(57)【要約】【課題】液体封止引上法、縦型ボート法又は横型ボート法により、再現性良く、且つ高収率で燐化インジウム単結晶を得ることを可能にする。【解決手段】液体封止引上法、縦型ボート法又は横型ボート法により原材料Ｉｎ、Ｐを用いて燐化インジウム単結晶を製造するＩｎＰ単結晶の製造方法において、燐化インジウム化合物半導体単結晶の一方の原料であるインジウムとして、同位体である１１３Ｉｎ（質量数１１３インジウム）あるいは１１５Ｉｎ（質量数１１５インジウム）を９９．９％以上の割合に高めて用いる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体封止引上法、縦型ボート法又は横型ボート法により原材料Ｉｎ、Ｐを用いて燐化インジウム単結晶を製造するＩｎＰ単結晶の製造方法において、
燐化インジウム単結晶の一方の原料であるインジウムとして、同位体である１１３Ｉｎ（質量数１１３インジウム）を９９．９％以上の割合で用いることを特徴とするＩｎＰ単結晶の製造方法。
【請求項２】
液体封止引上法、縦型ボート法又は横型ボート法により原材料Ｉｎ、Ｐを用いて燐化インジウム単結晶を製造するＩｎＰ単結晶の製造方法において、
燐化インジウム単結晶の一方の原料であるインジウムとして、同位体である１１５Ｉｎ（質量数１１５インジウム）を９９．９％以上の割合で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、燐化インジウム（ＩｎＰ）単結晶を、液体封止引上法、縦型ボート法又は横型ボート法により原材料Ｉｎ、Ｐを用いて製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燐化インジウム（ＩｎＰ）単結晶を原材料Ｉｎ、Ｐを用いて製造する技術としては、原料融液を収容したパイロリティック窒化硼素（ＰＢＮ）製容器を高温炉内に配置し、種結晶を原料融液に接触させつつ種結晶とＰＢＮ製容器とを相対的に移動させて単結晶を成長させる液体封止引上法（ＬＥＣ法）や、種結晶を縦型ボート（ルツボ）下部に配置し、このボート内で結晶を成長させる縦型ボート法や、種結晶を横型ボート（石英反応管）内に配置し、このボート内で結晶を成長させる横型ボート法等が知られている。
【０００３】
図１に、ＩｎＰ単結晶の成長装置として使用されているＬＥＣ法による結晶引上装置の概略を示す。
【０００４】
図１において、１は結晶成長用の高温炉（耐圧容器）であり、高温炉１内には下側から下軸２が挿入され、この下軸２の先端にペデスタル３を介してサセプタ４が支持されている。サセプタ４内にはＰＢＮ（Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）製ルツボ５が配置されている。サセプタ４の周囲にはヒータ８が設けられており、サセプタ４を介してＰＢＮ製ルツボ５を周囲から加熱できるようになっている。下軸２は図示しない回転機構に接続されており、一定の回転速度で回転されるようになっている。また、耐圧容器１の上側からは下軸２と同軸的に上軸９が挿入され、その下端に設けられた種結晶ホルダ１０に種結晶１１が取り付けられる。この上軸９は、図示しない回転・昇降機構によってＰＢＮ製ルツボ５とは逆向きに軸回転されると共に、昇降移動されるようになっている。上軸９の途中には重量センサ１２が設けられており、これによって成長過程の結晶重量を検知できるようになっている。
【０００５】
結晶成長の際には、先ず、ＰＢＮ製ルツボ５の中にＩｎＰ多結晶原料６を１４，０００ｇと、液体封止剤７の三酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）４，０００ｇを入れ、高温炉１内を真空排気し、その後窒素またはアルゴンなどの不活性ガスで５０気圧程度に加圧し、ヒータ８に通電してＰＢＮ製ルツボ５の内部を昇温させる。５００℃前後で液体封止剤（Ｂ２Ｏ３）７が軟化、融解してＩｎＰ多結晶原料６を覆う。引き続き昇温させ、ＰＢＮ製ルツボ５内部の温度を１，１００℃以上とし、ＩｎＰ多結晶原料６を融解させる。次に、種結晶１１を降下させ、その先端を原料融液に浸して種付けを行う。その後、ヒータ８の温度を下げながら、上軸９を９〜１２ｍｍ／ｈｒの速度で引き上げていき、重量センサ１２で結晶重量を検知しながら、ヒータの出力を制御してＩｎＰ単結晶を成長させる。
【０００６】
一方、単結晶シリコンの製造方法ではあるが、単結晶シリコン中に含まれる同位体Ｓｉ−２８の濃度を、天然のシリコンにおける同位体Ｓｉ−２８の濃度以上（９２．３％以上）とすれば、単結晶シリコンの熱伝導度を上昇させることができることが示唆されたことから、シリコン融液及び種結晶におけるシリコン元素の同位体Ｓｉ−２８の濃度をともに９２．３％以上とする方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法では、シリコン融液のみならず種結晶についても同位体Ｓｉ−２８の濃度が９２．３％以上となっているので、単結晶シリコンの成長時に種結晶からシリコン原子が融け出しても、完成した単結晶シリコンにおける同位体Ｓｉ−２８の濃度は９２．３％以上となり、同位体Ｓｉ−２８の濃度が天然のシリコン元素よりも高い単結晶シリコンが確実に得られるようになる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−８７９００号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１を含め、従来技術としてＩｎＰの単結晶の成長に関してＩｎの同位体に着目した文献は見当たらない。
