JPH10291900A - 半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法及び半絶縁性ＩｎＰ単結晶基板 - Google Patents
半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法及び半絶縁性ＩｎＰ単結晶基板Info
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- JPH10291900A JPH10291900A JP7137497A JP7137497A JPH10291900A JP H10291900 A JPH10291900 A JP H10291900A JP 7137497 A JP7137497 A JP 7137497A JP 7137497 A JP7137497 A JP 7137497A JP H10291900 A JPH10291900 A JP H10291900A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ウェハ面内の移動度及び抵抗率の均一性がそ
れぞれ１０％以下及び２０％以下の半絶縁性ＩｎＰ単結
晶及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 ＩｎＰウェハ１を、アンプル２内に間隔
をあけて複数並べる。アンプル２内が、熱処理温度で平
衡するＩｎＰの解離圧以上１５atm 以下のリン蒸気圧雰
囲気となるような量の赤リン３をアンプル２内に配置し
て真空封止する。それを横型加熱炉６内に設置し、９３
０℃以上１０００℃未満の熱処理温度で所定時間加熱保
持する（第１の熱処理工程）。続いて、室温まで冷却
し、各ウェハ１をアンプル２から取り出した後、再び各
ウェハ１を別のアンプル２内に、そのアンプル２内が５
atm 以上５０atm 以下のリン蒸気圧雰囲気となるような
適量の赤リン３とともに真空封入する。それを横型加熱
炉６内に設置し、６４０℃を越え９００℃未満の熱処理
温度で所定時間加熱保持する（第２の熱処理工程）。
れぞれ１０％以下及び２０％以下の半絶縁性ＩｎＰ単結
晶及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 ＩｎＰウェハ１を、アンプル２内に間隔
をあけて複数並べる。アンプル２内が、熱処理温度で平
衡するＩｎＰの解離圧以上１５atm 以下のリン蒸気圧雰
囲気となるような量の赤リン３をアンプル２内に配置し
て真空封止する。それを横型加熱炉６内に設置し、９３
０℃以上１０００℃未満の熱処理温度で所定時間加熱保
持する（第１の熱処理工程）。続いて、室温まで冷却
し、各ウェハ１をアンプル２から取り出した後、再び各
ウェハ１を別のアンプル２内に、そのアンプル２内が５
atm 以上５０atm 以下のリン蒸気圧雰囲気となるような
適量の赤リン３とともに真空封入する。それを横型加熱
炉６内に設置し、６４０℃を越え９００℃未満の熱処理
温度で所定時間加熱保持する（第２の熱処理工程）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＯＥＩＣ、ＨＥＭ
Ｔ、イオン注入型ＦＥＴなどの電子デバイスに用いる半
絶縁性化合物半導体の製造方法に関し、特に熱処理によ
り半絶縁性化を図る技術に関する。
Ｔ、イオン注入型ＦＥＴなどの電子デバイスに用いる半
絶縁性化合物半導体の製造方法に関し、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１０
6 Ω・cm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またはＣｒ等を添加する方
法が工業的に用いられている。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
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。
6 Ω・cm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またはＣｒ等を添加する方
法が工業的に用いられている。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
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。
【０００３】ところが、Ｆｅ、ＣｏまたはＣｒ等をドー
プして半絶縁性化する場合、これらの含有濃度はできる
だけ少ないことが望ましい。なぜならば、Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｃｒ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ＨＥ
ＭＴ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するため高周波か
つ高速化を妨げてしまうからである。さらに、これらＦ
ｅ等の元素は偏析し易く、結晶の上下でＦｅ等の濃度が
異なり上記の活性化率が不均一となり、歩留りが低くな
ってしまう。
プして半絶縁性化する場合、これらの含有濃度はできる
だけ少ないことが望ましい。なぜならば、Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｃｒ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ＨＥ
ＭＴ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するため高周波か
つ高速化を妨げてしまうからである。さらに、これらＦ
ｅ等の元素は偏析し易く、結晶の上下でＦｅ等の濃度が
異なり上記の活性化率が不均一となり、歩留りが低くな
ってしまう。
【０００４】従来、例えば半絶縁性のＩｎＰとしてはＦ
ｅドープＩｎＰが主として用いられている。しかし、Ｆ
ｅ等の含有濃度が０．２ppmw未満であると、抵抗率が１
０6Ω・cmより低くなってしまい、半絶縁性が低下して
しまう。これを半絶縁性結晶とするためには、Ｆｅ等の
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。一般に、III −V 族化合物半導体でＦｅ、
Ｃｒ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。
ところが、本発明者は、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元素濃度
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い出した。
ｅドープＩｎＰが主として用いられている。しかし、Ｆ
ｅ等の含有濃度が０．２ppmw未満であると、抵抗率が１
０6Ω・cmより低くなってしまい、半絶縁性が低下して
しまう。これを半絶縁性結晶とするためには、Ｆｅ等の
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。一般に、III −V 族化合物半導体でＦｅ、
Ｃｒ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。
ところが、本発明者は、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元素濃度
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い出した。
【０００５】本出願人は、これにより先に、Ｆｅ、Ｃｏ
