JPH01313397A - ひ化ガリウム単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は引き上げ法によるひ化ガリウム単結晶の製造方
法に関する。

［従来の技術］ ひ化ガリウム単結晶は、発光ダイオード、レーザダイオ
ードなどの発光素子、太陽電池などの光電変換素子、ホ
ール素子、およびＦＥＴ、ＩＣ。

ＬＳＩなどの高速高周波素子などの基板材料として非常
に広い用途で使用されている。ひ化ガリウム単結晶の製
造方法の１つとして、引き上げ法が知られている。この
引き上げ法としては、ひ化ガリウムとの反応性の低い酸
化ホウ素などのいわゆる液体封止剤を用いるＬ　Ｅ　Ｃ
（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ　Ｃｚｏｃ
ｈｒａｌｓｋｉ　）法が最も一般的であり、その他にひ
素雰囲気下で液体封止剤を用いずに引き上げる方法や、
結晶全体を液体封止剤に漬けたまま引き上げる方法など
がある。引き上げ法では、ひ化ガリウム融液組成のガリ
ウムとひ素の各原子の比を化学的当量点よりもひ素原子
過剰な組成にして結晶を作製することが多い。これは、
結晶に過剰に取り込まれるひ素原子が熱的なプロセスを
経て結晶欠陥を形成し、それが結晶の電気特性を支配す
る重要な因子となるからであるが、一方で温度によりこ
の欠陥反応が左右され易い特徴を持つ。

上記のひ化ガリウム応用デバイスの製造工程では熱処理
を伴なうことが多く、熱安定性の良いひ化ガリウム単結
晶が求められている。しかし、−般的にひ化ガリム単結
晶では、単結晶中に存在する上記の様な過剰なひ素原子
に起因する結晶欠陥や、その他の結晶欠陥が高温で反応
し熱により容易に変化するため、熱安定性に欠けること
が大きな問題点である。特に引き−Ｌげ法により作製さ
れた単結晶は、高圧ガス雰囲気にさらされるため熱歪を
受は易く、結晶欠陥が不均一な分布をしやすい傾向にあ
る。そのため、結晶そのものの特性が不均一に、なりや
すいばかりでなく、デバイス特性の不均一性発露の大き
な要因ともなっている。従って、単結晶の熱安定性を向
上させることが必須となり、多くの場合単結晶製造中の
温度条件の最適化が試みられてはいるが、その場合熱履
歴を始めとする再現性化の困難な条件が含まれ普遍的な
手法の開発が難しく、通常は製造した単結晶を別のプロ
セスで熱処理することにより改質する手法がとられる。

［発明が解決しようする課題］ しかし、単結晶製造後に施す熱処理は、工数の増加や装
置の増加などの経済的なマイナス面を持つばかりでなく
、熱処理の対象となるべき単結晶そのものの特性が各単
結晶毎に異なっているため、各単結晶毎に熱処理効果が
異なるという問題点をもっている。また、成長中の単結
晶の熱履歴すなわち炉内の温度分布を最適化する方法も
試みられているが、従来は伊丹に炉部材によって決まる
温度分布のもとて単結晶を製造するか、あるいは単結晶
製造後に経験的に求めた一定の徐冷速度と徐冷時間で単
結晶を冷却するなどの方法が用いられているにすぎず、
普遍的な熱履歴制御法は開発されていない状況にある。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、単結晶
製造後の別プロセスによる熱処理を施さなくとも特性の
均一なひ化ガリウムｌｉｔ結晶を得ることができるひ化
ガリウム単結晶の製造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の要旨は、引き上げ成長途中のひ化ガリウム単結
晶全体を、該単結晶がるつぼ中の原料融液から切り離さ
れるまで、８１０℃以上に保つことにある。

メカニズムは不明であるが、結晶内で欠陥反応が生ずる
のは、８１０℃以下の温度である。これは、８１０℃以
上の温度で熱処理されクエンチされた単結晶と、それ以
下の温度で同様な処理をされた単結晶の固有欠陥密度を
ａｌｌ定することで容品に確認される事実である。単結
晶を室温まで冷却する途中の過程では当然°ながら８１
０℃以下の領域を通過せざるを得ないものの、少なくと
も結晶成長中には結晶欠陥反応の生じない８１０℃以上
の領域に長く留まっていることが望ましい。即ち、成長
中に部分的に８１０℃以下の部分が生ずることが従来技
術の最大の曖路といえる。８１０℃以上に保ったまま単
結晶を成長させるようにすれば、成長中である限りにお
いては結晶欠陥に基づく不均一性は生じない。単結晶成
長後は欠陥反応を均一に生じさせる方法で冷却すればよ
く、特に規定しない。また、結晶特性を支配する固有欠
陥を生じさせるには、ひ素原子過剰の融液組成でｊｌを
結晶を製造することが好ましいが、特にｍ１１限するも
のではない。更に、本発明により得られたひ化ガリウム
単結晶は、そのままデバイス用の基板とじて使用しても
何ら問題はないが、更に特性の均一性向上のために熱処
理を施してもよい。

