒素（Ｎ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、さらには、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、クロム（Ｃｒ）、アンチモン（Ｓｂ）が挙げられるが、これらの元素は、不可避的に混入される量は許容されるが、意図して添加されていないことが好ましい。
例えば、ＳＩＭＳ分析によるＧａＡｓ中のＡｌ、ＣおよびＺｎの各濃度は３．０×１０^１６ｃｍ^－３以下（ゼロを含む）であることが好ましい。それ以外のＢｅ、Ｍｇ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃｄ、ＣｒおよびＳｂの各濃度は５．０×１０^１５ｃｍ^－３以下（ゼロを含む）であることが好ましい。さらにＮの濃度は１．０×１０^１５ｃｍ^－３以下であることがより好ましい。

＜ＧａＡｓインゴットの製造方法＞
ＶＧＦ法またはＶＢ法によりシリコンドープｎ型ＧａＡｓインゴットを製造する場合、通常は多結晶原料融液としてＳｉを添加したＧａＡｓ融液と、液体封止剤としてＢ_２Ｏ_３を使用するが、本発明のＧａＡｓインゴットの製造ではＳｉの他にＩｎを添加する。以下、図２～４を参照して説明する。

（製造装置と温度制御）
図２は、本発明のＧａＡｓインゴットを製造するための製造装置の一例について、断面図を模式的に示したものである。図２に示す製造装置は、外部より真空排気および雰囲気ガス充填が可能な気密容器７と、気密容器７内の中央に配置されたルツボ３と、ルツボ３を収容保持するルツボ収納容器（サセプタ）２と、ルツボ収納容器（サセプタ）２を昇降および／または回転させる機構１４（昇降・回転ロッドのみ図示する）と、気密容器７内においてルツボ収納容器（サセプタ）２を取り囲むように装備されたヒーター１を備えている。ルツボ３は、熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ：Pyrolytic Boron Nitride）よりなるものを用いることができる。図２では、ルツボ３には、種結晶６、化合物半導体原料５、封止剤（Ｂ_２Ｏ_３）４が充填され、気密容器７内は一例として不活性ガス８が充填された状態となっている。

図３は、本発明のＧａＡｓインゴットを製造するためのルツボの一例について、断面図を模式的に示したものであり、結晶成長開始前の原料等を充填した状態に対応する。図３に示すルツボ３の中には、種結晶６とＧａＡｓ多結晶原料９と一般的なシリコンドープｎ型ＧａＡｓインゴットであればドーパント（シリコン）１０、封止剤（Ｂ_２Ｏ_３）４が充填される。封止剤（Ｂ_２Ｏ_３）４は、Ａｓの飛散や結晶成長開始時のＳｉ濃度を制御する目的で使用され、ＧａＡｓよりも密度が低く、ＧａＡｓの融点（１２３８℃）よりもかなり低い融点（４８０℃）を有するため、単結晶を成長する際に原料融液の上面を覆うことができる。本発明においては、ドーパントとして、ドーパント（シリコン）１０の他に、ドーパント（インジウム）１１が原料として充填される。

これらの充填が終了した後、不活性ガスを充填した成長炉内において、種結晶６が溶解しないように、種結晶６側の温度が低くなるようにＰＩＤ制御されたヒーターにより温度傾斜をかけながら、ＧａＡｓ多結晶原料９をＧａＡｓの融点の１２３８℃以上まで昇温させて、ＧａＡｓ多結晶原料９、ドーパント（シリコン）およびドーパント（インジウム）１１、封止剤（Ｂ_２Ｏ_３）４の全てを溶解させる。次いで、種結晶６付近の温度を上昇させ種結晶６の上部が溶解したところで、温度傾斜をかけながら全体の温度を徐々に下げることで、ＧａＡｓインゴットを得ることができる。この際、降温速度は１０℃/ｈ以下とする。図４に、結晶成長開始から結晶成長終了までのルツボ内の模式的な状態と温度傾斜の関係を示す。

