JPS59203793A - 半絶縁性ガリウム砒素単結晶の製造方法 - Google Patents

半絶縁性ガリウム砒素単結晶の製造方法

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JPS59203793A
JPS59203793A JP7889983A JP7889983A JPS59203793A JP S59203793 A JPS59203793 A JP S59203793A JP 7889983 A JP7889983 A JP 7889983A JP 7889983 A JP7889983 A JP 7889983A JP S59203793 A JPS59203793 A JP S59203793A
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Tsuguo Fukuda
承生 福田
Kazutaka Terajima
一高 寺嶋
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/30Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
    • C30B15/305Stirring of the melt

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は微量のクロム(Or)を均一に分布した高品
質半絶縁性ガリウム砒素(GaAs)単結−コ − 晶の製造方法に関する。
■−v族化合物の中でもGα八へは電子移動度が大きく
、超高速集積回路、光−電子集積回路の素子用結晶基板
として、広く用いられつつある。このようにGaAsが
注目を浴びているのは高品質のGaAsは比抵抗が10
’Ω・m以上と高絶縁性になること、結晶内の欠陥が少
く、分布が均一であるものが得られること、大型ウェハ
ーの製造が容易であること等が挙げられる。このような
要求を満すGαA8単結晶の製造方法とし・GaAa多
結晶を原料とするため、不純物主とし・てシリコン(8
1)が含まれ半絶縁性とするためのクロム(Or)の添
加を必要としていた。このOrの添加濃度は5重量pp
m以上ではOrの析出があり好ましくない。Orの添加
濃度が3〜5重量ppm程度では成長した結晶の熱変成
に大−3= きな問題があり、更にOrの添加濃度を1〜2重量pp
mと低濃度としても未だに熱変成について問題が残り、
また結晶全体に亘ってOrを均一に分布制御することが
困難であった。
一方、直接原料の合成を行う高圧封止ぢ1き上げ法はO
rの添加は不要であるが、結晶原料である龜とA8及び
液体封止剤である酸化ボロン(B。
03)を高圧下で加熱、合成するため、ルツボ内で溶融
している結晶原料融液は熱対流により極めて不安定な状
態となり、そのような状態で結晶成長操作を行っている
ため固液界面の形状が激しく変動し、生成する結晶には
融液の熱変動による成長縞やGaA a特有の固有欠陥
EL2準位が基板に形成した欠陥は除くことができない
ため、電気特性、素子特性が均一である集積回路を再現
性良く製造することは困難であった。
この発明の目的は成長する結晶の品質を制御して高純度
、低欠陥でしかも熱安定性の良く電気抵抗I X 10
@Ω・m以上を有する半絶縁性GttA、s単結晶を再
現性良く製造する方法を提供することにある。
このため、本発明による半絶縁性GaAs単結晶の製造
方法は高圧液体封止引き上げ法により単結晶を成長させ
る際にOrを低濃度含むGαAg融液を用い、融液の温
度変動幅が1℃以下となるような磁場を印加する。この
ように低濃度のOrを含んだGα八へ融液に対して磁場
を印加しながら結晶成長を行うことにより、結晶原料融
液の対流は抑制され、固液界面が安定な状態で結晶成長
が行われるため、Crの含有量が微量にも拘らず成長す
る結晶に均一に分布し、抵抗値がio’Ω・副以上とな
り、GαA8固有の深い不純物レベルが低減して高品質
なGaAs単結晶が形成されること−タ − KToの装置を第1図の概略図により説明すると、lは
高圧容器であって、この高圧容器/内にはその外周を炭
素材料等の支持部材ダで覆れたルツボ3を設け、このル
ツボ3を回転支持軸ヲにより回転且つ上下動できるよう
に支持し、ルツボ3の周囲には加熱炉コを設けて、ルツ
ボを所定の温度に加熱、維持する。ルツボ3の上部には
下端に種結晶りを取付けた引き上げ軸gを設け、この引
き上げ軸は回転すると共に上下動するように構成する。
高圧容器lの外周には一対の磁界印加装置//を設け、
ルツボ3内の結晶原料融液りに磁場Bが印加されるよう
