(57)【要約】【課題】液体封止チョクラルスキー法によりＩｎＰ単結晶を育成するに際して、双晶や多結晶の発生を防止するために回転数を制御する方法が提案されているが、必ずしも十分な結果が得られいない。本発明では双晶や多結晶の発生をより良く防止しうる新規で且つ簡便なＩｎＰ単結晶の製造方法の提供を課題とする。【解決手段】液体封止チョクラルスキー法によるＩｎＰ単結晶の製造方法において、ルツボに多結晶ＩｎＰ及び／または単結晶ＩｎＰを、ルツボ内のＩｎＰの平均Ｓｉ含量が１ｐｐｍ未満となるように投入し、溶融して原料融液を作成し、この原料融液に種結晶を接した後ＩｎＰ単結晶を引き上げる。【選択図】    なし【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ＩｎＰ単結晶の製造方法において、引き上げに供する原料融液中のＳｉの含有量が１ｐｐｍ未満であることを特徴とするＩｎＰ単結晶の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の原料融液を得るに際してそのＳｉ含有量が実質的に１ｐｐｍ未満となる多結晶ＩｎＰ及び／または単結晶ＩｎＰを用いることを特徴とするＩｎＰ単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体封止チョクラルスキー法（以下、ＬＥＣ法と略す）によるＩｎＰ単結晶の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩｎＰ単結晶の育成法の一つにＬＥＣ法がある。この方法は、不活性ガスで高圧ガス雰囲気とした高圧容器内において、原料とＩｎＰ結晶の電気特性を制御するための添加物と封止剤等とからなる原料融液の表面に種結晶を接触させて徐々に引き上げることにより単結晶を育成するものである。なおこの際、原料には水平ブリッジマン（ＨＢ）法や温度勾配凝固（ＶＧＦ）法により合成されたＩｎＰ多結晶が用いられる。ちなみに、この原料多結晶中の不純物濃度は、単結晶育成時に、該単結晶の電気特性制御のために原料融液中に添加する不純物の濃度よりも低い。
【０００３】
ＬＥＣ法による単結晶育成では、一般に育成中にルツボ内融液中で温度ゆらぎ等が発生すると、育成結晶に双晶や多結晶が発生しやすく、特にＩｎＰでは、その結晶径が増大していく肩部において発生しやすいことが知られている。従来は、この温度ゆらぎを減少させるために磁場を印加する、あるいはルツボの回転速度を増加させる等の方法が用いられている。しかし、前者の方法では、電力が単結晶育成そのものよりもかかってしまうという問題があり、後者の方法では直胴部で急成長が発生しやすく、直胴部が多結晶化しやすい等の問題がある。
【０００４】
こうした問題を解消すべく、液体封止チョクラルスキー法にて化合物半導体単結晶、特にＩｎＰを製造するに際して、結晶回転速度を１０〜１５ｒｐｍとし、ルツボ回転速度を結晶の肩部育成時においては結晶回転と逆方向に２０〜３５ｒｐｍとし、結晶の直胴部育成時においては結晶回転と逆方向に１５〜２５ｒｐｍとし、直胴部育成時のルツボに対する結晶の相対回転速度が肩部育成時のルツボに対する結晶の相対回転速度よりも低くすることが提案されている。（特許文献１  段落  ０００５  参照）
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１０６５９２号公報
確かに前記方法は一定の効果はあるものの、前記方法でＩｎＰ単結晶を育成しても、育成結晶中への双晶や多結晶の発生を無くすことは必ずしもできていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＬＥＣ法によりＩｎＰ単結晶を育成するに際して、双晶や多結晶の発生を防止しうるＩｎＰ単結晶の製造方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は前記課題を解決すべく種々検討した結果、原料融液中のＳｉ濃度とＩｎＰ単結晶育成時の双晶や多結晶の発生とが関係を有することを突き止め本発明に至った。
