JP5110026B2 - Iii−v族化合物半導体結晶の製造方法 - Google Patents
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Description
本明細書において「るつぼ」とは、るつぼ本体とその蓋とを含む概念であるため、「るつぼ」に「開口部」を設けるとは、蓋がない場合にはるつぼに開口部が設けられることを意味し、蓋がるつぼの上端に配置される場合には蓋に開口部が設けられることを意味する。また、「るつぼの上面」とは、「るつぼ」内に充填された化合物原料が溶融した場合に、その融液の表面よりも上方に位置し、かつその融液の表面に対面する「るつぼ」の面を意味する。
上記一および他のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法において好ましくは、化合物原料を加熱溶融する前に気密性容器内に予め封入されている酸化炭素ガスの圧力は、室温25℃において13.3Pa(0.1Torr)以上6666Pa(50Torr)以下である。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるカーボン添加GaAs単結晶の製造方法の一例を説明するための図である。図1を参照して、まず、るつぼ1内に種結晶3と、GaAs原料4と、酸化ホウ素(B2O3)5とが収容される。種結晶3はるつぼ1の最下端部に収容され、GaAs原料4はGa(ガリウム)とAs(ヒ素)とが予備合成された多結晶体として準備される。このるつぼ1の上端に蓋2が載置される。この蓋2の上面には開口部2aが設けられており、この開口部2aの上方に固体カーボン6が配置される。本実施の形態では、固体カーボン6は開口部2aを塞ぐことによりるつぼ1内を半密閉空間とするように配置される。
3C+B2O3→3CO+2B
これにより生じた酸化炭素ガスからGaAs原料4の融液にカーボンが供給されて、カーボンが添加されたGaAs単結晶が得られる。
以下、本実施の形態の作用効果について説明する。
図2は、本発明の実施の形態2におけるカーボン添加GaAs単結晶の製造方法の一例を説明するための図である。図2を参照して、本実施の形態の製造方法は、上述した実施の形態1の製造方法と比較して、るつぼ1内にカーボン受け11を配置している点において異なる。このカーボン受け11は、酸化ホウ素5上に配置されている。このカーボン受け11は、蓋2やるつぼ1に吊り下げられるよう支持されていてもよく、また酸化ホウ素5の融液に浮かぶように構成されていてもよい。またカーボン受け11は、カーボン粉末は通さないが、酸化ホウ素5に起因したガス状物質を通すように構成されていることが好ましい。これにより、固体カーボン1から落下したカーボン粉末をしっかりと受けることができるとともに、ガス状物質が固体カーボン6に向けて移動する際にカーボン受け11が障害となることを防止できる。
図3は、本発明の実施の形態3におけるカーボン添加GaAs単結晶の製造方法の一例を説明するための図である。図3を参照して、本実施の形態の製造方法は、上述した実施の形態1の製造方法と比較して、るつぼ1、固体カーボン6などをアンプル7内に密封せずに、そのまま圧力チャンバー12内に配置している点において異なる。このため、るつぼ1、固体カーボン6などが圧力チャンバー12内の雰囲気に晒されることになる。この圧力チャンバー12内には、たとえばAr(アルゴン)やN2(窒素)などのガスが導入される。
まず、図1に示すpBN製のるつぼ1内に、方位<100>のGaAs種結晶3と、10kgの無添加のGaAs原料4と、水分含有量85質量ppmの100gの酸化ホウ素5とを入れる。このるつぼ1の上端にpBN製の蓋2を取り付け、開口径φ20mm(室温冷却後の測定値)の開口部2aの上に固体カーボン6として、グラファイト製円板を配置し、るつぼ1内を半密閉状態とする。この状態で、るつぼ1、固体カーボン6などを、内径12cmの石英製アンプル7内に気密封止する。このアンプル7を支持台8上に載せ、チャンバー内に設けられたヒータ9内に設置し、種結晶3側の温度が低くなるように温度プロファイルを調整しながら、ヒータ9の温度を上昇させ、GaAs原料4と種結晶3上部とを融解する。
Claims (14)
- カーボンが添加されたIII−V族化合物半導体結晶の製造方法であって、
るつぼ内に、III−V族化合物原料および酸化ホウ素を充填するステップと、
前記るつぼ内で蒸発した前記酸化ホウ素に起因したガス状物質と反応するように固体カーボンを配置するステップと、
前記化合物原料を加熱溶融した後に固化させて、カーボンが添加された化合物半導体結晶を成長するステップとを備え、
前記化合物原料には前記るつぼ内に充填される前に予めカーボンが添加されていることを特徴とする、III−V族化合物半導体結晶の製造方法。 - カーボンが添加されたIII−V族化合物半導体結晶の製造方法であって、
るつぼ内に、III−V族化合物原料および酸化ホウ素を充填するステップと、
前記るつぼ内で蒸発した前記酸化ホウ素に起因したガス状物質と反応するように固体カーボンを配置するステップと、
前記化合物原料および前記酸化ホウ素が充填された前記るつぼと前記固体カーボンとを、ガス不透過性材料からなる気密性容器内に密封するステップと、
前記化合物原料を加熱溶融した後に固化させて、カーボンが添加された化合物半導体結晶を成長するステップとを備え、
前記化合物原料を加熱溶融する前に前記気密性容器内に酸化炭素ガスが予め封入されていることを特徴とする、III−V族化合物半導体結晶の製造方法。 - 前記酸化ホウ素は水分を含有していることを特徴とする、請求項1または2に記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記酸化ホウ素は10質量ppm以上200質量ppm未満の水分を含有していることを特徴とする、請求項3に記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記溶融した化合物原料を固化させて結晶成長する前に、溶融した状態で一定時間保持することを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記溶融した化合物原料を溶融した状態で保持する時間は、1時間以上20時間以下であることを特徴とする、請求項5に記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記るつぼ内に充填される前の前記化合物原料の平均カーボン濃度は、0.5×1015atms・cm-3以上25×1015atms・cm-3以下であることを特徴とする、請求項1に記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記化合物原料および前記酸化ホウ素が充填された前記るつぼと前記固体カーボンとを、ガス不透過性材料からなる気密性容器内に密封する工程をさらに備えたことを特徴とする、請求項1に記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記化合物原料を加熱溶融する前に前記気密性容器内に酸化炭素ガスが予め封入されていることを特徴とする、請求項8に記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記化合物原料を加熱溶融する前に前記気密性容器内に予め封入されている酸化炭素ガスの圧力は、室温25℃において13.3Pa以上6666Pa以下であることを特徴とする、請求項2または9に記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記化合物原料および前記酸化ホウ素が充填された前記るつぼと前記固体カーボンとを、他の容器内に密封せずにチャンバー内に配置する工程をさらに備えたことを特徴とする、請求項1に記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記固体カーボンから落下したカーボンを受けるためのカーボン受けを前記るつぼ内に配置することを特徴とする、請求項1〜11のいずれかに記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記るつぼはpBNからなることを特徴とする、請求項1〜12のいずれかに記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
- 前記III−V族化合物半導体結晶はGaAs結晶であることを特徴とする、請求項1〜13のいずれかに記載のIII−V族化合物半導体結晶の製造方法。
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