JPS6046997A - 高抵抗砒化ガリュ−ム結晶の成長方法 - Google Patents
高抵抗砒化ガリュ−ム結晶の成長方法Info
- Publication number
- JPS6046997A JPS6046997A JP15272483A JP15272483A JPS6046997A JP S6046997 A JPS6046997 A JP S6046997A JP 15272483 A JP15272483 A JP 15272483A JP 15272483 A JP15272483 A JP 15272483A JP S6046997 A JPS6046997 A JP S6046997A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal
- growth
- cooling
- gallium arsenide
- uniformity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-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
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は液体封止引上法によりノンドープ高抵抗砒化ガ
リ１．−ム結晶を成長させる方法に関する。
リ１．−ム結晶を成長させる方法に関する。
砒化ガリューム（以下ＧａＡｓと云う）を基板として用
いたＧａＡｓ集積回路（ＩＣ）の製作の一つの方法とし
て高抵抗ＧａＡｓ基板に不純物をイオン注入し動作領域
を形成する方法がとられている。この基板として用いら
れる高抵抗ＧａＡｓの結晶は水平ブリッジマン法あるい
は液体封止引上法などにより成長されている。水平ブリ
ッジマン法で結晶を成長する場合は結晶成長は石英製の
封管、石英製のボート等を使用するために成長した結晶
中に石英からシリコン（以下８ｉと書く）が混入する。
いたＧａＡｓ集積回路（ＩＣ）の製作の一つの方法とし
て高抵抗ＧａＡｓ基板に不純物をイオン注入し動作領域
を形成する方法がとられている。この基板として用いら
れる高抵抗ＧａＡｓの結晶は水平ブリッジマン法あるい
は液体封止引上法などにより成長されている。水平ブリ
ッジマン法で結晶を成長する場合は結晶成長は石英製の
封管、石英製のボート等を使用するために成長した結晶
中に石英からシリコン（以下８ｉと書く）が混入する。
ＧａＡｓ中での８ｉは浅い準位を形成するために水平ブ
リッジマン法によりＧａＡｓの高抵抗結晶を成長するに
はＧａＡｓ中で深い準位を形成するクロム（以下Ｃｒと
書く）や酸素（以下０と書く）を添加して結晶を成長し
ＧａＡｓ中の浅い準位を持った不純物を補償することに
より結晶を高抵抗化している。
リッジマン法によりＧａＡｓの高抵抗結晶を成長するに
はＧａＡｓ中で深い準位を形成するクロム（以下Ｃｒと
書く）や酸素（以下０と書く）を添加して結晶を成長し
ＧａＡｓ中の浅い準位を持った不純物を補償することに
より結晶を高抵抗化している。
しかし、このようにして高抵抗化した結晶はＧａＡｓに
対するＣｒの偏析係数が非常に小さいことから成長方向
に対しＣｒの濃度変化が大きく、インゴット内の不均一
性が大きいなどの問題があった。この問題を解決するた
めの手段として液体封止引上装置内で原料を直接合成し
合成直後結晶を引上成長する方法が開発された。
対するＣｒの偏析係数が非常に小さいことから成長方向
に対しＣｒの濃度変化が大きく、インゴット内の不均一
性が大きいなどの問題があった。この問題を解決するた
めの手段として液体封止引上装置内で原料を直接合成し
合成直後結晶を引上成長する方法が開発された。
液体封止直接合成引上法を第１図を用いて簡単に説明す
る。高圧容器１内にＰＢＮ （Ｐｙｒｏｌｙｔ １ｃＢ
ｏｒｏｎ Ｎ１ｔｒｉｄｅ）るつぼ２を設置し、このる
つぼ内に合成原料３のＧａ （！： Ａｓを昌量比で入
れる。このるつぼはサセプター４により支持され加熱ヒ
ーター５により加熱される。６は封止用の酸化硼素で、
７は結晶引上用シャフト、８は種結晶である。
る。高圧容器１内にＰＢＮ （Ｐｙｒｏｌｙｔ １ｃＢ
ｏｒｏｎ Ｎ１ｔｒｉｄｅ）るつぼ２を設置し、このる
つぼ内に合成原料３のＧａ （！： Ａｓを昌量比で入
れる。このるつぼはサセプター４により支持され加熱ヒ
ーター５により加熱される。６は封止用の酸化硼素で、
７は結晶引上用シャフト、８は種結晶である。
原料合成直後に種結晶８を封止用酸化硼素６を通し原料
融液３に接触させ引上成長を開始する。融液の温度を制
御し引上用シャフト７を回転しながら一定速度により引
上げることによりＧａＡｓの単結晶９が成長される。
融液３に接触させ引上成長を開始する。融液の温度を制
御し引上用シャフト７を回転しながら一定速度により引
上げることによりＧａＡｓの単結晶９が成長される。
このように液体封止引上法を用いて原料を直接合成して
成長した結晶はＧａＡｓ中に深い準位を形成するＣｒや
Ｏなどを添加しなくとも成長した結晶は高抵抗化するこ
とが知られている。しかしながらこのようにして成長し
た高抵抗結晶でも引上方向、又は引上軸に垂直に切断し
たウェハー面内で抵抗値の不均一性がしばしばみられる
。このような結晶を基板として用いイオン注入によりト
ランジスターを製造した場合ピンチオフ電圧の不均一と
なってあられれＩＣとして動作させることが出来ないこ
とすらある。このようなことから基板として用いる結晶
の抵抗値の均一性の確保は特に重要である。
成長した結晶はＧａＡｓ中に深い準位を形成するＣｒや
Ｏなどを添加しなくとも成長した結晶は高抵抗化するこ
とが知られている。しかしながらこのようにして成長し
た高抵抗結晶でも引上方向、又は引上軸に垂直に切断し
たウェハー面内で抵抗値の不均一性がしばしばみられる
。このような結晶を基板として用いイオン注入によりト
ランジスターを製造した場合ピンチオフ電圧の不均一と
なってあられれＩＣとして動作させることが出来ないこ
とすらある。このようなことから基板として用いる結晶
の抵抗値の均一性の確保は特に重要である。
発明者はこのような観点から鋭意研究を重ねた結果、成
長結晶の抵抗値の不均一の原因が結晶成長後の結晶の冷
却条件に大きく依存していることを発見し、特定の徐冷
条件に制御することによって極めて均一性の高い直接合
成ノンドープ高抵抗砒化ガ’Ｊ ｗ−ム結晶を製造でき
ることを見出した。
長結晶の抵抗値の不均一の原因が結晶成長後の結晶の冷
却条件に大きく依存していることを発見し、特定の徐冷
条件に制御することによって極めて均一性の高い直接合
成ノンドープ高抵抗砒化ガ’Ｊ ｗ−ム結晶を製造でき
ることを見出した。
以下、その発見に到る実験結果と本発明の実施例を述べ
る。純度セブンナイン（７−９′ｓ）のガリューム（Ｇ
ａ）とシックスナイン（６９’ｓ）の砒素（Ａｓ）を自
量比用いて液体封止引上装置を用いて直接合成をおこな
いその後＜１００＞ の方位をもった種結晶を用いて毎
分０．２ｍｘの速度で引上成長を行なった。使用する装
置自体は第１図に示したような従来のものでかまわない
。成長した結晶の終端部が封止用酸化硼素より離れたと
ころで引上げを停止し以後毎分５０℃の冷却速度で結晶
の最高温度部分（最終成長部分の温度）がｓｏｏ℃にな
るまで徐冷した。この後直ちに加熱ヒーターへの電力供
給を停止し自然冷却した。成長後の結晶を結晶の中心を
成長軸に平行に４龍の厚さに縦割に切断し得られた板状
結晶を成長軸に垂直に。、５朋の厚さにウェハー状に切
断し長さ１５ｍｍ、＠４πｍ、Ｎさ０４朋の短冊状に整
形した。この後表面をエツチング後両端をインジー−ム
（Ｉｎ）を用いて合金電極を形成し抵抗値を測定し成長
結晶の成長方向の抵抗値の均一性を調べた。このように
して測定した抵抗率の変化を第２図のａに示す。横軸は
種結晶と成長結晶の境目から測った結晶の成長方向の長
さ、縦軸は抵抗率を示す。抵抗率の最大値と最少値で約
３０倍の差が有り抵抗値の均一性は非常に悪かった。
