JPS5874599A - 3−5族化合物半導体結晶の熱処理方法 - Google Patents
3−5族化合物半導体結晶の熱処理方法Info
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- JPS5874599A JPS5874599A JP17146881A JP17146881A JPS5874599A JP S5874599 A JPS5874599 A JP S5874599A JP 17146881 A JP17146881 A JP 17146881A JP 17146881 A JP17146881 A JP 17146881A JP S5874599 A JPS5874599 A JP S5874599A
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- Japan
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- gaas
- crystal
- heat treatment
- crystals
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、GaAs結晶等O鳳−■族化合物半導体結晶
O熱処環方法に関する0 高周波α直−電界効果トランジスタ(、FIT)やそれ
を基本素子として構成される高率GaAsデバイス回路
を製作する際、Gajb締晶基板中へ不純物イオンを注
入する技術は欠くべからざるものとなりつつある。不純
物イオイは高精度の注入装置により所望の量および1g
さに注入すること/〕(で自る。しかし、これら注入不
純物を結晶格子間位置に入れ、電気的に活性なものとす
るには注入後に結晶を熱処理する必豊かあるが、■−■
族化合物半導体であるGaAs結晶においては、元素手
、導体である8i等とは異な9、熱処理法が確立してい
ないのが現勢である◇その最も太き1な原、因はGaA
s結晶そのものが熱的に不安定なためである。即ち、α
η8結晶ではその構成元素であるAs原子が非常に蒸発
しやすく、イオン注入後の熱処理時に多量のAs原子が
敵失してしまう。その結果、GaAs結晶の不純物イオ
ンの活性化された量とイオン注入時の不純物量とが合致
しなく、かつ再現性に乏しくなり、電気的特性が変化し
、注入時の不純物量による一義的な電気的特性の制御が
できなくなることによシ、GaAsデバイスの製作が困
難となる。
O熱処環方法に関する0 高周波α直−電界効果トランジスタ(、FIT)やそれ
を基本素子として構成される高率GaAsデバイス回路
を製作する際、Gajb締晶基板中へ不純物イオンを注
入する技術は欠くべからざるものとなりつつある。不純
物イオイは高精度の注入装置により所望の量および1g
さに注入すること/〕(で自る。しかし、これら注入不
純物を結晶格子間位置に入れ、電気的に活性なものとす
るには注入後に結晶を熱処理する必豊かあるが、■−■
族化合物半導体であるGaAs結晶においては、元素手
、導体である8i等とは異な9、熱処理法が確立してい
ないのが現勢である◇その最も太き1な原、因はGaA
s結晶そのものが熱的に不安定なためである。即ち、α
η8結晶ではその構成元素であるAs原子が非常に蒸発
しやすく、イオン注入後の熱処理時に多量のAs原子が
敵失してしまう。その結果、GaAs結晶の不純物イオ
ンの活性化された量とイオン注入時の不純物量とが合致
しなく、かつ再現性に乏しくなり、電気的特性が変化し
、注入時の不純物量による一義的な電気的特性の制御が
できなくなることによシ、GaAsデバイスの製作が困
難となる。
このような結晶の熱分解を防ぐ方法の1つに、8iO!
