JPH06279198A - 半絶縁性ガリウム砒素化合物半導体単結晶の製造方法 - Google Patents
半絶縁性ガリウム砒素化合物半導体単結晶の製造方法Info
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- JPH06279198A JPH06279198A JP8927493A JP8927493A JPH06279198A JP H06279198 A JPH06279198 A JP H06279198A JP 8927493 A JP8927493 A JP 8927493A JP 8927493 A JP8927493 A JP 8927493A JP H06279198 A JPH06279198 A JP H06279198A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ＥＰＤ＜１０4 個／ｃｍ2 の低転位のＧａＡｓ
単結晶を高抵抗化し、ゲート幅の狭いＧａＡｓＩＣ等に
用いることができる半絶縁性単結晶とする。 【構成】単結晶育成後再びＡｓ部温度を６１７℃に上昇
させ、結晶部分全体を１１５０℃の温度に制御しそのま
ま２４時間保持し、その後Ａｓ部温度は６１７℃のまま
結晶部分の温度を３００℃／Ｈで４００℃以下まで降温
し、その後Ａｓ部も室温まで降温した。
単結晶を高抵抗化し、ゲート幅の狭いＧａＡｓＩＣ等に
用いることができる半絶縁性単結晶とする。 【構成】単結晶育成後再びＡｓ部温度を６１７℃に上昇
させ、結晶部分全体を１１５０℃の温度に制御しそのま
ま２４時間保持し、その後Ａｓ部温度は６１７℃のまま
結晶部分の温度を３００℃／Ｈで４００℃以下まで降温
し、その後Ａｓ部も室温まで降温した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半絶縁性のガリウム砒素
（以下ＧａＡｓと記す）化合物半導体単結晶の製造方法
に関するものであり、その目的は石英製アンプル、ＰＢ
Ｎ坩堝、Ｂ2Ｏ3 を用いた系により得られるＥＰＤ＜１
０4 個／ｃｍ2 の低転位のＧａＡｓ単結晶を本発明によ
り高抵抗化し、ゲート幅の狭いＧａＡｓＩＣ等に用いる
ことができる半絶縁性単結晶を提供することにある。
（以下ＧａＡｓと記す）化合物半導体単結晶の製造方法
に関するものであり、その目的は石英製アンプル、ＰＢ
Ｎ坩堝、Ｂ2Ｏ3 を用いた系により得られるＥＰＤ＜１
０4 個／ｃｍ2 の低転位のＧａＡｓ単結晶を本発明によ
り高抵抗化し、ゲート幅の狭いＧａＡｓＩＣ等に用いる
ことができる半絶縁性単結晶を提供することにある。
【０００２】
【従来の技術】半絶縁性のＧａＡｓ単結晶を製造する方
法として、最も一般的にはＬＥＣ法による製造方法があ
り、ＬＥＣ法で得た結晶やウエハに対して育成炉とは別
の炉で熱処理を行い、既に高抵抗化している特性のばら
つきの均一化を図る方法が提案されている（特開平４−
２１５４３９号等）。
法として、最も一般的にはＬＥＣ法による製造方法があ
り、ＬＥＣ法で得た結晶やウエハに対して育成炉とは別
の炉で熱処理を行い、既に高抵抗化している特性のばら
つきの均一化を図る方法が提案されている（特開平４−
２１５４３９号等）。
【０００３】一方、低欠陥結晶を得ることに最も実績の
あるボート法に於いては、従来から半絶縁性結晶を得る
ためにＣｒを適量ドープする手法があるが、用途がエピ
タキシャル法でデバイスを作製する場合に限られ、イオ
ン注入法には使用できない。そこで、ノンドープで半絶
縁性を得る手段としてＰＢＮボート、Ｂ2 Ｏ3 、石英製
ボートを使用した系が提案されている（特開昭６２−１
７６９９８号、特開平１−１０３９８５号、特開平２−
３４５９７号、特開平３−９７６９５号）。
あるボート法に於いては、従来から半絶縁性結晶を得る
ためにＣｒを適量ドープする手法があるが、用途がエピ
タキシャル法でデバイスを作製する場合に限られ、イオ
ン注入法には使用できない。そこで、ノンドープで半絶
縁性を得る手段としてＰＢＮボート、Ｂ2 Ｏ3 、石英製
ボートを使用した系が提案されている（特開昭６２−１
７６９９８号、特開平１−１０３９８５号、特開平２−
３４５９７号、特開平３−９７６９５号）。
【０００４】また、ＬＥＣ法とボート法の長所を融合し
た比較的新しい技術としてＬＥ−ＶＢ法（特開平２−１
９６０８１号）やＶＧＦ法（特開平３−２５２３９８
号）が提案されている。ＬＥ−ＶＢ法は縦型坩堝中で結
晶を育成するため低転位が期待でき、アズグロウンの結
晶で半絶縁性を示す。さらに、育成に引き続き結晶降温
中に熱処理を加えることで、電気特性のばらつきを小さ
くするというものである。
た比較的新しい技術としてＬＥ−ＶＢ法（特開平２−１
９６０８１号）やＶＧＦ法（特開平３−２５２３９８
号）が提案されている。ＬＥ−ＶＢ法は縦型坩堝中で結
晶を育成するため低転位が期待でき、アズグロウンの結
晶で半絶縁性を示す。さらに、育成に引き続き結晶降温
中に熱処理を加えることで、電気特性のばらつきを小さ
くするというものである。
【０００５】ＶＧＦ法では、同じく縦型坩堝中で結晶を
育成するために低欠陥が期待できるが、アズグロウンの
結晶では比抵抗の値はρ＝１０5 Ωｃｍ程度であり、比
抵抗が１０6 Ωｃｍ以上の半絶縁性を達成するために育
