JPS605099A - 化合物半導体の結晶成長方法 - Google Patents
化合物半導体の結晶成長方法Info
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Classifications
-
- 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
- C30B15/36—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method characterised by the seed, e.g. its crystallographic orientation
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は化合物半導体の結晶成長方法、特に半絶縁性化
合物半導体結晶（例えば、ＧａＡｓ 、 ＩｎＰ）−の
転位密度を許容量以下に低減し、かつ微小結晶欠陥を発
生させる事なく良好な結晶性を有する化合物半導体の結
晶成長方法に関するものでおる。
合物半導体結晶（例えば、ＧａＡｓ 、 ＩｎＰ）−の
転位密度を許容量以下に低減し、かつ微小結晶欠陥を発
生させる事なく良好な結晶性を有する化合物半導体の結
晶成長方法に関するものでおる。
近年、超高速電子計算機の構成素子としてよシ高速Ｉ：
動作可能な集積回路が要求されている。従来のシリコン
（Ｓｉ）を用いた集積回路はその電子移動度が飽和して
いるためこのＳｉ に代わるよシミ子移動度の高い材料
がめられている。この電子移動度の高い化合物半導体の
一例としてＧａ Ａｓがあるが、とのＧａ Ａ ｓの電
子移動度はＳｉの電子移動度の５〜６倍あるため高速動
作が有望であシ、またその真性抵抗率は１０００倍以上
異なるため、不純物制御によシ半絶縁性基板が得られ、
直接イオンインプランテイシコンによる電界効果トラン
ジスタ（ＦＥＴ）集積回路の製作が可能である。
動作可能な集積回路が要求されている。従来のシリコン
（Ｓｉ）を用いた集積回路はその電子移動度が飽和して
いるためこのＳｉ に代わるよシミ子移動度の高い材料
がめられている。この電子移動度の高い化合物半導体の
一例としてＧａ Ａｓがあるが、とのＧａ Ａ ｓの電
子移動度はＳｉの電子移動度の５〜６倍あるため高速動
作が有望であシ、またその真性抵抗率は１０００倍以上
異なるため、不純物制御によシ半絶縁性基板が得られ、
直接イオンインプランテイシコンによる電界効果トラン
ジスタ（ＦＥＴ）集積回路の製作が可能である。
集積回路にとって最も重要な条件はウェハー面内の電気
特性の均一性、即ち各構成素子の動作閾値が揃っている
事であり、またイオンインブランティジョン後のアニー
リング等の熱処理に対しても熱変成のない安定な半絶縁
性基板がめられている。
特性の均一性、即ち各構成素子の動作閾値が揃っている
事であり、またイオンインブランティジョン後のアニー
リング等の熱処理に対しても熱変成のない安定な半絶縁
性基板がめられている。
最近、ＦＥＴ集積回路のソース、ドレイン間の電流のバ
ラツキがウェハー内の転位密度に密接に関連している事
が明らかになってきた（ジャパニーズ、ジャーナル、オ
プ、アゲライド、フィジックス２２巻１９８３年Ｌ５４
頁）。従って、ＱａＡｓによる定安なＰＥＴ集精回路を
実現するためには無転位のＧａ Ａ ｓ半絶縁性基板が
必要となる。
ラツキがウェハー内の転位密度に密接に関連している事
が明らかになってきた（ジャパニーズ、ジャーナル、オ
プ、アゲライド、フィジックス２２巻１９８３年Ｌ５４
頁）。従って、ＱａＡｓによる定安なＰＥＴ集精回路を
実現するためには無転位のＧａ Ａ ｓ半絶縁性基板が
必要となる。
従来多く用いられている水平ブリッジマン法によって作
製される半絶縁性基板は、固液界面における熱勾配が緩
いため比較的低転位密度の結晶が得られているが、ルツ
ボからくる残留不純物としてドナーとなる８ｉを深いア
