JPS61247700A - ３−５族化合物半導体の製造方法 - Google Patents
３−５族化合物半導体の製造方法Info
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- JPS61247700A JPS61247700A JP8930785A JP8930785A JPS61247700A JP S61247700 A JPS61247700 A JP S61247700A JP 8930785 A JP8930785 A JP 8930785A JP 8930785 A JP8930785 A JP 8930785A JP S61247700 A JPS61247700 A JP S61247700A
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Landscapes
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (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】
〔産業上の利用分野〕
本発明はＩｌｌ −Ｖ族化合物半導体単結晶の作製方法
に関し、特にＧ ａ Ａ ｓ集積回路用基板及び光−電
子集積回路用基板に適した無転位ＧａＡｓ単結晶の製造
方法に関する。
に関し、特にＧ ａ Ａ ｓ集積回路用基板及び光−電
子集積回路用基板に適した無転位ＧａＡｓ単結晶の製造
方法に関する。
最近ＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体は高品質の結晶が得ら
れる様になυ、集積回路、光−電子集積回路及び電子素
子材料などに広く用いられる様になってきた。■−Ｖ族
化合物半導体の中でもガリウム砒素（ＯａＡｓ）は電子
移動度が大きく、発光し易く１だ光を検知するｈどの特
徴を有し、マイクロ波用トランジスタ、高速集積回路、
太陽電池及び光−電子素子材料として広く用いられつつ
ある。
れる様になυ、集積回路、光−電子集積回路及び電子素
子材料などに広く用いられる様になってきた。■−Ｖ族
化合物半導体の中でもガリウム砒素（ＯａＡｓ）は電子
移動度が大きく、発光し易く１だ光を検知するｈどの特
徴を有し、マイクロ波用トランジスタ、高速集積回路、
太陽電池及び光−電子素子材料として広く用いられつつ
ある。
Ｇ ａ Ａ、 ｓ単結晶が上述の集積回路用基板及び光
−電子集積回路基板として用いられるには比抵抗が１０
７Ω・α以上の半絶縁性を有する事、転位や格子欠陥な
どの物理的化学的欠陥がない事、残留不純物が少ない事
などが要求される。この中で特に転位や格子欠陥は集積
回路の特性に影響を与え歩留シを低下させる原因になっ
ている。
−電子集積回路基板として用いられるには比抵抗が１０
７Ω・α以上の半絶縁性を有する事、転位や格子欠陥な
どの物理的化学的欠陥がない事、残留不純物が少ない事
などが要求される。この中で特に転位や格子欠陥は集積
回路の特性に影響を与え歩留シを低下させる原因になっ
ている。
最近Ｏａ Ａ ｓ結晶中にインジウム（Ｉｎ）元素を添
加する事により転位を著しく軽減できる事が明らかにな
っ″てさた。Ｉｎを添加して無転位化されたＧａＡｓ結
晶を用いて集積回路を作製すると、個々の電界効果トラ
ンジスタの代表的パラメーターであるしきい値電圧（ｖ
ｔｈ）のバラツキを減少させる事ができる。
加する事により転位を著しく軽減できる事が明らかにな
っ″てさた。Ｉｎを添加して無転位化されたＧａＡｓ結
晶を用いて集積回路を作製すると、個々の電界効果トラ
ンジスタの代表的パラメーターであるしきい値電圧（ｖ
ｔｈ）のバラツキを減少させる事ができる。
しかし固液界面での温度勾配が４Ｑ’Ｑ／ｃｍ以上では
、Ｇ ａ Ａ ｓ基板を無転位化するには、添加するＩ
ｎ濃度が５ Ｘ ｌ ０１９ｃｍ−”以上必要であシ、
１０×ｌＱ２’ｃｍ−”から３． Ｑ ｘ ｌ Ｑ ２
０６ｍ−３の範囲内で最もその効果が太きい。しかしこ
の様に多重のＩｎを添加するとイオン打込みした原子の
活性化率の低下をもたらすという欠点がある。
、Ｇ ａ Ａ ｓ基板を無転位化するには、添加するＩ
ｎ濃度が５ Ｘ ｌ ０１９ｃｍ−”以上必要であシ、