成に引き続き降温中に熱処理を加えるか、あるいは結晶
をブロック状またはウエハ状に加工した後に熱処理を加
える方法が提案されている。
育成するために低欠陥が期待できるが、アズグロウンの
結晶では比抵抗の値はρ＝１０5 Ωｃｍ程度であり、比
抵抗が１０6 Ωｃｍ以上の半絶縁性を達成するために育
成に引き続き降温中に熱処理を加えるか、あるいは結晶
をブロック状またはウエハ状に加工した後に熱処理を加
える方法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来技術のうちＬＥＣ
法では結晶製造中にＥＰＤ＞１０4 個／ｃｍ2 の欠陥が
入るという問題がある。
法では結晶製造中にＥＰＤ＞１０4 個／ｃｍ2 の欠陥が
入るという問題がある。
【０００７】また、ノンドープのボート法では、得られ
た結晶が充分に高抵抗化せず、比抵抗値がρ＝１０5 〜
１０7 Ωｃｍ程度であったり、またその値が結晶内や結
晶間で大きくばらついたりするという欠点があった。こ
のため、半絶縁性単結晶を再現性良く安定的に生産する
には問題があった。
た結晶が充分に高抵抗化せず、比抵抗値がρ＝１０5 〜
１０7 Ωｃｍ程度であったり、またその値が結晶内や結
晶間で大きくばらついたりするという欠点があった。こ
のため、半絶縁性単結晶を再現性良く安定的に生産する
には問題があった。
【０００８】さらに、ＶＧＦ法、ＬＥ−ＶＢ法では熱処
理を行っているが、熱処理の条件はインゴットまたはウ
エハがさらされる温度、保持時間、温度変化速度を調整
制御することにより、結晶内の点欠陥を制御して高抵抗
化及び均一化を行っている。ところが当然のことなが
ら、点欠陥を制御する要因としてこれら３要因の他にス
トイキオメトリーがあり、これは熱処理中の結晶がさら
されている砒素雰囲気圧力により制御される。しかるに
ＶＧＦ法、ＬＥ−ＶＢ法では熱処理中に積極的に制御す
る方法を持っていないという問題があった。
理を行っているが、熱処理の条件はインゴットまたはウ
エハがさらされる温度、保持時間、温度変化速度を調整
制御することにより、結晶内の点欠陥を制御して高抵抗
化及び均一化を行っている。ところが当然のことなが
ら、点欠陥を制御する要因としてこれら３要因の他にス
トイキオメトリーがあり、これは熱処理中の結晶がさら
されている砒素雰囲気圧力により制御される。しかるに
ＶＧＦ法、ＬＥ−ＶＢ法では熱処理中に積極的に制御す
る方法を持っていないという問題があった。
【０００９】本発明はボート法においてなされるもので
あり、低転位結晶が得られるのは当然のことながら、ボ
ート法においては砒素圧力制御が容易にできるという周
知のメリットを持っており、従来技術ではなし得なかっ
た熱処理中に砒素圧力を自在に制御しながら高抵抗化に
より半絶縁性を得、均一性をより得易くするものであ
る。
あり、低転位結晶が得られるのは当然のことながら、ボ
ート法においては砒素圧力制御が容易にできるという周
知のメリットを持っており、従来技術ではなし得なかっ
た熱処理中に砒素圧力を自在に制御しながら高抵抗化に
より半絶縁性を得、均一性をより得易くするものであ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の問題点を
解決すべくなされたものであり、ガリウム砒素化合物半
導体単結晶を育成後の降温中、砒素蒸気圧力を結晶部分
の温度と連動して独立に制御しながら熱処理を行うこと
を特徴とする半絶縁性ガリウム砒素化合物半導体単結晶
の製造方法を提供するものである。
解決すべくなされたものであり、ガリウム砒素化合物半
導体単結晶を育成後の降温中、砒素蒸気圧力を結晶部分
の温度と連動して独立に制御しながら熱処理を行うこと
を特徴とする半絶縁性ガリウム砒素化合物半導体単結晶
の製造方法を提供するものである。
【００１１】また本発明の好ましい一態様として、育成
すべき結晶原料を収納するＰＢＮ製坩堝と、封止剤とし
て前記ＰＢＮ製坩堝中の結晶原料に添加するＢ2 Ｏ3
と、前記ＰＢＮ製坩堝をその中に配置する石英製アンプ
ルとを少なくとも用いてガリウム砒素化合物半導体単結
晶を育成した後の降温過程に於いて、結晶部分の温度を
１０００℃〜１２００℃で５〜１００時間アニールし、
しかる後に１００〜５００℃／ｈの降温速度で室温まで
降温する方法であって、前記アニールの期間及び少なく
とも結晶部分の温度が４００℃以下になるまでの間、ア
ンプル内の砒素蒸気圧を制御するアンプル端の温度を５
８０℃〜６３０℃に制御しながら熱処理を行う半絶縁性
ガリウム砒素化合物半導体単結晶の製造方法を提供する
ものである。
すべき結晶原料を収納するＰＢＮ製坩堝と、封止剤とし
て前記ＰＢＮ製坩堝中の結晶原料に添加するＢ2 Ｏ3
と、前記ＰＢＮ製坩堝をその中に配置する石英製アンプ
ルとを少なくとも用いてガリウム砒素化合物半導体単結
晶を育成した後の降温過程に於いて、結晶部分の温度を
１０００℃〜１２００℃で５〜１００時間アニールし、
しかる後に１００〜５００℃／ｈの降温速度で室温まで
降温する方法であって、前記アニールの期間及び少なく
とも結晶部分の温度が４００℃以下になるまでの間、ア
ンプル内の砒素蒸気圧を制御するアンプル端の温度を５
８０℃〜６３０℃に制御しながら熱処理を行う半絶縁性
ガリウム砒素化合物半導体単結晶の製造方法を提供する
