JPH04108696A - 半絶縁性ＩｎＰ単結晶及びその製造方法 - Google Patents
半絶縁性ＩｎＰ単結晶及びその製造方法Info
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- JPH04108696A JPH04108696A JP22471690A JP22471690A JPH04108696A JP H04108696 A JPH04108696 A JP H04108696A JP 22471690 A JP22471690 A JP 22471690A JP 22471690 A JP22471690 A JP 22471690A JP H04108696 A JPH04108696 A JP H04108696A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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○ＥＩＣ，ＨＥＭＴ、イ
オン注入型ＦＥＴなどに用いる半絶縁性ＩｎＰ単結晶及
びその製造方法に関する。
オン注入型ＦＥＴなどに用いる半絶縁性ＩｎＰ単結晶及
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、Ｇｏ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け
れば、半絶縁性化することはできないとされている。
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、Ｇｏ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け
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、Ｇｏ。
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、Ｇｏ。
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。
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。
さらに、これらの元素は偏析し易く結晶の上下でＦｅ等
の濃度が異なり活性化率が不均一となり歩留りが低くな
ってしまう。
の濃度が異なり活性化率が不均一となり歩留りが低くな
ってしまう。
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。
、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 、 ２ ｐｐｍ１ｉ＋以
下であると、抵抗率が１０”Ω・口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゜２ｐｐｍ
ｗ）以上にしなければならなかった。
下であると、抵抗率が１０”Ω・口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゜２ｐｐｍ
ｗ）以上にしなければならなかった。
一般に、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れば、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。
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れば、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。
このようなことから本発明者等は先に、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 、 ２ ｐｐｍｗ以下でありかつ抵抗率が１０“Ω
・印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）。
０ 、 ２ ｐｐｍｗ以下でありかつ抵抗率が１０“Ω
・印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 、 ２ ｐｐｍ
ｗ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。
ｗ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。
一方り、 Ｈｏｆｍａｎｎらは“Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、
Ａ ４８．Ｐ３１５−３１９（１９８９）”において、
