JPH01246197A - Production of single crystal of compound iii-v semiconductor - Google Patents
Production of single crystal of compound iii-v semiconductorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(7)技術分野
この発明は、■−v族化合物半導体単結晶を液体力グセ
/l/法(Liquid Encapsulated
Czochralski)で引上げる方法の改良に関す
る。Detailed Description of the Invention (7) Technical Field The present invention is directed to the liquid encapsulated method (Liquid Encapsulated/L/ method) for preparing ■-V group compound semiconductor single crystals.
Czochralski) relates to improvements in the pulling method.
m−v族化合物半導体というのは、GaAs、 GaP
。m-v group compound semiconductors include GaAs and GaP.
.
InSb%InP、 −などの■族とV族元素とよりな
る半導体である。InSb%InP, - is a semiconductor composed of group Ⅰ and group V elements such as -.
バルク単結晶の製造方法として、チョクラルスキー法を
改良した液体封止チョクラルスキー法(又は単に液体カ
プセル法)が用いられる。As a method for producing bulk single crystals, a liquid-sealed Czochralski method (or simply a liquid capsule method), which is an improved version of the Czochralski method, is used.
これは、るつぼの中に入れた原料融液を、B2O3で覆
い高圧を加えてV族元素の揮散を防ぐものである。This involves covering the raw material melt in a crucible with B2O3 and applying high pressure to prevent the volatilization of group V elements.
V族元素は、化合物の融点での解離圧が高いので、B2
O3により、圧力を掛けて、■族の解離を抑制する。Group V elements have a high dissociation pressure at the melting point of the compound, so B2
Pressure is applied with O3 to suppress the dissociation of group (Ⅰ).
引上げ法であるので、円柱形の結晶を得やすいという利
点がある。Since it is a pulling method, it has the advantage that it is easy to obtain cylindrical crystals.
ところが、液体カプセル法(LEC法と腎記)は、上下
方向に温度勾配が大きいので、熱歪みが生じやすい。こ
のため、引上げた単結晶には、多大の転位が発生する。However, in the liquid capsule method (LEC method and Renki), there is a large temperature gradient in the vertical direction, so thermal distortion is likely to occur. Therefore, a large number of dislocations occur in the pulled single crystal.
転位を減少させるために、ふたつの工夫がなされる。Two techniques are used to reduce dislocations.
ひとつは、不純物を加えて、不純物硬化(impuri
−4y hardening)を起こさせる事である。One is to add impurities and harden them.
-4y hardening).
等電子不純物(isoelectronic impu
rity )である不純物を加える。例えば、 GaA
sに対してはIn、 B%klなどの不純物を添加する
。等電子不純物であるのは、これによって、結晶の電気
的特性が変わってはならないからである。不純物を加え
ると、結晶が硬くなり、転位の発生が抑えられる。isoelectronic impurity
Add an impurity that is For example, GaA
Impurities such as In and B%kl are added to s. It is an isoelectronic impurity because it must not change the electrical properties of the crystal. Adding impurities makes the crystal harder and suppresses the generation of dislocations.
もうひとつは、固液界面より上の温度勾配を低くすると
いう事である。こうすると、結晶化した部分が急激に冷
却されないから、熱歪みも小さくなる。温度勾配を低く
するためには、2以上のヒータを用いたり、結晶を囲む
熱遮蔽筒を設けたりする。The other is to lower the temperature gradient above the solid-liquid interface. In this way, the crystallized portion will not be cooled down rapidly, and thermal strain will also be reduced. In order to reduce the temperature gradient, two or more heaters are used or a heat shield cylinder surrounding the crystal is provided.
(イ)従来技術 不純物を加えて低転位の単結晶を引上げる事ができる。(b) Conventional technology By adding impurities, it is possible to pull a single crystal with low dislocations.
この場合、10” cm ”” 〜10”cm−3程度
の高い濃度の不純物を加えなければ効果が薄い。In this case, the effect is weak unless impurities are added at a high concentration of about 10''cm'' to 10''cm-3.
また、低温度勾配下で引上げを行う。In addition, pulling is performed under a low temperature gradient.
このように改良されたLEC法は、新たな困難をひき起
こす。This improved LEC method introduces new difficulties.
それは、セル成長と呼ばれる異常成長が成長途中で発生
するという事である。これ以後、多結晶化するので使い
ものにならない。That is, abnormal growth called cell growth occurs during growth. After this, it becomes polycrystalline and becomes useless.
セル成長は、組成的過冷却又はスーパークーリング(s
upercooling; )に上って起こる。Cell growth is caused by compositional supercooling or supercooling (s
supercooling;
引上げ法に於て、セル成長(スーパークーリング)が発
生する条件は、次式で示される。In the pulling method, the conditions for cell growth (super cooling) to occur are expressed by the following equation.
ここで、Gは固液界面近傍の融液中の温度勾配、Rは引
上げ速度である。koは融液中に於ける不純物の偏析係
数である。Cは原料融液中での不純物濃度である。Dは
融液中での不純物の拡散定数である。Here, G is the temperature gradient in the melt near the solid-liquid interface, and R is the pulling rate. ko is the segregation coefficient of impurities in the melt. C is the impurity concentration in the raw material melt. D is the diffusion constant of impurities in the melt.
mは液相線の温度勾配である。つまり、不純物を入れる
ことにより凝固点(融点)が降下するが、凝固点降下の
割合いである。すなわち、凝固点降下をΔTで示し、不
純物濃度をCで示すと、ΔT = mc
(2)の関係がある。これは、溶液に溶けた溶
質がある場合、濃度が低い場合には必ず成り立つ関係で
ある。m is the temperature gradient of the liquidus line. In other words, the freezing point (melting point) is lowered by adding impurities, but this is the rate of freezing point lowering. That is, if the freezing point depression is denoted by ΔT and the impurity concentration is denoted by C, then ΔT = mc
There is the relationship (2). This is a relationship that always holds true when there is a solute dissolved in a solution and when the concentration is low.
(1)式の条件が何を意味するかを簡単に説明する。What the conditions in equation (1) mean will be briefly explained.
融液中での不純物の拡散が遅いのでこのような問題が生
ずるのである。流体なのであるから、不純物濃度にゆら
ぎがあっても、これがすぐに平均化されないのである。This problem arises because impurities diffuse slowly in the melt. Since it is a fluid, even if there is fluctuation in impurity concentration, this is not immediately averaged out.
偏析係数というのは、固液界面に於て接している固体と
液体とに含まれる不純物濃度の比である。The segregation coefficient is the ratio of impurity concentrations contained in the solid and liquid that are in contact at the solid-liquid interface.
固体に含まれる不純物濃度の方が低い場合、つま −り
偏析係数が1より小さい場合が問題である。A problem arises when the concentration of impurities contained in the solid is lower, that is, when the segregation coefficient is less than 1.
第8図によって説明する。原料融液に於ける不純物濃度
をCとする。結晶と融液の界面をABとする。ある時刻
において、ABであったものがdt後にCDの線まで上
ったとする。この部分の体積は5Rdtである。This will be explained with reference to FIG. Let C be the impurity concentration in the raw material melt. Let AB be the interface between the crystal and the melt. Suppose that at a certain time, what was AB rises to the CD line after dt. The volume of this part is 5Rdt.
ここでSは結晶の断面積で、Rは引上げ速度である。Here, S is the cross-sectional area of the crystal, and R is the pulling rate.
融液である時に体積が5Rdtであるものには、不純物
が
dQz = csRdt (3)たけ含
まれる。ところが、結晶の中では、同じ体積に対して、
dQ = ckSRdt (4)しか
不純物が含まれない。これらの差
d Qt d Q 、 =c (1k ) S Rd
t (5)が、固液界面に於て、余剰となる。A melt having a volume of 5Rdt contains dQz = csRdt (3) of impurities. However, in a crystal, only dQ = ckSRdt (4) of impurities are contained for the same volume. These differences d Qt d Q , =c (1k) S Rd
t (5) becomes surplus at the solid-liquid interface.
つまり、固液界面に不純物のわき出しがあるという事で
ある。In other words, impurities seep out at the solid-liquid interface.
