JPS61155293A - Preparation of compound semiconductor single crystal - Google Patents

Preparation of compound semiconductor single crystal

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JPS61155293A
JPS61155293A JP27516284A JP27516284A JPS61155293A JP S61155293 A JPS61155293 A JP S61155293A JP 27516284 A JP27516284 A JP 27516284A JP 27516284 A JP27516284 A JP 27516284A JP S61155293 A JPS61155293 A JP S61155293A
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crucible
impurity
floating
melt
raw material
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Riyuusuke Nakai
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To prepare the title single crystal having uniform concentration of impurity by melting starting polycrystal and impurity contained in an external crucible wherein a floating crucible contg. a liquid encapsulating agent is provided therein, thus, supplying a specified amt. of the impurity to the floating crucible. CONSTITUTION:Starting polycrystal 7 and impurity 8 are contained in an external crucible 2 supported by a susceptor 3 at the top end of a foot shaft 6 so as to obtain a desired concn. of the impurity. A floating crucible 1 having a small hole 17 on the bottom clogged with the starting polycrystal 9 is provided therein, and a liquid encapsulating agent 10 is contained in the floating crucible 1. The liquid encapsulating agent 10, starting polycrystal 7, and the impurity 8 are melted by supplying electric current to a heater 4. Then, the polycrystal 9 is melted and the small hole 17 is opened. Thus, the level of the melt 7' in the crucible 1, 2 are made equal. Thereafter, a seed crystal 12 fixed to a foot end of an upper shaft 11 is pulled up, and simultaneously, the impurity expressed by the formula (n/k-n)U [wherein (U) is the weight of the melt to be fed as the starting material; k is a segregation coefft. of the impurity] is fed to the crucible as a single substance or a compound from a jig 13 provided to the upper shaft 11.

Description

【発明の詳細な説明】 (7)  技  術  分  野 この発明は、液体カプセル法(LEC法)で、融液から
、不純物を含む屯結晶を引上げる化合物半導体単結晶の
製造法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (7) Technical Field The present invention relates to a method for producing a compound semiconductor single crystal, which involves pulling up a crystal containing impurities from a melt by a liquid encapsulation method (LEC method).

化合物半導体は■−■族、It−Vl族の半導体がある
。引上げ法で単結晶を作る事ができるが、■族、■族元
素の蒸気圧が高いだめに、原料融液の上を液体カプセル
剤で覆い、不活性ガスで高圧を掛けるLEC法が用いら
れる。
Compound semiconductors include semiconductors of the ■-■ group and the It-Vl group. Single crystals can be made by the pulling method, but because the vapor pressure of group Ⅰ and group Ⅰ elements is high, the LEC method is used, in which the raw material melt is covered with a liquid capsule and high pressure is applied with an inert gas. .

ノンドープの単結晶を引上げる事もあるが、不純物をド
ープする事もある。
Sometimes undoped single crystals are pulled, but sometimes they are doped with impurities.

不純物は、電気的特性を変えないアイソエレクトロニッ
クインピユリティと、電気的特性ヲp 型、n型に変え
るインピユリティとがある。
Impurities include isoelectronic impurities that do not change the electrical characteristics, and impurities that change the electrical characteristics to p-type or n-type.

不純物の種類は多様であって、添加する目的も多様であ
る。
The types of impurities are diverse, and the purposes for which they are added are also diverse.

どのような不純物をドープするにしても、単結晶の中で
、不純物濃度が一様である、という事が望ましい。
No matter what type of impurity is doped, it is desirable that the impurity concentration be uniform within the single crystal.

(イ)従来技術とその問題点 不純物の濃度は、液体中の濃度と、固体中の濃度という
2つの意味に使う。液体中の濃度は、これが平衡状態に
ある時に定義できる。全重量によって不純物の重量を割
ったものである。これはひとつの値である。
(a) Prior art and its problems Concentration of impurities is used in two senses: concentration in liquid and concentration in solid. The concentration in a liquid can be defined when it is in equilibrium. It is the weight of impurities divided by the total weight. This is one value.

固体中の濃度は、ひとつの値で表わす事ができない。濃
度は位置によって異々るからである。
Concentration in a solid cannot be expressed by a single value. This is because the concentration varies depending on the location.

固液界面で接する固体部の不純物濃度Sと、液体部の不
純物濃度mとの比は、偏析係数にという。
The ratio of the impurity concentration S in the solid part and the impurity concentration m in the liquid part that are in contact at the solid-liquid interface is called the segregation coefficient.

これは圧力の函数であるが、圧力が一定であるとすれば
、濃度が充分低い範囲では固化率gに拘わらず一定であ
る。
This is a function of pressure, but if the pressure is constant, it is constant regardless of the solidification rate g as long as the concentration is sufficiently low.

