JPS60231500A - 半絶縁性ＧａＡｓ単結晶の成長方法 - Google Patents
半絶縁性ＧａＡｓ単結晶の成長方法Info
- Publication number
- JPS60231500A JPS60231500A JP8458284A JP8458284A JPS60231500A JP S60231500 A JPS60231500 A JP S60231500A JP 8458284 A JP8458284 A JP 8458284A JP 8458284 A JP8458284 A JP 8458284A JP S60231500 A JPS60231500 A JP S60231500A
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- Japan
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- gaas
- crystal
- single crystal
- melt
- mixture
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- Pending
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (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。
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ＧａＡｓＴＣ用半絶縁性ＧａＡｓ単結晶の成長
方法に関するものである。
方法に関するものである。
半絶縁性ＧａＡｓ単結晶はＧａＡａ電界効果トランノス
タ、ＧａＡｓ集積回路、さらには光−電子集積回路など
の基板として使用され、能動素子、受動素子。
タ、ＧａＡｓ集積回路、さらには光−電子集積回路など
の基板として使用され、能動素子、受動素子。
配線などを絶縁分離する役割を果している。このために
要求される比抵抗は１０ Ω−ｍ以上とされている。
要求される比抵抗は１０ Ω−ｍ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ＧａＡｇ単結晶は
石英るつほなどの成長炉材やＧａ ＋ Ａｓなとの原料
から混入するＳｉやＳなどの不純物元素による汚染は避
けられず、少なくともｌＸｌ０ ｃｍ 以上、多い場合
には１０”ｃｒｎ−’程度にまで不純物で汚染されてい
る。これらのＳｉ＋ＳはＧａＡｓ結晶中では浅いドナー
準位を形成するので極めて低い抵抗率のＧａＡｇ単結晶
しか得られない。そこで従来は前記の浅いドナー準位の
電子を補償すべく、深いアクセノタ準位を形成するＣｒ
を意図的に過剰に添加してＧａＡｓ単結晶の半絶縁化を
図っていた。しかしｃｒを添加した半絶縁性Ｇ＆Ａ８に
は、洩いドナー電子の補償に寄与しない過剰のＣｒによ
る深いアクセプタによって、ｎ形の導電層を形成すべく
イオン注入法などでドープしたＳｎなどがつくる浅いド
ナーの′電子も捕獲されてしまうという問題があった。
石英るつほなどの成長炉材やＧａ ＋ Ａｓなとの原料
から混入するＳｉやＳなどの不純物元素による汚染は避
けられず、少なくともｌＸｌ０ ｃｍ 以上、多い場合
には１０”ｃｒｎ−’程度にまで不純物で汚染されてい
る。これらのＳｉ＋ＳはＧａＡｓ結晶中では浅いドナー
準位を形成するので極めて低い抵抗率のＧａＡｇ単結晶
しか得られない。そこで従来は前記の浅いドナー準位の
電子を補償すべく、深いアクセノタ準位を形成するＣｒ
を意図的に過剰に添加してＧａＡｓ単結晶の半絶縁化を
図っていた。しかしｃｒを添加した半絶縁性Ｇ＆Ａ８に
