JP2001089300A - 半絶縁性GaAs単結晶基板 - Google Patents

半絶縁性GaAs単結晶基板

Info

Publication number
JP2001089300A
JP2001089300A JP27377399A JP27377399A JP2001089300A JP 2001089300 A JP2001089300 A JP 2001089300A JP 27377399 A JP27377399 A JP 27377399A JP 27377399 A JP27377399 A JP 27377399A JP 2001089300 A JP2001089300 A JP 2001089300A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
concentration
single crystal
semi
gaas
gaas single
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP27377399A
Other languages
English (en)
Inventor
Akitsugu Iwasaki
晃嗣 岩崎
Kenji Ishii
顯治 石井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Showa Denko KK filed Critical Showa Denko KK
Priority to JP27377399A priority Critical patent/JP2001089300A/ja
Publication of JP2001089300A publication Critical patent/JP2001089300A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】高い比抵抗と高い活性化率とを兼ね備えた、半
絶縁性GaAs単結晶基板を提供する。 【解決手段】炭素濃度を2×1015cm-3以上、硼素濃
度を1×1016cm-3以下、EL2濃度を2×1016
-3以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、FET、IC等の
電子デバイスの製造に供される半絶縁性GaAs単結晶
基板に関し、更に詳しくは、高い活性化率と高い絶縁性
を有する半絶縁性GaAs単結晶基板に関する。
【0002】
【従来の技術】FET、IC等の電子デバイスをイオン
注入法により製造する際に、その製造に供される半絶縁
性GaAs単結晶基板には、高い活性化率と高い絶縁性
が要求される。すなわち、電子デバイスにおけるリーク
電流を抑制するためには、GaAs基板の比抵抗はある
値以上(一般的には1×107Ωcm以上)必要である。
【0003】また、高性能のデバイスを実現するために
は、能動層中のキャリアの移動度が高いことが必要であ
る。そのためには、注入したイオンを効率良く活性化さ
せる必要があり、活性化率の高いGaAs単結晶基板が
求められている。
【0004】GaAs結晶中で炭素は浅いアクセプター
準位を形成し、炭素濃度が高くなればGaAsの比抵抗
は高くなる。一方GaAs中にはEL2と呼ばれる、結
晶欠陥が形成する深いドナー準位が存在し、EL2濃度
が高くなればGaAsの比抵抗は低下する。GaAs結
晶の比抵抗は(1)〜(3)式で近似できる。つまりG
aAs結晶の比抵抗は、炭素濃度とEL2濃度の比で決
まっている。
【0005】 ρ=1/e(nμn+pμp) (1) n≒([EL2]/[C]−1)C1 (2) np=C2 (3) ρ:比抵抗 e:単位電荷 n:電子濃度 p:正孔濃度 μn:電子移動度 μp:正孔移動度 [EL2]:EL2濃度 [C]:炭素濃度 C1,C2:定数 そこで、特開昭64−54724には、活性化率を上げ
るために炭素濃度を下げ、それによって起こる比抵抗の
低下を防ぐためにEL2濃度を下げた半絶縁性GaAs
単結晶が記載されている。
【0006】すなわち特開昭64−54724には、炭
素濃度を2×1015cm 3以下とすると共に深いドナー
準位EL2の濃度を1×1016cm-3以下とすることに
より、高い活性化率と高い絶縁性を兼ね備えたGaAs
単結晶が記載されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし上述の発明の様
にEL2濃度を低くすると、特性が安定しなくなるとい
う問題を生じる。つまり、イオン注入法により基板にS
iイオンを注入した後には、Siを電気的に活性化させ
るために高温で熱処理をする必要がある。この熱処理の
間に基板表面近傍のEL2は外部に拡散し、濃度が低下
することが一般的に知られている。そのためEL2濃度
と炭素濃度の比率が変化し、基板の比抵抗が変化する。
そしてEL2濃度の低下が激しく、[EL2]≦[C]
になるとGaAsはp型伝導を示し、もはや半絶縁性で