および8iaNnなどの保鏝膜を結晶表面に被着させる
方法がある。しかし、これらの保−編にはそれ自身がG
aAs結晶と反応をおこし、また保−機とGaAs結晶
との熱膨張係数が異なる、それゆえそれに起因する歪の
ため注入不純物が異常拡紋しぞしまりという副作用のあ
るものが多い。このため結晶内の不純物分布の精密制御
を行なうには非常に困−さをともなうのが現状である。
および8iaNnなどの保鏝膜を結晶表面に被着させる
方法がある。しかし、これらの保−編にはそれ自身がG
aAs結晶と反応をおこし、また保−機とGaAs結晶
との熱膨張係数が異なる、それゆえそれに起因する歪の
ため注入不純物が異常拡紋しぞしまりという副作用のあ
るものが多い。このため結晶内の不純物分布の精密制御
を行なうには非常に困−さをともなうのが現状である。
熱分解を防ぐもう1つの方法として、GIAS結晶から
のAs分解圧以上のAs蒸気分圧をもつ雰囲気中での熱
処理がある。その具体的方法は大別して3つある。#l
i1の方法は、GaAs結晶と人S蒸発源となるべ自素
材(金属As )を石英アンプルに入れ、それを封じて
熱処理する方法である。この方法では封管の中に入れる
全属人S量を変えることにょJ)Allの蒸気圧を変え
ることかで:きるため熱処理系としては理想的なもので
ある反面、石英アンプルを封じる手間がかかったシ。熱
□処理後にAm蒸気が固化して結晶表面に被着するため
その防止方法が困−である等の欠点がある。
のAs分解圧以上のAs蒸気分圧をもつ雰囲気中での熱
処理がある。その具体的方法は大別して3つある。#l
i1の方法は、GaAs結晶と人S蒸発源となるべ自素
材(金属As )を石英アンプルに入れ、それを封じて
熱処理する方法である。この方法では封管の中に入れる
全属人S量を変えることにょJ)Allの蒸気圧を変え
ることかで:きるため熱処理系としては理想的なもので
ある反面、石英アンプルを封じる手間がかかったシ。熱
□処理後にAm蒸気が固化して結晶表面に被着するため
その防止方法が困−である等の欠点がある。
第2の方法は、$1の方法に替わる方法であり開管系に
おいて雰囲気ガス(王としてHz、Ar、Nzガス等)
にアルシン(Asia)を添カロし、その熱分解によっ
て′生じるAs蒸気を使用しGaAs結晶の熱分解を抑
える方法である。この方法を用いてイオン注入結晶の熱
処理を行なった結果は、先に述べた保amつき熱処理方
法を使用した場合より再現性に優れている。ところが、
この方法において用いる人sHsは猛毒の気体であるた
め、安全性、大量処理等に欠点がある。
おいて雰囲気ガス(王としてHz、Ar、Nzガス等)
にアルシン(Asia)を添カロし、その熱分解によっ
て′生じるAs蒸気を使用しGaAs結晶の熱分解を抑
える方法である。この方法を用いてイオン注入結晶の熱
処理を行なった結果は、先に述べた保amつき熱処理方
法を使用した場合より再現性に優れている。ところが、
この方法において用いる人sHsは猛毒の気体であるた
め、安全性、大量処理等に欠点がある。
#I3の方法は、第2の方法である開管系を採用しつつ
その中にGaAs結晶とAs蒸発源材料を1つの容器に
収容し、準閉管状態にし熱処理を行なう方法である。例
えば、特開昭56−56643号公報に記載されている
ような2重の石英管を用いた方法、Journal
of Electronic Materials
、Vol、9.No、5 198017)6gg 85
7頁〜第晶s Hに記載されているような粉末グラファ
イト諒粉末ChAi中にGaAs結晶を項や込む方法、
あるいはJ 、 Electrochan、 8oc、
80LID−8TATg8CIENCE AND TE
CHNOGY ’April 1980の第925頁〜
第927頁に記載されているようなAsで飽和した(j
a+@−液中に試料を入れた箱を沈める方法がある。
その中にGaAs結晶とAs蒸発源材料を1つの容器に
収容し、準閉管状態にし熱処理を行なう方法である。例
えば、特開昭56−56643号公報に記載されている
ような2重の石英管を用いた方法、Journal
of Electronic Materials
、Vol、9.No、5 198017)6gg 85
7頁〜第晶s Hに記載されているような粉末グラファ
イト諒粉末ChAi中にGaAs結晶を項や込む方法、
あるいはJ 、 Electrochan、 8oc、
80LID−8TATg8CIENCE AND TE
