JPS59184533A - ３−５族化合物半導体結晶の処理方法 - Google Patents
３−５族化合物半導体結晶の処理方法Info
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- JPS59184533A JPS59184533A JP5792983A JP5792983A JPS59184533A JP S59184533 A JPS59184533 A JP S59184533A JP 5792983 A JP5792983 A JP 5792983A JP 5792983 A JP5792983 A JP 5792983A JP S59184533 A JPS59184533 A JP S59184533A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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- H01L21/3245—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering of AIIIBV compounds
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は■−ｖ族化合物半導体結晶の電気的特性を改
善する処理方法に関する。
善する処理方法に関する。
□ 近年高速デジタル通信ならびに演算に関する需要
の顕著な増大に鑑み、従来のシリコン大規模集積回路に
代って、ガリウム砒素（ＧａＡｇ）をはじめとする化合
物半導体を基板結晶とした集積回路に対して、高速性、
低消費電力性などにより関心が向けられている。かかる
化合物半導体集積回路は通常半絶縁性の基板結晶の上に
イオン注入法などの手段によって多数の電界効果 −− 型トランシスター（ＦＥＴ）並びに抵抗、其の他の回路
素子を構成したものである。この化合物半導体集積回路
が所期の性能を充分発揮し得るためには基板結晶に活性
領域を形成したとき、その領域中の自由担体（電子）の
易動度が充分に高く且つ素子相互間の絶縁性が充分高い
ことが必要とされる。
の顕著な増大に鑑み、従来のシリコン大規模集積回路に
代って、ガリウム砒素（ＧａＡｇ）をはじめとする化合
物半導体を基板結晶とした集積回路に対して、高速性、
低消費電力性などにより関心が向けられている。かかる
化合物半導体集積回路は通常半絶縁性の基板結晶の上に
イオン注入法などの手段によって多数の電界効果 −− 型トランシスター（ＦＥＴ）並びに抵抗、其の他の回路
素子を構成したものである。この化合物半導体集積回路
が所期の性能を充分発揮し得るためには基板結晶に活性
領域を形成したとき、その領域中の自由担体（電子）の
易動度が充分に高く且つ素子相互間の絶縁性が充分高い
ことが必要とされる。
これまで高い絶縁性を得るため、ＧａＡｓ結晶の場合、
結晶全体に亘ってクロム原子を１四程度含有せしめるこ
とが一般に行なわれていたが、この方法では電子の易動
度を高くすることが困難であるだけでなく、アニールな
どの熱処理の最中にりｐム原子の拡散によって再分布を
生じ、結果的に形成するＧａＡｔ ＦＦｔＴ集積回路特
性の不均一が生じることを避けられなかった。このよう
な見地から、最近ではクロム原子を添加しない、いわゆ
るノンドープ半絶縁性ＧａＡｇ基板結晶に関心が向けら
れているが、この場合も半絶縁性の発生機構に未だ明ら
かでない部分があるためζ意図的に基板の電導度を制御
することが容−３− 易に行うことができず、また空間的に性状が均一でなく
、ＧａＡｓ ＦＥＴ集積回路の特性に不均一性がしば
しば生ずる欠点は依然解消されるに到 ″らなかった。
結晶全体に亘ってクロム原子を１四程度含有せしめるこ
とが一般に行なわれていたが、この方法では電子の易動
