对于将含有Zn作为杂质的III-V族化合物半导体单晶作为基板的光电转换元件，可以不使转换效率降低，而将基板大型化。在耐热性的容器中填充原料和密封剂，将原料和密封剂加热，由此将原料熔解制成熔融液，同时使密封剂熔解，用密封剂将上述熔融液从上方覆盖，控制容器内的温度，以使相对于密封剂下部，密封剂上部的温度在不成为密封剂下部的温度以上的范围升高，在熔融液中浸渍晶种，将晶种相对于熔融液向上方提拉，由此使单晶由晶种生长。由此，虽然Zn的平均浓度是5×1017cm-3以上且3×1018cm-3以下的不会表现结晶硬化效果的低浓度，但可以得到直径2英寸以上的大型的、位错密度低、为5000cm-2的化合物半导体晶片。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及由III-V族化合物半导体单晶组成的化合物半导体晶片、使用该化合物半导体晶片而得的光电转换元件、以及制造III-V族化合物半导体单晶的方法。
技术介绍
近年来，作为太阳能电池的光电转换元件(单元(セル))的材料，化合物半导体受到关注。使用化合物半导体而成的太阳能电池具有使用硅(Si)而成的太阳能电池所没有的各种特征，但是其中最大的特征在于，远高于Si的转换效率。另外，化合物半导体的一大特征在于，可以相当自由地制作混晶。即，具有以下优点：通过改变单晶的组成可以调节带隙能，因此可以自由地设计具有作为太阳能电池所必须的带隙的材料。另外，在Si系单晶中利用SiC、SiGe，可以进行同样的设计，但化合物半导体的选择范围要宽得多。另外，在光电转换元件中使用的化合物半导体中，作为III-V族化合物半导体的砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)具有与硅相比，即使暴露于放射线也难以发生性质劣化的特征，适合于在宇宙中使用。使用一般的GaAs、InP而成的光电转换元件是由以锌(Zn)作为掺杂剂的GaAs单晶或InP单晶形成的p型半导体基板、在该基板上外延生长的例如包含砷化镓铟(GaInAs)等的混晶的n型的薄膜层、表面电极、和背面电极等构成的。并且，形成p型半导体基板的GaAs单晶、InP单晶主要通过液封直拉法(LEC：LiquidEncapsulatedCzochralski)法，即通过为了抑制离解压力高的成分元素的蒸发，一边用液体密封剂对熔融液施加静水压力一边提拉单晶的方法来制造(参考专利文献1)。>专利文献1日本特开平9-165292号公报。
技术实现思路
但是，在LEC法中，在保持原料熔融液的坩埚的上方充满高压的惰性气体，该惰性气体的温度比熔融液的温度要低，因此在液体密封剂层的上部和下部产生大的温度差。因此，被提拉而通过液体密封剂层中的单晶中，由于来自于液体密封剂层的提拉轴方向(垂直方向)的温度差的热应力，容易导入位错。另外，在上述LEC法中，通过包围坩埚周围的加热器将原料熔融液保持为规定的温度，通过将晶种提拉到炉内上方向的低温区域，使单晶生长。但是，在培养单晶时，由于晶种传递的潜热的放热，在单晶的中心部温度容易降低，另外，在单晶的边缘部，通过来自加热器的热辐射容易形成比中心部要高的温度，因此在单晶的径方向(水平方向)上也形成温度梯度。因此，由于单晶的中心部和边缘部的温度差，热应力发挥作用，容易在单晶中导入位错。进而，若在水平方向上产生温度梯度，则在生长中的单晶和熔融液的界面(以下，称为固液界面)从水平方向来看在下侧容易形成凸型的形状。若在固液界面形成为这种形状的状态下使单晶生长，则在相同高度(单晶的水平位置)下进行比较时，单晶的边缘部比中心部后生长。另外，熔融液中的杂质的浓度由于偏析而随着单晶生长的进行而升高。因此，将单晶在水平方向上切断时，添加的杂质元素向着边缘部以同心圆形状变浓，产生这种浓度不均匀(条纹图案)。认为若在这种具有条纹图案的单晶晶片上使外延层生长，则由于晶片内的杂质元素的分布不均匀，对于以这种晶片作为基板的元件的电学特性有影响。另外，由这种晶片切出多个元件用矩形基板的情况下，在各矩形基板之间杂质浓度大不相同，在制造一定质量的元件时，也成为成品率降低的原因。近年来，增加由一根单晶取得的晶片片数增加，同时由1片晶片切出的元件用基板的尺寸变大(用于太阳能电池一基的光电转换元件的片数变少)，为了降低光电转换元件乃至太阳能电池的制造成本，要求单晶大型化。但是，随着想要制造的单晶的结晶直径的增大，提拉时单晶所受到的热应力增大，因此容易在单晶中导入更多的位错。另外，若使用从这种位错多(高位错密度的)单晶切出的基板，在该基板的表面使作为元件活性层的薄膜层外延生长，则基板中的位错也会传播至该外延层(以下称为外延层(エピ层)),外延层的位错也会变多。并且，单晶、薄膜的位错密度升高的情况与使用其而成的光电转换元件的转换效率降低的情况相关联，这成为问题。因此，在以往，在培养低位错密度的单晶时，具有结晶硬化作用的杂质，特别是在InP单晶的情况下，在单晶中以高浓度(3×1018cm-3以上)添加锌(Zn)、硫(S)，由此可以培养低位错密度(500cm-2以下)的InP单晶。