JPH0637359B2 - 高熱安定リン化インジウム単結晶の成長方法 - Google Patents
高熱安定リン化インジウム単結晶の成長方法Info
- Publication number
- JPH0637359B2 JPH0637359B2 JP17451187A JP17451187A JPH0637359B2 JP H0637359 B2 JPH0637359 B2 JP H0637359B2 JP 17451187 A JP17451187 A JP 17451187A JP 17451187 A JP17451187 A JP 17451187A JP H0637359 B2 JPH0637359 B2 JP H0637359B2
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- Japan
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- indium phosphide
- single crystal
- crystal
- concentration
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高熱安定リン化インジウム単結晶の成長方
法、さらに詳細には熱的に安定なリン化インジウム単結
晶の製造方法に関する。
法、さらに詳細には熱的に安定なリン化インジウム単結
晶の製造方法に関する。
リン化インジウム単結晶は、長波長帯光ファイバ通信用
光源、受光器の基板材料として用いられている。リン化
インジウムは高い電子移動度を有し、高速ＦＥＴ素子と
ししても期待され、その開発が進められている。最近で
は、さらにこれらの素子を同一基板上に複数搭載した、
いわゆる光・電子集積回路の開発が進められている。こ
のような場合、個々の素子の電気的絶縁分離を容易なら
しめるため、その基板として半絶縁性リン化インジウム
結晶が用いられる。
光源、受光器の基板材料として用いられている。リン化
インジウムは高い電子移動度を有し、高速ＦＥＴ素子と
ししても期待され、その開発が進められている。最近で
は、さらにこれらの素子を同一基板上に複数搭載した、
いわゆる光・電子集積回路の開発が進められている。こ
のような場合、個々の素子の電気的絶縁分離を容易なら
しめるため、その基板として半絶縁性リン化インジウム
結晶が用いられる。
上記の基板として用いる場合、リン化インジウム単結晶
は、比抵抗が１０６〜１０８Ω・cmと高抵抗であり、か
つ優れた結晶の完全性、電気的特性の均一性を有してい
ることが要求される。特に、高温における素子プロセッ
シングの間、安定に半絶縁性が保持されるリン化インジ
ウム単結晶が必要とされていた。
は、比抵抗が１０６〜１０８Ω・cmと高抵抗であり、か
つ優れた結晶の完全性、電気的特性の均一性を有してい
ることが要求される。特に、高温における素子プロセッ
シングの間、安定に半絶縁性が保持されるリン化インジ
ウム単結晶が必要とされていた。
半絶縁性結晶成長の基本は、深い準位を形成する不純物
を添加することにより結晶内の浅い準位を形成する残留
ドナーあるいはアクセプター不純物濃度を補償すること
にある。半絶縁性リン化インジウム結晶を得る方法とし
て、鉄を添加することが有効であることが知られてい
た。鉄は、リン化インジウムの中で深いアクセプター準
位を形成し残留する浅いドナー不純物、主に珪素、濃度
を補償する。
を添加することにより結晶内の浅い準位を形成する残留
ドナーあるいはアクセプター不純物濃度を補償すること
にある。半絶縁性リン化インジウム結晶を得る方法とし
て、鉄を添加することが有効であることが知られてい
た。鉄は、リン化インジウムの中で深いアクセプター準
位を形成し残留する浅いドナー不純物、主に珪素、濃度
を補償する。
しかしながら、鉄を添加した融液から成長させたリン化
インジウム単結晶は、800 ℃から900 ℃でアニールする
と、たとえアニールの間、数気圧の圧力を印加した場合
でも、表面に数ミクロンの厚さの導電層が形成されると
いう問題があった。第１図は、鉄を添加したリン化イン
ジウム結晶の高温における特性図である。図において、
縦軸は質量分析によって測定されたリン化インジウム中
の鉄濃度、横軸は結晶表面からの距離を示す。アニール
温度は、850 ℃、雰囲気はリン蒸気、圧力は３気圧であ
る。図中の点線（Ｆｅ）はアニール前の鉄濃度の結晶内
分布、また点数Ｐはリン濃度を示す。
インジウム単結晶は、800 ℃から900 ℃でアニールする
と、たとえアニールの間、数気圧の圧力を印加した場合
でも、表面に数ミクロンの厚さの導電層が形成されると
いう問題があった。第１図は、鉄を添加したリン化イン
ジウム結晶の高温における特性図である。図において、
