JP2505222B2 - 半絶縁体ＧａＡｓ基板の製造方法 - Google Patents
半絶縁体ＧａＡｓ基板の製造方法Info
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- JP2505222B2 JP2505222B2 JP62259651A JP25965187A JP2505222B2 JP 2505222 B2 JP2505222 B2 JP 2505222B2 JP 62259651 A JP62259651 A JP 62259651A JP 25965187 A JP25965187 A JP 25965187A JP 2505222 B2 JP2505222 B2 JP 2505222B2
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- Japan
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- specific resistance
- gaas substrate
- semi
- insulating gaas
- substrate
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半絶縁性GaAs基板の比抵抗の制御に係り、特
にGaAs ICの製作に好適な基板の製法に関するものであ
る。
にGaAs ICの製作に好適な基板の製法に関するものであ
る。
周知のように、半絶縁性砒化ガリウムや半絶縁性リン
化インジウムは、各種マイクロ波素子、光学素子、磁気
素子等の基板として使用されている。最近、この基板に
イオンを注入する技術が開発され、集積回路（IC）や大
規模集積回路（LSI）への応用分野がひらけてきた。こ
のイオン注入等の加工を行なう際にはなんらかの熱処理
が加わるため、基板の電気特性が熱的にも安定であるこ
とが不可欠の要件となっている。
化インジウムは、各種マイクロ波素子、光学素子、磁気
素子等の基板として使用されている。最近、この基板に
イオンを注入する技術が開発され、集積回路（IC）や大
規模集積回路（LSI）への応用分野がひらけてきた。こ
のイオン注入等の加工を行なう際にはなんらかの熱処理
が加わるため、基板の電気特性が熱的にも安定であるこ
とが不可欠の要件となっている。
さらに、IC、LSI用の基板としては、比抵抗が106Ω・
cm程度の従来の半絶縁性のものよりも一層高い比抵抗、
例えば、300゜Kで107〜108Ω・cmであることが要求され
る。
cm程度の従来の半絶縁性のものよりも一層高い比抵抗、
例えば、300゜Kで107〜108Ω・cmであることが要求され
る。
砒化ガリウムにおいて、上記条件を満たすためには、
従来、次のような手段が取られていた。
従来、次のような手段が取られていた。
（イ）クロムをドープする結晶成長法。
（ロ）酸素をドープする結晶成長法。
（ハ）不純物濃度の低いアンドープ結晶成長法。
この内、（イ）と（ロ）は、結晶内で導電性不純物と
なるSiやＣ、またはGaやAsの空孔、さらにこれらの空孔
と不純物との複合体を電気的に補償する方法である。
なるSiやＣ、またはGaやAsの空孔、さらにこれらの空孔
と不純物との複合体を電気的に補償する方法である。
（イ）の方法では、砒化ガリウムに対するクロムの偏
析係数が約６×10-4と小さく、極めて結晶内に入りにく
いため、ドーピング制御は困難である。また、電気的特
性を安定にするために過剰なクロムをドープすると、転
位等の欠陥や析出物が多く発生し、逆に少量のクロムを
ドープすると、熱的に不安定となりやすい、などの問題
点がある。
析係数が約６×10-4と小さく、極めて結晶内に入りにく
いため、ドーピング制御は困難である。また、電気的特
性を安定にするために過剰なクロムをドープすると、転
位等の欠陥や析出物が多く発生し、逆に少量のクロムを
ドープすると、熱的に不安定となりやすい、などの問題
点がある。
（ロ）の方法は、ドーピング制御が困難であり、熱的
安定性がよくないという欠点をもっている。
安定性がよくないという欠点をもっている。
また、上記（ハ）の方法では、それを有効に実現させ
るための手法としては直接合成液体カプセル引き上げ法
が〔Pekarek et,al;Czech.J.Phys.,20（1970）〕に記載
されている。従来の液体カプセル引き上げ法（LEC法、L
iquid Encapsulated Czochraski法）が一度合成した砒
化ガリウムを原料とするために不純物の取り込みが多い
のに対して、この方法はガリウムと砒素とから高圧下で
直接合成して引き上げ成長を行なわせるために不純物の
取り込みが少なく、いわゆる「真性半導体」になると言
われている。しかし、現状では、この方法で成長させた
結晶でも不純物濃度が高い。
るための手法としては直接合成液体カプセル引き上げ法
が〔Pekarek et,al;Czech.J.Phys.,20（1970）〕に記載
されている。従来の液体カプセル引き上げ法（LEC法、L
iquid Encapsulated Czochraski法）が一度合成した砒
化ガリウムを原料とするために不純物の取り込みが多い
のに対して、この方法はガリウムと砒素とから高圧下で
直接合成して引き上げ成長を行なわせるために不純物の
取り込みが少なく、いわゆる「真性半導体」になると言
われている。しかし、現状では、この方法で成長させた
結晶でも不純物濃度が高い。
不純物のうち炭素（Ｃ）は半絶縁性GaAsの電気特性に
大きな影響を与えるため、結晶中の炭素濃度の低減が求
められている。しかし、第１図に示すとおり炭素濃度の