度を高くすることが困難であるだけでなく、アニールな
どの熱処理の最中にりｐム原子の拡散によって再分布を
生じ、結果的に形成するＧａＡｔ ＦＦｔＴ集積回路特
性の不均一が生じることを避けられなかった。このよう
な見地から、最近ではクロム原子を添加しない、いわゆ
るノンドープ半絶縁性ＧａＡｇ基板結晶に関心が向けら
れているが、この場合も半絶縁性の発生機構に未だ明ら
かでない部分があるためζ意図的に基板の電導度を制御
することが容−３− 易に行うことができず、また空間的に性状が均一でなく
、ＧａＡｓ ＦＥＴ集積回路の特性に不均一性がしば
しば生ずる欠点は依然解消されるに到 ″らなかった。
また従来、直接イオン注入によってＦＦｔ’Ｉ’集積回
路を形成し得る半絶縁性を持つＧαＡ８基板結晶は液体
封止引き上げ法（ＩＪＯ法）によって製造されたものだ
けが用い得、其の他の方法、例えば分子線成長法（ＭＢ
Ｅ法）、気相成長法（■ＰＥ法）、液相成長法（Ｉ、Ｐ
Ｅ法）によっては純度が高く、従って高い易動度を持ち
、しかも極めて高い均一性を有する結晶が得られるに拘
らず、半絶縁性を示す結晶が得られず、ＧａＡｓ ＦＥ
Ｔ集積回路用基板結晶として利用することはできなかっ
た。
路を形成し得る半絶縁性を持つＧαＡ８基板結晶は液体
封止引き上げ法（ＩＪＯ法）によって製造されたものだ
けが用い得、其の他の方法、例えば分子線成長法（ＭＢ
Ｅ法）、気相成長法（■ＰＥ法）、液相成長法（Ｉ、Ｐ
Ｅ法）によっては純度が高く、従って高い易動度を持ち
、しかも極めて高い均一性を有する結晶が得られるに拘
らず、半絶縁性を示す結晶が得られず、ＧａＡｓ ＦＥ
Ｔ集積回路用基板結晶として利用することはできなかっ
た。
この発明の目的は半導体的電導特性を示す■−Ｖ族化合
物半導体、或は半絶縁性が部分的に不均一な■−ｖ族化
合物半導体の電気的特性を改善し、全体を半絶縁性とす
る化合物半導体結晶の処理方法を提供することにある。
物半導体、或は半絶縁性が部分的に不均一な■−ｖ族化
合物半導体の電気的特性を改善し、全体を半絶縁性とす
る化合物半導体結晶の処理方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、この発明の方法は上述の如き
全体成るいは一部が半導体的電導特性を有する■−ｖ族
化合物牛導体結晶に３００℃以上の温度下で１００Ｋｆ
／Ｉ！以上のほぼ等方的圧力を印加する。その結果、結
晶の半絶縁性の原因となる格子欠陥が顕著に増大し、部
分的に半導体性である領域を有する結晶の全面が均一な
半絶縁性を示すようになるだけでなく、全体が半導体性
電気伝導を示す多くの結晶においても、その全面が半絶
縁性電導を示すようになる。
全体成るいは一部が半導体的電導特性を有する■−ｖ族
化合物牛導体結晶に３００℃以上の温度下で１００Ｋｆ
／Ｉ！以上のほぼ等方的圧力を印加する。その結果、結
晶の半絶縁性の原因となる格子欠陥が顕著に増大し、部
分的に半導体性である領域を有する結晶の全面が均一な
半絶縁性を示すようになるだけでなく、全体が半導体性
電気伝導を示す多くの結晶においても、その全面が半絶
縁性電導を示すようになる。
先ず本発明の基本原理を明らかにするため、ＧｔＬＡｌ
ｌをはじめとする■−ｖ族化合物半導体の半絶縁性電導
特性について説明する。
ｌをはじめとする■−ｖ族化合物半導体の半絶縁性電導
特性について説明する。
高純度の原料からＬＥＯ法、ＭＢＥ法、ＶＰＥ法などで
製造したＧａＡ ｓ結晶の電導度及び電導型は０、Ｓ（
などの残留不純物の置皿らびに化学量論的組成によって
決定される。半絶縁性に関係のある僅かに麺が過剰であ
るＧａＡｘ結晶中においては、２種類の格子欠陥、［有
］空格子点（ＶＧＱ ）とｈ逆格子点原子（Ａｓａａ
）が存在し、前者が浅−＆− いアクセプタ準位を持つのに対し、後者は深いドナー準
位を有している。半絶縁性ＧａＡｓ結晶を得るためには
