JPH08175899A - 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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- JPH08175899A JPH08175899A JP31848594A JP31848594A JPH08175899A JP H08175899 A JPH08175899 A JP H08175899A JP 31848594 A JP31848594 A JP 31848594A JP 31848594 A JP31848594 A JP 31848594A JP H08175899 A JPH08175899 A JP H08175899A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高抵抗率でかつ高移動度のＩｎＰ単結晶を再
現性よく得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。 【構成】 ＩｎＰの半絶縁性化熱処理時にリン蒸気圧の
供給源として用いる赤リンを、予めＩｎＰなどとともに
石英アンプル内に真空封入し、それを９８５℃で４０時
間加熱保持してその赤リンを蒸発させるとともに一緒に
封入したＩｎＰなどに赤リン中のＣｒやＮｉを吸収させ
る。その後に一旦冷却して蒸発したリンを黄リンとして
析出させる。再びそれを３００℃で４０時間加熱保持し
て黄リンを赤リンに変態させることにより、高純度の赤
リンを得る。この純化処理済みの赤リンを用いて、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の含有濃度が０．０５ppmw以下であるＩｎＰ
単結晶を、６kg／cm2 を超えるリン蒸気圧雰囲気で熱処
理する。 【効果】 １０6 Ω・cm以上の高抵抗率でかつ３０００
cm2 ／V・sを超える高移動度のＩｎＰ単結晶を安定して
歩留まりよく製造することができる。
現性よく得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。 【構成】 ＩｎＰの半絶縁性化熱処理時にリン蒸気圧の
供給源として用いる赤リンを、予めＩｎＰなどとともに
石英アンプル内に真空封入し、それを９８５℃で４０時
間加熱保持してその赤リンを蒸発させるとともに一緒に
封入したＩｎＰなどに赤リン中のＣｒやＮｉを吸収させ
る。その後に一旦冷却して蒸発したリンを黄リンとして
析出させる。再びそれを３００℃で４０時間加熱保持し
て黄リンを赤リンに変態させることにより、高純度の赤
リンを得る。この純化処理済みの赤リンを用いて、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の含有濃度が０．０５ppmw以下であるＩｎＰ
単結晶を、６kg／cm2 を超えるリン蒸気圧雰囲気で熱処
理する。 【効果】 １０6 Ω・cm以上の高抵抗率でかつ３０００
cm2 ／V・sを超える高移動度のＩｎＰ単結晶を安定して
歩留まりよく製造することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＯＥＩＣ、ＨＥＭＴ、
イオン注入型ＦＥＴなどの電子デバイスに用いる半絶縁
性化合物半導体の製造方法に関し、特に熱処理により半
絶縁性化を図る技術に関する。
イオン注入型ＦＥＴなどの電子デバイスに用いる半絶縁
性化合物半導体の製造方法に関し、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】III −V 族化合物半導体を抵抗率が１０
6 Ω・cm以上に高抵抗化（即ち、半絶縁性化）するにあ
たり、浅いドナーとなるＳｉやＳを含む結晶では、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。従って、深いアクセプターとなる元素
を、結晶中に含有されている浅いドナーの濃度よりも多
くなるように添加しなければ、半絶縁性化することはで
きないとされている。
6 Ω・cm以上に高抵抗化（即ち、半絶縁性化）するにあ
たり、浅いドナーとなるＳｉやＳを含む結晶では、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。従って、深いアクセプターとなる元素
を、結晶中に含有されている浅いドナーの濃度よりも多
くなるように添加しなければ、半絶縁性化することはで
きないとされている。
【０００３】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、これらの含有濃度はできる
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）においてはイオ