はなくなってしまう。もともとのEL2濃度が低い場合
は、EL2の外部拡散によるEL2濃度低下の影響は大
きくなり、その結果製作されたデバイスの特性が安定し
ないという問題を生ずるのである。
【0008】一方、従来の電子デバイスに使われる半絶
縁性GaAs基板の比抵抗は1〜3×107Ωcmが一
般的であった。ところが、近年デバイスの高性能化のた
めに、比抵抗が5×107 Ωcm以上である高い比抵抗
を有するGaAs基板に対する需要が高まっている。す
なわち、マイクロ波通信の高周波数化で要求される、浅
くて急峻な注入プロファイルを得るために、炭素濃度の
高い基板即ち比抵抗の高い基板に、低いエネルギーでイ
オン注入するようになって来ている。
【0009】注入されたSiはドナー準位を形成する
が、注入プロファイルの裾野を急峻化させるためにはア
クセプター準位を形成する炭素で補償する必要がある。
つまり、高炭素濃度がGaAs基板に必要な条件になっ
て来たのである。しかし炭素濃度を高くした場合、注入
されたSiの活性化率が低下し、デバイスが設計通りの
性能を発揮できないという問題を生じる。さらに熱処理
中に[EL2]≦[C]になってしまう可能性が高ま
り、基板の電気伝導がp型に変化しデバイスの特性が安
定しないという問題が起きる。
【0010】そこで本発明の目的は、上記問題点を解消
し比抵抗が5×107 Ωcm以上の高い比抵抗と高い活
性化率とを兼ね備えた、半絶縁性GaAs単結晶基板を
提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決すべく鋭意努力検討した結果、GaAs単結晶
基板中の硼素濃度やEL2濃度が活性化率と密接に関わ
り合いがあることを見出し本発明に到達した。即ち本発
明は、[1]炭素濃度が2×1015cm-3以上であり、
硼素濃度が1×1016cm-3以下であり、EL2濃度が
2×1016cm-3以上であり、炭素濃度がEL2濃度以
下であることを特徴とする半絶縁性GaAs単結晶基
板、[2]比抵抗が5×107Ωcm以上であることを
特徴とする請求項1記載の半絶縁性GaAs単結晶基
板、に関する。
【0012】
【発明の実施の形態】半絶縁性、好ましくは比抵抗が5
×107Ωcm以上、のGaAs単結晶基板を得るため
には、GaAs単結晶中の炭素濃度を2×1015cm-3
以上とする必要がある。
【0013】本発明者らは、炭素濃度が2×1015cm
-3以上のGaAs単結晶において、その高炭素濃度化に
伴う活性化率低下の改善を試みた。
【0014】GaAs結晶中の硼素は電気的に中性であ
り、比抵抗には影響しない。同様に活性化率にも影響し
ないと従来は考えられていた。
【0015】しかし本発明者らは、同一の比抵抗のGa
As結晶において硼素濃度と活性化率の関係を鋭意調査
した結果、GaAs中の硼素濃度を一定値以下にするこ
とにより、活性化率を改善することができることを見い
だした。
【0016】活性化率の評価は、表面をミラー状に研磨
したGaAs基板にSiイオンを注入し、熱処理を行っ
た後、渦電流による非接触・非破壊法でシート抵抗を測
定した。このシート抵抗が低い方が活性化率が高いこと
になる。
【0017】イオン注入条件はSi29を50keVの加
速電圧で6×1012cm-2のドーズ量を注入した。また
熱処理は、アルシン雰囲気中で800℃、30分行っ
た。
【0018】図1は硼素濃度とシート抵抗の関係を示し
た図である。図1より、GaAs中の硼素濃度を1×1
16cm-3を上限として、この値以下とすることによ
り、シート抵抗を低くする(活性化率高める)ことがで
きることがわかる。
【0019】さらに本発明者らは、炭素濃度が2×10
15cm-3以上で硼素濃度が1×10 16cm-3以下のGa
As結晶において、EL2濃度を制御することにより、
GaAs単結晶の活性化率をさらに改善できることを見
出した。
【0020】図2にEL2濃度とシート抵抗との関係を
示す。この図より、EL2濃度を2×1016cm-3
上、好ましくは2.1×1016cm-3以上にすることに
よりシート抵抗を低くする(活性化率を高める)ことが
できることがわかる。またこれ以上の濃度ではシート抵
抗はほぼ一定であることから、熱処理中のEL2濃度変
化に対して活性化率は安定していることを示している。
なお、EL2濃度の上限は3.0×1016cm-3であ
り、これより高くすると、かえってシート抵抗値にばら
つきを生ずることが明らかになった。
【0021】以上のように、GaAs単結晶基板におい
て、結晶中の炭素濃度を2×1015cm-3以上とし、か
つ硼素濃度を1×1016cm-3以下とし、かつEL2濃
度を2×1016cm-3以上にすることにより、比抵抗が
5×107Ωcm以上で、かつ活性化率の高いGaAs
基板を得ることができた。
【0022】なお、炭素濃度の上限はEL2濃度と同濃
度で、炭素濃度がEL2濃度より高くなると単結晶にp
型反転が生じ、半絶縁性結晶でなくなってしまう。ま