偏析係数kが1であれば、単結晶を引上げた場合、不純
物濃度は不変である。
If the segregation coefficient k is 1, the impurity concentration remains unchanged when the single crystal is pulled.

しかし、kが1でなければ、不純物濃度は、固化率gに
よって変動する。同化率gというのは、最初の原料rs
’h液の重量で、引−1−、げられだ結晶の重量を割っ
たものであり、どれだけの部分が固化したかを示す、0
から1までの変数である。
However, if k is not 1, the impurity concentration varies depending on the solidification rate g. The assimilation rate g is the initial raw material rs
'h The weight of the liquid is divided by the weight of the crystals, indicating how much of it has solidified, 0
It is a variable from 1 to 1.

融液中の初期濃度をm。とじて、固化率gに於ける、結
晶中の不純物濃度Sは によって表わされる。多くの場合には1より著しく小さ
い。この場合、結晶引上げが進行するに従い、不純物は
濃縮され、に→1で発散する。
The initial concentration in the melt is m. Therefore, the impurity concentration S in the crystal at the solidification rate g is expressed by: In many cases it is significantly less than 1. In this case, as the crystal pulling progresses, the impurities are concentrated and diverged as follows.

実際に、g=1まで引上げる事は々いが、それでも、結
晶の尾部の不純物濃度が異常に大きくなり、析出等が起
ったり、双晶になったりする。
In reality, g=1 is often raised, but even then, the impurity concentration at the tail of the crystal becomes abnormally high, causing precipitation, etc., or twin crystal formation.

浮きるつぼを使う方法が提案されているが、これによっ
ても、不純物濃度を均一にする事ができない。
A method using a floating crucible has been proposed, but even this method cannot make the impurity concentration uniform.

浮きるつぼ法は、るつぼの中へ、さらに浮きるつぼを設
けるものである。浮きるつぼは原料融液より比重が小さ
いので、融液の半ばに浮く事ができる。浮きるつぼの下
底又は側壁には小さな穴があって融液はここを流通でき
る。浮きるつぼの中に単結晶があり、単結晶引上げによ
って失われた融液と全く等しい量の融液が外側から穴を
通って、浮きるつぼの中へ入る。
The floating crucible method involves providing a floating crucible inside the crucible. Since the floating crucible has a lower specific gravity than the raw material melt, it can float in the middle of the melt. There are small holes in the bottom or side walls of the floating crucible through which the melt can flow. There is a single crystal in a floating crucible, and an amount of melt exactly equal to the amount lost by pulling the single crystal enters the floating crucible through a hole from the outside.

浮きるつぼの中の融液を内融液、浮きるつぼの外側の融
液を外部液と簡単のため書く。単結晶の引上げとともに
外部液は減少してゆくが、内融液は不変である。浮きる
つぼの重量と浮力がつり合う高さで浮く筈であるが、浮
力が一定であるべきであるので、傾かない限り、浮きる
つぼの液面に対する高さは変らない。
For simplicity, we will write the melt inside the floating crucible as the inner melt and the melt outside the floating crucible as the outer liquid. As the single crystal is pulled up, the external liquid decreases, but the internal melt remains unchanged. The floating crucible should float at a height where its weight and buoyancy are balanced, but since the buoyancy should be constant, the height of the floating crucible relative to the liquid level will not change unless it is tilted.

浮きるつぼを使って単結晶を引上げる場合、最初、浮き
るつぼの中に不純物元素を入れ、外側のるつぼには純粋
な化合物原料だけを入れる。こうすると、融液を融かし
た場合、浮きるつぼの中へ純粋原料融液が入り、ある不
純物濃度m。になる。
When pulling a single crystal using a floating crucible, first impurity elements are placed in the floating crucible, and only pure compound raw materials are placed in the outer crucible. In this way, when the melt is melted, the pure raw material melt enters the floating crucible and has a certain impurity concentration m. become.

これに対し外部液の不純物濃度は0にする。こうすると
、浮きるつぼ内の不純物濃度の変化は少々くなり、濃度
の一定した単結晶を引上げる事かできる筈である。しか
し、このような浮きるつぼ法は、やはり不純物濃度が一
定になるのではない。
On the other hand, the impurity concentration of the external liquid is set to 0. In this way, the impurity concentration within the floating crucible will change slightly, and it should be possible to pull a single crystal with a constant concentration. However, in this floating crucible method, the impurity concentration does not remain constant.

従来のもののように、濃度が高くなるのではなく、逆に
薄くなってゆく。単結晶を微小分dGだけ引上げろと、
ここに含まれる不純物の重量はk m dGである。内
融液の重量をU(これは一定)とする。
Unlike conventional products, the concentration does not increase, but on the contrary, it becomes thinner. To pull the single crystal up by a minute amount of dG,
The weight of impurities included here is km dG. Let the weight of the internal melt be U (this is constant).

