ＧａＡｓウェハ及びＧａＡｓウェハの製造方法
【課題】大口径化しても、スリップの発生を抑制できるＧａＡｓウェハ及びその製造方法
を提供する。
【解決手段】ＬＥＣ法によりＧａＡｓ単結晶を成長する成長工程と、成長工程で得られた
ＧａＡｓ単結晶をスライスしてＧａＡｓウェハを作製するウェハ作製工程とを有するＧａ
Ａｓウェハの製造方法において、成長工程では、成長工程で得られるＧａＡｓ単結晶中の
硫黄原子濃度が一様に２×１０１４ｃｍ−３以上となるように、原料中に硫黄を添加する
。
を提供する。
【解決手段】ＬＥＣ法によりＧａＡｓ単結晶を成長する成長工程と、成長工程で得られた
ＧａＡｓ単結晶をスライスしてＧａＡｓウェハを作製するウェハ作製工程とを有するＧａ
Ａｓウェハの製造方法において、成長工程では、成長工程で得られるＧａＡｓ単結晶中の
硫黄原子濃度が一様に２×１０１４ｃｍ−３以上となるように、原料中に硫黄を添加する
。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＡｓウェハ及びその製造方法に関し、特にスリップの発生を抑制できる
ＧａＡｓウェハ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓなどの化合物半導体単結晶は、ＬＥＣ（Liquid Encapsulated Czochralski：
液体封止引き上げ）法、ＶＢ（Vertical Bridgeman：垂直ブリッジマン）法などによって
製造される。従来、半絶縁性ＧａＡｓ単結晶の成長において、多結晶化を防止するために
結晶成長中の固液界面形状を融液側に凸状にすることが重要であり、凸状の固液界面とす
るための種々の構造や成長条件などが提案されている（例えば、特許文献１〜７）。
【０００３】
半絶縁性ＧａＡｓ単結晶を成長させた後に、これをスライス加工して得られる半絶縁性
のＧａＡｓウェハを基板にして、各種デバイスが作製される。具体的には、ＧａＡｓウェ
ハ上に、ＡｌＧａＡｓやＩｎＧａＡｓ等の化合物半導体層を有機金属気相成長法（ＭＯＶ
ＰＥ法）や分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）等によりエピタキシャル成長させ、
その後、リソグラフィーおよびエッチング等の技術を用いて電子デバイスや受・発光デバ
イス等が作製されている。
【０００４】
ここで、エピタキシャル成長させるＡｌＧａＡｓやＩｎＧａＡｓ等の化合物半導体層は
、その下地ウェハであるＧａＡｓと組成が異なるため、格子定数や熱膨張係数が異なる。
そのため、図４に示すように、ＧａＡｓウェハ２０上にエピタキシャル層２１を積層した
エピタキシャルウェハ２２には歪みが生じ、エピタキシャルウェハ２２全体がエピタキシ
ャル層２１側に凸形状に反ることが多い。
【０００５】
デバイス製造プロセス中において、ＧａＡｓウェハは、何回か高温に晒される。例えば
、ＭＯＶＰＥ法によるエピタキシャル成長では、ＧａＡｓウェハを約８００℃まで昇温さ
せてエピタキシャル成長がなされ、あるいはエピタキシャル成長後のウェハアニール処理
でもＧａＡｓウェハは高温に晒される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２３８８７０号公報
【特許文献２】特開平６−１０７４１６号公報
【特許文献３】特開２００２−２５９２３号公報
【特許文献４】特開２００４−１０４６７号公報
【特許文献５】特開２００６−３２７８７９号公報
【特許文献６】特開２００６−３６６０４号公報
【特許文献７】特開２００８−２２２４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、ＧａＡｓウェハ２０上に格子定数が異なるエピタキシャル層２１を形
成した化合物半導体ウェハは、少なからず反りを有し、エピタキシャル成長工程における
エピタキシャル成長後の降温時に、もしくはエピタキシャル成長工程後になされるウェハ
アニール処理中の昇降温時に、ＧａＡｓウェハ２０の反り、つまり格子歪みを開放するべ
く、図５に示すように、ＧａＡｓウェハ２０の表面に、ＧａＡｓウェハ２０の外周縁部か
ら特定の結晶方向に沿う直線状のすじ、つまりスリップ２３が発生する。なお、２４はノ
ッチである。
【０００８】
ウェハに急激な温度変化を与えると、ウェハ内部の歪みを開放するために結晶が一部移
動し、それが結晶面の高さにずれを生じさせて、ウェハ表面に段差が生じる。これがスリ
ップであり、結晶の開放端であるウェハ外周縁部から発生し、その段差は中心方向に伝搬
され、外周縁部から中心に向かう直線状のすじとなって現れる。ウェハの中央部付近には
デバイス形成領域が位置しているため、スリップがデバイス領域に伝搬されると、デバイ
スに断線等の不良が生じるといった問題があった。
【０００９】
スリップの発生を抑制するには、エピタキシャル成長後の降温速度やウェハアニール処
理時の昇温速度および降温速度を小さくすること等が効果的であるが、デバイスの特性を
制御したり、安定させる上では昇温速度および降温速度が大きい方が有利である場合が多
いため、昇温速度および降温速度を小さくすることは難しい。
【００１０】
そこで、従来技術として、あらかじめエピタキシャル成長用化合物半導体ウェハを、エ
ピタキシャル層を成長させる表面を上側に向けた時に中央部が低く且つ周辺部が高く、同
心円状に反った凹形状とすることで、エピタキシャル成長後の反りを修正し、スリップの
発生を抑止する技術が提案されている（特開２００７−２１４３６８号公報）。
【００１１】
しかし、上記のようにウェハを凹形状としても、外径１００ｍｍを超えるＧａＡｓウェ
ハの大口径化に伴い、ウェハの熱処理やエピタキシャル成長により、ウェハ外周縁部から
中心に向かうスリップが発生しやすくなっている。これは、ウェハの大口径化によって面
内温度均一性を保つことが難しくなってきているためであり、ウェハの反りによる歪みを
修正してもなお、中心部と外周縁部との温度不均一により発生する熱応力によって、歪み
が開放され、結果としてウェハ外周縁部から中心に向かうスリップが発生する。スリップ
の発生は、ＬＥＣ法やＶＢ法といったＧａＡｓ単結晶の製造方法に依らないことが確認さ
れており、外径１００ｍｍを超える大口径ＧａＡｓウェハに当てはまる問題と言える。
【００１２】
また、ウェハ面内の転移密度及び残留応力を所定の範囲とすることで、ウェハの面内温
度を均一にし、スリップの発生を抑止する技術も提案されている（特開２００８−１７４
４１５号公報）。しかしながら、この技術によっても、ウェハの大口径化に伴い、スリッ
プの発生の問題を解決することができない場合があった。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、大口径化しても、スリップの発生を抑制できるＧａＡｓウェ
ハ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第１の態様は、硫黄原子濃度が面内で一様に２×１０１４ｃｍ−３以上である
ＧａＡｓウェハが提供される。
【００１５】
本発明の第２の態様によれば、前記硫黄原子濃度が面内で一様に２×１０１４ｃｍ−３
以上１０×１０１６ｃｍ−３未満である第１の態様に記載のＧａＡｓウェハが提供される
。
【００１６】
本発明の第３の態様によれば、ユニバーサル硬度が面内で一様に４０００Ｎ／ｍｍ２以
上である第１又は第２の態様に記載のＧａＡｓウェハが提供される。
【００１７】
本発明の第４の態様によれば、前記ＧａＡｓウェハは円形に形成され、前記ＧａＡｓウ
ェハの外径が１００ｍｍ以上である第１〜第３の態様のいずれかに記載のＧａＡｓウェハ
が提供される。
【００１８】
本発明の第５の態様によれば、原料および封止剤を収納したルツボを加熱し、前記ルツ
