JPH0710678A - Wafer of compound semiconductor single crystal, its production process and epitaxial growth - Google Patents

Wafer of compound semiconductor single crystal, its production process and epitaxial growth

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JPH0710678A
JPH0710678A JP18068493A JP18068493A JPH0710678A JP H0710678 A JPH0710678 A JP H0710678A JP 18068493 A JP18068493 A JP 18068493A JP 18068493 A JP18068493 A JP 18068493A JP H0710678 A JPH0710678 A JP H0710678A
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JP
Japan
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wafer
crystal
compound semiconductor
single crystal
semiconductor single
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Murata
浩一 村田
Tomoyuki Ishihara
知幸 石原
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AGC Inc
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Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Abstract

PURPOSE:To produce single crystal wafer of compound semiconductor which can form uniform membrane on the epitaxial growth by the boat method. CONSTITUTION:The concentration deviation of contaminants added to the crystal is made large, namely + or -6% or higher in the wafer face cut out of the single crystal of the compound semiconductor produced by the boat method. Further, the crystal is allowed to grow so that the angle theta between the face of the wafer 2 to be cut out and the crystal growth interface 1a, 1b is set over 30 deg..

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、水平ブリジッマン法
(HB法)、温度傾斜法(GF法)、ゾーンメルト法な
どの、ボート法による化合物半導体結晶ウエハの製造方
法、及び、これらの製造方法で作成されたウエハを基板
とする、液相エピタキシャル成長、気相エピタキシャル
成長、分子線エピタキシャル成長等のエピタキシャル成
長方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a compound semiconductor crystal wafer by a boat method such as a horizontal Brissigman method (HB method), a temperature gradient method (GF method), a zone melt method, and the like. The present invention relates to an epitaxial growth method such as liquid phase epitaxial growth, vapor phase epitaxial growth, molecular beam epitaxial growth, etc., using the wafer prepared in 1. as a substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】化合物半導体単結晶ウエハの用途として
は、IC等の電子デバイス用基板あるいは半導体レーザ
等の光デバイス用基板等がある。IC用基板ではエピタ
キシャル成長を行わないものもあるが、多くの場合エピ
タキシャル成長を行っている。ここでは、最も代表的な
例としてGaAsについて説明する。
2. Description of the Related Art Applications of compound semiconductor single crystal wafers include substrates for electronic devices such as ICs and substrates for optical devices such as semiconductor lasers. Some IC substrates do not perform epitaxial growth, but in most cases they do. Here, GaAs will be described as the most typical example.

【0003】電子デバイス用基板としては、LEC法な
どにより製造されるノンドープ半絶縁性のウエハと、ボ
ート法により製造されるCrドープ半絶縁性ウエハがあ
る。また、光デバイス用基板としては、SiやZnをド
ープしたウエハを使用することが一般的である。また、
ウエハの結晶方位としては、(100)面を使用するの
が一般的である。
Substrates for electronic devices include non-doped semi-insulating wafers manufactured by the LEC method and Cr-doped semi-insulating wafers manufactured by the boat method. Further, a wafer doped with Si or Zn is generally used as a substrate for an optical device. Also,
The (100) plane is generally used as the crystal orientation of the wafer.

【0004】前記ウエハのなかで不純物としてCr、S
i、Znなどをドーピングしたウエハを用いてデバイス
を作成するにあたっては、特にウエハ基板にエピタキシ
ャル成長させることが一般的である。
In the wafer, Cr, S as impurities
When a device is formed using a wafer doped with i, Zn, etc., it is common to grow epitaxially on a wafer substrate.

【0005】従来これらのデバイス作成には基板の不純
物濃度の偏差が悪影響すると考えられていた。このた
め、できる限りウエハ中の不純物濃度分布を均一にした
ウエハを製造する方法が開発されてきた。
Conventionally, it has been considered that the deviation of the impurity concentration of the substrate adversely affects the production of these devices. Therefore, a method of manufacturing a wafer in which the impurity concentration distribution in the wafer is made as uniform as possible has been developed.

【0006】従来、この不純物濃度偏差を小さくするた
めに開発された代表例として特開昭54−141388
号がある。これに示されるように、GaAs単結晶をボ
ート法で育成する場合には、結晶の<111>方向に等
価な方向をボートの長手方向に平行にし、前記<111
>方向と54.7゜傾いたウエハ切り出し面である(1
00)等価面にほぼ平行になるように、結晶成長固液界
面形状を保つことが行われていた。この方法で得られる
(100)面ウエハは、固液界面がこの(100)ウエ
ハ面とほぼ平行であるために、ウエハ面内の不純物濃度
のばらつき偏差を±3%以下と小さくすることができて
いる。
[0006] As a typical example conventionally developed to reduce this impurity concentration deviation, Japanese Patent Laid-Open No. 54-141388.
There is an issue. As shown in this, when growing a GaAs single crystal by the boat method, the direction equivalent to the <111> direction of the crystal is made parallel to the longitudinal direction of the boat, and
> It is a wafer cutting surface that is inclined 54.7 ° with respect to the direction (1
(00) The crystal growth solid-liquid interface shape was maintained so as to be substantially parallel to the equivalent plane. Since the solid-liquid interface of the (100) plane wafer obtained by this method is substantially parallel to this (100) wafer plane, the variation deviation of the impurity concentration within the wafer plane can be reduced to ± 3% or less. ing.

【0007】しかし、このようなウエハ基板でエピタキ
シャル成長を行うと、エピタキシャル成長した膜厚の面
内分布に微小なゆらぎが生ずることがある。近年素子サ
イズの縮小化や、半導体レーザなどの高出力化、あるい
は多くの素子をチップ内に集積する技術の進歩により、
この小さな膜厚分布のゆらぎが素子特性のばらつきに問
題を与えることがしばしば発生している。
However, when epitaxial growth is carried out on such a wafer substrate, minute fluctuations may occur in the in-plane distribution of the epitaxially grown film thickness. In recent years, due to the reduction in element size, the increase in output of semiconductor lasers, etc., and the progress of technology for integrating many elements in a chip,
This small fluctuation in the film thickness distribution often causes a problem in variations in device characteristics.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術の前述の欠点、すなわち従来のウエハ基板に発生し
ていたエピタキシャル成長膜の膜厚分布のゆらぎの解消
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art, that is, the fluctuation of the film thickness distribution of the epitaxially grown film which has occurred in the conventional wafer substrate.

【0009】[0009]

【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、第1の発明として、
ボート法により製造された化合物半導体単結晶から製造
されるウエハにおいて、不純物を添加された原料融液を
用いて育成された化合物半導体単結晶より切り出したウ
エハの面内における前記不純物の濃度偏差を±6%以上
としたことを特徴とする化合物半導単体結晶ウエハを提
供する。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and as a first invention,
In the wafer manufactured from the compound semiconductor single crystal manufactured by the boat method, the concentration deviation of the impurities in the plane of the wafer cut out from the compound semiconductor single crystal grown using the impurity-added raw material melt is ± A compound semiconductor single crystal wafer having a content of 6% or more is provided.

