JPH06329492A - GaAs化合物半導体結晶の製造方法 - Google Patents
GaAs化合物半導体結晶の製造方法Info
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- JPH06329492A JPH06329492A JP14281793A JP14281793A JPH06329492A JP H06329492 A JPH06329492 A JP H06329492A JP 14281793 A JP14281793 A JP 14281793A JP 14281793 A JP14281793 A JP 14281793A JP H06329492 A JPH06329492 A JP H06329492A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】低欠陥で低Cr濃度の半絶性GaAs化合物半
導体結晶を安定して得る。 【構成】PBNボート1に25gのB2 O3 (符号3)
を入れ、300gのGa(符号2)と50mgのCr
(符号4)をその上に置き、これをアンプル8の一端
に、他端には350gのAs(符号6)を置く。ボート
1とAs間にキャピラリー7を置きアンプル8を真空封
着しボート炉に入れ、約50時間で種結晶5側から徐々
に固化させた。
導体結晶を安定して得る。 【構成】PBNボート1に25gのB2 O3 (符号3)
を入れ、300gのGa(符号2)と50mgのCr
(符号4)をその上に置き、これをアンプル8の一端
に、他端には350gのAs(符号6)を置く。ボート
1とAs間にキャピラリー7を置きアンプル8を真空封
着しボート炉に入れ、約50時間で種結晶5側から徐々
に固化させた。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ボート法によるGaA
s化合物半導体結晶の製造方法に関するものである。
s化合物半導体結晶の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】石英製アンプル、PBN製ボート、結晶
融液表面の封止剤であるB2 O3 を用いた、ボート法に
よる半絶縁性GaAs化合物半導体単結晶の製造方法
は、主により低転位、低不純物を目的として、従来特開
昭62−176998号、特開平1−103985号、
特開平3−97695号等に提案されている。
融液表面の封止剤であるB2 O3 を用いた、ボート法に
よる半絶縁性GaAs化合物半導体単結晶の製造方法
は、主により低転位、低不純物を目的として、従来特開
昭62−176998号、特開平1−103985号、
特開平3−97695号等に提案されている。
【0003】特開平1−103985号においては、ボ
ート容器中の結晶融液表面の大部分をB2 O3 で覆い不
純物の混入を減らすというものであるが、ボートが石英
製の場合は、石英ボートからSi不純物がGaAs結晶
中に混入する。これを電気的に補償するために、Crを
不純物として0.1wtppmドープしなければ半絶縁
性とならず、低不純物という点で問題がある。
ート容器中の結晶融液表面の大部分をB2 O3 で覆い不
純物の混入を減らすというものであるが、ボートが石英
製の場合は、石英ボートからSi不純物がGaAs結晶
中に混入する。これを電気的に補償するために、Crを
不純物として0.1wtppmドープしなければ半絶縁
性とならず、低不純物という点で問題がある。
【0004】このウエハは使用される用途がエピタキシ
ャル法によるデバイスに限られ、イオン注入用には使用
できない。また、石英ボートはB2 O3 と反応し、石英
ボートの劣化を早め結晶製造に支障をきたす危険性や、
この反応によりSiの混入が抑制できないという問題点
がある。
ャル法によるデバイスに限られ、イオン注入用には使用
できない。また、石英ボートはB2 O3 と反応し、石英
ボートの劣化を早め結晶製造に支障をきたす危険性や、
この反応によりSiの混入が抑制できないという問題点
がある。
【0005】また、PBNボートの場合多少高抵抗化は
するものの、本発明者らの追試実験によると比抵抗=1
05 〜107 Ω・cmとなりばらつきが非常に大きく、
また必ずしも全てが安定して半絶縁性とはならない。こ
の事情は特開平3−97695号についても同様であ
る。
するものの、本発明者らの追試実験によると比抵抗=1
05 〜107 Ω・cmとなりばらつきが非常に大きく、
また必ずしも全てが安定して半絶縁性とはならない。こ
の事情は特開平3−97695号についても同様であ
る。
【0006】さらに、追試実験において、B2 O3 は結
晶自由面側のみに留まらず、ボートと結晶との隙間にも
多少流れ込むことが明らかになった。こうしたB2 O3
