JPH042559B2 - - Google Patents
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- JPH042559B2 JPH042559B2 JP60089307A JP8930785A JPH042559B2 JP H042559 B2 JPH042559 B2 JP H042559B2 JP 60089307 A JP60089307 A JP 60089307A JP 8930785 A JP8930785 A JP 8930785A JP H042559 B2 JPH042559 B2 JP H042559B2
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は−族化合物半導体単結晶の作製方
法に関し、特にGaAs集積回路用基板及び光−電
子集積回路用基板に適した無転位GaAs単結晶の
製造方法に関する。
法に関し、特にGaAs集積回路用基板及び光−電
子集積回路用基板に適した無転位GaAs単結晶の
製造方法に関する。
最近−族化合物半導体は高品質の結晶が得
られる様になり、集積回路、光−電子集積回路及
び電子素子材料などに広く用いられる様になつて
きた。−族化合物半導体の中でもガリウム砒
素（GaAs）は電子移動度が大きく、発光し易く
また光を検知するなどの特徴を有し、マイクロ波
用トランジスタ、高速集積回路、太陽電池及び光
−電子素子材料として広く用いられつつある。
られる様になり、集積回路、光−電子集積回路及
び電子素子材料などに広く用いられる様になつて
きた。−族化合物半導体の中でもガリウム砒
素（GaAs）は電子移動度が大きく、発光し易く
また光を検知するなどの特徴を有し、マイクロ波
用トランジスタ、高速集積回路、太陽電池及び光
−電子素子材料として広く用いられつつある。
GaAs単結晶が上述の集積回路用基板及び光−
電子集積回路基板として用いられるには比抵抗が
107Ω・cm以上の半絶縁性を有する事、転位や格
子欠陥などの物理的化学的欠陥がない事、残留不
純物が少ない事などが要求される。この中で特に
転位や格子欠陥は集積回路の特性に影響を与え歩
留りを低下させる原因になつている。
電子集積回路基板として用いられるには比抵抗が
107Ω・cm以上の半絶縁性を有する事、転位や格
子欠陥などの物理的化学的欠陥がない事、残留不
純物が少ない事などが要求される。この中で特に
転位や格子欠陥は集積回路の特性に影響を与え歩
留りを低下させる原因になつている。
最近GaAs結晶中にインジウム（In）元素を添
加する事により転位を著しく軽減できる事が明ら
かになつてきた。Inを添加して無転位化された
GaAs結晶を用いて集積回路を作製すると、個々
の電界効果トランジスタの代表的パラメーターで
あるしきい値電圧（Vth）のバラツキを減少させ
る事ができる。
加する事により転位を著しく軽減できる事が明ら
かになつてきた。Inを添加して無転位化された
GaAs結晶を用いて集積回路を作製すると、個々
の電界効果トランジスタの代表的パラメーターで
あるしきい値電圧（Vth）のバラツキを減少させ
る事ができる。
しかし固液界面での温度勾配が40℃／cm以上で
は、GaAs基板を無転位化するには、添加するIn
濃度が６×1019cm-3以上必要であり、1.0×1020cm
-3から3.0×1020cm-3の範囲内で最もその効果が大
きい。しかしこの様に多量のInを添加するとイオ
ン打込みした原子の活性化率の低下をもたらすと
いう欠点がある。
は、GaAs基板を無転位化するには、添加するIn
濃度が６×1019cm-3以上必要であり、1.0×1020cm
-3から3.0×1020cm-3の範囲内で最もその効果が大
きい。しかしこの様に多量のInを添加するとイオ
ン打込みした原子の活性化率の低下をもたらすと
いう欠点がある。
また、このような基板上にGaAsをエピタキシ
ヤル成長させた場合、格子不整のために良質なエ
ピタキシヤル層が得られない等の問題点がある。
これは光−電子集積回路用基板としては致命的な
欠点である。
ヤル成長させた場合、格子不整のために良質なエ
ピタキシヤル層が得られない等の問題点がある。
これは光−電子集積回路用基板としては致命的な
欠点である。
本発明の目的は上記欠点を除いたGaAs単結晶
の成長方法を提供するものである。
の成長方法を提供するものである。
本発明によれば、GaAs単結晶をインジウム元
素を4.0×1018cm-3以上6.0×1019cm-3以下になる様
にチヨクラルスキー法で作製している。特に
GaAs溶液から引き上げる時、固液界面の温度勾
酸を５〜40℃／cmにしてインジウムをGaAs結晶
中に含ませている。
素を4.0×1018cm-3以上6.0×1019cm-3以下になる様
にチヨクラルスキー法で作製している。特に
GaAs溶液から引き上げる時、固液界面の温度勾
酸を５〜40℃／cmにしてインジウムをGaAs結晶
中に含ませている。
GaAs固液界面の温度勾配は従来40℃／cm以下
にする事は困難とされて来たが、液体封止層の厚
みや多段ヒーターの構造及び保温筒の形状を最適
化する事により40℃／cm以下５℃／cm以上にでき
