JPH06144998A - インジウムアンチモン単結晶の製造方法 - Google Patents
インジウムアンチモン単結晶の製造方法Info
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- JPH06144998A JPH06144998A JP29419092A JP29419092A JPH06144998A JP H06144998 A JPH06144998 A JP H06144998A JP 29419092 A JP29419092 A JP 29419092A JP 29419092 A JP29419092 A JP 29419092A JP H06144998 A JPH06144998 A JP H06144998A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 インジウムアンチモン単結晶の製造におい
て、転位を含む結晶欠陥を低減し、かつ高い歩留りで単
結晶を製造する。 【構成】 結晶中で電気的に中性な不純物となる元素で
構成されたガスの雰囲気中でインジウムアンチモン多結
晶体を合成する工程と、前記インジウムアンチモン多結
晶融液にガリウムまたはガリウムとV族元素との化合物
を添加して単結晶化する工程を含むインジウムアンチモ
ン単結晶の製造方法。
て、転位を含む結晶欠陥を低減し、かつ高い歩留りで単
結晶を製造する。 【構成】 結晶中で電気的に中性な不純物となる元素で
構成されたガスの雰囲気中でインジウムアンチモン多結
晶体を合成する工程と、前記インジウムアンチモン多結
晶融液にガリウムまたはガリウムとV族元素との化合物
を添加して単結晶化する工程を含むインジウムアンチモ
ン単結晶の製造方法。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はインジウムアンチモン単
結晶の製造方法に係り、特にチョコラルスキー法による
インジウムアンチモン単結晶引上方法に関する。
結晶の製造方法に係り、特にチョコラルスキー法による
インジウムアンチモン単結晶引上方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、結晶欠陥がデバイス特性に与える
影響が明確になり、結晶欠陥を減少させることが重要な
問題となっている。例えば半導体単結晶内の転位密度が
大になると結晶内に形成されたP/N接合の逆方向リー
ク電流が増加するなど半導体素子特性が低下するととも
に信頼性にも悪影響を及ぼすことが知られている。最近
では半導体素子の高集積化にともなって半導体単結晶の
転位や微少欠陥の低減化の要求がますます強くなりつつ
ある。
影響が明確になり、結晶欠陥を減少させることが重要な
問題となっている。例えば半導体単結晶内の転位密度が
大になると結晶内に形成されたP/N接合の逆方向リー
ク電流が増加するなど半導体素子特性が低下するととも
に信頼性にも悪影響を及ぼすことが知られている。最近
では半導体素子の高集積化にともなって半導体単結晶の
転位や微少欠陥の低減化の要求がますます強くなりつつ
ある。
【0003】従来、結晶欠陥低減化の有効な方法として
電気的に中性である不純物を添加する方法がある。この
方法は添加すべき不純物と引上げるべき原料とをるつぼ
に入れ、その後、加熱溶融して融液を形成し、単結晶を
引上げる方法である。InSb結晶においては不純物と
してV族元素の窒素を窒化インジウム(InN,粉末
状)として添加すると有効であることが特開昭54−1
22681号で報告されている。
電気的に中性である不純物を添加する方法がある。この
方法は添加すべき不純物と引上げるべき原料とをるつぼ
に入れ、その後、加熱溶融して融液を形成し、単結晶を
引上げる方法である。InSb結晶においては不純物と
してV族元素の窒素を窒化インジウム(InN,粉末
状)として添加すると有効であることが特開昭54−1
22681号で報告されている。
【0004】しかし、InNでは次のような問題点があ
る。確かにInNの添加は微少欠陥に対応するS−pi
ts(Saucer−like−pits)、及び不純
物の析出あるいは欠陥があってこれを中心に〔110〕
方向にS−pitsが発生したP−pits(Punc
hing−out−pits)に対しては顕著な低減効
果を示すが、転位に対応するD−pits(Dislo
cation−pits)に関しては残念ながら低減効
果は全く認められない。従って半導体素子特性及び信頼
性の向上には前記のS−pits,P−pitsのみな
