JPH01164800A - 半絶縁性砒化ガリウム単結晶 - 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、半絶縁性の砒化ガリウム単結晶に関するもの
である。

［従来の技術］ 近年、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）ＩＣの開発が進むにつ
れ、高品位の半絶縁性ＧａＡＳの要求が高まりつつある
。

従来高比抵抗ＧａＡＳの製造法としては、特公昭４．２
−、１　／１．９６　＝１号に示されているにうに引上
法又はボート法において、ＱａΔＳ融液にクロム（Ｃｒ
　）を添加して製造する方法が提案されている。

従来技術（１） 従来、熱的安定性のあるＯｒ支配型のＣｒ−酸素半絶縁
ＱａΔＳ結晶の製造方法が提案されており、結晶中の酸
素濃度及びシリ」ン（Ｓｉ）１度の関係について種々）
ボべられでいる。

例えば、結晶中の酸素濃度については、特公昭５９〜１
９９１１及び特公昭５９−２９５５７に酸素濃度が４×
１０１６ｃｍ３以上の場合、結晶が半絶縁性になったと
いう記載がある。

−・方、ＧａＡＳ結晶中の５ｉｌｉ１度については、特
公昭５３−４−６０７０に、はぼ１０１５ｃｍ　’−３
以ドにするという記載、特公昭５９−１９１１に、５Ｘ
　１０”ｃｍ’＜Ｓ　ｉ　＜　２Ｘ　１０””ｃｍ−３
にするという記載、特公昭５９−４６９１８に、テルル
、３ｉのうち少なくとも一種の濃度で５×１０１５ｃｍ
’より大きくするという記載、特公昭５９−２９５５７
に、Ｓｉ＜２Ｘ１０１５以下にづるという記載があり、
８１８１度は１　Ｘ　１０　”’ｃｍ−３以下に抑える
ことが望ましいと考えられる。

従来技術（２） Ｃｒ或いはＦｅドープ半絶縁結晶を石英材質のボートを
用いて製造する場合には、Ｓ１汚染が起こるのでＣｒ或
いは「ｅ等の深いアクゼブタ不純物を多量に添加する必
要があった。

３ｉ汚染の防止法としては、△５２０３或いはＧ　ａ　
２０等の形で酸素をドープする方法があり、以下に示す
ように、その効果が説明或いは引用されている。

文献 ■　　Ｃ，Ｎ、Ｃｏｃｈｒａｎ　　ｅｔ　　ａｌ　　：
　　Ｊ　　トｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ。

Ｓｏｃ　１０９（１９６２）１４９゜ ■　　Ｊ、Ｅ、Ｗｏｏｄｓ　　ａｎｄ　　Ｎ、Ｇ　　八
１ｎｓｌｉｅ　　：　　Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ。

３４（１９６３）１４６９゜ ■　　Ｊ、Ｈ，１１ｏｏｄａｌｌ：Ｔｒａｎｓａｃｔｉ
ｏｎｓ　　Ｍｅｔ、　　Ｓｏｃ、ＡＩＮＦ。

２３９（１９６７）３７８゜ ■　松判（１！！　：住友電気、　９７（１９６８）１
２７■　鈴木他：第１２回半導体専門講習会予稿集■　
赤井：京都人学工学部学位論文（１９７５）ＧａＡｓ中
への３ｉ汚染はＧａＡｓメル１〜中のＱａのボートの月
質であるＳ　ｉ　Ｏ２との　（１）式の反応にＪ：つ−
ｃ　／１−すると考えられている。

（上記文献■〜■）。

４Ｇａ（Ｌ）（ｉｎ　　ＧａＡｓ）＋ＳｉＯ（Ｓ）＜−
３ｉ（Ｌ）（ｉｎ　　ＧａＡｓ）→２Ｇａ　　０（Ｇ）
　　↑　　　・　　（１）（Ｓ、固体　１°液体　Ｇ、
固体） 一方、（１）式で発生したＧａ２Ｏガスは、反応容器内
で（２）式の反応が起こりＧａ２ＯガスがＧａ２Ｏ３の
形で反応容器内低温部へ析出するといわれている。