１０×ｌＱ２’ｃｍ−”から３． Ｑ ｘ ｌ Ｑ ２
０６ｍ−３の範囲内で最もその効果が太きい。しかしこ
の様に多重のＩｎを添加するとイオン打込みした原子の
活性化率の低下をもたらすという欠点がある。
また、この上うガ基板上にＧａＡｓをエピタキシャル成
長させた場合、格子不整のために良質なエピタキシャル
層が得られない等の問題点がある。
長させた場合、格子不整のために良質なエピタキシャル
層が得られない等の問題点がある。
これは光−電子集積回路用基板としては致命釣人欠点で
ある。
ある。
本発明の目的は上記欠点を除いたＧ ａ Ａ、 ｓ単結
晶の成長方法を提供するものである。
晶の成長方法を提供するものである。
本発明によれば、０ａＡｓ単結晶をインジウム元素を４
． Ｑ ｘ ｌ Ｑ ”Ｃｍ−”以上６０ Ｘ １０”
Ｃｍ−３以下ＶＣガる様にチョクラルスキー法で作製し
ている。特にＧ ａ Ａ ｓ溶液から引き上げる時、固
液界面の温度勾酸を５〜４０°Ｃ／Ｃｍにしてインジウ
ムをＧ ａ Ａ−ｓ結晶中に含せせている。
． Ｑ ｘ ｌ Ｑ ”Ｃｍ−”以上６０ Ｘ １０”
Ｃｍ−３以下ＶＣガる様にチョクラルスキー法で作製し
ている。特にＧ ａ Ａ ｓ溶液から引き上げる時、固
液界面の温度勾酸を５〜４０°Ｃ／Ｃｍにしてインジウ
ムをＧ ａ Ａ−ｓ結晶中に含せせている。
Ｏａ Ａ、 ｓ固液界面の温度勾配は従来４０℃／ｃｍ
以下にする事は困難とされて来たが、液体封止Ｉ酌の厚
みや多段ヒーターの構造及び保温筒の形状を最適化する
事により４０℃／ｃｍ以下５℃／ｃｍ以上にできる。こ
の様な低温度勾配下では結晶中の残留熱歪が少な（Ｉ
ｎを添加しない場合でも化学腐食法による転位密度が２
Ｘ Ｉ Ｑ３（１ｍ−３〜４ Ｘ Ｉ Ｑ”１ｌ１７
ｉ ２の結晶が得られる。この低温度勾配の条件下では
第１図に示す様に、結晶中に含１れるＩｎの濃度が４．
Ｏｘ ］、 ０１ａｃｍ３から６．Ｏｘ １０１９ｃｙ
ｎ−３ノ範囲内で無転位化できる。尚温度勾配が５°Ｃ
／σ以下では、結晶成長の際、結晶形状の制御が困難に
なυ、直径の急激な増減により転位が導入され無転位化
できない。この範囲内でＩｎを添加した結晶をＧ ａ
Ａ−ｓ集積回路用基板として用いた場合、イオン打ち込
みした原子の活性化率は第２図に示す様にＩｎ濃度の高
いものより良好である。これはイオン注入した原子が基
板中のインジウムと反応し、活性化を妨げるためである
。
以下にする事は困難とされて来たが、液体封止Ｉ酌の厚
みや多段ヒーターの構造及び保温筒の形状を最適化する
事により４０℃／ｃｍ以下５℃／ｃｍ以上にできる。こ
の様な低温度勾配下では結晶中の残留熱歪が少な（Ｉ
ｎを添加しない場合でも化学腐食法による転位密度が２
Ｘ Ｉ Ｑ３（１ｍ−３〜４ Ｘ Ｉ Ｑ”１ｌ１７
ｉ ２の結晶が得られる。この低温度勾配の条件下では
第１図に示す様に、結晶中に含１れるＩｎの濃度が４．
Ｏｘ ］、 ０１ａｃｍ３から６．Ｏｘ １０１９ｃｙ
ｎ−３ノ範囲内で無転位化できる。尚温度勾配が５°Ｃ
／σ以下では、結晶成長の際、結晶形状の制御が困難に
なυ、直径の急激な増減により転位が導入され無転位化
できない。この範囲内でＩｎを添加した結晶をＧ ａ
Ａ−ｓ集積回路用基板として用いた場合、イオン打ち込
みした原子の活性化率は第２図に示す様にＩｎ濃度の高
いものより良好である。これはイオン注入した原子が基
板中のインジウムと反応し、活性化を妨げるためである
。
一方しきい値電圧のウェハー面内のバラツキの標準偏差
も添加したＩｎが結晶内部に成長縞やＩｎの析出等の欠
陥を形成するために第３図に示す様にＩｎ濃度が増加す
るに従って大きくなる。
も添加したＩｎが結晶内部に成長縞やＩｎの析出等の欠
陥を形成するために第３図に示す様にＩｎ濃度が増加す
るに従って大きくなる。
また、この範囲内でＩｎを添加した結晶にエピタキシャ
ル層を成長させると、第４図に示す様にマンドープ結晶
と同程度の結晶性のものが得られるがＩｎ濃度か増加す
るに従って、基板結晶との格子不整のためエピタキシャ
ル層の結晶性は悪くなる。尚結晶性についてはＸ線ロッ
キング曲線の半値幅で評価した。
ル層を成長させると、第４図に示す様にマンドープ結晶
と同程度の結晶性のものが得られるがＩｎ濃度か増加す
るに従って、基板結晶との格子不整のためエピタキシャ
ル層の結晶性は悪くなる。尚結晶性についてはＸ線ロッ