外部液がdGだけ浮きるつぼ内へ浸入してくる。従って
内融液の不純物濃度の減少分dmはm dm  ニー  −、−dG     (2)となる。
The external liquid enters the crucible floating by dG. Therefore, the decrease dm in the impurity concentration of the internal melt is m dm ni -, -dG (2).

内融液の不純物濃度が減少するので、結晶中の不純物濃
度も減少する。
Since the impurity concentration in the internal melt decreases, the impurity concentration in the crystal also decreases.

(2)式を積分して、 G m  =  mo6Xp (−−) (8)となる。初
期濃度moから指数函数に不純物濃度が減少してゆく。
By integrating equation (2), G m = mo6Xp (--) (8). The impurity concentration decreases from the initial concentration mo to an exponential function.

不純物濃度を一定にする、という事が浮きるつぼを使っ
てもなお不可能である、という事ではない。不純物濃度
を一定にする事は可能である。こい。有限の4fiで々
ければなら々い。外部液の不純物濃度をnとする。
This does not mean that it is impossible to maintain a constant impurity concentration even if a floating crucible is used. It is possible to keep the impurity concentration constant. love. The limited 4fi is enough. Let n be the impurity concentration of the external liquid.

今、dGだけ(重量)結晶を引上げたとする。内融液か
ら失われた不純物の重量は既に述べたようにk m d
Gである。外部液がdGだけ内融液へ入ってくる。これ
に含まれる不純物はndGである。
Suppose now that the crystal is pulled up by dG (weight). As already mentioned, the weight of impurities lost from the internal melt is k m d
It is G. The external fluid enters the internal melt by dG. The impurity contained in this is ndG.

内融液の不純物濃度の増加dmは、 Udm = ndG −kmdG     (4)外部
液と内融液の境界は浮きるつぼの底に穿たれた小孔であ
る。この穴は十分率さいので、外部液から内融液への流
れは存在するが、内から外への流れはない。従って外面
液中の不純物濃度nは一定である。外吊巾液の量によら
ない。
The increase dm in the impurity concentration of the internal melt is Udm = ndG - kmdG (4) The boundary between the external liquid and the internal melt is a small hole bored in the bottom of the floating crucible. This hole is sufficiently small that there is flow from the external liquid to the internal melt, but not from the inside to the outside. Therefore, the impurity concentration n in the external liquid is constant. It does not depend on the amount of outer sling liquid.

nが一定であるので、(4)式は積分できる。その解は である。Since n is constant, equation (4) can be integrated. The solution is It is.

Gは育成中の結晶の重量である。(5)式によれば、や
はり、結晶成長にともなって、内融液の不純物濃度が変
化してゆく、という事が分る。
G is the weight of the growing crystal. According to equation (5), it can be seen that the impurity concentration of the internal melt changes as the crystal grows.

しかし、初期条件として mo−−=  0    (6) としておけば、結晶成長の進行に拘わらず、内融液の不
純物濃度mは常にm。に等しく一定である。
However, if mo--= 0 (6) is set as the initial condition, the impurity concentration m of the internal melt will always be m regardless of the progress of crystal growth. is constant and equal to

このようにするには、固体状態の原料多結晶と不純物を
、その比になるように、浮きるつぼ、外るつぼの中ヘチ
ャージしておけば良いように思える。
In order to do this, it seems to be sufficient to charge the solid state raw material polycrystal and impurities into a floating crucible or an outer crucible in such a ratio that they match.

原料多結晶(ノンドープ)を、外るつぼにW1内るつぼ
にU、不純物を、外るつぼにkmoW、内るつぼにm。
Raw material polycrystal (non-doped) is placed in W1 in the outer crucible, U in the inner crucible, impurities in kmoW in the outer crucible, and m in the inner crucible.

Uチャージする。これをそのまま融かすと、外るつぼ内
の不純物濃度がkmo(−n)、内融液の不純物濃度が
m。になり、引」二げられだ晰結晶の不純物濃度はnに
なる筈である。
U charge. If this is melted as is, the impurity concentration in the outer crucible will be kmo(-n), and the impurity concentration in the inner melt will be m. Therefore, the impurity concentration of the lucid crystal should be n.

