JPH0557239B2 - - Google Patents

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JPH0557239B2
JPH0557239B2 JP60041881A JP4188185A JPH0557239B2 JP H0557239 B2 JPH0557239 B2 JP H0557239B2 JP 60041881 A JP60041881 A JP 60041881A JP 4188185 A JP4188185 A JP 4188185A JP H0557239 B2 JPH0557239 B2 JP H0557239B2
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JP
Japan
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gaas
resistance
crystal
impurity levels
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JP60041881A
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Masamichi Yokogawa
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は高抵抗を有するGaAs結晶及びその製
造方法に関する。本発明の高抵抗GaAs結晶は、
主として各種マイクロ波素子、光学素子等の基板
や赤外線の変調材料として利用できるもので、本
発明はさらにその歩留りの良い製造方法を提供す
るものである。 (従来の技術) 従来、300〓における比抵抗が106Ω・cm以上の
高抵抗GaAs結晶を製造する方法として、例えば
次のものが知られている。 (A) クロム、酸素、鉄等電気的に活性な深い不純
物濃度の総和を電気的に活性な浅い不純物濃度
の総和よりも多く意図的にドープして結晶成長
を行う方法〔文献1、特公昭53−46070号公
報〕。 (B) 結晶成長前に使用するGaAs多結晶原料のGa
とAsの組成比を制御して結晶成長を行う、或
は直接合成の場合は、チヤージするGaとAsの
モル比を制御して行う方法〔文献2、D.E.
Holmes et.al.“Stoichiometry−Related
Centere in LEC GaAs”、Semi−Insulating
− Materials、Evian(1982)、p19、
Shiba Publishing〕。 上記(A)、(B)の方法は高抵抗GaAs結晶を得る方
法としていずれも結晶成長前あるいは結晶成長中
の条件に注目しており、結晶固化後の熱環境が電
気抵抗に及ぼす効果については触れられていな
い。 〔発明が解決しようとする問題点〕 高抵抗GaAs結晶においては、そのウエハ上に
直接イオン注入法により、あるいはエピタキシヤ
ル法により形成される動作層の特性を良くした
り、また再現性を良くするために、ドープする不
純物の濃度を少なくすることが要求されている。
あるいは結晶性を良くする意味からも、不純物の
ドープ量を少なくすることが必要である。 ところで、電気的に活性な浅い不純物は、使用
原料、るつぼもしくはボート、またはヒータから
の汚染により生じせしめられるものが大部分であ
り、この大きさを結晶成長前に予測し、これに応
じて、必要最小限の深い不純物の量を、結晶成長
前あるいは成長中にドープしたり、または使用原
料の組成比の変化により生成せしめたりする上記
従来法によつて、ζ>5×106(Ω−cm)という高
抵抗GaAs結晶を再現性良く得ることは困難であ
り、このことが歩留りを低下させる原因となつて
いた。 本発明の目的は上記の従来法の欠点を解決する
ことであり、新規な高抵抗GaAs結晶およびその
再現性良い製造方法を提供せんとするものであ
る。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、熱エネルギーにより制御可能な深い
不純物準位例えばEL2単位を利用して、結晶固化
後の熱環境を変化させることにより、高抵抗化せ
しめられたGaAs結晶およびその製造方法を提供
するものである。 本発明は、熱的に制御不可能な不純物準位の
濃度が5×1016cm-3以下の範囲にあり、かつ、熱
的に制御可能な不純物準位の濃度が、熱的に制御
不可能な不純物準位の濃度と同じか、又は、それ
以上を有する、熱的に制御可能な不純物準位を利
用して得られる高抵抗GaAs結晶、比抵抗が5
×106Ωcm以上である上記記載の高抵抗GaAs結
晶、及び、熱的に制御不可能な不純物準位の濃
度が5×1016cm-3以下の範囲にあるGaAs結晶を、
不活性ガス、Asを含む雰囲気中又は真空中で600
〜1100℃の温度範囲で4〜60時間の熱的制御を行
うことを特徴とする高抵抗GaAs結晶の製造方法
である。 以下に本発明の高抵抗GaAs結晶およびその製
造方法をその原理より詳細に説明する。 GaAs結晶中で、電気的に活性な深い不純物準
位を形成するものとして、クロム、酸素、鉄等の
不純物、あるいはGaAs結晶中の固有欠陥があ
る。前者の不純物については、結晶固化時にその
不純物がGaAs結晶中で占める格子位置が決定さ
れるため、固化後の熱環境を変化させて、その不
純物が形成するエネルギー準位およびその濃度を
制御することは不可能である。 一方、後者の固有欠陥については、結晶欠陥の
一種である転位が600℃においてさえ、容易に動
きうるという事実からみて、その固有欠陥が作る
深い不純物準位や濃度を、固化後の熱環境により
制御し得ることは容易にわかる。事実、Rumsby
らは固化後のGaAs結晶を、適当な熱環境でアニ
ールすることによりGaAs結晶中の固有欠陥が作
る、“EL2”と呼ばれる深いドナー型準位の濃度
が変化することを見い出している〔文献3、D.
