JPH0615439B2 - ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体単結晶の製造方法 - Google Patents
▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体単結晶の製造方法Info
- Publication number
- JPH0615439B2 JPH0615439B2 JP19265886A JP19265886A JPH0615439B2 JP H0615439 B2 JPH0615439 B2 JP H0615439B2 JP 19265886 A JP19265886 A JP 19265886A JP 19265886 A JP19265886 A JP 19265886A JP H0615439 B2 JPH0615439 B2 JP H0615439B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、原料を直接坩堝内で合成した後、液体封止引
上げ法によりIII−Ｖ族化合物半導体単結晶を製造する
方法の改良に関するものである。
上げ法によりIII−Ｖ族化合物半導体単結晶を製造する
方法の改良に関するものである。
（従来の技術） III−Ｖ族化合物半導体単結晶は光デバイス、電子デバ
イス用基板材料として用いられており、高品質なものが
要求されている。たとえば超高速ＩＣ用基板としては、
直接合成法によるアンドープ半絶縁性GaAs単結晶が用い
られており、比抵抗が高く、熱処理に対しても安定であ
ることが求められている。直接合成法は、高純度が比較
的容易に達成できる技術として注目を集めているが、さ
らに、電気的活性な不純物（特にシリコン、炭素等）の
濃度を低減させる方法としてバブリングという手段があ
る（特公昭６０−6918）。
イス用基板材料として用いられており、高品質なものが
要求されている。たとえば超高速ＩＣ用基板としては、
直接合成法によるアンドープ半絶縁性GaAs単結晶が用い
られており、比抵抗が高く、熱処理に対しても安定であ
ることが求められている。直接合成法は、高純度が比較
的容易に達成できる技術として注目を集めているが、さ
らに、電気的活性な不純物（特にシリコン、炭素等）の
濃度を低減させる方法としてバブリングという手段があ
る（特公昭６０−6918）。
（発明が解決しようとする問題点） しかしこの方法は封止剤による原料融液中のシリコンや
炭素等をゲッタリングする効果を促進させる方法である
が、高圧容器内圧力を降下させる際の雰囲気ガス放出速
度によってゲッタリング効果の大きさが変化するため、
必ずしも比抵抗の高いGaAs基板が得られる程充分にゲッ
タリングなされるわけではなく、しばしば結晶中のシリ
コン濃度が1016cm-3程度残存しているために比抵抗が10
5〜106Ω・cm効果であったり、結晶中の炭素濃度が1016
cm3程度残存しているために熱処理後に104〜106Ω・cm
程度まで比抵抗が下がってしまうという問題があった。
炭素等をゲッタリングする効果を促進させる方法である
が、高圧容器内圧力を降下させる際の雰囲気ガス放出速
度によってゲッタリング効果の大きさが変化するため、
必ずしも比抵抗の高いGaAs基板が得られる程充分にゲッ
タリングなされるわけではなく、しばしば結晶中のシリ
コン濃度が1016cm-3程度残存しているために比抵抗が10
5〜106Ω・cm効果であったり、結晶中の炭素濃度が1016
cm3程度残存しているために熱処理後に104〜106Ω・cm
程度まで比抵抗が下がってしまうという問題があった。
本発明の目的は、上述した問題を解決し、原料融液中の
シリコン、炭素を低減させ、それぞれ、結晶中の濃度が
５×1015cm-3以下にすることによって比抵抗が高く、か
つ熱処理にも安定なIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製
造方法を提供することにある。
シリコン、炭素を低減させ、それぞれ、結晶中の濃度が
５×1015cm-3以下にすることによって比抵抗が高く、か
つ熱処理にも安定なIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製
造方法を提供することにある。
（問題点を解決するための手段） 本発明は以上述べた点に鑑みなされたもので、その概要
は次の通りである。
は次の通りである。