クセプターであるＣｒで補償しなければならないため、
熱処理時におけるＣｒのアウトディフュージョンによし
熱的な安定性に対する要求が満たされていない。一方、
Ｃｒによる補償を用いずに残留不純物を低減するノンド
ーグ、リキッド、エンキャグシュレイシＨン引き上げ法
（ＬＲＣ）の開発が進められている。このＬＲＣ法にお
ける原料の精製、ルツボ、キャグシュレイシせン剤の改
善、直接合成法の採用等によ多安定な半絶縁性基板が得
られている。しかし、このＬＲＣ法は固液界面における
熱勾配が著しく、転位が高密度に発生し易い欠点かあシ
、このため電気特性の不均一性をもたらし実用的なデバ
イス設計に大きな障害となっている。
製される半絶縁性基板は、固液界面における熱勾配が緩
いため比較的低転位密度の結晶が得られているが、ルツ
ボからくる残留不純物としてドナーとなる８ｉを深いア
クセプターであるＣｒで補償しなければならないため、
熱処理時におけるＣｒのアウトディフュージョンによし
熱的な安定性に対する要求が満たされていない。一方、
Ｃｒによる補償を用いずに残留不純物を低減するノンド
ーグ、リキッド、エンキャグシュレイシＨン引き上げ法
（ＬＲＣ）の開発が進められている。このＬＲＣ法にお
ける原料の精製、ルツボ、キャグシュレイシせン剤の改
善、直接合成法の採用等によ多安定な半絶縁性基板が得
られている。しかし、このＬＲＣ法は固液界面における
熱勾配が著しく、転位が高密度に発生し易い欠点かあシ
、このため電気特性の不均一性をもたらし実用的なデバ
イス設計に大きな障害となっている。
本発明の目的は、これらの欠点を解決し、半絶縁性、熱
的安定性の特徴を生かすと共に転位密度を減少させた化
合物半導体の結晶成長方法を提供することにある。
的安定性の特徴を生かすと共に転位密度を減少させた化
合物半導体の結晶成長方法を提供することにある。
本発明の化合物半導体の結晶成長方法の構成は、作成す
べき化合物半導体結晶と同一径を有し、この半導体結晶
構成元素と等電子配位の不純物を高濃度に含んだ半絶縁
性無転位結晶（例えばＡｌ ドープＧａＡｓ引き上げ結
晶）を種結晶として用いて引き上げ成長を行うことを特
徴とする。
べき化合物半導体結晶と同一径を有し、この半導体結晶
構成元素と等電子配位の不純物を高濃度に含んだ半絶縁
性無転位結晶（例えばＡｌ ドープＧａＡｓ引き上げ結
晶）を種結晶として用いて引き上げ成長を行うことを特
徴とする。
本発明によれば、直径変化に伴なう転位導入を絖け、か
つ電気的に活性な不純物を導入する事なく無転位半絶縁
性基板を得る事ができる。
つ電気的に活性な不純物を導入する事なく無転位半絶縁
性基板を得る事ができる。
以下本発明を図面に従って詳細に説明する。
第１図は所定寸法のＧａＡｓ引き上げ結晶を液封止剤Ｂ
２Ｏ３から成長結晶として引き上げ、インゴット肩部を
形成する際の結晶中の内部ストレスを理論計算した断面
パターンである（アプライド。
２Ｏ３から成長結晶として引き上げ、インゴット肩部を
形成する際の結晶中の内部ストレスを理論計算した断面
パターンである（アプライド。
フィジックス、レター４０巻１９８２年７９１頁）。
この図から解る様に、最も高い内部ストレスの生ずる位
置は肩部の変曲点にあシ、このような箇所で転位発生が
最も起夛やすくなっている。この事はＸ線トポグラフで
も確かめられている。従って、結晶中の転位発生を抑え
る方策として肩部形成の際の熱ストレスを緩和する事が
考えられている。
置は肩部の変曲点にあシ、このような箇所で転位発生が
最も起夛やすくなっている。この事はＸ線トポグラフで
も確かめられている。従って、結晶中の転位発生を抑え
る方策として肩部形成の際の熱ストレスを緩和する事が
考えられている。
従来のＧａＡｓノンドーグ引き上げ結晶成長法において
も、Ｌ）Ｂ２０：１の厚さを増す、２）肩部形成の角度
を緩やかにする、３）雰囲気ガスの種類を熱伝導率の低
いものを用いる。４）雰囲気ガスの圧力を下げる等の試
みがなされている。しかしながらＱａ Ａｓは転位発生
の臨界応力が低いため充分な転位低減は実現されていな
い。
も、Ｌ）Ｂ２０：１の厚さを増す、２）肩部形成の角度
を緩やかにする、３）雰囲気ガスの種類を熱伝導率の低
いものを用いる。４）雰囲気ガスの圧力を下げる等の試
みがなされている。しかしながらＱａ Ａｓは転位発生
の臨界応力が低いため充分な転位低減は実現されていな
い。
一方、転位発生の臨界応力が母体を形成する原子間の結
合エネルギーよ）、大きい結合エネルギーをもつ不純物
を導入する事によシ、大きく変化する事が実験的に確か
められている（ジャーナル。
合エネルギーよ）、大きい結合エネルギーをもつ不純物
を導入する事によシ、大きく変化する事が実験的に確か
められている（ジャーナル。
オプ、アプライド、フィジックス４９巻１９７８年８２
２頁）。
２頁）。
本発明は、この事実に着目したもので；ｈ Ｅ） 、Ｇ
ａＡｓのＧａあるいはＡｓと等電子配位で、かつ結合エ
ネルギーの大きい不純物を用いて、この不純物を高濃度
にドーグした無転位引き上げ結晶をインゴットの肩部造
作成し、この引き上げ結晶を種結晶として更に引き上げ
成長を行なうようにした方法である。この方法により半
絶縁性と無転位化を同時 □に満足させる事ができる。
ａＡｓのＧａあるいはＡｓと等電子配位で、かつ結合エ
ネルギーの大きい不純物を用いて、この不純物を高濃度
にドーグした無転位引き上げ結晶をインゴットの肩部造
作成し、この引き上げ結晶を種結晶として更に引き上げ
成長を行なうようにした方法である。この方法により半
絶縁性と無転位化を同時 □に満足させる事ができる。
第２図は本発明の詳細な説明する結晶成長装置の断面図
である。この実施例は、種結晶ｌとしてＡＩを１０１８
／ｃｆ程ｉドープしたＱａ Ａ ｓ引き上げ結晶を用い
た。このＡ／を用いたのは、ＡノーＡｓの結合エネルギ
ー６２．０ Ｋｃａｌ／ ｍｏ ｌがＧａ −Ａｓｔｙ
）結合ｘネルキー ４’１．７ Ｋｃａｌ ７ ｍｏｌ
に比べて大きいため転位低減効果が大きい事と、たとえ
オートドーピングによシ種結晶からのＡＩが結晶中に取
シ込まれても、 Ａ／がＧａと等電子配位であるため半
絶縁性に影響を与えない事を考慮したものである。この
事はＧａと等電子配位にあるＢ 、 Ａｓと等電子配位
にあるＮ、Ｐ４同様であり、これらの結合エネルギーは
いずれもＱａ−Ａｓの結合エネルギーよシも大である。
である。この実施例は、種結晶ｌとしてＡＩを１０１８
／ｃｆ程ｉドープしたＱａ Ａ ｓ引き上げ結晶を用い
た。このＡ／を用いたのは、ＡノーＡｓの結合エネルギ
ー６２．０ Ｋｃａｌ／ ｍｏ ｌがＧａ −Ａｓｔｙ
）結合ｘネルキー ４’１．７ Ｋｃａｌ ７ ｍｏｌ
に比べて大きいため転位低減効果が大きい事と、たとえ
オートドーピングによシ種結晶からのＡＩが結晶中に取
シ込まれても、 Ａ／がＧａと等電子配位であるため半
絶縁性に影響を与えない事を考慮したものである。この
事はＧａと等電子配位にあるＢ 、 Ａｓと等電子配位
にあるＮ、Ｐ４同様であり、これらの結合エネルギーは
いずれもＱａ−Ａｓの結合エネルギーよシも大である。
なお、種結晶としては他の方法で得られる低転位結晶、
例えばストイキオメトリ−制御された水平ブリッジマン
法による結晶を用いても、所望の直径に合せて加工する
事によシ使用可能である。
例えばストイキオメトリ−制御された水平ブリッジマン
法による結晶を用いても、所望の直径に合せて加工する
事によシ使用可能である。
また、ルツボ５の材料としては無性窒化ボロンを用い、
原料メルト４は直接合成法で作製されたものを用いてい
る。この種結晶ｌと原料メルト４とを接触させる際には
充分な核成長が起きる様に、例えばＡ７がメルト中にあ
まシ大量に溶けこまないような比較的短い時間でメルト
バック操作を行なう事が必要である。なお、種結晶ｌを
直接成長させずに新たに引き上げ成長法を行なうのは、
高濃度ドープされた結晶に特有の析出物転位ループなど
の微小欠陥発生を抑制するためである。この結晶成長に
よシ得られた結晶２はインゴット全域にわたって約１０
’Ω・儂の高比抵抗を示し、転位密度も全域にわたって
１０”個／ｃｔＡ以下であシ、エツチング慨斃から微小
欠陥の発生も認められなかった。従って、ウェハー面内
の電気特性も均一性の良い事がわかった。
原料メルト４は直接合成法で作製されたものを用いてい
る。この種結晶ｌと原料メルト４とを接触させる際には
充分な核成長が起きる様に、例えばＡ７がメルト中にあ
まシ大量に溶けこまないような比較的短い時間でメルト
バック操作を行なう事が必要である。なお、種結晶ｌを
直接成長させずに新たに引き上げ成長法を行なうのは、
高濃度ドープされた結晶に特有の析出物転位ループなど
の微小欠陥発生を抑制するためである。この結晶成長に
よシ得られた結晶２はインゴット全域にわたって約１０
’Ω・儂の高比抵抗を示し、転位密度も全域にわたって
１０”個／ｃｔＡ以下であシ、エツチング慨斃から微小
欠陥の発生も認められなかった。従って、ウェハー面内
の電気特性も均一性の良い事がわかった。
この実施例は、ＱａＡｓについてのみ説明したが、本発
明はよシ高い電子移動度の期待されているＩｎＡｓ 、
ＩｎＰ等の■−■化合物の結晶成長にも当然適用される
。
明はよシ高い電子移動度の期待されているＩｎＡｓ 、
ＩｎＰ等の■−■化合物の結晶成長にも当然適用される
。
第１図はＧａＡｓ引き上げ結晶の肩部形成時において理
論的に計算された内部ストレスの断面パターン、第２図
は本発明の実施例による結晶成長装置の断面図である。 図において ｌ・・−・・・種結晶、２・・・・・・成長結晶、３・
・・・・・Ｂ２Ｏ３封止液、４・・・・・・原料メルト
、５・・・・・・ＰＢＮルツボ、６・・・・・・ヒータ
である。 第１ 図 第２ 図
論的に計算された内部ストレスの断面パターン、第２図
は本発明の実施例による結晶成長装置の断面図である。 図において ｌ・・−・・・種結晶、２・・・・・・成長結晶、３・
・・・・・Ｂ２Ｏ３封止液、４・・・・・・原料メルト
、５・・・・・・ＰＢＮルツボ、６・・・・・・ヒータ
である。 第１ 図 第２ 図
Claims (1)
- 作成すべき化合物半導体結晶と同一径を有し、この半導
体結晶構成元素と等電子配位の不純物を高濃度に含んだ
半絶縁性無転位結晶を種結晶として用いて引き上げ成長
を行なう事を特徴とする化合物半導体の結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11134883A JPS605099A (ja) | 1983-06-21 | 1983-06-21 | 化合物半導体の結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11134883A JPS605099A (ja) | 1983-06-21 | 1983-06-21 | 化合物半導体の結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS605099A true JPS605099A (ja) | 1985-01-11 |
Family
ID=14558911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11134883A Pending JPS605099A (ja) | 1983-06-21 | 1983-06-21 | 化合物半導体の結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS605099A (ja) |
-
1983
- 1983-06-21 JP JP11134883A patent/JPS605099A/ja active Pending
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