３Ｇａ　　０（Ｇ）＋＾３Δ（Ｇ）、ＩＴＩ：Ｇａ　　
Ｏ（Ｓ）＋４Ｇａ八５（Ｓ）　　　　−’・　（２）反
応容器内の低温部即ち拡散障壁部の温度が低い場合に、
Ｇａ２Ｏ３の析出が促進されるに伴って、Ｇａ２Ｏガス
が消費されるので　（１）式の反応が右へ進み３ｉの汚
染が増大するといわれ、この考えに従つ（−電気的特性
等の間接的、測定結果を基に理論が組立てられて来た。

現在まで主流となっている考え方はＷｏｏｄａ　ｌ　ｌ
（前記文献■）のＡＳ２０３添加による３ｉ低減の考え
方であり、次の（３）〜（８）式から導入される　（９
）式に示されるように、Ｇａ２Ｏガスに対すρ る拡散障壁の抵抗（−一）及び結晶成長速度（Ｖ）が一
定である場合にはＧａＡＳ結晶中の８１濃度が結晶の同
化が進むにつれて高くなることを示す式である。しかし
我々の実験結果は後に示すようにこの式たりでは説明で
きない。

まず記号を説明し、次に計算過程を示す、。

Ｐ：Ｇａ２Ｏガス圧、Ｄ：へＳ蒸気圧１気圧ＦでのＧａ
２Ｏガスの拡散係数、Ｐｏ：初期Ｇａ２Ｏガス圧力、Ｐ
　　：１１００℃におけるＧａ２ｏのガス圧ノＪ、Ｖ：
結晶成長速度、Ｘ：結晶の長手方向の長さ、ｔ：時間、
Ａ：拡散障壁部隙間面積１、Ｏ：拡散障壁部の隙間長さ
、■：石英アンプル高温側自由空間体積。

以下（７）式を導入する計算式を示す。

Ｆｉｃｋの第１法則から 初期分圧［〕。からｔ時開時間［〕のガス圧になるとす
ると、　（３）式を積分して　（４）式を得る。

時間ｔがＯに近い場合はＰ　　＞Ｐｌど考えられるので
次の　（５）式を得る。

一方、　（１）式から Ｃ（ＧａＡｓ中の５ｉｉｌｆｔｉ度）　＝Ｋ　（Ｔ）　
／Ｐ２・・・　（６） （ここでに：平衡定数） （６）式に　（５）式を代入して　（７）式を得る。

又、Ｋ／Ｐｏ’　＝Ｇｏ・　（８） （ここでＣ８はＧａＡｓ中のＳｉの初期濃度）（８）式
を　（７）式に代入して　（９）式を得る。

ハ ｖ、Ｖ、ρ／Ａ、Ｄを一定とした場合、Ｘが増加即ち結
晶の固化が進むにつれＳｉ濃度が高くなることを示して
いる。

Ｗｏｏｄｓ　　（文献■）の実験では結晶のシード側で
高抵抗の酸素ドープＧａＡＳが得られ、Ｗｏｏｄａ　ｌ
　ｌ（文献■）の実験及び元弁（文献■）の実験では結
晶後端程キャリア濃度が高い結果が得られている。しか
し、これは結晶中のＳｉ濶度を直接測定したものでは無
い。

我々の実験では、後の実施例に示すように、結晶固化が
進むにつれＳｉ１度が低減していたので、（９）式のみ
により我々の実験事実を説明することは出来ないと考え
る。

以上の検討から我々の実験結果は、従来の考え方のみで
ない新しい考えの導入にＪ：って説明される可能性があ
ることを示しているといえる。

従来技術３ 酸素ドープを行うとＧａＡｓ結晶の後端にぬれが生じる
問題点がある。元弁（文献■）はぬれは、Ｇａ２Ｏ蒸気
の凝縮反応が抑制されている間はひどいぬれは生じにく
く寄宿反応の進行が活発になるとぬれが助長されると惟
吊し、凝縮反応を生じさせないように、拡散障壁部の温
度を高くする３温度ＬＩＢ法を開発した。

しかしこの考え方は、次に示Ｊように不明な点がある。

即ち、前述した　（１）式において ４Ｇａ（１，）＋ＳｉＯ（ｓ）４Ｓｉ（１−）（ｉｎ　
　ＧａＡｓ）＋２Ｇａ　　０（Ｇ）　　↑・・・　（１
） 凝縮反応が抑制されている場合にはＧａ２Ｏガス圧が高
いので　（１）式の平行が成り立ち石英ボート内のαク
リストバライトは減少せずＧａＡｓ結晶とボートの間に
ぬれは生じない。