が存在する部分と存在しない部分とにおいて、結晶とボ
ートとの熱応力の緩和の仕方が異なり、欠陥密度の増加
やリネージ欠陥が発生し易いという欠点が明らかになっ
た。
晶自由面側のみに留まらず、ボートと結晶との隙間にも
多少流れ込むことが明らかになった。こうしたB2 O3
が存在する部分と存在しない部分とにおいて、結晶とボ
ートとの熱応力の緩和の仕方が異なり、欠陥密度の増加
やリネージ欠陥が発生し易いという欠点が明らかになっ
た。
【0007】特開昭62−176998号においては、
石英製アンプルを用いPBN製ボートの表面をB2 O3
等でコーティングし、このB2 O3 が結晶に与える機械
的応力を減少させると同時に、B2 O3 より生じた酸素
により石英アンプルからのSiの混入を抑制させている
ことで、低転位、半絶縁結晶を得るというものである。
石英製アンプルを用いPBN製ボートの表面をB2 O3
等でコーティングし、このB2 O3 が結晶に与える機械
的応力を減少させると同時に、B2 O3 より生じた酸素
により石英アンプルからのSiの混入を抑制させている
ことで、低転位、半絶縁結晶を得るというものである。
【0008】しかしこの提案では、B2 O3 が結晶とP
BNボートとの間のみに存在するため、他の従来例に指
摘されているようにGaAs自由表面からのSiの混入
が抑えきれず、半絶縁(比抵抗>107 Ω・cm)とい
うほどの高抵抗は安定して得られない。本発明者らの追
試実験によると、比抵抗=103 〜106 Ω・cmであ
った。
BNボートとの間のみに存在するため、他の従来例に指
摘されているようにGaAs自由表面からのSiの混入
が抑えきれず、半絶縁(比抵抗>107 Ω・cm)とい
うほどの高抵抗は安定して得られない。本発明者らの追
試実験によると、比抵抗=103 〜106 Ω・cmであ
った。
【0009】また、従来より石英アンプルとボートを使
用する系で半絶縁性結晶を得るために、酸素をドープし
て不純物のSiを減らし、ドープするCrを少なくする
方法が提案されているが、この方法では少なくとも0.
1wtppm程度のCrをドープせざるを得ず、ウェハ
の用途はエピタキシャル法によるデバイスに限られ、イ
オン注入用には使用できない。
用する系で半絶縁性結晶を得るために、酸素をドープし
て不純物のSiを減らし、ドープするCrを少なくする
方法が提案されているが、この方法では少なくとも0.
1wtppm程度のCrをドープせざるを得ず、ウェハ
の用途はエピタキシャル法によるデバイスに限られ、イ
オン注入用には使用できない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術が有していた前述の問題点、すなわち低欠陥でしか
も低Cr濃度の半絶性GaAs化合物半導体結晶が安定
して得られないということを解決しようというものであ
る。
技術が有していた前述の問題点、すなわち低欠陥でしか
も低Cr濃度の半絶性GaAs化合物半導体結晶が安定
して得られないということを解決しようというものであ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解決すべくなされたものであり、石英製アンプル、P
BN製ボート、封止剤としてのB2 O3 を用いたボート
法によるGaAs化合物半導体結晶の製造方法におい
て、結晶中のCr濃度の最低値が0.01〜0.05w
tppmの範囲となるよう制御することを特徴とするG
aAs化合物半導体結晶の製造方法を提供するものであ
る。
を解決すべくなされたものであり、石英製アンプル、P
BN製ボート、封止剤としてのB2 O3 を用いたボート
法によるGaAs化合物半導体結晶の製造方法におい
て、結晶中のCr濃度の最低値が0.01〜0.05w
tppmの範囲となるよう制御することを特徴とするG
aAs化合物半導体結晶の製造方法を提供するものであ
る。
【0012】また本発明において、石英製アンプル、P
BN製ボート、封止剤としてのB2O3 を用いたボート
法によるGaAs化合物半導体結晶の製造方法におい
て、前記B2 O3 が、GaAs結晶とPBNボートの隙
間を覆い、かつ溶融結晶の自由表面を厚み2mmよりも
薄く覆う状態で結晶育成を行うことを特徴とする。
BN製ボート、封止剤としてのB2O3 を用いたボート
法によるGaAs化合物半導体結晶の製造方法におい
て、前記B2 O3 が、GaAs結晶とPBNボートの隙
間を覆い、かつ溶融結晶の自由表面を厚み2mmよりも
薄く覆う状態で結晶育成を行うことを特徴とする。
【0013】PBN製のボートの結晶載置用の棚部に種
結晶を置き、B2 O3 と、原料のGaと、結晶中におい
て最低のCr濃度が0.01から0.05wtppmと
なる量のCrを以下の数1から求め、それぞれボート内
