JPH0254548A - 半導体結晶中の微量不純物の同定法 - Google Patents
半導体結晶中の微量不純物の同定法Info
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- JPH0254548A JPH0254548A JP20537888A JP20537888A JPH0254548A JP H0254548 A JPH0254548 A JP H0254548A JP 20537888 A JP20537888 A JP 20537888A JP 20537888 A JP20537888 A JP 20537888A JP H0254548 A JPH0254548 A JP H0254548A
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- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
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。
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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、半導体結晶中の微量不純物の同定法に関する
ものである。
ものである。
[従来の技術]
禁制帯の中央付近に準位を作るような不純物を大量にド
ープしてキャリア濃度を小さくすることにより、抵抗率
を大幅に上げた(106ΩCm以上)半導体結晶は、一
般に半絶縁性結晶と呼ばれている0例えば半絶縁性Ga
Asおよび半絶縁性InPは、電界効果トランジスタや
集積回路用の基板として不可欠である。
ープしてキャリア濃度を小さくすることにより、抵抗率
を大幅に上げた(106ΩCm以上)半導体結晶は、一
般に半絶縁性結晶と呼ばれている0例えば半絶縁性Ga
Asおよび半絶縁性InPは、電界効果トランジスタや
集積回路用の基板として不可欠である。
このような半絶縁性基板においては、基板中に微量に意
図せずに取り込まれる不純物を同定し、極力取り除く必
要がある。なぜなら、このような不純物は、デバイス作
製時の熱処理プロセスなどの過程で基板中または基板表
面に拡散し、その上に形成されたデバイスの特性に影響
を与えることがあるからである。
図せずに取り込まれる不純物を同定し、極力取り除く必
要がある。なぜなら、このような不純物は、デバイス作
製時の熱処理プロセスなどの過程で基板中または基板表
面に拡散し、その上に形成されたデバイスの特性に影響
を与えることがあるからである。
従来、半導体中の不純物の同定は、二次イオン質量分析
(S I MS) 、スパークソース質量分析(SSM
S)およびフォトルミネセンス(PL)法によりておこ
なわれていた。S■MSおよび55M5は、結晶の構成
原子をイオン化して質量分析器にかけるものである。ま
たPL法は、結晶に禁制帯幅以上のエネルギーを持つ光
を照射し、結晶からの発光スペクトルの形状とピーク位
置から不純物の同定を行なうものである。
(S I MS) 、スパークソース質量分析(SSM
S)およびフォトルミネセンス(PL)法によりておこ
なわれていた。S■MSおよび55M5は、結晶の構成
原子をイオン化して質量分析器にかけるものである。ま
たPL法は、結晶に禁制帯幅以上のエネルギーを持つ光
を照射し、結晶からの発光スペクトルの形状とピーク位
置から不純物の同定を行なうものである。
[発明が解決しようとする課題]
しかし、このような同定法を上述のような半絶縁体中の
微量不純物の同定に適用することは、以下の理由により
、困難であった。
微量不純物の同定に適用することは、以下の理由により
、困難であった。
■SIMSおよび55M5は、感度がppmオーダーで
あり、10 l5cm’″3台以下の微量不純物の同定
は不可能である。
あり、10 l5cm’″3台以下の微量不純物の同定
は不可能である。
■PL法は、最小検出感度が1014cm−”以下にま
で達するという長所を有するが、半絶縁性結晶に適用し
た場合、通常、深い準位に起因するきわめてブロードな
スペクトルが観察されるだけであり、微量不純物からの
発光はほとんど見出せなかった。
で達するという長所を有するが、半絶縁性結晶に適用し
た場合、通常、深い準位に起因するきわめてブロードな
スペクトルが観察されるだけであり、微量不純物からの
発光はほとんど見出せなかった。
従って、半絶縁性結晶中に存在する微量不純物を、感度
