JP2004026584A

JP2004026584A - METHOD OF MANUFACTURING GaAs SINGLE CRYSTAL AND GaAs SINGLE CRYSTAL

Info

Publication number: JP2004026584A
Application number: JP2002186515A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Yoshida; 吉田　浩章
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-01-29

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a GaAs single crystal by which the heat treating time is reduced and the productivity is improved, and a method of manufacturing a GaAs substrate. <P>SOLUTION: The GaAs single crystal obtained by growing a GaAs seed crystal by a vertical boat method is heat treated at ≥800°C to ≤1130°C for ≥10 min to <1,200 min. The GaAs substrate is obtained by slicing the GaAs single crystal. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＧａＡｓ単結晶の製造方法、ＧａＡｓ基板の製造方法及びＧａＡｓ単結晶に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＡｓは、電子移動度が大きく、また、他の混晶と結晶性を保つヘテロ接合が可能である等の利点を有しているので、様々な半導体デバイスに利用されており、その需要は増大の一途をたどっている。ＧａＡｓは、化合物半導体であり自然界には存在しないので、ＧａＡｓの種結晶を作製し、該種結晶を結晶成長させた後に熱処理を施すことにより製造されている。ＧａＡｓ種結晶を結晶成長させる方法として、ＬＥＣ法（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ　Ｃｚｏｃｋｒａｌｓｋｉ法）がある。
【０００３】
ＬＥＣ法は、ＧａＡｓ原料融液から砒素が解離蒸発しない状況下で、ＧａＡｓ種結晶をＧａＡｓ原料融液になじませて、該ＧａＡｓ種結晶を回転させながら引き上げることによって結晶を成長させてＧａＡｓ単結晶を得るものである。この方法は、結晶の高純度化が可能であり、また、原料融液を入れる坩堝を大型化することによって、大口径の結晶を容易に成長させることができるという利点を有している。
【０００４】
従来、ＧａＡｓの単結晶は、このようなＬＥＣ法により結晶成長させた後、結晶内の比抵抗の均一化を図るために熱処理を施すことにより製造されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記製造工程における熱処理は、一般的には数十時間行う必要があり、熱処理時間が長く、生産性が低いという問題を有していた。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、熱処理時間が短く、生産性の高いＧａＡｓ単結晶の製造方法及びＧａＡｓ基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のＧａＡｓ単結晶製造方法は、垂直ボート法によってＧａＡｓ種結晶上に結晶成長させることによりＧａＡｓ単結晶を得る工程と、該ＧａＡｓ単結晶を８００℃以上１１３０℃以下の温度で、１０分以上１２００分未満熱処理を行う工程とを有することを特徴とする。
【０００８】
熱処理時間を１０分以上１２００分未満としたのは、所定温度でＧａＡｓ単結晶に熱処理を施すと、熱処理時間１０分以上で半導体材料として要求される比抵抗の均一性を実現することができ、また、熱処理時間１２００分以上では、結晶内の比抵抗の均一性は一定となるので、それ以上熱処理を行う必要はないからである。
【０００９】
本発明に係る製造方法によれば、短い熱処理時間でＧａＡｓ単結晶を得ることができるので、生産性良くＧａＡｓ単結晶を製造することができる。短時間の熱処理で十分であるのは、垂直ボート法により結晶成長させると低転位密度のＧａＡｓ単結晶が得られることに起因していると考えられる。