ものである。
【００１２】好ましい他の態様として、育成すべき結晶
原料を収納するＰＢＮ製坩堝と、封止剤として前記ＰＢ
Ｎ製坩堝中の結晶原料に添加するＢ2 Ｏ3 と、前記ＰＢ
Ｎ製坩堝をその中に配置する石英製アンプルとを少なく
とも用いてガリウム砒素化合物半導体単結晶を育成した
後の降温過程に於いて、４００℃以下まで降温したアン
プルを引き続きまずアンプル内の砒素蒸気圧を制御する
アンプル端の温度を５８０℃〜６３０℃に制御し、その
後に結晶部分の温度を５００℃／ｈ未満の速度で昇温
し、その後に結晶部分の温度を１０００℃〜１２００℃
で５〜１００時間アニールし、しかる後に１００〜５０
０℃／ｈの降温速度で室温まで降温する方法であって、
前記アニールの期間及び少なくとも結晶部分の温度が４
００℃以下になるまでの間アンプル内の砒素蒸気圧を制
御するアンプル端の温度を５８０℃〜６３０℃に制御し
ながら熱処理を行う半絶縁性ガリウム砒素化合物半導体
単結晶の製造方法を提供するものである。
原料を収納するＰＢＮ製坩堝と、封止剤として前記ＰＢ
Ｎ製坩堝中の結晶原料に添加するＢ2 Ｏ3 と、前記ＰＢ
Ｎ製坩堝をその中に配置する石英製アンプルとを少なく
とも用いてガリウム砒素化合物半導体単結晶を育成した
後の降温過程に於いて、４００℃以下まで降温したアン
プルを引き続きまずアンプル内の砒素蒸気圧を制御する
アンプル端の温度を５８０℃〜６３０℃に制御し、その
後に結晶部分の温度を５００℃／ｈ未満の速度で昇温
し、その後に結晶部分の温度を１０００℃〜１２００℃
で５〜１００時間アニールし、しかる後に１００〜５０
０℃／ｈの降温速度で室温まで降温する方法であって、
前記アニールの期間及び少なくとも結晶部分の温度が４
００℃以下になるまでの間アンプル内の砒素蒸気圧を制
御するアンプル端の温度を５８０℃〜６３０℃に制御し
ながら熱処理を行う半絶縁性ガリウム砒素化合物半導体
単結晶の製造方法を提供するものである。
【００１３】好ましいさらに他の態様として、育成すべ
き結晶原料を収納するＰＢＮ製坩堝と、封止剤として前
記ＰＢＮ製坩堝中の結晶原料に添加するＢ2 Ｏ3 と、前
記ＰＢＮ製坩堝をその中に配置する石英製アンプルとを
少なくとも用いて育成したガリウム砒素化合物半導体単
結晶の少なくとも１部を石英製アンプル内に金属砒素と
ともに真空封入し、このアンプル全体を５００℃／ｈ未
満の速度で昇温し、その後に結晶部分の温度を１０００
℃〜１２００℃で５〜１００時間アニールし、しかる後
に１００〜５００℃／ｈの降温速度で室温まで降温する
方法であって、前記金属砒素の量がアニール温度でアン
プル内を０．９〜１．１気圧の蒸気圧になる量とされて
いる半絶縁性ガリウム砒素化合物半導体単結晶の製造方
法を提供するものである。
き結晶原料を収納するＰＢＮ製坩堝と、封止剤として前
記ＰＢＮ製坩堝中の結晶原料に添加するＢ2 Ｏ3 と、前
記ＰＢＮ製坩堝をその中に配置する石英製アンプルとを
少なくとも用いて育成したガリウム砒素化合物半導体単
結晶の少なくとも１部を石英製アンプル内に金属砒素と
ともに真空封入し、このアンプル全体を５００℃／ｈ未
満の速度で昇温し、その後に結晶部分の温度を１０００
℃〜１２００℃で５〜１００時間アニールし、しかる後
に１００〜５００℃／ｈの降温速度で室温まで降温する
方法であって、前記金属砒素の量がアニール温度でアン
プル内を０．９〜１．１気圧の蒸気圧になる量とされて
いる半絶縁性ガリウム砒素化合物半導体単結晶の製造方
法を提供するものである。
【００１４】ＰＢＮ製の坩堝に種結晶を所定の位置に置
き、Ｂ2 Ｏ3 と原料のＧａを坩堝内に入れる。次に石英
製アンプルの一端に該ＰＢＮ坩堝を置き、他端には原料
Ｇａとストイキオメトリックな量よりも多いＡｓを置
き、両者の間に拡散バリアを設け真空封入する。原料は
あらかじめ合成しておいたＧａＡｓ多結晶原料でもよい
が、その合成の手間や不純物の混入の危険性を考慮する
と上記のようなＧａとＡｓから直接ＧａＡｓを合成する
ことが好ましい。
き、Ｂ2 Ｏ3 と原料のＧａを坩堝内に入れる。次に石英
製アンプルの一端に該ＰＢＮ坩堝を置き、他端には原料
Ｇａとストイキオメトリックな量よりも多いＡｓを置
き、両者の間に拡散バリアを設け真空封入する。原料は
あらかじめ合成しておいたＧａＡｓ多結晶原料でもよい
が、その合成の手間や不純物の混入の危険性を考慮する
と上記のようなＧａとＡｓから直接ＧａＡｓを合成する
ことが好ましい。
【００１５】前記アンプルを結晶製造炉内でまず合成あ
るいは原料の融解によりＧａＡｓ融液を得た後、アンプ
ル内のＡｓ蒸気圧をほぼ１気圧にすべくアンプルのＡｓ
載置端を６１７℃に保持しながら種結晶側から徐々に固
化させ単結晶を得る。なお、ＨＢ法ＧＦ法等の横型ボー
ト法においては、結晶の最後部においてＡｓガスによる
ボートの破裂を防止するために上記ストイキオメトリッ
クな状態からＡｓ載置端部の温度を下げ、融液組成をＧ
ａリッチ側にずらして結晶を固化させるという方法が知
られており、これを実施することが好ましい。
るいは原料の融解によりＧａＡｓ融液を得た後、アンプ
ル内のＡｓ蒸気圧をほぼ１気圧にすべくアンプルのＡｓ
載置端を６１７℃に保持しながら種結晶側から徐々に固
化させ単結晶を得る。なお、ＨＢ法ＧＦ法等の横型ボー