る。この様な低温度勾配下では結晶中の残留熱歪
が少なくInを添加しない場合でも化学腐食法によ
る転位密度が２×103cm-3〜４×103cm-2の結晶が
得られる。この低温度勾配の条件下では第１図に
示す様に、結晶中に含まれるInの濃度が4.0×1018
cm-3から6.0×1019cm-3の範囲内で無転位化でき
る。尚温度勾配が５℃／cm以下では、結晶成長の
際、結晶形状の制御が困難になり、直径の急激な
増減により転位が導入され無転位化できない。こ
の範囲内でInを添加した結晶をGaAs集積回路用
基板として用いた場合、イオン打ち込みした原子
の活性化率は第２図に示す様にIn濃度の高いもの
より良好である。これはイオン注入した原子が基
板中のインジウムと反応し、活性化を妨げるため
である。
にする事は困難とされて来たが、液体封止層の厚
みや多段ヒーターの構造及び保温筒の形状を最適
化する事により40℃／cm以下５℃／cm以上にでき
る。この様な低温度勾配下では結晶中の残留熱歪
が少なくInを添加しない場合でも化学腐食法によ
る転位密度が２×103cm-3〜４×103cm-2の結晶が
得られる。この低温度勾配の条件下では第１図に
示す様に、結晶中に含まれるInの濃度が4.0×1018
cm-3から6.0×1019cm-3の範囲内で無転位化でき
る。尚温度勾配が５℃／cm以下では、結晶成長の
際、結晶形状の制御が困難になり、直径の急激な
増減により転位が導入され無転位化できない。こ
の範囲内でInを添加した結晶をGaAs集積回路用
基板として用いた場合、イオン打ち込みした原子
の活性化率は第２図に示す様にIn濃度の高いもの
より良好である。これはイオン注入した原子が基
板中のインジウムと反応し、活性化を妨げるため
である。
一方しきい値電圧のウエハー面内のバラツキの
標準偏差も添加したInが結晶内部に成長縞やInの
析出等の欠陥を形成するために第３図に示す様に
In濃度が増加するに従つて大きくなる。
標準偏差も添加したInが結晶内部に成長縞やInの
析出等の欠陥を形成するために第３図に示す様に
In濃度が増加するに従つて大きくなる。
また、この範囲内でInを添加した結晶にエピタ
キシヤル層を成長させると、第４図に示す様にマ
ンドープ結晶と同程度の結晶性のものが得られる
がIn濃度が増加するに従つて、基板結晶との格子
不整のためエピタキシヤル層の結晶性は悪くな
る。尚結晶性についてはＸ線ロツキング曲線の半
値幅で評価した。
キシヤル層を成長させると、第４図に示す様にマ
ンドープ結晶と同程度の結晶性のものが得られる
がIn濃度が増加するに従つて、基板結晶との格子
不整のためエピタキシヤル層の結晶性は悪くな
る。尚結晶性についてはＸ線ロツキング曲線の半
値幅で評価した。
以下、本発明による実施例を示す。
４インチ径のPBNるつぼ中にガリウムと砒素
を等化学当量ずつ2100ｇチヤージしさらにインジ
ウムを80ｇと添加量と等化学当量の砒素を加え
た。液体封止剤であるB2O3層の厚みは100mmとし
上部に熱しやへい板を置き固液界面の温度勾配を
70℃／cmにし直径54mm、長さ80mmの単結晶Ａを作
製した。一方インジウムを８ｇと等化学等量の砒
素を加え、３つのヒーターを各々コントロールし
て固液界面の温度勾配を20℃／cmとし、他は結晶
Ａと同じ製法方法を用いて単結晶Ｂを作製した。
を等化学当量ずつ2100ｇチヤージしさらにインジ
ウムを80ｇと添加量と等化学当量の砒素を加え
た。液体封止剤であるB2O3層の厚みは100mmとし
上部に熱しやへい板を置き固液界面の温度勾配を
70℃／cmにし直径54mm、長さ80mmの単結晶Ａを作
製した。一方インジウムを８ｇと等化学等量の砒
素を加え、３つのヒーターを各々コントロールし
て固液界面の温度勾配を20℃／cmとし、他は結晶
Ａと同じ製法方法を用いて単結晶Ｂを作製した。
単結晶Ａと単結晶Ｂの各結晶につき、直胴部の
上部から20mmの部分からウエハーを切り出し、化
学腐食法で転位密度を調べた結果無転位であつ
た。これらに隣接するウエハーを用いて電界効果
トランジスタの集積回路を作製し、代表的な素子
特性であるしきい値電圧（Vth）のバラツキ
（σVth）を測定した結果、単結晶Ａでは20mVと
大きかつたが、単結晶Ｂでは6mVと小さかつた。
また活性化率は単結晶Ａでは11％で、単結晶Ｂで
は45％であつた。
上部から20mmの部分からウエハーを切り出し、化
学腐食法で転位密度を調べた結果無転位であつ
た。これらに隣接するウエハーを用いて電界効果
トランジスタの集積回路を作製し、代表的な素子
特性であるしきい値電圧（Vth）のバラツキ
（σVth）を測定した結果、単結晶Ａでは20mVと
大きかつたが、単結晶Ｂでは6mVと小さかつた。
また活性化率は単結晶Ａでは11％で、単結晶Ｂで
は45％であつた。
以上説明した様に、本発明による方法を用れば
結晶中に含まれるIn濃度の少い無転位GaAs結晶
を得る事ができこの結晶から得られるウエハーに
電界効果トランジスタを作製する事により特性バ
ラツキの極めて小い電界効果トランジスタが得ら
れGaAsICの高集化ができる効果がある。さらに
このウエハー上にエピタキシヤル層を成長させた
場合、転位のない結晶性の優れた層を形成する事
ができ、光−電子結合型集積回路用基板として使
