DE3815575C2 - - Google Patents
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- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Description
Die Erfindung betrifft qualitative, hochwertige halbisolierende GaAs-Einkristalle
mit gesteuerter Konzentration an Verunreinigungen und ein Verfahren zu ihrer
Herstellung.
GaAs-Einkristalle besitzen unter den III-V-Halbleiterverbindungen eine hohe
Elektronenbeweglichkeit und werden in großem Umfang als Substrate für Elemente
in überschnellen ICs, integrierten Schaltkreisen für optoelektronische Anwendungen
u. dgl. verwendet. Als Gründe für die Verwendung von GaAs
können beispielsweise solche genannt werden, daß der spezifische Widerstand
von hochqualitativen GaAs-Einkristallen oberhalb von 10⁷ Ω · cm liegt, was ihnen
die halbisolierenden Eigenschaften verleiht, die Fehler im Kristall nur gering sind,
wodurch ein Kristall mit gleichförmiger Verteilung möglich ist, und die Herstellung
von großen Halbleiterscheiben in einfacher Weise durchzuführen ist.
Als Verfahren zur Herstellung von GaAs-Einkristallen, das diesen Anforderungen
gerecht wird, wurde in der Regel das (Schmelz)ziehverfahren mit einer Schmelzschutzschicht
(Schmelzschutzschichtverfahren) nach Czochralski; nachfolgend
als LEC-Verfahren (Liquid Encapsulated Czochralski) bezeichnet) angewendet.
Mit diesem Verfahren können die GaAs-Einkristalle direkt synthetisiert werden,
wobei, wie in Fig. 7 ersichtlich ist, eine rotierende Stützachse 4 unterhalb eines
Tiegels 3 angebracht ist, dessen oberes Ende geöffnet ist und dessen äußere Umfangsfläche
mit Trageelementen 2 aus Kohlenstoffmaterialien u. dgl.,
bedeckt ist. Der Tiegel 3 befindet sich in einem Hochdruckbehälter 1, wo er gestützt
ist und rotieren sowie sich auf- und abbewegen kann. Eine Heizvorrichtung
5 ist um den Tiegel 3 angebracht, um diesen auf eine vorbestimmte Temperatur
aufzuheizen und ihn bei dieser Temperatur zu halten. An dem oberen Bereich des
Tiegels 3 ist ein Ziehstab 7 angebracht, an dessen unterem Ende der Impfkristall
verhaftet ist, welcher mit einer Auf- und Abwärtsbewegung rotieren kann.
Man gibt nun vorbestimmte Mengen an Ga und As in den Tiegel 3 und fügt dann
weiterhin B₂O₃ als Schutzmittel hinzu und setzt den Tiegel 3 in den Hochdruckbehälter
1. Nachdem man zum Druckbeaufschlagen ein Inertgas, wie Ar-, N₂-Gas
od. dgl., in den Behälter 1 geleitet hat, läßt man die Rohmaterialien zur
Kristallbildung und das Schutzmittel im Tiegel 3 bei einer Temperatur, die höher
als die Schmelztemperatur der Rohmaterialien ist, mit Hilfe der Heizvorrichtung 5
schmelzen. Wenn die Rohmaterialien vollständig geschmolzen sind, d. h. wenn
sich eine geschmolzene Schicht aus B₂O₃ 8 als Schutzmittel und eine Schicht aus
der GaAs-Schmelze 9 im oberen Bereich bzw. im unteren Bereich des Tiegels 3
ausgebildet hat, läßt man den Ziehstab 7 herabsinken, um somit den Impfkristall
6 mit der Schicht aus der GaAs-Schmelze in Kontakt zu bringen. Dann läßt man
den Impfkristall 6 bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit rotieren, damit der
GaAs-Einkristall 10 wachsen kann, während dieser hochgezogen wird.
