JPH111397A - Production of semi-insulating inp single crystal and semi-insulating inp single crystal substrate - Google Patents

Production of semi-insulating inp single crystal and semi-insulating inp single crystal substrate

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JPH111397A
JPH111397A JP15216797A JP15216797A JPH111397A JP H111397 A JPH111397 A JP H111397A JP 15216797 A JP15216797 A JP 15216797A JP 15216797 A JP15216797 A JP 15216797A JP H111397 A JPH111397 A JP H111397A
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inp
single crystal
less
semi
heat treatment
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JP15216797A
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Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Uchida
正之 内田
Kenji Sato
賢次 佐藤
Osamu Oda
小田  修
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Japan Energy Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semi-insulating InP single crystal having the uniformity of the mobility and resistivity in the wafer plane of <=5% and <=10%, respectively, and provide a process for producing the single crystal. SOLUTION: Plural InP wafers 1 are arranged in an ampule 2 interposing spaces between the wafers. Red phosphorus 3 is placed in the ampule 2 in an amount to form an atmosphere having a phosphorus vapor pressure between the dissociation pressure of InP equilibrated at the heat-treatment temperature and 5 atm and the ampule is sealed in vacuum. The ampule is placed in a horizontal furnace 6 and maintained at the heat-treatment temperature of >=930 deg.C and <1,000 deg.C for a prescribed period (the 1st heat-treatment). Subsequently, the ampule is maintained at >=300 deg.C and <800 deg.C for a prescribed period to obtain a phosphorus vapor pressure between the dissociation pressure of InP equilibrated at the heat-treatment temperature and 5 atm (the 2nd heat- treatment).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、OEIC、HEM
T、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。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to OEIC, HEM
The present invention relates to a method for manufacturing a semi-insulating compound semiconductor used for an electronic device such as a T-ion implanted FET, and more particularly to a technique for achieving semi-insulating properties by heat treatment.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art A group III-V compound semiconductor has a resistivity of 10%.
In order to increase the resistance to 6 Ω · cm or more (that is, to make the semiconductor semi-insulating), it is industrially necessary to add Fe, Co, Cr or the like as a deep acceptor to a crystal containing Si or S as a shallow donor. Used. This semi-insulating property is due to a mechanism of compensating a shallow donor with a deep acceptor. Therefore, the semi-insulating property cannot be obtained unless an element serving as a deep acceptor is added so as to be higher than the concentration of a shallow donor contained in the crystal.

【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するため高周波か
つ高速化を妨げてしまうからである。さらに、これらF
e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。
However, when semi-insulating properties are obtained by doping Fe, Co, Cr or the like, it is desirable that the content of these elements be as low as possible. Because Fe, Co,
Since Cr or the like acts as a deep acceptor, in an ion-implanted electronic device (such as a FET), the activation rate of ion-implanted shallow donor-type impurities is reduced, or a device operating at a high frequency (OEIC or HE) is used.
This is because these elements diffuse into the epitaxially grown film and act as traps, which hinders high frequency and high speed. Furthermore, these F
Elements such as e are easily segregated, and the concentration of Fe or the like is different between the upper and lower portions of the crystal, so that the activation rate becomes non-uniform and the yield is reduced.

【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
6Ω・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。
Conventionally, for example, as semi-insulating InP, F
e-doped InP is mainly used. But F
When the concentration of e or the like is less than 0.2 ppmw, the resistivity becomes 1
0 6 Ω · cm becomes lower than, the semi-insulating property is lowered. In order to make this a semi-insulating crystal, the concentration of Fe or the like had to be higher than a certain concentration (0.2 ppmw). In general, a group III-V compound semiconductor is Fe,
It is considered that the resistivity decreases when the concentration of Cr or the like decreases, because the impurity element serving as a shallow donor exists in the crystal as a residual impurity up to that level.
However, the present inventor believes that the mechanism of semi-insulating InP single crystal involves not only compensation by a shallow donor and a deep acceptor, but also electrically active point defects. By controlling the concentration of point defects by heat-treating the crystal, it is possible to obtain a semi-insulating group III-V compound semiconductor even if the impurity element concentration of the deep acceptor is much lower than the conventional one. Was.