に入れる。
結晶を置き、B2 O3 と、原料のGaと、結晶中におい
て最低のCr濃度が0.01から0.05wtppmと
なる量のCrを以下の数1から求め、それぞれボート内
に入れる。
【0014】具体的には以下のようにようになる。ま
ず、結晶中において最低のCr濃度分布を示す部分は、
CrのGaAsに対する偏析係数が1より小さいことか
ら、固化率の最も小さい種結晶の直後の位置である。さ
らに、この部分の結晶中のCr濃度が0.01〜0.0
5wtppmとなる量のCr(g)は以下の数1から求
めることができる。
ず、結晶中において最低のCr濃度分布を示す部分は、
CrのGaAsに対する偏析係数が1より小さいことか
ら、固化率の最も小さい種結晶の直後の位置である。さ
らに、この部分の結晶中のCr濃度が0.01〜0.0
5wtppmとなる量のCr(g)は以下の数1から求
めることができる。
【0015】
【数1】{Cr量(g)}=X(wtppm)×10-6
×W(g)/0.00064
×W(g)/0.00064
【0016】ここで、数1においてXは所望の結晶中の
Cr濃度であり、0.01〜0.05で、Wは育成結晶
の重量(g)で、0.00064はCrのGaAsに対
する偏析係数である。
Cr濃度であり、0.01〜0.05で、Wは育成結晶
の重量(g)で、0.00064はCrのGaAsに対
する偏析係数である。
【0017】次に、石英製アンプル内の一端に前記PB
Nボートを置き、他端には原料Gaとストイキオメトリ
ックな量よりも多いAsを置き、両者の間に拡散バリア
を設け真空封入する。
Nボートを置き、他端には原料Gaとストイキオメトリ
ックな量よりも多いAsを置き、両者の間に拡散バリア
を設け真空封入する。
【0018】図2及び図3には、ボート内のGaAs結
晶13とB2 O3 (符号12)の量的関係を示してい
る。このときのB2 O3 の量はボート11や結晶13の
形状により経験的に決定されるものであり、定性的には
GaAs結晶13とPBNボート11間の隙間を覆う量
よりも多く、更にメルト自由表面を厚み2mmで覆う量
よりも少ないB2 O3 の量と定義できる。なお、図2に
示す形状の600gのGaAs結晶13においては、B
2 O3 の量は15g以上40g以下である。
晶13とB2 O3 (符号12)の量的関係を示してい
る。このときのB2 O3 の量はボート11や結晶13の
形状により経験的に決定されるものであり、定性的には
GaAs結晶13とPBNボート11間の隙間を覆う量
よりも多く、更にメルト自由表面を厚み2mmで覆う量
よりも少ないB2 O3 の量と定義できる。なお、図2に
示す形状の600gのGaAs結晶13においては、B
2 O3 の量は15g以上40g以下である。
【0019】この量よりも少ない場合には、GaAs結
晶13とPBNボート11との隙間にB2 O3 は均一に
存在することができず、欠陥密度の増加やリネージ欠陥
等が発生し易くなる。また、この量よりも多いときに
は、次の結晶製造炉内での最初の工程であるGaとAs
からGaAs結晶13を合成する際に、GaがB2 O3
に覆われてしまいAsとの接触がなされず、合成反応が
進まないという問題がある。
晶13とPBNボート11との隙間にB2 O3 は均一に
存在することができず、欠陥密度の増加やリネージ欠陥
等が発生し易くなる。また、この量よりも多いときに
は、次の結晶製造炉内での最初の工程であるGaとAs
からGaAs結晶13を合成する際に、GaがB2 O3
に覆われてしまいAsとの接触がなされず、合成反応が
進まないという問題がある。
【0020】さらに、メルト自由表面を覆うB2 O3
は、必ずしも溶融結晶の自由表面全面を覆う必要はな
く、少なくとも自由表面全面の20%以上を覆うのが好
ましい。20%よりも小さいと結晶中に混入するSiの
量が多くなり、これを電気的に補償するためのCrを
0.05wtppmより多くドープしなければ半絶縁性
とならず、低不純物化という点で問題となる。
は、必ずしも溶融結晶の自由表面全面を覆う必要はな
く、少なくとも自由表面全面の20%以上を覆うのが好
ましい。20%よりも小さいと結晶中に混入するSiの
量が多くなり、これを電気的に補償するためのCrを
0.05wtppmより多くドープしなければ半絶縁性
とならず、低不純物化という点で問題となる。
【0021】なお、合成の手間等を考えると好ましくな
いが、原料があらかじめ合成されたGaAsポリ(多結
晶)原料でも良い。この場合は合成ができないという不
都合は生じないが、結晶製造中にAs圧力を制御できな
いという不都合が生じ、結晶のストイキオメトリーを制
御することができず好ましくない。
いが、原料があらかじめ合成されたGaAsポリ(多結
晶)原料でも良い。この場合は合成ができないという不