（種結晶）
種結晶６のサイズは、特許文献１のように育成単結晶胴部の２５％以上の断面積を有するサイズとする必要はなく、ルツボ３の内径を径とする断面積に対して、例えば１～２０％の断面積を有していればよく、３～１７％の断面積を有していることが好ましい。成長しようとする結晶の径が１４０ｍｍ以上の場合には、種結晶６の断面積は、ルツボ内径を径とする断面積に対して２～１０％とすることができる。
種結晶６のサイズが小さくても、本発明のようにＳｉとＩｎの両方を特定範囲で含有させることで、キャリア濃度が５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下であり、かつ低転位密度なＧａＡｓインゴットを得ることができる。ルツボ３の内径は、目的とするウエハサイズよりも僅かに大きいことが好ましい。目的とするウエハサイズは、例えば２～８インチの中から適宜選択することができる。

（ドーパント）
ドーパント（シリコン）１０は、高純度Ｓｉのショットや高純度Ｓｉ基板を破砕するなどして所望の濃度となる重量をＧａＡｓ多結晶原料９中に添加する。また、ドーパント（インジウム）は、高純度Ｉｎ、インジウム化合物（例えば、高純度ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）等）を使って所望の濃度となる重量をＧａＡｓ多結晶原料９中に添加する。例えば、Ｓｉを添加する場合、ＧａＡｓ多結晶原料に対して、シリコンチャージ量を６０ｗｔｐｐｍ以上１３０ｗｔｐｐｍ以下とすることができ、ＩｎＡｓを添加する場合、ＧａＡｓ多結晶原料に対して、インジウムチャージ量を３６ｗｔｐｐｍ以上２０００ｗｔｐｐｍ以下とすることが挙げられるが、これらに限定されない。
ＧａＡｓインゴットの直径が１４０ｍｍ以上の場合、シリコンチャージ量は７０ｗｔｐｐｍ以上１３０ｗｔｐｐｍ以下が好ましく、インジウムチャージ量は７５ｗｔｐｐｍ以上２０００ｗｔｐｐｍ以下が好ましい。インジウムチャージ量は、ＩｎＡｓとして約１２５ｗｔｐｐｍ以上約３３００ｗｔｐｐｍ以下程度に相当する。
また、ＧａＡｓインゴットの直径が１４０ｍｍ未満の場合、シリコンチャージ量は６０ｗｔｐｐｍ以上９０ｗｔｐｐｍ以下が好ましく、インジウムチャージ量は３６ｗｔｐｐｍ以上６０５ｗｔｐｐｍ以下が好ましい。インジウムチャージ量は、ＩｎＡｓとして６０ｗｔｐｐｍ以上１０００ｗｔｐｐｍ以下程度に相当する。

Ｉｎの融点は１５６℃、ＩｎＡｓの融点は９４２℃であるため、ＧａＡｓの融点である１２３８℃よりかなり低い。ＧａＡｓ結晶成長開始前に、先に溶けたＩｎが種結晶６の周りに付着すると単結晶化を阻害するため、図３のように、ドーパント（インジウム）１１は種結晶６から離れた位置に入れるか、あるいはＧａＡｓ多結晶原料９の配置を工夫して容易に種結晶６の周りに付着しないようにする工夫が必要である。

前記の工夫としては、以下のうち1つ以上を用いることが好ましい。
ドーパント（インジウム）１１を、ルツボの中央（インゴットの中央部に相当する位置）よりも上に配置する。
ドーパント（インジウム）１１を、ＧａＡｓ結晶またはＧａＡｓ多結晶により製造された容器（ＧａＡｓ容器）の中に入れて、ＧａＡｓ容器が溶ける温度まで中のドーパントが容器の外に出ないようにする。
なお、ドーパント（シリコン）１０は、ルツボの中央（インゴットの中央部に相当する位置）よりも下（種結晶側）に配置することが好ましい。ドーパント（シリコン）１０をＧａＡｓ容器に入れて、ＧａＡｓ容器が溶ける温度まで中のドーパントが容器の外に出ないようにしてもよい。シリコンはＧａＡｓよりも密度が低いため、融液中、ドーパント（シリコン）が浮き上がってしまい、種結晶側のＧａＡｓ融液中のシリコン濃度が低くなって、ＧａＡｓインゴットのシード側のシリコン濃度が低くなるおそれがあるが、ＧａＡｓ容器の使用は、そのような事態を回避する上で有効である。
さらに、Ｉｎが容易に種結晶６の周りに付着しないようにするためにも、種結晶６のサイズは小さいことが好ましく、種結晶６のサイズは上記の範囲内とすることが好ましい。