しかしそうではない。不純物がIn、Gaなどの場合、
GaAs 、 InP  などの化合物に比して著しく
融点が低いから、不純物が先に融ける。浮きるつぼ内で
融けた不純物は、小穴から外側へ流失してしまう可能性
がある。すると初期濃度(内融液)が、予め設定したn
/により小さくなる。反対に外部液の初期濃度がnより
大きくなる。
But that's not the case. When the impurity is In, Ga, etc.
Since it has a significantly lower melting point than compounds such as GaAs and InP, impurities melt first. Impurities melted inside the floating crucible may flow outward through the small holes. Then, the initial concentration (internal melt) becomes equal to the preset n
/ becomes smaller. Conversely, the initial concentration of the external liquid becomes greater than n.

例えば、Inの融点は156.6°C程度で、GaAs
の融点は1238°Cである。
For example, the melting point of In is about 156.6°C, and the melting point of In is about 156.6°C,
The melting point of is 1238°C.

又、原料多結晶が融けるのにも時間差がある。Also, there is a time lag in melting the raw material polycrystal.

まず浮きるつぼの外の原料多結晶が融ける。この時、浮
きるつぼ内の原料多結晶は固体のままである。すると、
内外の融液がつり合わないから、外部液が内側へ入って
くる。この後、浮きるつぼ内の多結晶も融けるので、先
程浸入した分に等しい重量の融液が、内から外へ出る。
First, the raw material polycrystals outside the floating crucible melt. At this time, the raw material polycrystal in the floating crucible remains solid. Then,
Since the melt inside and outside is not balanced, the outside liquid enters the inside. After this, the polycrystals inside the floating crucible also melt, so a weight of melt equal to the amount that entered earlier flows out from the inside.

こうして、最初に内外の融液が混り合うから、予め設定
した濃度から外れてしまう。
In this way, since the internal and external melts mix together at first, the concentration deviates from the preset concentration.

さらに、液体カプセル剤を使う場合、例えば、B2O3
であれば600°Cで融けるが、一般にこれは原料多結
晶より早く融けるが、これが、小穴に入り込み、外から
内への原料融液の流れを妨げる事がある。液体カプセル
剤は粘性が大きい流体であるからである。
Furthermore, when using liquid capsules, e.g.
Although it melts at 600°C, it generally melts faster than the polycrystalline raw material, but it may get into small holes and obstruct the flow of the raw material melt from the outside to the inside. This is because liquid capsules are highly viscous fluids.

(つ)   目     的 不純物濃度が均一である単結晶を引上げる為に、浮るつ
ぼを用いるが、浮るつぼの不純物初期濃度がn/k  
で、外るつぼの初期濃度がnであるように、化合物多結
晶と不純物をるつぼ内に収容する方法を与える事が、本
発明の目的である。
(1) Purpose A floating crucible is used to pull a single crystal with a uniform impurity concentration, but the initial impurity concentration of the floating crucible is n/k.
It is an object of the present invention to provide a method for containing compound polycrystals and impurities in a crucible such that the initial concentration of the outer crucible is n.

ここでnは、単結晶中の不純物濃度である。Here, n is the impurity concentration in the single crystal.

(1)  方   法 浮きるつぼと外るつぼの原料の収容は次のようにする。(1) Method The raw materials in the floating crucible and the outer crucible are stored as follows.

ここで外るつぼというのは、通常るつぼと言われている
もので、浮るつぼと区別するため外るつぼという。この
発明では、 (1)  浮きるつぼには液体カプセル剤だけを収容す
る。
The outer crucible here is what is usually called the crucible, and is called the outer crucible to distinguish it from the floating crucible. In this invention, (1) only a liquid capsule is contained in the floating crucible.

(2)外るつぼには原料多結晶と、不純物とを入れる。(2) Put raw material polycrystals and impurities into the outer crucible.

不純物濃度は、引上げるべき単結晶の中の不純物濃度n
に等しくなるようにする。
The impurity concentration is the impurity concentration n in the single crystal to be pulled.
be equal to .

(3)浮きるつぼの小穴は、原料多結晶の小片で閉塞す
る。これは融点が高いので、液体カプセル剤がMllけ
ても、なお融けず、液体カプセル剤が浮きるつぼから流
出するのを防ぐ。
(3) The small hole in the floating crucible is closed with a small piece of raw material polycrystal. Since it has a high melting point, even if the liquid capsule melts, it will not melt and prevent the liquid capsule from flowing out of the floating crucible.

(4)  原料多結晶が全部融けた後、浮きるつぼの中
へ、不純物元素を入れ、不純物濃度がn/kになるよう
にする。
(4) After all the raw material polycrystals are melted, an impurity element is put into the floating crucible so that the impurity concentration becomes n/k.

というようにして、原料多結晶、不純物、液体カプセル
剤をチャージする。
In this way, raw material polycrystals, impurities, and liquid capsules are charged.

これを図面によって説明する。第1図は固体である多結
晶や不純物、液体カプセル剤をチャージした直後の状態
を示す。斜線のハラチンは固体である事を表わしている
This will be explained using drawings. Figure 1 shows the state immediately after charging solid polycrystals, impurities, and liquid capsules. The diagonal lined haratin indicates that it is solid.