−・方凝縮反応の進行が活発になるとＧａ２ｏガスが減
少づるので　（１）式が右側に進行しＳ　ｉ　１１度が
増大′リ−る可能性がある。故にぬれの生じる結晶後端
程ＳＩ濃度が高くなりそうであるといえる。

しかしＳｌの直接測定は行われていない。我々の実験で
は、結晶後端のＳｉ１度が低くかつぬれが生じる現象が
観察された。

従来技術（４） ＰＵＮボートを使用すれば、３ｉの汚染はない−Ｑ　　
　　、− ものと思われていたが、実際に石英アンプル内に１〕Ｂ
　Ｎボートを置いてＧａΔＳ単結晶を製造したところ、
３ｉ汚染が認められ導電性のｎ型結晶が得られている。

［従来技術の問題点］ 特公昭５３−４６０７０号等では、結晶中の酸素が全で
深いドナー不純物どし−Ｃ機能するよう述べられている
が、その当時酸素がどのような形態（例えば、単体、化
合物、イオン）で結晶中に存在しているのかについては
解明されておらず、しかも結晶中の酸素の濃度を測定−
する手段が存在していなかったことを考えると、酸素の
全てがイオン化しているとは言いぎれない。更に、Ａｓ
２Ｏ３を添加してボート法により製造されたクロムドー
プの半絶縁性ＧａＡｓ単結晶中の酸素濃度が放射化分析
法による測定では２．０〜７．２×１０１５ｃｍ−３で
あったという報告（ｏｘｙｇｅｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉ
ｏｎ　　ｉｎ　　ａ　　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　　Ｂｒ
ｉｄｇｍａｎｎ−ｇｒｏｗｎ　ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａ
ｔｉｏｎ　ＧａＡｓ　ｉｎｇｏｔ：に、５ｈｉｋａｎｏ
。

ｅｔ　　ａｔ、八ｐＤ１．ＤｈｙＳ、１−ｅｔｔ、、４
６（１９８５）　　３９１〜３９３）　　とを合わけて
検討してみると、ＧａＡＳｔｉＩＩ１品中で深いドナー
として機能するものの量は酸素だけでは不充分であり、
ほかに深いドナーとして機能ザるものがあると考えられ
る。近年、深いドナーとして機能するものとして、ＦＬ
２が発見され−（おり、その１ｌｉ１度は通常１　”−
２Ｘ　１０１６ｃｍ−３である。

従って、酸素の全てがイオン化しているかどうか不明で
あることも含めて考えると、ＣｒドープＧａＡＳ単結晶
中で深いトーナーとして機能するものの殆どは１＝１２
のＪこうである。

又、従来技術（２）、　　（３）について検討してみる
と、５１０２ボートを使ってＯｒ−酸素半絶縁性結晶を
成長した場合に結晶にぬれが生じるが、そのぬれのメカ
ニズムは明確に４１っていない。従来の考え方では、結
晶ｖ１端程５ｉｌｌｆａ度が高くなる。

しかし我々の実験では結晶後端の３ｉ濶度が低くかつぬ
れが生じている事実がある。このように従来の理論では
、我々の実験結果を説明することが出来ない。

更に、従来技術（４）について検討してみると石＝　　
１１　− 英アンプルを用いてＰＢＮボー１〜にてＧａＡｓ結晶を
成長づるどＧａ或いはＧａＡｓが石英アンプル内面に（
＝Ｊ　＠Ｌ反応してＳｉＯのガスが発住すると考えられ
、このＳｉＯがＰ　１３Ｎボート内のＧａＡＳ中に溶解
しＳ１汚染が生じると考えられる。

（ＳｉＯ２の酸素成分が結晶中に取り込まれることも考
えられる）。故にＰ　１３　Ｎボートを用いた場合にお
いても酸素添加により３ｉを減少させるとどもにＯｒを
同時に添加ザることにより半絶縁結晶を１ｑることが出
来る。

「発明の目的」 本発明の［１的は、結晶中の酸素濃度に殆ど影響される
ことなく、熱的安定性に優れた半絶縁性Ｇａ　Ａ　Ｓ単
結晶を提供づることにある。

本発明の要旨は、深いトノーー準位形成するちのの殆ど
がトＬ２であり、り［］ムを含む）′クセブタ不純物の
濃度が総和をＦｌ−２を含むドナー不純物濃度の総和よ
り大きくし、浅いアクセプタ不純物の濃度がＦｌ−２を
含むドナー不純物準位の総和Ｊ：り小さい半絶縁性Ｇａ
ＡＳ単結晶としたことにある。