にする。
上記の如き構成の装置において、ルツボ3には[有]、
As及びOrをそれぞれ所定量入れ、更に液体封止剤と
してB、03を入れた上、ルツボを高圧容器/内に設置
し、アルゴン、窒素等の不活性ガスにより容器内を加圧
し、加熱炉コにより結晶原料の溶融温度以上の温度で加
熱してルツボ内の結晶原料及び封止剤を溶融させる。
Orの添加量は結晶原料融液中の不純物(主と= 6− して8i )濃度により決定すべきで、従来の如く製の
ものを用いることによりCrの添加量を少くすることが
できる。更に結晶原料融液を後に説明するような低圧蒸
留精製処理することにより不純物濃度の低減化を計るこ
とができ、Orの添加量を減少させることができる。い
ずれの場合においても、形成した結晶のOrの含有量が
3 X 10”Ar+! (0,05重量pprn )
程度以下の値となるような添加量とすることにより、O
rの添加による結晶欠陥の発生は抑制することができる
ので、結晶原料融液の不純物濃度が上述の値よりも高い
場合は低くなるように調整して用いるのが望ましい。
ルツボ3内の原料が完全に溶融し、上部に液体封止剤と
してB、03溶融層6が、下部にGcLA8融液層りが
形成したら、引き上げ軸gを下降させ、= 7一 種結晶7をGαA8融液層夕と接触させ、種結晶7を所
定の速度で回転させながら引き上げて0aks結晶10
を成長させるのであるが、容器内は20〜30気圧、約
1260℃であって、ルツボ内のGIZAJI融液は熱
対流が激しく起っており、このような不そこでこの発明
においては、種結晶りをルツボ3内のG(EA s融液
夕に接触した時点で、融液に対し、磁界印加装置//に
より磁場を印加する。
印加する磁場の強さは結晶原料融液の固液界面近傍の温
度変動幅が1℃以下となるような値であって、具体的に
は結晶引き上げ装置の構成、規模により異なるが、12
00ガウス程度以上の磁場の印加が必要であり、印加す
る磁場が大きくなればそれだけGaA3融液中の熱対流
は抑制され、温度変動幅は小さくなり、効果が顕著とな
る。
このようにGaA8融液に磁場を印加すると、Gaps
融液中に起っていた熱対流は抑制され、種結晶をGaA
8融液に接触、引き上げて結晶成長を行うと、固液界面
は穏やかな状態となっているため、成長縞の発生もなく
、GaA3結晶特有の固有欠陥濃度が低減し、高品質の
結晶が成長する。
更に、これまで結晶内へのOrの取り込みが悪いため、
融液中の不純物量に対してはるかに多量のOrを添加し
た融液を用いて結晶成長を行っていたが、この発明にお
いては固液界面における対流が抑制されているため融液
中の不純物濃度α以上となり、単結晶の融液に対する同
化率を′07以上としても、結晶の頭部から尾部までの
Or、、の含有濃度は実質的に均一であって、抵抗値も
結晶全体に亘って1080・m以上となる。
尚、ルツボ内の原料が完全に溶融して上部にB2O3溶
融液層が、下部にGaps融液層が形成した時点で、高
圧容器内の温度をそのままにして圧力のみを2〜5気圧
に減圧する。その結果、 9− GαA8融液層から多数の気泡が発生し、融液中を上昇
して容器内の気相中へ発散する。このとき融液内の水分
、不純物などは気泡に含まれ成るいは気泡に付着して除
去される。このようにGaA3融液を結晶成長引き上げ
操作を行う前に低圧蒸溜精製処理を行うことにより融液
中の不純物の含有量が減少し、Orの添加量を減少する
ことができる。
この発明によるGαA8単結晶の製造方法は上述の説明
で明らかなように、従来法では108Ω・α以上の高抵
抗の結晶が形成しないような低濃度のOrを含んだGa
A8融液に磁界を印加しながら引による影響は見られず
、超高速集積回路、光−電子集積回路の基板結晶として
信頼性の高いものを再現性良く供し得ることができる。
次にこの発明の実施例を述べる。
実施例1 10− 第1図に示すような構造の単結晶製造装置において、内
径100mm5深さ100 nunのパイロリテツク窒
化ボロン製ルツボに(Ea 500 f 、 As 6
00 ?、Or 280 mf/、B203180 F
を入れ、高圧容器内に設置してアルゴンガスを圧入し約
50気圧にした後、ルツボを1300℃に加熱して、上
部にB2O3溶融液層が、下部にGcLAs融液層が形
成した時点で容器内の圧力を5気圧にして30分間放置
した後20気圧に加圧した。この低圧蒸溜精製を3回繰
返した後に再び20気圧に加圧し、融液に1250ガウ
スの磁場を印加した。Ga八へ融液内での熱変動幅は約
15℃であったが、上記の磁場の印加によりo、i℃以
下となった。次に、磁場を印加・した状態で種結晶をG
aA8融液に接触させ、種結晶を1分間6回転の制合で
