JPS6270300A - 半絶縁性ＧａＡｓ単結晶 - Google Patents
半絶縁性ＧａＡｓ単結晶Info
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- JPS6270300A JPS6270300A JP20531785A JP20531785A JPS6270300A JP S6270300 A JPS6270300 A JP S6270300A JP 20531785 A JP20531785 A JP 20531785A JP 20531785 A JP20531785 A JP 20531785A JP S6270300 A JPS6270300 A JP S6270300A
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Landscapes
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は熱処理による比抵抗の変化がなく、かつ高比抵
抗の■−■族化合物結晶、特にＧ■＄結晶に関するもの
である。
抗の■−■族化合物結晶、特にＧ■＄結晶に関するもの
である。
半絶縁性ＧａＡｓ単結晶は電子移動度がシリコンの５〜
６倍と速く、かつ、素子間の分離が不要である等の特徴
を有し、近年超高速ＩＣ用基板として注目されている。
６倍と速く、かつ、素子間の分離が不要である等の特徴
を有し、近年超高速ＩＣ用基板として注目されている。
前記基板には主としてショットキー。ゲート電界効果ト
ランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）が形成されるが、上記基板
の電気特性がいかに再現性よく実現されるかが、特に工
業的な面では重要な問題である。これは、 ＭＥＳＦＥ
Ｔはシリコン等をイオン注入して活性化熱処理すること
により導電層を形成しているが、この熱処理工程におい
てイオン注入されていない部分の比抵抗が低下すると。
ランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）が形成されるが、上記基板
の電気特性がいかに再現性よく実現されるかが、特に工
業的な面では重要な問題である。これは、 ＭＥＳＦＥ
Ｔはシリコン等をイオン注入して活性化熱処理すること
により導電層を形成しているが、この熱処理工程におい
てイオン注入されていない部分の比抵抗が低下すると。
隣り合った素子間の絶縁が不十分になるためであり、ま
た高密度に素子を形成するためにはできるだけ基板の比
抵抗が高いものが要求されている。
た高密度に素子を形成するためにはできるだけ基板の比
抵抗が高いものが要求されている。
すなわち、超高密度、超高速ＩＣ用基板としては熱変成
がなくかつできるだけ比抵抗が高く、不純物濃度の低い
高品質結晶が必要である。
がなくかつできるだけ比抵抗が高く、不純物濃度の低い
高品質結晶が必要である。
従来、比抵抗が高い半絶縁性ＧａＡｓ単結晶としては、
■クロムをドープしたＧａＡｓ 、■酸素をドーグした
ＧａＡｓ 、■酸素とクロムをドープしたＧａＡｓなど
が、ブリッジマン法等により製造されているが。
■クロムをドープしたＧａＡｓ 、■酸素をドーグした
ＧａＡｓ 、■酸素とクロムをドープしたＧａＡｓなど
が、ブリッジマン法等により製造されているが。
これらは比抵抗で・１０’Ω・α以上の値を示すが、ド
ープ不純物および残留不純物濃度が高く、熱処理による
比抵抗の低下が大きかったり、電子移動度が低下したり
するなど超高密度−超高速ＩＣ用基板としては、：ｉｌ
！シていない欠点がある。これらは例えば特公昭５９−
１９９１１号公報あるいは特開昭４８−１０２５７０号
公報に開示されている。これに対してＰＢＮルツボを用
いた直接合成ＬＥＣ法によるＧａＡｓ結晶はアンドープ
でも半絶縁性を示し、 ＩＣ用基板として適している。
ープ不純物および残留不純物濃度が高く、熱処理による
比抵抗の低下が大きかったり、電子移動度が低下したり
するなど超高密度−超高速ＩＣ用基板としては、：ｉｌ
！シていない欠点がある。これらは例えば特公昭５９−
