JPH0527600B2 - - Google Patents

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JPH0527600B2
JPH0527600B2 JP63186885A JP18688588A JPH0527600B2 JP H0527600 B2 JPH0527600 B2 JP H0527600B2 JP 63186885 A JP63186885 A JP 63186885A JP 18688588 A JP18688588 A JP 18688588A JP H0527600 B2 JPH0527600 B2 JP H0527600B2
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JP
Japan
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single crystal
wafer
boron
gaas single
carbon
Prior art date
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JP63186885A
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JPH0238400A (ja
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Naofumi Sato
Yoshiisa Tsunoda
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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  • 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GaAsウエハにイオン注入を行う際の
熱処理工程において該ウエハ表面の抵抗率が熱処
理しても安定である半絶縁性GaAs単結晶および
その製造方法に関する。 [従来技術] 抵抗率が106Ωcm以上の半絶縁性GaAs単結晶は
電界効果トランジスタ等の半導体装置の素子とし
て有用である。通常半絶縁性GaAs単結晶をウエ
ハに加工し、このウエハ上にイオン注入を行い素
子を製造する。このように、イオン注入したウエ
ハの表面は結晶性に乱れを生じているので、それ
を修正するために約800℃で10〜30分程度の熱処
理を行つている。しかしながら、上記熱処理によ
つて、ウエハ表面からAsが蒸発するので、ウエ
ハ表面のAs濃度が減少し、これに伴つて深いド
ナー型欠陥の数も減少する。伴つてアクセプタ型
不純物を補償できなくなり、単結晶作成時に半絶
縁性を有していたとしても、それを失い、ウエハ
表面の抵抗率が低下し、素子として使用するのに
不具合を生ずる。このアクセプタ型不純物として
は、従来は主として炭素が知られており、他の亜
鉛、マンガン等の濃度は無視できる程度なので、
炭素濃度を一定値以下に制御する方法が専らとら
れていた。例えば特開昭62−30700号公報では結
晶中に含有する炭素濃度が1.5×1015原子数/cm3
以下である化合物半導体単結晶を開示し、また特
開昭62−70300号公報では直接合成LEC法によつ
て製造されるアンドープGaAs単結晶であつて、
結晶中に浅いアクセプターおよびドナーレベルを
形成する主要な残留不純物である炭素およびシリ
コンの濃度がそれぞれ5×1515cm-3および2×
1015cm-3以下であり、かつ室温での比抵抗が約3
×107〜1×108Ωcmの範囲内の抵抗率を有する半
絶縁性GaAs単結晶を開示している。しかしなが
ら、上記の公報に示されるような低い炭素濃度に
制御されたGaAs単結晶ウエハであつても、イオ
ン注入後の熱処理によつてウエハの表面抵抗率
(RS)が1×107Ω/□以下になることが多く、熱
的に安定なGaAs単結晶が望まれていた。 [発明が解決しようとする課題] 本発明の目的は上記問題点を解消し、ウエハに
イオン注入を行う際の熱処理工程において該ウエ
ハの表面抵抗率(RS)が安定である半絶縁性
GaAs単結晶およびその製造方法を提供すること
である。 [課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために第1に本発明の半絶
縁性GaAs単結晶は、液体封止引上法により製造
されるGaAs単結晶であつて、上記単結晶中にホ
ウ素Bと炭素Cを含有し、該Bの2.5%以下と該
C全量との和が2×1015cm-3以下であり、かつア
クセプタ型不純物である点に特徴がある。第2に
本発明の半絶縁性GaAs単結晶は、液体封止引上
法により製造されるGaAs単結晶であつて、上記
単結晶中にBを含有し、該Bの2.5%以下が2×
1015cm-3以下であり、かつアクセプタ型不純物で
