JPH0411520B2 - - Google Patents
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- JPH0411520B2 JPH0411520B2 JP62231503A JP23150387A JPH0411520B2 JP H0411520 B2 JPH0411520 B2 JP H0411520B2 JP 62231503 A JP62231503 A JP 62231503A JP 23150387 A JP23150387 A JP 23150387A JP H0411520 B2 JPH0411520 B2 JP H0411520B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat treatment
- concentration
- crystal
- resistivity
- temperature
- Prior art date
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
[産業上の利用分野]
本発明はGaAs単結晶の育成技術に関し、例え
ばGaAs単結晶成長後の熱処理に利用して最も効
果のある技術に関する。 化合物半導体単結晶の成長において、しばしば
電子デバイス用としては使用不可能な低抵抗結晶
(107Ωcm以下)の部分ができ、歩留り低下の大き
な原因の1つとなつている。本発明はこの点を解
決するものである。 [従来の技術] 従来、単結晶引上げ方法により育成された
GaAs単結晶の抵抗率を増加させ、あるいは結晶
中の固有欠陥であるEL2濃度を減少させる技術
として例えば次のような方法が提案されている。 (1) 単結晶引上げ方法により育成されたGaAs単
結晶を950℃で熱的制御を行なつた後、急冷す
るこによつて抵抗率を増加させる熱処理方法
(W.Ford and G.Mathur、“Thermal Cycling
of Electrical Properties in GaAs”Semi−
Insulating− Materials、Hakone(1986)
P227 Ohmsha Ltd.) (2) 単結晶引上げ方法により引き上げられた
GaAs単結晶を1200℃で8〜16時間熱的制御を
行なつた後、数秒で室温かで急冷することによ
つてEL2濃度を減少させる熱的制御を行なつ
て抵抗率を増加させる熱処理方法(J.
Lagowski et al.、“Inverted Thermal
Conversion−GaAs、a New Alternative
Ma terial for Integrated Circuits”Appl.
Phys.、Lett、49、(1986)892) [発明が解決しようとする問題点] 上記熱処理方法のうち950℃で熱処理後急冷す
る(1)の方法においては、抵抗率は増加するものの
結晶中の固有欠陥であるEL2の濃度も増加され
てしまうという問題点がある。 また、上記熱処理方法のうち1200℃で熱処理後
10000℃/minのような越高速で冷却を行なう(2)
の方法においては、EL2濃度は低いものの転位
密度が第9図cに示すように104cm-2のオーダか
ら106cm-2のオーダへ2ケタ以上増加してしまう
という問題点があることを実験により見出した。 しかも、上記従来の熱処理方法はいずれも、結
晶をウエハに切断したときの面内における抵抗
率、移動度およびEL2濃度のばらつきについて
は何ら考慮していなかつた。 この発明は上記のような問題点に着目してなさ
れたもので、その目的とするところは、低抵抗
(107Ωcm以下)の化合物半導体単結晶の抵抗率を
107Ωcm以上に高めかつLE2濃度を減少させると
ともに、結晶全体に亘つて電気的特性および光学
的特性を均一化できるような熱処理方法を提供す