、後者のＡ８ａａ濃度を高くし、残留する浅い不純物に
起因する自由担体を深い準位によって完全に補償するこ
とが必要とされる。結晶中におけるＶ６ａ ｇ Ａｓ６
（ｘの相対的な濃度は次の反応式（１）によって決定さ
れる。式中、Ｇａ Ｇ、は伽格子点にある通常の龜原子
である。
製造したＧａＡ ｓ結晶の電導度及び電導型は０、Ｓ（
などの残留不純物の置皿らびに化学量論的組成によって
決定される。半絶縁性に関係のある僅かに麺が過剰であ
るＧａＡｘ結晶中においては、２種類の格子欠陥、［有
］空格子点（ＶＧＱ ）とｈ逆格子点原子（Ａｓａａ
）が存在し、前者が浅−＆− いアクセプタ準位を持つのに対し、後者は深いドナー準
位を有している。半絶縁性ＧａＡｓ結晶を得るためには
、後者のＡ８ａａ濃度を高くし、残留する浅い不純物に
起因する自由担体を深い準位によって完全に補償するこ
とが必要とされる。結晶中におけるＶ６ａ ｇ Ａｓ６
（ｘの相対的な濃度は次の反応式（１）によって決定さ
れる。式中、Ｇａ Ｇ、は伽格子点にある通常の龜原子
である。
２・ｖＧａ十龜ＡｊＰＡ８Ｇ、＋ＧａＧ、・・・・・・
・（１）上記の反応は体積減少を伴うため圧力の印加に
よって右方へ移動する。この間のエネルギー的関係は式
（２）の如＜ Ｇｉｂｂｓの自由エネルギーによって表
わすことができる。
・（１）上記の反応は体積減少を伴うため圧力の印加に
よって右方へ移動する。この間のエネルギー的関係は式
（２）の如＜ Ｇｉｂｂｓの自由エネルギーによって表
わすことができる。
Ｇ＝］１ｆｖＮｖ ＋ＥＡＮＡ −ＲＴｌｎ（（Ｎｘ
−Ｎｉ） Ｉ／１’Ｊｖ ＩＮｈ Ｉ） ＋ＰΔＶ・・
・・佛・・（２） 式中、：Ｂｙ 、 ＥＡはＶａａ ｅ ＡｓＧａの形成
エネルギー、Ｎ、、ＮＡは両者の数、ＮＸは化学量論的
組成からのずれ、即ち、Ｎ、 ＝ ２Ｎム＋Ｎｖ、ΔＶ
体積変 ６− 化、即ち、ΔＶ ＝ＭａａｈＢ・Ｎｖ／２ρＮＡＶ （
ＭａａｈＢ はＧａＡ８の分子量、ρはＧａＡｓの比
重、ＮＡｖはアボガドロ数）を表す。
−Ｎｉ） Ｉ／１’Ｊｖ ＩＮｈ Ｉ） ＋ＰΔＶ・・
・・佛・・（２） 式中、：Ｂｙ 、 ＥＡはＶａａ ｅ ＡｓＧａの形成
エネルギー、Ｎ、、ＮＡは両者の数、ＮＸは化学量論的
組成からのずれ、即ち、Ｎ、 ＝ ２Ｎム＋Ｎｖ、ΔＶ
体積変 ６− 化、即ち、ΔＶ ＝ＭａａｈＢ・Ｎｖ／２ρＮＡＶ （
ＭａａｈＢ はＧａＡ８の分子量、ρはＧａＡｓの比
重、ＮＡｖはアボガドロ数）を表す。
平衡条件、ａＧ／ａＮｖ＝ｏ、カラ式（３） （Ｄ Ｈ
係カ得られる。
係カ得られる。
ＮＡ （ＮＸ −ＮＡ）／Ｎｖ” ＝ｅｗｐ （（２Ｅ
ｖ −ＥＡ）７／’ＲＴ＋Ｍａａム８Ｐ／ＰＲＴ ）
” ” ” ” ” ” ” ” ” （３
）ｐｏ＝＝ρ几Ｔ／Ｍｏαム８は数値的に５００ Ｋｇ
ｌａｌ程度の値をとるため、本来ＡＪＯα濃度の少ない
ＭＢＥ法、ＶＰＩＤ法による結晶において、圧力印加に
よりＡ＃ＧＱの濃度を増大せしめて半絶縁性結晶となし
、またしばしば部分的に半絶縁性でない部分を生成する
傾向を示すＬＦｉＯ法による結晶においても全体を均一
な半絶縁性に改善することができる。
ｖ −ＥＡ）７／’ＲＴ＋Ｍａａム８Ｐ／ＰＲＴ ）
” ” ” ” ” ” ” ” ” （３
）ｐｏ＝＝ρ几Ｔ／Ｍｏαム８は数値的に５００ Ｋｇ
ｌａｌ程度の値をとるため、本来ＡＪＯα濃度の少ない
ＭＢＥ法、ＶＰＩＤ法による結晶において、圧力印加に
よりＡ＃ＧＱの濃度を増大せしめて半絶縁性結晶となし
、またしばしば部分的に半絶縁性でない部分を生成する
傾向を示すＬＦｉＯ法による結晶においても全体を均一
な半絶縁性に改善することができる。
次にこの発明を添付の図面に示した一実施例により説明
する。第１図に示すように、上型３と下型ダとから成る
加圧装置において、下型ダの空間部分−に電気的特性を
改善するための■−Ｖ族化合物半導体片ｌとその周囲に