【0010】第1の発明において、ボート法により製造
された化合物半導体単結晶から製造されるウエハにおい
て、偏析係数1以下の不純物を添加された原料融液を用
いて育成した結晶から結晶長手方向に対し垂直から30
度以内の角度でウエハを切り出し、育成された結晶の直
胴部のテール付近から切り出されたウエハ面内の不純物
濃度偏差が±6%以上±40%以下とすることが好まし
い。
In the first invention, in a wafer manufactured from a compound semiconductor single crystal manufactured by the boat method, from a crystal grown using a raw material melt added with an impurity having a segregation coefficient of 1 or less, in the crystal longitudinal direction. From the vertical 30
It is preferable that the wafer is cut out at an angle within a range of ± 6% or more and ± 40% or less in the impurity concentration within the wafer surface cut out from the vicinity of the tail of the straight body of the grown crystal.

【0011】第2の発明として、ボート法により製造さ
れた化合物半導体単結晶から製造されるウエハにおい
て、前記結晶の成長界面が(111)等価面と非平行に
なるよう育成された化合物半導体単結晶から切り出した
ウエハの面内の少なくとも半分以上の部分で、実質的に
前記結晶成長界面と切り出すウエハ面とのなす角が30
度以上であることを特徴とする化合物半導体単結晶ウエ
ハを提供する。
As a second invention, in a wafer manufactured from a compound semiconductor single crystal manufactured by a boat method, a compound semiconductor single crystal grown so that a growth interface of the crystal is not parallel to a (111) equivalent plane. The angle between the crystal growth interface and the wafer surface cut out is substantially 30 in at least half of the wafer surface cut out from the wafer.
Provided is a compound semiconductor single crystal wafer characterized by having a degree of rotation of not less than 100 degrees.

【0012】第3の発明として、ボート法により製造さ
れた化合物半導体単結晶からウエハを製造する方法にお
いて、結晶育成装置炉内の結晶成長界面付近の炉長手方
向及び炉上下方向のそれぞれの温度勾配を固化率により
変化させることにより、育成された結晶から切り出され
たウエハ面内の不純物濃度分が、ウエハ切り出し位置に
より大きく変化しないようにすることを特徴とする化合
物半導体単結晶ウエハの製造方法を提供する。
As a third invention, in a method of manufacturing a wafer from a compound semiconductor single crystal manufactured by a boat method, in the furnace of a crystal growing apparatus, temperature gradients in the longitudinal direction of the crystal growth interface and in the vertical direction of the furnace are respectively present. The method for manufacturing a compound semiconductor single crystal wafer is characterized in that the impurity concentration in the wafer plane cut out from the grown crystal is prevented from largely changing depending on the wafer cut-out position by changing the solidification rate depending on the solidification rate. provide.

【0013】第3の発明において、ボート法により製造
された化合物半導体単結晶からウエハを製造する方法に
おいて、育成すべき化合物半導体単結晶が閃亜鉛鉱型結
晶構造を有し、育成される化合物半導体単結晶の<10
0>方向に等価な一つの方向が、ボートの長手方向から
30度以内とされていることが好ましい。
In the third invention, in the method for producing a wafer from a compound semiconductor single crystal produced by the boat method, the compound semiconductor single crystal to be grown has a zinc blende type crystal structure and is grown. Single crystal <10
It is preferable that one direction equivalent to the 0> direction is within 30 degrees from the longitudinal direction of the boat.

【0014】さらに、これらの方法で製造された化合物
半導体単結晶ウエハを基板とし、前記基板上にエピタキ
シャル成長により半導体層を積層させることを特徴とす
るエピタキシャル成長方法を提供する。
Further provided is an epitaxial growth method characterized in that a compound semiconductor single crystal wafer manufactured by these methods is used as a substrate and a semiconductor layer is laminated on the substrate by epitaxial growth.

【0015】以下、本発明の構成を詳しく説明する。化
合物半導体の製造方法としては、ボート法と引き上げ法
がよく知られている。一般的にボート法は、引き上げ法
に比べて温度勾配が小さく結晶欠陥の少ない単結晶を育
成できる特徴がある。
The structure of the present invention will be described in detail below. As a method of manufacturing a compound semiconductor, the boat method and the pulling method are well known. In general, the boat method has a feature that a single crystal having a smaller temperature gradient and less crystal defects can be grown as compared with the pulling method.

【0016】ボート法には水平ブリジッマン法(HB
法)、ゾーンメルト法などの、結晶成長界面の位置が概
ね結晶育成炉ヒーターに対し相対的に固定された方法
と、結晶成長界面の位置が結晶育成炉に対し相対的に移
動する温度傾斜法(GF法)がある。いずれも長尺なボ
ートに原料融液をいれ、ボートの長手方向に温度勾配を
設けた横型炉内でボート一端から結晶固化して単結晶を
育成する方法である。
The boat method includes a horizontal Brissigman method (HB
Method), zone melt method, etc., in which the position of the crystal growth interface is fixed relatively to the crystal growth furnace heater, and a temperature gradient method in which the position of the crystal growth interface moves relatively to the crystal growth furnace. (GF method). In either method, the raw material melt is put in a long boat and the single crystal is grown by crystallizing from one end of the boat in a horizontal furnace having a temperature gradient in the longitudinal direction of the boat.

【0017】結晶中にドーピングされた不純物の結晶中
濃度Cは、結晶各位置での結晶固化率g、偏析係数k及
び初期の原料融液中の不純物平均濃度C0 により次式
(1)で決定される。 C=k×C0 ×(1−g)k-1 ・・(1)
The concentration C of the impurity doped in the crystal in the crystal is calculated by the following equation (1) according to the crystal solidification rate g at each crystal position, the segregation coefficient k, and the average impurity concentration C 0 in the initial raw material melt. It is determined. C = k × C 0 × (1-g) k-1 ··· (1)

【0018】ここで、C0 は結晶中にドーピングする不
純物量で決定され、またkは育成すべき結晶と不純物の
種類で決まる量であるために、結晶中の濃度分布は固化
率gにより制御する必要がある。切り出すべきウエハ内
に不純物濃度偏差を作成するためには、そのウエハ内で
の実効固化率に分布を付ける必要があることがわかる。
Here, C 0 is determined by the amount of impurities to be doped in the crystal, and k is an amount determined by the type of the crystal to be grown and the type of impurities. Therefore, the concentration distribution in the crystal is controlled by the solidification rate g. There is a need to. It can be seen that in order to create the impurity concentration deviation in the wafer to be cut out, the effective solidification rate in the wafer needs to be distributed.

【0019】切り出すウエハ面内の2点でそれぞれC
1 、C2 の不純物濃度を得るためには、(1)式より、 C1 =k×C0 ×(1−g1k-1 ・・(2) C2 =k×C0 ×(1−g2k-1 ・・(3) となる。ここで、g1 、g2 はそれぞれの点での固化率
を表す。また、前述のウエハ面内の不純物濃度偏差dc
(%)は、 dc =(C2 −C1 )/(C1 +C2 )×100・・(4) と表したとき、(4)式は(2)、(3)式より、 dc =(1−Δg)/(1+Δg)×100・・(5) ここでΔg={(1−g1 )/(1−g2 )}k-1 であ
り、C2 はウエハ面内不純物濃度最大値、C1 は最小値
に対応する。
C at each of two points on the wafer surface to be cut out
In order to obtain the impurity concentrations of 1 and C 2 , from the formula (1), C 1 = k × C 0 × (1-g 1 ) k−1 ·· (2) C 2 = k × C 0 × ( 1-g 2 ) k-1 ··· (3). Here, g 1 and g 2 represent the solidification rate at each point. In addition, the above-mentioned impurity concentration deviation d c in the wafer surface
(%), When expressed as d c = (C 2 -C 1 ) / (C 1 + C 2) × 100 ·· (4), (4) expression (2) and (3), d c = (1-Δg) / (1 + Δg) × 100 · (5) where Δg = {(1-g 1 ) / (1-g 2 )} k−1 , and C 2 is an in-plane impurity on the wafer. The maximum density value, C 1 , corresponds to the minimum value.

