JPH06196430A - Annealing method for inp single crystal - Google Patents
Annealing method for inp single crystalInfo
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- JPH06196430A JPH06196430A JP34268192A JP34268192A JPH06196430A JP H06196430 A JPH06196430 A JP H06196430A JP 34268192 A JP34268192 A JP 34268192A JP 34268192 A JP34268192 A JP 34268192A JP H06196430 A JPH06196430 A JP H06196430A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はＩｎＰ単結晶中のストレ
スを除去するアニール方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an annealing method for removing stress in InP single crystal.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＩｎＰ単結晶基板は、主としてその上に
エピタキシャル層を成長させ、半導体レーザーを製作す
るための基板として使用されている。しかし、ストレス
が存在している単結晶基板上にエピタキシャル層を成長
させた場合、表面のモホロジーが悪いとか、良好な電気
特性が得られない等の問題が生じる。単結晶基板中のス
トレスは、単結晶育成中の熱応力により生じ、それが薄
いウェーハ状に加工した後でも緩和されずに結晶中に残
留したものである。ストレスの無い単結晶基板を得るた
めには、熱応力の小さい条件で単結晶を育成する必要が
あるが、ＬＥＣ法の場合、５０℃／ｃｍ以上という大き
な温度勾配下で単結晶を育成するため、大きな熱応力が
かかりストレスが発生するのは避けられない。熱応力の
小さい低温度勾配下でＩｎＰ単結晶を育成する方法とし
て、リン雰囲気中でＬＥＣ法を行なう蒸気圧制御ＬＥＣ
法や垂直ブリッジマン法があるが、生産性が非常に悪い
のが問題であった。2. Description of the Related Art InP single crystal substrates are mainly used as substrates for growing an epitaxial layer thereon to fabricate a semiconductor laser. However, when an epitaxial layer is grown on a single crystal substrate in which stress is present, problems such as poor surface morphology and poor electrical characteristics occur. The stress in the single crystal substrate is caused by thermal stress during the growth of the single crystal, and it remains in the crystal without being relaxed even after being processed into a thin wafer. In order to obtain a stress-free single crystal substrate, it is necessary to grow the single crystal under conditions of low thermal stress, but in the case of the LEC method, the single crystal is grown under a large temperature gradient of 50 ° C./cm or more. It is unavoidable that large thermal stress is applied and stress is generated. As a method for growing an InP single crystal under a low temperature gradient with a small thermal stress, a vapor pressure control LEC is carried out by performing the LEC method in a phosphorus atmosphere.
Method and vertical Bridgman method, but the problem was that productivity was very poor.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようする課題】高い生産性でストレスの
ないＩｎＰ単結晶基板を製造する方法を提供するのが本
発明の目的である。ストレスの生じない単結晶育成法と
して蒸気圧制御ＬＥＣ法や垂直ブリッジマン法があるこ
とを前述した。ＬＥＣ法において、結晶育成界面の温度
勾配を小さくすると、液体封止剤であるＢ2 Ｏ3 の上部
の温度が高くなり、Ｂ2 Ｏ3 上に出た単結晶インゴット
の表面からリンが抜け出してしまう。このリン抜けを防
止するために、雰囲気中にリン蒸気の適度な分圧をかけ
る様にしたのが蒸気圧制御ＬＥＣ法である。この方法に
おいてはリンの蒸気が引上げ炉内壁に凝縮するのを防ぐ
ために内部を２重構造とし、内側の壁をリンが凝縮しな
い温度に保つ工夫が必要であり、さらに内側の壁からリ
ン蒸気が漏れない様にシールを工夫する必要がある。こ
の様に炉内の構造が複雑になる結果、単結晶育成毎の炉
内の清掃作業が煩雑になり、炉の稼働率が低下するとい
う問題が生じる。また、単結晶育成時の温度勾配を小さ
くした結果直径制御性が悪くなり、そのため多結晶化や
双晶発生の確率が高くなり、単結晶収率が低下するとい
う問題も生じている。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for producing a stress-free InP single crystal substrate with high productivity. As mentioned above, there are the vapor pressure control LEC method and the vertical Bridgman method as the stress-free single crystal growth method. In the LEC method, when the temperature gradient at the crystal growth interface is made small, the temperature of the upper part of B 2 O 3 which is a liquid sealant becomes high, and phosphorus escapes from the surface of the single crystal ingot that has come out on B 2 O 3. I will end up. The vapor pressure control LEC method is one in which an appropriate partial pressure of phosphorus vapor is applied to the atmosphere in order to prevent the phosphorus escape. In this method, in order to prevent the vapor of phosphorus from condensing on the inner wall of the pulling furnace, it is necessary to have a double structure inside and to keep the inner wall at a temperature at which phosphorus does not condense. It is necessary to devise a seal to prevent leakage. As a result of the complicated structure inside the furnace, the cleaning work inside the furnace for each single crystal growth becomes complicated and the operating rate of the furnace decreases. Further, as a result of reducing the temperature gradient during the growth of the single crystal, the controllability of the diameter is deteriorated, so that the probability of polycrystallization or twinning is increased, and the yield of the single crystal is reduced.