ト法においては、結晶の最後部においてＡｓガスによる
ボートの破裂を防止するために上記ストイキオメトリッ
クな状態からＡｓ載置端部の温度を下げ、融液組成をＧ
ａリッチ側にずらして結晶を固化させるという方法が知
られており、これを実施することが好ましい。
【００１６】その後、降温のプロセスにはいる。図１に
その温度プロファイルを示す。図中１は結晶部分の温度
履歴で、２はＡｓ蒸気圧を制御するアンプル端（Ａｓ
部）の温度履歴である。まず、再びＡｓ部の温度を戻す
ようアンプル内のＡｓ蒸気圧を制御するアンプル端の温
度を５８０℃〜６３０℃、好ましくは６００℃〜６２０
℃に保ち、その後結晶部分の温度は転位の増加発生を避
けるために、結晶成長時と同程度の温度変化率にて結晶
部分全体を１０００〜１２００℃のある温度に均一にな
るように製造炉の温度分布を変更制御する。そのまま５
〜１００時間保持しアニールした後に、Ａｓ部圧力を制
御するアンプル端の温度を５８０℃〜６３０℃、さらに
好ましくは６００℃〜６２０℃に制御したまま、結晶部
分の温度を１００〜５００℃／ｈの速度にて少なくとも
４００℃以下まで降温しその後Ａｓ部の温度も降温す
る。
その温度プロファイルを示す。図中１は結晶部分の温度
履歴で、２はＡｓ蒸気圧を制御するアンプル端（Ａｓ
部）の温度履歴である。まず、再びＡｓ部の温度を戻す
ようアンプル内のＡｓ蒸気圧を制御するアンプル端の温
度を５８０℃〜６３０℃、好ましくは６００℃〜６２０
℃に保ち、その後結晶部分の温度は転位の増加発生を避
けるために、結晶成長時と同程度の温度変化率にて結晶
部分全体を１０００〜１２００℃のある温度に均一にな
るように製造炉の温度分布を変更制御する。そのまま５
〜１００時間保持しアニールした後に、Ａｓ部圧力を制
御するアンプル端の温度を５８０℃〜６３０℃、さらに
好ましくは６００℃〜６２０℃に制御したまま、結晶部
分の温度を１００〜５００℃／ｈの速度にて少なくとも
４００℃以下まで降温しその後Ａｓ部の温度も降温す
る。
【００１７】保持する温度が１０００℃より低いと熱処
理により高抵抗化するという効果が安定して得られな
い。また、１２００℃より高いとＧａＡｓの融点に近い
ため結晶の融解危険性が増し好ましくない。また、アン
プル内のＡｓ蒸気圧及び結晶部の降温速度が上記範囲以
外では比抵抗が１０7 以上の安定的な高抵抗にならない
という不都合が生じる。また、保持時間が５時間以下で
は熱処理の効果が現れず、１００時間以上になると既に
十分高抵抗化しており継続は不要である。
理により高抵抗化するという効果が安定して得られな
い。また、１２００℃より高いとＧａＡｓの融点に近い
ため結晶の融解危険性が増し好ましくない。また、アン
プル内のＡｓ蒸気圧及び結晶部の降温速度が上記範囲以
外では比抵抗が１０7 以上の安定的な高抵抗にならない
という不都合が生じる。また、保持時間が５時間以下で
は熱処理の効果が現れず、１００時間以上になると既に
十分高抵抗化しており継続は不要である。
【００１８】第２の例の詳細説明を以下に示し、上記説
明と同様にして結晶を育成した後に降温プロセスに入る
が、この降温プロセス以降が以下のように異なる。その
温度プロファイルを図２に示す。図中２１は降温のプロ
セスで、２２は熱処理のプロセス、２３は結晶部分の温
度履歴、２４はＡｓ蒸気圧を制御するアンプル端（Ａｓ
部）の温度履歴である。
明と同様にして結晶を育成した後に降温プロセスに入る
が、この降温プロセス以降が以下のように異なる。その
温度プロファイルを図２に示す。図中２１は降温のプロ
セスで、２２は熱処理のプロセス、２３は結晶部分の温
度履歴、２４はＡｓ蒸気圧を制御するアンプル端（Ａｓ
部）の温度履歴である。
【００１９】まず、結晶部分及びＡｓ部分をともに４０
０℃以下まで降温した後に、アンプル端温度を５８０℃
〜６３０℃に上昇させた後、結晶部の温度を５００℃／
ｈ未満の速度で１０００〜１２００℃に昇温する。この
速度以上では、結晶中に欠陥が増加発生するため好まし
くない。５〜１００時間保持しアニールした後に、Ａｓ
部圧力を制御するアンプル端の温度を５８０℃〜６３０
℃に制御したまま、結晶部分の温度を１００〜５００℃
／ｈの速度にて少なくとも４００℃以下まで降温しその
後Ａｓ部の温度も降温する。
０℃以下まで降温した後に、アンプル端温度を５８０℃
〜６３０℃に上昇させた後、結晶部の温度を５００℃／
ｈ未満の速度で１０００〜１２００℃に昇温する。この
速度以上では、結晶中に欠陥が増加発生するため好まし
くない。５〜１００時間保持しアニールした後に、Ａｓ
部圧力を制御するアンプル端の温度を５８０℃〜６３０
℃に制御したまま、結晶部分の温度を１００〜５００℃
／ｈの速度にて少なくとも４００℃以下まで降温しその
後Ａｓ部の温度も降温する。
【００２０】保持する温度が１０００℃より低いと熱処
理により高抵抗化するという効果が安定して得られな
い。また、１２００℃より高いとＧａＡｓの融点に近い
ため結晶の融解危険性が増し好ましくない。また、Ａｓ
部の温度及び降温速度が上記範囲以外では比抵抗が１０
7 以上の安定的な高抵抗にならないという不都合が生じ
る。また、保持時間が５時間以下では熱処理の効果が現
れず、１００時間以上になると既に十分高抵抗化してお
り継続は不要である。
理により高抵抗化するという効果が安定して得られな