よく、しかも簡便に同定する方法が求められていた。
よく、しかも簡便に同定する方法が求められていた。
[課題を解決するための手段]
本発明の要旨は、半導体結晶からなる基板の表面に、1
.0μm以下の厚さの、該半導体結晶と主成分が同一で
あって不可避的不純物以外の不純物を含有しないエピタ
キシャル層を成長させ、前記半導体結晶の禁制帯幅以上
のエネルギーを有する波長を有する光で前記エピタキシ
ャル層の表面を励起し、当該エピタキシャル層からの発
光スペクトルにより前記基板中に存在する不純物の種類
を同定することを特徴とする半導体結晶中の微量不純物
同定法に存在する。
.0μm以下の厚さの、該半導体結晶と主成分が同一で
あって不可避的不純物以外の不純物を含有しないエピタ
キシャル層を成長させ、前記半導体結晶の禁制帯幅以上
のエネルギーを有する波長を有する光で前記エピタキシ
ャル層の表面を励起し、当該エピタキシャル層からの発
光スペクトルにより前記基板中に存在する不純物の種類
を同定することを特徴とする半導体結晶中の微量不純物
同定法に存在する。
[作用]
本発明によれば、上述のようなエピタキシャル層を基板
の表面に成長させることにより、半絶縁性基板中の微量
不純物をPL法により同定することが可能となる。
の表面に成長させることにより、半絶縁性基板中の微量
不純物をPL法により同定することが可能となる。
まず、評価しようとする半絶縁性基板上に、同種の半導
体を、液相成長(LPE)、気相成長法(VPE)、分
子線成長法(MBE)などを用いてホモエピタキシャル
成長させる。このとき、エピタキシャル層には不可避的
不純物以外は何も添加されない。エピタキシャル層の厚
さは、0.1μm〜1.0μmが好ましい。なぜなら、
0.1μm未満では層の厚みを制御することが困難であ
り、また1、0μmを越えると発光スペクトルの強度が
小さいため測定が困難だからである。
体を、液相成長(LPE)、気相成長法(VPE)、分
子線成長法(MBE)などを用いてホモエピタキシャル
成長させる。このとき、エピタキシャル層には不可避的
不純物以外は何も添加されない。エピタキシャル層の厚
さは、0.1μm〜1.0μmが好ましい。なぜなら、
0.1μm未満では層の厚みを制御することが困難であ
り、また1、0μmを越えると発光スペクトルの強度が
小さいため測定が困難だからである。
次に、このエピタキシャル層を成長させた基板を77°
Kに冷却し、この半導体結晶の禁制帯幅以上のエネルギ
ーを有する波長を持つ光でこのエピタキシャル層の表面
を励起し、このエピタキシャル層からの発光スペクトル
を観察する。このスペクトルにあられれるピーク形状及
び位置から基板結晶に含まれる微量不純物の同定をおこ
なう。この発光スペクトルには、半絶縁性基板中に含ま
れる深い準位からの発光は含まれず、半絶縁性基板中に
含まれる微量不純物からの発光のみが観測されるため、
このスペクトルからの不純物の同定が可能となる。
Kに冷却し、この半導体結晶の禁制帯幅以上のエネルギ
ーを有する波長を持つ光でこのエピタキシャル層の表面
を励起し、このエピタキシャル層からの発光スペクトル
を観察する。このスペクトルにあられれるピーク形状及
び位置から基板結晶に含まれる微量不純物の同定をおこ
なう。この発光スペクトルには、半絶縁性基板中に含ま
れる深い準位からの発光は含まれず、半絶縁性基板中に
含まれる微量不純物からの発光のみが観測されるため、
このスペクトルからの不純物の同定が可能となる。
[実施例]
本発明の実施例として、Crをドープした半絶縁性基板
を用い、この半絶縁性基板に含有されている微量不純物
の同定をおこなった場合について述べる(結果、@量不
純物としてCuが含有されていることがわかった)。
を用い、この半絶縁性基板に含有されている微量不純物
の同定をおこなった場合について述べる(結果、@量不
純物としてCuが含有されていることがわかった)。
第1図は、本実施例に用いたエピタキシャル成長装置の
概略である。1はキャリアガスの水素を送るバイブ、2
はアルシン(ASH3)と水素との混合ガスを送るガス
導入管、3はトリエチルガリウム(Ga (C2H8)
3 )を輸送する水素系、4はRFコイル、5は透明石
英からなる反応管、6はカーボンサセプタ、フはGaA
s基板、8はサセプタの温度を測定するための熱電対、
9はトリエチルガリウムである。バイブ2から導入され
るアルシンと、トリエチルガリウム9の中を通って反応
管5に導入される水素に含まれるトリエチルガリウムが
、加熱されたサセプタ6上に置かれたGaAs基板7上
で反応し、GaAsエピタキシャル層がGaAs基板7
の“上に成長する。