ボ内の液体封止剤で覆われた原料融液に種結晶を接触させた後に前記種結晶を徐々に引き
上げて、一定の外径を有するようにＧａＡｓ単結晶を成長する成長工程と、前記成長工程
で得られた前記ＧａＡｓ単結晶をスライスしてＧａＡｓウェハを作製するウェハ作製工程
とを有するＧａＡｓウェハの製造方法において、
前記成長工程では、該成長工程で得られる前記ＧａＡｓ単結晶中の硫黄原子濃度が一様
に２×１０１４ｃｍ−３以上となるように、前記原料中に硫黄を添加することを特徴とす
るＧａＡｓウェハの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、大口径化しても、スリップの発生を抑制できるＧａＡｓウェハが得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るＧａＡｓウェハの製造方法におけるＧａＡｓ単結晶成長に用いたＧａＡｓ単結晶製造装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例にかかるＧａＡｓ単結晶をスライスして得られたＧａＡｓウェハの硫黄原子濃度とユニバーサル硬度との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の比較例にかかるＧａＡｓ単結晶をスライスして得られたＧａＡｓウェハの硫黄原子濃度とユニバーサル硬度との関係を示すグラフである。
【図４】ＧａＡｓウェハにエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウェハの断面図である。
【図５】従来のＧａＡｓウェハを用いたエピタキシャルウェハに対して、ウェハアニール処理後にウェハに発生するスリップの一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（本発明の一実施形態）
以下に、本発明にかかるＧａＡｓウェハ及びＧａＡｓウェハの製造方法の一実施形態に
ついて、図１を参照しながら説明する。
【００２２】
［ＧａＡｓウェハ］
本発明の一実施形態にかかるＧａＡｓウェハは、ＧａＡｓウェハ表面の硫黄原子濃度が
、面内で一様に２×１０１４ｃｍ−３以上である。硫黄原子濃度が面内で一様に２×１０
１４ｃｍ−３以上であるＧａＡｓウェハとすることにより、ＧａＡｓウェハ表面のユニバ
ーサル硬度が、面内で一様に４０００Ｎ／ｍｍ２以上である硬質のＧａＡｓウェハを得る
ことができる。この結果、ＧａＡｓウェハを大口径化しても、例えば、エピタキシャル成
長後の降温時や、エピタキシャル成長後のウェハアニール処理中の昇降温時等の、ＧａＡ
ｓウェハを用いたデバイス製造プロセス中の熱処理に対して、ＧａＡｓウェハ自身の反り
や熱処理時のウェハ面内の温度不均一といった影響があっても、スリップの発生を抑止で
きることが明らかとなった（実施例参照）。これにより、デバイスに断線等の不良が生じ
ることを抑止でき、高いデバイス歩留りを維持することができる。
【００２３】
硫黄原子濃度が面内で一様に２×１０１４ｃｍ−３以上であるＧａＡｓウェハは、後述
するように、ＬＥＣ法において所定の成長条件で作製されたＧａＡｓ単結晶をスライスす
ることにより得られる。なお、本実施形態において、ＧａＡｓウェハ表面の硫黄原子濃度
が面内で一様に２×１０１４ｃｍ−３以上となるように、すなわち、ＧａＡｓ単結晶中の
硫黄原子濃度が一様に２×１０１４ｃｍ−３以上となるように、ＧａＡｓ単結晶の成長工
程で、硫黄粉末等の硫黄を原料中に添加したのは、成長したＧａＡｓ単結晶中の硫黄原子
濃度が２×１０１４ｃｍ−３未満であると、この結晶をスライスすることにより得られる
ＧａＡｓウェハのユニバーサル硬度が、面内で４０００Ｎ／ｍｍ２未満となるＧａＡｓウ
ェハが発生してしまう場合があるからである。
【００２４】
また、本実施形態において、ＧａＡｓウェハ表面のユニバーサル硬度の下限値を４００
０Ｎ／ｍｍ２としたのは、ＧａＡｓウェハ表面のユニバーサル硬度が４０００Ｎ／ｍｍ２
未満となると、ＧａＡｓウェハを大口径化したとき、エピタキシャル成長後の降温時やエ
ピタキシャル成長後のウェハアニール処理中の昇降温時に、スリップが発生してしまう場
合があるからである。
【００２５】
なお、硫黄自体はＧａＡｓ中でドナとして働くため、半絶縁性ＧａＡｓウエハを得るた
めには、ＧａＡｓウェハ表面の硫黄原子濃度は、面内で一様に２×１０１４ｃｍ−３以上
１０×１０１６ｃｍ−３未満であることが好ましい。これによっても、ＧａＡｓウェハ表
面のユニバーサル硬度を面内で一様に４０００Ｎ／ｍｍ２以上、好ましくは４０００Ｎ／
ｍｍ２〜４４００Ｎ／ｍｍ２とすることができ、スリップの発生を抑止できる。
【００２６】
上記ＧａＡｓウェハは、ＬＥＣ法により形成され、その外径が１００ｍｍ以上の円形で
あることが好ましい。本発明によれば、ＧａＡｓウェハの外径を１００ｍｍ以上に大口径
化しても、スリップの発生を抑止でき、ＧａＡｓウェハを用いたデバイスの量産化などに
貢献できる。
【００２７】
上記ＧａＡｓウェハの硬度を規定するユニバーサル硬度とは、超微小負荷硬さ試験方法
により測定される押し込み硬さであり、ユニバーサル硬度は、圧子を荷重を加えながら被
測定物（ＧａＡｓウェハ面）に押し込むことにより、下記の式（１）から求められる。
ユニバーサル硬度＝Ｆ／Ａ（ｈ） ……式（１）
ここで、Ｆは被測定物に加えられる試験荷重（試験力）であり、Ａ（ｈ）は試験荷重下
での圧子の被測定物との接触表面積（圧子を被測定物に押し込むことで生じる被測定物の
凹みの表面積）であって、圧子の被測定物への押し込み深さｈから算出される。試験荷重
Ｆの単位はＮ（ニュートン）、接触表面積Ａ（ｈ）の単位はｍｍ２であり、ユニバーサル
硬度の単位はＮ／ｍｍ２（ＭＰａ）である。
【００２８】
このユニバーサル硬度の測定は、市販の硬度測定器を用いて行うことができ、例えば、
超微小硬度測定器「フィッシャースコープＨ−１００」（フィッシャーインストルメント
社製）を用いて測定することができる。この超微小硬度測定器では、四角錐或いは三角錐
形状の圧子を被測定物に押し込む過程で負荷する試験荷重Ｆと押し込み深さｈを連続的に
測定し、所望の試験荷重に達した時点での押し込み深さから圧子が被測定物と接触してい
る表面積を求め、上記の式（１）よりユニバーサル硬度を算出する。
【００２９】
上記超微小硬度測定器「フィッシャースコープＨ−１００」を用いてＧａＡｓウェハの
硬度を測定した具体的な測定条件を次に記す。
測定圧子：ヴィッカース圧子
測定環境：温度２４℃、湿度６５％
測定試料：厚さが６００μｍ〜７５０μｍのＧａＡｓウェハ
最大試験荷重：１０００ｍＮ
荷重条件：最大試験荷重に３０ｓｅｃで達する速度で、時間に比例して荷重を印加
【００３０】
硬度測定は、各試料とも、例えば（１００）面ウェハの場合には、＜００１＞方向の半
径（線分）上における、ウェハ外周縁より５ｍｍの位置からウェハ中心に向かって等間隔
で５点測定した。その後、＜０１１＞方向の半径（線分）上における、ウェハ外周縁より
５ｍｍの位置からウェハ中心に向かって等間隔で４点測定した。つまり、＜００１＞方向
の半径上および＜０１１＞方向の半径上において合計９点の測定点で、ＧａＡｓウェハ面
内のユニバーサル硬度を測定した。これら９点で測定されたユニバーサル硬度のうち最小
値を用いて、ＧａＡｓウェハ面内の硬度は面内に一様に前記最小値以上のユニバーサル硬
度を有すると規定した。なお、ユニバーサル硬度の測定点は、上記測定点・測定位置に限
らず、ＧａＡｓウェハ面内の適宜分散した複数の位置で測定すればよい。
【００３１】
［ＧａＡｓウェハの製造方法］
次に、本発明に係るＧａＡｓウェハの製造方法の一実施形態を説明する。本実施形態の
ＧａＡｓウェハの製造方法では、ＬＥＣ法によるＧａＡｓ単結晶を成長する成長工程と、
成長工程で得られたＧａＡｓ単結晶をスライスしてＧａＡｓウェハを作製するウェハ作製
