JP2001354499A - GaAs単結晶ウエハ - Google Patents
GaAs単結晶ウエハInfo
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Abstract
低く抑制し、これによって光ピックアップ用半導体レー
ザの基板等への適用を可能にしたZnドープGaAs単
結晶ウエハを提供する。 【解決手段】ZnドープGaAs中に、1×1017〜2
×1018cm-3の濃度のシリコンと1×1018〜5×1
018cm-3の濃度のホウ素を含有させる。
Description
エハに関し、特に、平均転位密度の低いZnドープ型G
aAs単結晶ウエハに関する。
等に使用される半導体レーザには、垂直ブリッジマン法
(VB法あるいはVGF法)により成長させた低転位密
度のGaAsウエハを基板とし、この上に所定のエピタ
キシャル層を成長させたものが使用されており、通常、
このための基板としては、Znドープのp型ウエハおよ
びシリコンドープのn型ウエハのなかから、特に、シリ
コンをドープしたn型ウエハが選択されて使用されるこ
とが多い。
しており、従って、シリコンをドープするだけで平均転
位密度が100個/cm2 以下という優れた特性のGa
As単結晶を容易に成長させることができ、このため、
低転位密度を特に要求される光ピッアップ用半導体レー
ザの基板としては、この低転位密度を有したn型GaA
s単結晶ウエハが多く用いられている。
s単結晶ウエハによると、Znをドープしてp型ウエハ
とし、これを光ピッアップ用半導体レーザの基板に適用
しようとするとき、転位密度の高さからこの種用途への
適用を難しくする。
は、これをVB法によって成長させたとしても、その転
位密度は1,000個/cm2 程度にしか減少しない。
これは、Znが不純物硬化作用を有していないことによ
るもので、このように大きな転位密度は、半導体レーザ
の通電特性を劣化させるように作用し、この種用途には
適さない。
型ウエハ並みに平均転位密度を低く抑制し、これによっ
て光ピッアップ用半導体レーザの基板等への適用を可能
にしたZnドープ型GaAs単結晶ウエハを提供するこ
とにある。
達成するため、GaAsにZnをドープした単結晶ウエ
ハより構成され、前記単結晶ウエハは、濃度が1×10
17〜2×1018cm-3のシリコン(Si)と、濃度が1
×1018〜5×1018cm-3のホウ素(B)を含有する
ことを特徴とするGaAs単結晶ウエハを提供するもの
である。
は、以下による。即ち、ZnドープのGaAsに対して
Siの混入だけで所定の低転位密度とするためには、多
量のSiの混入が必要となるところを、これをBと併用
することによって、比較的少ないSi量による低転位密
度化を可能にするものである。このための前提が上記し
たSiおよびBの濃度範囲であり、その設定理由は、以
下の通りである。
18cm-3に設定する理由は、濃度がこの範囲を下廻る
と、Siによる不純物硬化作用が不足して低転位密度化
の効果が不充分となり、逆に、この範囲を超過すると、
Siの格子間析出によるシャローピットが発生して製品
化を難しくするためである。
cm-3に設定する理由は、Bの濃度が1×1018cm-3
未満になると、Siと同様に不純物硬化作用を有するB
の混入効果に充分なものが得られず、逆に、5×1018
cm-3を超えると、BとAsの化合物が発生して固液界
面のメニスカスを乱し、この化合物が多結晶成長の核と
なって、単結晶成長の歩留まりを低下させるように作用
するためである。
側から見た場合にも同様のことがいえ、B単独によって
低転位密度化を図ることは、やはり、多量のBの混入を
必要とし、上記と同じ多量混入による悪影響を招くこと
になるので好ましくない。
ドープ型GaAs単結晶ウエハは、100個/cm2 以
下の平均転位密度を有することによって特徴づけられ、
これにより従来困難であった光ピッアップ用半導体レー
ザの基板等への適用が保証される。また、このウエハに
おけるキャリア濃度としては、1×1019cm-3以上に
設定することが好ましく、キャリア濃度がこれより少な
くなると、比抵抗が高くなり、電流密度の高い使い方を
する半導体レーザ用としては好ましくない。
晶ウエハの実施の形態を説明する。図1は、ウエハの成
長に使用されたVB装置を示し、1は結晶成長用高温
炉、2はAs圧制御用低温炉を示す。3は上方の大径部
3aを高温炉1内に配置し、As圧制御用As4を収容
した小径部3bの先端を低温炉2内に配置した石英アン
プルを示し、炉1および2内を上下に昇降するように構
成されている。5は下端の小径部5a内に種結晶6を収
容し、その上方にGaAs多結晶材7を収容したPBN
るつぼを示す。
成長は、以下のように行われた。
圧制御用As4を5g入れる一方、PBNるつぼ5内の
種結晶6の上に3,000gのGaAs多結晶材7を収
容し、さらに、この多結晶材7の中に、ドーパントとし
てのZnを1.5g、Siを0.4g、およびBを1.
5g混入した。
1,200℃と約600℃に昇温させるとともに、高温
炉1の内部に上方が高く下方が低い約5.0deg/c
mの温度勾配を形成し、引き続き、炉を昇温ざせること
によってGaAs多結晶材7を溶解し、溶解した多結晶
材7を種結晶6にシード付けした後、石英アンプル3を
2.0mm/hrの速度で下降させ、これによって種結
晶4上にGaAs単結晶8を成長させた。
後、炉1および2を5〜50deg/hrの速度で室温
まで冷却し、単結晶8を外部に取り出した。得られた直
径3インチおよび長さ100mmの単結晶ウエハの種結
晶側とテール側からサンプルを切り出し、その転位密度
を測定したところ、いずれの側のサンプルも平均100
個/cm2 以下の良好な転位密度を示した。
施した結果、結晶長さ方向に対してnp =1.2〜3.