（封止剤（Ｂ_２Ｏ_３））
封止剤（Ｂ_２Ｏ_３）４として、シリコン含有のものを使用することができる。シリコン濃度は１０ｗｔ％以下とすることができる。シリコンは、Ｓｉ酸化物の形態で封止剤（Ｂ_２Ｏ_３）４に含まれていてもよい。
例えば、シリコン濃度が１ｗｔ％以上７ｗｔ％以下の封止剤（Ｂ_２Ｏ_３）４を用いることができる。この場合、ＧａＡｓ結晶成長中に、封止剤（Ｂ_２Ｏ_３）４を撹拌することが好ましい。撹拌処理により、ＧａＡｓインゴット内のＳｉ濃度の変動が抑制され、キャリア濃度を低下させることができる。この処理は、特に直径１４０ｍｍ以上の直径のＧａＡｓインゴットの製造において有効である。
撹拌処理は特に限定されないが、例えば、ＧａＡｓ多結晶原料９の上に封止剤（Ｂ_２Ｏ_３）４を配置した後、撹拌手段（例えば、回転軸に所定枚数の板状の撹拌板を取り付けたもの）を封止剤（Ｂ_２Ｏ_３）４中に設置して、封止剤（Ｂ_２Ｏ_３）４を回転撹拌しながら結晶成長を行うことができる。撹拌の際、ＧａＡｓ多結晶原料９の融液と封止剤（Ｂ_２Ｏ_３）４の界面に、撹拌手段が接しないようにすることが好ましい。

上記の製造方法は一例であり、結晶成長中にＳｉ、Ｉｎ、ＢがＧａＡｓインゴット中へ取り込まれる濃度を調整するために、従来公知な方法を追加してもよい。

＜ＧａＡｓウエハ＞
本発明のＧａＡｓインゴットは、シード側と中央部のそれぞれが、２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度、１．０×１０^１７ｃｍ^－３以上６．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度、５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下のキャリア濃度および５００個／ｃｍ^２以下の平均転位密度を有しているため、このＧａＡｓインゴットの少なくともシード側から中央部までの間からウエハを切り出すことにより、２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度、１．０×１０^１７ｃｍ^－３以上６．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度、５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下のキャリア濃度および５００個／ｃｍ^２以下の平均転位密度を有するＧａＡｓウエハを得ることができる。
本発明によれば、直径１４０ｍｍ未満のＧａＡｓインゴットから、２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．０×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度、１．０×１０^１７ｃｍ^－３以上３．０×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度、５．０×１０^１７ｃｍ^－３以下のキャリア濃度および２００個／ｃｍ^２以下の平均転位密度を有するＧａＡｓウエハを得ることができる。
また、本発明によれば、直径１４０ｍｍ以上のＧａＡｓインゴットから、ＧａＡｓインゴットの直胴部のシード側と中央部が、それぞれ、２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度、１．０×１０^１８ｃｍ^－３以上６．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度、５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下のキャリア濃度および５００個／ｃｍ^２以下の平均転位密度を有するＧａＡｓウエハを得ることができる。

上述したところは、本発明の代表的な実施形態の例を示したものであって、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

