JP4092387B2

JP4092387B2 - GaAs single crystal, manufacturing method thereof, and manufacturing apparatus thereof

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Publication number: JP4092387B2
Application number: JP09320299A
Authority: JP
Inventors: 剛山田; 隆一鳥羽
Original assignee: Dowa Electronics Materials Co Ltd
Current assignee: Dowa Electronics Materials Co Ltd
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JP2000281500A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体封止引上げ法（以下「ＬＥＣ（Liquid Encapsulated Czochralski methd ）法」という。）によって製造されるＧａＡｓ単結晶及びその製造方法並びにその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＡｓ単結晶は、電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ（Field Effect Transistor ）という。）や集積回路（以下「ＩＣ（Integrated Circuit）という。）等の高速、高周波デバイス用の基板材料として広く使用されている。このＧａＡｓ単結晶の製造方法のひとつにＬＥＣ法がある。このＬＥＣ法によってＧａＡｓ単結晶を製造する場合は、例えば、次のようにして製造される。
【０００３】
まず、るつぼに結晶原料や封止剤等の結晶製造材料を収容する。その後、るつぼを高圧引上げ炉内に収容する。その後、炉内の雰囲気ガスをＡｒガスで置換するとともに、炉内の圧力をＡｒガスで所定の値まで上げる。その後、るつぼに収容されている結晶製造材料を加熱することによって、ＧａＡｓ多結晶を合成する。その後、さらに加熱を行い、原料融液（ＧａＡｓ融液）を作る。その後、この原料融液を封止剤融液で覆った状態で、この原料融液の表面に種結晶を接触させて、この種結晶およびまたは原料融液を回転させつつ（両者を回転させる際は、逆方向回転とする。）引き上げながら冷却固化することによって、ＧａＡｓ単結晶を製造する。以上が、ＬＥＣ法によってＧａＡｓ単結晶を製造する場合の一例である。
【０００４】
このＬＥＣ法によってＧａＡｓ単結晶を製造する装置では、炉内に発熱体や断熱材が配設されている。これらは、グラファイト等のカーボン材で構成されている。このカーボン材を用いた装置では、製造されたＧａＡｓ単結晶中に、炭素が不純物として混入すると考えられていた。結晶中に混入した炭素は、浅いアクセプタとして作用する。この場合、炭素濃度の高低がＧａＡｓ単結晶の電気特性や、イオンの注入後の活性化率に大きな影響を及ぼす。
【０００５】
ＧａＡｓ単結晶から形成されたＧａＡｓ基板に要求される電気特性は、この基板が使用される素子の種類によって異なる。しかし、どのような素子に使用されるにしろ、ＧａＡｓ基板の元となるＧａＡｓ単結晶には、上部から下部まで希望する炭素濃度をばらつくことなく均一に、かつ、再現性よく設定できることが望まれる。
【０００６】
ＬＥＣ法では、ＧａＡｓ単結晶中の炭素は、炉内の雰囲気ガス中の一酸化炭素（以下「ＣＯ」という。）から供給されると考えられる。このため、従来は、結晶成長中に、炉内の雰囲気ガス中のＣＯ濃度を結晶中の炭素濃度の目標値に対応する値に設定することにより、結晶中の炭素濃度の均一性と、この均一性の再現性との確保を図るようになっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成では、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度が不均一となり、結晶上部程、目標値より低くなるという問題があった。これは、原料融液中の炭素濃度が目標値に達するまで、数時間から数十時間かかるからであると考えられる。
【０００８】
すなわち、炉内のＣＯガスは、封止剤融液という中間介在物を経由して原料融液中に取り込まれるため、原料融液中の炭素濃度と炉内のＣＯ濃度とが平衡状態に達するまでは、数時間から数十時間かかる。これにより、原料融液中の炭素濃度が目標値に達するまでは、数時間から数十時間かかる。その結果、上記構成では、結晶中の炭素濃度が結晶上部で目標値より低くなってしまうわけである。
【０００９】
この問題を解決するためには、原料融液中の炭素濃度が目標値に達した後に、ＧａＡｓ単結晶の成長処理を開始するようにすればよい。
【００１０】
しかしながら、このような構成では、原料融液中の炭素濃度が目標値に達するまでの時間が長い場合、ＧａＡｓ単結晶の製造時間が長くなるという問題が新たに発生する。
【００１１】
この問題を解決するためには、原料融液中の炭素濃度が目標値に達するまで、炉内のＣＯ濃度をＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度の目標値に対応する値より高くすることが考えられる。
【００１２】
しかしながら、このような構成であっても、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度として、例えば、２．０Ｅ＋１５ｃｍ^−３以上の高炭素濃度が要求される場合は、原料融液中の炭素濃度が目標値に達するまでの時間が数十時間と長くなる。このため、結晶上部においても炭素濃度が目標値に設定されたＧａＡｓ単結晶を短時間に製造することができない。
【００１３】
そこで、本発明は、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度として、高炭素濃度が要求される場合であっても、結晶上部においても炭素濃度が目標値に設定されたＧａＡｓ単結晶およびこの単結晶を短時間に製造することができる製造方法並びに製造装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の発明者らは、封止剤融液を攪拌することにより、炉内の雰囲気ガスと原料融液との間接的な接触頻度を高め、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度として、高炭素濃度が要求される場合であっても、原料融液中の炭素濃度を目標値に設定するまでの時間を短縮することを試みた。実験の結果、このような構成によれば、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度として、高炭素濃度が要求される場合であっても、原料融液中の炭素濃度を短時間に目標値に達成できることがわかった。
【００１５】