【0020】このように、ある所定の不純物濃度偏差を
ウエハ面内に設けるためには、(5)式のような固化率
の分布をウエハ面内に設ければ良いことがわかる。
As described above, in order to provide a certain predetermined impurity concentration deviation within the wafer surface, it is sufficient to provide a distribution of the solidification rate as shown in equation (5) within the wafer surface.

【0021】次に、固化率の分布をウエハ内に作成する
方法について説明する。結晶の固化率gはシーディング
時の融液重量Wm に対し、成長中の結晶化した重量Ws
の比(g=Ws /Wm )であるため、当然のことながら
結晶成長中のある時点での成長固液界面上では同じ固化
率となる。あるウエハ面内に固化率分布を付けるという
ことは、その切り出すべきウエハ面内を固化させる際に
時間的な差を生じさせることになる。このため、成長中
の固液界面と切り出すべきウエハ面とを平行でなく、あ
る角度θで交わるようにすることにより固化率分布をウ
エハ内に作成することができる。
Next, a method for creating a solidification rate distribution in a wafer will be described. The solidification rate g of the crystal is the weight W s of the crystallized crystal during growth with respect to the weight W m of the melt during seeding.
(G = W s / W m ), of course, the solidification rate is the same on the growing solid-liquid interface at a certain point during crystal growth. Providing a solidification rate distribution within a certain wafer surface causes a time difference when solidifying within the wafer surface to be cut out. Therefore, a solidification rate distribution can be created in the wafer by making the solid-liquid interface during growth and the wafer surface to be cut out not parallel to each other but intersect at a certain angle θ.

【0022】簡単のために、図1のような場合を例に考
える。ウエハをボート長手方向に垂直に切り出す場合
に、結晶成長界面形状と切り出しウエハが角θで交わる
とする。育成すべき結晶の全長をL(mm)、成長界面
位置1aのように切り出すべきウエハ位置の自由表面付
近に成長界面があるときの成長距離をd1 (mm)とし
たときの固化率をg1 とする。
For simplicity, let us consider the case as shown in FIG. When a wafer is cut out perpendicularly to the longitudinal direction of the boat, the crystal growth interface shape and the cut out wafer intersect at an angle θ. The solidification rate is g when the total length of the crystal to be grown is L (mm) and the growth distance when the growth interface is near the free surface of the wafer position to be cut out like the growth interface position 1a is d 1 (mm). Set to 1 .

【0023】また、成長界面位置1bのように切り出す
べきウエハ位置のボート底部付近に成長界面位置がある
ときの自由表面成長距離をd2 (mm)としたときの固
化率g2 とする。このときの、ウエハ内不純物濃度とこ
れらの固化率と成長距離の関係を、 g1 =d1 /L、g2 =d2 /L・・(6) として近似することができる。
Further, the solidification rate is g 2 when the free surface growth distance is d 2 (mm) when the growth interface position is near the bottom of the boat at the wafer position to be cut out like the growth interface position 1b. At this time, the relationship between the impurity concentration in the wafer, the solidification rate of these, and the growth distance can be approximated as g 1 = d 1 / L and g 2 = d 2 / L ··· (6).

【0024】結晶の高さH(mm)であり、成長界面形
状と切り出しウエハのなす角がθであるときに、d1
2 間の関係は、 d2 =d1 +H×tanθ、g2 =g1 +(H×tanθ)/L・・(7) と表せる。
When the crystal height is H (mm) and the angle between the growth interface shape and the cut wafer is θ, the relationship between d 1 and d 2 is: d 2 = d 1 + H × tan θ, g 2 = g 1 + (H × tan θ) / L · · (7)

【0025】式(2)、(3)、(4)、(6)、
(7)より成長界面と切り出すべきウエハのなす角θ及
び固化率g1 より、不純物濃度偏差dc (%)を得るこ
とができる。以上のように、結晶の成長界面形状とウエ
ハの切り出し角度を制御することにより、ウエハ内の不
純物濃度分布を制御できることがわかる。ここでは、簡
単化のためにいくつかの仮定をおいて説明したが、現実
のボート形状などに適応するためには、やや複雑になる
が前述の考え方が基本的に使える。また、実際に結晶を
成長するにあたっては、成長界面を完全に平面にするこ
とは難しく、ある曲率をもつのが一般的であるが、この
ような場合でも実質的に問題は生じない。
Equations (2), (3), (4), (6),
From (7), the impurity concentration deviation d c (%) can be obtained from the angle θ between the growth interface and the wafer to be cut and the solidification rate g 1 . As described above, it is understood that the impurity concentration distribution in the wafer can be controlled by controlling the crystal growth interface shape and the wafer cutting angle. Here, some assumptions have been described for simplification, but to adapt to the actual boat shape and the like, the above concept can be basically used although it is slightly complicated. Further, when actually growing a crystal, it is difficult to make the growth interface completely flat, and it is common that the crystal has a certain curvature, but even in such a case, substantially no problem occurs.

【0026】図3には、偏析係数k=0.15のとき
に、ウエハ内不純物濃度偏差dc (%)がそれぞれ±
6、±10、±20%と結晶中で一定になるように、固
化率g1に従い、結晶育成中に成長界面の傾きθを固化
率の小さな領域で大きく、固化率の小さな領域で小さく
徐々に変えた場合の例を示した。このようにθを変化さ
せることにより、結晶ほぼ全体にわたりウエハ内の不純
物濃度偏差dc を一定に制御できるので好ましい。
In FIG. 3, when the segregation coefficient k = 0.15, the in-wafer impurity concentration deviation d c (%) is ±.
According to the solidification rate g 1 , the inclination θ of the growth interface is large in the small solidification area and gradually small in the small solidification area according to the solidification ratio g 1 so as to be constant at 6, ± 10, ± 20%. An example is shown in the case of changing to. By changing θ in this way, the impurity concentration deviation d c in the wafer can be controlled to be constant over almost the entire crystal, which is preferable.

【0027】以上のように、結晶の成長界面形状とウエ
ハの切り出し角度を制御することにより、ウエハ内の不
純物濃度分を制御できることがわかった。ここでは、簡
単化のためにいくつかの仮定を置いて説明したが、現実
のボート形状などに適応するためには、やや複雑になる
が前述の考え方が基本的に使える。また、実際に結晶を
育成するにあたっては、成長界面を完全に平面にするこ
とは難しく、ある曲率を持つのが一般的であるが、この
ような場合でも実質的に問題は生じない。
As described above, it was found that the impurity concentration in the wafer can be controlled by controlling the crystal growth interface shape and the wafer cutting angle. Here, some assumptions are described for simplification, but to adapt to the actual boat shape, etc., the above concept can be basically used although it is slightly complicated. Further, when actually growing a crystal, it is difficult to make the growth interface completely flat and generally has a certain curvature, but even in such a case, there is substantially no problem.