用できる効果がある。
結晶中に含まれるIn濃度の少い無転位GaAs結晶
を得る事ができこの結晶から得られるウエハーに
電界効果トランジスタを作製する事により特性バ
ラツキの極めて小い電界効果トランジスタが得ら
れGaAsICの高集化ができる効果がある。さらに
このウエハー上にエピタキシヤル層を成長させた
場合、転位のない結晶性の優れた層を形成する事
ができ、光−電子結合型集積回路用基板として使
用できる効果がある。
第１図は固液界面の温度勾配とGaAs基板を無
転位化するのに必要な結晶中のインジウム量につ
いての関係を示すグラフである。第２図は結晶中
のIn濃度と活性化率の関係を示すグラフである。
第３図に結晶中のIn濃度と電界効果トランジスタ
のしきい値電圧のバラツキ（σVth）の関係を示
すグラフである。第４図に結晶中のIn濃度とエピ
タキシヤル層のＸ線ロツキング・カーブの半値幅
の関係を示すグラフである。
転位化するのに必要な結晶中のインジウム量につ
いての関係を示すグラフである。第２図は結晶中
のIn濃度と活性化率の関係を示すグラフである。
第３図に結晶中のIn濃度と電界効果トランジスタ
のしきい値電圧のバラツキ（σVth）の関係を示
すグラフである。第４図に結晶中のIn濃度とエピ
タキシヤル層のＸ線ロツキング・カーブの半値幅
の関係を示すグラフである。
Claims (1)
- １ GaAs単結晶をインジウム元素を4.0×1018cm
-3以上6.0×1019cm-3以下含有するようにGaAs溶
液から単結晶を成長種として引き上げて形成し、
かつ前記GaAs溶液と前記単結晶を成長種として
引き上げて形成されたGaAs単結晶との固液界面
の温度勾配を５〜40℃／cmとすることを特徴とす
る−族化合物半導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8930785A JPS61247700A (ja) | 1985-04-25 | 1985-04-25 | ３−５族化合物半導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8930785A JPS61247700A (ja) | 1985-04-25 | 1985-04-25 | ３−５族化合物半導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61247700A JPS61247700A (ja) | 1986-11-04 |
| JPH042559B2 true JPH042559B2 (ja) | 1992-01-20 |
Family
ID=13967005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8930785A Granted JPS61247700A (ja) | 1985-04-25 | 1985-04-25 | ３−５族化合物半導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61247700A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02229797A (ja) * | 1989-03-02 | 1990-09-12 | Hitachi Cable Ltd | 低転位密度ガリウム砒素単結晶の製造方法 |
| WO2021251349A1 (ja) * | 2020-06-12 | 2021-12-16 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | ＧａＡｓインゴットおよびＧａＡｓインゴットの製造方法、ならびにＧａＡｓウエハ |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5895699A (ja) * | 1981-12-03 | 1983-06-07 | Nec Corp | Ｇａａｓ単結晶の育成方法 |
| JPS59131598A (ja) * | 1983-01-18 | 1984-07-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ＧａＡｓ単結晶の製造方法 |
-
1985
- 1985-04-25 JP JP8930785A patent/JPS61247700A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5895699A (ja) * | 1981-12-03 | 1983-06-07 | Nec Corp | Ｇａａｓ単結晶の育成方法 |
| JPS59131598A (ja) * | 1983-01-18 | 1984-07-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ＧａＡｓ単結晶の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61247700A (ja) | 1986-11-04 |
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