Die Erfinder haben nun anhand von Experimenten festgestellt, daß in die in dieser
Weise hergestellten GaAs-Einkristalle aus dem Konstruktionsmaterial u.
dgl. der Vorrichtung Kohlenstoff als Verunreinigung eingemischt ist
(T. Kikuta, H. Emori, T. Fukuda und K. Ishida, Journal of Crystal Growth, 76
(1986) Seite 517). Die Erfinder haben außerdem festgestellt, daß dieser Kohlenstoff
als Haupt-Akzeptor im GaAs-Einkristall fungiert, wobei allerdings dieser Kristall,
wenn die Kohlenstoffkonzentration (nachfolgend als CAs abgekürzt) einen
Wert oberhalb von 6 × 10¹⁵ cm-3 erreicht, thermisch instabil wird und ein Phänomen
in Gestalt der sogenannten thermischen Umwandlung auf der Oberfläche der
Halbleiterscheibe beobachtet wird, wobei der spezifische Widerstand und die Beweglichkeit
(nachfolgend als ρ und µ abgekürzt) bei der Wärmebehandlung erniedrigt
werden, was dazu führt, daß die halbisolierenden Eigenschaften des
GaAs-Einkristalls verlorengehen. Wird ein Kristall, dessen halbisolierende Eigenschaften
in der obigen beschriebenen Weise verlorengegangen sind, als Substrat
zur Bildung eines Bauteils verwendet, dann wird es außerordentlich schwierig
sein, dem integrierten Schaltkreis gleichmäßige elektrische Eigenschaften zu verleihen
und die Elementeigenschaften in guter Reproduzierbarkeit zu erhalten.
Es ist berichtet worden, daß das erwähnte Phänomen der thermischen Umwandlung
aufgrund von Gitterfehlern im GaAs-Kristall (sogenannte EL₂) auftritt, was
die Abfälle hinsichtlich der halbisolierenden Eigenschaften weniger als die
Kohlenstoffkonzentration beeinflußt (D. E. Holmes, K. R. Elliott, R. T. Chen und
C. G. Kurkpatric, Semi-Insulating III-V Materials, Evian, S. 19 (1982)). Damit es
also nicht zu einer thermischen Umwandlung kommt, ist es sehr vorteilhaft, die
Kohlenstoffkonzentration im Einkristall zu erniedrigen. Es existieren außerdem
Studien darüber, daß der CAs-Gehalt vorzugsweise nicht mehr als 5 × 10¹⁵ cm-3 je
nach den Eigenschaften des Elements betragen soll (R. R. Chen, D. E. Holmes und
P. M. Asbeck, Appl. Phys. Lett. 45, S. 459 (1984)).
Die GB-PS 13 00 235 beschreibt halbleitende Gallium-Verbindungen und ein Ver
fahren zu ihrer Herstellung in einer Schmelzröhre aus Quarz, wobei gemäß Bei
spiel 6 GaAs-Einkristalle mit Cr in einer Konzentration von 0,02 bis 2 ppm dotiert
werden. Wie sich aus der weiteren Beschreibung des Beispiels 6 ergibt, war es of
fensichtlich aufgrund der Tatsache, daß eine nur geringe Siliciumverunreinigung
vorhanden war, möglich, mit einem niedrigen Cr-Gehalt von 0,032 ppm einen ho
hen spezifischen Widerstand des GaAs-Einkristalls zu erhalten.
Applied Physics Letters 45 (4), 15. August 1984, Seiten 459-461, betrifft Untersu
chungen zur Wechselwirkung der Kohlenstoffkonzentration und der Schwellen
spannung (VT) von Feldtransistoren. Diese zeigen dabei die direkte Abhängigkeit
von VT von der Kohlenstoffkonzentration.
Die US-PS 40 04 953 beschreibt ein Verfahren zum Züchten von Halbleiterkristal
len, wobei ebenfalls eine Zugabe von Cr mit Erhöhung des spezifischen Wider
stands beschrieben wird. Wie sich hierbei insbesondere aus Fig. 3 ergibt, liegen je
doch die Zugabemengen an Cr außerhalb des Bereichs, wie in der vorliegenden
Erfindung definiert.
Patent Abstracts of Japan C-132 (1982), Vol. 6/Nr. 219 beschreibt die Herstellung
eines halbisolierenden GaAs-Einkristalls, wobei der Kristall eine Cr-Verunreini
gung in einer Menge von 0,01 bis ungefähr 5 ppm aufweist.
Auf Grund verschiedener experimenteller Ergebnisse konnten die Erfinder für ein
Kristall mit optimalen Eigenschaften folgendes feststellen:
Fig. 2 zeigt anhand einer graphischen Darstellung den berechneten Wert von ρ als
Funktion der Differenz zwischen der Akzeptorkonzentration (NA) und der Donorkonzentration
(ND) (d. h. also der Konzentration der Elektronen, Löcher, usw., die
die elektrische Leitung verursachen) in einem undotierten GaAs-Einkristall, wie er
erfindungsgemäß vorliegt.