不純物の流れは、濃度勾配に比例するので、融液中の下
向きに2軸をとって、不純物流Jはa
、r = −5D−(6)
z
である。なぜ不純物流ができるかというと、界面ABで
、(5)式で示される不純物のわき出しがあるからであ
る。単位時間当りの不純物のわき出しは、(4)式をd
tで割れば得られる。これと不純物流Jとがつりあって
いるはずであるので、定常状態ではc
SD−+C(1−k)SR=Of力
z
という式が成立する。Since the impurity flow is proportional to the concentration gradient, the impurity flow J is a, r = -5D-(6) z with two downward axes in the melt. The reason why an impurity flow is generated is that impurities are oozed out at the interface AB as shown in equation (5). The outflow of impurities per unit time is calculated by converting equation (4) to d
You can get it by dividing by t. Since this and the impurity flow J should be balanced, the following formula holds true in a steady state: cSD-+C(1-k)SR=Of force z.
(7)式から
を得る。これを2について積分すれば、2についての不
純物濃度を求める事ができるのである。深さ方向につい
て、不純物はリニアに減少してゆく。(7) is obtained from equation (7). By integrating this with respect to 2, the impurity concentration with respect to 2 can be determined. Impurities decrease linearly in the depth direction.
さて、Cにmを乗じたものが融点(凝固点)降下へTで
ある。融点降下ΔTも、深さ方向にリニアに減少する。Now, C multiplied by m is the melting point (freezing point) depression T. The melting point depression ΔT also decreases linearly in the depth direction.
融点降下ΔTの勾配は によって与えられる。The slope of melting point depression ΔT is given by.
融点が降下するという事、これが問題である。The problem is that the melting point decreases.
さらに問題なのは、融点降下が深さ2の函数として変動
することである。A further problem is that the melting point depression varies as a function of depth 2.
融液中に面IFを想定しよう。Let us assume a surface IF in the melt.
界面ABと融液面EFとを比較する。 もちろんEFの
方が高温である。しかし、 EFQ方が融点が高い。面
ABと面EFとの融点の差が、ABとEFの温度の差に
等しいとする。すると、ABとEFは同時に凝固する事
ができる。同時に凝固するのがセル成長の原因である。Compare interface AB and melt surface EF. Of course, EF has a higher temperature. However, EFQ has a higher melting point. Assume that the difference in melting point between plane AB and plane EF is equal to the difference in temperature between AB and EF. Then, AB and EF can coagulate at the same time. Simultaneous coagulation is the cause of cell growth.
つまり、AB 、 EF間の温度勾配Gが、融点降下の
勾配よりも小さければ、セル成長が起こるという事にな
る。これは温度勾配をGとしてmc(1k)R
G ((tO)
である。(10)と(1)は同じ式である。こうして(
1)が証明できたことになる。In other words, if the temperature gradient G between AB and EF is smaller than the melting point depression gradient, cell growth will occur. This is mc(1k)RG ((tO) where the temperature gradient is G. (10) and (1) are the same equation. Thus, (
This means that 1) has been proven.
引上げ法に於ては、原料融液の全部に近い量を固化する
ので、不純物濃度が変動する。kが1より小さい不純物
であれば、不純物濃度が徐々に増加する。In the pulling method, nearly all of the raw material melt is solidified, so the impurity concentration varies. If k is an impurity smaller than 1, the impurity concentration will gradually increase.
このため、G、Rを一定にすると、Cの高まりとともに
、00)式が成立ち、セル成長が発生するようになる。Therefore, when G and R are kept constant, as C increases, formula 00) is established and cell growth occurs.
引上げとともに、Cがどのように変わるかという式を、
第9図を使って導く。簡単のため、不純物濃度は体積あ
たりのものとする。また結晶と融液とで密度が変化しな
いものとする。結晶の体積をSとし、融液の体積をLと
する。これらの和は一定である。The formula for how C changes with the increase in
Guide using Figure 9. For simplicity, the impurity concentration is assumed to be per volume. It is also assumed that the density does not change between the crystal and the melt. Let S be the volume of the crystal, and L be the volume of the melt. The sum of these is constant.
S + L = Lo Ql)Lo
は引上げ前の原料融液量である。S + L = Lo Ql) Lo
is the amount of raw material melt before pulling.
融液中の不純物の量をmとする。Let m be the amount of impurities in the melt.
dSの部分が結晶化したとする。これにはc 、k d
Sの不純物が含まれる。このため融液から、これだけ
の不純物が除去される。Suppose that the dS portion is crystallized. This includes c, k d
Contains S impurity. Therefore, a large amount of impurities are removed from the melt.
dm = −ckdS a3である。dm=-ckdS a3.
不純物濃度Cに融液量りを乗じると、不純物量であるか
ら、
m=cL α3)である。(I
I)を微分し、α■を微分して、as = −dL
(14)dm = cdL +Ld
c (15)となり、これらから
Ldc =−c(1−k)dL (15)これ
は簡単に積分できて
となる。GOは初期不純物濃度である。Multiplying the impurity concentration C by the melt scale gives the amount of impurities, so m=cL α3). (I
Differentiate I), differentiate α■, and get as = −dL
(14) dm = cdL +Ld
c (15), and from these, Ldc =-c(1-k)dL (15) This can be easily integrated. GO is the initial impurity concentration.
L/Loのかわりに固化率gという独立変数を用いる。An independent variable called solidification rate g is used instead of L/Lo.
これは、最初の原料融液Loのうち、固化した部分Sの
割合いを表わす。This represents the proportion of the solidified portion S of the initial raw material melt Lo.
すると、gを使って、σηは
C= Co (1−g)k−1(I’mとなる。これは
融液の不純物濃度である。これと接する固体中の不純物
濃度C8はこれにkを乗じてCs = ’ok(1g
)k−” C’0となる。Then, using g, ση becomes C= Co (1-g)k-1 (I'm. This is the impurity concentration of the melt. The impurity concentration C8 in the solid in contact with this is k Multiply by Cs = 'ok (1g
)k−” C'0.
固化率gは、引上げて固化した部分である。引上げとと
もに、(11から、融液中の不純物濃度が変動すること
が分る。k(1であると、g→1の極限で発散する。The solidification rate g is the portion that is pulled up and solidified. It can be seen from (11) that the impurity concentration in the melt fluctuates as it is pulled up.If k(1), it diverges at the limit of g→1.
実際には、g→1まで引上げる事はない。しかし、1に
近づけるのが理想である。In reality, g→1 is never raised. However, ideally it should be close to 1.
(1傷を00)に代入すると、セル成長が起る条件をg
の函数として得る。By substituting 1 flaw into 00, the conditions for cell growth to occur are g
obtained as a function of
セル成長が起こらない条件は、不等号を逆にして、 という事になる。The conditions under which cell growth does not occur are as follows by reversing the inequality sign. That's what it means.
(つ)特開昭61−31382
本出願人は、Coのような問題を解決するために、引上
げ速度Rを、徐々に下げてゆく、という方法を開発した
。特開昭61−31382号(S 61.2.13公開
)に開示しである。(1) Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-31382 In order to solve the problem of Co, the present applicant has developed a method in which the pulling speed R is gradually lowered. It is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-31382 (published on February 13, 1983).
引上げとともにgが増加するから、Coの右辺は増加す
る。Coの不等号を成りたたせるために引上げ速度Rを
減少させてゆくというものである。Since g increases with pulling up, the right side of Co increases. In order to satisfy the Co inequality, the pulling speed R is decreased.
融液中での温度勾配Gは一定に保つ。The temperature gradient G in the melt is kept constant.
引上げ速度Rは、引上げ軸の引上げ速度にほぼ等しいの
で、簡単に制御することができる。Since the pulling speed R is approximately equal to the pulling speed of the pulling shaft, it can be easily controlled.
(勾 特開昭62−191495.62−260794
反対に、融液中での温度勾配Gを上げてゆき、不等式I
2Dを維持しようという発明もなされている。(Ko JP-A-62-191495.62-260794
On the other hand, by increasing the temperature gradient G in the melt, inequality I
Inventions have also been made to maintain 2D.
特開昭62−191495号(S 62.8.21公開
)特開昭62−260794号(S 62.11.13
公開)これらは、いずれも温度勾配Gをとげてゆくもの
である。JP 62-191495 (S 62.8.21 Published) JP 62-260794 (S 62.11.13
(Published) All of these are things that increase the temperature gradient G.
前者は、組成的過冷却(セル成長)が起った時から、G
を(1−g )”に比例して上げるようにする。The former is based on the G
(1-g)".
後者は、g=oの値に対して、Go(1−g) のよ
うにはじめから、Gを上げてゆくのである。In the latter case, for the value of g=o, G is increased from the beginning like Go(1-g).
(ロ) 発明が解決しようとする問題点G/Rの下限が
、成長の進とともに上ってゆくという問題に対して、R
を下げてゆく、或はGを上げてゆく、という方法が提案
された。(b) The problem that the invention seeks to solve: The lower limit of G/R rises with the progress of growth.