い。また、１２００℃より高いとＧａＡｓの融点に近い
ため結晶の融解危険性が増し好ましくない。また、Ａｓ
部の温度及び降温速度が上記範囲以外では比抵抗が１０
7 以上の安定的な高抵抗にならないという不都合が生じ
る。また、保持時間が５時間以下では熱処理の効果が現
れず、１００時間以上になると既に十分高抵抗化してお
り継続は不要である。
【００２１】上記第２の例は第１の例とは結晶成長後に
一旦４００℃以下に降温する点が異なっており、第２の
例のほうが比抵抗値のばらつきが少なくより均一であ
る。
一旦４００℃以下に降温する点が異なっており、第２の
例のほうが比抵抗値のばらつきが少なくより均一であ
る。
【００２２】第３の例の詳細説明を以下に示す。上記説
明と同様にして成長した結晶を室温まで降温した後に、
結晶インゴット、結晶ブロックまたはウエハを切り出し
金属Ａｓとともに石英アンプル内に真空封入する。ウエ
ハはほぼ（１００）面であることが、その後のデバイス
作成上からは好ましい。また、ウエハ化あるいはインゴ
ット化の際にＧａＡｓ表面に付着している不純物を除去
するためにエッチングをすることが好ましい。
明と同様にして成長した結晶を室温まで降温した後に、
結晶インゴット、結晶ブロックまたはウエハを切り出し
金属Ａｓとともに石英アンプル内に真空封入する。ウエ
ハはほぼ（１００）面であることが、その後のデバイス
作成上からは好ましい。また、ウエハ化あるいはインゴ
ット化の際にＧａＡｓ表面に付着している不純物を除去
するためにエッチングをすることが好ましい。
【００２３】熱処理プロセスの温度プロファイルを図３
に示す。図中３１は結晶インゴット、結晶ブロックまた
はウエハ部分の温度履歴、３２はアンプル内のＡｓ蒸気
圧に相当する温度履歴である。金属Ａｓの量は、１００
０〜１２００℃のアニール温度においてアンプル内のＡ
ｓガス圧が０．９〜１．１気圧になる量である。このア
ンプルを熱処理炉にいれ、５０〜５００℃／ｈの速度で
１０００〜１２００℃まで昇温し５〜１００時間保持し
アニールした後に１００〜５００℃／ｈの速度で室温ま
で降温する。
に示す。図中３１は結晶インゴット、結晶ブロックまた
はウエハ部分の温度履歴、３２はアンプル内のＡｓ蒸気
圧に相当する温度履歴である。金属Ａｓの量は、１００
０〜１２００℃のアニール温度においてアンプル内のＡ
ｓガス圧が０．９〜１．１気圧になる量である。このア
ンプルを熱処理炉にいれ、５０〜５００℃／ｈの速度で
１０００〜１２００℃まで昇温し５〜１００時間保持し
アニールした後に１００〜５００℃／ｈの速度で室温ま
で降温する。
【００２４】第３の例は、第１、第２の例よりより均一
性が増し、さらにアンプル中に異なったインゴットを同
時にいれ熱処理できることより、インゴット間の特性の
ばらつきを均一にすることができるという利点がある。
性が増し、さらにアンプル中に異なったインゴットを同
時にいれ熱処理できることより、インゴット間の特性の
ばらつきを均一にすることができるという利点がある。
【００２５】
【作用】上述したように石英アンプル、Ｂ2 Ｏ3 、ＰＢ
Ｎ坩堝を用いたボート法でアズグロウンで高抵抗化せず
半絶縁性を示さない理由は、結晶固化後の降温等で経過
する熱履歴が不適当であるために生じているということ
が、本発明者らが鋭意実験を重ねた結果判明した。
Ｎ坩堝を用いたボート法でアズグロウンで高抵抗化せず
半絶縁性を示さない理由は、結晶固化後の降温等で経過
する熱履歴が不適当であるために生じているということ
が、本発明者らが鋭意実験を重ねた結果判明した。
【００２６】具体的には、ボート法では図７に示すよう
な温度履歴で降温していた。図において５１は結晶部分
の温度履歴、５２はアンプル内の砒素圧力を制御してい
るアンプル端（Ａｓ部）の温度履歴である。すなわち、
結晶部分の降温と連動してＡｓ部の温度も降温してお
り、また結晶部分の降温速度も５０℃／ｈ程度であっ
た。この場合、比抵抗の値は１０3 〜１０6 であった。
本発明者らは石英アンプル、ＰＢＮ坩堝、Ｂ2 Ｏ3 の系
では比抵抗の値とＡｓ部の制御温度（Ａｓガス圧力）や
結晶部分の降温速度との間には以下のような相関関係が
あることを見いだした。
な温度履歴で降温していた。図において５１は結晶部分
の温度履歴、５２はアンプル内の砒素圧力を制御してい
るアンプル端（Ａｓ部）の温度履歴である。すなわち、
結晶部分の降温と連動してＡｓ部の温度も降温してお
り、また結晶部分の降温速度も５０℃／ｈ程度であっ
た。この場合、比抵抗の値は１０3 〜１０6 であった。
本発明者らは石英アンプル、ＰＢＮ坩堝、Ｂ2 Ｏ3 の系
では比抵抗の値とＡｓ部の制御温度（Ａｓガス圧力）や
結晶部分の降温速度との間には以下のような相関関係が
あることを見いだした。
【００２７】図４には比抵抗の値とＡｓ部の制御温度
（Ａｓガス圧力）の関係を、図５には比抵抗の値と結晶
部分の降温速度の関係を示した。Ａｓの圧力が１気圧か
ら離れるに従って比抵抗の値は減少することがわかる。
また、降温速度が遅過ぎたりまた早過ぎるほど比抵抗の
値は減少することがわかる。これら実験事実を説明する
機構は必ずしも明らかでないが、熱処理により発生する
点欠陥がアズグロウンの状態とは異なり、ドナーとアク
セプターが補償されて半絶縁性を示すものと推定され、