【００１０】
本発明の他のＧａＡｓ単結晶製造方法は、転位密度が１×１０^２ｃｍ^−２以上１×１０^４ｃｍ^−２以下であるＧａＡｓ単結晶を、８００℃以上１１３０℃以下の温度で、１０分以上１２００分未満熱処理を行うことを特徴とする。
【００１１】
熱処理時間を１０分以上１２００分未満としたのは、所定温度でＧａＡｓ単結晶に熱処理を施すと、熱処理時間１０分以上で半導体材料として要求される比抵抗の均一性を実現することができ、また、熱処理時間１２００分以上では、結晶内の比抵抗の均一性は一定になるので、それ以上熱処理を行う必要はないからである。
【００１２】
本発明に係る製造方法によれば、短い熱処理時間でＧａＡｓ単結晶を得ることができるので、生産性良くＧａＡｓ単結晶を製造することができる。短時間の熱処理で十分であるのは、ＧａＡｓ単結晶の転位密度が低いことに起因していると考えられる。
【００１３】
本発明のＧａＡｓ単結晶は、上記いずれかのＧａＡｓ単結晶製造方法により製造したＧａＡｓ単結晶であって、比抵抗が１×１０^７Ωｃｍ以上であり、ＧａＡｓ単結晶の各部における比抵抗値の標準偏差及び平均値に基づいて、（標準偏差）×１００／（平均値）より求める比抵抗のばらつきが８％以下であることを特徴とする。本発明のＧａＡｓ単結晶は、半絶縁性を有し、かつ、結晶内の比抵抗が略均一であるので、半導体材料として有用性がある。
【００１４】
本発明のＧａＡｓ基板製造方法は、上記いずれかのＧａＡｓ単結晶製造方法によりＧａＡｓ単結晶のインゴットを得る工程と、該インゴットをスライスすることによりＧａＡｓ基板を得る工程とを有することを特徴とする。上記ＧａＡｓ単結晶製造方法により、ＧａＡｓ単結晶のインゴットを生産性良く製造することができるので、比抵抗が略均一である高品質のＧａＡｓ基板を安価に提供することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るＧａＡｓ単結晶製造方法及びＧａＡｓ基板製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００１６】
本実施形態のＧａＡｓ単結晶製造方法は、（１）垂直ボート法によってＧａＡｓ種結晶上に結晶成長させることによりＧａＡｓ単結晶を得て、その後、（２）該ＧａＡｓ単結晶を８００℃以上１１３０℃以下の温度で、１０分以上１２００分未満熱処理を行うことによりＧａＡｓ単結晶を製造するものである。
【００１７】
まず、図１を参照して、垂直ボート法によって種結晶上に結晶成長させる工程について説明する。垂直ボート法（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｂｏａｔ法）は、ｐＢＮ等からなる縦置きの坩堝６の内部先端にＧａＡｓの種結晶１０を取り付けた後、坩堝６内にＧａＡｓ原料を入れ、ＧａＡｓ原料を融解させた後に種結晶１０側から順にＧａＡｓ原料融液１４を固化させることによってＧａＡｓ単結晶１２を得る方法である。垂直ボート法には、垂直ブリッジマン法と垂直グラディエントフリーズ法とがある。
【００１８】
垂直ブリッジマン法においては、坩堝６とそれを囲うヒータ４とを相対的に鉛直方向に移動させる。ヒータ４は、温度勾配を有し、鉛直下方に漸次低温となるように一定の温度分布を保っている。坩堝６の内部下端に種結晶１０を取り付けた後に、坩堝６内にＧａＡｓ原料を入れ、ＧａＡｓ原料を融解させる。融解後のＧａＡｓ原料融液１４から砒素が解離するのを抑制するためにＢ_２Ｏ_３等からなる液体封止剤１６により坩堝６を封止する。ヒータ４に対し、坩堝６を徐々に鉛直下方へ移動させることにより、ＧａＡｓ原料融液１４の下部は凝固点以下の温度となるので、ＧａＡｓ原料融液１４は、種結晶１０に対し結晶性を保ちながら徐々に固化していく。これにより、ＧａＡｓ単結晶１２を得ることができる。
【００１９】
一方、垂直グラディエントフリーズ法においては、ヒータ４と坩堝６の相対的な位置関係を保持する。坩堝６の内部下端に種結晶１０を取り付けた後に、坩堝６内にＧａＡｓ原料を入れ融解し、液体封止剤１６により坩堝６を封止するのは、垂直ブリッジマン法の場合と同様である。ヒータ４と坩堝６の相対的な位置関係を保持したまま、ヒータ４の温度をプログラム化された最適条件で降下させることにより、ＧａＡｓ原料融液１４を漸次固化させる。これにより、ＧａＡｓ単結晶１２を得ることができる。以下、垂直ブリッジマン法及び垂直グラディエントフリーズ法を総称してＶＢ法と記載する。
【００２０】