浮きるつぼ1には、液体カプセル剤10の固体が収容さ
れている。
A floating crucible 1 contains a solid liquid capsule 10.

サセプタ2は下軸6によって支持される。サセプタ2の
中にはるつぼ2がある。ここでは外るつぼという。外る
つぼ2の内側であって、浮きるつぼ1の外側には、原料
多結晶7が固体状態でチャージされる。この中には不純
物8も収容されている。ここで、不純物の港度が、結晶
中の濃度nに〔11〕 等しくなるように、不純物量を決定する。
The susceptor 2 is supported by a lower shaft 6. There is a crucible 2 inside the susceptor 2. Here it is called the outer melting pot. Inside the outer crucible 2 and outside the floating crucible 1, raw material polycrystal 7 is charged in a solid state. Impurity 8 is also accommodated in this. Here, the amount of impurities is determined so that the concentration of impurities is equal to the concentration n in the crystal [11].

浮きるつぼ1の下底の小穴17ば、原料多結晶9によっ
て栓がなされている。るつぼ2の周囲には、融液、液体
カプセル剤を加熱するためのヒータ4が設けられる。
A small hole 17 at the bottom of the floating crucible 1 is plugged with raw material polycrystal 9. A heater 4 is provided around the crucible 2 to heat the melt and liquid capsule.

ヒータ4の周囲には保湿材5があって熱の散逸を防いで
いる。これらの全体はチャンバ(図示せず)によって囲
まれている。不活性気体(N2ガス、アルゴンガス)に
よって、チャンバ内は高圧に保持される。
A moisturizing material 5 is placed around the heater 4 to prevent heat from dissipating. All of these are surrounded by a chamber (not shown). The inside of the chamber is maintained at high pressure by inert gas (N2 gas, argon gas).

ここで、原Fl多結晶というのはGaAs、 InP 
 。
Here, the original Fl polycrystal is GaAs, InP
.

InAs 、 GaSb 、  InSe  など(D
/ンドープ多結晶)CdS 、 CdSe 、 CdT
e 、 Zn5e SHg5  などノノンドープ多結
晶を意味する。不純物というのは、In、Si 、 S
、 Zn、 Cr  ・・・・・・など任意の元素であ
る。
InAs, GaSb, InSe, etc. (D
/doped polycrystal) CdS, CdSe, CdT
e, refers to non-doped polycrystals such as Zn5e SHg5. Impurities include In, Si, S
, Zn, Cr..., etc.

液体カプセル剤は、原料化合物がGaAs、I nAs
などの場合、B2O3とする。GaSbなどの場合はN
a、(JlKCI共品を液体カプセル剤とする。
Liquid capsules have raw materials such as GaAs and InAs.
In such cases, it is set as B2O3. N for GaSb etc.
a. (JlKCI product is used as a liquid capsule.

次にヒータ4に通電し、るつぼ2、浮きるつぼ1内の材
料を加熱する。
Next, the heater 4 is energized to heat the materials in the crucible 2 and floating crucible 1.

まず、不純物8が融ける。In、Gaなど低融点である
からである。
First, impurity 8 is melted. This is because they have low melting points, such as In and Ga.

次に、液体カプセル剤が融ける。これは、浮きるつぼ1
の中に於て、液体と々る。しかし、原料多結晶栓9があ
るので、小穴17は塞がれ、液体カプセルは外へ出々い
The liquid capsule is then melted. This is floating crucible 1
The liquid drips inside. However, since the raw material polycrystal plug 9 is present, the small hole 17 is closed and the liquid capsule comes out.

彦お、加熱を持続すると、外るつぼ内の原料多結晶7が
融けて、原料融液7/となる。この不純物濃度は、引」
−げるべき結晶中の不純物濃度nに等しい。
Hiko, if the heating is continued, the raw material polycrystal 7 in the outer crucible will melt and become raw material melt 7/. This impurity concentration is
- equal to the impurity concentration n in the crystal to be obtained.

第2図はこのような状態を示している。次に原料多結晶
栓9が融ける。小穴17が開くから、原料出液71が外
から浮きるつぼ1の中へ流入し、浮きるつぼ1は下降す
る。
FIG. 2 shows such a situation. Next, the raw material polycrystalline plug 9 is melted. Since the small hole 17 is opened, the raw material liquid 71 flows into the floating crucible 1 from the outside, and the floating crucible 1 descends.

