(57)【要約】【課題】成長途中の結晶表面からのＶ族元素の脱離を抑制し、かつ、熱応力による結晶中の転位密度を低減する。【解決手段】液体封止チョクラルスキー法によるIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法であって、III族元素とＶ族元素とを含有する原料と封止剤とをルツボ内に収容し、原料と封止剤とを加熱する加熱工程と、液体となった封止剤で液面を覆われた原料の融液に種結晶を接触させる種付け工程と、種結晶を引き上げて、液体となった封止剤を貫いてIII−Ｖ族化合物半導体単結晶を成長させる引き上げ工程と、を有し、引き上げ工程では、液体となった封止剤の厚さを増していき、成長させたIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の少なくとも側面が封止剤に覆われた状態とする。【選択図】図１
2014094853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体封止チョクラルスキー法によるIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法であって、
III族元素とＶ族元素とを含有する原料と封止剤とをルツボ内に収容し、前記原料と前記封止剤とを加熱する加熱工程と、
液体となった前記封止剤で液面を覆われた前記原料の融液に種結晶を接触させる種付け工程と、
前記種結晶を引き上げて、液体となった前記封止剤を貫いてIII−Ｖ族化合物半導体単結晶を成長させる引き上げ工程と、を有し、
前記引き上げ工程では、
液体となった前記封止剤の厚さを増していき、成長させた前記III−Ｖ族化合物半導体単結晶の少なくとも側面が前記封止剤に覆われた状態とする
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。
【請求項２】
前記引き上げ工程では、
前記ルツボ内に配置した充填部材を前記封止剤中に進入させていくことで、液体となった前記封止剤の厚さを増していく
ことを特徴とする請求項１に記載のIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記種付け工程では、
液体となった前記封止剤の厚さを３０ｍｍ以下とし、
前記引き上げ工程では、
液体となった前記封止剤の最大厚さを、前記引き上げ工程終了時の前記III−Ｖ族化合物半導体単結晶の全長の半分以上とする
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項４】
前記引き上げ工程では、
前記III−Ｖ族化合物半導体単結晶の成長速度を３ｍｍ／ｈ以下とする
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法により製造され、
直径１５０ｍｍ以上の円形状を有し、
面内の転位密度が１００００個／ｃｍ２以下である
ことを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体単結晶基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法およびIII−Ｖ族化合物半導体単結晶基板に関し、特に、液体封止チョクラルスキー法によるIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法および係る製造方法により製造されるIII−Ｖ族化合物半導体単結晶基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体デバイスの基板等として用いられるIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法の１つに、液体封止チョクラルスキー（ＬＥＣ：Liquid Encapsulated Czochralski）法がある。ＬＥＣ法では、ルツボ内に原料と封止剤とを収容して加熱し、液体となった封止剤で液面を覆われた原料の融液に種結晶を接触させ、種結晶を引き上げながら封止剤を貫いて結晶成長させる。このように封止剤で液面を覆うことで、原料中からのＶ族元素の脱離を抑制しつつ結晶成長させることができる（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２９８２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＬＥＣ法においては、成長中の結晶表面は１０００℃以上の温度で加熱され続ける。このため、封止剤で覆われていない結晶の上面や側面からはＶ族元素が脱離してしまう。Ｖ族元素の脱離によって結晶表面近傍に残ったIII族元素は、成長した結晶を浸食して下方に伝わる。III族元素が固液界面にまで到達すると、固液界面において結晶成長面方位が乱され、結晶が多結晶化してしまう。