キャリア濃度３．５Ｘ１０”ロー°のノンドープＩｎＰ
単結晶ウェーハを５ｂａｒ（約５ ｋｇ／ａｎｔ）のリ
ン圧下、９００℃の温度で８０時間熱処理を行なうこと
によって、抵抗率２×１０”Ω・国のＩｎＰウェーハを
得たと報告している。これは、前記発明と同様、電気的
に活性な点欠陥が関与しているためと考えられる。
Ａ ４８．Ｐ３１５−３１９（１９８９）”において、
キャリア濃度３．５Ｘ１０”ロー°のノンドープＩｎＰ
単結晶ウェーハを５ｂａｒ（約５ ｋｇ／ａｎｔ）のリ
ン圧下、９００℃の温度で８０時間熱処理を行なうこと
によって、抵抗率２×１０”Ω・国のＩｎＰウェーハを
得たと報告している。これは、前記発明と同様、電気的
に活性な点欠陥が関与しているためと考えられる。
［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により上記先願発明にあっ
ては、ノンドープすなわちＦｅ、ＧｏまたはＣ，ｒのい
ずれか１種以上の不純物の含有濃度が０，０５ｐｐｍｗ
以下のＩｎＰ単結晶は熱処理しても、半絶縁性化しない
ことを発見した。
ては、ノンドープすなわちＦｅ、ＧｏまたはＣ，ｒのい
ずれか１種以上の不純物の含有濃度が０，０５ｐｐｍｗ
以下のＩｎＰ単結晶は熱処理しても、半絶縁性化しない
ことを発見した。
また、Ｄ、Ｈｏｆｍａｎｎの方法によると、キャリア濃
度が３．５ＸＩＯ”ロー“のノンドープＩｎＰ単結晶を
熱処理すると、抵抗率はＩＯ“Ω・（２）以上となるも
のがあったものの、移動度は４５００ａｌｆ／Ｖ・Ｓ以
上あったものが３０００ｄ／Ｖ’ｓ以下に下がってしま
う。また、ＩｎＰ単結晶のキャリア濃度が高いと、抵抗
率は１０″〜１０’Ω・―となり、容易には１０“Ω・
口以上の高抵抗率を達成できなかった。
度が３．５ＸＩＯ”ロー“のノンドープＩｎＰ単結晶を
熱処理すると、抵抗率はＩＯ“Ω・（２）以上となるも
のがあったものの、移動度は４５００ａｌｆ／Ｖ・Ｓ以
上あったものが３０００ｄ／Ｖ’ｓ以下に下がってしま
う。また、ＩｎＰ単結晶のキャリア濃度が高いと、抵抗
率は１０″〜１０’Ω・―となり、容易には１０“Ω・
口以上の高抵抗率を達成できなかった。
［課題を解決するための手段］
発明者らは、これらの結果を総合的に検討し、熱処理温
度に対するリン蒸気圧がある限度値以上でなければ十分
な移動度を持つ半絶縁性ＩｎＰ単結晶を得ることができ
ないとの結論に達した。
度に対するリン蒸気圧がある限度値以上でなければ十分
な移動度を持つ半絶縁性ＩｎＰ単結晶を得ることができ
ないとの結論に達した。
これより、本発明者らは先に、Ｆｅ、ＧｏまたはＣｒの
いずれか１種以上の含有濃度の合計が、０．０５ ｐｐ
ｍｗ以下であり、抵抗率が１０“Ω・印以上かつ移動度
が３０．０Ｏｃｉｌ／Ｖ・Ｓを超えるＩｎＰ単結晶の製
造技術を開発し提案した（特願平２−１１５４０３号）
。
いずれか１種以上の含有濃度の合計が、０．０５ ｐｐ
ｍｗ以下であり、抵抗率が１０“Ω・印以上かつ移動度
が３０．０Ｏｃｉｌ／Ｖ・Ｓを超えるＩｎＰ単結晶の製
造技術を開発し提案した（特願平２−１１５４０３号）
。
その後、本発明者らは、さらに条件を変えた種々の実験
を行ない、その結果を検討したところ、半絶縁性ＩｎＰ
単結晶を得る方法としては、結晶中の点欠陥を制御する
先の発明方法の他に、結晶中に酸素をドープしてその酸
素と電気的に活性な点欠陥との複合欠陥を生成せしめ、
その複合欠陥を制御する方法が有効であることを見出し
た。
を行ない、その結果を検討したところ、半絶縁性ＩｎＰ
単結晶を得る方法としては、結晶中の点欠陥を制御する
先の発明方法の他に、結晶中に酸素をドープしてその酸
素と電気的に活性な点欠陥との複合欠陥を生成せしめ、
その複合欠陥を制御する方法が有効であることを見出し
た。
この発明は上記知見に基づいてなされたもので、ＩｎＰ
単結晶と所定量のリンを石英アンプル内に配置し、かつ
石英アンプル内に所定量の酸素ガスを導入して真空封入
するとともに、このアンプルを加熱炉にて加熱し、所定
時間保持したのち冷却することにより、半絶縁性ＩｎＰ
単結晶を製造することを提案するものである。
単結晶と所定量のリンを石英アンプル内に配置し、かつ
石英アンプル内に所定量の酸素ガスを導入して真空封入
するとともに、このアンプルを加熱炉にて加熱し、所定
時間保持したのち冷却することにより、半絶縁性ＩｎＰ
単結晶を製造することを提案するものである。
［作用］
上記した手段によれば、結晶中に酸素をドープしてその
酸素と点欠陥との複合欠陥を生成させるようにしたため
、その複合欠陥が浅いドナーを補償することにより結晶
の３００にでの抵抗率が１０“Ω・印以上と高くなり、
３００にでの移動度も３０００ｄ／Ｖ−５を超える高い
値となる。
酸素と点欠陥との複合欠陥を生成させるようにしたため
、その複合欠陥が浅いドナーを補償することにより結晶
