JPS59164699A - ガリウム砒素単結晶の製造方法 - Google Patents
ガリウム砒素単結晶の製造方法Info
- Publication number
- JPS59164699A JPS59164699A JP58038321A JP3832183A JPS59164699A JP S59164699 A JPS59164699 A JP S59164699A JP 58038321 A JP58038321 A JP 58038321A JP 3832183 A JP3832183 A JP 3832183A JP S59164699 A JPS59164699 A JP S59164699A
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- JP
- Japan
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- single crystal
- crystal
- pulling
- starting materials
- Prior art date
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- Pending
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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
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
-
- 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
- C30B29/42—Gallium arsenide
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
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- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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】
この発明は高品質ガリウム砒素単結晶の製造方法に関す
る。
る。
■−■族化合物半導体の中でもガリウム砒素（ＧａＡｓ
）単結晶は電子移動度が大きく、高速集積回路、光・
電子素子用材料に広く用いられつつある。
）単結晶は電子移動度が大きく、高速集積回路、光・
電子素子用材料に広く用いられつつある。
このようにＧ（Ｌｉ２が集積回路用結晶基板に用いられ
るには、比抵抗が１０？Ω、ｃｒｎ以上と高絶縁２御 性であること、素子特性均一化のため結晶内に欠陥が少
く分布が均一であること、大型ウェハーの製造が容易で
あること等が挙げられる。
るには、比抵抗が１０？Ω、ｃｒｎ以上と高絶縁２御 性であること、素子特性均一化のため結晶内に欠陥が少
く分布が均一であること、大型ウェハーの製造が容易で
あること等が挙げられる。
このような要求を実現するＧａｐｓ 結晶の製造法とし
ては、液体封止剤を用いた引き上げ法（ＬＥＣ法）が注
目を浴びている。この封止引き上げ法は低圧封止引き上
げ法と高圧封止引き上げ法とが知られている。低圧封止
引き上げ法はボート成長法で作成したＧａｋｓ多結晶を
票料とするため、原料純度が低く、半絶縁性とするため
のクロムの添加を必要として好ましくない。また原料の
直接合成を行う高圧封止引き上げ法はクロムの添加は不
要であるが、高圧下で結晶を作成するため、圧力による
熱環境の影響によシ結晶内の欠陥が多く、液体封止剤や
高圧ガス対流の影響で製造工程が複雑であり、結晶成長
時には成長縞（ス） ＩＪエニーョン）が生じることが
おった。結晶中に上述の成長縞が生じるとその部分では
抵抗の変動が生じ、抵抗分布が均一の高品質単結晶が得
られないこと−３− となる。この成長縞の発生原因は融液の対流及び熱変動
ガどによる不純物の不均一分布や、融液中のＧαとＡｓ
の組成比の微小変動によるものと考えられている。
ては、液体封止剤を用いた引き上げ法（ＬＥＣ法）が注
目を浴びている。この封止引き上げ法は低圧封止引き上