ＶＢ法によれば、結晶成長時の温度分布の対称性を保持することが可能であり、また、非常に緩やかな温度勾配の下で結晶成長させることができるので、転位密度１×１０^２ｃｍ^−２以上１×１０^４ｃｍ^−２以下のＧａＡｓ単結晶１２を得ることができる。
【００２１】
次に、加熱炉内で、ＧａＡｓ単結晶１４に対して、８００℃以上１１３０℃以下の温度で、１０分以上１２００分未満熱処理を施す工程について説明する。まず、８００℃以上１１３０℃以下の温度で熱処理することの理由について述べる。半導体材料の特性としては、半絶縁性を有し、かつ、半導体材料内の比抵抗が均一であることが望まれている。ＧａＡｓ単結晶１４は、半絶縁性を有しているが、比抵抗分布が不均一であるとういう欠点を有している。
【００２２】
そこで、ＧａＡｓ単結晶１４を８００℃以上１１３０℃以下の温度で熱処理を行うことにより、比抵抗が１×１０^７Ωｃｍ以上である半絶縁性を実現し、かつ、比抵抗の均一化を図る。比抵抗を支配する要因の一つとして、電気的に活性であって結晶の電気特性を決定するＥＬ２という欠陥がある。比抵抗が１×１０^７Ωｃｍ以上である半絶縁性を実現するには、ＥＬ２の濃度が１×１０^１６ｃｍ^−３以上であることが必要である。また、比抵抗の均一化を図るためには、ＥＬ２の濃度分布が均一であることが必要である。
【００２３】
図２は、ＥＬ２濃度の熱処理温度依存性を示したものである。グラフの縦軸はＥＬ２濃度であり、横軸は熱処理温度である。このグラフより、ＥＬ２の濃度が１×１０^１６ｃｍ^−３以上となるのは、熱処理温度が７５０℃以上１１３０℃以下であることがわかる。１１３０℃より高温で熱処理を行うと、ＥＬ２が分解され、ＥＬ２濃度は１×１０^１６ｃｍ^−３以上とはならないので、比抵抗が１×１０^７Ωｃｍ以上である半絶縁性を実現することができない。ここで、８００℃未満の温度で熱処理を行うと、結晶内のＥＬ２濃度分布が均一とはならないので、比抵抗の均一化を図ることができない。したがって、比抵抗が１×１０^７Ωｃｍ以上である半絶縁性を実現し、かつ、比抵抗の均一化を図るためには、８００℃以上１１３０℃以下の温度で熱処理を行うことが好適である。
【００２４】
次に、熱処理時間を１０分以上１２００分以下とする理由を実施例において説明する。
【００２５】
（実施例）
本発明者らは、ＶＢ法により結晶成長させたＧａＡｓ単結晶（以下、「ＶＢ結晶」という）と、従来利用されていたＬＥＣ法により結晶成長させたＧａＡｓ単結晶（以下、「ＬＥＣ結晶」という）について、以下の実験により、所望の特性を有する結晶を得るために必要な熱処理時間を比較した。
【００２６】
図３は、実施例の熱処理時の状態を示す。まず、ＶＢ法及びＬＥＣ法を用いて直径３インチ、含有炭素濃度１．０〜１．３×１０^１５ｃｍのＬＥＣ結晶インゴット及びＶＢ結晶インゴットをそれぞれ準備した。これらの結晶インゴットより、直径３インチ、厚さ２０ｍｍのＶＢ結晶ブロック２０及びＬＥＣ結晶ブロック２２を切り出した。これらの結晶ブロックを洗浄した後、同一の石英アンプル２６にＶＢ結晶ブロック２０及びＬＥＣ結晶ブロック２２を１個ずつ封入した。このとき、ＶＢ結晶ブロック２０及びＬＥＣ結晶ブロック２２を同一条件で熱処理を施すために、図３のように、ＶＢ結晶ブロック２０及びＬＥＣ結晶ブロック２２を近接して配置した。また、熱処理中に結晶ブロックから砒素が解離するのを防止するために適量の金属砒素２４を結晶ブロックとともに石英アンプル２６に封入した。同様の石英アンプル２６を数本用意した。
【００２７】
ヒータ２８により石英アンプル２６を９２５℃で加熱し、各石英アンプル２６につきそれぞれ異なる熱処理時間とした。
【００２８】
熱処理後に各結晶ブロックから直径３インチ、厚さ７００μｍ程度の薄円板を切り出し、片面を研磨した。薄円板の中心を通り、オリエンテーションフラットに平行なライン上で薄円板の両端５ｍｍを除き、１００μｍ間隔で各部における比抵抗を三端子ガード法で測定した。比抵抗測定値の平均値と標準偏差から、
（標準偏差）×１００／（平均値）　　　　　［％］
により比抵抗のばらつきを求めた。さらに該薄円板よりチップを切り出し、研磨面に電極を形成し、比抵抗をファンデルポー法（ｖａｎ　ｄｅｒ　Ｐａｕｗ法）で測定した。
【００２９】
図４及び図５に実施例の結果を示す。図４は、比抵抗の熱処理時間依存性である。グラフの縦軸は比抵抗であり、横軸は熱処理時間である。熱処理前及び各熱処理時間での熱処理後において、１×１０^７Ωｃｍ以上の半絶縁性を維持していることがわかる。また、比抵抗の値がＬＥＣ結晶は１２００分後に至るまで変動するのに対し、ＶＢ結晶は１０分後には定常値に達している。
【００３０】