ることにある。 [問題点を解決するための手段] 本発明者らは、上記従来技術1におけるEL2
濃度の増加はその熱処理温度が950℃と比較的低
いことに起因しているという推測、また、従来技
術(2)における転位密度の増加は熱処理後の降温速
度が速すぎることに原因があるとの推測の下に、
実験を繰り返し、上記推測が正しいという実証を
得た。この発明は、上記実証に基づいて、GaAs
単結晶の熱処理を1000℃以上融点以下の温度範囲
で1〜24時間行ない、かつ降温速度を20〜250
℃/minの範囲にすることを提案する。 [作用] 上記手段によれば、1000℃以上という比較的高
い温度で熱処理を行なうため、抵抗率を高めEL
2濃度を減少させることができるとともに、降温
度も極端に速くないので、単位密度が増加するお
それが少ない。また、抵抗率、移動度、EL2濃
度のばらつきも小さくなつて結晶全体の電気的特
性および光学的特性の均一化を図るという上記目
的を達成することができる。 [実施例] 本発明は提案するにあたつて本発明者は、化合
物半導体であるGaAsについて、その単結晶イン
ゴツトに対し、種々の温度条件および降温速度で
熱処理を施した後、抵抗率、移動度、EL2濃度、
転位密度の測定を行なつた。 具体的には、LEC法(液体封止チヨクラルス
キー法)により育成されたGaAs単結晶インゴツ
トを円筒研削した後、厚さ17〜27mmのブロツクに
切断して、脱脂を行なつた後、エツチングと洗浄
を施した。しかる後、それらのブロツクを高純度
石英製アンプル内に真空封入(2×10-6Torr)
して、該アンプルを1〜2時間かけて700℃〜融
点の間の適当な温度に昇温した。それから、約5
時間一定温度を保つた後、適当な降温速度で室温
まで冷却させた。 上記熱処理を降温速度を色々変えて行ない、熱
処理後の結晶をアンプルより取り出してウエハに
切断して抵抗率、移動、EL2濃度、転位密度の
面内分布を調べた。 抵抗率と移動度は、フアンデルパウ法型のホー
ル測定法により測定し、EL2濃度は波長1μmの
光の吸収率を測定することにより求めた。また、
転位密度は溶融KOHによるエツチピツトの数を
測定して求めた。 表1に、上記測定結果の一部を示す。同表にお
いて、Zは各測定項目の平均値、Vは変動幅(標
準偏差を平均値で割つて百分率で表示した値)を
示す。降温速度はA:23℃/min、B:171℃/
min、C:167℃/min、D:3.1℃/minである。
ばGaAs単結晶成長後の熱処理に利用して最も効
果のある技術に関する。 化合物半導体単結晶の成長において、しばしば
電子デバイス用としては使用不可能な低抵抗結晶
(107Ωcm以下)の部分ができ、歩留り低下の大き
な原因の1つとなつている。本発明はこの点を解
決するものである。 [従来の技術] 従来、単結晶引上げ方法により育成された
GaAs単結晶の抵抗率を増加させ、あるいは結晶
中の固有欠陥であるEL2濃度を減少させる技術
として例えば次のような方法が提案されている。 (1) 単結晶引上げ方法により育成されたGaAs単
結晶を950℃で熱的制御を行なつた後、急冷す
るこによつて抵抗率を増加させる熱処理方法
(W.Ford and G.Mathur、“Thermal Cycling
of Electrical Properties in GaAs”Semi−
Insulating− Materials、Hakone(1986)
P227 Ohmsha Ltd.) (2) 単結晶引上げ方法により引き上げられた
GaAs単結晶を1200℃で8〜16時間熱的制御を
行なつた後、数秒で室温かで急冷することによ
つてEL2濃度を減少させる熱的制御を行なつ
て抵抗率を増加させる熱処理方法(J.
Lagowski et al.、“Inverted Thermal
Conversion−GaAs、a New Alternative
Ma terial for Integrated Circuits”Appl.