【0005】本出願人は、これにより先に、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。
[0005] The applicant hereby prescribes that Fe, Co
Or the sum of the concentrations of any one or more of Cr is 0.2
The present invention has proposed a compound semiconductor manufacturing technology having a ppmw or less and a resistivity of 10 7 Ω · cm or more (Japanese Patent Publication No. 5-2963).
No. 9). In order to process a plurality of wafers at the same time, each wafer is aligned at substantially equal intervals using a jig, and is applied to a quartz ampoule.
An InP wafer (compound semiconductor) cut out from a single crystal prepared by, for example, a melt growth method containing 0.2 ppmw or less of Co or Cr is vacuum-sealed in a quartz ampule, and red phosphorus is arranged in the quartz ampule. The partial pressure of phosphorus in the ampoule is set to a pressure not lower than the dissociation pressure of InP, and the quartz ampoule is heated at 400 to 640 ° C. In the prior invention, after our research, even if the undoped or InP single crystal in which the concentration of one or more of the impurity elements of Fe, Co or Cr is 0.05 ppmw or less is heat-treated, half of the It turned out that it did not become insulating.

【0006】そこで、本出願人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、「半絶縁性InP単結晶及びその製造方法」)。こ
れより得られる半絶縁性のIII−V族化合物半導体(I
nP)は、結晶中に含有する不純物、特にFe、Coま
たはCrの何れか1種以上の含有濃度の合計を0.05
ppmw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。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得られるとは
限らないことが分かった。
Therefore, the present applicant has further studied, and as an improvement plan, first of all, Fe, Co or Cr existing as a residual impurity without intentionally adding impurities together with red phosphorus in a quartz ampoule. A method of heat-treating an InP wafer having a total concentration of any one or more of 0.05 ppmw or less in an atmosphere having a phosphorus partial pressure exceeding 6 kg / cm 2, such that the total concentration of the impurity elements is 0. 05 ppmw or less, the resistivity at 300K is 10 6 Ω · cm or more, and the mobility is 3000 cm 2 / V · s.
III-V compound semiconductors (InP) that are more than semi-insulating
(Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-279299).
No., "Semi-insulating InP single crystal and its manufacturing method"). The semi-insulating group III-V compound semiconductor (I
nP) is 0.05% of the total concentration of impurities contained in the crystal, in particular, at least one of Fe, Co and Cr.
By setting the content to ppmw or less, a decrease in mobility due to contained impurities is suppressed, and the mobility is set to a desired value or more. However, following our research, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-279299
In the invention proposed in (1), a high resistivity and high mobility InP single crystal can be obtained, but when a plurality of wafers are heat-treated at the same time, a wafer having high resistance and high mobility does not occur. It has been found that a high resistivity and high mobility InP single crystal cannot always be obtained stably.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本出願人はさ
らに研究を重ね、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、930℃以上1000℃未満の温
度で、かつその温度で平衡するInPの解離圧以上15
atm以下のリン蒸気圧雰囲気で熱処理する第1の熱処理
工程の後、640℃を超えて900℃未満の温度で、か
つ5atm以上50atm以下のリン蒸気圧雰囲気で熱処理す
る第2の熱処理工程を行なうことにより半絶縁性のIn
P単結晶を製造する技術を提案した(特願平9−713
74号、「半絶縁性InP単結晶の製造方法及び半絶縁
性InP単結晶基板」)。
Therefore, the present applicant has conducted further studies, and has conducted a study without intentionally adding impurities and the concentration of at least one of Fe, Co and Cr present as residual impurities. An InP single crystal having a total of 0.05 ppmw or less is subjected to a temperature of 930 ° C. or more and less than 1000 ° C. and a dissociation pressure of InP equilibrated at that temperature of 15% or more.
After the first heat treatment step of performing heat treatment in a phosphorus vapor pressure atmosphere of atm or less, a second heat treatment step of performing heat treatment in a phosphorus vapor pressure atmosphere of more than 640 ° C. and less than 900 ° C. and 5 atm to 50 atm is performed. The semi-insulating In
A technology for manufacturing P single crystal was proposed (Japanese Patent Application No. 9-713).
No. 74, "Method for producing semi-insulating InP single crystal and semi-insulating InP single crystal substrate").

【0008】しかし、その後の我々の研究により特願平
9−71374号の発明にあっては、高抵抗率でかつ高
移動度のInP単結晶を安定して得ることができ、ウェ
ハ面内の抵抗率及び移動度の均一性が向上することが可
能であることが分かったが、第2の熱処理を5atm以上
で行うため、高圧の容器が必要であり、また、第1及び
第2の熱処理において、リン圧を個別に制御する必要が
あるため、それぞれ別のアンプルに封入して行わざるを
得ず、コスト高になるという問題点があることが分かっ
た。
However, according to the subsequent study by the inventors of the present invention, in the invention of Japanese Patent Application No. 9-71374, a high resistivity and high mobility InP single crystal can be obtained stably, and It has been found that the uniformity of the resistivity and the mobility can be improved. However, since the second heat treatment is performed at 5 atm or more, a high-pressure vessel is required, and the first and second heat treatments are performed. However, it was found that there was a problem that the phosphorous pressure had to be individually controlled, so that it had to be sealed in separate ampules and the cost was increased.