回転させながら1時間9 mmの速よる不規則な成長縞
は見られず、極めて安定し−//− た状態で結晶が成長していたことが示されていた。また
結晶の固化率は約0.75であって、結晶の頭部から尾
部に亘ってOrの濃度は3 X 10”/c4以下であ
り、抵抗値は10’Ω・副以上であって、ウェハーにし
て850℃で加熱処理しても抵抗値の変化は殆ど見られ
なかった。結晶中のGaA3固有の結晶欠陥EL、準位
が3 X 10”/c/を以下であった。
実施例2 実施例1と同様な方法にて純度7Nの[有]とMを用い
てGαA8融液(Or添加量280■)を形成した後に
低圧蒸溜精製を行わずに、1250ガウスの磁場を印加
して、結晶成長を行った。結晶成長条件は実施例1と同
じであって、結晶が約15肺生成した時点で磁場の印加
のみを停止し、更に約12胴生成した時点で再び125
0ガウスの磁場を印加して、長さ約50mmのGaAs
単結晶を得た。
この結晶の成長方向の抵抗値及び固有欠陥濃度を測定し
た結果、第2図(4)、a3)に示すような結果が得ら
れた。即ち、磁場を印加した状態で止して生成した結晶
の抵抗値は5 X 10’〜s x to’Ω@副と低
くなり且つバラツキが見られた。一方、固有欠陥濃度は
第2図CB)に示すように磁場を印加した時の結晶の場
合3 X 101fi以下であり、磁場の印加を停止し
た時の結晶の場合、5 X 1016〜8 X 10”
と著しく高くなった。そして、磁場を掛けて作成した結
晶には熱変成は見られなかった。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明を実施するための単結晶製造装置の一
例を示す概略断面図、第2図(4)、03)は本発明の
方法によって得られたGaAs単結晶の抵抗値及び固有
欠陥濃度を示すグラフである。 /・・・高圧容器、コ・・・加熱炉、3・・・ルツボ、
り・・・GαA8融液、6・・・B20.溶融液、7・
・・種結晶、10・・・GαA8結晶、l/・・・磁場
印加装置。 第2図(A) 特品へ長う同長で(mm)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  クロムを低濃度含むガリウム砒素融液に温(
    2)高圧下で溶融したクロムを低濃度含むガリ: ラム
    砒素融液を低圧下で維持して気泡による蒸溜精製を行い
    、精製したガリウム砒素融液に温度変動幅が1℃以下と
    なるような磁場を印加しながら結晶の引き上げにより結
    晶成長を行うことを特徴とする半絶縁性ガリウム砒素単
    結晶の製造方法。
JP7889983A 1983-01-18 1983-05-07 半絶縁性ガリウム砒素単結晶の製造方法 Granted JPS59203793A (ja)

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JP7889983A JPS59203793A (ja) 1983-05-07 1983-05-07 半絶縁性ガリウム砒素単結晶の製造方法
US06/571,091 US4637854A (en) 1983-01-18 1984-01-16 Method for producing GaAs single crystal
GB08401194A GB2136706B (en) 1983-01-18 1984-01-17 Liquid encapsulated crystal growth

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JPH0124760B2 JPH0124760B2 (ja) 1989-05-12

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61286294A (ja) * 1985-06-07 1986-12-16 Toshiba Corp 単結晶引上装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57123898A (en) * 1981-01-20 1982-08-02 Toshiba Corp Preparation of semi-insulating gaas single crystal

Patent Citations (1)

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JPH0124760B2 (ja) 1989-05-12

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