JPH11268997A - GaAs単結晶の熱処理方法およびGaAs基板 - Google Patents
GaAs単結晶の熱処理方法およびGaAs基板Info
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Abstract
合、結晶の均一性を高めるために、熱処理をすると、転
位および残留歪みが増加した。 【解決手段】 GaAs結晶を、結晶成長後の冷却過程また
は結晶を取り出した後にGaAs結晶を800〜1000℃にて1〜
100時間保持する。特に昇温または冷却過程において温
度変化が600℃以下の温度帯で300℃/h以下、600℃〜75
0℃で150℃/h以下、750〜熱処理温度で50℃/h以下と
する。
Description
波素子に用いられるGaAs(砒化ガリウム)基板に関する
ものであり、特にイオン注入層を形成するプロセスに用
いられる基板およびそれを製造するために必要な熱処理
技術に関するものである。
消費電力を必要とする電子デバイス用の基板材料として
用いられている。電子デバイス用に用いられる基板のう
ち、特にSiイオンを直接基板表面に注入しデバイス動作
層を形成する基板をイオン注入用基板と呼ぶ。このイオ
ン注入用基板では、デバイス動作層を基板表面に作るた
め、基板の結晶特性の影響を強く受ける。結晶特性が基
板面内、基板間およびロット間にばらつきがあると、デ
バイス特性(例えばField Effect Transistorの閾値)
もそれに応じてばらつき、その結果歩留まりが低下す
る。この結晶のばらつきを無くし基板面内、基板間およ
びロット間の均一性を向上させるために、結晶成長後に
インゴットもしくはウェハ形状にて熱処理を結晶に施す
のが一般的となっている。
LEC(液体封止引き上げ)法によるGaAs結晶が用いら
れてきた。一方、LEC法で得られる結晶よりも低転位
密度、低残留歪みといった優れた特徴を有する縦型ボー
ト法、縦型融液法(垂直ブリッジマン法(VB法)、垂
直徐冷法(VGF法))による高抵抗のGaAs単結晶が得
られるようになり、例えば特公平7−23275に記載
されているように、イオン注入用への活用も試みられて
いる。
量生産のレベルで縦型融液法で得た結晶を用いるとDige
st of Papers 1997 International Conference o
n GaAs ManufacturingTechnology, San Francisco,
p.126-129で指摘されている通り、従来のLEC法に
よるGaAs結晶(LEC結晶)と比較すると安定した特性
が得られないことがある。この文献に於いては、従来の
LEC結晶と規格を合わせたVGF法によるGaAs結晶
(VGF結晶)を用いたとされており、具体的にはGaAs
結晶の比抵抗やウェーハの厚み、研磨精度はLEC結晶
と変わらないものと推定できる。
晶の規格のみにとられず、縦型融液法や縦型融液法によ
るGaAs結晶を作製し、基板の電気的、機械的特性、さら
には実際にイオン注入を行った場合の注入層の特性を詳
細に評価した。その結果、より安定して均一な電気特性
が得られるGaAs結晶の製造条件、及び結晶の特性を絞り
込むことにより、実際に生産に用いることのできる高品
質なGaAs結晶を実現することができた。
られるイオン注入用の基板に適したGaAs結晶は、炭素濃
度が0.5〜2.5×1015cm-3の範囲にあり、炭素以外の不純
物濃度は1×1017cm-3未満であることがわかった。
は、従来の結晶と同様に結晶の均一性を高めるために熱
処理を加えなければならないことには変わりはない。低
転位密度、低残留歪みである結晶に従来のLEC結晶に
おこなわれていたのと同様の熱処理を施すと、特に3イ
ンチ以上の大口径の結晶では転位密度および残留歪みが
増加してしまうし、均一化メカニズムもLEC結晶と異
なる可能性があるため最適な熱処理条件を新たに検討す
る必要がある。
電気特性の均一性が高く、転位、歪み、固有欠陥の少な
いGaAs基板を実現することである。
転位密度は、LEC結晶の数分の1から十分の1程度、す
なわち1×104cm-2以下である。熱処理による結晶の均一
化は、転位近傍に局在している固有欠陥を結晶中に分散
させ均一化させることによって可能となる。また、固有
欠陥を結晶中に分散させ均一化させるだけでなく、低転
位結晶の転位増殖を抑える昇温や冷却速度の条件を見出
すことが重要である。
した熱処理方法を見出すために垂直ブリッジマン法等で
得られた各種のGaAs結晶を用いて、基板の電気的、機械