A method was proposed to lower G or to raise G.
これらを簡単に、R制御法、及びG制御法という。These are simply called the R control method and the G control method.
R制御法は、制御法が単純という利点があるが、時間が
かかりすぎるという欠点もある。The R control method has the advantage of being simple, but also has the disadvantage of being too time consuming.
G制御法は、るつぼとヒータの関係を変えることによっ
て融液中の温度勾配を変えるので、予めこれらの関係を
調べる多大な実験を行わなくてはならない。しかし、引
上げ時間は、比較的短かくて済む。Since the G control method changes the temperature gradient in the melt by changing the relationship between the crucible and the heater, it is necessary to conduct extensive experiments to investigate these relationships in advance. However, the pulling time can be relatively short.
しかし、より根本的な難点のある事を、本発明者が見出
しな。However, the inventor discovered that there is a more fundamental drawback.
R制御法によっても、G制御法によっても、成長させた
結晶は、固化率gの大きい部分(結晶の尾部)で、転位
が大きくなるのである。In both the R control method and the G control method, the grown crystal has large dislocations in the portion where the solidification rate g is large (crystal tail).
第1図は、固化率の函数としての転位密度(EPD)を
測定した結果である。FIG. 1 shows the results of measuring dislocation density (EPD) as a function of solidification rate.
横軸が固化率である。縦軸がエッチピット密度を示して
いる。白丸がG制御によるものを示し、三角がR制御に
よるものを示す。The horizontal axis is the solidification rate. The vertical axis shows the etch pit density. A white circle indicates a result by G control, and a triangle indicates a result by R control.
R制御によるものを比較例■、G制御によるものを比較
例皿とする。詳しい条件については後に述べる。The plate under R control is referred to as Comparative Example 2, and the plate under G control is referred to as Comparative Example Dish. The detailed conditions will be described later.
いずれも、固化率gが低い間は、転位が少ないが、固化
率gが大きくなると、転位が増える。In either case, while the solidification rate g is low, there are few dislocations, but as the solidification rate g increases, the number of dislocations increases.
もしも、EPDが500個/cIPI以下でなければな
らないとすると、固化率が0.5以下でなければならな
い。つまり、結晶の上半分しか使えないという事である
。If the EPD must be 500 pieces/cIPI or less, the solidification rate must be 0.5 or less. In other words, only the top half of the crystal can be used.
固化率というのは、融液中の固化した部分の割合いを示
すものであるが、引上げた結晶の、上方からの距離にほ
ぼ対応する。結晶の上方の部分はgが小さく、下方の部
分はgが大きい。つまり、gとともにEPDが増えると
いう事は、 結晶の下へゆくに従い、EPDが増えると
いう事である。The solidification rate indicates the percentage of the solidified portion of the melt, and it approximately corresponds to the distance from above the pulled crystal. The upper part of the crystal has a smaller g, and the lower part has a larger g. In other words, the fact that EPD increases with g means that EPD increases as you go down the crystal.
これは、R制御についていえば、引上げ速度が遅すぎる
ために転位が発生しやすくなっているという事である。This means that in terms of R control, dislocations are more likely to occur because the pulling speed is too slow.
転位のことを考えると、Hには、それより下げてはいけ
ない下限がある、という事を意味しているのである。Considering dislocations, this means that H has a lower limit below which it should not be lowered.
同じように、G制御についていえば、融液中の温度勾配
Gが大きすぎると、転位が発生しやすくなるという事で
ある。転位のことを考えれば、Gにはそれ以上に上げて
はいけない上限があるという事を意味している。Similarly, regarding G control, if the temperature gradient G in the melt is too large, dislocations are likely to occur. Considering dislocation, this means that there is an upper limit on G that should not be increased beyond that.
g=0.5まで低転位であるというだけでは不十分で、
もつと高いgの値まで低転位である事が望まれる。It is not enough to have low dislocations up to g=0.5;
It is desirable to have low dislocations even at high g values.
本発明は、セル成長が発生することなく、高いgの値ま
で低転位であるようなLECEC法文−単結晶引上げ方
法の改良を与える。The present invention provides an improvement in the LECEC method-single crystal pulling method such that no cell growth occurs and low dislocations up to high g values.
(イ)本発明の方法
まず、液体カプセル法を第6図によって簡単に説明する
。(a) Method of the present invention First, the liquid capsule method will be briefly explained with reference to FIG.
るつぼ1はサセプタ2によって支持される。例えば、る
つぼ1はPBN、サセプタ2はカーボンとする。The crucible 1 is supported by a susceptor 2. For example, the crucible 1 is made of PBN, and the susceptor 2 is made of carbon.
下軸3がサセプタ2を支持している。下軸3は回転昇降
自在である。The lower shaft 3 supports the susceptor 2. The lower shaft 3 can be rotated up and down.
るつぼ1の中には、化合物半導体の原料となるべき原料
融液4と、これを覆う液体カプセル剤5が収容されてい
る。The crucible 1 contains a raw material melt 4 that is to be a raw material for a compound semiconductor, and a liquid capsule 5 that covers it.
高圧の不活性気体6が収容されており、液体カプセル剤
5に圧力を加えている。これにより、V族元素の揮散を
防ぐ。A high-pressure inert gas 6 is contained and applies pressure to the liquid capsule 5. This prevents volatilization of group V elements.
上軸7は回転昇降自在に設けられる。下端に種結晶8が
取付けられている。種結晶8を原料融液に漬けて種付け
する。上軸7及び下軸3を回転させながら上軸7を引上
げてゆく。単結晶9が種結晶8に続いて成長してゆく。The upper shaft 7 is provided so that it can rotate and move up and down. A seed crystal 8 is attached to the lower end. Seed crystal 8 is immersed in the raw material melt for seeding. The upper shaft 7 is pulled up while rotating the upper shaft 7 and the lower shaft 3. A single crystal 9 grows following the seed crystal 8.
耐圧容器10はこれらの装置を囲んでおり、不活性気体
に数atm〜数十atmの圧力を加える事ができるよう
になっている。A pressure container 10 surrounds these devices and is capable of applying a pressure of several atm to several tens of atm to the inert gas.
ヒータlL12は抵抗加熱ヒータである。これは原料融
液を加熱する。特に下ヒータ11が融液を加熱し、上ヒ
ータ12が結晶を加熱する。このようにヒータを多段に
したり、熱遮蔽板を設けて、結晶が引上げられた空間の
温度勾配を低くしている。The heater LL12 is a resistance heater. This heats the raw material melt. In particular, the lower heater 11 heats the melt, and the upper heater 12 heats the crystal. In this way, the temperature gradient in the space where the crystal is pulled is lowered by using multiple heaters or by providing a heat shield plate.
空間中の温度勾配を低くシ、シかも、かなりの高濃度の
不純物を加えるので、セル成長の問題が生じた。Even though the temperature gradient in the space was low, a fairly high concentration of impurities was added, creating cell growth problems.
これを解決するため、融液中の温度勾配Gを上げてゆく
方法と、引上げ速度を下げてゆく方法が提案された。い
ずれも、セル成長を阻止するという点では評価できる。In order to solve this problem, a method of increasing the temperature gradient G in the melt and a method of decreasing the pulling rate were proposed. All of them can be evaluated in terms of inhibiting cell growth.
しかし、低転位の部分が少なすぎるという問題があった
。However, there was a problem that the low dislocation portion was too small.
そこで、本発明は、GとHの両方を変化させることにす
る。Therefore, in the present invention, both G and H are changed.
すなわち、結晶引上げとともに、引上げ速度を下げてゆ
き、しかも融液中の温度勾配を上げてゆく。こうしてセ
ル成長の発生を防ぐ。That is, as the crystal is pulled, the pulling speed is lowered and the temperature gradient in the melt is increased. This prevents cell growth from occurring.
GとHの両方を変動させるのは、いずれか一方を変動さ
せるより難しい。Varying both G and H is more difficult than varying either one.
しかし、GとRを変動させると、Gの変動量とHの変動
量が少なくて済む。このため、転位の発生が少なくなる
のである。However, if G and R are varied, the amount of variation in G and the amount of variation in H can be reduced. Therefore, the occurrence of dislocations is reduced.
たとえば、R制御とGR制御とを比較する。固化率gの
増大とともに、G/Rを増さなくてはならない。For example, R control and GR control will be compared. As the solidification rate g increases, G/R must be increased.
