JPS62275090A - 半絶縁性半導体単結晶の製造方法 - Google Patents

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】 ３、発明の詳細な説明 「産業上の利用分野」 本発明は、半導体装置用の基板として利用する半絶縁性
ＩＩ　−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法に関するも
のである。

「従来の技術および問題点」 周知のように、半絶縁性砒化ガリウムや半絶縁性リン化
インノウムは、各種マイクロ波素子、光学素子、磁気素
子等の基板として使用されている。

最近、この基板にイオンを注入する技術が開発され、集
ｈｆ回路（ＩＧ）？大規模集＆ｉ回路（ＬＳＩ）への応
用分野がひらけてきた。このイオン注入等の加工を行な
う際にはなんらかの熱処理が加わるため、基板の電気特
性が熱的にも安定であることか不可欠の要件となってい
る。

さらに、ＩＣ，ＬＳＩ用の基板としては、比抵抗が［０
°Ω・ｃｍ程度の従来の半絶縁性のものより乙一層高い
比抵抗、例えば、３００°にで１０７〜１０’Ω・Ｃｍ
以」二であることが要求される。

砒化ガリウムにおいて、上記条件を満たすためには、従
来、次のような手段が取られていた。

（イ）　クロムをドープする結晶成長法。

（ロ）酸素をドープする結晶成長法。

（ハ）不純物濃度の低いアンドープ結晶成長法。

この内、（イ）と（ロ）は、結晶内で導電性不純物とな
るＳｉやＣｕ、またはＧａやＡｓの空孔、さらにこれら
の空孔と不純物との複合体をドープすることにより電気
的に補償する方法である。

（イ）の方法では、砒化ガリウムに対するクロムの幅釘
係数か約６　Ｘ　１０−’と小さく、極めて結晶内に入
りにくいため、ドーピング制御は困難である。

また、電気的特性を安定にするために過剰なりロムをド
ープすると、転位密度の欠陥や析出物が多く発生し、逆
に少量のクロムをドープすると、熱的に不安定となりや
すい、などの問題点がある。

（ロ）の方法は、ドーピング制御が困難であり、熱的安
定性かよくないという欠点をもっている。

また、上記（ハ）の方法では、それを有効に実現さける
ための手法としては直接合成液体カプセル引き上げ法か
ｒＰｅｋａｒｅｋ　ｅｔ、ａｌ；Ｃｚｅｃｈ、Ｊ、Ｐｈ
ｙｓ、、２０（＋９７０）］に記載されている。従来の
液体カプセル引き上げ法（Ｌ　Ｅ　Ｃ法、Ｌｉｑｕｉｄ
　Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ　Ｃｚ。

ｃｈｒａｓｋｉ法）が一度合成した砒化ガリウムを原料
とするために不純物の取り込みが多いのに対して、この
方法はガリウムと砒素とから高圧下で直接合成して引き
上げ成長を行なわせるために不純物の取り込みが少なく
、いわゆる「真性半導体」になると言われている。しか
し、現状では、この方法で成長させた結晶でも不純物濃
度が高く、しかも高圧にする必要上、炉内構造が従来と
は異なっており、引き上げ成長作業が困難となる。さら
に、従来の引き上げ法と同様にストイキオメトリ−から
のずれや転位密度が多いなど、問題点が多い。

また、リン化インジウムにおいては、アンドープ結晶で
は半絶縁性とはならないため、Ｆｅ、　Ｃｒ、Ｃｏ等を
トープして半絶縁性結晶を得ているか、上記同様の問題
点を抱え、一定品質の半導体素子を歩留りよく作成する
ことが困難となっている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたしので、その目的
は、半絶縁性の単結晶を作成するに際して、単結晶中の
比抵抗を高め、なおかつ、その均一性を保ち、引き上げ
結晶中に２次相を晶出させることなく、良質の単結晶を
得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」 本発明に係る半絶縁性半導体単結晶の製造方法は、Ｆｅ
５Ｃｒ、Ｃｏから選ばれた１種の元素を添加した［−Ｖ
族化合物半導体融液を使用し、結晶方位を＜ｌ　Ｉ　ｌ
＞にして引き上げろことを特徴とするらのである。

「作用　」 上記構成の本発明方法は、＜ｌ　ｌ　Ｉ＞方向の引き上
げにおいては、成長結晶の中心部でファセット（ｆａｃ
ｅＬ）成長が起こり、その部分での不純物の実効偏析係
数か高くなるということを利用するものである。

不純物を含んだ融液から結晶を晶出させていくと、凝固
の進行とともに、融液中の不純物濃度が変化し、これに
伴って、その融液から固化した結晶中の不純物濃度ら変
化していく。残留メルト中の不純物濃度が固溶限度を越
えれば、２次相を品出してしまう。従って、比抵抗を高
めるために不純物（Ｆｅ）を多くドープしようとしてら
多く入らなかったり、欠陥が出易くなり、結晶の歩留り
ら悪い。

そこで、実効偏析係数が高いことを利用すると、同じ融
液中の不純物濃度から晶出さＵ−た場合、結晶中ヘドー
ブされる不純物量は多くなり、反対に融液中に残留する
不純物量の増加は低く抑えられる。その結果、固溶限度
まで余裕か生じ、トープ濃度の高い結晶の歩留りが高く
なり、２次相の発生乙卯えられることになる。

本発明では、成長結晶の周辺部において、やや比抵抗の
低い部分か生じろ乙のの、結晶中心部では、比抵抗が従
来の結晶に比べて格段に高く、しかも同一断面におけろ
比抵抗の分布が極めて均一な単結晶を得ることができる
。従って、結晶の周辺部を多少カプトすれば、比）氏抗
の高いウェハーを容易に得ることか可能となる。

なお、引き上げ方位の選定は、種結晶として、成長面を
＜ｌ　Ｉ　１＞に合わ口“て加工したものを使用すれば
よい。また、リン化インジウム単結晶の場合の引き上げ
条件としては、キャリア濃度５×１０”ｃｍ−３以下の
高純度のリン化インジウムを用い、その初期融液のＦ　
ｅ濃度は０．０１〜０．０７ｗＬ％適当て、他は通常の
ＬＥＣ法に従えばよい。また、本発明においては、磁場
強さ８００工ルステツド以上をかけた磁場中き上げを利
用することらできる。

次に、本発明の詳細な説明する。

「実施例」 下記条件にて、直径２インチのリン化インジウムの単結
晶引き上げを行なった。

・原料・・・１０ｘ　１０１５ｃｍ“３のキャリア濃度
で、初期融液のＦｅ添加量がＯ，０２５ｗｔ％であるリ
ン化インジウム。

・引き上げ方法・・・引き上げ方位を＜ＩＩＩ＞とじた
他は、通常のＬＥＣ 法に従った。

引き上げ後の単結晶について、長さ方向で１７２の位置
からウェハーを切り出し、比抵抗の内面分布を測定した
（中心から半径方向に複敢方向選んで合計１２０点測定
）。測定結果は第１図に示した。

第１図から明らかなように、本発明により得た結晶では
、結晶の外周部で比抵抗の低下が見られるものの、中心
部の大部分は比抵抗がＩＯ８Ω・ｃｍ以上と高く、かつ
比抵抗の標準偏差は７％であった。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明に係る半絶縁性半導体単結
晶の製造方法によれば、成長結晶の周辺部において、や
や比抵抗の低い部分が生じるものの、結晶中心部では、
比抵抗が従来の結晶に比べて格段に高く、しから同一断
面における比抵抗の分布が極めて均一な単結晶を得るこ
とができる。

従って、本発明方法により得た結晶は、その周辺部を多
少カットすれば比抵抗の高いウェハーを容易に得ること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法により得られたリン化インジウム単
結晶の長さ方向１／２の位置での切断面内の比抵抗分布
を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＬＥＣ法により化合物半導体単結晶を製造するに際し、
   Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃｏから選ばれた１種の元素を添加したI
   II−Ｖ族化合物半導体融液を使用し、結晶引き上げ方位
   を＜１１１＞とすることを特徴とする半絶縁性半導体単
   結晶の製造方法。