DE69914540T2

DE69914540T2 - P-typ GaAs-Einkristall und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69914540T2
Application number: DE69914540T
Authority: DE
Inventors: Hideo Ibaraki Fujisawa; Kizuku Ibaraki Katano; Osamu Ibaraki Yamamoto
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Dowa Electronics Materials Co Ltd
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2019-07-08
Also published as: DE69914540D1; EP0971052B1; US6325849B1; EP0971052A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen GaAs-Einkristall vom p-Typ mit geringer Fehlordnung sowie ein Herstellungsverfahren dafür.
Verwandter Stand der Technik
GaAs-Einkristalle vom p-Typ werden oft in Scheiben geschnitten und epitaxial gezüchtet zur Herstellung eines Verbindungs-Halbleiterlasers oder einer Leuchtdiode (LED) verwendet.
Es ist allgemein bekannt, das die GaAs-Einkristalle vom p-Typ, die oft für Verbindungs-Halbleiterlaser und LEDs verwendet werden, unter Anwendung verschiedener Verfahren, wie beispielsweise des horizontalen Bridgman- (HB-) Verfahrens, des horizontalen Gradientenausfrier- (GF-) Verfahrens, des Flüssigkeitseinkapselung-Kristallwachstums- (LEC-) Verfahrens, des vertikalen Bridgman- (VB-) Verfahrens und des vertikalen Gradientenausfrier- (VGF-) Verfahren, hergestellt werden können.
Da ein Verbindungshalbleiterlaser hohe Lichtemissionsleistung und lange Betriebsdauer erfordert, ist ein GaAs-Einkristall vom p-Typ mit geringer Fehlordnung erforderlich. Somit wird bei der Herstellung eines GaAs-Einkristalls vom p-Typ das horizontale Bridgman- (HB-) Verfahren, das Gradientenausfrier- (GF-) Verfahren, das vertikale Bridgman- (VB-) Verfahren oder das vertikale Gradientenausfrier- (VGF-) Verfahren eingesetzt.
Die JP-A-57-059735 und die JP-A-58-009790 beschreiben Zusammensetzungen und Temperaturbedingungen zur Herstellung eines GaAs-Einkristalls vom p-Typ mit geringer Fehlordnungsdichte. Eine Dotierung mit Si und Zn wird untersucht, wie auch eine Dotierung mit Zn und S.
Wenn jedoch eines dieser Verfahren verwendet wird, ist die mittlere Fehlordnungsdichte gleich oder größer als 1.000 cm^–2, und es ist schwierig, eine hohe Ausbeute zu erhalten, wenn GaAs-Einkristalle vom p-Typ mit einer mittleren Fehlordnungsdichte von 500 cm^–2 oder weniger hergestellt werden.
Im Gegensatz dazu ist bekannt, dass die Dotierung eines Kristalls mit S und Si Fehlordnungen wirksam verringern kann. Vertikale und horizontale Verfahren zur Züchtung von dotierten GaAs-Einkristallen werden in Hagi et al. (Proc. 9T Conf. (SIMC), Toulouse, 5. 279–282, 24. April 1996) auf der Basis ihrer Fähigkeit, Kristalle mit wenigen Defekten zu produzieren, verglichen. Auch eine Dotierung mit Si und B wird untersucht.
Ein Beispiel für ein Mittel, um die oben genannten Mängel zu beseitigen, wird in der JP-A-63-57079 eine Dotierung eines GaAs-Kristalls mit Zn und S unter Verwendung des horizontalen Bridgman- (HB-) Verfahrens beschrieben. Obwohl unter Verwendung dieses Verfahrens ein GaAs-Einkristall vom p-Typ mit einer mittleren Fehlordnungsdichte von 100 cm^–2 oder weniger erhalten werden kann, ist es jedoch schwierig, einen GaAs-Einkristall vom p-Typ mit einer mittleren Fehlordnungsdichte von 500 cm^–2 herzustellen.