適正な点欠陥の発生がＡｓ圧と降温速度の適正な範囲で
のみ得られるためであると推定される。
（Ａｓガス圧力）の関係を、図５には比抵抗の値と結晶
部分の降温速度の関係を示した。Ａｓの圧力が１気圧か
ら離れるに従って比抵抗の値は減少することがわかる。
また、降温速度が遅過ぎたりまた早過ぎるほど比抵抗の
値は減少することがわかる。これら実験事実を説明する
機構は必ずしも明らかでないが、熱処理により発生する
点欠陥がアズグロウンの状態とは異なり、ドナーとアク
セプターが補償されて半絶縁性を示すものと推定され、
適正な点欠陥の発生がＡｓ圧と降温速度の適正な範囲で
のみ得られるためであると推定される。
【００２８】
（実施例１）本発明方法に用いる装置を図６に示す。一
端に種結晶４５を載置したＰＢＮ製のボート４２に、２
５ｇのＢ2 Ｏ3 ４４と３００ｇの原料Ｇａ４３を入れ、
これを石英製アンプル４１の一端に置き、他端には３５
０ｇの原料Ａｓ４６を置き、その間に拡散バリア４７と
してキャピラリーを置き真空封着した。これを結晶成長
用のボート炉に入れ、Ａｓ部（Ａｓ蒸気圧を制御するた
めに温度をコントロールするアンプル端の位置４８）の
温度を６１７℃に保持しながら約５０時間で種結晶側か
ら徐々に固化させ、固化工程最終部に於いてＡｓ部温度
を降下して固化を終了して単結晶を得た。その後、再び
Ａｓ部温度を６１７℃に上昇させ、結晶部分の温度が結
晶成長時と同程度の温度変化率にて結晶部分全体を１１
５０℃の温度になるよう製造炉の温度分布を制御し、そ
のまま２４時間保持した後に、Ａｓ部温度は６１７℃に
制御したまま結晶部分の温度を３００℃／ｈの速度にて
４００℃以下まで降温した。その後Ａｓ部の温度も室温
まで降温した。
端に種結晶４５を載置したＰＢＮ製のボート４２に、２
５ｇのＢ2 Ｏ3 ４４と３００ｇの原料Ｇａ４３を入れ、
これを石英製アンプル４１の一端に置き、他端には３５
０ｇの原料Ａｓ４６を置き、その間に拡散バリア４７と
してキャピラリーを置き真空封着した。これを結晶成長
用のボート炉に入れ、Ａｓ部（Ａｓ蒸気圧を制御するた
めに温度をコントロールするアンプル端の位置４８）の
温度を６１７℃に保持しながら約５０時間で種結晶側か
ら徐々に固化させ、固化工程最終部に於いてＡｓ部温度
を降下して固化を終了して単結晶を得た。その後、再び
Ａｓ部温度を６１７℃に上昇させ、結晶部分の温度が結
晶成長時と同程度の温度変化率にて結晶部分全体を１１
５０℃の温度になるよう製造炉の温度分布を制御し、そ
のまま２４時間保持した後に、Ａｓ部温度は６１７℃に
制御したまま結晶部分の温度を３００℃／ｈの速度にて
４００℃以下まで降温した。その後Ａｓ部の温度も室温
まで降温した。
【００２９】この結晶よりウエハを切り出しホール測定
を実施した結果、比抵抗の値は３〜５×１０8 ｃｍであ
り半絶縁性でしかもばらつきも少ない結晶であることが
わかった。
を実施した結果、比抵抗の値は３〜５×１０8 ｃｍであ
り半絶縁性でしかもばらつきも少ない結晶であることが
わかった。
【００３０】（実施例２）ＰＢＮ製のボートに２５ｇの
Ｂ2 Ｏ3 と３００ｇのＧａを入れ、これをアンプルの一
端に置き、他端には３５０ｇのＡｓを置き、その間に拡
散バリアとしてキャピラリーを置き真空封着した。これ
を結晶成長用のボート炉に入れ、Ａｓ部温度を６１７℃
に保持しながら約５０時間で種結晶側から徐々に固化さ
せ、固化工程最終部に於いてＡｓ部温度を降下して固化
を終了して単結晶を得た。その後、結晶部分は７０℃／
ｈの降温速度で、Ａｓ部分は３５℃／ｈの降温速度で室
温まで冷却した。
Ｂ2 Ｏ3 と３００ｇのＧａを入れ、これをアンプルの一
端に置き、他端には３５０ｇのＡｓを置き、その間に拡
散バリアとしてキャピラリーを置き真空封着した。これ
を結晶成長用のボート炉に入れ、Ａｓ部温度を６１７℃
に保持しながら約５０時間で種結晶側から徐々に固化さ
せ、固化工程最終部に於いてＡｓ部温度を降下して固化
を終了して単結晶を得た。その後、結晶部分は７０℃／
ｈの降温速度で、Ａｓ部分は３５℃／ｈの降温速度で室
温まで冷却した。
【００３１】このアンプルを再びＡｓ部温度を６１７℃
に上昇させたのち、結晶部の温度を３００℃／ｈの昇温
速度で１１５０℃に昇温し２４時間保持し、その後アン
プルのＡｓ載置端の温度を６１７℃に制御したまま結晶
部分の温度を３００℃／ｈの速度にて４００℃以下まで
降温した。その後Ａｓ部の温度も室温まで降温した。こ
の結晶よりウエハを切り出しホール測定を実施した結
果、比抵抗の値は４〜５×１０8 ｃｍであり半絶縁性で
しかもばらつきも少ない結晶であることがわかった。
に上昇させたのち、結晶部の温度を３００℃／ｈの昇温
速度で１１５０℃に昇温し２４時間保持し、その後アン
プルのＡｓ載置端の温度を６１７℃に制御したまま結晶
部分の温度を３００℃／ｈの速度にて４００℃以下まで
降温した。その後Ａｓ部の温度も室温まで降温した。こ
の結晶よりウエハを切り出しホール測定を実施した結
果、比抵抗の値は４〜５×１０8 ｃｍであり半絶縁性で
しかもばらつきも少ない結晶であることがわかった。
【００３２】（実施例３）ＰＢＮ製のボートに２５ｇの
Ｂ2 Ｏ3 と３００ｇのＧａを入れ、これをアンプルの一
端に置き、他端には３５０ｇのＡｓを置き、その間に拡
