TW201923174A - 半絕緣性砷化鎵結晶基板 - Google Patents
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Abstract
本發明之半絕緣性砷化鎵結晶基板係於面方位為(100)之直徑2R mm之主面中，關於以自上述主面之中心起[010]方向上為0 mm、0.5R mm、及(R－17) mm之距離的點為中心之3個測定區域之各者，比電阻之平均值為5×107Ω·cm以上，將比電阻之標準偏差除以比電阻之平均值所獲得之變動係數為0.50以下。
Description
本發明係關於一種半絕緣性砷化鎵結晶基板。
於半絕緣性砷化鎵結晶基板等半絕緣性化合物半導體基板中，為了有助於直接關係到半導體元件之性能提高的構造之微細化及複雜化，要求提高主面之微區域中之平坦性(以下，亦稱為微平坦性)。基板之主面之微平坦性不僅受研磨條件影響，而且受基板之物性影響。具體而言，為了提高基板主面之微平坦性，使基板之主面內之比電阻於微區域中之分佈(以下，亦稱為微分佈)均勻較為重要。
就獲得比電阻之主面之微區域中之分佈(微分佈)均勻且主面之微平坦性較高之半絕緣性砷化鎵基板之觀點而言，T. Kawase et al., "Properties of 6-inch Semi-insulating GaAs Substrates Manufactured by Vertical Boat Method", GaAs ManTech1999, April, 1999, pp19-22(非專利文獻1)揭示如下之半絕緣性砷化鎵基板：比電阻及自基板之中心起以100 μm間距朝外周方向長度為80 mm之微區域中之變動係數(係指將該微區域中之標準偏差除以平均值所得者)為0.073。 [先前技術文獻] [非專利文獻]
[非專利文獻1]T. Kawase et al., "Properties of 6-inch Semi-insulating GaAs Substrates Manufactured by Vertical Boat Method", GaAs ManTech1999, April, 1999, pp19-22
本發明之一態樣之半絕緣性砷化鎵結晶基板係於面方位為(100)之直徑2R mm之主面中，關於以自上述主面之中心起[010]方向上為0 mm、0.5R mm、及(R－17) mm之距離的點為中心之3個測定區域之各者，比電阻之平均值為5×107
Ω·cm以上，將比電阻之標準偏差除以比電阻之平均值所獲得之變動係數為0.50以下。
[本發明所欲解決之問題] 然而，關於T. Kawase et al., "Properties of 6-inch Semi-insulating GaAs Substrates Manufactured by Vertical Boat Method", GaAs ManTech1999, April, 1999, pp19-22(非專利文獻1)中所揭示之半絕緣性砷化鎵基板之比電阻，其最大值未記載於非專利文獻1，但若自非專利文獻1中記載之曲線圖讀取，則未達5×107
Ω·cm。於比電阻大至5×107
Ω·cm以上之半絕緣性砷化鎵結晶基板中，存在如下之問題：比電阻之微分佈之偏差於基板之中心部及外周部變大，難以使比電阻之微分佈均勻，主面之微平坦性變低。
本發明之目的在於解決上述問題，而提供一種即使比電阻較高，主面之微平坦性亦較高之半絕緣性砷化鎵結晶基板。
[本發明之效果] 根據本發明，能夠提供一種即使比電阻較高，主面之微平坦性亦較高之半絕緣性砷化鎵結晶基板。
[本發明之實施形態之說明] 首先，列舉本發明之實施態樣並進行說明。
[1]本發明之一實施形態之半絕緣性砷化鎵結晶基板係於面方位為(100)之直徑2R mm之主面中，關於以自上述主面之中心起[010]方向上為0 mm、0.5R mm、及(R－17) mm之距離的點為中心之3個測定區域之各者，比電阻之平均值為5×107