そこで、請求項１記載のＧａＡｓ単結晶の製造方法は、るつぼに収容された結晶原料と封止材とを炉内で加熱することによって融解し、原料融液を封止剤融液で覆った状態で、原料融液に種結晶を接触させて、原料融液を回転させつつ引き上げながら冷却固化することによってＧａＡｓ単結晶を製造する方法であって、結晶原料が融解した後、ＧａＡｓ単結晶を引き上げる前に、炉内にＣＯガスを供給し、この状態で、封止剤溶液を攪拌することによって、ＣＯを封止剤融液へ混入させることを特徴とする。
【００１６】
この請求項１記載の方法では、結晶原料が融解した後、ＧａＡｓ単結晶を引き上げる前に、炉内にＣＯガスが供給される。そして、この状態で、封止剤融液が攪拌される。これにより、封止剤融液に対するＣＯの混入が促進される。その結果、ＣＯを含む封止剤融液と原料融液との反応による封止剤融液から原料融液への炭素の移動が促進される。これにより、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度として、高炭素濃度が要求される場合であっても、原料融液中の炭素濃度が短時間に目標値まで達成される。その結果、結晶上部においても炭素濃度が目標値に設定されたＧａＡｓ単結晶が短時間に製造される。
【００１７】
請求項２記載のＧａＡｓ単結晶の製造方法は、請求項１記載の方法において、ＧａＡｓ単結晶の炭素濃度が２．０Ｅ＋１５ｃｍ^−３以上であることを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載のＧａＡｓ単結晶の製造装置は、るつぼに収容された結晶原料と封止材とを炉内で加熱することによって融解し、原料融液を封止剤融液で覆った状態で、原料融液に種結晶を接触させて、原料融液を回転させつつ引き上げながら冷却固化することによってＧａＡｓ単結晶を製造する装置であって、結晶原料が融解した後、炉の内部にＣＯガスを供給するＣＯガス供給手段と、結晶原料が融解した後、ＧａＡｓ単結晶を成長させる前に、封止剤融液を攪拌することにより、ＣＯを封止剤融液に混入させる攪拌手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
この請求項３記載の装置では、請求項１記載の方法を使って、ＧａＡｓ単結晶が製造される。これにより、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度として、高濃度が要求される場合であっても、結晶上部において、炭素濃度が目標値まで設定されたＧａＡｓ単結晶が短時間に製造される。
【００２０】
請求項４記載のＧａＡｓ単結晶の製造装置は、請求項４記載の装置において、請求項２記載の方法と同様に、ＧａＡｓ単結晶の炭素濃度が２．０Ｅ＋１５ｃｍ^−３以上であることを特徴とする。
【００２１】
請求項５記載のＧａＡｓ単結晶は、ＬＥＣ法により製造され、結晶上端部から１００ｍｍ以内の炭素濃度が２．０Ｅ＋１５ｃｍ^−３以上であることを特徴とする。
【００２２】
この請求５記載のＧａＡｓ単結晶では、単結晶の上部から下部まで均一な炭素濃度を有するＧａＡｓ単結晶が得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
［１］第１の実施の形態
［１−１］ＧａＡｓ単結晶の製造装置の構成
図１は、本発明に係るＧａＡｓ単結晶の製造装置の第１の実施の形態の構成を示す断面図である。但し、図では、図が煩雑になるのを避けるために、断面を示す斜線を高圧引上げ炉についてだけ付す。
【００２５】
図において、１１は、高圧引上げ炉を示し、１２は、るつぼを示す。このるつぼ１２は、高圧引上げ炉１１の外部で、結晶製造材料を収容された後、高圧引上げ炉１１の内部に配設された容器１３に収容される。このるつぼ１２としては、例えば、ｐＢＮ（熱分解窒化ホウ素）製のるつぼが用いられる。また、結晶製造材料としては、結晶原料や封止剤等がある。結晶原料としては、ＧａとＡｓとが用いられる。
【００２６】
上記容器１３は、例えば、グラファイトによって構成されている。この容器１３は、中央部で、るつぼ軸１４に支持されている。このるつぼ軸１４は、鉛直方向に延在されている。また、このるつぼ軸１４は、高圧引上げ炉１１の外部に配設された回転昇降機構１５により、回転駆動されるとともに、昇降駆動されるようになっている。この場合は、るつぼ軸１４は、常に、同一方向に回転駆動されるようになっている。
【００２７】
容器１３の周囲には、るつぼ１２に収容されている結晶製造材料を加熱するためのヒータ１６が配設されている。このヒータ１６は、例えば、グラファイト等のカーボン材によって構成されている。このヒータ１６の周囲と容器１２の上方及び下方には、フェルト製の断熱材１７が配設されている。この断熱材１７は、例えば、グラファイト等のカーボン材によって構成されている。
【００２８】
容器１３に収容されたるつぼ１２の上方には、ＧａＡｓ単結晶を引き上げるための結晶軸１８が配設されている。この結晶軸１８は、るつぼ軸１４と同軸的に配設されている。この結晶軸１８の下端部には、ＧａＡｓ単結晶の結晶方位を決定する種結晶１９が取り付けられている。さらに、この結晶軸１８は、高圧引上げ炉１１の外部に配設された回転昇降機構２０によって、回転駆動されるとともに、昇降駆動されるようになっている。
【００２９】
るつぼ１２の上方には、さらに、封止剤融液を攪拌するための攪拌治具２１が配設されている。この攪拌治具２１は、例えば、Ｔ字状に形成され、攪拌羽部２１１と攪拌軸２１２とを有する。そして、この攪拌治具２１は、攪拌羽部２１１が下方に位置し、攪拌軸２１２が結晶軸１８と平行になるように配設されている。これにより、この攪拌軸２１２は、るつぼ１２の中心から偏位した位置に位置決めされることになる。攪拌治具２１は、高圧引上げ炉１１の外部に配設された回転昇降機構２２により回転駆動されるとともに、昇降駆動されるようになっている。この場合、攪拌治具２１は、例えば、所定の周期で、反対方向に交互に回転駆動されるようになっている。なお、るつぼ１２の回転を利用すれば攪拌できるので、攪拌治具２１は昇降だけで、そのものが回転しない構造でもよい。
【００３０】
高圧引上げ炉１１の上部には、炉１１内に純Ａｒガスと、ＣＯガスとを導入するためのガス導入管２３が取り付けられている。高圧引上げ炉１１の下部には、この炉１１内の雰囲気ガスを排出するための排気管２４が取り付けられている。この排気管２４には、ＣＯ濃度測定用のＣＯ濃度計２５が挿入されている。
【００３１】
［１−２］ＧａＡｓ単結晶の製造装置の動作
次に、上述したＧａＡｓ単結晶の製造装置の動作を説明する。
【００３２】
ＧａＡｓ単結晶の製造を開始する前は、図１に示すように、結晶軸１８と攪拌治具２１とが上方に待避させられている。
【００３３】
このような状態で、まず、高圧引上げ炉１１の外部で、るつぼ１３に結晶製造材料を収容される。次に、この結晶製造材料が収容されたるつぼ１３が、高圧引上げ炉１１内の容器１３に収容される。次に、炉１１内の雰囲気ガスが純Ａｒガスにより置換されるとともに、炉１１内の圧力が所定値まで高められる。
【００３４】
炉１１内の圧力が所定値まで高められると、ヒータ１５によって、るつぼ１２に収容されている結晶製造材料が加熱される。これにより、結晶原料と封止剤とが融解される。その結果、封止剤融液と、ＧａとＡｓとが合成された原料融液とが形成される。この場合、図２に示すように、比重の関係で、原料融液４１が液体封止剤４２の下に位置決めされる。これにより、原料融液４１が封止剤融液４２によって覆われる。