もしもGを固定し、Rを減少させるとすると、Hの減少
分はかなり大きい。If G is fixed and R is decreased, the decrease in H will be quite large.
ところが、Gを増し、Rを減少させるとすれば、Rの減
少分は少ない。However, if G is increased and R is decreased, the amount of decrease in R is small.
つまり、転位の発生を抑制するという点で、GR制御法
は、Rの減少分を少な(できるので、R制御法よりも、
低転位化できるということである。In other words, in terms of suppressing the occurrence of dislocations, the GR control method can reduce the decrease in R by a smaller amount than the R control method.
This means that dislocation can be reduced.
同じことは、G制御法とGR制御法とを比較してもいえ
る。Rを固定してGを増す場合、Gの増加分がかなり大
きい。ところがRを減じ、Gを増すと、Gの増加分が少
なくて済む。Gの増加が少ないので、結晶中の転位の発
生は少ない。The same can be said when comparing the G control method and the GR control method. When G is increased while R is fixed, the increase in G is quite large. However, if R is decreased and G is increased, the amount of increase in G can be reduced. Since the increase in G is small, the occurrence of dislocations in the crystal is small.
本発明の方法は、結局、GとRを変動させる事により、
常に不等式Cυが成立つようにするという事である。す
なわち、固化率gの函数として、G(g、)、R(ロ)
をプログラムし、
とするのが、本発明の方法である。The method of the present invention ultimately achieves the following by varying G and R.
This means ensuring that the inequality Cυ always holds true. That is, as a function of the solidification rate g, G (g, ), R (b)
The method of the present invention is to program .
R制御法は、 G制御法は、 ということである。The R control method is The G control method is That's what it means.
本発明の方法は、結局(社)式によって過不足なく示さ
れている。The method of the present invention is, after all, fully expressed by the (company) formula.
より直観的に図面によって説明する。This will be explained more intuitively using drawings.
第2図は横軸に引上げ速度R1縦軸に融液中の温度勾配
Gをとった(R,G)座標系である。FIG. 2 is an (R,G) coordinate system in which the horizontal axis represents the pulling rate R and the vertical axis represents the temperature gradient G in the melt.
ここに、原点Oを通り、gをパラメータとしてυ
であるような直線群を引く。g=0という直線は(ハ)
でg=Oとした式の表わす直線である。Here, we draw a group of straight lines that pass through the origin O and are υ with g as a parameter. The straight line g=0 is (c)
This is a straight line expressed by the equation where g=O.
k(lであれば、gとともに(1−g) が増加する
ので、gが大きいほど大きい傾きの直線となる。If k(l), (1-g) increases with g, so the larger g is, the greater the slope of the straight line will be.
あるgの値に対して、座標(R,G)は、そのgに対す
る直線よりも左上になければならない、という事を式C
υ〜(24)は意味している。For a given value of g, the coordinates (R, G) must be above and to the left of the straight line for that g, using the formula C
υ〜(24) means.
たとえば、引上げの始めのGlRをGo、Ro として
座標Q(Ro、Go)を考える。For example, consider coordinates Q (Ro, Go) where GlR at the beginning of pulling is Go, Ro.
Q点を通り、G軸に平行な直線を上向きにとり、QSと
する。これは、1(=l”loとしつつ、Qをgととも
に増すものである。これがG制御である。ただし、gの
値に対する座標(Ro%G(2))は、Cつの直線のg
に対するものより左上にあることが要求される。A straight line passing through point Q and parallel to the G axis is taken upwards and is defined as QS. This is to increase Q with g while setting 1 (=l"lo). This is G control. However, the coordinate for the value of g (Ro%G (2)) is the g of C straight lines.
It is required that it be on the upper left side than that of the object.
Q点を通り、R軸に平行な直線を左向きに引きこれをQ
、Tとする。これは、G=Goを維持しつつ、gととも
にRを減するものである。ただし、gの値に対する座標
(R(d Go )は、□□□のgに対する直線よりも
左上になければならない。Pass through point Q and draw a straight line parallel to the R axis to the left.
, T. This is to reduce R with g while maintaining G=Go. However, the coordinate (R(d Go ) for the value of g must be on the upper left of the straight line for g of □□□.
本発明の方法は、Q UI X Q U2、QU3、Q
U4 などによって例えば示すことができる。これら
はQ点から左上へ向う曲線又は直線である。The method of the present invention provides Q UI X Q U2, QU3, Q
For example, it can be indicated by U4 or the like. These are curves or straight lines going from point Q to the upper left.
つまり、/TQSに含まれる任意の曲線によって表わさ
れる(R,G)の制御を行うという事である。In other words, (R, G) represented by an arbitrary curve included in /TQS is controlled.
ただし、gに対する座標(R(2)、G(2))は、C
つのgに対する直線より左上になければならない。However, the coordinates (R(2), G(2)) for g are C
It must be above and to the left of the line for g.
このような図からも、GR制御法は、Gだけ、又はRだ
けを制御するものよりも、G、Hの変動が少なくて済む
という事が分る。From these figures, it can be seen that the GR control method requires less variation in G and H than the method that controls only G or only R.
芒で、転位密度の点から、Gには上限が存在するとする
。これをGmaxとし破線で示す。融液中の温度勾配が
大きいと、融液の上での温度勾配も大きいのであるから
、結晶中に熱歪みが生じやすい。転位が増えるのはもつ
ともである。Assume that there is an upper limit for G in terms of dislocation density in the awn. This is designated as Gmax and is indicated by a broken line. If the temperature gradient in the melt is large, the temperature gradient above the melt is also large, which tends to cause thermal distortion in the crystal. It is natural that dislocations increase.
転位密度の点から、Hには下限が存在するとする。これ
をRminとし、破線で示す。It is assumed that there is a lower limit for H in terms of dislocation density. This is designated as Rmin and is indicated by a broken line.
転位密度を低くするという事のためには、座標(RlG
)が、これら破線の右下になければならない。In order to lower the dislocation density, the coordinates (RlG
) must be below and to the right of these dashed lines.
ところが、固化率gが大きくなると、条件Cυ〜(24
)はいずれも(R,G)を左上へ押上げ、低転位密度の
条件が満足されにくくなる。However, as the solidification rate g increases, the condition Cυ~(24
) both push (R, G) upward to the left, making it difficult to satisfy the condition of low dislocation density.
固化率gを上げてゆくとき、最も速く、GがGmaxを
越えるのは、制御線QSに沿う制御である。When increasing the solidification rate g, G exceeds Gmax fastest under control along the control line QS.
つまり、G制御である。この例では、go、5〜0.6
の間でGがGmaxを越える。これが第1図の曲線器に
対応する。In other words, it is G control. In this example, go, 5 to 0.6
G exceeds Gmax between. This corresponds to the curver shown in FIG.
固化率gを上げてゆくとき、最も速く、RがRminを
越えるのは、制御線QTに沿う制御である。っまりR制
御である。When increasing the solidification rate g, R exceeds Rmin fastest under control along the control line QT. This is strictly R control.
この例では、gが0.5〜0.6の間でRがRminを
越えている。これが第1図の曲線Inに対応する。In this example, g is between 0.5 and 0.6 and R exceeds Rmin. This corresponds to the curve In in FIG.
本発明の制御線QU1〜QU4はいずれも、gm06で
は、Gmaxにも、Rminにも到達しない。特に、中
間的な制御線QU2、QU3などは、かなり高いgに対
しても、低転位密度でありうる。None of the control lines QU1 to QU4 of the present invention reach Gmax or Rmin at gm06. In particular, intermediate control lines QU2, QU3, etc. can have low dislocation densities even for fairly high g's.
一般式(2りと、第2図によって本発明の詳細な説明し
た。The present invention has been described in detail with reference to the general formula (2) and FIG.
次にいくつかの例を与える。Next give some examples.
(ト) G、R函数の例
(例1 ) G(g:l= a + bg、 R(g
)−c −dga、 b、 c、 dは正の定数である
。ただし、gがO” gmの間で
υ
でなければならない。g→1の極限で(至)の右辺が無
限大に発散するので、gm (< 1 )で等号が成立
する。gmが1に近いほどセル成長の発生を遅らせる事
ができる。(G) Examples of G and R functions (Example 1) G(g:l= a + bg, R(g
)-c-dga, b, c, and d are positive constants. However, g must be υ between O'' gm. Since the right side of (to) diverges to infinity in the limit of g → 1, the equality sign holds in gm (< 1). When gm is 1 The closer to , the more cell growth can be delayed.