Ω·cm以上，將比電阻之標準偏差除以比電阻之平均值所獲得之變動係數為0.50以下。本實施形態之半絕緣性砷化鎵結晶基板係面方位為(100)之主面中之比電阻之微分佈均勻，且主面之微平坦性較高。
[2]於上述半絕緣性砷化鎵結晶基板中，可將上述主面之直徑2R mm設為150 mm以上。關於該半絕緣性砷化鎵結晶基板，即使為面方位為(100)之主面之直徑為150 mm以上之大口徑，主面中之比電阻之微分佈亦均勻，且主面之微平坦性亦較高。
[3]於上述半絕緣性砷化鎵結晶基板中，可將比電阻之上述變動係數設為0.10以下。關於該半絕緣性砷化鎵結晶基板，面方位為(100)之主面中之比電阻之微分佈極其均勻，且主面之微平坦性極高。
[本發明之實施形態之詳細情況] 以下，對本發明之實施形態進一步詳細地進行說明，但並非限定於其等。以下，一面參照圖式，一面進行說明，於本說明書及圖式中對相同或對應之要素標註相同之符號，且不重複進行關於其等之相同之說明。又，本說明書及圖式中之(hkl)表示面方位，[hkl]表示方位。此處，h、k及l為相同或不同之整數，被稱為密勒指數。表示於密勒指數之前之「-」原本為表示於數字之頭上者，於該密勒指數之後讀作「橫線(bar)」。例如，[0-10]讀作「0·1・-·0」。
於本說明書中，「A～B」之形式之記法意指範圍之上限及下限(即A以上且B以下)，於關於A未記載單位，僅關於B記載有單位之情形時，A之單位與B之單位相同。進而，於本說明書中，於以化學式表示化合物等之情形時，當未特別限定原子比時包含先前公知之所有原子比，不應僅限定於化學計量範圍者。
≪半絕緣性砷化鎵結晶基板≫ 參照圖1，本實施形態之半絕緣性GaAs結晶基板11(半絕緣性砷化鎵結晶基板)係於面方位為(100)之直徑2R mm之主面中，關於以自上述主面之中心起[010]方向上為0 mm、0.5R mm、及(R－17) mm處為中心的3個測定區域之各者，比電阻之平均值為5×107
Ω·cm以上，將比電阻之標準偏差除以比電阻之平均值所獲得之變動係數為0.50以下。本實施形態之半絕緣性GaAs結晶基板11係面方位為(100)之主面中之比電阻之微分佈均勻，且主面之微平坦性較高。
本實施形態之半絕緣性GaAs結晶基板11之比電阻之平均為5×107
Ω·cm以上，較佳為7.5×107
Ω·cm7
以上，更佳為1.0×108
Ω·cm8
以上。
＜主面＞ 如圖1所示，本實施形態之半絕緣性GaAs結晶基板11之主面之面方位為(100)。即，半絕緣性GaAs結晶基板11係藉由自半絕緣性GaAs晶體切割出其(100)面以作為主面而獲得。
半絕緣性GaAs結晶基板11之主面之直徑2R mm並無特別限制，但越大越佳，較佳為150 mm以上。關於該半絕緣性GaAs結晶基板，即使為面方位為(100)之主面之直徑為150 mm以上之大口徑，主面中之比電阻之微分佈亦均勻，且主面之微平坦性亦較高。
＜比電阻之平均值及變動係數＞ 如圖1所示，本實施形態之半絕緣性GaAs結晶基板11係關於以自主面之中心起[010]方向上為0 mm、0.5R mm、及(R－17) mm處為中心的3個測定區域之各者，比電阻之平均值為5×107
Ω·cm以上，將比電阻之標準偏差除以比電阻之平均值所獲得之變動係數為0.50以下。關於本實施形態之半絕緣性GaAs結晶基板11，由於比電阻之上述變動係數為0.50以下，故而主面中之比電阻之微分佈均勻，且主面之微平坦性較高。
所謂主面之中心，於如圖1所示般將半絕緣性GaAs結晶基板11之主面假定為圓之情形時指該圓之中心。自主面之中心起[010]方向係於自主面之中心起[0-10]方向上形成有凹口部11n之基板中，相當於自凹口部11n觀察主面之中心之方向。
於主面之直徑為2R mm之半絕緣性GaAs結晶基板中，用以測定比電阻之微分佈之3個測定區域係如圖1所示般為中心部測定區域F0、中間部測定區域F1及外周部測定區域F2，上述中心部測定區域F0係以自主面之中心起[010]方向上r0
＝0 mm處(即主面之中心點)為中心者，上述中間部測定區域F1係以自主面之中心起[010]方向上r1