らずD−pitsをも同時低減させる方法を見出すこと
が重要な問題となる。
る。確かにInNの添加は微少欠陥に対応するS−pi
ts(Saucer−like−pits)、及び不純
物の析出あるいは欠陥があってこれを中心に〔110〕
方向にS−pitsが発生したP−pits(Punc
hing−out−pits)に対しては顕著な低減効
果を示すが、転位に対応するD−pits(Dislo
cation−pits)に関しては残念ながら低減効
果は全く認められない。従って半導体素子特性及び信頼
性の向上には前記のS−pits,P−pitsのみな
らずD−pitsをも同時低減させる方法を見出すこと
が重要な問題となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上、述べたように電
気的に中性であるInN(粉末状)添加法は転位(D−
pits)以外の結晶欠陥低減化に有効な方法である
が、転位の低減化には全く無力と云う問題点があった。
気的に中性であるInN(粉末状)添加法は転位(D−
pits)以外の結晶欠陥低減化に有効な方法である
が、転位の低減化には全く無力と云う問題点があった。
【0006】本発明の目的は上記の欠点を除去するもの
で、転位を含めて全ての結晶欠陥を低減し、かつ単結晶
を高い歩留りで製造する方法を提供するものである。
で、転位を含めて全ての結晶欠陥を低減し、かつ単結晶
を高い歩留りで製造する方法を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のInSb単結晶の製造方法ではダブルドーピ
ング法を採用する。すなわち転位(D−pits)以外
の結晶欠陥(S−pits,P−pits)低減には従
来から有効な方法である窒素(N)を添加する。但し、
窒素添加方法としてInN(粉末状)としてではなく、
InSb多結晶合成の際に雰囲気ガスとしてN2ガスを
用いることによりガスによるNドーピングを行なう。一
方、転位の低減化に関してはガリウム(Ga)単体,あ
るいはガリウムアンチモン(GaSb)等のようにV族
元素をガリウムの化合物としてInSb融液中に添加し
てInSb単結晶を引上げるものである。
に本発明のInSb単結晶の製造方法ではダブルドーピ
ング法を採用する。すなわち転位(D−pits)以外
の結晶欠陥(S−pits,P−pits)低減には従
来から有効な方法である窒素(N)を添加する。但し、
窒素添加方法としてInN(粉末状)としてではなく、
InSb多結晶合成の際に雰囲気ガスとしてN2ガスを
用いることによりガスによるNドーピングを行なう。一
方、転位の低減化に関してはガリウム(Ga)単体,あ
るいはガリウムアンチモン(GaSb)等のようにV族
元素をガリウムの化合物としてInSb融液中に添加し
てInSb単結晶を引上げるものである。
【0008】要するに本発明に係るインジウムアンチモ
ン単結晶の製造方法は、結晶中で電気的に中性な不純物
となる元素で構成されたガスの雰囲気中でインジウムア
ンチモン多結晶体を合成する工程と、前記インジウムア
ンチモン多結晶融液にガリウムまたはガリウムとV族元
素との化合物を添加して単結晶化する工程を含む特徴を
有する。
ン単結晶の製造方法は、結晶中で電気的に中性な不純物
となる元素で構成されたガスの雰囲気中でインジウムア
ンチモン多結晶体を合成する工程と、前記インジウムア
ンチモン多結晶融液にガリウムまたはガリウムとV族元
素との化合物を添加して単結晶化する工程を含む特徴を
有する。
【0009】
【作用】結晶欠陥低減のためにNとGa(含むGaS
b)のダブルドーピング法を採用しているのは、上記の
ようにNのみの添加では転位は減少しないためである。
一方、Gaのみの添加では転位は顕著に減少するが、他
のピット(S−pits,P−pits)は減少しな
い。
b)のダブルドーピング法を採用しているのは、上記の
ようにNのみの添加では転位は減少しないためである。
一方、Gaのみの添加では転位は顕著に減少するが、他
のピット(S−pits,P−pits)は減少しな
い。
【0010】以上の結果からダブルドーピングを行なう
ことにより、これらのピットを減少させることが可能に
なり、このダブルドーピング法により極端に結晶欠陥の
少ない単結晶が得られる。
ことにより、これらのピットを減少させることが可能に
なり、このダブルドーピング法により極端に結晶欠陥の
少ない単結晶が得られる。
【0011】なお、上記製造方法では窒素の添加方法と
してInNの粉末ではなく、ガスによるNドーピングを
採用している。この理由は二点ある。
してInNの粉末ではなく、ガスによるNドーピングを
採用している。この理由は二点ある。
【0012】その一つはGaとInN(粉末)のダブル
ドーピングを試みると引上げた単結晶表面に上記添加不
純物が析出するためである。そして、固溶しないので、
結晶欠陥低減効果は認められない。しかし、ガスドーピ
ング法ではこの点は回避される。
ドーピングを試みると引上げた単結晶表面に上記添加不
純物が析出するためである。そして、固溶しないので、
結晶欠陥低減効果は認められない。しかし、ガスドーピ
ング法ではこの点は回避される。
【0013】他の一つの粉末状のInNを用いることで
融液中での溶融を容易にし、秤量の精度を上げる等のメ
リットがあるが、バルクに比し表面積が大になるので自
然酸化膜が形成され易い。このため、融液中でInNが
分解したのち融液面上に酸化物のスカム(scum)を
形成し、単結晶引上げに種々の悪影響を及ぼす。例え
ば、種付けや、結晶成長を阻害し、また、双晶発生の原
因の一つでもある。一方、ガスによるドーピング法で
は、ドーパントに自然酸化膜は形成されない。この結
果、融液面上に酸化物のスカムが発生せず、スカムの影
響を受けずに単結晶の引上げができ、単結晶化率が著る
しく向上するという利点がある。
融液中での溶融を容易にし、秤量の精度を上げる等のメ
リットがあるが、バルクに比し表面積が大になるので自
然酸化膜が形成され易い。このため、融液中でInNが
分解したのち融液面上に酸化物のスカム(scum)を
形成し、単結晶引上げに種々の悪影響を及ぼす。例え
ば、種付けや、結晶成長を阻害し、また、双晶発生の原
因の一つでもある。一方、ガスによるドーピング法で
は、ドーパントに自然酸化膜は形成されない。この結
果、融液面上に酸化物のスカムが発生せず、スカムの影
響を受けずに単結晶の引上げができ、単結晶化率が著る
しく向上するという利点がある。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一つの実施例について図面を
参照して説明する。図1(a)に本実施例に使用した多
結晶合成炉(ノーマルフリージング炉)の断面図を示
す。多結晶合成に用いる高純度のIn原料200gとS
b原料220g(純度はそれぞれ99.9999%)を
石英ボート1に入れ、反応管2にセットする。次に反応
管2内を真空度10-7Torrになるまで排気する。そ
の後、反応管2を取り囲むヒータ3で750℃まで加熱
し、In,Sb原料を融解してInSbの融液4を形成
する。形成後、この状態(真空中、750℃)で1時間
保持する。この理由は高温真空中でZn(亜鉛),Cd
(カドミウム)等のP型不純物を融液4から蒸発させて
除去するためである。その後、純度99.9999%の
高純度N2(窒素)ガスで反応管2を満たし、ヒータ3
を12mm/hのスピードで移動させInSb多結晶を
ノーマルフリージング法(融液の一端からゆっくりと固
化させる方法)で形成する。ちなみに多結晶合成に要す
る時間は約24時間で、この間に流すN2ガスの流量は
0.5 l/minである。この工程でNがInSb多
結晶にドーピングされる。
参照して説明する。図1(a)に本実施例に使用した多
結晶合成炉(ノーマルフリージング炉)の断面図を示
す。多結晶合成に用いる高純度のIn原料200gとS
b原料220g(純度はそれぞれ99.9999%)を
石英ボート1に入れ、反応管2にセットする。次に反応
管2内を真空度10-7Torrになるまで排気する。そ
の後、反応管2を取り囲むヒータ3で750℃まで加熱
し、In,Sb原料を融解してInSbの融液4を形成
する。形成後、この状態(真空中、750℃)で1時間
保持する。この理由は高温真空中でZn(亜鉛),Cd
(カドミウム)等のP型不純物を融液4から蒸発させて
除去するためである。その後、純度99.9999%の
高純度N2(窒素)ガスで反応管2を満たし、ヒータ3
を12mm/hのスピードで移動させInSb多結晶を
ノーマルフリージング法(融液の一端からゆっくりと固
化させる方法)で形成する。ちなみに多結晶合成に要す
る時間は約24時間で、この間に流すN2ガスの流量は
0.5 l/minである。この工程でNがInSb多
結晶にドーピングされる。
【0015】図1(b)に本実施例に使用した引上げ装
置の断面図を示す。InSb単結晶の引上げに用いる前
記高純度InSb多結晶を例えば700gと高純度Ga
(純度99.99999%)60mgをチャンバ5内の
石英るつぼ6に入れ、そして〈211〉方位に切り出し
た種子結晶7を種子結晶取付け治具8に取付け、チャン
バ5で密封する。次にこの密封されたチャンバ5内を真
空度10-4Torrまで排気して窒素90%と水素10
%からなるフォーミングガスで満たす。続いて上記るつ
ぼ6を取り囲むヒータ9で600℃に加熱し、InSb
多結晶を融解してInSb融液10を作る。前記融液1
0面上には本発明のN2ガスによるドーピングを試みて
いるので、粉末状InNを用いる場合と異なって酸化物
のスカムは存在していない。その後図1(b)に示すよ
うに例えば引上げ速度10mm/h,回転数10rp
m,融液温度555℃で引上げを施してInSb単結晶
体11を製造する。
置の断面図を示す。InSb単結晶の引上げに用いる前
記高純度InSb多結晶を例えば700gと高純度Ga
(純度99.99999%)60mgをチャンバ5内の
石英るつぼ6に入れ、そして〈211〉方位に切り出し
た種子結晶7を種子結晶取付け治具8に取付け、チャン
バ5で密封する。次にこの密封されたチャンバ5内を真
空度10-4Torrまで排気して窒素90%と水素10
%からなるフォーミングガスで満たす。続いて上記るつ
ぼ6を取り囲むヒータ9で600℃に加熱し、InSb
多結晶を融解してInSb融液10を作る。前記融液1
0面上には本発明のN2ガスによるドーピングを試みて
いるので、粉末状InNを用いる場合と異なって酸化物
のスカムは存在していない。その後図1(b)に示すよ
うに例えば引上げ速度10mm/h,回転数10rp
m,融液温度555℃で引上げを施してInSb単結晶
体11を製造する。
【0016】次に本発明においては窒素の添加方法とし
てガスによるN2ドーピングを行なっているが、このよ
うにガスによるドーピング方法でも結晶欠陥(S−pi
ts,P−pits)低減効果があるかどうか、又転位
(D−pits)の低減にはGaの添加が有効かどうか
チェックする為、本発明法により引上げられたInSb
単結晶の結晶欠陥評価を以下の手順で行なった。この評
価はエッチング法を用い、まず〈211〉方向に成長さ
せたInSb単結晶インゴットから(111)面のウエ
ハを切り出し、この(111)In面を粒径16μmの
Al2O3粉末から0.05μmに至るまで順次研磨して
鏡面に仕上げた。次に研磨傷を取り除くために、組成比
がCH3CH(OH)COOH:HNO3=6:1のエッ
チング液を用いて20℃で5分間エッチングを施した。
その後、さらにエッチピットを検出するために組成比が
49%HF:35%H2O2:H2O=1:2:2のエッ
チング液を用いて20℃で1分間エッチングを施した。
てガスによるN2ドーピングを行なっているが、このよ
うにガスによるドーピング方法でも結晶欠陥(S−pi
ts,P−pits)低減効果があるかどうか、又転位
(D−pits)の低減にはGaの添加が有効かどうか
チェックする為、本発明法により引上げられたInSb
単結晶の結晶欠陥評価を以下の手順で行なった。この評
価はエッチング法を用い、まず〈211〉方向に成長さ
せたInSb単結晶インゴットから(111)面のウエ
ハを切り出し、この(111)In面を粒径16μmの
Al2O3粉末から0.05μmに至るまで順次研磨して
鏡面に仕上げた。次に研磨傷を取り除くために、組成比
がCH3CH(OH)COOH:HNO3=6:1のエッ
チング液を用いて20℃で5分間エッチングを施した。
その後、さらにエッチピットを検出するために組成比が
49%HF:35%H2O2:H2O=1:2:2のエッ
チング液を用いて20℃で1分間エッチングを施した。
【0017】その結果、まず微少欠陥に対応するS−p
its,及び中心となる部分に不純物の析出あるいは欠
陥があって、これを中心に〔110〕方向にS−pit
sが発生したP−pitsは観察されず、ガスによるN
ドーピングが有効であることがわかった。次に転位に対
応するD−pitsが従来の転位密度103cm-2オー
ダから100cm-2オーダと顕著に減少し、Gaドープ
が低転位に有効なドーパントであることが判明した。
its,及び中心となる部分に不純物の析出あるいは欠
陥があって、これを中心に〔110〕方向にS−pit
sが発生したP−pitsは観察されず、ガスによるN
ドーピングが有効であることがわかった。次に転位に対
応するD−pitsが従来の転位密度103cm-2オー
ダから100cm-2オーダと顕著に減少し、Gaドープ
が低転位に有効なドーパントであることが判明した。
【0018】以上の結果から本発明のダブルドーピング
法は転位を含めて全てのピットをゼロあるいは減少させ
る効果があり、InSb単結晶引上げには本発明は極め
て有効な方法であることがわかった。
法は転位を含めて全てのピットをゼロあるいは減少させ
る効果があり、InSb単結晶引上げには本発明は極め
て有効な方法であることがわかった。
【0019】上記実施例では転位の低減化の手段として
Ga単体を添加する場合について述べたがGa単体に限
定する必要はなく、例えばGaSb等のようにGaとの
V族元素化合物を添加する場合にも有効である。
Ga単体を添加する場合について述べたがGa単体に限
定する必要はなく、例えばGaSb等のようにGaとの
V族元素化合物を添加する場合にも有効である。
【0020】
【発明の効果】以上述べたように本発明のNとGaのダ
ブルドーピング法を用いることにより、初めて転位を含
め全ての結晶欠陥を低減させることが出来た(転位密度
は従来法の103cm-2オーダから100cm-2オーダと
激減し、転位以外のS−pits,P−pitsは存在
しない)。又、ガスによるNドーピング法を採用した結
果、NとGaのダブルドーピングが初めて可能になると
ともに、InN(粉末)に基因する酸化物のスカムが融
液面上に存在しないため、種付けや、結晶成長が容易に
なり、その結果、双晶発生が抑制され単結晶化率(双晶
なしで引上がる歩留り)が従来の20%から80%と大
幅に向上した。
ブルドーピング法を用いることにより、初めて転位を含
め全ての結晶欠陥を低減させることが出来た(転位密度
は従来法の103cm-2オーダから100cm-2オーダと
激減し、転位以外のS−pits,P−pitsは存在
しない)。又、ガスによるNドーピング法を採用した結
果、NとGaのダブルドーピングが初めて可能になると
ともに、InN(粉末)に基因する酸化物のスカムが融
液面上に存在しないため、種付けや、結晶成長が容易に
なり、その結果、双晶発生が抑制され単結晶化率(双晶
なしで引上がる歩留り)が従来の20%から80%と大
幅に向上した。
【0021】叙上の如く本発明により低結晶欠陥の単結
晶を歩留りよく製造することが可能になり、経済的効果
が著しく増大する。
晶を歩留りよく製造することが可能になり、経済的効果
が著しく増大する。
【図1】本発明の実施例に使用される、(a)は多結晶
合成炉(ノーマルフリージング炉)を説明するための断
面図、(b)は単結晶引上装置の断面図。
合成炉(ノーマルフリージング炉)を説明するための断
面図、(b)は単結晶引上装置の断面図。
1 石英ボート 2 反応管 3 ヒータ 4 融液 5 チャンバ 6 石英るつぼ 7 種子結晶 8 種子結晶取付け治具 9 ヒータ 10 融液 11 InSb単結晶
Claims (1)
- 【請求項1】 結晶中で電気的に中性な不純物となる元
素で構成されたガスの雰囲気中でインジウムアンチモン
多結晶体を合成する工程と、前記インジウムアンチモン
多結晶融液にガリウムまたはガリウムとV族元素との化
合物を添加して単結晶化する工程を含むインジウムアン
チモン単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29419092A JPH06144998A (ja) | 1992-11-02 | 1992-11-02 | インジウムアンチモン単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29419092A JPH06144998A (ja) | 1992-11-02 | 1992-11-02 | インジウムアンチモン単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06144998A true JPH06144998A (ja) | 1994-05-24 |
Family
ID=17804484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29419092A Pending JPH06144998A (ja) | 1992-11-02 | 1992-11-02 | インジウムアンチモン単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06144998A (ja) |
-
1992
- 1992-11-02 JP JP29419092A patent/JPH06144998A/ja active Pending
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