[发明专利]化合物半导体晶片、光电转换元件、以及III-V族化合物半导体单晶的制造方法

说明书

本发明涉及化合物半导体晶片、光电转换元件、以及III‑V族化合物半导体单晶的制造方法。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。

本申请是申请号为201480030086.0（国际申请日为2014年3月11日）、发明名称为“化合物半导体晶片、光电转换元件、以及III-V族化合物半导体单晶的制造方法”的进入国家阶段的PCT申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及由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。

背景技术

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：LiquidEncapsulated Czochralski)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。

发明内容

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。