Rumsby et al.“Improved Uniformity of LEC
Undoped Gallium Arsenide Rroduced by
High Temperature Annealing” GaAs IC
Symposium(1983)IEEE 34〜37〕。 また、この“EL2”の濃度としてはGaAs結晶
中に5×1015〜5×1016cm-3程度存在することが
見い出されている〔文献4、F.Hasegawa et.al.
“Distribution of the Main Trap EL2 in
Undoped LEC GaAs”Jap.J.Appl.Phys.22
(1983)L502:文献5、D.E.Holmes et al.
“Contour maps of EL2 deep level in liquid−
encapsulated Czochralski GaAs” J.Appl.
Phys.55(1984)3588〕。 このことから、固有欠陥が作る深い不純物準位
の濃度は、結晶固化後の熱環境により制御が可能
であることがわかる。また近年、“EL2”の起源
として“Asの集合体”(EL2 family)説が有力
である〔文献6、M.Tanigichi et.al.“Spectral
distributions of photoquenching rate and
multimetastable states for midgap electron
trap(EL2 family)in GaAs”Appl.Phy.Lett.
45、(1984)69〕この“Asの集合体”の形成度合
が熱環境により変化して、深い準位の濃度が変り
得ることは容易に想像できる。 以下本発明を具体的に説明する。 原料として、クロム、酸素、鉄等の電気的に活
性な深い不純物準位を形成し、かつその濃度が結
晶固化後の熱的環境により制御不可能な不純物を
意図的に5×1016cm-3以下含むもの、あるいはGa
とAsの組成比を意図的に変化させたものを使用
して高抵抗GaAs結晶を得ることを目的として
HB法、GF法あるいはLEC法によりGaAs単結晶
を成長し、固化させる。本工程により、クロム、
酸素、鉄等の不純物は、GaAsの禁制帯中に、電
気的に活性な深い準位を形成し、この濃度は、固
化後の熱環境により、制御が不可能となる。また
GaとAsの原料組成比を変えたものについては、
“EL2”と呼ばれる深いドナー型準位が5×1015
〜5×1016cm-3程度、固化後、形成される。 次いで該固化後の結晶に対して、不活性ガスあ
るいはAsを含む雰囲気中又は真空中で、600〜
1100℃の温度範囲において、4時間〜60時間の範
囲で熱処理を行うことにより熱的制御が可能な、
深い準位を形成する固有欠陥等を生成せしめ、そ
の濃度を増加させ、安定に電気的に活性な深い準
位の濃度が電気的に活性な浅い不純物準位の濃度
よりも大きくなる状態を作り出すことにより、高
抵抗GaAs結晶が安定的に得られることがわか
る。 ところが、本発明の熱処理条件よりも厳しい熱
環境すなわち1100℃以上、処理時間60時間以上で
熱処理を行うとインゴツト表面からのAsの解離
が激しく、結晶性を著しく低下させる。また本発
明の条件よりもゆるい熱環境すなわち600℃以下、
処理時間4時間以下で熱処理を行うと固有欠陥を
生成せしめる熱エネルギーが不足するため、該効
果は認められない。 〔実施例〕 以下実施例により具体的に説明する。 使用原料としては、HB法により作られた、キ
ヤリヤ濃度が5×1016cm-3以下のGaAs多結晶
1500gを用いる。このGaAs多結晶に、意図的に
純度99.99%の金属クロムを285mg添加して、
PBNるつぼを用いてLEC法によりGaAs結晶の成
長を行い直径55±3mm、長さ50mmの単結晶が得ら
れた。該結晶を第1図の如くS,M,T3つの部
分に分ける。各々の部分の長さs,m,tはそれ
ぞれ10、30、10mmとする。 S,T各々の部分から図に示すF,Bの位置か
ら2枚のウエハF,Bを切り出しラツプ→ポリツ
シユの工程によりミラーウエハに仕上げ、第3図