縦軸は質量分析によって測定されたリン化インジウム中
の鉄濃度、横軸は結晶表面からの距離を示す。アニール
温度は、850 ℃、雰囲気はリン蒸気、圧力は３気圧であ
る。図中の点線（Ｆｅ）はアニール前の鉄濃度の結晶内
分布、また点数Ｐはリン濃度を示す。
図から明らかなように、アニールによって単結晶表面に
鉄が高濃度に蓄積し、それに続いて鉄の低濃度領域が形
成されることが分かる。また、リン濃度も深さによって
多少ばらつき、結晶が若干不均一であることがわかる。
鉄が高濃度に蓄積し、それに続いて鉄の低濃度領域が形
成されることが分かる。また、リン濃度も深さによって
多少ばらつき、結晶が若干不均一であることがわかる。
これらの結果、表面に半絶縁性基板として最も好ましく
ない導電層が形成されるという問題を生ずる。
ない導電層が形成されるという問題を生ずる。
他の半絶縁性単結晶を成長させる方法として、亜鉛とチ
タンを共添加する方法が報告されている（Electoronic
Materials Conference アブストラクト、299 〜300
頁、1986年）。
タンを共添加する方法が報告されている（Electoronic
Materials Conference アブストラクト、299 〜300
頁、1986年）。
チタンは、リン化インジウムの中で深いドナー準位を形
成する。無添加のリン化インジウムには、通常ドナー不
純物が支配的に残留し、ｎ型伝導を示す。亜鉛は、リン
化インジウムの中で浅いアクセプター準位を作る。従っ
て、チタンと亜鉛を共添加すると共にチタンを亜鉛より
高濃度とすることにより、残留アクセプター濃度は深い
ドナー濃度で補償され、結晶は半絶縁性となる。
成する。無添加のリン化インジウムには、通常ドナー不
純物が支配的に残留し、ｎ型伝導を示す。亜鉛は、リン
化インジウムの中で浅いアクセプター準位を作る。従っ
て、チタンと亜鉛を共添加すると共にチタンを亜鉛より
高濃度とすることにより、残留アクセプター濃度は深い
ドナー濃度で補償され、結晶は半絶縁性となる。
しかしながら、これまでその成長方法の詳細は明らかで
なかった。従来、亜鉛とチタンの共添加によって結晶の
抵抗率は確かに増加したが、その抵抗率は結晶毎に異な
り、例えば、一本の結晶ボウルの中で０．１Ω・cm（結
晶頭部）から１０６Ω・cm（結晶尾部）まで変化した
り、また結晶頭部が高抵抗であっても、尾部では、様々
な形状の析出物が含まれる、等結晶全体を通して高抵抗
率の結晶を再現よく製造することは極めて困難であっ
た。
なかった。従来、亜鉛とチタンの共添加によって結晶の
抵抗率は確かに増加したが、その抵抗率は結晶毎に異な
り、例えば、一本の結晶ボウルの中で０．１Ω・cm（結
晶頭部）から１０６Ω・cm（結晶尾部）まで変化した
り、また結晶頭部が高抵抗であっても、尾部では、様々
な形状の析出物が含まれる、等結晶全体を通して高抵抗
率の結晶を再現よく製造することは極めて困難であっ
た。
従って、その熱的安定度もまた不明のままであった。
本発明者は、亜鉛とチタンを共添加したリン化インジウ
ム単結晶に於いて、高温においても熱的に安定なリン化
インジウム単結晶を成長させる方法を提供すること、さ
らに詳細には実用化可能な前記単結晶を成長させること
のできる方法を提供することを目的とする。
ム単結晶に於いて、高温においても熱的に安定なリン化
インジウム単結晶を成長させる方法を提供すること、さ
らに詳細には実用化可能な前記単結晶を成長させること
のできる方法を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕 上記目的を達成するため、本発明の高熱安定性リン化イ
ンジウム単結晶の成長方法は、チタンを０．０１〜１重
量％及び亜鉛を２ｘ１０−６〜２ｘ１０−４重量％共添
加したリン化インジウム融液からリン化インジウム単結
晶を成長させることを特徴とする。
ンジウム単結晶の成長方法は、チタンを０．０１〜１重
量％及び亜鉛を２ｘ１０−６〜２ｘ１０−４重量％共添
加したリン化インジウム融液からリン化インジウム単結
晶を成長させることを特徴とする。
本発明によれば、前記チタンおよび亜鉛を所定濃度で添
加したリン化インジウム融液より単結晶を成長させるこ
とにより、高熱安定性のあるリン化インジウム単結晶が
成長できることを見いだしなされたものである。すなわ
ち、亜鉛およびチタンを共添加したリン化インジウム単
結晶を熱的に安定化する方法を見いだし、前記単結晶を
実用化可能にしたものである。
加したリン化インジウム融液より単結晶を成長させるこ
とにより、高熱安定性のあるリン化インジウム単結晶が
成長できることを見いだしなされたものである。すなわ
ち、亜鉛およびチタンを共添加したリン化インジウム単