的特性、さらには実際にイオン注入を行った場合の注入
層の特性を詳細に評価した。
-2以下で炭素濃度が0.5〜2.5×1015cm-3の範囲にあり更
に炭素以外の不純物濃度が1×1017cm-3未満である直径3
インチ以上のGaAs結晶の製造工程において、昇温または
冷却過程の温度変化が、600℃以下の温度範囲で300℃/
h以下、600℃〜750℃の温度範囲で150℃/h以下、750
℃〜熱処理温度の温度範囲で50℃/h以下であり、且つ8
00℃〜1000℃の温度範囲で1〜100時間保持する熱処理に
より、低転位密度を維持すると共に効果的に結晶の電気
特性の均一性が高められることが分かった。更に、この
熱処理を施した結晶において、面内の平均転位密度が1
×104cm-2以下、平均残留歪み(|Sr-St|)が1×10-5
以下、固有欠陥(活性化エネルギー0.31±0.05eV)の濃
度が8×1014cm-3以下といった従来のLEC結晶を用い
た基板では実現できない高品質基板が実現できることが
判明した。本発明により、基板面内、基板間およびロッ
ト間において結晶特性、注入層の均一性が良く、かつ低
転位密度で低残留歪みであるため、デバイス特性に優れ
割れにくいイオン注入用GaAs基板ができる。
径、直胴部長さ160mmの無添加GaAs結晶を育成した。な
お、このGaAs結晶の炭素濃度が0.5〜2.5×1015cm-3の範
囲にあり、炭素以外の不純物濃度が1×1017cm-3未満で
あった。この結晶を3インチ径に円筒研削およびOFを形
成した後、30mm長さに分割した。得られた結晶ブロック
を洗浄した後、適当な量の金属Asと共に石英アンプル内
に封入した。
900℃にて20時間熱処理した。昇温速度は600℃以下の温
度帯で200℃/h、600℃〜750℃で100℃/h、750〜熱処
理温度で50℃/hであり、冷却も各温度帯に対して同様
の速度に設定した。このようにして得られた試料をスラ
イスし最終的に両面鏡面をもつ約620μm厚みのウェハに
加工した。このウェハを用いて各種評価を実施した。
ピット数から求めた転位密度の分布を示す。これにより
熱処理前後で転位密度の変化はなく低転位密度を維持し
ていることが分かる。
もとめた比抵抗のミクロな面内分布を示す。面内ばらつ
き(std/mean)は6.06%と高均一であった。
を評価した。残留歪み量は4.38×10-6であった。
ルを示す。これは暗中にて80Kまで冷却した試料に波長
830nmの単色光を光電流が定常状態に達するまで照射
し、その後再び暗中にて昇温しながら電流信号を捉え
る。なお、キャリア移動度、ライフタイムの温度依存性
を光伝導利得係数の温度依存性にて正規化している。ピ
ークの面積が欠陥濃度に対応し、活性化エネルギー0.31
±0.05eVの固有欠陥の濃度が3.8×1014cm-3であった。
またこのときのEL2濃度を赤外吸収法により求めると、
1.3×1016cm-3であった。続いてイオン注入層の評価も
本方法によって得られたGaAs結晶について、Siイオンを
注入することにより行った。用いたサンプルは比較のた
めのLEC結晶2ロット、及びVB結晶4ロットであ
る。イオン注入は加速電圧90KeV、ドーズ量2×10
12cm-2で行った。注入後SiN(窒化シリコン)保護膜
を形成し800℃で20分間活性化アニールを行った。
フォトリソプロセスでオーム性電極を形成し、注入層の
シート抵抗を測定した。
均値及びばらつき(σ)を示したものである。シート抵
抗の平均値はLEC結晶、垂直ブリッジマン法によるGa
As結晶(VB結晶)共にカーボン濃度に対応して変化し
ており、従来のLEC結晶と同じレベルでの制御として
は0.5〜2.5、特に1.0〜1.7×1015cm-3に制御することが
望ましいことが分かる。
晶と比較して同等もしくはLEC結晶以上に均一であっ
た。これはアニール条件の最適化によって基板の比抵抗
がLEC結晶よりも均一であることに対応していると考
えられる。
同様のGaAs結晶の熱処理において600℃以下の温度範囲
で温度変化が300℃/hを超えた場合、あるいは600℃〜7
50℃の温度範囲で温度変化が150℃/hを超えた場合ある
いは、750℃〜熱処理温度の温度範囲で温度変化が50℃/
hを超えた場合、結晶内部と外部の温度差に基づき発生
する熱応力により転位が増殖し、熱処理後の面内の平均
転位密度は1×104cm-2を超えてしまった。
生産を前提とした集積回路やマイクロ波素子の作製に供
することのできるGaAs結晶を製造することができる。
布を示す図である。
示す図である。