【０００４】一方、垂直ブリッジマン法は、原料とルツ
ボとのぬれによって、その部分から多結晶が発生してし
まい、単結晶収率は非常に低く単結晶の生産手段として
は実用化されるに至っていない。ＬＥＣ法はＩｎＰ単結
晶を育成するのに最も生産性の高い手法であり、現在、
ＩｎＰ単結晶を生産するのに使用されている唯一のもの
である。しかし、結晶成長界面の温度勾配が５０℃／ｃ
ｍ以上と大きいため、熱応力によりストレスが発生して
しまう。以上の様に、単結晶収率の高い単結晶育成方法
では結晶中にストレスが生じ、ストレスの発生しない様
な単結晶育成法では単結晶収率が非常に悪いという問題
がある。本発明は上記の問題を解決し、ストレスの無い
単結晶基板を高収率で得るための方法である。On the other hand, in the vertical Bridgman method, a polycrystal is generated from the portion due to the wetting of the raw material and the crucible, and the single crystal yield is very low, and it can be put to practical use as a means for producing the single crystal. I haven't arrived. The LEC method is the most productive method for growing InP single crystals.
It is the only one used to produce InP single crystals. However, the temperature gradient at the crystal growth interface is 50 ° C / c
Since it is as large as m or more, stress occurs due to thermal stress. As described above, there is a problem that the single crystal growing method with a high single crystal yield causes a stress in the crystal and the single crystal growing method in which the stress does not occur has a very low single crystal yield. The present invention is a method for solving the above problems and obtaining a stress-free single crystal substrate in high yield.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明においては、単結
晶育成は生産性の優れた温度勾配の大きな通常のＬＥＣ
法もしくは磁場を印加したＭＬＥＣ法で行なうことと
し、その後のアニールによって単結晶育成中に生じたス
トレスを除去するものである。ＧａＡｓにおいてはすで
にインゴットアニールが行なわれているが、この目的は
もっぱら電気特性の均一性を改善するものであって、ス
トレスを除去する目的では行なわれていなかった（特開
昭５１−１４２２７０、特開昭６１−８９１７、特開昭
６１−１８５９２３号参照）。SUMMARY OF THE INVENTION In the present invention, single crystal growth is a conventional LEC with excellent productivity and a large temperature gradient.
Method or the MLEC method in which a magnetic field is applied, and the stress generated during single crystal growth by subsequent annealing is removed. Although ingot annealing has already been carried out on GaAs, this purpose is to improve the uniformity of electrical characteristics exclusively, and it has not been carried out for the purpose of removing stress (Japanese Patent Laid-Open No. 142242/51/1987). (See JP 61-8917 and JP-A 61-185923).
【０００６】種々の検討を重ねた結果、発明者は８００
℃以上融点以下の温度でアニールすることにより単結晶
育成中に生じたストレスを除去できることを見出した。
このアニールは単結晶を育成したインゴットのままでも
よいし、ウェーハ状に加工した後でもよい。アニールに
際しては、アニール中に結晶表面からリンが蒸発するの
を防止する必要がある。その手段としてはＩｎＰの解離
圧以上の圧力のリン蒸気もしくはホスフィン雰囲気中で
アニールを行なうとか、Ｂ2 Ｏ3 中でアニールを行なう
といった方法があげられる。さらに昇温速度や冷却速度
は急熱急冷をさけ、結晶がストレスを受けないような範
囲内で選定すべきである。具体的には結晶の大きさにも
よるが、昇温速度は１００℃／時以下、冷却速度は５０
℃／時以下とすべきである。また、アニール時間は結晶
が均一温度になれば良く、通常はインゴットの場合１５
〜３０時間、ウェーハの場合は２０〜６０分間を要す
る。As a result of various studies, the inventor has found 800
It has been found that the stress generated during the growth of the single crystal can be removed by annealing at a temperature above the melting point and below the melting point.
This annealing may be performed on the single crystal grown ingot or after it is processed into a wafer. At the time of annealing, it is necessary to prevent phosphorus from evaporating from the crystal surface during annealing. As a means for this, there is a method in which annealing is performed in a phosphorus vapor or phosphine atmosphere having a pressure higher than the dissociation pressure of InP, or in B 2 O 3 . Furthermore, the heating rate and cooling rate should be selected within a range that does not stress the crystal, avoiding rapid heating and quenching. Specifically, depending on the size of the crystal, the heating rate is 100 ° C./hour or less, and the cooling rate is 50.
C / h or less. Also, the annealing time is sufficient if the temperature of the crystal is uniform, and normally 15
~ 30 hours, 20 ~ 60 minutes for wafers.
【０００７】[0007]
【作用】本発明は温度管理を厳格に実施することによ
り、結晶を平衡状態に維持することによって結晶中の歪
の発生を防止するものである。The present invention is to prevent the occurrence of strain in the crystal by maintaining the crystal in an equilibrium state by strictly controlling the temperature.
【０００８】[0008]
【実施例】実施例１ ＬＥＣ法にて育成したＳドープＩｎＰ単結晶インゴット
を赤リンと共に石英アンプル内に１×１０-5Torrの真空
度で溶封した。この時に入れた赤リンはアニール温度に
おいて全部蒸発した時に１気圧となる様に量を調整し
た。引き続き溶封したアンプルを均熱炉内にセットし、
１０００℃、２０時間のアニールを行なった。この時の
昇温速度は１００℃／時で冷却速度は５０℃／時とし
た。アニール終了後外周研削、スライスを行ない、最終
的には３５０μｍの厚さの両面ミラーウェーハに仕上げ
た。一方、ＬＥＣ法にて育成した後、アニールを行なわ
なかったインゴットも同様に加工して３５０μｍの厚さ
の両面ミラーウェーハに仕上げた。両者のストレスを赤
外線透過法により観察した結果、アニールを行なわなか
ったウェーハには周辺部にスリップライン状のストレス
がみられたが、アニールを行なったウェーハにはストレ
スは全く観察されなかった。Example 1 An S-doped InP single crystal ingot grown by the LEC method was sealed together with red phosphorus in a quartz ampoule at a vacuum degree of 1 × 10 −5 Torr. The amount of red phosphorus added at this time was adjusted so that it became 1 atm when all was vaporized at the annealing temperature. Continue to set the sealed ampoule in the soaking furnace,
Annealing was performed at 1000 ° C. for 20 hours. The heating rate at this time was 100 ° C./hour, and the cooling rate was 50 ° C./hour. After the annealing was completed, the outer periphery was ground and sliced, and finally a double-sided mirror wafer having a thickness of 350 μm was finished. On the other hand, an ingot that had not been annealed after being grown by the LEC method was also processed in the same manner to finish a double-sided mirror wafer having a thickness of 350 μm. As a result of observing the stresses of both by an infrared transmission method, slipline-like stress was observed in the peripheral portion of the wafer which was not annealed, but no stress was observed in the annealed wafer.
【０００９】実施例２ ＬＥＣ法にて育成したＳｎドープＩｎＰ単結晶インゴッ
トのみを１×１０-5Torrの真空度で石英アンプル内に溶
封した。引き続き溶封したアンプルを均熱炉内にセット
し、８００℃、２０時間のアニールを行なった。この時
の昇温速度と冷却速度はそれぞれ１００℃／時と５０℃
／時である。アニール終了後、このインゴットを３５０
μｍの厚さの両面ミラーウェーハに仕上げた。又、アニ
ールを行なわなかったインゴットも３５０μｍの厚さの
両面ミラーウェーハに仕上げ、ストレスを観察した。そ
の結果、アニールを行なわなかったウェーハには４回対
称のストレスが観察されたが、アニールを行なったウェ
ーハではストレスは観察されなかった。Example 2 Only a Sn-doped InP single crystal ingot grown by the LEC method was sealed in a quartz ampoule at a vacuum degree of 1 × 10 -5 Torr. Subsequently, the sealed and sealed ampoule was set in a soaking furnace and annealed at 800 ° C. for 20 hours. The heating rate and cooling rate at this time were 100 ° C / hour and 50 ° C, respectively.
/ Hour. After annealing, 350g of this ingot
A double-sided mirror wafer having a thickness of μm was finished. Further, the ingot which was not annealed was also finished as a double-sided mirror wafer having a thickness of 350 μm, and the stress was observed. As a result, 4-fold symmetrical stress was observed on the wafer that was not annealed, but no stress was observed on the wafer that was annealed.
【００１０】実施例３ ＬＥＣ法にて育成したＳｎドープＩｎＰ単結晶インゴッ
トを３５０μｍの厚さの両面ミラーウェーハに加工し、
ストレスを観察したところ、４回対称のストレスが観察
された。このウェーハをＰＨ3 気流中で９００℃、３０
分のアニールを行なった。この時の昇温速度および冷却
速度はそれぞれ５０℃／時と３０℃／時である。アニー
ル終了後再びこのウェーハのストレスを観察したとこ
ろ、ストレスは除去されており見られなかった。Example 3 A Sn-doped InP single crystal ingot grown by the LEC method was processed into a double-sided mirror wafer having a thickness of 350 μm,
When the stress was observed, 4-fold symmetrical stress was observed. This wafer was heated at 900 ° C. for 30 hours in a PH 3 stream.
Minute annealing was performed. The heating rate and cooling rate at this time are 50 ° C./hour and 30 ° C./hour, respectively. When the stress of this wafer was observed again after the completion of annealing, the stress was removed and was not seen.
【００１１】[0011]
【発明の効果】本発明のアニール方法により、単結晶育
成中に生じたストレスを除去することができ、ストレス
の無いＩｎＰ単結晶基板を高収率で製造することができ
る。この単結晶基板を用いることによってエピタキシャ
ル層の品質向上や収率向上が可能となり、レーザーダイ
オード等のデバイスの性能向上や収率向上が可能とな
る。According to the annealing method of the present invention, the stress generated during the growth of a single crystal can be removed, and a stress-free InP single crystal substrate can be manufactured with a high yield. By using this single crystal substrate, the quality and yield of the epitaxial layer can be improved, and the performance and yield of devices such as laser diodes can be improved.
Claims (1)
８００℃以上１０６０℃以下の温度で熱処理することを
特徴とするＩｎＰ単結晶のアニール方法。1. A method of annealing an InP single crystal, which comprises heat-treating an InP ingot or an InP wafer at a temperature of 800 ° C. or higher and 1060 ° C. or lower.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34268192A JPH06196430A (en) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | Annealing method for inp single crystal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34268192A JPH06196430A (en) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | Annealing method for inp single crystal |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06196430A true JPH06196430A (en) | 1994-07-15 |
Family
ID=18355675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34268192A Pending JPH06196430A (en) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | Annealing method for inp single crystal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06196430A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7211141B2 (en) | 2003-08-12 | 2007-05-01 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Method for producing a wafer |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52143754A (en) * | 1976-05-26 | 1977-11-30 | Toshiba Corp | Annealing method of compound semiconductor single crystal |
| JPS5595330A (en) * | 1979-01-12 | 1980-07-19 | Toshiba Corp | Preparation of semiconductor device |
| JPS61222999A (en) * | 1985-03-27 | 1986-10-03 | Dowa Mining Co Ltd | Method of improving electric characteristics of single crystal of compound semiconductor of group iii-v |
| JPH0231424A (en) * | 1988-07-20 | 1990-02-01 | Nippon Mining Co Ltd | Manufacture of compound semiconductor wafer |
-
1992
- 1992-12-22 JP JP34268192A patent/JPH06196430A/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52143754A (en) * | 1976-05-26 | 1977-11-30 | Toshiba Corp | Annealing method of compound semiconductor single crystal |
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|---|---|---|---|---|
| US7211141B2 (en) | 2003-08-12 | 2007-05-01 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Method for producing a wafer |
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