都合は生じないが、結晶製造中にAs圧力を制御できな
いという不都合が生じ、結晶のストイキオメトリーを制
御することができず好ましくない。
【0022】結晶製造炉内の前記アンプル内において、
GaとAsよりGaAsの合成あるいは原料のGaAs
ポリ原料の融解によりGaAs融液を得た後、種結晶と
接触させ、徐々に固化させ単結晶を得る。この結晶は欠
陥の少ない良質の単結晶であり、比抵抗については10
7 Ω・cmより大きく半絶縁性結晶となっている。
GaとAsよりGaAsの合成あるいは原料のGaAs
ポリ原料の融解によりGaAs融液を得た後、種結晶と
接触させ、徐々に固化させ単結晶を得る。この結晶は欠
陥の少ない良質の単結晶であり、比抵抗については10
7 Ω・cmより大きく半絶縁性結晶となっている。
【0023】なお、本発明は石英製アンプルとPBNボ
ート及びB2 O3 を用いるGaAs化合物半導体単結晶
及び多結晶の育成法全てに適応可能であり、水平ブリッ
ジマン法(HB法)、グラディエント・フリーズ法(G
F法)、ゾーンメルト法、垂直ブリッジマン法(VB
法)等に応用できることは言うまでもない。
ート及びB2 O3 を用いるGaAs化合物半導体単結晶
及び多結晶の育成法全てに適応可能であり、水平ブリッ
ジマン法(HB法)、グラディエント・フリーズ法(G
F法)、ゾーンメルト法、垂直ブリッジマン法(VB
法)等に応用できることは言うまでもない。
【0024】
【作用】本発明において、PBNボートとGaAs結晶
との間に完全にB2 O3 が入るため、GaAs結晶とP
BNボートとの熱膨張率の差からくる機械的応力をB2
O3 が減少させることによって低欠陥を実現できる。一
方、ボートにPBN製のものを使用することにより、結
晶中へボートから電気的に活性な不純物が混入するのを
防いでいる。また、B2 O3 より生じる酸素が、結晶中
の不純物であるSiを結晶外部に取り除く働きをしてい
る。
との間に完全にB2 O3 が入るため、GaAs結晶とP
BNボートとの熱膨張率の差からくる機械的応力をB2
O3 が減少させることによって低欠陥を実現できる。一
方、ボートにPBN製のものを使用することにより、結
晶中へボートから電気的に活性な不純物が混入するのを
防いでいる。また、B2 O3 より生じる酸素が、結晶中
の不純物であるSiを結晶外部に取り除く働きをしてい
る。
【0025】さらにB2 O3 を用いることで、B2 O3
が結晶の回りをとりまいて不純物が結晶中へ直接混入す
る危険性を著しく減らしている。これは、従来法が示す
酸素ドープ法のみの効果だけでは期待できない大きな効
果である。
が結晶の回りをとりまいて不純物が結晶中へ直接混入す
る危険性を著しく減らしている。これは、従来法が示す
酸素ドープ法のみの効果だけでは期待できない大きな効
果である。
【0026】これらの効果により、従来の場合より結晶
中に取り込まれるSiの量が減り、これを補償して半絶
縁性を実現するためにドープする不純物のCrの量を減
らすことができる。
中に取り込まれるSiの量が減り、これを補償して半絶
縁性を実現するためにドープする不純物のCrの量を減
らすことができる。
【0027】
【実施例】本発明の実施例を図1に示す。PBN製ボー
ト1に25gのB2 O3 (符号3)を入れ、さらに30
0gのGa(符号2)と、50mgのドーパントとして
のCr(符号4)をその上に置き、これをアンプル8の
一端(図中左側)に置き、他端(右側)には350gの
As(符号6)を置き、ボート1とAsとの間に拡散バ
リアとしてキャピラリー7を置きアンプル8を真空封着
した。これを結晶成長用のボート炉に入れ、約50時間
で種結晶5側から徐々に固化させ単結晶を得た。
ト1に25gのB2 O3 (符号3)を入れ、さらに30
0gのGa(符号2)と、50mgのドーパントとして
のCr(符号4)をその上に置き、これをアンプル8の
一端(図中左側)に置き、他端(右側)には350gの
As(符号6)を置き、ボート1とAsとの間に拡散バ
リアとしてキャピラリー7を置きアンプル8を真空封着
した。これを結晶成長用のボート炉に入れ、約50時間
で種結晶5側から徐々に固化させ単結晶を得た。
【0028】この結晶のPBNボート1との接触面に
は、全面B2 O3 と接触していたことによる光沢がみら
れた。この結晶の種結晶付近のCr濃度を分析したとこ
ろ、0.05wtppmであった。
は、全面B2 O3 と接触していたことによる光沢がみら
れた。この結晶の種結晶付近のCr濃度を分析したとこ
ろ、0.05wtppmであった。
【0029】この結晶より(100)ウエハを切り出
し、KOHエッチングによりEPDを調べたところ、平
均値700個/cm2 であった。このウエハをホール測
定により比抵抗の値を調べたところ、3〜7x107 Ω
