JPS60210599A - 半絶縁性GaAs結晶の成長方法 - Google Patents

半絶縁性GaAs結晶の成長方法

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JPS60210599A
JPS60210599A JP59066297A JP6629784A JPS60210599A JP S60210599 A JPS60210599 A JP S60210599A JP 59066297 A JP59066297 A JP 59066297A JP 6629784 A JP6629784 A JP 6629784A JP S60210599 A JPS60210599 A JP S60210599A
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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
    • C30B11/00Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • 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
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/42Gallium arsenide

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  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

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】 (産業上の利用分野) 本発明は半絶縁性GaAsインゴット結晶の成長方法に
関するものでおる。
(従来技術) 半絶縁性GaAsインゴット結晶は、GaA3電界効宋
トランジスタ、 GaAs ’tlk積回路、さらには
光電子弔積回路などの結晶基板として使われる。これら
の半導体装置において、半絶縁性GaAs結晶基板は能
動素子、受動素子、配線金属などを絶縁分離する役割全
果している。このために半絶縁性GaAs結晶に要求さ
れている比抵抗はIQ’Q−cm以上とされている。
不純物を意図的に添加せずに成長したGaAsインゴッ
ト結晶では、結晶を成長させる際に用いる石英るつぼや
、GaAsの原料であるGa f Asなどから混入す
るSiやSなどの不純物による汚染は辿けられなく、こ
れらの不純物は少なくとも1015ctn″′″3以上
、多い場合には10”cm”程度含まれている。これら
SiやSki GaAs結晶において浅いドナー不純物
準位會形成するために、但抵抗のN形GaAs結晶しか
できない。
そこで、従来は前記の8iやSなどによる浅いドナー準
位を補償して高抵抗にすべく、G aAsインゴット結
晶の成長に際して、深いアクセプタ準位を形成するCr
 f意1%l的に添加していた。このときのCrQi加
量はCrによる補償中心の密度がSiやSなどで生じた
浅いドナー準位密度以上になるようにする必要があった
。このCr隊加叶は、Crの偏朽係収が6X10’と忰
めて小きいので、シード側はどCr7jiHLかイハ、
くなることを考慮して決める必要があり、通富は過剰な
吐のCrfl小加していた。
(従来紋術の間17jl ) しかしなから、このような極めて小さな1柚析係?’i
k有するCr ’tr: her加して浅いドナー卆位
ケ袖イdする方法には、吹の問題があった。′j−なわ
ち、インゴット結晶から切り川した(JaAs結晶華仮
では、その切り出しイ)l置によってCr a4度が異
なることである。別な表ψ、をするとCrの禍根]な朴
良がGaAs結晶基板ごとに異なることは避けられなか
った。従って、このような結鯖基椋のすべてで同一の自
由電子7農度を得るためには、例えば、Siのイオン注
入ケ付なう際に、Crの過剰の程1更に応じて注入条件
全設定しなけれはならない煩わしさがあった。
(発明の目的) 本発明の目的は、上記の問題全解消することにより、イ
ンゴット結晶から切り出した結晶基板のすべてに、不純
物のイオン注入条件として同一の注入条件全設定しても
同一の目由電−f−a度勿再現性良く得ることのできる
半絶縁性GaAs結晶の成長方法全提供することにある
(発明の構成) 本発明の半絶縁性GaAs結晶の成長方法は、GaAs
インゴット結晶の成長に際して、Ga tAs及び微量
のCからなる融成物に、制御された計の酸素をドープし
てGaAs インゴット結晶を成長させることから構成
される。
(本発明の原理) 次に、本発明の目的たる自由電子濃度の制御の方法とそ
の原理について説明する。
前記のSi 、Sなどの浅いドナー不純物による準位k
No e意図的にドープしたCによる浅いアクセプタ不
純物、酸素による深いドナー不純物による準位密度をそ
れぞれN A * N DDとし、さらに動作へ≧ 1會全形成すべくドープしたSn などによるドナ塾位
密#3tをND′すると、形成されたil1作層の電子
濃j誌nはNI)Dとは独立に、 ” =”D’−(NA −No) −−・= (1)で
表わさILる。現在の帖品J次長技術ではND奮5X 