なお、本発明において、成長中のひ化ガリウム単結晶を
８１０℃以上に保つ手段としては、単結晶の周囲に円筒
状の保温部材または補助ヒータ等が考えられるが、特に
これらに限定されるものではない。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例について説明する。

通常のＬＥＣ法用の高圧炉を用い、るつぼにガリウム２
５００　ｇ、ひ素２８００ｇ及び液体封止剤として酸化
ホウ素８００ｇを収容し、炉内を４０ａｔｍにすると共
にるつぼを加熱してガリウムとひ素を反応させてひ化ガ
リウム（ＧａＡｓ）融液を合成した。その後炉内を２０
　ａｔｍに設定して融液に種結晶を接触させて種付けし
、ＧａＡｓ単結晶を引き上げると共に、単結晶の周囲を
予じめ設けたヒータ付保温筒により覆いながら、種付け
から２０時間かけて結晶成長させ、その後単結晶を融液
から切り離した。その後、単結晶を液状の酸化ホウ素か
ら引き抜き、約９時間かけて室温まで冷却した。得られ
たＧａＡｓ単結晶は外径約８０Ｉａｍ、長さ約１９００
ｍｍである。第１図は本実施例のＧａＡｓ単結晶製造過
程において、ＧａＡｓ単結晶が受けた熱履歴を示す説明
図であり、縦軸はＧａＡｓ単結晶の温度、横軸は結晶製
造時間である。図中Ａ、Ｂ及びＣは、それぞれＩＩ結晶
の種付は部からの距離（位置）を示し、Ａは種付は部か
ら１０■の位置、Ｂは種付は部から１００１ｍの位置、
Ｃは種付は部から１８５ｍｍの位置である。第１図のよ
うに本実施例では、成長中のＧａＡｓ単結晶は結晶成長
終了までの間、常に８１０℃以上に保たれている。

比較例として、成長中のＧａＡｓ単結晶を保温せず、そ
れ以外の条件を上記実施例と同じにして、ＧａＡｓ単結
晶を引き上げ成長させた。得られたＧａＡｓ単結晶は上
記実施例とほぼ同一の直径的８０ｍｍ、長さ１９００ａ
＋ｍの大きさであった。このＧａＡｓ単結晶の受けた熱
履歴は第２図に示す通りであり、図中Ａ−，Ｂ−及びＣ
′は本発明の実施例のＡ、Ｂ及びＣと同じ位置を示す。

第２図の通り、成長中のＧａＡｓ単結晶を保温しない場
合は、結晶成長終了ま、でにＡ゛点及びＢ゛点は８１０
℃以下になっており、８１０℃以上に保たれているのは
わずかにＣ′点付近だけであった。

次に上記実施例及び比較例でそれぞれ得られたＧａＡｓ
単結晶の特性をまとめて表１に示す。なお、過剰のＡｓ
に基づくといわれている固有欠陥レベルＥＬ２の濃度は
赤外線吸収法で測定し、比抵抗はバラ法で測定した。ま
た、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＡ−、Ｂ−、Ｃ”は上記の結晶位置
に相当し、それぞれの位置のウェハを切り出し、その中
央で測定するようにした。いずれの特性を比較してみて
も、本発明の実施例法の方が特性がよく、且つ均一性に
優れていることがわかる。

表１ ［発明の効果］ 以上に説明した如く、本発明によれば、結晶特性が優れ
かつ単結晶の長さ方向にわたり特性が均一なひ化ガリウ
ム単結晶を得ることができる。また、従来必要とされて
いた単結晶製造後の熱処理を必要としないことから、工
数低減によるコストメリットが大きく、紅済的にも優れ
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明の実施例及び比較例
により製造されたひ化ガリウム単結晶が単結晶成長中に
受けた熱履歴を示す説明図である。 児　１　日 時間（ｈｒ） 蔦　２　凹 吟ｒ５（ｈｒ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、るつぼ中に収容されたひ化ガリウム融液に種結晶を
   接触させた後核種結晶を引き上げてひ化ガリウム単結晶
   を製造する方法において成長中の前記ひ化ガリウム単結
   晶全体を前記ひ化ガリウム融液から切り離されるまで ８１０℃以上に保つことを特徴とするひ化ガリウム単結
   晶の製造方法。