概略である。1はキャリアガスの水素を送るバイブ、2
はアルシン(ASH3)と水素との混合ガスを送るガス
導入管、3はトリエチルガリウム(Ga (C2H8)
3 )を輸送する水素系、4はRFコイル、5は透明石
英からなる反応管、6はカーボンサセプタ、フはGaA
s基板、8はサセプタの温度を測定するための熱電対、
9はトリエチルガリウムである。バイブ2から導入され
るアルシンと、トリエチルガリウム9の中を通って反応
管5に導入される水素に含まれるトリエチルガリウムが
、加熱されたサセプタ6上に置かれたGaAs基板7上
で反応し、GaAsエピタキシャル層がGaAs基板7
の“上に成長する。
本実施例では、第2図に示すようにカーボンサセプタ6
の上に4枚の半絶縁性基板10,11゜12.13を配
置した。このうち10.13はCrをドープした半絶縁
性GaAs基板であり、11.12はCrをドープしな
い半絶縁性GaAs基板である。
の上に4枚の半絶縁性基板10,11゜12.13を配
置した。このうち10.13はCrをドープした半絶縁
性GaAs基板であり、11.12はCrをドープしな
い半絶縁性GaAs基板である。
これらの基板は、サセプタの上にセットする前に表面を
鏡面研磨され、H2SO4−H202−H20混合溶液
で1分間表面のエツチングが行われ、十分水洗いをされ
ている。これらのGjAs基板をサセプタ上に配置した
後、H2ガスを用いて60分反応管内のパージを行い、
その後サセプタ温度を650℃に上げた。温度が安定化
した後、まずAsH,を基板上に流し、次にトリコチル
ガリウムを基板上に流して、30分間G a A s。
鏡面研磨され、H2SO4−H202−H20混合溶液
で1分間表面のエツチングが行われ、十分水洗いをされ
ている。これらのGjAs基板をサセプタ上に配置した
後、H2ガスを用いて60分反応管内のパージを行い、
その後サセプタ温度を650℃に上げた。温度が安定化
した後、まずAsH,を基板上に流し、次にトリコチル
ガリウムを基板上に流して、30分間G a A s。
エピタキシャル層を成長させた。なお、このエピタキシ
ャル層には不可避的不純物以外は何もドープされず、C
rもドープされていない。この基板を降温後反応管外に
取り出し、半絶縁性基板上に堆積したGaAsエピタキ
シャル層の厚さを測定したところ、いずれも0.4〜0
.5μmであフた。
ャル層には不可避的不純物以外は何もドープされず、C
rもドープされていない。この基板を降温後反応管外に
取り出し、半絶縁性基板上に堆積したGaAsエピタキ
シャル層の厚さを測定したところ、いずれも0.4〜0
.5μmであフた。
この様にしてエピタキシャル層を堆積した基板を、それ
ぞれ液体チッ素中につけ、He−Neレーザーを用いて
エピタキシャル層からのフォトルミネセンススペクトル
を観測したところ、第3図〜第6図のようなスペクトル
が得られた。また、エピタキシャル層を成長させる前の
半絶縁性基板を同様に液体チッ素につけ、He−Neレ
ーザを用いてフォトルミネセンススペクトルを観察した
ところCrをドープした半絶縁性GaAs基板について
は第7図のスペクトル、Crをドープしない半絶縁性G
aAs基板については、第8図のスペクトルが得られた
。
ぞれ液体チッ素中につけ、He−Neレーザーを用いて
エピタキシャル層からのフォトルミネセンススペクトル
を観測したところ、第3図〜第6図のようなスペクトル
が得られた。また、エピタキシャル層を成長させる前の
半絶縁性基板を同様に液体チッ素につけ、He−Neレ
ーザを用いてフォトルミネセンススペクトルを観察した
ところCrをドープした半絶縁性GaAs基板について
は第7図のスペクトル、Crをドープしない半絶縁性G
aAs基板については、第8図のスペクトルが得られた
。
第7図、第8図は、いずれも波長1.5μm前後にピー
クを有するブロードなスペクトルを示すのみであり、こ
の基板中に含まれる微量不純物に関する情報は得られな
い。これに対し、第3図〜第6図に示すエピタキシャル
層からの発光は、微量不純物に関する情報を含んでいる
。すなわち第3図に示す基板10上に成長させたエピタ
キシャル層からの発光スペクトルと、第6図に示す基板
13上に成長させたエピタキシャル層からの発光スペク
トルは、明らかに、0.91−μm付近にCuによる発
光ピークを示している。(Cuによって生じる発光ピー
クの位置はQueisserらによって0.91μmに
生じることが知られている()1. J、 Queis
ser and C,S、 Fuller: Jour
nalof Applied Physics vol
