JP2000313699A - 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Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高圧設備を必要とせず、簡便な方法で、結晶
の上部から下部に至るまで均一に異種（不純物）元素を
ＩｎＰ基板中へ添加した半絶縁性ＩｎＰ単結晶を製造す
る。 【解決手段】 ＩｎＰ単結晶と、リンと、該ＩｎＰ単結
晶に添加したいＩｎＰ以外の異種元素とを、異種元素そ
のまま、該異種元素とリンとの化合物又はこれらの双方
を、アンプル中に真空封入し、リン分圧として６ａｔｍ
未満、好ましくは１〜５ａｔｍ、特に好ましくは１〜３
ａｔｍの条件下で熱処理する。
の上部から下部に至るまで均一に異種（不純物）元素を
ＩｎＰ基板中へ添加した半絶縁性ＩｎＰ単結晶を製造す
る。 【解決手段】 ＩｎＰ単結晶と、リンと、該ＩｎＰ単結
晶に添加したいＩｎＰ以外の異種元素とを、異種元素そ
のまま、該異種元素とリンとの化合物又はこれらの双方
を、アンプル中に真空封入し、リン分圧として６ａｔｍ
未満、好ましくは１〜５ａｔｍ、特に好ましくは１〜３
ａｔｍの条件下で熱処理する。
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ＩｎＰ単結晶の製造方法に関し、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ＩｎＰ単結晶の製造方法に関し、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】ＩｎＰ単結晶は、光通信用の長波長レー
ザー用や高周波電子デバイス用の基板として用いられて
いる。ＩｎＰ基板はその用途により基板に要求される特
性が異なる為、特定の不純物を添加して基板の電気特性
を変化させている。特にレーザーダイオード用にはＳ
（硫黄）やＳｎ（すず）、ＦＥＴ用にはＦｅ（鉄）をＩ
ｎＰ単結晶中に添加することが多い。ＩｎＰ単結晶中へ
の不純物の添加方法として、一般的には結晶育成時の原
料融液中へ所定量の不純物もしくはその化合物を溶融
し、結晶育成と共に結晶中へ添加している。
ザー用や高周波電子デバイス用の基板として用いられて
いる。ＩｎＰ基板はその用途により基板に要求される特
性が異なる為、特定の不純物を添加して基板の電気特性
を変化させている。特にレーザーダイオード用にはＳ
（硫黄）やＳｎ（すず）、ＦＥＴ用にはＦｅ（鉄）をＩ
ｎＰ単結晶中に添加することが多い。ＩｎＰ単結晶中へ
の不純物の添加方法として、一般的には結晶育成時の原
料融液中へ所定量の不純物もしくはその化合物を溶融
し、結晶育成と共に結晶中へ添加している。
【０００３】しかし、このようにしてＩｎＰ単結晶を育
成する場合、結晶の育成開始部分と育成終了部分とで
は、原料融液中に添加した不純物元素の重力偏析により
不純物濃度が変化してしまう。結晶中の各固化率に対す
る不純物濃度Ｃｓは次の式で表 される。Ｃｓ＝Ｋ×Ｃ０×（１−ｇ）Ｋ−１ ………………（１） ここで、ｋは各不純物の偏析係数、Ｃ０は融液中不純物
濃度、ｇは固化率を示す。半絶縁性ＩｎＰ基板であるＦ
ｅドープＩｎＰの結晶育成を例にとると、ＩｎＰに対す
るＦｅの偏析係数は１０-３〜-４と小さく、育成した結
晶の前半分と後半分では、ＩｎＰ中Ｆｅ濃度は１桁以上
変化してしまう（図２参照）。さらに結晶育成後半では
ＩｎＰ中Ｆｅ元素の固溶限界を越え、Ｆｅ元素の析出物
が発生する等の問題点がある。
成する場合、結晶の育成開始部分と育成終了部分とで
は、原料融液中に添加した不純物元素の重力偏析により
不純物濃度が変化してしまう。結晶中の各固化率に対す
る不純物濃度Ｃｓは次の式で表 される。Ｃｓ＝Ｋ×Ｃ０×（１−ｇ）Ｋ−１ ………………（１） ここで、ｋは各不純物の偏析係数、Ｃ０は融液中不純物
濃度、ｇは固化率を示す。半絶縁性ＩｎＰ基板であるＦ
ｅドープＩｎＰの結晶育成を例にとると、ＩｎＰに対す
