JP2001354499A - GaAs単結晶ウエハ - Google Patents

GaAs単結晶ウエハ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】シリコンドープ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
18cm-3の濃度のホウ素を含有させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、GaAs単結晶ウ
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。
【0002】
【従来の技術】CDあるいはDVD等の光ピックアップ
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。
【0003】シリコンは、不純物を硬化させる性質を有
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。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のGaA
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。
【0005】即ち、ZnをドープしたGaAs単結晶
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。
【0006】従って、本発明の目的は、シリコンドープ
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。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
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。
【0008】本発明においてSiとBを併用する理由
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。
【0009】まず、Siの濃度を1×1017〜2×10
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。
【0010】また、Bの濃度を1×1018〜5×1018
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。
【0011】なお、以上のSiとBの併用効果は、Bの
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。
【0012】以上のSi濃度およびB濃度を有するZn
ドープ型GaAs単結晶ウエハは、100個/cm2
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。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明によるGaAs単結
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。
【0014】この実施の形態のGaAs単結晶ウエハの
成長は、以下のように行われた。
【実施例1】石英アンプル3の小径部3bの先端にAs
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。
【0015】次に、高温炉1と低温炉2をそれぞれ約
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。
【0016】次いで、単結晶8が全長にわたり成長した
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。
【0017】また、パウ法によるキャリア濃度測定を実
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
Si=4×1017cm-3およびnB =1.1×1018
-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。
【0018】
【実施例2】実施例1において、Si量を0.1gに設
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
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。
【0019】
【比較例1】実施例1において、GaAs多結晶材7に
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。
【0020】
【比較例2】実施例1において、Si量を1.0gと
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
2 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。
【0021】
【比較例3】実施例1において、Bの混入量を3.0g
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
18cm-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
り低く押える必要がある。
【0022】表1は、以上の実施例および比較例の内容
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。
【0023】
【表1】
【0024】表1によれば、ZnドープのもとにSiと
Bを併用し、しかも、前者の濃度を1×1017〜2×1
18cm-3に設定し、後者の濃度を1×1018〜5×1
18cm-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。
【0025】なお、前述の実施例においては、Bを単品
の形で混入したが、Bの代わりにB 23を混入してもよ
い。B23 をSiとともに混入することによってB2
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。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるGa
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるGaAs単結晶ウエハの実施の形
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。
【符号の説明】
1 結晶成長用高温炉 2 As圧制御用低温炉 3 石英アンプル 4 As圧制御用As 5 PBNるつぼ 6 種結晶 7 GaAs多結晶材 8 単結晶
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大西 正哉 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社日高工場内 (72)発明者 井谷 賢哉 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社日高工場内 Fターム(参考) 4G077 AB01 CD04 EB01 EB05 5F073 CB02 CB19 DA02 DA35 EA29

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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1×1017〜2×1018
    -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。
  2. 【請求項2】前記単結晶ウエハは、100個/cm2
    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。
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