【００３５】
結晶原料等が融解すると、炉１１内の純ＡｒガスへＣＯガスを所定量混入させる。但し、炉１１内の圧力は、そのまま所定値に保持される。この場合、炉１１内のＣＯ濃度は、原料融液４１中の炭素濃度の目標値に対応する値に設定される。炉１１内のＣＯ濃度が目標値に設定されると、回転昇降機構２２によって、攪拌治具２１が下降駆動される。この下降駆動は、図３に示すように、攪拌羽部２１１が封止剤融液４２に浸漬するまで行われる。攪拌羽部２１１が封止剤融液４２に浸漬すると、回転昇降機構２２によって、攪拌治具２１が回転駆動される。
【００３６】
これにより、封止剤融液４２が攪拌される。その結果、封止剤融液４２に対する炉１１内の雰囲気ガス中のＣＯの混入が促進される。これにより、ＣＯを含む封止剤融液４２と原料融液４１との間で、封止剤融液４２から原料融液４１への炭素の移動が促進される。その結果、結晶中の炭素濃度として、例えば、２．０Ｅ＋１５ｃｍ^−３以上の高い炭素濃度が要求される場合であっても、原料融液４１中の炭素濃度が短時間に目標値に設定される。
【００３７】
原料融液４１中の炭素濃度が目標値に達すると、回転昇降機構２０によって結晶軸１８が下降させられ、種結晶１９が原料融液４１に接触させられる。次に、結晶軸１８が回転昇降機構２０によって所定の速度で回転駆動されるとともに、例えば、所定の速度で上昇駆動される。また、るつぼ１２が回転昇降機構１５によって回転駆動される。これらの駆動により、原料融液４１が回転しつつ、例えば、徐々に引き上げられる。これにより、原料融液４１が冷却固化される。その結果、図４に示すように、ＧａＡｓ単結晶４３が徐々に成長させられる。
【００３８】
なお、この結晶成長中は、原料融液４１からＧａＡｓ単結晶４３への炭素の偏析係数とＧａＡｓ単結晶４３の固化率とに基づいて、炉１１内のＣＯ濃度が徐々に高められる。これは、結晶全体にわたって、均一な炭素濃度を設定するためである。
【００３９】
すなわち、ＧａＡｓ単結晶４３が成長する場合は、原料融液４１中の炭素がＧａＡｓ単結晶４３の方に偏析する。この偏析により、ＧａＡｓ単結晶４３の成長中に、炉１１内のＣＯ濃度を一定値に設定する構成では、ＧａＡｓ単結晶４３の成長とともに、原料融液４１中の炭素濃度が徐々に低下する。その結果、ＧａＡｓ単結晶４３中の炭素濃度は上部から下部にかけて徐々に低下する。
【００４０】
これに対し、ＧａＡｓ単結晶４３の成長中に、原料融液４１からＧａＡｓ単結晶４３への炭素の偏析係数とＧａＡｓ単結晶４３の固化率とに基づいて、炉１１内のＣＯ濃度を徐々に高める構成によれば、原料融液４１中の炭素濃度の低下が防止される。その結果、全域にわたって炭素濃度が均一に設定されたＧａＡｓ単結晶４３が得られる。
【００４１】
なお、このＣＯ濃度を徐々に高める制御も、ＣＯ濃度計２５の測定結果に基づいて行われる。
【００４２】
［１−３］効果
以上詳述した本実施の形態によれば、次のような効果を得ることができる。
【００４３】
（１）まず、本実施の形態によれば、結晶原料が融解した後、ＧａＡｓ単結晶４３を成長させる前に、炉１１内にＣＯガスを供給しながら、封止剤融液４２が攪拌される。これにより、原料融液４１に対するＣＯの混入を促進することができる。その結果、ＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度として、高い炭素濃度が要求される場合であっても、結晶上部において炭素濃度が目標値に設定されたＧａＡｓ単結晶を短時間に製造することができる。
【００４４】
（２）また、本実施の形態によれば、封止剤融液４２を攪拌する場合、攪拌治具２１が交互に反対方向に回転駆動される。これにより、封止剤融液４２の攪拌効率を高めることができる。
【００４５】
（３）さらに、本実施の形態によれば、封止剤融液４２を攪拌する場合、るつぼ１２が回転駆動される。これにより、封止剤融液４２の攪拌効率を高めることができる。
【００４６】
［２］第２の実施の形態
図４は、本発明に係るＧａＡｓ単結晶の製造装置の第２の実施の形態の構成を示す断面図である。なお、図４において、先の図１に示す構成要素とほぼ同一機能を果たす構成要素には、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４７】
先の実施の形態では、攪拌治具２１を結晶軸１８から偏移した位置に設ける場合を説明した。これに対し、本実施の形態では、図４に示すように、攪拌治具３１を結晶軸１８と同軸的に設けるようにしたものである。
【００４８】
図４には、攪拌治具３１を２つのＬ字状の攪拌部材３１１，３１２で構成する場合を示す。これらは、結晶軸１８を挟むように設けられている。これにより、攪拌治具３１が結晶軸１８と同軸的に設けられる。なお、攪拌部材３１１，３１２は、回転昇降機構３２により回転駆動されるとともに、昇降駆動される。この回転昇降機構３２は、結晶軸１８の回転、昇降機能も有する。すなわち、この回転昇降機構３２は、図１に示す２つの回転昇降機構２０，２２の機能を有する。
【００４９】
このような構成においても、先の実施の形態とほぼ同じようにして封止剤融液４２を攪拌することができるので、この実施の形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００５０】
［３］第３の実施の形態
図５は、本発明に係るＧａＡｓ単結晶の製造装置の第３の実施の形態の構成を示す断面図である。なお、図５において、先の図１に示す構成要素とほぼ同一機能を果たす構成要素には、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５１】
先の第１、第２の実施の形態では、攪拌治具２１，２２を回転駆動することにより、封止剤融液４２を攪拌する場合を説明した。言い換えれば、攪拌治具２１，２２を動かすことにより、封止剤融液４２を攪拌する場合を説明した。これに対し、本実施の形態では、攪拌治具３３を静止させたまま、封止材融液４２を攪拌するようにしたものである。
【００５２】
図５には、攪拌治具３３を２つの邪魔板３３１，３３２で構成する場合を示す。これらは、封止剤融液４２中に位置するように、例えば、ヒートシールド部材３４を介して上部側の断熱部材１７に取り付けられている。
【００５３】
このような構成においても、容器１３の回転に伴って邪魔板３３１，３３２によって封止剤融液４２を攪拌することができる。これにより、先の実施の形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００５４】
［４］その他の実施の形態
以上、本発明の３つの実施の形態を詳細に説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。
【００５５】
（１）例えば、先の実施の形態では、封止剤融液４２の攪拌期間に、炉１１内のＣＯ濃度を原料融液４１中の炭素濃度の目標値に対応する値に設定する場合を説明した。しかしながら、本発明は、この対応値より大きな値に設定するようにしてもよい。このような構成によれば、先の実施の形態より、原料融液４１中の炭素濃度が目標値を達成する時間を短縮することができる。
【００５６】
（２）また、本発明は、炉１１内のＣＯ濃度を上記対応値より小さな値に設定するようにしてもよい。このような構成であっても、本発明によれば、封止剤融液４２中のＣＯ濃度を炉１１内のＣＯ濃度より高めることができる。これにより、炉１１内のＣＯ濃度の値によっては、従来より、原料融液４１中の炭素濃度が目標値を達成する時間を短縮することができる。
【００５７】
（３）さらに、本発明は、攪拌期間中に、炉１１内のＣＯ濃度を一定値に保持するだけでなく、変化させるようにしてもよい。例えば、攪拌期間の初めの方では、炉１１内のＣＯ濃度を上記対応値より高くし、その後は、徐々に低くするか、あるいは、初めの値より低い一定値に保持するようにしてもよい。このような構成によれば、原料融液４１中の炭素濃度を迅速に目標値付近まで立ち上げた後、徐々に目標値に収束させることができる。
【００５８】
（４）この他にも、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々様々変形実施可能なことは勿論である。
【００５９】
【実施例】
ここで、本発明のより具体的な実施例とその比較例とを説明する。
【００６０】
（１）実施例
本実施例では、まず、結晶製造材料（出発材料）をるつぼ１２に収容した。この場合、結晶原料としては、Ｇａ４０００ｇとＡｓ４４００ｇとを収容した。また、封止剤としては、液体封止剤を収容した。この液体封止剤としては、含有水分量２００ｐｐｍのＢ_２Ｏ_３を収容した。その後、るつぼ１２を炉１１内の容器１３に収容した。その後、炉１１内の雰囲気ガスを純Ａｒガスで置換するとともに、この純Ａｒガスによって炉１１内の圧力を３７ｋｇｆ／ｃｍ^２以上まで高めた。その後、結晶製造材料をヒータ１６で加熱することにより、封止剤融液４２を作るとともに、ＧａとＡｓとを合成し、原料融液（ＧａＡｓ融液）４１を作った。その後、炉１１内にＣＯガスを導入し、炉１１内のＣＯ濃度を１００００ｐｐｍに設定した。
【００６１】
その後、攪拌治具２１の攪拌羽部２１１を封止剤融液（Ｂ_２Ｏ_３融液）４２に浸漬し、回転させることにより、封止剤融液４２を攪拌した。この場合、攪拌効率を高めるために、攪拌治具２１を反対方向に交互に回転させるとともに、るつぼ１２を５〜５０ｒｐｍで回転させた。この攪拌により、原料融液４１の炭素濃度を目標値に設定することができた。これにより、攪拌を行わない場合より、原料融液４１の炭素濃度を目標値に設定する時間を数時間から数十時間短縮することができた。
【００６２】
その後、攪拌治具２１を上部に待避させつつ、種結晶１９を降下させ、原料融液４１に接触させた。その後、種結晶１９を１〜２０ｍｍ／ｈｒで上昇させるとともに、３〜１０ｒｐｍで回転させ、かつ、るつぼ１２を５〜５０ｒｐｍで回転させた。これにより、成長速度１〜２０ｍｍ／ｈｒで、直径８０ｍｍ、長さ２６０ｍｍのＧａＡｓ単結晶４３を成長させた。このＧａＡｓ単結晶４３を図６に示す。
【００６３】
この場合、ＧａＡｓ単結晶４３の全域にわたって２〜３Ｅ＋１５ｃｍ^−３の炭素濃度が設定されるように、結晶４３の成長中に、炉１１内のＣＯ濃度を徐々に高めるようにした。
【００６４】
図７は、本実施例によって製造されたＧａＡｓ単結晶４３中の炭素濃度の測定結果を示す特性図である。図７において、横軸は、形成されたＧａＡｓ単結晶３４の上端からの距離（単位はｍｍ）を示し、縦軸は、炭素濃度（単位はｐｐｍ）を示す。また、特性曲線Ｃ２は、ＧａＡｓ結晶４３中の炭素濃度の測定結果を示す。図示のごとく、本実施例では、ＧａＡｓ単結晶３１の全域にわたり、約２〜３Ｅ＋１５ｃｍ^−３の炭素濃度が設定されている。
【００６５】
（２）比較例
本比較例は、攪拌処理を実行しない点と、反応時間を上述した実施例より約４倍長くした点とを除けば、上述した実施例とほぼ同じである。
【００６６】
図８は、本比較例により製造されたＧａＡｓ単結晶４３中の炭素濃度の測定結果を図７と同じようにして示す図である。図示のごとく、本比較例では、反応時間を実施例の４倍に設定したにもかかわらず、ＧａＡｓ単結晶４３の上部（上端から１００ｍｍくらいまでの部分）で、炭素濃度が目標値より低くなった。これにより、本比較例では、上部から下部まで２〜３Ｅ＋１５ｃｍ^−３の炭素濃度を有するＧａＡｓ単結晶４３を得ることができなかった。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１または２記載のＧａＡｓ単結晶の製造方法および請求項３または４記載のＧａＡｓ単結晶の製造装置よれば、結晶原料が融解した後、ＧａＡｓ単結晶を成長させる前に、高圧引上げ炉内にＣＯガスを供給しながら、封止剤融液が攪拌される。これにより、結晶中の炭素濃度として、高い炭素濃度が要求される場合であっても、結晶上部の炭素濃度が目標値に設定されたＧａＡｓ単結晶を短時間で製造することができる。
【００６８】
また、請求項５記載のＧａＡｓ単結晶によれば、結晶の上部から下部まで炭素濃度が均一なＧａＡｓ単結晶が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＧａＡｓ単結晶の製造装置の第１の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における攪拌処理を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における結晶成長処理を説明するための図である。
【図４】本発明に係るＧａＡｓ単結晶の製造装置の第２の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図５】本発明に係るＧａＡｓ単結晶の製造装置の第３の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施例によって製造されたＧａＡｓ単結晶のサイズを示す図である。
【図７】本発明の一実施例によって製造されたＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度を示す特性図である。
【図８】本発明の一実施例と比較される比較例によって製造されたＧａＡｓ単結晶中の炭素濃度を示す特性図である。
【符号の説明】
１１…高圧引上げ炉、１２…るつぼ、１３…容器、１４…るつぼ軸、１５，２０，２２，３２…回転昇降機構、１６…ヒータ、１７…断熱材、１８…結晶軸、１９…種結晶、２１，３１，３３…攪拌治具、２３…ガス導入管、２４…排気管、２５…ＣＯ濃度計。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a GaAs single crystal manufactured by a liquid sealing pulling method (hereinafter referred to as “LEC (Liquid Encapsulated Czochralski methd) method”), a manufacturing method thereof, and a manufacturing apparatus thereof.