１９９１１号公報あるいは特開昭４８−１０２５７０号
公報に開示されている。これに対してＰＢＮルツボを用
いた直接合成ＬＥＣ法によるＧａＡｓ結晶はアンドープ
でも半絶縁性を示し、 ＩＣ用基板として適している。
ＩＪＣ法にａいて水分を２００〜１１０００ｐＩ）の範
囲内で含有するＢｔＯ，を使用して成長したＧａＡｓ単
結晶は約５ Ｘ １０’〜２ Ｘ １０’Ωａの比抵抗
を示し。
囲内で含有するＢｔＯ，を使用して成長したＧａＡｓ単
結晶は約５ Ｘ １０’〜２ Ｘ １０’Ωａの比抵抗
を示し。
前記単結晶から得たウェハーを熱処理した場合。
熱処理前後の抵抗率の比が０．８〜１．２となること、
また水分を２５０〜６００ ｐｐｍ含有するＢ、Ｏ，を
使用すると。
また水分を２５０〜６００ ｐｐｍ含有するＢ、Ｏ，を
使用すると。
前記抵抗率の比が約１になり、かつ比抵抗が１×１０６
〜７ Ｘ １０’Ω・αの範囲になることが、特開昭６
０−７１６００号公報に開示されている。このことは半
絶縁性ＧａＡｓ結晶の抵抗かＢ、０３の水分に関係する
ことを示しているが、この方法では結晶の比抵抗がｌＸ
ｌ０’Ω・αより小さい場合には、熱処理前後の抵抗率
の比がたとえ１であってもＩＣ用基板としては不適当で
ある。また比抵抗の高いものほど、熱処理後の比抵抗の
低下量が大きい傾向を示すことから、熱処理による比抵
抗の変化がなくかつ比抵抗の高い結晶を再現性良く得る
ことは置端であり。
〜７ Ｘ １０’Ω・αの範囲になることが、特開昭６
０−７１６００号公報に開示されている。このことは半
絶縁性ＧａＡｓ結晶の抵抗かＢ、０３の水分に関係する
ことを示しているが、この方法では結晶の比抵抗がｌＸ
ｌ０’Ω・αより小さい場合には、熱処理前後の抵抗率
の比がたとえ１であってもＩＣ用基板としては不適当で
ある。また比抵抗の高いものほど、熱処理後の比抵抗の
低下量が大きい傾向を示すことから、熱処理による比抵
抗の変化がなくかつ比抵抗の高い結晶を再現性良く得る
ことは置端であり。
さらｌこ、Ｂ、Ｏ，中の水分量が増大するほど双晶や多
結晶の発生割合が増大すること、ｍ成元素であるＧａが
馬Ｏ３中にくわれやすくなり、融液の組成（Ｇａ／Ａｓ
モル比）自体が変化して組成による結晶特性の変化が生
じてしまい、製造歩留りの低下ひいてはウェハーコスト
の増大を招くという問題点がある。
結晶の発生割合が増大すること、ｍ成元素であるＧａが
馬Ｏ３中にくわれやすくなり、融液の組成（Ｇａ／Ａｓ
モル比）自体が変化して組成による結晶特性の変化が生
じてしまい、製造歩留りの低下ひいてはウェハーコスト
の増大を招くという問題点がある。
さらに、結晶中の炭素濃度を低減すると熱処理による比
抵抗の変化が少なくなることが開示されている。しかし
ながら、炭素＠ｋを低減するほど結晶の比抵抗が低下す
る傾向を示すことから、高比抵抗の再現性が不十分であ
ることがわかった。これらの比抵抗特性の不安定さは比
抵抗が何によって支配され”Ｃいるのががいまだ十分解
明されていないことが原因である。従って、上述したよ
うにＩＣ用基板として熱処理による比抵抗の低下がなく
かつできるだけ比抵抗の高い結晶を再現性良く、得るこ
とができず、従来技術ではＩＣ用基板として実用に供す
ることができない欠点があった。
抵抗の変化が少なくなることが開示されている。しかし
ながら、炭素＠ｋを低減するほど結晶の比抵抗が低下す
る傾向を示すことから、高比抵抗の再現性が不十分であ
ることがわかった。これらの比抵抗特性の不安定さは比
抵抗が何によって支配され”Ｃいるのががいまだ十分解
明されていないことが原因である。従って、上述したよ
うにＩＣ用基板として熱処理による比抵抗の低下がなく
かつできるだけ比抵抗の高い結晶を再現性良く、得るこ
とができず、従来技術ではＩＣ用基板として実用に供す
ることができない欠点があった。
本発明は上述の雑煮を解消したもので、非常に再現性良
（、熱処理による比抵抗の低下がなく。
（、熱処理による比抵抗の低下がなく。
かつ高比抵抗の半絶縁性ＧａＡｓ結晶を提供するもので
ある。
ある。
本発明は、直接合成ＬＥＣ法によって製造されるアンド
ープＧａＡｓ単結晶であって、結晶中に浅いアクセプタ