に示した如く、OFに垂直な方向に5×5mm角の
試料を切り出し、Van der paun法型のホール測
定法により比抵抗を測定した。この結果を第3図
に示す。これよりF1ウエハは、ウエハ中心部に
おいては比抵抗が103Ω・cm近くあるのに対して、
ウエハ周辺部では5×106Ω・cm以下になつてお
り、低抵抗化していることがわかる。これに対し
てB1ウエハでは、ウエハ全面において比抵抗が
5×106Ω・cm以下となつており、低抵抗化して
いることがわかる。このことから、このF1およ
びB1にはさまれた部分Mは、低抵抗化している
ことが推測される。 次にこの中央部分Mを石英管の中に真空封入
し、これを第4図の如く熱処理炉の中に挿入し
て、800℃で12時間熱処理を行つた。第4図中1
は石英管、2は熱処理炉、3はヒーターである。
熱処理後インゴツトMを取り出して第1図に示し
た如く、インゴツト端部より5mmの位置のところ
から、M2,M24 2枚のウエハを切り出し
た。このウエハに対して上述したと同様の方法に
より比抵抗を測定した。この結果を第3図にM2
(×印)、M24△印として示す。この図から明か
な様に、比抵抗は両方のウエハにおいて、ウエハ
全面で107Ω・cm以上となつており高抵抗化され
ていることが確認された。 また比抵抗を測定したウエハの残り部分を利用
してGFA法によりクロム濃度、SSMS法により
シリコン濃度、LVM法により炭素濃度を測定し
て、次表1にまとめたような結果を得た。 【表】 この表より、熱処理により深い準位を形成する
クロムの濃度、および浅い準位を形成するシリコ
ン及び炭素の濃度には、ほとんど変化が見られな
いことが明らかである。 本実施例においては、固化後の結晶を室温まで
冷却して炉より取り出して、熱処理を加えた。し
かし、結晶固化後、インゴツトを融点(1238℃)
付近から室温まで冷却する過程において、意図的
に熱環境を600〜1100℃、保持時間4時間〜60時
間の間で変化させることにより、固有欠陥を生成
せしめ、その濃度を増加させる事ができるのは言
うまでもない。 (発明の効果) 以上説明したように、固化後の熱環境を変化さ
せることにより、電気的に活性な深い準位を形成
する固有欠陥等の濃度を制御できることから、従
来法によれば固化後低抵抗化して不良となるはず
のGaAs結晶を、高抵抗化せしめて良品とするこ
とができるためGaAs結晶の歩留向上という利点
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例におけるGaAs結晶と
ウエハ切り出し位置とを説明する図、第2図は上
記により切り出したF1ウエハからの試料サンプ
リングを説明する図、第3図は本発明の実施例に
おける各ウエハの中心からの距離と抵抗率の関係
を測定した結果を示すグラフであつて、〇印F
1、●印B1、×印M2、△印M24を示す。第
4図は本発明の熱的制御の実施態様を示す図であ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 熱的に制御不可能な不純物準位の濃度が5×
    1016cm-3以下の範囲にあり、かつ、熱的に制御可
    能な不純物準位の濃度が、熱的に制御不可能な不
    純物準位の濃度と同じか、又は、それ以上を有す
    る、熱的に制御可能な不純物準位を利用して得ら
    れる高抵抗GaAs結晶。 2 比抵抗が5×106Ωcm以上である特許請求の
    範囲第1項記載の高抵抗GaAs結晶。 3 熱的に制御不可能な不純物準位の濃度が5×
    1016cm-3以下の範囲にあるGaAs結晶を、不活性
    ガス、Asを含む雰囲気中又は真空中で600〜1100
    ℃の温度範囲で4〜60時間の熱的制御を行うこと
    を特徴とする高抵抗GaAs結晶の製造方法。
JP4188185A 1985-03-05 1985-03-05 高抵抗GaAs結晶およびその製造方法 Granted JPS61201700A (ja)

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