（実施例１）
図２に示す構成を有する製造装置を用いて、ＧａＡｓインゴットの製造を行った。

＜ルツボへの原料の充填＞
ルツボとしてルツボ内径５８．８ｍｍ、シード部内径６．３ｍｍのＰＢＮ製のルツボを準備した。ルツボには、図３に示すように、６Ｎ（純度９９．９９９９％以上）のＧａと６ＮのＡｓを合成して作成したＧａＡｓ多結晶を破砕した３２００ｇのＧａＡｓ多結晶原料と（１００）面が結晶成長面となるように切り出したＧａＡｓ種結晶を充填した。ＧａＡｓ種結晶は直径６．０ｍｍの大きさのものを用いた。ＧａＡｓ多結晶を充填する途中で、ドーパント（シリコン）として高純度ＳｉのショットをＧａＡｓ多結晶原料に対して８０ｗｔｐｐｍ、ドーパント（インジウム）として高純度ＩｎＡｓをＧａＡｓ多結晶原料に対して１２５ｗｔｐｐｍ（Ｉｎとして７６ｗｔｐｐｍ）充填した。ＳｉとＩｎ以外に、意図して添加した不純物元素はない。
なお、粒状のドーパント（シリコン）とドーパント（インジウム）はそれぞれ、円筒状のＧａＡｓ多結晶の上下を円板状のＧａＡｓ多結晶で挟んだＧａＡｓ容器の中に入れた状態で充填し、ＧａＡｓ容器が溶ける温度までは中のドーパントがＧａＡｓ容器の外に出ないようにした。ドーパント（インジウム）はルツボの中央よりも上に配置し、ドーパント（シリコン）は、ルツボの中央よりも下の種結晶に近いところに配置した。

＜結晶成長＞
これらの原料を充填した後、封止剤であるＢ_２Ｏ_３（Ｓｉ濃度７ｗｔ％）を１２５ｇ充填した。充填後のルツボをルツボ収納容器（サセプタ）にセットした。図２に示す製造装置の内部を真空排気およびＡｒガス置換を繰り返して不活性ガス雰囲気とした後、ＶＧＦ法により単結晶を成長させた。
結晶成長工程では、まずＧａＡｓ種結晶が溶解しないように、種結晶側の温度が低くなるようにＰＩＤ制御されたヒーターにより温度傾斜をかけながらルツボ内の原料をＧａＡｓの融点の１２３８℃以上まで昇温させて融液とした。その後、種結晶の上部が溶解するように種結晶付近の温度を上昇させた後、温度傾斜をかけながら炉内全体の温度をヒーター制御により１０℃／ｈ以下の速度で降温していくことでＳｉとＩｎをドーパントとしたｎ型のＧａＡｓインゴットを成長させた。

＜評価＞
成長させたＧａＡｓインゴットの直胴部をワイヤーソーでスライスしてウエハ状にした。ウエハサイズは２インチ相当である。
ＧａＡｓインゴット直胴部の最もシード側で得られた１枚目、および当該１枚目のシード側の面と対面していた面を有するコーン部の一部を含む切れ端部分を円盤状としたもの（０枚目ともいう）をシード側（seed）として評価した。
ＧａＡｓインゴットの直胴部を各ウエハに切断した際の、図１に示すシード側からテイル側までの間の半分の位置に当たるウエハ（その位置が切断面に当たる場合はその断面を有する２枚のウエハの両方）を中央部（middle）として評価した。
ＧａＡｓインゴット直胴部の上記１枚目から数えて最終枚目の、最もテイル側で得られたウエハ、および当該最終枚目のシード側の面を介して対面していた面を有するウエハをテイル側（tail）として評価した。なお、最後の切断面は、インゴットの種結晶側と反対の端から（シード方向に）２０ｍｍの位置であり、図１のテイル側１７に当たる位置である。

スライスしたウエハまたは切れ端部分の結晶の中心を含む領域（ウエハ中心部）から、（１１０）面のへき開性を利用して、１０ｍｍ×１０ｍｍのサイズを割り取り、前述のとおりにVan der Pauw 法によるホール測定によりキャリア濃度を測定した。

ホール測定に用いたウエハまたは切れ端部分の残部を用いて、前述のとおりに前処理を行った後、ＣＡＭＥＣＡ社製の装置を使ってＳＩＭＳ分析によりＳｉ濃度、Ｉｎ濃度およびＢ濃度の測定を行った。

上記ホール測定に用いたウエハまたは切れ端部分と隣り合う（同じ切断面を介して隣り合う）ウエハの表面に対し、前述のとおりにＥＰＤを測定し、平均転位密度として評価した。