散バリアとしてキャピラリーを置き真空封着した。これ
を結晶成長用のボート炉に入れ、約５０時間で種結晶側
から徐々に固化させ単結晶を得た。その後、７０℃／ｈ
の降温速度で室温まで冷却した。この結晶よりウエハを
切り出しホール測定を実施した結果、比抵抗の値は１０
4 〜１０7 ｃｍであり半絶縁性とは言いがたく、またば
らつきも非常に大きかった。
Ｂ2 Ｏ3 と３００ｇのＧａを入れ、これをアンプルの一
端に置き、他端には３５０ｇのＡｓを置き、その間に拡
散バリアとしてキャピラリーを置き真空封着した。これ
を結晶成長用のボート炉に入れ、約５０時間で種結晶側
から徐々に固化させ単結晶を得た。その後、７０℃／ｈ
の降温速度で室温まで冷却した。この結晶よりウエハを
切り出しホール測定を実施した結果、比抵抗の値は１０
4 〜１０7 ｃｍであり半絶縁性とは言いがたく、またば
らつきも非常に大きかった。
【００３３】次にこの結晶より切り出したウエハ数枚を
まず、硫酸過水エッチャント８０℃、６分でミラーエッ
チングし表面をきれいにした後、石英アンプル内（７５
φ、４５０ｍｍ）に５ｇの金属Ａｓと供に真空封入し
た。このアンプルを熱処理炉内に挿入し、３００℃／ｈ
の速度で１１５０℃まで昇温し、１０時間保持した後同
じ速度で室温まで降温した。なお、１１５０℃にはアン
プル全体がほぼ均一に保持された。この熱処理されたウ
エハの表面を同様にミラーエッチングして表面層を除去
した後ホール測定を実施した結果、比抵抗の値は４〜５
×１０8 であり半絶縁性でしかもばらつきも小さいウエ
ハが得られた。
まず、硫酸過水エッチャント８０℃、６分でミラーエッ
チングし表面をきれいにした後、石英アンプル内（７５
φ、４５０ｍｍ）に５ｇの金属Ａｓと供に真空封入し
た。このアンプルを熱処理炉内に挿入し、３００℃／ｈ
の速度で１１５０℃まで昇温し、１０時間保持した後同
じ速度で室温まで降温した。なお、１１５０℃にはアン
プル全体がほぼ均一に保持された。この熱処理されたウ
エハの表面を同様にミラーエッチングして表面層を除去
した後ホール測定を実施した結果、比抵抗の値は４〜５
×１０8 であり半絶縁性でしかもばらつきも小さいウエ
ハが得られた。
【００３４】
【発明の効果】ＧａＡｓＩＣの集積度が上がり、ゲート
長が短くなればなるほどゲート部分に転位が存在した場
合、特性に悪影響を与えることが予想されるため、低転
位密度の半絶縁性単結晶が望まれる。ＰＢＮ坩堝、Ｂ2
Ｏ3 、石英アンプルを用いた系に於いては低転位密度が
得られ、かつ本発明により安定的に半絶縁性が得られる
ため、上記要求に応えることができ工業的価値は大であ
る。
長が短くなればなるほどゲート部分に転位が存在した場
合、特性に悪影響を与えることが予想されるため、低転
位密度の半絶縁性単結晶が望まれる。ＰＢＮ坩堝、Ｂ2
Ｏ3 、石英アンプルを用いた系に於いては低転位密度が
得られ、かつ本発明により安定的に半絶縁性が得られる
ため、上記要求に応えることができ工業的価値は大であ
る。
【００３５】なお、ボート法以外でも、ＰＢＮ坩堝、Ｂ
2 Ｏ3 、石英アンプルを用いた系であれば本発明と同様
の熱処理が適用できるはずであり、たとえば縦型のボー
ト法にも適用できることは言うまでもない。
2 Ｏ3 、石英アンプルを用いた系であれば本発明と同様
の熱処理が適用できるはずであり、たとえば縦型のボー
ト法にも適用できることは言うまでもない。
【図１】本発明の一実施例の温度履歴を示したグラフ。
【図２】本発明の一実施例の温度履歴を示したグラフ。
【図３】本発明の一実施例の温度履歴を示したグラフ。
【図４】本発明の作用を説明する比抵抗と砒素蒸気圧の
関係を示すグラフ。
関係を示すグラフ。
【図５】本発明の作用を説明する比抵抗と降温速度の関
係を示すグラフ。
係を示すグラフ。
【図６】本発明の結晶を育成する装置の一実施例を示し
た側断面図。
た側断面図。
【図７】従来の降温プロセスを示した温度履歴のグラ
フ。
フ。
１：結晶部分の温度履歴 ２：砒素蒸気圧を制御するアンプル端の温度履歴 ２１：降温のプロセス ２２：熱処理のプロセス ２３：結晶部分の温度履歴 ２４：砒素蒸気圧を制御するアンプル端の温度履歴 ３１：ウエハあるいはブロックあるいはインゴット部分
の温度履歴 ３２：アンプル内の砒素蒸気圧に相当する温度履歴 ４１：石英製アンプル ４２：ＰＢＮ製ボート ４３：原料Ｇａ ４４：Ｂ2 Ｏ3 ４５：種結晶 ４６：原料Ａｓ ４７：拡散バリア ４８：Ａｓ蒸気圧を制御するために温度をコントロール
するアンプル端の位置 ５１：結晶部分の温度履歴 ５２：砒素蒸気圧を制御するアンプル端の温度履歴
の温度履歴 ３２：アンプル内の砒素蒸気圧に相当する温度履歴 ４１：石英製アンプル ４２：ＰＢＮ製ボート ４３：原料Ｇａ ４４：Ｂ2 Ｏ3 ４５：種結晶 ４６：原料Ａｓ ４７：拡散バリア ４８：Ａｓ蒸気圧を制御するために温度をコントロール
するアンプル端の位置 ５１：結晶部分の温度履歴 ５２：砒素蒸気圧を制御するアンプル端の温度履歴
Claims (4)
- 【請求項１】ガリウム砒素化合物半導体単結晶を育成後
の降温中、砒素蒸気圧力を結晶部分の温度と連動して独
立に制御しながら熱処理を行うことを特徴とする半絶縁
性ガリウム砒素化合物半導体単結晶の製造方法。 - 【請求項２】育成すべき結晶原料を収納するＰＢＮ製坩