、 37 No、13 p4895(1966)) )
。この微量不純物Cuが基板にドープされたCrによっ
て生じたものであり、成長装置に起因する汚染ではない
ことは、隣りに並べて置いた、Crをドープしていない
GaAs基板11.12上に成長させたエピタキシャル
層からの発光スペクトルが、同じ位置波長0.91μm
に顕著なピークを示さない(第4図と第5図参照)こと
から明らかである。
クを有するブロードなスペクトルを示すのみであり、こ
の基板中に含まれる微量不純物に関する情報は得られな
い。これに対し、第3図〜第6図に示すエピタキシャル
層からの発光は、微量不純物に関する情報を含んでいる
。すなわち第3図に示す基板10上に成長させたエピタ
キシャル層からの発光スペクトルと、第6図に示す基板
13上に成長させたエピタキシャル層からの発光スペク
トルは、明らかに、0.91−μm付近にCuによる発
光ピークを示している。(Cuによって生じる発光ピー
クの位置はQueisserらによって0.91μmに
生じることが知られている()1. J、 Queis
ser and C,S、 Fuller: Jour
nalof Applied Physics vol
、 37 No、13 p4895(1966)) )
。この微量不純物Cuが基板にドープされたCrによっ
て生じたものであり、成長装置に起因する汚染ではない
ことは、隣りに並べて置いた、Crをドープしていない
GaAs基板11.12上に成長させたエピタキシャル
層からの発光スペクトルが、同じ位置波長0.91μm
に顕著なピークを示さない(第4図と第5図参照)こと
から明らかである。
なお、これら2種の基板をSIMS、55M5で分析し
たが、Crの濃度はいずれも検出限界以下であった。
たが、Crの濃度はいずれも検出限界以下であった。
以上説明した様に、本実施例により、従来のPL法、S
IMS%55M5では検出できなかった、半絶縁性基板
中に含まれる微量不純物Cuを同定することができた。
IMS%55M5では検出できなかった、半絶縁性基板
中に含まれる微量不純物Cuを同定することができた。
なお、本実施例においてはCrの同定を行なう場合につ
いて述べたが、エピタキシャル層を成長させるときの基
板温度やエピタキシャル層の膜厚などを変えることによ
って、その他の不純物に適用可能なことは明らかである
。
いて述べたが、エピタキシャル層を成長させるときの基
板温度やエピタキシャル層の膜厚などを変えることによ
って、その他の不純物に適用可能なことは明らかである
。
[発明の効果]
以上説明したように、本発明によれば、従来の方法では
検出が困難もしくは不可能であった半絶縁性基板中の微
量不純物の同定を、簡便な方法で可能ならしめることが
できる0本発明は、電界効果トランジスタや集積回路を
作製するために用いる半絶縁性基板の評価法として非常
に有効である。
検出が困難もしくは不可能であった半絶縁性基板中の微
量不純物の同定を、簡便な方法で可能ならしめることが
できる0本発明は、電界効果トランジスタや集積回路を
作製するために用いる半絶縁性基板の評価法として非常
に有効である。
第1図は本発明の実施例で用いた有機金属気相成長法(
MOVPE法)によるエピタキシャル成長装置の該略図
、第2図は本発明の実施例で用いた反応管内のサセプタ
上のGaAs基板の配置を示す図、第3図は基板10の
上に成長させたエビタキシャル層の液体チッ素温度での
発光スペクトルを示す図、第4図は基板11の上に成長
させたエピタキシャル層の同様のスペクトルを示す図、
第5図は基板12の上に成長させたエピタキシャル層の
同様のスペクトルを示す図、第6図は基板13の上に成
長させたエピタキシャル層の同様のスペクトルを示す図
、第7図はCrをドープした半絶縁性GaAs基板の液
体チッ素温度での発光スペクトルを示す図、第8図はC
rをドープしない半絶縁性GaAs基板の液体チッ素温
度での発光スペクトルを示す図である。 1・・・キャリアガスの水素を送るバイブ、2・・・ア
ルシン(AsHs)と水素との混合ガスを送るパイプ、
3・・・トリエチルガリウム(Ga (cz Hs )
3)を輸送する水素系、4・・・RFコイル、5・・
・透明石英からなる反応管、6・・・カーボンサセプタ
、7・・−GaAs基板、8・・・サセプタの温度を測
定するための熱電対、9・・・トリエチルガリウム、1
0..13・−Crをドープした半絶縁性GaAs基板
、11.12−・・Crをドープしない半絶縁性GaA
s基板。 第 図 長(μm)
MOVPE法)によるエピタキシャル成長装置の該略図
、第2図は本発明の実施例で用いた反応管内のサセプタ