【０００５】
このため、ＬＥＣ法においては、例えば結晶の成長速度を６ｍｍ／ｈ〜１２ｍｍ／ｈと速めている。しかし、この方法では、高速での結晶の引き上げにより熱応力が生じ、結晶中の転位密度が１００００個／ｃｍ２超となってしまう。このように転位密度の高い結晶から製造された基板では転位を介したリーク電流が発生するなど、高性能の半導体デバイスの用途には不向きとなってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、成長途中の結晶表面からのＶ族元素の脱離を抑制し、かつ、熱応力による結晶中の転位密度を低減することができるIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法およびIII−Ｖ族化合物半導体単結晶基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、
液体封止チョクラルスキー法によるIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法であって、
III族元素とＶ族元素とを含有する原料と封止剤とをルツボ内に収容し、前記原料と前記封止剤とを加熱する加熱工程と、
液体となった前記封止剤で液面を覆われた前記原料の融液に種結晶を接触させる種付け工程と、
前記種結晶を引き上げて、液体となった前記封止剤を貫いてIII−Ｖ族化合物半導体単結晶を成長させる引き上げ工程と、を有し、
前記引き上げ工程では、
液体となった前記封止剤の厚さを増していき、成長させた前記III−Ｖ族化合物半導体単結晶の少なくとも側面が前記封止剤に覆われた状態とする
III−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法が提供される。
【０００８】
本発明の第２の態様によれば、
前記引き上げ工程では、
前記ルツボ内に配置した充填部材を前記封止剤中に進入させていくことで、液体となった前記封止剤の厚さを増していく
第１の態様に記載のIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法が提供される。
【０００９】
本発明の第３の態様によれば、
前記種付け工程では、
液体となった前記封止剤の厚さを３０ｍｍ以下とし、
前記引き上げ工程では、
液体となった前記封止剤の最大厚さを、前記引き上げ工程終了時の前記III−Ｖ族化合物半導体単結晶の全長の半分以上とする
第１又は第２の態様に記載のIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法が提供される。
【００１０】
本発明の第４の態様によれば、
前記引き上げ工程では、
前記III−Ｖ族化合物半導体単結晶の成長速度を３ｍｍ／ｈ以下とする
第１〜第３の態様のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法が提供される。
【００１１】
本発明の第５の態様によれば、
第１〜第４の態様のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法により製造され、
直径１５０ｍｍ以上の円形状を有し、
面内の転位密度が１００００個／ｃｍ２以下である
III−Ｖ族化合物半導体単結晶基板が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、成長途中の結晶表面からのＶ族元素の脱離を抑制し、かつ、熱応力による結晶中の転位密度を低減することができるIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法およびIII−Ｖ族化合物半導体単結晶基板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体単結晶製造装置の概略図であって、種付け工程時の状態を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体単結晶製造装置の概略図であって、引き上げ工程時の状態を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体単結晶製造装置の概略図であって、引き上げ工程時に封止剤が最大厚さとなった状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜本発明の一実施形態＞