低減とともに、結晶の比抵抗が低下してしまうという問
題が生ずる。
大きな影響を与えるため、結晶中の炭素濃度の低減が求
められている。しかし、第１図に示すとおり炭素濃度の
低減とともに、結晶の比抵抗が低下してしまうという問
題が生ずる。
本発明は、炭素濃度を低く抑え、転位密度等の結晶欠
陥は少ないが比抵抗が低く、半絶縁性基板としては不適
当な基板について、比抵抗を増大させ電気特性の優れた
半絶縁性GaAs基板を提供せんとするものである。
陥は少ないが比抵抗が低く、半絶縁性基板としては不適
当な基板について、比抵抗を増大させ電気特性の優れた
半絶縁性GaAs基板を提供せんとするものである。
アンドープGaAs基板の比抵抗は浅いドナー、浅いアク
セプターとEL2を代表とする深い準位のバランスによっ
て決まる。浅いドナーと浅いアクセプターは不純物、深
い準位は結晶欠陥により形成される。不純物濃度を低く
すると、上記３者のバランスがずれ比抵抗が低くなって
しまう。この比抵抗を高くするには、低濃度の浅いドナ
ーと浅いアクセプターにバランスする様に、深い準位の
濃度を制御してやればよい。深い準位の濃度を制御する
方法としては、基板の熱処理を用い熱処理条件は、温度
600℃〜900℃、時間５分〜20時間が適当である。
セプターとEL2を代表とする深い準位のバランスによっ
て決まる。浅いドナーと浅いアクセプターは不純物、深
い準位は結晶欠陥により形成される。不純物濃度を低く
すると、上記３者のバランスがずれ比抵抗が低くなって
しまう。この比抵抗を高くするには、低濃度の浅いドナ
ーと浅いアクセプターにバランスする様に、深い準位の
濃度を制御してやればよい。深い準位の濃度を制御する
方法としては、基板の熱処理を用い熱処理条件は、温度
600℃〜900℃、時間５分〜20時間が適当である。
第２図は炭素濃度1.2×1014cm-3，比抵抗1.6×106Ω
・cmのGaAs基板を、AsH3 3Torrの雰囲気中で600〜850℃
の温度で５分間アニールし、20℃／分の冷却速度で冷却
したものにつき、比抵抗を測定したものである。第２図
から明らかなように、アニール温度が650℃以上になる
と比抵抗は107Ω・cm以上となることが判かる。また、
アニール温度が高くなるほど比抵抗が高くなることが判
かる。この傾向は初期の比抵抗が小さいもの、つまり炭
素濃度の低いGaAs基板ほど顕著である。初期の炭素濃度
が高くなるほどアニール温度の影響は小さく、第２図の
曲線は相対的に上方に移動し、平坦なカーブを描くよう
になる。
・cmのGaAs基板を、AsH3 3Torrの雰囲気中で600〜850℃
の温度で５分間アニールし、20℃／分の冷却速度で冷却
したものにつき、比抵抗を測定したものである。第２図
から明らかなように、アニール温度が650℃以上になる
と比抵抗は107Ω・cm以上となることが判かる。また、
アニール温度が高くなるほど比抵抗が高くなることが判
かる。この傾向は初期の比抵抗が小さいもの、つまり炭
素濃度の低いGaAs基板ほど顕著である。初期の炭素濃度
が高くなるほどアニール温度の影響は小さく、第２図の
曲線は相対的に上方に移動し、平坦なカーブを描くよう
になる。
次にアニール後の冷却速度が非常に重要である。発明
者らは低炭素濃度LEC-GaAsミラーウェハーを850℃で15
分間アニールし、その後の冷却速度を50℃／分から２℃
／分の間で変化させて比抵抗とEL2濃度の測定を行っ
た。この結果を第３図に示す。図から明らかなとおり、
冷却速度を早くするに従って比抵抗は増大する。比抵抗
が増大する割合は、初期の比抵抗が低いものほど著し
い。
者らは低炭素濃度LEC-GaAsミラーウェハーを850℃で15
分間アニールし、その後の冷却速度を50℃／分から２℃
／分の間で変化させて比抵抗とEL2濃度の測定を行っ
た。この結果を第３図に示す。図から明らかなとおり、
冷却速度を早くするに従って比抵抗は増大する。比抵抗
が増大する割合は、初期の比抵抗が低いものほど著し
い。
以上の結果から、炭素濃度が低く比抵抗が低いGaAs基
板については、600〜900℃の温度、好ましくは750〜850
℃で、５〜20分間、好ましくは10〜15分間熱処理したの
ち、２〜50℃／分の冷却速度で冷却すれば、比抵抗が10
7Ω・cm以上の半絶縁性GaAs基板を得ることが可能とな
る。
板については、600〜900℃の温度、好ましくは750〜850
℃で、５〜20分間、好ましくは10〜15分間熱処理したの
ち、２〜50℃／分の冷却速度で冷却すれば、比抵抗が10
7Ω・cm以上の半絶縁性GaAs基板を得ることが可能とな
る。
本発明のアニール処理は比抵抗の調整のみを目的とし
て行なっても良く、あるいは、イオン注入法における活
性化熱処理を利用しても同様の効果が得られる。
て行なっても良く、あるいは、イオン注入法における活
性化熱処理を利用しても同様の効果が得られる。
低炭素濃度のアンドープGaAs単結晶をLEC法にて育成
し、それをミラーウェハーに加工した。この時点で比抵
抗を測定したところ、約１×104Ω・cmであった。これ
を、850℃、15分、雰囲気はAsH3 3Torrでアニールし、
その時の冷却速度を50℃／分としたところ、1.2×107Ω
・cmの比抵抗となった。
し、それをミラーウェハーに加工した。この時点で比抵
抗を測定したところ、約１×104Ω・cmであった。これ
を、850℃、15分、雰囲気はAsH3 3Torrでアニールし、
その時の冷却速度を50℃／分としたところ、1.2×107Ω
・cmの比抵抗となった。
本発明によれば、炭素濃度が低く比抵抗も低い高純度
GaAs基板を使用して、比抵抗が107Ω・cm以上の半絶縁
性GaAs基板の製造が可能となる。