Es wurde berichtet, dass In, das eine neutrale Verunreinigung darstellt, zur Verringerung der Fehlordnung eines GaAs-Kristalls beitragen kann (Proc. 12^th Intern. Symp. on GaAs and Related Compounds, S. 7–2, London-Bristol, 1986). Laut diesem Bericht dienten ein 2-Zoll-GaAs-Wafer, der mit Zn mit einer Dichte von 1,5 × 10¹⁹ cm^–3 und In mit einer Dichte von 4,0 × 10⁹ cm^–3 dotiert war, als Halbleiterwafer ohne Fehlordnung.
Da der Segregationskoeffizient von In aber gering ist, d.h. 0,1 beträgt, muss, um eine Dotierung eines Kristalls mit In in hoher Dichte durchzuführen, ein Einkristall aus GaAs-Schmelze hergestellt werden, zu dem vorher eine große Menge In zugesetzt wurde. Wenn jedoch ein Kristall unter diesen Bedingungen hergestellt wird, beginnt aufgrund von konstitutioneller Unterkühlung während der Verfestigung des Kristalls Zellwachstum, und die Produktivität nimmt stark ab.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines GaAs-Einkristalls vom p-Typ, der die herkömmlichen Probleme überwindet, sowie ein Herstellungsverfahren dafür.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines GaAs-Einkristalls vom p-Typ mit einer mittleren Fehlordnungsdichte von 500 cm^–2.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein GaAs-Einkristall vom p-Typ bereitgestellt, wie er in Anspruch 1 definiert ist. Das Atomverhältnis des Dotiermaterials vom p-Typ zu Si beträgt vorzugsweise 2 bis 100.
Besonders wenn das Dotiermaterial eine Atomkonzentration von 1 × 10¹⁷ bis 1 × 10²⁰ cm^–3 aufweist, kann ein GaAs-Einkristall vom p-Typ mit geringerer Fehlordnung erhalten werden.
Die Trägerkonzentration beträgt vorzugsweise 1 × 10¹⁸ bis 5 × 10¹⁹ cm^–3.
Die mittlere Fehlordnungsdichte solch eines GaAs-Einkristalls vom p-Typ kann 500 cm^–2 oder geringer sein. Außerdem kann zumindest ein Teil des Si durch Se und/oder Te ersetzt sein, beispielsweise bis zu 50 Atomprozent.
Das Dotierverfahren ist nicht auf die Verwendung eines der oben genannten Dotiermaterialien beschränkt. Die Dotierquelle kann beispielsweise ein Metall, eine Verbindung, ein Oxid oder eine Verunreinigung in einem Polykristall oder in einem Behälter sein, und sie kann in Form eines Feststoffs, einer Flüssigkeit oder eines Gases vorliegen.
In einem zweiten Aspekt stellt, die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines GaAs-Einkristalls vom p-Typ bereit, wie es in Anspruch 12 dargelegt ist. Das Dotiermaterial vom p-Typ kann in einer Dichte von 1 × 10¹⁸ bis 5 × 10²⁰ cm^–3 geladen werden. Das horizontale Schiffchenzüchtungsverfahren oder das vertikale Schiffchenzüchtungsverfahren können verwendet werden.
Andere Merkmale und Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden im Zuge der Beschreibungen der folgenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offensichtlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Apparats zur Herstellung eines Einkristalls gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Darstellung eines Apparats zur Herstellung eines Einkristalls gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine schematische Darstellung eines Apparats zur Herstellung eines Einkristalls gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Wie oben beschrieben, wird ein gezüchteter GaAs-Einkristall vom p-Typ in Scheiben geschnitten und für einen epitaxialen Halbleiterwafer verwendet. Bei der Erklärung der vorliegenden Erfindung umfassen Begriffe für den GaAs-Einkristall vom p-Typ und den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, ausgenommen dort, wo anders definiert, jene für einen GaAs-Einkristall vom p-Typ, der gezüchtet wurde, und einen GaAs-Einkristall-Halbleiterwafer vom p-Typ, der durch Schneiden des GaAs-Einkristalls vom p-Typ in Scheiben als Substrat bereitgestellt wird.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat die oben beschriebenen Probleme des Stands der Technik untersucht. Er fand heraus, dass, wenn die Dotierung mit Si und das Dotiermaterial vom p-Typ für einen GaAs-Einkristall verdoppelt werden, vor allem wenn beide Dotiermaterialien in einem bestimmten Verhältnis vorhanden sind, d.h. in einem Atomverhältnis zwischen dem Dotiermaterial vom p-Typ und Si im Bereich von 1,5 bis 200, vorzugsweise 2 bis 200, noch bevorzugter 2 bis 50, Si die Fehlordnungsbewegung wirksam beschränkt, wodurch ein GaAs-Einkristall vom p-Typ mit geringer Fehlordnung erhalten werden kann. Normalerweise kann, wenn die Dichten von Si und einem Dotiermaterial vom p-Typ, beispielsweise einer Verunreinigung, in einem vorgegebenen Bereich liegen, ein GaAs-Einkristall vom p-Typ hergestellt werden, der eine bevorzugte mittlere Fehlordnungsdichte aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde, da der Si-Gehalt als Verunreinigung in einem Atombereich von 1 × 10¹⁷ bis 5 × 10¹⁹ cm^–3, insbesondere von 1 × 10¹⁷ bis 1 × 10¹⁹ cm^–3, und der Gehalt eines Dotiermaterials vom p-Typ in einem Atombereich von 1,1 × 10¹⁷ bis 1 × 10²⁰ cm^–3, insbesondere von 1 × 10¹⁸ bis 1 × 10²⁰ cm^–3, vorzugsweise von 2 × 10¹⁸ bis 6 × 10¹⁹ cm^–3, noch bevorzugter von 2 × 10¹⁸ bis 5 × 10¹⁹ cm^–3, lag, ein GaAs-Einkristall vom p-Typ mit geringer Fehlordnungsdichte erhalten.
Wenn die Si-Atomkonzentration gleich oder größer als 1 × 10¹⁸ cm^–3 ist, kann die Fehlordnung stärker verringert werden. Außerdem wird, wenn die Si-Atomkonzentration über 1 × 10¹⁹ cm^–3 liegt, aufgrund einer Verunreinigung häufig eine geringe Menge einer abgelagerten Substanz gebildet, und Zellwachstum wird durch konstitutionelle Unterkühlung ausgelöst. Daher liegt ein praktischer Gehalt einer Si-Atomkonzentration als Verunreinigung im Bereich von 1 × 10¹⁸ bis 1 × 10¹⁹ cm^–3.
Im Allgemeinen wird ein Element aus C, Be, Zn, Cd, Li, Ge, Au, Mn, Ag, Pb, Co, Ni, Cu und Fe als Dotiermaterial vom p-Typ ausgewählt. Zn ist das Material, das am stärksten bevorzugt wird.
Zn wird deshalb bevorzugt, weil, wenn sein Gehalt im Bereich von 2 × 10¹⁸ bis 6 × 10¹⁹ cm^–3 liegt, selten konstitutionelle Unterkühlung während des Kristallwachstums stattfindet, wodurch eine geringe Fehlordnungsdichte erhalten werden kann. Wenn die Atomkonzentration über 6 × 10¹⁹ cm^–3 liegt, findet häufig konstitutionelle Unterkühlung während des Kristallwachstums statt, und die Herstellungsausbeute nimmt ab.
Vorzugsweise beträgt die Trägerkonzentration für den Halbleiterwafer vom p-Typ 1 × 10¹⁸ cm^–3 bis 5 × 10¹⁹ cm^–3.