工程とを有する。
【００３２】
本実施形態のＬＥＣ法によるＧａＡｓ単結晶の成長工程では、成長工程で得られたＧａ
Ａｓ単結晶中の硫黄原子濃度が一様に２×１０１４ｃｍ−３以上となるように、好ましく
は２×１０１４ｃｍ−３以上１０×１０１６ｃｍ−３未満となるように、原料中に例えば
硫黄粉末等の硫黄を添加している。
【００３３】
なお、炉内の例えばサセプタ１０等の構成部材はグラファイトから構成されている場合
があり、このようなグラファイト部材から発生した硫黄がＧａＡｓ単結晶の成長途中で、
結晶中に取り込まれる場合がある。このため、成長工程で得られるＧａＡｓ単結晶中の硫
黄原子濃度は、炉内熱環境やグラファイト部材の劣化状況等により、結晶ロット間でばら
つきが生じてしまう。従って、本実施形態では、ＧａＡｓ単結晶中の硫黄原子濃度が２×
１０１４ｃｍ−３以上、好ましくは２×１０１４ｃｍ−３以上１０×１０１６ｃｍ−３未
満となるように、原料セット時にあらかじめ硫黄粉末を原料中に添加することで、結晶ロ
ット間で硫黄原子濃度のばらつきを抑制することができる。
【００３４】
［ＧａＡｓ単結晶製造装置］
まず、本実施形態のＧａＡｓ単結晶の成長工程で用いるＧａＡｓ単結晶製造装置につい
て説明する。このＧａＡｓ単結晶製造装置は、ＬＥＣ法によりＧａＡｓ単結晶を成長する
装置である。
【００３５】
ＧａＡｓ単結晶製造装置は、図１に示すように、炉体部分である高圧容器８と、ＧａＡ
ｓ単結晶３を引上げる為に下端に種結晶２を有する引上げ軸（上軸）９と、原料融液５及
び液体封止剤６を収納する容器であるルツボ４と、ルツボ４を収容するサセプタ１０と、
サセプタ１０を支持するペデスタル（下軸）１１と、ルツボ４を加熱して主にＧａＡｓ単
結晶３の外径を制御する役割を有する上部ヒータ１２および主に固液界面１の形状を制御
する役割を有する下部ヒータ１３とを有する構造となっている。
【００３６】
不活性の雰囲気ガス７で満たされた高圧容器８からなる成長炉には、ＧａＡｓ単結晶３
を引上げるための引上げ軸９が高圧容器８の上壁を貫通して設けられ、引上げ軸９の先端
に、種結晶（シード結晶）２が取り付けられる。ペデスタル１１は高圧容器８の底壁を貫
通して設けられ、ペデスタル１１の上端にはサセプタ１０が固定されており、ペデスタル
１１はサセプタ１０を介してルツボ４を支持している。ルツボ４には、ＧａＡｓ単結晶３
の原料と、この原料中に添加される硫黄と、液体封止剤としての例えばＢ２Ｏ３とが収容
される。ペデスタル１１は引上げ軸９と軸心を一致させて設けられる。ペデスタル１１、
引上げ軸９はそれぞれ回転装置（図示せず）により回転され、かつ昇降装置（図示せず）
により昇降される。高圧容器８内には、ルツボ４内の原料、原料中の硫黄及び液体封止剤
を溶融する加熱手段として、上部ヒータ１２および下部ヒータ１３が設けられている。ま
た、上部ヒータ１２および下部ヒータ１３の温度を制御する温度コントローラ（図示せず
）が設けられると共に、ルツボ４内の原料及び液体封止剤の温度を検出するための温度検
出手段として熱電対１４が設けられる。上部ヒータ１２および下部ヒータ１３は、サセプ
タ１０の外周部を包囲するようにサセプタ１０と同心配置で設置され、熱電対１４はペデ
スタル１１の軸内上部に設置される。
【００３７】
［ＧａＡｓ単結晶の製造］
ＧａＡｓ単結晶を製造する際は、まず、高圧容器８内が所定圧の不活性ガス雰囲気に保
持される。不活性の雰囲気ガス７の圧力は、原料融液５からのＡｓの解離を防止する圧力
に設定される。次に、温度コントローラにより温度制御されて上部ヒータ１２及び下部ヒ
ータ１３が加熱される。ルツボ４の温度が上部ヒータ１２及び下部ヒータ１３の加熱によ
り、まず液体封止剤６が溶融し、続いてＧａＡｓ原料及び原料中に添加された硫黄が溶融
する。溶融した液体封止剤６の比重よりも、ＧａＡｓ原料及び硫黄からなる原料融液５の
比重が大きいので液体封止剤６により、原料融液５の表面が覆われる。これにより、原料
融液５からのＡｓの解離が防止される。結晶成長の際は、引上げ軸９の先端に固定された
種結晶２を原料融液５に接触させ（例えば、ＧａＡｓ原料融液５にＧａＡｓ種結晶２の（
１００）面を接触させる）、この状態で温度コントローラのフィードバック制御によって
上部ヒータ１２及び下部ヒータ１３の温度を徐々に低下させながら、種結晶２をゆっくり
と引上げていく。こうすることで、ＧａＡｓ単結晶３が成長し、ＧａＡｓ単結晶３が液体
封止剤６を貫いて引上げられていく。
【００３８】
また、結晶成長の進行に伴ってルツボ４内の原料融液５が減少すると、必然的に液面位
置が下がり、上部ヒータ１２及び下部ヒータ１３と結晶成長界面との位置関係が変化し、
原料融液５を効率良く加熱することが難しくなる。このため、ＧａＡｓ単結晶３の成長量
から液面の低下量を算出し、これを補正するように昇降装置によってペデスタル１１を徐
々に上昇させてルツボ４の位置を調整し、原料融液５の液面を、上部ヒータ１２及び下部
ヒータ１３の発熱帯に対して常に一定の位置にする制御が実行される。
【００３９】
結晶製造中のＧａＡｓ単結晶３と原料融液５との固液界面１の形状については、原料融
液５側に凸面形状となるように制御されるとよい。多結晶化の原因となる転位は固液界面
１に垂直に伝播するため、固液界面１の形状が原料融液５側に凹面形状になると、転位が
集合して多結晶化してしまうからである。そのため、上部ヒータ１２によって主にＧａＡ
ｓ単結晶３の外径を制御し、下部ヒータ１３によって主に固液界面１の形状を制御する。
【００４０】
上述のように、原料中に硫黄を添加して作製したＧａＡｓ単結晶をスライスすることで
得られるＧａＡｓウェハは、面内で一様に２×１０１４ｃｍ−３以上の硫黄原子濃度を実
現でき、面内で一様に４０００Ｎ／ｍｍ２以上のユニバーサル硬度を実現できる。
【００４１】
なお、上記実施形態では、ＧａＡｓ単結晶をＬＥＣ法を用いて作製したが、硫黄原子濃
度が面内で一様に２×１０１４ｃｍ−３以上であるＧａＡｓウェハが得られるのであれば
、ＬＥＣ法に限らずに、ＶＢ法などを用いてＧａＡｓ単結晶を作製しても勿論よい。また
、外径が１００ｍｍ以上のＧａＡｓウェハのみならず、外径が１００ｍｍ未満のＧａＡｓ
ウェハを作製しても勿論よく、スリップの発生を抑止できる。
【実施例】
【００４２】
次に、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４３】
＜実施例１＞
図１に示す上記実施形態のＧａＡｓ単結晶製造装置を用いてＧａＡｓ単結晶を成長させ
、このＧａＡｓ単結晶をスライス加工してＧａＡｓウェハを作製した。
【００４４】
具体的には、ＧａＡｓ単結晶を成長させる際、ｐＢＮ製のルツボ４に原料としてＧａＡ
ｓ多結晶２５０００ｇを入れ、そして、原料中に、成長したＧａＡｓ単結晶中の硫黄原子
濃度が一様に２×１０１４ｃｍ−３以上１×１０１５ｃｍ−３未満となるように硫黄粉末
を添加した。また、ルツボ４に液体封止剤として三酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）１５００ｇを入
れ、ルツボ４を高圧容器８に収納し、高圧容器８内の圧力が９.０ｋｇｆ／ｃｍ２になる
ように不活性の雰囲気ガス７を充填した。不活性ガスとして窒素ガスを用い、雰囲気ガス
７における窒素ガス濃度を９７％とした。不活性の雰囲気ガス７を充填後、上部ヒータ１
２および下部ヒータ１３によりルツボ４を加熱することで、三酸化硼素、ＧａＡｓ多結晶
を融解させた後、温度を調整して種付けを行い、上部ヒータ１２および下部ヒータ１３に
より温度制御して成長させ、外径１００ｍｍ、全長４００ｍｍのＧａＡｓ単結晶を成長さ
せた。
【００４５】
上記雰囲気ガス７における窒素ガス濃度は９５％〜９９％の範囲で制御し、高圧容器８
内の圧力は７.０ｋｇｆ／ｃｍ２〜９.０ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲で制御するのがよい。また
、上記雰囲気ガスに、炭素を含むガスとしてＣＯガス、ＣＯ２ガスを０.１％以上５％以
下の濃度で混合させて、ＧａＡｓ単結晶への炭素の取り込み量を制御するのがよい。なお
、高圧容器８内の雰囲気ガス濃度の制御においては、高圧容器８内のガス濃度を直接測定
するのではなく、高圧容器８に供給されるガスのガス流量から高圧容器８内のガス濃度を
計算して行った。すなわち、高圧容器８に供給されるガス流量はマスフローメータで計測
し、計測されたガス流量から高圧容器８内のガス濃度を計算し、このガス濃度の計算結果
に基づいて、マスフローメータでガス流量を調整して、高圧容器８内の雰囲気ガス濃度を
制御した。
【００４６】
上記窒素ガス濃度の成長条件でＧａＡｓ単結晶の成長を行うことで、成長するＧａＡｓ
単結晶の表面は窒化膜（ＧａＮＡｓやＧａＮ）で覆われ、ヒータの加熱によってＧａＡｓ
単結晶の直胴部の表面にＧａダレが生じることを抑えることができる。窒化膜としては、
当初はＧａＮＡｓ膜が形成され、その後、一部ではＧａＮＡｓ膜からＡｓが抜けてＧａＮ
膜となっているものと考えられる。上記窒素ガス濃度の条件でＧａＡｓ単結晶の成長を行
うことで、成長したＧａＡｓ単結晶の表面には、２〜１０ｎｍの窒化膜が形成されていた
。
【００４７】
また、雰囲気ガスに炭素を含むガス（ＣＯガスやＣＯ２ガス）を上記の濃度範囲で混合
させることにより、ＧａＡｓウェハ面内のユニバーサル硬度のばらつきを所定の範囲に抑
制できると共に、ＧａＡｓウェハ自体の電気的特性のばらつきも抑える効果を奏する。
【００４８】
上記の成長条件で、５本のＧａＡｓ単結晶を作製し、ＧａＡｓ単結晶をスライス加工し
て得たＧａＡｓウェハは、全てのウェハでユニバーサル硬度が４０００Ｎ／ｍｍ２以上で
あった。
【００４９】
これらのＧａＡｓウェハ上に、ＭＯＶＰＥ装置により、合計厚さ１μｍのＡｌＧａＡｓ
層を含む数種類のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた。その後、このエピタキ
シャル層を有するＧａＡｓウェハをウェハアニール炉内に配置し、水素ガス雰囲気で室温
から８５０℃まで昇温速度６００℃／ｈで昇温し、続いて８５０℃から室温まで降温速度
６００℃／ｈで降温した。ウェハアニール処理を実施したＧａＡｓウェハを目視にてスリ
ップ発生の有無を観察したところ、スリップの発生は認められなかった（２０枚中０枚）
。
【００５０】
＜実施例２＞
実施例２では、ＧａＡｓ単結晶の成長工程で、原料中に、成長したＧａＡｓ単結晶中の
硫黄原子濃度が一様に１×１０１５ｃｍ−３以上６×１０１５ｃｍ−３未満となるように
硫黄粉末を添加した。その他は、上述の実施例１と同じ条件でＧａＡｓ単結晶を成長させ
て、５本のＧａＡｓ単結晶を作製した。得られたＧａＡｓ単結晶をスライス加工して得た
ＧａＡｓウェハは、全てのウェハでユニバーサル硬度が４１５０Ｎ／ｍｍ２以上であった
。
【００５１】
これらのＧａＡｓウェハ上に、ＭＯＶＰＥ装置により、合計厚さ１μｍのＡｌＧａＡｓ
層を含む数種類のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた。その後、実施例１と同
じ条件でウェハアニール処理を実施した。ウェハアニール処理後のＧａＡｓウェハを目視
にてスリップの発生有無を観察したところ、スリップの発生は認められなかった（２０枚
中０枚）。
【００５２】
＜実施例３＞
実施例３では、ＧａＡｓ単結晶の成長工程で、原料中に、成長したＧａＡｓ単結晶中の
硫黄原子濃度が一様に６×１０１５ｃｍ−３以上となるように硫黄粉末を添加した。その
他は、上述の実施例１と同じ条件でＧａＡｓ単結晶を成長させて、５本のＧａＡｓ単結晶
を作製した。得られたＧａＡｓ単結晶をスライス加工して得たＧａＡｓウェハは、全ての
ウェハでユニバーサル硬度が４２５０Ｎ／ｍｍ２以上であった。
【００５３】
これらのＧａＡｓウェハ上に、ＭＯＶＰＥ装置により、合計厚さ１μｍのＡｌＧａＡｓ
層を含む数種類のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた。その後、実施例１と同
じ条件でウェハアニール処理を実施した。ウェハアニール処理後のＧａＡｓウェハを目視
にてスリップの発生有無を観察したところ、スリップの発生は認められなかった（２０枚
中０枚）。
【００５４】
＜比較例＞
比較例では、ＧａＡｓ単結晶の成長工程で、原料中に硫黄粉末を添加しなかった。その
他は、上述の実施例１と同じ条件でＧａＡｓ単結晶を成長させて、２５本のＧａＡｓ単結
晶を作製した。この時、ＧａＡｓ単結晶の硫黄原子濃度は２×１０１３ｃｍ−３（検出下
限界）以上４×１０１４ｃｍ−３以下であった。従って、グラファイト部材から発生した
硫黄が原料中に取り込まれたものと考えられる。得られたＧａＡｓ単結晶をスライス加工
して得たＧａＡｓウェハは、全てのウェハでユニバーサル硬度が３８５０Ｎ／ｍｍ２〜４
１００Ｎ／ｍｍ２であった。
【００５５】
これらのＧａＡｓウェハ上に、ＭＯＶＰＥ装置により、合計厚さ１μｍのＡｌＧａＡｓ
層を含む数種類のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた。その後、実施例１と同
じ条件でウェハアニール処理を実施した。ウェハアニール処理後のＧａＡｓウェハを目視
にてスリップの発生有無を観察したところ、スリップの発生が認められた（１００枚中１
３枚）。スリップの発生したウェハは、全てのウェハでユニバーサル硬度が４０００Ｎ／
ｍｍ２未満であった。
【００５６】
以上の実施例の試作結果を図２に示し、比較例の試作結果を図３に示す。上記の実施例
及び比較例の試作結果から、ＬＥＣ法によりＧａＡｓウェハを製造する場合は、ＧａＡｓ
単結晶の成長工程で、ＧａＡｓ単結晶の硫黄原子濃度が一様に２×１０１４ｃｍ−３以上
となるように原料中に硫黄を添加することが適切であると確認され、これによりＧａＡｓ
ウェハ表面のユニバーサル硬度が一様に４０００Ｎ／ｍｍ２以上となることが確認された
。
【符号の説明】
【００５７】
１ 固液界面
２ 種結晶
３ ＧａＡｓ単結晶
４ ルツボ
５ 原料融液
６ 液体封止剤
７ 雰囲気ガス
８ 高圧容器
９ 引上げ軸
１０ サセプタ
１１ ペデスタル
１２ 上部ヒータ
１３ 下部ヒータ
１４ 熱電対
２０ ＧａＡｓウェハ
２１ エピタキシャル層
２２ エピタキシャルウェハ
２３ スリップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＡｓウェハ及びその製造方法に関し、特にスリップの発生を抑制できる
ＧａＡｓウェハ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓなどの化合物半導体単結晶は、ＬＥＣ（Liquid Encapsulated Czochralski：
液体封止引き上げ）法、ＶＢ（Vertical Bridgeman：垂直ブリッジマン）法などによって
製造される。従来、半絶縁性ＧａＡｓ単結晶の成長において、多結晶化を防止するために
結晶成長中の固液界面形状を融液側に凸状にすることが重要であり、凸状の固液界面とす
るための種々の構造や成長条件などが提案されている（例えば、特許文献１〜７）。
【０００３】
半絶縁性ＧａＡｓ単結晶を成長させた後に、これをスライス加工して得られる半絶縁性
のＧａＡｓウェハを基板にして、各種デバイスが作製される。具体的には、ＧａＡｓウェ
ハ上に、ＡｌＧａＡｓやＩｎＧａＡｓ等の化合物半導体層を有機金属気相成長法（ＭＯＶ
ＰＥ法）や分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）等によりエピタキシャル成長させ、