る。純度セブンナイン（７−９′ｓ）のガリューム（Ｇ
ａ）とシックスナイン（６９’ｓ）の砒素（Ａｓ）を自
量比用いて液体封止引上装置を用いて直接合成をおこな
いその後＜１００＞ の方位をもった種結晶を用いて毎
分０．２ｍｘの速度で引上成長を行なった。使用する装
置自体は第１図に示したような従来のものでかまわない
。成長した結晶の終端部が封止用酸化硼素より離れたと
ころで引上げを停止し以後毎分５０℃の冷却速度で結晶
の最高温度部分（最終成長部分の温度）がｓｏｏ℃にな
るまで徐冷した。この後直ちに加熱ヒーターへの電力供
給を停止し自然冷却した。成長後の結晶を結晶の中心を
成長軸に平行に４龍の厚さに縦割に切断し得られた板状
結晶を成長軸に垂直に。、５朋の厚さにウェハー状に切
断し長さ１５ｍｍ、＠４πｍ、Ｎさ０４朋の短冊状に整
形した。この後表面をエツチング後両端をインジー−ム
（Ｉｎ）を用いて合金電極を形成し抵抗値を測定し成長
結晶の成長方向の抵抗値の均一性を調べた。このように
して測定した抵抗率の変化を第２図のａに示す。横軸は
種結晶と成長結晶の境目から測った結晶の成長方向の長
さ、縦軸は抵抗率を示す。抵抗率の最大値と最少値で約
３０倍の差が有り抵抗値の均一性は非常に悪かった。
次に全く同じ手Ｉ＠を繰り返し、ただし前記のａの場合
と異なり成長完了後も加熱ヒーターへの電力供給を停止
せず冷却速度を毎分４０℃の速度になるように調節しな
がら結晶の最高温度部分が８００℃れた結晶の値を測定
し抵抗率の均一性を調べたところ第２図のｂのような結
果が得られた。均一性は第２図のａに比べがなり改善さ
れていることが判った。
と異なり成長完了後も加熱ヒーターへの電力供給を停止
せず冷却速度を毎分４０℃の速度になるように調節しな
がら結晶の最高温度部分が８００℃れた結晶の値を測定
し抵抗率の均一性を調べたところ第２図のｂのような結
果が得られた。均一性は第２図のａに比べがなり改善さ
れていることが判った。
再び全く同じ手順を繰返した。ただし成長完了後の冷却
速度を毎分３０”Ｃに選び徐冷した。その他は前記実験
と同じ条件とした。成長後の結晶の抵抗率の均一性を調
べたところ第２図のＣのようなものになう、た。ｂに比
べさらに均一性が向上した。
速度を毎分３０”Ｃに選び徐冷した。その他は前記実験
と同じ条件とした。成長後の結晶の抵抗率の均一性を調
べたところ第２図のＣのようなものになう、た。ｂに比
べさらに均一性が向上した。
再び前記成長手順を繰り返した。たたし冷却速度は毎分
３０℃とし最高温度部分が６５０℃になるまでこの冷却
速度を維持した。得られた結晶の抵抗率の均一性は第２
図のｄのようであり極めて均一性が向上していることが
判明した。この復古に冷却速度を減少させて徐冷してみ
たところ均一性は殆んど変化しな力じだ。また、徐冷を
終了する温度を６５０℃より低くとってみても、具体的
には６００℃、 ５５０℃としてもやはり均一性はもは
やそれ以上殆んど向上しなかった。一方、必ずしも徐冷
速度は徐冷期間中厳密に一定である必要はない、ことも
認めらイまた。すなわち徐冷開始時期、あるいは中途で
、あるいは徐冷後半時期で一時的に毎分３０℃の冷却速
度を越えても結果に大きな差は認められない場合もあっ
た。結局ＧａＡｓの融点。
３０℃とし最高温度部分が６５０℃になるまでこの冷却
速度を維持した。得られた結晶の抵抗率の均一性は第２
図のｄのようであり極めて均一性が向上していることが
判明した。この復古に冷却速度を減少させて徐冷してみ
たところ均一性は殆んど変化しな力じだ。また、徐冷を
終了する温度を６５０℃より低くとってみても、具体的
には６００℃、 ５５０℃としてもやはり均一性はもは
やそれ以上殆んど向上しなかった。一方、必ずしも徐冷
速度は徐冷期間中厳密に一定である必要はない、ことも
認めらイまた。すなわち徐冷開始時期、あるいは中途で
、あるいは徐冷後半時期で一時的に毎分３０℃の冷却速
度を越えても結果に大きな差は認められない場合もあっ
た。結局ＧａＡｓの融点。
（１２３８°Ｃ）から６５０℃になるまでの時間（例え