原料を充填した坩堝を高圧容器内に収容し、加熱を開始
して原料を坩堝内で直接合成し、原料融液が形成された
後バブリングを終了するまでの雰囲気として窒素を主成
分とするガスを用いることにより、バブリングによるシ
リコン、炭素のゲッタリングに加えて窒素によるシリコ
ンゲッタリングによって原料融液中のシリコン濃度は充
分に低減される。この後、単結晶引上げ過程では熱伝導
度の低いガスを用いるので引上げ軸方向の温度勾配が緩
くなるため、作成したIII−Ｖ族化合物半導体単結晶は
シリコン濃度が５×1015cm-3以下となり熱処理後も安定
して半絶縁性（107Ω・cm）を示す低転位密度の単結
晶が得られることを特徴とするものである。
して原料を坩堝内で直接合成し、原料融液が形成された
後バブリングを終了するまでの雰囲気として窒素を主成
分とするガスを用いることにより、バブリングによるシ
リコン、炭素のゲッタリングに加えて窒素によるシリコ
ンゲッタリングによって原料融液中のシリコン濃度は充
分に低減される。この後、単結晶引上げ過程では熱伝導
度の低いガスを用いるので引上げ軸方向の温度勾配が緩
くなるため、作成したIII−Ｖ族化合物半導体単結晶は
シリコン濃度が５×1015cm-3以下となり熱処理後も安定
して半絶縁性（107Ω・cm）を示す低転位密度の単結
晶が得られることを特徴とするものである。
（作用） 以上説明したように本発明の方法によれば、原料融液中
のシリコン濃度を充分に低減できるので、引上げた単結
晶中のシリコン濃度も充分に低減できる。従って安定し
た半絶縁性基板が高歩留りで得られる。
のシリコン濃度を充分に低減できるので、引上げた単結
晶中のシリコン濃度も充分に低減できる。従って安定し
た半絶縁性基板が高歩留りで得られる。
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
第１図は本発明のIII−Ｖ族化合物半導体単結晶製造方
法の一実施例を説明するための図である。
第１図は本発明のIII−Ｖ族化合物半導体単結晶製造方
法の一実施例を説明するための図である。
第１図において１は高圧容器、２はヒータ、３は坩堝、
４は引上げ軸、５はB2O3、６はGaAs融液、７は窒素ボン
ベ、８はアルゴンボンベ、９〜12は弁である。
４は引上げ軸、５はB2O3、６はGaAs融液、７は窒素ボン
ベ、８はアルゴンボンベ、９〜12は弁である。
次にIII−Ｖ族化合物半導体としてGaAs単結晶の引上げ
を例にとって具体的な実施例を詳細に説明する。坩堝３
内に出発原料であるＧａとＡｓを充填した後、封止剤と
してB2O3を充填した。次に坩堝３を高圧容器１内に収納
し、高圧容器１内を窒素ボンベ７から弁１１、１０を開
いて窒素ガスで加圧した後、ヒータ２により加熱を開始
した。約600℃でB2O3が軟化し、原料が完全に覆われた
ので、さらに加熱を続け、ＧａとＡｓを反応させてGaAs
融液６を得た。この時の引上げ軸４方向の温度勾配は別
途行なった温度測定により約２３０℃／cmであり、アル
ゴンガスを用いた時の約１５０℃／cmよりもかなり大き
いことを確認している。
を例にとって具体的な実施例を詳細に説明する。坩堝３
内に出発原料であるＧａとＡｓを充填した後、封止剤と
してB2O3を充填した。次に坩堝３を高圧容器１内に収納
し、高圧容器１内を窒素ボンベ７から弁１１、１０を開
いて窒素ガスで加圧した後、ヒータ２により加熱を開始
した。約600℃でB2O3が軟化し、原料が完全に覆われた
ので、さらに加熱を続け、ＧａとＡｓを反応させてGaAs
融液６を得た。この時の引上げ軸４方向の温度勾配は別
途行なった温度測定により約２３０℃／cmであり、アル
ゴンガスを用いた時の約１５０℃／cmよりもかなり大き
いことを確認している。
ここで弁９を開き、高圧容器１内の窒素ガスを放出し、
高圧容器１内の圧力を３atmまで降圧した。すると、B2O
3５とGaAs融液６の界面に多量の気泡が発生し、気泡同
志が接触し、次第に大きい気泡となり、やがてはB2O3５
を通って上部に抜けて行った。この状態で３０分間放置
した後、弁１１、１０を開いて高圧容器１内の圧力を５
０atmまで窒素ガスで加圧し、この状態で３０分間放置
した。この操作を５回繰り返し、最後に降圧した状態で
弁１１を閉じ、弁１２を開いて、供給ガスを窒素からア
ルゴンに変えた。次に弁１０を開いて、アルゴンガスを
高圧容器１内に注入しつつ弁９を開いて高圧容器１内の
ガスを放出し、１０分後弁９を閉じて、高圧容器１をア
ルゴンで２０atmまで加圧した。