＝0.5R mm處(即主面之中心與主面之外周之中間點)為中心者，上述外周部測定區域F2係以自主面之中心起[010]方向上r2
＝(R－17) mm處(即位於自主面之外周朝內側17 mm之距離之點)為中心者。
於中心部測定區域F0、中間部測定區域F1及外周部測定區域F2之各個區域中，跨自各個區域之中心起[010]方向上-5 mm至+5 mm之距離之範圍，以100 μm(0.1 mm)間距之101點進行比電阻之測定。根據上述101點處之比電阻之測定值算出比電阻之平均值及比電阻之標準偏差。藉由將所獲得之比電阻之標準偏差除以所獲得之比電阻之平均值而算出比電阻之變動係數。
比電阻之測定係藉由如圖2所示般之三端子保護法(three-terminal guard method)而進行。即，於測定半絕緣性GaAs結晶基板11之比電阻之主面(以下，亦稱為正側主面)上，藉由光微影法製作如下圖案：跨自上述3個測定區域之各者之中心起[010]方向上-5 mm至+5 mm之距離之範圍，以100 μm(0.1 mm)間距配置101個直徑70 μm之圓。其後，於半絕緣性GaAs結晶基板11之正側主面及其相反側之主面(以下，亦稱為背側主面)，依序蒸鍍厚度300 nm之Au層、厚度40 nm之Ni層及厚度80 nm之AuGe層，並於進行舉離之後，以475℃進行熱處理6分鐘而進行合金化，藉此形成測定用電極E1、E2。針對測定用電極E1、E2，如圖2所示般進行佈線，於電壓施加範圍0 V～10 V、電壓施加步驟1 V之條件下，自背側主面施加電壓，測定經圖案化後之測定用電極E1內之電流。針對每個於[010]方向上跨10 mm之長度且以100 μm間距圖案化後的測定用電極E1進行該測定。比電阻之測定值係藉由如下方法而導出，即，將根據電流-電壓曲線之斜率所算出之電阻值除以半絕緣性GaAs結晶基板11之試樣厚度d之後，乘以經圖案化後之測定用電極E1之面積S。
關於比電阻之平均值，就降低元件製作時之漏電流之觀點而言，較佳為5×107
Ω·cm以上。又，關於比電阻之平均值，由於半絕緣性表現之機制，故而多數情形時為1×109
Ω·cm以下。
於本實施形態之半絕緣性GaAs結晶基板11中，關於上述3個測定區域(中心部測定區域F0、中間部測定區域F1及外周部測定區域F2)之各者，比電阻之變動係數較佳為0.10以下。關於該半絕緣性GaAs結晶基板，由於比電阻之變動係數為0.10以下，故而主面中之比電阻之微分佈極其均勻，且主面之微平坦性極高。
＜錯位密度＞ 於本實施形態之半絕緣性GaAs結晶基板11中，就使主面中之比電阻之微分佈變得均勻之觀點而言，關於上述3個測定區域(中心部測定區域F0、中間部測定區域F1及外周部測定區域F2)之各者，錯位密度較佳為9.5×103
cm-2
以下，更佳為5.5×103
cm-2
以下。
錯位密度之測定係藉由將半絕緣性GaAs結晶基板11於450℃之熔融KOH(氫氧化鉀)中蝕刻20分鐘時所形成之腐蝕坑之密度之測定而進行。將上述3個測定區域(中心部測定區域F0、中間部測定區域F1及外周部測定區域F2)之各者之中心利用顯微鏡放大，藉由計測該等1 mm見方視野內之腐蝕坑之個數而算出腐蝕坑密度。
≪半絕緣性砷化鎵結晶基板之製造方法≫ 為了使半絕緣性GaAs結晶基板之比電阻之微分佈均勻化，使對比電阻之微分佈產生影響之錯位密度之分佈均勻化是屬重要。半絕緣性GaAs結晶基板通常藉由利用(100)面及與其平行之面切割沿[100]方向結晶生長之大口徑之半絕緣性GaAs晶體而製造。於沿[100]方向結晶生長之大口徑之半絕緣性GaAs晶體中，面方位為(100)之剖面中之錯位密度具有於該剖面之中心及外周變高，於中心與外周之中間變低之不均勻之分佈。因此，需要使此種錯位密度之不均勻之分佈均勻化(方法I)。又，根據GaAs結晶之結晶學之性質，半絕緣性GaAs晶體之錯位密度係於＜100＞方向([010]方向及與該方向結晶學上等效之[00-1]方向、[0-10]方向及[001]方向之4個方向之總稱)上易變高。因此，需要使＜100＞方向上之錯位密度變低(方法II)。進而，較佳為使上述錯位密度之不均勻之分佈均勻化(方法I)，並且使＜100＞方向上之錯位密度變低(方法II)(方法III)。
＜方法I＞ 於圖3中表示半絕緣性GaAs晶體之製造中所使用之裝置之第1例。圖3(A)係裝置之概略俯視圖，圖3(B)係裝置之概略側剖視圖。可認為上述錯位密度之不均勻之分佈係由於在半絕緣性GaAs晶體10之結晶生長時，自半絕緣性GaAs晶體10與GaAs原料熔融液4之固液界面之下方之散熱減少。即，自固液界面向下方之散熱因固液界面上升，而由自GaAs原料熔融液4向載台(係指為了支持坩堝而位於坩堝下方之台，未圖示)之直接之散熱變為自GaAs原料熔融液4向介置有半絕緣性GaAs晶體10之載台之間接之散熱，因此減少。但是，於先前之半絕緣性GaAs晶體之製造方法中，由於未配置如圖3所示般之隔熱材3，故而自配置於結晶生長用坩堝2之側面側之加熱器(未圖示)之加熱係即使固液界面上升亦不會變化。因此，於先前之半絕緣性GaAs晶體之製造方法中，伴隨固液界面之上升而向下方之散熱變小，因此若自側面之熱輸入(heat input)保持固定之狀態，則自固液界面之液相側之熱輸入、與自固相側之散熱之熱收支改變，產生因固液界面相對位置或形狀之變化所引起之熱應力，從而使錯位密度之分佈不均勻。第1例係作為方法I，為了藉由抑制上述熱收支之變化以使錯位密度之分佈均勻化，而於結晶生長用坩堝2與加熱器之間、具體而言於結晶生長用坩堝2之側面外周之周圍配置附斜度之隔熱材3。
第1例中之隔熱材3具有筒狀形狀，且以與對應於GaAs晶種SC側(以下，亦稱為晶種側)之部分相比，對應於半絕緣性GaAs晶體之結晶生長面側(以下，亦稱為尾端側)之部分之隔熱性變高之方式設置有斜度。關於隔熱材3之材質，並無特別限制，例如可列舉碳、氮化硼(BN)、氮化矽(Si3
N4
)、富鋁紅柱石(3Al2
O3
·2SiO2
～2Al2
O3
·SiO2
)及氧化鋁(Al2
O3
)等。藉此，於半絕緣性GaAs晶體10之結晶生長時，伴隨固液界面上升，而自結晶生長用坩堝2之側面側之熱輸入減少，藉此熱收支之變化得以抑制，因此能夠抑制熱應力之產生，而錯位密度之分佈變得均勻。
＜方法II＞ 於圖4中表示半絕緣性GaAs晶體之製造中所使用之裝置之第2例。圖4(A)係裝置之概略俯視圖，圖4(B)係裝置之概略側剖視圖。由於可認為半絕緣性GaAs晶體10中之錯位係因熱應力而產生，故而為了降低半絕緣性GaAs晶體10之＜100＞方向上之錯位密度，必須減小半絕緣性GaAs晶體10之＜100＞方向之溫度差。因此，第2例係作為方法II，於結晶生長用坩堝2與加熱器之間、具體而言於結晶生長用坩堝2之側面外周之周圍沿半絕緣性GaAs晶體10之＜100＞方向(包含[010]方向之結晶學上等效之4個方向、具體而言意指[010]方向、[00-1]方向、[0-10]方向及[001]方向，以下相同)配置具有隔熱性較高之部分之隔熱材3。
第2例中之隔熱材3具有藉由將第1材料3a、與包含隔熱性高(即，熱導率低)於第1材料3a之材質之第2材料3b於圓周方向上每45°地交替排列而形成之圓筒形狀。隔熱材3係以如下方式配置，即，第1材料3a位於在結晶生長用坩堝2中沿[100]方向結晶生長之半絕緣性GaAs晶體10之＜110＞方向(包含[01-1]方向之結晶學上等效之4個方向、具體而言意指[01-1]方向、[0-1-1]方向、[0-11]方向及[011]方向，以下相同)，第2材料3b位於 ＜100＞方向。關於隔熱材3之第1材料3a及第2材料3b，只要第2材料3b包含與第1材料3a相比隔熱性較高(熱導率較低)之材質，則並無特別限制，例如可列舉碳作為第1材料3a之材質，可列舉氮化硼(BN)、氮化矽(Si3
N4
)、富鋁紅柱石(3Al2
O3
·2SiO2
～2Al2
O3
·SiO2
)及氧化鋁(Al2
O3
)等作為第2材料3b之材質。藉此，於半絕緣性GaAs晶體10之結晶生長時，半絕緣性GaAs晶體10之＜110＞方向之溫度分佈得以均勻化，因此能夠抑制熱應力之產生，錯位密度之分佈變得均勻。