【0028】次に、成長界面形状の制御方法について説
明する。固液界面形状は、結晶製造炉内の固液界面付近
の炉長手方向と上下方向の温度勾配で作られる合成温度
勾配ベクトルの方向に対してほぼ垂直に決定される。つ
まり、長手方向の温度勾配を大きくし、上下方向の温度
勾配を小さくすることにより、固液界面形状を垂直に近
くすることが可能である。
Next, a method of controlling the growth interface shape will be described. The solid-liquid interface shape is determined almost perpendicular to the direction of the synthetic temperature gradient vector formed by the temperature gradient in the furnace longitudinal direction and the vertical direction near the solid-liquid interface in the crystal manufacturing furnace. That is, it is possible to make the solid-liquid interface shape close to vertical by increasing the temperature gradient in the longitudinal direction and decreasing the temperature gradient in the vertical direction.

【0029】このように、固液界面形状を炉内の温度勾
配により制御することにより、切り出すべきウエハとの
なす角θを決定することができ、ウエハ面内の固化率分
布を発生させ、実質的にウエハ内の不純物濃度勾配を作
成することができる。
As described above, by controlling the shape of the solid-liquid interface by the temperature gradient in the furnace, the angle θ with the wafer to be cut can be determined, and the solidification rate distribution in the wafer surface is generated, which is substantially the same. It is possible to create an impurity concentration gradient within the wafer.

【0030】固液界面形状としては、結晶の固化を原料
融液の自由表面から始まりボートの底部に向けて進行さ
せるように、結晶上方と下方では上方をメルト側に出し
て成長させる方が、結晶欠陥の少ない結晶を得ることが
できるので好ましい。
Regarding the solid-liquid interface shape, it is better to let the upper part of the crystal grow above the melt side so that the solidification of the crystal starts from the free surface of the raw material melt and progresses toward the bottom of the boat. It is preferable because a crystal with few crystal defects can be obtained.

【0031】前記第1の発明におけるウエハ面内の不純
物濃度偏差dc としては、添加した不純物により異なる
が、概してdc ≧±6%であることが好ましく、さらに
±8%以上、好ましくは±10%以上が好ましい。さら
に±20%以上の大きな濃度偏差である方がより好まし
い。しかし、±100%以上の濃度偏差があると作成し
たデバイスの素子抵抗がばらつくなどの問題が顕著にな
り、デバイス特性の均質化の点からあまり好ましくな
い。GaAsにSiを添加した場合には、上記の濃度偏
差であることが好ましいが、Znを添加した場合にはd
c ≧±5%でもある程度の効果がある。
The impurity concentration deviation d c within the wafer surface in the first aspect of the present invention is preferably d c ≧ ± 6%, more preferably ± 8% or more, preferably ± 8, although it varies depending on the added impurities. It is preferably 10% or more. Furthermore, a large density deviation of ± 20% or more is more preferable. However, if there is a concentration deviation of ± 100% or more, problems such as variations in element resistance of the created device become remarkable, which is not so preferable from the viewpoint of homogenizing device characteristics. When Si is added to GaAs, the above concentration deviation is preferable, but when Zn is added, d
Even if c ≧ ± 5%, there is some effect.

【0032】図2には、成長界面の傾きθ=60゜のと
きに、偏析係数k=0.15、0.3、0.8の場合
で、それぞれのウエハ上部での固化率g1 に対する、各
ウエハ面内の濃度偏差dc (%)の計算結果を示した。
図からわかるように固化率が1に近づくに従って濃度偏
差dc を大きくすることができるのがわかる。ウエハ内
不純物濃度偏差±6%以上のウエハを得るには、k=
0.15の場合を例にとると、θ=60゜では固化率g
1 が約0.5以上の部分から切り出すことによって得る
ことができる。
FIG. 2 shows the case where the growth interface inclination θ = 60 ° and the segregation coefficients k = 0.15, 0.3, and 0.8 with respect to the solidification rate g 1 at the upper part of each wafer. , And the calculation results of the concentration deviation d c (%) within each wafer surface are shown.
As can be seen from the figure, the concentration deviation d c can be increased as the solidification rate approaches 1. To obtain a wafer with an impurity concentration deviation within the wafer of ± 6% or more, k =
Taking the case of 0.15 as an example, the solidification rate g at θ = 60 °
It can be obtained by cutting out a portion where 1 is about 0.5 or more.

【0033】図3には、偏析係数k=0.15を例に、
ウエハ内不純物濃度偏差dc (%)がそれぞれ±6%、
±10%、±20%と結晶中で一定になる固化率g1
対する成長界面の傾きθを示した。例えばdc =±10
%以上のウエハを結晶全体から得るためには、結晶固化
率に対してθを図3に示したdc =10%の曲線の示す
θより大きくすれば得られることになる。つまり、結晶
全体にわたりθ=70°程度とする方法等、いくつかの
方法が考えられる。
FIG. 3 shows an example of the segregation coefficient k = 0.15.
In-wafer impurity concentration deviation d c (%) is ± 6%,
The inclination θ of the growth interface with respect to the solidification rate g 1 which is constant in the crystal of ± 10% and ± 20% is shown. For example, d c = ± 10
In order to obtain a wafer of not less than 10% from the whole crystal, θ can be obtained by making θ larger than θ shown by the curve of d c = 10% shown in FIG. 3 with respect to the crystal solidification rate. That is, several methods are conceivable, such as a method of setting θ = 70 ° over the entire crystal.

【0034】しかし、ウエハ内の不純物濃度の範囲は、
作成されるデバイスにより許容される所定の範囲があ
り、ウエハ内のほとんど全ての点でこの不純物濃度範囲
に入る必要がある。育成された結晶からウエハ切り出し
可能な領域のほとんど全てが、この所定の不純物濃度範
囲内になるように設計することにより、効率よく所定の
不純物濃度のウエハを切り出すことができ好ましい。
However, the range of impurity concentration in the wafer is
There is a predetermined range that is tolerated by the device being made, and almost every point within the wafer needs to fall within this impurity concentration range. It is preferable that a wafer having a predetermined impurity concentration can be efficiently cut out by designing so that almost all of the region where the wafer can be cut out from the grown crystal is within the predetermined impurity concentration range.

【0035】結晶のテール付近から切りだしたウエハ内
の最大不純物濃度を、所定の範囲に設計するための方法
としては、式(1)のC0 を適当な大きさにする必要が
ある。しかしながら、テール付近での成長界面形状の傾
きθが大きい場合と小さい場合を考えると、ウエハ内の
不純物濃度が最大となる点での実効固化率は、θが大き
い方が1により近くなる。このため、θが大きくなる
と、このC0 を非常に小さくする必要が生じ、種結晶に
近い部分の不純物濃度を非常に小さくする必要があり、
ウエハ切りだし可能な領域全体で所定の不純物濃度にす
ることが難しくなる。
As a method for designing the maximum impurity concentration in the wafer cut out from the vicinity of the tail of the crystal within a predetermined range, it is necessary to set C 0 in the equation (1) to an appropriate size. However, considering the case where the inclination θ of the growth interface shape near the tail is large and the case where it is small, the effective solidification rate at the point where the impurity concentration in the wafer is maximum is closer to 1 when θ is large. Therefore, when θ becomes large, it becomes necessary to make C 0 very small, and it is necessary to make the impurity concentration of the portion close to the seed crystal very small.
It becomes difficult to achieve a predetermined impurity concentration in the entire region where the wafer can be cut out.