[0002]
[Prior art]
GaAs single crystals are widely used as substrate materials for high-speed, high-frequency devices such as field effect transistors (hereinafter referred to as “FET (Field Effect Transistor)”) and integrated circuits (hereinafter referred to as “IC (Integrated Circuit)”). One of the methods for producing this GaAs single crystal is the LEC method, which is produced, for example, in the following manner.
[0003]
First, a crystal production material such as a crystal raw material or a sealant is accommodated in a crucible. Thereafter, the crucible is accommodated in a high pressure pulling furnace. Thereafter, the atmospheric gas in the furnace is replaced with Ar gas, and the pressure in the furnace is increased to a predetermined value with Ar gas. Then, the GaAs polycrystal is synthesized by heating the crystal manufacturing material accommodated in the crucible. Thereafter, further heating is performed to produce a raw material melt (GaAs melt). Thereafter, with the raw material melt covered with the sealant melt, the seed crystal is brought into contact with the surface of the raw material melt, and the seed crystal and / or the raw material melt is rotated (when both are rotated). Is rotated in the reverse direction.) A GaAs single crystal is produced by cooling and solidifying while pulling up. The above is an example of manufacturing a GaAs single crystal by the LEC method.
[0004]
In an apparatus for producing a GaAs single crystal by this LEC method, a heating element and a heat insulating material are disposed in a furnace. These are made of a carbon material such as graphite. In the apparatus using this carbon material, it was thought that carbon was mixed as an impurity in the manufactured GaAs single crystal. Carbon mixed in the crystal acts as a shallow acceptor. In this case, the level of the carbon concentration greatly affects the electrical characteristics of the GaAs single crystal and the activation rate after ion implantation.
[0005]
The electrical characteristics required for a GaAs substrate formed from a GaAs single crystal vary depending on the type of element in which the substrate is used. However, whatever element is used, it is desired that the GaAs single crystal that is the base of the GaAs substrate can be set uniformly and with good reproducibility without variation in the desired carbon concentration from the top to the bottom. .
[0006]
In the LEC method, it is considered that carbon in the GaAs single crystal is supplied from carbon monoxide (hereinafter referred to as “CO”) in the atmospheric gas in the furnace. Therefore, conventionally, during the crystal growth, by setting the CO concentration in the atmospheric gas in the furnace to a value corresponding to the target value of the carbon concentration in the crystal, the uniformity of the carbon concentration in the crystal and this It was designed to ensure uniformity and reproducibility.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a configuration has a problem that the carbon concentration in the GaAs single crystal becomes non-uniform, and the upper portion of the crystal becomes lower than the target value. This is considered because it takes several hours to several tens of hours until the carbon concentration in the raw material melt reaches the target value.
[0008]
That is, since the CO gas in the furnace is taken into the raw material melt via an intermediate inclusion called a sealant melt, the carbon concentration in the raw material melt and the CO concentration in the furnace reach an equilibrium state. Takes several hours to tens of hours. Thereby, it takes several hours to several tens of hours until the carbon concentration in the raw material melt reaches the target value. As a result, in the above configuration, the carbon concentration in the crystal becomes lower than the target value in the upper part of the crystal.
[0009]
In order to solve this problem, the growth treatment of the GaAs single crystal may be started after the carbon concentration in the raw material melt reaches the target value.
[0010]
However, in such a configuration, when the time until the carbon concentration in the raw material melt reaches the target value is long, a new problem arises that the manufacturing time of the GaAs single crystal becomes long.
[0011]
In order to solve this problem, it is considered that the CO concentration in the furnace is made higher than the value corresponding to the target value of the carbon concentration in the GaAs single crystal until the carbon concentration in the raw material melt reaches the target value. .
[0012]
However, even in such a configuration, when a high carbon concentration of, for example, 2.0E + 15 cm ⁻³ or more is required as the carbon concentration in the GaAs single crystal, the carbon concentration in the raw material melt becomes the target value. The time to reach will be several tens of hours. For this reason, a GaAs single crystal whose carbon concentration is set to a target value cannot be manufactured in a short time even in the upper part of the crystal.
[0013]
Therefore, the present invention provides a GaAs single crystal whose carbon concentration is set to a target value even in the upper part of the crystal even when a high carbon concentration is required as the carbon concentration in the GaAs single crystal. It aims at providing the manufacturing method and manufacturing apparatus which can be manufactured in time.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the inventors of the present invention increase the frequency of indirect contact between the atmospheric gas in the furnace and the raw material melt by stirring the sealant melt, and in the GaAs single crystal. Even when a high carbon concentration is required as the carbon concentration, an attempt was made to shorten the time until the carbon concentration in the raw material melt was set to the target value. As a result of the experiment, according to such a configuration, even if a high carbon concentration is required as the carbon concentration in the GaAs single crystal, the carbon concentration in the raw material melt can be achieved to the target value in a short time. I understood.
[0015]
Therefore, in the method for producing a GaAs single crystal according to claim 1, the crystal raw material and the sealing material accommodated in the crucible are melted by heating in a furnace, and the raw material melt is covered with the sealant melt. In this state, a seed crystal is brought into contact with the raw material melt, and is cooled and solidified while being pulled up while rotating the raw material melt. After the crystal raw material is melted, the GaAs single crystal is Before pulling up, CO gas is supplied into the furnace, and in this state, the sealant solution is stirred to mix CO into the sealant melt.
[0016]
In the method according to claim 1, after the crystal raw material is melted, the CO gas is supplied into the furnace before the GaAs single crystal is pulled up. In this state, the sealant melt is stirred. Thereby, the mixing of CO into the sealant melt is promoted. As a result, the movement of carbon from the sealant melt to the raw material melt by the reaction between the sealant melt containing CO and the raw material melt is promoted. Thereby, even if a high carbon concentration is required as the carbon concentration in the GaAs single crystal, the carbon concentration in the raw material melt is achieved to the target value in a short time. As a result, a GaAs single crystal in which the carbon concentration is set to the target value is also produced in a short time in the upper part of the crystal.
