JPS6313960B2 - - Google Patents
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- JPS6313960B2 JPS6313960B2 JP60065504A JP6550485A JPS6313960B2 JP S6313960 B2 JPS6313960 B2 JP S6313960B2 JP 60065504 A JP60065504 A JP 60065504A JP 6550485 A JP6550485 A JP 6550485A JP S6313960 B2 JPS6313960 B2 JP S6313960B2
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、ガリウム砒素（以下GaAsという）
単結晶、特にはIn添加無転位GaAs単結晶の製造
方法に関するものである。
単結晶、特にはIn添加無転位GaAs単結晶の製造
方法に関するものである。
従来の技術
GaAs単結晶は電子移動度が大きく、高速集積
回路、光電素子、電子素子用材料として近年注目
を浴びている。しかしこのGaAs単結晶が集積回
路用結晶基板として用いられるためには、比抵抗
が107Ω・cm以上の高絶縁性であること、および
口径の大きいウエーハを無転位で得ることが要求
される。かかるウエーハを得るための単結晶の製
造法としては、液体封止材として酸化ほう素
（BZO3）を使用する液体カプセル引上法が知られ
ており、これを高圧不活性ガス雰囲気下で実施す
れば、比較的大口径のGaAs単結晶が得られる。
回路、光電素子、電子素子用材料として近年注目
を浴びている。しかしこのGaAs単結晶が集積回
路用結晶基板として用いられるためには、比抵抗
が107Ω・cm以上の高絶縁性であること、および
口径の大きいウエーハを無転位で得ることが要求
される。かかるウエーハを得るための単結晶の製
造法としては、液体封止材として酸化ほう素
（BZO3）を使用する液体カプセル引上法が知られ
ており、これを高圧不活性ガス雰囲気下で実施す
れば、比較的大口径のGaAs単結晶が得られる。
発明が解決しようとする問題点
しかしながら、この方法においては、溶融体と
液体封止材B2O3との界面、およびB2O3と不活性
ガスとの界面近くの温度勾配が大きいため、引上
単結晶内に応力が生じ、転位発生の原因となつて
いた。これも解決するため種々の方法が提案され
ているが、最も新しい優れた方法は、GaAs融液
にInを添加し、LEC法によつてGaAs単結晶を成
長させる方法であり、これは”Semi Insulating
− Materials Edited by Sherif
Makram Ebeid and Brian Tuck”（Shiva
Publishing Ltd，P.2〜18，1982）および”
Journal of Crystal Growth”（61，1983，P.417
〜424）に示されている。この公知文献には、
GaAs溶液中にInを添加することによつて転位を
減らすことが開示されているが、単結晶の直径は
30mm程度で長さも短いものであり、しかも完全に
無転位の単結晶を得るにいたつていない。さらに
また、この公知の方法では、種から伝播する転位
および種付時に発生する転位の影響その他の諸条
件が重なり、収率良く無転位の単結晶を得ること
ができないという欠点があつた。
液体封止材B2O3との界面、およびB2O3と不活性
ガスとの界面近くの温度勾配が大きいため、引上
単結晶内に応力が生じ、転位発生の原因となつて
いた。これも解決するため種々の方法が提案され
ているが、最も新しい優れた方法は、GaAs融液
にInを添加し、LEC法によつてGaAs単結晶を成
長させる方法であり、これは”Semi Insulating
− Materials Edited by Sherif
Makram Ebeid and Brian Tuck”（Shiva
Publishing Ltd，P.2〜18，1982）および”
Journal of Crystal Growth”（61，1983，P.417
〜424）に示されている。この公知文献には、