ある点に特徴がある。 第3に本発明は、液体封止引上法でGaAs単結
晶を製造するに際して、前記単結晶からウエハを
加工し該ウエハを850℃で30分間不活性ガスおよ
び/または水素雰囲気中で熱処理した後、該ウエ
ハ中のBとCとを分析し該BとCの濃度が()
式に従うように前記単結晶内に含有するBおよび
Cの濃度を制御する点に特徴がある。 logRS=ylog([C]+x/100[B])+z () 但し RS…表面抵抗率[Ω/□] [C]…ウエハ中に含有される炭素濃度 [原子数/cm3] [B]…ウエハ中に含有されるホウ素濃度 [原子数/cm3] x…係数、1.0≦x≦2.5 y…係数、−3≦y≦−1 z…係数、35≦z≦50 [作用] 本願発明者らの研究によれば、液体封止引上法
により製造されるGaAs単結晶において熱処理に
よつて作用するアクセプタ型不純物は、Cだけで
なく大量に結晶中に残留しているBのうちの一定
割合以下のBもまたアクセプタ型不純物として作
用することを見い出し(第34回応用物理学関係連
合講演会予稿集28p−Z−9)たが、以後詳細な
調査検討を行い本発明に到つた。 本発明の半絶縁性GaAs単結晶は液体封止引上
法により得られるものであつて、アンドープ品や
インジウムなどの中性不純物やクロム等の深いア
クセプタ準位を生成するドーピング品でも区別な
く用いることができる。 ガリウム(Ga)およびヒ素(As)は半導体用
に精製した99.999重量%以上の純度を有するもの
が好しく、これらをGaとAsのモル比(As/Ga)
が1.00〜1.05、即ち若干As過剰の条件で仕込むと
好適な半絶縁性のGaAs単結晶を得ることができ
る。該GaAs単結晶がBとCを含有する場合には
該B量の2.5%以下と該C全量との和が2×1015
cm3以下であり、かつアクセプタ型不純物であるこ
とが必要である。また、該GaAs単結晶がBを含
有する場合には該B量の2.5%以下が2×1015cm3
以下であり、かつアクセプタ型不純物であること
が必要である。即ち、該GaAs単結晶中に該Bと
Cとを共に含有する場合には該B濃度の大小に関
係なく、その2.5%以下のB量と該C全量との和
が、アクセプタ型不純物として機能する。従つ
て、該和が2×1015cm3を越えると、該GaAsウエ
ハの表面抵抗率が抵下し半絶縁性が損なわれる。
一方、Cを含有せずBを含有する場合には、B量
の2.5%以下に当たる量が2×1015cm3以下であり、
かつアクセプタ型不純物とする必要がある。 本出願の第3の発明において、該GaAs単結晶
から加工するウエハは通常の大きさ、形状のもの
でよく、例えば直径が2インチ、または3インチ
で厚さが1mm程度のものが用いられる。 液体封止引上法により高純度のGaとAsを原料
としB2O3を封止剤に用い、それぞれ異つたGaAs
融液温度、単結晶引上時間等の条件で製造した
GaAs単結晶をウエハに加工し、熱処理した後
に、これらのウエハ中のBとCの定量分析値とウ
エハの表面抵抗率(RS)との関係を求めると第
1図のような相関が認められる。この第1図の相
関は()式で表わされるものであり、該()
式中でxは1〜2.5の範囲で選ばれ百分率を示す
項であつて特にx=2が中央値を示す。またyは
−3〜−1の範囲、zは35〜50の範囲で選ばれ、
特にy=−2.7、Z=49が中央値を示すものであ
る。()式によれば、該GaAsウエハ中のBと
Cの濃度を制御することにより、所望のRSを有
するウエハを製造することが可能であり、特に
RSが10Ω/□以上のものとするために有効であ
り、該GaAs単結晶引上に際して条件を加えれば
よい。例えば、B濃度の低減のためには液体封止
剤B2O3がGaAs融液中へ混入するのを抑制するよ
うに、通常知られているようなB2O3層の温度を
下げたり、結晶引上に要する時間を短縮したり、
酸化ガリウムのようなBと反応して安全な化合物
を生成する化合物を添加する方法や、水分率の低
いB2O3を用いる方法等が挙げられる。一方C濃
度の低減のためには、本出願人が特願昭63−
68065号公報で開示したような引上機チヤンバー
内に発生した不純物ガスを精製装置で除去する方
法を挙げることができるが、他の方法でも特に制
限されるものではない。該熱処理は845〜855℃で
29〜31分が好適であり用いる加熱装置は電気炉、
高周波炉、赤外線加熱炉等が望ましい。該不活性
ガスとしては、アルゴン、窒素、ヘリウム等を挙
げることができ、これらガスを単独で用いても混
合して用いても差支えない。該不活性ガスを水素
と混合すれば酸化を防止できてより効果的であ
り、水素単独でも差支えない。該ウエハ中のBお
よびCの分析方法は特に限定されないが、Bにつ
いては誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP)、
二次イオン質量分析法(SIMS)を挙げることが
でき、特にSIMSが好ましい。またCについては
放射化分析法、赤外分光分析法を挙げることがで