ーおよび浅いドナーレベルを形成する主要な残留不純物
である炭素およびシリコンの濃度がそれぞれ５ Ｘ １
０” ｔ、ｓ ’および２ Ｘ ＩＱＩＩｃｒｒ４以下
であり、かつ室温での比抵抗が約３ Ｘ １０’〜Ｉ
Ｘ １０”Ωαの範囲内の抵抗率を有することを特徴と
する半絶縁性−ＧａＡｓ単結晶を提供するものである。
ープＧａＡｓ単結晶であって、結晶中に浅いアクセプタ
ーおよび浅いドナーレベルを形成する主要な残留不純物
である炭素およびシリコンの濃度がそれぞれ５ Ｘ １
０” ｔ、ｓ ’および２ Ｘ ＩＱＩＩｃｒｒ４以下
であり、かつ室温での比抵抗が約３ Ｘ １０’〜Ｉ
Ｘ １０”Ωαの範囲内の抵抗率を有することを特徴と
する半絶縁性−ＧａＡｓ単結晶を提供するものである。
本発明の第２の特徴は上記単結晶をウェハーに切断して
約８５０℃の温度で約１５分間Ａｓ雰囲気中熱処理を行
っても前記ウェハーの熱処理前および熱処理後の比抵抗
の比が約１である半絶縁性ＧａＡｓ単結晶を提供するも
のである。即ち１本発明は直妾合成ＬＥＣ法によって製
造されるアンドープＧａＡｓ単結晶の比抵抗と主要な残
留不純物である炭素およびシリコン濃度との関係を種々
調べたところ第１図および第２図に示す関係を見い出し
たことに発している。第１図は熱処理前の比抵抗（ρＢ
Ａ）と熱処理後の比抵抗（ρλ人）の比（ρＢ人／ρ人
Ａ）と炭素濃度との関係を示したものである。これから
炭素濃度が約５ ｘ ＩＱ１５ｃｍ７”のとき、比抵抗
の比は約１であり、熱処理により比抵抗変化はほとんど
生じないことが判明した。
約８５０℃の温度で約１５分間Ａｓ雰囲気中熱処理を行
っても前記ウェハーの熱処理前および熱処理後の比抵抗
の比が約１である半絶縁性ＧａＡｓ単結晶を提供するも
のである。即ち１本発明は直妾合成ＬＥＣ法によって製
造されるアンドープＧａＡｓ単結晶の比抵抗と主要な残
留不純物である炭素およびシリコン濃度との関係を種々
調べたところ第１図および第２図に示す関係を見い出し
たことに発している。第１図は熱処理前の比抵抗（ρＢ
Ａ）と熱処理後の比抵抗（ρλ人）の比（ρＢ人／ρ人
Ａ）と炭素濃度との関係を示したものである。これから
炭素濃度が約５ ｘ ＩＱ１５ｃｍ７”のとき、比抵抗
の比は約１であり、熱処理により比抵抗変化はほとんど
生じないことが判明した。
しかし、炭素濃度が約５ Ｘ Ｉ Ｑ ｌ−１３の結晶
の比抵抗は約９ Ｘ １０’〜３ Ｘ １０’Ω鑵の範
囲を示し、 ＩＣ用基板としては十分な比抵抗とは言え
ない。第２図は結晶の比抵抗とシリコン濃度との関係を
示したものである。炭素濃度が約１×１０ｃｎｔ を境
にして、異なった傾向を示したが、いづれもシリコン濃
度が約２ ｘ １０ ｌｓ 慕−”以下で比抵抗は約３
×１０？〜１×１０８Ω・ｃｎｌの範囲を示した。そこ
で炭素濃度が約４ＸＩＱ”ｆｉでシリコン濃度が約１×
１０１１１ｃｒｒＬ の単結晶を作成し。
の比抵抗は約９ Ｘ １０’〜３ Ｘ １０’Ω鑵の範
囲を示し、 ＩＣ用基板としては十分な比抵抗とは言え
ない。第２図は結晶の比抵抗とシリコン濃度との関係を
示したものである。炭素濃度が約１×１０ｃｎｔ を境
にして、異なった傾向を示したが、いづれもシリコン濃
度が約２ ｘ １０ ｌｓ 慕−”以下で比抵抗は約３
×１０？〜１×１０８Ω・ｃｎｌの範囲を示した。そこ
で炭素濃度が約４ＸＩＱ”ｆｉでシリコン濃度が約１×
１０１１１ｃｒｒＬ の単結晶を作成し。
比抵抗を調べたところ、熱処理による比抵抗の低下は見
られず、かつ約７ Ｘ １０’Ω・儂と高い比抵抗を有
し、 ＩＣ用基板として十分な特性を示すことが判明し
た。
られず、かつ約７ Ｘ １０’Ω・儂と高い比抵抗を有
し、 ＩＣ用基板として十分な特性を示すことが判明し
た。
以上説明したように１本発明のＧａＡｓ単結晶は熱処理
による比抵抗の低下がなくかつ高い比抵抗を有し、残留
不純物が少なく高純度な結晶であるから、″ＮＬＮ格子
度も高く、超高密度・超高速ＩＣ用基板として適してい
る。すなわち、（１）素子間のリーク電流が従来結晶よ
り約半分以下であるから素子分離が容易になり、より高
集積化できる。（２）を子移動度も高く、より高速動作
するＭＥＳＦＥＴＩＣを製造することができる。（３）