浮きるつぼ1内の液体カプセル10は押し上げられ、浮
きるつぼ1の周縁からあふれて、外るつぼ2の中へ入る
。液体カプセル10の液面は水平であるから、原料融液
7/の浮きるつぼ1、外るつぼ2内での液面も水平で、
等しくなるはずである。
The liquid capsule 10 inside the floating crucible 1 is pushed up, overflows from the periphery of the floating crucible 1, and enters the outer crucible 2. Since the liquid level of the liquid capsule 10 is horizontal, the liquid level of the raw material melt 7/ in the floating crucible 1 and the outer crucible 2 is also horizontal.
They should be equal.

第3図はこのような状態を示す。融液中の不純物濃度は
nである。
FIG. 3 shows such a situation. The impurity concentration in the melt is n.

□・−に軸11の下端には種結晶12を付けておく。Seed crystals 12 are attached to the lower ends of the shafts 11 at □ and -.

これは単結晶を引上げるだめである。種結晶12はモリ
ブデン線などで結び付けられている。
This is used to pull the single crystal. The seed crystals 12 are connected with molybdenum wire or the like.

上軸11には、この他にカゴ型の治具13が設けられ、
この上に不純物、又は不純物を含む化合物が戴置されて
いる。
In addition to this, a cage-shaped jig 13 is provided on the upper shaft 11.
On this is placed an impurity or a compound containing an impurity.

例えば、融液がGaAsで、不純物がInの場合、これ
はI nAsの形で戴置する。InAsの融点は943
°Cであるが、700°C程度から、Asの蒸発が始ま
り、Asが抜ける。分離したIn (融点156°C)
は液状であるから、カゴ型の治具13から落下する。
For example, if the melt is GaAs and the impurity is In, it is placed in the form of InAs. The melting point of InAs is 943
°C, but at about 700 °C, As evaporates and leaves As. Separated In (melting point 156°C)
Since it is in liquid form, it falls from the basket-shaped jig 13.

上軸を降してゆくと、不純物化合物14が熱せられ、液
状となって、山液の一ヒヘ落下する。こうして浮きるつ
ぼ1内の不純物濃度がn/kに々るようにする。
As the upper axis is lowered, the impurity compound 14 is heated, becomes liquid, and falls into the mountain liquid. In this way, the impurity concentration within the floating crucible 1 is made to reach n/k.

治具13は、モリブデン、石英、BN、PBNなどで作
る。
The jig 13 is made of molybdenum, quartz, BN, PBN, or the like.

浮きるつぼ内の融液の重量をUとすると、第3図の状態
で、不純物の量はnUである。これに加えるべき不純物
の重量は (−n)U である。これだけの不純物を加えれば、不純物の濃度は
n/kに々る。
If the weight of the melt in the floating crucible is U, the amount of impurities in the state shown in FIG. 3 is nU. The weight of impurities to be added to this is (-n)U. If this many impurities are added, the impurity concentration will reach n/k.

不純物化合物にしないで、不純物の単体を治具13に置
いて内扉(液の中へ滴下するようにしても良い。融点が
In々とより高い不純物であれば、このような事も可能
である。
Instead of making it into an impurity compound, a single impurity may be placed in the jig 13 and dropped into the inner door (into the liquid).If the impurity has a higher melting point, such as In, this is possible. be.

(オ)  実  施  例 3インチ径用のLECEC成品成長装置InドープGa
AsのrB結晶を引上げる。条件は以下のようである。
(E) Example 3 In-doped Ga LECEC product growth device for inch diameter
Pull up the rB crystal of As. The conditions are as follows.

外ルツぼ(PBN)  内径15.2 [φチャージ量
   GaAs /1000 gIn   8.4g 浮きるつぼ(BN)  外径14.81φ、内径1.2
.0cMφ高さ4m、肉厚3 my SM6のおもり付
(内融液の深さが2Qmmになるようにおもりを調節) チャージ量 B203600g 小穴  2 mm角の穴で長さは1(7)Inの偏析係
数   0.14 小穴は2rm角のGaAsで塞ぐ。
Outer crucible (PBN) Inner diameter 15.2 [φ Charge amount GaAs /1000 gIn 8.4g Floating crucible (BN) Outer diameter 14.81φ, Inner diameter 1.2
.. 0cMφ height 4m, wall thickness 3my With SM6 weight (adjust the weight so that the depth of the internal melt is 2Qmm) Charge amount B203600g Small hole 2mm square hole with a length of 1 (7) In segregation Coefficient 0.14 The small hole is plugged with 2rm square GaAs.

外るつぼ内の不純物濃度nは 内外の融液が小穴を通して連通した時、内融液の深さが
20問k、7であるので、容積は226n3である。浮
きるつぼ中のGaAsの重量は1290gとなる。
The impurity concentration n in the outer crucible is 226n3 since the depth of the inner melt is 20k and 7 when the inner and outer melts communicate through the small holes. The weight of GaAs in the floating crucible is 1290 g.

この中に含まれるInの重量は2.71 gである。The weight of In contained in this is 2.71 g.

浮きるつぼ中のIn濃度の所望の値はn/にで与えられ
るから、浮きるつぼ中In濃度はn   0.0021 一= −□ =  0.015  =  1.5%k 
  0.14 であるべきである。こうなるだめに、浮きるつぼ内に加
えるべきInの重量は (−−n ) U−(0,015−0,0021)X1
290 = 16.6 gである。これをInAsの化
合物として補給するので、InAsとしては27.4.
 g必要である。これを石英で作ったカゴ形の治具に入
れて上軸にとり付けておく。内外融液が連通した後、こ
のInを内融液に補給する。
Since the desired value of the In concentration in the floating crucible is given by n/, the In concentration in the floating crucible is n 0.0021 - = -□ = 0.015 = 1.5%k
Should be 0.14. To prevent this from happening, the weight of In that should be added to the floating crucible is (--n) U-(0,015-0,0021)X1
290 = 16.6 g. Since this is supplied as an InAs compound, the amount of InAs is 27.4.
g is necessary. Place this in a basket-shaped jig made of quartz and attach it to the upper shaft. After the inner and outer melts communicate with each other, this In is supplied to the inner melt.

こうして、内外るつぼの中に、 内融液  重量 1290 g In濃度 1.5% 外部液  重量 2785 g In濃度 0.21% の融液を作り出す事ができた。In this way, inside and outside the crucible, Internal melt weight: 1290 g In concentration 1.5% External liquid weight 2785 g In concentration 0.21% We were able to create a melt of .

この後、B2O3中の軸方向湿度勾配を40〜60°0
釉とし、3インチ径のGaAs単結晶を引上げた。3 
kgの単結晶を得た。直胴部の長さは約15αであった
After this, the axial humidity gradient in B2O3 was adjusted to 40-60°0
A GaAs single crystal with a diameter of 3 inches was pulled up as a glaze. 3
kg of single crystals were obtained. The length of the straight body portion was approximately 15α.

In濃度を測定した。フロント部(種結晶に近い方)で
2150 pPm (0,215%)で、バックで20
00 ppm(0,2%)であった。In濃度が殆んど
一様である事が分る。
In concentration was measured. 2150 pPm (0,215%) at the front (closer to the seed crystal) and 20 pPm at the back.
00 ppm (0.2%). It can be seen that the In concentration is almost uniform.

これをスライスしてウェハにし、転位密度を測定した。This was sliced into wafers and the dislocation density was measured.

転位密度は2×103/α2以下であった。The dislocation density was 2×10 3 /α 2 or less.

内るつぼを使わない場合に比べて歩留りは60%向−]
ニジた。
The yield is about 60% compared to when the inner crucible is not used.
Nijita.

(力)  効   果 (1)外部液の不純物濃度をn1内融液の不純物濃度を
m、結晶中の不純物濃度をSとすると、n  =  s
      (7) m二□  (8) $ m  =  −(9) という式が成立する。(9)は常に成立するが、(8)
式のようにした所に本発明の特徴があり、このため(7
)式が成立し、結晶中の不純物濃度Sが一定になる。
(Force) Effect (1) If the impurity concentration of the external liquid is n1, the impurity concentration of the internal melt is m, and the impurity concentration in the crystal is S, then n = s
(7) m2□ (8) $ m = −(9) The following formula holds true. (9) always holds, but (8)
The feature of the present invention is that it is made as shown in the equation (7).
) holds true, and the impurity concentration S in the crystal becomes constant.

このため、不純物の析出も起らず、双晶も生しない。Therefore, no precipitation of impurities occurs, and no twin crystals occur.

転位密度や電気抵抗々どが軸方向に於て均一になる。高
品質の単結晶を引上げる事ができる。
Dislocation density and electrical resistance become uniform in the axial direction. High quality single crystals can be pulled.

(2)液体カプセル剤が、浮きるつぼの小穴を塞ぐとい
う惧れかない。液体カプセルより融点の高い原料多結晶
で小穴を塞いでおくからである。
(2) There is no fear that the liquid capsule will block the small holes in the floating crucible. This is because the small holes are filled with polycrystalline raw material, which has a higher melting point than the liquid capsule.

