JPH01103995A - 高比抵抗３−５族化合物単結晶 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は、高純度、かつ、高比抵抗の■−Ｖ族化合物、
すなわち、周期律表第ｍｂ族及び第ｖｂ族元素からなる
化合物の単結晶に関する。

「従来の技術」 高比抵抗を有する■−Ｖ族化合物は、電界効果トランジ
スター（Ｆ　Ｅ　Ｔ　）、集積回路（ＩＣ）等の半導体
装置の基板として広く用いられている。これは、基板が
高比抵抗であると、ＩＣの構成素子間の電気的な分離、
あるいは活性領域の限定等が容易であるからである。

しかして、これらの半導体装置の製造工程では、各種の
熱処理が行われるが、その際の不純物の拡散による異常
層の発生等を避けるために、従来、不純物の混入の少な
い液体カプセル引上げ法（以下ｊＬＥｃＪという。）に
より、意識的には不純物を、添加せずに成長させて得た
単結晶、いわゆる、アンドープ単結晶が用いられていた
。

一方、半導体装置の製造の際には、通常、生産性の高い
イオン注入法が採用されるが、この場合、イオン注入し
た導電性不純物の活性化率の向上を図るために、本発明
者らは、原料、成長過程等から混入する不純物の中特に
ほう素または炭素を、減少させると効果的であることを
見出した（特願昭６２−９２３２５号明細書）。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、かかる高純度のＩＩＩ−Ｖ族化合物単結
晶を成長させると、得られた単結晶の比抵抗を十分に高
く、例えば５Ｘ１０’Ω・ｃｍ以上とすることが困難で
あった。

［問題点を解決するための手段１ 本発明者等は、ほう素及び炭素の濃度が低い高比抵抗■
−■族化合物単結晶を得ることを目的として鋭意研究を
重ねた結果、微量の深いアクセプター不純物を含有する
■−■族単結晶によって、上記の目的が達せられること
を見出し、本発明に到達したものである。

本発明の上記の目的は、ほう素濃度が、１×１０　”ｃ
ｒｍ−３以下、炭素濃度が、５　Ｘ　１０　”ｃ論−’
以下、また、深いアクセプター不純物の濃度が、Ｉ　Ｘ
　１０　”ｃＩｌｌ−”〜Ｉ　Ｘ　１０　”ｃｍ−’の
範囲である半絶縁性■−■族化合物単結晶によって達せ
られる。

ｌ１１−Ｖ族化合物としては、易動度が大きく、高速処
理用の半導体装置の製造に適していシｂ―；Ｇ　ａ、　
Ｉ　ｎｘＡ　ｓ（０＃埠４≦０　≦０．２）等がよいが
、ＧａＰ、ＩｎＰ等も用いることができる。

これらのＩ［Ｉ−Ｖ族化合物の単結晶のほう素濃度は、
Ｉ　Ｘ　１０１７ｃｍ−’以下、好ましくは、３×１０
　”ｃｍ−３以下であることが必要である。単結晶中の
ほう素濃度がＩ　Ｘ　１０　”ｃｍ−”を超えると、そ
の単結晶にイオン注入された不純物の活性化率が低くな
るので好ましくない。

また、炭素濃度は、５　Ｘ　１０　”ａｍ−’、好まし
くは、Ｉ　Ｘ　１０　”ｃｍ−３以下であることが必要
である。炭素濃度が、５　Ｘ　１０　”ａｍ−’を超え
ると、この単結晶から切出した基板をエピタキシャル成
長、アニール等高温で処理すると、比抵抗が変動し、し
ばしば、１×１０７ΩφＣ「ｍ以上になるので好ましく
ない。

炭素濃度は、単結晶中の炭素と第１Ｉ［１３族原子との
結合の伸縮振動の強度から求めることができる。

深いアクセプター不純物の濃度は、ｌＸｌ０”６ｍ””
以上、好ましくは、５　Ｘ　１０　”ａｍ−”以上〜Ｉ
　Ｘ　１０１６ａｍ−’以下の範囲であることが必要で
ある。深いアクセプター不純物の濃度が１×１０　”ｃ
ｉｍ−３未満であると、本発明の効果が発揮されず、ま
た、ｌＸｌ０”ｃ−一３を超えると７＝−ル等の熱処理
の際に、当該不純物の拡散による影響が着しくなる功で
好ましくない。

