JPH0234597A - 水平ブリッジマン法によるＧａＡｓ単結晶の成長方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分呵） 本発明はＧａＡｓ　ＩＣ等の電子デバイスの基板に用い
るＧａＡｓ単結晶の成長方法に関するものである。

（従来の技術） 従来の水平ブリッジマン法は、例えば特公昭５２−１９
１９２号公報に示されるように、通常石英を材料とした
ボートを用い、石英封管中で原料融液と平衡する蒸気圧
のＡｓ圧を印加することによりＡｓの鯉離を防ぎ、液体
封止剤は使用しない。

又原料融液はあらかじめボート法により合成したＧａＡ
ｓ結晶を用いるか、あるいはＧａ及びＡｓをそれぞれ単
体で石英管内に封入し、合成反応を起こすことにより用
意される。

（解決しようとする課ｍ＞ 上述した従来の水平ブリッジマン法においては、石英封
止管内で、かつ石英ボートを用いて成長を行なうため、
シリコンが原料融液中に混入し、半絶縁性の結晶が得ら
れないという間選点がある。

しかも、ボート材料をＰＢＮにしても、なおシリコンの
原料融液への混入は避けられない。

（課題を解決するための手段） 本発明は上述の問題点を解消した水平ブリッジマン法に
よるＧａＡｓ単結晶の成長方法を提供するもので、その
特徴は、原料にあらかじめＬＥＣ法で作成することによ
りカーボン不純物のＣ度を３×１Ｏ−５ｃ鵠−１以上に
したＧａＡｓ結晶を用い、ボート材料にＰＢＮを用い、
液体封止剤にＢ２Ｏ３を用い、上記ＰＢＮボート内に種
結晶及び前記原料の融液をチャージし、液体封止剤で覆
って結晶成長を行なうことにより、他には不純物をドー
プすることなく比抵抗ＩＸＩＧ’Ω・ｃｓ以上のＧａＡ
ｓ単結晶を成長させることにある。

第１図は本発明のＧａＡｓ単結晶の成長方法の具体例の
断面をあられした説明図である。

図面に示すように、ＰＢＮ材料で形成したボート（＋）
内に、ＧａＡＳＭ結晶（２）及び原料融液（３）を４−
＋−ノし、Ｂ２Ｏ３より成る液体封止剤（４）で覆って
結晶を成長させる。上記原料としては、あらかじめＬＥ
Ｃ法で作成することにより、カーボン不純物の濃度を３
　Ｘ　Ｉ　Ｏ”　ａｍ−’以上にしたＧａＡｓ結晶を用
いる。

（作用） 半絶縁性の結晶を得るためには、浅いドナーの濃度をＮ
５ＤＮ深いドナーの濃度をＮＤＤ　Ｎ浅いアクセプター
の濃度をＮＳＡとすると％　Ｎｏｏ　＞　Ｎ５Ａ−ＮＳ
Ｄであり、かつ、ＮＳＡ　＞　ＮＳＤである必要がある
。アンドープのＬＥＣ法ＧａＡｓ結晶では、深いドナー
をＥＬ２と呼ばれる内因性欠陥、浅いアクセプターをカ
ーボンが演じて残留のアクセプターを含んで上記の関係
が成り立ち、半絶縁性のＧａＡｓ結晶が得られる。

これに対して、水平ブリッジマン法ではシリコンの混入
があること、及びカーボン濃度がＬＥＣ法に比して低い
ことから上記の関係が成り立たず、半絶縁性の結晶が得
られない。定量的には石英ボートを用いた水平ブリッジ
マン法では、結晶中のシリコン濃度は５×菫（１４ｃ會
−５以上、ＰＢＮボートを用いてもＩ　Ｘ　Ｉ　Ｏ”　
ｃｍ−”以上となる。一方、カーボン濃度はＩ　Ｘ　Ｉ
　Ｏ”　ｃｍ−”以下であり、即ち、ＮＳＡ〈Ｎｓｏと
なって半絶縁性の結晶は得られない。

本発明の方法においては、シリコン濃度を１×１０　”
　ａｍ−’以下にし、カーボン濃度をｌ　Ｘ　ｌ　Ｏ”
　ｃｍ−’以上にすることによりＮＳＡ　＞　ＮＳＤ及
びＮｏｏ　＞　Ｎ５Ａ−Ｎｓｏの条件を満足させ、半絶
縁性のＧａＡｓ結晶を得るようにした。

まずシリコンに関しては、ボートの材料にＰＢＮを用い
、８２０３の液体封止剤で原料融液を覆うことにより濃
度をｌ　Ｘ　１０１Ｓａｓ”以下にすることができる。

液体封止剤は石英封管からのシリコンの混入を防ぐだけ
でなく、含有している酸素が融液中に存在するシリコン
と酸化反応を起こしシリコン濃度を低下させる効果があ
るからである。

一方力−ボンに関しては、あらかじめＬＥＣ法で作成す
ることにより濃度を３Ｘ１Ｇ”ｃ■°＄以上にしたＧａ
Ａｓ結晶を原料に用いることで、成長した結晶中の濃度
をＩ　Ｘ　１０”　ａｍ−＠以上にすることができる。