GaAs溶液中にInを添加することによつて転位を
減らすことが開示されているが、単結晶の直径は
30mm程度で長さも短いものであり、しかも完全に
無転位の単結晶を得るにいたつていない。さらに
また、この公知の方法では、種から伝播する転位
および種付時に発生する転位の影響その他の諸条
件が重なり、収率良く無転位の単結晶を得ること
ができないという欠点があつた。
問題点を解決するための手段
本発明は上述のごとき従来の欠点を解決し、In
を添加した完全無転位GaAs単結晶の製造方法を
提供するもので、これはガリウム砒素溶融体にIn
を添加し、該溶融体上の液体封止材を通して種結
晶を浸漬し、高圧不活性ガス雰囲気下で単結晶を
引上げる方法において、単結晶の溶融体との融着
部におけるIn濃度C1が、種付時の溶融体中のIn濃
度C2と偏析係数ｋとの積kC2にほぼ等しくなるよ
うにすることを特徴とするIn添加無転位ガリウム
砒素単結晶の製造方法である。
を添加した完全無転位GaAs単結晶の製造方法を
提供するもので、これはガリウム砒素溶融体にIn
を添加し、該溶融体上の液体封止材を通して種結
晶を浸漬し、高圧不活性ガス雰囲気下で単結晶を
引上げる方法において、単結晶の溶融体との融着
部におけるIn濃度C1が、種付時の溶融体中のIn濃
度C2と偏析係数ｋとの積kC2にほぼ等しくなるよ
うにすることを特徴とするIn添加無転位ガリウム
砒素単結晶の製造方法である。
以下にこれをさらに詳細に説明する。シリコン
単結晶を引上げる際、転位の発生を避けるため、
種結晶の一部を絞つて細くする方法が採用されて
いるが、GaAsの場合は、あまり有効ではない。
そのため本発明者らは転位のないGaAs単結晶棒
から切り出した無転位種結晶中のIn濃度と、種付
時における溶融体中のIn濃度との間に密接な関係
があることに着目し、種々研究を重ねた結果、種
結晶が溶融体と接触する部分のIn濃度C1を種付時
におけるGaAs溶融体中のIn濃度C2にInの偏析係
数ｋを乗じたkC2と、全く一致させるかあるいは
少なくとも差が±0.35wt％の範囲内になるように
設定すれば、伝播および種付け時に発生する転位
の全くないGaAs単結晶棒が得られることを確か
めた。通常GaAs単結晶中に転位の発生するのを
防ぐには、溶融体に0.6wt％〜9.0wt％程度のInを
添加する必要があるので、この溶融体から単結晶
棒を引上げると、Inの偏析係数ｋと固化率との関
連において、引上単結晶棒には、その位置によつ
ても異なるが、引上直後の単結晶棒中に0.06wt％
〜0.9wt％程度のInが含まれる。この引上単結晶
棒から種結晶を切り出せば希望するIn濃度の種結
晶が得られる。
単結晶を引上げる際、転位の発生を避けるため、
種結晶の一部を絞つて細くする方法が採用されて
いるが、GaAsの場合は、あまり有効ではない。
そのため本発明者らは転位のないGaAs単結晶棒
から切り出した無転位種結晶中のIn濃度と、種付
時における溶融体中のIn濃度との間に密接な関係
があることに着目し、種々研究を重ねた結果、種
結晶が溶融体と接触する部分のIn濃度C1を種付時
におけるGaAs溶融体中のIn濃度C2にInの偏析係
数ｋを乗じたkC2と、全く一致させるかあるいは
少なくとも差が±0.35wt％の範囲内になるように
設定すれば、伝播および種付け時に発生する転位
の全くないGaAs単結晶棒が得られることを確か
めた。通常GaAs単結晶中に転位の発生するのを
防ぐには、溶融体に0.6wt％〜9.0wt％程度のInを
添加する必要があるので、この溶融体から単結晶
棒を引上げると、Inの偏析係数ｋと固化率との関
連において、引上単結晶棒には、その位置によつ
ても異なるが、引上直後の単結晶棒中に0.06wt％
〜0.9wt％程度のInが含まれる。この引上単結晶
棒から種結晶を切り出せば希望するIn濃度の種結
晶が得られる。
しかして本発明の方法では、GaAs溶融体の種
付時におけるIn濃度C2をたとえば6.0wt％とした
場合に、偏析係数との積kC2が0.6wt％程度であ
るから、種結晶の溶融体との接触部（融着部に相
当）におけるIn濃度C1が0.6±0.35wt％の範囲に
あるものを選べばよい。またこの逆の方法、すな