[0017]
The method for producing a GaAs single crystal according to claim 2 is characterized in that, in the method according to claim 1, the carbon concentration of the GaAs single crystal is 2.0E + 15 cm ⁻³ or more.
[0018]
The apparatus for producing a GaAs single crystal according to claim 3 melts the crystal raw material and the sealing material accommodated in the crucible by heating in a furnace, and covers the raw material melt with the sealant melt. An apparatus for producing a GaAs single crystal by bringing a seed crystal into contact with the raw material melt and cooling and solidifying it while rotating the raw material melt, and after the crystal raw material has melted, A CO gas supply means for supplying CO and a stirring means for mixing CO into the sealant melt by stirring the sealant melt before the GaAs single crystal is grown after the crystal raw material is melted. It is characterized by having.
[0019]
In the apparatus according to the third aspect, the GaAs single crystal is manufactured by using the method according to the first aspect. Thereby, even if a high concentration is required as the carbon concentration in the GaAs single crystal, a GaAs single crystal in which the carbon concentration is set to the target value is manufactured in a short time in the upper portion of the crystal.
[0020]
The apparatus for producing a GaAs single crystal according to claim 4 is characterized in that, in the apparatus according to claim 4, the carbon concentration of the GaAs single crystal is 2.0E + 15 cm ⁻³ or more, as in the method according to claim 2. To do.
[0021]
The GaAs single crystal according to claim 5 is manufactured by the LEC method, and the carbon concentration within 100 mm from the upper end of the crystal is 2.0E + 15 cm ⁻³ or more.
[0022]
In the GaAs single crystal according to the fifth aspect, a GaAs single crystal having a uniform carbon concentration from the top to the bottom of the single crystal can be obtained.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0024]
[1] First Embodiment [1-1] Configuration of GaAs Single Crystal Manufacturing Apparatus FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the first embodiment of a GaAs single crystal manufacturing apparatus according to the present invention. is there. However, in the figure, in order to avoid complication of the figure, the oblique lines indicating the cross section are attached only to the high pressure pulling furnace.
[0025]
In the figure, 11 indicates a high-pressure pulling furnace, and 12 indicates a crucible. The crucible 12 is accommodated in a container 13 disposed inside the high pressure pulling furnace 11 after the crystal production material is stored outside the high pressure pulling furnace 11. As the crucible 12, for example, a crucible made of pBN (pyrolytic boron nitride) is used. In addition, examples of the crystal manufacturing material include a crystal raw material and a sealant. Ga and As are used as the crystal raw material.
[0026]
The container 13 is made of, for example, graphite. The container 13 is supported by the crucible shaft 14 at the center. The crucible shaft 14 extends in the vertical direction. The crucible shaft 14 is rotated and driven by a rotary lift 15 disposed outside the high pressure pulling furnace 11. In this case, the crucible shaft 14 is always driven to rotate in the same direction.
[0027]
Around the container 13, a heater 16 for heating the crystal manufacturing material accommodated in the crucible 12 is disposed. The heater 16 is made of, for example, a carbon material such as graphite. A felt heat insulating material 17 is disposed around the heater 16 and above and below the container 12. The heat insulating material 17 is made of, for example, a carbon material such as graphite.
[0028]
Above the crucible 12 accommodated in the container 13, a crystal axis 18 for pulling up the GaAs single crystal is disposed. The crystal axis 18 is disposed coaxially with the crucible axis 14. A seed crystal 19 for determining the crystal orientation of the GaAs single crystal is attached to the lower end of the crystal axis 18. Further, the crystal axis 18 is driven to be rotated and driven up and down by a rotary lift mechanism 20 disposed outside the high pressure pulling furnace 11.
[0029]
Above the crucible 12, a stirring jig 21 for stirring the sealant melt is further provided. The stirring jig 21 is formed, for example, in a T shape, and has a stirring blade portion 211 and a stirring shaft 212. The stirring jig 21 is arranged such that the stirring blade portion 211 is positioned below and the stirring shaft 212 is parallel to the crystal axis 18. As a result, the stirring shaft 212 is positioned at a position displaced from the center of the crucible 12. The stirring jig 21 is rotated and driven by a rotary lifting mechanism 22 disposed outside the high-pressure pulling furnace 11. In this case, for example, the stirring jig 21 is driven to rotate alternately in the opposite direction at a predetermined cycle. In addition, since it can stir if the rotation of the crucible 12 is utilized, the stirring jig 21 may be structured such that it only moves up and down and does not rotate.
[0030]
A gas introduction pipe 23 for introducing pure Ar gas and CO gas into the furnace 11 is attached to the upper portion of the high pressure pulling furnace 11. An exhaust pipe 24 for discharging atmospheric gas in the furnace 11 is attached to the lower part of the high-pressure pulling furnace 11. A CO concentration meter 25 for measuring CO concentration is inserted into the exhaust pipe 24.
[0031]
[1-2] Operation of GaAs Single Crystal Manufacturing Apparatus Next, the operation of the above-described GaAs single crystal manufacturing apparatus will be described.
[0032]
Before starting the production of the GaAs single crystal, as shown in FIG. 1, the crystal axis 18 and the stirring jig 21 are retracted upward.
[0033]
In this state, first, the crystal production material is accommodated in the crucible 13 outside the high-pressure pulling furnace 11. Next, the crucible 13 in which the crystal production material is accommodated is accommodated in the container 13 in the high-pressure pulling furnace 11. Next, the atmospheric gas in the furnace 11 is replaced with pure Ar gas, and the pressure in the furnace 11 is increased to a predetermined value.
[0034]
When the pressure in the furnace 11 is increased to a predetermined value, the crystal production material accommodated in the crucible 12 is heated by the heater 15. Thereby, the crystal raw material and the sealing agent are melted. As a result, a sealant melt and a raw material melt in which Ga and As are synthesized are formed. In this case, as shown in FIG. 2, the raw material melt 41 is positioned below the liquid sealant 42 because of the specific gravity. Thereby, the raw material melt 41 is covered with the sealant melt 42.
[0035]
When the crystal raw material is melted, a predetermined amount of CO gas is mixed into the pure Ar gas in the furnace 11. However, the pressure in the furnace 11 is maintained at a predetermined value as it is. In this case, the CO concentration in the furnace 11 is set to a value corresponding to the target value of the carbon concentration in the raw material melt 41. When the CO concentration in the furnace 11 is set to the target value, the stirring jig 21 is driven downward by the rotary lifting mechanism 22. As shown in FIG. 3, the downward driving is performed until the stirring blade 211 is immersed in the sealant melt 42. When the stirring blade portion 211 is immersed in the sealant melt 42, the stirring jig 21 is rotationally driven by the rotary lifting mechanism 22.