キング曲線の半値幅で評価した。
以下、本発明による実施例を示す。
４インチ径のＰ Ｂ Ｎるつは中にガリウムと砒素を等
化学当量ずつ２１００ｇチャージしさらにインジウムを
８０ｇと添加量と等化学当量の砒素を加えた。液体封止
剤であるＢ２Ｏ３層の厚みは１００關とし上部に熱しゃ
へい板を置き固液界面の温度勾配を７０°Ｃ／ｃ！ｎに
し直径５４訂、長さ８０闘の単結晶Ａを作製した。一方
インジウムを８ｇと等化学等量の砒素を加え、３つのヒ
ーターを各々コントロールして固液界面の温度勾配を２
０°Ｃ／ｃＩｎとし、他は結晶Ａと同じ製造方法を用い
て単結晶Ｂを作製した。
化学当量ずつ２１００ｇチャージしさらにインジウムを
８０ｇと添加量と等化学当量の砒素を加えた。液体封止
剤であるＢ２Ｏ３層の厚みは１００關とし上部に熱しゃ
へい板を置き固液界面の温度勾配を７０°Ｃ／ｃ！ｎに
し直径５４訂、長さ８０闘の単結晶Ａを作製した。一方
インジウムを８ｇと等化学等量の砒素を加え、３つのヒ
ーターを各々コントロールして固液界面の温度勾配を２
０°Ｃ／ｃＩｎとし、他は結晶Ａと同じ製造方法を用い
て単結晶Ｂを作製した。
単結晶Ａと単結晶Ｂの各結晶につき、直胴部の上部から
２０關の部分からウエノ・−を切り出し、化学腐食法で
転位密度を調べた結果無転位であった。こｉ′Ｌらに隣
接するウェハーを用いて電界効果トランジスタの集積回
路を作製し、代表的な素子特性であるしきい値電圧（ｖ
ｔｈ）のバラツキ（σＶｔｈ）を測定した結果、単結晶
Ａでは２０ｍＶと太きかったが、単結晶Ｂでは６ｍＶと
小さかった。
２０關の部分からウエノ・−を切り出し、化学腐食法で
転位密度を調べた結果無転位であった。こｉ′Ｌらに隣
接するウェハーを用いて電界効果トランジスタの集積回
路を作製し、代表的な素子特性であるしきい値電圧（ｖ
ｔｈ）のバラツキ（σＶｔｈ）を測定した結果、単結晶
Ａでは２０ｍＶと太きかったが、単結晶Ｂでは６ｍＶと
小さかった。
甘だ活性化率は単結晶Ａでは１１チで、単結晶Ｂでは４
５チであった。
５チであった。
以上説明した様に、本発明による方法を用れば結晶中に
含才れるＩｎ濃度の少い無転位Ｇ ａ Ａ ｓ結晶を得
る事ができこの結晶から得られるウエノ・−に電界効果
トランジスタを作製する事によ少時性バラツキの極めて
小い電界効果トランジスタが得られＧａＡｓＩＣの高集
化ができる効果がある。さらにこのウェハー上にエピタ
キシャル層を成長させた場合、転位のない結晶性の優れ
た層を形成する事ができ、光−電子結合型集積回路用基
板として使用できる効果がある。
含才れるＩｎ濃度の少い無転位Ｇ ａ Ａ ｓ結晶を得
る事ができこの結晶から得られるウエノ・−に電界効果
トランジスタを作製する事によ少時性バラツキの極めて
小い電界効果トランジスタが得られＧａＡｓＩＣの高集
化ができる効果がある。さらにこのウェハー上にエピタ
キシャル層を成長させた場合、転位のない結晶性の優れ
た層を形成する事ができ、光−電子結合型集積回路用基
板として使用できる効果がある。
第１図は固液界面の温度勾配とＧａＡｓ基板を無転位化
するのに必要な結晶中のインジウム量についての関係を
示すグラフである。第２図は結晶中のＩｎ濃度と活性化
率の関係を示すグラフである。 第３図に結晶中のＩｎ９度と電界効果トランジスタのし
きい値電圧のバラツキ（σｖｔｈ）の関係ヲ示すグラフ
である。第４図に結晶中のＩｎ濃度とエピタキシャル層
のＸ線ロックキング−カーブの半値幅の関係を示すグラ
フである。
するのに必要な結晶中のインジウム量についての関係を
示すグラフである。第２図は結晶中のＩｎ濃度と活性化
率の関係を示すグラフである。 第３図に結晶中のＩｎ９度と電界効果トランジスタのし
きい値電圧のバラツキ（σｖｔｈ）の関係ヲ示すグラフ
である。第４図に結晶中のＩｎ濃度とエピタキシャル層
のＸ線ロックキング−カーブの半値幅の関係を示すグラ
フである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ＧａＡｓ単結晶をインジウム元素を４．０×１０＾
１＾８ｃｍ＾−＾３以上６．０×１０＾１＾９ｃｍ＾−
＾３以下含有するようにＧａＡｓ溶液から単結晶を成長
種として引き上げて形成する事を特徴とするIII−Ｖ族