【0036】このため、前記第1の発明にあるようテー
ル付近(少なくとも直胴部の最もテール寄りのウエハ切
り出し位置の固化時)では、θが小さくなるように成長
界面を制御しウエハ内の不純物濃度分布を±40%以下
にすることが好ましい。さらに±30%以下、±20%
以下、さらには±10%以下にすることが同様の理由で
好ましい。
Therefore, as in the first aspect of the invention, the growth interface is controlled so that θ becomes small in the vicinity of the tail (at least when the wafer cutting position of the straight body portion closest to the tail is solidified), and impurities in the wafer are controlled. The concentration distribution is preferably ± 40% or less. Further ± 30% or less, ± 20%
Hereinafter, it is preferable that the content is ± 10% or less for the same reason.

【0037】また、図2に示したように、結晶全体にわ
たってθを一定にして育成すると、得られた結晶のシー
ド側ウエハ内の不純物濃度偏差とテール側ウエハ内の不
純物濃度偏差では約10倍以上も異なることが生じる。
このようにウエハ間でウエハ内dc の差が10倍以上と
大き過ぎると、エピタキシャル条件を変更する必要が生
じる。このため、前記第3の発明にあるように、ウエハ
間でのウエハ内dc の差を5倍以内にすることが好まし
い。さらに4倍以下、2倍以下とすることが好ましい。
Further, as shown in FIG. 2, when the crystal is grown with a constant θ, the deviation of the impurity concentration in the seed-side wafer and the deviation of the impurity concentration in the tail-side wafer of the obtained crystal are about 10 times. The above may be different.
As described above, when the difference in the d c in the wafer between the wafers is as large as 10 times or more, it is necessary to change the epitaxial conditions. Therefore, as in the third aspect of the invention, it is preferable that the difference in the wafer d c between the wafers is within 5 times. Further, it is preferably 4 times or less and 2 times or less.

【0038】具体的には、図3に示した同一dc の得ら
れる曲線にほぼ平行になるように、固化率g1 に対し成
長界面の傾きθを変化させることで、ウエハ間でdc
差を小さくできる。このため、結晶成長にともない結晶
育成炉内の成長界面付近の炉長手方向の温度勾配を、炉
上下方向の温度勾配に対し相対的に大きくし、θを徐々
に小さくすることにより実現できる。
Specifically, by changing the inclination θ of the growth interface with respect to the solidification rate g 1 so as to be substantially parallel to the curve having the same d c shown in FIG. 3, d c between the wafers is changed. The difference between can be reduced. Therefore, it can be realized by increasing the temperature gradient in the furnace longitudinal direction near the growth interface in the crystal growth furnace relative to the temperature gradient in the furnace up-down direction and gradually decreasing θ along with the crystal growth.

【0039】またこの不純物濃度偏差は、ウエハ内の単
なる不純物濃度分布のばらつきではなく、ウエハ内一方
から他方にかけてのほぼ一様な濃度勾配を有している方
が、エピタキシャル成長膜の均質性が向上し好ましい。
Further, this impurity concentration deviation is not a mere variation of the impurity concentration distribution in the wafer, but a more uniform concentration gradient from one side to the other side in the wafer improves the homogeneity of the epitaxial growth film. Is preferable.

【0040】この不純物濃度の分析方法としては、SI
MS等の直接分析の他に、電気的なキャリヤ濃度分布測
定により代替することも可能である。このとき、不純物
の電気的活性化率を考慮して不純物濃度分布を決定する
ことがさらに好ましい。
The method of analyzing the impurity concentration is SI
In addition to the direct analysis of MS and the like, it is also possible to substitute by electric carrier concentration distribution measurement. At this time, it is more preferable to determine the impurity concentration distribution in consideration of the electrical activation rate of the impurities.

【0041】また、濃度偏差を大きくするためには、結
晶固液界面と切り出しウエハ角度の差θを大きくするこ
とが望まる。このため、(100)面方位ウエハを切り
出すためには、ボート長手方向にほぼ平行に<100>
方向に等価な方向を選び、固液界面を垂直より傾けるこ
とにより、大きな不純物濃度勾配をウエハ中に作成する
ことができるため好ましい。
In order to increase the concentration deviation, it is desired to increase the difference θ between the crystal solid-liquid interface and the cut wafer angle. For this reason, in order to cut out a (100) plane-oriented wafer, the wafer <100> is almost parallel to the longitudinal direction of the boat.
It is preferable to select a direction equivalent to the direction and incline the solid-liquid interface from the vertical because a large impurity concentration gradient can be created in the wafer.

【0042】また、θの範囲としては30゜以上が好ま
しく、さらに40゜以上、50゜以上、60゜以上、7
0゜以上と大きくした方が、不純物濃度偏差dc を大き
くできること、及び、切り出したウエハ面内に多くの成
長縞を有するようになり、後述のような理由で好まし
い。
The range of θ is preferably 30 ° or more, more preferably 40 ° or more, 50 ° or more, 60 ° or more, 7
A larger angle of 0 ° or more is preferable because the impurity concentration deviation d c can be increased and a large number of growth fringes are formed in the cut wafer surface.

【0043】しかしながら、結晶中に晶癖(ファセッ
ト)が発生する場合がある。このファセットは、成長の
メカニズムが他の部分と異なるために、ウエハ内の大部
分にこのファセットが現れると、デバイス特性に悪影響
を与えることがわかった。閃亜鉛鉱型結晶の場合には、
このファセットは一般に(111)等価面に現れる。こ
のため、成長界面がほぼ(111)等価面と平行になる
と、(111)等価面がファセットとなりやすい面であ
るから、成長界面のほとんど全体がファセットとなり、
ウエハ内の多く部分にファセットが取り込まれ好ましく
ないので、成長界面形状はある程度(111)等価面か
らずらすことが好ましい。
However, crystal habit (facet) may occur in the crystal. It has been found that the appearance of this facet in the majority of the wafer adversely affects the device characteristics because the growth mechanism is different from other parts. In the case of zinc blende type crystals,
This facet generally appears in the (111) equivalent plane. Therefore, when the growth interface is almost parallel to the (111) equivalent plane, the (111) equivalent plane is a facet which is likely to be a facet.
It is preferable that the growth interface shape is deviated to some extent from the (111) equivalent plane because facets are incorporated into many portions in the wafer, which is not preferable.

【0044】また、ウエハ面内の固化率偏差を大きくす
るためには、結晶の長さを1m以内とし、好ましくは8
00mm以下、さらに600mm以下と短くする方が結
晶成長距離に対する固化率の変化が大きくなるために好
ましい。
In order to increase the deviation of the solidification rate in the plane of the wafer, the crystal length should be within 1 m, preferably 8 m.
It is preferable to shorten the length to 00 mm or less, and further to 600 mm or less because the change in the solidification rate with respect to the crystal growth distance becomes large.