＜方法III＞ 於圖5中表示半絕緣性GaAs晶體之製造中所使用之裝置之第3例。圖5(A)係裝置之概略俯視圖，圖5(B)係裝置之概略側剖視圖。第3例係作為將上述方法I及方法II組合而成之方法III，於結晶生長用坩堝2與加熱器之間、具體而言於結晶生長用坩堝2之側面外周之周圍，於半絕緣性GaAs晶體10之＜100＞方向配置具有隔熱性較高之部分之附斜度之隔熱材3。
第3例中之隔熱材3係由於上述方法I而具有筒狀形狀，且以與對應於GaAs晶種SC側(以下，亦稱為晶種側)之部分相比，對應於半絕緣性GaAs晶體之結晶生長面側(以下，亦稱為尾端側)之部分之隔熱性變高之方式設置有斜度，並且由於上述方法II而藉由第1材料3a、與包含隔熱性高(即，熱導率低)於第1材料3a之材質之第2材料3b於圓周方向上每45°地交替排列而形成，且以第1材料3a位於在結晶生長用坩堝2中沿[100]方向結晶生長之半絕緣性GaAs晶體10之＜110＞方向，第2材料3b位於＜100＞方向之方式配置。關於隔熱材3之第1材料3a及第2材料3b，只要第2材料3b包含與第1材料3a相比隔熱性較高(熱導率較低)之材質，則並無特別限制，例如可列舉碳作為第1材料3a之材質，可列舉氮化硼(BN)、氮化矽(Si3
N4
)、富鋁紅柱石(3Al2
O3
·2SiO2
～2Al2
O3
·SiO2
)及氧化鋁(Al2
O3
)等作為第2材料3b之材質。
於第3例中，藉由與上述方法I對應之構成，而於半絕緣性GaAs晶體10之結晶生長時，伴隨固液界面上升，而自結晶生長用坩堝2之側面側之吸熱減少，藉此熱收支之變化得以抑制，因此能夠抑制熱應力之產生，並且藉由與上述方法II對應之構成，而於半絕緣性GaAs晶體10之結晶生長時，半絕緣性GaAs晶體10之＜110＞方向之溫度分佈得以均勻化，因此能夠抑制熱應力之產生。因此，錯位密度之分佈進一步變得均勻。
藉由自利用上述第1例～第3例之製造方法所獲得之半絕緣性GaAs晶體10切割出其(100)面作為主面，能夠製造上述半絕緣性GaAs結晶基板11。 [實施例]
≪實施例I≫ ＜半絕緣性GaAs結晶基板之製造＞ 於實施例I中，使用圖3所示之裝置，藉由垂直晶舟法使直徑150 mm之大口徑之摻雜有碳之半絕緣性GaAs晶體10生長。隔熱材3具有筒狀形狀，且以與對應於GaAs晶種SC側(以下，亦稱為晶種側)之部分相比，對應於半絕緣性GaAs晶體之結晶生長面側(以下，亦稱為尾端側)之部分之隔熱性變高之方式、具體而言以與晶種側相比尾端側之隔熱材3之厚度變大之方式設置有斜度。隔熱材3之材質設為氮化矽(Si3
N4
)。半絕緣性GaAs晶體10之生長條件設為慣例。藉此製造了實施例I之半絕緣性GaAs晶體。
藉由自如上所述般製造之半絕緣性GaAs晶體切割出(100)面以作為主面，而製造厚度600 μm之複數個半絕緣性GaAs結晶基板。將所製造之複數個半絕緣性GaAs結晶基板中之、由半絕緣性GaAs晶體10之對應於最GaAs晶種SC側(以下，亦稱為最晶種側)之部分所獲得之半絕緣性GaAs結晶基板設為實施例I-1之半絕緣性GaAs結晶基板，將由半絕緣性GaAs晶體10之對應於最結晶生長面側(以下，亦稱為最尾端側)之部分所獲得之半絕緣性GaAs結晶基板設為實施例I-2之半絕緣性GaAs結晶基板。
＜比電阻之平均值及變動係數以及錯位密度之評估＞ 藉由上述方法測定成為如上所述般製造之實施例I-1(最晶種側)及實施例I-2(最尾端側)之半絕緣性GaAs結晶基板之主面之上述3個測定區域(中心部測定區域F0、中間部測定區域F1及外周部測定區域F2)之各者中之比電阻之微分佈之指標的平均值及變動係數以及錯位密度，並進行上述3個測定區域之各者中之比電阻之平均值及變動係數以及錯位密度之評估。將結果彙總於表1。
＜表面平坦度之評估＞ 測定如上所述般製造之實施例I-1(最晶種側)及實施例I-2(最尾端側)之半絕緣性GaAs結晶基板之主面之上述3個測定區域(中心部測定區域F0、中間部測定區域F1及外周部測定區域F2)之各者中之表面平坦度並進行了評估。該測定方法如下所述。即，對實施例I-1及實施例I-2之半絕緣性GaAs結晶基板之主面進行了鏡面加工。針對以上述中心部測定區域F0、中間部測定區域F1及外周部測定區域F2之各者之中心為中心之20 mm見方之範圍，使用各20 mm見方區域中之平坦度測定器(Corning Tropel公司Ultrasort 6220)，進行了LTV(Local Thickness Variation，局部厚度變異值)進行測定。將結果彙總於表1。
≪實施例II≫ ＜半絕緣性GaAs結晶基板之製造＞ 於實施例II中，使用圖4所示之裝置，藉由垂直布里奇曼(Vertical Bridgman)法使直徑150 mm之大口徑之摻雜有碳之半絕緣性GaAs晶體10生長。隔熱材3具有由第1材料3a、與包含隔熱性高(即，熱導率低)於第1材料3a之材質之第2材料3b於圓周方向上每45°地交替排列而形成之圓筒形狀，將第1材料3a之材質設為碳，將第2材料3b之材質設為氮化矽(Si3
N4
)。又，隔熱材3係以第1材料3a之中心軸位於在結晶生長用坩堝2中沿[100]方向結晶生長之半絕緣性GaAs晶體10之＜110＞方向，第2材料3b之中心軸位於＜100＞方向之方式配置。藉此製造了實施例II之半絕緣性GaAs晶體。
藉由自如上所述般製造之實施例II之半絕緣性GaAs晶體與實施例I同樣地切割，而製造厚度600 μm之複數個半絕緣性GaAs結晶基板。將所製造之複數個半絕緣性GaAs結晶基板中之、由半絕緣性GaAs晶體10之對應於最晶種側之部分所獲得之半絕緣性GaAs結晶基板設為實施例II-1之半絕緣性GaAs結晶基板，將由半絕緣性GaAs晶體10之對應於最尾端側之部分所獲得之半絕緣性GaAs結晶基板設為實施例II-2之半絕緣性GaAs結晶基板。
＜比電阻之平均值及變動係數、錯位密度、以及表面平坦度之評估＞ 與實施例I同樣地評估了如上所述般製造之實施例II-1(最晶種側)及實施例II-2(最尾端側)之半絕緣性GaAs結晶基板之主面之上述3個測定區域(中心部測定區域F0、中間部測定區域F1及外周部測定區域F2)之各者中之比電阻之平均值及變動係數、錯位密度、以及表面平坦度。將結果彙總於表1。
≪實施例III≫ ＜半絕緣性GaAs結晶基板之製造＞ 於實施例III中，使用圖5所示之裝置，藉由垂直布里奇曼法使直徑150 mm之大口徑之摻雜有碳之半絕緣性GaAs晶體10生長。隔熱材3具有筒狀形狀，且以與對應於GaAs晶種SC側(以下，亦稱為晶種側)之部分相比，對應於半絕緣性GaAs晶體之結晶生長面側(以下，亦稱為尾端側)之部分之隔熱性變高之方式、具體而言以與晶種側相比尾端側之隔熱材3之厚度變大之方式設置有斜度。又，隔熱材3係藉由第1材料3a、與包含隔熱性高(即，熱導率低)於第1材料3a之材質之第2材料3b於圓周方向上每45°地交替排列而形成，將第1材料3a之材質設為碳，將第2材料3b之材質設為氮化矽(Si3
N4
)。又，隔熱材3係以第1材料3a之中心軸位於在結晶生長用坩堝2中沿[100]方向結晶生長之半絕緣性GaAs晶體10之＜110＞方向，第2材料3b之中心軸位於＜100＞方向之方式配置。藉此製造了實施例III之半絕緣性GaAs晶體。
藉由自如上所述般製造之實施例III之半絕緣性GaAs晶體與實施例I同樣地切割，而製造厚度600 μm之複數個半絕緣性GaAs結晶基板。將所製造之複數個半絕緣性GaAs結晶基板中之、由半絕緣性GaAs晶體10之對應於最晶種側之部分所獲得之半絕緣性GaAs結晶基板設為實施例III-1之半絕緣性GaAs結晶基板，將由半絕緣性GaAs晶體10之對應於最尾端側之部分所獲得之半絕緣性GaAs結晶基板設為實施例III-2之半絕緣性GaAs結晶基板。