げ法と高圧封止引き上げ法とが知られている。低圧封止
引き上げ法はボート成長法で作成したＧａｋｓ多結晶を
票料とするため、原料純度が低く、半絶縁性とするため
のクロムの添加を必要として好ましくない。また原料の
直接合成を行う高圧封止引き上げ法はクロムの添加は不
要であるが、高圧下で結晶を作成するため、圧力による
熱環境の影響によシ結晶内の欠陥が多く、液体封止剤や
高圧ガス対流の影響で製造工程が複雑であり、結晶成長
時には成長縞（ス） ＩＪエニーョン）が生じることが
おった。結晶中に上述の成長縞が生じるとその部分では
抵抗の変動が生じ、抵抗分布が均一の高品質単結晶が得
られないこと−３− となる。この成長縞の発生原因は融液の対流及び熱変動
ガどによる不純物の不均一分布や、融液中のＧαとＡｓ
の組成比の微小変動によるものと考えられている。
この発明の目的は結晶成長時に生じる成長縞の発生を防
止し、抵抗分布、転位分布等の特性が均一の高品質ガリ
ウム砒素結晶の製造方法を捷供することにある。
止し、抵抗分布、転位分布等の特性が均一の高品質ガリ
ウム砒素結晶の製造方法を捷供することにある。
これまでの高圧封止引き上げ法においては結晶原料であ
るＧαとＡｓ及び封止剤である酸化ボロン（ｎｔｏｓ）
の如き低融点ガラスをルツボに入れ、高圧下で加熱
、合成するが、その際に蒸気圧の高いＡｓは蒸散し易い
。このため所望の組成比のＧ（ＺＡ８融液を得るために
Ａｓの添加量を多くしているが、原料の合成条件等によ
ってんの蒸散する量が異なり、融液中のＧａｋｓ組成比
に微小変動をもたらし、そのため成長した結晶中に組成
ずれによる成長縞が生じ、均一な抵抗分布を有する単結
晶を再現性よく得られなかった。
るＧαとＡｓ及び封止剤である酸化ボロン（ｎｔｏｓ）
の如き低融点ガラスをルツボに入れ、高圧下で加熱
、合成するが、その際に蒸気圧の高いＡｓは蒸散し易い
。このため所望の組成比のＧ（ＺＡ８融液を得るために
Ａｓの添加量を多くしているが、原料の合成条件等によ
ってんの蒸散する量が異なり、融液中のＧａｋｓ組成比
に微小変動をもたらし、そのため成長した結晶中に組成
ずれによる成長縞が生じ、均一な抵抗分布を有する単結
晶を再現性よく得られなかった。
この発明においては、単結晶作成におけるＧａｋｓ融液
の調和性（コングルエンド性）を考慮し、原料の合成過
程におけるＭの蒸散量を考慮に入れて出発原料における
ＧαとＡｓの混合比を８ 調整して融液状態でＧαとＡｓの組成比（。ａ ＋ Ａ
ｓ ）が０．４９８−０．５の範囲のコングルエンド組
成となるようにしてＧａｐｓ融液を合成し、単結晶の引
き上げ操作を行うことにより成長縞のないＧａ１ｇ単結
晶が再現性よく作成できることを見出した。
の調和性（コングルエンド性）を考慮し、原料の合成過
程におけるＭの蒸散量を考慮に入れて出発原料における
ＧαとＡｓの混合比を８ 調整して融液状態でＧαとＡｓの組成比（。ａ ＋ Ａ
ｓ ）が０．４９８−０．５の範囲のコングルエンド組
成となるようにしてＧａｐｓ融液を合成し、単結晶の引
き上げ操作を行うことにより成長縞のないＧａ１ｇ単結
晶が再現性よく作成できることを見出した。
コングルエンド組成融液とは固溶領域を有する化合物に
おいて、固溶領域の固相線と液相線とが接触した点にお
ける組成比を有する融液であって、融液を構成している
元素の組成比が調和のとれている状態であって、Ｇαと
Ａｓのコングルエンド組成について第１図により説明す
ると、グラフの横軸はガリウム砒素の組成比を示し、縦
軸は温度を示す。グラフ中の曲線■は液相線を示し、曲
線■の内側の領域は固体と液体の状態であり、曲線■の
外側の領域は、液体のみの状態である。曲線■は理論的
に計算さ、れたＧａｐｓの固体形成領域を区画するため
の固相線でｊ− あって、固相線■の内側の領域ではＧａＡｓは固体の状
態である。そして、この液相線工と固相線■の接触点Ｐ
の位置の組成比がＧｃＬＡ８コングルエンド組成という
ことになシ、この組成の融液から結晶を作成するとＧｃ
ＬＡ８の組成変動のない均一な結晶が得られ、コングル
エンド組成でのＧａ二Ｍの比は実験的に求めると０．５
： ０．４９８〜０．５００の範囲ということになる
。
おいて、固溶領域の固相線と液相線とが接触した点にお
ける組成比を有する融液であって、融液を構成している
元素の組成比が調和のとれている状態であって、Ｇαと