は、洩いドナー電子の補償に寄与しない過剰のＣｒによ
る深いアクセプタによって、ｎ形の導電層を形成すべく
イオン注入法などでドープしたＳｎなどがつくる浅いド
ナーの′電子も捕獲されてしまうという問題があった。
注入ＳｎなどがＣｒによって補償される割合はＣｒの過
剰な程度がどのＧａＡ ｓ単結晶に対しても一定であれ
ば常に一定になるはずであるが、６Ｘ１０ レベルの著
しく小さなＣｒの偏析係数のためにインゴット結晶の成
長方向でＣｒ濃度が大きく変化し、その結果、前記の補
償の割合もインゴット結晶の成長方向で大きく異なると
いう欠点をもたらしていた（応用物理、第４９巻Ｐ、６
５０（１９８０））。
剰な程度がどのＧａＡ ｓ単結晶に対しても一定であれ
ば常に一定になるはずであるが、６Ｘ１０ レベルの著
しく小さなＣｒの偏析係数のためにインゴット結晶の成
長方向でＣｒ濃度が大きく変化し、その結果、前記の補
償の割合もインゴット結晶の成長方向で大きく異なると
いう欠点をもたらしていた（応用物理、第４９巻Ｐ、６
５０（１９８０））。
本発明の目的は、従米の半絶縁性ＧａＡｓ結晶で生じて
いたような、欠点を解決してイオン注入法などでドープ
０したドナー不純物の補償割合がインゴ、ト結晶の成長
方向で完全に一定になるような半絶縁性ＧａＡｓ単結晶
の成長方法を提供することにある。
いたような、欠点を解決してイオン注入法などでドープ
０したドナー不純物の補償割合がインゴ、ト結晶の成長
方向で完全に一定になるような半絶縁性ＧａＡｓ単結晶
の成長方法を提供することにある。
本発明はＧａとＡＩＩとの重量比（Ｇａ／Ａｓ ）が０
．９３０５９３〜１．０４９３９２で、ＧａＡｓに対す
るモル比１０−７〜１０−４の０２を添加してなるＧａ
Ａｓのメルト（ｍｅｌｔ）を形成する工程と、前記メル
トからＧａＡｓ単結晶を成長させる工程とを行うことを
特徴とする半絶縁性ＧａＡｓ単結晶の成長方法である。
．９３０５９３〜１．０４９３９２で、ＧａＡｓに対す
るモル比１０−７〜１０−４の０２を添加してなるＧａ
Ａｓのメルト（ｍｅｌｔ）を形成する工程と、前記メル
トからＧａＡｓ単結晶を成長させる工程とを行うことを
特徴とする半絶縁性ＧａＡｓ単結晶の成長方法である。
Ｇａ／Ａｓ ）’ １なる化学量論的組成比を有するＧ
ａＡｓ単結晶、すなわらＡｌｌが不足するＧａＡｓ単結
晶においては価電子帯上端から７７ｍｅＶの位置に浅い
アクセプタ準位が形成されることが知られておシ、この
７７ｍｅＶの浅いアクセプタ準位はＡｓの格子点からＡ
ｌｌが抜けて生じたＡ８空孔にＧａが侵入して形成され
ると考えられている（参考文献Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓＬｅｔｔａｒｓ、Ｖｏｔ４０．ＰＰ８９８〜９
０１）。ＧａＡｓ中のＧａ又はＡｓの濃度はアヴォガド
ロ数から約２２×１０２２個・Ｉ？ｍ”−３になるが、
前記の７７ ｍｅＶのアクセプタ準位が密度でたとえば
２．２ Ｘ １０” ｃｍ−’だけ発生するにはＧａ／
Ａ ｓの化学量論的な組成比を理想的にはに １．０００００２に、あるいはＧａ／Ａｓの重量比で０
．９３０５９４５Ａすると良い。この例で示した１、０
００００２なる組成比の実現はＡｓ圧の制御が容易なボ
ート成長法や液相成長法による結晶成長法では容易であ
る。
ａＡｓ単結晶、すなわらＡｌｌが不足するＧａＡｓ単結
晶においては価電子帯上端から７７ｍｅＶの位置に浅い
アクセプタ準位が形成されることが知られておシ、この
７７ｍｅＶの浅いアクセプタ準位はＡｓの格子点からＡ
ｌｌが抜けて生じたＡ８空孔にＧａが侵入して形成され
ると考えられている（参考文献Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓＬｅｔｔａｒｓ、Ｖｏｔ４０．ＰＰ８９８〜９