【0045】[0045]

【作用】従来一般的に、不純物濃度偏差が小さい方がデ
バイス特性のばらつきが小さくなると信じられてきた
が、本発明においては、ウエハ面内に不純物濃度偏差が
あることにより、液相エピタキシャル成長、気相エピタ
キシャル成長や、分子線エピタキシャル成長などを行う
際に、エピタキシャル成長した膜厚分布に従来生じてい
た小さなゆらぎが非常に小さくなることが実験的に確か
められた。このメカニズムについては詳細にはわかって
いないが、次のように推測している。
In the past, it was generally believed that the smaller the impurity concentration deviation, the smaller the variation in device characteristics. However, in the present invention, since there is an impurity concentration deviation within the wafer surface, liquid phase epitaxial growth, It has been experimentally confirmed that the small fluctuations that have conventionally occurred in the epitaxially grown film thickness distribution become extremely small when performing phase epitaxial growth or molecular beam epitaxial growth. The mechanism is not known in detail, but we speculate as follows.

【0046】基板上にエピタキシャル成長させる現象
は、(1)基板表面に成長の核となるべき2次元核(ス
テップ)の生成、(2)原料供給源である環境相からの
原子や分子の基板表面拡散、(3)前記ステップへの原
子や分子の取り込みによるステップの面内方向成長、こ
の3つ過程の総合的結果としてエピタキシャル成長を行
うことができる。
The phenomenon of epitaxial growth on a substrate is as follows: (1) generation of two-dimensional nuclei (steps) to serve as nuclei for growth on the substrate surface, (2) substrate surface of atoms and molecules from the environmental phase, which is the source of raw materials. Epitaxial growth can be performed as a general result of diffusion, (3) in-plane direction growth of steps by incorporating atoms and molecules into the steps, and the three processes.

【0047】これらの現象を制御するうえで最も大切な
条件の一つが、基板上に供給する原料原子あるいは分子
の過冷却状態である。液相エピタキシャルの場合には、
原料融液の組成と温度の制御、また気相エピタキシャル
成長の場合には、基板ウエハ温度とガス圧の制御によ
り、この過冷却状態を制御できる。
One of the most important conditions for controlling these phenomena is the supercooled state of the raw material atoms or molecules supplied onto the substrate. In the case of liquid phase epitaxial,
This supercooled state can be controlled by controlling the composition and temperature of the raw material melt, and in the case of vapor phase epitaxial growth, controlling the substrate wafer temperature and gas pressure.

【0048】一般に過冷却度が小さい方が成長速度は小
さいものの良好なエピタキシャル結晶を得やすい。しか
し、過冷却度が小さすぎるとステップの生成が起こりに
くくなる。このため、適当な確率でステップを生成し、
また良好な結晶が得られるように成長速度を適当な速度
に制御することが必要となるが、この適当な過冷却度範
囲は狭い。
Generally, the smaller the supercooling degree is, the smaller the growth rate is, but it is easy to obtain a good epitaxial crystal. However, if the degree of supercooling is too small, the generation of steps is less likely to occur. Therefore, generate a step with an appropriate probability,
Further, it is necessary to control the growth rate to an appropriate rate so that a good crystal can be obtained, but the appropriate supercooling degree range is narrow.

【0049】また、基板ウエハ内の転位欠陥などが多い
と、転位欠陥の周りに生じる表面エネルギーの歪によ
り、その転位の周辺にウエハ表面を拡散している原子や
分子がトラップされやすく、前記2次元核生成は比較的
低い過冷却度で生じやすくなる。しかし、転位欠陥が多
いとデバイスの電気特性や信頼性に悪影響を与えるため
に好ましくない。
If there are many dislocation defects in the substrate wafer, the strain of surface energy generated around the dislocation defects easily traps the atoms and molecules diffusing on the wafer surface around the dislocations. Dimensional nucleation is likely to occur at a relatively low degree of supercooling. However, many dislocation defects are not preferable because they adversely affect the electrical characteristics and reliability of the device.

【0050】本発明による不純物濃度偏差が大きいウエ
ハや、ウエハ内に多くの成長縞を持つように結晶成長界
面と30度以上の角度で切り出したウエハには、適当な
表面エネルギーのゆらぎが生じていると考えられる。こ
の表面エネルギーがゆらいでいる部分に、エピタキシャ
ル成長中にウエハ表面を拡散している原子や分子を選択
的にトラップすることができ、2次元核生成を比較的低
い過冷却度でも安定に生じさせることができ、膜厚分布
の平坦なエピタキシャル成長ができると考えられる。
An appropriate surface energy fluctuation occurs in a wafer having a large impurity concentration deviation according to the present invention or a wafer cut out at an angle of 30 degrees or more with a crystal growth interface so as to have many growth stripes in the wafer. It is believed that Atoms and molecules diffusing on the wafer surface during epitaxial growth can be selectively trapped in the portion where the surface energy fluctuates, and two-dimensional nucleation can be stably generated even at a relatively low supercooling degree. Therefore, it is considered that epitaxial growth with a flat film thickness distribution can be achieved.

【0051】これに対して、従来の不純物濃度偏差の小
さなウエハ基板にエピタキシャル成長を行うときには、
表面エネルギーのゆらぎが非常に小さく、過冷却度の低
い条件では2次元核発生が起こりにくい。また、ある程
度過冷却度を大きくするとウエハ面内の表面エネルギー
がほぼ等しいため、あるしきい値的な過冷却度を越える
と、ウエハ面内のいたるところで非常に多くの2次元核
が発生する。そして、それぞれの核を中心に急速な結晶
成長が起こることになり、このことが膜厚分布の微小な
ゆらぎの原因になっていると考えられる。
On the other hand, when performing epitaxial growth on a conventional wafer substrate having a small impurity concentration deviation,
The fluctuation of the surface energy is very small, and the two-dimensional nucleation is unlikely to occur under the condition that the degree of supercooling is low. Further, when the degree of supercooling is increased to some extent, the surface energies in the wafer surface are substantially equal, and therefore, when the threshold degree of supercooling is exceeded, a large number of two-dimensional nuclei are generated everywhere in the wafer surface. Then, rapid crystal growth occurs around each nucleus, which is considered to be the cause of minute fluctuations in the film thickness distribution.

【0052】以上のような理由で、近年素子サイズの縮
小化や半導体レーザーなどの高出力化、あるいは多くの
素子をチップ内に集積する技術の進歩により問題化して
きた、エピタキシャル成長膜の膜厚分布の微小なゆらぎ
の発生を、本発明のようにウエハ基板の不純物濃度偏差
を大きくすることにより解決することができる。
For the above reasons, the film thickness distribution of the epitaxial growth film, which has become a problem in recent years due to the reduction in device size, the increase in output of semiconductor lasers, etc., or the progress in the technology of integrating many devices in a chip. It is possible to solve the occurrence of the minute fluctuation of the above by increasing the impurity concentration deviation of the wafer substrate as in the present invention.

【0053】[0053]

【実施例】【Example】

(実施例1)以下、GaAsの単結晶を製造する場合の
実施例について説明する。結晶育成用ボートの長手方向
に垂直な断面形状が、約80%が円形状をしたボートを
用い、育成すべき結晶のボート長手方向に対して<10
0>方向に等価な一つの方向が平行になるように種結晶
を設置した。
(Embodiment 1) An embodiment for producing a GaAs single crystal will be described below. A cross-sectional shape of the boat for crystal growth perpendicular to the longitudinal direction was about 80% circular, and the boat was <10 with respect to the longitudinal direction of the crystal to be grown.
The seed crystal was placed so that one direction equivalent to the 0> direction was parallel.

【0054】図4のようにボート3の中に約4000g
のGa(符号4)と微量のSiを入れ、反応容器7の他
端にAs(符号6)を約4400g入れ反応容器7内を
真空状態に減圧し封じきる。次に反応容器7を結晶育成
炉にいれ昇温し、GaとAs蒸気を反応させGaAsを
合成する。その後、種結晶5とGaAs融液を接触させ
る。
As shown in FIG. 4, about 4000 g is put in the boat 3.
Ga (reference numeral 4) and a small amount of Si are put therein, and about 4400 g of As (reference numeral 6) is put into the other end of the reaction vessel 7, and the inside of the reaction vessel 7 is depressurized to a vacuum state and sealed. Next, the reaction vessel 7 is placed in a crystal growth furnace to raise the temperature, and Ga and As vapor are reacted to synthesize GaAs. After that, the seed crystal 5 and the GaAs melt are brought into contact with each other.

【0055】その後、融液の温度を徐々に下げて冷却し
結晶の育成を行う。このときの成長界面が、鉛直方向よ
り約60度傾くように、育成炉内の長手方向温度勾配と
上下方向の温度勾配を調整した。さらに、完全に固化後
さらに温度を室温まで下げて、結晶を取り出すことによ
り、GaAs単結晶約8300gを得ることができた。
After that, the temperature of the melt is gradually lowered and cooled to grow crystals. The temperature gradient in the longitudinal direction and the temperature gradient in the vertical direction in the growing furnace were adjusted so that the growth interface at this time was inclined by about 60 degrees from the vertical direction. Further, after completely solidifying, the temperature was further lowered to room temperature and the crystal was taken out to obtain about 8300 g of a GaAs single crystal.

【0056】得られた結晶を長手方向に垂直に切断する
ことにより、(100)等価面円形ウエハを作成するこ
とができた。このウエハ内のキャリヤ濃度偏差は固化率
の小さなシード側では±5%で、固化率の1に近いテー
ル側では±60%のものが得られた。これらのウエハ表
面を鏡面研磨しエピタキシャル成長の基板とした。
By cutting the obtained crystal perpendicularly to the longitudinal direction, a (100) equivalent plane circular wafer could be prepared. The carrier concentration deviation in the wafer was ± 5% on the seed side where the solidification rate was small, and ± 60% on the tail side where the solidification rate was close to 1. The surfaces of these wafers were mirror-polished to obtain substrates for epitaxial growth.

【0057】エピタキシャル成長は、気相成長の一種で
あるMOCVD法により行った。原料ガスとしては、T
MG(トリメチルガリウム)、アルシン(AsH3 :水
素化ひ素)、TMA(トリメチルアルミニウム)を用い
AlGaAsを成長させた。ドーパントガスとしては、
DEZn(ジエチル亜鉛)やセレン化水素を用いた。こ
れらのガスを所定の分圧で水素ガスをキャリヤガスとし
て反応容器内に導入し、反応圧力約0.1気圧、基板ウ
エハ温度を約700℃としてエピタキシャル成長を行っ
た。
Epitaxial growth was performed by MOCVD, which is a type of vapor phase growth. As a source gas, T
MG (trimethyl gallium), arsine (AsH 3: Hydrogenation arsenic), were grown AlGaAs using TMA (trimethylaluminum). As the dopant gas,
DEZn (diethyl zinc) and hydrogen selenide were used. These gases were introduced into the reaction vessel at a predetermined partial pressure using hydrogen gas as a carrier gas, and epitaxial growth was performed at a reaction pressure of about 0.1 atm and a substrate wafer temperature of about 700 ° C.

【0058】得られたウエハのエピタキシャル膜の膜厚
分布の微小なゆらぎはほとんど無く、非常に平坦なもの
であった。また、このエピタキシャル成長したウエハか
ら半導体レーザーを作成した結果、輝度のばらつきは従
来ウエハを用いた場合の約1/3であり非常に良好であ
った。
There was almost no minute fluctuation in the film thickness distribution of the epitaxial film of the obtained wafer, and it was very flat. Further, as a result of forming a semiconductor laser from this epitaxially grown wafer, the variation in brightness was about 1/3 of the case of using the conventional wafer, which was very good.

【0059】(実施例2)実施例1と同様のボートを使
用し、結晶育成炉内で同様の方法でGaとAs蒸気を反
応させGaAsを合成する。その後、種結晶とGaAs
融液を接触させる。その後、融液の温度を徐々に下げて
冷却し結晶の育成を行う。このとき、固化率の小さいシ
ード側では、成長界面形状を鉛直方向より約80度傾く
ように、育成炉内の長手方向温度勾配と上下方向の温度
勾配を調整した。さらに、結晶が成長するに従い角度を
小さくし、テール付近では約50度になるように温度勾
配を調整した。さらに、完全に固化後さらに温度を室温
まで下げて、結晶を取り出すことによりGaAs単結晶
約8300gを得ることができた。
Example 2 Using the same boat as in Example 1, Ga and As vapor are reacted in the same manner in the crystal growth furnace to synthesize GaAs. After that, seed crystal and GaAs
Contact the melt. Then, the temperature of the melt is gradually lowered and cooled to grow crystals. At this time, on the seed side having a small solidification rate, the longitudinal temperature gradient and the vertical temperature gradient in the growing furnace were adjusted so that the growth interface shape was inclined by about 80 degrees from the vertical direction. Further, the angle was decreased as the crystal grew, and the temperature gradient was adjusted so that the angle was about 50 degrees near the tail. Furthermore, after completely solidifying, the temperature was further lowered to room temperature and the crystal was taken out to obtain about 8300 g of a GaAs single crystal.

【0060】得られた結晶を長手方向に垂直に切断する
ことにより、(100)等価面円形ウエハを作成するこ
とができた。このウエハ内のキャリヤ濃度偏差は、固化
率の小さなシード側では±20%で、固化率の1に近い
テール側では±25%のものが得られた。実施例1に比
較しウエハ内のキャリヤ偏差は、シード側とテール側で
余り変化しない結晶を得ることができた。これらのウエ
ハ表面を鏡面研磨しエピタキシャル成長の基板とした。
By cutting the obtained crystal perpendicularly to the longitudinal direction, a (100) equivalent plane circular wafer could be prepared. The carrier concentration deviation within the wafer was ± 20% on the seed side where the solidification rate was small, and ± 25% on the tail side where the solidification rate was close to 1. As compared with Example 1, it was possible to obtain a crystal in which the carrier deviation in the wafer did not change much on the seed side and the tail side. The surfaces of these wafers were mirror-polished to obtain substrates for epitaxial growth.