図５は、比抵抗のばらつきの熱処理時間依存性である。グラフの縦軸は比抵抗のばらつきであり、横軸は熱処理時間である。ＬＥＣ結晶は１２００分以上熱処理を行わないと比抵抗のばらつきが８％以下とならないが、一方、ＶＢ結晶は、熱処理時間１０分で比抵抗のばらつきが８％以下となった。ＶＢ結晶においては、熱処理時間１２００分以上では比抵抗のばらつきは一定値となるので、熱処理時間は１２００分未満で十分である。したがって、ＶＢ結晶の場合、１０分以上１２００分未満熱処理を行うことが好適である。
【００３１】
ＶＢ結晶の場合に短時間の熱処理時間で比抵抗の値が安定し、かつ、比抵抗の均一化が図れるのは、ＶＢ結晶はＬＥＣ結晶と比較して転位密度が小さいことに起因していると考えられる。ＥＬ２は転位に固着するため、転位周辺においてＥＬ２の濃度は高くなる。よって、転位密度が小さいと、ＥＬ２が転位周辺に局在する強さが弱まるので、比抵抗のばらつきが小さいと考えられる。したがって比抵抗の均一化に要する熱処理は短時間で足りると考えられる。
【００３２】
本実施形態のＧａＡｓ単結晶製造方法により製造されたＧａＡｓ単結晶は、含有炭素濃度が１×１０^１５ｃｍ^−３以上であり、比抵抗が１×１０^７Ωｃｍ以上であり、比抵抗のばらつきが８％以下となる。炭素は、ＧａＡｓ単結晶製造過程において不可避的に含有される。また、該ＧａＡｓ単結晶のインゴットをスライスすることにより、ＧａＡｓ基板を得ることができる。ＧａＡｓ単結晶の該インゴットは上記ＧａＡｓ単結晶製造方法により生産性よく製造することができるので、ＧａＡｓ基板を安価で提供することができる。
【００３３】
以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ＶＢ法以外のＧａＡｓ結晶成長方法であって、転位密度が１×１０^４ｃｍ^−２以下であるＧａＡｓ単結晶１２を得ることのできる方法により、ＧａＡｓを結晶成長させてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上により、本発明のＧａＡｓ単結晶製造方法及びＧａＡｓ基板製造方法によれば、ＧａＡｓ単結晶を得るために必要な熱処理時間を短縮することができるので、生産性を向上させることができる。また、ＧａＡｓ単結晶インゴットを生産性よく製造することができるので、ＧａＡｓ基板を安価で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＶＢ法によって種結晶を結晶成長させる装置の概略図である。
【図２】ＥＬ２濃度の熱処理温度依存性を示した図である。
【図３】実施例における熱処理時の状態を示した図である。
【図４】ＧａＡｓ単結晶の比抵抗の熱処理時間依存性を示した図である。
【図５】ＧａＡｓ単結晶の比抵抗のばらつきの熱処理時間依存性を示した図である。
【符号の説明】
４、２８…ヒータ、６…坩堝、１０…ＧａＡｓ種結晶、１２…ＧａＡｓ単結晶、１４…ＧａＡｓ原料融液。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a GaAs single crystal, a method for manufacturing a GaAs substrate, and a GaAs single crystal.
[0002]
[Prior art]
GaAs has advantages such as high electron mobility and the possibility of forming a heterojunction maintaining crystallinity with other mixed crystals. Therefore, GaAs is used for various semiconductor devices, and the demand for GaAs is increasing. Is going on. Since GaAs is a compound semiconductor and does not exist in nature, it is manufactured by preparing a seed crystal of GaAs, growing the seed crystal, and then performing a heat treatment. As a method of growing a GaAs seed crystal, there is a LEC method (Liquid Encapsulated Czochralski method).