Andererseits werden die halbisolierenden Eigenschaften in der Regel so definiert,
daß die Werte von ρ die Formel (1) erfüllen:
ρ1 × 10⁷ Ω · cm (1)
Aus Fig. 2 ist zu entnehmen, daß die Werte von NA-ND, welche die Formel (1) erfüllen,
folgende Formel (2) erfüllen müssen:
NA-ND3 × 10¹⁴ cm-3 (2)
In Fig. 3 ist anhand einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen dem
CAs-Gehalt und der Differenz NA-ND anhand der von den Erfindern durchgeführten
Untersuchungen gezeigt (Y. Nakamura, Y. Ohtsuki, Y. Itoh, J. Kikawa und Y.
Kashiwayanagi, Proceeding of 12th International Symposium on GaAs and
Related Compounds, Karuizawa, 1985). Für die thermische Umwandlung des Einkristalls
und die Eigenschaften des Elements muß CAs die Bedingungen der nachfolgend
gezeigten Formel (3) erfüllen:
CAs5 × 10¹⁵ cm-3 (3)
Es ist außerdem festgestellt worden, daß nach Fig. 3 gute Ergebnisse bei
NA-ND6 × 10¹⁴ cm-3 erreicht werden und daß die bestmöglichen Bedingungen
für NA-ND durch die Formel (4) durch Kombination mit Formel (2) gegeben sind
und das CAs und entsprechend ρ folgende Formeln (5) bzw. (6) ergeben:
3 × 10¹⁴ cm-3 NA - ND 6 × 10¹⁴ cm-3 (4)
2,5 × 10¹⁵ cm-3 CAs 5 × 10¹⁵ cm-3 (5)
1 × 10⁷ Ω · cm ρ 2 × 10⁷ Ω · cm (6)
2,5 × 10¹⁵ cm-3 CAs 5 × 10¹⁵ cm-3 (5)
1 × 10⁷ Ω · cm ρ 2 × 10⁷ Ω · cm (6)
Es hat sich nun herausgestellt, daß bei der Herstellung eines GaAs-Einkristalls,
der die Bedingungen der Formeln (5) und (6) erfüllt, Halbleiterelemente mit halbisolierenden
Eigenschaften, bei denen das Phänomen der thermischen Umwandlung
nicht auftritt, erhalten werden.
Die Wahrscheinlichkeit, Verunreinigungen aus der Schmelze in den Kristall aufzunehmen
(der Segregationskoeffizient wird mit k abgekürzt), ist bei den Substanzen
konstant und wird durch die Formel (10) ausgedrückt:
CS = k · CO · (1 · g)k-1 (10)
CS und CO stehen für die Verunreinigungskonzentrationen im Kristall bzw. der
Anfangsschmelze und g für die Erstarrungsmenge bzw. den Anteil des erstarrten
Materials. Es ist gesagt worden, daß der Segregationskoeffizient von Kohlenstoff
im GaAs 1,44 ist. Wenn man diesen Wert einsetzt, dann erniedrigt sich CAs vom
oberen Bereich bis zum unteren Bereich des nach dem LEC-Verfahren nach oben
gezogenen GaAs-Einkristalls und es ergibt sich ein Unterschied hinsichtlich der
Konzentration in einer etwa 2fachen Menge zwischen g = 0,1 und g = 0,8. Weiterhin
schwankt der CAs-Gehalt je nach Menge des Kohlenstoffs im Konstruktionsmaterial
der bei den LEC-Verfahren verwendeten Vorrichtung. Ausmaß des Vakuums
und dergleichen. Da sich dieses über den ganzen Kristall erstreckt, ist es sehr
schwierig, die Kohlenstoffkonzentration im GaAs-Einzelkristallblock nach dem
LEC-Verfahren in guter Reproduzierbarkeit zur Erfüllung der Formel (5) zu ermitteln.
ρ variiert in ähnlicher Weise zwischen dem oberen Bereich und unteren Bereich
des Einkristalls zusammen mit der Schwankung von CAs und es ist daher üblich,
daß einer Schwankung in etwa 2facher Menge sogar über den Halbleiterscheibendurchmesser,
die aus diesem Einkristall herausgeschnitten ist, vorhanden ist.
Wenn man die Kohlenstoffkonzentration zur Erfüllung der Formel (3) steuert,
dann ist zu erwarten, daß man eine Halbleiterscheibe erhält, deren ρ-Wert unterhalb
von 1 × 10⁷ Ω · cm liegt. Es ist bekannt, zur Lösung dieses Problems Cr in den
Einkristall einzuarbeiten.