Zur Herstellung eines GaAs-Einkristalls vom p-Typ mit einer mittleren Fehlordnungsdichte, die gleich oder kleiner als 500 cm^–2 ist, müssen laut vorliegender Erfindung nur das Si und das Dotiermaterial vom p-Typ verdoppelt werden, wie schon weiter oben beschrieben wurde. Um jedoch einen Einkristall mit geringerer Fehlordnungsdichte herzustellen, ist B vorzugsweise in einem Atomverhältnis in Bezug auf Si im Bereich von 0,001 bis 1.000, insbesondere 0,001 bis 100, noch bevorzugter 0,05 bis 50, enthalten. Die B-Atomkonzentration liegt im Allgemeinen im Bereich von 1 × 10¹⁷ bis 1 × 10²⁰ cm^–3, vorzugsweise von 1 × 10¹⁸ bis 5 × 10¹⁹ cm^–3.
Des Weiteren kann entweder ein horizontales Schiffchenverfahren, wie beispielsweise das horizontale Bridgman- (HB-) Verfahren oder das horizontale Gradientenausfrier- (GF-) Verfahren, oder ein vertikales Schiffchenverfahren, wie beispielsweise das vertikale Bridgman- (VB-) Verfahren oder das vertikale Gradientenausfrier(VGF-) Verfahren, als Verfahren zur Herstellung eines GaAs-Einkristalls vom p-Typ mit einer mittleren Fehlordnungsdichte von 500 cm^–2 oder weniger eingesetzt werden.
Beim horizontalen Schiffchenverfahren (HB, GF) wird ein horizontaler (schiffchenförmiger) Abscheidungsbehälter verwendet; und ein Impfkristall wird an einem Ende des Behälters angeordnet. Während beim vertikalen Schiffchenverfahren (VB oder VGF) ein vertikal angeordneter langer Abscheidungsbehälter, ähnlich einem Tiegel, verwendet und ein Impfkristall am unteren Ende angeordnet wird.
Beide Verfahren stellen ein Herstellungsverfahren für einen GaAs-Einkristall vom p-Typ dar, das die folgenden Schritte umfasst:

das Anordnen eines GaAs-Impfeinkristalls an einem Ende des Abscheidungsbehälters und das Anordnen zumindest eines Teils eines GaAs-Kristallwachstumsmaterials und eines Dotiermaterials im Abscheidungsbehälter;
das Erhitzen des Abscheidungsbehälters und seiner Umgebung und das Einstellen von GaAs-Schmelze, in dem das Dotiermaterial enthaften ist, im Abscheidungsbehälter;
das Vornehmen von Impfung; und
das Abkühlen des Abscheidungsbehälters, um das Wachstum des GaAs-Einkristalls vom p-Typ zu begrenzen.

Das Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein Dotiermaterial so in einem Abscheidungsbehälter angeordnet wird, dass bei einem GaAs-Einkristall mit Si und einem Dotiermaterial vom p-Typ der Dichtegehalt für das Atomverhältnis zwischen dem Dotiermaterial vom p-Typ und Si 1,5 bis 200 beträgt, wie oben beschrieben wurde, so dass die Dichte des Gehalts an Si und dem Dotiermaterial vom p-Typ normalerweise 1 × 10¹⁷ bis 5 × 10⁹ cm^–3 bzw. 1 × 10¹⁸ bis 1 × 10²⁰ cm^–3 beträgt. Wenn Zn als Dotiermaterial vom p-Typ eingesetzt wird, liegt der Zn-Gehalt vorzugsweise bei einer Dichte von 2 × 10¹⁸ bis 6 × 10¹⁹ cm^–3.
Wenn B als Dotiermaterial eingesetzt wird, wird es in einem Atomverhältnis in Bezug auf Si von 0,001 bis 1.000 verwendet. Normalerweise wird B in einer Atomkonzentration von 1 × 10¹⁷ bis 1 × 10²⁰ cm^–3 eingesetzt.
Während die vorliegende Erfindung wirksam ist, wenn sie entweder beim vertikalen oder horizontalen Schiftchenzüchtungsverfahren eingesetzt wird, ist ihre Verwendung beim vertikalen Schiffchenverfahren am stärksten zu bevorzugen, weil dann das Herstellungsverfahren für scheibenförmige Wafer höhere Ausbeute aufweist, größere Wafer hergestellt werden können und Einkristalle mit geringerer Fehlordnungsdichte produziert werden können.
Gemäß vorliegender Erfindung kann ein großer GaAs-Einkristall-Halbleiterwafer vom p-Typ hergestellt werden, dessen mittlere Fehlordnungsdichte gleich oder kleiner als 500 cm^–2 ist, dessen Oberfläche (Abmessungen einer Fläche) größer als 20 cm² ist, dessen Gesamtfläche beider Seiten größer als 40 cm² ist und dessen Durchmesser über 50,8 mm (2 Zoll) beträgt und tatsächlich gleich oder größer als 2,5 Zoll (Fläche gleich oder größer als 31 cm² pro Seite) oder 3 Zoll (Fläche gleich oder größer als 45 cm² pro Seite) ist.
Ein Einkristall-Halbleiterwafer mit runder Gestalt kann mithilfe des oben beschriebenen Schiffchenzüchtungsvertahrens gemäß vorliegender Erfindung effizient herge stellt werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Herstellung solcher scheibenförmiger Einkristall-Halbleiterwafer beschränkt, sondern kann auch für andere Einkristall-Halbleiterwafer mit verschiedenen Gestalten, wie beispielsweise quadratischer Gestalt, verwendet werden, solange die Merkmale des Wafers den Anforderungen gemäß vorliegender Erfindung entsprechen.
Wenn zumindest ein Teil von Si durch ein Dotiermaterial mit einer Verunreinigung aus Si und/oder Te ersetzt wird, kann die gleiche Wirkung erzielt werden wie mit der Verwendung von Si alleine.
Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß vorliegender Erfindung ein GaAs-Einkristall vom p-Typ mit geringer Fehlordnungsdichte erhalten werden, wenn ein GaAs-Einkristall Si und ein Dotiermaterial vom p-Typ, oder wenn der Kristall mit Si dotiert wird, und B und ein Dotiermaterial vom p-Typ enthält. Da Si bei einer Dichte, die etwa 1/10 der von In beträgt, geringe Fehlordnungswirkung aufweist, ist eine Dotierung mit einer geringen Menge Si erforderlich, und während der Herstellung eines Kristalls kommt es nur selten zu konstitutioneller Unterkühlung aufgrund von Segregation. Daher kann eine hohe Ausbeute für einen GaAs-Einkristall vom p-Typ mit geringer Fehlordnungsdichte erhalten werden.
Im Vergleich mit herkömmlichen Kristallen können so erhaltene GaAs-Einkristalle vom p-Typ und GaAs-Einkristall-Wafer vom p-Typ geringe Fehlordnungsdichten von 500 cm^–2, insbesondere von weniger als 400 cm^–2, aufweisen. Wenn solch ein Halbleiterwafer als Verbindungshalbleiterlaserwafer verwendet wird, kann ein Laser mit einem hoher Lichtemissionsleistung und langer Betriebsdauer erhalten werden.
Ausführungsform 1
Wie in 1 dargestellt ist, wurde ein GaAs-Impfkristall (3) auf den Boden eines pBN- (wärmezersetzten Bornitrid-) Tiegels (1) mit einem Durchmesser von 3 Zoll geladen, und 4.000 g eines GaAs-Polykristalls (4) und 50 g B₂O₃ (5) wurden darüber geladen. Dann wurden 1,5 g Zn (6) und 0,5 g Si (7) zugesetzt, und der Tiegel (1) wurde im Vakuum in einer Quarzampulle (2) abgedichtet.
Die Quarzampulle (2) wurde in einen Schmelzofen gegeben, wo sie mithilfe einer Heizvorrichtung (8) erhitzt wurde, und eine Impfung fand statt, als der GaAs-Polykristall (4) und ein Teil des Impfkristalls (3) geschmolzen waren. Die Quarzampulle (2) wurde abgekühlt, während ein Temperaturabfall von 3 bis 5°C/cm aufrecht erhalten wurde, und ein GaAs-Einkristall wurde erhalten.
Der Einkristall wurde in Scheiben geschnitten, und ein 3-Zoll-GaAs-Wafer mit einer Fläche von 45 cm² pro Seite und einer Kristallfläche (100) wurde erhalten, der 30 min lang einer KOH-Schmelzätzung unterzogen wurde. Die Fehlordnungsdichte wurde dann gemessen, indem der Wafer durch ein Lichtmikroskop betrachtet wurde. Die herausgeätzten Grübchen pro Fläche von 1 × 1 mm im Gesichtsfeld des Mikroskops wurden gezählt, und das Ergebnis wurde mit 100 multipliziert, um die Fehlordnungsdichte für 1 cm² zu erhalten. Messungen wurden an 37 Stellen in Abständen von 10 mm durchgeführt, um die mittlere Fehlordnungsdichte zu erhalten.
Die mittlere Fehlordnungsdichte betrug 180 cm^–2. Die Trägerkonzentration des Wafers betrug 1,2 × 10¹⁹ cm^–3, was auf einen leitfähigen Wafer vom p-Typ hinweist. Und die Verunreinigungsdichte, die durch Messung des Wafers mittels SIMS bestimmt wurde, entsprach den in Tabelle 1 angeführten Werten.
Fünf Kristalle wurden unter den oben beschriebenen Bedingungen gezüchtet, und alle erhaltenen Kristalle waren Einkristalle.
Vergleichsbeispiel 1
Wie in 2 dargestellt ist, wurde ein GaAs-Impfkristall (3) auf den Boden eines Quarztiegels (1) mit einem Durchmesser von 3 Zoll geladen, und 4.000 g eines GaAs-Polykristalls (4) wurden darüber geladen. Dann wurden 1,5 g Zn (6) und 0,5 g Si (7) zugesetzt, und der Tiegel (1) wurde im Vakuum in einer Quarzampulle (2) abgedichtet.
Die Quarzampulle (2) wurde in einen Schmelzofen gegeben, wo sie mithilfe einer Heizvorrichtung (8) erhitzt wurde, und eine Impfung fand statt, als der GaAs-Polykristall (4) und ein Teil des Impfkristalls (3) geschmolzen waren. Die Quarzampulle (2) wurde abgekühlt, während ein Temperaturabfall von 3 bis 5 °C/cm aufrecht erhalten wurde, und ein GaAs-Einkristall wurde erhalten.
Der Einkristall wurde in Scheiben geschnitten, und ein 3-Zoll-GaAs-Wafer mit einer Kristallfläche (100) wurde erhalten, der 30 min lang einer KON-Schmelzätzung unterzogen wurde. Die Fehlordnungsdichte wurde dann auf dieselbe Weise wie in Ausführungsform 1 gemessen, und die mittlere Fehlordnungsdichte betrug 380 cm^–2.
Die Trägerkonzentration des Wafers betrug 1,5 × 10¹⁹ cm^–3, was auf einen leitfähigen Wafer vom p-Typ hinweist. Und die Verunreinigungsdichte, die durch Messung des Wafers mittels SIMS bestimmt wurde, entsprach den in Tabelle 1 angeführten Werten.
Fünf Kristalle wurden unter den oben beschriebenen Bedingungen gezüchtet, und alle erhaltenen Kristalle waren Einkristalle.
Vergleichsbeispiel 2
Wie in 3 dargestellt ist, wurden 2.750 g Ga (9), 3,0 g Zn (6) und 0,2 g Si (7) in ein horizontales Quarzschiffchen (10) geladen, an dessen einem Ende ein GaAs-Impfkristall (3) angeordnet war. Im Vakuum wurde das Quarzschiffchen (10) und metallisches Arsen (11) dann in einer Quarzampulle (2) abgedichtet.
Die Quarzampulle (2) wurde in einen Schmelzofen gegeben, wo sie mithilfe einer Heizvorrichtung (8) erhitzt wurde, um GaAs-Schmelze herzustellen, und eine Impfung fand statt, als ein Teil des GaAs-Impfkristalls (3) geschmolzen war. Die Quarzampulle (2) wurde abgekühlt, während ein Temperaturabfall von 0,5 bis 3 °C/cm aufrecht erhalten wurde, und ein GaAs-Einkristall wurde erhalten.
Der Einkristall wurde in Scheiben geschnitten, und ein 2-Zoll-GaAs-Wafer mit einer Kristallfläche (100) wurde erhalten, der 30 min lang einer KOH- Schmelzätzung unterzogen wurde. Dann wurde die Fehlordnungsdichte auf dieselbe Weise wie in Ausführungsform 1 gemessen, mit der Ausnahme, dass die Messungen an 69 Stellen in Abständen von 5 mm vorgenommen wurden. Die mittlere Fehlordnungsdichte betrug 420 cm^–2.
Die Trägerkonzentration des GaAs-Wafers betrug 2,1 × 10¹⁹ cm^–3, was auf Leitfähigkeit vom p-Typ hinweist. Die Verunreinigungsdichte, die durch Messung des Wafers mittels SIMS bestimmt wurde, entsprach den in Tabelle 1 angeführten Werten.
Als unter den oben beschriebenen Bedingungen fünf Kristalle gezüchtet wurden, waren alle erhaltenen Kristalle Einkristalle.
Vergleichsbeispiel 3
Ein GaAs-Einkristall wurde auf dieselbe Weise wie in Ausführungsform 1 gezüchtet, mit der Ausnahme, dass 0,01 g Si zugesetzt wurden. Die Fehlordnungsdichte des so erhaltenen GaAs-Wafers wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Ausführungsform 1 gemessen, und die mittlere Dichte in einer Ebene betrug 1.810 cm^–2. Die Verunreingungsdichte, die durch Messung des Wafers mittels SIMS bestimmt wurde, entsprach den in Tabelle 1 angeführten Werten.
Vergleichsbeispiel 4
Das Verfahren zur Züchtung von GaAs-Einkristallen wurde fünf Mal auf dieselbe Weise wie in Ausführungsform 1 wiederholt, mit der Ausnahme, dass 1,5 g Si zugesetzt wurden. Viele winzige Substanzablagerungen wurden durch Verunreinigungen gebildet, und nur ein einziger Einkristall wurde erhalten. Die Fehlordnungsdichte eines GaAs-Wafers, der durch Schneiden des produzierten Einkristalls erhalten wurde, wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Ausführungsform 1 gemessen, und die mittlere Dichte in einer Ebene betrug 2.840 cm^–2. Die Verunreinigungsdichte, die durch Messung des Wafers mittels SIMS bestimmt wurde, entsprach den in Tabelle 1 angeführten Werten.
Wie aus Tabelle 1 erkennbar ist, wird, wenn das Ergebnis von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung mit den Ergebnissen der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 verglichen wird, klar, dass für eine Flächeneinheit eine geringe Ätzgrübchendichte erhalten werden kann, indem eine Kombination der Dichten von Zn und Si und B verwendet wird.
Wie in der obigen Ausführungsform beschrieben wurde, kann gemäß vorliegender Erfindung durch Dotierung mit Si, einem Dotiermaterial vom p-Typ und B ein GaAs-Einkristall vom p-Typ mit geringer Fehlordnungsdichte erhalten werden. Folglich kann ein Verbindungshalbleiterlaser oder eine Leuchtdiode mit hoher Leistung und langer Lebensdauer produziert werden, indem der so erhaltene GaAs-Einkristall-Halbleiterwafer vom p-Typ verwendet wird.

Claims

GaAs-Einkristall vom p-Typ, der Si, ein Dotiermaterial vom p-Typ und B enthält, worin das Dotiermaterial vom p-Typ in einem Atomverhältnis in Bezug auf Si von 1,5 bis 200 vorliegt und B in einem Atomverhältnis in Bezug auf Si von 0,001 bis 1.000 vorliegt.
GaAs-Einkristall vom p-Typ nach Anspruch 1, worin das Atomverhältnis zwischen dem Dotiermaterial vom p-Typ und Si im Bereich von 2 bis 100 liegt.
GaAs-Einkristall vom p-Typ nach Anspruch 1 oder 2, worin der Si-Gehalt eine Atomkonzentration von 1 × 10¹⁷ bis 5 × 10¹⁹ cm^–3 aufweist.
GaAs-Einkristall vom p-Typ nach Anspruch 3, worin der Si-Gehalt eine Atomkonzentration von 1 × 10¹⁷ bis 1 × 10¹⁹ cm^–3 aufweist.
GaAs-Einkristall vom p-Typ nach Anspruch 1 oder 2, worin der Gehalt des Dotiermaterials vom p-Typ eine Atomkonzentration von 1,1 × 10¹⁷ bis 1 × 10²⁰ cm^–3 aufweist.
GaAs-Einkristall vom p-Typ nach Anspruch 5, worin der Gehalt des Dotiermaterials vom p-Typ eine Atomkonzentration von 2 × 10¹⁸ bis 6 × 10¹⁹ cm^–3 aufweist.
GaAs-Einkristall vom p-Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Dotiermaterial vom p-Typ ein aus C, Be, Zn, Cd, Li, Ge, Au, Mn, Ag, Pb, Co, Ni, Cu und Fe ausgewähltes Element ist.
GaAs-Einkristall vom p-Typ nach Anspruch 7, worin das Dotiermaterial vom p-Typ Zn ist.
GaAs-Einkristall vom p-Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin der B-Gehalt eine Atomkonzentration von 1 × 10¹⁷ bis 1 × 10²⁰ cm^–3 aufweist.
GaAs-Einkristall vom p-Typ nach Anspruch 1, worin zumindest ein Teil des Si durch Se und/oder Te ersetzt ist.
GaAs-Einkristall vom p-Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin die Trägerkonzentration von 1 × 10¹⁸ bis 5 × 10¹⁹ cm^–3 beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines GaAs-Einkristalls vom p-Typ unter Einsatz eines Schiffchenzüchtungsverfahrens, das Si, ein Dotiermaterial vom p-Typ und B umfasst, wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst: das Laden von Si, einem Dotiermaterial vom p-Typ und B in einen Abscheidungsbehälter, so dass im GaAs-Einkristall vom p-Typ, der dort gebildet wird, Si in einer Atomkonzentration von 1 × 10¹⁷ bis 5 × 10¹⁹ cm^–3, das Dotiermaterial vom p-Typ in einem Atomverhältnis in Bezug auf Si von 1,5 bis 200 und B in einem Atomverhältnis in Bezug auf Si von 0,001 bis 1.000 vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 12 zur Herstellung eines GaAs-Einkristalls vom p-Typ, weiters die folgenden Schritte umfassend: das Anordnen eines GaAs-Impfeinkristalls an einem Ende des Abscheidungsbehälters; das Anordnen zumindest eines Teils eines GaAs-Kristallwachstumsmaterials und des Dotiermaterials im Abscheidungsbehälter; das Erhitzen des Abscheidungsbehälters und seiner Umgebung; das Einstellen von Schmelz-GaAs, in dem das Dotiermaterial enthalten ist, im Abscheidungsbehälter; das Vornehmen von Impfung; und das Abkühlen des Abscheidungsbehälters, um das Wachstum des GaAs-Einkristalls vom p-Typ zu begrenzen.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, worin Si und Zn, das ein auf p-Typ hinweisendes Dotiermaterial in einem GaAs-Einkristall ist, in einen Abscheidungsbehälter geladen werden, so dass der Si-Gehalt eine Atomkonzentration von 1 × 10¹⁷ bis 1 × 10¹⁹ cm^–3 aufweist und Zn eine Atomkonzentration von 2 × 10¹⁸ bis 6 × 10¹⁹ cm^–3 aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, worin der B-Gehalt eine Atomkonzentration von 1 × 10¹⁷ bis 1 × 10²⁰ cm^–3 aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, worin der Abscheidungsbehälter ein horizontaler Schiffchenbehälter ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, worin der Abscheidungsbehälter ein vertikaler Schiffchenbehälter ist.