るＦｅの偏析係数は１０-３〜-４と小さく、育成した結
晶の前半分と後半分では、ＩｎＰ中Ｆｅ濃度は１桁以上
変化してしまう（図２参照）。さらに結晶育成後半では
ＩｎＰ中Ｆｅ元素の固溶限界を越え、Ｆｅ元素の析出物
が発生する等の問題点がある。
【０００４】このような問題点を解決する手段として、
従来から二重るつぼ法や溶質供給ＬＥＣ法などの方法が
提案されている。二重るつぼ法は、同心円状の二重るつ
ぼ構造をとり、結晶育成中、外側のるつぼより原料を供
給して内側るつぼ中の原料融液中の不純物濃度の変化を
抑えながら、不純物濃度の均一な単結晶を育成する方法
であり、また、溶質供給ＬＥＣ法は、るつぼ中の原料融
液に種結晶を浸析して馴染ませ、適度な速度で種結晶を
引き上げながら単結晶を育成する際に、るつぼ上部より
溶質原料を供給し、原料融液中の不純物濃度の変化を抑
えながら不純物濃度の均一な結晶を育成する方法であ
る。しかし、従来法では、原料融液中の不純物濃度を直
接測定しながら結晶育成していないので、原料供給量の
調節が正確に出来ず、結晶の上、中、下部を通して均一
な不純物濃度の単結晶を得ることが難しく、また、製造
設備が高価になるため、製造コストが高くなるという問
題点があった。
従来から二重るつぼ法や溶質供給ＬＥＣ法などの方法が
提案されている。二重るつぼ法は、同心円状の二重るつ
ぼ構造をとり、結晶育成中、外側のるつぼより原料を供
給して内側るつぼ中の原料融液中の不純物濃度の変化を
抑えながら、不純物濃度の均一な単結晶を育成する方法
であり、また、溶質供給ＬＥＣ法は、るつぼ中の原料融
液に種結晶を浸析して馴染ませ、適度な速度で種結晶を
引き上げながら単結晶を育成する際に、るつぼ上部より
溶質原料を供給し、原料融液中の不純物濃度の変化を抑
えながら不純物濃度の均一な結晶を育成する方法であ
る。しかし、従来法では、原料融液中の不純物濃度を直
接測定しながら結晶育成していないので、原料供給量の
調節が正確に出来ず、結晶の上、中、下部を通して均一
な不純物濃度の単結晶を得ることが難しく、また、製造
設備が高価になるため、製造コストが高くなるという問
題点があった。
【０００５】これに対し、本出願人は、先に提案した技
術（特開平６−２９５８６４）において、ＩｎＰ単結晶
をリン蒸気圧雰囲気中で熱処理することにより、微量の
Ｆｅが混入することを見出した。そして、この場合、赤
リン中に含まれる微量のリン化鉄がＩｎＰ中に混入した
という結論に達した。そこで、赤リンに含まれる不純物
が熱処理によりＩｎＰ単結晶中に微量に混入するのであ
れば、リン化鉄を故意に加えることにより高濃度にＩｎ
Ｐ単結晶中に添加できるのではないかと考えた。
術（特開平６−２９５８６４）において、ＩｎＰ単結晶
をリン蒸気圧雰囲気中で熱処理することにより、微量の
Ｆｅが混入することを見出した。そして、この場合、赤
リン中に含まれる微量のリン化鉄がＩｎＰ中に混入した
という結論に達した。そこで、赤リンに含まれる不純物
が熱処理によりＩｎＰ単結晶中に微量に混入するのであ
れば、リン化鉄を故意に加えることにより高濃度にＩｎ
Ｐ単結晶中に添加できるのではないかと考えた。
【０００６】さらに、研究を進めていくと、先に提案さ
れた技術（特開平８−２１３３３６）において、純度６
Ｎの赤リンにＦｅを１００ｐｐｍｗ添加したリンを用い
て、ＩｎＰ基板中へＦｅ元素を添加する際、石英アンプ
ル内のリン分圧がＩｎＰ単結晶の分解圧以上、好ましく
は、ＩｎＰのＰ−Ｔ図における化学量論組成になると考
えられる各温度に対するリン蒸気圧、すなわち、熱処理
温度９８５℃においてリン分圧が２５ａｔｍ程度となる
ように赤リンおよびＦｅを充填し、高圧力下で４０時間
の熱処理を実施している。
れた技術（特開平８−２１３３３６）において、純度６
Ｎの赤リンにＦｅを１００ｐｐｍｗ添加したリンを用い
て、ＩｎＰ基板中へＦｅ元素を添加する際、石英アンプ
ル内のリン分圧がＩｎＰ単結晶の分解圧以上、好ましく
は、ＩｎＰのＰ−Ｔ図における化学量論組成になると考