［補足説明］ 本発明のエネルギバードによる説明 第１図（ａ）及び（ｂ）は、本発明ににる半絶縁性砒化
ガリウムの電子状態を示している。

第１図（ａ）及び（ｂ）において”ＳＤは浅いドナー不
純物準位のｉ１１度、ＮＳＡは、浅いアクセプター不純
物準位の濃度、ＮＤＯは、深いドナー不純物準位の濃度
、ＮＥＬ２は、不純物では無いＦＬ２準位の濃度、ＮＤ
Ａは深いアクセプター不純物準位の濃度、［ｆは）ｌル
ミ準位、１は伝導帯、２は価電子帯を示している。Ｎ、
。を酸素不純物の準位、ＮＢｐ、＠り１］ム不純物の準
位と考える。

半絶縁結晶は熱的に安定である必要がある。

即ち、エビ成長等のプロセス］二程中加熱を受けるから
である。

熱処理しても高抵抗を保つための条件は、フェルミ準位
（］三ｆ）が、Ｎ、Ｎ、ＥＬ２の準位ＤＤ　　　　　Ｄ
へ の近傍にあることであると考えられる。

第１図（ａ）はＯｒ支配型の結晶が高抵抗を保−１９一 つだめの電子状態を示している。高抵抗の条件は、フェ
ルミレベルＥＴがＮＤＤ近傍にあることであり、次式が
成立する。

Ｎ　ＤＡ＞　Ｎ　ＳＤ−Ｎ　ＳＡ＞　Ｏ〈　”　　ＮＳ
Ａ十　Ｎ　ＤＡ〉　ＮＳＯ２Ｎ５Ａ）　　　・・・　（
１０）又第１図（ｂ）はＦＬ２支配型の結晶が高抵抗を
保つための電子状態を示している。

高抵抗の条件は、フ」−ルミレベル「［がＮＤＤ近傍に
あることであり、次式が成立づ−る。

ＮＤＤ−Ｉ−Ｎ［Ｌ２＞ＮＳＡ−ＮＳＤ＞ＯＮ　［Ｌ２
−　”ＤＤ″−Ｎ　ＳＡ”　　Ｎ　　ＤＤ”−Ｎ　　Ｅ
Ｌ２　−　Ｎ　ＳＤ＞　Ｎ　ＳＡ）・・・（１０） （１０）及び（１１）式が整列Ｊるときに熱的に安定な
半絶縁結晶が得られる。

［実　施　例］ 実施例１ Ｇ「法（グラジ］ントフリージング法）で、石英ボート
・を用いてＣｒドープ結晶を成長した。

６Ｎ（純度９９．９９９９％）のＧａとＡＳを用いて２
５００ｇのＧａＡＳ単結晶を成長した。

この際ＡＳ２０３は３０ｍｑをボートの外側に設置した
。５Ｎ（純度９９．９９９％）のＣｒはボー１へ内に５
６０ｐｐｍａ（ＧａＡｓ２５００ｇに対し）添加した。

得られたＧａＡｓ単結晶は、転位密度が約６０００　ｃ
ｍ　”以下であった。

この結晶内のＣｒ及び３ｉの分析はグ１〕−放電質量分
析器（ＧＤＭＳ）により行った。酸素の分析は、放射化
分析により行った。

図２は結晶中のＳｉ濃度（ＧＤＭＳ測定値Ｃｒ及びＳｌ
についてはイオン強度比が原子温度（ｐｐｍａ）に等し
いといわれでいる）及び酸素濃度を示したものである（
文献：柴田他１名、第２２回応用スペクトロメトり東京
討論会謡演予稿集（１９８７）　６１　）。

３ｉ濃度はシード部、固化率Ｑ＝０．１で０、４ＩＩ１
１ｍａ（１、−１７ｘ　１．０１６ｃｍ−３＞　、ディ
ル部固化率ｑ＝０．８でＯ，（０，８９Ｘ　１０１５ｃ
ｍ−３＞であった。Ｃｒ１度は固化率：Ｇ＝０．１で０
、５ｐｌ）ｍａ（２，２Ｘ　１０１６ｃｔｎ−”）　、
　ｏ＝−ｏ、　８で２．７ｐｐｍａ（１、２Ｘ　１０１
７ｃｍ’−”）であった。

