JPH0543679B2 - - Google Patents
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- JPH0543679B2 JPH0543679B2 JP1058248A JP5824889A JPH0543679B2 JP H0543679 B2 JPH0543679 B2 JP H0543679B2 JP 1058248 A JP1058248 A JP 1058248A JP 5824889 A JP5824889 A JP 5824889A JP H0543679 B2 JPH0543679 B2 JP H0543679B2
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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用の化合物半導体材料に
関し、特にFe、CoまたはCrをドープした半絶縁
性化合物半導体単結晶に関する。
関し、特にFe、CoまたはCrをドープした半絶縁
性化合物半導体単結晶に関する。
［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。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。したがつて、深いア
クセプターの添加量は、結晶材料中に含有されて
いるト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。
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。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。したがつて、深いア
クセプターの添加量は、結晶材料中に含有されて
いるト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。
電子デバイスに用いる半絶縁性の化合物半導体
材料としては、FeドープInP、CrドープGaAs、
アンドープGaAs等が主として用いられている。
ここで、GaAsの場合にあつては、直接合成LEC
法によりアンドープの半絶縁性GaAsを容易に得
ることができるので、Crのドープ量をいくら減
らしても半絶縁性が常に得られる。
材料としては、FeドープInP、CrドープGaAs、
アンドープGaAs等が主として用いられている。
ここで、GaAsの場合にあつては、直接合成LEC
法によりアンドープの半絶縁性GaAsを容易に得
ることができるので、Crのドープ量をいくら減
らしても半絶縁性が常に得られる。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、InPの場合にあつては、直接合
成LEC法を適用することができないため、HB法
により多結晶原料を作成した後、LEC法により
単結晶を育成するが、この際、Feの含有濃度が
0.2ppmw以下であると、抵抗率が106Ω・cmより
低くなつてしまい、半絶縁性が低下してしまう。
また、GaAsの場合でも、HB法により単結晶を
育成するには、Crドープの半絶縁性結晶を得よ
うとすると、Crの含有濃度が0.2ppmw以下であ
ると、抵抗率が106Ω・cmより低くなつてしまう。
成LEC法を適用することができないため、HB法
により多結晶原料を作成した後、LEC法により
単結晶を育成するが、この際、Feの含有濃度が
0.2ppmw以下であると、抵抗率が106Ω・cmより
低くなつてしまい、半絶縁性が低下してしまう。
また、GaAsの場合でも、HB法により単結晶を
育成するには、Crドープの半絶縁性結晶を得よ
うとすると、Crの含有濃度が0.2ppmw以下であ
ると、抵抗率が106Ω・cmより低くなつてしまう。
すなわち、従来、FeドープInPやHB法による
CrドープGaAs等では、これを半絶縁性結晶とす
るためには、Fe、Crのドープ量を一定量
（0.2ppmw）以上にしなければならなかつた。
CrドープGaAs等では、これを半絶縁性結晶とす
るためには、Fe、Crのドープ量を一定量
（0.2ppmw）以上にしなければならなかつた。
しかしながら、Fe、CoまたはCr等のドープが
多いと、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に
おいてはキヤリアとなる不純物の活性化率を低下
させ、また高周波で動作させるデバイスにおいて
はトラツプとして作用してデバイスの電気的特性
を低下させたり、特性のバラツキを大きくしてし
まうという問題点があることが分かつた。
多いと、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に
おいてはキヤリアとなる不純物の活性化率を低下
させ、また高周波で動作させるデバイスにおいて
はトラツプとして作用してデバイスの電気的特性
を低下させたり、特性のバラツキを大きくしてし
まうという問題点があることが分かつた。
本発明は上記のような背景の下になされたもの
で、その目的とするところは電子デバイスの製造
工程におけるドナー型不純物の活性化率が高くか
つ一定で、電気的特性のばらつきが少なく、深い
準位を作るアクセプタ型不純物としてFe、Coま
たはCrを含有する半絶縁性−Ｖ族化合物半導
体、特に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電子デバイスの製造
工程におけるドナー型不純物の活性化率が高くか
つ一定で、電気的特性のばらつきが少なく、深い
準位を作るアクセプタ型不純物としてFe、Coま
たはCrを含有する半絶縁性−Ｖ族化合物半導
体、特にInP単結晶の製造方法を提供することに
ある。
［問題点を解決するための手段］
上記目的を達成するため、この発明は、抵抗率
が１×106Ω・cm以上である半絶縁性−Ｖ族化
合物半導体単結晶を製造するにあたり、出発原料
としてキヤリア濃度１×1015cm-3以下の当該化合
物半導体の合成多結晶を用い、深い準位を作るア
クセプタ型不純物としてFe、CoまたはCrのいず
れか１種以上の元素のみをその含有濃度の合計が
0.1ppmw以上0.2ppmw未満の範囲で添加する半
絶縁性−Ｖ族化合物半導体単結晶、特にInP単
結晶の製造方法を提供する。
が１×106Ω・cm以上である半絶縁性−Ｖ族化
合物半導体単結晶を製造するにあたり、出発原料
としてキヤリア濃度１×1015cm-3以下の当該化合
物半導体の合成多結晶を用い、深い準位を作るア
クセプタ型不純物としてFe、CoまたはCrのいず
れか１種以上の元素のみをその含有濃度の合計が
0.1ppmw以上0.2ppmw未満の範囲で添加する半
絶縁性−Ｖ族化合物半導体単結晶、特にInP単
結晶の製造方法を提供する。
また、前記単結晶の製造において、液体封止剤
として熱的に安定な酸化硼素（B2O3）を用い、
液体封止チヨクラルスキー法を適用することによ
り育成するのが好ましい。
として熱的に安定な酸化硼素（B2O3）を用い、
液体封止チヨクラルスキー法を適用することによ
り育成するのが好ましい。
［作用］
上記の製造方法では、キヤリア濃度１×1015cm
-3以下の高純度の合成多結晶を出発原料として用
いるため、電気的に活性な浅いドナー型不純物お
よびアクセプタ型不純物を低濃度しか含まず、ま
た深い準位を作るアクセプタ型不純物としてFe、
CoまたはCrのいずれか１種以上の元素をその含
有濃度の合計が0.1ppmw以上0.2ppmw以下の範
囲で低濃度に添加し浅いドナー型不純物を補償す
ることで高抵抗化が達成されている。そのため、
電気的に活性な浅いドナー型不純物より伝導帯に
供給される電子をトラツプする深い準位は、主に
添加されたFe、CoまたはCr等アクセプタ型不純
物による。更に、育成結晶には製造中に発生する
空格子等の格子欠陥に起因する内因性の電子トラ
ツプ中心も存在するが、前記不純物添加による外
因性のトラツプも加えたトラツプ中心の総量は減
少する。従つて、本発明の方法で製造される半絶
縁性−Ｖ族化合物半導体においては、イオン注
入法によりドナー型不純物を導入し熱処理すると
きに、導入したドナー型不純物より伝導帯に供給
される電子のうちトラツプ中心に捕獲される比率
は少なくなる。その結果、注入したドナー型不純
物の総量と電気伝導に関与する捕獲されていない
電子の総量との比つまり活性化率が高くなる。
-3以下の高純度の合成多結晶を出発原料として用
いるため、電気的に活性な浅いドナー型不純物お
よびアクセプタ型不純物を低濃度しか含まず、ま
た深い準位を作るアクセプタ型不純物としてFe、
CoまたはCrのいずれか１種以上の元素をその含
有濃度の合計が0.1ppmw以上0.2ppmw以下の範
囲で低濃度に添加し浅いドナー型不純物を補償す
ることで高抵抗化が達成されている。そのため、
電気的に活性な浅いドナー型不純物より伝導帯に
供給される電子をトラツプする深い準位は、主に
添加されたFe、CoまたはCr等アクセプタ型不純
物による。更に、育成結晶には製造中に発生する
空格子等の格子欠陥に起因する内因性の電子トラ
ツプ中心も存在するが、前記不純物添加による外