Wenn man also Cr hinzufügt, kann ρ ohne Veränderung von CAs erhöht werden,
wenn jedoch mehr als 0,5 ppm (Gewichtsteile) verwendet werden, kommt es zur
Abscheidung von Cr oder der Kristall weist unzureichende Eigenschaften im Hinblick
auf die thermische Umwandlung auf, so daß also die Herstellung des Elements
problematisch wird. Wenn jedoch die Zugabemenge des Cr bei einer Konzentration
von weniger als 0,05 ppm (Gewichtsteile) liegt, kann keine gleichmäßige
Schmelze gewährleistet werden. Um die Gleichmäßigkeit der Schmelze zu
erhöhen, hat man daher nach der japanischen Patentveröffentlichung No. sho. 58-0 78 899
ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Magnetfeld an die GaAs-Schmelze
gelegt wird. Jedoch ist bei diesem Magnetfeldverfahren der apparative
Aufwand außerordentlich teuer, so daß also ein erhebliches Bedürfnis dafür bestand,
die Kosten des auf diesem Wege entstandenen Produkts zu erniedrigen.
Wie oben ausgeführt, stammen die Formeln (5) und (6) aus den Fig. 2 bzw. 3.
Wenn man den CAs-Gehalt im undotierten GaAs-Einkristall so steuert, daß er
nicht mehr als 5 × 10¹⁵ cm-3 beträgt, dann wird ρ nur höchstens 2 × 10⁷ Ω · cm.
Wenn man jedoch die Steuerung von ρ über den Halbleiterscheibendurchmesser in
Betracht zieht, dann ist ein Wert oberhalb von 2 × 10⁷ Ω · cm als gewünschtes Ziel
für ρ des Einkristalls notwendig. Als Ergebnis ausführlicher Untersuchungen im
Hinblick auf diese Situation wurde ein halbisolierender GaAs-Einkristall, der
gleichzeitig beide Bedingungen erfüllt, nämlich die thermische Umwandlung des
GaAs-Einkristalls (CAs 5 × 10¹⁵ cm-3) verhindert und die Steuerung von ρ im Einkristall
(ρ 2 × 10⁷ Ω · cm) beseitigt und ein Verfahren zu seiner Herstellung entwickelt.
Die Erfindung betrifft daher einen halbisolierenden GaAs-Einkristall, der dadurch
gekennzeichnet ist, daß in dem Bereich, wo die Erstarrungsmenge des GaAs-Einkristalls
0,8 beträgt, die Kohlenstoffkonzentration im Einkristall nicht mehr
als 5 × 10¹⁵ cm-3 beträgt und der Cr-Gehalt im Bereich von 0,035 bis 0,05 ppm
(Gewichtsteile) liegt.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung des Einkristalls,
mit dem es möglich ist, einen gleichmäßigen Kristall auch bei niedrigen Konzentrationen
zu schaffen, ohne daß ein Magnetfeld angelegt werden muß.
Das Verfahren zur Herstellung des halbisolierenden GaAs-Einkristalls ist dadurch
gekennzeichnet, daß man bei einer Erstarrungsfraktion des GaAs-Einkristalls
von 0,8 die Kohlenstoffkonzentration und den Cr-Gehalt so steuert, daß
sie nicht mehr als 5 × 10¹⁵ cm-3 beträgt bzw. er im Bereich von 0,035 bis 0,05 ppm
(Gewichtsteile) liegt.
Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Erstarrungsmenge und
dem spezifischen Widerstand des GaAs-Einkristalls erläutert;
Fig. 2 ein Korrelationsdiagramm, das das Verhältnis zwischen dem spezifischen
Widerstand und NA - ND im GaAs-Einkristall erläutert;
Fig. 3 ein Korrelationsdiagramm, das das Verhältnis zwischen der Kohlenstoffkonzentration
und NA - ND im GaAs-Einkristall erläutert;
Fig. 4 ein Korrelationsdiagramm, das die Beziehung zwischen der Beweglichkeit
und der Cr-Konzentration im GaAs-Einkristall erläutert;
Fig. 5 zeigt ein Korrelationsdiagramm, das die von der Oberfläche gemessene
Tiefe und die Cr-Konzentration im GaAs-Einkristall erläutert;
Fig. 6 zeigt ein Korrelationsdiagramm, das die Beziehung zwischen dem spezifischen
Widerstand und der Cr-Konzentration im GaAs-Einkristall erläutert
und
Fig. 7 zeigt die Seitenansicht eines Querschnitts, das eine Vorrichtung für die
Herstellung eines Einkristalls nach dem LEC-Verfahren erläutert.