本発明の一実施形態に係るIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法は、例えば液体封止チョクラルスキー（ＬＥＣ：Liquid Encapsulated Czochralski）法を用いて実施される。
【００１５】
すなわち、本実施形態に係るIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法は、原料と封止剤とを加熱する加熱工程と、原料の融液に種結晶を接触させる種付け工程と、種結晶を引き上げてIII−Ｖ族化合物半導体単結晶を成長させる引き上げ工程と、を有する。引き上げ工程では、液体となった封止剤の厚さを増していき、成長させたIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の少なくとも側面が封止剤に覆われた状態とする。
【００１６】
（１）半導体単結晶製造装置
以下に、上記のような本実施形態に係るIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法を実施する半導体単結晶製造装置について図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る半導体単結晶製造装置２０の概略図であって、種付け工程時の状態を示す図である。
【００１７】
図１に示されているように、半導体単結晶製造装置２０は、所定のガスを導入可能に構成された耐圧を有する高圧容器２１を備える。高圧容器２１内の略中央部には、例えば上部が開放され、下部が閉塞した円筒状のルツボ２３が設けられている。ルツボ２３は、例えば耐熱性に優れる熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ：Pyrolytic Boron Nitride）等からなる。ルツボ２３内には、III−Ｖ族化合物半導体単結晶（以下、単に「半導体単結晶」ともいう）の原料１０ｍおよび封止剤１１等が収容可能に構成されている。
【００１８】
高圧容器２１の中央上方からは、半導体単結晶の引き上げに用いる円柱状の引き上げ軸（上軸）２２が高圧容器２１内に挿入されている。引き上げ軸２２の下端は、種結晶（シード結晶）２２ｓを取り付け可能に構成され、高圧容器２１内のルツボ２３と対峙するよう配置されている。また、引き上げ軸２２は、図示しない回転装置および昇降装置により、回転および昇降自在に構成されている。
【００１９】
また、ルツボ２３は、ルツボ２３を収容する容器型のサセプタ２４を介して、円柱状のペデスタル（下軸）２５により支持されている。ペデスタル２５は、高圧容器２１の中央下方から、引き上げ軸２２と同心に高圧容器２１内に挿入されている。また、ペデスタル２５は、図示しない回転装置および昇降装置により、回転および昇降自在に構成されている。サセプタ２４は、例えばグラファイト（Ｃ：黒鉛）等からなり、ペデスタル２５の上端に固定される。
【００２０】
また、高圧容器２１内には、ルツボ２３内に収容された原料１０ｍや封止剤１１を加熱する上部ヒータ２６ｔと下部ヒータ２６ｂとが、ルツボ２３を取り囲むようルツボ２３の上方位置と下方位置とにそれぞれ配置されている。上部ヒータ２６ｔと下部ヒータ２６ｂとは、例えばグラファイト等から構成される。また、上部ヒータ２６ｔと下部ヒータ２６ｂとは、それぞれの温度を制御する温度制御手段としての温度コントローラ（図示せず）を備えている。また、ルツボ２３内の原料１０ｍや封止剤１１の温度を検出する温度検出手段としての熱電対２６ｃをペデスタル２５内上部に備えている。
【００２１】
また、半導体単結晶製造装置２０は、ルツボ２３内に設置された１対の充填部材３０を備える。１対の充填部材３０は、それぞれ支柱３１に支えられ、例えばルツボ内２３に収容される原料１０ｍの上方であって互いに対向する位置に、ルツボ２３の内壁に接するよう配置されている。充填部材３０をルツボ２３内の所定位置に配置する支柱３１は、例えばルツボ２３の外側の高圧容器２１の底面に据え付けられ、ルツボ２３の上方からルツボ２３内へと差しのべられ、その先端部分に充填部材３０を備えている。充填部材３０および支柱３１は、例えばグラファイトやアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等からなる。充填部材３０の形状は円柱状や角柱状とすることができ、１つあたりの充填部材３０の底面の面積は、例えば成長させる半導体単結晶の断面積より若干大きくなっていることが好ましい。