またはＣｒの何れか１種以上の含有濃度の合計が０．２
ppmw以下でありかつ抵抗率が１０7 Ω・cm以上である化
合物半導体の製造技術を提案した（特公平５−２９６３
９号）。これは、同時に複数のウェハを処理するため
に、治具を用い各ウェハを略等しい間隔を開けて整列さ
せ、石英アンプル内に配置する方法を応用して、Ｆｅ、
ＣｏまたはＣｒを０．２ppmw以下含有する例えば融液成
長法で作製した単結晶より切り出したＩｎＰウェハ（化
合物半導体）を石英アンプル内に真空封入するととも
に、石英アンプル内に例えば赤リンを配置してアンプル
内のリン分圧をＩｎＰの解離圧以上となる圧力とし、石
英アンプルを４００〜６４０℃で加熱するというもので
ある。この先願発明にあっては、その後の我々の研究に
より、アンドープまたはＦｅ、ＣｏまたはＣｒの何れか
１種以上の不純物元素の含有濃度が０．０５ppmw以下の
ＩｎＰ単結晶を熱処理しても、半絶縁性化しないことが
分かった。
またはＣｒの何れか１種以上の含有濃度の合計が０．２
ppmw以下でありかつ抵抗率が１０7 Ω・cm以上である化
合物半導体の製造技術を提案した（特公平５−２９６３
９号）。これは、同時に複数のウェハを処理するため
に、治具を用い各ウェハを略等しい間隔を開けて整列さ
せ、石英アンプル内に配置する方法を応用して、Ｆｅ、
ＣｏまたはＣｒを０．２ppmw以下含有する例えば融液成
長法で作製した単結晶より切り出したＩｎＰウェハ（化
合物半導体）を石英アンプル内に真空封入するととも
に、石英アンプル内に例えば赤リンを配置してアンプル
内のリン分圧をＩｎＰの解離圧以上となる圧力とし、石
英アンプルを４００〜６４０℃で加熱するというもので
ある。この先願発明にあっては、その後の我々の研究に
より、アンドープまたはＦｅ、ＣｏまたはＣｒの何れか
１種以上の不純物元素の含有濃度が０．０５ppmw以下の
ＩｎＰ単結晶を熱処理しても、半絶縁性化しないことが
分かった。
【０００６】そこで、本出願人はさらに研究を重ね、そ
の改良案として先に、石英アンプル内に赤リンととも
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の何れか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、それら不純物元素の含有濃度の合
計が０．０５ppmw以下であり、かつ３００Ｋでの抵抗率
が１０6 Ω・cm以上で、移動度が３０００cm2 ／V ・s
を超える半絶縁性のIII −V 族化合物半導体（ＩｎＰ）
を製造する技術を提案した（特開平３−２７９２９９
号、「半絶縁性ＩｎＰ単結晶及びその製造方法」）。こ
れより得られる半絶縁性のIII −V 族化合物半導体（Ｉ
ｎＰ）は、結晶中に含有する不純物、特にＦｅ、Ｃｏま
たはＣｒの何れか１種以上の含有濃度の合計を０．０５
ppmw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。しか
し、その後の我々の研究により特開平３−２７９２９９
号において提案した発明にあっては、高抵抗率でかつ高
移動度のＩｎＰ単結晶を得ることができるが、複数枚の
ウェハを同時に熱処理すると、高抵抗化かつ高移動度化
しないウェハが発生することがあり、高抵抗率でかつ高
移動度のＩｎＰ単結晶を必ずしも安定して得られるとは
限らないことが分かった。
の改良案として先に、石英アンプル内に赤リンととも
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の何れか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、それら不純物元素の含有濃度の合
計が０．０５ppmw以下であり、かつ３００Ｋでの抵抗率
が１０6 Ω・cm以上で、移動度が３０００cm2 ／V ・s
を超える半絶縁性のIII −V 族化合物半導体（ＩｎＰ）
を製造する技術を提案した（特開平３−２７９２９９
号、「半絶縁性ＩｎＰ単結晶及びその製造方法」）。こ
れより得られる半絶縁性のIII −V 族化合物半導体（Ｉ
ｎＰ）は、結晶中に含有する不純物、特にＦｅ、Ｃｏま
たはＣｒの何れか１種以上の含有濃度の合計を０．０５
ppmw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。しか
し、その後の我々の研究により特開平３−２７９２９９
号において提案した発明にあっては、高抵抗率でかつ高
移動度のＩｎＰ単結晶を得ることができるが、複数枚の
ウェハを同時に熱処理すると、高抵抗化かつ高移動度化
しないウェハが発生することがあり、高抵抗率でかつ高
移動度のＩｎＰ単結晶を必ずしも安定して得られるとは
限らないことが分かった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本出願人はさ
らに研究を重ね、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単結晶を、６kg／cm2 を超えるリン蒸気圧雰
囲気で熱処理する第１の熱処理工程の後、該ＩｎＰ単結
晶の解離圧以上のリン蒸気圧雰囲気で４００〜６４０℃
の範囲の温度でもって熱処理する第２の熱処理工程を行
なうことにより半絶縁性のＩｎＰ単結晶を製造する技術
を提案した（特願平６−２４４１６６号、「半絶縁性Ｉ
ｎＰ単結晶の製造方法」）。
らに研究を重ね、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単結晶を、６kg／cm2 を超えるリン蒸気圧雰
囲気で熱処理する第１の熱処理工程の後、該ＩｎＰ単結
晶の解離圧以上のリン蒸気圧雰囲気で４００〜６４０℃
の範囲の温度でもって熱処理する第２の熱処理工程を行
なうことにより半絶縁性のＩｎＰ単結晶を製造する技術
を提案した（特願平６−２４４１６６号、「半絶縁性Ｉ
ｎＰ単結晶の製造方法」）。
【０００８】しかし、その後の我々の研究により特願平
６−２４４１６６号の発明にあっては、高抵抗率でかつ
高移動度のＩｎＰ単結晶を安定して得ることができる
が、ウェハ面内の抵抗率及び移動度の均一性という点で
十分に満足できるレベルであるとは言えず、ウェハ面内
の均一性を良くするために改善の余地があることが分か
った。
６−２４４１６６号の発明にあっては、高抵抗率でかつ
高移動度のＩｎＰ単結晶を安定して得ることができる
が、ウェハ面内の抵抗率及び移動度の均一性という点で
十分に満足できるレベルであるとは言えず、ウェハ面内
の均一性を良くするために改善の余地があることが分か
った。
【０００９】また、本出願人は、先にリン蒸気圧が低い
雰囲気（リン圧＝１atm ）での熱処理について研究を行
った結果について報告した（Pro.of 7th Conf.on InP a
nd Related Materials,Sapporo,P37-40 (1995)）。その
中で、ウェハ面内の抵抗率の均一性は２４％であると報
告されているが、工業的な規模で熱処理を実施すると面
内の抵抗率と移動度の均一性はさらに悪くなるので、十
分なレベルであるとは言えなかった。
雰囲気（リン圧＝１atm ）での熱処理について研究を行
った結果について報告した（Pro.of 7th Conf.on InP a
nd Related Materials,Sapporo,P37-40 (1995)）。その
中で、ウェハ面内の抵抗率の均一性は２４％であると報
告されているが、工業的な規模で熱処理を実施すると面
内の抵抗率と移動度の均一性はさらに悪くなるので、十
分なレベルであるとは言えなかった。
【００１０】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、ウェハ面内の抵抗率及び