CHNOGY ’April 1980の第925頁〜
第927頁に記載されているようなAsで飽和した(j
a+@−液中に試料を入れた箱を沈める方法がある。
これら各方法はAs蒸気を完全に閉じ込めておくことが
できなかったJ) 、As蒸気の制御性が悪かっ′たり
する。
できなかったJ) 、As蒸気の制御性が悪かっ′たり
する。
本発明は、こうした欠点をかんがみてなされたものであ
り、熱処理されるべきGaA@結晶と人S蒸発源として
多結晶GaAs微粉末を入れる部分に小孔を開けた板で
仕切った容器をA$で飽和したGa浴液に浮かし、その
上部より先端がGa溶液中に入るように設計され密閉用
フタを行ない、Ga浴液により容器内と外気とを完全に
速断することを特信とするGaAs結晶等の■−v族化
合物半導体結晶の熱処理方法を提 供せんとするもので
ある。
り、熱処理されるべきGaA@結晶と人S蒸発源として
多結晶GaAs微粉末を入れる部分に小孔を開けた板で
仕切った容器をA$で飽和したGa浴液に浮かし、その
上部より先端がGa溶液中に入るように設計され密閉用
フタを行ない、Ga浴液により容器内と外気とを完全に
速断することを特信とするGaAs結晶等の■−v族化
合物半導体結晶の熱処理方法を提 供せんとするもので
ある。
本発明にょシ、 GaAs結晶の熱分解を理想−yc防
ぐことのできる閉管系の良さと、作業性および安全性に
優れた容器を用いた開管系の良さとを兼ね備えた熱処理
が可能となる。
ぐことのできる閉管系の良さと、作業性および安全性に
優れた容器を用いた開管系の良さとを兼ね備えた熱処理
が可能となる。
以下、本発明を実施例に基づき図をもって詳細に説明す
る。
る。
第1図は本発明で使用した熱処理装置であり、大きくは
jつの部分から構成されている。その第これらは熱伝導
度がスきく、加工性に優れた尚純度なグラフ□アイトに
よシ作られている。
jつの部分から構成されている。その第これらは熱伝導
度がスきく、加工性に優れた尚純度なグラフ□アイトに
よシ作られている。
次に実施した熱処理工程を手順に従い具体的に説明する
。先ず容器1に1’00 gのGaと多結′晶のGaA
sを入れる。イオン音大結晶の熱処理は850℃で行□
なう□ため、その温度でGa浴液がAIでちょうど飽和
するよう□に4’1.4gの多結晶GaAs @1菫し
添加゛する。これを熱処理に先だって第2図に示すよう
な熱処理系去茄熱し、飽和浴液を作る。この溶液として
容器りの部屋朱に多結晶GaA1を微粉末状にし□て約
288g入れる5As′蒸発源として金gAsでも差し
つかえないが、その場合は先に述べたように入を気圧紅
金属As量にょ9大きく変わるためその針量に注意を費
する。そ゛の点条結晶GaAsを使うとその制御がし易
い。
。先ず容器1に1’00 gのGaと多結′晶のGaA
sを入れる。イオン音大結晶の熱処理は850℃で行□
なう□ため、その温度でGa浴液がAIでちょうど飽和
するよう□に4’1.4gの多結晶GaAs @1菫し
添加゛する。これを熱処理に先だって第2図に示すよう
な熱処理系去茄熱し、飽和浴液を作る。この溶液として
容器りの部屋朱に多結晶GaA1を微粉末状にし□て約
288g入れる5As′蒸発源として金gAsでも差し
つかえないが、その場合は先に述べたように入を気圧紅
金属As量にょ9大きく変わるためその針量に注意を費
する。そ゛の点条結晶GaAsを使うとその制御がし易
い。
しかし、As蒸発源も熱処理される結晶もともにGaA
sであるため850℃の熱処理時にともに同じようにG
aとAsとへの解離現象が起こることは避けられない。
sであるため850℃の熱処理時にともに同じようにG
aとAsとへの解離現象が起こることは避けられない。
この点に関しては金属Asを使用するのが望ましい。し
かしながら多結晶GaAsの粉末粒を細くすることによ
シ十分良い結果が得られた。熱処理結晶を容器Iのスリ
ット部に差し入れたのちGa#液の容器1の中に入れこ
の状態のまま42図に示すような′熱処理系に入れる。
かしながら多結晶GaAsの粉末粒を細くすることによ
シ十分良い結果が得られた。熱処理結晶を容器Iのスリ
ット部に差し入れたのちGa#液の容器1の中に入れこ
の状態のまま42図に示すような′熱処理系に入れる。
熱処理系は厚みlO關のステンレスでで自ており、作業
室延と石英管Wおよび移動可能炉Uから構成されている
