JPH08208396A - 半絶縁性InP単結晶の製造方法 - Google Patents

半絶縁性InP単結晶の製造方法

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JPH08208396A
JPH08208396A JP27619895A JP27619895A JPH08208396A JP H08208396 A JPH08208396 A JP H08208396A JP 27619895 A JP27619895 A JP 27619895A JP 27619895 A JP27619895 A JP 27619895A JP H08208396 A JPH08208396 A JP H08208396A
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JP
Japan
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single crystal
inp single
phosphorus
pressure
ppmw
Prior art date
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Pending
Application number
JP27619895A
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English (en)
Inventor
Takashi Kaisou
敬司 甲斐荘
Masaru Ota
優 太田
Masayuki Uchida
正之 内田
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Eneos Corp
Original Assignee
Japan Energy Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高抵抗率かつ高移動度のInP単結晶を安定し
て得る。 【解決手段】 鉄を0.002ppmw以上0.1ppmw以下ド−プし
たInP単結晶ウェハと、リンとを石英アンプルに真空封
入し、800℃以上InP単結晶の融点未満で加熱保持する。
リンの量は、熱処理温度T(K)での、リンの蒸気分圧P(a
tm)としたとき、InP単結晶の解離圧以上、P=2.372×10
-4+0.003919Tで表される圧力以下となる量とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する分野】本発明は、OEIC、HEMT、イオン注
入型FETなどの電子デバイスに用いられる半絶縁性InP単
結晶およびその製造方法に関し、特に熱処理により半絶
縁性化を図る技術に関する。
【0002】
【従来の技術】III-V族化合物半導体を抵抗率が106Ωcm
以上に高抵抗化(即ち、半絶縁性化)するにあたり、浅
いドナーとなるSiやSを含む結晶では、深いアクセプタ
となるFe、Co又はCrを添加する方法が工業的に用いられ
ている。
【0003】この半絶縁性化は、浅いドナーを深いアク
セプタで補償するという機構によるものである。従っ
て、深いアクセプタとなる元素を、結晶材料中に含有さ
れている浅いドナーの濃度よりも多くなるように添加し
なければ、半絶縁性化することはできないとされてい
る。
【0004】ところが、Fe等をド−プして半絶縁性化す
る場合、これらの濃度はできるだけ低いことが望まし
い。なぜならば、Fe等は、深いアクセプタとして作用す
るため、イオン注入型の電子デバイス(FETなど)におい
てはイオン注入した浅いドナー型不純物の活性化率を低
下させたり、また高周波で動作させるデバイス(OEICやH
EMTなど)においてはエピタキシャル成長膜中にこれらの
元素が拡散し、トラップとして作用して高周波や高速で
の動作を妨げてしまうからである。
【0005】さらに、これらFe等の元素は偏析しやす
く、成長した単結晶の上下でFe等の濃度が異なるため、
上記のイオン注入した浅いドナー型不純物の活性化率が
不均一となり、歩留まりが低くなってしまう。
【0006】従来、半絶縁性のInP単結晶としてはFeド
ープInPが主として用いられている。しかし、Feの含有
濃度が0.2ppmw未満であると、抵抗率が106Ωcmより低く
なってしまい、これを半絶縁性単結晶とするためには、
Feの含有濃度を一定濃度(0.2ppmw)以上にしなければな
らなかった。
【0007】一般に、III-V族化合物半導体でFe等の含
有濃度が低くなると抵抗率が下がってしまうのは、浅い
ドナーとなる不純物元素がその水準まで残留不純物とし
て結晶中に存在するためと考えられていた。
【0008】ところが、InP単結晶の半絶縁性化の機構
は、浅いドナーと深いアクセプタによる補償のみでな
く、さらに電気的に活性な点欠陥も関与していると考
え、鋭意研究の結果、結晶を熱処理して点欠陥の濃度を
制御することにより、深いアクセプタの不純物濃度が従
来に比して格段に低くても半絶縁性のIII-V族化合物半
導体を得ることができることを見出した。
【0009】これにより本発明者らは先に、Fe、Coまた
はCrのいずれか1種以上の含有濃度の合計が0.1ppmw以上
0.2ppmw以下であり、かつ抵抗率が107Ωcm以上である化
合物半導体の製造技術を提案した(特公平5ー29639号)。