ＬＥＣ法で得られるＧａＡｓ結晶中のカーボン濃度が水
平ブリッジマン法よりも高いのは、カーボンヒーターを
発生源として原料融液中にカーボンが混入するからであ
り、直接原料融液にカーボンをドープすることなく、カ
ーボン濃度を３ＸＩＯ”ｃｓ”にすることができる。そ
して、結晶成長中に原料融液中のカーボンはシリコンと
同様に液体封止剤中の酸素と反応して減少するが、原料
融液中に３　Ｘ　Ｉ　Ｏ”　ｃｍ−’以上存在していれ
ば成長した結晶中のカーボン濃度をＩ　Ｘ　Ｉ　Ｏ”　
ｃｍ−”以上にできる。

このようにして、ＧａＡｓ結晶中のシリコン濃度をカー
ボン濃度より低く押えることにより、　ＮＳＡ＞　Ｎｓ
ｏの条件が満たされる。さらに、結晶中のＥＬ２濃度は
ストイキオメトリ−近傍の原料融液から成長するかぎり
５　Ｘ　Ｉ　Ｑｌｓｃｍ−”以上であるので、仮にシリ
コン濃度及び残留アクセプター濃度がゼロになってもカ
ーボン濃度がＥＬ２ｔＨ度を越えないかぎりＮｏｏ　＞
　Ｎ５Ａ−ＮＳＤの条件は維持され、半絶縁性のＧａＡ
ｓ結晶を得ることができる。

（実施例） ＧａＡｓ原料多結晶を作成するためにＰＢＮるつぼにモ
ル比１：１で合計３ｋｇｚ及び液体封止剤として８２０
３３００　ｇをチャージし、Ａｒ雰囲気中でカーボンヒ
ーターにより８５０℃まで加熱して直接合成反応を起こ
させ、さらに１２５０℃まで加熱して一旦ＧａＡｓ融液
にした後、降温によりＧａＡｓ多結晶を作成した。この
ようにして得られた多結晶をスラィサーで適当な大きさ
に切断し原料多結晶とした。

この多結晶中のカーボン濃度をＦＴＩＲ法で測定したと
ころ３〜５　Ｘ　１０”　ｃｍ−”であった。

ＰＢＮボートに、ＧａＡｓ種結晶と上記ＧａＡｓ原料多
結品３ｋｇをチャージし、それを液体封止剤である８２
０３１ｋｇで覆い％ＡＳ結晶を入れた石英管内に封入し
た。ボートを種結晶のある部分を除いて＋２５０°Ｃに
加熱して原料多結晶を溶融させた。Ａｓ結晶を置いであ
る部分は６１０℃に設定し、石英管内を１気圧に保った
。石英管を傾けることにより原料融液を種結晶に接触さ
せ、シーディングを行なった後、ヒーターを水平方向に
２冒■／ｈの速度で移動させることにより結晶成長を行
なった。

得られたＧａＡｓ結品は、電気抵抗が２〜３ＸＩＧ’Ω
・ｃｍと半絶縁性を示し、転位密度４〜８　Ｘ　Ｉ　Ｏ
”　ｃ＋＋−”と従来の水平ブリッジマン法で得られる
結晶とほぼ同等であった。又結晶中のカーボンの濃度は
１．２Ｘ　１．８Ｘ　１０’　ｃ箇−３シリコン濃度は
０．５〜０．８×１０”ａｍ−’であった。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のＧａＡｓ単結晶の成長方
法によれば、水平ブリッジマン法でアンドープの半絶縁
性を得ることが可能になる。アンドープで半絶縁性が得
られるＬＥＣ法では、結晶中にＩ　Ｘ　Ｉ　Ｏ’　ａｍ
””以上の転位が存在するが、本発明の水平ブリッジマ
ン法はＬＥＣ法よりも低温度勾配で結凰 品成長を行なうので、低乾密度の結晶が得られる。

従って、本発明によりアンドープ半絶縁性の低乾位Ｇａ
Ａｓ結品を成長させることが可能とな番、ＧａＡｓ　Ｌ
ＳＩを作成するのに適した基板を供給するこ・とができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の水平ブリッジマン法によりＧａＡｓ単
結晶の成長方法の具体例の断面をあられした説明図であ
る。 １・・・ＰＢＮボート、２・・・種結晶、３・・・原料
融液、４・・・液体封止剤。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）原料にあらかじめＬＥＣ法で作成することにより
   カーボン不純物の濃度を３×１０＾１＾５ｃｍ＾−＾５
   以上にしたＧａＡｓ結晶を用い、ボート材料にＰＢＮを
   用い、液体封止剤にＢ＿２Ｏ＿３を用い、上記ＰＢＮボ
   ート内に種結晶及び前記原料の融液をチャージし、液体
   封止剤で覆って結晶成長を行なうことにより、他には不
   純物をドープすることなく比抵抗１×１０＾７Ω・ｃｍ
   以上のＧａＡｓ単結晶を成長させることを特徴とする水
   平ブリッジマン法によるＧａＡｓ単結晶の成長方法。