その後、リソグラフィーおよびエッチング等の技術を用いて電子デバイスや受・発光デバ
イス等が作製されている。
【０００４】
ここで、エピタキシャル成長させるＡｌＧａＡｓやＩｎＧａＡｓ等の化合物半導体層は
、その下地ウェハであるＧａＡｓと組成が異なるため、格子定数や熱膨張係数が異なる。
そのため、図４に示すように、ＧａＡｓウェハ２０上にエピタキシャル層２１を積層した
エピタキシャルウェハ２２には歪みが生じ、エピタキシャルウェハ２２全体がエピタキシ
ャル層２１側に凸形状に反ることが多い。
【０００５】
デバイス製造プロセス中において、ＧａＡｓウェハは、何回か高温に晒される。例えば
、ＭＯＶＰＥ法によるエピタキシャル成長では、ＧａＡｓウェハを約８００℃まで昇温さ
せてエピタキシャル成長がなされ、あるいはエピタキシャル成長後のウェハアニール処理
でもＧａＡｓウェハは高温に晒される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２３８８７０号公報
【特許文献２】特開平６−１０７４１６号公報
【特許文献３】特開２００２−２５９２３号公報
【特許文献４】特開２００４−１０４６７号公報
【特許文献５】特開２００６−３２７８７９号公報
【特許文献６】特開２００６−３６６０４号公報
【特許文献７】特開２００８−２２２４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、ＧａＡｓウェハ２０上に格子定数が異なるエピタキシャル層２１を形
成した化合物半導体ウェハは、少なからず反りを有し、エピタキシャル成長工程における
エピタキシャル成長後の降温時に、もしくはエピタキシャル成長工程後になされるウェハ
アニール処理中の昇降温時に、ＧａＡｓウェハ２０の反り、つまり格子歪みを開放するべ
く、図５に示すように、ＧａＡｓウェハ２０の表面に、ＧａＡｓウェハ２０の外周縁部か
ら特定の結晶方向に沿う直線状のすじ、つまりスリップ２３が発生する。なお、２４はノ
ッチである。
【０００８】
ウェハに急激な温度変化を与えると、ウェハ内部の歪みを開放するために結晶が一部移
動し、それが結晶面の高さにずれを生じさせて、ウェハ表面に段差が生じる。これがスリ
ップであり、結晶の開放端であるウェハ外周縁部から発生し、その段差は中心方向に伝搬
され、外周縁部から中心に向かう直線状のすじとなって現れる。ウェハの中央部付近には
デバイス形成領域が位置しているため、スリップがデバイス領域に伝搬されると、デバイ
スに断線等の不良が生じるといった問題があった。
【０００９】
スリップの発生を抑制するには、エピタキシャル成長後の降温速度やウェハアニール処
理時の昇温速度および降温速度を小さくすること等が効果的であるが、デバイスの特性を
制御したり、安定させる上では昇温速度および降温速度が大きい方が有利である場合が多
いため、昇温速度および降温速度を小さくすることは難しい。
【００１０】
そこで、従来技術として、あらかじめエピタキシャル成長用化合物半導体ウェハを、エ
ピタキシャル層を成長させる表面を上側に向けた時に中央部が低く且つ周辺部が高く、同
心円状に反った凹形状とすることで、エピタキシャル成長後の反りを修正し、スリップの
発生を抑止する技術が提案されている（特開２００７−２１４３６８号公報）。
【００１１】
しかし、上記のようにウェハを凹形状としても、外径１００ｍｍを超えるＧａＡｓウェ
ハの大口径化に伴い、ウェハの熱処理やエピタキシャル成長により、ウェハ外周縁部から
中心に向かうスリップが発生しやすくなっている。これは、ウェハの大口径化によって面
内温度均一性を保つことが難しくなってきているためであり、ウェハの反りによる歪みを
修正してもなお、中心部と外周縁部との温度不均一により発生する熱応力によって、歪み
が開放され、結果としてウェハ外周縁部から中心に向かうスリップが発生する。スリップ
の発生は、ＬＥＣ法やＶＢ法といったＧａＡｓ単結晶の製造方法に依らないことが確認さ
れており、外径１００ｍｍを超える大口径ＧａＡｓウェハに当てはまる問題と言える。
【００１２】
また、ウェハ面内の転移密度及び残留応力を所定の範囲とすることで、ウェハの面内温
度を均一にし、スリップの発生を抑止する技術も提案されている（特開２００８−１７４
４１５号公報）。しかしながら、この技術によっても、ウェハの大口径化に伴い、スリッ
プの発生の問題を解決することができない場合があった。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、大口径化しても、スリップの発生を抑制できるＧａＡｓウェ
ハ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第１の態様は、硫黄原子濃度が面内で一様に２×１０１４ｃｍ−３以上である
ＧａＡｓウェハが提供される。
【００１５】
本発明の第２の態様によれば、前記硫黄原子濃度が面内で一様に２×１０１４ｃｍ−３
以上１０×１０１６ｃｍ−３未満である第１の態様に記載のＧａＡｓウェハが提供される
。
【００１６】
本発明の第３の態様によれば、ユニバーサル硬度が面内で一様に４０００Ｎ／ｍｍ２以
上である第１又は第２の態様に記載のＧａＡｓウェハが提供される。
【００１７】
本発明の第４の態様によれば、前記ＧａＡｓウェハは円形に形成され、前記ＧａＡｓウ
ェハの外径が１００ｍｍ以上である第１〜第３の態様のいずれかに記載のＧａＡｓウェハ
が提供される。
【００１８】
本発明の第５の態様によれば、原料および封止剤を収納したルツボを加熱し、前記ルツ
ボ内の液体封止剤で覆われた原料融液に種結晶を接触させた後に前記種結晶を徐々に引き
上げて、一定の外径を有するようにＧａＡｓ単結晶を成長する成長工程と、前記成長工程
で得られた前記ＧａＡｓ単結晶をスライスしてＧａＡｓウェハを作製するウェハ作製工程
とを有するＧａＡｓウェハの製造方法において、
前記成長工程では、該成長工程で得られる前記ＧａＡｓ単結晶中の硫黄原子濃度が一様
に２×１０１４ｃｍ−３以上となるように、前記原料中に硫黄を添加することを特徴とす
るＧａＡｓウェハの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、大口径化しても、スリップの発生を抑制できるＧａＡｓウェハが得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るＧａＡｓウェハの製造方法におけるＧａＡｓ単結晶成長に用いたＧａＡｓ単結晶製造装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例にかかるＧａＡｓ単結晶をスライスして得られたＧａＡｓウェハの硫黄原子濃度とユニバーサル硬度との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の比較例にかかるＧａＡｓ単結晶をスライスして得られたＧａＡｓウェハの硫黄原子濃度とユニバーサル硬度との関係を示すグラフである。
【図４】ＧａＡｓウェハにエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウェハの断面図である。
【図５】従来のＧａＡｓウェハを用いたエピタキシャルウェハに対して、ウェハアニール処理後にウェハに発生するスリップの一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（本発明の一実施形態）
以下に、本発明にかかるＧａＡｓウェハ及びＧａＡｓウェハの製造方法の一実施形態に
ついて、図１を参照しながら説明する。
【００２２】
［ＧａＡｓウェハ］
本発明の一実施形態にかかるＧａＡｓウェハは、ＧａＡｓウェハ表面の硫黄原子濃度が
、面内で一様に２×１０１４ｃｍ−３以上である。硫黄原子濃度が面内で一様に２×１０