[0003]
In the LEC method, a GaAs seed crystal is grown by rotating and pulling the GaAs seed crystal while rotating the GaAs seed crystal in a state where arsenic does not dissociate and evaporate from the GaAs source melt. Is what you get. This method has an advantage that the crystal can be highly purified, and a large-diameter crystal can be easily grown by increasing the size of the crucible in which the raw material melt is placed.
[0004]
Conventionally, a GaAs single crystal has been manufactured by growing a crystal by such an LEC method and then performing a heat treatment to make the specific resistance in the crystal uniform.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the heat treatment in the above manufacturing process generally needs to be performed for several tens of hours, and has a problem that the heat treatment time is long and the productivity is low.
[0006]
The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a method of manufacturing a GaAs single crystal and a method of manufacturing a GaAs substrate, which have a short heat treatment time and high productivity.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method for producing a GaAs single crystal according to the present invention comprises the steps of: growing a GaAs single crystal by growing a crystal on a GaAs seed crystal by a vertical boat method; Performing a heat treatment at a temperature below for at least 10 minutes and less than 1200 minutes.
[0008]
The reason why the heat treatment time is set to 10 minutes or more and less than 1200 minutes is that when heat treatment is performed on a GaAs single crystal at a predetermined temperature, the uniformity of the specific resistance required as a semiconductor material can be realized in the heat treatment time of 10 minutes or more. Further, when the heat treatment time is 1200 minutes or more, the uniformity of the specific resistance in the crystal becomes constant, so that there is no need to perform any further heat treatment.
[0009]
According to the manufacturing method of the present invention, a GaAs single crystal can be obtained in a short heat treatment time, so that a GaAs single crystal can be manufactured with high productivity. It is considered that the short-time heat treatment is sufficient because a GaAs single crystal having a low dislocation density can be obtained by growing a crystal by the vertical boat method.
[0010]
In another method for producing a GaAs single crystal of the present invention, a GaAs single crystal having a dislocation density of 1 × 10 ² cm ⁻² or more and 1 × 10 ⁴ cm ⁻² or less is formed at a temperature of 800 ° C. or more and 1130 ° C. or less for 10 minutes. The heat treatment is performed for less than 1200 minutes.
[0011]
The reason why the heat treatment time is set to 10 minutes or more and less than 1200 minutes is that when heat treatment is performed on a GaAs single crystal at a predetermined temperature, the uniformity of the specific resistance required as a semiconductor material can be realized in the heat treatment time of 10 minutes or more. Further, when the heat treatment time is 1200 minutes or more, the uniformity of the specific resistance in the crystal becomes constant, so that there is no need to perform any further heat treatment.
[0012]
According to the manufacturing method of the present invention, a GaAs single crystal can be obtained in a short heat treatment time, so that a GaAs single crystal can be manufactured with high productivity. It is considered that short-time heat treatment is sufficient because the dislocation density of the GaAs single crystal is low.
[0013]
The GaAs single crystal of the present invention is a GaAs single crystal manufactured by any one of the GaAs single crystal manufacturing methods described above, has a specific resistance of 1 × 10 ⁷ Ωcm or more, and has a standard of a specific resistance value in each part of the GaAs single crystal. The variation of the specific resistance obtained from (standard deviation) × 100 / (average value) based on the deviation and the average value is not more than 8%. The GaAs single crystal of the present invention has semi-insulating properties and a substantially uniform specific resistance in the crystal, and thus is useful as a semiconductor material.
[0014]
A method of manufacturing a GaAs substrate according to the present invention includes a step of obtaining an ingot of a GaAs single crystal by any one of the above-described methods of manufacturing a GaAs single crystal, and a step of obtaining a GaAs substrate by slicing the ingot. Since the GaAs single crystal manufacturing method can manufacture a GaAs single crystal ingot with high productivity, a high-quality GaAs substrate having substantially uniform specific resistance can be provided at low cost.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a GaAs single crystal manufacturing method and a GaAs substrate manufacturing method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
[0016]
The method for manufacturing a GaAs single crystal of the present embodiment includes the steps of (1) obtaining a GaAs single crystal by growing a crystal on a GaAs seed crystal by a vertical boat method, and then (2) subjecting the GaAs single crystal to 800 ° C. or higher and 1130 ° C. The GaAs single crystal is manufactured by performing a heat treatment at the following temperature for 10 minutes or more and less than 1200 minutes.