た、GaAs単結晶の比抵抗の上限は、理論的には8×
108Ωcmであるが、デバイスプロセスでの安定性を
考慮すると,好ましくは6×108Ωcm以下である。
【0023】GaAs単結晶中の硼素濃度は、封止剤と
して含有水分1000ppm以上のB23を使用すれば
1×1016cm-3以下に制御することができる。GaA
s結晶中の炭素濃度は引き上げ炉内の一酸化炭素濃度を
6000ppm以上にして単結晶育成を行えば2×10
15cm-3以上に制御することができる。また、GaAs
結晶中のEL2濃度は引き上げた結晶を700℃以下の
温度で20時間熱処理(アニール)すれば2×1016cm
-3以上に制御することができる。
【0024】
【実施例】(実施例)原料であるGaを約5.8kgと
Asを約6.5kgおよび封止剤として水分濃度が15
00ppmのB23750gをPBNのるつぼに入れ
て、引き上げ炉内に設置した。これを、アルゴンガス5
0kg/cm2の雰囲気下で黒鉛ヒ−ターを用いて融解
した。引き上げ炉内一酸化炭素濃度を約6000ppm
に制御し、10本の4インチGaAs単結晶を育成し
た。得られた単結晶の長さは全て200mm前後であっ
た。
【0025】その後、インゴット状でAs粉末と一緒に
石英アンプル内に封入して熱処理を行った。10回の育
成で得られた単結晶のうち5本のインゴットについては
この熱処理条件の保持温度を650℃として、残りの5
本のインゴットについては700℃とした。また、保持
時間は全て20時間とした。
【0026】(比較例)比較例では上記実施例と同一条
件で10本の4インチGaAs単結晶を引き上げ、その
後同様の手順で熱処理を行った。ただし、5本のインゴ
ットについては熱処理条件の保持温度を750℃とし
て、残りの5本のインゴットについては800℃とし
た。また、保持時間は全て20時間とした。
【0027】上記実施例および比較例の合計20本の単
結晶のシードとテールの部分から、厚さ5mmのブロッ
クを切り出し両面をミラー状に研磨し、炭素濃度とEL
2濃度を測定した。結晶の中間部分はウェーハ状にスラ
イスし、厚さ625μmの両面ミラーウェーハに仕上
げ、比抵抗測定、硼素濃度測定、およびシート抵抗(活
性化率)の評価を行った。
【0028】表1に評価結果を示す。比抵抗はシードと
テールに最も近いウェーハのホール効果測定により求め
たが、何れのサンプルも比抵抗は5×107Ωcm以上
であった。
【0029】炭素濃度はFTIR(フーリエ変換赤外分
光分析)により測定した。何れのサンプルも炭素濃度は
2×1015cm-3以上であった。
【0030】硼素濃度は、GDMS(グロー放電質量分
析)により分析した。結果は何れのサンプルも1×10
16cm-3以下であった。
【0031】EL2濃度は近赤外吸収により測定した。
アニールでの保持温度が高くなるにつれ、EL2濃度は
低下した。アニール温度とEL2濃度の関係を図3に示
す。
【0032】活性化率の評価はシート抵抗の測定によっ
て行った。具体的には、シードとテールに近いウェーハ
を用い、Si29を50keV、ドーズ量6×1012cm
-2でイオン注入した後、アルシンを含むアルゴン雰囲気
中において、800℃の温度で30分間のアニールを実
施し、シート抵抗を測定した。
【0033】この結果、表1に示すようにEL2濃度が
2×1016cm-3以上のウェーハでは、シート抵抗が低
く、高い活性化率が得られることが明らかになった。
【0034】
【表1】
【発明の効果】本発明によれば、高炭素濃度(2×10
15cm-3以上)及び高い比抵抗(5×107 Ωcm以
上)を有しながらも、EL2濃度が2×1016cm-3
上で、活性化率の高い、半絶縁性GaAs単結晶基板が
提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】硼素濃度とシート抵抗との関係を示す。
【図2】EL2濃度とシート抵抗との関係を示す。
【図3】熱処理の保持温度とEL2濃度との関係を示
す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭素濃度が2×1015cm-3以上であり、
    硼素濃度が1×1016cm-3以下であり、EL2濃度が
    2×1016cm-3以上であり、炭素濃度がEL2濃度以
    下であることを特徴とする半絶縁性GaAs単結晶基
    板。
  2. 【請求項2】比抵抗が5×107Ωcm以上であること
    を特徴とする請求項1記載の半絶縁性GaAs単結晶基
    板。
JP27377399A 1999-09-28 1999-09-28 半絶縁性GaAs単結晶基板 Pending JP2001089300A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27377399A JP2001089300A (ja) 1999-09-28 1999-09-28 半絶縁性GaAs単結晶基板