ン注入した浅いドナー型不純物の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ＨＥ
ＭＴなど）においてはエピタキシャル成長膜中にこれら
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Ｆｅ等
の元素は偏析し易く、結晶の上下でＦｅ等の濃度が異な
り上記の活性化率が不均一となり、歩留りが低くなって
しまう。
プして半絶縁性化する場合、これらの含有濃度はできる
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）においてはイオ
ン注入した浅いドナー型不純物の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ＨＥ
ＭＴなど）においてはエピタキシャル成長膜中にこれら
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Ｆｅ等
の元素は偏析し易く、結晶の上下でＦｅ等の濃度が異な
り上記の活性化率が不均一となり、歩留りが低くなって
しまう。
【０００４】従来、例えば半絶縁性のＩｎＰとしてはＦ
ｅドープＩｎＰが主として用いられている。しかし、Ｆ
ｅ等の含有濃度が０．２ppmw未満であると、抵抗率が１
０6Ω・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等の
含有濃度を一定濃度（０．２ppmw）以上にしなければな
らなかった。一般に、III −V 族化合物半導体で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、浅いドナーとなる不純物元素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、本発明者らは、ＩｎＰ単結晶の半絶縁性化の
機構は、浅い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、結晶を熱処理して点欠陥の濃度
を制御することにより、深いアクセプターの不純物元素
濃度が従来に比して格段に低くても半絶縁性のIII −V
族化合物半導体を得ることができることを見い出した。
ｅドープＩｎＰが主として用いられている。しかし、Ｆ
ｅ等の含有濃度が０．２ppmw未満であると、抵抗率が１
０6Ω・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等の
含有濃度を一定濃度（０．２ppmw）以上にしなければな
らなかった。一般に、III −V 族化合物半導体で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、浅いドナーとなる不純物元素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、本発明者らは、ＩｎＰ単結晶の半絶縁性化の
機構は、浅い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、結晶を熱処理して点欠陥の濃度
を制御することにより、深いアクセプターの不純物元素
濃度が従来に比して格段に低くても半絶縁性のIII −V
族化合物半導体を得ることができることを見い出した。
【０００５】これにより本発明者らは先に、Ｆｅ、Ｃｏ
またはＣｒの何れか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１０7 Ω・cm以上である化
合物半導体の製造技術を提案した（特公平５−２９６３
９号）。これは、同時に複数のウェハを処理するため
に、治具を用い各ウェハを略等しい間隔を開けて整列さ
せ、石英アンプル内に配置する方法を応用して、Ｆｅ、
ＣｏまたはＣｒを０．２ppmw以下含有する例えば融液成
長法で作製した単結晶より切り出したＩｎＰウェハ（化
合物半導体）を石英アンプル内に真空封入するととも
に、石英アンプル内に例えば赤リンを配置してアンプル
内のリン分圧をＩｎＰ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。この先願発明にあっては、その後の我々の研究に
より、アンドープまたはＦｅ、ＣｏまたはＣｒの何れか
１種以上の不純物元素の含有濃度が０．０５ppmw以下の
ＩｎＰ単結晶を熱処理しても、半絶縁性化しないことが
分かった。
またはＣｒの何れか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１０7 Ω・cm以上である化
合物半導体の製造技術を提案した（特公平５−２９６３
９号）。これは、同時に複数のウェハを処理するため