加温時に−７− 流動性を示す充填剤Ｓを入れ、空間コ内部の充填剤の隙
間を璧素、アルゴン等の不活性ガスで置換した後に、全
体を加熱しながら（加熱装置は図示せず）、上型３を下
型グの空間部に挿入、下降し、充填剤を介して半導体片
／に等方的な圧力が印加されるように加圧する。
する。第１図に示すように、上型３と下型ダとから成る
加圧装置において、下型ダの空間部分−に電気的特性を
改善するための■−Ｖ族化合物半導体片ｌとその周囲に
加温時に−７− 流動性を示す充填剤Ｓを入れ、空間コ内部の充填剤の隙
間を璧素、アルゴン等の不活性ガスで置換した後に、全
体を加熱しながら（加熱装置は図示せず）、上型３を下
型グの空間部に挿入、下降し、充填剤を介して半導体片
／に等方的な圧力が印加されるように加圧する。
圧力印加は常温において行っても成る程度の効果はある
が、半導体片の破損を防止し、転位の発生を避け、原子
の運動を促進するため３００℃以上で行うことが有利で
ある。加熱温度に特に上限はなく、化合物半導体の分解
しない温度範囲であれば良い。加熱と加圧の関係は第２
図に示すように先ず全体を所定温度に加熱し即ち、半導
体結晶の内部まで加熱した後（曲線α）、加圧を開始す
る（曲線ｂ）。加熱温度を一定として所定時間加圧した
後に加熱温度を下げ、しかる後に圧力を除去する。圧力
除去を５００℃以上の温度において行うとｈ原子が移動
し、式（１）の逆反応が起り、効果が減殺することもあ
るので、上述の如く、加熱温度を下げた後に圧力を除去
するのが好ましい。
が、半導体片の破損を防止し、転位の発生を避け、原子
の運動を促進するため３００℃以上で行うことが有利で
ある。加熱温度に特に上限はなく、化合物半導体の分解
しない温度範囲であれば良い。加熱と加圧の関係は第２
図に示すように先ず全体を所定温度に加熱し即ち、半導
体結晶の内部まで加熱した後（曲線α）、加圧を開始す
る（曲線ｂ）。加熱温度を一定として所定時間加圧した
後に加熱温度を下げ、しかる後に圧力を除去する。圧力
除去を５００℃以上の温度において行うとｈ原子が移動
し、式（１）の逆反応が起り、効果が減殺することもあ
るので、上述の如く、加熱温度を下げた後に圧力を除去
するのが好ましい。
印加する圧力は上述の効果を期待するためには少くとも
１００隔勺以上は必要であり、５００階包程度において
顕著な効果が期待できる。圧力効果は勿論高い方が有利
であるが１０ ｔαｎ／ｄ以上の圧力では効果は飽和す
る傾向を示す。圧力の印加方法は一軸性圧力より等方的
圧力の方が効果があり、側面が開放されている単なる上
下方向よりの圧縮による塑性変形では効果が少ない。
１００隔勺以上は必要であり、５００階包程度において
顕著な効果が期待できる。圧力効果は勿論高い方が有利
であるが１０ ｔαｎ／ｄ以上の圧力では効果は飽和す
る傾向を示す。圧力の印加方法は一軸性圧力より等方的
圧力の方が効果があり、側面が開放されている単なる上
下方向よりの圧縮による塑性変形では効果が少ない。
このため、半導体結晶の周囲は加温することにより流動
性を示す充填剤を充填し、加圧することにより等方的圧
力が得られる。即ち、半導体の６面にほぼ均等な圧力が
印加される。具体的な一例を挙げると、錫、鉛などの低
融点金属で半導体結晶を包み、更にその周囲には粉末状
の窒化ボロンを充填した後に加圧することにより、加圧
時の充填剤の漏洩を防止し、半導体の局部的な加圧によ
る破損を回避することができ、充分に等方的な圧力で加
圧することができる。加圧時間は印加する圧力、加熱温
度などにより決 ９一 定すべきであるが、３０分から１時間の範囲が適当であ
る。
性を示す充填剤を充填し、加圧することにより等方的圧
力が得られる。即ち、半導体の６面にほぼ均等な圧力が
印加される。具体的な一例を挙げると、錫、鉛などの低
融点金属で半導体結晶を包み、更にその周囲には粉末状
の窒化ボロンを充填した後に加圧することにより、加圧
時の充填剤の漏洩を防止し、半導体の局部的な加圧によ
る破損を回避することができ、充分に等方的な圧力で加
圧することができる。加圧時間は印加する圧力、加熱温
度などにより決 ９一 定すべきであるが、３０分から１時間の範囲が適当であ
る。
本発明の処理対象となる半導体としては、中性またはＭ
過剰の半導体的電導特性を示すＧａ１ｓｓ単結晶が挙げ
られるが、ＧａＡｓ単結晶のみならず、Ｖ族元素が深い
二重ドナーを形成して半絶縁性を生ずる特性を有する他
の■−ｖ族化合物半導体、例えばＧａＰについても同様
な効果が見られる。
過剰の半導体的電導特性を示すＧａ１ｓｓ単結晶が挙げ
られるが、ＧａＡｓ単結晶のみならず、Ｖ族元素が深い
二重ドナーを形成して半絶縁性を生ずる特性を有する他
の■−ｖ族化合物半導体、例えばＧａＰについても同様
な効果が見られる。
処理する半導体の形状はウェハーとする前の塊り、ウェ
ハーのいずれでも良いが、本発明による圧力処理は常圧
下における５００℃またはそれ以上の加熱によって消え
る傾向を有しているため、例えばイオン注入後のアニー
ル処理などより高温の熱処理を必要とする場合は、加圧
処理以前に行っておく必要がある。
ハーのいずれでも良いが、本発明による圧力処理は常圧
下における５００℃またはそれ以上の加熱によって消え
る傾向を有しているため、例えばイオン注入後のアニー
ル処理などより高温の熱処理を必要とする場合は、加圧
処理以前に行っておく必要がある。
また、図示の加圧装置は単なる一例であって、半導体に
充分な等方的圧力を印加し得るものであれば、どのよう
な構造のものでも用いることができる。
充分な等方的圧力を印加し得るものであれば、どのよう
な構造のものでも用いることができる。
ｉｏ−
この発明は上記の説明で明らかなように、全体或は部分
的に半導体的電導特性を示す単結晶に対して加熱、加圧
処理を行うことによって全体を均一な半絶縁性とするこ
とが可能となるので■−ｖ族化合物半導体結晶の大規模
集積回路の基板へ適用するとき、性能並びに信頼性を向
上することができる。
的に半導体的電導特性を示す単結晶に対して加熱、加圧
処理を行うことによって全体を均一な半絶縁性とするこ
とが可能となるので■−ｖ族化合物半導体結晶の大規模
集積回路の基板へ適用するとき、性能並びに信頼性を向
上することができる。
第１図は本発明の方法を実施するための加圧装置の一実
施例を示す説明図、第２図は半導体に与える温度及び圧
力の履歴曲線である。 ｌ・・・半導体結晶、３．’ｌ・・・加圧装置、り・・
・充填剤。
施例を示す説明図、第２図は半導体に与える温度及び圧
力の履歴曲線である。 ｌ・・・半導体結晶、３．’ｌ・・・加圧装置、り・・
・充填剤。
Claims (1)
- ■−ｖ族化合物半導体結晶を３００℃以上の温度下で１
００役−以上のほぼ等方的圧力を印加することを特徴と
する■−ｖ族化合物半導体結晶の処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5792983A JPS59184533A (ja) | 1983-04-04 | 1983-04-04 | ３−５族化合物半導体結晶の処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5792983A JPS59184533A (ja) | 1983-04-04 | 1983-04-04 | ３−５族化合物半導体結晶の処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59184533A true JPS59184533A (ja) | 1984-10-19 |
Family
ID=13069696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5792983A Pending JPS59184533A (ja) | 1983-04-04 | 1983-04-04 | ３−５族化合物半導体結晶の処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59184533A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000018990A1 (fr) * | 1998-09-30 | 2000-04-06 | Mitsubishi Materials Silicon Corporation | Procede d'elimination des defauts d'un materiau monocristallin et materiau monocristallin dont les defauts sont elimines par ce procede |
| EP1088911A1 (en) * | 1999-09-29 | 2001-04-04 | Optoscint Inc. | Continuous crystal plate growth process and apparatus |
| WO2009142284A1 (ja) * | 2008-05-23 | 2009-11-26 | 株式会社ニコン | フッ化物結晶成形体の製造方法、並びに、それにより製造された光学部材、光学部材を備える光学装置及び紫外線洗浄装置 |
| JP2018177589A (ja) * | 2017-04-13 | 2018-11-15 | 国立大学法人名古屋大学 | 無機結晶材料の加工方法、半導体結晶材料のバンドギャップ変更方法、半導体結晶材料、および、無機結晶材料の製造装置 |
-
1983
- 1983-04-04 JP JP5792983A patent/JPS59184533A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000018990A1 (fr) * | 1998-09-30 | 2000-04-06 | Mitsubishi Materials Silicon Corporation | Procede d'elimination des defauts d'un materiau monocristallin et materiau monocristallin dont les defauts sont elimines par ce procede |
| US6447600B1 (en) | 1998-09-30 | 2002-09-10 | Mitsubishi Materials Silicon Corporation | Method of removing defects of single crystal material and single crystal material from which defects are removed by the method |
| EP1088911A1 (en) * | 1999-09-29 | 2001-04-04 | Optoscint Inc. | Continuous crystal plate growth process and apparatus |
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| JP2018177589A (ja) * | 2017-04-13 | 2018-11-15 | 国立大学法人名古屋大学 | 無機結晶材料の加工方法、半導体結晶材料のバンドギャップ変更方法、半導体結晶材料、および、無機結晶材料の製造装置 |
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