化合物半導体の製造方法。 ２、前記ＧａＡｓ溶液と前記単結晶を成長種として引き
上げて形成されたＧａＡｓ単結晶との固液界面の温度勾
配を５〜４０℃／ｃｍとすることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8930785A JPS61247700A (ja) | 1985-04-25 | 1985-04-25 | ３−５族化合物半導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8930785A JPS61247700A (ja) | 1985-04-25 | 1985-04-25 | ３−５族化合物半導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61247700A true JPS61247700A (ja) | 1986-11-04 |
| JPH042559B2 JPH042559B2 (ja) | 1992-01-20 |
Family
ID=13967005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8930785A Granted JPS61247700A (ja) | 1985-04-25 | 1985-04-25 | ３−５族化合物半導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61247700A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02229797A (ja) * | 1989-03-02 | 1990-09-12 | Hitachi Cable Ltd | 低転位密度ガリウム砒素単結晶の製造方法 |
| JP2022008146A (ja) * | 2020-06-12 | 2022-01-13 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | ＧａＡｓインゴットおよびＧａＡｓインゴットの製造方法、ならびにＧａＡｓウエハ |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5895699A (ja) * | 1981-12-03 | 1983-06-07 | Nec Corp | Ｇａａｓ単結晶の育成方法 |
| JPS59131598A (ja) * | 1983-01-18 | 1984-07-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ＧａＡｓ単結晶の製造方法 |
-
1985
- 1985-04-25 JP JP8930785A patent/JPS61247700A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5895699A (ja) * | 1981-12-03 | 1983-06-07 | Nec Corp | Ｇａａｓ単結晶の育成方法 |
| JPS59131598A (ja) * | 1983-01-18 | 1984-07-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ＧａＡｓ単結晶の製造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02229797A (ja) * | 1989-03-02 | 1990-09-12 | Hitachi Cable Ltd | 低転位密度ガリウム砒素単結晶の製造方法 |
| JP2022008146A (ja) * | 2020-06-12 | 2022-01-13 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | ＧａＡｓインゴットおよびＧａＡｓインゴットの製造方法、ならびにＧａＡｓウエハ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH042559B2 (ja) | 1992-01-20 |
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