JPS61178497A - 低転位密度ひ化ガリウム単結晶の成長方法 - Google Patents

低転位密度ひ化ガリウム単結晶の成長方法

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JPS61178497A
JPS61178497A JP60019506A JP1950685A JPS61178497A JP S61178497 A JPS61178497 A JP S61178497A JP 60019506 A JP60019506 A JP 60019506A JP 1950685 A JP1950685 A JP 1950685A JP S61178497 A JPS61178497 A JP S61178497A
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single crystal
gaas
dislocation density
melt
gallium arsenide
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JP60019506A
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Koji Sumino
角野　浩二
Fumikazu Yajima
矢島　文和
Toshihiko Ibuka
井深　敏彦
Fumio Orito
文夫 折戸
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Monsanto Chemical Co
Mitsubishi Chemical Industries Ltd
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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
    • 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
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    • 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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  • Metallurgy (AREA)
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  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (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。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、液体封止チョクラルスキー法（以下ＥＬＥＣ
法」という、）による、低転位密度ひ化ガリウム（Ｇａ
Ａｓ）単結晶の成長方法に関する。
「従来の技術」 ＧａＡｓ単結晶は、電子移動度がシリコン単結晶よりも
大であるという特徴を有しており、この特徴を生かして
、超高周波用電界効果トランジスター（ＦＥＴ）、集積
回路（ＩＣ）等の基板としで広く使用されている［長谷
用芙機、「情報処理」且（１）３７〜４６（１９８４）
］、Ｇ＠Ａｓ単結晶から切り出しなウェハを、これらの
素子の基板として使用するに際しでは、そのウェハが高
純度であること、半絶縁性を有すること、転位が小さい
こと等が要求される。
特に転位が存在すると、その部分に形成されたＩＣ等の
素子が正常な動作をしないので、チップ面積の大きい高
集積度ＩＣ，高出力ＦＥＴ等の基板として使用するには
、転位密度の小さいＧａＡｓ単結晶から切り出したウェ
ハが必要とされていた。
かかる単結晶を成長させるには、高純度のＧａＡｓ単結
晶を成長させることが容易である、ＬＥＣ法が用いられ
ている［長谷用芙機「日本金属学会会報Ｊ２３（７）５
８６〜５９２（１９８４）］。
「発明が解決しようとする問題点」 ＬＥＣ法では、ルツボ内のＧａＡａ融液表面上を封止剤
であるＢ　２０　ｓ融液が覆っているが、このＢ２０．
融液層中での温度勾配が大きい（〜１００℃／ｃＩＩ）
、そのため、引き上げたＧ　ａ　Ａ　ｓ単結晶が、Ｂ　
ｔ　Ｏｓ層を通過する際に、大きな熱応力を受け、これ
が一つの原因となって、上記結晶中に多数の転位が発生
していた。一般に、ＬＥＣ法で得られたＧａＡｓ単結晶
の転位密度は、エッチ・ピット密度（ＦＰＤ）値で１０
　’〜１０　’ａｍ−”程度であった。
さらに、ＬＥＣ法で得られたＧａＡｓ単結晶の、引き上
げ方向に垂直な面内での転位密度は、外周部で最も高く
、次に中心部が高くなって、外周部と中心部の闇に、ド
ーナッツ状に転位密度が小さい部分があるという、いわ
ゆる「Ｗ字状」の分布を示していた。
本発明者等は、低転位密度であって、かつ、啄位密度の
引き上げ方向に垂直な面での分布が均一な、ＧａＡｓ単
結晶を製造することを目的として鋭意研究を重ねた結果
、本発明に到達したものである。
ｒ問題魚を解決するための手段」 本発明の上記の目的は、ＬＥＣ法によりＧａＡｓ融液か
ら、ＧａＡｓ単結晶を成長させる方法において、上記融
液中に酸化ガリウムおよび三酸化二ひ素の少なくとも一
方を、上記融液中の酸素濃度が１×１０Ｉ＠〜２Ｘ１０
”ａｍ−コとなるように、添加する方法によって達せら
れる。
本発明方法の実施に用いられるＬＥＣ成長装置としては
、特殊な装置は必要なく、通常用いられるＬＥＣ成長装
置でよい、ルツボは、ＰＢＮ（熱分解型窒素ホウ素）製
、または、ＰＢＮで表面をコーティングしたものが、不
純物の混入が少な（好ましいが、グラ７フイト製のもの
でもよい。
また、加熱は、円筒形、ワイングラス形等のグラファイ
ト製のヒーターを用いて、抵抗加熱するのが一般的であ
る。＊た、必要に応じて、ルツボの上方にグラ７フイト
製のヒートシールドを設置するか、円筒状のヒーターを
設けて装置内の温度勾配を調節しでもよい。
単結晶成長の際は、ＬＥＣ成長装置内は、アルゴンその
他の不活性気体を用いて、通常は、１０〜６０ｋｇ／ｃ
霞２（ゲージ圧）に加圧される。
液体封止剤としては、水分を十分に除去した高純度の酸
化ホウ素（Ｂ、Ｏ，）を用いるのが一般的である。
ＧａＡｓ単結晶の成長にあたっては、ルツボに所定量の
Ｂ　２０　ｓ及びＧａＡｓ多結晶を装入する。
また、ＧａＡｓ多結晶の代りに、又は、ＧａＡｓ多結晶
とともに、金属Ｇａ及び当量より、やや過剰の元素状Ａ
ｓを装入しでもよい、この場合は、ルツボを加熱、昇温
する過程でＧａＡｓ融液が形成される。
次に、上記ルツボに酸化ガリウム（ＧａｚＯ＊）及び三
酸化二ひ素（Ａｓｉａｓ）の少なくとも一方を、加える
。Ｇａ２０ｉ及びＡｓ５ｅ３の添加量は計算値で、Ｇａ
Ａｓ融液中の酸素濃度が１×１０ＩＩ〜２Ｘ　１０　”
ｃｍ−コ、好ましくは、３Ｘ１０’雷〜３．５Ｘ　１０
　”ａｍ−’　となる量が一当である。酸素濃度が、ｌ
Ｘｌ０”ａｍ−り未満では、得られたＧａＡｓ単結晶の
転位密度を減少させることが困難であり、２Ｘ１０”ａ
ｍ−コを題えるとＧａＡｓ単結晶を得ることが困難とな
り、さらに、たとえＧａＡｓ単結晶が得られでも、転位
等の結晶欠陥がかえって増加するので好ましくない。
Ｇ　ａ　ｘ　Ｏ３及びＡｓｔ０３は、それぞれ単独で添
加してもよく、また、併用する場合両者の比率は任意で
よい、しかしながら、Ｇａ２Ｏ３及びＡｓｔＯ＝を等モ
ル量添加すると、ＧａまたはＡｓの空格子点の発生を防
止できるので好ましい。
金属Ｇａ及び元素状ＡｓからＧａＡｓ融液を形成する方
法による場合、Ｇａ＊Ｏｓ及びＡｓ１０３の添加量に応
じて、金属Ｇａおよび元素状Ａｓの比率を調節するのが
好ましい。
その他の、ＬＥＣ法による単結晶成長条件は、通常の条
件でよい。
「発明の効果」 本発明方法によって得られるＧａＡｓ単結晶は、従来方
法によって得られたＧａＡｓ単結晶に比較して、転位密
度を低くすることができ、エッチピット密度（Ｅ　Ｐ　
Ｄ　）で５０００ｃ論−２以下とすることができる。
さらに、引き上げ方向に垂直な面内での転位分布も均一
にすることができる。
「実施例」 実施例及び比較例に基づいて、本発明を、具体的に説明
する。
以下の実施例及び比較例において、ＬＥＣ装置としては
、英国メタルリサーチ社製「ＭｓＲ−６Ｊ型を用いた。
また、転位密度は、ＥＰＤにより表示した。ＥＰＤは、
３５０℃の溶融水酸化カリウム中に測定試料を２０分間
浸漬した後、顕微鏡によりエッチ・ピットを測定した。
測定試料を切り出した部分の同化率は、単結晶の全重量
と当該部分より種結晶側の重量との比率により表示した
６ 実施例 直径１５０ｍｍのＰＢＮルツボに、Ｇａ１５００ｇ％Ａ
ｓ　１６３１．６ｇ、　Ｇａ’ｉ０ｓ　１．５ｇ、　Ａ
ｓｔＯｓｌ、５８ｇ、Ｂ２０＊　６００ｇを収容し、高
圧単結晶引き上げ装置内で、６５　ｋｇ／　ａｍ”　（
デージ圧、以下同じ）以上の圧力で１４００℃まで昇温
し、ＧａＡｓ融液を合成した。続いて、圧力を２０ｋ。
７ｃｍ”とし、種結晶をＧａＡｓ融液に接触させ、回転
しながら７ｍｍ／ｈの速度で、＜ｉｏｏ＞方向に、Ｇａ
Ａｓ単結晶を引き上げた。結晶お上びルツボの回転数は
、それぞれ時計回りに８　ｒｐｍ、反時計回りに１０ｒ
ｐ−とした０重量２０００ｇ、直径８０ｍ＊φの結晶の
直胴部上部、固化率０．１０の部分からウェハを切り出
し、ＥＰＤ及び比抵抗値の測定を行なった。ウェハ内の
ＥＰＤは、外周部も含めて１５０００ｃｍ−”の値で均
一に分布し、ウェハ内にはリネージ（線状欠陥）、析出
物の欠陥は認められなかった。抵抗値は、外周部で低下
する傾向を示したが、面内ですべてｌＸｌ０’ΩＣ論以
上の半絶縁性を示した。結晶の直胴部下部、固化率０．
６１の部分から（１００１面ウェハを切り出し、同様の
測定を行なったところ、ＥＰＤ値の増加が認められたが
、面内径方向８点の平均値は２４００ｃｍ−”であり、
最も高い部分でも２８５０ｅ１ｍ−”の値であった。
比較例 実施例において、ＧＩＬ２０３　とＡｓ２ｅｓの添加を
行なわず、他はまったく同じ条件で結晶成長を行ない、
結晶直胴部上部、固化率０．１２の部分からウェハを切
り出し、ＥＰＤの測定を行なったところ、面内８点の平
均値は１０５００ｃｍ−”でり、最低６０００ｃｍ−”
、最高２５０００ｃｍ−”であった。
特許出願人　玉菱モンサント化成株式会社三菱化成工業
株式会社 代　理　人　弁理士　長径用　　− （ばか１名）

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）液体封止チョクラルスキー法により、ひ化ガリウ
    ム融液から、ひ化ガリウム単結晶を成長させる方法にお
    いて、上記融液中に、酸化ガリウム及び三酸化二ひ素の
    少なくとも一方を、上記融液中に酸素濃度が１×１０＾
    １＾７〜２×１０＾２＾１ｃｍ＾−＾３に相当する量を
    、添加することを特徴とする方法。
  2. （２）酸化ガリウム及び三酸化二ひ素を等モル量添加す
    る特許請求の範囲第１項記載の方法。
JP60019506A 1985-02-04 1985-02-04 低転位密度ひ化ガリウム単結晶の成長方法 Pending JPS61178497A (ja)

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