JPS627695A - 化合物半導体単結晶の製造方法 - Google Patents

化合物半導体単結晶の製造方法

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JPS627695A
JPS627695A JP14783785A JP14783785A JPS627695A JP S627695 A JPS627695 A JP S627695A JP 14783785 A JP14783785 A JP 14783785A JP 14783785 A JP14783785 A JP 14783785A JP S627695 A JPS627695 A JP S627695A
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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〕 本発明は揮発性元素をV族に存するm−v族化合物半導
体単結晶をチョクラルスキー法で製造する方法に関し、
特に無転位結晶を液体封止剤を用いずに製造する方法に
関する。
〔従来の技術〕
近年、m−v族化合物半導体は高品質の結晶が得られる
ようになり、集積回路、光−電子集積回路及び電子材料
等に広く用いられる様になってきている。m−v族化合
物半導体の中でもガリウムひ素(GaAs)は電子移動
度が大きく、発光し易く、また光を検知する等の特徴を
有し、マイクロ波用トランジスタ、高速集積回路、太陽
電池或いは光−電子材料として利用されつつある。
GaAs単結晶が上述の集積回路用の基板として用いら
れるには比抵抗が107Ωcm以上の半絶縁性を有する
こと、転位、格子欠陥等の物理的、化学的欠陥がないこ
と、残留不純物が少ないこと、更に熱処理特性が良いこ
と等が要求される。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、歩留を低下させる原因とな
っている。
ところで二m−v族化合物半導体単結晶は、従来から液
体封止チョクラルスキー法(LEC法)で製造されてい
る。即ら、GaAs融液を引き上げ成長させてGaAs
単結晶を成長させているが、この際に、この融液を液体
封止剤である酸化ボロン(BzOl)で覆い、V族元素
の蒸発を抑制させている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述したm−v族化合物半導体単結晶の製造方法では、
液体封止剤に熱伝達係数の大きな酸化ボロンを用いてい
るためにGaAs固液界面の温度勾配が大きくなり、転
位のない高品質な結晶を得るために必要とされるGaA
sの固液界面の低温度勾配化を実現することが難しい。
また酸化ボロンを通してのひ素の飛散も無視できなく、
■族元素と■族元素の組成のずれを生じ、これが転位や
固有欠陥の原因になっている。更に、酸化ボロンは結晶
成長中にGaAs単結晶に取り込まれ、LEC法による
GaAs中には101b〜10 ”C11−”のポロン
が含まれており、結晶の高純度化を阻害している。
なお、これらの問題を解消する方法としてひ素工制御チ
ョクラルスキー法が提案されているが、この方法は炉内
に設置されたひ素工をコントロールするために、石英容
器の中で結晶を育成しているので、結晶中にシリコン元
素が混入し、半絶縁性の基板を得ることは不可能である
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の化合物半導体単結晶の製造方法は、無転位結晶
を液体封止剤を用いることなく製造するために、チョク
ラルスキー法で化合物半導体単結晶を成長する際に、■
族元素の飛散量を重量センサで検出し、この飛散量に相
当する量を融液中に注入補正して化学量論組成を満たし
ながら単結晶の成長を行う方法である。
〔実施例〕
次に、本発明を図面を参照して説明する。
第1図は本発明方法によりGaAs単結晶を製造する装
置の構成図である。図において、気密容器l内には、G
aAs融液2を入れたるつぼ3(例えば4インチ径のP
BNるつぼ)を支持筒4により支持し、これらをカーボ
ンヒータ5およびカーボン保温材6で包囲して所定の温
度に保っている。前記支持筒4には、下方に延びるセン
サロッド7を接続し、このセンサロッド7の下端には下
重量センサ8を取着してるつぼ3やGaAs融液2の重
量を検出する。また、前記るつぼ3の上方には引き上げ
ロッド9を垂直に延設し、その上端に下重量センサ10
を取着して引き上げるGaAS結晶の重量を検出する。
また、前記気密容器lには、ひ素注入装置11を内装し
、前記GaAs融液2内にひ素を追加注入できる。この
ひ素注入装置11にはひ素性入用ヒータ装置12を連設
し、ひ素注入装置11の加熱温度を制御することにより
ひ素の注入量をコントロールできる。また、このひ素性
入用ヒータ装置12は、コンピュータ13により制御で
き、このコンピュータ13には前記上、下の各重量セン
サ8.IOの検出信号が入力される。図中、14は観察
窓であり、また図示は省略するが気密容器1内にはアル
ゴン等の雰囲気ガスが供給できるようになっている。
この装置を用いて、るつぼ3中にGaとAsを等化学当
量ずつ2 kgチャージした、雰囲気ガスはアルゴンを
用い、直接合成時の圧力は80kg/cal、結晶成長
時の圧力は5 kg / ctAである。このような条
件下で、るつぼ3のGaAs融液を引き上げ口    
   1ツド9で引き上げて結晶成長させる。そして0