【0009】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、ウェハ面内の抵抗率及び
移動度の均一性が良い半絶縁性のInP単結晶を安価か
つ簡便に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。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to obtain a semi-insulating InP single crystal having good uniformity of resistivity and mobility in a wafer surface at low cost and simply. It is an object of the present invention to provide a method for producing a semi-insulating InP single crystal that can be used.

【0010】また、本発明の他の目的は、ウェハ面内の
移動度の均一性が5%以下であるような半絶縁性InP
単結晶基板、またはウェハ面内の移動度の均一性が5%
以下でかつウェハ面内の抵抗率の均一性が10%以下で
あるような半絶縁性InP単結晶基板を提供することで
ある。
Another object of the present invention is to provide a semi-insulating InP having a mobility uniformity of 5% or less in a wafer plane.
5% mobility uniformity on single crystal substrate or wafer surface
An object of the present invention is to provide a semi-insulating InP single crystal substrate having a resistivity of not more than 10% and a uniformity of resistivity in a wafer surface of 10% or less.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、アンドープの
InP単結晶を高温かつ低リン蒸気圧雰囲気で熱処理し
た後に、低温かつ低リン蒸気圧雰囲気で熱処理すると、
面内の抵抗率及び移動度の均一性がともに良い半絶縁性
InP単結晶を安価かつ簡便に得ることができることを
見い出した。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present inventors have conducted intensive studies. As a result, after heat-treating an undoped InP single crystal in a high-temperature and low-phosphorus vapor pressure atmosphere, a low-temperature and low-temperature When heat treated in a phosphorus vapor pressure atmosphere,
It has been found that a semi-insulating InP single crystal having both good in-plane resistivity and uniform mobility can be obtained at low cost and easily.

【0012】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、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、930℃以上1000℃未満の温度で、かつそ
の温度で平衡するInPの解離圧以上5atm 以下のリン
蒸気圧雰囲気で熱処理する第1の熱処理工程の後、30
0℃以上800℃未満の温度で、かつその温度で平衡す
るInPの解離圧以上5atm 未満のリン蒸気圧雰囲気で
熱処理する第2の熱処理工程を行なうことを特徴とす
る。この発明において、前記第1の熱処理工程のリン蒸
気圧は、好ましくは0.5atm より大きく5atm 未満、
より好ましくは1.0atm より大きく5atm 未満である
とよい。また、前記第2の熱処理工程のリン蒸気圧は、
好ましくは1.0atm 以上5atm 未満であるとよい。
The present invention has been made on the basis of the above-mentioned findings, and the total concentration of at least one of Fe, Co, and Cr present as residual impurities without intentionally adding impurities is 0.1%. After the first heat treatment step of subjecting the InP single crystal of not more than 05 ppmw to a phosphorus vapor pressure atmosphere at a temperature of not less than 930 ° C. and less than 1000 ° C. and a dissociation pressure of InP and not more than 5 atm equilibrated at that temperature,
The method is characterized in that a second heat treatment step is performed in a phosphorus vapor pressure atmosphere at a temperature of 0 ° C. or more and less than 800 ° C. and a equilibrium at the dissociation pressure of InP or more and less than 5 atm. In the present invention, the phosphorus vapor pressure in the first heat treatment step is preferably larger than 0.5 atm and smaller than 5 atm,
More preferably, it is more than 1.0 atm and less than 5 atm. Further, the phosphorus vapor pressure in the second heat treatment step is as follows:
Preferably, it is not less than 1.0 atm and less than 5 atm.

【0013】なお、InPの解離圧については、その一
例が、フィリップスリサーチレポート(Philips Res.Re
p.)12巻 (1957) 127 〜140 頁「THE P-T-x PHASE DI
AGRAMS OF THE SYSTEMS In-As,Ga-As AND In-P」の第1
38頁Fig.8.に示されている。そのFig.8.
において左側の線及びその線を外挿することによりIn
Pの解離圧が求まる。
An example of the dissociation pressure of InP is Philips Research Report (Philips Res.
p.) Volume 12 (1957) 127-140 "THE PTx PHASE DI
AGRAMS OF THE SYSTEMS In-As, Ga-As AND In-P "
Page 38, FIG. 8. Is shown in The FIG. 8.
By extrapolating the line on the left and its line at
The dissociation pressure of P is determined.