の３００にでの抵抗率が１０“Ω・印以上と高くなり、
３００にでの移動度も３０００ｄ／Ｖ−５を超える高い
値となる。
［実施例］
キャリア濃度Ｉ Ｘ Ｉ Ｏ”ａｎ″′°の原料多結晶
ＩｎＰから液体封止チョクラルスキー法で引上げたＦｅ
、Ｃｏ、Ｃｒのいずれも分析下限（０，０５ｐｐｍＷ）
以下である厚さ０．５ｍｍのアズカットのノンドープＩ
ｎＰウェーハ（薄板）と、所定量の赤リンとを石英アン
プル内にセットし、この石英アンプル内をＩ Ｘ １０
−”ｔｏｒｒまで真空排気した後、石英アンプル内に高
純度の酸素ガスを導入し、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／ａ
ｎｔ （絶対圧）となるように調整した。また、酸素ガ
スは室温での真空度が１０−〜１０Ｔｏｒｒの範囲に入
るような量を決定して導入し、封入酸素量の異なる複数
のアンプルを用意した。
ＩｎＰから液体封止チョクラルスキー法で引上げたＦｅ
、Ｃｏ、Ｃｒのいずれも分析下限（０，０５ｐｐｍＷ）
以下である厚さ０．５ｍｍのアズカットのノンドープＩ
ｎＰウェーハ（薄板）と、所定量の赤リンとを石英アン
プル内にセットし、この石英アンプル内をＩ Ｘ １０
−”ｔｏｒｒまで真空排気した後、石英アンプル内に高
純度の酸素ガスを導入し、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／ａ
ｎｔ （絶対圧）となるように調整した。また、酸素ガ
スは室温での真空度が１０−〜１０Ｔｏｒｒの範囲に入
るような量を決定して導入し、封入酸素量の異なる複数
のアンプルを用意した。
次に、赤リンと酸素を封入した上記石英アンプルを横型
加熱炉内に設置し、それぞれ温度９００℃まで加熱し２
０時間保持した後、冷却した。
加熱炉内に設置し、それぞれ温度９００℃まで加熱し２
０時間保持した後、冷却した。
上記横型加熱炉は密閉型で１００ｋｇ／ｃｒｄ（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）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。
上記実施例の方法で熱処理したウェーハをアンプルより
取り出して、ウェーハの表面を裏表とも約５０μｍずつ
ラッピングにより除去した後、室温でファンデルパラ（
Ｖａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ）法により電気特性（抵
抗率）を、またＳＩＭＳ法（二次イオン質量分析法）に
よりウェーハ表面から深さ２μｍまでの酸素の規格化し
た強度比すなわち酸素強度をリン強度で割った値を調べ
た。ＳＩＭＳ法の測定条件は、次の通りである。
取り出して、ウェーハの表面を裏表とも約５０μｍずつ
ラッピングにより除去した後、室温でファンデルパラ（
Ｖａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ）法により電気特性（抵
抗率）を、またＳＩＭＳ法（二次イオン質量分析法）に
よりウェーハ表面から深さ２μｍまでの酸素の規格化し
た強度比すなわち酸素強度をリン強度で割った値を調べ
た。ＳＩＭＳ法の測定条件は、次の通りである。
１次イオン種 セシウムイオン（Ｃｓ”）１次
イオン加速電圧 １２．０に、ｅＶ１次イオンビーム
電流 ４０ｎＡ １次イオン入射角 ４５゜ 第１図に酸素の規格化した強度比とウェーハの３００に
での抵抗率との関係を示す。
イオン加速電圧 １２．０に、ｅＶ１次イオンビーム
電流 ４０ｎＡ １次イオン入射角 ４５゜ 第１図に酸素の規格化した強度比とウェーハの３００に
での抵抗率との関係を示す。
なお、第１図において酸素の規格化した強度比が０．０
１以下のデータは本実施例によるものではなく、単結晶
を引き上げたまま熱処理をしない場合のものである。
１以下のデータは本実施例によるものではなく、単結晶
を引き上げたまま熱処理をしない場合のものである。
第１図から、ウェーハ中の酸素の規格化した強度比が高
いと抵抗率が高くなり、半絶縁性化していることがわか
る。具体的には、酸素の規格化した強度比が約０．１５
以上で抵抗率が１０■Ω・■以上となる。
いと抵抗率が高くなり、半絶縁性化していることがわか
る。具体的には、酸素の規格化した強度比が約０．１５
以上で抵抗率が１０■Ω・■以上となる。
第２図に酸素の規格化した強度比とウェーハの３００に
での移動度との関係を示す。第２図より移動度は、酸素
の規格化した強度比に関係なく約４５００ａｆ！／ Ｖ
・ｓであった。
での移動度との関係を示す。第２図より移動度は、酸素
の規格化した強度比に関係なく約４５００ａｆ！／ Ｖ
・ｓであった。
［発明の効果］
以上のように、本発明にあっては、ＩｎＰ単結晶と所定