１４ｃｍ−３以上であるＧａＡｓウェハとすることにより、ＧａＡｓウェハ表面のユニバ
ーサル硬度が、面内で一様に４０００Ｎ／ｍｍ２以上である硬質のＧａＡｓウェハを得る
ことができる。この結果、ＧａＡｓウェハを大口径化しても、例えば、エピタキシャル成
長後の降温時や、エピタキシャル成長後のウェハアニール処理中の昇降温時等の、ＧａＡ
ｓウェハを用いたデバイス製造プロセス中の熱処理に対して、ＧａＡｓウェハ自身の反り
や熱処理時のウェハ面内の温度不均一といった影響があっても、スリップの発生を抑止で
きることが明らかとなった（実施例参照）。これにより、デバイスに断線等の不良が生じ
ることを抑止でき、高いデバイス歩留りを維持することができる。
【００２３】
硫黄原子濃度が面内で一様に２×１０１４ｃｍ−３以上であるＧａＡｓウェハは、後述
するように、ＬＥＣ法において所定の成長条件で作製されたＧａＡｓ単結晶をスライスす
ることにより得られる。なお、本実施形態において、ＧａＡｓウェハ表面の硫黄原子濃度
が面内で一様に２×１０１４ｃｍ−３以上となるように、すなわち、ＧａＡｓ単結晶中の
硫黄原子濃度が一様に２×１０１４ｃｍ−３以上となるように、ＧａＡｓ単結晶の成長工
程で、硫黄粉末等の硫黄を原料中に添加したのは、成長したＧａＡｓ単結晶中の硫黄原子
濃度が２×１０１４ｃｍ−３未満であると、この結晶をスライスすることにより得られる
ＧａＡｓウェハのユニバーサル硬度が、面内で４０００Ｎ／ｍｍ２未満となるＧａＡｓウ
ェハが発生してしまう場合があるからである。
【００２４】
また、本実施形態において、ＧａＡｓウェハ表面のユニバーサル硬度の下限値を４００
０Ｎ／ｍｍ２としたのは、ＧａＡｓウェハ表面のユニバーサル硬度が４０００Ｎ／ｍｍ２
未満となると、ＧａＡｓウェハを大口径化したとき、エピタキシャル成長後の降温時やエ
ピタキシャル成長後のウェハアニール処理中の昇降温時に、スリップが発生してしまう場
合があるからである。
【００２５】
なお、硫黄自体はＧａＡｓ中でドナとして働くため、半絶縁性ＧａＡｓウエハを得るた
めには、ＧａＡｓウェハ表面の硫黄原子濃度は、面内で一様に２×１０１４ｃｍ−３以上
１０×１０１６ｃｍ−３未満であることが好ましい。これによっても、ＧａＡｓウェハ表
面のユニバーサル硬度を面内で一様に４０００Ｎ／ｍｍ２以上、好ましくは４０００Ｎ／
ｍｍ２〜４４００Ｎ／ｍｍ２とすることができ、スリップの発生を抑止できる。
【００２６】
上記ＧａＡｓウェハは、ＬＥＣ法により形成され、その外径が１００ｍｍ以上の円形で
あることが好ましい。本発明によれば、ＧａＡｓウェハの外径を１００ｍｍ以上に大口径
化しても、スリップの発生を抑止でき、ＧａＡｓウェハを用いたデバイスの量産化などに
貢献できる。
【００２７】
上記ＧａＡｓウェハの硬度を規定するユニバーサル硬度とは、超微小負荷硬さ試験方法
により測定される押し込み硬さであり、ユニバーサル硬度は、圧子を荷重を加えながら被
測定物（ＧａＡｓウェハ面）に押し込むことにより、下記の式（１）から求められる。
ユニバーサル硬度＝Ｆ／Ａ（ｈ） ……式（１）
ここで、Ｆは被測定物に加えられる試験荷重（試験力）であり、Ａ（ｈ）は試験荷重下
での圧子の被測定物との接触表面積（圧子を被測定物に押し込むことで生じる被測定物の
凹みの表面積）であって、圧子の被測定物への押し込み深さｈから算出される。試験荷重
Ｆの単位はＮ（ニュートン）、接触表面積Ａ（ｈ）の単位はｍｍ２であり、ユニバーサル
硬度の単位はＮ／ｍｍ２（ＭＰａ）である。
【００２８】
このユニバーサル硬度の測定は、市販の硬度測定器を用いて行うことができ、例えば、
超微小硬度測定器「フィッシャースコープＨ−１００」（フィッシャーインストルメント
社製）を用いて測定することができる。この超微小硬度測定器では、四角錐或いは三角錐
形状の圧子を被測定物に押し込む過程で負荷する試験荷重Ｆと押し込み深さｈを連続的に
測定し、所望の試験荷重に達した時点での押し込み深さから圧子が被測定物と接触してい
る表面積を求め、上記の式（１）よりユニバーサル硬度を算出する。
【００２９】
上記超微小硬度測定器「フィッシャースコープＨ−１００」を用いてＧａＡｓウェハの
硬度を測定した具体的な測定条件を次に記す。
測定圧子：ヴィッカース圧子
測定環境：温度２４℃、湿度６５％
測定試料：厚さが６００μｍ〜７５０μｍのＧａＡｓウェハ
最大試験荷重：１０００ｍＮ
荷重条件：最大試験荷重に３０ｓｅｃで達する速度で、時間に比例して荷重を印加
【００３０】
硬度測定は、各試料とも、例えば（１００）面ウェハの場合には、＜００１＞方向の半
径（線分）上における、ウェハ外周縁より５ｍｍの位置からウェハ中心に向かって等間隔
で５点測定した。その後、＜０１１＞方向の半径（線分）上における、ウェハ外周縁より
５ｍｍの位置からウェハ中心に向かって等間隔で４点測定した。つまり、＜００１＞方向
の半径上および＜０１１＞方向の半径上において合計９点の測定点で、ＧａＡｓウェハ面
内のユニバーサル硬度を測定した。これら９点で測定されたユニバーサル硬度のうち最小
値を用いて、ＧａＡｓウェハ面内の硬度は面内に一様に前記最小値以上のユニバーサル硬
度を有すると規定した。なお、ユニバーサル硬度の測定点は、上記測定点・測定位置に限
らず、ＧａＡｓウェハ面内の適宜分散した複数の位置で測定すればよい。
【００３１】
［ＧａＡｓウェハの製造方法］
次に、本発明に係るＧａＡｓウェハの製造方法の一実施形態を説明する。本実施形態の
ＧａＡｓウェハの製造方法では、ＬＥＣ法によるＧａＡｓ単結晶を成長する成長工程と、
成長工程で得られたＧａＡｓ単結晶をスライスしてＧａＡｓウェハを作製するウェハ作製
工程とを有する。
【００３２】
本実施形態のＬＥＣ法によるＧａＡｓ単結晶の成長工程では、成長工程で得られたＧａ
Ａｓ単結晶中の硫黄原子濃度が一様に２×１０１４ｃｍ−３以上となるように、好ましく
は２×１０１４ｃｍ−３以上１０×１０１６ｃｍ−３未満となるように、原料中に例えば
硫黄粉末等の硫黄を添加している。
【００３３】
なお、炉内の例えばサセプタ１０等の構成部材はグラファイトから構成されている場合
があり、このようなグラファイト部材から発生した硫黄がＧａＡｓ単結晶の成長途中で、
結晶中に取り込まれる場合がある。このため、成長工程で得られるＧａＡｓ単結晶中の硫
黄原子濃度は、炉内熱環境やグラファイト部材の劣化状況等により、結晶ロット間でばら
つきが生じてしまう。従って、本実施形態では、ＧａＡｓ単結晶中の硫黄原子濃度が２×
１０１４ｃｍ−３以上、好ましくは２×１０１４ｃｍ−３以上１０×１０１６ｃｍ−３未
満となるように、原料セット時にあらかじめ硫黄粉末を原料中に添加することで、結晶ロ
ット間で硫黄原子濃度のばらつきを抑制することができる。
【００３４】
［ＧａＡｓ単結晶製造装置］
まず、本実施形態のＧａＡｓ単結晶の成長工程で用いるＧａＡｓ単結晶製造装置につい
て説明する。このＧａＡｓ単結晶製造装置は、ＬＥＣ法によりＧａＡｓ単結晶を成長する
装置である。
【００３５】
ＧａＡｓ単結晶製造装置は、図１に示すように、炉体部分である高圧容器８と、ＧａＡ
ｓ単結晶３を引上げる為に下端に種結晶２を有する引上げ軸（上軸）９と、原料融液５及
び液体封止剤６を収納する容器であるルツボ４と、ルツボ４を収容するサセプタ１０と、
サセプタ１０を支持するペデスタル（下軸）１１と、ルツボ４を加熱して主にＧａＡｓ単
結晶３の外径を制御する役割を有する上部ヒータ１２および主に固液界面１の形状を制御
する役割を有する下部ヒータ１３とを有する構造となっている。
【００３６】
不活性の雰囲気ガス７で満たされた高圧容器８からなる成長炉には、ＧａＡｓ単結晶３
を引上げるための引上げ軸９が高圧容器８の上壁を貫通して設けられ、引上げ軸９の先端
に、種結晶（シード結晶）２が取り付けられる。ペデスタル１１は高圧容器８の底壁を貫
通して設けられ、ペデスタル１１の上端にはサセプタ１０が固定されており、ペデスタル
１１はサセプタ１０を介してルツボ４を支持している。ルツボ４には、ＧａＡｓ単結晶３
の原料と、この原料中に添加される硫黄と、液体封止剤としての例えばＢ２Ｏ３とが収容
される。ペデスタル１１は引上げ軸９と軸心を一致させて設けられる。ペデスタル１１、
引上げ軸９はそれぞれ回転装置（図示せず）により回転され、かつ昇降装置（図示せず）
により昇降される。高圧容器８内には、ルツボ４内の原料、原料中の硫黄及び液体封止剤
を溶融する加熱手段として、上部ヒータ１２および下部ヒータ１３が設けられている。ま
た、上部ヒータ１２および下部ヒータ１３の温度を制御する温度コントローラ（図示せず
）が設けられると共に、ルツボ４内の原料及び液体封止剤の温度を検出するための温度検
出手段として熱電対１４が設けられる。上部ヒータ１２および下部ヒータ１３は、サセプ
タ１０の外周部を包囲するようにサセプタ１０と同心配置で設置され、熱電対１４はペデ
スタル１１の軸内上部に設置される。
【００３７】
［ＧａＡｓ単結晶の製造］
ＧａＡｓ単結晶を製造する際は、まず、高圧容器８内が所定圧の不活性ガス雰囲気に保
持される。不活性の雰囲気ガス７の圧力は、原料融液５からのＡｓの解離を防止する圧力
に設定される。次に、温度コントローラにより温度制御されて上部ヒータ１２及び下部ヒ
ータ１３が加熱される。ルツボ４の温度が上部ヒータ１２及び下部ヒータ１３の加熱によ
り、まず液体封止剤６が溶融し、続いてＧａＡｓ原料及び原料中に添加された硫黄が溶融
する。溶融した液体封止剤６の比重よりも、ＧａＡｓ原料及び硫黄からなる原料融液５の
比重が大きいので液体封止剤６により、原料融液５の表面が覆われる。これにより、原料
融液５からのＡｓの解離が防止される。結晶成長の際は、引上げ軸９の先端に固定された
種結晶２を原料融液５に接触させ（例えば、ＧａＡｓ原料融液５にＧａＡｓ種結晶２の（
１００）面を接触させる）、この状態で温度コントローラのフィードバック制御によって
上部ヒータ１２及び下部ヒータ１３の温度を徐々に低下させながら、種結晶２をゆっくり
と引上げていく。こうすることで、ＧａＡｓ単結晶３が成長し、ＧａＡｓ単結晶３が液体
封止剤６を貫いて引上げられていく。
【００３８】
また、結晶成長の進行に伴ってルツボ４内の原料融液５が減少すると、必然的に液面位
置が下がり、上部ヒータ１２及び下部ヒータ１３と結晶成長界面との位置関係が変化し、
原料融液５を効率良く加熱することが難しくなる。このため、ＧａＡｓ単結晶３の成長量
から液面の低下量を算出し、これを補正するように昇降装置によってペデスタル１１を徐
々に上昇させてルツボ４の位置を調整し、原料融液５の液面を、上部ヒータ１２及び下部
ヒータ１３の発熱帯に対して常に一定の位置にする制御が実行される。
【００３９】
結晶製造中のＧａＡｓ単結晶３と原料融液５との固液界面１の形状については、原料融
液５側に凸面形状となるように制御されるとよい。多結晶化の原因となる転位は固液界面
１に垂直に伝播するため、固液界面１の形状が原料融液５側に凹面形状になると、転位が
集合して多結晶化してしまうからである。そのため、上部ヒータ１２によって主にＧａＡ
ｓ単結晶３の外径を制御し、下部ヒータ１３によって主に固液界面１の形状を制御する。
【００４０】
上述のように、原料中に硫黄を添加して作製したＧａＡｓ単結晶をスライスすることで
得られるＧａＡｓウェハは、面内で一様に２×１０１４ｃｍ−３以上の硫黄原子濃度を実
現でき、面内で一様に４０００Ｎ／ｍｍ２以上のユニバーサル硬度を実現できる。
【００４１】
なお、上記実施形態では、ＧａＡｓ単結晶をＬＥＣ法を用いて作製したが、硫黄原子濃
度が面内で一様に２×１０１４ｃｍ−３以上であるＧａＡｓウェハが得られるのであれば
、ＬＥＣ法に限らずに、ＶＢ法などを用いてＧａＡｓ単結晶を作製しても勿論よい。また
、外径が１００ｍｍ以上のＧａＡｓウェハのみならず、外径が１００ｍｍ未満のＧａＡｓ
ウェハを作製しても勿論よく、スリップの発生を抑止できる。
【実施例】
【００４２】
次に、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４３】
＜実施例１＞
図１に示す上記実施形態のＧａＡｓ単結晶製造装置を用いてＧａＡｓ単結晶を成長させ
、このＧａＡｓ単結晶をスライス加工してＧａＡｓウェハを作製した。
【００４４】
具体的には、ＧａＡｓ単結晶を成長させる際、ｐＢＮ製のルツボ４に原料としてＧａＡ
ｓ多結晶２５０００ｇを入れ、そして、原料中に、成長したＧａＡｓ単結晶中の硫黄原子
濃度が一様に２×１０１４ｃｍ−３以上１×１０１５ｃｍ−３未満となるように硫黄粉末
を添加した。また、ルツボ４に液体封止剤として三酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）１５００ｇを入
れ、ルツボ４を高圧容器８に収納し、高圧容器８内の圧力が９.０ｋｇｆ／ｃｍ２になる
ように不活性の雰囲気ガス７を充填した。不活性ガスとして窒素ガスを用い、雰囲気ガス
７における窒素ガス濃度を９７％とした。不活性の雰囲気ガス７を充填後、上部ヒータ１
２および下部ヒータ１３によりルツボ４を加熱することで、三酸化硼素、ＧａＡｓ多結晶
を融解させた後、温度を調整して種付けを行い、上部ヒータ１２および下部ヒータ１３に
より温度制御して成長させ、外径１００ｍｍ、全長４００ｍｍのＧａＡｓ単結晶を成長さ
せた。
【００４５】
上記雰囲気ガス７における窒素ガス濃度は９５％〜９９％の範囲で制御し、高圧容器８
内の圧力は７.０ｋｇｆ／ｃｍ２〜９.０ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲で制御するのがよい。また
、上記雰囲気ガスに、炭素を含むガスとしてＣＯガス、ＣＯ２ガスを０.１％以上５％以
下の濃度で混合させて、ＧａＡｓ単結晶への炭素の取り込み量を制御するのがよい。なお
、高圧容器８内の雰囲気ガス濃度の制御においては、高圧容器８内のガス濃度を直接測定
するのではなく、高圧容器８に供給されるガスのガス流量から高圧容器８内のガス濃度を
計算して行った。すなわち、高圧容器８に供給されるガス流量はマスフローメータで計測
し、計測されたガス流量から高圧容器８内のガス濃度を計算し、このガス濃度の計算結果
に基づいて、マスフローメータでガス流量を調整して、高圧容器８内の雰囲気ガス濃度を
制御した。
【００４６】
上記窒素ガス濃度の成長条件でＧａＡｓ単結晶の成長を行うことで、成長するＧａＡｓ
単結晶の表面は窒化膜（ＧａＮＡｓやＧａＮ）で覆われ、ヒータの加熱によってＧａＡｓ
単結晶の直胴部の表面にＧａダレが生じることを抑えることができる。窒化膜としては、
当初はＧａＮＡｓ膜が形成され、その後、一部ではＧａＮＡｓ膜からＡｓが抜けてＧａＮ
膜となっているものと考えられる。上記窒素ガス濃度の条件でＧａＡｓ単結晶の成長を行
うことで、成長したＧａＡｓ単結晶の表面には、２〜１０ｎｍの窒化膜が形成されていた
。
【００４７】
また、雰囲気ガスに炭素を含むガス（ＣＯガスやＣＯ２ガス）を上記の濃度範囲で混合
させることにより、ＧａＡｓウェハ面内のユニバーサル硬度のばらつきを所定の範囲に抑
制できると共に、ＧａＡｓウェハ自体の電気的特性のばらつきも抑える効果を奏する。
【００４８】
上記の成長条件で、５本のＧａＡｓ単結晶を作製し、ＧａＡｓ単結晶をスライス加工し
て得たＧａＡｓウェハは、全てのウェハでユニバーサル硬度が４０００Ｎ／ｍｍ２以上で
あった。
【００４９】
これらのＧａＡｓウェハ上に、ＭＯＶＰＥ装置により、合計厚さ１μｍのＡｌＧａＡｓ
層を含む数種類のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた。その後、このエピタキ