えられる各温度に対するリン蒸気圧、すなわち、熱処理
温度９８５℃においてリン分圧が２５ａｔｍ程度となる
ように赤リンおよびＦｅを充填し、高圧力下で４０時間
の熱処理を実施している。
【０００７】しかしながら、このような条件で熱処理す
る場合、石英アンプル内の圧力が高圧になるので製造設
備として高圧ガス製造設備を必要とし、さらに熱処理中
の温度変化に対する石英アンプル内の内圧と炉内の圧力
のバランスを取るための圧力制御装置を必要とするた
め、製造設備が高価となり、製造コストが高くなるとい
う欠点があった。また、ＩｎＰ単結晶に添加されるＦｅ
濃度が高濃度になると、以下のような問題点も指摘され
ている。 基板中に高濃度に添加されたＦｅがエピ膜中のＭｇ、
Ｚｎといったドーパントと相互拡散し、デバイスの性能
を劣化させる、 基板中のＦｅの析出物がエピ層に応力を与え、エピ膜
の品質を劣化させる、 イオン注入法でデバイスを作製する場合、注入した不
純物元素の活性化率を低下させる、 Ｆｅ元素に関係する赤外吸収があり、エピ成長中の基
板表面温度がＦｅ濃度によって変化し、エピ膜の組成が
目的組成からずれてしまう。
る場合、石英アンプル内の圧力が高圧になるので製造設
備として高圧ガス製造設備を必要とし、さらに熱処理中
の温度変化に対する石英アンプル内の内圧と炉内の圧力
のバランスを取るための圧力制御装置を必要とするた
め、製造設備が高価となり、製造コストが高くなるとい
う欠点があった。また、ＩｎＰ単結晶に添加されるＦｅ
濃度が高濃度になると、以下のような問題点も指摘され
ている。 基板中に高濃度に添加されたＦｅがエピ膜中のＭｇ、
Ｚｎといったドーパントと相互拡散し、デバイスの性能
を劣化させる、 基板中のＦｅの析出物がエピ層に応力を与え、エピ膜
の品質を劣化させる、 イオン注入法でデバイスを作製する場合、注入した不
純物元素の活性化率を低下させる、 Ｆｅ元素に関係する赤外吸収があり、エピ成長中の基
板表面温度がＦｅ濃度によって変化し、エピ膜の組成が
目的組成からずれてしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決したもので、本発明の目的は、高圧設備を必要
とせず、簡便な方法で、結晶の上部から下部に至るまで
均一に異種（不純物）元素をＩｎＰ基板中へ添加するこ
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。
点を解決したもので、本発明の目的は、高圧設備を必要
とせず、簡便な方法で、結晶の上部から下部に至るまで
均一に異種（不純物）元素をＩｎＰ基板中へ添加するこ
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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、意外にも、化
学量論組成制御するために必要と考えられていたリン蒸
気圧よりはるかに低い６ａｔｍ未満の（低）リン分圧下
で熱処理を行っても、リン空孔濃度の著しい増加やＩｎ
Ｐの分解がなく、結晶の上部から下部に至るまで均一に
異種（不純物）元素をＩｎＰ基板中へ添加出来ると共に
半絶縁性のＩｎＰ単結晶を製造出来ることを見出した。
この知見に基づいて、本発明は、（１）ＩｎＰ単結晶
と、リンと、該ＩｎＰ単結晶に添加したいＩｎＰ以外の
異種元素とを、異種元素そのまま、該異種元素とリンと
の化合物又はこれらの双方を、アンプル中に真空封入
し、リン分圧として６ａｔｍ未満、好ましくは１〜５ａ
ｔｍ、特に好ましくは１〜３ａｔｍの条件下で熱処理す
ることを特徴とする半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法、
（２）前記ＩｎＰ単結晶に添加したい異種元素がＦｅで
あることを特徴とする前記（１）記載の半絶縁性ＩｎＰ
単結晶の製造方法、（３）前記ＩｎＰ単結晶に添加され
たＦｅ濃度が、０．０３〜０．１ｐｐｍｗであることを
特徴とする前記（１）乃至前記（２）記載の半絶縁性Ｉ