【００２２】
以上のように構成される半導体単結晶製造装置２０により、例えばＬＥＣ法を用い、ＧａＡｓや、ＧａＰ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ等のIII−Ｖ族化合物半導体の単結晶が製造される。ＬＥＣ法では、封止剤１１を液体状にして原料１０ｍの融液を覆った状態とすることで、ヒ素（Ａｓ）やリン（Ｐ）等の蒸気圧が高いＶ族元素が原料１０ｍから分解（解離）して脱離（蒸発）してしまうのを抑制しつつ、III−Ｖ族化合物半導体単結晶の成長を行うことができる。
【００２３】
（２）III−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法
以下に、例えば上記のような半導体単結晶製造装置２０にて、ＬＥＣ法を用いて実施される本発明の一実施形態に係るIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法について、図１〜図３を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る半導体単結晶製造装置２０の概略図であって、引き上げ工程時の状態を示す図である。図３は、本発明の一実施形態に係る半導体単結晶製造装置２０の概略図であって、引き上げ工程時に封止剤が最大厚さとなった状態を示す図である。
【００２４】
本実施形態においては、III族元素としてのガリウム（Ｇａ）と、Ｖ族元素としてのヒ素（Ａｓ）とを含有する原料１０ｍを用い、III−Ｖ族化合物半導体としてのＧａＡｓからなる単結晶を製造する。
【００２５】
（加熱工程）
まずは、ＧａとＡｓとを含有する原料１０ｍと、封止剤１１とをルツボ２３内に収容する。封止剤１１としては、例えば三酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）等を用いる。なお、ルツボ２３内における充填部材３０の配置を、後述する種付け工程等における所定条件に見合うよう、ルツボ２３内に収容する封止剤１１の分量に合わせて予め調整しておく。
【００２６】
続いて、原料１０ｍおよび封止剤１１をルツボ２３内で例えば１２５０℃以上１３５０℃以下に加熱する。このとき、ルツボ２３内を、例えば圧力が大気圧以上、好ましくは５ＭＰａ以上８ＭＰａ以下の不活性ガス雰囲気とする。
【００２７】
固形の原料１０ｍは、ルツボ２３内で加熱されて溶融温度に達すると、溶融して融液となる。また、Ｂ２Ｏ３等の封止剤１１は、例えば常温では固体となっており、ルツボ２３内で加熱されて溶融温度に達すると、溶融して液体状となる。封止剤１１は原料１０ｍの融液よりも比重が小さいため、融液となった原料１０ｍの液面は溶融した封止剤１１により覆われる。
【００２８】
このように、ルツボ２３内を大気圧以上に保つと共に、原料１０ｍの液面を液体となった封止剤１１により覆うことで、蒸気圧が高いＡｓの原料１０ｍからの分解蒸発による脱離を抑制することができる。
【００２９】
なお、ここで、ルツボ２３内の雰囲気ガス中に一酸化炭素（ＣＯ）や二酸化炭素（ＣＯ２）等の炭素（Ｃ）含有ガスを混合させてもよい。これにより、ＧａＡｓ単結晶１０中にＣが取り込まれ、半絶縁性のＧａＡｓ単結晶１０を製造することができる。
【００３０】
（種付け工程）
続いて、図１に示されているように、液体状態の封止剤１１で液面を覆われた原料１０ｍの融液に種結晶２２ｓを接触させる種付け工程を行う。すなわち、ルツボ２３を回転させながら上昇させていく。また、種結晶２２ｓが取り付けられた引き上げ軸２２を回転させながら降下させていき、種結晶２２ｓが原料１０ｍの融液に接触した状態とする。
【００３１】
ここで、ルツボ２３内に収容する封止剤１１の分量と、ルツボ２３内における充填部材３０の配置とは、種付け工程において、液体状となった封止剤１１の厚さが例えば３０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以上３０ｍｍ以下、より好ましくは２２ｍｍ以上３０ｍｍ以下となるよう予め調整されている。
【００３２】