[0036]
Thereby, the sealing agent melt 42 is stirred. As a result, the mixing of CO in the atmospheric gas in the furnace 11 with respect to the sealant melt 42 is promoted. Thereby, the movement of carbon from the sealant melt 42 to the raw material melt 41 is promoted between the sealant melt 42 containing CO and the raw material melt 41. As a result, even if a high carbon concentration of, for example, 2.0E + 15 cm ⁻³ or higher is required as the carbon concentration in the crystal, the carbon concentration in the raw material melt 41 is set to the target value in a short time. .
[0037]
When the carbon concentration in the raw material melt 41 reaches the target value, the crystal shaft 18 is lowered by the rotary elevating mechanism 20 and the seed crystal 19 is brought into contact with the raw material melt 41. Next, the crystal shaft 18 is driven to rotate at a predetermined speed by the rotary elevating mechanism 20 and is driven to rise at a predetermined speed, for example. Further, the crucible 12 is rotationally driven by the rotary elevating mechanism 15. By these driving, the raw material melt 41 is rotated, for example, gradually while being rotated. Thereby, the raw material melt 41 is cooled and solidified. As a result, as shown in FIG. 4, the GaAs single crystal 43 is gradually grown.
[0038]
During the crystal growth, the CO concentration in the furnace 11 is gradually increased based on the segregation coefficient of carbon from the raw material melt 41 to the GaAs single crystal 43 and the solidification rate of the GaAs single crystal 43. This is for setting a uniform carbon concentration throughout the crystal.
[0039]
That is, when the GaAs single crystal 43 grows, the carbon in the raw material melt 41 is segregated toward the GaAs single crystal 43. Due to this segregation, in the configuration in which the CO concentration in the furnace 11 is set to a constant value during the growth of the GaAs single crystal 43, the carbon concentration in the raw material melt 41 gradually decreases as the GaAs single crystal 43 grows. As a result, the carbon concentration in the GaAs single crystal 43 gradually decreases from the upper part to the lower part.
[0040]
In contrast, during the growth of the GaAs single crystal 43, the CO concentration in the furnace 11 is gradually increased based on the segregation coefficient of carbon from the raw material melt 41 to the GaAs single crystal 43 and the solidification rate of the GaAs single crystal 43. According to the structure which raises, the fall of the carbon concentration in the raw material melt 41 is prevented. As a result, a GaAs single crystal 43 in which the carbon concentration is set uniformly over the entire region is obtained.
[0041]
The control for gradually increasing the CO concentration is also performed based on the measurement result of the CO concentration meter 25.
[0042]
[1-3] Effects According to the present embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
[0043]
(1) First, according to the present embodiment, after the crystal raw material is melted and before the GaAs single crystal 43 is grown, the sealant melt 42 is stirred while supplying the CO gas into the furnace 11. The Thereby, mixing of CO with respect to the raw material melt 41 can be promoted. As a result, even if a high carbon concentration is required as the carbon concentration in the GaAs single crystal, a GaAs single crystal in which the carbon concentration is set to the target value in the upper portion of the crystal can be manufactured in a short time.
[0044]
(2) Further, according to the present embodiment, when the sealant melt 42 is agitated, the agitation jig 21 is alternately rotated in the opposite direction. Thereby, the stirring efficiency of the sealing agent melt 42 can be increased.
[0045]
(3) Furthermore, according to the present embodiment, when the sealant melt 42 is agitated, the crucible 12 is rotationally driven. Thereby, the stirring efficiency of the sealing agent melt 42 can be increased.
[0046]
[2] Second Embodiment FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of a second embodiment of the GaAs single crystal manufacturing apparatus according to the present invention. In FIG. 4, components having substantially the same functions as those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0047]
In the previous embodiment, the case where the stirring jig 21 is provided at a position shifted from the crystal axis 18 has been described. On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 4, the stirring jig 31 is provided coaxially with the crystal axis 18.
[0048]
FIG. 4 shows a case where the stirring jig 31 is composed of two L-shaped stirring members 311 and 312. These are provided so as to sandwich the crystal axis 18. Thereby, the stirring jig 31 is provided coaxially with the crystal axis 18. The agitating members 311 and 312 are driven to be lifted and lowered by the rotary lifting mechanism 32. The rotation raising / lowering mechanism 32 also has a function of rotating and raising / lowering the crystal axis 18. That is, the rotary lift mechanism 32 has the functions of the two rotary lift mechanisms 20 and 22 shown in FIG.
[0049]
Even in such a configuration, the sealant melt 42 can be agitated in substantially the same manner as in the previous embodiment, so that substantially the same effect as in this embodiment can be obtained.
[0050]
[3] Third Embodiment FIG. 5 is a sectional view showing the configuration of a third embodiment of the GaAs single crystal manufacturing apparatus according to the present invention. In FIG. 5, components having substantially the same functions as those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0051]
In the first and second embodiments, the case where the sealant melt 42 is stirred by rotating the stirring jigs 21 and 22 has been described. In other words, the case where the sealant melt 42 is stirred by moving the stirring jigs 21 and 22 has been described. On the other hand, in the present embodiment, the sealing material melt 42 is stirred while the stirring jig 33 is kept stationary.
[0052]
FIG. 5 shows a case where the stirring jig 33 is constituted by two baffle plates 331 and 332. These are attached to the heat insulating member 17 on the upper side via, for example, a heat shield member 34 so as to be positioned in the sealant melt 42.
[0053]
Even in such a configuration, the sealant melt 42 can be agitated by the baffle plates 331 and 332 as the container 13 rotates. Thereby, substantially the same effect as the previous embodiment can be obtained.
[0054]
[4] Other Embodiments The three embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the embodiment described above.
[0055]
(1) For example, in the previous embodiment, the case where the CO concentration in the furnace 11 is set to a value corresponding to the target value of the carbon concentration in the raw material melt 41 during the stirring period of the sealant melt 42. explained. However, the present invention may be set to a value larger than this corresponding value. According to such a configuration, the time for the carbon concentration in the raw material melt 41 to achieve the target value can be shortened from the previous embodiment.