但是，若在InP基板中以高浓度添加Zn、S，则在该基板上使外延层生长时，容易发生从基板向着外延层的Zn、S的热扩散。扩散到外延层的Zn、S这种杂质有损于外延层的导电特性，因此这样制造的光电转换元件即使位错密度低，转换效率也低。本专利技术是为了解决上述课题而作出的专利技术，其目的在于在将含有Zn作为杂质的III-V族化合物半导体单晶作为基板的光电转换元件中，不使转换效率下降，而使基板大型化。权利要求1所述的专利技术为化合物半导体晶片，其特征在于，其由含有锌作为杂质的III-V族化合物半导体单晶组成，主面形成为直径2英寸以上的圆形，单晶中的锌的平均浓度为5×1017cm-3以上且3×1018cm-3以下，平均位错密度为5000cm-2以下。权利要求2所述的专利技术为权利要求1所述的化合物半导体晶片，其特征在于，用相对于主面垂直的面划分出多个区域，分别测定各区域中的锌浓度时，由各区域得到的锌浓度的相对标准偏差为20%以下。权利要求3所述的专利技术为权利要求1所述的化合物半导体晶片，其特征在于，分割成相同形状的多个基板的情况下，由距离主面边缘最近处切出的基板的锌浓度CH相对于由距离上述主面的中心点最近处切出的基板的锌浓度CL之比CH/CL为1.8以下。在此，「由距离主面的中心点最近处切出的基板」中，除了由偏离中心点的位置切出的基板之外，还包括含有中心点而切出的基板、或者沿通过中心点的线切断而切出的基板。同样地，「由距离主面边缘最近处切出的基板」中，除了由偏离边缘的位置切出的基板之外，还包括与边缘相接而切出的基板。权利要求4所述的专利技术为权利要求1所述的化合物半导体晶片，其特征在于，上述III-V族化合物半导体是砷化镓或磷化铟。权利要求5所述的专利技术为光电转换元件，其特征在于，具备由权利要求1-4任一项所述的化合物半导体晶片切出的p型半导体基板、在上述p型半导体基板的第1主面上形成的n型半导体层、在上述n型半导体层的表面形成的第1电极、和在上述p型半导体基板的第2主面上形成的第2电极。权利要求6所述的专利技术为含有锌作为杂质的III-V族化合物半导体单晶的制造方法，其特征在于，在耐热性的容器中填充原料和密封剂，将上述原料和密封剂加热，由此将上述原料熔解制成熔融液，同时使上述密封剂软化，用上述密封剂将上述熔融液从上方覆盖，控制上述容器内的温度，以使相对于上述密封剂下部的温度，上述密封剂上部的温度在不成为上述密封剂下部的温度以上的范围升高，在上述熔融液中浸渍晶种，将上述晶种相对于上述熔融液向上方提拉，由此使单晶由上述晶种生长。应予说明，“控制上述容器内的温度，以使相对于上述密封剂下部的温度，上述密封剂上部的温度在不成为上述密封剂下部的温度以上的范围升高”中，包括对密封剂上部侧强力加热，以使密封剂上本文档来自技高网...
【技术保护点】
化合物半导体晶片，其特征在于，其由含有锌作为杂质的III‑V族化合物半导体单晶组成，主面形成为直径2英寸以上的圆形，单晶中的锌的平均浓度为5×1017cm‑3以上且3×1018cm‑3以下，平均位错密度为5000cm‑2以下。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.26 JP 2013-0631451.化合物半导体晶片，其特征在于，其由含有锌作为杂质的III-V族化合物半导体单晶组成，主面形成为直径2英寸以上的圆形，单晶中的锌的平均浓度为5×1017cm-3以上且3×1018cm-3以下，平均位错密度为5000cm-2以下。
2.权利要求1所述的化合物半导体晶片，其特征在于，用相对于主面垂直的面划分多个区域，分别测定各区域中的锌浓度时，由各区域得到的锌浓度的相对标准偏差为20%以下。
3.权利要求1所述的化合物半导体晶片，其特征在于，分割成相同形状的多个基板，分别测定各基板的锌浓度时，由距离主面边缘最近处切出的基板的锌浓度CH相对于由距离上述主面的中心点最近处切出的基板的锌浓度CL之比CH/CL为1.8以下。
4.权利要求1所述的化合物半导体晶片，其特征在于，上述III-V族化合物半导体是砷化镓或磷化铟。
5.光电转换元件，其特征在于，具备由权利要求1-4任一项所述的化合物半导体晶片切出的p型半导体基板、在上述p型半导体基板的第1主面上形成的n型半导体层、在上述n型半导体层的表面形成的第1电极、和在上述p型半导体基板的第2主面上形成的第2电极。
6.III-V族化合物半导体结晶的制造方法，其是含有锌作为杂质的III-V族化合物半导体单晶的制造方法，其特征在于，在耐热性的容器中填充原料和密封剂，将上述原料和密封剂加热，由此将上述原料熔解制成熔融液，同时使上述密封剂软化，用上述密封剂将上述熔融液从上方覆盖，控制上述容器内的温度，以使相对于上述密封剂下部的温度，上述密封剂上部的温...
【专利技术属性】
技术研发人员：野田朗，太田优，平野立一，
申请(专利权)人：吉坤日矿日石金属株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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