、これと共に下重量センサ8および下重量センサ10で
夫々重量を検出し、これらの値をコンピュータ13で演
算することによりGaAs融液2から飛散されたひ素置
を算出する。コンピュータ13は算出値に基ずいてひ素
性入用ヒータ12を制御し、ひ素注入装置11を介して
飛散したひ素に相当する分だけGaAs融液2中にひ素
を追加注入して補正し、化学量論組成を満足させる。こ
れにより、直径540、長さ100BのGaAs単結晶
Aを製造した。
なお、この単結晶Aと比較するために、同じ装置を用い
、2 kgのGaとAsの他に300gの酸化ボロンを
チャージし、飛散したひ素の補正を行わず通常のLEC
法で5kg/cmのアルゴン圧力下でGaAs単結晶B
、即ち従来と同じ結晶を製造した。
ここで、酸化ボロンは第2図のように熱伝達係数が大き
いが、前記アルゴン等の不活性ガスはその分子量が大き
い程熱伝達係数が小さくなる性質を有し、同図のように
一番分子量の小さいヘリウムガスでさえも成長温度にお
ける熱伝達係数は酸化ボロンよりも一桁以上小さい。し
たがって、入手の容易な窒素ガスやアルゴンガスを用い
た本例では、LEC法に比較してGaAs固液界面の温
度勾配を大幅に低減できる。
また、前記ひ素注入装置11により飛散したひ素の追加
注入を結晶成長中に自動的にくり返し行うことにより、
GaとAsの化学量論組成を一定に満たした状態で成長
を進行できる。
前述のように製造した単結晶AおよびBを、第3図のよ
うに直胴部の上部から20tmの部分からウェハを切り
出し、KOH融液を用いた夫々の転位密度を検査した。
この結果、第4図のように、単結晶A(本発明のもの)
は周辺2flを除外すれば1−当たり500個以下の転
位密度であるが、単結晶B(従来のもの)では104個
と多い。また、2次イオン質量分析による残留不純物(
ボロン)の分析を行ったところ、第5図のように結晶A
では10”cm−’以下であるが、結晶Bでは10”c
 m−’以上観測された。更に、X線準禁制反射法によ
るストイキオメトリ−を測定したところ、第6図のよう
に結晶Aでは面内でストイキオメトリ−が一定であるが
、結晶Bでは不均一であった。
また、実際に結晶AとBの各ウェハを用いてFETを作
製し、その素子特性の一つであるしきい値電圧(vth
)のバラツキを測定し比較したところ、結晶Aではバラ
ツキの標準偏差が3mVと小さく、結晶Bでは50mV
と大きいことが判明した。
これらのことから、本発明による製造方法では、組成制
御された高純度な無転位結晶が得られていることが判る
なお、本発明方法を採用した場合、成長した単結晶が高
温に晒されるため、結晶周辺からのひ素の解離に起因す
る転位の発生が懸念されるが、これは前述からも明らか
なように結晶周辺に存在するのみであり、結晶の外周2
nを円筒研削すれば実用上の問題はない。
また、本発明方法はアンドープ結晶およびクロムドープ
結晶において効果的であるが、中性不純物を添加し結晶
を硬化させた場合にも有効である。
更に、本発明はGaAs以外のm−v族化合物半導体で
あるGaP、InPについても同様な理由で適用するこ
とができる。
〔発明の効果〕 以上説明したように本発明の化合物半導体単結晶の製造
方法は、チョクラルスキー法で化合物半導体単結晶を成
長する際に、V族元素の飛散量を重量センサで検出し、
この飛散量に相当する量を融液中に注入補正して化学量
論組成を満たしながら単結晶の成長を行っているので、
組成制御された高純度な無転位結晶を得ることができ、
半導体装置を構成した場合にも特性のバラツキの極めて
少ない素子を構成し、優れたm−v族化合物半導体単結
晶乃至その半導体装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法を実施するための装置の断面構成図
、第2図は各ガスの熱伝達係数を示すグラフ、第3図は
製造した単結晶のウェハ切り出し位置を説明する図、第
4図は転位密度のウェハ面内分布を示す図、第5図は2
次イオン質量分析による残留ボロンの分析結果を示す図
、第6図はX線準禁制反射法によるストイキオメトリ−
からのずれのウェハ面内分布を示す図である。 1・・・気密容器、2・・・GaAs融液、3・・・る
つぼ、5・・・カーボンヒータ、6・・・カーボン保温
材、8・・・下重量センサ、9・・・引き上げロンド、
10・・・下重量センサ、11・・・ひ素注入装置、1
2・・・ひ素性入用ヒータ、13・・・コンピュータ、
14・・・観察窓。 第1図 第2図 2嵐(K)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、揮発性元素をV族に有するIII−V族化合物半導体
    単結晶をチョクラルスキー法で成長するに際し、融液中
    の前記V族の揮発性元素の飛散量を重量センサで検出し
    、この飛散量に相当する量を融液中に注入補正して化学
    量論組成を満たしながら単結晶成長を行うことを特徴と
    する化合物半導体単結晶の製造方法。 2、GaとAsの融液を用いてGaAs単結晶を成長す
    るに際し、Asを融液中に補正注入してなる特許請求の
    範囲第1項記載の化合物半導体単結晶の製造方法。
JP60147837A 1985-07-04 1985-07-04 化合物半導体単結晶の製造方法 Expired - Lifetime JPH0639355B2 (ja)

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