。先−一一一一を優−軸 ず作業室内に第1図の容器を入れ真空排気系で内部を排
気したのちパルプを閉じ密閉し雰囲気ガスとしてλ「を
導入する。雰囲気ガスはN2 、H2でも良い。また、
このときのガスの圧力はこの糸が閉室系であるので自由
に−■変できるがl’I’orrとした。
室延と石英管Wおよび移動可能炉Uから構成されている
。先−一一一一を優−軸 ず作業室内に第1図の容器を入れ真空排気系で内部を排
気したのちパルプを閉じ密閉し雰囲気ガスとしてλ「を
導入する。雰囲気ガスはN2 、H2でも良い。また、
このときのガスの圧力はこの糸が閉室系であるので自由
に−■変できるがl’I’orrとした。
ガス導入後、石英棒Uの先につけられた第1図の見に示
したカバー容器をかぶせる。ここまでの状態が第3図に
示しである。そしてすでに850℃に昇温された炉体を
スライドさせることにより熱処理を行なう。この際、容
器γの内部はAsで飽和された(jaIti液(で外気
とは完全に速断されており理想的な密閉状態となってい
る。
したカバー容器をかぶせる。ここまでの状態が第3図に
示しである。そしてすでに850℃に昇温された炉体を
スライドさせることにより熱処理を行なう。この際、容
器γの内部はAsで飽和された(jaIti液(で外気
とは完全に速断されており理想的な密閉状態となってい
る。
ところで、GaとGaAsおよびAs蒸気からなる系で
は、諷度によJ)AIの平衡蒸気圧(PAR)が求まる
例えば、850℃では約0.01気圧である。そしてそ
の系の存在する容器の容積(v)と温度(T)の間に(
1)式の関係が与えられる。
は、諷度によJ)AIの平衡蒸気圧(PAR)が求まる
例えば、850℃では約0.01気圧である。そしてそ
の系の存在する容器の容積(v)と温度(T)の間に(
1)式の関係が与えられる。
PA、 、v : n 、 h、 T・= −−−−−
−fl)ここで、Rは定数で、nは蒸気となっているA
sの総量である。この(1)式から分るように容積Vが
小さければnが小さくなる。すなわち、本発明の密閉度
の高い系ではGaAs結晶からのAsの蒸発量が少なく
なる。これは、イオン圧入したGaAs結晶の熱分解が
少くなくなることを意味してお9本発明の1、: 熱処理法が安定した熱処理が可能であることを示)・− すものである。さ、::らに、多結晶GaAs粉末が入
っているためその量はさらに少なくなる。すなわち。
−fl)ここで、Rは定数で、nは蒸気となっているA
sの総量である。この(1)式から分るように容積Vが
小さければnが小さくなる。すなわち、本発明の密閉度
の高い系ではGaAs結晶からのAsの蒸発量が少なく
なる。これは、イオン圧入したGaAs結晶の熱分解が
少くなくなることを意味してお9本発明の1、: 熱処理法が安定した熱処理が可能であることを示)・− すものである。さ、::らに、多結晶GaAs粉末が入
っているためその量はさらに少なくなる。すなわち。
熱処理される一ム結晶の全面積(8)と多結晶GaAs
粉末の全表面積(8)lの比で熱処理される結晶からの
Asの蒸発量(no)が、 8+8. ・・・・・・・・(2)として決
まる。いま、熱処理されるGaAs結晶が2Iφであり
、1度に5枚の熱処理をす゛ることを考えた場合8 =
−3,14X (2,54)”X5中2001となる。
粉末の全表面積(8)lの比で熱処理される結晶からの
Asの蒸発量(no)が、 8+8. ・・・・・・・・(2)として決
まる。いま、熱処理されるGaAs結晶が2Iφであり
、1度に5枚の熱処理をす゛ることを考えた場合8 =
−3,14X (2,54)”X5中2001となる。
一方多結晶GaAs粉末の粒径が約10μm(今回実験
で用いた値)の場合にはGaAsの密度が144.64
g/G−であるので添加した粉ji288gの体積は2
1であるO粒子数は、2/(惠πXIO”−9)中2X
IO”個となり、その六面積はS’ = 3.14 X
IF’ X 2 X 2 XIO”キ1200iとなる
。
で用いた値)の場合にはGaAsの密度が144.64
g/G−であるので添加した粉ji288gの体積は2
1であるO粒子数は、2/(惠πXIO”−9)中2X
IO”個となり、その六面積はS’ = 3.14 X
IF’ X 2 X 2 XIO”キ1200iとなる
。
従って、GaAs結晶からの蒸発量は(2)式により多
結晶(jaAs粉末を入れない時の約177になる。