因性のトラツプも加えたトラツプ中心の総量は減
少する。従つて、本発明の方法で製造される半絶
縁性−Ｖ族化合物半導体においては、イオン注
入法によりドナー型不純物を導入し熱処理すると
きに、導入したドナー型不純物より伝導帯に供給
される電子のうちトラツプ中心に捕獲される比率
は少なくなる。その結果、注入したドナー型不純
物の総量と電気伝導に関与する捕獲されていない
電子の総量との比つまり活性化率が高くなる。
［実施例］
以下、本発明をFeドープInP単結晶に適用した
場合の実施例について説明する。
場合の実施例について説明する。
一例として、キヤリア濃度５×1014cm-3で移動
度88000cm2／Ｖ・Ｓの高純度InP多結晶1000ｇと
B2O3200ｇを、直径４インチのpBN製るつぼに入
れ、添加物としてFeを少量添加して、このるつ
ぼを結晶引上げ装置内に設置し、N2ガスで
40atmまで加圧してLEC法により単結晶の引上げ
を行なつた。なお、Feは結晶の肩部で
0.08ppmw、テール部で0.3ppmwとなるように予
めその量を決定し、添加した。
度88000cm2／Ｖ・Ｓの高純度InP多結晶1000ｇと
B2O3200ｇを、直径４インチのpBN製るつぼに入
れ、添加物としてFeを少量添加して、このるつ
ぼを結晶引上げ装置内に設置し、N2ガスで
40atmまで加圧してLEC法により単結晶の引上げ
を行なつた。なお、Feは結晶の肩部で
0.08ppmw、テール部で0.3ppmwとなるように予
めその量を決定し、添加した。
育成されたInP単結晶は直径２インチ、重量
850ｇであつた。このFeドープInP単結晶インゴ
ツトからウエーハを切り出しVan der Pauw法
で電気的特性を評価した。
850ｇであつた。このFeドープInP単結晶インゴ
ツトからウエーハを切り出しVan der Pauw法
で電気的特性を評価した。
第１図に本発明を適用した場合と、キヤリア濃
度３×1015cm-3程度の多結晶を原料とする従来の
種々のFeドープInP単結晶のFe濃度と抵抗率の関
係を示す。同図において、□印は本発明により得
られた結晶についての測定値、■印は従来法によ
る結晶についての測定値である。
度３×1015cm-3程度の多結晶を原料とする従来の
種々のFeドープInP単結晶のFe濃度と抵抗率の関
係を示す。同図において、□印は本発明により得
られた結晶についての測定値、■印は従来法によ
る結晶についての測定値である。
同図より結晶が半絶縁性化するFe濃度は、従
来法では１×1016cm-3（0.2ppmw）であつたもの
が、本発明方法により得られたInP単結晶では６
×1015cm-3（0.12ppmw）となり、従来の約1/2の
Fe濃度で高抵抗化することが分かつた。
来法では１×1016cm-3（0.2ppmw）であつたもの
が、本発明方法により得られたInP単結晶では６
×1015cm-3（0.12ppmw）となり、従来の約1/2の
Fe濃度で高抵抗化することが分かつた。
次に、上記ウエーハを鏡面研摩し、その表面に
Siを150KeV、ドーズ量５×1012cm-2でイオン注
入した。イオン注入後、保護膜としてSiNx膜を
ウエーハの両面に付け、700℃で15分間N2ガス雰
囲気中で活性化した後、両面のSiNx膜をフツ酸
で除去してからこのウエーハのキヤリア濃度を測
定し、活性化率を求めたところ第２図のような結
果が得られた。同図において、□印は本発明によ
り得られた結晶についての測定値、■印は従来法
による結晶についての測定値である。従来は第２
図に示すように活性化率の変動が大きかつたもの
が、本実施例では結晶の肩部からテール部にわた
り活性化率は均一になることが分かつた。
Siを150KeV、ドーズ量５×1012cm-2でイオン注
入した。イオン注入後、保護膜としてSiNx膜を
ウエーハの両面に付け、700℃で15分間N2ガス雰
囲気中で活性化した後、両面のSiNx膜をフツ酸
で除去してからこのウエーハのキヤリア濃度を測
定し、活性化率を求めたところ第２図のような結
果が得られた。同図において、□印は本発明によ
り得られた結晶についての測定値、■印は従来法
による結晶についての測定値である。従来は第２
図に示すように活性化率の変動が大きかつたもの
が、本実施例では結晶の肩部からテール部にわた
り活性化率は均一になることが分かつた。
なお、キヤリア濃度が１×1015cm-3以下の高純
度InP多結晶は、例えばpBN製カバーを用いた次
のようなInP多結晶製造法により育成することが
できる。
度InP多結晶は、例えばpBN製カバーを用いた次
のようなInP多結晶製造法により育成することが
できる。