しかし、gmを1に近づけると、Gが大きく、Rが小さ
くなるので、引上げに要する時間が長くなったり、転位
が増加したりする可能性がある。However, when gm approaches 1, G becomes large and R becomes small, which may increase the time required for pulling or increase dislocations.
(例2 ) G(g)=a −4−bg、R(g)=
(C+dg) −1a、 bXcldは正の定数である
。ただし、gが0−gm0間で
に−1
(a+bg X c+dg )≧H(1−g)
(28)が成立つものとする。(Example 2) G(g)=a −4−bg, R(g)=
(C+dg) -1a, bXcld is a positive constant. However, when g is between 0 and gm0, -1 (a+bg X c+dg)≧H(1-g)
It is assumed that (28) holds true.
ここでgmというのは0〜1の値という事である。Here, gm means a value between 0 and 1.
前例のgmとは異なる。以下でも同じである。It is different from the previous GM. The same applies below.
(例3) G=a+bg、 R=(a+bg)c(1
−g)1−ha、 b、 cは正の定数、hはo<h<
iの定数である。ただし、g = o −gmの範囲で
(1−g )”≧H(1−g )k−1C艶
がなりたつものとする。(Example 3) G=a+bg, R=(a+bg)c(1
-g) 1-ha, b, c are positive constants, h is o<h<
is a constant of i. However, it is assumed that (1-g)''≧H(1-g)k-1C becomes glossy in the range of g=o-gm.
(例4) ””a+bg、 R=(a−)−bg)c
(1−g)”これは例3で、h=にと置いたものである
。(Example 4) ""a+bg, R=(a-)-bg)c
(1-g)” This is Example 3, with h=.
課される条件は cH≦ 1 (至)である。The conditions imposed are cH≦1 (to).
(例5 ) G = (a−bg) C(1−g)h
=、R=a−bgalblcは正の定数、hはO〜1の
定数である。条件はg−0〜g工の範囲で
C(1−g)h−”≧H(1−g)k−1c31)(例
6) G=(a−bg)c(1−g)k−1、R=
a −b g条件は
C≧HC33
(例7 ) G = (a+bg ) (C−dg)
、R=c−dga、 b、 c、 dは正の定数o
g””0−gmの範囲で
a −)−bg≧H(1−g)k−1C33)(例8
) G=a−)−bg: 、 R= (a−)−b
g)(d−cg)a、 b、 c、 dは正の定数o
g =O” grnで(例9) G==a(1−g)
下、R=b(1−g)早a1 bは正の定数。条件は、
一≧H(35)
これらの他にも、多様な組合せが可能である。(Example 5) G = (a-bg) C(1-g)h
=, R=a-bgalblc is a positive constant, and h is a constant of O~1. The conditions are C(1-g)h-''≧H(1-g)k-1c31) (Example 6) G=(a-bg)c(1-g)k- in the range of g-0 to g- 1, R=
a-b g condition is C≧HC33 (Example 7) G = (a+bg) (C-dg)
, R=c-dga, b, c, d are positive constants o
g"" within the range of 0-gm a-)-bg≧H(1-g)k-1C33) (Example 8
) G=a-)-bg: , R= (a-)-b
g) (d-cg) a, b, c, d are positive constants o
g=O” in grn (Example 9) G==a(1-g)
Below, R=b(1-g) a1 b is a positive constant. The conditions are: 1≧H (35) In addition to these, various combinations are possible.
G(g)は、gとともに増大させるが、単調増加函数で
なければならないという事はない。−時的に減少しても
よい。G(g) increases with g, but does not have to be a monotonically increasing function. - May decrease over time.
R(2)は、gとともに減少させるが、単調減少函数で
なければならないという事はない。−時的に増加しても
よいのである。R(2) decreases with g, but it does not have to be a monotonically decreasing function. - It may increase over time.
(り)温度勾配Gの与え方 引上げ速度Rは、直接に制御できる独立変数である。(ri) How to give temperature gradient G The pulling rate R is an independent variable that can be directly controlled.
しかし、温度勾配Gは、そうでない。融液中の温度勾配
Gは実際には測定することができない。However, the temperature gradient G is not. The temperature gradient G in the melt cannot be measured in practice.
熱電対を融液に漬けなければ、融液温度を測ることがで
きない。しかし、熱電対を漬けた状態で、良好な結晶引
上げをする事はもちろんできない。The temperature of the melt cannot be measured unless the thermocouple is immersed in the melt. However, it is of course impossible to perform good crystal pulling with the thermocouple soaked.
るつぼが空の状態であれば、るつぼの内部の温度分布を
、ヒータとの相対位置の函数として求めることができる
。If the crucible is empty, the temperature distribution inside the crucible can be determined as a function of the relative position to the heater.
るつぼに原料融液を満たした状態で(結晶引上げを行わ
ず)、融液中の温度分布を測定することができる。ヒー
タとの相対位置を変化させて、温度分布を求める事もで
きる。The temperature distribution in the melt can be measured with the crucible filled with the raw material melt (without crystal pulling). Temperature distribution can also be determined by changing the relative position to the heater.
これらの結果から、ヒータとるつぼの相対位置を変する
ことによって、融液中の温度勾配Gが変えられることが
分った。From these results, it was found that the temperature gradient G in the melt can be changed by changing the relative position of the heater and the crucible.
そして、第3図のようなグラフが得られる。Then, a graph as shown in FIG. 3 is obtained.
横軸は、るつぼのヒータに対する相対的な高さである。The horizontal axis is the relative height of the crucible to the heater.
ヒータのパワーは一定とする。るつぼを高くしてゆくと
、るつぼの底部近くだけが加熱されるようになるので、
温度勾配Gが高くなる。The power of the heater is constant. As the crucible is raised higher, only the area near the bottom of the crucible is heated.
The temperature gradient G increases.
この例では、L = Omnで、G = 30’C/c
m 、 L =70mmで、G=96℃/Cl11と
なっている。In this example, L = Omn and G = 30'C/c
m, L = 70 mm, and G = 96°C/Cl11.
LとGとの関係は、るつぼ、ヒータサイズ、ヒータパワ
ーによって変わる。従って、装置が変われば、L−G曲
線は変わる。しかし、L−G曲線を求めることができる
。The relationship between L and G varies depending on the crucible, heater size, and heater power. Therefore, if the device changes, the LG curve will change. However, an LG curve can be obtained.
LとGの関係が分るから、Gを制御するには、Lを変動
させればよいということになる。Since we know the relationship between L and G, we can control G by varying L.
(至) Hの求め方
本発明を実行する際に難点となるのは、前節で述べたよ
うな温度勾配Gの制御法である。正確にG−L曲線を求
めるために、数多くの試験を行わなければならない。(To) How to determine H The difficulty in carrying out the present invention is the method of controlling the temperature gradient G as described in the previous section. In order to accurately determine the GL curve, numerous tests must be performed.
もうひとつの難点は、不等式Cυ〜(2aに現われる。Another difficulty appears in the inequality Cυ~(2a.
の値が分らないという事である。m、 k、 Dは不純
物について決まった値であるはずであるし、coは設計
値から決まる。ところが実際には、mやDl特にDは信
頼できるデータがないといっていい。This means that the value of is unknown. m, k, and D should have fixed values for impurities, and co is determined from the design value. However, in reality, it can be said that there is no reliable data for m, Dl, and especially D.
Dは温度によって変わるし、装置により、るつぼ寸法に
より変わることもある。D varies with temperature and may vary with equipment and crucible dimensions.
このような場合、Hの値をどうして求めるのかという事
である。Hが分らなければ、GとHの制御プログラムが
できない。In such a case, the question is how to find the value of H. If we don't know H, we can't create a control program for G and H.
これは、しかし、実験的に求める事ができる。This, however, can be determined experimentally.
同じ装置で、同じ組成の単結晶を、不純物濃度、引上げ
速度R1温度勾配Gを変えて引上げる。そして、セル成
長の生じた時の固化率gmaxを調べる。Single crystals of the same composition are pulled using the same apparatus while changing the impurity concentration, pulling rate R1, and temperature gradient G. Then, the solidification rate gmax when cell growth occurs is examined.
このような実験を繰返し、(25)式を使って(36)
のHを求める事ができる。これから、mlDが算出でき
る。Repeating this experiment and using equation (25), we obtain (36)
H can be found. From this, mlD can be calculated.
ml Dはその装置と、化合物に対しては一定値である
から、以後、その値を使う事ができる。Since mlD is a constant value for the device and compound, that value can be used from now on.