結晶(jaAs粉末を入れない時の約177になる。
本発明による数多くの実験結果から表面積Sと81との
比が1:lO以とであれば非常に均一で8現性のある熱
処理が可能であることを示すものでりる0
比が1:lO以とであれば非常に均一で8現性のある熱
処理が可能であることを示すものでりる0
第1図は本発明の一実施例に用い九熱処理装置の断面図
、第2図は本発明の一実施例を説明するための熱処理の
様態を説明するだめの図J第3図は本発明の一実施例に
於ける熱処理時の谷di (1)状態図である。 l・・・Ga溶液舗、 2・・・Asで飽和され九〇a溶液、 3・・・As蒸気供給用の多結晶GaAs倣粉末。 4・・・微粉未収容室、 5・・・AI蒸気供給用小孔。 6・・・被熱処理11aAs結晶、 7・・・結晶および粉末収容器、 8・・・カバー用上ブタ、 9・作業室。 10・・石英管、 11・・可#電気炉、 12・・カバー用上ブタ操作棒。
、第2図は本発明の一実施例を説明するための熱処理の
様態を説明するだめの図J第3図は本発明の一実施例に
於ける熱処理時の谷di (1)状態図である。 l・・・Ga溶液舗、 2・・・Asで飽和され九〇a溶液、 3・・・As蒸気供給用の多結晶GaAs倣粉末。 4・・・微粉未収容室、 5・・・AI蒸気供給用小孔。 6・・・被熱処理11aAs結晶、 7・・・結晶および粉末収容器、 8・・・カバー用上ブタ、 9・作業室。 10・・石英管、 11・・可#電気炉、 12・・カバー用上ブタ操作棒。
Claims (1)
- 熱伝導の大きな材料で小孔のあいた板によ如仕切られた
上下2つの収容寓を有し、密閉度の高い容器を用い、上
部に被熱処理属−V族化合物半導体結晶を収用し、下部
に同一の多結晶粉末を収用し、・この容器をV族元素に
よ)飽和した墓族容液中に沈め、上部よシフタを行ない
、この#l液を用いることによp、外気から容器内を密
閉し、結晶の熱による分解を防止し、熱処理を行なうこ
とを特徴とする■−v族化会物半導体結晶の熱処理方法
0
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17146881A JPS5874599A (ja) | 1981-10-28 | 1981-10-28 | 3−5族化合物半導体結晶の熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17146881A JPS5874599A (ja) | 1981-10-28 | 1981-10-28 | 3−5族化合物半導体結晶の熱処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5874599A true JPS5874599A (ja) | 1983-05-06 |
Family
ID=15923661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17146881A Pending JPS5874599A (ja) | 1981-10-28 | 1981-10-28 | 3−5族化合物半導体結晶の熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5874599A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1122342A4 (en) * | 1998-09-30 | 2005-04-13 | Mitsubishi Material Silicon | PROCESS FOR REMOVING DEFECTS FROM CRYSTAL MATERIAL AND CRYSTAL MATERIAL |
-
1981
- 1981-10-28 JP JP17146881A patent/JPS5874599A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1122342A4 (en) * | 1998-09-30 | 2005-04-13 | Mitsubishi Material Silicon | PROCESS FOR REMOVING DEFECTS FROM CRYSTAL MATERIAL AND CRYSTAL MATERIAL |
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