すなわち、第３図に示すように高純度の赤リン
１１を石英アンプル１４内の一端に、また高純度
のインジウム１２を収納したpBN製ボート１３
を他端に配置するとともに、内壁全体にpBN製
のカバー１８を配置したのち石英アンプル１４を
10-6Torrまで真空引きし、バーナーで密封する。
この石英アンプル１４を炉内に水平に設置し、
InP多結晶をボート先端部から後端に向かつて成
長させる。このとき炉内圧力はN2ガス10気圧以
上とするのがよい。純度6Nの原料を用いて上記
のような方法で成長した多結晶のキヤリア濃度は
（５〜10）×1014cm-3であり、pBNカバー１８を使
用しないで得られるInP多結晶に比べてかなり低
くなることを実験により確認した。
１１を石英アンプル１４内の一端に、また高純度
のインジウム１２を収納したpBN製ボート１３
を他端に配置するとともに、内壁全体にpBN製
のカバー１８を配置したのち石英アンプル１４を
10-6Torrまで真空引きし、バーナーで密封する。
この石英アンプル１４を炉内に水平に設置し、
InP多結晶をボート先端部から後端に向かつて成
長させる。このとき炉内圧力はN2ガス10気圧以
上とするのがよい。純度6Nの原料を用いて上記
のような方法で成長した多結晶のキヤリア濃度は
（５〜10）×1014cm-3であり、pBNカバー１８を使
用しないで得られるInP多結晶に比べてかなり低
くなることを実験により確認した。
ただし、原料となる高純度の化合物半導体多結
晶を得る方法は、第３図に示すようなアンプル内
壁全体を覆うようなpBNカバーを用いた方法に
限定されず、上記pBNカバーを半円筒状とした
ものや上記pBNカバーの途中に通気口付きの隔
壁を設けたもので覆つたり、原料ボートの上方の
みをpBNカバーで覆うなど、他の方法であつて
もよいことはもちろんである。
晶を得る方法は、第３図に示すようなアンプル内
壁全体を覆うようなpBNカバーを用いた方法に
限定されず、上記pBNカバーを半円筒状とした
ものや上記pBNカバーの途中に通気口付きの隔
壁を設けたもので覆つたり、原料ボートの上方の
みをpBNカバーで覆うなど、他の方法であつて
もよいことはもちろんである。
なお、上記実施例では半絶縁性化のためFeを
ドープしたInP単結晶の製造に適用した場合につ
いて説明したが、この発明はそれに限定されるも
のでなく、出発原料として合成多結晶を用い、結
晶中で深いアクセプタとなるFeやCo、Cr等の元
素を１種または２種以上含むInP単結晶、GaAs
単結晶その他の化合物半導体単結晶の製造一般に
適用することができる。
ドープしたInP単結晶の製造に適用した場合につ
いて説明したが、この発明はそれに限定されるも
のでなく、出発原料として合成多結晶を用い、結
晶中で深いアクセプタとなるFeやCo、Cr等の元
素を１種または２種以上含むInP単結晶、GaAs
単結晶その他の化合物半導体単結晶の製造一般に
適用することができる。
［発明の効果］
以上説明したように本発明に係る半絶縁性−
Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法では、出発原
料としてキヤリア濃度１×1015cm-3以下の当該化
合物半導体の合成多結晶を用い、深い準位を作る
アクセプタ型不純物としてFe、CoまたはCrのい
ずれか１種以上の元素のみをその含有濃度の合計
が0.10pmw以上0.2ppmw未満の範囲で選び添加
し、低濃度に添加した深いアクセプタ型不純物で
電気的に活性な浅いドナー型不純物を補償するこ
とで抵抗率が１×106Ω・cm以上と高抵抗化を達
成している。そのため、得られた性−Ｖ族化合
物半導体単結晶は、半絶縁性化のため添加された
不純物濃度が低いにもかわらず抵抗率が高く、ま
た自由なキヤリアを捕獲するトラツプ中心の総量
が少ないという作用により、イオン注入法による
電子デバイス作成の際にキヤリアとなる不純物の
活性化率が高くなるという効果がある。しかも、
添加する不純物の濃度が低いため、トラツプ中心
の総量に占める割合も小さく、結晶内で不純物濃
度の分布があるとしても、活性化率に変動を及ぼ
さない範囲に留まるという効果がある。そして、
その結果として、得られた半絶縁性半導体基板上
に形成される電子デバイスの電気的特性のばらつ
きが小さくなり、これによつて歩留りが向上する
という効果がある。
Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法では、出発原
料としてキヤリア濃度１×1015cm-3以下の当該化
合物半導体の合成多結晶を用い、深い準位を作る
アクセプタ型不純物としてFe、CoまたはCrのい