Gemäß bevorzugten Ausführungsfomren des erfindungsgemäßen Verfahrens
bringt man dem Impfkristall aus dem GaAs-Einkristall mit der gemischten
Schmelze aus Ga und As in einem mit einem Inertgas unter Druck gesetzten Tiegel
in Kontakt und stellt den GaAs-Einkristall durch Rotieren und gleichzeitiges Anziehen
desselben her.
Wie bereits ausgeführt, setzt man Chrom hinzu, um ρ zu erhöhen ohne CAs zu erhöhen.
Warum der Cr-Gehalt im Bereich von 0,035 bis 0,05 ppm (Gewichtsteile)
liegen muß, wird an einer noch folgenden Berechnung erläutert.
Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit der Mobilität (µ) im GaAs-Einkristall von der Cr-Konzentration,
wobei der spezifische Widerstand auf 1 × 10⁷ Ω · cm gesetzt wurde,
was beim undotierten Kristall der Fall ist. Wenn man den niedrigsten kristischen
Wert für die Mobilität auf µ = 5000 cm²/V · s setzt, dann muß die Cr-Konzentration
(Ncr) Ncr 1,0 ppm (Gewichtsteile) entsprechen, damit µ 5000 cm²/V · s ergibt.
Fig. 5 zeigt die Veränderung von Ncr in Abhängigkeit von der von der Oberfläche
gemessenen Tiefe, wenn man einen GaAs-Einkristall, der eine Spur Chrom enthält,
einer Wärmebehandlung von 15 Minuten bei einer Temperatur von 855°C
unterzieht. Daraus läßt sich erkennen, daß Ncr im Bereich der Oberfläche etwa
das 20fache als im Inneren beträgt. Damit sichergestellt ist, daß Ncr 1,0 ppm
(Gewichtsteile) im Bereich der Oberfläche ist, sollte Ncr im Inneren die Formel (7)
erfüllen:
Ncr 0,05 ppm (Gewichtsteile) (7)
Fig. 6 zeigt die Abhängigkeit des spezifischen Widerstandes (ρ) des GaAs-Einkristalls
von der Cr-Konzentration, wenn der spezifische Widerstand auf einen
Wert von 1 × 10⁷ Ω · cm gesetzt wird, was beim undotierten Kristall erhalten
worden ist. Um jetzt nun ρ 2 × 10⁷ Ω · cm zu erhalten, was das gewünschte Ziel für
die Herstellung des Einkristalls ist, dann muß notwendigerweise Ncr 0,007 ppm
(Gewichtsteile) sein. Jedoch ist der Segregationskoeffizient von Cr im GaAs-Einkristall
5,9 × 10-4 und das Produkt, das für die Verwendung von Einkristallen
nach dem LEC-Verfahren geeignet ist, liegt im Hinblick auf die
Erstarrungsfraktion (g) im Bereich von 0,1 bis 0,8. Nichtsdestotrotz, da sich Ncr
von einem Bereich von g = 0,1 bis zu einem Bereich von g = 0,8 erhöht und die Konzentration
im Bereich von g = 0,8 etwa umd das 5fache höher als die im Bereich von
g = 0,1 ist, kann durch Festsetzung von Ncr nach Formel (8) im Bereich von g = 0,8
Ncr < 0,007 ppm (Gewichtsteile) ebenfalls im Bereich von g = 0,1 betragen.
Ncr 0,035 ppm (Gewichtsteile) (8)
Wie aus den Formeln (7) und (8) zu ersehen ist, kann die Cr-Konzentration nur die
Formel (9) bei einer Erstarrungsmenge von 0,8 erfüllen
0,035 ppm (Gewichtsteile Ncr 0,05 ppm (Gewichtsteile) (9)
Obwohl diese Ausführungen anhand der LEC-Methode gemacht worden sind, ist
es möglich, dies auch auf GaAs-Kristalle nach der HB-Methode, GF-Methode,
VGF-Methode und dergleichen anzuwenden.
Man stellt einen GaAs-Einkristall, zu dem man Cr so hinzugefügt hat, daß Ncr = 0,05 ppm
(Gewichtsteile) bei g = 0,8 ergibt, nach der LEC-Methode unter der Bedingung,
daß CAs 5 × 1015 cm-3 ist, her und mißt den spezifischen Widerstand
als Funktion der Erstarrungsmenge. Die Ergebnisse sind der Fig. 1 zu entnehmen
(polygonale Kennlinie A im Diagramm). Zu Vergleichszwecken hat man
außerdem einen GaAs-Einkristall ohne hinzugefügtes Cr nach der LEC-Methode
unter der Bedingung, daß CAs 5 × 10¹⁵ cm-3 ist, hergestellt und mißt seinen
spezifischen Widerstand in ähnlicher Weise als Funktion der Erstarrungsmenge.
Die erhaltenen Ergebnisse sind ebenfalls aus Fig. 1 zu entnehmen (polygonale
Kennlinie B im Diagramm).
Aus Fig. 1 ist zu entnehmen, daß der spezifische Widerstand des GaAs-Einkristalls
(A) mit dem hinzugefügten Cr bei g = 0,8 durchschnittlich 7 × 10⁷ Ω · cm
beträgt und der spezifische Widerstand des GaAs-Einkristalls (B) ohne hinzugefügtes
Cr durchschnittlich 3 × 10⁵ Ω · cm beträgt.
Wie deutlich aus Fig. 1 zu ersehen ist, ergibt der spezifische Widerstand ρ des
GaAs-Einkristalls mit hinzugefügtem Cr ρ 3 × 10⁷ Ω · cm bei jeder Erstarrungsmenge.
Es kann weiterhin festgestellt werden, daß der spezifische Widerstand
(nicht weniger 1 × 10⁷ Ω · cm), der für das halbisolierende Substrat unerläßlich ist,
sogar bei niedrigen Kohlenstoffkonzentrationen (nicht mehr als 5 × 10¹⁵ cm-3)
reproduzierbar ist.
Im Gegensatz dazu wird der spezifische Widerstand ρ bei dem GaAs-Einkristall
ohne hinzugefügtes Chrom mit dem Anstieg der Erstarrungsmengen, d. h. also mit
der Annäherung an den unteren Bereich des angezogenen Kristalls, kleiner, so
daß hieraus zu entnehmen ist, daß der Kristall nicht im Bereich von g < 0,2 als
halbisolierendes Substrat verwendet werden kann.
Es ist als erfindungsgemäß möglich, ein Kristall mit ausgezeichnetem spezifischen
Widerstand und Gleichmäßigkeit zu schaffen und weiterhin ein Substrat
für ICs mit hoher Beweglichkeit (nicht weniger als 7000 cm²/V · s) und hoher Aktivierungseffizienz
(nicht weniger als 70%), was auf die niedrige Kohlenstoffkonzentration
zurückzuführen ist, und dergleichen zur Verfügung zu stellen. Deshalb ist
diese Erfindung von außerordentlich hohem industriellen Nutzen.
Claims (4)
1. Halbisolierender GaAs-Einkristall, dadurch gekennzeichnet, daß in dem
Bereich, wo die Erstarrungsmenge des GaAs-Einkristalls zur gemischten Schmelze
aus Gallium und Arsen 0,8 beträgt, die Kohlenstoffkonzentration im Einkristall
nicht mehr als 5 × 10¹⁵ cm-3 beträgt und der Cr-Gehalt im Bereich von 0,035 bis
0,05 ppm (Gewichtsteile) liegt.
2. Verfahren zur Herstellung eines halbisolierenden GaAs-Einkristalls,
dadurch gekennzeichnet, daß man in dem Bereich, wo die Erstarrungsmenge
des GaAs-Einkristalls zur gemischten Schmelze aus Gallium und Arsen 0,8
beträgt, die Kohlenstoffkonzentration und den Chromgehalt als Konzentrationen
von Verunreinigungen im Kristall so steuert, daß sie nicht mehr als 5 × 10¹⁵ cm-3
beträgt bzw. er im Bereich von 0,035 bis 0,05 ppm (Gewichtsteile) liegt.
3. Verfahren zur Herstellung eines halbisolierenden GaAs-Einkristalls nach
Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Impfkristall aus dem GaAs-
Einkristall mit der gemischten Schmelze aus Gallium und Arsen in einem mit
einem Inertgas unter Druck gesetzten Tiegel in Kontakt bringt.
4. Verfahren zur Herstellung eines halbisolierenden GaAs-Einkristalls nach
Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den GaAs-Einkristall durch
Rotieren und gleichzeitiges Anziehen des Impfkristalls herstellt.
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