留歪みの評価結果を示す図である。
ペクトルを示す図である。
つきを示した図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 面内の平均転位密度が1×104cm-2以下
で、炭素濃度が0.5〜2.5×1015cm-3の範囲にあり、炭素
以外の不純物濃度が1×1017cm-3未満である、直径3イン
チ以上のGaAs結晶の熱処理において、昇温または冷却過
程の温度変化が、600℃以下の温度範囲で300℃/h以
下、600℃〜750℃の温度範囲で150℃/h以下、750℃〜
熱処理温度の温度範囲で50℃/h以下であり、且つ800℃
〜1000℃の温度範囲で1〜100時間保持し、熱処理後の面
内の平均転位密度を1×104cm-2以下に維持することを特
徴とする熱処理方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載された熱処理を用いて得
られるGaAs結晶において、比抵抗のミクロな面内分布の
ばらつき(std/mean)が10%未満となることを特徴とする
GaAs結晶。 - 【請求項3】 請求項1に記載された熱処理を用いて得
られるGaAs結晶において、光弾性測定により得られる平
均残留歪み(|Sr-St|)が1×10-5未満であることを特徴
とするGaAs結晶。 - 【請求項4】 請求項1に記載された熱処理を用いて得
られるGaAs結晶において、熱刺激電流法にて検出される
固有欠陥(活性化エネルギー0.31±0.05eV)の濃度が8×
1014cm-3以下となることを特徴とするGaAs結晶。 - 【請求項5】 請求項1に記載された熱処理を用いて得
られるGaAs結晶において、結晶中のEL2濃度が1.0〜1.4
×1016cm-3となることを特徴とするGaAs結晶。 - 【請求項6】 垂直ブリッジマン法または垂直徐冷法に
より得られるGaAs結晶を用いることを特徴とする請求項
1に記載の熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7513298A JPH11268997A (ja) | 1998-03-24 | 1998-03-24 | GaAs単結晶の熱処理方法およびGaAs基板 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP7513298A JPH11268997A (ja) | 1998-03-24 | 1998-03-24 | GaAs単結晶の熱処理方法およびGaAs基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11268997A true JPH11268997A (ja) | 1999-10-05 |
Family
ID=13567371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7513298A Pending JPH11268997A (ja) | 1998-03-24 | 1998-03-24 | GaAs単結晶の熱処理方法およびGaAs基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11268997A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7318916B2 (en) | 2005-01-31 | 2008-01-15 | Hitachi Cable, Ltd. | Semiconductive GaAs wafer and method of making the same |
| CN106536795A (zh) * | 2014-07-17 | 2017-03-22 | 住友电气工业株式会社 | GaAs晶体 |
| WO2020031273A1 (ja) | 2018-08-07 | 2020-02-13 | 住友電気工業株式会社 | ヒ化ガリウム単結晶体およびヒ化ガリウム単結晶基板 |
| CN112420511A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-02-26 | 陕西科技大学 | 一种GaAs衬底的退火处理方法 |
-
1998
- 1998-03-24 JP JP7513298A patent/JPH11268997A/ja active Pending
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