・cmであり半絶縁性を示した。
し、KOHエッチングによりEPDを調べたところ、平
均値700個/cm2 であった。このウエハをホール測
定により比抵抗の値を調べたところ、3〜7x107 Ω
・cmであり半絶縁性を示した。
【0030】
【発明の効果】本発明によると、従来より低Cr濃度の
半絶縁性の結晶でしかも低転位密度の結晶を供給するこ
とができる。そのため、従来エピタキシャルの用途に限
られていたCrドープGaAsウエハを、イオン注入用
GaAsウエハ用として使用できるようになり有益であ
る。
半絶縁性の結晶でしかも低転位密度の結晶を供給するこ
とができる。そのため、従来エピタキシャルの用途に限
られていたCrドープGaAsウエハを、イオン注入用
GaAsウエハ用として使用できるようになり有益であ
る。
【図1】本発明をボート法に適用した一実施例を示し、
アンプル内の構成を模式的に表した側断面図である。
アンプル内の構成を模式的に表した側断面図である。
【図2】本発明によるGaAs結晶とB2 O3 の量的関
係を示し、ボート内側断面図である。
係を示し、ボート内側断面図である。
【図3】本発明によるGaAs結晶とB2 O3 の量的関
係を示し、ボート内断面図である。
係を示し、ボート内断面図である。
1:PBNボート 2:原料Ga 3:B2 O3 4:ドーパントのCr 5:種結晶 6:原料As 7:キャピラリー 8:アンプル 11:PBNボート 12:B2 O3 13:GaAs結晶 14:種結晶
Claims (2)
- 【請求項1】石英製アンプル、PBN製ボート、封止剤
としてのB2 O3 を用いたボート法によるGaAs化合
物半導体結晶の製造方法において、結晶中のCr濃度の
最低値が0.01〜0.05wtppmの範囲となるよ
う制御することを特徴とするGaAs化合物半導体結晶
の製造方法。 - 【請求項2】石英製アンプル、PBN製ボート、封止剤
としてのB2 O3 を用いたボート法によるGaAs化合
物半導体結晶の製造方法において、前記B2 O3 が、G
aAs結晶とPBNボートの隙間を覆い、かつ溶融結晶
の自由表面を厚み2mmよりも薄く覆う状態で結晶育成
を行うことを特徴とする請求項1記載のGaAs化合物
半導体結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14281793A JPH06329492A (ja) | 1993-05-21 | 1993-05-21 | GaAs化合物半導体結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14281793A JPH06329492A (ja) | 1993-05-21 | 1993-05-21 | GaAs化合物半導体結晶の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06329492A true JPH06329492A (ja) | 1994-11-29 |
Family
ID=15324323
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14281793A Pending JPH06329492A (ja) | 1993-05-21 | 1993-05-21 | GaAs化合物半導体結晶の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06329492A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103866390A (zh) * | 2012-12-12 | 2014-06-18 | 有研光电新材料有限责任公司 | 一种磷化镓多晶体中掺锌方法 |
CN104576332A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-04-29 | 宜兴市环洲微电子有限公司 | 一种用于镓扩散载镓源的镓源瓶 |
-
1993
- 1993-05-21 JP JP14281793A patent/JPH06329492A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103866390A (zh) * | 2012-12-12 | 2014-06-18 | 有研光电新材料有限责任公司 | 一种磷化镓多晶体中掺锌方法 |
CN104576332A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-04-29 | 宜兴市环洲微电子有限公司 | 一种用于镓扩散载镓源的镓源瓶 |
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