量のリンとを石英アンプル内に配置し、かつ石英アンプ
ル内に所定量の酸素ガスを導入して真空封入するととも
に、上記アンプルを加熱炉に入れて加熱し、所定時間保
持したのち冷却するようにしたので、結晶中に酸素がド
ープされてその酸素と電気的に活性な点欠陥との複合欠
陥が生成され、その複合欠陥によって浅いドナーが補償
されるようになることにより抵抗率が高くされ、移動度
も高いという効果がある。
量のリンとを石英アンプル内に配置し、かつ石英アンプ
ル内に所定量の酸素ガスを導入して真空封入するととも
に、上記アンプルを加熱炉に入れて加熱し、所定時間保
持したのち冷却するようにしたので、結晶中に酸素がド
ープされてその酸素と電気的に活性な点欠陥との複合欠
陥が生成され、その複合欠陥によって浅いドナーが補償
されるようになることにより抵抗率が高くされ、移動度
も高いという効果がある。
また、本発明のＩｎＰ単結晶の製造方法によれば、Ｉｎ
Ｐ単結晶をリンおよび酸素とともに石英アンプル内に真
空封入し、所定条件下で熱処理するだけでよいので、抵
抗率が高くしかも移動度の高い半絶縁性ＩｎＰ単結晶を
比較的容易に得ることができるという効果がある。
Ｐ単結晶をリンおよび酸素とともに石英アンプル内に真
空封入し、所定条件下で熱処理するだけでよいので、抵
抗率が高くしかも移動度の高い半絶縁性ＩｎＰ単結晶を
比較的容易に得ることができるという効果がある。
第１図は、ＩｎＰ単結晶ウェーハを酸素およびリン蒸気
圧下で熱処理した後の酸素の結晶中の規格化した強度比
と抵抗率との関係を示すグラフ、第２図は、ＩｎＰ単結
晶ウェーハを酸素およびリン蒸気圧下で熱処理した後の
酸素の規格化した強度比と移動度との関係を示すグラフ
である。 杭と茶の懸Ａ弘嘴彰襲ｊ乙 手続補正書 （自発） 第 図 平成 ２年】１月
圧下で熱処理した後の酸素の結晶中の規格化した強度比
と抵抗率との関係を示すグラフ、第２図は、ＩｎＰ単結
晶ウェーハを酸素およびリン蒸気圧下で熱処理した後の
酸素の規格化した強度比と移動度との関係を示すグラフ
である。 杭と茶の懸Ａ弘嘴彰襲ｊ乙 手続補正書 （自発） 第 図 平成 ２年】１月
Claims (2)
- （１）含有酸素が規格化した強度比で０．１５以上であ
り、かつ３００Ｋでの抵抗率が１０＾■Ω・ｃｍ以上で
あり、移動度が３０００ｃｍ＾２／Ｖ・ｓを超えること
を特徴とする半絶縁性ＩｎＰ単結晶。 - （２）ＩｎＰ単結晶と所定量のリンを石英アンプル内に
配置し、かつ石英アンプル内に所定量の酸素ガスを導入
して真空封入するとともに、上記アンプルを加熱炉に入
れて加熱し、所定時間保持したのち冷却することを特徴
とする半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22471690A JPH04108696A (ja) | 1990-08-27 | 1990-08-27 | 半絶縁性ＩｎＰ単結晶及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22471690A JPH04108696A (ja) | 1990-08-27 | 1990-08-27 | 半絶縁性ＩｎＰ単結晶及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04108696A true JPH04108696A (ja) | 1992-04-09 |
Family
ID=16818134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22471690A Pending JPH04108696A (ja) | 1990-08-27 | 1990-08-27 | 半絶縁性ＩｎＰ単結晶及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04108696A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6752976B2 (en) | 2000-09-29 | 2004-06-22 | Showa Denko K.K. | Inp single crystal substrate |
-
1990
- 1990-08-27 JP JP22471690A patent/JPH04108696A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6752976B2 (en) | 2000-09-29 | 2004-06-22 | Showa Denko K.K. | Inp single crystal substrate |
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