深い７クセブター不純物としては、クロム、鉄、銅、コ
バルト、ニッケル等が挙げられる。これらの不純物は、
■−Ｖ族化合物中で深いアクセプター準位を形成するの
で、高比抵抗の半絶縁性ｍ−■族化合物単結晶を得るこ
とができる。

特ニ、■−Ｖ族化合物が春癲苓嗜挙Ｇ　ａｌ−Ｋ　Ｉ　
ｎ＊Ａｓの場合は、深いアクセプター不純物としでは、
クロムが適当である。

炭素以外の不純物の濃度の測定は、ＳＩＭＳ（二次イオ
ン質量分析装置）を用いて行うことができる 本発明の■−Ｖ族化合物単結晶の成長方法には、特に制
限がないが、ＬＥＣ法が適当である。これは、不要な不
純物の混入が少なく、かつ原料融液中の第［１１）族元
素と第Ｖ　Ｉ）　　族元素の比率を制御しやすいからで
ある。特に、カプセル剤として、水又は第ｍｂ族及び／
又は第ｖｂ族元素の酸化物を含有するＢ２０．を用い、
かつ、ｍ−ｚｖｂ族元素の濃度を、４９〜５２％（モル
比）の範囲に調節した原料融液から成長させるのが好ま
しい（特願昭６２−１５８３９号及びＧ２−９２３２５
号明細書）。

「発明の効果」 本発明は、次のような顕著な効果を有するので、産、梁
上の利用価値は大である。

（１）　本発明の■−ｖ族化合物単結晶は、５×１０７
Ω・６１１１以上の高比抵抗であるので、この単結晶か
ら切出した基板を用いることにより、性能の優れた半導
体装置を歩留りよく製造することができる。

（２）本発明の単結晶は、炭素、ほう素等の不鈍物の濃
度が低いので、注入した導電性不純物の活性化率が高い
。

１°実施例」 本発明を実施例及び比較例に基づいて、具体的に説明す
る。

なお、単結晶中に含まれる各不純物の濃度は、下記の方
法により測定した。

炭素の濃度は、単結晶中の炭素原子とガリウム原子の開
の結合の伸縮振！１ＶＪ（約５８０ｃ＋ｅ−’）の強度
に基づいて測定した。

分光器としては、グプル・ビーム型７−リエ変換赤外分
光器を用い、透過光により測定した。

測定の際には、一方のビームには、基準試料として炭素
を含有しない会伯１Ｐ涛’ｈ　Ｇ　ａ、ｘＩ　ｎ、Ａ　
ｓの結晶板を設置した。基準試料とし、では、グラファ
イト等炭素系の材料を用いない結晶成長４＆置を用いる
成長方法、例えば窒化ほう素製、石英製等の装置を用い
たボート成長法、７０−ティング・ゾーンメルティング
法等によって成長させた単結晶又は多結晶から切出した
板状試料を用いるのが適当である。

被測定試料は、基準試料と同一の１７．さとして、他方
のビームに設置する。

測定の結果得られた上記伸縮振動の吸収極大部の吸光度
を八とし、上記吸収の両側近傍（約５７９ｃｍ−’　　
及び約５８１　ａｍ−’　）における吸収曲線のノイズ
・レベルの中間値（ノイズの最大値と最小値の算術平均
値）を結ぶ直線と炭素−ガリウム原子伸縮振動の吸収極
大の波数軸との交点における吸光度をＢＳまた、被測定
試料の厚さをＬ（ｃｍ）とした場合、次式で表される［
ＣＪを炭素濃度（単位：　Ｃ鎗−３）とする。

［Ｃ１＝１．２Ｘ１０”Ｘ（（２，３／１）Ｘ（Ａ−Ｂ
）１本測定法による炭素の検出限界は、ｌＸｌ０”ｃｍ
−’であった。

その他の不純物濃度は、ＳＩＭＳを用いて測定した。こ
の場合、クロム及びほう素の検出限界は、いずれら、Ｉ
　Ｘ　１０　”ｃＩａ−３であった・比抵抗は、ファン
・デア・ポー法により測定した。

（Ｇ　ａＡ　ｓ単結晶の１＆長） 実施例Ｉ ＬＥＣＪｌ＆長装置内に配置したｐＢＮ（熱分解窒化ほ
う素）製のるつぼ内に、金属ガリウムとひ素の混合物５
　ｋｇ、金属クロム０．０６５ｍｇ及びカプセル剤とし
て、水を２００　ｐｐｍ（重量比）含有するＢ２０コを
０．７５ｋｇ仕込んだ。ＬＥＣ装置内に窒素及びアルゴ
ンの混合〃スを導入して加圧した。