[0056]
(2) In the present invention, the CO concentration in the furnace 11 may be set to a value smaller than the corresponding value. Even with such a configuration, according to the present invention, the CO concentration in the sealant melt 42 can be made higher than the CO concentration in the furnace 11. Thereby, depending on the value of the CO concentration in the furnace 11, it is possible to shorten the time for the carbon concentration in the raw material melt 41 to achieve the target value.
[0057]
(3) Further, according to the present invention, the CO concentration in the furnace 11 may be not only maintained at a constant value but also changed during the stirring period. For example, at the beginning of the agitation period, the CO concentration in the furnace 11 may be made higher than the corresponding value, and thereafter gradually lowered or kept at a constant value lower than the initial value. . According to such a configuration, after the carbon concentration in the raw material melt 41 is quickly raised to the vicinity of the target value, it can be gradually converged to the target value.
[0058]
(4) In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the scope of the invention.
[0059]
【Example】
Here, more specific examples of the present invention and comparative examples thereof will be described.
[0060]
(1) Example In this example, first, a crystal production material (starting material) was placed in a crucible 12. In this case, Ga4000g and As4400g were accommodated as crystal raw materials. Moreover, the liquid sealing agent was accommodated as sealing agent. As this liquid sealant, B ₂ O ₃ having a water content of 200 ppm was accommodated. Thereafter, the crucible 12 was accommodated in a container 13 in the furnace 11. Thereafter, the atmosphere gas in the furnace 11 was replaced with pure Ar gas, and the pressure in the furnace 11 was increased to 37 kgf / cm ² or more with this pure Ar gas. Thereafter, the crystal manufacturing material was heated by the heater 16 to produce a sealant melt 42 and to synthesize Ga and As to produce a raw material melt (GaAs melt) 41. Thereafter, CO gas was introduced into the furnace 11 and the CO concentration in the furnace 11 was set to 10,000 ppm.
[0061]
After that, the sealing blade melt 211 was stirred by immersing the stirring blade portion 211 of the stirring jig 21 in the sealing agent melt (B ₂ O ₃ melt) 42 and rotating it. In this case, in order to increase the stirring efficiency, the stirring jig 21 was alternately rotated in the opposite direction, and the crucible 12 was rotated at 5 to 50 rpm. By this stirring, the carbon concentration of the raw material melt 41 could be set to the target value. As a result, the time for setting the carbon concentration of the raw material melt 41 to the target value can be shortened from several hours to several tens of hours, compared with the case where stirring is not performed.
[0062]
Thereafter, the seed crystal 19 was lowered while the stirring jig 21 was retracted to the top, and brought into contact with the raw material melt 41. Thereafter, the seed crystal 19 was raised at 1 to 20 mm / hr, rotated at 3 to 10 rpm, and the crucible 12 was rotated at 5 to 50 rpm. As a result, a GaAs single crystal 43 having a diameter of 80 mm and a length of 260 mm was grown at a growth rate of 1 to 20 mm / hr. This GaAs single crystal 43 is shown in FIG.
[0063]
In this case, the CO concentration in the furnace 11 was gradually increased during the growth of the crystal 43 so that a carbon concentration of 2 to 3E + 15 cm ⁻³ was set over the entire area of the GaAs single crystal 43.
[0064]
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the measurement result of the carbon concentration in the GaAs single crystal 43 manufactured according to this example. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the distance from the upper end of the formed GaAs single crystal 34 (unit: mm), and the vertical axis indicates the carbon concentration (unit: ppm). The characteristic curve C2 shows the measurement result of the carbon concentration in the GaAs crystal 43. As illustrated, in this embodiment, a carbon concentration of about 2 to 3E + 15 cm ⁻³ is set over the entire area of the GaAs single crystal 31.
[0065]
(2) Comparative Example This comparative example is substantially the same as the above-described example except that the stirring process is not performed and the reaction time is about four times longer than the above-described example.
[0066]
FIG. 8 is a diagram showing the measurement result of the carbon concentration in the GaAs single crystal 43 manufactured according to this comparative example in the same manner as FIG. As shown in the figure, in this comparative example, the carbon concentration is lower than the target value at the upper part of the GaAs single crystal 43 (the part from the upper end to about 100 mm) even though the reaction time is set to four times that of the example. It was. Thereby, in this comparative example, the GaAs single crystal 43 having a carbon concentration of 2 to 3E + 15 cm ⁻³ from the upper part to the lower part could not be obtained.
[0067]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the method for producing a GaAs single crystal according to claim 1 or 2 and the apparatus for producing a GaAs single crystal according to claim 3 or 4, the GaAs single crystal is grown after the crystal raw material is melted. Before, the sealant melt is stirred while supplying the CO gas into the high-pressure pulling furnace. Thereby, even when a high carbon concentration is required as the carbon concentration in the crystal, a GaAs single crystal in which the carbon concentration in the upper part of the crystal is set to the target value can be manufactured in a short time.
[0068]
According to the GaAs single crystal of claim 5, a GaAs single crystal having a uniform carbon concentration from the top to the bottom of the crystal can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a first embodiment of a GaAs single crystal manufacturing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a stirring process according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining crystal growth processing according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a second embodiment of a GaAs single crystal manufacturing apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a configuration of a third embodiment of a GaAs single crystal manufacturing apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing the size of a GaAs single crystal manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing carbon concentration in a GaAs single crystal manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a carbon concentration in a GaAs single crystal manufactured by a comparative example compared with an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... High pressure pulling furnace, 12 ... Crucible, 13 ... Container, 14 ... Crucible shaft, 15, 20, 22, 32 ... Rotary lift mechanism, 16 ... Heater, 17 ... Heat insulating material, 18 ... Crystal axis, 19 ... Seed crystal, 21, 31, 33 ... stirring jig, 23 ... gas introduction pipe, 24 ... exhaust pipe, 25 ... CO concentration meter.

Claims

Melting the crystal raw material and the encapsulant contained in the crucible by heating in a furnace, with the raw material melt covered with the encapsulant melt, bringing the seed crystal into contact with the raw material melt, A method of manufacturing a GaAs single crystal by cooling and solidifying while pulling up the raw material melt, and after the crystal raw material is melted, before the GaAs single crystal is pulled up, carbon monoxide in the furnace Gas is supplied, and in this state, the sealant solution is stirred with a stirring blade, so that carbon monoxide is mixed into the sealant melt, and carbon from the sealant melt to the raw material melt is mixed. A method for producing a GaAs single crystal, wherein the seed crystal is lowered while the stirring blade is retracted to the upper part and the seed crystal is brought into contact with the raw material melt .

2. The method for producing a GaAs single crystal according to claim 1, wherein a carbon concentration of the GaAs single crystal is 2.0E + 15 cm ⁻³ or more.