[0017]
First, a step of growing a crystal on a seed crystal by the vertical boat method will be described with reference to FIG. The vertical boat method (Vertical Boat method) is a method in which a GaAs seed crystal 10 is attached to the tip of a vertically placed crucible 6 made of pBN or the like, a GaAs raw material is put into the crucible 6, and the GaAs raw material is melted. This is a method of obtaining a GaAs single crystal 12 by solidifying a GaAs raw material melt 14 in order from the crystal 10 side. The vertical boat method includes a vertical Bridgman method and a vertical gradient freeze method.
[0018]
In the vertical Bridgman method, the crucible 6 and the heater 4 surrounding it are moved relatively vertically. The heater 4 has a temperature gradient and maintains a constant temperature distribution such that the temperature gradually decreases vertically downward. After the seed crystal 10 is attached to the lower end of the inside of the crucible 6, a GaAs raw material is put into the crucible 6, and the GaAs raw material is melted. The crucible 6 is sealed with a liquid sealant 16 made of B ₂ O ₃ or the like in order to suppress the dissociation of arsenic from the melted GaAs raw material melt 14. By gradually moving the crucible 6 vertically downward with respect to the heater 4, the temperature of the lower portion of the GaAs raw material melt 14 becomes lower than the freezing point, so that the GaAs raw material melt 14 maintains crystallinity with respect to the seed crystal 10. While gradually solidifying. Thereby, the GaAs single crystal 12 can be obtained.
[0019]
On the other hand, in the vertical gradient freeze method, the relative positional relationship between the heater 4 and the crucible 6 is maintained. After the seed crystal 10 is attached to the lower end of the crucible 6, the GaAs material is put into the crucible 6, melted, and the crucible 6 is sealed with the liquid sealant 16, as in the case of the vertical Bridgman method. . While maintaining the relative positional relationship between the heater 4 and the crucible 6, the temperature of the heater 4 is lowered under programmed optimal conditions, whereby the GaAs raw material melt 14 is gradually solidified. Thereby, the GaAs single crystal 12 can be obtained. Hereinafter, the vertical Bridgman method and the vertical gradient freeze method are collectively referred to as a VB method.
[0020]
According to the VB method, the symmetry of the temperature distribution during the crystal growth can be maintained, and the crystal can be grown under a very gentle temperature gradient. Therefore, the dislocation density is 1 × 10 ² cm. A GaAs single crystal 12 of not less than ^{−2 and not} more than 1 × 10 ⁴ cm ⁻² can be obtained.
[0021]
Next, a step of performing a heat treatment on the GaAs single crystal 14 in a heating furnace at a temperature of 800 ° C. or more and 1130 ° C. or less for 10 minutes or more and less than 1200 minutes will be described. First, the reason for performing the heat treatment at a temperature of 800 ° C. or more and 1130 ° C. or less will be described. As a characteristic of the semiconductor material, it is desired that the semiconductor material has a semi-insulating property and a specific resistance in the semiconductor material is uniform. The GaAs single crystal 14 has a semi-insulating property, but has a disadvantage that the resistivity distribution is non-uniform.
[0022]
Therefore, by performing a heat treatment on the GaAs single crystal 14 at a temperature of 800 ° C. or more and 1130 ° C. or less, a semi-insulating property having a specific resistance of 1 × 10 ⁷ Ωcm or more is realized and the specific resistance is made uniform. One of the factors governing the specific resistance is a defect called EL2, which is electrically active and determines the electrical characteristics of the crystal. In order to realize the semi-insulating property with a specific resistance of 1 × 10 ⁷ Ωcm or more, the concentration of EL2 needs to be 1 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ or more. Further, in order to make the specific resistance uniform, it is necessary that the concentration distribution of EL2 is uniform.
[0023]
FIG. 2 shows the dependence of the EL2 concentration on the heat treatment temperature. The vertical axis of the graph is the EL2 concentration, and the horizontal axis is the heat treatment temperature. This graph shows that the concentration of EL2 is 1 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ or more when the heat treatment temperature is 750 ° C. or more and 1130 ° C. or less. When heat treatment is performed at a temperature higher than 1130 ° C., EL2 is decomposed and the EL2 concentration does not become 1 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ or more. Therefore, it is possible to realize semi-insulating properties with a specific resistance of 1 × 10 ⁷ Ωcm or more. Can not. Here, if the heat treatment is performed at a temperature lower than 800 ° C., the EL2 concentration distribution in the crystal is not uniform, so that the specific resistance cannot be made uniform. Therefore, in order to realize the semi-insulating property in which the specific resistance is 1 × 10 ⁷ Ωcm or more and to make the specific resistance uniform, it is preferable to perform the heat treatment at a temperature of 800 ° C. or more and 1130 ° C. or less. .