に、治具を用い各ウェハを略等しい間隔を開けて整列さ
せ、石英アンプル内に配置する方法を応用して、Ｆｅ、
ＣｏまたはＣｒを０．２ppmw以下含有する例えば融液成
長法で作製した単結晶より切り出したＩｎＰウェハ（化
合物半導体）を石英アンプル内に真空封入するととも
に、石英アンプル内に例えば赤リンを配置してアンプル
内のリン分圧をＩｎＰ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。この先願発明にあっては、その後の我々の研究に
より、アンドープまたはＦｅ、ＣｏまたはＣｒの何れか
１種以上の不純物元素の含有濃度が０．０５ppmw以下の
ＩｎＰ単結晶を熱処理しても、半絶縁性化しないことが
分かった。
【０００６】そこで、本発明者らはさらに研究を重ね、
その改良案として先に、石英アンプル内に赤リンととも
に、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の何れか１種以上
の含有濃度の合計が０．０５ppmw以下であるＩｎＰウェ
ハを、６kg／cm2 を超えるリン分圧を有する雰囲気で熱
処理する方法により、それら不純物元素の含有濃度の合
計が０．０５ppmw以下であり、かつ３００Ｋでの抵抗率
が１０6 Ω・cm以上で、移動度が３０００cm2／V・sを
超える半絶縁性のIII −V 族化合物半導体（ＩｎＰ）を
製造する技術を提案した（特開平３−２７９２９９
号）。これより得られる半絶縁性のIII −V族化合物半
導体（ＩｎＰ）は、結晶中に含有する不純物、特にＦ
ｅ、ＣｏまたはＣｒの何れか１種以上の含有濃度の合計
を０．０５ppmw以下とすることで、含有不純物による移
動度の低下を抑え、移動度を所望の値以上としたもので
ある。
その改良案として先に、石英アンプル内に赤リンととも
に、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の何れか１種以上
の含有濃度の合計が０．０５ppmw以下であるＩｎＰウェ
ハを、６kg／cm2 を超えるリン分圧を有する雰囲気で熱
処理する方法により、それら不純物元素の含有濃度の合
計が０．０５ppmw以下であり、かつ３００Ｋでの抵抗率
が１０6 Ω・cm以上で、移動度が３０００cm2／V・sを
超える半絶縁性のIII −V 族化合物半導体（ＩｎＰ）を
製造する技術を提案した（特開平３−２７９２９９
号）。これより得られる半絶縁性のIII −V族化合物半
導体（ＩｎＰ）は、結晶中に含有する不純物、特にＦ
ｅ、ＣｏまたはＣｒの何れか１種以上の含有濃度の合計
を０．０５ppmw以下とすることで、含有不純物による移
動度の低下を抑え、移動度を所望の値以上としたもので
ある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、その後の我々
の研究により特開平３−２７９２９９号において提案し
た発明にあっては、高抵抗率でかつ高移動度のＩｎＰ単
結晶を得ることができるが、複数枚のウェハを同時に熱
処理すると、高抵抗化かつ高移動度化しないウェハが発
生することがあり、高抵抗率でかつ高移動度のＩｎＰ単
結晶を必ずしも安定して再現性よく得られるとは限らな
かった。
の研究により特開平３−２７９２９９号において提案し
た発明にあっては、高抵抗率でかつ高移動度のＩｎＰ単
結晶を得ることができるが、複数枚のウェハを同時に熱
処理すると、高抵抗化かつ高移動度化しないウェハが発
生することがあり、高抵抗率でかつ高移動度のＩｎＰ単
結晶を必ずしも安定して再現性よく得られるとは限らな
かった。
【０００８】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、高抵抗率でかつ高移動度
のＩｎＰ単結晶を再現性よく得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。
で、その目的とするところは、高抵抗率でかつ高移動度
のＩｎＰ単結晶を再現性よく得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】上記目的を達成するため
に、本発明者らは、熱処理時のリン蒸気圧の供給源とし
て純度が９９．９９９９９％である所謂７Ｎの赤リンを
用いてＩｎＰ単結晶の熱処理を行なった。その結果、熱
処理により得られたＩｎＰ単結晶のうち抵抗率の低かっ
たものから０．０１〜０．０５ppmwのＣｒと０．０１〜
０．０３ppmwのＮｉが検出され、抵抗率の低いＩｎＰは
Ｃｒ及びＮｉで汚染されていることがわかった。Ｃｒは
ＩｎＰの伝導帯の底から約０．４eV低いレベルに位置す
る深い準位のアクセプターとなるため、本発明者らは、
ＩｎＰの抵抗率が１０4 〜１０5Ω・cmと低くなってし
まうのは赤リン中に含まれる微量のＣｒによる汚染が原
