JPH01192793A - 液体封止引上法によるGaAs単結晶の製造方法 - Google Patents

液体封止引上法によるGaAs単結晶の製造方法

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JPH01192793A
JPH01192793A JP1660288A JP1660288A JPH01192793A JP H01192793 A JPH01192793 A JP H01192793A JP 1660288 A JP1660288 A JP 1660288A JP 1660288 A JP1660288 A JP 1660288A JP H01192793 A JPH01192793 A JP H01192793A
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JP
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gaas
crystal
single crystal
melt
gas
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JP1660288A
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English (en)
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Shoichi Ozawa
小沢 章一
Yoshimasa Masukata
舛方 義政
Fujio Tamai
玉井 富士夫
Kazunari Kitamura
北村 和成
Toshio Kikuta
俊夫 菊田
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は化合物半導体であるGaAs単結晶を液体封止
引上法(以下LEC法と略記)により製造する方法に関
するものである。
〔従来の技術〕
このLEC法は第5図に示すように高圧容器(2)内に
加熱用ヒーター(3)によって加熱されるグラファイト
製ルツボ受は具(9)が下軸シャフト(10)により回
転自在に支持され、該受は具(9)内には石英製または
PBN製のルツボ(1)が内接した高圧引上げ装置を用
い次の手順で結晶成長を行なう。
原料のGaおよびASをルツボ(1)内に充填しその上
に液体封止剤としてB2O3を被せ、外部に設けられた
排気装置(図示していない)により高圧容器(2)内を
排気した後該高圧容器(2)内に不活性ガスを数気圧程
度の圧力で充填し加熱ヒーター(3)でルツボ受は具(
9)を徐々に加熱した8203を溶融して溶融B203
(8)として原料を被覆する。その後高圧容器(2)内
のガス圧を30〜70気圧程度に上昇し、ルツボ(1)
内の原料の温度をGaAsの融点1238℃以上に加熱
してGaAsの直接合成および溶融を行なう。原料溶融
後未反応の過剰ASを除くために高圧容器(2)内を数
気圧程度に減圧し、その後再び不活性ガスを導入して加
圧しGaAs融液(5)の温度を調節して上軸シャフト
(6)の下端に設けたGaAsの種結晶(4)をGaA
s融液(5)の液面に接触させた後、上軸シャフト(6
)の引上げ速度、上軸シャフト(6)および下軸シャフ
ト(10)の回転速度等を適正に制御してGaAs単結
晶(7)の引上げ成長を行なう。
〔発明が解決しようとする課題〕
このような従来のLEC法では不活性ガスとしてArま
たはNガスを用いて加圧後に加熱して結晶成長を実施し
ているが、成長したGaAs結晶中に含有しているカー
ボン量は結晶の成長方向で大きく異なっており、電気特
性の不均一をもたらしていた。ざらに液体封止剤中の水
分量によって特に結晶の初期のカーボン量が異なり、結
晶間にバラツキが生じていた。
〔課題を解決するための手段〕
本発明はこれに鑑み種々検討の結果、LEC法によりG
aAs単結晶の引上げを行なうのに際して高圧容器内の
雰囲気ガスとして不活性ガスにCO2および/またはC
ONガス規定濃度混入し結晶中に取り込まれる炭素濃度
を結晶全長にわたって均一に分布させた液体封止引上法
によるGaAs単結晶の製造方法を開発したものである
即ち本発明の1つは不活性ガスで加圧した容器内にGa
As融液と該融液の上面を覆う液体封止剤を収納した加
熱ルツボを設置し、GaAs単結晶の種結晶をGaAs
融液上面に接触させて回転させながら引き上げることに
よりGaAs単結晶を製造する方法において、不活性ガ
ス中にCO2および/またはCONガス0.01〜0.