[0024]
Next, the reason why the heat treatment time is from 10 minutes to 1200 minutes will be described in Examples.
[0025]
(Example)
The present inventors have proposed a GaAs single crystal (hereinafter, referred to as “VB crystal”) grown by the VB method and a GaAs single crystal (hereinafter, referred to as “LEC crystal”) grown by the conventionally used LEC method. For ()), the heat treatment time required to obtain a crystal having desired characteristics was compared by the following experiment.
[0026]
FIG. 3 shows a state at the time of heat treatment in the example. First, an LEC crystal ingot and a VB crystal ingot each having a diameter of 3 inches and a carbon content of 1.0 to 1.3 × 10 ¹⁵ cm were prepared using the VB method and the LEC method. From these crystal ingots, a VB crystal block 20 and a LEC crystal block 22 having a diameter of 3 inches and a thickness of 20 mm were cut out. After washing these crystal blocks, one VB crystal block 20 and one LEC crystal block 22 were sealed in the same quartz ampule 26. At this time, in order to heat-treat the VB crystal block 20 and the LEC crystal block 22 under the same conditions, as shown in FIG. 3, the VB crystal block 20 and the LEC crystal block 22 were arranged close to each other. In addition, in order to prevent arsenic from dissociating from the crystal block during the heat treatment, an appropriate amount of metal arsenic 24 was sealed in the quartz ampule 26 together with the crystal block. Several similar quartz ampules 26 were prepared.
[0027]
The quartz ampule 26 was heated at 925 ° C. by the heater 28, and the heat treatment time was different for each quartz ampule 26.
[0028]
After the heat treatment, a thin disk having a diameter of about 3 inches and a thickness of about 700 μm was cut out from each crystal block, and one side was polished. Except for 5 mm at both ends of the thin disk, on a line passing through the center of the thin disk and parallel to the orientation flat, the specific resistance at each part was measured by the three-terminal guard method at intervals of 100 μm. From the average and standard deviation of the measured resistivity,
(Standard deviation) x 100 / (average value) [%]
The variation of the specific resistance was obtained by the following. Further, a chip was cut out from the thin disk, an electrode was formed on the polished surface, and the specific resistance was measured by a van der Pauw method.
[0029]
4 and 5 show the results of the example. FIG. 4 shows the dependence of the specific resistance on the heat treatment time. The vertical axis of the graph is the specific resistance, and the horizontal axis is the heat treatment time. It can be seen that the semi-insulating property of 1 × 10 ⁷ Ωcm or more is maintained before the heat treatment and after the heat treatment for each heat treatment time. Further, the value of the specific resistance fluctuates until after 1200 minutes in the LEC crystal, whereas it reaches a steady value after 10 minutes in the VB crystal.
[0030]
FIG. 5 shows the dependence of the variation of the specific resistance on the heat treatment time. The vertical axis of the graph is the variation of the specific resistance, and the horizontal axis is the heat treatment time. Unless the LEC crystal is subjected to the heat treatment for 1200 minutes or more, the variation of the specific resistance does not become 8% or less, while the variation of the specific resistance of the VB crystal becomes 8% or less after the heat treatment time of 10 minutes. In the case of the VB crystal, when the heat treatment time is 1200 minutes or more, the variation in the specific resistance becomes a constant value. Therefore, a heat treatment time of less than 1200 minutes is sufficient. Therefore, in the case of a VB crystal, it is preferable to perform heat treatment for 10 minutes or more and less than 1200 minutes.
[0031]
In the case of a VB crystal, the value of the specific resistance is stabilized in a short heat treatment time and the specific resistance can be made uniform because the VB crystal has a lower dislocation density than the LEC crystal. it is conceivable that. Since EL2 is fixed to the dislocation, the concentration of EL2 increases around the dislocation. Therefore, when the dislocation density is low, the localization of EL2 around the dislocation is weakened, and it is considered that the variation in specific resistance is small. Therefore, it is considered that the heat treatment required for uniformizing the specific resistance is sufficient in a short time.