浅いアクセプタ不純物となるに、Ｃａ等の和は０．０２
１）Ｄｍａ（１，８Ｘ１０１５ｃｍ−３）　、Ｉ’Ａ素
は１Ｘ１０　　ｃｍ　　Ｘ［Ｌ２は１×１０　ｃｍであ
った。

酸素濃度はシード部固化率ｑ−０，１で約１．５Ｘ　１
０　”’ｃｍ−３テイル部ａ＝０．８で約１×１０１６
ｃｍ’であった。

この結晶の比抵抗をファン・デル・パラ法で測定すると
約５×１０７Ωｃｍ以上であることが分った。

更に、１−１２気流中で８００°ＣＸ３０ｍ１ｎの熱処
理を行ってもその比抵抗は約５×１０７Ωｃｍ以上であ
ることが判った。この結晶中の酸素は結晶の成長とどち
に増加することが分り次（、二示すノーマルフリージン
グの式に従って偏析することが分った。

Ｃ（Ｑ）−Ｃ０Ｋｅｆｆ　（１−（Ｊ）””ｆ−１０゜ Ｃｉ初期酸素濃度）、Ｋｅｆｆ：（実効偏析係数）、　
ｇ：　（固化率）、Ｃ（ｇ）固化率ｑのとぎの酸素濃度
Ｋ　ｅ　ｆ　ｆは約０．３５〜０．４の値が得られたの
で偏析により結晶中の酸素濃度が変化しＣいることが判
った。

結晶中の酸素とＳｉの挙動については、不明な点が多い
。

Ａｓ２Ｏ３或いはＧａ２Ｏ３等の酸化物添加によるＳｉ
汚染の抑制は従来技術（３）で示したようにＧａ２Ｏガ
ス分圧にＪ：るものであり、疑いは無い。しかしこの考
え方では、従来技術で示したように結晶固化にともなっ
て、拡散障壁部の温度が低下しＧａ　　ＯガスがＧａ２
Ｏ３の形で析出し分圧低下をぎたし、Ｓｉ濃度が高くな
ると考えられる。

しかし、本発明結晶では、結晶固化に伴って５ｉｉｆ１
度が低下し従来の結晶とは異なっていることが判る。

Ｓｉの汚染について考察してみると、ＧａＡｓメルト中
の８１と酸素の関係は基本的には次の（１４）式で説明
できるＳ　＋　０２　　（石英ボート＞−＞ｓ：（ｉ　
　ｎＱａΔ５）４−２０（ｉｎＧａＡｓ＞・　（１４１
ＧａΔＳの凝固による酸素の偏析が起こる融点（１２３
８℃）近傍での平衡定数には次のＪ：うに表現出来る。

ｓ＋　　　Ｏ５ｉ０２μ３ｉ、酸素、３ｉここでａ　・
、ａ　　、ａ Ｏ？の夫々の活量、但し、ａ、１ｏ２−１゜Ｓｉ濃度と
酸素濃度は極めて微量なので活量係数を１どザると（１
５）式は（１６）式のように示ザことが出来る。

に＝Ｎｓ、−Ｎｏ　　　　　　　　　　　　・　（１６
）（１６）式の対数をとると（１７）式となる本発明結
晶について固化率一定の揚台の１０（ＩＮｏとＩＱ（Ｉ
Ｎｓｉの関係を求めてみるとその傾ぎは−−一どなりＧ
ａＡ結晶中においてはＳ１温度とを温度の積が一定であ
ることが判った。

即ち結晶成長初期に適Ｉｆｉ酸素を存在させ−（おけば
結晶凝固開始部よりも３ｉ濶度の低い熱安定性の良い結
晶が得られることになる。しかし、この′熱安定ヤＶは
、酸素濃度が低いことからみてＩＥ　Ｌ　２によるもの
と思われる。

実施例２ ＧＦ法でＢＮを：」−ティングした石英ボートを用いて
Ｃｒドープ結晶を成長した。

６ＮのＧａとＡｓを用いて２５００ＱのＧａＡｓ単結晶
を成長させた。この際ＡＳ２０３を３０ｍＱポートの外
側に設置した。５ＮのＣｒはポート内に５６０　ｐｐｍ
ａ　（Ｇ　ａΔ５２５０００に対し）添加した。１エフ
られた砒化ガリウム単結晶は転位密度が約８０００ｃｍ
−３以下であった。