充填部材３０の取り得る配置としては、充填部材３０の下端部が、溶融した封止剤１１とは接触せず封止剤１１の上方に位置している状態、封止剤１１の液面と接している状態、或いは、図１に示されているように、封止剤１１に没している状態、のいずれの状態であってもよい。つまり、当初、ルツボ２３内に収容する封止剤１１の分量と、ルツボ２３内における充填部材３０の配置とが、液体となった封止剤１１が種付け工程時に上述の範囲内の厚さとなるよう調整されていればよい。
【００３３】
具体的には、充填部材３０が封止剤１１の上方にあるか、液面と接している状態とする場合には、溶融した封止剤１１の体積のみで上記の厚さを満たす分量の封止剤１１を収容しておく必要がある。また、充填部材３０の下端部が封止剤１１に没している状態とする場合には、溶融した封止剤１１中に充填部材３０が進入する体積分だけ封止剤１１の分量を減らすことができる。
【００３４】
封止剤１１の厚さを３０ｍｍ以下とすることで、種結晶２２ｓを封止剤１１の液中に浸けて原料１０ｍの融液と接触させる際、種付け状態の観察が容易となる。よって、種付け作業を失敗するリスクが低減される。また、種結晶２２ｓの長さを短くすることができ、種結晶２２ｓの入手や管理が容易となる。また、引き上げ軸２２への封止剤１１等の付着も抑制することができる。
【００３５】
また、封止剤１１は、原料１０ｍ中からのＡｓの脱離を抑制するに足りるだけの厚さがあればよく、厚さの下限を例えば５ｍｍとすることができる。更には、封止剤１１の厚さを２２ｍｍ以上とすることで、後述の引き上げ工程において封止剤１１を充分な厚さにまで増すことができ、いっそう好ましい。
【００３６】
（引き上げ工程）
続いて、図２に示されているように、上部ヒータ２６ｔと下部ヒータ２６ｂとによる加熱温度を徐々に低下させながら、種結晶２２ｓを引き上げていく。これにより、ＧａＡｓ単結晶１０が成長し、封止剤１１を貫いて引き上げられていく。
【００３７】
このとき、結晶成長の進行に伴って、ルツボ２３内の原料１０ｍの融液が減少して液面が下がり、上部ヒータ２６ｔ及び下部ヒータ２６ｂと、結晶成長界面（固液界面）との位置関係が変化してしまう。そこで、結晶成長量から原料１０ｍの液面の低下量を算出し、これを補正するよう昇降装置を制御してペデスタル２５を徐々に上昇させ、ルツボ２３の位置を調整する。これにより、上部ヒータ２６ｔ及び下部ヒータ２６ｂの加熱帯に対し、原料１０ｍの液面が略一定に保たれる。よって、原料１０ｍの融液を効率よく加熱して略一定の温度に保つことができる。
【００３８】
ＧａＡｓ単結晶１０は、例えば引き上げ当初は細く尖っており、所定の太さとなったところで、その後は略一定の太さを保ったまま引き上げられていく。したがって、ＧａＡｓ単結晶１０は、その先端部が下方側に裾広がりの円錐形状となっており、その下には、太さ（直径）が略一定の直胴部を有する。また、結晶成長の終盤には再び先細りとなる。よって、直胴部の下には下凸の尾部を有する。
【００３９】
ＧａＡｓ単結晶１０が、このような形状に成長しながら封止剤１１を貫いて引き上げられていくと、封止剤１１の融液中を通過途中のＧａＡｓ単結晶１０の体積分だけ封止剤１１が押し退けられる。よって、溶融した原料１０ｍの液面に対する封止剤１１の液面は、当初若干の上昇をみせる。
【００４０】
ここで、従来のＬＥＣ法による結晶成長においては、ＧａＡｓ単結晶の直胴部の上端部が封止剤の液面から出てしまうと、封止剤の融液を通過するＧａＡｓ単結晶の体積は略一定となり、それ以降は、封止剤１１の液面上昇が止まってしまう。よって、封止剤１１の液面からＧａＡｓ単結晶が突出した状態となる。ルツボ２３内雰囲気に露出したＧａＡｓ単結晶の側面等は、１０００℃以上の温度で加熱され続ける。これにより、露出したＧａＡｓ単結晶の側面等からＡｓの脱離が起きてしまう。Ａｓの脱離後に残ったＧａが凝集し、ＧａＡｓ単結晶を浸食して固液界面にまで到達すると、結晶成長面方位の乱れから多結晶化が起きてしまう。
【００４１】
そこで、本実施形態においては、ルツボ２３内に充填部材３０を設け、封止剤１１の液面の高さ調整を行う。
【００４２】
すなわち、ルツボ２３の位置が徐々に上昇していくのに伴い、支柱３１により所定位置に固定された充填部材３０は封止剤１１中へと没していき、その進入深さが次第に増していく。これにより、進入した充填部材３０の体積分の封止剤１１が押し退けられ、溶融した原料１０ｍの液面に対する封止剤１１の液面が上昇していく。つまり、封止剤１１の厚さが増していく。
【００４３】
図３に示されているように、このような封止剤１１の液面上昇、すなわち、厚さの増加は、ＧａＡｓ単結晶１０による液面上昇が止まった後も、充填部材３０の全体が封止剤１１中に完全に没してしまうまで継続される。つまり、充填部材３０が封止剤１１中に完全に没した状態で、封止剤１１は最大厚さとなる。