シャル層を有するＧａＡｓウェハをウェハアニール炉内に配置し、水素ガス雰囲気で室温
から８５０℃まで昇温速度６００℃／ｈで昇温し、続いて８５０℃から室温まで降温速度
６００℃／ｈで降温した。ウェハアニール処理を実施したＧａＡｓウェハを目視にてスリ
ップ発生の有無を観察したところ、スリップの発生は認められなかった（２０枚中０枚）
。
【００５０】
＜実施例２＞
実施例２では、ＧａＡｓ単結晶の成長工程で、原料中に、成長したＧａＡｓ単結晶中の
硫黄原子濃度が一様に１×１０１５ｃｍ−３以上６×１０１５ｃｍ−３未満となるように
硫黄粉末を添加した。その他は、上述の実施例１と同じ条件でＧａＡｓ単結晶を成長させ
て、５本のＧａＡｓ単結晶を作製した。得られたＧａＡｓ単結晶をスライス加工して得た
ＧａＡｓウェハは、全てのウェハでユニバーサル硬度が４１５０Ｎ／ｍｍ２以上であった
。
【００５１】
これらのＧａＡｓウェハ上に、ＭＯＶＰＥ装置により、合計厚さ１μｍのＡｌＧａＡｓ
層を含む数種類のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた。その後、実施例１と同
じ条件でウェハアニール処理を実施した。ウェハアニール処理後のＧａＡｓウェハを目視
にてスリップの発生有無を観察したところ、スリップの発生は認められなかった（２０枚
中０枚）。
【００５２】
＜実施例３＞
実施例３では、ＧａＡｓ単結晶の成長工程で、原料中に、成長したＧａＡｓ単結晶中の
硫黄原子濃度が一様に６×１０１５ｃｍ−３以上となるように硫黄粉末を添加した。その
他は、上述の実施例１と同じ条件でＧａＡｓ単結晶を成長させて、５本のＧａＡｓ単結晶
を作製した。得られたＧａＡｓ単結晶をスライス加工して得たＧａＡｓウェハは、全ての
ウェハでユニバーサル硬度が４２５０Ｎ／ｍｍ２以上であった。
【００５３】
これらのＧａＡｓウェハ上に、ＭＯＶＰＥ装置により、合計厚さ１μｍのＡｌＧａＡｓ
層を含む数種類のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた。その後、実施例１と同
じ条件でウェハアニール処理を実施した。ウェハアニール処理後のＧａＡｓウェハを目視
にてスリップの発生有無を観察したところ、スリップの発生は認められなかった（２０枚
中０枚）。
【００５４】
＜比較例＞
比較例では、ＧａＡｓ単結晶の成長工程で、原料中に硫黄粉末を添加しなかった。その
他は、上述の実施例１と同じ条件でＧａＡｓ単結晶を成長させて、２５本のＧａＡｓ単結
晶を作製した。この時、ＧａＡｓ単結晶の硫黄原子濃度は２×１０１３ｃｍ−３（検出下
限界）以上４×１０１４ｃｍ−３以下であった。従って、グラファイト部材から発生した
硫黄が原料中に取り込まれたものと考えられる。得られたＧａＡｓ単結晶をスライス加工
して得たＧａＡｓウェハは、全てのウェハでユニバーサル硬度が３８５０Ｎ／ｍｍ２〜４
１００Ｎ／ｍｍ２であった。
【００５５】
これらのＧａＡｓウェハ上に、ＭＯＶＰＥ装置により、合計厚さ１μｍのＡｌＧａＡｓ
層を含む数種類のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた。その後、実施例１と同
じ条件でウェハアニール処理を実施した。ウェハアニール処理後のＧａＡｓウェハを目視
にてスリップの発生有無を観察したところ、スリップの発生が認められた（１００枚中１
３枚）。スリップの発生したウェハは、全てのウェハでユニバーサル硬度が４０００Ｎ／
ｍｍ２未満であった。
【００５６】
以上の実施例の試作結果を図２に示し、比較例の試作結果を図３に示す。上記の実施例
及び比較例の試作結果から、ＬＥＣ法によりＧａＡｓウェハを製造する場合は、ＧａＡｓ
単結晶の成長工程で、ＧａＡｓ単結晶の硫黄原子濃度が一様に２×１０１４ｃｍ−３以上
となるように原料中に硫黄を添加することが適切であると確認され、これによりＧａＡｓ
ウェハ表面のユニバーサル硬度が一様に４０００Ｎ／ｍｍ２以上となることが確認された
。
【符号の説明】
【００５７】
１ 固液界面
２ 種結晶
３ ＧａＡｓ単結晶
４ ルツボ
５ 原料融液
６ 液体封止剤
７ 雰囲気ガス
８ 高圧容器
９ 引上げ軸
１０ サセプタ
１１ ペデスタル
１２ 上部ヒータ
１３ 下部ヒータ
１４ 熱電対
２０ ＧａＡｓウェハ
２１ エピタキシャル層
２２ エピタキシャルウェハ
２３ スリップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄原子濃度が面内で一様に２×１０１４ｃｍ−３以上であることを特徴とするＧａＡ
ｓウェハ。
【請求項２】
前記硫黄原子濃度が面内で一様に２×１０１４ｃｍ−３以上１０×１０１６ｃｍ−３未
満であることを特徴とする請求項１に記載のＧａＡｓウェハ。
【請求項３】
ユニバーサル硬度が面内で一様に４０００Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする請求
項１又は２に記載のＧａＡｓウェハ。
【請求項４】
前記ＧａＡｓウェハは円形に形成され、前記ＧａＡｓウェハの外径が１００ｍｍ以上で
あることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のＧａＡｓウェハ。
【請求項５】
原料および封止剤を収納したルツボを加熱し、前記ルツボ内の液体封止剤で覆われた原
料融液に種結晶を接触させた後に前記種結晶を徐々に引き上げて、一定の外径を有するよ
うにＧａＡｓ単結晶を成長する成長工程と、前記成長工程で得られた前記ＧａＡｓ単結晶
をスライスしてＧａＡｓウェハを作製するウェハ作製工程とを有するＧａＡｓウェハの製
造方法において、
前記成長工程では、該成長工程で得られる前記ＧａＡｓ単結晶中の硫黄原子濃度が一様
に２×１０１４ｃｍ−３以上となるように、前記原料中に硫黄を添加することを特徴とす
るＧａＡｓウェハの製造方法。
【請求項１】
硫黄原子濃度が面内で一様に２×１０１４ｃｍ−３以上であることを特徴とするＧａＡ
ｓウェハ。
【請求項２】
前記硫黄原子濃度が面内で一様に２×１０１４ｃｍ−３以上１０×１０１６ｃｍ−３未
満であることを特徴とする請求項１に記載のＧａＡｓウェハ。
【請求項３】
ユニバーサル硬度が面内で一様に４０００Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする請求
項１又は２に記載のＧａＡｓウェハ。
【請求項４】
前記ＧａＡｓウェハは円形に形成され、前記ＧａＡｓウェハの外径が１００ｍｍ以上で
あることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のＧａＡｓウェハ。
【請求項５】
原料および封止剤を収納したルツボを加熱し、前記ルツボ内の液体封止剤で覆われた原
料融液に種結晶を接触させた後に前記種結晶を徐々に引き上げて、一定の外径を有するよ
うにＧａＡｓ単結晶を成長する成長工程と、前記成長工程で得られた前記ＧａＡｓ単結晶
をスライスしてＧａＡｓウェハを作製するウェハ作製工程とを有するＧａＡｓウェハの製
造方法において、
前記成長工程では、該成長工程で得られる前記ＧａＡｓ単結晶中の硫黄原子濃度が一様
に２×１０１４ｃｍ−３以上となるように、前記原料中に硫黄を添加することを特徴とす
るＧａＡｓウェハの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−９５６３４（Ｐ２０１３−９５６３４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３９９６４（Ｐ２０１１−２３９９６４）
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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