高圧容器１内の圧力を３atmまで降圧した。すると、B2O
3５とGaAs融液６の界面に多量の気泡が発生し、気泡同
志が接触し、次第に大きい気泡となり、やがてはB2O3５
を通って上部に抜けて行った。この状態で３０分間放置
した後、弁１１、１０を開いて高圧容器１内の圧力を５
０atmまで窒素ガスで加圧し、この状態で３０分間放置
した。この操作を５回繰り返し、最後に降圧した状態で
弁１１を閉じ、弁１２を開いて、供給ガスを窒素からア
ルゴンに変えた。次に弁１０を開いて、アルゴンガスを
高圧容器１内に注入しつつ弁９を開いて高圧容器１内の
ガスを放出し、１０分後弁９を閉じて、高圧容器１をア
ルゴンで２０atmまで加圧した。
その後温度の安定を待ってから種付けを行ないよくなじ
ませた後、引上げを開始した。双晶、または多結晶化す
ることなく直径８５mmφ、重量約２．６Kgの(100)GaAs
単結晶が引き上がった。このようにして得られた単結晶
ではシリコン濃度はプラズマ発光分析を行なったが検出
されず、１×1015atoms／cm3以下であった。また、炭素
濃度はFTIRで測定したが３×1015atoms／cm3であった。
この単結晶から切り出した基板の比抵抗測定を行なった
ところ、アズグロウンで８×107Ω・cmであり、アルシ
ン雰囲気で８５０℃15分の熱処理後にも７×107Ω・cm
と安定した半絶縁性であることが確かめられた。
ませた後、引上げを開始した。双晶、または多結晶化す
ることなく直径８５mmφ、重量約２．６Kgの(100)GaAs
単結晶が引き上がった。このようにして得られた単結晶
ではシリコン濃度はプラズマ発光分析を行なったが検出
されず、１×1015atoms／cm3以下であった。また、炭素
濃度はFTIRで測定したが３×1015atoms／cm3であった。
この単結晶から切り出した基板の比抵抗測定を行なった
ところ、アズグロウンで８×107Ω・cmであり、アルシ
ン雰囲気で８５０℃15分の熱処理後にも７×107Ω・cm
と安定した半絶縁性であることが確かめられた。
また、転位密度は8000cm-2以下であった。また、合成時
の砒素の飛散は、原料仕込み時に坩堝内へ充填した砒素
の量に対して２．０重量％であり、同条件で３９本の単
結晶を引き上げたが、全て直接合成時の砒素の飛散は
２．０重量％であり、非常に再現性の良い高精度な融液
組成制御が可能になると共に、比抵抗はアズロウン、熱
処理後でも107Ω・cm以下になるものはなかった。
の砒素の飛散は、原料仕込み時に坩堝内へ充填した砒素
の量に対して２．０重量％であり、同条件で３９本の単
結晶を引き上げたが、全て直接合成時の砒素の飛散は
２．０重量％であり、非常に再現性の良い高精度な融液
組成制御が可能になると共に、比抵抗はアズロウン、熱
処理後でも107Ω・cm以下になるものはなかった。
以上のように本発明の単結晶製造方法によれば、高純度
で、高精度に融液組成の制御された低転位密度を単結晶
を高歩留りで作成することができる。
で、高精度に融液組成の制御された低転位密度を単結晶
を高歩留りで作成することができる。
本実施例ではGaAsを例にとって説明したが、ＬξＣ法に
よるＧａＰ等、１ｕｐ等のIII−Ｖ族の他の化合物半導
体単結晶でも同様に実施でき、同様の効果が得られるこ
とは云うまでもない。
よるＧａＰ等、１ｕｐ等のIII−Ｖ族の他の化合物半導
体単結晶でも同様に実施でき、同様の効果が得られるこ
とは云うまでもない。
以上説明したように本発明の方法によれば、原料融液中
のシリコン濃度を充分に低減できるので、引上げた単結
晶中のシリコン濃度も充分に低減できる。従って安定し
た半絶縁性基板が高歩留りで得られる。これに加えて、
窒素を主成分としたガスを雰囲気として用いることによ
り、直接合成時の封止剤の粘性が高く、Ｖ族元素の飛散
を抑えられるため再現性良く融液組成を精密に制御でき
るので更に半絶縁性の安定度が増す。更に、単結晶引上
げ時は引上げ軸方向の温度勾配を小さくできるので、低
転位密度の単結晶が得られる。また、バブリング終了ま
で従来のアルゴンの代わりに窒素を主成分とするガスを
用いるため、製造費用が安価になる、等の効果がある。
のシリコン濃度を充分に低減できるので、引上げた単結
晶中のシリコン濃度も充分に低減できる。従って安定し
た半絶縁性基板が高歩留りで得られる。これに加えて、
窒素を主成分としたガスを雰囲気として用いることによ
り、直接合成時の封止剤の粘性が高く、Ｖ族元素の飛散
を抑えられるため再現性良く融液組成を精密に制御でき