＜比電阻之平均值及變動係數、錯位密度、以及表面平坦度之評估＞ 與實施例I同樣地評估了如上所述般製造之實施例III-1(最晶種側)及實施例III-2(最尾端側)之半絕緣性GaAs結晶基板之主面之上述3個測定區域(中心部測定區域F0、中間部測定區域F1及外周部測定區域F2)之各者中之比電阻之平均值及變動係數、錯位密度、以及表面平坦度。將結果彙總於表1。
≪比較例I≫ 除了未使用隔熱材以外，與實施例I同樣地製造了比較例I之半絕緣性GaAs晶體。藉由自所製造之比較例I之半絕緣性GaAs晶體與實施例I同樣地切割，而製造厚度600 μm之複數個半絕緣性GaAs結晶基板。將所製造之複數個半絕緣性GaAs結晶基板之中、由半絕緣性GaAs晶體10之對應於最晶種側之部分所獲得之半絕緣性GaAs結晶基板設為比較例I-1之半絕緣性GaAs結晶基板，將由半絕緣性GaAs晶體10之對應於最尾端側之部分所獲得之半絕緣性GaAs結晶基板設為比較例I-2之半絕緣性GaAs結晶基板。與實施例I同樣地評估了所製造之比較例I-1(最晶種側)及比較例I-2(最尾端側)之半絕緣性GaAs結晶基板之主面之上述3個測定區域(中心部測定區域F0、中間部測定區域F1及外周部測定區域F2)之各者中之比電阻之平均值及變動係數、錯位密度、以及表面平坦度。將結果彙總於表1。
[表1]
參照表1，於比較例I-1及比較例I-2之半絕緣性GaAs結晶基板中，於主面之中心部測定區域、中間部測定區域及外周部測定區域之任一者中比電阻之平均值均為5.0×107
Ω·cm以上，但於主面之中心部測定區域及外周部測定區域中，比電阻之變動係數超出0.50，錯位密度為1.0×104
cm-2
以上，表面平坦度亦為較大之1.0 μm以上。
相對於上述比較例I-1及比較例I-2之半絕緣性GaAs結晶基板，於進行上述方法I而製造之實施例I-1及實施例I-2之半絕緣性GaAs結晶基板中，於主面之中心部測定區域、中間部測定區域及外周部測定區域之任一者中，比電阻之平均值為均為5.0×107
Ω·cm以上，比電阻之變動係數為0.50以下之0.39以下，錯位密度為9.5×103
cm-2
以下之8.6×103
cm-2
以下，表面平坦度亦為較小之0.8 μm以下。即，於進行了上述方法I之實施例I-1及實施例I-2中，獲得了主面中之比電阻之微分佈均勻，且主面之微平坦性較高之半絕緣性GaAs結晶基板。
此處，由於實施例I-1之半絕緣性GaAs結晶基板係自實施例I之半絕緣性GaAs晶體之最晶種側切割出者，故而實施例I-1之半絕緣性GaAs結晶基板之主面相當於實施例I之半絕緣性GaAs晶體之最晶種側之剖面。又，由於實施例I-2之半絕緣性GaAs結晶基板係自實施例I之半絕緣性GaAs晶體之最尾端側切割出者，故而實施例I-1之半絕緣性GaAs結晶基板之主面相當於實施例I之半絕緣性GaAs晶體之最尾端側之剖面。因此，關於實施例I-1及實施例I-2之主面之結果相當於關於實施例I之半絕緣性GaAs晶體之最晶種側及最尾端側之剖面之結果。即，於進行了上述方法I之實施例I中，獲得了剖面中之比電阻之微分佈均勻，且剖面之微平坦性較高之半絕緣性GaAs晶體。
相對於上述比較例I-1及比較例I-2之半絕緣性GaAs結晶基板，於進行上述方法II而製造之實施例II-1及實施例II-2之半絕緣性GaAs結晶基板中，於主面之中心部測定區域、中間部測定區域及外周部測定區域之任一者中，比電阻之平均值均為5.0×107
Ω·cm以上，比電阻之變動係數為0.50以下之0.42以下，錯位密度為9.5×103
cm-2
以下之9.0×103
cm-2
以下，表面平坦度亦為較小之0.8 μm以下。即，於進行了上述方法II之實施例II-1及實施例II-2中，獲得了主面中之比電阻之微分佈均勻，且主面之微平坦性較高之半絕緣性GaAs結晶基板。
此處，由於實施例II-1之半絕緣性GaAs結晶基板係自實施例II之半絕緣性GaAs晶體之最晶種側切割出者，故而實施例II-1之半絕緣性GaAs結晶基板之主面相當於實施例II之半絕緣性GaAs晶體之最晶種側之剖面。又，由於實施例II-2之半絕緣性GaAs結晶基板係自實施例II之半絕緣性GaAs晶體之最尾端側切割出者，故而實施例II-1之半絕緣性GaAs結晶基板之主面相當於實施例II之半絕緣性GaAs晶體之最尾端側之剖面。因此，關於實施例II-1及實施例II-2之主面之結果相當於關於實施例II之半絕緣性GaAs晶體之最晶種側及最尾端側之剖面之結果。即，於進行了上述方法II之實施例II中，獲得了剖面中之比電阻之微分佈均勻，且剖面之微平坦性較高之半絕緣性GaAs晶體。