【０００９】
上記したように、燐化インジウム単結晶を製造する方法として、横型ボート法、液体封止引上法、縦型ボード法等の手法が一般的に採用されているが、そこで燐化インジウム単結晶の原料として用いられるインジウムは、同位体である１１３Ｉｎと１１５Ｉｎがそれぞれ約４．３％、約９５．７の割合で含まれているのが一般的である。
【００１０】
しかし、このようなインジウム原料を用いている限り、いずれの手法においても、単結晶を得られる収率が芳しくない。収率が芳しくない大きな要因は、燐化インジウムが有転移結晶であることから、成長過程において固相と液相の界面である固液界面を、常に、且つ全体的に融液側に凸形状にする必要があり、この制御が困難なためである。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、インジウムの同位体である１１３Ｉｎと１１５Ｉｎを分離して用いることで、液体封止引上法、縦型ボート法又は横型ボート法により、固液界面を融液側に凸の形状にして、再現性良く、且つ高収率で燐化インジウム単結晶を得ることができる製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１３】
請求項１の発明に係るＩｎＰ単結晶の製造方法は、液体封止引上法、縦型ボート法又は横型ボート法により原材料Ｉｎ、Ｐを用いて燐化インジウム単結晶を製造するＩｎＰ単結晶の製造方法において、燐化インジウム単結晶の一方の原料であるインジウムとして、同位体である１１３Ｉｎ（質量数１１３インジウム）を９９．９％以上の割合で用いることを特徴とする。これには、液体封止引上法、縦型ボート法又は横型ボート法により、燐化インジウム融液に接触させた種結晶の表面に、燐化インジウム単結晶を付着成長させるＩｎＰ単結晶の製造方法において、上記融液及び上記種結晶における燐化インジウムの一方の原料であるインジウムとして、同位体である１１３Ｉｎ（質量数１１３インジウム）を９９．９％以上の割合で用いることを特徴とするＩｎＰ単結晶の製造方法の形態が含まれる。
【００１４】
請求項２の発明に係るＩｎＰ単結晶の製造方法は、液体封止引上法、縦型ボート法又は横型ボート法により原材料Ｉｎ、Ｐを用いて燐化インジウム単結晶を製造するＩｎＰ単結晶の製造方法において、燐化インジウム単結晶の一方の原料であるインジウムとして、同位体である１１５Ｉｎ（質量数１１５インジウム）を９９．９％以上の割合で用いることを特徴とする。これには、液体封止引上法、縦型ボート法又は横型ボート法により、燐化インジウム融液に接触させた種結晶の表面に、燐化インジウム単結晶を付着成長させるＩｎＰ単結晶の製造方法において、上記融液及び上記種結晶における燐化インジウムの一方の原料であるインジウムとして、同位体である１１５Ｉｎ（質量数１１５インジウム）を９９．９％以上の割合で用いることを特徴とするＩｎＰ単結晶の製造方法の形態が含まれる。
【００１５】
＜発明の要点＞
本発明の要点は、燐化インジウム化合物半導体単結晶の一方の原料であるインジウムとして、同位体である１１３Ｉｎ（質量数１１３インジウム）あるいは、１１５Ｉｎ（質量数１１５インジウム）を９９．９％以上の割合で用いることで、再現性よく、且つ高収率で燐化インジウム化合物半導体単結晶を得ることを可能にしたものである。
【００１６】
燐化インジウム単結晶の原料として用いられるインジウムは、同位体である１１３Ｉｎと１１５Ｉｎがそれぞれ約４．３％、約９５．７の割合で含まれているのが一般的である。そこで、本発明では、ＩｎＰ結晶において、インジウムの同位体である１１３Ｉｎと１１５Ｉｎを分離し、その一方を９９．９％以上の純度でＩｎＰ原料として用いることで、熱伝導率を向上させ、これにより成長時の放熱を良好にして、固液界面を融液側に凸の形状にし、単結晶を得る歩留を向上させる。
【００１７】
すなわち、燐化インジウム化合物半導体単結晶の一方の原料であるインジウムの同一同位体の割合を高めた理由は、同一同位体の割合を高めた場合、結晶成長させる燐化インジウム化合物半導体結晶の熱伝導率が大幅に向上するためである。そして、燐化インジウム化合物半導体結晶の熱伝導率が向上した場合、結晶成長過程において、結晶化した部分からの放熱が容易となり、成長過程において固液界面を常に、且つ全体的に融液側に凸形状にすることが容易となる。
【００１８】