堝と、封止剤として前記ＰＢＮ製坩堝中の結晶原料に添
加するＢ2 Ｏ3 と、前記ＰＢＮ製坩堝をその中に配置す
る石英製アンプルとを少なくとも用いてガリウム砒素化
合物半導体単結晶を育成した後の降温過程において、結
晶部分の温度を１０００℃〜１２００℃で５〜１００時
間アニールし、しかる後に１００〜５００℃／ｈの降温
速度で室温まで降温する方法であって、前記アニールの
期間及び少なくとも結晶部分の温度が４００℃以下にな
るまでの間、アンプル内の砒素蒸気圧を制御するアンプ
ル端の温度を５８０℃〜６３０℃に制御しながら熱処理
を行う請求項１記載の半絶縁性ガリウム砒素化合物半導
体単結晶の製造方法。 - 【請求項３】育成すべき結晶原料を収納するＰＢＮ製坩
堝と、封止剤として前記ＰＢＮ製坩堝中の結晶原料に添
加するＢ2 Ｏ3 と、前記ＰＢＮ製坩堝をその中に配置す
る石英製アンプルとを少なくとも用いてガリウム砒素化
合物半導体単結晶を育成した後の降温過程に於いて、４
００℃以下まで降温したアンプルを引き続きまずアンプ
ル内の砒素蒸気圧を制御するアンプル端の温度を５８０
℃〜６３０℃に制御し、その後に結晶部分の温度を５０
０℃／ｈ未満の速度で昇温し、その後に結晶部分の温度
を１０００℃〜１２００℃で５〜１００時間アニール
し、しかる後に１００〜５００℃／ｈの降温速度で室温
まで降温する方法であって、前記アニールの期間及び少
なくとも結晶部分の温度が４００℃以下になるまでの間
アンプル内の砒素蒸気圧を制御するアンプル端の温度を
５８０℃〜６３０℃に制御しながら熱処理を行う請求項
１記載の半絶縁性ガリウム砒素化合物半導体単結晶の製
造方法。 - 【請求項４】育成すべき結晶原料を収納するＰＢＮ製坩
堝と、封止剤として前記ＰＢＮ製坩堝中の結晶原料に添
加するＢ2 Ｏ3 と、前記ＰＢＮ製坩堝をその中に配置す
る石英製アンプルとを少なくとも用いて育成したガリウ
ム砒素化合物半導体単結晶の少なくとも１部を石英製ア
ンプル内に金属砒素とともに真空封入し、このアンプル
全体を５００℃／ｈ未満の速度で昇温し、その後に結晶
部分の温度を１０００℃〜１２００℃で５〜１００時間
アニールし、しかる後に１００〜５００℃／Ｈの降温速
度で室温まで降温する方法であって、前記金属砒素の量
がアニール温度でアンプル内を０．９〜１．１気圧の蒸
気圧になる量とされている請求項１記載の半絶縁性ガリ
ウム砒素化合物半導体単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8927493A JPH06279198A (ja) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | 半絶縁性ガリウム砒素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 |
|---|---|---|---|
| JP8927493A JPH06279198A (ja) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | 半絶縁性ガリウム砒素化合物半導体単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06279198A true JPH06279198A (ja) | 1994-10-04 |
Family
ID=13966163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8927493A Pending JPH06279198A (ja) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | 半絶縁性ガリウム砒素化合物半導体単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06279198A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100359229B1 (ko) * | 2000-03-15 | 2002-11-04 | 네오세미테크 주식회사 | ＶＧＦ법에 의한 고품위 ｎ-형 ＧａＡｓ 단결정 성장방법 |
| JP2016519642A (ja) * | 2013-03-27 | 2016-07-07 | ベイジン トンメイ クリスタル テクノロジー カンパニー リミテッド | 半導体基板中の制御可能な酸素濃度 |
-
1993
- 1993-03-24 JP JP8927493A patent/JPH06279198A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100359229B1 (ko) * | 2000-03-15 | 2002-11-04 | 네오세미테크 주식회사 | ＶＧＦ법에 의한 고품위 ｎ-형 ＧａＡｓ 단결정 성장방법 |
| JP2016519642A (ja) * | 2013-03-27 | 2016-07-07 | ベイジン トンメイ クリスタル テクノロジー カンパニー リミテッド | 半導体基板中の制御可能な酸素濃度 |
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