JPS61151094A - 化合物半導体単結晶の製造方法 - Google Patents

化合物半導体単結晶の製造方法

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JPS61151094A
JPS61151094A JP27339784A JP27339784A JPS61151094A JP S61151094 A JPS61151094 A JP S61151094A JP 27339784 A JP27339784 A JP 27339784A JP 27339784 A JP27339784 A JP 27339784A JP S61151094 A JPS61151094 A JP S61151094A
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crystal
crucible
melt
seed crystal
single crystal
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JP27339784A
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Toru Katsumata
徹 勝亦
Kazutaka Terajima
一高 寺嶋
Tsuguo Fukuda
承生 福田
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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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】 (産業上の利用分野) この発明は結晶内に形成するEL2準位濃度を制御する
、特にEL2準位濃度が高く、抵抗値の大きな半絶縁性
化合物半導体単結晶の製造方法に関するものである。
(従来の技術) ■−v族化合物半導体の中でもガリウム砒素(GaAa
 )は電子移動度が大きく、超高速集積回路、光−電子
集積回路、ホール素子などの基板結晶として、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
のは半絶縁性の大型ウェハーが容易1造できるようにな
ったためである。このようなGaAs単結晶を製造する
方法としては、高圧容器内の坩堝に結晶原料及び液体封
止剤を所定量入れ、高温高圧下で結晶原料融液を合成し
、次いで種結晶を融液に接触させながら回転して引き上
げる高圧液体封止引き上げ法(LBO法)が知られてい
る。最近においては上記のLI!to法において、結晶
原料融液に磁場を印加しながら結晶を引き上げる方法が
提案され、結晶原料融液の対流が抑制されて、不純物を
添加せずに高品質のGaAs単結晶が得られるようにな
った。
(発明が解決しようとする問題点) ところで、不純物無添加のG(IA11単結晶を電子デ
バイスの基板として用いる場合は抵抗値を大きくし、絶
縁性の高いものが望ましい。この絶縁性のメカニズムは
深いエネルギー準位を有するGaム1結晶内の固有欠陥
EL2準位(G(IAJI結晶の伽の位置に入り込んだ
んといわれている。)が関与するとされており、EL2
準位濃度が高くなるとその単結晶の抵抗値も大きくなる
とされている。しかしこれまで知られている一般的な条
件のLEO法により製造したGaps単結晶のEL2準
位濃度はほぼ2 X 10”、乙−であり、これまでの
技術では大幅なEL2準位濃度を増加することは困難で
あった。
この発明の目的は単結晶内のEL2準位濃度を制御、特
にKL2準位濃度を高くして抵抗値の大きい不純物無添
加の化合物半導体単結晶を製造する方法を提供すること
にある。
(問題点を解決するための手段) LFtO法により結晶原料融液に磁場を印加しながら単
結晶の引き上げを行う際に、結晶原料融液の組成比、種
結晶の引き上げ速度及び坩堝と種結晶の回転数等の条件
を変化させて結晶の引き上げを行うことによりEL2準
位濃度を大幅に変化させた化合物半導体単結晶が得られ
ることを見出した。
即ち、この発明は磁界印加下でLFIO法により化合物
半導体単結晶を製造する方法において、結晶原料融液の
組成比、種結晶の引き上げ速度、種結晶と坩堝の回転数
のうちの少くとも一つの条件を調整して成長する結晶中