なお、同一同位体の割合を９９．９％以上とした場合の熱伝導率の向上割合は、正確な数値は把握されていない。しかし、同一同位体の割合が９９．９％未満の場合と比較し、燐化インジウム化合物半導体結晶の熱伝導率が大幅に向上することが確認されるため、これによって、燐化インジウム単結晶成長時の固液界面を常に、且つ全体的に融液側に凸形状にすることが容易となり、これによって、燐化インジウム単結晶を得られる収率が大幅に向上する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の燐化インジウム単結晶の製造方法をＬＥＣ法による実施例を中心にして説明する。
【００２０】
下記の実施例１〜２で使用した製造装置は、図１と同様であり、先ず、ルツボ内にＩｎＰ多結晶原料、及びＢ２Ｏ３を収納し、不活性ガスを充填した耐圧容器内で、加熱手段によって、ＩｎＰ融液とし、種付け、結晶成長を行う。ただし、ＩｎＰ多結晶原料６及び種結晶１１については、ＩｎＰ単結晶の一方の原料であるインジウムとして、同位体である１１３Ｉｎ（質量数１１３インジウム）又は１１５Ｉｎ（質量数１１５インジウム）を９９．９％以上の割合で用いる。
【００２１】
［実施例１］
燐化インジウム化合物半導体単結晶の製造法の一手法である液体封止引上法で、直径が２８０ｍｍであるＰＢＮ製のるつぼを用い、結晶直径１１０ｍｍ、結晶長さ４００ｍｍの燐化インジウム化合物半導体単結晶の製造を実施した。
【００２２】
燐化インジウム単結晶の一方の原料であるインジウムとして、１１５Ｉｎを９９．９％以上の割合で用いた原料で、燐化インジウム化合物半導体単結晶の製造を５０回行った。その結果、結晶の種付けから結晶成長最終部まで全域単結晶（Ａｌｌ  Ｓｉｎｇｌｅ）が９５％以上の確率で得られた。この確率は、１１３Ｉｎと１１５Ｉｎがそれぞれ約４．３％、約９５．７の割合で用いた原料で、燐化インジウム単結晶が得られる確率であるところの５０％を大きく上回る結果となった。
【００２３】
［実施例２］
実施例１と同様に、液体封止引上法にて、燐化インジウム単結晶の一方の原料であるインジウムとして、１１３Ｉｎを９９．９％以上の割合で用いた原料で、燐化インジウム化合物半導体単結晶の製造を５０回行った。その結果、結晶の種付けから結晶成長最終部まで全域単結晶（Ａｌｌ  Ｓｉｎｇｌｅ）が９５％以上の確率で得られた。この確率は、１１３Ｉｎと１１５Ｉｎがそれぞれ約４．３％、約９５．７の割合で用いた原料で、燐化インジウム単結晶が得られる確率であるところの５０％を大きく上回った。
【００２４】
なお、この全域単結晶（Ａｌｌ  Ｓｉｎｇｌｅ）の確率は、同位体の単一同位体の割合が、１１３Ｉｎと１１５Ｉｎがそれぞれ約４．３％、約９５．７％に近づく程、低くなる傾向にあった。単結晶の確率が低くなる原因は、成長過程において固液界面を常に、且つ全体的に融液側に凸形状に保つことが困難となり、融液側に凹形状となることで、転移が集中し、リネージ、亜粒界などが発生したことによる。
【００２５】
本発明による方法で得られる燐化インジウム化合物半導体結晶は、従来法よりも全域単結晶の確率が高いだけではなく、従来法で得られた燐化インジウム化合物半導体単結晶に比べ、転位の集積部が少ない傾向にあった。これは、従来法の場合は、全域単結晶であっても、リネージ、亜粒界には発展しないまでも転位が集積していることを示している。
【００２６】
本発明で得られる燐化インジウム化合物半導体ウェハは、これを用いて素子を形成した場合、転位に基づく素子の製造歩留の低下を防止することができる。従って、工業生産における経済的効果は多大なものがある。
【００２７】
上記実施例では、燐化インジウム化合物半導体単結晶の製造方法として、液体封止引上法について記載したが、本発明は引上法に限定されるものではない。成長過程において固液界面を常に、且つ全体的に融液側に凸形状にすることが、収率の向上を図る上で必然的条件であることは、横型ボート法や縦型ボート法でも同じであり、横型ボート法及び縦型ボート法に適用しても上記実施例と同様の効果が得られる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明による燐化インジウム単結晶の製造方法によれば、燐化インジウム単結晶の一方の原料であるインジウムとして、同位体である１１３Ｉｎ（質量１１３インジウム）あるいは、１１５Ｉｎ（質量１１５インジウム）を９９．９％以上の割合で用いることで、熱伝導率を向上させ、これにより成長時の放熱を良好にして、固液界面を融液側に凸形状にする。従って、単結晶の成長条件の再現性を向上し、且つ高収率で燐化インジウム化合物半導体単結晶を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燐化インジウム単結晶の製造方法に用いた製造装置の基本構成を示した図である。
【符号の説明】
１  高温炉
２  下軸
４  サセプタ
５  ＰＢＮ製ルツボ
６  多結晶原料
７  液体封止剤（Ｂ２Ｏ３）
８  ヒータ
９  上軸
１１  種結晶
【図１】
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