1%混入させることにより成長結晶中の炭素濃度を1x
 1015〜5 X 1016 cm−3の範囲で制御
することを特徴とするものであり、CO2および/また
はCONガス混入した混合ガスの圧力を3〜70に’J
/criの範囲で制御するのが有効である。
また本発明の他の1つは不活性ガスで加圧した容器内に
GaAs融液と該融液の上面を覆う液体封止剤を収納し
た加熱ルツボを設置し、GaAs単結晶の種結晶をGa
As融液上面に接触させて回転させながら引き上げるこ
とによりGaAs単結晶を製造する方法において、不活
性ガス中にCOzおよび/またはCONガス0、01〜
0.1%混入させさらに液体封止剤中に水を100〜5
00pppm含有させることにより成長結晶中の炭素濃
度を’l X 1015〜5 X 101” Cff1
−3の範囲で制御することを特徴とするものであり、C
O2および/またはCONガス混入した混合ガスの圧力
を3〜70に!J/−の範囲で制御するのが有効である
〔作 用〕
このように不活性ガスに混入するCO2および/または
CONガス濃度を0.01〜0.1%と限定したのは0
.01%未満では成長結晶が半導体として必要な比抵抗
値、即ち107Ω−cm以上が得られない恐れがあるた
めであり、0.1%を超えると結晶中に炭素が析出して
熱変成によりデバイスとしての品質が著しく劣化してし
まうからである。
そして雰囲気ガス組成をこの範囲に制御することにより
成長したGaAs単結晶中の砒素格子点に置換した炭素
原子数で表わす炭素濃度を1X1015〜5 X 10
16cm−3の範囲に抑えることができ、GaAs単結
晶の比抵抗と炭素濃度との理論計算結果を示す第6図か
ら、この範囲の炭素濃度であれば比抵抗は107Ω−m
以上の半絶縁性を十分に確保できるものである。
〔実施例〕
次に本発明を実施例により説明する。
実施例(1) 第5図に示す高圧引上げ装置を用いてLEC法によりG
aAs単結晶の成長を行なった。
PBN製のルツボ(1)内にGa原料19009、AS
原料2100gを入れ、その上に液体封止剤として82
03を700 !iF装填する。高圧容器(2)内を図
示していない外部排気装置により排気俊不活性ガスとし
てArを数気圧程度に加圧して該容器(2)内に充填し
、その後加熱ヒーター(3)を用いてB2O3を溶融す
る。しかる後高圧容器(2)内の圧力を70Kg/cd
に加圧して加熱ヒーター(3)によりざらに加熱しく3
aとAsを直接合成させた後GaAsの溶融を行なう。
その後未反応の過剰なASを除くため3気圧に減圧して
30分間静置した。
そして再び加圧する際に従来のように不活性ガス単体で
はなくCO2を微量混合した混合ガスを高圧容器(2)
内に充填して該容器(2)内のC■濃度が0.01.0
.05及び0.1%の3種類になるように調整した。そ
の後それぞれのC02a度の高圧容器内を約40Ky/
criに加圧して融液の温度を調節し、種結晶(4)を
GaAs融液(5)面に接触させて上軸シャフト(6)
の引上げ速度を5s/hr、種結晶の回転速度を時計方
向に6rpm 、ルツボの回転速度を半時針目りに2O
rpmとしてGaAs単結晶(7)を成長させた。
成長したGaAs単結晶中の炭素濃度と雰囲気ガス中の
CO2混合率との関係を調べ、その結果を第1図に示す
。なおこの時用いたB2O3中の水分量は300 Wt
 ” I)I)mであった。さらにこの成長結晶の比抵
抗と炭素濃度の関係について上記結果に基づいて調べそ
の結果を第2図に示した。
第1図より明らかなようにCOz混合率が0.01〜0
.1%であればGaAs単結晶中の炭素濃度は2 X 
1015〜1 X 1016cm’であり、理論計算に
基づく第6図から良好な電気特性をもつことがわかる。
そして第2図に示す比抵抗と炭素濃度との関係は第6図
に示す理論計算とよく一致しているので雰囲気ガス中の
CO2もしくはCOの混合率によりGaAs単結晶中の
炭素濃度のレベルひいては電気特性を制御することが可
能であることがわかる。
実施例(2) 実施例(1)と同様に第5図に示す高圧引上げ装置を用
い液体封止剤として用いるB2O3中に含有する水分量
をそれぞれ100 、300及び500wt −ppm
としてGaAs単結晶を育成した場合の結晶中の炭素濃
度について高圧容器内の混合ガス中のCO2濃度をパラ
メーターにして実測した結果を第3図及び第4図に示す
第3図の場合は成長結晶径が3インチの場合であり、成
長条件は第5図により説明するとルツボ(1)径は6イ
ンチ、GaAs融液(5)の重量は約4 K’J、融液
B203(8)の重量は700 gであってその他の条
件は実施例(1)の条件に準じている。
第4図の場合は成長結晶径が2インチの場合であり、成
長条件はルツボ(1)径は4インチ、GaAs融液(5
)の重量は約1.45Ntj、融液B203(8)の重
量は200 gであって、その他の条件は実施例(1)
の条件に準じている。
上記いずれの場合も不活性ガスはArを用い混入させる
COz濃度は0.05%として実施した。
第3図及び第4図より8203中の水分間が100〜5
00 ppmの範囲内にあれば結晶中の炭素濃度はいず