のEL2準位濃度を制御するようにしたことを特徴とす
る。
以下、この発明を図面に基いて詳細に説明する0 第1図((1)は1.No法による結晶成長装置の高圧
容器lの概略図を示し、容器lの外周には磁界発生装置
コが設けられ、矢印で示すように高圧容器内の坩堝を中
の結晶原料融液3に対して水平方向に磁界を印加するよ
うに構成されている。この坩堝tは回転支持軸7により
回転且つ上下動できるように支持され、坩堝の周囲には
ヒータ(図示せず)が設けられ、所定温度に加熱される
。坩堝tの上部には下端に種結晶を取付けた引き上げ軸
6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。
第1図(6)は高圧容器/内の坩堝jに対して矢印に示
すように、垂直な方向に磁界を印加するように磁場発生
装置2を設けた実施例を示し、高圧容器l内の構成は第
1図(α)と実質的に同一である。
上記の装置を用いて、−例として、Gαム8単結晶の製
造に適用して説明すると、坩堝rには−とんをそれぞれ
所定量入れ、更に液体封止剤を入れた上、坩堝を高圧容
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、ヒータにより結晶原料の溶融温度以上
の温度で加熱して坩堝内の結晶原料及び封止剤を溶融さ
せる。
上述の加熱処理により坩堝内により上層に液体封止剤溶
融液層≠が、下層にはGaAa融液層3J、ン耳4± 
+  −2r    /N〜轟−勘ンiは□ 昭2− 
tゆ 日日° ナー ω柚 1 ヘ ユJら引き上げ軸
tを下降させ種結晶を坩堝内の融液3と接触させ、種結
晶と坩堝を所定の速度で回転させながら引き上げてGα
ム8結晶jを成長させる。
内径100■、深さ100■の坩堝を用いて結晶の引き
上げを行うときの一般的な条件としては結晶原料融液中
のhの含有率は50X前後、高圧容器内の圧力は20〜
70気圧、温度は1260℃近傍、印加する磁界の強さ
は1000ガウス以上、種結晶の回転速度は1分間5〜
10同種度、種結晶の引き上げ速度は8〜10−笥であ
って、形成されるGaム1単結晶のKL2準位濃度はほ
ぼ2 X 10”/adであった。このE[,2準位濃
度はGaAa単結晶を光デバイスの基板として用いると
きは低い程発光効率が良いとされているが、電子デバイ
スの基板として用いるときはi2単位濃度を高くして抵
抗値を増した方が望ましい。
(作用) 磁界を印加しながらLFiO法により化合物半導体単結
JL引きトげを行う恣に、枯品劇キμげ条件中、(1)
GzAa融液の組成比:、 (I+)種結晶の引き上げ
速度、(冊結晶と坩堝の回転数のうちの少くとも一つの
条件を変えることにより、EL2準位濃度が増加した単
結晶が形成する。具体的にはGaps融液の組成比を」
がリッチになるように調整すると、EL2準位濃度が増
加した結晶が成長する傾向を示す。種結晶の引き上げ速
度については、速度を早めると、EL2準位濃度が高い
結晶が形成する傾向を示す。更に、種結晶と坩堝の回転
数についてはそれぞれを反対方向に回転数を増加させる
と、KL2準位濃度の高い結晶が成長する傾向を示す。
上記の三つの条件はそれぞれ単独で充分効果があるが、
二つ成るいは三つの条件を併用して実施することもでき
る。
上述のように、結晶引き上げ条件を適宜に選択、設定し
て結晶の引き上げを行うことにより、形成する単結晶中
のEL2準位濃度を制御することができ、使用目的に最
適なEL2準位濃度の不純物無添加化合物半導体単結晶
を得ることができる。
(実施例) 実施例1 第1図(α)に示すような水平方向に磁場を印加する結
晶成長装置の高圧容器内の石英製坩堝(内径10011
11%深さ100m)に[有]とMと液体封止剤として
B、O,を充填し、アルゴンガス70気圧下で1250
℃で加熱してGaps融液を合成した。その後、容器内
の圧力を20気圧に減圧し、種結晶をGα人彦融液に接
触させて9 m/vfの速度で結晶の引き上げを行った
。この時の種結晶の回転速度は1分間に5回、坩堝も種
結晶と同方向で1分間に6回の割合で行った。磁界発生
装置よりは1000ガウスの磁界を坩堝に対して水平方
向に印加した。
坩堝に充填する[有]とhの割合を融液の組成比(As
 / (Ga+Aa ) )が0.48 、0.50 
、0.51となるように変え、他は同一条件で結晶の引
き上げを行い、形成したそれぞれの結晶の肩部から結晶
片を切り出し、DI、’I’8法(Dggp Leve
l Transient8pactroseopy )
によってEL2準位の濃度測定を行った。DLTSスペ
クトルをEL2準位濃度に換算した結果を第2図のグラ
フに示す。
上記のグラフより明らかなように、伽が過剰の融液から
形成した単結晶はEL2濃度が低く、ん過剰の融液から
形成した単結晶はEL2濃度が増加していることが判る
実施例2 第1図(6)に示すような重置方向に磁界を印加する結
晶成長装置の高圧容器内の坩堝に結晶原料融液の組成比
(ムa / (Gg + A# ) )  が0.51
となるように伽とhとを充填し、種結晶と坩堝の回転速
度以外は実施例1と実質的に同じ条件で結晶の引き上げ
操作を行った。
種結晶と坩堝の回転については、形成した結晶の頭部よ
り約20箇(頭部も含む)は種結晶のみを1分間5回の
割合で回転し、坩堝は静止した状態で結晶成長を行い、
次の約15瓢は種結晶を1分間5回、坩堝を反対方向に
1分間5回の速度で回転させながら結晶成長を行い、残
りの約10mについては種結晶を1分間5回、坩堝を同
方向に1分間6回の割合で回転させて結晶の成長を行っ
た。形成した単結晶を成長方向と平行に切り出し、その
結晶片をDLTS法により測定した結果、第3図のグラ
フに示す如くであった。即ち、種結晶と坩堝の回転が5
:0,5:6の時は結晶内のKL2準位濃度が低く、5
ニー5の条件になると顕著に高くなった。このことは融
液と結晶の固液界面における融液のゆらぎがEL2準位
形成に関与しているものと考えられる。
実施例3 実施例1と同じ結晶成長装置を用い、印加する磁界の強
度を1250ガウスとし、坩堝内の結晶原料融液の組成
比を0.50に調整し、他は実施例1と同じ条件で種結
晶の回転速度を1分間6回、坩堝を静止した状態で結晶
の引き上げを行った。
種結晶のダ[き上げ速度は9冒膚と27−膚と二回変え
て結晶成長を行った結果、第4図のグラフに示すように
、結晶の引き上げ速度を速くすると、形成した結晶のE
L2準位濃度が明らかに増加することが判る。
(発明の効果) 以上説明したよ5に、この発明は磁界印加下においてL
EC法により結晶成長を行う際に、結晶原料融液の組成
比、種結晶の引き上げ速度及び結晶の坩堝の回転条件を
変えることにより形成する単結晶中のEL2準位濃度?
制御できるようになる。従って、目的としたデバイスに
応じて、所定の固有欠陥(EL2) 濃度の基板χ提供
することができることになる。
なお、実施例においては、[有]Mについて示したが、
GaM以外のLEC法により製造される化合物半導体、
例えば、 I?LP、 GaPなどの結晶成長に於ける
欠陥制御についても本発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は結晶成長装置の高圧容器に水平方向に磁
界を印加、した状態を示す概略図、第1図(6)は高圧
容器に垂直方向に磁界を印加した状態?示す概略図、第
2図は原料融液の組成比と形成した結晶のEL2準位濃
度の関・係?示すグラフ、第3図は結晶成長中の種結晶
と坩堝の相対回転関係と形成した結晶のEL2準位濃度
の関係を示すグラフ、第4図は種結晶のσ1き上げ速度
と成長した結晶のEL2準位濃度の関係を示すグラフで
ある。 l・・・高圧容器、2・・・磁界発生装置、3・・・結
晶′原料融液、弘・・・液体封止剤、!・・・成長結晶
、6・・・引き上げ軸、7・・・回転支持軸、t・・・
坩堝。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)磁界印加下で高圧液体封止引き上げ法により化合
    物半導体単結晶を製造する方法において、結晶原料融液
    の組成比、種結晶の引き上げ速度、種結晶と坩堝の回転
    数のうちの少くとも一つの条件を調整して成長する結晶
    中のEL_2準位濃度を制御するようにしたことを特徴
    とする化合物半導体単結晶の製造方法。
  2. (2)化合物半導体単結晶はガリウム砒素単結晶である
    特許請求の範囲第1項記載の化合物半導体単結晶の製造
    方法。
JP27339784A 1984-12-26 1984-12-26 化合物半導体単結晶の製造方法 Pending JPS61151094A (ja)

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