因であると考えた。そこで、ＩｎＰの半絶縁性化熱処理
を行なう前に、リン蒸気圧の供給源となる赤リンをＩｎ
Ｐなどとともに気密容器内に真空封入し、それを加熱保
持して赤リンを蒸発させるとともにＩｎＰなどに赤リン
中のＣｒやＮｉを吸収させた後に再結晶化させて高純度
のリンを得ることを考えついた。なお、再結晶化して得
られるリンは黄リンであるため、再び加熱して赤リンに
変態させる必要がある。
に、本発明者らは、熱処理時のリン蒸気圧の供給源とし
て純度が９９．９９９９９％である所謂７Ｎの赤リンを
用いてＩｎＰ単結晶の熱処理を行なった。その結果、熱
処理により得られたＩｎＰ単結晶のうち抵抗率の低かっ
たものから０．０１〜０．０５ppmwのＣｒと０．０１〜
０．０３ppmwのＮｉが検出され、抵抗率の低いＩｎＰは
Ｃｒ及びＮｉで汚染されていることがわかった。Ｃｒは
ＩｎＰの伝導帯の底から約０．４eV低いレベルに位置す
る深い準位のアクセプターとなるため、本発明者らは、
ＩｎＰの抵抗率が１０4 〜１０5Ω・cmと低くなってし
まうのは赤リン中に含まれる微量のＣｒによる汚染が原
因であると考えた。そこで、ＩｎＰの半絶縁性化熱処理
を行なう前に、リン蒸気圧の供給源となる赤リンをＩｎ
Ｐなどとともに気密容器内に真空封入し、それを加熱保
持して赤リンを蒸発させるとともにＩｎＰなどに赤リン
中のＣｒやＮｉを吸収させた後に再結晶化させて高純度
のリンを得ることを考えついた。なお、再結晶化して得
られるリンは黄リンであるため、再び加熱して赤リンに
変態させる必要がある。
【００１０】本発明は、上記知見に基づきなされたもの
で、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の含有濃度が０．０５ppmw以下であ
るＩｎＰ単結晶を、６kg／cm2 を超えるリン蒸気圧雰囲
気で熱処理するにあたり、前記リン蒸気圧の供給源とし
て、予め、少なくともＣｒを吸収可能な吸収材とともに
原料赤リンを気密容器内に真空封入し、その気密容器を
８００℃〜１０００℃の温度で２０時間以上保持して前
記原料赤リンを蒸発させた後、その気密容器を一旦冷却
して該気密容器内に黄リンを析出させ、その後再びその
気密容器を加熱保持して前記黄リンを変態させることに
より得た赤リンを用いることを特徴とする。
で、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の含有濃度が０．０５ppmw以下であ
るＩｎＰ単結晶を、６kg／cm2 を超えるリン蒸気圧雰囲
気で熱処理するにあたり、前記リン蒸気圧の供給源とし
て、予め、少なくともＣｒを吸収可能な吸収材とともに
原料赤リンを気密容器内に真空封入し、その気密容器を
８００℃〜１０００℃の温度で２０時間以上保持して前
記原料赤リンを蒸発させた後、その気密容器を一旦冷却
して該気密容器内に黄リンを析出させ、その後再びその
気密容器を加熱保持して前記黄リンを変態させることに
より得た赤リンを用いることを特徴とする。
【００１１】この発明において、前記吸収材は、Ｎｉも
吸収可能であるとよい。また、前記吸収材は、薄板状、
塊状、粒状または粉末状のＩｎＰであってもよい。さら
に、前記原料赤リンの純度は、９９．９９９９％以上の
不純物の少ないものを用いた方がよい。
吸収可能であるとよい。また、前記吸収材は、薄板状、
塊状、粒状または粉末状のＩｎＰであってもよい。さら
に、前記原料赤リンの純度は、９９．９９９９％以上の
不純物の少ないものを用いた方がよい。
【００１２】
【作用】上記した手段によれば、ＩｎＰの半絶縁性化熱
処理を行なう前に、その熱処理時にリン蒸気圧の供給源
となる赤リンの原料である原料赤リンをＩｎＰなどの吸
収材とともに気密容器内に真空封入し、それを加熱保持
して原料赤リンを蒸発させるとともに吸収材に原料赤リ
ン中のＣｒやＮｉを吸収させ、その後に冷却して気密容
器内に黄リンを析出させ、その黄リンを再び加熱して赤
リンに変態させるようにしたため、ＣｒやＮｉに汚染さ
れていない高純度の赤リンを得ることができる。従っ
て、このＣｒやＮｉに汚染されていない赤リンを用い
て、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
上の含有濃度の合計が０．０５ppmw以下であるＩｎＰ単
結晶を、６kg／cm2 を超えるリン蒸気圧雰囲気で熱処理
することにより、ＩｎＰ単結晶がＣｒやＮｉで汚染され
るのを防止でき、高抵抗率でかつ高移動度のＩｎＰ単結
晶を再現性よく得ることができる。
処理を行なう前に、その熱処理時にリン蒸気圧の供給源
となる赤リンの原料である原料赤リンをＩｎＰなどの吸
収材とともに気密容器内に真空封入し、それを加熱保持
して原料赤リンを蒸発させるとともに吸収材に原料赤リ
ン中のＣｒやＮｉを吸収させ、その後に冷却して気密容
器内に黄リンを析出させ、その黄リンを再び加熱して赤
リンに変態させるようにしたため、ＣｒやＮｉに汚染さ
れていない高純度の赤リンを得ることができる。従っ
て、このＣｒやＮｉに汚染されていない赤リンを用い
て、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
上の含有濃度の合計が０．０５ppmw以下であるＩｎＰ単
結晶を、６kg／cm2 を超えるリン蒸気圧雰囲気で熱処理
することにより、ＩｎＰ単結晶がＣｒやＮｉで汚染され
るのを防止でき、高抵抗率でかつ高移動度のＩｎＰ単結
晶を再現性よく得ることができる。
【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、本発明は以下の実
施例によって何ら制限されるものではない。
【００１４】先ず、以下のようにして赤リンの純化処理
を行なった。Ｃｒ及びＮｉを吸収する吸収材と純度７Ｎ
の原料赤リンとを気密容器である石英アンプル内に配置
し、そのアンプル内を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、原料赤リンの量は、この純化処理に続い
て行なうＩｎＰの半絶縁性化熱処理におけるリン
（Ｐ4 ）分圧と同じ２５atm となるように調整した。ま
た、吸収材として、特に限定しないが、本例では、Ｉｎ
Ｐの半絶縁性化熱処理で用いたものと同じようにして製
造したＩｎＰウェハ（薄板）、即ちＩｎＰの原料多結晶
から液体封止チョクラルスキー（ＬＥＣ）法で引き上げ
たＦｅ、Ｃｏ、Ｃｒの含有濃度がいずれも分析検出下限
（０．００２ppmw）以下である単結晶より切り出した厚
さ０．５mmのＩｎＰウェハを用いた。
を行なった。Ｃｒ及びＮｉを吸収する吸収材と純度７Ｎ
の原料赤リンとを気密容器である石英アンプル内に配置
し、そのアンプル内を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、原料赤リンの量は、この純化処理に続い
て行なうＩｎＰの半絶縁性化熱処理におけるリン
（Ｐ4 ）分圧と同じ２５atm となるように調整した。ま
た、吸収材として、特に限定しないが、本例では、Ｉｎ
Ｐの半絶縁性化熱処理で用いたものと同じようにして製
造したＩｎＰウェハ（薄板）、即ちＩｎＰの原料多結晶
から液体封止チョクラルスキー（ＬＥＣ）法で引き上げ
たＦｅ、Ｃｏ、Ｃｒの含有濃度がいずれも分析検出下限
（０．００２ppmw）以下である単結晶より切り出した厚
さ０．５mmのＩｎＰウェハを用いた。
【００１５】続いて、この石英アンプルを横型加熱炉内
に設置し、ヒータで９８５℃に加熱してその温度で４０
時間保持した。その際、石英アンプル内の原料赤リンは
すべて蒸発した。この時の保持温度は、８００〜１００
０℃の範囲の温度であるのが適当である。その理由は、
その保持温度が上記下限に満たないと吸収材がＣｒなど
を吸収する速度が小さすぎるためであり、一方、上記上
限を超えると石英アンプルからのＳｉの汚染が多くなる
からである。また、保持時間は、２０Hr〜１００Hrの範
囲であるのが適当である。その理由は、その保持時間が
上記下限よりも短いと吸収材が十分にＣｒなどを吸収で
きないからであり、一方、上記上限よりも長いと生産性
が低下するからである。
に設置し、ヒータで９８５℃に加熱してその温度で４０
時間保持した。その際、石英アンプル内の原料赤リンは
すべて蒸発した。この時の保持温度は、８００〜１００
０℃の範囲の温度であるのが適当である。その理由は、
その保持温度が上記下限に満たないと吸収材がＣｒなど
を吸収する速度が小さすぎるためであり、一方、上記上
限を超えると石英アンプルからのＳｉの汚染が多くなる
からである。また、保持時間は、２０Hr〜１００Hrの範
囲であるのが適当である。その理由は、その保持時間が
上記下限よりも短いと吸収材が十分にＣｒなどを吸収で
きないからであり、一方、上記上限よりも長いと生産性
が低下するからである。
【００１６】続いて、加熱炉内から石英アンプルを取り
出して一旦冷却し、アンプル内に黄リンを析出させた。
その後、再び石英アンプルを加熱炉内に挿入し、ヒータ
で加熱してアンプル内の黄リンをすべて赤リンに変態さ
せた。その際、石英アンプルの保持温度は３００℃であ
り、保持時間は４０時間であった。なお、保持温度は、
２５０〜３５０℃の範囲の温度であるのが適当である。
その理由は、その保持温度が上記下限に満たないと赤リ
ンへ変態するのに時間がかかりすぎるためであり、一
方、上記上限を超えると赤リンの蒸気圧が０．３atm を
超え、冷却時に黄リンとなるからである。また、保持時
間は、１０Hr〜２０日の範囲であるのが適当である。そ
の理由は、その保持時間が上記下限よりも短いと赤リン
への変態が不十分となり黄リンが残るからであり、一
方、上記上限よりも長いと生産性が低下するからであ
る。
出して一旦冷却し、アンプル内に黄リンを析出させた。
その後、再び石英アンプルを加熱炉内に挿入し、ヒータ
で加熱してアンプル内の黄リンをすべて赤リンに変態さ
せた。その際、石英アンプルの保持温度は３００℃であ
り、保持時間は４０時間であった。なお、保持温度は、
２５０〜３５０℃の範囲の温度であるのが適当である。
その理由は、その保持温度が上記下限に満たないと赤リ
ンへ変態するのに時間がかかりすぎるためであり、一
方、上記上限を超えると赤リンの蒸気圧が０．３atm を
超え、冷却時に黄リンとなるからである。また、保持時
間は、１０Hr〜２０日の範囲であるのが適当である。そ
の理由は、その保持時間が上記下限よりも短いと赤リン
への変態が不十分となり黄リンが残るからであり、一
方、上記上限よりも長いと生産性が低下するからであ
る。
【００１７】黄リンから赤リンへの変態が終了した後、
石英アンプルを常温まで炉冷した。そして、石英アンプ
ルを加熱炉内から取り出し、それを壊して赤リンを取り
出した。なお、図１に上記純化処理の温度パターンを示
す。
石英アンプルを常温まで炉冷した。そして、石英アンプ
ルを加熱炉内から取り出し、それを壊して赤リンを取り
出した。なお、図１に上記純化処理の温度パターンを示
す。
【００１８】次に、上述した純化処理により得た赤リン
を用いてＩｎＰの半絶縁性化熱処理を行なった。ＩｎＰ
の原料多結晶からＬＥＣ法で引き上げたＦｅ、Ｃｏ、Ｃ
ｒの含有濃度がいずれも分析検出下限（０．００２ppm
w）以下である単結晶より切り出した厚さ０．５mmのＩ
ｎＰウェハ１，１，…を、図２に示すように、石英アン
プル２内にスペーサとなる石英製治具４を用いて間隔を
開けて複数並べた。続いて、純化処理済みの上記赤リン
３を石英アンプル２内に配置し、石英アンプル２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２の開口部を封止した。この際、赤リン
３の量は、特開平３−２７９２９９号に提案された発明
に従い、リン分圧が６kg／cm2 （約６atm ）を超えるよ
うに、本例では例えば石英アンプル２内のリン分圧が熱
処理温度で２５atm となるように調整した。
を用いてＩｎＰの半絶縁性化熱処理を行なった。ＩｎＰ
の原料多結晶からＬＥＣ法で引き上げたＦｅ、Ｃｏ、Ｃ
ｒの含有濃度がいずれも分析検出下限（０．００２ppm
w）以下である単結晶より切り出した厚さ０．５mmのＩ
ｎＰウェハ１，１，…を、図２に示すように、石英アン
プル２内にスペーサとなる石英製治具４を用いて間隔を
開けて複数並べた。続いて、純化処理済みの上記赤リン
３を石英アンプル２内に配置し、石英アンプル２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２の開口部を封止した。この際、赤リン
３の量は、特開平３−２７９２９９号に提案された発明
に従い、リン分圧が６kg／cm2 （約６atm ）を超えるよ
うに、本例では例えば石英アンプル２内のリン分圧が熱
処理温度で２５atm となるように調整した。
【００１９】次いで、この石英アンプル２を横型加熱炉
６内に設置し、ヒータ５により熱処理温度９８５℃で４
０時間加熱保持した後、冷却した。この熱処理工程にお
ける処理温度は、９００〜１０２０℃の範囲の温度であ
るのが適当である。その理由は、熱処理温度が９００℃
未満では十分な半絶縁性化の効果が得られず、一方、１
０２０℃を超えるとＩｎＰ単結晶が分解してしまうから
である。
６内に設置し、ヒータ５により熱処理温度９８５℃で４
０時間加熱保持した後、冷却した。この熱処理工程にお
ける処理温度は、９００〜１０２０℃の範囲の温度であ
るのが適当である。その理由は、熱処理温度が９００℃
未満では十分な半絶縁性化の効果が得られず、一方、１
０２０℃を超えるとＩｎＰ単結晶が分解してしまうから
である。
【００２０】冷却後、石英アンプル２からＩｎＰウェハ
１，１，…を取り出し、各ウェハ１，１，…について、
抵抗率と移動度をホール測定により調べた。その結果、
抵抗率が１０6 Ω・cm以上でかつ移動度が３０００cm2
／V・sを超えるウェハの歩留まりは９５％であった。な
お、従来の製造方法により製造した場合の上記品質を満
たすウェハの歩留まりは７０％であった。従って、本発
明の製造方法によれば半絶縁性のＩｎＰ単結晶を安定し
て歩留まりよく製造できることがわかった。
１，１，…を取り出し、各ウェハ１，１，…について、
抵抗率と移動度をホール測定により調べた。その結果、
抵抗率が１０6 Ω・cm以上でかつ移動度が３０００cm2
／V・sを超えるウェハの歩留まりは９５％であった。な
お、従来の製造方法により製造した場合の上記品質を満
たすウェハの歩留まりは７０％であった。従って、本発
明の製造方法によれば半絶縁性のＩｎＰ単結晶を安定し
て歩留まりよく製造できることがわかった。
【００２１】赤リンの純化処理及びＩｎＰの半絶縁性化
熱処理でそれぞれ用いた横型加熱炉は、いずれも密閉型
で１００kg／cm2 の圧力まで加圧できるものを使用し、
昇降温時に、その温度に対応するリン分圧に見合う圧力
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。
熱処理でそれぞれ用いた横型加熱炉は、いずれも密閉型
で１００kg／cm2 の圧力まで加圧できるものを使用し、
昇降温時に、その温度に対応するリン分圧に見合う圧力
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。
【００２２】なお、赤リンの純化処理において使用する
気密容器は、気密性のみならず、常温から加熱処理温度
までの温度範囲でＩｎＰや赤リンや黄リンと反応せず、
しかもそれらを不純物で汚染しないような熱的安定性及
び化学的安定性も必要とする。従って、それらの特性を
満たすものであれば気密容器として如何なるものを用い
てもよいが、好ましくはＩｎＰの半絶縁性化熱処理にお
いて使用した石英アンプルを用いるのがよい。
気密容器は、気密性のみならず、常温から加熱処理温度
までの温度範囲でＩｎＰや赤リンや黄リンと反応せず、
しかもそれらを不純物で汚染しないような熱的安定性及
び化学的安定性も必要とする。従って、それらの特性を
満たすものであれば気密容器として如何なるものを用い
てもよいが、好ましくはＩｎＰの半絶縁性化熱処理にお
いて使用した石英アンプルを用いるのがよい。
【００２３】また、赤リンの純化処理において使用する
吸収材は、Ｃｒ及びＮｉ、或は少なくともＣｒを吸収
し、かつ、常温から加熱処理温度までの温度範囲で赤リ
ンや黄リンと反応したり、それらを不純物で汚染したり
しないようなものであれば、ＩｎＰウェハに限らない。
例えば、塊状や粒状や粉末状のＩｎＰでもよいし、その
ＩｎＰも単結晶でも多結晶でもよく、さらには、ＩｎＰ
以外の化合物や単体などでもよい。
吸収材は、Ｃｒ及びＮｉ、或は少なくともＣｒを吸収
し、かつ、常温から加熱処理温度までの温度範囲で赤リ
ンや黄リンと反応したり、それらを不純物で汚染したり
しないようなものであれば、ＩｎＰウェハに限らない。
例えば、塊状や粒状や粉末状のＩｎＰでもよいし、その
ＩｎＰも単結晶でも多結晶でもよく、さらには、ＩｎＰ
以外の化合物や単体などでもよい。
【００２４】さらに、原料赤リンを蒸発させる際の温度
及び時間、並びに析出した黄リンを赤リンに変態させる
際の温度及び時間については、上記実施例の温度や時間
に限らず、上記したそれらの適切範囲のなかから任意に
選択することができる。
及び時間、並びに析出した黄リンを赤リンに変態させる
際の温度及び時間については、上記実施例の温度や時間
に限らず、上記したそれらの適切範囲のなかから任意に
選択することができる。
【００２５】
【発明の効果】本発明に係る半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製
造方法によれば、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の含有濃度が０．０５
ppmw以下であるＩｎＰ単結晶を、６kg／cm2 を超えるリ
ン蒸気圧雰囲気で熱処理するにあたり、前記リン蒸気圧
の供給源として、予め、少なくともＣｒを吸収可能な吸
収材とともに原料赤リンを気密容器内に真空封入し、そ
の気密容器を８００℃〜１０００℃の温度で２０時間以
上保持して前記原料赤リンを蒸発させた後、その気密容
器を一旦冷却して該気密容器内に黄リンを析出させ、そ
の後再びその気密容器を加熱保持して前記黄リンを変態
させることにより得た赤リンを用いるようにしたため、
ＣｒやＮｉに汚染されていない高純度の赤リンを得るこ
とができ、従って、そのＣｒやＮｉに汚染されていない
赤リンを用いることにより、ＩｎＰ単結晶が半絶縁性化
熱処理の際にＣｒやＮｉで汚染されるのを防止でき、例
えば１０6 Ω・cm以上の高抵抗率でかつ３０００cm2 ／
V・sを超える高移動度のＩｎＰ単結晶を再現性よく製造
することができる。
造方法によれば、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の含有濃度が０．０５
ppmw以下であるＩｎＰ単結晶を、６kg／cm2 を超えるリ
ン蒸気圧雰囲気で熱処理するにあたり、前記リン蒸気圧
の供給源として、予め、少なくともＣｒを吸収可能な吸
収材とともに原料赤リンを気密容器内に真空封入し、そ
の気密容器を８００℃〜１０００℃の温度で２０時間以
上保持して前記原料赤リンを蒸発させた後、その気密容
器を一旦冷却して該気密容器内に黄リンを析出させ、そ
の後再びその気密容器を加熱保持して前記黄リンを変態
させることにより得た赤リンを用いるようにしたため、
ＣｒやＮｉに汚染されていない高純度の赤リンを得るこ
とができ、従って、そのＣｒやＮｉに汚染されていない
赤リンを用いることにより、ＩｎＰ単結晶が半絶縁性化
熱処理の際にＣｒやＮｉで汚染されるのを防止でき、例
えば１０6 Ω・cm以上の高抵抗率でかつ３０００cm2 ／
V・sを超える高移動度のＩｎＰ単結晶を再現性よく製造
することができる。
【図１】本発明に係る半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法
における赤リンの純化処理の温度パターンの一例を示す
グラフである。
における赤リンの純化処理の温度パターンの一例を示す
グラフである。
【図２】純化処理済みの赤リンを用いたＩｎＰウェハの
半絶縁性化熱処理の様子を示す概略図である。
半絶縁性化熱処理の様子を示す概略図である。
１ ウェハ（ＩｎＰ単結晶） ２ 石英アンプル ３ 赤リン ４ 石英製治具 ５ ヒータ ６ 横型加熱炉
Claims (4)
- 【請求項１】 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の含有濃度が０．０５pp
mw以下であるＩｎＰ単結晶を、６kg／cm2 を超えるリン
蒸気圧雰囲気で熱処理するにあたり、 前記リン蒸気圧の供給源として、予め、少なくともＣｒ
を吸収可能な吸収材とともに原料赤リンを気密容器内に
真空封入し、その気密容器を８００℃〜１０００℃の温
度で２０時間以上保持して前記原料赤リンを蒸発させた
後、その気密容器を一旦冷却して該気密容器内に黄リン
を析出させ、その後再びその気密容器を加熱保持して前
記黄リンを変態させることにより得た赤リンを用いるこ
とを特徴とする半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法。 - 【請求項２】 前記吸収材は、Ｎｉも吸収可能であるこ
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】 前記吸収材は、薄板状、塊状、粒状また
は粉末状のＩｎＰであることを特徴とする請求項２記載
の半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法。 - 【請求項４】 前記原料赤リンの純度は、９９．９９９
９％以上であることを特徴とする請求項１、２または３
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 |
|---|---|---|---|
| JP31848594A JPH08175899A (ja) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | 半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31848594A JPH08175899A (ja) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | 半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08175899A true JPH08175899A (ja) | 1996-07-09 |
Family
ID=18099650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31848594A Pending JPH08175899A (ja) | 1994-12-21 | 1994-12-21 | 半絶縁性ＩｎＰ単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08175899A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100387761C (zh) * | 2005-09-22 | 2008-05-14 | 中国科学院半导体研究所 | InP单晶锭退火处理方法 |
-
1994
- 1994-12-21 JP JP31848594A patent/JPH08175899A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100387761C (zh) * | 2005-09-22 | 2008-05-14 | 中国科学院半导体研究所 | InP单晶锭退火处理方法 |
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