【0014】ここで、第1の熱処理工程において、熱処
理温度が930℃以上1000℃未満であるのは、93
0℃に満たないとInPが半絶縁性化しないからであ
り、一方1000℃以上ではInPが分解してしまうか
らである。また、第1の熱処理工程において、リン蒸気
圧が熱処理温度で平衡するInPの解離圧以上5atm 以
下であるのは、解離圧未満ではInPが分解してしまう
からであり、一方5atmを超えると熱処理温度が高いた
め、Fe,Co,Cr,Ni等の汚染が無視できず、ま
た高圧の容器が必要となり、第1及び第2の熱処理を低
圧の容器一つで行うことができない。
Here, in the first heat treatment step, the reason why the heat treatment temperature is 930 ° C. or more and less than 1000 ° C. is as follows.
This is because if the temperature is lower than 0 ° C., InP does not become semi-insulating, whereas if it is higher than 1000 ° C., InP decomposes. In the first heat treatment step, the reason why the phosphorus vapor pressure is equal to or higher than the dissociation pressure of InP at equilibrium at the heat treatment temperature and equal to or lower than 5 atm is that if the dissociation pressure is lower than InP, the InP is decomposed. Since the temperature is high, contamination of Fe, Co, Cr, Ni and the like cannot be ignored, and a high-pressure container is required, so that the first and second heat treatments cannot be performed in a single low-pressure container.

【0015】第2の熱処理工程において、熱処理温度が
300℃以上800℃未満、好ましくは、450℃以上
750℃以下、特に好ましくは、550℃以上650℃
以下であるのは、300℃未満の温度でも特に特性上の
不都合は生じないが300℃未満ではアニール時間がか
かりすぎて実用的でなく、一方、800℃以上では平衡
欠陥濃度が高くなるため均一化の効果が現れないからで
ある。また、第2の熱処理工程において、その温度で平
衡するInPの解離圧以上5atm 未満であるのは、解離
圧未満では移動度の均一性が5%を超えてしまうからで
あり、一方、5atm 以上では、高圧の容器を必要とする
等の理由で工業的生産性に欠けるからである。さらに、
第2の熱処理工程のリン蒸気圧が好ましくは1.0atm
以上5atm 未満であるのは、1.0atm 未満では抵抗率
の均一性が10%を超えてしまうものもあるからであ
る。
[0015] In the second heat treatment step, the heat treatment temperature is 300 ° C or more and less than 800 ° C, preferably 450 ° C or more and 750 ° C or less, particularly preferably 550 ° C or more and 650 ° C.
The reason is that even if the temperature is lower than 300 ° C., no inconvenience in particular occurs, but if the temperature is lower than 300 ° C., the annealing time is too long to be practical. This is because the effect of chemical conversion does not appear. Further, in the second heat treatment step, the reason why the pressure is equal to or higher than the dissociation pressure of InP equilibrated at that temperature and lower than 5 atm is that when the dissociation pressure is lower, the uniformity of the mobility exceeds 5%, and on the other hand, 5 atm or higher. In this case, industrial productivity is lacking because a high-pressure container is required. further,
The phosphorus vapor pressure in the second heat treatment step is preferably 1.0 atm
The reason why it is less than 5 atm is that if it is less than 1.0 atm, the uniformity of resistivity may exceed 10% in some cases.

【0016】上記手段によれば、第1の熱処理工程によ
り、NiやCo等の不純物の混入を抑制しながらInP
単結晶中の微量なFeが活性化されるとともに、リンの
空孔に関連した浅いドナー(シャロードナー)の濃度が
低減されてInP単結晶が半絶縁性化される。そして、
第2の熱処理工程により、InP単結晶中に残留した前
記シャロードナーがさらに低減されるので、InP単結
晶の面内の抵抗率が均一化される。
According to the above means, the first heat treatment step suppresses the incorporation of impurities such as Ni and Co while keeping the InP
A small amount of Fe in the single crystal is activated, and the concentration of a shallow donor (shallow donor) related to phosphorus vacancies is reduced, so that the InP single crystal becomes semi-insulating. And
By the second heat treatment step, the shallow donor remaining in the InP single crystal is further reduced, so that the in-plane resistivity of the InP single crystal is made uniform.

【0017】また、本発明の半絶縁性InP単結晶基板
は、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、930℃以上1000℃未満の温度で、かつそ
の温度で平衡するInPの解離圧以上5atm 以下のリン
蒸気圧雰囲気で熱処理する第1の熱処理工程の後、30
0℃以上800℃未満の温度で、かつその温度で平衡す
るInP解離圧以上5atm 未満のリン蒸気圧雰囲気で熱
処理する第2の熱処理工程を行なうことによって得ら
れ、ウェハ面内の移動度の均一性が5%以下であること
を特徴とする。
Further, the semi-insulating InP single crystal substrate of the present invention has a total content of at least one of Fe, Co and Cr present as residual impurities without intentionally adding impurities. After the first heat treatment step of heat-treating the InP single crystal of 0.05 ppmw or less in a phosphorus vapor pressure atmosphere at a temperature of 930 ° C. or more and less than 1000 ° C. and a dissociation pressure of InP and 5 atm or less equilibrated at that temperature, 30
Obtained by performing a second heat treatment step of performing a heat treatment in a phosphorus vapor pressure atmosphere at a temperature of 0 ° C. or more and less than 800 ° C. and at an equilibrium at that temperature and an InP dissociation pressure of 5 atm or more and less than 5 atm. Is 5% or less.

【0018】さらに、本発明の半絶縁性InP単結晶基
板は、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、930℃以上1000℃未満の温度で、かつ
その温度で平衡するInPの解離圧以上5atm 以下のリ
ン蒸気圧雰囲気で熱処理する第1の熱処理工程の後、3
00℃以上800℃未満の温度で、かつその温度で平衡
するInP解離圧以上5atm 未満、好ましくは1.0at
m 以上5atm 未満のリン蒸気圧雰囲気で熱処理する第2
の熱処理工程を行なうことによって得られ、ウェハ面内
の移動度の均一性が5%以下であり、かつウェハ面内の
抵抗率の均一性が10%以下であることを特徴とするも
のである。
Furthermore, the semi-insulating InP single crystal substrate of the present invention has a total content of at least one of Fe, Co and Cr present as residual impurities without intentionally adding impurities. InP of 0.05 ppmw or less
After the first heat treatment step in which the single crystal is heat-treated at a temperature of 930 ° C. or more and less than 1000 ° C. and in a phosphorus vapor pressure atmosphere at a temperature equal to or higher than the dissociation pressure of InP and 5 atm or less, 3
At a temperature of from 00 ° C to less than 800 ° C and at a temperature equal to or higher than the InP dissociation pressure and less than 5 atm, preferably
second heat treatment in a phosphorus vapor pressure atmosphere of at least 5 m and less than 5 atm
Wherein the uniformity of the mobility in the wafer surface is 5% or less and the uniformity of the resistivity in the wafer surface is 10% or less. .

【0019】なお、上記の「ウェハ面内の抵抗率の均一
性」または「ウェハ面内の移動度の均一性」とは、ウェ
ハの外周部5mmを除いた部分を、ある特定の方向(ウェ
ハの中心部を通る)に等間隔で測定したときの、得られ
た値の標準偏差/加算平均値×100(%)である。す
なわち、データy1 、y2 、y3 、・・・、yn が得ら
れたとき、均一性は、yavをデータy1 、y2 、y3 、
・・・、yn の加算平均とすれば、
The "uniformity of the resistivity in the wafer surface" or "uniformity of the mobility in the wafer surface" means that a portion excluding the outer peripheral portion 5 mm of the wafer is defined in a specific direction (wafer (The center part of the measured value) is measured at regular intervals (standard deviation of the obtained value / average value) × 100 (%). That is, when the data y1, y2, y3,..., Yn are obtained, the uniformity is determined by converting yav to the data y1, y2, y3,.
..., the average of yn

【0020】[0020]

【数1】 であらわされる。(Equation 1) It is represented by

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】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種以上の含有濃度の合計が0.05ppmw
以下であるInP単結晶より切り出したウェハ(薄板)
1,1,…を、図1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
並べる。続いて、石英アンプル2内が、熱処理温度で平
衡するInPの解離圧以上5atm以下のリン蒸気圧雰囲
気となるような適量の高純度の赤リン3を石英アンプル
2内に配置して真空排気した後、酸水素バーナーにより
石英アンプル2の開口部を封止する。続いて、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
930℃以上1000℃未満の熱処理温度で所定時間加
熱保持する(第1の熱処理工程)。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Fe, Co or C present as a residual impurity without intentionally adding impurities
The total concentration of any one or more of r is 0.05 ppmw
Wafer (thin plate) cut from the following InP single crystal
As shown in FIG. 1, a plurality of 1, 1,... Are arranged in a quartz ampule 2 at intervals using a quartz jig 4 serving as a spacer. Subsequently, an appropriate amount of high-purity red phosphorus 3 was placed in the quartz ampule 2 so that the inside of the quartz ampule 2 became a phosphorus vapor pressure atmosphere having a dissociation pressure of InP equal to or higher than the heat treatment temperature and 5 atm or less and evacuated. Thereafter, the opening of the quartz ampule 2 is sealed with an oxyhydrogen burner. Subsequently, the quartz ampoule 2 is set in a horizontal heating furnace 6 and is heated and held by the heater 5 at a heat treatment temperature of 930 ° C. or more and less than 1000 ° C. for a predetermined time (first heat treatment step).

【0022】この第1の熱処理工程では、熱処理温度が
930℃に満たないとInPが半絶縁性化せず、100
0℃以上ではInPが分解してしまう。また、リン蒸気
圧雰囲気がInPの解離圧未満ではInPが分解してし
まい、5atm を超えるとCrやNi等の汚染が無視でき
ず、また高圧の容器が必要となり、第1及び第2の熱処
理を低圧の容器一つで行うことができない。さらに、リ
ン蒸気圧雰囲気が好ましくは0.5atm より大きく5at
m 未満、より好ましくは1.0atm より大きく5atm 未
満であれば、同一ロット中のウェハ間での特性のバラツ
キがより小さくなる。
In the first heat treatment step, if the heat treatment temperature is lower than 930 ° C., InP does not become semi-insulating,
Above 0 ° C., InP decomposes. Further, if the phosphorus vapor pressure atmosphere is lower than the dissociation pressure of InP, InP is decomposed, and if it exceeds 5 atm, contamination of Cr, Ni, etc. cannot be ignored, and a high-pressure vessel is required. Cannot be carried out in one low-pressure container. Further, the phosphorus vapor pressure atmosphere is preferably larger than 0.5 atm and 5 atm.
m, more preferably more than 1.0 atm and less than 5 atm, the variation in characteristics between wafers in the same lot becomes smaller.

【0023】続いて、ヒータ5により300℃以上80
0℃未満の熱処理温度とした後、所定時間加熱保持する
(第2の熱処理工程)。
Subsequently, the temperature of 300 ° C. or more and 80
After the heat treatment temperature is lower than 0 ° C., the heat treatment is performed for a predetermined time (second heat treatment step).

【0024】この第2の熱処理工程では、熱処理温度が
300℃未満ではアニールに長時間を要し、800℃以
上ではウェハ面内の抵抗率の均一化の効果が現れない。
また、リン蒸気圧が解離圧未満ではリンの分解が起り、
低抵抗化してしまい、5atm以上では、高圧の容器を必
要とする等の理由で工業的生産に向かない。さらに、リ
ン蒸気圧は好ましくは1.0atm 以上5atm 未満である
とよい。その理由は、1.0atm 未満では抵抗率の均一
性が10%を超えてしまうものもあるからである。
In the second heat treatment step, if the heat treatment temperature is lower than 300 ° C., a long time is required for annealing, and if the heat treatment temperature is higher than 800 ° C., the effect of making the resistivity in the wafer plane uniform is not exhibited.
If the vapor pressure of phosphorus is lower than the dissociation pressure, decomposition of phosphorus will occur,
The resistance is lowered, and if it is 5 atm or more, it is not suitable for industrial production because a high pressure vessel is required. Further, the phosphorus vapor pressure is preferably not less than 1.0 atm and less than 5 atm. The reason is that if it is less than 1.0 atm, the uniformity of resistivity may exceed 10%.

【0025】しかる後、室温まで冷却し、石英アンプル
2からInPウェハ1,1,…を取り出す。
Thereafter, the wafer is cooled to room temperature, and the InP wafers 1, 1,.

【0026】上記実施形態によれば、一つの低圧用の石
英アンプル2中で、第1の熱処理工程によりInP単結
晶が半絶縁性化され、第2の熱処理工程によりInP単
結晶中に残留した欠陥が低減されるので、InP単結晶
の面内の抵抗率が均一化される。従って、ウェハ面内の
抵抗率及び移動度の均一性が良く、かつ半絶縁性のIn
P単結晶が安価かつ簡便に得られる。
According to the above embodiment, in one quartz ampoule 2 for low pressure, the first heat treatment step makes the InP single crystal semi-insulating, and remains in the InP single crystal by the second heat treatment step. Since defects are reduced, the in-plane resistivity of the InP single crystal is made uniform. Therefore, the uniformity of the resistivity and the mobility in the wafer surface is good, and the semi-insulating In
P single crystal can be obtained inexpensively and easily.

【0027】[0027]

【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、本発明は以下の各
実施例によって何ら制限されるものではない。
EXAMPLES The features of the present invention will be clarified below with reference to specific examples, but the present invention is not limited by the following examples.

【0028】(実施例1)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の
含有濃度が0.03ppmw、Co、Crの含有濃度がいず
れも分析検出下限(0.005ppmw)以下である単結晶
を用いて、厚さ0.5mmのInPウェハ1,1,…を切
り出した。そして、図1に示すように、複数の石英アン
プル2内に石英製治具4を用いて間隔を開けてInPウ
ェハ1,1,…を30枚ずつ並べた。続いて、純度が7
Nの赤リン3を各石英アンプル2内に配置して1×10
-6Torrまで真空排気した後、酸水素バーナーにより各石
英アンプル2の開口部を封止した。この際、各石英アン
プル2の赤リン3の量は、950℃の熱処理温度でリン
(P4 )分圧が1.5atm となるように調整した。続い
て、それらの石英アンプル2を一つずつ横型加熱炉6内
に設置し、ヒータ5により950℃で40時間加熱保持
した(第1の熱処理工程に相当)。次に、温度650
℃、リン分圧1.1atmとなるように調整した後、40
時間保持した(第2の熱処理工程に相当)。その後、毎
分2℃の降温速度で室温まで冷却し、各石英アンプル2
からInPウェハ1,1,…を取り出した。
(Example 1) From the polycrystalline InP raw material, the content of Fe was 0.03 ppmw, and the content of Co and Cr was lower than the analytical detection lower limit (0%) by the liquid sealing Czochralski (LEC) method. .0.5 ppmw) or less, 0.5 mm thick InP wafers 1, 1,... Were cut out. Then, as shown in FIG. 1, 30 InP wafers 1, 1,... Were arranged in a plurality of quartz ampules 2 at intervals using a quartz jig 4. Subsequently, the purity was 7
N red phosphorus 3 is placed in each quartz ampoule 2 and 1 × 10
After evacuation to -6 Torr, the opening of each quartz ampule 2 was sealed with an oxyhydrogen burner. At this time, the amount of red phosphorus 3 in each quartz ampule 2 was adjusted so that the phosphorus (P 4 ) partial pressure became 1.5 atm at the heat treatment temperature of 950 ° C. Subsequently, the quartz ampules 2 were placed one by one in a horizontal heating furnace 6 and heated and held at 950 ° C. for 40 hours by a heater 5 (corresponding to a first heat treatment step). Next, the temperature 650
℃, the partial pressure of phosphorus 1.1atm
Hold for a time (corresponding to the second heat treatment step). Then, cool to room temperature at a rate of 2 ° C./min.
, Were taken out of the InP wafer.

【0029】熱処理後、(001)方位のInPウェハ
1,1,…の〈110〉方位に対して、3端子ガードリ
ング法(ホール測定)でウェハ面内の抵抗率と移動度を
調べた。測定間隔は100μmで、測定点は401点で
ある。
After the heat treatment, the in-plane resistivity and mobility of the <001> orientation of the (001) InP wafers 1, 1,... Were examined by a three-terminal guard ring method (hole measurement). The measurement interval is 100 μm, and the number of measurement points is 401.

【0030】その結果、一枚のウェハの面内の抵抗率は
2.3×107 〜3.5×107Ω・cmで、その均一性
は5%以下であった。また、一枚のウェハの面内の移動
度は4100〜4300cm2 /V ・s で、その均一性は
2%以下であった。
As a result, the in-plane resistivity of one wafer was 2.3 × 10 7 to 3.5 × 10 7 Ω · cm, and the uniformity was 5% or less. The in-plane mobility of one wafer was 4100 to 4300 cm 2 / V · s, and the uniformity was 2% or less.

【0031】[0031]

【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、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、930℃以上1000℃未満の温
度で、かつその温度で平衡するInPの解離圧以上5at
m 以下、好ましくは0.5atm より大きく5atm 未満、
より好ましくは1.0atm より大きく5atm 未満のリン
蒸気圧雰囲気で熱処理する第1の熱処理工程の後、引き
続き300℃以上800℃未満の温度で、かつその温度
で平衡するInP解離圧以上5atm 未満、好ましくは
1.0atm 以上5atm 未満のリン蒸気圧雰囲気で熱処理
する第2の熱処理工程を行なうようにしたため、一つの
低圧用石英アンプルで、ウェハ面内の移動度及び抵抗率
の均一性がともに良い半絶縁性のInP単結晶、特にウ
ェハ面内の移動度の均一性が5%以下でウェハ面内の抵
抗率の均一性が10%以下の半絶縁性のInP単結晶が
安価かつ簡便に得られる。
According to the method for producing a semi-insulating InP single crystal according to the present invention, one or more of Fe, Co and Cr present as residual impurities without intentionally adding impurities is contained. An InP single crystal having a total concentration of 0.05 ppmw or less is heated at a temperature of 930 ° C. or more and less than 1000 ° C. and at a dissociation pressure of InP balanced at that temperature of 5 at or more.
m, preferably greater than 0.5 atm and less than 5 atm,
More preferably, after the first heat treatment step of performing heat treatment in a phosphorus vapor pressure atmosphere of more than 1.0 atm and less than 5 atm, subsequently at a temperature of 300 ° C or more and less than 800 ° C, and at an InP dissociation pressure equilibrium at that temperature and less than 5 atm, Preferably, the second heat treatment step in which the heat treatment is performed in a phosphorus vapor pressure atmosphere of 1.0 atm or more and less than 5 atm is performed, so that one low-pressure quartz ampule has good mobility and uniformity of resistivity in the wafer surface. A semi-insulating InP single crystal, particularly a semi-insulating InP single crystal having a uniformity of mobility in a wafer plane of 5% or less and a uniformity of resistivity in a wafer plane of 10% or less, can be obtained inexpensively and easily. Can be

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】半絶縁性InP単結晶の製造に使用される加熱
炉内にウェハを設置した状態の概略図である。
FIG. 1 is a schematic view showing a state in which a wafer is installed in a heating furnace used for manufacturing a semi-insulating InP single crystal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wafer (InP single crystal) 2 Quartz ampoule 3 Red phosphorus 4 Quartz jig 5 Heater 6 Horizontal heating furnace

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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、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、930℃以上1000℃未満の温度
で、かつその温度で平衡するInPの解離圧以上5atm
以下のリン蒸気圧雰囲気で熱処理する第1の熱処理工程
の後、300℃以上800℃未満の温度で、かつその温
度で平衡するInPの解離圧以上5atm 未満のリン蒸気
圧雰囲気で熱処理する第2の熱処理工程を行なうことを
特徴とする半絶縁性InP単結晶の製造方法。
1. An InP single crystal in which a total concentration of at least one of Fe, Co, and Cr present as residual impurities is 0.05 ppmw or less without intentionally adding impurities, at 930 ° C. At a temperature lower than 1000 ° C. and higher than the dissociation pressure of InP equilibrated at that temperature and higher than 5 atm.
After the first heat treatment in which the heat treatment is performed in a phosphorus vapor pressure atmosphere described below, the second heat treatment is performed in a phosphorus vapor pressure atmosphere at a temperature of 300 ° C. or more and less than 800 ° C. and a dissociation pressure of InP and less than 5 atm which is equilibrated at that temperature. A method for producing a semi-insulating InP single crystal, comprising performing a heat treatment step.
【請求項2】ウェハ面内の移動度の均一性が5%以下で
あることを特徴とする半絶縁性InP単結晶基板。
2. A semi-insulating InP single crystal substrate, wherein the uniformity of mobility within a wafer surface is 5% or less.
【請求項3】 ウェハ面内の抵抗率の均一性が10%以
下であることを特徴とする請求項2記載の半絶縁性In
P単結晶基板。
3. The semi-insulating In according to claim 2, wherein the uniformity of the resistivity in the wafer surface is 10% or less.
P single crystal substrate.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2363965A (en) * 2000-05-09 2002-01-16 Bush Boake Allen Ltd Flavouring agent
WO2019058484A1 (en) * 2017-09-21 2019-03-28 住友電気工業株式会社 Semi-insulating compound semiconductor substrate and semi-insulating compound semiconductor single crystal

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