相對於上述比較例I-1及比較例I-2之半絕緣性GaAs結晶基板，於進行上述方法III而製造之實施例III-1及實施例III-2之半絕緣性GaAs結晶基板中，於主面之中心部測定區域、中間部測定區域及外周部測定區域之任一者中，比電阻之平均值均為5.0×107
Ω·cm以上，比電阻之變動係數為0.10以下，錯位密度為5.5×103
cm-2
以下，表面平坦度亦為極小之0.5 μm以下。即，於進行了上述方法III之實施例III-1及實施例III-2中，獲得了主面中之比電阻之微分佈極其均勻，且主面之微平坦性極高之半絕緣性GaAs結晶基板。
此處，由於實施例III-1之半絕緣性GaAs結晶基板係自實施例III之半絕緣性GaAs晶體之最晶種側切割出者，故而實施例III-1之半絕緣性GaAs結晶基板之主面相當於實施例III之半絕緣性GaAs晶體之最晶種側之剖面。又，由於實施例III-2之半絕緣性GaAs結晶基板係自實施例III之半絕緣性GaAs晶體之最尾端側切割出者，故而實施例III-1之半絕緣性GaAs結晶基板之主面相當於實施例III之半絕緣性GaAs晶體之最尾端側之剖面。因此，關於實施例III-1及實施例III-2之主面之結果相當於關於實施例III之半絕緣性GaAs晶體之最晶種側及最尾端側之剖面之結果。即，於進行了上述方法III之實施例III中，獲得了剖面中之比電阻之微分佈極其均勻，且剖面之微平坦性極高之半絕緣性GaAs晶體。
此次揭示之實施形態及實施例係於所有方面為例示，應理解為並非限制性者。本發明之範圍並非藉由上述實施形態及實施例表示，而是藉由申請專利範圍表示，且意圖包含與申請專利範圍均等之含義、及範圍內之所有變更。
2‧‧‧結晶生長用坩堝
3‧‧‧隔熱材
3a‧‧‧第1材料
3b‧‧‧第2材料
4‧‧‧GaAs原料熔融液
10‧‧‧半絕緣性GaAs晶體
11‧‧‧半絕緣性GaAs結晶基板
11n‧‧‧凹口部
45°‧‧‧角度
(100)‧‧‧面方位
[010]‧‧‧方向
[01-1]‧‧‧方向
[100]‧‧‧方向
A‧‧‧電流計
d‧‧‧試樣厚度
E1、E2‧‧‧測定用電極
F0‧‧‧中心部測定區域
F1‧‧‧中間部測定區域
F2‧‧‧外周部測定區域
R‧‧‧直徑之1/2之長度
S‧‧‧面積
SC‧‧‧GaAs晶種
r0‧‧‧測定區域之中心之點
r1‧‧‧測定區域之中心之點
r2‧‧‧測定區域之中心之點
圖1係表示本態樣之半絕緣性砷化鎵結晶基板之一例之概略俯視圖。 圖2係表示測定本態樣之半絕緣性砷化鎵結晶基板之比電阻之方法之一例的概略剖視圖。 圖3(A)、(B)係表示本態樣之半絕緣性砷化鎵結晶基板之製造中所使用之裝置之一例的概略圖。 圖4(A)、(B)係表示本態樣之半絕緣性砷化鎵結晶基板之製造中所使用之裝置之另一例的概略圖。 圖5(A)、(B)係表示本態樣之半絕緣性砷化鎵結晶基板之製造中所使用之裝置之又一例的概略圖。
Claims (3)
- 一種半絕緣性砷化鎵結晶基板，其係於面方位為(100)之直徑2R mm之主面中， 關於以自上述主面之中心起[010]方向上為0 mm、0.5R mm、及(R－17) mm之距離的點為中心之3個測定區域之各者， 比電阻之平均值為5×107 Ω·cm以上， 將比電阻之標準偏差除以比電阻之平均值所獲得之變動係數為0.50以下。
- 如請求項1之半絕緣性砷化鎵結晶基板，其中上述主面之直徑2R mm為150 mm以上。
- 如請求項1或2之半絕緣性砷化鎵結晶基板，其中比電阻之上述變動係數為0.10以下。
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