ば毎分３０℃の一定冷却速度なら約２０分間）が一定時
間以上であることがまず第一に必要な条件であり次にこ
の期間の冷却速度を一時的にせよあまり大きくとら′な
いこと、笑験的には毎分１００℃を越えないことが必要
な条件と判断された。
ば毎分３０℃の一定冷却速度なら約２０分間）が一定時
間以上であることがまず第一に必要な条件であり次にこ
の期間の冷却速度を一時的にせよあまり大きくとら′な
いこと、笑験的には毎分１００℃を越えないことが必要
な条件と判断された。
以上一連の実験から、液体刺止による直接合成ノンドー
プ高抵抗砒化ガリュ、−ムの結晶成長における成長直後
の冷却過程において成長結晶の最高温度部分が６５０℃
に冷却されるまでの時間を２０分以上としてその間の冷
却速度を最大毎分１００℃以下に保つことを特徴とする
高抵抗砒化ガＩＪ、−ム結晶の成長力法が極めて均一性
の高い結晶を製造するのに大変有効であると結論された
。
プ高抵抗砒化ガリュ、−ムの結晶成長における成長直後
の冷却過程において成長結晶の最高温度部分が６５０℃
に冷却されるまでの時間を２０分以上としてその間の冷
却速度を最大毎分１００℃以下に保つことを特徴とする
高抵抗砒化ガＩＪ、−ム結晶の成長力法が極めて均一性
の高い結晶を製造するのに大変有効であると結論された
。
第１図は液体側止引上法の装置の概略断面図である。第
２図は成長結晶の成長方向による抵抗率の変化を示した
図である。 Ｊ・・・窩圧容器、２・・・ＰＢＮるつぼ、３・・・原
料、４・サセプター、５・加熱ヒーター、６・・・制止
用酸化硼素、７・・結晶引上用シャフト、８・・・種結
晶、９・・・ＧａＡｓ結晶。 ＼−−、′ オ フ ２ 図 （Ωｃｍ） ご！Ｎ１ ■ Ｐ々４ｄ 〆０
２図は成長結晶の成長方向による抵抗率の変化を示した
図である。 Ｊ・・・窩圧容器、２・・・ＰＢＮるつぼ、３・・・原
料、４・サセプター、５・加熱ヒーター、６・・・制止
用酸化硼素、７・・結晶引上用シャフト、８・・・種結
晶、９・・・ＧａＡｓ結晶。 ＼−−、′ オ フ ２ 図 （Ωｃｍ） ご！Ｎ１ ■ Ｐ々４ｄ 〆０
Claims (1)
- 液体封止引上法による直接合成ノンドープ高抵抗砒化ガ
リュームの結晶成長における成長直後の冷却過程におい
て成長結晶の最高温度部分が６５０℃に冷却されるまで
の時間を２０分以上としその間の冷却速度を最大毎分１
００℃以下に保つことを特徴とする高抵抗砒化ガリュー
ム結晶の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15272483A JPS6046997A (ja) | 1983-08-22 | 1983-08-22 | 高抵抗砒化ガリュ−ム結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15272483A JPS6046997A (ja) | 1983-08-22 | 1983-08-22 | 高抵抗砒化ガリュ−ム結晶の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6046997A true JPS6046997A (ja) | 1985-03-14 |
Family
ID=15546761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15272483A Pending JPS6046997A (ja) | 1983-08-22 | 1983-08-22 | 高抵抗砒化ガリュ−ム結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6046997A (ja) |
-
1983
- 1983-08-22 JP JP15272483A patent/JPS6046997A/ja active Pending
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