【００４４】
これにより、封止剤１１の融液を貫いて成長していくＧａＡｓ単結晶１０の少なくとも側面は、封止剤１１に覆われた状態となる。上述のように、種付け工程における封止剤１１の厚さは、好ましくは２２ｍｍ以上に調整され、また、充填部材３０の底面は、例えばＧａＡｓ単結晶１０の断面積より若干大きな面積となっている。これにより、結晶成長の終盤までＧａＡｓ単結晶１０の側面が封止剤１１に覆われた状態を充分保つことができる厚さにまで、封止剤１１の液面を上昇させることができる。
【００４５】
具体的には、充填部材３０が封止剤１１中に完全に没した状態で、封止剤１１の最大厚さが例えば引き上げ工程終了時のＧａＡｓ単結晶１０の全長の半分以上となるよう調整されている。上述のように、例えば円錐形の先端部と尾部とを有するＧａＡｓ単結晶１０は、その直胴部のみが主にＧａＡｓ単結晶基板等の製造に用いられる。よって、封止剤１１の最大厚さがＧａＡｓ単結晶１０の全長の半分以上であれば、ＧａＡｓ単結晶１０の直胴部を略完全に覆うのに充分な厚さとなる。また、上述のように、封止剤１１が少なくともＧａＡｓ単結晶１０の直胴部、つまり、側面を覆っていれば、ＧａＡｓ単結晶１０の先端部等が露出していても得られるＧａＡｓ単結晶基板等の特性にはほとんど影響を及ぼさない。
【００４６】
さらに具体的な数値を挙げれば、例えば１５０ｍｍ（＋１０ｍｍ）程度の直径を有する全長２００ｍｍのＧａＡｓ単結晶を製造する場合、１つあたりの充填部材を直径１７０ｍｍの円柱状とし、封止剤の最大厚さを１００ｍｍ以上とすることができる。またこのとき、種付け工程での封止剤の厚さを３０ｍｍと以下するためには、引き上げ工程での封止剤の最大厚さの上限は１３４ｍｍ程度と考えられる。
【００４７】
また、本実施形態においては、ＧａＡｓ単結晶１０の成長速度を例えば３ｍｍ／ｈ以下に低下させた状態で引き上げ工程を行うことができる。
【００４８】
従来のＬＥＣ法による結晶成長においては、ＧａＡｓ単結晶の側面はルツボ内雰囲気中に露出し、Ａｓの脱離が起き易い状態となっている。よって、Ａｓの脱離を少しでも抑制するため、ＧａＡｓ単結晶の成長速度を例えば６ｍ／ｈ〜１２ｍｍ／ｈに速めてルツボ内雰囲気中に曝される時間を短縮している。このため、高速での引き上げによる熱応力が発生し、転位密度の高いＧａＡｓ単結晶となってしまうことがある。
【００４９】
しかしながら、本実施形態においては、ＧａＡｓ単結晶１０の側面が封止剤１１により覆われ、Ａｓの脱離が起こり難い状態である。したがって、ＧａＡｓ単結晶１０の成長速度が例えば３ｍｍ／ｈ以下となるように制御し、結晶中の転位密度を低減することができる。
【００５０】
以上により、III−Ｖ族化合物半導体単結晶としてのＧａＡｓ単結晶１０が製造される。
【００５１】
このように製造されたＧａＡｓ単結晶１０からは、例えば次の手順にしたがってＧａＡｓ単結晶基板が製造される。すなわち、円柱状のＧａＡｓ単結晶１０の側面に沿って、円筒状の研削刃で研削する。例えばＧａＡｓ単結晶１０の最表面から約５ｍｍ程度内側までの厚さを研削することで、最表面のＡｓ組成比が若干低下していたとしても、その部分を取り除くことができ、よりＡｓ組成比の均一性の良好なＧａＡｓ基板が得られる。
【００５２】
その後、必要に応じて、研削済みのＧａＡｓ単結晶１０をアニールする。次に、バンドソー等を用いてＧａＡｓ単結晶１０を基板状に薄くスライスし、片面あるいは両面と、外周端部とをそれぞれ研磨する。
【００５３】
以上のように製造されたＧａＡｓ単結晶基板は、結晶転位の少ない良質な基板となる。例えば直径１５０ｍｍ以上の円形状のＧａＡｓ単結晶基板において、従来における面内の転位密度が例えば１００００個／ｃｍ２超であったのに対し、本実施形態においては例えば１００００個／ｃｍ２以下とすることができる。
【００５４】
（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下の表１に示す１つ又は複数の効果を奏する。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００５７】
例えば、上述の実施形態では、III族元素をＧａとし、Ｖ族元素をＡｓとするＧａＡｓ単結晶１０について主に説明したが、含有元素等はこれに限られない。例えば、III族元素は、インジウム（Ｉｎ）やアルミニウム（Ａｌ）等であってもよい。また、Ｖ族元素は、リン（Ｐ）や窒素（Ｎ）等であってもよい。これにより、ＧａＡｓのみならず、ＧａＰ，ＧａＮ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎＰ等からなるIII−Ｖ族化合物半導体単結晶を製造することもできる。