ｎＰ単結晶の製造方法、を提供する。
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、意外にも、化
学量論組成制御するために必要と考えられていたリン蒸
気圧よりはるかに低い６ａｔｍ未満の（低）リン分圧下
で熱処理を行っても、リン空孔濃度の著しい増加やＩｎ
Ｐの分解がなく、結晶の上部から下部に至るまで均一に
異種（不純物）元素をＩｎＰ基板中へ添加出来ると共に
半絶縁性のＩｎＰ単結晶を製造出来ることを見出した。
この知見に基づいて、本発明は、（１）ＩｎＰ単結晶
と、リンと、該ＩｎＰ単結晶に添加したいＩｎＰ以外の
異種元素とを、異種元素そのまま、該異種元素とリンと
の化合物又はこれらの双方を、アンプル中に真空封入
し、リン分圧として６ａｔｍ未満、好ましくは１〜５ａ
ｔｍ、特に好ましくは１〜３ａｔｍの条件下で熱処理す
ることを特徴とする半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法、
（２）前記ＩｎＰ単結晶に添加したい異種元素がＦｅで
あることを特徴とする前記（１）記載の半絶縁性ＩｎＰ
単結晶の製造方法、（３）前記ＩｎＰ単結晶に添加され
たＦｅ濃度が、０．０３〜０．１ｐｐｍｗであることを
特徴とする前記（１）乃至前記（２）記載の半絶縁性Ｉ
ｎＰ単結晶の製造方法、を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、詳細に説明する。先ず、本発明の対象となるＩｎＰ
単結晶については、導電性のＩｎＰ単結晶（抵抗率：１
０６Ωｃｍ未満）であれば特に限定されず、その形状等
は問わないが、特にＩｎＰ単結晶が板状又はウエハ状等
の薄いものであればあるほど、異種元素のＩｎＰ中への
熱拡散が速く終了する利点があるので好ましい。又、本
発明で使用するリンは、純度の高いものが好ましく、そ
の純度は６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは、
７Ｎである。６Ｎ未満では、赤リン中の不純物がＩｎＰ
中へ混入し（汚染し）、ＩｎＰの電気特性に悪い影響を
与えるため、好ましくない。
て、詳細に説明する。先ず、本発明の対象となるＩｎＰ
単結晶については、導電性のＩｎＰ単結晶（抵抗率：１
０６Ωｃｍ未満）であれば特に限定されず、その形状等
は問わないが、特にＩｎＰ単結晶が板状又はウエハ状等
の薄いものであればあるほど、異種元素のＩｎＰ中への
熱拡散が速く終了する利点があるので好ましい。又、本
発明で使用するリンは、純度の高いものが好ましく、そ
の純度は６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは、
７Ｎである。６Ｎ未満では、赤リン中の不純物がＩｎＰ
中へ混入し（汚染し）、ＩｎＰの電気特性に悪い影響を
与えるため、好ましくない。
【００１１】一方、半絶縁性ＩｎＰを作製するに当た
り、ＩｎＰ単結晶に添加したいＩｎＰ以外の異種元素と
しては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ等の不純物が挙げられる。し
かし、Ｃｏ、Ｃｒでは、ＩｎＰを半絶縁性化するため
に、より高濃度の添加を必要とし、析出物を形成しやす
いので、添加する不純物として、Ｆｅが最も好ましい。
ＩｎＰ以外の異種元素は、異種元素そのまま、該異種元
素とリンとの化合物（例えば、蒸気圧の高いＦｅＰ
２等）又はこれらの双方をリンと共に用いても良い。
り、ＩｎＰ単結晶に添加したいＩｎＰ以外の異種元素と
しては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ等の不純物が挙げられる。し
かし、Ｃｏ、Ｃｒでは、ＩｎＰを半絶縁性化するため
に、より高濃度の添加を必要とし、析出物を形成しやす
いので、添加する不純物として、Ｆｅが最も好ましい。
ＩｎＰ以外の異種元素は、異種元素そのまま、該異種元
素とリンとの化合物（例えば、蒸気圧の高いＦｅＰ
２等）又はこれらの双方をリンと共に用いても良い。
【００１２】熱処理時のリン分圧は、６ａｔｍ未満、好
ましくは１〜５ａｔｍ、特に好ましくは１〜３ａｔｍで
ある。６ａｔｍ以上では、高圧容器として複雑な装置と
なり好ましくない。熱処理時の温度及び時間について
は、リン及びリンと異種金属の化合物が安定して気化す
る温度で、リン分圧が６ａｔｍ未満となるように赤リン
のアンプル中充填量を調節し、そして、異種金属がＩｎ
Ｐ中に拡散するのに十分な時間であれば、特に限定され
ないが、基板の厚さにより熱処理条件は決まる。厚さ６
００μｍのＩｎＰ基板を使用した場合、熱処理温度は９
００〜９８０℃、４０時間以上、好ましくは５０〜６０
時間の条件下で行うのが良い。なお、異種金属がＦｅの
場合、Ｆｅ／Ｐモル比は、０．０７〜０．５とするのが
好ましい。０．０７未満では、リン化鉄蒸気圧中のＦｅ
濃度が低いため、熱処理後のＩｎＰ中へのドープ量が少
なく、半絶縁性化しないためであり、０．５を超えると
リン化鉄の組成がＦｅＰ2以外にＦｅＰが生成されやす
くなり、リン化鉄の蒸気圧が低い成分であるＦｅＰが生
成されるとＩｎＰ中Ｆｅ濃度が急激に低下するので好ま
しくない。一方、ＩｎＰ単結晶中に添加される異種金属
濃度は、異種金属の種類により異なるが、異種金属がＦ
ｅの場合、０．０３〜０．１ｐｐｍｗであることが好ま
しい。０．０３ｐｐｍｗ未満では、ＩｎＰは半絶縁性化
しないことがあるからであり、０．１ｐｐｍｗを超える
と基板中の高濃度のＦｅがデバイス特性に悪い影響を与
えるので好ましくない。なお、本願発明では、異種金属
がＦｅの場合、０．０３〜０．１ｐｐｍｗと低く、前述
した、デバイス作製プロセス中に発生する種々の問題点
も解消されるという効果もある。
ましくは１〜５ａｔｍ、特に好ましくは１〜３ａｔｍで
ある。６ａｔｍ以上では、高圧容器として複雑な装置と
なり好ましくない。熱処理時の温度及び時間について
は、リン及びリンと異種金属の化合物が安定して気化す
る温度で、リン分圧が６ａｔｍ未満となるように赤リン
のアンプル中充填量を調節し、そして、異種金属がＩｎ
Ｐ中に拡散するのに十分な時間であれば、特に限定され
ないが、基板の厚さにより熱処理条件は決まる。厚さ６
００μｍのＩｎＰ基板を使用した場合、熱処理温度は９
００〜９８０℃、４０時間以上、好ましくは５０〜６０
時間の条件下で行うのが良い。なお、異種金属がＦｅの
場合、Ｆｅ／Ｐモル比は、０．０７〜０．５とするのが
好ましい。０．０７未満では、リン化鉄蒸気圧中のＦｅ
濃度が低いため、熱処理後のＩｎＰ中へのドープ量が少
なく、半絶縁性化しないためであり、０．５を超えると
リン化鉄の組成がＦｅＰ2以外にＦｅＰが生成されやす
くなり、リン化鉄の蒸気圧が低い成分であるＦｅＰが生
成されるとＩｎＰ中Ｆｅ濃度が急激に低下するので好ま
しくない。一方、ＩｎＰ単結晶中に添加される異種金属
濃度は、異種金属の種類により異なるが、異種金属がＦ
ｅの場合、０．０３〜０．１ｐｐｍｗであることが好ま
しい。０．０３ｐｐｍｗ未満では、ＩｎＰは半絶縁性化
しないことがあるからであり、０．１ｐｐｍｗを超える
と基板中の高濃度のＦｅがデバイス特性に悪い影響を与
えるので好ましくない。なお、本願発明では、異種金属
がＦｅの場合、０．０３〜０．１ｐｐｍｗと低く、前述
した、デバイス作製プロセス中に発生する種々の問題点
も解消されるという効果もある。
【００１３】
【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。
【００１４】
【実施例1】ＶＧＦ法で育成した１００ｍｍ径のアンド
ープ導電性ＩｎＰ単結晶より０．７５ｍｍ厚で切り出し
たＩｎＰ基板（薄板）を図１のように外径１３０ｍｍの
石英アンプル内の石英治具に等間隔に複数枚並べた。ア
ンドープ導電性ＩｎＰはｎ型で、キャリア密度は（３〜
４）×１０１５ｃｍ−３である。続いて、リン化鉄とし
て蒸気圧の高いＦｅＰ２がアンプル内で生成する分と、
さらにＦｅと反応せずリン蒸気となるリン分圧として
１、２、３、５ａｔｍ分に相当する量の赤リンを充填し
た。このとき、石英アンプル中に充填したＦｅおよびリ
ンのＦｅ／Ｐモル比は０．１〜０．３とした。石英アン
プル内を２×１０−６toｒrまで排気した後、酸水素バ
ーナーで開口部を封止し、横型熱処理炉（常圧炉）に設
置して、９５０℃、６０時間の熱処理をした。
ープ導電性ＩｎＰ単結晶より０．７５ｍｍ厚で切り出し
たＩｎＰ基板（薄板）を図１のように外径１３０ｍｍの
石英アンプル内の石英治具に等間隔に複数枚並べた。ア
ンドープ導電性ＩｎＰはｎ型で、キャリア密度は（３〜
４）×１０１５ｃｍ−３である。続いて、リン化鉄とし
て蒸気圧の高いＦｅＰ２がアンプル内で生成する分と、
さらにＦｅと反応せずリン蒸気となるリン分圧として
１、２、３、５ａｔｍ分に相当する量の赤リンを充填し
た。このとき、石英アンプル中に充填したＦｅおよびリ
ンのＦｅ／Ｐモル比は０．１〜０．３とした。石英アン
プル内を２×１０−６toｒrまで排気した後、酸水素バ
ーナーで開口部を封止し、横型熱処理炉（常圧炉）に設
置して、９５０℃、６０時間の熱処理をした。
【００１５】本実施例で得られた熱処理後のＩｎＰ中の
Ｆｅ濃度とリン分圧との関係を図３に示す。尚、ＩｎＰ
中Ｆｅ濃度の分析はGDMS(Glow Discharge Mass Spectro
metry) 法で行った。この結果より、熱処理後のＩｎＰ
基板中に鉄元素は約０．０７〜０．１０ｐｐｍｗであ
り、Ｆｅ元素がＩｎＰ中へ添加されていることがわか
る。また、リン分圧の変化に対してＩｎＰ中のＦｅ濃度
はあまり大きく変化していない。リン分圧として１〜５
（特に、１〜３）ａｔｍの範囲では、圧力の変化に対す
るドーピング濃度の差はあまりないが、さらに高圧にな
れば、圧力によるドーピング濃度の変化も大きくなると
考えられる。さらに、リン分圧２ａｔｍで熱処理した後
のＩｎＰ基板の電気特性をVan der Pauw法で調べた（図
４参照）。この結果より、熱処理後のＩｎＰの抵抗率は
１０７Ωｃｍ以上あり、半絶縁性化しており、面内の抵
抗率のばらつきは１０％程度であった。また、移動度は
約４５００ｃｍ２／Ｖｓｅｃであった。
Ｆｅ濃度とリン分圧との関係を図３に示す。尚、ＩｎＰ
中Ｆｅ濃度の分析はGDMS(Glow Discharge Mass Spectro
metry) 法で行った。この結果より、熱処理後のＩｎＰ
基板中に鉄元素は約０．０７〜０．１０ｐｐｍｗであ
り、Ｆｅ元素がＩｎＰ中へ添加されていることがわか
る。また、リン分圧の変化に対してＩｎＰ中のＦｅ濃度
はあまり大きく変化していない。リン分圧として１〜５
（特に、１〜３）ａｔｍの範囲では、圧力の変化に対す
るドーピング濃度の差はあまりないが、さらに高圧にな
れば、圧力によるドーピング濃度の変化も大きくなると
考えられる。さらに、リン分圧２ａｔｍで熱処理した後
のＩｎＰ基板の電気特性をVan der Pauw法で調べた（図
４参照）。この結果より、熱処理後のＩｎＰの抵抗率は
１０７Ωｃｍ以上あり、半絶縁性化しており、面内の抵
抗率のばらつきは１０％程度であった。また、移動度は
約４５００ｃｍ２／Ｖｓｅｃであった。
【００１６】次に、熱処理後のＩｎＰ基板の深さ方向の
抵抗率分布を測定した（図５参照）。測定方法は、Ｉｎ
Ｐ基板を５０μｍずつのラッピングと電気測定を繰り返
しながら、深さ方向の抵抗率を測定した。その結果、熱
処理後のＩｎＰの抵抗率は基板中心付近まで半絶縁性化
しており、Ｆｅ元素が、基板中心付近まで拡散したと考
えられる。また、リン分圧を２ａｔｍとしてＩｎＰを熱
処理した後、単結晶の上部、中部、下部より切り出され
た数枚の基板を取り出し、ＩｎＰ中Ｆｅ濃度を分析した
（図６参照）。その結果、各基板のＦｅ濃度は、約０．
０７０ｐｐｍｗであり、均一なＦｅ濃度のＩｎＰウエハ
が作製出来ていることがわかった。従って、従来問題と
なっていた、単結晶の成長軸方向の不純物の偏析は、本
法を用いることにより解決できることがわかった。以上
述べた以外に異種元素の添加量の制御は、熱処理温度、
熱処理時間、Ｆｅ／Ｐ充填比（モル比）等を調節するこ
とによっても可能である。
抵抗率分布を測定した（図５参照）。測定方法は、Ｉｎ
Ｐ基板を５０μｍずつのラッピングと電気測定を繰り返
しながら、深さ方向の抵抗率を測定した。その結果、熱
処理後のＩｎＰの抵抗率は基板中心付近まで半絶縁性化
しており、Ｆｅ元素が、基板中心付近まで拡散したと考
えられる。また、リン分圧を２ａｔｍとしてＩｎＰを熱
処理した後、単結晶の上部、中部、下部より切り出され
た数枚の基板を取り出し、ＩｎＰ中Ｆｅ濃度を分析した
（図６参照）。その結果、各基板のＦｅ濃度は、約０．
０７０ｐｐｍｗであり、均一なＦｅ濃度のＩｎＰウエハ
が作製出来ていることがわかった。従って、従来問題と
なっていた、単結晶の成長軸方向の不純物の偏析は、本
法を用いることにより解決できることがわかった。以上
述べた以外に異種元素の添加量の制御は、熱処理温度、
熱処理時間、Ｆｅ／Ｐ充填比（モル比）等を調節するこ
とによっても可能である。
【００１７】
【発明の効果】本発明に係るＩｎＰ単結晶の製造方法に
よれば、ＩｎＰ単結晶に任意の異種元素を比較的低い製
造コストで均一に添加することができると共にＦｅ濃度
が０．０３〜０．１ｐｐｍｗと低い濃度で半絶縁性化で
きるため、デバイス特性に優れた半絶縁性ＩｎＰ基板が
作製できるという効果もある。
よれば、ＩｎＰ単結晶に任意の異種元素を比較的低い製
造コストで均一に添加することができると共にＦｅ濃度
が０．０３〜０．１ｐｐｍｗと低い濃度で半絶縁性化で
きるため、デバイス特性に優れた半絶縁性ＩｎＰ基板が
作製できるという効果もある。
【図１】実施例の製造に使用される加熱炉内にウエハを
設置した状態の概略図である。
設置した状態の概略図である。
【図２】ＶＧＦ法で育成したＦｅドープ半絶縁性ＩｎＰ
単結晶中のＦｅ濃度の成長軸方向の分布を示したもので
ある。
単結晶中のＦｅ濃度の成長軸方向の分布を示したもので
ある。
【図３】実施例１により得られた熱処理後のＩｎＰ中の
Ｆｅ濃度とリン分圧との関係を示したものである。
Ｆｅ濃度とリン分圧との関係を示したものである。
【図４】実施例1により得られたリン分圧２ａｔｍで熱
処理した後のＩｎＰ基板の電気特性の面内分布を示した
図である。
処理した後のＩｎＰ基板の電気特性の面内分布を示した
図である。
【図５】実施例1により得られたＩｎＰウエハの深さ方
向の抵抗率分布を測定した結果である。
向の抵抗率分布を測定した結果である。
【図６】ＩｎＰ単結晶の上部、中部、下部にあたる位置
より切り出された各基板の熱処理後のＦｅ濃度である。
より切り出された各基板の熱処理後のＦｅ濃度である。
１ ウエハ（ＩｎＰ単結晶） ２ 石英アンプル ３ 赤リン、鉄紛 ４ 石英製治具 ５ ヒータ ６ 横型加熱炉
Claims (3)
- 【請求項１】 ＩｎＰ単結晶と、リンと、該ＩｎＰ単結
晶に添加したいＩｎＰ以外の異種元素とを、異種元素そ
のまま、該異種元素とリンとの化合物又はこれらの双方
を、アンプル中に真空封入し、リン分圧として６ａｔｍ
未満、好ましくは１〜５ａｔｍ、特に好ましくは１〜３
ａｔｍの条件下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。 - 【請求項２】 前記ＩｎＰ単結晶に添加したい異種元素
がＦｅ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】 前記ＩｎＰ単結晶に添加されたＦｅ濃度
が、０．０３〜０．１ｐｐｍｗであることを特徴とする
請求項1乃至請求項２記載の半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11119509A JP2000313699A (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | 半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11119509A JP2000313699A (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | 半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000313699A true JP2000313699A (ja) | 2000-11-14 |
Family
ID=14763034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11119509A Pending JP2000313699A (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | 半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000313699A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004106597A1 (ja) * | 2003-05-07 | 2004-12-09 | Sumitomo Electric Industries Ltd. | 燐化インジウム基板および燐化インジウム単結晶とその製造方法 |
| JP2008201672A (ja) * | 2003-03-13 | 2008-09-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ＩｎＰ基板及びその製造方法 |
| JP2013126943A (ja) * | 2005-07-01 | 2013-06-27 | Freiberger Compound Materials Gmbh | ドープ半導体単結晶 |
| US8815392B2 (en) | 2008-07-11 | 2014-08-26 | Freiberger Compound Materials Gmbh | Process for producing doped gallium arsenide substrate wafers having low optical absorption coefficient |
-
1999
- 1999-04-27 JP JP11119509A patent/JP2000313699A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2008201672A (ja) * | 2003-03-13 | 2008-09-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ＩｎＰ基板及びその製造方法 |
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| JP5233070B2 (ja) * | 2003-05-07 | 2013-07-10 | 住友電気工業株式会社 | 燐化インジウム基板および燐化インジウム単結晶とその製造方法 |
| JP2015129091A (ja) * | 2003-05-07 | 2015-07-16 | 住友電気工業株式会社 | 燐化インジウム基板および燐化インジウム結晶 |
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| US8815392B2 (en) | 2008-07-11 | 2014-08-26 | Freiberger Compound Materials Gmbh | Process for producing doped gallium arsenide substrate wafers having low optical absorption coefficient |
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