Ａｓのコングルエンド組成について第１図により説明す
ると、グラフの横軸はガリウム砒素の組成比を示し、縦
軸は温度を示す。グラフ中の曲線■は液相線を示し、曲
線■の内側の領域は固体と液体の状態であり、曲線■の
外側の領域は、液体のみの状態である。曲線■は理論的
に計算さ、れたＧａｐｓの固体形成領域を区画するため
の固相線でｊ− あって、固相線■の内側の領域ではＧａＡｓは固体の状
態である。そして、この液相線工と固相線■の接触点Ｐ
の位置の組成比がＧｃＬＡ８コングルエンド組成という
ことになシ、この組成の融液から結晶を作成するとＧｃ
ＬＡ８の組成変動のない均一な結晶が得られ、コングル
エンド組成でのＧａ二Ｍの比は実験的に求めると０．５
： ０．４９８〜０．５００の範囲ということになる
。
上述の如きコングルエンド組成のＧａｋｓ融液をｉ整す
る方法を述べると、出発原料であるＧαと劾の混合量、
引き上げた単結晶の重量及び残留−１原料融液の重量を
精密に測定してＭの減量（蒸発量）を算出する。そして
次に出発原料を調整するときに、減量分よりも過剰にＡ
ｓを加えることによシ、Ａｓを過剰に含むＧｒＯＬＡ８
融液が得られることになる。次いでとのＧ（ＬＡ８融液
を融点（１２５５℃）付近に保ち、外圧を一気圧まで減
圧すると、過剰に含まれているんは気化し、気化が停止
し゛た時点、即ち、融液より気泡が発生しなくなつ７’
ｊ時ＡＴ融液はコングルエンド組成を形成す６− ることになる。
る方法を述べると、出発原料であるＧαと劾の混合量、
引き上げた単結晶の重量及び残留−１原料融液の重量を
精密に測定してＭの減量（蒸発量）を算出する。そして
次に出発原料を調整するときに、減量分よりも過剰にＡ
ｓを加えることによシ、Ａｓを過剰に含むＧｒＯＬＡ８
融液が得られることになる。次いでとのＧ（ＬＡ８融液
を融点（１２５５℃）付近に保ち、外圧を一気圧まで減
圧すると、過剰に含まれているんは気化し、気化が停止
し゛た時点、即ち、融液より気泡が発生しなくなつ７’
ｊ時ＡＴ融液はコングルエンド組成を形成す６− ることになる。
融液が虫過剰の場合は気泡の発生が殆どなく、コングル
エンド組成との区別は困難であるが、本発明では融液が
常にＡｓ過剰となるように出発原料の混合比を調整し、
減圧によりＡｓ過剰融液からんを除去してコングルエン
ド組成の融液を得るようにしているため、常にコングル
エンド組成の融液が得られることになる。
エンド組成との区別は困難であるが、本発明では融液が
常にＡｓ過剰となるように出発原料の混合比を調整し、
減圧によりＡｓ過剰融液からんを除去してコングルエン
ド組成の融液を得るようにしているため、常にコングル
エンド組成の融液が得られることになる。
上述の如くして、ＧａＡ３融液の組成比がコングルエン
ド組成となったら、種結晶を融液に接触させ、結晶引き
上げ操作によＦ） Ｇａｐｓ単結晶の成長を行う。この
単結晶の成長方法はＢ２Ｏ２を液体封止剤として用い、
直接合成を行う高圧封止引き上げ法によシ行う。
ド組成となったら、種結晶を融液に接触させ、結晶引き
上げ操作によＦ） Ｇａｐｓ単結晶の成長を行う。この
単結晶の成長方法はＢ２Ｏ２を液体封止剤として用い、
直接合成を行う高圧封止引き上げ法によシ行う。
この発明は上述の説明で明らかなよ５に１液体封止剤を
用いた引き上げ法にてＧａＡａ単結晶を製造する方法に
於て結晶引き上げ操作前のＧａＡ３原料融液の組成比を
コングルエンド組成となるように調整した後に結晶引き
上げ操作を行うようにしたのであって、成長縞がなく、
抵抗分布−７− が均一な半絶縁性Ｇａｐｓ単結晶が再現性よく得られる
。尚、本発明けＧａＡ３単結晶の製造法について述べた
が、ＩｒＬＡ８．ＧａＰ等の高解離圧を示す■族元素を
用いた化合物単結晶の製造にも適用することができる。
用いた引き上げ法にてＧａＡａ単結晶を製造する方法に
於て結晶引き上げ操作前のＧａＡ３原料融液の組成比を
コングルエンド組成となるように調整した後に結晶引き
上げ操作を行うようにしたのであって、成長縞がなく、
抵抗分布−７− が均一な半絶縁性Ｇａｐｓ単結晶が再現性よく得られる
。尚、本発明けＧａＡ３単結晶の製造法について述べた
が、ＩｒＬＡ８．ＧａＰ等の高解離圧を示す■族元素を
用いた化合物単結晶の製造にも適用することができる。
次にこの発明による実施例を示す。
パイロリティック窒化ポロン製ルツボ内にＧａ５ｏｏｐ
、 Ａｓ ５６２ｆ、Ｂ２０１１１５０ｐ入れ、アルゴ
ンガスによる３０気圧の加圧下で１５００℃に加熱し、
上にＢ、０３による液体封止層が、下にＧ（ＬＡ８融液
層が形成した時点でルツボの加熱温度を１２５５℃に下
げ、圧力を１気圧に減圧したところ融液より気泡が発生
した。約３０分間経過後、融液よ多気泡の発生がなくな
ったので融液を１２６０℃に昇温し、種結晶をＧＧＡｌ
ｌ融液に接触させ、１０→の速度で引き上げ操作を行っ
て、直径約５０ｍ、長さ約１００ｍ＋のＧａ、１ｇ単結
晶を得た。この単結晶を縦割りのウェハーにして成長方
向の抵抗分布を調べた結果、抵抗値は１０−８０・ｍ以
上で成長方向全体にほぼ均一であり、成長縞は全く見ら
れなかつた。
、 Ａｓ ５６２ｆ、Ｂ２０１１１５０ｐ入れ、アルゴ
ンガスによる３０気圧の加圧下で１５００℃に加熱し、
上にＢ、０３による液体封止層が、下にＧ（ＬＡ８融液
層が形成した時点でルツボの加熱温度を１２５５℃に下
げ、圧力を１気圧に減圧したところ融液より気泡が発生
した。約３０分間経過後、融液よ多気泡の発生がなくな
ったので融液を１２６０℃に昇温し、種結晶をＧＧＡｌ
ｌ融液に接触させ、１０→の速度で引き上げ操作を行っ
て、直径約５０ｍ、長さ約１００ｍ＋のＧａ、１ｇ単結
晶を得た。この単結晶を縦割りのウェハーにして成長方
向の抵抗分布を調べた結果、抵抗値は１０−８０・ｍ以
上で成長方向全体にほぼ均一であり、成長縞は全く見ら
れなかつた。
図面はＧａとＡ８のコングルエンド組成を示すグラフで
、■け液相線、■は固相線、Ｐは液相線と固相線の接触
点を示す。 特許出願人 工 業 技 術 院 長石板誠−
、■け液相線、■は固相線、Ｐは液相線と固相線の接触
点を示す。 特許出願人 工 業 技 術 院 長石板誠−
Claims (1)
- ガリウム砒素単結晶を液体封止剤を用いた引き上げ法に
て製造する方法において、原料融液中のガリウムと砒素
の組成比をコングルエンド組成に調整した後に、単結晶
の引き上げ操作を行うことを特徴とするガリウム砒素単
結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58038321A JPS59164699A (ja) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | ガリウム砒素単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58038321A JPS59164699A (ja) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | ガリウム砒素単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59164699A true JPS59164699A (ja) | 1984-09-17 |
Family
ID=12522015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58038321A Pending JPS59164699A (ja) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | ガリウム砒素単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59164699A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61205697A (ja) * | 1985-03-07 | 1986-09-11 | Nec Corp | ３−５族化合物半導体の単結晶成長装置 |
-
1983
- 1983-03-10 JP JP58038321A patent/JPS59164699A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61205697A (ja) * | 1985-03-07 | 1986-09-11 | Nec Corp | ３−５族化合物半導体の単結晶成長装置 |
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