5×1019cm-3の濃度分布を示していることが確認さ
れ、さらに、SiおよびBの濃度も、種結晶側において
nSi=4×1017cm-3およびnB =1.1×1018c
m-3を示し、テール側においてnSi=2×1018cm-3
およびnB =5.0×1018cm-3を示した。いずれ
も、本発明が規定する濃度範囲内であり、また、結晶全
長にわたって、BとAsの化合物、あるいはシャローピ
ット等の欠陥発生は認められなかった。
定し、他を同じ条件とすることにより単結晶8の成長を
行った。結果は、目標の上限である約100個/cm2
の平均転位密度を示した。Si濃度の測定結果は、1×
1017cm-3であり、この濃度が、100個/cm2 以
下の転位密度を得るための下限値であることが確認され
た。この下限値を下廻ることは、100個/cm2 を超
える転位密度の増大を招くことになり、避けなければな
らない。
Bを混入せず、他を同じ条件に設定することにより単結
晶8の成長を行った。結果は、種結晶側の平均転位密度
が約500個/cm2 を示し、目標値100個/cm2
以下をクリアできなかった。
し、B量をゼロとした以外、他を同じ条件に設定して単
結晶8の成長を行った。種結晶側において100個/c
m2 以下の転位密度が得られたが、結晶の成長後半にシ
ャローピット現象が発生し、製品に供する水準の品質が
得られなかった。
とした以外、他を同一条件に設定することによって単結
晶8の成長を行ったところ、100個/cm2 以下の平
均転位密度が得られた。しかし、BとAsの化合物と思
われる析出物が結晶8の肩部cに付着し、固液界面のメ
ニスカスを乱したため、単結晶の成長を望めないことが
確認された。B濃度は、種結晶側においてnB =2×1
018cm-3を示し、テール側でnB =2×1019cm-3
を示した。この例より、過剰なBの混入は避ける必要が
あり、B濃度としては、種結晶側で2×1018cm-3よ
り低く押える必要がある。
と実施結果をまとめたものであり、データは、結晶の種
結晶側の値を示している。
Bを併用し、しかも、前者の濃度を1×1017〜2×1
018cm-3に設定し、後者の濃度を1×1018〜5×1
018cm-3に設定したものが、BおよびAsの化合物あ
るいはシャローピット等の欠陥を発生させることなく1
00個/cm2 以下の平均転位密度を達成できることが
実証されており、本発明による効果が充分に現れてい
る。
の形で混入したが、Bの代わりにB 2O3を混入してもよ
い。B2O3 をSiとともに混入することによってB2O
3がSiで還元され、この結果、Bが生成して所定のB
ドープが行われることになる。従って、この場合のSi
の混入量としては、還元に消費される分を想定しておく
必要がある。
As単結晶ウエハによれば、ZnドープGaAsに1×
1017〜2×1018cm-3の濃度のSiと1×1018〜
5×1018cm-3の濃度のBを含有させることによっ
て、平均転位密度が100個/c m2 以下の優れた特
性を有したZnドープ型GaAs単結晶ウエハを提供す
るものであり、従って、CDあるいはDVDのピッアッ
プのためのレーザ用半導体のp型基板等へのZnドープ
型GaAs単結晶ウエハの適用を実現するうえにおい
て、その有用性は大である。
態において使用された垂直ブリッジマン法成長装置を示
す説明図。
Claims (2)
- 【請求項1】GaAsにZnをドープした単結晶ウエハ
より構成され、 前記単結晶ウエハは、濃度が1×1017〜2×1018c
m-3のシリコンと、濃度が1×1018〜5×1018cm
-3のホウ素を含有することを特徴とするGaAs単結晶
ウエハ。 - 【請求項2】前記単結晶ウエハは、100個/cm2 以
下の平均転位密度と、1×1019cm-3以上のキャリア
濃度を有することを特徴とする請求項1項記載のGaA
s単結晶ウエハ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000177292A JP3818023B2 (ja) | 2000-06-13 | 2000-06-13 | GaAs単結晶の製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011527280A (ja) * | 2008-07-11 | 2011-10-27 | フライベルガー・コンパウンド・マテリアルズ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 低い光吸収係数を有するドープされた砒化ガリウム基板ウエハを製造するための方法 |
CN103361713A (zh) * | 2007-06-06 | 2013-10-23 | 弗赖贝格化合物原料有限公司 | 晶体 |
US8771560B2 (en) | 2005-07-01 | 2014-07-08 | Freiberger Compound Materials Gmbh | Process for the manufacture of doped semiconductor single crystals, and III-V semiconductor single crystal |
US8815392B2 (en) | 2008-07-11 | 2014-08-26 | Freiberger Compound Materials Gmbh | Process for producing doped gallium arsenide substrate wafers having low optical absorption coefficient |
CN104109906A (zh) * | 2009-01-09 | 2014-10-22 | 住友电气工业株式会社 | 单晶制造装置、单晶的制造方法及单晶 |
-
2000
- 2000-06-13 JP JP2000177292A patent/JP3818023B2/ja not_active Expired - Lifetime
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