【００５８】
また、上述の実施形態では、Ｃ等の不純物を添加して半絶縁性のＧａＡｓ単結晶１０を製造することとしたが、この構成に限られない。Ｃ等の添加による半絶縁性の付与に限らず、ｎ型やｐ型等の導電性の付与等、半導体の導電性を制御する種々の不純物を用いることができる。不純物の添加を行わないでＧａＡｓ単結晶を製造してもよい。
【００５９】
また、上述の実施形態では、ＧａＡｓ単結晶１０の少なくとも側面が封止剤１１により覆われることとしたが、ＧａＡｓ単結晶の全体が封止剤中に完全に没していてもよい。或いはまた、ＧａＡｓ単結晶の側面が封止剤により完全に覆われていなくとも、Ａｓの脱離を抑制する所定効果は得られる。
【００６０】
また、上述の実施形態では、１対の充填部材３０をルツボ２３の内壁に接するよう設けたが、充填部材の個数や配置はこれに限られない。
【００６１】
また、上述の実施形態では、充填部材３０を固定し、ルツボ２３を上昇させることで、封止剤１１へ進入させることとしたが、可動式の充填部材を封止剤へ進入させてもよい。この場合、ＧａＡｓ単結晶１０の引き上げ工程において、種結晶２２ｓを引き上げながら結晶成長させるのではなく、種結晶の位置を固定し、ルツボを降下させながら結晶成長させることもできる。このとき、充填部材は、ルツボ以上の降下速度で降下させればよい。但し、上述の実施形態のように、充填部材３０を固定式とすることで別途、駆動機構等を設ける必要がなく、簡便で安価な装置構成とすることができる。
【００６２】
すなわち、充填部材の封止剤への進入は、相対的にみて、どちらか一方、あるいは両方の動きによってなされればよい。また、引き上げ工程における種結晶やＧａＡｓ単結晶のルツボからの引き上げも相対的な動きを指す。
【００６３】
また、上述の実施形態では、ルツボ２３はＰＢＮ等から構成され、また、充填部材３０はグラファイトやアルミナ等から構成されることとしたが、耐熱性に優れる材料であればこれに限定されない。
【００６４】
また、上述の実施形態では、封止剤１１の液面の高さ調整に充填部材３０を用いることとしたが、この構成に限定されない。封止剤の液面の高さ調整は、例えば引き上げ工程時に封止剤を追加補充すること等により行ってもよい。但し、上述の実施形態のように、充填部材３０を用いる方法では、封止剤１１の使用量等を抑えることができ、コストの削減等を図ることができる。
【実施例】
【００６５】
次に、本発明に係る実施例について説明する。
【００６６】
まずは、実施例に係るＧａＡｓ単結晶を製作した。すなわち、ＰＢＮ製のルツボ内に、原料としてＧａＡｓ多結晶を２４０００ｇと、封止剤としてＢ２Ｏ３を１８００ｇ収容した。ＧａＡｓ多結晶及びＢ２Ｏ３を加熱して溶融した段階で、充填部材がＢ２Ｏ３の融液と接することなく上方に位置するようにした。
【００６７】
次に、ルツボを回転させながら上昇させた。当初、ルツボの回転に従ってＢ２Ｏ３の融液の回転が認められた。そして、ルツボの上昇により液面に充填部材が接触した時点で、Ｂ２Ｏ３の融液の回転が停止した。この封止剤の液面と充填部材との接触点を基準にして、充填部材のＢ２Ｏ３中への進入量を９ｍｍとした。このとき、Ｂ２Ｏ３の厚さは２７ｍｍとなった。
【００６８】
種付け工程後の引き上げ工程では、成長速度を３ｍｍ／ｈに設定し、直径１５０ｍｍ（＋１０ｍｍ）、全長２００ｍｍのＧａＡｓ単結晶を得た。Ｂ２Ｏ３の最大厚さは、１１０ｍｍであった。以上の工程を繰り返して合計５本のＧａＡｓ単結晶を製作し、以下の評価を行った。
【００６９】
目視による外観確認では、多結晶が発生したものは無かった。また、これらのＧａＡｓ単結晶をスライスして直径１５０ｍｍのＧａＡｓ単結晶基板を製作し、１０枚ずつ転位密度を測定したところ、平均転位密度は５９００個／ｃｍ２であった。
【符号の説明】
【００７０】
１０    ＧａＡｓ単結晶（III−Ｖ族化合物半導体単結晶）
１０ｍ  原料
１１    封止剤
２０    半導体単結晶製造装置
２１    高圧容器
２２    引き上げ軸
２２ｓ  種結晶
２３    ルツボ
２４    サセプタ
２５    ペデスタル
２６ｃ  熱電対
２６ｂ  下部ヒータ
２６ｔ  上部ヒータ
３０    充填部材
３１    支柱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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