【0061】エピタキシャル成長は、実施例1と同様
に、原料ガスとしてTMG、アルシン、TMAを用いA
lGaAsを成長させた。得られたウエハのエピタキシ
ャル膜の膜厚分布の微小なゆらぎはほとんど無く非常に
平坦なものであった。またこのエピタキシャル成長した
ウエハから半導体レーザーを作成した結果、輝度のばら
つきは従来ウエハを用いた場合の約1/4であり、実施
例1に比べても非常に良好であった。これは、それぞれ
のウエハ内キャリヤ偏差の大きさが、育成された結晶か
らのウエハ切り出し位置により余り変わらなかったため
と考えられる。
Epitaxial growth was performed using TMG, arsine, and TMA as source gases as in Example 1.
lGaAs was grown. The obtained wafer was extremely flat with almost no fluctuation in the film thickness distribution of the epitaxial film. Further, as a result of producing a semiconductor laser from this epitaxially grown wafer, the variation in brightness was about 1/4 of that in the case of using the conventional wafer, which was very good as compared with Example 1. This is considered to be because the magnitude of the carrier deviation in each wafer did not change much depending on the position where the wafer was cut out from the grown crystal.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上述べたように、本発明は、ウエハ内
の不純物濃度偏差を大きくすることにより、エピタキシ
ャル成長膜の均質性がはかれ、デバイス特性のばらつき
の低減や、特性向上などの優れた効果がある。
As described above, according to the present invention, by increasing the deviation of the impurity concentration in the wafer, the homogeneity of the epitaxial growth film is improved, and variations in device characteristics are reduced and characteristics are improved. effective.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】結晶成長界面形状とウエハ切り出し面との関係
を示す模式的な結晶側断面図
FIG. 1 is a schematic crystal side sectional view showing a relationship between a crystal growth interface shape and a wafer cut surface.

【図2】結晶成長界面の傾きを一定にした場合のウエハ
面内不純物濃度偏差dcと固化率g1 の関係を示すグラ
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the in-plane impurity concentration deviation d c and the solidification rate g 1 when the inclination of the crystal growth interface is constant.

【図3】ウエハ面内不純物濃度偏差dc が一定になるよ
うな固化率g1 に対する結晶成長界面の傾きθを示すグ
ラフ
FIG. 3 is a graph showing the inclination θ of the crystal growth interface with respect to the solidification rate g 1 such that the in-plane impurity concentration deviation d c becomes constant.

【図4】ボート法により結晶を育成する場合の反応容器
の長手方向の側断面図
FIG. 4 is a side sectional view in the longitudinal direction of a reaction container when a crystal is grown by the boat method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a:結晶成長界面 1b:結晶成長界面 2:切り出すべきウエハ 3:ボート 4:Ga 5:種結晶 6:As 7:反応容器 1a: crystal growth interface 1b: crystal growth interface 2: wafer to be cut out 3: boat 4: Ga 5: seed crystal 6: As 7: reaction vessel

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ボート法により製造された化合物半導体単
結晶から製造されるウエハにおいて、不純物を添加され
た原料融液を用いて育成された化合物半導体単結晶より
切り出したウエハの面内における前記不純物の濃度偏差
を±6%以上としたことを特徴とする化合物半導単体結
晶ウエハ。
1. A wafer produced from a compound semiconductor single crystal produced by the boat method, wherein the impurities are present in the plane of the wafer cut out from the compound semiconductor single crystal grown by using an impurity-added raw material melt. A compound semiconductor single crystal wafer having a concentration deviation of ± 6% or more.
【請求項2】ボート法により製造された化合物半導体単
結晶から製造されるウエハにおいて、偏析係数1以下の
不純物を添加された原料融液を用いて育成した結晶から
結晶長手方向に対し垂直から30度以内の角度でウエハ
を切り出し、育成された結晶の直胴部のテール付近から
切り出されたウエハ面内の不純物濃度偏差が±6%以上
±40%以下である請求項1記載の化合物半導体単結晶
ウエハ。
2. A wafer manufactured from a compound semiconductor single crystal manufactured by the boat method, from a crystal grown by using a raw material melt to which impurities having a segregation coefficient of 1 or less are grown, from a direction perpendicular to the longitudinal direction of the crystal. 2. The compound semiconductor single crystal according to claim 1, wherein the wafer is cut at an angle of less than 60 degrees, and the impurity concentration deviation in the plane of the wafer cut from the vicinity of the tail of the grown crystal is ± 6% or more and ± 40% or less. Crystal wafer.
【請求項3】ボート法により製造された化合物半導体単
結晶から製造されるウエハにおいて、前記結晶の成長界
面が(111)等価面と非平行になるよう育成された化
合物半導体単結晶から切り出したウエハの面内の少なく
とも半分以上の部分で、実質的に前記結晶成長界面と切
り出すウエハ面とのなす角が30度以上であることを特
徴とする化合物半導体単結晶ウエハ。
3. A wafer produced from a compound semiconductor single crystal produced by the boat method, which is cut out from a compound semiconductor single crystal grown so that a growth interface of the crystal is not parallel to a (111) equivalent plane. The compound semiconductor single crystal wafer, wherein the angle between the crystal growth interface and the wafer surface to be cut is substantially 30 degrees or more in at least half of the in-plane.
【請求項4】ボート法により製造された化合物半導体単
結晶からウエハを製造する方法において、結晶育成装置
炉内の結晶成長界面付近の炉長手方向及び炉上下方向の
それぞれの温度勾配を固化率により変化させることによ
り、育成された結晶から切り出されたウエハ面内の不純
物濃度分布が、ウエハ切りだし位置により大きく変化し
ないようにすることを特徴とする化合物半導体単結晶ウ
エハの製造方法。
4. A method for producing a wafer from a compound semiconductor single crystal produced by the boat method, wherein temperature gradients in the furnace longitudinal direction and the furnace up-down direction near the crystal growth interface in the crystal growing apparatus furnace are controlled by the solidification rate. A method for producing a compound semiconductor single crystal wafer, which is characterized in that the impurity concentration distribution in the plane of the wafer cut out from the grown crystal is not changed largely by changing the wafer cutting position.
【請求項5】ボート法により製造された化合物半導体単
結晶からウエハを製造する方法において、育成すべき化
合物半導体単結晶が閃亜鉛鉱型結晶構造を有し、育成さ
れる化合物半導体単結晶の<100>方向に等価な一つ
の方向が、ボートの長手方向から30度以内とされてい
る請求項4記載の化合物半導体単結晶ウエハの製造方
法。
5. A method for producing a wafer from a compound semiconductor single crystal produced by the boat method, wherein the compound semiconductor single crystal to be grown has a zinc blende type crystal structure, and The method for producing a compound semiconductor single crystal wafer according to claim 4, wherein one direction equivalent to the 100> direction is within 30 degrees from the longitudinal direction of the boat.
【請求項6】請求項1〜3いずれか1項記載の化合物半
導体単結晶ウエハを基板とし、前記基板上にエピタキシ
ャル成長により半導体層を積層させることを特徴とする
エピタキシャル成長方法。
6. An epitaxial growth method, which comprises using the compound semiconductor single crystal wafer according to claim 1 as a substrate and stacking semiconductor layers on the substrate by epitaxial growth.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023209867A1 (en) * 2022-04-27 2023-11-02 住友電気工業株式会社 Group iii-v compound semiconductor single crystal substrate and manufacturing method therefor

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