結晶を熱的に安定化する方法を見いだし、前記単結晶を
実用化可能にしたものである。
本発明をさらに詳細に説明する。
本発明において、リン化インジウム融液中へのチタンの
添加量は０．０１〜１重量％が適当である。０．０重量
％未満では、高抵抗値が得られず、１重量％を越える
と、チタンのリン化インジウムに対する固溶濃度を越え
るため析出が生じ好ましくないからである。
添加量は０．０１〜１重量％が適当である。０．０重量
％未満では、高抵抗値が得られず、１重量％を越える
と、チタンのリン化インジウムに対する固溶濃度を越え
るため析出が生じ好ましくないからである。
一方、亜鉛の添加量は、２×１０−６〜２×１０−４重
量％が適当である。亜鉛の添加量が２×１０−６未満で
あると、単結晶がｐ型伝導を示さず、チタン添加によっ
て半絶縁性が実現できない。また、２×１０−４％を越
えると、亜鉛濃度がチタン濃度を越えるため、やはり結
晶はチタン添加によっても半絶縁性を示さない。
量％が適当である。亜鉛の添加量が２×１０−６未満で
あると、単結晶がｐ型伝導を示さず、チタン添加によっ
て半絶縁性が実現できない。また、２×１０−４％を越
えると、亜鉛濃度がチタン濃度を越えるため、やはり結
晶はチタン添加によっても半絶縁性を示さない。
即ち、添加量が上記範囲内であると、得られる単結晶中
のチタン及び亜鉛の濃度を半絶縁性となるための条件、
（チタン濃度）＞（亜鉛濃度）＞（無添加結晶中の残留
不純物濃度）、を満たす範囲内に保持できる。
のチタン及び亜鉛の濃度を半絶縁性となるための条件、
（チタン濃度）＞（亜鉛濃度）＞（無添加結晶中の残留
不純物濃度）、を満たす範囲内に保持できる。
チタン及びリン化インジウムに添加するには、各々の金
属の形で用いなくともよい。例えば亜鉛はインジウムと
の合金の形で、または亜鉛を高濃度に含むリン化インジ
ウム多結晶の形で、融液中の濃度がそれぞれ所望の範囲
となるように添加してもよい。このようにすると、亜鉛
の蒸発による添加損失を無くすことができ、添加濃度の
高精度な制御が可能である。
属の形で用いなくともよい。例えば亜鉛はインジウムと
の合金の形で、または亜鉛を高濃度に含むリン化インジ
ウム多結晶の形で、融液中の濃度がそれぞれ所望の範囲
となるように添加してもよい。このようにすると、亜鉛
の蒸発による添加損失を無くすことができ、添加濃度の
高精度な制御が可能である。
単結晶の成長方法は、チョクラルスキー法、特にＢ２Ｏ
３を液体封止材として用いた液体封止チョクラルスキー
法（ＬＥＣ法）によるのが、生産性が高いこと等の点か
ら好ましいが、温度勾配凝固法、ブリッジマン法等の成
長法でもよい。
３を液体封止材として用いた液体封止チョクラルスキー
法（ＬＥＣ法）によるのが、生産性が高いこと等の点か
ら好ましいが、温度勾配凝固法、ブリッジマン法等の成
長法でもよい。
内径５０mmの石英るつぼに、残留ドナー濃度が５×１０
15cm−３の無添加リン化インジウム多結晶９５ｇ、金属
チタン８９．７ｍｇ（０．０９４重量％に相当する）、
亜鉛を８×１０18cm−３含有するリン化インジウム多結
晶１．０３ｇ（１０−４重量％に相当する）、およびＢ
２Ｏ３４５ｇを収容し、高圧単結晶引き上げ装置によ
り、加熱してリン化インジウム融液を合成した。炉内の
圧力は約４０kg／cm2であった。
15cm−３の無添加リン化インジウム多結晶９５ｇ、金属
チタン８９．７ｍｇ（０．０９４重量％に相当する）、
亜鉛を８×１０18cm−３含有するリン化インジウム多結
晶１．０３ｇ（１０−４重量％に相当する）、およびＢ
２Ｏ３４５ｇを収容し、高圧単結晶引き上げ装置によ
り、加熱してリン化インジウム融液を合成した。炉内の
圧力は約４０kg／cm2であった。
次ぎにるつぼ３ｒｐｍ、種結晶を１０ｒｐｍで同方向に
回転させながら、種結晶を融液に接触させて、〈１１
１〉方向にリン化インジウム単結晶を成長させた。得ら
れた単結晶は、重量９３ｇ、直径２５mmであった。
回転させながら、種結晶を融液に接触させて、〈１１
１〉方向にリン化インジウム単結晶を成長させた。得ら
れた単結晶は、重量９３ｇ、直径２５mmであった。
この単結晶の頭部と尾部から、ウェーハを切り出して、
電気的特性を特定した。その結果、結晶頭部では、比抵
抗ρ＝５．７×１０６Ω・cm、移動度μ＝１４００cm2
／Ｖ・ｓｅｃ、尾部では、ρ＝６．０ｘ１０７Ω・cm、
μ＝１０００cm2／Ｖ・ｓｅｃであった。かくして、全
体を通して５×１０６Ω・cm以上の高抵抗率が維持され
た単結晶を成長できた。
電気的特性を特定した。その結果、結晶頭部では、比抵
抗ρ＝５．７×１０６Ω・cm、移動度μ＝１４００cm2
／Ｖ・ｓｅｃ、尾部では、ρ＝６．０ｘ１０７Ω・cm、
μ＝１０００cm2／Ｖ・ｓｅｃであった。かくして、全
体を通して５×１０６Ω・cm以上の高抵抗率が維持され
た単結晶を成長できた。
上記ウェーハを約４５０ミクロン厚に鏡面研磨したの
ち、５mm×５mmに切断し、トリクロルエチレンで脱脂
し、次ぎに過酸化水素水：硫酸：水＝１：２：１（容積
比）で約２０秒化学エッチングした。これを３気圧を与
える重量の赤リンとともに石英アンプル内に真空封入し
た。これを横型の電気炉内に置き、８５０℃及び９００
℃で各３０分間アニールした。雰囲気はリン蒸気、圧力
は３気圧である。アニール後、石英アンプルを炉から引
き出し、割って、試料を取り出した。試料は、２次イオ
ンマイクロスペクトロスコピーにより、そのチタン及び
亜鉛の深さ方向の濃度分布が測定された。第２図は、９
００℃でアニールした試料における結果である。チタン
（破線Ｔｉ）も亜鉛（破線Ｚｎ）も、９００℃でのアニ
ール後も試料表面で蓄積はなく、その濃度は表面から内
部まで変わらない。８５０℃も全く同様の結果が得られ
た。
ち、５mm×５mmに切断し、トリクロルエチレンで脱脂
し、次ぎに過酸化水素水：硫酸：水＝１：２：１（容積
比）で約２０秒化学エッチングした。これを３気圧を与
える重量の赤リンとともに石英アンプル内に真空封入し
た。これを横型の電気炉内に置き、８５０℃及び９００
℃で各３０分間アニールした。雰囲気はリン蒸気、圧力
は３気圧である。アニール後、石英アンプルを炉から引
き出し、割って、試料を取り出した。試料は、２次イオ
ンマイクロスペクトロスコピーにより、そのチタン及び
亜鉛の深さ方向の濃度分布が測定された。第２図は、９
００℃でアニールした試料における結果である。チタン
（破線Ｔｉ）も亜鉛（破線Ｚｎ）も、９００℃でのアニ
ール後も試料表面で蓄積はなく、その濃度は表面から内
部まで変わらない。８５０℃も全く同様の結果が得られ
た。
また、破線Ｐより明らかなように、リン濃度も深さ方向
に一定で、均一な結晶が形成されていることがわかっ
た。
に一定で、均一な結晶が形成されていることがわかっ
た。
本発明に係わる成長方法によれば、高温でも表面が変質
しない半絶縁結晶を提供できるので、集積回路等の基板
として好適である。
しない半絶縁結晶を提供できるので、集積回路等の基板
として好適である。
第１図は従来の鉄添加半絶縁性リン化インジウム単結晶
の８５０℃での高温特性を示す例、第２図は本発明の成
長方法によるチタンと亜鉛の共添加半絶縁性リン化イン
ジウム単結晶の９００℃に於ける高温特性を示す例であ
る。
の８５０℃での高温特性を示す例、第２図は本発明の成
長方法によるチタンと亜鉛の共添加半絶縁性リン化イン
ジウム単結晶の９００℃に於ける高温特性を示す例であ
る。
Claims (1)
- 【請求項１】無添加のリン化インジウムに、0.01〜１重
量％のチタン及び２×１０−６〜２×１０−４重量％の
亜鉛を共添加して融液を調整し、該融液から単結晶を成
長させることを特徴とする高熱安定リン化インジウム単
結晶の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17451187A JPH0637359B2 (ja) | 1987-07-13 | 1987-07-13 | 高熱安定リン化インジウム単結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17451187A JPH0637359B2 (ja) | 1987-07-13 | 1987-07-13 | 高熱安定リン化インジウム単結晶の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6418995A JPS6418995A (en) | 1989-01-23 |
| JPH0637359B2 true JPH0637359B2 (ja) | 1994-05-18 |
Family
ID=15979788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17451187A Expired - Fee Related JPH0637359B2 (ja) | 1987-07-13 | 1987-07-13 | 高熱安定リン化インジウム単結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0637359B2 (ja) |
-
1987
- 1987-07-13 JP JP17451187A patent/JPH0637359B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6418995A (en) | 1989-01-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |