JPH0798720B2 - ＩｎＰ単結晶の製造方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
ＩｎＰ単結晶の製造方法および半導体装置の製造方法Info
- Publication number
- JPH0798720B2 JPH0798720B2 JP15555391A JP15555391A JPH0798720B2 JP H0798720 B2 JPH0798720 B2 JP H0798720B2 JP 15555391 A JP15555391 A JP 15555391A JP 15555391 A JP15555391 A JP 15555391A JP H0798720 B2 JPH0798720 B2 JP H0798720B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｐ型ＩｎＰ単結晶の製
造方法に関し、特に高キャリア濃度かつ高活性化率のＺ
ｎドープＩｎＰ単結晶の製造に適用して好適な技術に関
する。
造方法に関し、特に高キャリア濃度かつ高活性化率のＺ
ｎドープＩｎＰ単結晶の製造に適用して好適な技術に関
する。
【０００２】
【従来の技術】高出力レーザー用基板として使用される
化合物半導体単結晶基板は、低転位密度で高キャリア濃
度であることが要求される。従来、レーザー用基板とし
てはｎ型基板が使われていたが、最近Ｚｎをドープした
Ｐ型ＩｎＰ単結晶基板が用いられるようになった。ま
た、ＺｎドープＩｎＰ単結晶は原料融液表面をＢ2Ｏ3等
からなる液体封止剤で覆った状態で融液表面に種結晶を
接触させて回転させながら徐々に結晶を引き上げる液体
封止チョクラルスキー法（以下、ＬＥＣ法と称する）に
より製造されていた。
化合物半導体単結晶基板は、低転位密度で高キャリア濃
度であることが要求される。従来、レーザー用基板とし
てはｎ型基板が使われていたが、最近Ｚｎをドープした
Ｐ型ＩｎＰ単結晶基板が用いられるようになった。ま
た、ＺｎドープＩｎＰ単結晶は原料融液表面をＢ2Ｏ3等
からなる液体封止剤で覆った状態で融液表面に種結晶を
接触させて回転させながら徐々に結晶を引き上げる液体
封止チョクラルスキー法（以下、ＬＥＣ法と称する）に
より製造されていた。
【０００３】しかしながら、上記従来方法にあっては、
原料融液中のＺｎ濃度を高めても育成されたＩｎＰ単結
晶のホール濃度（キャリア濃度）としては７×１０18／
cm3が限度で、それ以上のホール濃度（キャリア濃度）
の単結晶を得ることは困難であった。むしろ原料融液中
のＺｎ濃度をある程度以上高めるとホール濃度（キャリ
ア濃度）は低くなるという問題点があった（Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ；６６（１
９８４）ｐ３１７−ｐ３２６）。そこで、原料融液中の
Ｚｎ濃度を７×１０18−１×１０20／cm3としてＬＥＣ
法により引き上げた後の単結晶を、そのまま炉内におい
て１５０℃／Ｈｒ−９００℃／Ｈｒの速度で冷却するこ
とで、７×１０18−５×１０19／cm3の高ホール濃度
（高キャリア濃度）のＺｎドープＩｎＰ単結晶を製造す
る方法が提案されている（特開昭６２−７０２９８
号）。
原料融液中のＺｎ濃度を高めても育成されたＩｎＰ単結
晶のホール濃度（キャリア濃度）としては７×１０18／
cm3が限度で、それ以上のホール濃度（キャリア濃度）
の単結晶を得ることは困難であった。むしろ原料融液中
のＺｎ濃度をある程度以上高めるとホール濃度（キャリ
ア濃度）は低くなるという問題点があった（Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ；６６（１
９８４）ｐ３１７−ｐ３２６）。そこで、原料融液中の
Ｚｎ濃度を７×１０18−１×１０20／cm3としてＬＥＣ
法により引き上げた後の単結晶を、そのまま炉内におい
て１５０℃／Ｈｒ−９００℃／Ｈｒの速度で冷却するこ
とで、７×１０18−５×１０19／cm3の高ホール濃度
（高キャリア濃度）のＺｎドープＩｎＰ単結晶を製造す
る方法が提案されている（特開昭６２−７０２９８
号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らはＺｎドープＩｎＰ単結晶中のＺｎ濃度とホール濃
度（キャリア濃度）との関係について検証した。その結
果、ＬＥＣ法により引き上げた高Ｚｎ濃度の単結晶を、
そのまま炉内において急速冷却しただけではホール濃度
（キャリア濃度）の充分に高いＺｎドープＩｎＰ単結晶
を製造することはできないことが明らかになった。図１
に、ＬＥＣ法により引き上げた後のＺｎドープＩｎＰ単
結晶を、そのまま炉内において炉のヒータ電力を瞬時に
切って急冷した場合（特開昭６２−７０２９８号の方
法）と、炉のヒータ電力を徐々に下げ（１．５ｋｗ／Ｈ
ｒ）て徐冷（炉冷）した場合の単結晶中のＺｎ濃度とホ
ール濃度（キャリア濃度）の関係を示す。図１に示すよ
うに、徐冷するとホール濃度（キャリア濃度）は（３〜
４）×１０18／cm3で飽和し（●印）、急冷するとホー
ル濃度（キャリア濃度）は（６〜８）×１０18／cm3で
飽和した（○印）。
者らはＺｎドープＩｎＰ単結晶中のＺｎ濃度とホール濃
度（キャリア濃度）との関係について検証した。その結
果、ＬＥＣ法により引き上げた高Ｚｎ濃度の単結晶を、
そのまま炉内において急速冷却しただけではホール濃度
（キャリア濃度）の充分に高いＺｎドープＩｎＰ単結晶
を製造することはできないことが明らかになった。図１
に、ＬＥＣ法により引き上げた後のＺｎドープＩｎＰ単
結晶を、そのまま炉内において炉のヒータ電力を瞬時に
切って急冷した場合（特開昭６２−７０２９８号の方
法）と、炉のヒータ電力を徐々に下げ（１．５ｋｗ／Ｈ
ｒ）て徐冷（炉冷）した場合の単結晶中のＺｎ濃度とホ
ール濃度（キャリア濃度）の関係を示す。図１に示すよ
うに、徐冷するとホール濃度（キャリア濃度）は（３〜
４）×１０18／cm3で飽和し（●印）、急冷するとホー
ル濃度（キャリア濃度）は（６〜８）×１０18／cm3で
飽和した（○印）。
【０００５】このように、急冷するとホール濃度（キャ
リア濃度）をある程度高くすることはできるものの、ホ
ール濃度（キャリア濃度）／結晶中Ｚｎ濃度を活性化率
と定義したとき、従来の方法にあっては活性化率の高い
結晶が得られないことが明らかになった。
リア濃度）をある程度高くすることはできるものの、ホ
ール濃度（キャリア濃度）／結晶中Ｚｎ濃度を活性化率
と定義したとき、従来の方法にあっては活性化率の高い
結晶が得られないことが明らかになった。
【０００６】この発明は上記のような問題点を解決すべ
くなされたもので、その目的とするところは、高ホール
濃度（高キャリア濃度）かつ高活性化率のＺｎドープＩ
ｎＰ単結晶を得ることができる単結晶製造方法を提供す
ることにある。本発明の他の目的は、ＺｎドープＩｎＰ
単結晶を用いた半導体装置の製造工程において行なわれ
る熱処理によりホール濃度（キャリア濃度）が低下され
るのを防止できる半導体装置の製造方法を提供すること
にある。
くなされたもので、その目的とするところは、高ホール
濃度（高キャリア濃度）かつ高活性化率のＺｎドープＩ
ｎＰ単結晶を得ることができる単結晶製造方法を提供す
ることにある。本発明の他の目的は、ＺｎドープＩｎＰ
単結晶を用いた半導体装置の製造工程において行なわれ
る熱処理によりホール濃度（キャリア濃度）が低下され
るのを防止できる半導体装置の製造方法を提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、引上げ炉
から取出した後の単結晶の熱処理の条件の選択によっ
て、高ホール濃度（高キャリア濃度）かつ高活性化率の
ＺｎドープＩｎＰ単結晶を得ることができるのではない
かと考え、種々の実験を行なった。その結果、引上げ炉
から取り出した後の単結晶を熱処理後に少なくとも４５
０℃から３５０℃までの冷却を３,０００℃／時以上、
好ましくは５,０００℃／時以上の冷却速度で超急冷す
るとホール濃度（キャリア濃度）は飽和せず、活性化率
をほぼ１００％にすることができることを見出した。
から取出した後の単結晶の熱処理の条件の選択によっ
て、高ホール濃度（高キャリア濃度）かつ高活性化率の
ＺｎドープＩｎＰ単結晶を得ることができるのではない
かと考え、種々の実験を行なった。その結果、引上げ炉
から取り出した後の単結晶を熱処理後に少なくとも４５
０℃から３５０℃までの冷却を３,０００℃／時以上、
好ましくは５,０００℃／時以上の冷却速度で超急冷す
るとホール濃度（キャリア濃度）は飽和せず、活性化率
をほぼ１００％にすることができることを見出した。
【０００８】さらに、本発明者らは、熱処理温度が４０
０℃程度の場合には、熱処理を施した後、超急冷しても
活性化率は上がらないのみならず、熱処理時間が長くな
るに従ってホール濃度（キャリア濃度）はむしろ低下し
てくることを見出した。図２は、ＬＥＣ法によって育成
したＺｎドープＩｎＰ単結晶の基板を４００℃で３時間
熱処理した後、徐冷した場合と超急速冷却した場合の結
晶中のＺｎ濃度とホール濃度（キャリア濃度）との関係
を示す。また、図３には、ＬＥＣ法によって育成したＺ
ｎドープＩｎＰ単結晶を４００℃と３００℃で、３０
分、１時間、３時間それぞれ熱処理した後、急冷した場
合の熱処理時間と結晶中のホール濃度（キャリア濃度）
との関係が示されている。さらに、図４には、ＬＥＣ法
によって育成したＺｎドープＩｎＰ単結晶を４００℃と
３５０℃と３００℃で、３時間それぞれ熱処理した後、
急冷した場合の結晶中のホール濃度（キャリア濃度）と
熱処理温度との関係が示されている。
０℃程度の場合には、熱処理を施した後、超急冷しても
活性化率は上がらないのみならず、熱処理時間が長くな
るに従ってホール濃度（キャリア濃度）はむしろ低下し
てくることを見出した。図２は、ＬＥＣ法によって育成
したＺｎドープＩｎＰ単結晶の基板を４００℃で３時間
熱処理した後、徐冷した場合と超急速冷却した場合の結
晶中のＺｎ濃度とホール濃度（キャリア濃度）との関係
を示す。また、図３には、ＬＥＣ法によって育成したＺ
ｎドープＩｎＰ単結晶を４００℃と３００℃で、３０
分、１時間、３時間それぞれ熱処理した後、急冷した場
合の熱処理時間と結晶中のホール濃度（キャリア濃度）
との関係が示されている。さらに、図４には、ＬＥＣ法
によって育成したＺｎドープＩｎＰ単結晶を４００℃と
３５０℃と３００℃で、３時間それぞれ熱処理した後、
急冷した場合の結晶中のホール濃度（キャリア濃度）と
熱処理温度との関係が示されている。
【０００９】図２より４００℃で熱処理した後、超急速
冷却した場合には、４×１０18で飽和するものの徐冷し
た場合に比べてホール濃度（キャリア濃度）が高くなる
ことが分かる。一方、図３より、熱処理温度が３００℃
の場合には熱処理時間の長くなってもホール濃度（キャ
リア濃度）は変化しないのに、熱処理温度が４００℃の
場合には、熱処理時間が長くなるに従ってホール濃度
（キャリア濃度）はむしろ低下してくることが分かる。
その原因は、４００℃近辺の温度下にＺｎドープＩｎＰ
単結晶を置くと、アクセプタとなるＺｎを補償する何ら
かのドナーとなる欠陥が増加したりあるいはＺｎの析出
物が生じるためと推測される。また、熱処理温度が３５
０℃の場合は４００℃の場合ほど顕著ではないが同じよ
うにホール濃度（キャリア濃度）は低下する。熱処理温
度が３００℃の場合のホール濃度（キャリア濃度）は熱
処理しないもののホール濃度（キャリア濃度）とほぼ同
じ値であり、３００℃の熱処理では活性化率の向上の効
果はないことが分かった。
冷却した場合には、４×１０18で飽和するものの徐冷し
た場合に比べてホール濃度（キャリア濃度）が高くなる
ことが分かる。一方、図３より、熱処理温度が３００℃
の場合には熱処理時間の長くなってもホール濃度（キャ
リア濃度）は変化しないのに、熱処理温度が４００℃の
場合には、熱処理時間が長くなるに従ってホール濃度
（キャリア濃度）はむしろ低下してくることが分かる。
その原因は、４００℃近辺の温度下にＺｎドープＩｎＰ
単結晶を置くと、アクセプタとなるＺｎを補償する何ら
かのドナーとなる欠陥が増加したりあるいはＺｎの析出
物が生じるためと推測される。また、熱処理温度が３５
０℃の場合は４００℃の場合ほど顕著ではないが同じよ
うにホール濃度（キャリア濃度）は低下する。熱処理温
度が３００℃の場合のホール濃度（キャリア濃度）は熱
処理しないもののホール濃度（キャリア濃度）とほぼ同
じ値であり、３００℃の熱処理では活性化率の向上の効
果はないことが分かった。
【００１０】本発明は、上記知見に基づいてなされたも
ので、Ｚｎを添加したＩｎＰ単結晶を、５００℃−９０
０℃に加熱した後、少なくとも４５０℃から３５０℃ま
での冷却を強制冷却により３,０００℃／Ｈｒ以上、好
ましくは５０００℃／Ｈｒ以上の速度で超急速冷却する
ことにより、例えば高出力レーザーダイオードのような
デバイスの基板となるＺｎドープＩｎＰ単結晶を得るこ
とを提案するものである。上記熱処理される単結晶は、
インゴットのままでもよいが、冷却効率を良くするため
にはブロックもしくはウェーハの状態で行なうのがよ
い。また、本発明は、ＺｎドープＩｎＰ単結晶を用いた
デバイスの製造工程において、行なわれる熱処理の温度
条件を、５００℃以上とし、少なくとも４５０℃から３
５０℃までの冷却を強制冷却により３,０００℃／Ｈｒ
以上の速度で急速冷却することを提案するものである。
ＺｎドープＩｎＰ単結晶を用いたデバイスの製造工程に
おいて行なわれる熱処理としては、例えば金属電極形成
後に良好なオーミック接触を得るために行なう熱処理等
がある。
ので、Ｚｎを添加したＩｎＰ単結晶を、５００℃−９０
０℃に加熱した後、少なくとも４５０℃から３５０℃ま
での冷却を強制冷却により３,０００℃／Ｈｒ以上、好
ましくは５０００℃／Ｈｒ以上の速度で超急速冷却する
ことにより、例えば高出力レーザーダイオードのような
デバイスの基板となるＺｎドープＩｎＰ単結晶を得るこ
とを提案するものである。上記熱処理される単結晶は、
インゴットのままでもよいが、冷却効率を良くするため
にはブロックもしくはウェーハの状態で行なうのがよ
い。また、本発明は、ＺｎドープＩｎＰ単結晶を用いた
デバイスの製造工程において、行なわれる熱処理の温度
条件を、５００℃以上とし、少なくとも４５０℃から３
５０℃までの冷却を強制冷却により３,０００℃／Ｈｒ
以上の速度で急速冷却することを提案するものである。
ＺｎドープＩｎＰ単結晶を用いたデバイスの製造工程に
おいて行なわれる熱処理としては、例えば金属電極形成
後に良好なオーミック接触を得るために行なう熱処理等
がある。
【００１１】
【作用】上記した手段によれば、ＩｎＰ単結晶中のＺｎ
は結晶温度が高いと充分に活性化しているが、冷却する
につれて４００℃付近で活性化率が下がってしまう。し
かるに上記した手段によれば、熱処理後に結晶を超急速
冷却しているため、アクセプタとなるＺｎを補償する何
らかの欠陥が増加する温度帯（４００℃近辺）での熱処
理が回避され、冷却過程でもこの温度帯を素早く通り過
ぎるように急速冷却される。その結果、冷却に伴ってド
ープされたＺｎの活性化率が下がってしまう不具合を防
止し、かつアクセプタとなるＺｎを補償する欠陥あるい
はＺｎの析出物の増加を防止することができる。さら
に、熱処理温度を９００℃以下としたので、ＩｎＰ単結
晶が表面より熱分解するのを防止することができる。
は結晶温度が高いと充分に活性化しているが、冷却する
につれて４００℃付近で活性化率が下がってしまう。し
かるに上記した手段によれば、熱処理後に結晶を超急速
冷却しているため、アクセプタとなるＺｎを補償する何
らかの欠陥が増加する温度帯（４００℃近辺）での熱処
理が回避され、冷却過程でもこの温度帯を素早く通り過
ぎるように急速冷却される。その結果、冷却に伴ってド
ープされたＺｎの活性化率が下がってしまう不具合を防
止し、かつアクセプタとなるＺｎを補償する欠陥あるい
はＺｎの析出物の増加を防止することができる。さら
に、熱処理温度を９００℃以下としたので、ＩｎＰ単結
晶が表面より熱分解するのを防止することができる。
【００１２】
（実施例１）本発明を適用してＩｎＰ単結晶の製造を行
なった。先ず、るつぼ内にＩｎＰ多結晶を入れかつ融液
中の濃度が３×１０18−８×１０18/cm3となる量のＺｎ
を添加して、Ｂ2Ｏ3を封止剤としてＬＥＣ法によってＺ
ｎドープＩｎＰ単結晶を１０本育成した。引上げ炉内で
の冷却は先に述べた徐冷のもの５本と急冷のもの５本と
した。
なった。先ず、るつぼ内にＩｎＰ多結晶を入れかつ融液
中の濃度が３×１０18−８×１０18/cm3となる量のＺｎ
を添加して、Ｂ2Ｏ3を封止剤としてＬＥＣ法によってＺ
ｎドープＩｎＰ単結晶を１０本育成した。引上げ炉内で
の冷却は先に述べた徐冷のもの５本と急冷のもの５本と
した。
【００１３】次に、各ＩｎＰ単結晶インゴットをウェー
ハ状に切断した後、各インゴット＃１〜＃１０から隣接
するウェーハを３枚ずつそれぞれ取り出した。そして、
３枚１組のウェーハのうち１枚ずつ計１０枚のウェーハ
は未処理の評価用として残した。また、他の１０枚のウ
ェーハは、６５０℃で０．５ａｔｍの蒸気圧となる量の
赤燐とともに石英アンプル内に真空封入し、上記石英ア
ンプルを加熱炉内に設置して６５０℃に加熱し、３時間
保持した後、水中に入れて強制冷却を行なった。さら
に、残る１０枚のウェーハは、比較のため上記と同一の
条件で熱処理した後に４００℃／Ｈｒの速度で冷却し
た。そして、上記３０枚のウェーハについてそれぞれホ
ール濃度（キャリア濃度）と結晶中Ｚｎ濃度を測定し、
その活性化率を算出した。また、引上げ炉内での冷却条
件も示した。その結果を、表１に示す。
ハ状に切断した後、各インゴット＃１〜＃１０から隣接
するウェーハを３枚ずつそれぞれ取り出した。そして、
３枚１組のウェーハのうち１枚ずつ計１０枚のウェーハ
は未処理の評価用として残した。また、他の１０枚のウ
ェーハは、６５０℃で０．５ａｔｍの蒸気圧となる量の
赤燐とともに石英アンプル内に真空封入し、上記石英ア
ンプルを加熱炉内に設置して６５０℃に加熱し、３時間
保持した後、水中に入れて強制冷却を行なった。さら
に、残る１０枚のウェーハは、比較のため上記と同一の
条件で熱処理した後に４００℃／Ｈｒの速度で冷却し
た。そして、上記３０枚のウェーハについてそれぞれホ
ール濃度（キャリア濃度）と結晶中Ｚｎ濃度を測定し、
その活性化率を算出した。また、引上げ炉内での冷却条
件も示した。その結果を、表１に示す。
【００１４】
【表１】 上記表１より、熱処理しなかったウェーハの活性化率は
引上げ炉内で急冷してもＺｎ濃度（６．６〜７．５）×
１０18／cm3では８５％−９４％、また冷却速度を４０
０℃／Ｈｒ（徐冷）としたときの活性化率はＺｎ濃度
（６．６〜７．５）×１０18／cm3では５１％−６２％
であるのに対し、本実施例を適用したものでは活性化率
がすべてのＺｎ濃度で９８％−１０９％とほぼ１００％
になっていることが分かる。
引上げ炉内で急冷してもＺｎ濃度（６．６〜７．５）×
１０18／cm3では８５％−９４％、また冷却速度を４０
０℃／Ｈｒ（徐冷）としたときの活性化率はＺｎ濃度
（６．６〜７．５）×１０18／cm3では５１％−６２％
であるのに対し、本実施例を適用したものでは活性化率
がすべてのＺｎ濃度で９８％−１０９％とほぼ１００％
になっていることが分かる。
【００１５】図５は、上記測定結果を、横軸にＺｎ濃
度、縦軸にホール濃度（キャリア濃度）をそれぞれとっ
てプロットしたグラフである。同図において、□印は熱
処理前のもの、○印は６５０℃で３時間熱処理した後徐
冷したもの、＋印は６５０℃で３時間熱処理したのち超
急速冷却したものの測定値を示す。同図より、Ｚｎ濃度
が高くなるほど本発明（熱処理後の超急速冷却）を適用
することによって、活性化率が低下するのを有効に防止
できることが分かる。なお、Ｚｎ濃度は原子吸光法によ
り、またホール濃度（キャリア濃度）をファン・デル・
パウ法により測定した。
度、縦軸にホール濃度（キャリア濃度）をそれぞれとっ
てプロットしたグラフである。同図において、□印は熱
処理前のもの、○印は６５０℃で３時間熱処理した後徐
冷したもの、＋印は６５０℃で３時間熱処理したのち超
急速冷却したものの測定値を示す。同図より、Ｚｎ濃度
が高くなるほど本発明（熱処理後の超急速冷却）を適用
することによって、活性化率が低下するのを有効に防止
できることが分かる。なお、Ｚｎ濃度は原子吸光法によ
り、またホール濃度（キャリア濃度）をファン・デル・
パウ法により測定した。
【００１６】上記実施例では強制冷却を水冷にて行なっ
ているが、冷却方法はそれに限定されるものでなく、例
えば熱処理炉内で送風を行なって冷却してもよい。さら
に、上記実施例では結晶をウェーハに切断して熱処理を
行なっているが、数cm角のブロックあるいは直径が２イ
ンチ以下のような小径の単結晶ではインゴットのまま熱
処理を行なうようにしてもよい。また、熱処理時間は結
晶の大きさや形状等によって最適時間が変わってくるの
で、結晶の大きさや形状に応じて適宜決定してやればよ
い。
ているが、冷却方法はそれに限定されるものでなく、例
えば熱処理炉内で送風を行なって冷却してもよい。さら
に、上記実施例では結晶をウェーハに切断して熱処理を
行なっているが、数cm角のブロックあるいは直径が２イ
ンチ以下のような小径の単結晶ではインゴットのまま熱
処理を行なうようにしてもよい。また、熱処理時間は結
晶の大きさや形状等によって最適時間が変わってくるの
で、結晶の大きさや形状に応じて適宜決定してやればよ
い。
【００１７】（実施例２）るつぼ内にＩｎＰ多結晶を入
れ、かつ融液中の濃度が５×１０18−９×１０18／cm3
となる量のＺｎを添加して、Ｂ2Ｏ3を封止剤としてＬＥ
Ｃ法によって単結晶を引き上げた。次に、各ＩｎＰ単結
晶インゴットをウェーハ状に切断した後、各ウェーハを
５つのグループに分け、このうち１つのグループは０．
５ａｔｍのリン蒸気圧下で９００℃まで加熱し１０時間
熱処理した後、徐冷した。他の２つは０．５ａｔｍのリ
ン蒸気圧下で５００℃まで加熱し、それぞれ１０時間熱
処理したのち徐冷および３時間熱処理したのち急冷し
た。また、残りのうち１つは０．００５ａｔｍのリン蒸
気圧下で６５０℃まで加熱し３時間熱処理したのち徐冷
し、他の１つは熱処理せず評価用とした。
れ、かつ融液中の濃度が５×１０18−９×１０18／cm3
となる量のＺｎを添加して、Ｂ2Ｏ3を封止剤としてＬＥ
Ｃ法によって単結晶を引き上げた。次に、各ＩｎＰ単結
晶インゴットをウェーハ状に切断した後、各ウェーハを
５つのグループに分け、このうち１つのグループは０．
５ａｔｍのリン蒸気圧下で９００℃まで加熱し１０時間
熱処理した後、徐冷した。他の２つは０．５ａｔｍのリ
ン蒸気圧下で５００℃まで加熱し、それぞれ１０時間熱
処理したのち徐冷および３時間熱処理したのち急冷し
た。また、残りのうち１つは０．００５ａｔｍのリン蒸
気圧下で６５０℃まで加熱し３時間熱処理したのち徐冷
し、他の１つは熱処理せず評価用とした。
【００１８】図６は、上記各ウェーハのＺｎ濃度および
ホール濃度（キャリア濃度）を測定した結果を、横軸に
Ｚｎ濃度、縦軸にホール濃度（キャリア濃度）をそれぞ
れとってプロットしたグラフである。同図において、○
印は熱処理前のもの、△印は９００℃で１０時間熱処理
したのち徐冷したもの、●印は５００℃で１０時間熱処
理したのち徐冷したもの、■印は６５０℃で３時間熱処
理したのち急冷したもの、□印は０．００５ａｔｍのリ
ン蒸気圧下で６５０℃まで加熱し３時間熱処理したのち
徐冷したものの測定値を示す。
ホール濃度（キャリア濃度）を測定した結果を、横軸に
Ｚｎ濃度、縦軸にホール濃度（キャリア濃度）をそれぞ
れとってプロットしたグラフである。同図において、○
印は熱処理前のもの、△印は９００℃で１０時間熱処理
したのち徐冷したもの、●印は５００℃で１０時間熱処
理したのち徐冷したもの、■印は６５０℃で３時間熱処
理したのち急冷したもの、□印は０．００５ａｔｍのリ
ン蒸気圧下で６５０℃まで加熱し３時間熱処理したのち
徐冷したものの測定値を示す。
【００１９】同図より、５００℃においても、徐冷する
よりも急冷したほうがホール濃度（キャリア濃度）が高
くなることが分かる。従って、熱処理後に超急速冷却を
おこなうことによりさらにホール濃度（キャリア濃度）
を高め、Ｚｎ濃度の高い領域で活性化率が低下するのを
防止できると推定される。また、図６における□印
（０．００５ａｔｍのリン蒸気圧下で６５０℃まで加熱
し３時間熱処理した後、徐冷したものの測定値）と、図
５における○印（０．５ａｔｍのリン蒸気圧下で６５０
℃で３時間熱処理した後徐冷したものの測定値）とを比
較すると分かるように、ホール濃度（キャリア濃度）と
リン蒸気圧との因果関係はあまり見られない。熱処理雰
囲気はリン蒸気圧下に限らず、Ｎ2雰囲気や真空中でも
同様の効果が得られる。
よりも急冷したほうがホール濃度（キャリア濃度）が高
くなることが分かる。従って、熱処理後に超急速冷却を
おこなうことによりさらにホール濃度（キャリア濃度）
を高め、Ｚｎ濃度の高い領域で活性化率が低下するのを
防止できると推定される。また、図６における□印
（０．００５ａｔｍのリン蒸気圧下で６５０℃まで加熱
し３時間熱処理した後、徐冷したものの測定値）と、図
５における○印（０．５ａｔｍのリン蒸気圧下で６５０
℃で３時間熱処理した後徐冷したものの測定値）とを比
較すると分かるように、ホール濃度（キャリア濃度）と
リン蒸気圧との因果関係はあまり見られない。熱処理雰
囲気はリン蒸気圧下に限らず、Ｎ2雰囲気や真空中でも
同様の効果が得られる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にあって
は、Ｚｎを添加したＩｎＰ単結晶を５００℃−９００℃
に加熱した後、少なくとも４５０℃から３５０℃までの
冷却を強制冷却により３０００℃／Ｈｒ以上、好ましく
は５０００℃／Ｈｒ以上の速度で急速冷却するようにし
たので、アクセプタとなるＺｎを補償する何らかの欠陥
が増加する温度帯（４００℃近辺）での熱処理が回避さ
れ、冷却過程でもこの温度帯を素早く通り過ぎてしまう
ため、冷却に伴ってドープされたＺｎの活性化率が下が
ってしまう不具合が防止され、かつアクセプタとなるＺ
ｎを補償する欠陥あるいはＺｎの析出物の増加を防止さ
れ、高ホール濃度（高キャリア濃度）かつ高活性化率の
ＺｎドープＩｎＰ単結晶が得られるようになるという効
果がある。また、ＺｎドープＩｎＰ単結晶を用いた半導
体装置の製造工程において行なわれる熱処理を、５００
℃以上の温度にて行なった後、少なくとも４５０℃から
３５０℃までの冷却を強制冷却により３０００℃／Ｈｒ
以上の速度で急速冷却するようにしたので、熱処理によ
り基板表面の活性領域のホール濃度（キャリア濃度）が
低下されるのを防止できるという効果がある。
は、Ｚｎを添加したＩｎＰ単結晶を５００℃−９００℃
に加熱した後、少なくとも４５０℃から３５０℃までの
冷却を強制冷却により３０００℃／Ｈｒ以上、好ましく
は５０００℃／Ｈｒ以上の速度で急速冷却するようにし
たので、アクセプタとなるＺｎを補償する何らかの欠陥
が増加する温度帯（４００℃近辺）での熱処理が回避さ
れ、冷却過程でもこの温度帯を素早く通り過ぎてしまう
ため、冷却に伴ってドープされたＺｎの活性化率が下が
ってしまう不具合が防止され、かつアクセプタとなるＺ
ｎを補償する欠陥あるいはＺｎの析出物の増加を防止さ
れ、高ホール濃度（高キャリア濃度）かつ高活性化率の
ＺｎドープＩｎＰ単結晶が得られるようになるという効
果がある。また、ＺｎドープＩｎＰ単結晶を用いた半導
体装置の製造工程において行なわれる熱処理を、５００
℃以上の温度にて行なった後、少なくとも４５０℃から
３５０℃までの冷却を強制冷却により３０００℃／Ｈｒ
以上の速度で急速冷却するようにしたので、熱処理によ
り基板表面の活性領域のホール濃度（キャリア濃度）が
低下されるのを防止できるという効果がある。
【図１】従来のＺｎドープＩｎＰ単結晶の製造方法にお
ける融液中Ｚｎ濃度とホール濃度（キャリア濃度）との
関係を示すグラフである。
ける融液中Ｚｎ濃度とホール濃度（キャリア濃度）との
関係を示すグラフである。
【図２】ＬＥＣ法によって育成したＺｎドープＩｎＰ単
結晶の基板を４００℃で３時間熱処理した後、徐冷した
場合と超急速冷却した場合の結晶中のＺｎ濃度とホール
濃度（キャリア濃度）との関係を示すグラフである。
結晶の基板を４００℃で３時間熱処理した後、徐冷した
場合と超急速冷却した場合の結晶中のＺｎ濃度とホール
濃度（キャリア濃度）との関係を示すグラフである。
【図３】ＬＥＣ法によって育成したＺｎドープＩｎＰ単
結晶を４００℃と３００℃で、３０分、１時間、３時間
それぞれ熱処理した後、徐冷した場合の熱処理時間と結
晶中のホール濃度（キャリア濃度）との関係を示すグラ
フである。
結晶を４００℃と３００℃で、３０分、１時間、３時間
それぞれ熱処理した後、徐冷した場合の熱処理時間と結
晶中のホール濃度（キャリア濃度）との関係を示すグラ
フである。
【図４】ＬＥＣ法によって育成したＺｎドープＩｎＰ単
結晶を４００℃と３５０℃と３００℃で、３時間それぞ
れ熱処理した後、徐冷した場合の結晶中のホール濃度
（キャリア濃度）と熱処理温度との関係を示すグラフで
ある。
結晶を４００℃と３５０℃と３００℃で、３時間それぞ
れ熱処理した後、徐冷した場合の結晶中のホール濃度
（キャリア濃度）と熱処理温度との関係を示すグラフで
ある。
【図５】本発明の第１の実施例を適用して得られたＺｎ
ドープＩｎＰ単結晶と従来の熱処理方法により得られた
ＺｎドープＩｎＰ単結晶および熱処理前のＺｎドープＩ
ｎＰ単結晶のＺｎ濃度とホール濃度（キャリア濃度）と
の関係を示すグラフである。
ドープＩｎＰ単結晶と従来の熱処理方法により得られた
ＺｎドープＩｎＰ単結晶および熱処理前のＺｎドープＩ
ｎＰ単結晶のＺｎ濃度とホール濃度（キャリア濃度）と
の関係を示すグラフである。
【図６】従来の熱処理方法により得られたＺｎドープＩ
ｎＰ単結晶および熱処理前のＺｎドープＩｎＰ単結晶の
Ｚｎ濃度とホール濃度（キャリア濃度）との関係を示す
グラフである。
ｎＰ単結晶および熱処理前のＺｎドープＩｎＰ単結晶の
Ｚｎ濃度とホール濃度（キャリア濃度）との関係を示す
グラフである。
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｚｎ（亜鉛）を添加したＩｎＰ単結晶
を、５００℃−９００℃に加熱した後、少なくとも４５
０℃から３５０℃までの冷却を強制冷却により３０００
℃／Ｈｒ以上の速度で急速冷却するようにしたことを特
徴とするＩｎＰ単結晶の製造方法。 - 【請求項２】 ＺｎドープＩｎＰ単結晶を基板とする半
導体装置の製造工程において行なわれる熱処理を、５０
０℃以上の温度にて行なった後、少なくとも４５０℃か
ら３５０℃までの冷却を強制冷却により３０００℃／Ｈ
ｒ以上の速度で急速冷却するようにしたことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15555391A JPH0798720B2 (ja) | 1990-10-23 | 1991-05-31 | ＩｎＰ単結晶の製造方法および半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28547890 | 1990-10-23 | ||
| JP2-285478 | 1990-10-23 | ||
| JP15555391A JPH0798720B2 (ja) | 1990-10-23 | 1991-05-31 | ＩｎＰ単結晶の製造方法および半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04342498A JPH04342498A (ja) | 1992-11-27 |
| JPH0798720B2 true JPH0798720B2 (ja) | 1995-10-25 |
Family
ID=26483518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15555391A Expired - Lifetime JPH0798720B2 (ja) | 1990-10-23 | 1991-05-31 | ＩｎＰ単結晶の製造方法および半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0798720B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109963967B (zh) * | 2017-03-31 | 2021-07-20 | Ｊｘ金属株式会社 | 化合物半导体及化合物半导体单晶的制造方法 |
-
1991
- 1991-05-31 JP JP15555391A patent/JPH0798720B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04342498A (ja) | 1992-11-27 |
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