るので更に半絶縁性の安定度が増す。更に、単結晶引上
げ時は引上げ軸方向の温度勾配を小さくできるので、低
転位密度の単結晶が得られる。また、バブリング終了ま
で従来のアルゴンの代わりに窒素を主成分とするガスを
用いるため、製造費用が安価になる、等の効果がある。
第１図は、本発明のIII−Ｖ族化合物半導体単結晶製造
方法の一実施例を説明するための図である。 １……高圧容器、２……ヒータ、３……坩堝、４……引
上げ軸、５……B2O3融液、６……GaAs融液、７……窒素
ボンベ、８……アルゴンボンベ、９〜12……弁
方法の一実施例を説明するための図である。 １……高圧容器、２……ヒータ、３……坩堝、４……引
上げ軸、５……B2O3融液、６……GaAs融液、７……窒素
ボンベ、８……アルゴンボンベ、９〜12……弁
Claims (2)
- 【請求項１】出発原料であるIII族元素、Ｖ族元素、お
よびＶ族元素の昇華または気化を抑える目的で使用され
る封止剤を坩堝内に収容した後、該坩堝を収容する高圧
容器内を加圧し、以って加熱を行ない、前記III族元素
と前記Ｖ族元素を前記坩堝内で反応させてIII−Ｖ族化
合物を得、更に該III−Ｖ族化合物を融解させた後、前
記高圧容器内圧力を降下してバブリングを行ない、次い
で高圧に戻して液体封止引上げ法によりIII−Ｖ族化合
物半導体単結晶を成長させる方法において、加熱開始か
らの時間経過と共に室温から温度を上昇させ前記反応
後、原料融液を形成させ、バブリングを終了するに至る
過程を第１の過程、前記高圧容器内圧力を高圧に戻して
前記III−Ｖ族化合物半導体単結晶を引上げ成長させる
過程を第２の過程とするとき、前記高圧容器内を加圧す
るガスに関し、前記第１の過程で用いるガスの主成分が
窒素であり、前記第２の過程で用いるガスは前記第１の
過程で用いるガスよりも熱伝導度が小さいことを特徴と
するIII−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法。 - 【請求項２】前記第２の過程で用いるガスの主成分がア
ルゴンまたはクリプトンのうちの少なくとも１種類以上
であることを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体単結晶
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19265886A JPH0615439B2 (ja) | 1986-08-20 | 1986-08-20 | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19265886A JPH0615439B2 (ja) | 1986-08-20 | 1986-08-20 | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体単結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6350396A JPS6350396A (ja) | 1988-03-03 |
| JPH0615439B2 true JPH0615439B2 (ja) | 1994-03-02 |
Family
ID=16294892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19265886A Expired - Fee Related JPH0615439B2 (ja) | 1986-08-20 | 1986-08-20 | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0615439B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0755880B2 (ja) * | 1989-06-15 | 1995-06-14 | 株式会社ジャパンエナジー | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
-
1986
- 1986-08-20 JP JP19265886A patent/JPH0615439B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6350396A (ja) | 1988-03-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |