JP2572297B2 - 半絶縁性ＩｎＰ単結晶基板の製造方法 - Google Patents
半絶縁性ＩｎＰ単結晶基板の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電子デバイス、特にOEIC,HEMT、イオン注
入型FETなどに用いる半絶縁性InP単結晶基板及びその製
造方法に関する。
入型FETなどに用いる半絶縁性InP単結晶基板及びその製
造方法に関する。
［従来の技術］ 化合物半導体材料を半絶縁性化するにあたり、ｎ型の
不純物となるSiやＳを含む材料では、深いアクセプター
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
セプターで補償するという機構によるものである。した
がって、深いアクセプターとなる元素の添加量は、結晶
材料中に含有されているドナーの量より多くなれば、半
絶縁性化することはできないとされている。
不純物となるSiやＳを含む材料では、深いアクセプター
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
セプターで補償するという機構によるものである。した
がって、深いアクセプターとなる元素の添加量は、結晶
材料中に含有されているドナーの量より多くなれば、半
絶縁性化することはできないとされている。
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、これらの量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、深いアクセプターとし
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HEMTなど）においてはエピ
タキシャル膜中にこれらの元素が拡散しトラップとして
作用して高周波かつ高速化を妨げてしまうからである。
する場合、これらの量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、深いアクセプターとし
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HEMTなど）においてはエピ
タキシャル膜中にこれらの元素が拡散しトラップとして
作用して高周波かつ高速化を妨げてしまうからである。
従来、電子デバイスに用いる半絶縁性のInPとして
は、FeドープInPが主として用いられている。
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以下であると、抵抗
率が106Ω・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の
ドープ量を一定量（0.2ppmw）以上にしなければならな
かった。
率が106Ω・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の
ドープ量を一定量（0.2ppmw）以上にしなければならな
かった。
このように、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、ドナーとなる不
純物がその水準まで残留不純物として結晶中に存在する
ためと一般に考えられていた。ところが、本発明者等
は、InP単結晶の半絶縁性化の機構は、ドナーと深いア
クセプター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
を熱処理することにより点欠陥の濃度を制御することに
より、従来に比し格段と低い深いアクセプターの不純物
濃度でも化合物半導体を半絶縁性化できることを見い出
した。
くなると抵抗率が下がってしまうのは、ドナーとなる不
純物がその水準まで残留不純物として結晶中に存在する
ためと一般に考えられていた。ところが、本発明者等
は、InP単結晶の半絶縁性化の機構は、ドナーと深いア
クセプター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
を熱処理することにより点欠陥の濃度を制御することに
より、従来に比し格段と低い深いアクセプターの不純物
濃度でも化合物半導体を半絶縁性化できることを見い出
した。
これにより本発明者等は先に、Fe,CoまたはCrのいず
れか１種以上の含有濃度の合計が0.2ppmw以下でありか
つ抵抗率が107Ω・cm以上である化合物半導体の製造技
術を提案した（特願昭63−220632号）。
れか１種以上の含有濃度の合計が0.2ppmw以下でありか
つ抵抗率が107Ω・cm以上である化合物半導体の製造技
術を提案した（特願昭63−220632号）。
すなわち、Fe,CoまたはCrを0.2ppmw以下含有する化合
物半導体材料を石英アンプル内に真空封入するととも
に、この石英アンプル内に前記化合物半導体材料の構成
元素またはその構成元素を含む別個の化合物半導体材料
を配置し、石英アンプル内を前記薄板からなる化合物半
導体材料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。
物半導体材料を石英アンプル内に真空封入するととも
に、この石英アンプル内に前記化合物半導体材料の構成
元素またはその構成元素を含む別個の化合物半導体材料
を配置し、石英アンプル内を前記薄板からなる化合物半
導体材料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。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記先願発明にあっては、移動度として3700
cm2/V・ｓが限度であり、しかも熱処理温度を400℃以下
または640℃以上にすると、移動度として3000cm2/V・ｓ
以上を達成できなかった。
cm2/V・ｓが限度であり、しかも熱処理温度を400℃以下
または640℃以上にすると、移動度として3000cm2/V・ｓ
以上を達成できなかった。
一方、本発明者らは、先に、ノンドープInP単結晶す
なわち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
不純物の含有濃度が分析下限である0.05ppmw以下のInP
単結晶と所定量のリンを石英アンプル内に配置して、真
空封入するとともに、石英アンプル内を6kg/cm2（絶対
値）を超えるリン蒸気圧として石英アンプルを加熱する
ことにより、300Kでの抵抗率が106Ω・cm以上で移動度
が3000cm2/V・ｓを超える半絶縁性InP単結晶の製造方法
を開発し、提案した（特願平２−115403号）。
なわち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
不純物の含有濃度が分析下限である0.05ppmw以下のInP
単結晶と所定量のリンを石英アンプル内に配置して、真
空封入するとともに、石英アンプル内を6kg/cm2（絶対
値）を超えるリン蒸気圧として石英アンプルを加熱する
ことにより、300Kでの抵抗率が106Ω・cm以上で移動度
が3000cm2/V・ｓを超える半絶縁性InP単結晶の製造方法
を開発し、提案した（特願平２−115403号）。
本発明の目的は、Fe,CoまたはCr等深いアクセプタと
なる不純物を含有したInP単結晶において、抵抗率４×1
07Ω・cm以上で、かつ移動度が4000cm2/V・ｓ以上を達
成し得る半絶縁性InP単結晶基板の製造方法を提供する
ことにある。
なる不純物を含有したInP単結晶において、抵抗率４×1
07Ω・cm以上で、かつ移動度が4000cm2/V・ｓ以上を達
成し得る半絶縁性InP単結晶基板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］ 本発明者らが先に提案した「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種以上の不純物の含有濃度が分析下限で
ある0.05ppmw以下のInP単結晶と所定量のリンを石英ア
ンプル内に配置して、真空封入するとともに、石英アン
プル内を6kg/cm2（絶対値）を超えるリン蒸気圧として
石英アンプルを加熱する」という方法により、300Kでの
抵抗率が106Ω・cm以上で移動度が3000cm2/V・ｓを超え
る半絶縁性InP単結晶が得られるのは、熱処理によって
形成される電気的に活性な点欠陥が結晶中に残留する浅
いドナーを補償するためである。
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種以上の不純物の含有濃度が分析下限で
ある0.05ppmw以下のInP単結晶と所定量のリンを石英ア
ンプル内に配置して、真空封入するとともに、石英アン
プル内を6kg/cm2（絶対値）を超えるリン蒸気圧として
石英アンプルを加熱する」という方法により、300Kでの
抵抗率が106Ω・cm以上で移動度が3000cm2/V・ｓを超え
る半絶縁性InP単結晶が得られるのは、熱処理によって
形成される電気的に活性な点欠陥が結晶中に残留する浅
いドナーを補償するためである。
そこで、本発明者らは予め深いアクセプタとなる不純
物を含有させたInP単結晶をリン蒸気圧下で熱処理すれ
ば、より低い蒸気圧で半絶縁性化できるのではないかと
考え、さらに研究を行なった。
物を含有させたInP単結晶をリン蒸気圧下で熱処理すれ
ば、より低い蒸気圧で半絶縁性化できるのではないかと
考え、さらに研究を行なった。
その結果、0.5ppmw以下のFeを含有したInP単結晶の薄
板を3kg/cm2以上のリン蒸気圧下で熱処理することによ
り４×107Ω・cm以上の抵抗率が得られることを見出し
た。しかも都合のよいことに、0.1〜0.25ppmwのFeを含
有したInP単結晶の薄板を3kg/cm2以上のリン蒸気圧下で
熱処理することにより4000cm2/V・ｓ以上の移動度が得
られることが分かった。
板を3kg/cm2以上のリン蒸気圧下で熱処理することによ
り４×107Ω・cm以上の抵抗率が得られることを見出し
た。しかも都合のよいことに、0.1〜0.25ppmwのFeを含
有したInP単結晶の薄板を3kg/cm2以上のリン蒸気圧下で
熱処理することにより4000cm2/V・ｓ以上の移動度が得
られることが分かった。
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、Fe,C
oまたはCrのいずれか１種以上の不純物を、それらの含
有濃度の合計が0.1〜0.25ppmwとなるように添加させて
なるInP単結晶の薄板を、3kg/cm2以上のリン蒸気圧雰囲
気で熱処理することにより、Fe,CoまたはCrのいずれか
１種以上の不純物を含有するとともに、含有濃度の合計
が0.1〜0.25ppmwであり、かつ温度300Kでの抵抗率が４
×107Ω・cm以上で、移動度が4000cm2/V・ｓ以上である
半絶縁性InP単結晶基板を製造することを提案するもの
である。
oまたはCrのいずれか１種以上の不純物を、それらの含
有濃度の合計が0.1〜0.25ppmwとなるように添加させて
なるInP単結晶の薄板を、3kg/cm2以上のリン蒸気圧雰囲
気で熱処理することにより、Fe,CoまたはCrのいずれか
１種以上の不純物を含有するとともに、含有濃度の合計
が0.1〜0.25ppmwであり、かつ温度300Kでの抵抗率が４
×107Ω・cm以上で、移動度が4000cm2/V・ｓ以上である
半絶縁性InP単結晶基板を製造することを提案するもの
である。
［実施例］ （第１実施例） 種々のFe濃度0.1〜0.5ppmwを有する厚さ0.5mmのアズ
カットFeドープInPウェハ（薄板）と赤リンとを石英ア
ンプル内にセットし、石英アンプル内を１×10-6Torrま
で真空排気した後、酸水素バーナーにより石英アンプル
の開口部を封止した。この際、赤リンの量は、石英アン
プル内のリン蒸気圧が熱処理温度で15kg/cm2（絶対圧）
となるように調整した。次に、この石英アンプルを横型
加熱炉内に設置し、熱処理温度900℃で20時間加熱保持
した後、冷却した。
カットFeドープInPウェハ（薄板）と赤リンとを石英ア
ンプル内にセットし、石英アンプル内を１×10-6Torrま
で真空排気した後、酸水素バーナーにより石英アンプル
の開口部を封止した。この際、赤リンの量は、石英アン
プル内のリン蒸気圧が熱処理温度で15kg/cm2（絶対圧）
となるように調整した。次に、この石英アンプルを横型
加熱炉内に設置し、熱処理温度900℃で20時間加熱保持
した後、冷却した。
上記横型加熱炉は密閉型で100kg/cm2（ゲージ圧）の
圧力まで加圧できるものを使用し、昇温時および冷却時
に、その温度に対応するリン蒸気圧に見合う圧力のアル
ゴンガスを加熱炉内に導入して、石英アンプルの内外の
圧力のバランスを保ち、石英アンプルの破壊を防止し
た。
圧力まで加圧できるものを使用し、昇温時および冷却時
に、その温度に対応するリン蒸気圧に見合う圧力のアル
ゴンガスを加熱炉内に導入して、石英アンプルの内外の
圧力のバランスを保ち、石英アンプルの破壊を防止し
た。
（第２実施例） 赤リンの量を、石英アンプル内のリン蒸気圧が、熱処
理温度（900℃）で1.5kg/cm2,3kg/cm2,7.5kg/cm2ならび
に20kg/cm2（絶対圧）となる量に調整し、FeドープInP
ウェハとともに真空封入したアンプルを用意した。その
他の条件は、第１実施例と同様にして種々のFe濃度0.1
〜0.5ppmwを有するFeドープInPウェハについて熱処理を
行なった。
理温度（900℃）で1.5kg/cm2,3kg/cm2,7.5kg/cm2ならび
に20kg/cm2（絶対圧）となる量に調整し、FeドープInP
ウェハとともに真空封入したアンプルを用意した。その
他の条件は、第１実施例と同様にして種々のFe濃度0.1
〜0.5ppmwを有するFeドープInPウェハについて熱処理を
行なった。
上記各実施例で得られたウェハについて、電気特性を
調べるためウェハの表面を50μｍラッピングにより除去
した後、Van der Pauw法によって抵抗率および移動度を
300Kで測定した。第１図に熱処理時のリン蒸気圧と熱処
理後の抵抗率との関係を、また、第２図に熱処理時のリ
ン蒸気圧と熱処理後の移動度との関係を示す。第１図か
ら分かるように、本発明の方法によれば、熱処理前の抵
抗率が２×106〜７×107Ω・cmであったものが、リン蒸
気圧3kg/cm2以上では３×107〜1.2×108Ω・cmの抵抗率
となる。また、第２図から移動度も熱処理前は3000cm2/
V・ｓ程度であったものが、熱処理により3500〜4900cm2
/V・ｓと非常に高くなることが分かった。
調べるためウェハの表面を50μｍラッピングにより除去
した後、Van der Pauw法によって抵抗率および移動度を
300Kで測定した。第１図に熱処理時のリン蒸気圧と熱処
理後の抵抗率との関係を、また、第２図に熱処理時のリ
ン蒸気圧と熱処理後の移動度との関係を示す。第１図か
ら分かるように、本発明の方法によれば、熱処理前の抵
抗率が２×106〜７×107Ω・cmであったものが、リン蒸
気圧3kg/cm2以上では３×107〜1.2×108Ω・cmの抵抗率
となる。また、第２図から移動度も熱処理前は3000cm2/
V・ｓ程度であったものが、熱処理により3500〜4900cm2
/V・ｓと非常に高くなることが分かった。
第３図および第４図には、リン蒸気圧3kg/cm2以上で
熱処理したウェハについて測定した抵抗率と移動度を、
Fe濃度を横軸としてプロットしたものを示す。第３図か
らFe濃度が低いほど高抵抗化していること、また第４図
から移動度を4000cm2/V・ｓ以上とするにはFe濃度を0.2
5ppmw以下とすればよいことがわかる。
熱処理したウェハについて測定した抵抗率と移動度を、
Fe濃度を横軸としてプロットしたものを示す。第３図か
らFe濃度が低いほど高抵抗化していること、また第４図
から移動度を4000cm2/V・ｓ以上とするにはFe濃度を0.2
5ppmw以下とすればよいことがわかる。
なお、上記実施例ではいずれもInP単結晶ウエハの熱
処理温度を900℃とした場合について説明したが、他の
温度条件でもリン蒸気圧下の熱処理によって、300Kでの
抵抗率４×107Ω・cm以上で、移動度が4000cm2/V・ｓ以
上の半絶縁性InP単結晶基板が得られる。
処理温度を900℃とした場合について説明したが、他の
温度条件でもリン蒸気圧下の熱処理によって、300Kでの
抵抗率４×107Ω・cm以上で、移動度が4000cm2/V・ｓ以
上の半絶縁性InP単結晶基板が得られる。
また、ドープする不純物もFeに限定されず、InP単結
晶に対してアクセプタ型不純物となるCo,Cr等を用いて
もよい。
晶に対してアクセプタ型不純物となるCo,Cr等を用いて
もよい。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、Fe,CoまたはCrのいず
れか１種以上のアクセプタ型不純物を、それらの含有濃
度の合計が0.1〜0.25ppmwとなるように添加させてなるI
nP単結晶の薄板を、3kg/cm2以上のリン蒸気圧雰囲気で
熱処理するようにしたので、抵抗率４×107Ω・cm以
上、さらには８×107Ω・cm以上で、かつ移動度が4000c
m2/V・ｓ以上の半絶縁性InP単結晶基板が得られるとい
う効果がある。
れか１種以上のアクセプタ型不純物を、それらの含有濃
度の合計が0.1〜0.25ppmwとなるように添加させてなるI
nP単結晶の薄板を、3kg/cm2以上のリン蒸気圧雰囲気で
熱処理するようにしたので、抵抗率４×107Ω・cm以
上、さらには８×107Ω・cm以上で、かつ移動度が4000c
m2/V・ｓ以上の半絶縁性InP単結晶基板が得られるとい
う効果がある。
第１図は本発明を適用したFeドープInP単結晶ウェハの
熱処理前後の抵抗率をリン蒸気圧との関係で示すグラ
フ、 第２図は本発明を適用したFeドープInP単結晶ウェハの
熱処理前後の移動度をリン蒸気圧との関係で示すグラ
フ、 第３図は本発明を適用したFeドープInP単結晶ウェハの
熱処理前後の抵抗率をFe濃度との関係で示すグラフ、 第４図は本発明を適用したFeドープInP単結晶ウェハの
熱処理前後の移動度をFe濃度との関係で示すグラフであ
る。
熱処理前後の抵抗率をリン蒸気圧との関係で示すグラ
フ、 第２図は本発明を適用したFeドープInP単結晶ウェハの
熱処理前後の移動度をリン蒸気圧との関係で示すグラ
フ、 第３図は本発明を適用したFeドープInP単結晶ウェハの
熱処理前後の抵抗率をFe濃度との関係で示すグラフ、 第４図は本発明を適用したFeドープInP単結晶ウェハの
熱処理前後の移動度をFe濃度との関係で示すグラフであ
る。
Claims (1)
- 【請求項１】Fe,CoまたはCrのいずれか１種以上の不純
物を、それらの含有濃度の合計が0.1〜0.25ppmwとなる
ように添加させてなるInP単結晶の薄板を、3kg/cm2以上
のリン蒸気圧雰囲気で熱処理することにより、Fe,Coま
たはCrのいずれか１種以上の不純物を含有するととも
に、含有濃度の合計が0.1〜0.25ppmwであり、かつ温度3
00Kでの抵抗率が４×107Ω・cm以上で、移動度が400cm2
/V・ｓ以上である半絶縁性InP単結晶基板を製造するこ
とを特徴とする半絶縁性InP単結晶基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2206059A JP2572297B2 (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 半絶縁性ＩｎＰ単結晶基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2206059A JP2572297B2 (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 半絶縁性ＩｎＰ単結晶基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0492899A JPH0492899A (ja) | 1992-03-25 |
| JP2572297B2 true JP2572297B2 (ja) | 1997-01-16 |
Family
ID=16517179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2206059A Expired - Lifetime JP2572297B2 (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 半絶縁性ＩｎＰ単結晶基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2572297B2 (ja) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5179698A (en) * | 1975-01-08 | 1976-07-12 | Nippon Electric Co | Rinkainjiumuno seizohoho |
| JPS62275099A (ja) * | 1986-05-20 | 1987-11-30 | Showa Denko Kk | 半絶縁性リン化インジウム単結晶 |
| JPH0269307A (ja) * | 1988-09-02 | 1990-03-08 | Nippon Mining Co Ltd | リン化インジウムおよびその製造方法 |
| JPH02239195A (ja) * | 1989-03-09 | 1990-09-21 | Nippon Mining Co Ltd | 半絶縁性３―５族化合物半導体単結晶の製造方法 |
| JPH02239199A (ja) * | 1989-03-14 | 1990-09-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法 |
| JP2572291B2 (ja) * | 1990-03-02 | 1997-01-16 | 株式会社ジャパンエナジー | 半絶縁性ＩｎＰ単結晶基板の製造方法 |
-
1990
- 1990-08-03 JP JP2206059A patent/JP2572297B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0492899A (ja) | 1992-03-25 |
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