J、0”cm 3以°ドに押えることかでさ、このNO
の人すヒはND′の1〜3 X 10’C1n−3に比
べるとJ1!(視できるから(1)式は n=J\D’ −1”lA −−−(2)と表現しても
さしつかえない。
(2)式かられかることは”kfh’J御するにはNA
を制御する、す/よりち浅いアクセプタのCの濃度を制
御すると良いことである。C以外にMg 、 Be 。
Mnなども考えらILるが、GaAsに対する偏析係敬
はCが0.8で1に最も近い。従ってCにはCrなどと
は理っ゛〔インゴット結晶の成長方間に幻しても均一に
取り込まt’Lる利点かめる。
次に、C知度の制御性について述べる。Cの融点はん圧
で3000℃以上で、UaAsの融成物中には釧、溶で
、かつ、融成物中に溶は込む址の制御が現実VCは困難
であった。しかし、GaAs結晶中に収り込まτLるC
の#反が酸素の量によって制御されるという発見に基づ
いて前記の問題であるC′a度の制仙1性の低さ全解決
できることがわかった。
このことを第1図(a)、(b)を用いて説明する。第
1図(a)は融成物沖の酸素のモル比を横軸に、結晶中
に取り込まれた酸素の濃度を縦軸にボしたもので、第1
図(b)はGaAs結晶に収り込まれた酸素のt度に対
応してGaAs結晶に取り込まれたCの濃度を示す結果
である。第1図(a)、(b) から、0aAs結晶中
のCの濃度は、融成物中の酸素のモル比で制aされるこ
とがわかった。
(実施例) 久に、本発明の実施例ケ図向を参照して説明する。
第2図は本発明の一実施例に用いられる成長炉の要部を
示す断面図である。この成長炉は、石英製の反応管21
の一方の側に、棟結晶22とAS 203全含むGa 
tA Sの融成物24と、微量の粉末C25を入れた熱
合成性窒化ボロン製のボート23を配置し、拡散バリア
26をへだてて反応管21の他方の側に粉末As27e
置いたボート成長法の炉でl駒戎される。粉末C25の
計は(Ja 、As の融成物に対し150wt、 p
pm程反以上、粉末AS27の敏は成ノーご中にAs 
の平衡蒸気圧が1呆持できる程度のfilであれば艮い
。なお、As2(J3 としてSk加した酸素の針は、
本実施例ではモル比で1.85X10−5 である。
まず、ボート23に入れた(Ja、As の岬υ成物2
4と粉末C25が溶融するように1250℃μ上に反応
物′21金加熱し、さらに粉末As27を610℃に加
熱して、Asi気28を発生させる。次に、融成物の1
品度を紳結晶22 (1111から1050〜1200
℃に下げて(JaAsインゴット結晶を少しずつ成長さ
せる。
このようにして成長した(j aAsのインゴット結晶
は、比抵抗が4X10’Q−cm以上もあり、不純物I
M瓜としては8iがl×1015 、Cが6X1015
cm’、酸素が3 X 10 ”cm−3であった。ま
た1に近いCの偏析係aを反映してCOa度はインゴッ
ト結晶の成長方向に均一に分布していた。
その結果、本実施例になるGaAsインゴット結晶から
切り出した結晶基板のすべてに対して、同一のイオン注
入条件ヲJ両用してもすべて同じ自由電子濃度金もった
イオン注入層を再現性良く得ることができた。
なお、本発明における制御された針の酸素のドープ方法
としては、実施例で述べたAs2O3を用いる方法の他
に、酸素を直接に反応管内に導入する方法、あるいはG
a2O3’z用いる方法などがあるが、酸素のドープ方
法によって本発明が制約されることはない。また、実施
例で用いたボート成長法のみならず引き上げ法に対して
も本発明が適用できることはいうまでもない。
(発明の効果) μ上、耐細説明したとおり、本発明によれは、Ga、A
s 及び機敏のCからなる融成物中に、制御された針の
酸素をドープしてGaAs インゴット結晶を成長させ
ることにより、インゴット結晶全体にわたりC濃度が均
一であるGaA sインゴット結晶が得られるので、イ
ンゴット結晶から切り出した結晶基板のすべてに、不純
物のイオン注入条件として同一のt]ユ人条件k 廁ハ
」しても同一の自由電子1)+4反を再現性良く得るこ
とのできる半絶縁性GaAs納品の成長方法が得られる
【図面の簡単な説明】 第1図(a)、(b)は本発明における濃反制仰方法の
原理會i兇明するだめの特性図、第2図は本発す1の一
実施例に用いられる成長炉の要部ケ示す面曲図である。 21・・・・・・反応管、22・・・・・・押結晶、2
3・・・・・・ボート、24−− As 203 を含
むGa、Asの融成物、25・・・・・・粉末C126
・・・・・・拡散バリア、27・・・・・・粉末As、
28・・・・・・As蒸気。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. GaAsインゴット結晶の成長に際して、Ga、As及
    び機敏のCからなる融成物に制御された獣の酸素をドー
    プしてGaAsインゴット結晶を成長させることを特徴
    とする半絶縁性GaAs結晶の成長方法。
JP59066297A 1984-04-03 1984-04-03 半絶縁性GaAs結晶の成長方法 Granted JPS60210599A (ja)

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