工業的に利用することにより生産性が向上する１等の効
果が得られる。
による比抵抗の低下がなくかつ高い比抵抗を有し、残留
不純物が少なく高純度な結晶であるから、″ＮＬＮ格子
度も高く、超高密度・超高速ＩＣ用基板として適してい
る。すなわち、（１）素子間のリーク電流が従来結晶よ
り約半分以下であるから素子分離が容易になり、より高
集積化できる。（２）を子移動度も高く、より高速動作
するＭＥＳＦＥＴＩＣを製造することができる。（３）
工業的に利用することにより生産性が向上する１等の効
果が得られる。
以下１本発明の一実施例について説明する。第３図に示
す如く高圧引上機を用いてＭ’Ｓ合成ＬＥＣ法によりア
ンドープでＧａＡｓ単結晶を引上げた。原料は純度６〜
７Ｎｃ）ＧａとＡｓであり、 Ｂ、Ｏ，は水分量的１０
０１）ｐｍとできるだけ高純度なものを使用した。ルツ
ボはシリコン汚染のないＰＢＮ（２分解窒化ボロン）ル
ツボを用いた。ルツボは使用前に空気中７００’Ｃで３
０分間空焼きし、付着炭素を飛ばしたのち洗篠乾燥して
使用した。引上げ圧力は約７ａｔｍに設定した。これは
一般にガス圧力が高いほど結晶中の炭素濃度が高くなる
傾向があるためである。
す如く高圧引上機を用いてＭ’Ｓ合成ＬＥＣ法によりア
ンドープでＧａＡｓ単結晶を引上げた。原料は純度６〜
７Ｎｃ）ＧａとＡｓであり、 Ｂ、Ｏ，は水分量的１０
０１）ｐｍとできるだけ高純度なものを使用した。ルツ
ボはシリコン汚染のないＰＢＮ（２分解窒化ボロン）ル
ツボを用いた。ルツボは使用前に空気中７００’Ｃで３
０分間空焼きし、付着炭素を飛ばしたのち洗篠乾燥して
使用した。引上げ圧力は約７ａｔｍに設定した。これは
一般にガス圧力が高いほど結晶中の炭素濃度が高くなる
傾向があるためである。
作成した結晶を１ウエハー（こ切断したのち、Ｈｅａｄ
およびＴａ１１部の炭素ａ度、シリコンａ度および熱処
理前後の比抵抗を測定した。測定方法はそれぞれ赤外吸
収法（ＦＴ−ＩＲ）、プラズマ発光分析法（ＩＣＰ）。
およびＴａ１１部の炭素ａ度、シリコンａ度および熱処
理前後の比抵抗を測定した。測定方法はそれぞれ赤外吸
収法（ＦＴ−ＩＲ）、プラズマ発光分析法（ＩＣＰ）。
２端子法である。熱処理は８５０’Ｃ！、 １５分Ａｓ
Ｈ，ｇ囲気（Ａｓ圧〜３ Ｔｏｒｒ ）の条件で行なっ
た。これはシリコンイオン注入層の活性化熱処理条件と
同じである。
Ｈ，ｇ囲気（Ａｓ圧〜３ Ｔｏｒｒ ）の条件で行なっ
た。これはシリコンイオン注入層の活性化熱処理条件と
同じである。
測定結果をまとめて表−１に示す。
以下余白
これから＃１の結晶では炭素およびシリコン濃度ともそ
れぞれ５ Ｘ １０” ｃｒｔｔ−”および２×１０町
１１以下であり、その結果比抵抗は４〜６ Ｘ １０’
Ω・二の範囲であり熱処理による比抵抗の低下もごくわ
ずかであることが羅かめられた。＃２の結晶は同一条件
で引上げたものであり、十分再現性があることも確かめ
られた。このように本発明の単結晶は直接合成ＬＥＣ法
において、高純度素材を使用し１部材の清浄化や引上げ
条件を適正化することにより容易に実現することができ
る。
れぞれ５ Ｘ １０” ｃｒｔｔ−”および２×１０町
１１以下であり、その結果比抵抗は４〜６ Ｘ １０’
Ω・二の範囲であり熱処理による比抵抗の低下もごくわ
ずかであることが羅かめられた。＃２の結晶は同一条件
で引上げたものであり、十分再現性があることも確かめ
られた。このように本発明の単結晶は直接合成ＬＥＣ法
において、高純度素材を使用し１部材の清浄化や引上げ
条件を適正化することにより容易に実現することができ
る。
以上述べたごとく不発明は、特許請求の範囲に記載の如
く構成することにより、熱処理による比抵抗の低下がな
く、かつ高比抵抗の半絶縁性ＧａＡｓ結晶を提供するも
ので、超高密度、超高速ＩＣ用基板単結晶として工業的
にｉ要である。
く構成することにより、熱処理による比抵抗の低下がな
く、かつ高比抵抗の半絶縁性ＧａＡｓ結晶を提供するも
ので、超高密度、超高速ＩＣ用基板単結晶として工業的
にｉ要である。
第１図８よび第２図は本発明の原理を示すための図で第
１図は比抵抗と炭素濃度の関係、）耳２図は比抵抗とシ
リコン＃に度の関係を示す図である。 第３図は本発明の実施例の半絶縁性ＧａＡｓ単晴晶を製
造する方法を説明するための図である。 １：高圧容器。 ２：発熱対。 ３ ： ＰＢＮルツボ。 ４ ： Ｂ、Ｏ，。 ５：結 晶。 ６：雰 囲 気。 代理人 弁理士 則 近 憩 重 囲 竹 花 喜久男 ＣＡＲＢＯＮ Ｃ０ＮＣＥＮＴＲＡＴＩＯＮ （ｃｍ−
３）第 １ 図 ５ＩＬＩＣ’ＯＮ Ｃ０ＮＣＥＮＴＲＡＴＩＯＮ （
ｃｍ−）第２図
１図は比抵抗と炭素濃度の関係、）耳２図は比抵抗とシ
リコン＃に度の関係を示す図である。 第３図は本発明の実施例の半絶縁性ＧａＡｓ単晴晶を製
造する方法を説明するための図である。 １：高圧容器。 ２：発熱対。 ３ ： ＰＢＮルツボ。 ４ ： Ｂ、Ｏ，。 ５：結 晶。 ６：雰 囲 気。 代理人 弁理士 則 近 憩 重 囲 竹 花 喜久男 ＣＡＲＢＯＮ Ｃ０ＮＣＥＮＴＲＡＴＩＯＮ （ｃｍ−
３）第 １ 図 ５ＩＬＩＣ’ＯＮ Ｃ０ＮＣＥＮＴＲＡＴＩＯＮ （
ｃｍ−）第２図
Claims (2)
- （１）直接合成ＬＥＣ法によって製造されるアンドープ
ＧａＡｓ単結晶であって、上記結晶中に浅いアクセプタ
ーおよび浅いドナーレベルを形成する主要な残留不純物
である炭素およびシリコンの濃度がそれぞれ５×１０＾
１＾５ｃｍ＾−＾３および２×１０＾１＾５ｃｍ＾−＾
３以下であり、かつ室温での比抵抗が約３×１０＾７〜
１×１０＾８Ωｃｍの範囲内の抵抗率を有することを特
徴とする半絶縁性ＧａＡｓ単結晶。 - （２）上記半絶縁性ＧａＡｓ単結晶をウェハーに切断し
、前記ウェハーを約８５０℃の温度で約１５分間Ａｓ雰
囲気中熱処理を行なうことにより前記ウェハーの熱処理
前および熱処理後の比抵抗が約１であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の半絶縁性ＧａＡｓ単結晶
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20531785A JPS6270300A (ja) | 1985-09-19 | 1985-09-19 | 半絶縁性ＧａＡｓ単結晶 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20531785A JPS6270300A (ja) | 1985-09-19 | 1985-09-19 | 半絶縁性ＧａＡｓ単結晶 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6270300A true JPS6270300A (ja) | 1987-03-31 |
Family
ID=16504945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20531785A Pending JPS6270300A (ja) | 1985-09-19 | 1985-09-19 | 半絶縁性ＧａＡｓ単結晶 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6270300A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6472998A (en) * | 1987-09-14 | 1989-03-17 | Nippon Mining Co | Heat treatment of compound semiconductor single crystal |
-
1985
- 1985-09-19 JP JP20531785A patent/JPS6270300A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6472998A (en) * | 1987-09-14 | 1989-03-17 | Nippon Mining Co | Heat treatment of compound semiconductor single crystal |
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