き、特に放射化分析法が好ましい。該表面抵抗率
(RS)の測定方法としては、特に限定されず、通
常の高抵抗測定器、例えばDIGITAL HIGH
MEGOHM METER(タケダ理研製TR8611A)
を用いればよい。 実施例 1 99.9999重量%であるGaとAsを用いAs/Gaの
モル比を1.05として封止剤としてB2O3を用いて
液体封止引上法によりアンドープの3種類の
GaAs単結晶を製造した。これらのGaAs単結晶
からそれぞれ直径2インチ厚さ1mmのウエハを切
り出した。水素雰囲気にした電気炉内に同種類の
ウエハを二枚重ね合せて設置しピーク温度850℃
で保持時間30分処理した。熱処理後、このウエハ
のBについてはSIMS法で、Cについては放射化
分析法で分析した。表面抵抗率(RS)について
はDIGITAL HIGH MEGOHM
METERTR8611A(タケダ理研製)を用いて測定
した。B量分析値の2%を計算し、全C量分析値
との和を求めRSとの関係を求めた。これらの結
果を第1表に示す。
【表】 第1表から([C]+2%[B])の値が2×
1015以下であるサンプルNo.1のウエハのみRS
107Ω/□以上となり、半絶縁性を維持している
ことがわかる。 実施例 2 99.9999重量%のGaとAsを原料として用い
As/Gaのモル比を1.0として水分量が200ppm以
下のB2O3を封止剤として用い、添加剤として
Ga2O3を80mg、300mg、1500mgをそれぞれ添加し
てアルゴンを封入して20Kg/cm2とし1500℃に昇温
し液体封止引上法によりアンドープのGaAs単結
晶を製造した。引上機チヤンバ内の発生ガス、主
として一酸化炭素と二酸化炭素とを封入アルゴン
と共に循環速度を1/分にしてマスフローコン
トローラーを用いて循環しジルコニウム−ゼオラ
イト系吸着剤充填カラムへ導入して、これら炭素
含有ガスを除去した。引き上げた単結晶から実施
例1と同様にしてウエハを加工し、熱処理を行
い、CおよびBを定量し、表面抵抗率(RS)を
測定した。第2表にGa2O3の添加量とCおよびB
の濃度そして表面抵抗率(RS)との関係を示す。
今()式を次の()′式のように各係数を定
め logRS=−2.7log([C]2/100[B])+49()′ 定量したCとBの分析値を代入して計算したRS
を実測値と比較すると、良い一致を示すことが分
る。
【表】 [発明の効果] 本発明を実施することにより、第1としてウエ
ハにイオン注入を行う際の熱処理工程後において
も該ウエハの表面抵抗率(RS)が安定な半絶縁
性GaAs単結晶を得ることができる。また第2と
して、所望の表面抵抗率(RS)を有するGaAs単
結晶ウエハ、特にRSが確実に107Ω/□以上であ
るものを得ることができるのでその効果は極めて
高いものがある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるウエハ中の([C]+2%
[B])と表面抵抗率(RS)との関係を示すもの
である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 液体封止引上法により製造されるGaAs単結
    晶であつて、上記単結晶中にホウ素と炭素を含有
    し、該ホウ素の2.5%以下と該炭素全量との和が
    2×1015cm-3以下であり、かつアクセプタ型不純
    物であることを特徴とする半絶縁性GaAs単結
    晶。 2 液体封止引上法により製造されるGaAs単結
    晶であつて、上記単結晶中にホウ素を含有し、該
    ホウ素の2.5%以下が2×1015cm-3以下であり、か
    つアクセプタ型不純物であることを特徴とする半
    絶縁性GaAs単結晶。 3 液体封止引上法でGaAs単結晶を製造するに
    際して、前記単結晶からウエハを加工し該ウエハ
    を850℃で30分間不活性ガスおよび/または水素
    雰囲気中で熱処理した後、該ウエハ中のホウ素と
    炭素とを分析し、該ホウ素と炭素の濃度が()
    式に従うように前記単結晶内に含有するホウ素お
    よび炭素の濃度を制御することを特徴とする半絶
    縁性GaAs単結晶の製造方法。 logRS=ylog([C]+x/100[B])+z () 但し RS…表面抵抗率[Ω/□] [C]…ウエハ中に含有される炭素濃度 [原子数/cm3] [B]…ウエハ中に含有されるホウ素濃度 [原子数/cm3] x…係数、1.0≦x≦2.5 y…係数、−3≦y≦−1 z…係数、35≦z≦50。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS62226894A (ja) * 1986-03-28 1987-10-05 Hitachi Metals Ltd GaAs単結晶基板

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