即ち、前記課題を解決する請求項１の発明は、ＬＥＣ法によるＩｎＰ単結晶の製造方法において、引き上げに供する原料融液中のＳｉの含有量が１ｐｐｍ未満であることを特徴とするＩｎＰ単結晶の製造方法である。
【０００８】
そして、請求項２の発明は、請求項１記載の原料融液を得るに際してそのＳｉ含量が実質的に１ｐｐｍ未満となる多結晶ＩｎＰ及び／または単結晶ＩｎＰを用いることを特徴とするＩｎＰ単結晶の製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１はＬＥＣ法により本発明を実施する際に使用される結晶成長装置の概略図である。この結晶成長装置は、従来のＬＥＣ法で用いられていた装置と同じであり、密閉型の高圧容器１内には、略円筒状で一段構成の抵抗加熱方式のヒータ９が設置されており、このヒータ９の中央には例えば窒化ホウ素製のルツボ４が配置されている。そして、このルツボ４中には、原料融液７が入れられており、該融液７の上面は例えば酸化ホウ素からなる液体封止剤６で覆われている。ヒータ９の外側には保温材８が配設されている。また、ルツボ４はサセプタ１０を介してルツボ支持軸１１により回転及び上下動可能に支持されている。ルツボ４の上方からは、高圧容器１内に結晶引上軸２が回転及び上下動可能に垂下されており、この結晶引上軸２の下端に種結晶３を保持して、ルツボ４中の原料融液７の表面に接触させることができるようになっている。そして、原料融液７の表面に接触させた種結晶３を徐々に引き上げることにより、単結晶５が成長する。
【００１０】
本請求項１の発明は、単結晶５を成長させる際に用いる原料として、Ｓｉ含有量が１ｐｐｍ未満のＩｎＰ引き上げ用原料融液を用いるものである。このようにすることにより、多結晶や双晶などの欠陥が発生するのを抑制し、再現性よくＩｎＰ単結晶を得ることができる。また、請求項２の発明は、請求項１記載の原料融液を得るに際してそのＳｉ含量が実質的に１ｐｐｍ未満となる多結晶ＩｎＰ及び／または単結晶ＩｎＰを用いることを特徴とするＩｎＰ単結晶の製造方法である。ここにおいて、「実質的に」とは、ルツボ内にＩｎＰ結晶体を供給した際にルツボ内のＩｎＰ結晶体の平均Ｓｉ含量が１ｐｐｍ未満となることを示す。こうしたのは、ルツボに供給されるＩｎＰ結晶体は、通常粗砕されたものが供給されるため、必ずしも均質なＩｎＰ結晶体が供給されるわけではないからである。
【００１１】
本発明において、特徴を成すところは、まさに原料融液としてＳｉ含量が１ｐｐｍ未満のものを用いること、この原料融液を調整するに際して、Ｓｉ含有量が実質的に１ｐｐｍ未満のとなる多結晶ＩｎＰ及び／または単結晶ＩｎＰを用いる点であり、他の要素は従来技術をそのまま転用可能である。なお、融液を得るには前記多結晶や単結晶は破砕して用いることが好ましい。また、単結晶としてはスクラップ等を用いることが可能である。
【００１２】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明の特徴とするところを明らかにする。なお、本発明は以下の各実施例により何ら制限されるものではない。
（実施例１〜１０）
図１に示す構成の結晶引上炉を用い、直径２インチのＩｎＰ単結晶を育成した。ルツボは内径４インチの窒化ホウ素製のものを用いた。ＩｎＰ結晶体原料としてはＳｉ濃度が０．０３〜０．０８ｐｐｍのものを用い、仕込み量は１ｋｇとした。これに添加剤としてＩｎ２Ｓ３を０．２２５ｇ加え、封止剤として酸化ホウ素を３００ｇ加えて、温度１１２０℃で加熱溶解して原料融液とその上に存在する液体封止剤とを得た。
【００１３】
次いで、〔００１〕方位に切り出した４ｍｍ×４ｍｍ×６０ｍｍのＩｎＰ単結晶を種結晶として原料融液表面に付け、種結晶の回転を１０〜２０ｒｐｍ、育成時のルツボの回転数を１０〜２５ｒｐｍとし結晶１〜１０（実施例１〜１０）を得た。
【００１４】
次いで、それぞれの結晶を調べ双晶の有無等を調べた。その結果、いずれも単結晶であることがわかった。
表１に各条件をまとめた。
【００１５】
【表１】
2004210599.tif 000002
【００１６】
（実施例１１〜２０）
次に、Ｓｉ濃度が１〜１０ｐｐｍのＩｎＰ結晶体を原料として、表２以外の条件を実施例１と同様の条件としてＩｎＰ結晶を作成した。得られたＩｎＰ結晶体のＳｉ濃度は０．０５〜０．０９ｐｐｍであった。この結晶体を原料として用い実施例１〜１０と同様にして結晶１１〜２０（実施例１１〜２０）を得た。
【００１７】
次いで、それぞれの結晶を調べ双晶の有無等を調べた。その結果、いずれも単結晶であることがわかった。
表２に各条件をまとめた。
【００１８】
【表２】
2004210599.tif 000003
【００１９】
（比較例１〜１０）
原料のＩｎＰ多結晶体とＳｉとを用いて原料中のＳｉ濃度が擬似的に１ｐｐｍとなるように調整し、表３以外の条件を実施例１と同様にして全１０回の育成を行い、１０個の結晶２１〜３０（比較例１〜１０）を得た。これらの結晶を調べたところ６本の結晶に双晶が発生した。
表３に各条件をまとめた。
【００２０】
【表３】
2004210599.tif 000004
【００２１】
（比較例１１〜２０）
次に、原料のＩｎＰ多結晶体とＳｉとを用いて原料中のＳｉ濃度が擬似的に５ｐｐｍとなるように調整し、表４以外の条件を実施例１と同様にして全１０回の育成を行い、１０個の結晶３１〜４０（比較例１１〜２０）を得た。これらの結晶を調べたところ、７本の結晶に双晶が発生した。
表４に各条件をまとめた。
【００２２】
【表４】
2004210599.tif 000005
【００２３】
（比較例２１〜３０）
次に、原料のＩｎＰ多結晶体とＳｉとを用いて原料中のＳｉ濃度が擬似的に１０ｐｐｍになるように調整し、表５以外の条件は実施例１と同様にして全１０回の育成を行い、１０個の結晶４１〜５０（比較例２１〜３０）を得た。これらの結晶を調べたところ、８本の結晶に双晶が発生した。
表５に各条件をまとめた。
【００２４】
【表５】
2004210599.tif 000006
【００２５】
（比較例３１〜４０）
次に、原料のＩｎＰ多結晶体とＳｉとを用いて原料中のＳｉ濃度が擬似的に２０ｐｐｍになるように調整し、表６以外の条件は実施例１と同様にして全１０回の育成を行い、１０個の結晶５１〜６０（比較例３１〜４０）を得た。これらの結晶を調べたところ、全ての結晶に双晶が発生した。
表６に各条件をまとめた。
【００２６】
【表６】
2004210599.tif 000007
【００２７】
【発明の効果】
本発明に依れば、原料としてＳｉを１ｐｐｍ未満含むＩｎＰ結晶体を原料として原料融液を調整し、即ち、原料融液中のＳｉ濃度を１ｐｐｍ未満とした状態でＩｎＰ単結晶を引き上げる。このようにＳｉを極めて低い状態で単結晶を引き上げるため、再現性良く双晶を含まない単結晶を得ることができる。この結果、ＩｎＰ化合物半導体単結晶の収率を大幅に高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明のＩｎＰ化合物半導体単結晶の成長方法を適用した製造装置の一実施の形態を示す断面図である。
１高圧容器
２結晶引上軸
３種結晶
４ルツボ
５単結晶
６液体封止剤
７原料融液
８保温材
９ヒータ
１０サセプタ
１１ルツボ支持軸
【図１】
2004210599.tif 000008