たとえば、GaAs融液中にInが不純物として加えら
れ”Cいるとき、拡散係数りは
D ”;; 10′ct/ sec
C’37)という評価がされている。正確な値は、装置
やる−1)ぼについて測定によって求めるべきである。For example, when In is added as an impurity to a GaAs melt, the diffusion coefficient is D '';;10'ct/sec
C'37). Accurate values should be determined by measurements on the equipment and -1).
たとえば、GaAs融液中に、Nグラム当量のInが入
っているとき、融点降下へTが
ΔT = 36ON
(至)で与えられるとする評価がある。GaAsの分
子量M=72.3、密度p = 5.3 jl/cra
、アボガドロ数Lo=6.02 X 1023から、
不純物濃度CとNとはの関係がある。For example, when N grams equivalent of In is contained in the GaAs melt, T to lower the melting point is ΔT = 36ON
There is an evaluation that says that it is given by (to). GaAs molecular weight M = 72.3, density p = 5.3 jl/cra
, from Avogadro's number Lo=6.02 x 1023,
There is a relationship between impurity concentration C and N.
M
ΔT=360−(4G
ρLO
つまり
ΔT = 8.16 X io−”c
(411となる。融点降下は、不純物の種類によら
ず、これらの定数は、どのような不純物についても等し
い。 ′これは化学上の法則である。稀薄であれば、
この関係がなりたつ。つまり、融液がGaAsであれば
mは
m = 8.16 X 1.0−”°Ccra
(4’2Jということになる。M ΔT=360-(4G ρLO i.e. ΔT=8.16 X io-”c
(411. The melting point depression does not depend on the type of impurity, and these constants are the same for any impurity. 'This is a chemical law. If it is dilute,
This relationship is established. In other words, if the melt is GaAs, m = 8.16 x 1.0-”°Ccra
(It would be 4'2J.
しかし、C37)、 (43のり、mは一応の目やすて
あり、実際には、これらを装置ごとに、化合物半導体の
種類ごとに測定して求める方がよいわけである。However, C37), (43glue, m) is a rough guide, and in reality, it is better to measure and determine these values for each device and each type of compound semiconductor.
ところが、D、mを個別に知らなくても、これらを含む
パラメータHが分れば本発明を実施する事ができる。H
を求めるには、濃度Cを変えて、実際にセルt1.長の
起こる固化率gmを測定すればよいのである。However, even if D and m are not known individually, the present invention can be implemented if the parameter H including these is known. H
To find the cell t1., change the concentration C and actually set the cell t1. What is necessary is to measure the solidification rate gm at which the length increases.
(ロ)実施例と比較例 実施例と、比較例とを■〜■の例によって説明する。(b) Examples and comparative examples Examples and comparative examples will be explained using examples ① to ②.
第4図は、引上げ時の、G/Rの、固化率gによる変化
を示すグラフである。横軸が固化率gである。引上げは
g=0からg→1に向かってなされる。縦軸がG/Rで
ある。FIG. 4 is a graph showing the change in G/R depending on the solidification rate g during pulling. The horizontal axis is the solidification rate g. The pulling is done from g=0 towards g→1. The vertical axis is G/R.
曲線hiはセル成長が発生する限界を与えるものである
。これは(21)式で等号がなりたつとしたものである
。実際には、
という曲線を描いている。k=0.1としたものである
。Curve hi gives the limit at which cell growth occurs. This is based on the assumption that the equal sign holds in equation (21). In reality, it draws a curve. k=0.1.
■〜VはG/R−gカーブで示すと、第4図のようにな
る例である。(2) to V are examples shown in FIG. 4 when shown as a G/Rg curve.
曲線jmopというのは、セル成長発生領域より僅かに
上の部分をG/Rが変化してゆく。ギリギリの例である
。この曲線についてGR制御した(I)もの、R制御し
た(1)もの、G制御した(2)ものの3つを説明する
。In the curve jmop, G/R changes in a portion slightly above the cell growth generation region. This is a last-minute example. Three types of this curve will be explained: GR-controlled (I), R-controlled (1), and G-controlled (2).
また、曲線jlqrOPに沿ってGR制御したもの(1
)も説明する。In addition, the GR control along the curve jlqrOP (1
) will also be explained.
さらに、セル成長発生領域の中にあるjmspに沿って
GR制御したものMも説明する。Furthermore, the GR control M along the jmsp in the cell growth generation region will also be explained.
さて、実施例、比較例の共通の部分を説明する。Now, the common parts of the example and the comparative example will be explained.
GaAs多結晶にInをドープして、GaAs単結晶を
成長させる。GaAs polycrystal is doped with In to grow a GaAs single crystal.
水平ブリッジマン法(HB法)で作った、GaAs多結
晶6 kgと、不純物としてのInを、PBN製6イン
チるつぼに収容した。さらに、液体封止剤としてB2O
3をるつぼに入れた。6 kg of GaAs polycrystals produced by the horizontal Bridgman method (HB method) and In as an impurity were placed in a 6-inch PBN crucible. Additionally, B2O is used as a liquid sealant.
I put 3 into the crucible.
Inは、結晶のフロント部(上部)で不純物濃度がI
X 102102oとなるように設計している。In, the impurity concentration is I at the front (upper part) of the crystal.
It is designed to be X 102102o.
これを、第6図のような装置でヒータによって加熱し、
融液にしてから、種結晶を用いて引上げを行った。下軸
回転数は2Orpm、上軸回転数は5rpmである。回
転方向は反対である。This is heated with a heater using a device as shown in Figure 6.
After making it into a melt, it was pulled up using a seed crystal. The rotation speed of the lower shaft is 2 rpm, and the rotation speed of the upper shaft is 5 rpm. The direction of rotation is opposite.
成長速度Rは最初、0.9cm/hとした。The growth rate R was initially set to 0.9 cm/h.
融液中の温度勾配Gは約40℃/cmとした。The temperature gradient G in the melt was approximately 40° C./cm.
R□ = 0.9cm/h 1GO= 40°C/cm
というのは、全ての例1〜Vについて共通であるが、こ
れより以後の変化が異なる。R□ = 0.9cm/h 1GO = 40°C/cm
This is common to all Examples 1 to V, but subsequent changes are different.
そして、自動形状制御装置を用いて直径3インチのGa
As単結晶を作成した。Then, using an automatic shape control device, a 3-inch diameter Ga
An As single crystal was created.
もしも、G、Rを一定にして単結晶引上げを行“)と(
通常のLEG法)どうなるかを調べるため、G−40℃
/cm 、 R= 0.9 cm/hで一定にして引上
げを’f′fつた。これはg = 0.21程度から、
セル成長かみ1′0、I′l、5←0この単結晶を薄(
すJ゛つてウニ・・とし、KOHでエツチングし、EP
Dを測定した。If you keep G and R constant and pull the single crystal in the rows “) and (
Normal LEG method) To find out what happens, G-40℃
/cm, R = 0.9 cm/h, and the pulling rate was 'f'f. This is from about g = 0.21,
Cell growth factor 1'0, I'l, 5←0 This single crystal is thinned (
The sea urchin... was etched with KOH, and the EP was released.
D was measured.
g=0.1近傍で EPDは200cm 1g=0.
2近傍で EPDは100 cm−2程度で低転位であ
った。しかし、0.21から多結晶化してしまい、良品
を得られない。When g=0.1, EPD is 200cm, 1g=0.
2, the EPD was about 100 cm-2 and the dislocation was low. However, it becomes polycrystalline from 0.21, making it impossible to obtain a good product.
以下に述べる5例は、いずれも、G、Hのいずれか、又
は両方を変化させるものである。In all of the five examples described below, either G, H, or both are changed.
(イ)実施例■ jlrnnOpの曲線にそってG/Rを変動させる。(b) Example ■ G/R is varied along the curve of jlrnnOp.
つまり
G/R= 44 0≦g≦0.2
(44)G/R= 36.3(1−g)−” 0.2
(g≦0.68 (49G/R= 100
0.68 < g < 1. (46)である。さ
らに、ここではG、Rともに変化させている。変化は第
5図にgの函数として図示している。実線が■に当たる
。In other words, G/R= 44 0≦g≦0.2
(44) G/R= 36.3(1-g)-” 0.2
(g≦0.68 (49G/R= 100
0.68 < g < 1. (46). Furthermore, both G and R are changed here. The change is illustrated as a function of g in FIG. The solid line corresponds to ■.