このだめ、内外の融液が連通できる。This dam allows communication between the inside and outside of the melt.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は液体カプセル法によって単結晶を引」二げる装
置において、固体の原料多結晶やカプセル剤を外るつぼ
、浮きるつぼ内へ収容した直後の状態を示す断面図。 第2図はヒータによってるつぼ内を加熱し、浮きるつぼ
内の液体カプセル剤が融け、外るつぼの原料多結晶も融
は栓になっている多結晶が融けた瞬間を示す断面図。 第3図は内外の原料融液、液体カプセルの液面が同一に
なり、この後、不純物を液滴状にして浮きるつぼの中へ
補給する状態を示す断面図。 1 ・・・・・・・・・ 浮きるつぼ 2 ・・・・・・・・・ 外るつぼ 3 ・・・・・・・・・ サセプタ 4    ・・・ ・・・ ・・・   ヒ  −  
タ5 ・・・・・・・・・保温材 6  ・・・・・・・・・  下   軸7 ・・・・
・・・・・ 原料多結晶 71  ・・・・・・・・・ 原料融液8 ・・・・・
・・・・不純物 9 ・・・・・・・・・ 原料多結晶栓10 ・・・・
・・ 液体カプセル剤 11・・・・・・上軸 12 ・・・・・・種結晶
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state immediately after solid raw material polycrystals and capsules are placed in an outer crucible or a floating crucible in an apparatus for pulling single crystals by the liquid capsule method. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the moment when the inside of the crucible is heated by a heater, the liquid capsule in the floating crucible melts, and the raw material polycrystal in the outer crucible melts as well. FIG. 3 is a sectional view showing a state in which the liquid levels of the inner and outer raw material melts and the liquid capsule become the same, and then impurities are made into droplets and replenished into the floating crucible. 1 ・・・・・・・・・ Floating crucible 2 ・・・・・・・・・ Outer crucible 3 ・・・・・・・・・ Susceptor 4 ・・・・・・・・・ Hi -
Ta 5 ...... Insulating material 6 ...... Lower shaft 7 ...
... Raw material polycrystal 71 ...... Raw material melt 8 ...
...Impurity 9 ...... Raw material polycrystalline plug 10 ...
... Liquid capsule 11 ... Upper shaft 12 ... Seed crystal

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 下軸6の上端のサセプタ3によつて支持されたるつぼ2
の中へ不純物を含む化合物半導体の原料融液を入れ、原
料融液は高圧の加えられた液体カプセルによつて覆い、
上軸11の下端には種結晶12を固定し、ヒータ4によ
つて加熱された原料融液に種結晶を漬した後引上げる事
によつて不純物を含む単結晶を引上げる化合物半導体単
結晶の製造法に於て、不純物の偏析係数をk、単結晶中
の望ましい不純物濃度をnとして、外るつぼ2の中に、
小穴17を有する浮きるつぼ1を設け、外るつぼ2には
不純物濃度がnになるよう原料多結晶と不純物とを収容
し、浮るつぼ1には液体カプセル剤のみを収容し、小穴
17は原料多結晶で塞ぎ、ヒータ4によつて液体カプセ
ル剤及び原料多結晶、不純物を融かし、浮きるつぼ1と
外るつぼ2に於ける原料融液の高さを同一にしてから、
浮きるつぼ1内の原料融液重量をUとして、{(n/k
)−n}Uに当る不純物を、単体又は化合物として上軸
11に設けた治具13から浮るつぼ1の内部に補給する
事を特徴とする化合物半導体単結晶の製造法。
Crucible 2 supported by susceptor 3 at the upper end of lower shaft 6
A compound semiconductor raw material melt containing impurities is put into the container, and the raw material melt is covered with a liquid capsule to which high pressure is applied.
A compound semiconductor single crystal is prepared by fixing a seed crystal 12 to the lower end of the upper shaft 11 and pulling the single crystal containing impurities by immersing the seed crystal in a raw material melt heated by a heater 4 and pulling it up. In the manufacturing method, the impurity segregation coefficient is k, the desired impurity concentration in the single crystal is n, and in the outer crucible 2,
A floating crucible 1 having a small hole 17 is provided, the outer crucible 2 contains the raw material polycrystal and impurities so that the impurity concentration is n, the floating crucible 1 contains only the liquid capsule, and the small hole 17 contains the raw material polycrystal and impurities so that the impurity concentration is n. Fill it with crystals, melt the liquid capsule, raw material polycrystal, and impurities with the heater 4, and make the height of the raw material melt in the floating crucible 1 and the outer crucible 2 the same,
Letting the weight of the raw material melt in the floating crucible 1 be U, {(n/k
)-n}U is supplied into the floating crucible 1 from a jig 13 provided on the upper shaft 11, either as a single substance or as a compound.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58172291A (en) * 1982-03-31 1983-10-11 Sumitomo Electric Ind Ltd Production of single crystal of compound semiconductor
JPS5934699A (en) * 1982-08-06 1984-02-25 スペリ−・コ−ポレイシヨン Inserting and drawing mechanism for chassis of aviation electronics

Patent Citations (2)

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