濃度は５０．２％（モル比）であった。この融液からＧ
ａＡｓ単結晶を引上げた。

得られた単結晶は、直径約９０＋ｍであった。

この単結晶の、成長開始端部、中央部及び成長終端部か
ら、測定試料を切出してクロム、炭素及びほう素の濃度
ならびに比抵抗を測定して第１表に示した。

実施例２ 実施例１と同じ条件でＧａＡｓ単結晶の成長を４回繰返
して、得ら虹だ単結晶の比抵抗を比較した。

結果は、成長開始端部、中央部、成長終端部、いずれも
、５，０ＸＩＯ’Ω・ａｍ以上であった。

比較例１ クロムを添加しなかったこと以外は、実施例１と同様に
して、ＧａＡｓ単結晶を成長させた。

得られたＧ　ａ　Ａ　！１単結晶のクロム、炭素及びほ
う素の各不純物ならびに比抵抗の測定結果は、第１表に
示した。

比較例２ 比較例１と同じ条件でＧ　ａ　Ａ　ｓ単結晶の成長を４
回行って、得られた単結晶の比抵抗を比較した。

その結果は、成長開始端部、中央部、成長終端部のいず
れも、２Ｘ１０’Ω・ｃＩ・以下であった。

′″′櫓（ １，ｒ ：（＋５−− （Ｇ　ａイｒ　ｎｘＡ　ｓ単結晶の成長）実施例３ インジウムの含有量が、１０％（モル比）である金属ガ
リウム及びインジウムの混合物及びひ素の混合物５　、
１　ｋｇ、金属クロム０．２５５＋ａｇ及び水を２００
　ｐｐＩａ（重量比）含有する８２０３　１．８ｋｇを
、ＬＥＣ装置内に配置したｐＢＮｌｊのるつぼに仕込ん
だ。続いて、ＬＥ（Ｊｉ７（内を窒素とアルゴンの混合
〃スで加圧した後、るつぼを１４００℃まで加熱してＧ
　ａ、　Ｉ　ｎ、Ａ　ｓのｍｗｌ、を得た。融液中のμ
兜 ゛合計濃度は・　５０．６ ％（モル比）であった。

Ｌ記の融液から、直径的９０１１１１１１のＧ　ａｏ、
　ｇ　Ｉ　＋ｔｏ、　＋Ａｓ単結晶を引上げた。

得られた単結晶のクロム、炭素及びほう素の濃度ならび
に比抵抗の測定値をｔＪＳ２表に示した。

比較例３ 金属クロムを添加しなかつたこと以外は実施例３と同様
にして、直径９０ｍｍ　ｆ）Ｇａｏ、ｓ　Ｉ　ｎｏ、＋
Ａｓ単結晶を引上げた。

得られた単結晶のクロム、炭素及びほう素ならびに比抵
抗の測定値を第２表に示した。

以上に説明した通り、本発明の■−Ｖ族化合物単結晶で
は、高純度、かつ、高比抵抗が得られる。

特許出願人　三菱モンサント化成株式会社三菱化成工業
株式会社 代　理　人　弁理士　長径用　− （ほか１名）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ほう素濃度が、１×１０＾１＾７ｃｍ＾−＾３以
   下、炭素濃度が、５×１０＾１＾５ｃｍ＾−＾３以下、
   また、深いアクセプター不純物の濃度が１×１０＾１＾
   ４ｃｍ＾−＾３〜１×１０＾１＾５ｃｍ＾−＾３の範囲
   であることを特徴とする高純度、高比抵抗III−Ｖ族化
   合物単結晶。
2. （２）III−Ｖ族化合物が、Ｇａ＿１＿−＿ｘＩｎ＿ｘ
   Ａｓ（０≦ｘ≦０．２）である特許請求の範囲第１項記
   載の単結晶。
3. （３）深いアクセプター不純物が、クロムである特許請
   求の範囲第１項又は第２項記載の単結晶。
4. （４）III−Ｖ族化合物単結晶の成長方法が、液体カプ
   セル引上げ法である特許請求の範囲第１項、第２項又は
   第３項記載の単結晶。