ずれか１種以上の元素のみをその含有濃度の合計
が0.10pmw以上0.2ppmw未満の範囲で選び添加
し、低濃度に添加した深いアクセプタ型不純物で
電気的に活性な浅いドナー型不純物を補償するこ
とで抵抗率が１×106Ω・cm以上と高抵抗化を達
成している。そのため、得られた性−Ｖ族化合
物半導体単結晶は、半絶縁性化のため添加された
不純物濃度が低いにもかわらず抵抗率が高く、ま
た自由なキヤリアを捕獲するトラツプ中心の総量
が少ないという作用により、イオン注入法による
電子デバイス作成の際にキヤリアとなる不純物の
活性化率が高くなるという効果がある。しかも、
添加する不純物の濃度が低いため、トラツプ中心
の総量に占める割合も小さく、結晶内で不純物濃
度の分布があるとしても、活性化率に変動を及ぼ
さない範囲に留まるという効果がある。そして、
その結果として、得られた半絶縁性半導体基板上
に形成される電子デバイスの電気的特性のばらつ
きが小さくなり、これによつて歩留りが向上する
という効果がある。
第１図はFeドープInP単結晶におけるFe濃度と
抵抗率との関係を示すグラフ、第２図は同じく
FeドープInP単結晶におけるFe濃度と活性化率と
の関係を示すグラフ、第３図は高純度半導体多結
晶を製造するのに使用されるアンプルの構成例を
示す図である。 １３……原料ボート、１４……石英アンプル、
１８……pBNカバー。
抵抗率との関係を示すグラフ、第２図は同じく
FeドープInP単結晶におけるFe濃度と活性化率と
の関係を示すグラフ、第３図は高純度半導体多結
晶を製造するのに使用されるアンプルの構成例を
示す図である。 １３……原料ボート、１４……石英アンプル、
１８……pBNカバー。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 抵抗率が１×106Ω・cm以上である半絶縁性
−Ｖ族化合物半導体単結晶を製造するにあた
り、出発原料としてキヤリア濃度１×1015cm-3以
下の当該化合物半導体の合成多結晶を用い、Fe、
CoまたはCrのいずれか１種以上の元素のみをそ
の含有濃度の合計が0.1ppmw以上0.2ppmw未満
の範囲で添加することを特徴とする半絶縁性−
Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法。 ２ 前記化合物半導体がリン化インジウムである
ことを特徴とする請求項１記載の半絶縁性−Ｖ
族化合物半導体単結晶の製造方法。 ３ 前記単結晶を液体封止チヨクラルスキー法に
より育成することを特徴とする請求項２記載の半
絶縁性−Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5824889A JPH02239195A (ja) | 1989-03-09 | 1989-03-09 | 半絶縁性３―５族化合物半導体単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP5824889A JPH02239195A (ja) | 1989-03-09 | 1989-03-09 | 半絶縁性３―５族化合物半導体単結晶の製造方法 |
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| JPH02239195A JPH02239195A (ja) | 1990-09-21 |
| JPH0543679B2 true JPH0543679B2 (ja) | 1993-07-02 |
Family
ID=13078823
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP5824889A Granted JPH02239195A (ja) | 1989-03-09 | 1989-03-09 | 半絶縁性３―５族化合物半導体単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JPH02239195A (ja) |
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Citations (2)
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1989
- 1989-03-09 JP JP5824889A patent/JPH02239195A/ja active Granted
Patent Citations (2)
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