０１）。ＧａＡｓ中のＧａ又はＡｓの濃度はアヴォガド
ロ数から約２２×１０２２個・Ｉ？ｍ”−３になるが、
前記の７７ ｍｅＶのアクセプタ準位が密度でたとえば
２．２ Ｘ １０” ｃｍ−’だけ発生するにはＧａ／
Ａ ｓの化学量論的な組成比を理想的にはに １．０００００２に、あるいはＧａ／Ａｓの重量比で０
．９３０５９４５Ａすると良い。この例で示した１、０
００００２なる組成比の実現はＡｓ圧の制御が容易なボ
ート成長法や液相成長法による結晶成長法では容易であ
る。
ＧａＡｓ単結晶が１０７Ω−α以上の半絶縁性を有する
には次の関係式が成立することが必要である。
には次の関係式が成立することが必要である。
０＜Ｎ８Ａ−Ｎ８Ｄ＜ＮＤＤ
ここでＮ８Ａ、Ｎ８Ｄは浅いアクセプタの濃度とドナー
の濃ｐとで、ＮＤｆ、は深いドナーの濃度である。
の濃ｐとで、ＮＤｆ、は深いドナーの濃度である。
この関係式からＮ８Ａ）Ｎ８Ｄの条件−ＦでＮｓＡ以上
のＮＤＤが実現できるならばＧａＡ ｓ単結晶は充分に
半絶縁化することが理解できよう。したがって（４／Ａ
ｓ）１であるＧａＡｓ単結晶で形成される７ ７ ｍｅ
Ｖの浅いアクセプタの濃度Ｎ８Ａ以上に深いドナー準位
の濃度ＮＤＤが実現できれば該ＧａＡＩＩ単結晶は半絶
縁化する。
のＮＤＤが実現できるならばＧａＡ ｓ単結晶は充分に
半絶縁化することが理解できよう。したがって（４／Ａ
ｓ）１であるＧａＡｓ単結晶で形成される７ ７ ｍｅ
Ｖの浅いアクセプタの濃度Ｎ８Ａ以上に深いドナー準位
の濃度ＮＤＤが実現できれば該ＧａＡＩＩ単結晶は半絶
縁化する。
渋いドナー準位を形成する元系としては０．７６ ｅＶ
の酸素がある。この深いドナー準位の電子が自由電子に
なる可能性は著しく低い。たとえばＮＤＤ −’ ２．
２ Ｘ １０２０ｃｍ−’としても室温で深いドナーに
よる自由′ｆＩｉｔ子の発生は濃度で１．４ Ｘ １０
’ｔｍ−’程度にしかならず、１０ｃｍ 程度のｎ形動
外層の自由電子濃度に比較して無視てきるような影響に
しかならない。したがってイオン注入法などで形成した
ｎ形動外層の自由′ル子濃度は７７ ｍｅＶの浅いアク
セプタ濃度と、注入イオンによる浅いドナー濃度とだけ
で決定される。しかも、化学量論比がＧ ａ／Ａ ｓ〉
１で生じる浅いアクセプタ濃度はＭｇ 、 Ｍｎ 、
Ｃなどのドープで問題となるような偏析係数が１でない
ために生じる結晶成長方向での濃度の変動が本質点にな
いのでｎ形動外層の自由電子濃度をインゴット単結晶の
いかなる部分から切シ出した基板に対しても常に一定の
値にできる特長がある。
の酸素がある。この深いドナー準位の電子が自由電子に
なる可能性は著しく低い。たとえばＮＤＤ −’ ２．
２ Ｘ １０２０ｃｍ−’としても室温で深いドナーに
よる自由′ｆＩｉｔ子の発生は濃度で１．４ Ｘ １０
’ｔｍ−’程度にしかならず、１０ｃｍ 程度のｎ形動
外層の自由電子濃度に比較して無視てきるような影響に
しかならない。したがってイオン注入法などで形成した
ｎ形動外層の自由′ル子濃度は７７ ｍｅＶの浅いアク
セプタ濃度と、注入イオンによる浅いドナー濃度とだけ
で決定される。しかも、化学量論比がＧ ａ／Ａ ｓ〉
１で生じる浅いアクセプタ濃度はＭｇ 、 Ｍｎ 、
Ｃなどのドープで問題となるような偏析係数が１でない
ために生じる結晶成長方向での濃度の変動が本質点にな
いのでｎ形動外層の自由電子濃度をインゴット単結晶の
いかなる部分から切シ出した基板に対しても常に一定の
値にできる特長がある。
次にメルトの組成の最適な範囲について述べる。
メルト中のＧａとＡｓとの重量比（Ｇａ／Ａｓ ）が０
．９３０５９３の場合には成長した結晶には７７ｍｅＶ
の浅いアクセプタは殆ど形成されない。また（ Ｇａ／
Ａｓ ）が１．０４９３９２を超えるとＧａＡｓ中に金
属Ｇａが析出したり、多結晶しか形成されなくなること
が分った。したがって単結晶を得るには本発明のごと（
Ｇａ／Ａｓは０．９３０５９３〜１．０４９３９２が最
適な範囲となる。一方、酸素のドープ量が多すぎても単
結晶は成長せず、酸素のドープ量が少なくても結晶は半
絶縁化しない。従って酸素のドープ量の範囲はメルト中
のＧａＡｓに対しては０２のモル比で１０−７〜１Ｏ−
４、単結晶に対しては０濃度で６×１Ｏ１５〜１ｘ１０
１８ｃｒｎ−３である。
．９３０５９３の場合には成長した結晶には７７ｍｅＶ
の浅いアクセプタは殆ど形成されない。また（ Ｇａ／
Ａｓ ）が１．０４９３９２を超えるとＧａＡｓ中に金
属Ｇａが析出したり、多結晶しか形成されなくなること
が分った。したがって単結晶を得るには本発明のごと（
Ｇａ／Ａｓは０．９３０５９３〜１．０４９３９２が最
適な範囲となる。一方、酸素のドープ量が多すぎても単
結晶は成長せず、酸素のドープ量が少なくても結晶は半
絶縁化しない。従って酸素のドープ量の範囲はメルト中
のＧａＡｓに対しては０２のモル比で１０−７〜１Ｏ−
４、単結晶に対しては０濃度で６×１Ｏ１５〜１ｘ１０
１８ｃｒｎ−３である。
次に本発明の実施例について説明する。第１図は本発明
の詳細な説明に使用する水平ブリッジマン法の結晶成長
炉の断面図である。゛まず石英製の反応管１の一方の側
にＣａＡｓの種結晶２と、ＧＩＬＡ８の亘鈑比が０．９
６８５７６になるよりなＧａとＡＢとの混合物４金入れ
た熱合成法の窒化ポロン製ケート３を配厭する。Ｇａと
Ａｓとの混合物４にはＡｓ２Ｏ３として添加したＯ２５
がＧａＡｓにヌゴするモル比で１．２５Ｘ １ ｏ−５
７’？け倉ませている。さらに拡散バリア６をへたでた
反応謳１の他方の側に粉末Ａｓ７を置く。
の詳細な説明に使用する水平ブリッジマン法の結晶成長
炉の断面図である。゛まず石英製の反応管１の一方の側
にＣａＡｓの種結晶２と、ＧＩＬＡ８の亘鈑比が０．９
６８５７６になるよりなＧａとＡＢとの混合物４金入れ
た熱合成法の窒化ポロン製ケート３を配厭する。Ｇａと
Ａｓとの混合物４にはＡｓ２Ｏ３として添加したＯ２５
がＧａＡｓにヌゴするモル比で１．２５Ｘ １ ｏ−５
７’？け倉ませている。さらに拡散バリア６をへたでた
反応謳１の他方の側に粉末Ａｓ７を置く。
粉末Ａｓ７の量は結晶の成長中にＧａとＡＢとの混合物
４からＡＢの離脱がない程度の平衡蒸気圧が維持できる
程度ちれは良い。成長に際し、反応管１を１２５０℃以
上に加熱して混合物４のメルトを作り、さらに粉末Ａｓ
７を６１０℃に加熱してＡｓ蒸気８を発生させる。次に
メルトの温度を種結晶２に接した部分から１０５０〜１
２００℃に下げてＧａＡ＠単結晶を３−ｈの速度で徐々
に成長させて半絶縁性ＧａＡｓ単結韮を成長させる。本
実施例で作製した単結晶はＳｉ濃度ｌＸｌ０ ｃｍ 、
７７ｍｅＶの準位減反１ｘ１０１６ｃｒｎ−３，０妃度
Ｉ Ｘ １０” Ｃｒｎ−’ 、比抵抗３Ｘ１０−８Ω
−αで、この単結晶を用いてイオン注入法になるｎ形動
外層を形成したところ該動作層のピーク濃度の平均値に
対するピーク濃度の標準偏差は百分率で２５チと小さく
、本発明の成長方法の有効性が示された。
４からＡＢの離脱がない程度の平衡蒸気圧が維持できる
程度ちれは良い。成長に際し、反応管１を１２５０℃以
上に加熱して混合物４のメルトを作り、さらに粉末Ａｓ
７を６１０℃に加熱してＡｓ蒸気８を発生させる。次に
メルトの温度を種結晶２に接した部分から１０５０〜１
２００℃に下げてＧａＡ＠単結晶を３−ｈの速度で徐々
に成長させて半絶縁性ＧａＡｓ単結韮を成長させる。本
実施例で作製した単結晶はＳｉ濃度ｌＸｌ０ ｃｍ 、
