JPS6051687A - 高比抵抗砒化ガリウム半導体結晶の製造方法 - Google Patents
高比抵抗砒化ガリウム半導体結晶の製造方法Info
- Publication number
- JPS6051687A JPS6051687A JP58159358A JP15935883A JPS6051687A JP S6051687 A JPS6051687 A JP S6051687A JP 58159358 A JP58159358 A JP 58159358A JP 15935883 A JP15935883 A JP 15935883A JP S6051687 A JPS6051687 A JP S6051687A
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- crystal
- gallium arsenide
- furnace
- boat
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-
- 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
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
-
- 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
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/42—Gallium arsenide
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の背景と目的コ
本発明は高比抵抗砒化ガリウム半導体結晶の製造方法に
係り、特にボート成長法による高比抵抗砒化ガリウム半
導体結晶の製造方法に関Ｊるものである。
係り、特にボート成長法による高比抵抗砒化ガリウム半
導体結晶の製造方法に関Ｊるものである。
最近、ＩＣ，ＦＥＴｆｆＪ基板として高比抵抗砒化ガリ
ウム基板の要求が高まりつつある。これに対処りるため
の高比抵抗砒化ガリウムの製造方法としては、従来、ク
ロム、酸素、り［１ム＋酸素をドーパントとして添加す
るボー１−成長法、あるいは、引き上げ法によってガリ
ウムと砒素から直接砒化ガリウム半導体結晶を得る方法
がある。
ウム基板の要求が高まりつつある。これに対処りるため
の高比抵抗砒化ガリウムの製造方法としては、従来、ク
ロム、酸素、り［１ム＋酸素をドーパントとして添加す
るボー１−成長法、あるいは、引き上げ法によってガリ
ウムと砒素から直接砒化ガリウム半導体結晶を得る方法
がある。
しかし、クロム、酸素等をドープした高比抵抗砒化ガリ
ウムは、水素ガス気流中で５００℃、１５分の熱処理を
行うと１１表面にＰ型導電性の薄い変質層ができ、また
、引き上げ法によつＣ製造したものは、転位密度が数万
程度に及ぶことなどから、高品質が要求されるＩＣ用な
どに用いた場合、種々の１ヘラプルが生ずるという問題
がある。
ウムは、水素ガス気流中で５００℃、１５分の熱処理を
行うと１１表面にＰ型導電性の薄い変質層ができ、また
、引き上げ法によつＣ製造したものは、転位密度が数万
程度に及ぶことなどから、高品質が要求されるＩＣ用な
どに用いた場合、種々の１ヘラプルが生ずるという問題
がある。
本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とり−
るところは、電気特性および結晶学的特性が優れた高比
抵抗砒化ガリウム半導体結晶を得ることができる高比抵
抗砒化ガリウム半導体結晶の製造り法を提供づることに
ある。
るところは、電気特性および結晶学的特性が優れた高比
抵抗砒化ガリウム半導体結晶を得ることができる高比抵
抗砒化ガリウム半導体結晶の製造り法を提供づることに
ある。
Ｉ発明の概要］
本発明の特徴は、石英アンプル中にガリウム、ホウ素お
よび種結晶を入れたボートを収容し、このボー１−の外
には砒素を入れて所定の真空度にし゛Ｃ密封し、上記石
英アンプルを結晶成長炉と砒素圧力制御炉とからなる２
温度帯加熱炉に入れ、最初上記結晶成長炉と砒素圧力制
御炉とをそれぞれ所定の温度に加熱して砒化ガリウムの
合成を行い、次に、さらに昇温しで種付けを行い、その
後全体を所定の冷却速度で冷却して全体を固化させ、ド
ーパントとしてホウ素を添加してなる高比抵抗砒化ガリ
ウム半導体結晶を製造するようにした点にある。
よび種結晶を入れたボートを収容し、このボー１−の外
には砒素を入れて所定の真空度にし゛Ｃ密封し、上記石
英アンプルを結晶成長炉と砒素圧力制御炉とからなる２
温度帯加熱炉に入れ、最初上記結晶成長炉と砒素圧力制
御炉とをそれぞれ所定の温度に加熱して砒化ガリウムの
合成を行い、次に、さらに昇温しで種付けを行い、その
後全体を所定の冷却速度で冷却して全体を固化させ、ド
ーパントとしてホウ素を添加してなる高比抵抗砒化ガリ
ウム半導体結晶を製造するようにした点にある。
［実施例］
まず、本発明の製造法の考え方について説明する。
水平ブリフチマン法、温度傾斜法等の石英ボートを使用
して得たアンドープ砒化ガリウム半導体結晶は、石英ボ
ートからのシリコンが結晶中にドープされ、キャリア濃
度が５Ｘ１０１”個ｍ３程度になる。そして、このシリ
コンは、ガリウムまたは砒素と置換し合い、モデル的に
は、ガリウム側に入った場合はｎ型、また、砒素側に入
った場合はＰ型の導電性を示１゜この導電性は、結晶が
成長するときの温度などの成長条件にＪ：つＣ生成する
Ｐ型成分とｎ型成分との量関係によって左右され、しか
も、これらが熱覆歴等の影響によって変化するため、不
安定な特性となる。したがって、使用するボートは、Ｐ
ＢＮボートあるいは８Ｎボユーテイングの石英ボートの
ように■族不純物が結晶中に混入することないボートを
使用づるのがよい。そして、不純物が少ない状態でホウ
素を添加すると、ホウ素はガリウム側に置換し、強力な
ホウ素−砒素結合になる。このため、シリコンと砒素ま
たはガリウムのときのような不安定な特性を示１ことが
なくなり、結晶内部に含まれる微少不純物を補償しなが
ら安定な高比抵抗砒化ガリウム半導体結晶となる。しか
も、このホウ素ドープ砒化ガリウム半導体結晶は、クロ
ム、酸素などをドープしたもののように還元性雰囲気中
で熱処理を行っても変質層を作ることがない。
して得たアンドープ砒化ガリウム半導体結晶は、石英ボ
ートからのシリコンが結晶中にドープされ、キャリア濃
度が５Ｘ１０１”個ｍ３程度になる。そして、このシリ
コンは、ガリウムまたは砒素と置換し合い、モデル的に
は、ガリウム側に入った場合はｎ型、また、砒素側に入
った場合はＰ型の導電性を示１゜この導電性は、結晶が
成長するときの温度などの成長条件にＪ：つＣ生成する
Ｐ型成分とｎ型成分との量関係によって左右され、しか
も、これらが熱覆歴等の影響によって変化するため、不
安定な特性となる。したがって、使用するボートは、Ｐ
ＢＮボートあるいは８Ｎボユーテイングの石英ボートの
ように■族不純物が結晶中に混入することないボートを
使用づるのがよい。そして、不純物が少ない状態でホウ
素を添加すると、ホウ素はガリウム側に置換し、強力な
ホウ素−砒素結合になる。このため、シリコンと砒素ま
たはガリウムのときのような不安定な特性を示１ことが
なくなり、結晶内部に含まれる微少不純物を補償しなが
ら安定な高比抵抗砒化ガリウム半導体結晶となる。しか
も、このホウ素ドープ砒化ガリウム半導体結晶は、クロ
ム、酸素などをドープしたもののように還元性雰囲気中
で熱処理を行っても変質層を作ることがない。
さらに、ボート成長法は、引き上げ法のように結晶成長
時における温度勾配を急にしなければならないというこ
とがなく、１°／υ以下程瓜のゆるやかな温度勾配で結
晶成長を行うことができ、しかも、低転位密痩の結晶を
作成できるというメリッ１−を有する。また、引き上げ
法で封止剤として使用しているＢ２Ｏ３を使用する必要
がないので、酸素の混入も少なく、高品質、高比抵抗結
晶が得られる。
時における温度勾配を急にしなければならないというこ
とがなく、１°／υ以下程瓜のゆるやかな温度勾配で結
晶成長を行うことができ、しかも、低転位密痩の結晶を
作成できるというメリッ１−を有する。また、引き上げ
法で封止剤として使用しているＢ２Ｏ３を使用する必要
がないので、酸素の混入も少なく、高品質、高比抵抗結
晶が得られる。
以下本発明の製造方法の一実施例を第１図、第２図を用
いて詳細に説明する。
いて詳細に説明する。
第１図は本発明の製造方法の一実施例を説明するための
製造装置の一例を承り説明図である。第１図において、
１は結晶成長炉、２は砒素圧力制御炉で、これらで２温
度帯電気炉を構成している。
製造装置の一例を承り説明図である。第１図において、
１は結晶成長炉、２は砒素圧力制御炉で、これらで２温
度帯電気炉を構成している。
３はＰＢＮボートで、ボート３内には種結晶４が設置し
ており、また、ガリウム５を７００ｇ、ホウ素６を３０
ＩＲｇ入れてあり、ボート３は石英アンプル７内に収容
しである。石英アンプル７内のボート３の外には砒素８
を７３０ｇ入れてあり、石英アンプル８内を真空度Ｉ
Ｘ １０［＋ｍ１−Ｉ ＳＦとして密封しである。石英
アンプル８は、図示のように２温度帯電り中に設置しで
ある。
ており、また、ガリウム５を７００ｇ、ホウ素６を３０
ＩＲｇ入れてあり、ボート３は石英アンプル７内に収容
しである。石英アンプル７内のボート３の外には砒素８
を７３０ｇ入れてあり、石英アンプル８内を真空度Ｉ
Ｘ １０［＋ｍ１−Ｉ ＳＦとして密封しである。石英
アンプル８は、図示のように２温度帯電り中に設置しで
ある。
まず、結晶成長炉１を約１２２０℃、砒素圧力制御炉２
を６１０℃に加熱し、砒化ガリウムの合成を行う。次に
、さらに昇温して種結晶４の部分を１２３８℃とし、砒
化ガリウム融液中の結晶成長軸方向における温度勾配を
０．５℃／ ｃｍに調整して種（Ｊけを行う。このとき
の２温度帯雷気炉内の長さ方向温度分布を第２図に示し
である。その後２℃／ｈ１゛の冷却速度で冷却し、約６
時間で全体を同化さμ、最後に１００℃／１１ｒの冷却
速度で室温まで冷却し、ドーパントとしてホウ素を添加
した高比抵抗砒化ガリウム半導体結晶を取り出す。
を６１０℃に加熱し、砒化ガリウムの合成を行う。次に
、さらに昇温して種結晶４の部分を１２３８℃とし、砒
化ガリウム融液中の結晶成長軸方向における温度勾配を
０．５℃／ ｃｍに調整して種（Ｊけを行う。このとき
の２温度帯雷気炉内の長さ方向温度分布を第２図に示し
である。その後２℃／ｈ１゛の冷却速度で冷却し、約６
時間で全体を同化さμ、最後に１００℃／１１ｒの冷却
速度で室温まで冷却し、ドーパントとしてホウ素を添加
した高比抵抗砒化ガリウム半導体結晶を取り出す。
以上により重さ１．４に９の砒化ガリウム半導体単結晶
で得られた。
で得られた。
この結晶の（１００）面を溶融水酸化ガリウムでエツチ
ングして転位密度を測定したところ、前半分で３２００
個／ ＣＩＲ％後半分で９６０個／ ｃｉであった。ま
た、比抵抗は前半分で７Ｘ１０’〜２×１０６Ω−ｃｍ
、後半分で１．２Ｘ１０”〜２ 、５ Ｘ ｉ Ｑ ８
Ω−ｃｍであった。また、５００℃の水素気流中で１５
分間熱処理を行っても比抵抗の低下は見られなかった。
ングして転位密度を測定したところ、前半分で３２００
個／ ＣＩＲ％後半分で９６０個／ ｃｉであった。ま
た、比抵抗は前半分で７Ｘ１０’〜２×１０６Ω−ｃｍ
、後半分で１．２Ｘ１０”〜２ 、５ Ｘ ｉ Ｑ ８
Ω−ｃｍであった。また、５００℃の水素気流中で１５
分間熱処理を行っても比抵抗の低下は見られなかった。
［発明の効果Ｊ
以上説明したように、本発明によれば、電気特性および
結晶学的特性が優れた高比抵抗砒化ガリウム半導体結晶
が得られ、Ｉｃ用基板用として好適な高比抵抗砒化ガリ
ウム半導体結晶を製造できるという効果がある。
結晶学的特性が優れた高比抵抗砒化ガリウム半導体結晶
が得られ、Ｉｃ用基板用として好適な高比抵抗砒化ガリ
ウム半導体結晶を製造できるという効果がある。
第１図は本発明の高比抵抗砒化ガリウム半導体結晶の製
造方法の一実施例を説明するための製造装置の一例を示
す説明図、第２図は第１図における高比抵抗砒化ガリウ
ム半導体結晶の製造時における温度プロフィールである
。 １：結晶成長炉、２：砒素圧力制御炉、３：ＰＢＨボー
ト、４：種結晶、５：ガリウム、６：ホウ素、７：石英
アンプル、８：砒素。
造方法の一実施例を説明するための製造装置の一例を示
す説明図、第２図は第１図における高比抵抗砒化ガリウ
ム半導体結晶の製造時における温度プロフィールである
。 １：結晶成長炉、２：砒素圧力制御炉、３：ＰＢＨボー
ト、４：種結晶、５：ガリウム、６：ホウ素、７：石英
アンプル、８：砒素。
Claims (1)
- （１） ボート成長法による砒化ガリウム半導体結晶の
製造方法において、石英アンプル中にガリウム、ホウ素
および種結晶を入れたボートを収容し、該ボートの外に
は砒素を入れて所定の真空度として密１すし、前記石英
アンプルを結晶成長炉と砒素圧力制御炉とからなる２温
度帯加熱炉に入れ、最初前記結晶成長炉と砒素圧力制御
炉とをそれぞれ所定の湿度に加熱して砒化ガリウムの合
成を行い、次に、さらに昇温して種イ」けをｔｊい、そ
の後所定の冷却速度で冷却して全体を固化さＬ１ドーパ
ントとしてホウ素を添加してなる砒化ガリウム半導体結
晶を製造することを特徴とＪる高比抵抗砒化ガリウム半
導体結晶の製造方法。 （２１前記結晶成長炉として結晶成長部を１２２０〜１
２７０℃に加熱する加熱手段を備えたちのを用い、前記
砒素圧力制御炉としＣ砒素を６００〜１２２０’に加熱
して砒素圧を調整する加熱手段を備えたものを用いる特
許請求の範囲第１項記載の高比抵抗砒化ガリウム半導体
結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58159358A JPS6051687A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 高比抵抗砒化ガリウム半導体結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58159358A JPS6051687A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 高比抵抗砒化ガリウム半導体結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6051687A true JPS6051687A (ja) | 1985-03-23 |
Family
ID=15692095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58159358A Pending JPS6051687A (ja) | 1983-08-31 | 1983-08-31 | 高比抵抗砒化ガリウム半導体結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6051687A (ja) |
-
1983
- 1983-08-31 JP JP58159358A patent/JPS6051687A/ja active Pending
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