GaAs基板を使用して、比抵抗が107Ω・cm以上の半絶縁
性GaAs基板の製造が可能となる。
また、熱処理条件を適当に選択して比抵抗を調整する
ことも可能である。
ことも可能である。
本発明により比抵抗の調整を行っても、モビリティー
等他の電気特性は大きな影響を受けるものではなく、炭
素濃度との間で一定の相関を保っている。
等他の電気特性は大きな影響を受けるものではなく、炭
素濃度との間で一定の相関を保っている。
本発明は比抵抗が107Ω・cm以下、特に105〜106Ω・c
m程度の基板に対して特に有効である。
m程度の基板に対して特に有効である。
第１図はGaAs基板の炭素濃度とモビリティー及び比抵抗
との関係を示す図、 第２図はアニール温度と比抵抗との関係を示す図、 第３図は冷却速度と比抵抗との関係を示す図である。
との関係を示す図、 第２図はアニール温度と比抵抗との関係を示す図、 第３図は冷却速度と比抵抗との関係を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】比抵抗の低いGaAs基板を熱処理することに
より、比抵抗を高める半絶縁性GaAs基板の製造方法にお
いて、該熱処理の方法が、該GaAs基板をAsH3雰囲気下で
600〜900℃にて５〜20分間保持した後、２〜50℃／分の
冷却速度で冷却する方法であることを特徴とする半絶縁
性GaAs基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62259651A JP2505222B2 (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | 半絶縁体ＧａＡｓ基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62259651A JP2505222B2 (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | 半絶縁体ＧａＡｓ基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01102932A JPH01102932A (ja) | 1989-04-20 |
| JP2505222B2 true JP2505222B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=17337010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62259651A Expired - Lifetime JP2505222B2 (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | 半絶縁体ＧａＡｓ基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2505222B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5228927A (en) * | 1988-03-25 | 1993-07-20 | Shin-Etsu Handotai Company Limited | Method for heat-treating gallium arsenide monocrystals |
| US5209811A (en) * | 1988-03-25 | 1993-05-11 | Shin-Etsu Handotai Company Limited Of Japan | Method for heat-treating gallium arsenide monocrystals |
| JPH04215439A (ja) * | 1990-12-14 | 1992-08-06 | Nikko Kyodo Co Ltd | ＧａＡｓ単結晶基板の製造方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60171300A (ja) * | 1984-02-14 | 1985-09-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体結晶の均質化方法 |
| JPS62114218A (ja) * | 1985-11-14 | 1987-05-26 | Oki Electric Ind Co Ltd | 化合物半導体のアニ−ル方法 |
| JPS62216999A (ja) * | 1986-03-14 | 1987-09-24 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 化合物半導体単結晶およびその製造方法 |
| JPH0787187B2 (ja) * | 1987-08-13 | 1995-09-20 | 古河電気工業株式会社 | ＧａＡｓ化合物半導体基板の製造方法 |
| JPS6472999A (en) * | 1987-09-14 | 1989-03-17 | Nippon Mining Co | Heat treatment of compound semiconductor single crystal |
-
1987
- 1987-10-16 JP JP62259651A patent/JP2505222B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01102932A (ja) | 1989-04-20 |
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