Phys.、Lett、49、(1986)892) [発明が解決しようとする問題点] 上記熱処理方法のうち950℃で熱処理後急冷す
る(1)の方法においては、抵抗率は増加するものの
結晶中の固有欠陥であるEL2の濃度も増加され
てしまうという問題点がある。 また、上記熱処理方法のうち1200℃で熱処理後
10000℃/minのような越高速で冷却を行なう(2)
の方法においては、EL2濃度は低いものの転位
密度が第9図cに示すように104cm-2のオーダか
ら106cm-2のオーダへ2ケタ以上増加してしまう
という問題点があることを実験により見出した。 しかも、上記従来の熱処理方法はいずれも、結
晶をウエハに切断したときの面内における抵抗
率、移動度およびEL2濃度のばらつきについて
は何ら考慮していなかつた。 この発明は上記のような問題点に着目してなさ
れたもので、その目的とするところは、低抵抗
(107Ωcm以下)の化合物半導体単結晶の抵抗率を
107Ωcm以上に高めかつLE2濃度を減少させると
ともに、結晶全体に亘つて電気的特性および光学
的特性を均一化できるような熱処理方法を提供す
ることにある。 [問題点を解決するための手段] 本発明者らは、上記従来技術1におけるEL2
濃度の増加はその熱処理温度が950℃と比較的低
いことに起因しているという推測、また、従来技
術(2)における転位密度の増加は熱処理後の降温速
度が速すぎることに原因があるとの推測の下に、
実験を繰り返し、上記推測が正しいという実証を
得た。この発明は、上記実証に基づいて、GaAs
単結晶の熱処理を1000℃以上融点以下の温度範囲
で1〜24時間行ない、かつ降温速度を20〜250
℃/minの範囲にすることを提案する。 [作用] 上記手段によれば、1000℃以上という比較的高
い温度で熱処理を行なうため、抵抗率を高めEL
2濃度を減少させることができるとともに、降温
度も極端に速くないので、単位密度が増加するお
それが少ない。また、抵抗率、移動度、EL2濃
度のばらつきも小さくなつて結晶全体の電気的特
性および光学的特性の均一化を図るという上記目
的を達成することができる。 [実施例] 本発明は提案するにあたつて本発明者は、化合
物半導体であるGaAsについて、その単結晶イン
ゴツトに対し、種々の温度条件および降温速度で
熱処理を施した後、抵抗率、移動度、EL2濃度、
転位密度の測定を行なつた。 具体的には、LEC法(液体封止チヨクラルス
キー法)により育成されたGaAs単結晶インゴツ
トを円筒研削した後、厚さ17〜27mmのブロツクに
切断して、脱脂を行なつた後、エツチングと洗浄
を施した。しかる後、それらのブロツクを高純度
石英製アンプル内に真空封入(2×10-6Torr)
して、該アンプルを1〜2時間かけて700℃〜融
点の間の適当な温度に昇温した。それから、約5
時間一定温度を保つた後、適当な降温速度で室温
まで冷却させた。 上記熱処理を降温速度を色々変えて行ない、熱
処理後の結晶をアンプルより取り出してウエハに
切断して抵抗率、移動、EL2濃度、転位密度の
面内分布を調べた。 抵抗率と移動度は、フアンデルパウ法型のホー
ル測定法により測定し、EL2濃度は波長1μmの
光の吸収率を測定することにより求めた。また、
転位密度は溶融KOHによるエツチピツトの数を
測定して求めた。 表1に、上記測定結果の一部を示す。同表にお
いて、Zは各測定項目の平均値、Vは変動幅(標
準偏差を平均値で割つて百分率で表示した値)を
示す。降温速度はA:23℃/min、B:171℃/
min、C:167℃/min、D:3.1℃/minである。
【表】
【表】
さらに、第1図には表1のA欄に示す条件で熱
処理を行なつた結晶の熱処理前後のウエハ面内の
抵抗率分布を、第2図〜第4図にはそれぞれ同じ
く表1のB欄〜D欄に示す条件で熱処理を行なつ
た結晶の熱処理前後のウエハ面内の抵抗率分布
を、示す。 第1図〜第4図において、●印で示されている
のが熱処理前の結晶に関する測定値をプロツトし
たもの、また○印で示されているのが、熱処理後
の結晶に関する測定値をプロツトしたものであ
る。 また、第5図a、第6図a、第7図a、第8図
aには、上記条件A、B、C、Dの熱処理による
EL2濃度の分布の変化を、第5図b、第6図b、
第7図b、第8図bには、上記条件A、B、C.D
の熱処理による移動度の分布の変化を示す。 表1および第1図より低抵抗(107Ωcm以下)
だつた結晶が、熱処理により高抵抗(=4.79×
107Ωcm)になつたことがわかる。第2図も同様
にウエハ端で低抵抗(3×105Ωcm)だつものが
熱処理により高抵抗(=7.95×107Ωcm)になつ
たことがわかる。第3図ではさらに高抵抗(=
1.08×108Ωcm)になり、ばらつきも4.8%まで減
少している。第4図では熱処理によつても抵抗率
は=7.91×106Ωcmと低く、ばらつきも25.8%と
ほとんど改善されていない。 一方、EL2濃度は、第5図a、第6図a、第
7図aおよび第8図aに示すように条件A、B、
C、Dいずれにおいても面内均一性は向上する
が、条件BではEL2濃度も増大し、条件A、C、
DではEL2濃度は減少している。すなわち、
1000℃未満の熱処理ではEL2濃度は増加し、
1000℃以上の熱処理ではEL2濃度は減少する。 表1および第1図〜第8図より、条件Cすなわ
ち温度1052℃、継続時間5時間、降温速度167
℃/minの熱処理を行なつた場合が最も抵抗率が
高くなり、EL2濃度は減少し、抵抗率のばらつ
き、移動度のばらつきおよびEL2濃度のばらつ
きも最も小さいことが分かつた。 さらに、1052℃の温度で5時間熱処理を行なつ
た後、167℃/minの降温速度で冷却した結晶に
ついて測定したエツチピツト密度の面内分布を第
9図aに、また、954℃の温度で5時間熱処理を
行なつた後、171℃/minの降温速度で冷却した
結晶について測定したエツチピツト密度の面内分
系を第9図bに示す。 第9図a,bより、両方の条件の差によるエツ
チピツト密度はそれほど差異を生じないが、1200
℃で熱処理後10000℃/minのような超高速で冷
却を行なう従来技術(2)の方法を適用した結晶につ
いて測定したエツチピツト密度分布を示す第9図
cと比較する明らかなように、本発明方法に従う
と転位密度の増加をはかるかに少なくすることが
できる。 上記測定結果および同時に行なう種々の条件で
の熱処理後の結晶に関する測定値より、熱処理を
行なう場合、温度範囲を1000℃〜融点、また降温
速度を毎分20℃〜250℃とすることにより、転位
密度を大きく増加させることなく、低抵抗結晶の
抵抗率を高くし、かつEL2濃度を減少させると
ともに、抵抗率、移動度およびEL2濃度のばら
つきを小さくすることができという結論に達し
た。 このように、本発明の熱処理を適用すると、低
抵抗結晶の抵抗率を高くし、しかも抵抗率および
移動度のばらつきを小さくして結晶の電気的特性
を均一化させることができる。また、GaAs結晶
の固有欠陥であるEL2濃度を減少させ、さらに
EL2は波長1μm前後の光の吸収源となつている
ため、EL2濃度のばらつきが小さくなることに
よつて、結晶の光学的特性も均一化される。 上記実施例では熱処理時間を5時間前後とした
が、これに限定されるものでなく1〜24時間の範
囲であれば同様の効果が得られる 以上、低抵抗結晶への適用を主として述べた
が、高抵抗結晶に適用すれば、さらにその効果が
著しいのは言うまでもない。 なお、上記実施例では、アンプル内に結晶を入
れて加熱し、熱処理を行なうようにしているが、
アンプルの代わりに結晶成長装置内で育成結晶を
封止材より引上げそのまま熱処理を行なうことも
可能である。ただし、結晶成長装置は大型かつ高
価であるためこれを熱処理に使用すると、装置を
長時間占有することとなつてコストが高くなる。
これに対し、アンプルを使用すると経済的に有利
となり、かつ、熱処理条件としての各種パラメー
タのコントロールもずつと正確かつ容易に行なう
ことができる。 [発明の効果] 以上説明したようにこの発明は、GaAs単結晶
の熱処理を1000℃以上融点以下の温度範囲で1〜
24時間行ない、かつ降温速度を20〜250℃/min
の範囲にし、低抵抗結晶の抵抗率を107Ωcm以上
に高めることができるため、通常電子デバイスに
使用不能な結晶が使用可能となる。また、固有欠
陥であるEL2濃度を減少させることができると
ともに、降温速度も極端に速くないので、転位密
度が増加するおそれが少ない。また、抵抗率、移
動度、EL2濃度のばらつきも小さくなつて結晶
全体の電気的特性および光学的特性の均一化を図
ることができる。
処理を行なつた結晶の熱処理前後のウエハ面内の
抵抗率分布を、第2図〜第4図にはそれぞれ同じ
く表1のB欄〜D欄に示す条件で熱処理を行なつ
た結晶の熱処理前後のウエハ面内の抵抗率分布
を、示す。 第1図〜第4図において、●印で示されている
のが熱処理前の結晶に関する測定値をプロツトし
たもの、また○印で示されているのが、熱処理後
の結晶に関する測定値をプロツトしたものであ
る。 また、第5図a、第6図a、第7図a、第8図
aには、上記条件A、B、C、Dの熱処理による
EL2濃度の分布の変化を、第5図b、第6図b、
第7図b、第8図bには、上記条件A、B、C.D
の熱処理による移動度の分布の変化を示す。 表1および第1図より低抵抗(107Ωcm以下)
だつた結晶が、熱処理により高抵抗(=4.79×
107Ωcm)になつたことがわかる。第2図も同様
にウエハ端で低抵抗(3×105Ωcm)だつものが
熱処理により高抵抗(=7.95×107Ωcm)になつ
たことがわかる。第3図ではさらに高抵抗(=
1.08×108Ωcm)になり、ばらつきも4.8%まで減
少している。第4図では熱処理によつても抵抗率
は=7.91×106Ωcmと低く、ばらつきも25.8%と
ほとんど改善されていない。 一方、EL2濃度は、第5図a、第6図a、第
7図aおよび第8図aに示すように条件A、B、
C、Dいずれにおいても面内均一性は向上する
が、条件BではEL2濃度も増大し、条件A、C、
DではEL2濃度は減少している。すなわち、
1000℃未満の熱処理ではEL2濃度は増加し、
1000℃以上の熱処理ではEL2濃度は減少する。 表1および第1図〜第8図より、条件Cすなわ
ち温度1052℃、継続時間5時間、降温速度167
℃/minの熱処理を行なつた場合が最も抵抗率が
高くなり、EL2濃度は減少し、抵抗率のばらつ
き、移動度のばらつきおよびEL2濃度のばらつ
きも最も小さいことが分かつた。 さらに、1052℃の温度で5時間熱処理を行なつ
た後、167℃/minの降温速度で冷却した結晶に
ついて測定したエツチピツト密度の面内分布を第
9図aに、また、954℃の温度で5時間熱処理を
行なつた後、171℃/minの降温速度で冷却した
結晶について測定したエツチピツト密度の面内分
系を第9図bに示す。 第9図a,bより、両方の条件の差によるエツ
チピツト密度はそれほど差異を生じないが、1200
℃で熱処理後10000℃/minのような超高速で冷
却を行なう従来技術(2)の方法を適用した結晶につ
いて測定したエツチピツト密度分布を示す第9図
cと比較する明らかなように、本発明方法に従う
と転位密度の増加をはかるかに少なくすることが
できる。 上記測定結果および同時に行なう種々の条件で
の熱処理後の結晶に関する測定値より、熱処理を
行なう場合、温度範囲を1000℃〜融点、また降温
速度を毎分20℃〜250℃とすることにより、転位
密度を大きく増加させることなく、低抵抗結晶の
抵抗率を高くし、かつEL2濃度を減少させると
ともに、抵抗率、移動度およびEL2濃度のばら
つきを小さくすることができという結論に達し
た。 このように、本発明の熱処理を適用すると、低
抵抗結晶の抵抗率を高くし、しかも抵抗率および
移動度のばらつきを小さくして結晶の電気的特性
を均一化させることができる。また、GaAs結晶
の固有欠陥であるEL2濃度を減少させ、さらに
EL2は波長1μm前後の光の吸収源となつている
ため、EL2濃度のばらつきが小さくなることに
よつて、結晶の光学的特性も均一化される。 上記実施例では熱処理時間を5時間前後とした
が、これに限定されるものでなく1〜24時間の範
囲であれば同様の効果が得られる 以上、低抵抗結晶への適用を主として述べた
が、高抵抗結晶に適用すれば、さらにその効果が
著しいのは言うまでもない。 なお、上記実施例では、アンプル内に結晶を入
れて加熱し、熱処理を行なうようにしているが、
アンプルの代わりに結晶成長装置内で育成結晶を
封止材より引上げそのまま熱処理を行なうことも
可能である。ただし、結晶成長装置は大型かつ高
価であるためこれを熱処理に使用すると、装置を
長時間占有することとなつてコストが高くなる。
これに対し、アンプルを使用すると経済的に有利
となり、かつ、熱処理条件としての各種パラメー
タのコントロールもずつと正確かつ容易に行なう
ことができる。 [発明の効果] 以上説明したようにこの発明は、GaAs単結晶
の熱処理を1000℃以上融点以下の温度範囲で1〜
24時間行ない、かつ降温速度を20〜250℃/min
の範囲にし、低抵抗結晶の抵抗率を107Ωcm以上
に高めることができるため、通常電子デバイスに
使用不能な結晶が使用可能となる。また、固有欠
陥であるEL2濃度を減少させることができると
ともに、降温速度も極端に速くないので、転位密
度が増加するおそれが少ない。また、抵抗率、移
動度、EL2濃度のばらつきも小さくなつて結晶
全体の電気的特性および光学的特性の均一化を図
ることができる。
第1図、第2図、第3図および第4図は、表1
に示されている4つの条件A,B,C,Dの下で
熱処理を行なつたGaAs単結晶の面内抵抗率の分
布の変化を示すグラフ、第5図a、第6図a、第
7図aおよび第8図aは、同じく表1の条件A,
B,C,Dの熱処理によるEL2濃度の分布の変
化を示すグラフ、第5図b、第6図b、第7図b
および第8図bは、同じく表1の条件A,B,
C,Dの熱処理による移動度の分布の変化を示す
グラフ、第9図a,bは表1の条件Bと条件Cで
の熱処理によるエツチピツト密度の変化を示すグ
ラフ、第9図cは、従来提案されている超高速冷
却の熱処理方法によるエツチピツト密度の変化を
示すグラフである。
に示されている4つの条件A,B,C,Dの下で
熱処理を行なつたGaAs単結晶の面内抵抗率の分
布の変化を示すグラフ、第5図a、第6図a、第
7図aおよび第8図aは、同じく表1の条件A,
B,C,Dの熱処理によるEL2濃度の分布の変
化を示すグラフ、第5図b、第6図b、第7図b
および第8図bは、同じく表1の条件A,B,
C,Dの熱処理による移動度の分布の変化を示す
グラフ、第9図a,bは表1の条件Bと条件Cで
の熱処理によるエツチピツト密度の変化を示すグ
ラフ、第9図cは、従来提案されている超高速冷
却の熱処理方法によるエツチピツト密度の変化を
示すグラフである。
Claims (1)
- 1 GaAs単結晶の成長後に、真空中もしくはガ
ス雰囲気中にて1000℃以上融点未満の温度範囲で
一定の温度に維持した後、毎分20℃〜250℃の割
合で結晶の温度を下げるようにしたことを特徴と
するGaAs単結晶の熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23150387A JPS6472997A (en) | 1987-09-14 | 1987-09-14 | Heat treatment of compound semiconductor single crystal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23150387A JPS6472997A (en) | 1987-09-14 | 1987-09-14 | Heat treatment of compound semiconductor single crystal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6472997A JPS6472997A (en) | 1989-03-17 |
| JPH0411520B2 true JPH0411520B2 (ja) | 1992-02-28 |
Family
ID=16924514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23150387A Granted JPS6472997A (en) | 1987-09-14 | 1987-09-14 | Heat treatment of compound semiconductor single crystal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6472997A (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59190300A (ja) * | 1983-04-08 | 1984-10-29 | Hitachi Ltd | 半導体製造方法および装置 |
| JPS60210591A (ja) * | 1984-04-05 | 1985-10-23 | Hitachi Cable Ltd | 半絶縁性GaAs単結晶の製造方法 |
| JPS62162700A (ja) * | 1986-01-09 | 1987-07-18 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 化合物半導体インゴツトの製造方法 |
-
1987
- 1987-09-14 JP JP23150387A patent/JPS6472997A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6472997A (en) | 1989-03-17 |
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