Gについては
G = 4Q Oり、p、・:<o2C1
ηG−4og−+−32o2<g≦0.68 (48
)a=60 o6s<g<1 (4
9)Hについては
1==9.9 0≦g≦0.2−
(I)R=0.0275(40g+32X1−g)
O−90,2(g≦0.68 (51)R=0.6
0.6s(g(I Nというよう
な制御を行う。これによると、g=0.68までセル成
長が起らなかった。0.68以上ではセル成長が起こり
、多結晶化していた。しかし、ここまでは単結晶であっ
た。For G, G = 4Q Ori, p, ・:<o2C1
ηG-4og-+-32o2<g≦0.68 (48
)a=60 o6s<g<1 (4
9) For H, 1==9.9 0≦g≦0.2-
(I) R=0.0275 (40g+32X1-g)
O-90,2 (g≦0.68 (51) R=0.6
A control such as 0.6 s (g(IN) is performed. According to this, cell growth did not occur until g = 0.68. Cell growth occurred above 0.68, resulting in polycrystalline formation. However, , so far it has been a single crystal.
インゴットをウェハにスライスして、エッチピット密度
EPDを測定した。固化率gと、ウェハとは関係づける
事ができる。The ingot was sliced into wafers and the etch pit density EPD was measured. The solidification rate g and the wafer can be related.
ウェハの面内に於ける平均EPDを、固化率の函数とし
て示したのが第1図の黒丸で示した曲線Iである。Curve I indicated by a black circle in FIG. 1 shows the average EPD within the plane of the wafer as a function of the solidification rate.
EPDは100〜200個cm−2である。極めて低転
位である事がわかる。これであれば、gがO〜068で
ある範囲全てを利用できる。EPD is 100 to 200 pieces cm-2. It can be seen that the dislocation is extremely low. With this, the entire range of g from 0 to 068 can be used.
(−))比較例II[(R制御) GR制御と、R制御とを比較するための例である。(-)) Comparative Example II [(R control) This is an example for comparing GR control and R control.
第4図の曲線jmnopに沿ってG/Rを変動させる。G/R is varied along the curve jmnop in FIG.
ところが、Gは一定にして、Rのみを変動させるのであ
る。However, G is kept constant and only R is varied.
第5図の一点鎖線でG、Rの変化を示している。Changes in G and R are shown by the dashed dotted line in FIG.
Gは40°C/cmである。Rは、
R=0.9 0≦g≦0.2 (財)R
= 1.I X (1−g)0°9 0.2≦g<o
、6B (財)R= 0.4 0.68
≦g<1 に)である。G is 40°C/cm. R is R=0.9 0≦g≦0.2 (Foundation) R
= 1. I X (1-g)0°9 0.2≦g<o
, 6B (Foundation) R= 0.4 0.68
≦g<1).
第5図の下図かられかるように、R制御の場合、Rを0
.4cm/hまで下げなければならない。GR制御であ
ると、Rは0.6cm/hまで下げればよいだけである
。As can be seen from the lower diagram in Figure 5, in the case of R control, R is set to 0.
.. The speed must be reduced to 4cm/h. With GR control, R only needs to be lowered to 0.6 cm/h.
転位密度が問題である。第1図に於て、三角で示したも
のが、転位密度の測定結果である。g=0.68までセ
ル成長が起こらないが、g=0.5以上で、転位密度が
急に増えてしまう。Dislocation density is a problem. In FIG. 1, the triangles indicate the measurement results of dislocation density. Cell growth does not occur until g=0.68, but when g=0.5 or more, the dislocation density suddenly increases.
(ス)比較倒置(G制御) GR制御とG制御とを比較するための例である。(S) Comparative inversion (G control) This is an example for comparing GR control and G control.
第4図の曲線jmnopに沿って、G/Rを変動させる
。Rを一定にして、Gのみを変動させている。第5図の
破線で、G、Hの値を示している。G/R is varied along the curve jmnop in FIG. R is kept constant and only G is varied. The broken lines in FIG. 5 indicate the values of G and H.
Rは0.9cm/hである。R is 0.9 cm/h.
G=40 0≦g (0,2に)−〇、
9
G = 32.7X(1−g) 0.2≦g〈0
68(5f)G = 90 0.68≦
g<t に)Gの値が90°C/cmiで上がってし
まう。GR制御なら60°C/cn+!ででよいことに
なる。G=40 0≦g (to 0,2)-〇,
9 G = 32.7X (1-g) 0.2≦g<0
68(5f)G = 90 0.68≦
g<t) The value of G increases at 90°C/cmi. 60°C/cn+ with GR control! That's fine.
転位密度は、第1図の白丸で示す曲線のようになる。こ
れも、g=0.5をこえると、転位が著しく増えてしま
う。セル成長はg = 0.68まで起らないが、この
ように転位が多いとウェハを電子デバイスの基板として
使うことができない。The dislocation density becomes like the curve shown by the white circle in FIG. Also, when g exceeds 0.5, the number of dislocations increases significantly. Although cell growth does not occur until g = 0.68, such a large number of dislocations prevents the wafer from being used as a substrate for electronic devices.
(→ 実施例■
折線jlqrop(第4図)にそってG/Rを変化させ
る。これは、G/Rに関して、
G/R= 44.4 0≦g(0,1(ホ)
G/R=−g−1−−0,1≦g (0,6■G/R=
100 0.6 (g (61)とする
ものである。GとRの両方を変化させた。(→ Example ■ G/R is changed along the broken line jlqrop (Fig. 4). This means that regarding G/R, G/R= 44.4 0≦g(0,1(E)
G/R=-g-1--0,1≦g (0,6■G/R=
100 0.6 (g (61). Both G and R were changed.
変化の様子は第7図に実線で示している。The state of the change is shown by the solid line in FIG.
Gについては、
G=40 0≦g(0,1(60
G = 60 0.6≦g<1(64
)Rについては、
R=0.9 0≦g<0.1 (6
5)R= 0.96−0.6g 0.1≦g
<o、6(66)R= 0.6 0.6
≦g<1 (6カである。これはg=0.68まで
セル成長が起こらなかった。For G, G=40 0≦g(0,1(60
G = 60 0.6≦g<1 (64
) For R, R=0.9 0≦g<0.1 (6
5) R= 0.96-0.6g 0.1≦g
<o, 6(66)R= 0.6 0.6
≦g<1 (6 times). This means that cell growth did not occur until g=0.68.
転位密度の測定結果は第1図のX印で示される。The measurement results of dislocation density are indicated by X marks in FIG.
これによればg=0〜068の間で、転位が少ないとい
うことが分る。According to this, it can be seen that there are fewer dislocations when g=0 to 068.
(ソ)比較例■
第4図に於て曲線jlspに沿ってG/Rを変化させる
。これはセル成長発生領域の中である。(S) Comparative Example ■ In FIG. 4, G/R is changed along the curve jlsp. This is within the region where cell growth occurs.
G/R= 44.4 0≦g(o、1 ■
G/R= 42.I X j;7o、t≦g<0.82
(60G/R= 100 0.82≦g
< 1 (70)さらに、GとHの両方を変動させた
。これは第7図の破線で示しである。G/R= 44.4 0≦g(o, 1 ■
G/R=42. I X j; 7o, t≦g<0.82
(60G/R= 100 0.82≦g
< 1 (70) Furthermore, both G and H were varied. This is shown by the dashed line in FIG.
Gについては、
G = 40 0≦g (0,1(71
)G=−g+−0,1≦g (0,82(7埠G =
60 0.82≦g<1 (ハ
)Rについては、
R=0.9 0≦g < 0.1 (
74)R= 0.6 0.82≦g<1
(7っである。GR制御である。しかし、g=0.32
でセル成長が発生した。For G, G = 40 0≦g (0,1(71
)G=-g+-0,1≦g (0,82(7埠G=
60 0.82≦g<1 (c) For R, R=0.9 0≦g<0.1 (
74) R= 0.6 0.82≦g<1
(It is 7. It is GR control. However, g = 0.32
cell growth occurred.
汐)効 果
不純物をドープした化合物半導体単結晶を低温度勾配の
空間へ引上げる事により低転位単結晶を製造する方法に
於て、セル成長を回避するため引上げ速度Rと、融液中
の温度勾配Gの両方を変化させる。Effect: In a method for producing a low-dislocation single crystal by pulling a compound semiconductor single crystal doped with impurities into a space with a low temperature gradient, the pulling rate R and the temperature in the melt are adjusted to avoid cell growth. Both temperature gradients G are changed.
偏析係数が1より小さい不純物を高濃度にドープした時
、引上げとともにセル成長が発生しやすくなる。When impurities with a segregation coefficient smaller than 1 are doped at a high concentration, cell growth tends to occur as the material is pulled up.