７７ｍｅＶの準位減反１ｘ１０１６ｃｒｎ−３，０妃度
Ｉ Ｘ １０” Ｃｒｎ−’ 、比抵抗３Ｘ１０−８Ω
−αで、この単結晶を用いてイオン注入法になるｎ形動
外層を形成したところ該動作層のピーク濃度の平均値に
対するピーク濃度の標準偏差は百分率で２５チと小さく
、本発明の成長方法の有効性が示された。
以上の実施例で成長方法は水平ブリ、ヂマン（Ｂｒｉｄ
ｇｍａｎ ）法を例に述べたが、ＡＩ＋圧の制御にさえ
気を伺けるならば他の成長方法、たとえばチ■クラルス
キ（Ｃｈｏｃｂｒａｌｓｋｉ ）法や液相エピタキシア
ル法によっても良い。また酸素のドーピングはＡｓ２Ｏ
３でおこなったがＧａ２Ｏ３でも０２でも良いことは云
う捷でもない。
ｇｍａｎ ）法を例に述べたが、ＡＩ＋圧の制御にさえ
気を伺けるならば他の成長方法、たとえばチ■クラルス
キ（Ｃｈｏｃｂｒａｌｓｋｉ ）法や液相エピタキシア
ル法によっても良い。また酸素のドーピングはＡｓ２Ｏ
３でおこなったがＧａ２Ｏ３でも０２でも良いことは云
う捷でもない。
したがって本発明によるときには、結晶の成長方向での
５度の変動がなく、却、結晶のいかなる部分から切出し
てもｎ形動外層の自由゛叡子耐度が一定の基板を得るこ
とができる効果を有するものである。
５度の変動がなく、却、結晶のいかなる部分から切出し
てもｎ形動外層の自由゛叡子耐度が一定の基板を得るこ
とができる効果を有するものである。
第１図は本発明の１実施例を説明するだめの水平ブリッ
プマン法の炉の断面図である。 １は反応管、２は種結晶、３は鱈ホード、４はＧａＡｓ
のメルト、５は０２．６は拡散バリア、７は粉末Ａ８．
８はＡｓ蒸気を示す。 第１図
プマン法の炉の断面図である。 １は反応管、２は種結晶、３は鱈ホード、４はＧａＡｓ
のメルト、５は０２．６は拡散バリア、７は粉末Ａ８．
８はＡｓ蒸気を示す。 第１図
Claims (1)
- （１） ＧａとＡ８との重量比（Ｇａ／Ａｓ ）が０．
９３０５９３−１．０４９３９２で、ＧａＡｓに対する
モル比１０〜１０の０２を添加してなるＧａＡｓのメル
トを形成する工程と、前記メルトからＧａＡｇ単結晶を
成長させる工程とを行うことを特徴とする半絶縁性Ｇａ
Ａｓ単結晶の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8458284A JPS60231500A (ja) | 1984-04-26 | 1984-04-26 | 半絶縁性ＧａＡｓ単結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8458284A JPS60231500A (ja) | 1984-04-26 | 1984-04-26 | 半絶縁性ＧａＡｓ単結晶の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60231500A true JPS60231500A (ja) | 1985-11-18 |
Family
ID=13834667
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8458284A Pending JPS60231500A (ja) | 1984-04-26 | 1984-04-26 | 半絶縁性ＧａＡｓ単結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60231500A (ja) |
-
1984
- 1984-04-26 JP JP8458284A patent/JPS60231500A/ja active Pending
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