この結晶内のＳｉ１度は１　、５　Ｘ　１０１６ｃｍ−
３以下であった。

Ｃｒ濃度は、０＝＝０．１で０　、５１）Ｉ）ｍａ　（
２、２Ｘ　１０１６ｃｍ−３）　ｇ＝ｏ、　８で２　、
７　ｐｐｍａ　（１、２Ｘ　１０１７ｃｍ−３）であっ
た。

浅いアクセプタ不純物の総和は、１．５×１５’　　−
３ １０ｃｍ　　、ＥＬ２１．２Ｘ１０１６ｃｍ−３であっ
た。

酸素濃度はＩ　Ｘ　１０１６ｃｍ−３以下であった。１
しかし比抵抗を測定すると約５×１０７Ωｃｍ以上の半
絶縁結晶であることが判った。

更にＨ２気流中で８００℃Ｘ　３０　ｍｉｎの熱処理を
行ってもその比抵抗は約５Ｘ１０７Ωｃｍであることも
判った。

以上の結果から１３Ｎを］−ティングした石英ボートを
用いでも雰凹気中の酸素が３ｉの発生を抑えることによ
り３ｉ濃度が低い比抵抗の高い熱安定性の良い結晶が得
られた。この熱安定性は、結晶中の酸素濃度が低いこと
からみて［１−２に起因づるものと思われる。

「発明の効果」 本発明によれば、次のような顕著効果を奏する。

（１）本発明によれば、次のような顕著な効果を奏する
。従来のクロム、酸素、ドープＧａＡｓヰ１結晶中のよ
うに酸素濃度により影響されることなく熱的安定性に優
れている。

（２）従来主にＧａＡＳ結晶内のＳｉ汚染は、石英ボー
トとＱａの反応によって起るといわれ、△５２０３の添
加による３ｉ低減が行われてきた。しかしＢＮコーティ
ング石英ボー　トを用いて成長した結晶内にもＳｌの汚
染が認められ導電性結晶になるごとを確認した。そして
ＢＮコーティングボ・−トを用いてＯｒをドープした半
絶縁結晶を開発することができた。

（３）前項（２）のＣｒドープ結晶は、Ｓｉ１度が極め
て少ないので３ｉの析出がなく面内比抵抗が高いという
高品質面での長所がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明半絶縁砒化ガリウムの電子状態を示ず
説明図であり、ＮＳＯは浅いドブーー不純物単位の濃度
、ＮＳＡは浅いアクセプタ不純物準位の濃度、ＮＤＤは
深い１リ−一不純物準位の濃度、ＮＦＬ２は不純物では
無いＬ：Ｌ２準位のｍ度、ＮＤＡは深いアクセプタ不純
物準位の濃度、Ｅ　ｆはフ−［ルミ準位、１は伝導体、
２＆：１価電子帯を示している。 第２図は本発明結晶中のＳｉ１度どＯ濃度の関係を示り
説明図であり、３はＳｉ濃度曲線、４は第　１　目 （α）　　Ｃｒ支面亡を −ｅ−＋　　Ｎ５Ｄ （ｂ）酸木女髪型 −（）−Ｎｓ［）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）３００°Ｋにおける比電気抵抗が１０＾６Ω・ｃ
   ｍ以上の半絶縁性砒化ガリウム単結晶において、深いア
   クセプター準位を形成する電気的に活性なものとして少
   なくともクロムを含み、深いドナー準位を形成する電気
   的に活性なものとしてＥＬ＿２を含み、浅いドナー準位
   を形成する電気的に活性な不純物及び格子欠陥の濃度の
   総和と、浅いアクセプター準位を形成する電気的に活性
   な不純物及び格子欠陥の濃度の総和との大小関係の如何
   んにかかわらず、関係式 Ｎ＿Ｄ＿Ａ＞Ｎ＿Ｓ＿Ｄ−Ｎ＿Ｓ＿Ａ＞−Ｎ＿Ｅ＿１＿
   ２を満足するよう不純物の濃度、格子欠陥の濃度及びＥ
   Ｌ＿２の濃度が含まれていることを特徴とする半絶縁性
   ガリウム単結晶。 但し、Ｎ＿Ｄ＿Ａは深いアクセプター濃度、Ｎ＿Ｓ＿Ｄ
   は浅いドナー濃度、 Ｎ＿Ｓ＿Ａは浅いアクセプター濃度、 Ｎ＿Ｅ＿Ｌ＿２は深いドナー準位を形成する電気的に活
   性なＥＬ＿２の濃度である。