得られたＧａＡｓインゴットにおいて、シード側のウエハと中央部のウエハがいずれもキャリア濃度が５．０×１０^１７ｃｍ^－３以下であり、平均転位密度が２００個／ｃｍ^２以下の低転位密度であれば、シード側と中央部との間の全てのウエハ（全ウエハのうち５０％のウエハ）はキャリア濃度が５．０×１０^１７ｃｍ^－３以下であり、かつ平均転位密度が２００個／ｃｍ^２以下である。

（実施例２）
ＧａＡｓ多結晶原料を充填する途中で高純度ＩｎＡｓを３００ｗｔｐｐｍ、高純度シリコンのショットを８０ｗｔｐｐｍ充填した以外は実施例１と同様として、実施例２のＧａＡｓインゴットを得て評価を行った。
また、シード側（seed）、中央部(middle)、テイル側(tail)に加えて、中央部とテイル側との間（シード側から７８％）の位置のウエハについても同様の評価を行った。

（実施例３）
ＧａＡｓ多結晶原料を充填する途中で高純度ＩｎＡｓを５００ｗｔｐｐｍ、高純度シリコンのショットを８０ｗｔｐｐｍ充填した以外は実施例１と同様として、実施例３のＧａＡｓインゴットを得て評価を行った。
また、シード側（seed）、中央部(middle)、テイル側(tail)に加えて、中央部とテイル側との間（シード側から７８％）の位置のウエハについても同様の評価を行った。

（実施例４）
ルツボとしてルツボ内径１５９．９ｍｍ、シード部内径６．０～６．５ｍｍのＰＢＮ製のルツボを用い、ＧａＡｓ多結晶原料を２０，０００ｇ、高純度ＳｉのショットをＧａＡｓ多結晶原料に対して８０ｗｔｐｐｍ、高純度ＩｎＡｓをＧａＡｓ多結晶原料に対して２０００ｗｔｐｐｍ（Ｉｎとして１２１０ｗｔｐｐｍ）、封止剤であるＢ_２Ｏ_３（Ｓｉ濃度７ｗｔ％）９６５ｇ、直径６．０ｍｍの大きさのＧａＡｓ種結晶を用いたこと以外は、実施例１と同様にしてＳｉとＩｎをドーパントとしたｎ型のＧａＡｓインゴットを成長させた。
成長させたＧａＡｓインゴットの直胴部をワイヤーソーでスライスして、６インチ相当のウエハ状にしたこと以外は、実施例１と同様にして評価を行った。

（比較例１）
ＧａＡｓ多結晶原料を充填する途中で高純度シリコンのショットによりシリコンを６０ｗｔｐｐｍ充填し、高純度ＩｎＡｓを添加しなかった以外は実施例４と同様として、ＧａＡｓインゴットを得て評価を行った。

（比較例２）
ＧａＡｓ多結晶原料を充填する途中で高純度シリコンのショットによりシリコンを１００ｗｔｐｐｍ充填し、高純度ＩｎＡｓを添加しなかった以外は実施例４と同様として、ＧａＡｓインゴットを得て評価を行った。

（比較例３）
ＧａＡｓ多結晶原料を充填する途中で高純度シリコンのショットによりシリコンを２２０ｗｔｐｐｍ充填し、高純度ＩｎＡｓを添加しなかった以外は実施例４と同様として、ＧａＡｓインゴットを得て評価を行った。

（比較例４）
ＧａＡｓ多結晶原料を充填する途中で高純度シリコンのショットによりシリコンを２４０ｗｔｐｐｍ充填し、高純度ＩｎＡｓを添加しなかった以外は実施例４と同様として、ＧａＡｓ結晶を得て評価を行った。

（比較例５）
ＧａＡｓ多結晶原料を充填する途中で高純度シリコンのショットによりシリコンを８０ｗｔｐｐｍ充填し、高純度ＩｎＡｓを５０００ｗｔｐｐｍ（インジウムとして３０２６ｗｔｐｐｍ）充填したこと以外は実施例４と同様として、ＧａＡｓ結晶を得て評価を行った。

実施例１～５、比較例１～５の結果を表１に示す。

得られたＧａＡｓインゴットは、導電型としてはｎ型である。
実施例１～３は、直径１４０ｍｍ未満のＧａＡｓインゴットを製造した例であり、ＧａＡｓインゴットの直胴部のシード側のウエハと中央部のウエハの両方の測定において、各ウエハが、２.０×１０^１７ｃｍ^－３以上１.０×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度、１.０×１０^１７ｃｍ^－３以上３.０×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度を有していれば、キャリア濃度が５.０×１０^１７ｃｍ^－３以下、平均転位密度が２００個／ｃｍ^２以下であるＧａＡｓウエハ（２インチウエハ）を得ることができることが分かった。
なお、実施例１では中央部のキャリア濃度が４．８×１０^１７であるのに対し、実施例２及び３では中央部のウエハのキャリア濃度が、それぞれ、３．２×１０^１７、３．３×１０^１７であり、上記のウエハを得る上で、一層高い歩留まりが見込まれる。
実施例４は、直径１４０ｍｍ以上のＧａＡｓインゴットを製造した例であり、ＧａＡｓインゴットの直胴部のシード側のウエハと中央部のウエハの両方の測定において、各ウエハが、２.０×１０^１７ｃｍ^－３以上１.５×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度、１.０×１０^１７ｃｍ^－３以上６.０×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度を有していれば、キャリア濃度が５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下、平均転位密度が５００個／ｃｍ^２以下であるＧａＡｓウエハ（６インチウエハ）を得ることができることが分かった。

（実施例５）
ＧａＡｓ多結晶原料を充填する途中で高純度シリコンのショットによりシリコンを１００ｗｔｐｐｍ充填し、高純度ＩｎＡｓを２０００ｗｔｐｐｍ（インジウムとして１２１０ｗｔｐｐｍ）充填し、封止剤としてＢ_２Ｏ_３（Ｓｉ濃度５ｗｔ％）を用い、ＧａＡｓ単結晶成長中に封止剤を撹拌したこと以外は実施例４と同様として、ＧａＡｓ結晶を得て評価を行った。封止剤の撹拌は、ＧａＡｓ多結晶原料の上に封止剤を配置した後、回転軸に４枚の板状の撹拌板を取り付けた撹拌手段を封止剤中に設置し、撹拌手段の下端がＧａＡｓ多結晶原料の融液と封止剤の界面面に接触しないようにしながら、撹拌手段によって回転撹拌することにより行った。

（実施例６）
ＧａＡｓ多結晶原料を充填する途中で高純度シリコンのショットによりシリコンを１００ｗｔｐｐｍ充填し、高純度ＩｎＡｓを２０００ｗｔｐｐｍ（インジウムとして１２１０ｗｔｐｐｍ）充填し、封止剤としてＢ_２Ｏ_３（Ｓｉ濃度２ｗｔ％）を用いたこと以外は実施例５と同様として、ＧａＡｓ結晶を得て評価を行った。

（実施例７）
ＧａＡｓ多結晶原料を充填する途中で高純度シリコンのショットによりシリコンを１００ｗｔｐｐｍ充填し、高純度ＩｎＡｓを２５００ｗｔｐｐｍ（インジウムとして１５１３ｗｔｐｐｍ）充填し、封止剤としてＢ_２Ｏ_３（Ｓｉ濃度５ｗｔ％）を用いたこと以外は実施例５と同様として、ＧａＡｓ結晶を得て評価を行った。

実施例５～７の結果を表２に示す。表２には、実施例４の結果も再掲する。

得られたＧａＡｓインゴットは、導電型としてはｎ型である。
表２に示されるように、シリコンを含むＢ_２Ｏ_３を封止剤として使用し、ＧａＡｓ単結晶成長中に封止剤を撹拌することにより、インゴット内のＳｉ濃度の変動を抑制し、キャリア濃度の低下を図ることができることが分かった。

本発明によれば、Ｓｉと共に少量のＩｎを添加することにより、キャリア濃度が５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下であり、かつ平均転位密度が５００個／ｃｍ^２以下の低転位密度なＧａＡｓウエハが得られるＧａＡｓインゴットが提供される。また、本発明によれば、直径が１４０ｍｍ以上の大口径の場合であっても、キャリア濃度が５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下であり、平均転位密度が５００個／ｃｍ^２以下のＧａＡｓウエハが得られるＧａＡｓインゴットを提供することができ、また、直径が１４０ｍｍ未満の場合には、キャリア濃度が５．０×１０^１７ｃｍ^－３以下であり、平均転位密度が２００個／ｃｍ^２以下のＧａＡｓウエハが得られるＧａＡｓインゴットを提供することができる。

１ ヒーター
２ ルツボ収納容器（サセプタ）
３ ルツボ
４ 封止剤（Ｂ_２Ｏ_３）
５ 化合物半導体原料
６ 種結晶
７ 気密容器
８ 不活性ガス
９ ＧａＡｓ多結晶原料
１０ ドーパント（シリコン）
１１ ドーパント（インジウム）
１２ 原料融液
１３ 凝固中のＧａＡｓ結晶
１４ ルツボの昇降・回転機構
１５ ＧａＡｓインゴットのシード側
１６ ＧａＡｓインゴットの中央部
１７ ＧａＡｓインゴットのテイル側
１８ ＧａＡｓインゴットの直胴部
１９ ＧａＡｓインゴットのコーン部

Claims (22)

1. ＧａＡｓインゴットの直胴部のシード側と中央部が、それぞれ、２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度、１．０×１０^１７ｃｍ^－３以上６．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度、５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下のキャリア濃度および５００個／ｃｍ^２以下の平均転位密度を有する、ＧａＡｓインゴット。
2. 前記直胴部の中央部のインジウム濃度が６．０×１０^１８ｃｍ^－３以下である、請求項１に記載のＧａＡｓインゴット。
3. 前記直胴部のシード側と中央部のそれぞれにおけるボロン濃度が１．０×１０^１８ｃｍ^－３以上６．５×１０^１８ｃｍ^－３以下である、請求項１または２に記載のＧａＡｓインゴット。
4. 前記直胴部のシード側と中央部のそれぞれにおけるシリコン濃度に対するインジウム濃度の比が０．３０以上１０．００以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載のＧａＡｓインゴット。
5. 前記直胴部のシード側と中央部のそれぞれにおけるアルミニウム、炭素および亜鉛の各濃度が３．０×１０^１６ｃｍ^－３以下であり、ベリリウム、マグネシウム、ゲルマニウム、錫、窒素、硫黄、セレン、テルル、カドミウム、クロムおよびアンチモンの各濃度が５．０×１０^１５ｃｍ^－３以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載のＧａＡｓインゴット。
6. 直径１４０ｍｍ未満のＧａＡｓインゴットであって、ＧａＡｓインゴットの直胴部のシード側と中央部が、それぞれ、２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．０×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度、１．０×１０^１７ｃｍ^－３以上３．０×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度、５．０×１０^１７ｃｍ^－３以下のキャリア濃度および２００個／ｃｍ^２以下の平均転位密度を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載のＧａＡｓインゴット。
7. 前記直胴部の中央部のインジウム濃度が２．０×１０^１８ｃｍ^－３以下である、請求項６に記載のＧａＡｓインゴット。
8. 前記直胴部のシード側と中央部のそれぞれにおけるボロン濃度が１．０×１０^１８ｃｍ^－３以上５．０×１０^１８ｃｍ^－３以下である、請求項６または７に記載のＧａＡｓインゴット。
9. 前記直胴部のシード側と中央部のそれぞれにおけるシリコン濃度に対するインジウム濃度の比が０．３０以上５．２０以下である、請求項６～８のいずれか一項に記載のＧａＡｓインゴット。
10. 直径１４０ｍｍ以上のＧａＡｓインゴットであって、ＧａＡｓインゴットの直胴部のシード側と中央部が、それぞれ、２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度、１．０×１０^１８ｃｍ^－３以上６．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度、５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下のキャリア濃度および５００個／ｃｍ^２以下の平均転位密度を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載のＧａＡｓインゴット。
11. 前記直胴部の中央部のインジウム濃度が６．０×１０^１８ｃｍ^－３以下である、請求項１０に記載のＧａＡｓインゴット。
12. 前記直胴部のシード側と中央部のそれぞれにおけるボロン濃度が１．０×１０^１８ｃｍ^－３以上６．５×１０^１８ｃｍ^－３以下である、請求項１０または１１に記載のＧａＡｓインゴット。
13. 前記直胴部のシード側と中央部のそれぞれにおけるシリコン濃度に対するインジウム濃度の比が４．５０以上１０．００以下である、請求項１０～１２のいずれか一項に記載のＧａＡｓインゴット。
14. 縦型温度傾斜法または縦型ブリッジマン法により、ドーパントとしてシリコンを使用し、封止剤として酸化ホウ素を使用するＧａＡｓインゴットの製造方法において、
    前記ドーパントとしてシリコンと共にインジウムを使用し、
    前記ＧａＡｓインゴットの直胴部のシード側と中央部が、それぞれ、２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度および１．０×１０^１７ｃｍ^－３以上６．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度を有するＧａＡｓインゴットとする、ＧａＡｓインゴットの製造方法。
15. 前記ドーパントとしてシリコンとインジウムのみを使用する、請求項１４に記載のＧａＡｓインゴットの製造方法。
16. シリコンチャージ量がＧａＡｓ原料に対して６０ｗｔｐｐｍ以上１３０ｗｔｐｐｍ以下であり、インジウムチャージ量がＧａＡｓ原料に対して３６ｗｔｐｐｍ以上２０００ｗｔｐｐｍ以下である、請求項１４または１５に記載のＧａＡｓインゴットの製造方法。
17. 前記封止剤がシリコンを１ｗｔ％以上７ｗｔ％以下で含む酸化ホウ素であり、ＧａＡｓ単結晶の成長途中で撹拌される、請求項１４～１６のいずれか一項に記載のＧａＡｓインゴットの製造方法。
18. 直径１４０ｍｍ未満のＧａＡｓインゴットの製造方法であり、シリコンチャージ量がＧａＡｓ原料に対して６０ｗｔｐｐｍ以上９０ｗｔｐｐｍ以下、インジウムチャージ量がＧａＡｓ原料に対して３６ｗｔｐｐｍ以上６０５ｗｔｐｐｍ以下である、請求項１４～１７のいずれか一項に記載のＧａＡｓインゴットの製造方法。
19. 直径１４０ｍｍ以上のＧａＡｓインゴットの製造方法であり、シリコンチャージ量がＧａＡｓ原料に対して７０ｗｔｐｐｍ以上１３０ｗｔｐｐｍ以下、インジウムチャージ量がＧａＡｓ原料に対して７５ｗｔｐｐｍ以上２０００ｗｔｐｐｍ以下である、請求項１４～１７のいずれか一項に記載のＧａＡｓインゴットの製造方法。
20. ２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度、１．０×１０^１７ｃｍ^－３以上６．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度、５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下のキャリア濃度および５００個／ｃｍ^２以下の平均転位密度を有するＧａＡｓウエハ。
21. 直径１４０ｍｍ未満のＧａＡｓウエハであって、２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．０×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度、１．０×１０^１７ｃｍ^－３以上３．０×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度、５．０×１０^１７ｃｍ^－３以下のキャリア濃度および２００個／ｃｍ^２以下の平均転位密度を有する、請求項２０記載のＧａＡｓウエハ。
22. 直径１４０ｍｍ以上のＧａＡｓウエハであって、ＧａＡｓインゴットの直胴部のシード側と中央部が、それぞれ、２．０×１０^１７ｃｍ^－３以上１．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のシリコン濃度、１．０×１０^１８ｃｍ^－３以上６．５×１０^１８ｃｍ^－３未満のインジウム濃度、５．５×１０^１７ｃｍ^－３以下のキャリア濃度および５００個／ｃｍ^２以下の平均転位密度を有する、請求項２０記載のＧａＡｓウエハ。

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