上のGaAs基板の配置を示す図、第3図は基板10の
上に成長させたエビタキシャル層の液体チッ素温度での
発光スペクトルを示す図、第4図は基板11の上に成長
させたエピタキシャル層の同様のスペクトルを示す図、
第5図は基板12の上に成長させたエピタキシャル層の
同様のスペクトルを示す図、第6図は基板13の上に成
長させたエピタキシャル層の同様のスペクトルを示す図
、第7図はCrをドープした半絶縁性GaAs基板の液
体チッ素温度での発光スペクトルを示す図、第8図はC
rをドープしない半絶縁性GaAs基板の液体チッ素温
度での発光スペクトルを示す図である。 1・・・キャリアガスの水素を送るバイブ、2・・・ア
ルシン(AsHs)と水素との混合ガスを送るパイプ、
3・・・トリエチルガリウム(Ga (cz Hs )
3)を輸送する水素系、4・・・RFコイル、5・・
・透明石英からなる反応管、6・・・カーボンサセプタ
、7・・−GaAs基板、8・・・サセプタの温度を測
定するための熱電対、9・・・トリエチルガリウム、1
0..13・−Crをドープした半絶縁性GaAs基板
、11.12−・・Crをドープしない半絶縁性GaA
s基板。 第 図 長(μm)
Claims (1)
- 半導体結晶からなる基板の表面に、該半導体結晶と主成
分が同一であって不可避的不純物以外の不純物を含有し
ないエピタキシャル層を成長させ、前記半導体結晶の禁
制帯幅以上のエネルギーを有する波長を有する光で前記
エピタキシャル層の表面を励起し、当該エピタキシャル
層からの発光スペクトルにより前記基板中に存在する不
純物の種類を同定することを特徴とする半導体結晶中の
微量不純物同定法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63205378A JP2661977B2 (ja) | 1988-08-18 | 1988-08-18 | 半導体結晶中の微量不純物の同定法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63205378A JP2661977B2 (ja) | 1988-08-18 | 1988-08-18 | 半導体結晶中の微量不純物の同定法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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JP (1) | JP2661977B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06151540A (ja) * | 1992-11-09 | 1994-05-31 | Japan Energy Corp | 化合物半導体基板の評価方法 |
CN104193058A (zh) * | 2014-09-27 | 2014-12-10 | 长春黄金研究院 | 一种黄金矿山含氰废水综合治理方法 |
Citations (1)
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---|---|---|---|---|
JPS49107483A (ja) * | 1973-02-16 | 1974-10-12 |
-
1988
- 1988-08-18 JP JP63205378A patent/JP2661977B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
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JPS49107483A (ja) * | 1973-02-16 | 1974-10-12 |
Cited By (2)
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JPH06151540A (ja) * | 1992-11-09 | 1994-05-31 | Japan Energy Corp | 化合物半導体基板の評価方法 |
CN104193058A (zh) * | 2014-09-27 | 2014-12-10 | 长春黄金研究院 | 一种黄金矿山含氰废水综合治理方法 |
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JP2661977B2 (ja) | 1997-10-08 |
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