わち種結晶の溶融体に接触する融着部のIn濃度C1
を基準にして、種付時の溶融体のIn濃度C2を調整
することもできる。
付時におけるIn濃度C2をたとえば6.0wt％とした
場合に、偏析係数との積kC2が0.6wt％程度であ
るから、種結晶の溶融体との接触部（融着部に相
当）におけるIn濃度C1が0.6±0.35wt％の範囲に
あるものを選べばよい。またこの逆の方法、すな
わち種結晶の溶融体に接触する融着部のIn濃度C1
を基準にして、種付時の溶融体のIn濃度C2を調整
することもできる。
この発明における前述のC1とC2との間の許容
範囲は極めて厳密を要し、相互の間に±0.35wt％
以上の差があると、無転位の種を使用しても融着
部に転位が発生し、引上単結晶中に転位が伝播す
るようになり、この発明の目的とする完全無転位
の結晶を得るという効果が得られない。これは、
本発明者らの反復繰返し実験により確かめたもの
で、その理由は明確ではないが、種結晶と溶融体
との接触界面におけるミスフイツトデイスロケー
シヨン（Misfit Dislocation）によるものと推定
される。
範囲は極めて厳密を要し、相互の間に±0.35wt％
以上の差があると、無転位の種を使用しても融着
部に転位が発生し、引上単結晶中に転位が伝播す
るようになり、この発明の目的とする完全無転位
の結晶を得るという効果が得られない。これは、
本発明者らの反復繰返し実験により確かめたもの
で、その理由は明確ではないが、種結晶と溶融体
との接触界面におけるミスフイツトデイスロケー
シヨン（Misfit Dislocation）によるものと推定
される。
なお、本発明のIn濃度は二次イオン質量分析機
（Secondary Ion Mass Spectroscopy）による分
析により測定することができ、また結晶中の転位
の発生と消長はＸ線トポグラフイの方法で確認す
ることができる。
（Secondary Ion Mass Spectroscopy）による分
析により測定することができ、また結晶中の転位
の発生と消長はＸ線トポグラフイの方法で確認す
ることができる。
以上の説明はGaAs単結晶について述べたが、
この発明の方法は他の−族化合物半導体たと
えばInp、GaPなどの製造にも適用することがで
きる。次に本発明の実施例を挙げる。
この発明の方法は他の−族化合物半導体たと
えばInp、GaPなどの製造にも適用することがで
きる。次に本発明の実施例を挙げる。
実施例 １
直径4″の石英ルツボにGaAs1.4KgとIn90.7ｇを
入れ、さらにこの上にB2O3160ｇを入れてから
N2ガスを送入し、15Kg／cm2の圧力下で460℃に昇
温し、B2O3を溶融してこの温度に約１時間保持
した。ついでGaAs溶融体原料の温度を上昇し、
約1240℃に達してから約１時間この温度に保持し
た。このGaAs溶融体におけるIn濃度は5.8wt％で
あつた。この間ルツボは20r.p.m.で回転させて溶
融体の均一化をはかつた。ついで溶融体に接する
部分のIn濃度が0.7wt％の種結晶を徐々に下げて
溶融体に浸漬し、ルツボの回転と逆方向に20r.p.
m.の回転を与え、毎時９mmの割合で引上げた結
果、直径55mm、1.0KgのGaAs単結晶棒を得た。こ
の単結晶棒をＸ線トポグラフイーの方法を用いて
調べた結果第１図に示すように全く転位が認めら
れなかつた。比較のため、同じ条件の溶融体に対
し、溶融体に接する部分のIn濃度が1.2wt％の種
結晶を使用したほかは全く同一条件で引上げたと
ころ、得られた単結晶棒には第２図に示すように
多くの転位が発生しており、実用価値のないもの
であつた。
入れ、さらにこの上にB2O3160ｇを入れてから
N2ガスを送入し、15Kg／cm2の圧力下で460℃に昇
温し、B2O3を溶融してこの温度に約１時間保持
した。ついでGaAs溶融体原料の温度を上昇し、
約1240℃に達してから約１時間この温度に保持し
た。このGaAs溶融体におけるIn濃度は5.8wt％で
あつた。この間ルツボは20r.p.m.で回転させて溶
融体の均一化をはかつた。ついで溶融体に接する
部分のIn濃度が0.7wt％の種結晶を徐々に下げて
溶融体に浸漬し、ルツボの回転と逆方向に20r.p.
m.の回転を与え、毎時９mmの割合で引上げた結
果、直径55mm、1.0KgのGaAs単結晶棒を得た。こ
の単結晶棒をＸ線トポグラフイーの方法を用いて
調べた結果第１図に示すように全く転位が認めら
れなかつた。比較のため、同じ条件の溶融体に対
し、溶融体に接する部分のIn濃度が1.2wt％の種
結晶を使用したほかは全く同一条件で引上げたと
ころ、得られた単結晶棒には第２図に示すように
多くの転位が発生しており、実用価値のないもの
であつた。
実施例 ２
GaAs溶融体の原料としてGa675ｇ、As784ｇ、
In91ｇを配合し、この上にB2O3160ｇを入れてか
らN2ガスを送入し、70Kg／cm2の圧力下で460℃に
昇温し、B2O3を溶融した後600〜700℃に昇温し
てGa、As、Inを合金化させたほかは実施例１と
同じ方法でGaAs単結晶を引き上げた。このとき
の溶融体のIn濃度は5.8wt％であり、種結晶の融
着部におけるIn濃度は0.6wt％であつた。この結
果、直径55mm、1.0KgのGaAs単結晶が得られ、こ
の結晶は検査の結果種結晶からの転位が全く認め
られなかつた。
In91ｇを配合し、この上にB2O3160ｇを入れてか
らN2ガスを送入し、70Kg／cm2の圧力下で460℃に
昇温し、B2O3を溶融した後600〜700℃に昇温し
てGa、As、Inを合金化させたほかは実施例１と
同じ方法でGaAs単結晶を引き上げた。このとき
の溶融体のIn濃度は5.8wt％であり、種結晶の融
着部におけるIn濃度は0.6wt％であつた。この結
果、直径55mm、1.0KgのGaAs単結晶が得られ、こ
の結晶は検査の結果種結晶からの転位が全く認め
られなかつた。
発明の効果
本発明の方法によれば、収率良く完全無転位の
50mmφ以上のGaAs単結晶が得られ、工業的に極
めて有利な方法であり、これはまたGaAs単結晶
のみならず他の−族化合物半導体にも利用で
きるという効果がある。
50mmφ以上のGaAs単結晶が得られ、工業的に極
めて有利な方法であり、これはまたGaAs単結晶
のみならず他の−族化合物半導体にも利用で
きるという効果がある。
第１図は実施例１において得た単結晶棒の写真
を、第２図はIn濃度が1.2wt％の種結晶を使つた
以外、実施例１と同じ条件で得た単結晶棒の写真
を示す。
を、第２図はIn濃度が1.2wt％の種結晶を使つた
以外、実施例１と同じ条件で得た単結晶棒の写真
を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ガリウム砒素溶融体にInを添加し、該溶融体
上の液体封止材を通して種結晶を浸漬し、高圧不
活性ガス雰囲気下で単結晶を引き上げる方法にお
いて、種結晶の溶融体との融着部におけるIn濃度
C1が、種付時の溶融体中のIn濃度C2と偏析係数
ｋとの積kC2にほぼ等しくなるようにすることを
特徴とするIn添加無転位ガリウム砒素単結晶の製
造方法。 ２ 前記C1と前記kC2との差が±0.35wt％の範囲
内になるようにすることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60065504A JPS61222991A (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | ガリウム砒素単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60065504A JPS61222991A (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | ガリウム砒素単結晶の製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20202289A Division JPH03159998A (ja) | 1989-08-03 | 1989-08-03 | Ｉｎ添加無転位引上げガリウム砒素単結晶 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61222991A JPS61222991A (ja) | 1986-10-03 |
| JPS6313960B2 true JPS6313960B2 (ja) | 1988-03-28 |
Family
ID=13288966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60065504A Granted JPS61222991A (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | ガリウム砒素単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61222991A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61261297A (ja) * | 1985-05-14 | 1986-11-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 化合物半導体単結晶の製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53118771A (en) * | 1977-03-26 | 1978-10-17 | Omron Tateisi Electronics Co | Method of producing photoelectric detector |
| JPS5525459Y2 (ja) * | 1977-07-29 | 1980-06-19 |
-
1985
- 1985-03-29 JP JP60065504A patent/JPS61222991A/ja active Granted
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH=1986 * |
| JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY=1970 * |
| SOVIET PHYSICS SEMECONDUCTORS=1975 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61222991A (ja) | 1986-10-03 |
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