ところが、セル成長を避けるために、只のみ、又はGの
みを変動させる方法は、Rが下りすぎたり、Gが上りす
ぎたりするので、転位がかえって増加する傾向にある。However, methods in which only or only G is varied in order to avoid cell growth tend to cause R to drop too much or G to rise too much, so that dislocations tend to increase instead.
本発明は、GとHの両方を相補的に変動させるので、R
,Gの変化が、緩やかである。このため、セル成長を阻
止しつつ、転位を低く抑制することができる。In the present invention, since both G and H are varied in a complementary manner, R
, G changes gradually. Therefore, dislocations can be suppressed to a low level while preventing cell growth.
(力 偏析係数
GaAsにIn (1(==Q、l )をドープする例
ニツイて説明した。しかし、■−■族化合物半導体に対
して、In、 B、 Sb、 Si、 Ge、 Ga、
As1Pなどが不純物硬化作用を持っている。(Force Segregation Coefficient We have explained the example of doping GaAs with In (1 (==Q, l). However, for ■-■ group compound semiconductors, In, B, Sb, Si, Ge, Ga,
As1P and the like have an impurity hardening effect.
たとえば、InP単結晶の場合は、Ga1As、 Sb
などのドーピングが有効である。AsドープInPのの
場合、k=0.4であるので、同じ問題が生じる。For example, in the case of InP single crystal, Ga1As, Sb
Doping methods such as these are effective. In the case of As-doped InP, the same problem occurs since k=0.4.
偏析係数には条件によって違うが、以下に、大体の値を
示す。実際には、装置条件によって、測定すべきである
。The segregation coefficient varies depending on the conditions, but approximate values are shown below. In reality, it should be measured depending on the equipment conditions.
(1) GaAs中
5i(0,016) Ge(0,02)In(Q、
l) P(3) 5i(0,14)(2
1GaSb中
Ge(0,2) 5i(1) Te(0
,4)(3) InAs中
Ge(0,07) 5s(0,93) S
i (0,4)(4) InSb中
Go(0,012) P(0,16) 5s
(0,17)(5) AJSb中
B(0,01) Pb(0,01) 5e
(0,4)sico、x)
(6) InP中
As(0,4) Ga(5)(1) 5i(0,016) Ge(0,02)In(Q,
l) P(3) 5i(0,14)(2
1Ge(0,2) 5i(1) Te(0
,4)(3)Ge(0,07)5s(0,93)S in InAs
i (0,4)(4) Go(0,012) P(0,16) 5s in InSb
(0,17) (5) AJSb medium B (0,01) Pb (0,01) 5e
(0,4) sico, x) (6) As(0,4) Ga(5) in InP
第1図はInをドープしてGaAs単結晶を液体カプセ
ル法で引上げた場合の1〜皿の4つの方法について、転
位密度を固化率gの函数として測定した結果を示すグラ
フ。
第2図は、セル成長を回避するために温度勾配G1引上
げ速度Rをどのように変化させるべきかを説明するため
の図。
第3図はヒータとるつぼの相対位置りと融液中の温度勾
配との実測例を示すグラフ。
第4図はGaAsにInを高濃度にドープした場合の固
化率とG/Rの関係を示すグラフ。I〜■の5つの例を
示しである。
第5図は第4図でjmopに沿うG/R変化について、
GR制御、R制御、G制御を行う時、固化率gの函数と
して、G、Rを示したもの。
第6図は液体カプセル法による単結晶引上装置の概略断
面図。
第7図は第4図でjlqrpに沿うG/Hの制御と、j
lspに沿うG/Rの制御について%G%Hの変化を示
すグラフ。
第8図はセル成長発生条件を示す式を導出するための固
液界面近くの説明図。
第9図は不純物濃度の変動を説明するための図。
1・・・・・・るつぼ
2・・・・・・サセプタ
3・・・・・・下軸
4・・・・・・原料融液
5・・・・・・液体封止剤
6・・・・・・不活性気体雰囲気
7・・・・・・上軸
8・・・・・・種結晶
9・・・・・・単結晶
10・・・・・・耐圧容器
11.12・・・・・・ヒータ
発 明 者 松 浦 尚
特許出願人 住友電気工業株式会社
同化率g
第 2 図
(”(:7cm)第3rノ1
第 5 図
G
第4図
G/RFIG. 1 is a graph showing the results of measuring the dislocation density as a function of the solidification rate g for four methods 1 to 1 when pulling a GaAs single crystal doped with In by the liquid capsule method. FIG. 2 is a diagram for explaining how the temperature gradient G1 pulling rate R should be changed in order to avoid cell growth. FIG. 3 is a graph showing an example of actual measurement of the relative position of the heater and the crucible and the temperature gradient in the melt. FIG. 4 is a graph showing the relationship between solidification rate and G/R when GaAs is doped with In at a high concentration. Five examples of I to ■ are shown. Figure 5 shows the G/R change along jmop in Figure 4.
When performing GR control, R control, and G control, G and R are shown as functions of solidification rate g. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a single crystal pulling apparatus using the liquid capsule method. FIG. 7 shows the control of G/H along jlqrp in FIG.
Graph showing changes in %G%H for control of G/R along lsp. FIG. 8 is an explanatory diagram of the vicinity of the solid-liquid interface for deriving a formula showing conditions for cell growth occurrence. FIG. 9 is a diagram for explaining fluctuations in impurity concentration. 1... Crucible 2... Susceptor 3... Lower shaft 4... Raw material melt 5... Liquid sealant 6... ... Inert gas atmosphere 7 ... Upper shaft 8 ... Seed crystal 9 ... Single crystal 10 ... Pressure-resistant container 11.12 ... ...Heater inventor Takashi Matsuura Patent applicant Sumitomo Electric Industries, Ltd. Assimilation rate g Fig. 2 (''(:7cm) Fig. 3r-1 Fig. 5 G Fig. 4 G/R
Claims (2)
III−V族化合物半導体の原料融液を液体カプセル剤で
覆い、不活性気体によつて液体カプセル剤に高い圧力を
加え、種結晶を使つて、原料融液から単結晶を引上げる
液体カプセル引上法において、融液中の温度勾配をG、
引上げ速度をR、液相線の温度勾配をm、不純物の初期
濃度をC_0、不純物の原料融液中での偏析係数をk、
最初の原料融液量に対する固化した部分の量の比である
固化率をgとするとき、固化率gの函数として温度勾配
G(g)と引上げ速度R(g)の両方を不等式 G(g)/R(g)≧{ mc_0(1−k)(1−g
)^k^−^1}/Dが満足されるように、g=0から
、0<g_m<1であるg_mまで制御することを特徴
とするIII−V族化合物半導体単結晶の製造方法。(1) Contains a high concentration of impurities with a segregation coefficient k of 1 or less
A liquid capsule is pulled by covering the raw material melt of III-V compound semiconductor with a liquid capsule, applying high pressure to the liquid capsule with an inert gas, and pulling a single crystal from the raw material melt using a seed crystal. In the above method, the temperature gradient in the melt is G,
The pulling rate is R, the temperature gradient of the liquidus line is m, the initial concentration of impurities is C_0, the segregation coefficient of impurities in the raw material melt is k,
When the solidification rate, which is the ratio of the amount of the solidified portion to the initial raw material melt amount, is g, both the temperature gradient G (g) and the pulling rate R (g) are expressed as a function of the solidification rate g by the inequality G (g )/R(g)≧{ mc_0(1-k)(1-g
) A method for manufacturing a III-V compound semiconductor single crystal, characterized in that control is performed from g=0 to g_m where 0<g_m<1 so that ^k^-^1}/D is satisfied.
晶頭部におけるIn濃度が5×10^1^9〜1×10
^2^1cm^−^3である事を特徴とする特許請求の
範囲第(1)項記載のIII−V族化合物半導体単結晶の
製造方法。(2) The raw material melt is GaAs, the impurity is In, and the In concentration at the crystal head is 5×10^1^9 to 1×10
A method for manufacturing a III-V compound semiconductor single crystal according to claim (1), characterized in that the thickness is ^2^1 cm^-^3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7284588A JP2682600B2 (en) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | (III) -Method for producing group V compound semiconductor single crystal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01246197A true JPH01246197A (en) | 1989-10-02 |
JP2682600B2 JP2682600B2 (en) | 1997-11-26 |
Family
ID=13501130
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JP7284588A Expired - Lifetime JP2682600B2 (en) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | (III) -Method for producing group V compound semiconductor single crystal |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2682600B2 (en) |
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