【0010】すなわち、図1に示すように、同時に複数
のウェハを熱処理するため、各ウェハを略等しい間隔で
整列し、石英アンプル2内に配置して、Fe、CoまたはCr
のいずれか1種以上の含有濃度の合計が0.1ppmw以上0.2p
pmw以下であるInPウェハ1を石英アンプル2内に真空封
入するとともに、石英アンプル2内に赤リン3を配置し
てアンプル3内のリン分圧をInPの解離圧以上となる圧
力とし、石英アンプル2を400℃〜640℃で加熱するとい
うものである。
【0011】この先願発明にあつては、アンドープ、ま
たはFe、CoまたはCrのいずれか1種以上の含有濃度の合
計が0.05ppmw以下のInP単結晶を熱処理しても、半絶縁
性化しない。
【0012】そこで、本発明者らはさらに研究を重ね、
その改良案として先に、例えば図1に示すように、石英
アンプル2内に赤リン3とともに、故意に不純物を添加
することなく、かつ残留不純物として存在するFe、Coま
たはCrのいずれか1種以上の含有濃度の合計が0.05ppmw
以下であるInPウェハ1を、6kg/cm2を超えるリン分圧を
有する雰囲気で熱処理する方法により、Fe、CoまたはCr
のいずれか1種以上の含有濃度の合計が0.05ppmw以下で
あり、かつ300Kでの抵抗率が106Ωcm以上で、移動度が
3000cm2/Vsを超える半絶縁性のInP単結晶を製造する技
術を提案した(特開平3−279299号)。
【0013】この技術により得られたInP単結晶は、特
にFe、CoまたはCrのいずれか1種以上の含有濃度の合計
を0.05ppmw以下とすることで、含有不純物による移動度
の低下を抑え、移動度を所望の値以上としたものであ
る。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかし、その後の我々
の研究結果では、特開平3−279299号において提案した
発明にあっては、高抵抗率かつ高移動度のInP単結晶を
得ることができるが、複数枚のInP単結晶ウェハを同時
に熱処理する際、高抵抗率かつ高移動度でないInP単結
晶ウェハが発生することがあり、高抵抗率かつ高移動度
のInP単結晶を必ずしも安定して得られるとは限らない
という問題点が見つかった。本発明はかかる事情に鑑み
てなされたもので、その目的とするところは、高抵抗率
かつ高移動度の半絶縁性InP単結晶と、それを安定して
得ることのできる製造方法を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、鋭意研究を重ねた結果、予めごく微量のFeを添加し
たInP単結晶をInP単結晶の解離圧以上、以下に説明する
(A)式の圧力以下のリン蒸気圧雰囲気で、比較的高い温
度で熱処理すると良いことを見出し、本発明に至った。
【0016】InP単結晶が高抵抗化する理由は、リン蒸
気圧雰囲気で熱処理することにより、リンの空孔などド
ナー型の点欠陥が減少し、さらに予め添加したごく微量
のFeが減少したキャリア(ドナー)を補償するためと考え
られる。そこで、ある一定以上(少なくともInP単結晶の
解離圧以上)のリン蒸気圧雰囲気で熱処理する必要があ
るが、リン蒸気圧が高すぎる場合、逆にInの空孔など別
の点欠陥が発生するためのキャリア濃度が増加し、InP
は高抵抗化しない。
【0017】そこで、各熱処理温度T(K)でInP単結晶
のキャリア濃度が最も低くなるリン蒸気分圧P(atm)を
調べた結果、表1に示す結果が得られた。
【0018】
【表1】
【0019】この結果を温度の関数として表わすと以下
の式のようになる。リンの蒸気分圧をP(atm)、温度を
T(K)とするとき、 P=1.581×10-4+0.003919T となる。
【0020】すなわち本発明は、Fe、CoまたはCrのいず
れか1種以上の含有濃度の合計が0.002ppmw以上0.1ppmw
以下であるInP単結晶を、リンの蒸気分圧P(atm)、温度
T(K)とするとき、InP単結晶の解離圧以上、 P=2.372×10-4+0.003919T で表される圧力以下のリン蒸気圧雰囲気で、800℃以上I
nP単結晶の融点未満の温度で熱処理することを特徴とす
る半絶縁性InP単結晶の製造方法を提供するものであ
る。
【0021】
【発明の実施の形態】上記した手段によれば、リン蒸気
圧雰囲気で熱処理することにより、リンの空孔などドナ
ー型の点欠陥が減少し、さらに予め添加したごく微量の
Feが減少したキャリア(ドナー)を補償するため、高抵抗
率かつ高移動度のInP単結晶を安定して得られると、本
発明者らは考えている。また、りん蒸気圧は、P=1.581
×10-4+0.003919Tを越えると、InP単結晶のキャリア濃
度は増加しその抵抗率、移動度は減少するが、リンの蒸
気分圧は、P=2.372×10-4+0.003919T以下であれば、
その抵抗率、移動度は許容範囲である。InP単結晶の解
離圧は、例えば、フィリップス リサーチ レポート(P
hilips Res. Rep.)12巻(1957年)の138頁の図8(Fig. 8)
に記載されている線(SInP+L+Gで示されている線)または
その外挿した線で表される。
【0022】
【実施例】以下に、実施例及び比較例をあげて、本発明
の特徴とするところを明らかとするが、本発明は以下の
実施例によって何ら制限されるものではない。
【0023】(実施例1)InP多結晶原料に鉄を加え、
液体封止チョクラルスキー法でFeド−プInP単結晶を引
き上げた。鉄の添加量は、Feの偏析係数を考慮して、Fe
ド−プInP単結晶中のFeの含有濃度が0.1ppmw以下の範囲
となるように種々の添加量を選んだ。なお、得られたFe
ド−プInP単結晶中のFe以外のCoおよびCrの含有濃度は
いずれもグロー放電質量分析(GDMS)の分析検出下限であ
る0.002ppmw未満であった。
【0024】このようにして成長した単結晶より切り出
した厚さ0.5mmのInPウェハ(薄板)1、1・・・を図1に示
すように、石英アンプル2内にスペーサとなる石英治具
4を用いて間隔を開けて複数並べた。続いて、純度が6N
の赤リン3を石英アンプル2内に配置し、石英アンプル
2内を1×10-6torrまで排気した後、酸水素バーナによ
り石英アンプル2の開口部を封止した。この際、赤リン
3の量は、リン分圧がInP単結晶の解離圧以上となるよ
うに、例えば石英アンプル2内にリン分圧が950℃の熱
処理温度で1atmとなるように調整した。次に、この石英
アンプル2を横型加熱炉内に設置し、熱処理温度950℃
で40時間加熱保持した後、約30℃/分の降温速度で冷却
した。
【0025】(比較例1)比較のため、Fe等を故意に添
加しないアンドープInP単結晶(Fe、CoおよびCrの含有濃
度はいずれもGDMSの分析検出下限である0.002ppmw未満)
を用いて、上記実施例で示した方法と同様の熱処理を行
った。なお、熱処理温度950℃で40時間加熱保持した
後、約30℃/分の降温速度で冷却した。
【0026】熱処理温度950℃で40時間加熱保持した
後、約30℃/分の降温速度で冷却した実施例で得られた
ウェハ及び比較例で得られたウェハについて、ウェハの
抵抗率をホール測定により調べた。それぞれのランごと
の抵抗率のばらつきを図2に示す。
【0027】図2より、本発明の方が比較例に較べ、抵
抗率が106Ωcm以上の半絶縁性のInP単結晶を安定して歩
留まりよく製造できることがわかる。
【0028】また、実施例1で得られたウェハについ
て、ウェハの移動度をホール測定により調べた結果、35
00〜4500cm2/Vsの範囲にあり、いずれも3000cm2/Vs以上
であった。なお、添加したFe濃度の高いものほど移動度
が低い傾向が見られた。
【0029】(実施例2)実施例1のFeド−プInP単結
晶ウェハを用い、実施例1と同様に熱処理を行った。こ
の際、赤リン3の量は、リン分圧がInP単結晶の解離圧
以上となるように、例えば石英アンプル2内にリン分圧
が950℃の熱処理温度で10atm、14atmとなるように調整
し、熱処理温度950℃で40時間加熱保持した後、約30℃/
分の降温速度で冷却した。なお、上記横型加熱炉は密閉
型で100kg/cm2まで加圧できるものを使用し、昇降温時
に、その温度に対応するリン分圧とリン化鉄の分圧に見
合う圧力のアルゴンガスを加熱炉内に導入して、石英ア
ンプル2内外の圧力のバランスを保ち、石英アンプル2
の破壊を防止した。得られたウェハについて、ウェハの
移動度をホール測定により調べた結果、3500〜4500cm2/
Vsの範囲にあり、いずれも3000cm2/Vs以上であった。
【0030】(比較例2)実施例1のFeド−プInP単結
晶ウェハを用い、この際、赤リン3の量を、石英アンプ
ル2内のリン分圧が950℃の熱処理温度で16atm、20atm
となるように調整した以外は、実施例2と同様に熱処理
を行った。得られたウェハについて、同様にウェハの移
動度をホール測定により調べた結果、両方とも移動度は
2000cm2/Vs前後で実施例2と比較してやや劣っていた。
【0031】なお、上記実施例1、2では熱処理温度を
950℃としたが、熱処理温度を低くしても熱処理時間を
長くすれば点欠陥を減少させることができるので、950
℃に限定されるものでなく、800℃以上InP単結晶の融点
未満であればよいが、工業的には850℃以上1000℃以下
が好ましい。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高抵抗率でかつ高移動度のInP単結晶を、安定して歩留
まりよく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】半絶縁性InP単結晶の製造に使用される加熱炉
内にウェハが設置された状態の概略図である。
【図2】本発明の実施例と比較例のランごとの抵抗率の
ばらつきを示す図である。
【符号の説明】
1 InP単結晶ウェハ 2 石英アンプル 3 赤リン 4 石英治具 5 ヒータ 6 横型加熱炉

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Fe、CoまたはCrのいずれか1種以上の含
    有濃度の合計が0.002ppmw以上0.1ppmw以下であるInP単
    結晶を、リンの蒸気分圧P(atm)、温度T(K)としたと
    き、InP単結晶の解離圧以上、 P=2.372×10-4+0.003919T で表される圧力以下のリン蒸気圧雰囲気で、800℃以上I
    nP単結晶の融点未満の温度で熱処理することを特徴とす
    る半絶縁性InP単結晶の製造方法。
JP27619895A 1994-10-19 1995-10-02 半絶縁性InP単結晶の製造方法 Pending JPH08208396A (ja)

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