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超音波を利用した均一組成混晶半導体バルク単結晶の新しい成長法

一种利用超声波生长同质混晶半导体块状单晶的新方法

基本信息

批准号：
13875061
负责人：
熊川征司
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、均一組成比で高品質な三元混晶半導体単結晶を成長させるための基礎研究をすることである。(1)回転ブリッジマン法によるIn_xGa_<1-x>As結晶成長、(2)回転引上げ法によるAl_xGa_<1-x>Sb結晶成長、(3)超音波振動導入回転引上げ法によるIn_xGa_<1-x>Sb結晶成長を行い、偏析現象や超音波振動による溶質供給の可能性を検討した。(1)常時原料供給できる回転ブリッジマン法を用いて、段階成長法により良質なIn_xGa_<1-x>As単結晶成長させた。(2)平衡偏析係数が1よりも小さいIn_xGa_<1-x>Sbと1よりも大きいAl_xGa_<1-x>Sb三元混晶半導体バルク単結晶を成長させ、偏析の相違を調べた。In_xGa_<1-x>Sb(x=0.03)単結晶の成長方向のIn組成比は徐々に高くなった。一方、Al_xGa_<1-x>Sb三元混晶半導体のバルク単結晶のAl組成比は成長に伴い増加することがわかった。また、成長に伴い、固液界面形状が不安定となり、マクロステップが形成された。(3)超音波振動導入を用いてGaSb原料の供給量を制御する新しい方法を考案した。この方法は、GaSb供給原料をカーボン製の外坩堝の底に配置し、小穴を開けたカーボン製の内坩堝をその上に配置する。発振周波数10kHz、発振出力(0-150W可変)の超音波振動子を外坩堝の底に取り付け、超音波振動の出力と導入時間を制御することにより、GaSb融液を内坩堝の底の穴から内坩堝内に輸送する方法である。内坩堝底に配置したGaSbが結晶成長初期段階でほとんど融解しInGaSb原料融液と混合したため原料供給用GaSbが残っておらず、超音波振動によるGaSb原料供給の効果を確認できなかった。今後、坩堝穴径と温度分布の制御が重要な課題である。(4)In_xGa_<1-x>Sb(x=0.03)の混晶種結晶を用いて、In組成比(x=0.03)とIn組成比(x=0.05)のIn_xGa_<1-x>Sbの結晶成長を行った。In組成比(x=0.03)の結晶で、長さ35mm、最大径15mmの単結晶領域、In組成比(x=0.05)の結晶で、長さ20mm、最大径12mmの単結晶領域が得られた。

The purpose of this study is to conduct basic research on the growth of ternary mixed crystal semiconductors with uniform composition ratio. (1)The crystal growth of In_xGa_<1-x>As by the back-propagation method,(2) the crystal growth of Al_xGa_ Sb by the back-propagation <1-x>method,(3) the crystal growth of In_xGa_Sb by the back-propagation method induced by ultrasonic vibration<1-x>, the segregation phenomenon and the possibility of solute supply by ultrasonic vibration are discussed. (1)In the case of regular raw material supply, high quality In_xGa_ As single crystal growth can be achieved by using the step growth method<1-x>. (2)In_xGa<1-x>_<1-x>Sb ternary mixed crystal semiconductors, the growth of single crystals and the phase mismatch of segregation are adjusted from 1 to 1. In_xGa_<1-x>Sb(x=0.03) crystal growth direction of In composition ratio is high. The <1-x>Al composition ratio of a single crystal in a single, Al_xGa_ Sb ternary mixed-crystal semiconductor increases with the increase of the temperature. The shape of the solid-liquid interface is unstable. (3)A new method for controlling the supply of GaSb raw materials by ultrasonic vibration introduction is proposed. The method comprises the following steps of: arranging the bottom of the outer crucible and the top of the inner crucible for GaSb supply raw material; The ultrasonic vibrator with vibration frequency of 10kHz, vibration output (variable from 0 to 150W) is selected from the bottom of the outer crucible, the ultrasonic vibration output and introduction time are controlled, and the GaSb melt is transferred from the bottom of the inner crucible to the inner crucible. The inner crucible bottom is arranged at the initial stage of crystal growth of GaSb, and the melting of GaSb raw material melt and mixing of GaSb raw material supply are confirmed. In the future, the control of crucible diameter and temperature distribution is an important issue. (4)In In_xGa_<1-x>Sb(x=0.03) mixed seed crystals are grown with In composition ratio (x=0.03) and In composition ratio (x=0.05)<1-x>. In composition ratio (x=0.03) crystal, length: 35mm, maximum diameter: 15mm single crystal area, In composition ratio (x=0.05) crystal, length: 20mm, maximum diameter: 12mm single crystal area.