移動度の均一性が良い半絶縁性のＩｎＰ単結晶を得るこ
とのできる半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法を提供する
ことにある。
で、その目的とするところは、ウェハ面内の抵抗率及び
移動度の均一性が良い半絶縁性のＩｎＰ単結晶を得るこ
とのできる半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法を提供する
ことにある。
【００１１】また、本発明の他の目的は、ウェハ面内の
移動度の均一性が１０％以下であるような半絶縁性Ｉｎ
Ｐ単結晶基板、またはウェハ面内の移動度の均一性が１
０％以下でかつウェハ面内の抵抗率の均一性が２０％以
下であるような半絶縁性ＩｎＰ単結晶基板を提供するこ
とである。
移動度の均一性が１０％以下であるような半絶縁性Ｉｎ
Ｐ単結晶基板、またはウェハ面内の移動度の均一性が１
０％以下でかつウェハ面内の抵抗率の均一性が２０％以
下であるような半絶縁性ＩｎＰ単結晶基板を提供するこ
とである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、アンドープの
ＩｎＰ単結晶を高温かつ低リン蒸気圧雰囲気で熱処理し
た後に、低温かつ高リン蒸気圧雰囲気で熱処理すると、
面内の抵抗率及び移動度の均一性がともに良い半絶縁性
ＩｎＰ単結晶を得ることができることを見い出した。
に、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、アンドープの
ＩｎＰ単結晶を高温かつ低リン蒸気圧雰囲気で熱処理し
た後に、低温かつ高リン蒸気圧雰囲気で熱処理すると、
面内の抵抗率及び移動度の均一性がともに良い半絶縁性
ＩｎＰ単結晶を得ることができることを見い出した。
【００１３】本発明は、上記知見に基づきなされたもの
で、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単
結晶を、９３０℃以上１０００℃未満の温度で、かつそ
の温度で平衡するＩｎＰの解離圧以上１５atm 以下のリ
ン蒸気圧雰囲気で熱処理する第１の熱処理工程の後、６
４０℃を越えて９００℃未満の温度で、かつ５atm 以上
５０atm 以下のリン蒸気圧雰囲気で熱処理する第２の熱
処理工程を行なうことを特徴とする。この発明におい
て、前記第１の熱処理工程のリン蒸気圧は、好ましくは
０．５atm より大きく１０atm 未満、より好ましくは
１．０atm より大きく５atm 未満であるとよい。また、
前記第２の熱処理工程のリン蒸気圧は、好ましくは１５
atm 以上５０atm 以下であるとよい。
で、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単
結晶を、９３０℃以上１０００℃未満の温度で、かつそ
の温度で平衡するＩｎＰの解離圧以上１５atm 以下のリ
ン蒸気圧雰囲気で熱処理する第１の熱処理工程の後、６
４０℃を越えて９００℃未満の温度で、かつ５atm 以上
５０atm 以下のリン蒸気圧雰囲気で熱処理する第２の熱
処理工程を行なうことを特徴とする。この発明におい
て、前記第１の熱処理工程のリン蒸気圧は、好ましくは
０．５atm より大きく１０atm 未満、より好ましくは
１．０atm より大きく５atm 未満であるとよい。また、
前記第２の熱処理工程のリン蒸気圧は、好ましくは１５
atm 以上５０atm 以下であるとよい。
【００１４】なお、ＩｎＰの解離圧については、その一
例が、フィリップスリサーチレポート（Philips Res.Re
p.）１２巻 (1957) 127 〜140 頁「THE P-T-x PHASE DI
AGRAMS OF THE SYSTEMS In-As,Ga-As AND In-P」の第１
３８頁Ｆｉｇ．８．に示されている。そのＦｉｇ．８．
において左側の線及びその線を外挿することによりＩｎ
Ｐの解離圧が求まる。
例が、フィリップスリサーチレポート（Philips Res.Re
p.）１２巻 (1957) 127 〜140 頁「THE P-T-x PHASE DI
AGRAMS OF THE SYSTEMS In-As,Ga-As AND In-P」の第１
３８頁Ｆｉｇ．８．に示されている。そのＦｉｇ．８．
において左側の線及びその線を外挿することによりＩｎ
Ｐの解離圧が求まる。
【００１５】ここで、第１の熱処理工程において、熱処
理温度が９３０℃以上１０００℃未満であるのは、９３
０℃に満たないとＩｎＰが半絶縁性化しないからであ
り、一方１０００℃以上ではＩｎＰが分解してしまうか
らである。また、第１の熱処理工程において、リン蒸気
圧が熱処理温度で平衡するＩｎＰの解離圧以上１５atm
以下であるのは、解離圧未満ではＩｎＰが分解してしま
うからであり、一方１５atm を超えると熱処理温度が高
いため、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｎｉ等の汚染が顕著にな
る。
理温度が９３０℃以上１０００℃未満であるのは、９３
０℃に満たないとＩｎＰが半絶縁性化しないからであ
り、一方１０００℃以上ではＩｎＰが分解してしまうか
らである。また、第１の熱処理工程において、リン蒸気
圧が熱処理温度で平衡するＩｎＰの解離圧以上１５atm
以下であるのは、解離圧未満ではＩｎＰが分解してしま
うからであり、一方１５atm を超えると熱処理温度が高
いため、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｎｉ等の汚染が顕著にな
る。
【００１６】第２の熱処理工程において、熱処理温度が
６４０℃を越えて９００℃未満であるのは、６４０℃以
下の温度でも特に特性上の不都合は生じないが６２０℃
未満ではアニール時間がかかりすぎて実用的でないこと
と、本出願人による特願平６−２４４１６６号の第２の
熱処理工程における熱処理温度範囲（４００〜６４０
℃）との重複を避けるためであり、一方９００℃以上で
は平衡欠陥濃度が高くなるため均一化の効果が現れない
からである。また、第２の熱処理工程において、リン蒸
気圧が５atm 以上５０atm 以下であるのは、５atm 未満
では移動度の均一性が１０％を超えてしまうからであ
り、一方５０atm を超えると工業的生産性に欠けるから
である。さらに、第２の熱処理工程のリン蒸気圧が好ま
しくは１５atm 以上５０atm 以下であるのは、１５atm
未満では抵抗率の均一性が２０％を超えてしまうからで
ある。
６４０℃を越えて９００℃未満であるのは、６４０℃以
下の温度でも特に特性上の不都合は生じないが６２０℃
未満ではアニール時間がかかりすぎて実用的でないこと
と、本出願人による特願平６−２４４１６６号の第２の
熱処理工程における熱処理温度範囲（４００〜６４０
℃）との重複を避けるためであり、一方９００℃以上で
は平衡欠陥濃度が高くなるため均一化の効果が現れない
からである。また、第２の熱処理工程において、リン蒸
気圧が５atm 以上５０atm 以下であるのは、５atm 未満
では移動度の均一性が１０％を超えてしまうからであ
り、一方５０atm を超えると工業的生産性に欠けるから
である。さらに、第２の熱処理工程のリン蒸気圧が好ま
しくは１５atm 以上５０atm 以下であるのは、１５atm
未満では抵抗率の均一性が２０％を超えてしまうからで
ある。
【００１７】上記手段によれば、第１の熱処理工程によ
り、ＮｉやＣｏ等の不純物の混入を抑制しながらＩｎＰ
単結晶中の微量なＦｅが活性化されるとともに、リンの
空孔に関連した浅いドナー（シャロードナー）の濃度が
低減されてＩｎＰ単結晶が半絶縁性化される。そして、