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27377399A JP2001089300A (ja) 1999-09-28 1999-09-28 半絶縁性GaAs単結晶基板

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001089300A true JP2001089300A (ja) 2001-04-03

Family

ID=17532384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP27377399A Pending JP2001089300A (ja) 1999-09-28 1999-09-28 半絶縁性GaAs単結晶基板

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001089300A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107195772A (zh) * 2014-06-17 2017-09-22 旭化成微电子株式会社 霍尔传感器
WO2019053856A1 (ja) * 2017-09-14 2019-03-21 住友電気工業株式会社 ヒ化ガリウム系化合物半導体結晶およびウエハ群

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107195772A (zh) * 2014-06-17 2017-09-22 旭化成微电子株式会社 霍尔传感器
CN107195772B (zh) * 2014-06-17 2019-06-25 旭化成微电子株式会社 霍尔传感器
WO2019053856A1 (ja) * 2017-09-14 2019-03-21 住友電気工業株式会社 ヒ化ガリウム系化合物半導体結晶およびウエハ群
EP3572562A4 (en) * 2017-09-14 2020-08-19 Sumitomo Electric Industries, Ltd. SEMICONDUCTOR CRYSTAL COMPOSED OF GALLIUM ARSENIDE AND GROUP OF SLICES
US10815586B2 (en) 2017-09-14 2020-10-27 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Gallium-arsenide-based compound semiconductor crystal and wafer group

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100745309B1 (ko) 이상적인 산소 침전 실리콘 웨이퍼에서 디누드 구역깊이를 조절하기 위한 방법
KR20060128662A (ko) Igbt 용 실리콘 웨이퍼 및 그 제조 방법
JP2967780B1 (ja) GaAs単結晶基板およびそれを用いたエピタキシャルウェハ
KR102375530B1 (ko) 소량의 바나듐이 도핑된 반절연 탄화규소 단결정, 기판, 제조 방법
JP2001089300A (ja) 半絶縁性GaAs単結晶基板
US7754585B2 (en) Method of heat treatment of silicon wafer doped with boron
JPH0523494B2 (ja)
Bollmann et al. Doping and compensation phenomena of Ag in CdTe
Aresti et al. Phase Diagram of the (CuGaTe2) 1− x‐(2CdTe) x System and Semiconducting Properties of CuCd2GaTe4
EP0455325B1 (en) Single crystals of semi-insulating indium phosphide and processes for making them
JP2505222B2 (ja) 半絶縁体GaAs基板の製造方法
JP3793934B2 (ja) 半絶縁性InP単結晶の製造方法
JP2572291B2 (ja) 半絶縁性InP単結晶基板の製造方法
WO2021199687A1 (ja) シリコン単結晶基板中のドナー濃度の制御方法
JPH11268997A (ja) GaAs単結晶の熱処理方法およびGaAs基板
JPH0476355B2 (ja)
RU2344210C1 (ru) Способ упрочнения бездислокационных пластин кремния
Thomas et al. Large diameter, undoped semi-insulating GaAs for high mobility direct ion implanted FET technology
JPS6115335A (ja) シリコンウエ−ハのゲツタリング方法
JPH0269307A (ja) リン化インジウムおよびその製造方法
JPS6296388A (ja) シリコン単結晶引上用石英ガラスルツボ
JP3106197B2 (ja) 高抵抗化合物半導体の製造方法
KR20040054015A (ko) 실리콘웨이퍼 및 실리콘웨이퍼의 비저항 증가 방법
SU970906A1 (ru) Полупроводниковый материал дл СВЧ транзисторов
JP2516641B2 (ja) 無機化合物単結晶基板のアニ―ル方法