れも’l X 1015〜5 X 101’ cm−3
であることが明らかである。従って第6図の理論計算値
より良好な電気特性を有することがわかる。
即ちいずれの場合においてもB2O3中の水分量と不活
性ガス中のCOzガス濃度を設定することにより結晶中
の炭素濃度を制御することができた。そしてざらにこの
結果結晶の電気特性として比抵抗の制御を行うことが可
能になった。
〔発明の効果〕
このように本発明のGaAs単結晶の引上げ法による製
造方法において高圧容器内の雰囲気ガス中のCO2濃度
を0.01〜0.1%の範囲で規定の濃度に設定し、ま
たは液体封止剤としての8203中の水分量を100〜
500 Wt −pI)mの範囲で一定量含むものを用
いて前記のCOz濃度と組み合わせてGaAs結晶の成
長を行なうことによって結晶中に取り込まれる炭素濃度
を制御することができるようになった。従ってこれによ
りあらかじめ結晶中の炭素濃度を設定しておけば結晶の
比抵抗を制御することができ、ざらに結晶中及び結晶間
での特性の不均一をなくすことができるので高品質の結
晶が得られる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例のGaAs結晶中の炭素濃度
と雰囲気ガス中のCOz混合率の関係を示す実測図、第
2図は当該実施例のGaAs結晶の比抵抗と炭素濃度の
関係を示す実測図、第3図は本発明の他の実施例である
CO2濃度濃度OS%、成長結晶径3インチの場合の8
203中の水分量と炭素濃度との関係を示す実測図、第
4図は本発明のざらに他の実施例のCO2′a度0、0
5%、成長結晶径2インチの場合の8203中の水分量
と炭素濃度の関係を示す実測図、第5図は高圧引上げ装
置を示す側断面図、第6図はGaAs結晶の比抵抗と炭
素濃度との理論計算に基づく関係を示す関係図でおる。 1・・・・・・・・ルツボ 2・・・・・・・・高圧容器 、  3・・・・・・・・加熱ヒーター4・・・・・・
・・種結晶 5・・・・・・・・GaAs融液 6・・・・・・・・上軸シャフト 7・・・・・・・・GaAs単結晶 8・・・・・・・・溶融B203 9・・・・・・・・ルツボ受は具 10・・・・・・・・下軸シャフト 第1図 C02)見合+(%] 第5図 第6図 炭t)良度(cm−31

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)不活性ガスで加圧した容器内にGaAs融液と該
    融液の上面を覆う液体封止剤を収納した加熱ルツボを設
    置し、GaAs単結晶の種結晶をGaAs融液上面に接
    触させて回転させながら引き上げることによりGaAs
    単結晶を製造する方法において、不活性ガス中にCO_
    2および/またはCOガスを0.01〜0.1%混入さ
    せることにより成長結晶中の炭素濃度を1×10^1^
    5〜5×10^1^6cm^−^3の範囲で制御するこ
    とを特徴とする液体封止引上法によるGaAs単結晶の
    製造方法。
  2. (2)不活性ガス中にCO_2および/またはCOガス
    を混入した混合ガスの圧力を3〜70kg/cm^2の
    範囲で制御する請求項1記載の液体封止引上法によるG
    aAs単結晶の製造方法。
  3. (3)不活性ガスで加圧した容器内にGaAs融液と該
    融液の上面を覆う液体封止剤を収納した加熱ルツボを設
    置し、GaAs単結晶の種結晶をGaAs融液上面に接
    触させて回転させながら引き上げることによりGaAs
    単結晶を製造する方法において、不活性ガス中にCO_
    2および/またはCOガスを0.01〜0.1%混入さ
    せさらに液体封止剤中に水を100〜500pppm含
    有させることにより成長結晶中の炭素濃度を1×10^
    1^5〜5×10^1^6cm^−^3の範囲で制御す
    ることを特徴とする液体封止引上法によるGaAs単結
    晶の製造方法。
  4. (4)不活性ガスにCO_2および/またはCOガスを
    混入した混合ガスの圧力を3〜70kg/cm^2の範
    囲で制御する請求項3記載の液体封止引上法によるGa
    As単結晶の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06172098A (ja) * 1992-12-07 1994-06-21 Hitachi Cable Ltd GaAs単結晶の製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6230700A (ja) * 1985-08-01 1987-02-09 Shin Etsu Handotai Co Ltd 化合物半導体単結晶およびその製造方法
JPS62230694A (ja) * 1986-03-31 1987-10-09 Toshiba Corp GaAs単結晶の製造方法

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