第２の熱処理工程により、ＩｎＰ単結晶中に残留した前
記シャロードナーがさらに低減されるので、ＩｎＰ単結
晶の面内の抵抗率が均一化される。
り、ＮｉやＣｏ等の不純物の混入を抑制しながらＩｎＰ
単結晶中の微量なＦｅが活性化されるとともに、リンの
空孔に関連した浅いドナー（シャロードナー）の濃度が
低減されてＩｎＰ単結晶が半絶縁性化される。そして、
第２の熱処理工程により、ＩｎＰ単結晶中に残留した前
記シャロードナーがさらに低減されるので、ＩｎＰ単結
晶の面内の抵抗率が均一化される。
【００１８】また、本発明の半絶縁性ＩｎＰ単結晶基板
は、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単
結晶を、９３０℃以上１０００℃未満の温度で、かつそ
の温度で平衡するＩｎＰの解離圧以上１５atm 以下のリ
ン蒸気圧雰囲気で熱処理する第１の熱処理工程の後、６
４０℃を越えて９００℃未満の温度で、かつ５atm 以上
５０atm 以下のリン蒸気圧雰囲気で熱処理する第２の熱
処理工程を行なうことによって得られ、ウェハ面内の移
動度の均一性が１０％以下であることを特徴とする。
は、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単
結晶を、９３０℃以上１０００℃未満の温度で、かつそ
の温度で平衡するＩｎＰの解離圧以上１５atm 以下のリ
ン蒸気圧雰囲気で熱処理する第１の熱処理工程の後、６
４０℃を越えて９００℃未満の温度で、かつ５atm 以上
５０atm 以下のリン蒸気圧雰囲気で熱処理する第２の熱
処理工程を行なうことによって得られ、ウェハ面内の移
動度の均一性が１０％以下であることを特徴とする。
【００１９】さらに、本発明の半絶縁性ＩｎＰ単結晶基
板は、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
単結晶を、９３０℃以上１０００℃未満の温度で、かつ
その温度で平衡するＩｎＰの解離圧以上１５atm 以下の
リン蒸気圧雰囲気で熱処理する第１の熱処理工程の後、
６４０℃を越えて９００℃未満の温度で、かつ１５atm
以上５０atm 以下のリン蒸気圧雰囲気で熱処理する第２
の熱処理工程を行なうことによって得られ、ウェハ面内
の移動度の均一性が１０％以下であり、かつウェハ面内
の抵抗率の均一性が２０％以下であることを特徴とする
ものである。
板は、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
単結晶を、９３０℃以上１０００℃未満の温度で、かつ
その温度で平衡するＩｎＰの解離圧以上１５atm 以下の
リン蒸気圧雰囲気で熱処理する第１の熱処理工程の後、
６４０℃を越えて９００℃未満の温度で、かつ１５atm
以上５０atm 以下のリン蒸気圧雰囲気で熱処理する第２
の熱処理工程を行なうことによって得られ、ウェハ面内
の移動度の均一性が１０％以下であり、かつウェハ面内
の抵抗率の均一性が２０％以下であることを特徴とする
ものである。
【００２０】なお、上記の「ウェハ面内の抵抗率の均一
性」または「ウェハ面内の移動度の均一性」とは、ウェ
ハの外周部５mmを除いた部分を、ある特定の方向（ウェ
ハの中心部を通る）に等間隔で測定したときの、得られ
た値の標準偏差／加算平均値×１００（％）である。す
なわち、データｙ1 、ｙ2 、ｙ3 、・・・、ｙn が得ら
れたとき、均一性は、ｙavをデータｙ1 、ｙ2 、ｙ3 、
・・・、ｙn の加算平均とすれば、
性」または「ウェハ面内の移動度の均一性」とは、ウェ
ハの外周部５mmを除いた部分を、ある特定の方向（ウェ
ハの中心部を通る）に等間隔で測定したときの、得られ
た値の標準偏差／加算平均値×１００（％）である。す
なわち、データｙ1 、ｙ2 、ｙ3 、・・・、ｙn が得ら
れたとき、均一性は、ｙavをデータｙ1 、ｙ2 、ｙ3 、
・・・、ｙn の加算平均とすれば、
【００２１】
【数１】 であらわされる。
【００２２】
【発明の実施の形態】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Ｃ
ｒ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単結晶より切り出したウェハ（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製治具４を用いて間隔を開けて複数
並べる。続いて、石英アンプル２内が、熱処理温度で平
衡するＩｎＰの解離圧以上１５atm 以下のリン蒸気圧雰
囲気となるような適量の高純度の赤リン３を石英アンプ
ル２内に配置して真空排気した後、酸水素バーナーによ
り石英アンプル２の開口部を封止する。続いて、この石
英アンプル２を横型加熱炉６内に設置し、ヒータ５によ
り９３０℃以上１０００℃未満の熱処理温度で所定時間
加熱保持する（第１の熱処理工程）。
く、かつ残留不純物として存在するＦｅ、ＣｏまたはＣ
ｒ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単結晶より切り出したウェハ（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製治具４を用いて間隔を開けて複数
並べる。続いて、石英アンプル２内が、熱処理温度で平
衡するＩｎＰの解離圧以上１５atm 以下のリン蒸気圧雰
囲気となるような適量の高純度の赤リン３を石英アンプ
ル２内に配置して真空排気した後、酸水素バーナーによ
り石英アンプル２の開口部を封止する。続いて、この石
英アンプル２を横型加熱炉６内に設置し、ヒータ５によ
り９３０℃以上１０００℃未満の熱処理温度で所定時間
加熱保持する（第１の熱処理工程）。
【００２３】この第１の熱処理工程では、熱処理温度が
９３０℃に満たないとＩｎＰが半絶縁性化せず、１００
０℃以上ではＩｎＰが分解してしまう。また、リン蒸気
圧雰囲気がＩｎＰの解離圧未満ではＩｎＰが分解してし
まい、１５atm を超えるとＣｒやＮｉ等の汚染によりＩ
ｎＰが半絶縁性化しない。さらに、リン蒸気圧雰囲気が
好ましくは０．５atm より大きく１０atm 未満、より好
ましくは１．０atm より大きく５atm 未満であれば、同
一ロット中のウェハ間での特性のバラツキがより小さく
なる。
９３０℃に満たないとＩｎＰが半絶縁性化せず、１００
０℃以上ではＩｎＰが分解してしまう。また、リン蒸気
圧雰囲気がＩｎＰの解離圧未満ではＩｎＰが分解してし
まい、１５atm を超えるとＣｒやＮｉ等の汚染によりＩ
ｎＰが半絶縁性化しない。さらに、リン蒸気圧雰囲気が
好ましくは０．５atm より大きく１０atm 未満、より好
ましくは１．０atm より大きく５atm 未満であれば、同
一ロット中のウェハ間での特性のバラツキがより小さく
なる。
【００２４】続いて、室温まで冷却し、各ウェハ１，
１，…を石英アンプル２から取り出した後、再び各ウェ
ハ１，１，…を別の石英アンプル２内に、そのアンプル
２内が５atm 以上５０atm 以下のリン蒸気圧雰囲気とな
るような適量の高純度の赤リン３とともに真空封入す
る。その石英アンプル２を横型加熱炉６内に設置し、ヒ
ータ５により６４０℃を越えて９００℃未満の熱処理温
度で所定時間加熱保持する（第２の熱処理工程）。
１，…を石英アンプル２から取り出した後、再び各ウェ
ハ１，１，…を別の石英アンプル２内に、そのアンプル
２内が５atm 以上５０atm 以下のリン蒸気圧雰囲気とな
るような適量の高純度の赤リン３とともに真空封入す
る。その石英アンプル２を横型加熱炉６内に設置し、ヒ
ータ５により６４０℃を越えて９００℃未満の熱処理温
度で所定時間加熱保持する（第２の熱処理工程）。
【００２５】この第２の熱処理工程では、熱処理温度が
６４０℃以下、特に６２０℃に満たないとアニールに長
時間を要し、９００℃以上ではウェハ面内の抵抗率の均
一化の効果が現れない。また、リン蒸気圧が５atm 未満
では移動度の均一性が１０％を超えてしまい、５０atm
を超えると工業的生産に向かない。さらに、リン蒸気圧
は好ましくは１５atm 以上５０atm 以下であるとよい。
その理由は、１５atm未満では抵抗率の均一性が２０％
を超えてしまうからである。
６４０℃以下、特に６２０℃に満たないとアニールに長
時間を要し、９００℃以上ではウェハ面内の抵抗率の均
一化の効果が現れない。また、リン蒸気圧が５atm 未満
では移動度の均一性が１０％を超えてしまい、５０atm
を超えると工業的生産に向かない。さらに、リン蒸気圧
は好ましくは１５atm 以上５０atm 以下であるとよい。
その理由は、１５atm未満では抵抗率の均一性が２０％
を超えてしまうからである。
【００２６】しかる後、室温まで冷却し、石英アンプル
２からＩｎＰウェハ１，１，…を取り出す。
２からＩｎＰウェハ１，１，…を取り出す。
【００２７】上記実施形態によれば、第１の熱処理工程
によりＩｎＰ単結晶が半絶縁性化され、第２の熱処理工
程によりＩｎＰ単結晶中に残留した欠陥が低減されるの
で、ＩｎＰ単結晶の面内の抵抗率が均一化される。従っ
て、ウェハ面内の抵抗率及び移動度の均一性が良く、か
つ半絶縁性のＩｎＰ単結晶が得られる。
によりＩｎＰ単結晶が半絶縁性化され、第２の熱処理工
程によりＩｎＰ単結晶中に残留した欠陥が低減されるの
で、ＩｎＰ単結晶の面内の抵抗率が均一化される。従っ
て、ウェハ面内の抵抗率及び移動度の均一性が良く、か
つ半絶縁性のＩｎＰ単結晶が得られる。
【００２８】なお、上記横型加熱炉６は密閉型で１００
kg／cm2 の圧力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の内外の
圧力のバランスを保ち、石英アンプル２の破壊を防止す
る。
kg／cm2 の圧力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の内外の
圧力のバランスを保ち、石英アンプル２の破壊を防止す
る。
【００２９】また、上記実施形態では、第１の熱処理工
程から第２の熱処理工程に移行する際に、一旦石英アン
プル２からウェハ１，１，…を取り出し、それを別の石
英アンプル２内に再び真空封入するとしたが、２温度帯
をもつ横型加熱炉を使用し、アンプルの一端の温度を調
節することでアンプル内のリン蒸気圧を所定の圧力に制
御できるようにし、同一の石英アンプル２内にウェハ
１，１，…を封入したまま、第１の熱処理工程から第２
の熱処理工程ヘ直接移行するようにしてもよい。
程から第２の熱処理工程に移行する際に、一旦石英アン
プル２からウェハ１，１，…を取り出し、それを別の石
英アンプル２内に再び真空封入するとしたが、２温度帯
をもつ横型加熱炉を使用し、アンプルの一端の温度を調
節することでアンプル内のリン蒸気圧を所定の圧力に制
御できるようにし、同一の石英アンプル２内にウェハ
１，１，…を封入したまま、第１の熱処理工程から第２
の熱処理工程ヘ直接移行するようにしてもよい。
【００３０】
【実施例】以下に、具体的な実施例を挙げて、本発明の
特徴とするところを明らかとするが、本発明は以下の各
実施例によって何ら制限されるものではない。
特徴とするところを明らかとするが、本発明は以下の各
実施例によって何ら制限されるものではない。
【００３１】（実施例１）ＩｎＰの原料多結晶から液体
封止チョクラルスキー（ＬＥＣ）法で引き上げたＦｅの
含有濃度が０．０３ppmw、Ｃｏ、Ｃｒの含有濃度がいず
れも分析検出下限（０．００５ppmw）以下である単結晶
を用いて、厚さ０．５mmのＩｎＰウェハ１，１，…を切
り出した。そして、図１に示すように、複数の石英アン
プル２内に石英製治具４を用いて間隔を開けてＩｎＰウ
ェハ１，１，…を３０枚ずつ並べた。続いて、純度が７
Ｎの赤リン３を各石英アンプル２内に配置して１×１０
-6Torrまで真空排気した後、酸水素バーナーにより各石
英アンプル２の開口部を封止した。この際、各石英アン
プル２の赤リン３の量は、９１０℃、９２５℃、９４０
℃、９５０℃、９６０℃、９７０℃、９８０℃及び９９
０℃の各熱処理温度でリン（Ｐ4 ）分圧が１atm となる
ように調整した。続いて、それらの石英アンプル２を一
つずつ横型加熱炉６内に設置し、ヒータ５により各熱処
理温度で４０時間加熱保持した（第１の熱処理工程に相
当）。その後、毎分２℃の降温速度で室温まで冷却し、
各石英アンプル２からＩｎＰウェハ１，１，…を取り出
した。
封止チョクラルスキー（ＬＥＣ）法で引き上げたＦｅの
含有濃度が０．０３ppmw、Ｃｏ、Ｃｒの含有濃度がいず
れも分析検出下限（０．００５ppmw）以下である単結晶
を用いて、厚さ０．５mmのＩｎＰウェハ１，１，…を切
り出した。そして、図１に示すように、複数の石英アン
プル２内に石英製治具４を用いて間隔を開けてＩｎＰウ
ェハ１，１，…を３０枚ずつ並べた。続いて、純度が７
Ｎの赤リン３を各石英アンプル２内に配置して１×１０
-6Torrまで真空排気した後、酸水素バーナーにより各石
英アンプル２の開口部を封止した。この際、各石英アン
プル２の赤リン３の量は、９１０℃、９２５℃、９４０
℃、９５０℃、９６０℃、９７０℃、９８０℃及び９９
０℃の各熱処理温度でリン（Ｐ4 ）分圧が１atm となる
ように調整した。続いて、それらの石英アンプル２を一
つずつ横型加熱炉６内に設置し、ヒータ５により各熱処
理温度で４０時間加熱保持した（第１の熱処理工程に相
当）。その後、毎分２℃の降温速度で室温まで冷却し、
各石英アンプル２からＩｎＰウェハ１，１，…を取り出
した。
【００３２】熱処理後、（００１）方位のＩｎＰウェハ
１，１，…の〈１１０〉方位に対して、３端子ガードリ
ング法（ホール測定）でウェハ面内の抵抗率と移動度を
調べた。測定間隔は１００μｍで、測定点は４０１点で
ある。
１，１，…の〈１１０〉方位に対して、３端子ガードリ
ング法（ホール測定）でウェハ面内の抵抗率と移動度を
調べた。測定間隔は１００μｍで、測定点は４０１点で
ある。
【００３３】その結果を図２〜図５に示す。図２及び図
４は、それぞれ一枚のウェハの面内の抵抗率及び移動度
を示しており（エラーバーは、１枚のウェハ面内におけ
るバラツキを表す）、図３及び図５は、それぞれ一枚の
ウェハの面内の抵抗率の均一性及び移動度の均一性を示
している。それらのグラフより、熱処理温度が９４０〜
９９０℃の範囲においてＩｎＰが半絶縁性化（抵抗率＝
１０6 Ω・cm〜２×１０8 Ω・cm）することが確認され
た。また、グラフより、熱処理温度が９３０℃でもＩｎ
Ｐの抵抗率が１０6 Ω・cm以上となり、ＩｎＰが半絶縁
性化することが推測される。また、第１の熱処理工程に
おいて、熱処理温度が９４０℃以上９７０℃以下とする
ことで、第１の熱処理工程後の面内の抵抗率、移動度の
均一性を小さくすることができることがわかる。
４は、それぞれ一枚のウェハの面内の抵抗率及び移動度
を示しており（エラーバーは、１枚のウェハ面内におけ
るバラツキを表す）、図３及び図５は、それぞれ一枚の
ウェハの面内の抵抗率の均一性及び移動度の均一性を示
している。それらのグラフより、熱処理温度が９４０〜
９９０℃の範囲においてＩｎＰが半絶縁性化（抵抗率＝
１０6 Ω・cm〜２×１０8 Ω・cm）することが確認され
た。また、グラフより、熱処理温度が９３０℃でもＩｎ
Ｐの抵抗率が１０6 Ω・cm以上となり、ＩｎＰが半絶縁
性化することが推測される。また、第１の熱処理工程に
おいて、熱処理温度が９４０℃以上９７０℃以下とする
ことで、第１の熱処理工程後の面内の抵抗率、移動度の
均一性を小さくすることができることがわかる。
【００３４】（実施例２）上記実施例１と同様にして得
られたＩｎＰインゴットから切り出したＩｎＰウェハ
１，１，…を、複数の石英アンプル２内に石英製治具４
を用いて３０枚ずつ並べた。続いて、純度が７Ｎの赤リ
ン３を各石英アンプル２内に配置して１×１０-6Torrま
で真空排気した後、酸水素バーナーにより各石英アンプ
ル２の開口部を封止した。この際、各石英アンプル２の
赤リン３の量は、９５０℃の熱処理温度でリン分圧が１
atm となるように調整した。続いて、それらの石英アン
プル２を一つずつ横型加熱炉６内に設置し、ヒータ５に
より９５０℃で４０時間加熱保持した（第１の熱処理工
程）。その後、毎分２℃の降温速度で室温まで冷却し、
各石英アンプル２からＩｎＰウェハ１，１，…を取り出
した。
られたＩｎＰインゴットから切り出したＩｎＰウェハ
１，１，…を、複数の石英アンプル２内に石英製治具４
を用いて３０枚ずつ並べた。続いて、純度が７Ｎの赤リ
ン３を各石英アンプル２内に配置して１×１０-6Torrま
で真空排気した後、酸水素バーナーにより各石英アンプ
ル２の開口部を封止した。この際、各石英アンプル２の
赤リン３の量は、９５０℃の熱処理温度でリン分圧が１
atm となるように調整した。続いて、それらの石英アン
プル２を一つずつ横型加熱炉６内に設置し、ヒータ５に
より９５０℃で４０時間加熱保持した（第１の熱処理工
程）。その後、毎分２℃の降温速度で室温まで冷却し、
各石英アンプル２からＩｎＰウェハ１，１，…を取り出
した。
【００３５】得られたウェハ１のうち数枚について、抵
抗率と移動度をホール測定により調べた結果、一枚のウ
ェハの面内の抵抗率は８．２×１０6 〜３．５×１０7
Ω・cmで、その均一性は２２．５〜５３．７％であっ
た。また、一枚のウェハの面内の移動度は３７５０〜４
６００cm2 ／V ・s で、その均一性は３．０〜３５％で
あった。
抗率と移動度をホール測定により調べた結果、一枚のウ
ェハの面内の抵抗率は８．２×１０6 〜３．５×１０7
Ω・cmで、その均一性は２２．５〜５３．７％であっ
た。また、一枚のウェハの面内の移動度は３７５０〜４
６００cm2 ／V ・s で、その均一性は３．０〜３５％で
あった。
【００３６】続いて、取り出した各ウェハ１，１，…を
再び別の複数の石英アンプル２内に、各アンプル２内が
熱処理温度８０７℃でそれぞれ０．５atm 、１atm 、５
atm、１０atm 、１５atm 、３０atm 、４０atm 及び５
０atm のリン蒸気圧雰囲気となるような適量の高純度の
赤リン３とともに真空封入した。それらの石英アンプル
２を横型加熱炉６内に設置し、８０７℃で所定時間加熱
保持した（第２の熱処理工程）。その後、毎分２℃の降
温速度で室温まで冷却し、各石英アンプル２からＩｎＰ
ウェハ１，１，…を取り出した。
再び別の複数の石英アンプル２内に、各アンプル２内が
熱処理温度８０７℃でそれぞれ０．５atm 、１atm 、５
atm、１０atm 、１５atm 、３０atm 、４０atm 及び５
０atm のリン蒸気圧雰囲気となるような適量の高純度の
赤リン３とともに真空封入した。それらの石英アンプル
２を横型加熱炉６内に設置し、８０７℃で所定時間加熱
保持した（第２の熱処理工程）。その後、毎分２℃の降
温速度で室温まで冷却し、各石英アンプル２からＩｎＰ
ウェハ１，１，…を取り出した。
【００３７】得られたウェハ１，１，…について、抵抗
率と移動度をホール測定により調べた。その結果を図６
〜図９に示す。図６及び図８は、それぞれ第２の熱処理
工程時のリン蒸気圧と一枚のウェハの面内の抵抗率及び
移動度との関係を示しており（エラーバーは、１枚のウ
ェハ面内におけるバラツキを表す）、図７及び図９は、
それぞれ一枚のウェハの面内の抵抗率の均一性及び移動
度の均一性を示している。
率と移動度をホール測定により調べた。その結果を図６
〜図９に示す。図６及び図８は、それぞれ第２の熱処理
工程時のリン蒸気圧と一枚のウェハの面内の抵抗率及び
移動度との関係を示しており（エラーバーは、１枚のウ
ェハ面内におけるバラツキを表す）、図７及び図９は、
それぞれ一枚のウェハの面内の抵抗率の均一性及び移動
度の均一性を示している。
【００３８】それらのグラフより、第２の熱処理工程の
リン蒸気圧が５atm 以上の時に面内の移動度の均一性が
１０％以下のＩｎＰ単結晶が得られることがわかった。
また、第２の熱処理工程のリン蒸気圧が１５atm 以上の
時に面内の抵抗率の均一性が２０％以下のＩｎＰ単結晶
が得られることがわかった。なお、第２の熱処理工程の
リン蒸気圧を５０atm より高くしても面内の抵抗率のば
らつきに大きな改善は見られなかったので工業的な生産
性を考慮すると５０atm 以下であるのが適当である。
リン蒸気圧が５atm 以上の時に面内の移動度の均一性が
１０％以下のＩｎＰ単結晶が得られることがわかった。
また、第２の熱処理工程のリン蒸気圧が１５atm 以上の
時に面内の抵抗率の均一性が２０％以下のＩｎＰ単結晶
が得られることがわかった。なお、第２の熱処理工程の
リン蒸気圧を５０atm より高くしても面内の抵抗率のば
らつきに大きな改善は見られなかったので工業的な生産
性を考慮すると５０atm 以下であるのが適当である。
【００３９】
【発明の効果】本発明に係る半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製
造方法によれば、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単結晶を、９３０℃以上１０００℃未満の温
度で、かつその温度で平衡するＩｎＰの解離圧以上１５
atm 以下、好ましくは０．５atm より大きく１０atm 未
満、より好ましくは１．０atm より大きく５atm 未満の
リン蒸気圧雰囲気で熱処理する第１の熱処理工程の後、
６４０℃を越えて９００℃未満の温度で、かつ５atm 以
上５０atm 以下、好ましくは１５atm 以上５０atm 以下
のリン蒸気圧雰囲気で熱処理する第２の熱処理工程を行
なうようにしたため、ウェハ面内の移動度及び抵抗率の
均一性がともに良い半絶縁性のＩｎＰ単結晶、特にウェ
ハ面内の移動度の均一性が１０％以下でウェハ面内の抵
抗率の均一性が２０％以下の半絶縁性のＩｎＰ単結晶が
得られる。
造方法によれば、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単結晶を、９３０℃以上１０００℃未満の温
度で、かつその温度で平衡するＩｎＰの解離圧以上１５
atm 以下、好ましくは０．５atm より大きく１０atm 未
満、より好ましくは１．０atm より大きく５atm 未満の
リン蒸気圧雰囲気で熱処理する第１の熱処理工程の後、
６４０℃を越えて９００℃未満の温度で、かつ５atm 以
上５０atm 以下、好ましくは１５atm 以上５０atm 以下
のリン蒸気圧雰囲気で熱処理する第２の熱処理工程を行
なうようにしたため、ウェハ面内の移動度及び抵抗率の
均一性がともに良い半絶縁性のＩｎＰ単結晶、特にウェ
ハ面内の移動度の均一性が１０％以下でウェハ面内の抵
抗率の均一性が２０％以下の半絶縁性のＩｎＰ単結晶が
得られる。
【００４０】また、本発明者らは、上述した本発明によ
り得られる効果について、先にPro.of 8th Conf.on InP
and Related Materials,Germany (1996) の４３〜４６
頁に記載された「Reproducibility in the Fabrication
of Undoped Semi-Insulating InP 」の中で報告してい
る。
り得られる効果について、先にPro.of 8th Conf.on InP
and Related Materials,Germany (1996) の４３〜４６
頁に記載された「Reproducibility in the Fabrication
of Undoped Semi-Insulating InP 」の中で報告してい
る。
【００４１】なお、化合物半導体単結晶を２段階の熱処
理を行うことによって、その面内の電気特性を均質化す
る従来の技術として、特開昭６２−２２６９００号公開
公報に開示されたものがある。この技術は、１段目及び
２段目の各熱処理温度を、育成結晶の融点のそれぞれ
０．８５〜０．９倍の温度（ＩｎＰの場合には、８６１
〜９２８℃に相当する）及び０．７〜０．７５倍の温度
（ＩｎＰの場合には、６６１〜７２８℃に相当する）と
するものである。しかし、この従来技術は、本願の発明
とは１段目の熱処理温度が異なるため、当然のことなが
ら本願発明とは効果も異なるものと推測される。すなわ
ち、特開昭６２−２２６９００号の技術では、単にフォ
トルミネッセンス強度が安定しているため結晶が均質で
あり、この結晶から作られるウェハの諸物性の均質性が
良くなるという効果が得られるだけであり、本願発明の
ような移動度及び抵抗率の面内均一性がそれぞれ１０％
以下及び２０％以下のＩｎＰ単結晶が得られるか否かは
不明である。
理を行うことによって、その面内の電気特性を均質化す
る従来の技術として、特開昭６２−２２６９００号公開
公報に開示されたものがある。この技術は、１段目及び
２段目の各熱処理温度を、育成結晶の融点のそれぞれ
０．８５〜０．９倍の温度（ＩｎＰの場合には、８６１
〜９２８℃に相当する）及び０．７〜０．７５倍の温度
（ＩｎＰの場合には、６６１〜７２８℃に相当する）と
するものである。しかし、この従来技術は、本願の発明
とは１段目の熱処理温度が異なるため、当然のことなが
ら本願発明とは効果も異なるものと推測される。すなわ
ち、特開昭６２−２２６９００号の技術では、単にフォ
トルミネッセンス強度が安定しているため結晶が均質で
あり、この結晶から作られるウェハの諸物性の均質性が
良くなるという効果が得られるだけであり、本願発明の
ような移動度及び抵抗率の面内均一性がそれぞれ１０％
以下及び２０％以下のＩｎＰ単結晶が得られるか否かは
不明である。
【００４２】また、化合物半導体単結晶を熱処理するこ
とによって、その面内の電気特性を均一化する従来の技
術として、特開平２−１２０３００号公開公報に開示さ
れたものがある。この技術は、育成結晶を８００〜１２
００℃で熱処理した後、室温までの冷却速度を２段階で
変化させるものであり、２段階の熱処理を行う本願発明
とは本質的に異なるものである。従って、その得られる
効果も本願発明とは異なり、特開平２−１２０３００号
の技術では基板上に作製したＦＥＴの閾値を極めて均一
化することができるだけであり、本願発明のような移動
度及び抵抗率の面内均一性がそれぞれ１０％以下及び２
０％以下のＩｎＰ単結晶が得られるか否かは不明であ
る。
とによって、その面内の電気特性を均一化する従来の技
術として、特開平２−１２０３００号公開公報に開示さ
れたものがある。この技術は、育成結晶を８００〜１２
００℃で熱処理した後、室温までの冷却速度を２段階で
変化させるものであり、２段階の熱処理を行う本願発明
とは本質的に異なるものである。従って、その得られる
効果も本願発明とは異なり、特開平２−１２０３００号
の技術では基板上に作製したＦＥＴの閾値を極めて均一
化することができるだけであり、本願発明のような移動
度及び抵抗率の面内均一性がそれぞれ１０％以下及び２
０％以下のＩｎＰ単結晶が得られるか否かは不明であ
る。
【００４３】また、化合物半導体単結晶を２段階の熱処
理を行う従来の技術として、本出願人による特開平２−
１９２５００号公開公報に開示されたものがある。この
技術は、１段目の熱処理温度を１１００℃を超え育成結
晶の融点未満の温度とするとともに、２段目の熱処理温
度を７５０〜１１００℃とすることによって、ＡＢエッ
チングにより出現する微小欠陥（ＡＢピット）の少ない
ウェハを得ることができるというものである。しかし、
この従来技術は、本願の発明とは１段目の熱処理温度が
明らかに異なるものであり、本願発明とは本質的に異な
る。
理を行う従来の技術として、本出願人による特開平２−
１９２５００号公開公報に開示されたものがある。この
技術は、１段目の熱処理温度を１１００℃を超え育成結
晶の融点未満の温度とするとともに、２段目の熱処理温
度を７５０〜１１００℃とすることによって、ＡＢエッ
チングにより出現する微小欠陥（ＡＢピット）の少ない
ウェハを得ることができるというものである。しかし、
この従来技術は、本願の発明とは１段目の熱処理温度が
明らかに異なるものであり、本願発明とは本質的に異な
る。
【００４４】また、化合物半導体単結晶の熱処理技術と
して、ある上限温度Ｔｈ（Ｔｈは、８００℃以上で育成
結晶の融点以下の温度）と下限温度Ｔｌ（Ｔｌは、８０
０℃以上でＴｈ以下の温度）との間で２回以上繰り返し
加熱冷却する技術が、特開平８−１１９８００号公開公
報に開示されている。しかし、この技術は、１段目の熱
処理温度に相当する上限温度Ｔｈと２段目の熱処理温度
に相当する下限温度Ｔｌとの間の加熱冷却を２回以上繰
り返す点で、本願発明とは本質的に異なる。すなわち、
本願発明では、１段目と２段目の熱処理を繰り返し行う
ものではない。しかも、特開平８−１１９８００号によ
り得られる効果は、熱処理後の単結晶インゴットから切
り出されたウェハを用いてエピタキシャル成長させた場
合に線状性欠陥（slip-like defect）が発生しないとい
うものであり、本願発明の効果とは明らかに異なる。
して、ある上限温度Ｔｈ（Ｔｈは、８００℃以上で育成
結晶の融点以下の温度）と下限温度Ｔｌ（Ｔｌは、８０
０℃以上でＴｈ以下の温度）との間で２回以上繰り返し
加熱冷却する技術が、特開平８−１１９８００号公開公
報に開示されている。しかし、この技術は、１段目の熱
処理温度に相当する上限温度Ｔｈと２段目の熱処理温度
に相当する下限温度Ｔｌとの間の加熱冷却を２回以上繰
り返す点で、本願発明とは本質的に異なる。すなわち、
本願発明では、１段目と２段目の熱処理を繰り返し行う
ものではない。しかも、特開平８−１１９８００号によ
り得られる効果は、熱処理後の単結晶インゴットから切
り出されたウェハを用いてエピタキシャル成長させた場
合に線状性欠陥（slip-like defect）が発生しないとい
うものであり、本願発明の効果とは明らかに異なる。
【００４５】また、R.Fornari らは、Materials Scienc
e and Engineering B28 (1994)の９５〜１００頁に記載
された「Preparation and characterization of semi-i
nsulating undoped indium phosphide」の中で、真空雰
囲気下で９１０℃の熱処理を２回行った結果、抵抗率が
４．４×１０7 Ω・cmで、移動度が３９４０cm2 ／V・s
の半絶縁性ＩｎＰ単結晶が得られた（サンプルＡ−Ｓ
８）との報告をしているが、熱処理雰囲気が真空である
ため、リン圧を印加して２段階熱処理を行う本願発明と
は明らかに異なるものである。
e and Engineering B28 (1994)の９５〜１００頁に記載
された「Preparation and characterization of semi-i
nsulating undoped indium phosphide」の中で、真空雰
囲気下で９１０℃の熱処理を２回行った結果、抵抗率が
４．４×１０7 Ω・cmで、移動度が３９４０cm2 ／V・s
の半絶縁性ＩｎＰ単結晶が得られた（サンプルＡ−Ｓ
８）との報告をしているが、熱処理雰囲気が真空である
ため、リン圧を印加して２段階熱処理を行う本願発明と
は明らかに異なるものである。
【００４６】また、G.Hirtらは、Pro.of 7th Conf.on I
nP and Related Materials,Sapporo(1995) の３７〜４
０頁に記載された「Preparation of Homogeneous InP S
ubstrates by VGF-Growth and Wafer Annealing」の中
で、９００℃の熱処理を行った結果、抵抗率が１．４×
１０7 Ω・cmの半絶縁性ＩｎＰ単結晶が得られた（anne
aled VGFのサンプル）との報告をしているが、２段階の
熱処理を行う本願発明とは本質的に異なるものである。
nP and Related Materials,Sapporo(1995) の３７〜４
０頁に記載された「Preparation of Homogeneous InP S
ubstrates by VGF-Growth and Wafer Annealing」の中
で、９００℃の熱処理を行った結果、抵抗率が１．４×
１０7 Ω・cmの半絶縁性ＩｎＰ単結晶が得られた（anne
aled VGFのサンプル）との報告をしているが、２段階の
熱処理を行う本願発明とは本質的に異なるものである。
【図１】半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造に使用される加熱
炉内にウェハを設置した状態の概略図である。
炉内にウェハを設置した状態の概略図である。
【図２】実施例１により得られたＩｎＰウェハの熱処理
温度と面内の抵抗率との関係を示す特性図である。
温度と面内の抵抗率との関係を示す特性図である。
【図３】実施例１により得られたＩｎＰウェハの熱処理
温度と面内の抵抗率の均一性との関係を示す特性図であ
る。
温度と面内の抵抗率の均一性との関係を示す特性図であ
る。
【図４】実施例１により得られたＩｎＰウェハの熱処理
温度と面内の移動度との関係を示す特性図である。
温度と面内の移動度との関係を示す特性図である。
【図５】実施例１により得られたＩｎＰウェハの熱処理
温度と面内の移動度の均一性との関係を示す特性図であ
る。
温度と面内の移動度の均一性との関係を示す特性図であ
る。
【図６】実施例２により得られたＩｎＰウェハのリン蒸
気圧と面内の抵抗率との関係を示す特性図である。
気圧と面内の抵抗率との関係を示す特性図である。
【図７】実施例２により得られたＩｎＰウェハのリン蒸
気圧と面内の抵抗率の均一性との関係を示す特性図であ
る。
気圧と面内の抵抗率の均一性との関係を示す特性図であ
る。
【図８】実施例２により得られたＩｎＰウェハのリン蒸
気圧と面内の移動度との関係を示す特性図である。
気圧と面内の移動度との関係を示す特性図である。
【図９】実施例２により得られたＩｎＰウェハのリン蒸
気圧と面内の移動度の均一性との関係を示す特性図であ
る。
気圧と面内の移動度の均一性との関係を示す特性図であ
る。
１ ウェハ（ＩｎＰ単結晶） ２ 石英アンプル ３ 赤リン ４ 石英製治具 ５ ヒータ ６ 横型加熱炉
Claims (4)
- 【請求項１】 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単結晶を、９３０℃以上１０００℃未満の温度
で、かつその温度で平衡するＩｎＰの解離圧以上１５at
m 以下のリン蒸気圧雰囲気で熱処理する第１の熱処理工
程の後、６４０℃を越えて９００℃未満の温度で、かつ
５atm以上５０atm 以下のリン蒸気圧雰囲気で熱処理す
る第２の熱処理工程を行なうことを特徴とする半絶縁性
ＩｎＰ単結晶の製造方法。 - 【請求項２】 前記第２の熱処理工程のリン蒸気圧は、
１５atm 以上５０atm 以下であることを特徴とする請求
項１記載の半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法。 - 【請求項３】 ウェハ面内の移動度の均一性が１０％以
下であることを特徴とする半絶縁性ＩｎＰ単結晶基板。 - 【請求項４】 ウェハ面内の抵抗率の均一性が２０％以
下であることを特徴とする請求項３記載の半絶縁性Ｉｎ
Ｐ単結晶基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07137497A JP3793934B2 (ja) | 1996-03-28 | 1997-03-25 | 半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7364396 | 1996-03-28 | ||
| JP3461897 | 1997-02-19 | ||
| JP9-34618 | 1997-02-19 | ||
| JP8-73643 | 1997-02-19 | ||
| JP07137497A JP3793934B2 (ja) | 1996-03-28 | 1997-03-25 | 半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10291900A true JPH10291900A (ja) | 1998-11-04 |
| JP3793934B2 JP3793934B2 (ja) | 2006-07-05 |
Family
ID=27288470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07137497A Expired - Fee Related JP3793934B2 (ja) | 1996-03-28 | 1997-03-25 | 半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3793934B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103123907A (zh) * | 2011-11-18 | 2013-05-29 | 豪客能源科技股份有限公司 | 热处理的基板承载设备 |
| WO2019058484A1 (ja) | 2017-09-21 | 2019-03-28 | 住友電気工業株式会社 | 半絶縁性化合物半導体基板および半絶縁性化合物半導体単結晶 |
-
1997
- 1997-03-25 JP JP07137497A patent/JP3793934B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103123907A (zh) * | 2011-11-18 | 2013-05-29 | 豪客能源科技股份有限公司 | 热处理的基板承载设备 |
| WO2019058484A1 (ja) | 2017-09-21 | 2019-03-28 | 住友電気工業株式会社 | 半絶縁性化合物半導体基板および半絶縁性化合物半導体単結晶 |
| US10971374B2 (en) | 2017-09-21 | 2021-04-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semi-insulating compound semiconductor substrate and semi-insulating compound semiconductor single crystal |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3793934B2 (ja) | 2006-07-05 |
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