[0032]
The GaAs single crystal manufactured by the GaAs single crystal manufacturing method of the present embodiment has a carbon concentration of 1 × 10 ¹⁵ cm ⁻³ or more, a specific resistance of 1 × 10 ⁷ Ωcm or more, and a variation in specific resistance. 8% or less. Carbon is inevitably contained in the GaAs single crystal manufacturing process. Further, a GaAs substrate can be obtained by slicing the GaAs single crystal ingot. Since the GaAs single crystal ingot can be manufactured with high productivity by the GaAs single crystal manufacturing method, a GaAs substrate can be provided at low cost.
[0033]
As described above, the present invention has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, GaAs may be grown by a GaAs crystal growth method other than the VB method, which can obtain a GaAs single crystal 12 having a dislocation density of 1 × 10 ⁴ cm ⁻² or less.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the GaAs single crystal manufacturing method and the GaAs substrate manufacturing method of the present invention, the heat treatment time required to obtain a GaAs single crystal can be shortened, so that productivity can be improved. In addition, since a GaAs single crystal ingot can be manufactured with high productivity, a GaAs substrate can be provided at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an apparatus for growing a seed crystal by a VB method.
FIG. 2 is a diagram showing the heat treatment temperature dependence of the concentration of EL2.
FIG. 3 is a diagram showing a state at the time of heat treatment in an example.
FIG. 4 is a diagram showing the dependence of the specific resistance of a GaAs single crystal on the heat treatment time.
FIG. 5 is a diagram showing the heat treatment time dependency of the variation in the specific resistance of a GaAs single crystal.
[Explanation of symbols]
4, 28: heater, 6: crucible, 10: GaAs seed crystal, 12: GaAs single crystal, 14: GaAs raw material melt.

Claims

垂直ボート法によってＧａＡｓ種結晶上に結晶成長させることによりＧａＡｓ単結晶を得る工程と、
前記ＧａＡｓ単結晶を８００℃以上１１３０℃以下の温度で、１０分以上１２００分未満熱処理を行う工程と、
を有することを特徴とするＧａＡｓ単結晶製造方法。Obtaining a GaAs single crystal by growing a crystal on a GaAs seed crystal by a vertical boat method;
Performing a heat treatment on the GaAs single crystal at a temperature of 800 ° C. or more and 1130 ° C. or less for 10 minutes or more and less than 1200 minutes;
A method for producing a GaAs single crystal, comprising:

転位密度が１×１０^２ｃｍ^−２以上１×１０^４ｃｍ^−２以下であるＧａＡｓ単結晶を、
８００℃以上１１３０℃以下の温度で、１０分以上１２００分未満熱処理を行うことを特徴とするＧａＡｓ単結晶製造方法。A GaAs single crystal having a dislocation density of 1 × 10 ² cm ⁻² or more and 1 × 10 ⁴ cm ⁻² or less,
A method for producing a GaAs single crystal, comprising performing heat treatment at a temperature of 800 ° C. or more and 1130 ° C. or less for 10 minutes or more and less than 1200 minutes.

請求項１又は請求項２記載のＧａＡｓ単結晶製造方法により製造したＧａＡｓ単結晶であって、
比抵抗が１×１０^７Ωｃｍ以上であり、
前記ＧａＡｓ単結晶の複数箇所における比抵抗値の標準偏差及び平均値に基づいて、（標準偏差）×１００／（平均値）より求める比抵抗のばらつきが８％以下であることを特徴とするＧａＡｓ単結晶。A GaAs single crystal produced by the GaAs single crystal production method according to claim 1 or 2,
The specific resistance is 1 × 10 ⁷ Ωcm or more;
GaAs wherein the variation of the specific resistance obtained from (standard deviation) × 100 / (average value) based on the standard deviation and the average value of the specific resistance values at a plurality of locations of the GaAs single crystal is 8% or less. Single crystal.

請求項１又は請求項２記載のＧａＡｓ単結晶製造方法により前記ＧａＡｓ単結晶のインゴットを得る工程と、
前記インゴットをスライスすることによりＧａＡｓ基板を得る工程と、
を有することを特徴とするＧａＡｓ基板製造方法。Obtaining a GaAs single crystal ingot by the GaAs single crystal manufacturing method according to claim 1 or 2;
Obtaining a GaAs substrate by slicing the ingot;
A method of manufacturing a GaAs substrate, comprising: