JP2003206200A - p-TYPE GaAs SINGLE CRYSTAL AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME - Google Patents

p-TYPE GaAs SINGLE CRYSTAL AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME

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JP2003206200A
JP2003206200A JP2002003482A JP2002003482A JP2003206200A JP 2003206200 A JP2003206200 A JP 2003206200A JP 2002003482 A JP2002003482 A JP 2002003482A JP 2002003482 A JP2002003482 A JP 2002003482A JP 2003206200 A JP2003206200 A JP 2003206200A
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JP
Japan
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single crystal
type gaas
concentration
crystal
type
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Application number
JP2002003482A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaya Itani
賢哉 井谷
Masaya Onishi
正哉 大西
Chikafumi Komata
慎史 小又
Seiji Mizuniwa
清治 水庭
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a p-type GaAs single crystal having an average dislocation density of ≤100/cm<SP>-2</SP>, and to provide a method for producing the same. <P>SOLUTION: The p-type GaAs single crystal has an average dislocation density of ≤100/cm<SP>-2</SP>and contains Si, Zn, B and In as dopants. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、低転位化したp型G
aAs単結晶及びその製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a low dislocation-type p-type G
The present invention relates to an aAs single crystal and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、大容量の情報を高速に伝達するた
めの光デバイスとして、GaAs等の化合物半導体材料を利
用したレーザダイオードの開発が進められている。この
ような光デバイスはヘテロ構造を有する多層薄膜からな
り、その薄膜は一般に気相エピタキシャル法あるいは分
子線エピタキシャル法により形成されている。光デバイ
スには特性の安定性と長寿命が強く求められるため、エ
ピタキシャル層の欠陥密度はできるだけ低いことが必要
であり、したがってエピタキシャル層形成の下地となる
半導体基板は低転位密度であることが要求される。
2. Description of the Related Art Recently, a laser diode using a compound semiconductor material such as GaAs has been developed as an optical device for transmitting a large amount of information at high speed. Such an optical device is composed of a multi-layered thin film having a heterostructure, and the thin film is generally formed by a vapor phase epitaxial method or a molecular beam epitaxial method. Since optical devices are strongly required to have stable characteristics and long life, it is necessary that the defect density of the epitaxial layer is as low as possible. Therefore, it is required that the semiconductor substrate used as the base for forming the epitaxial layer has a low dislocation density. To be done.

【0003】一般に、デバイス用基板は半導体単結晶か
ら切り出される。半導体単結晶の製造方法には気相成長
法、液相成長法、固相成長法があるが、化合物半導体単
結晶の作製には液相成長法を使用することが多い。液相
成長法の一つである原料融液を種結晶から固化して成長
させる方法には、水平ブリッジマン法、垂直ブリッジマ
ン法、グラジェント・フリージング法(GF法)、及びチ
ョクラルスキー法(CZ法)とその改良法(例えば、液体
封止チョクラルスキー法(LEC法))等がある。
Generally, a device substrate is cut out from a semiconductor single crystal. There are a vapor phase growth method, a liquid phase growth method and a solid phase growth method as a method for producing a semiconductor single crystal, but a liquid phase growth method is often used for producing a compound semiconductor single crystal. One of the liquid phase growth methods, the method of solidifying and growing the raw material melt from the seed crystal includes horizontal Bridgman method, vertical Bridgman method, gradient freezing method (GF method), and Czochralski method. (CZ method) and its improved methods (for example, liquid sealed Czochralski method (LEC method)) and the like.

【0004】近年、φ3”(76.2 mm)を超える大型で、
しかも低転位密度のGaAs結晶を得る方法として、液体封
止引上法(LEC法)に代わって、垂直ブリッジマン法(V
ertical Bridgman Method:VB法)が注目されている。
例えばVB法によりGaAs系化合物半導体単結晶を形成する
場合、下部にGaAsの種結晶を載置した結晶成長容器の内
部にGaとAs又はGaAsからなる原料を充填し、加熱により
融解した原料融液を含む成長容器を上下方向に温度勾配
が設けられた空間を移動させて、下(種結晶側)から上
に向けて結晶化させる。そのため、種結晶からその表面
に垂直な方向に単結晶が成長する。このようにして、VB
法により結晶欠陥が少ない高品質で大径の化合物半導体
単結晶を作製できる。VB法の他に垂直温度勾配凝固法
(VerticalGradient Freeze Method:VGF法)もある。V
GF法は、下端に単結晶を載置した容器の位置を固定し
て、VB法の炉内温度勾配を維持したまま炉内温度を一定
速度で降温することにより、種結晶の表面に垂直な方向
に単結晶を成長させる以外、本質的にVB法と同じであ
る。
[0004] In recent years, large size exceeding φ3 "(76.2 mm),
Moreover, as a method for obtaining a GaAs crystal with a low dislocation density, the vertical Bridgman method (V
The ertical Bridgman method (VB method) is drawing attention.
For example, when forming a GaAs-based compound semiconductor single crystal by the VB method, a raw material melt prepared by filling a raw material consisting of Ga and As or GaAs into a crystal growth container in which a GaAs seed crystal is placed below and melting it by heating. The growth container containing is moved in a space in which a temperature gradient is provided in the vertical direction, and crystallized from the bottom (seed crystal side) to the top. Therefore, a single crystal grows from the seed crystal in a direction perpendicular to its surface. In this way, VB
By this method, a high-quality compound semiconductor single crystal with few crystal defects can be manufactured. In addition to the VB method, there is also a vertical temperature gradient freezing method (VGF method). V
The GF method fixes the position of the container on which the single crystal is placed at the lower end, and lowers the temperature in the furnace at a constant rate while maintaining the temperature gradient in the furnace of the VB method, so that the surface of the seed crystal is perpendicular. This is essentially the same as the VB method, except that the single crystal is grown in the direction.

【0005】化合物半導体レーザー及びLEDには、素子
寿命、効率等の面で低転位基板が求められている。この
理由としては、上記の素子は高電流密度で動作するた
め、基板中に転位が存在した場合、その転位部で発熱
し、素子の劣化を招いてしまうためである。しかしなが
ら、従来のVB法によるp型GaAs基板の平均転位密度は、1
000 cm-2程度であり、低転位単結晶を歩留まり良く製造
することは困難であった。
For compound semiconductor lasers and LEDs, low dislocation substrates are required in terms of device life and efficiency. The reason for this is that the above element operates at a high current density, and if dislocations are present in the substrate, heat is generated at the dislocation portions, leading to deterioration of the element. However, the average dislocation density of the p-type GaAs substrate by the conventional VB method is 1
It was about 000 cm -2 , and it was difficult to manufacture low dislocation single crystals with high yield.

【0006】p型GaAs基板の低転位化を達成する手法の
一つとして、p型ドーパントであるZnの他にSi及びBをド
ープすることにより平均転位密度500 cm-2以下を実現す
る方式が、特開2000-86398号に記載されている。しかし
ながら、上記方式では、Si及びBのみの不純物硬化の効
果しか得られないため、平均転位密度が100 cm-2以下を
実現することは困難であった。
As one of the methods for achieving a low dislocation of a p-type GaAs substrate, there is a method of realizing an average dislocation density of 500 cm -2 or less by doping Si and B in addition to Zn which is a p-type dopant. , JP 2000-86398 A. However, in the above method, it is difficult to achieve the average dislocation density of 100 cm -2 or less because only the effect of hardening the impurities of Si and B can be obtained.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、平均
転位密度が100 cm-2以下のp型GaAs結晶及びその製造方
法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a p-type GaAs crystal having an average dislocation density of 100 cm -2 or less and a method for producing the same.

【0008】[0008]

【課題を解決する手段】上記目的に鑑み鋭意研究の結
果、本発明者等は、p型GaAs結晶にp型ドーパント、n型
ドーパント,中性原子をそれぞれ1品種ドープするのに
加え、中性原子であるInをドープすることで不純物硬化
作用を促進することが可能となり、これまで実現が困難
であった平均転位密度が100 cm-2以下のp型GaAsを容易
に得ることができることを発見し、本発明に想到した。
As a result of earnest research in view of the above object, the present inventors have found that in addition to doping p-type GaAs crystals with one type of p-type dopant, n-type dopant, and one neutral atom respectively, It has been discovered that by doping In, which is an atom, it is possible to accelerate the impurity hardening action, and it is possible to easily obtain p-type GaAs with an average dislocation density of 100 cm -2 or less, which was difficult to achieve until now. Then, the present invention was conceived.

【0009】すなわち、本発明のp型GaAs単結晶は、平
均転位密度が100 cm-2以下のp型GaAs単結晶であって、
ドーパントとして、Si,Zn,B及びInを含むことを特徴
とする。
That is, the p-type GaAs single crystal of the present invention is a p-type GaAs single crystal having an average dislocation density of 100 cm -2 or less,
The dopant is characterized by containing Si, Zn, B and In.

【0010】前記ドーパントとして、Siの一部がS,T
e,Sn及びSeからなる群から選ばれた少なくとも1種で
置換されていてもよく、Znの一部がC,Be,Cd,Li,G
e,Mg及びMnからなる群から選ばれた少なくとも1種で
置換されていてもよく、Bの一部がAl,Sb及びPからなる
群から選ばれた少なくとも1種で置換されていてもよ
く、Inの一部がAl,Sb及びPからなる群から選ばれた少
なくとも1種で置換されていてもよい。
As the dopant, a part of Si is S, T
It may be substituted with at least one selected from the group consisting of e, Sn and Se, and a part of Zn is C, Be, Cd, Li, G.
e, Mg and Mn may be substituted with at least one member selected from the group, and part of B may be substituted with at least one member selected from the group consisting of Al, Sb and P. , In may be partially substituted with at least one selected from the group consisting of Al, Sb and P.

【0011】前記ドーパントとして、Si原子を1.0×10
17〜5.0×1019個/cm3含有するのが好ましく、Zn原子を
1.0×1018〜1.0×1020個/cm3含有するのが好ましく、B
原子を1.0×1017〜5.0×1019個/cm3含有するのが好ま
しく、さらにIn原子を1.0×10 17〜5.0×1019個/cm3
有するのが好ましい。
As the dopant, Si atoms of 1.0 × 10
17~ 5.0 x 1019Pieces / cm3It is preferable to contain a Zn atom.
1.0 x 1018~ 1.0 x 1020Pieces / cm3Preferably contained, B
1.0 x 10 atoms17~ 5.0 x 1019Pieces / cm3Like to contain
In addition, 1.0 × 10 In atoms 17~ 5.0 x 1019Pieces / cm3Including
It is preferable to have.

【0012】キャリア濃度nが1.0×1017〜6.0×1019 cm
-3、移動度μが10〜300 cm2/V・sec、及び比抵抗ρが
0.001〜1.0Ω・cmの電気特性を有するのが好ましい。
Carrier concentration n is 1.0 × 10 17 to 6.0 × 10 19 cm
-3 , mobility μ is 10 ~ 300 cm 2 / V ・ sec, and specific resistance ρ is
It preferably has electrical properties of 0.001 to 1.0 Ω · cm.

【0013】平均転位密度が100 cm-2以下のp型GaAs単
結晶を製造する本発明の第1の製造方法は、ドーパント
を含むGaAs融液を含有するとともに種結晶を下部に設置
した結晶成長容器内で、下方から上方に向けて温度が上
昇する温度勾配下で融液を冷却することにより、種結晶
から上方に向けて前記単結晶を成長させ、その際ドーパ
ントとしてSi,Zn,B及びInを用いることを特徴とす
る。
A first production method of the present invention for producing a p-type GaAs single crystal having an average dislocation density of 100 cm -2 or less is a crystal growth in which a GaAs melt containing a dopant is contained and a seed crystal is placed below. In the vessel, by cooling the melt under a temperature gradient in which the temperature rises from the lower side to the upper side, the single crystal is grown upward from the seed crystal, and Si, Zn, B and It is characterized by using In.

【0014】平均転位密度が100 cm-2以下のp型GaAs単
結晶を製造する本発明の第2の製造方法は、ドーパント
を含むGaAs融液を含有するとともに種結晶を水平方向一
端に設置した結晶成長容器内で、種結晶側から水平方向
他端に向けて温度が上昇する温度勾配下で融液を冷却す
ることにより、種結晶側から単結晶を成長させ、その際
ドーパントとしてSi,Zn,B及びInを用いることを特徴
とする。
A second production method of the present invention for producing a p-type GaAs single crystal having an average dislocation density of 100 cm -2 or less contains a GaAs melt containing a dopant and a seed crystal is installed at one end in the horizontal direction. A single crystal is grown from the seed crystal side by cooling the melt under a temperature gradient in which the temperature rises from the seed crystal side to the other end in the horizontal direction in the crystal growth container. , B and In are used.

【0015】平均転位密度が100 cm-2以下のp型GaAs単
結晶を製造する本発明の第3の製造方法は、下端に種結
晶を設置した引き上げ軸をドーパントを含むGaAs融液か
らAs雰囲気中で引き上げることにより、融液から単結晶
を連続的に成長させ、その際ドーパントとしてSi,Zn,
B及びInを用いることを特徴とする。
A third manufacturing method of the present invention for manufacturing a p-type GaAs single crystal having an average dislocation density of 100 cm -2 or less is a pulling shaft having a seed crystal installed at the lower end of a GaAs melt containing a dopant and an As atmosphere. By pulling in, a single crystal is continuously grown from the melt, with Si, Zn, and
It is characterized by using B and In.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】[1] p型GaAs単結晶 p型GaAs単結晶の電気特性は、キャリア濃度範囲nが1.0
×1017〜6.0×1019m-3、移動度μが10〜300 cm2/V・se
c、及び比抵抗ρが0.001〜1.0Ω・cmであるのが好まし
い。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION [1] p-type GaAs single crystal p-type GaAs single crystal has a carrier concentration range n of 1.0
× 10 17 to 6.0 × 10 19 m -3 , mobility μ is 10 to 300 cm 2 / Vse
c and the specific resistance ρ are preferably 0.001 to 1.0 Ω · cm.

【0017】本発明のp型GaAs単結晶は、ドーパントと
してp型ドーパントZn、n型ドーパントSi、中性原子B、
及び中性原子Inを含むことを特徴とする。
The p-type GaAs single crystal of the present invention comprises p-type dopant Zn, n-type dopant Si, neutral atom B, and
And a neutral atom In.

【0018】上記p型GaAs単結晶の電気特性範囲で100 c
m-2以下の平均転位密度を実現できるドーパントの割合
を表1に示す。Zn原子の濃度は1.0×1018〜1.0×1020
/cm 3であり、Si原子の濃度は1.0×1017〜5.0×1019
/cm3であり、B原子の濃度は1.0×1017〜5.0×1019個/
cm3であり、In原子の濃度は1.0×1017〜5.0×1019個/c
m3であるのが好ましい。但し、In原子の濃度が1.0×10
19個/cm3を超えると不純物が析出してしまい、これが
エピタキシャル層に対して欠陥を引き起こす。そのた
め、通常In原子の濃度は1.0×1017〜1.0×1019個/cm3
の範囲となっているのが望ましい。
100 p in the electric characteristic range of the p-type GaAs single crystal
m-2Percentage of dopants that can achieve the following average dislocation densities
Is shown in Table 1. Zn atom concentration is 1.0 × 1018~ 1.0 x 1020Individual
/cm 3And the concentration of Si atoms is 1.0 × 1017~ 5.0 x 1019Individual
/cm3And the concentration of B atoms is 1.0 × 1017~ 5.0 x 1019Individual/
cm3And the concentration of In atoms is 1.0 × 1017~ 5.0 x 1019Pieces / c
m3Is preferred. However, the concentration of In atoms is 1.0 × 10
19Pieces / cm3If it exceeds, impurities will be deposited and this will
Causes defects in the epitaxial layer. That
Therefore, the concentration of In atoms is usually 1.0 × 1017~ 1.0 x 1019Pieces / cm3
It is desirable that it is within the range.

【0019】低転位化の効果は、Si原子の濃度が0.3×1
018個/cm3以上、B原子の濃度が0.3×1018個/cm3
上、及びIn原子の濃度が0.3×1018個/cm3以上で出始め
る。但し、上記3種類の合計濃度が1.5×1019個/cm3
超えた場合、不純物原子に起因する析出物が発生する。
このため、実用上使用されるキャリア濃度範囲(n=0.5
×1019〜4.0×1019 cm-3)の場合の各不純物の濃度とし
ては、Zn原子の濃度が0.5×1019〜6.0×1019個/cm3、S
i原子の濃度が0.3×1018〜5.0×1018個/cm3、B原子の
濃度が0.3×1018〜5.0×1018個/cm3、及びIn原子の濃
度が0.3×1018〜5.0×1018個/cm3であるのがより好ま
しい。
The effect of lowering the dislocation is that the concentration of Si atoms is 0.3 × 1.
0 18 / cm 3 or more, the concentration of B atoms is 0.3 × 10 18 / cm 3 or more, and the concentration of In atoms is 0.3 × 10 18 / cm 3 or more. However, when the total concentration of the above three types exceeds 1.5 × 10 19 pieces / cm 3 , precipitates due to impurity atoms are generated.
Therefore, the carrier concentration range (n = 0.5
In the case of × 10 19 to 4.0 × 10 19 cm -3 ), the concentration of each impurity is such that the concentration of Zn atoms is 0.5 × 10 19 to 6.0 × 10 19 pieces / cm 3 , S
i atom concentration is 0.3 × 10 18 to 5.0 × 10 18 atoms / cm 3 , B atom concentration is 0.3 × 10 18 to 5.0 × 10 18 atoms / cm 3 , and In atom concentration is 0.3 × 10 18 to 5.0 It is more preferable that the number is × 10 18 pieces / cm 3 .

【0020】[0020]

【表1】 [Table 1]

【0021】また、p型ドーパントZnの一部をC,Be,C
d,Li,Ge,Mg及びMnからなる群から選ばれた少なくと
も1種で置換しても同様の効果が得られ、またn型ドー
パントSiの一部をS,Te,Sn及びSeからなる群から選ば
れた少なくとも1種で置換しても同様の効果が得られ
る。さらに中性原子B又はInの一部をAl,Sb,Pからなる
群から選ばれた少なくとも1種で置換しても同様の効果
が得られる。但し、中性原子としては少なくともB及びI
nを含む2種類以上の原子が不純物として含まれ、且つ
中性原子の合計濃度が、0.5×1018個/cm3以上含まれて
いることが、低転位化の効果を得る上で望ましい。
Further, a part of the p-type dopant Zn is replaced with C, Be, C
The same effect can be obtained by substituting at least one selected from the group consisting of d, Li, Ge, Mg and Mn, and a part of the n-type dopant Si is composed of S, Te, Sn and Se. The same effect can be obtained by substituting at least one selected from Furthermore, the same effect can be obtained by substituting a part of the neutral atom B or In with at least one selected from the group consisting of Al, Sb, and P. However, as a neutral atom, at least B and I
It is desirable that two or more kinds of atoms including n are contained as impurities, and the total concentration of neutral atoms is 0.5 × 10 18 atoms / cm 3 or more in order to obtain the effect of reducing dislocation.

【0022】[2] 製造方法 本発明の平均転位密度が100 cm-2以下のp型GaAs単結晶
の製造方法として、水平ブリッジマン法(HB法)、水平
温度勾配凝固法(GF法)等の横型ボート法、垂直ブリッ
ジマン法(VB法)、垂直温度勾配凝固法(VGF法)等の
縦型ボート法、及びVCZ法(Vapor Pressure Controlled
Czochralski Method)のいずれも好ましく用いること
ができる。これらの中で、低転位化の効果を得るための
最も有効な成長方式としてVB法又はVGF法を用いるのが
より好ましい。
[2] Manufacturing Method As a method for manufacturing a p-type GaAs single crystal having an average dislocation density of 100 cm −2 or less according to the present invention, a horizontal Bridgman method (HB method), a horizontal temperature gradient solidification method (GF method), etc. Horizontal boat method, vertical Bridgman method (VB method), vertical boat method such as vertical temperature gradient solidification method (VGF method), and VCZ method (Vapor Pressure Controlled)
Any of the Czochralski Method) can be preferably used. Among these, it is more preferable to use the VB method or the VGF method as the most effective growth method for obtaining the effect of reducing dislocation.

【0023】(1) 第1の製造方法 本発明のp型GaAs単結晶を製造する第1の方法の一例を
図1を参照して説明する。図1はVB法による結晶成長炉
の概略を示す。結晶成長炉は、石英ガラス成長容器1、
石英ガラスキャップ2、結晶成長容器3、結晶受け台
4、及び加熱装置5を備える。p型GaAs単結晶を作製す
るには、まず結晶成長容器3の下端に種結晶6を配置
し、その上に結晶成長用原料となるGaAs(又はGa及びA
s)13、並びにドーパントとしてZn、Si及びIn(図中に
それぞれ10、11及び12により示す。)を配置する。さら
にその上にドーパントとして酸化ホウ素(B2O3)9を配
置する。次に加熱装置により結晶成長容器を加熱し、結
晶成長容器内でドーパントを含むGaAsの融液を作製す
る。このとき種結晶の一部を溶融して種付けを行い、次
いで石英ガラス成長容器1を加熱装置に対して低温側
(下方)に移動させる。これにより下方から上方に向け
て温度が上昇する温度勾配を形成し、ドーパントを含む
GaAsの融液を徐冷することにより下方(種結晶側)から
上方に向けてp型GaAs単結晶を成長させる。
(1) First Manufacturing Method An example of the first method for manufacturing the p-type GaAs single crystal of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows an outline of a crystal growth furnace by the VB method. The crystal growth furnace is composed of a quartz glass growth container 1,
A quartz glass cap 2, a crystal growth container 3, a crystal pedestal 4, and a heating device 5 are provided. In order to produce a p-type GaAs single crystal, first, a seed crystal 6 is placed at the lower end of the crystal growth container 3, and GaAs (or Ga and A) which is a raw material for crystal growth is placed on the seed crystal 6.
s) 13 and Zn, Si and In (indicated by 10, 11 and 12 in the figure) as dopants are arranged. Further, boron oxide (B 2 O 3 ) 9 is arranged as a dopant on it. Next, the crystal growth container is heated by a heating device, and a GaAs melt containing a dopant is produced in the crystal growth container. At this time, a part of the seed crystal is melted to perform seeding, and then the quartz glass growth container 1 is moved to the low temperature side (downward) with respect to the heating device. This forms a temperature gradient in which the temperature rises from the bottom to the top and contains the dopant.
By gradually cooling the melt of GaAs, a p-type GaAs single crystal is grown from the lower side (seed crystal side) to the upper side.

【0024】これに対してVGF法は、石英ガラス成長容
器1の位置を固定して、上下の温度勾配を維持したまま
徐々に温度を低下させることにより、VB法と同様の熱履
歴を内部の原料に与えて冷却固化させ、種結晶の表面に
垂直な方向に単結晶を成長させる。これ以外について
は、上記VB法と同様にしてp型GaAs単結晶を作製する。
On the other hand, in the VGF method, by fixing the position of the quartz glass growth container 1 and gradually lowering the temperature while maintaining the upper and lower temperature gradients, a thermal history similar to that of the VB method can be obtained. The single crystal is grown in the direction perpendicular to the surface of the seed crystal by supplying the raw material to solidify by cooling. Except for this, a p-type GaAs single crystal is produced in the same manner as the VB method.

【0025】(2) 第2の製造方法 本発明のp型GaAs単結晶を製造する第2の方法の一例を
図2を参照して説明する。図2はHB法による結晶成長炉
の概略を示す。結晶成長炉は石英反応管21、結晶成長容
器(石英ボート)22、拡散障壁23、及び加熱装置25を備
える。石英反応管21内に拡散障壁23を挟んで石英ボート
22と結晶成長用原料となるAs(図中に28により示す)と
を配置する。石英ボート22の水平方向一端(棚)に種結
晶26を設置し、石英ボート22内に結晶成長用原料となる
Ga(図中に29により示す)、並びにドーパントとしてZ
n、Si、B2O3及びInを設置する。次に石英反応管21内を
真空にした後、加熱装置25により石英反応管21を昇温
し、Asの一部を昇華させ、AsガスとGaを反応させて種結
晶に触れないようにしてドーパントを含むGaAs融液を作
製する。次に種結晶と融液を接触させ、種結晶側から水
平方向他端に向けて温度が上昇する温度勾配下でドーパ
ントを含むGaAs融液を徐冷することにより、種結晶から
水平方向他端に向けてp型GaAs単結晶を成長させる。な
お、上記結晶成長用原料としてGa及びAsの代わりにGaAs
多結晶を用いてドーパントを含むGaAs融液を作製しても
よい。
(2) Second Manufacturing Method An example of the second method for manufacturing the p-type GaAs single crystal of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows an outline of the crystal growth furnace by the HB method. The crystal growth furnace includes a quartz reaction tube 21, a crystal growth container (quartz boat) 22, a diffusion barrier 23, and a heating device 25. Quartz boat with diffusion barrier 23 sandwiched in quartz reaction tube 21
22 and As, which is a raw material for crystal growth (indicated by 28 in the figure), are arranged. A seed crystal 26 is set on one end (shelf) in the horizontal direction of the quartz boat 22 and is used as a raw material for crystal growth in the quartz boat 22.
Ga (denoted by 29 in the figure), as well as Z as a dopant
Install n, Si, B 2 O 3 and In. Next, after the inside of the quartz reaction tube 21 is evacuated, the temperature of the quartz reaction tube 21 is raised by the heating device 25 to sublimate a part of As, and the As gas and Ga are reacted so that the seed crystal is not touched. A GaAs melt containing a dopant is prepared. Next, the seed crystal and the melt are brought into contact with each other, and the GaAs melt containing the dopant is gradually cooled under a temperature gradient in which the temperature rises from the seed crystal side toward the other end in the horizontal direction. To grow a p-type GaAs single crystal. Note that GaAs instead of Ga and As was used as the raw material for crystal growth.
A polycrystalline GaAs melt containing a dopant may be prepared.

【0026】(3) 第3の製造方法 本発明のp型GaAs単結晶を製造する第3の方法の一例を
図3を参照して説明する。図3はVCZ法(蒸気圧制御チ
ョクラルスキー法)による結晶成長炉の概略を示す。結
晶成長炉は、るつぼ31、るつぼ軸32、引き上げ軸33、気
密容器34、加熱装置35、及び耐圧容器37を備える。まず
るつぼ31内に結晶成長原料となるGaAs多結晶(又はGa及
びAs)、B2O3、Zn、Si及びInを加え、加熱装置35により
るつぼ31及びその近傍を昇温してドーパントを含むGaAs
融液を作製する。気密容器34は、容器内に置いた固体As
から発生したAs2及びAs4ガスと、不活性ガスとの混合ガ
スにより満たされた状態にしておく。次に下端に種結晶
36を設置した引き上げ軸33を下降させ、表面のB2O3を貫
通して融液に接触させて種付けを行う。その後引き上げ
軸を上方に移動させながら、融液からp型GaAs単結晶を
連続的に成長させる。
(3) Third Manufacturing Method An example of the third method for manufacturing the p-type GaAs single crystal of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows an outline of a crystal growth furnace by the VCZ method (Czochralski method with vapor pressure control). The crystal growth furnace includes a crucible 31, a crucible shaft 32, a pulling shaft 33, an airtight container 34, a heating device 35, and a pressure resistant container 37. First, GaAs polycrystal (or Ga and As), B 2 O 3 , Zn, Si and In, which are raw materials for crystal growth, are added into the crucible 31, and the heating device 35 heats the crucible 31 and its vicinity to contain a dopant. GaAs
Create a melt. The airtight container 34 is a solid As
It is kept in a state of being filled with a mixed gas of As 2 and As 4 gas generated from the gas and an inert gas. Then seed crystals at the bottom
The pulling shaft 33 on which the 36 is installed is lowered to penetrate the surface B 2 O 3 and come into contact with the melt for seeding. Then, the p-type GaAs single crystal is continuously grown from the melt while moving the pulling shaft upward.

【0027】以上から本発明のp型GaAs単結晶の製造方
法は、p型(Zn)、n型(Si)及び中性原子(B)をそれ
ぞれ1種ドープするのに加え、中性原子であるInをドー
プすることにより平均転位密度が100 cm-2の低転位p型G
aAs結晶を製造することを特徴とする。添加量は、Zn原
子が1.0×1018〜1.0×1020個/cm3、Si原子が1.0×10 17
〜5.0×1019個/cm3、B原子が1.0×1017〜5.0×1019
/cm3、In原子が1.0×1017〜5.0×1019個/cm3となるよ
うに結晶成長容器内に配置するのが好ましい。
From the above, the method for producing the p-type GaAs single crystal of the present invention
The method uses p-type (Zn), n-type (Si) and neutral atoms (B)
In addition to doping one type of each, In, which is a neutral atom, is doped.
The average dislocation density is 100 cm-2Low dislocation p-type G
It is characterized by producing an aAs crystal. The addition amount is Zn raw
Child is 1.0 × 1018~ 1.0 x 1020Pieces / cm3, Si atom is 1.0 × 10 17
~ 5.0 x 1019Pieces / cm3, B atom is 1.0 × 1017~ 5.0 x 1019Individual
/cm3, In atom is 1.0 × 1017~ 5.0 x 1019Pieces / cm3Will be
As described above, it is preferably placed in a crystal growth container.

【0028】このようにして得られたp型GaAs単結晶
は、従来技術と比較し、容易に100 cm- 2以下の平均転位
密度を実現することが可能となり、中にはφ3”基板で
無転位(500個以内/φ3”ウェハ換算)の単結晶ウェハ
が得られるため、本発明のp型GaAs単結晶から作製した
基板を化合物半導体レーザー用基板として使用すること
により、高い信頼性(高寿命)のレーザーを得ることが
出来る。
[0028] In this way the p-type GaAs single crystal thus obtained is compared with the prior art, easily 100 cm - 2 can be achieved average dislocation density follows will, among .phi.3 "free in the substrate Since a single crystal wafer with dislocations (up to 500 / φ3 "wafer conversion) can be obtained, high reliability (long life) can be obtained by using a substrate prepared from the p-type GaAs single crystal of the present invention as a compound semiconductor laser substrate. ) Laser can be obtained.

【0029】[0029]

【実施例】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
The present invention will be described in more detail by the following examples, but the present invention is not limited thereto.

【0030】実施例1 (1) p型GaAs単結晶の作製 図1に示すように、結晶成長容器3の下端に種結晶6を
設置し、その上に原料として6500gのGaAs、並びにドー
パントとして、3.0gのZn、1.0gのSi、100gのB2O 3、及び
2.0gのInを入れた。次に石英ガラス成長容器1に石英ガ
ラスキャップ2をし、真空にして封じた後、真空封止し
た石英ガラス成長容器1を下軸受け台4の上に乗せた。
石英ガラス成長容器を設置した後、結晶成長容器3及び
石英ガラス成長容器1を加熱装置5により昇温した。加
熱温度は種結晶部6を約1200℃、上部原料を約1245℃に
調整した。原料を溶かし込んで融液とした後、固液界面
部の温度勾配を約5℃/cmに調整しながら種付けを行っ
た。種付け完了後、3 mm/hrの速度で石英ガラス成長
容器1を下降させて結晶固化を行った。全体を固化した
後、加熱装置5の温度を約30℃/hrの速度で室温まで冷
却し、石英ガラス成長容器1を加熱装置5から取り出し
た。以上の工程により直径約φ3”、直胴部長さ約180 m
mの低転位GaAs単結晶を得た。
[0030]Example 1 (1) Fabrication of p-type GaAs single crystal As shown in FIG. 1, a seed crystal 6 is placed at the lower end of the crystal growth container 3.
It was installed, and 6500 g of GaAs as raw material and
As punt, 3.0g Zn, 1.0g Si, 100g B2O 3,as well as
2.0g of In was added. Next, put a quartz glass in the quartz glass growth container 1.
Place the lath cap 2 in a vacuum and seal, then vacuum seal
The quartz glass growth container 1 was placed on the lower bearing table 4.
After installing the quartz glass growth container, the crystal growth container 3 and
The quartz glass growth vessel 1 was heated by the heating device 5. Addition
The heat temperature was about 1200 ℃ for the seed crystal part 6 and about 1245 ℃ for the upper raw material.
It was adjusted. After melting the raw materials into a melt, the solid-liquid interface
Seeding is performed while adjusting the temperature gradient of the part to about 5 ° C / cm.
It was Quartz glass growth at a speed of 3 mm / hr after seeding is completed
The container 1 was lowered to crystallize and solidify. Solidified the whole
After that, the temperature of the heating device 5 is cooled to room temperature at a rate of about 30 ° C / hr.
And remove the quartz glass growth container 1 from the heating device 5.
It was Through the above process, the diameter is about 3 "and the length of the straight body is about 180 m.
A low dislocation GaAs single crystal of m was obtained.

【0031】(2) 評価 得られたφ3”p型GaAs単結晶より切り出したウェハを、
450℃のKOH溶液中で15分間エッチングした後、光学顕微
鏡にて1mm2視野で観測される転位の数を1cm2に換算
し、面内を5 mm間隔で測定した結果を図4に示す。平均
転位密度計算の結果、平均転位密度は28 cm-2であり、
従来技術よりも1桁低い転位密度を実現できた。また切
り出したウェハをGDMS法にて評価した。固化率、キャリ
ア濃度、Zn濃度、Si濃度、B濃度、In濃度、及び平均転
位密度を表2に示す。
(2) A wafer cut out from the obtained φ3 ″ p-type GaAs single crystal was
After etching for 15 minutes in a KOH solution at 450 ° C., the number of dislocations observed in a 1 mm 2 visual field with an optical microscope was converted to 1 cm 2 , and the in-plane measurement was conducted at 5 mm intervals. The results are shown in FIG. As a result of the average dislocation density calculation, the average dislocation density is 28 cm -2 ,
A dislocation density that is an order of magnitude lower than that of the prior art could be realized. The cut-out wafer was evaluated by the GDMS method. Table 2 shows the solidification rate, carrier concentration, Zn concentration, Si concentration, B concentration, In concentration, and average dislocation density.

【0032】実施例2 ドーパントとして3.0gのZn、0.5gのSi、50gのB2O3、及
び1.0gのInを入れた以外は、実施例1と同様にしてp型G
aAs単結晶を作製した。得られた単結晶より切り出した
ウエハをGDMS法にて評価した。固化率、キャリア濃度、
Zn濃度、Si濃度、B濃度、In濃度、及び平均転位密度を
表2に示す。
Example 2 A p-type G was prepared in the same manner as in Example 1 except that 3.0 g of Zn, 0.5 g of Si, 50 g of B 2 O 3 and 1.0 g of In were added as dopants.
An aAs single crystal was prepared. The wafer cut out from the obtained single crystal was evaluated by the GDMS method. Solidification rate, carrier concentration,
Table 2 shows Zn concentration, Si concentration, B concentration, In concentration, and average dislocation density.

【0033】実施例3 ドーパントとして3.0gのZn、0.4gのSi、50gのB2O3、及
び0.5gのInを入れた以外は、実施例1と同様にしてp型G
aAs単結晶を作製した。得られた単結晶より切り出した
ウエハをGDMS法にて評価した。固化率、キャリア濃度、
Zn濃度、Si濃度、B濃度、In濃度、及び平均転位密度を
表2に示す。
Example 3 A p-type G was prepared in the same manner as in Example 1 except that 3.0 g of Zn, 0.4 g of Si, 50 g of B 2 O 3 and 0.5 g of In were added as dopants.
An aAs single crystal was prepared. The wafer cut out from the obtained single crystal was evaluated by the GDMS method. Solidification rate, carrier concentration,
Table 2 shows Zn concentration, Si concentration, B concentration, In concentration, and average dislocation density.

【0034】比較例1 ドーパントからInを除いた以外、実施例1と同様にして
p型GaAs単結晶を作製した。得られた単結晶より切り出
したウェハを450℃のKOH溶液中で15分間エッチングした
後、実施例1と同様に光学顕微鏡にて転位の数を測定し
た結果を図5に示す。また切り出したウェハをGDMS法に
て評価した。固化率、キャリア濃度、Zn濃度、Si濃度、
B濃度、In濃度、及び平均転位密度を表2に示す。
Comparative Example 1 In the same manner as in Example 1 except that In was omitted from the dopant.
A p-type GaAs single crystal was prepared. A wafer cut out from the obtained single crystal was etched in a KOH solution at 450 ° C. for 15 minutes, and then the number of dislocations was measured by an optical microscope in the same manner as in Example 1, and the result is shown in FIG. The cut-out wafer was evaluated by the GDMS method. Solidification rate, carrier concentration, Zn concentration, Si concentration,
Table 2 shows the B concentration, the In concentration, and the average dislocation density.

【0035】比較例2 ドーパントとして3.0gのZn、0.8gのSi、及び50gのB2O3
を入れた以外は、実施例1と同様にしてp型GaAs単結晶
を作製した。得られた単結晶より切り出したウエハをGD
MS法にて評価した。固化率、キャリア濃度、Zn濃度、Si
濃度、B濃度、In濃度、及び平均転位密度を表2に示
す。
Comparative Example 2 As a dopant, 3.0 g of Zn, 0.8 g of Si, and 50 g of B 2 O 3
A p-type GaAs single crystal was produced in the same manner as in Example 1 except that was added. The wafer cut from the obtained single crystal is GD
It was evaluated by the MS method. Solidification rate, carrier concentration, Zn concentration, Si
Table 2 shows the concentration, B concentration, In concentration, and average dislocation density.

【0036】[0036]

【表2】 [Table 2]

【0037】実施例はいずれの場合も平均転位密度が10
0 cm-2以下の条件を満たしているが、比較例では平均転
位密度361〜428 cm-2となり、Inをドープした実施例と
比較して平均転位密度が高くなっていることが分かる。
In each of the examples, the average dislocation density was 10
Although the condition of 0 cm −2 or less is satisfied, the average dislocation density is 361 to 428 cm −2 in the comparative example, which shows that the average dislocation density is higher than that of the In-doped example.

【0038】[0038]

【発明の効果】上記の通り、本発明のp型GaAs単結晶
は、ドーパントとして、少なくともSi,Zn,B及びInを
含む4種類以上の原子をドープするので、平均転位密度
が100 cm-2以下の低転位のp型GaAs単結晶を得ることが
可能である。そのため、高効率及び長寿命の化合物半導
体レーザー、発光ダイオード等の作製が可能である。
As described above, since the p-type GaAs single crystal of the present invention is doped with four or more kinds of atoms containing at least Si, Zn, B and In as a dopant, the average dislocation density is 100 cm -2. The following low-dislocation p-type GaAs single crystal can be obtained. Therefore, it is possible to manufacture a compound semiconductor laser, a light emitting diode and the like with high efficiency and long life.

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

【図1】 VB法による結晶成長炉の一例を示す概略断面
図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a crystal growth furnace by a VB method.

【図2】 HB法による結晶成長炉の一例を示す概略断面
図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a crystal growth furnace by the HB method.

【図3】 VCZによる結晶成長炉の一例を示す概略断面
図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing an example of a VCZ crystal growth furnace.

【図4】 実施例1におけるp型GaAs基板の転位密度の
分布を示す密度測定図である。
FIG. 4 is a density measurement diagram showing a distribution of dislocation density of a p-type GaAs substrate in Example 1.

【図5】 比較例1におけるp型GaAs基板の転位密度の
分布を示す密度測定図である。
5 is a density measurement diagram showing a distribution of dislocation density of a p-type GaAs substrate in Comparative Example 1. FIG.

【符号の説明】 1・・・石英ガラス成長容器 2・・・石英ガラスキャップ 3・・・結晶成長容器 4・・・結晶受け台 5,25,35・・・加熱装置(発熱部) 6,26、36・・・種結晶 9,39・・・酸化硼素(B2O3) 10・・・Zn 11・・・Si 12・・・In 13・・・GaAs原料 21・・・石英反応管 22・・・石英ボート 23・・・拡散障壁 28・・・As 29・・・Ga 31・・・るつぼ 32・・・るつぼ軸 33・・・引き上げ軸 34・・・気密容器 37・・・耐圧容器[Explanation of Codes] 1 ... Quartz glass growth container 2 ... Quartz glass cap 3 ... Crystal growth container 4 ... Crystal cradle 5, 25, 35 ... Heating device (heat generating part) 6, 26, 36 ・ ・ ・ Seed crystal 9,39 ・ ・ ・ Boron oxide (B 2 O 3 ) 10 ・ ・ ・ Zn 11 ・ ・ ・ Si 12 ・ ・ ・ In 13 ・ ・ ・ GaAs raw material 21 ・ ・ ・ Quartz reaction tube 22 ... Quartz boat 23 ... Diffusion barrier 28 ... As 29 ... Ga 31 ... Crucible 32 ... Crucible shaft 33 ... Lifting shaft 34 ... Airtight container 37 ... Pressure resistance container

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【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成15年3月27日(2003.3.2
7)
[Submission date] March 27, 2003 (2003.3.2)
7)

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【書類名】 明細書[Document name] Statement

【発明の名称】 p型GaAs単結晶及びその製造方法Title: p-type GaAs single crystal and manufacturing method thereof

【特許請求の範囲】[Claims]

【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、低転位化したp型G
aAs単結晶及びその製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a low dislocation-type p-type G
The present invention relates to an aAs single crystal and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、大容量の情報を高速に伝達するた
めの光デバイスとして、GaAs等の化合物半導体材料を利
用したレーザダイオードの開発が進められている。この
ような光デバイスはヘテロ構造を有する多層薄膜からな
り、その薄膜は一般に気相エピタキシャル法あるいは分
子線エピタキシャル法により形成されている。光デバイ
スには特性の安定性と長寿命が強く求められるため、エ
ピタキシャル層の欠陥密度はできるだけ低いことが必要
であり、したがってエピタキシャル層形成の下地となる
半導体基板は低転位密度であることが要求される。
2. Description of the Related Art Recently, a laser diode using a compound semiconductor material such as GaAs has been developed as an optical device for transmitting a large amount of information at high speed. Such an optical device is composed of a multi-layered thin film having a heterostructure, and the thin film is generally formed by a vapor phase epitaxial method or a molecular beam epitaxial method. Since optical devices are strongly required to have stable characteristics and long life, it is necessary that the defect density of the epitaxial layer is as low as possible. Therefore, it is required that the semiconductor substrate used as the base for forming the epitaxial layer has a low dislocation density. To be done.

【0003】一般に、デバイス用基板は半導体単結晶か
ら切り出される。半導体単結晶の製造方法には気相成長
法、液相成長法、固相成長法があるが、化合物半導体単
結晶の作製には液相成長法を使用することが多い。液相
成長法の一つである原料融液を種結晶から固化して成長
させる方法には、水平ブリッジマン法、垂直ブリッジマ
ン法、グラジェント・フリージング法(GF法)、及びチ
ョクラルスキー法(CZ法)とその改良法(例えば、液体
封止チョクラルスキー法(LEC法))等がある。
Generally, a device substrate is cut out from a semiconductor single crystal. There are a vapor phase growth method, a liquid phase growth method and a solid phase growth method as a method for producing a semiconductor single crystal, but a liquid phase growth method is often used for producing a compound semiconductor single crystal. One of the liquid phase growth methods, the method of solidifying and growing the raw material melt from the seed crystal includes horizontal Bridgman method, vertical Bridgman method, gradient freezing method (GF method), and Czochralski method. (CZ method) and its improved methods (for example, liquid sealed Czochralski method (LEC method)) and the like.

【0004】近年、φ3"(76.2 mm)を超える大型で、
しかも低転位密度のGaAs単結晶を得る方法として、液体
封止引上法(LEC法)に代わって、垂直ブリッジマン法
(Vertical Bridgman Method:VB法)が注目されてい
る。例えばVB法によりGaAs系化合物半導体単結晶を形成
する場合、下部にGaAsの種結晶を載置した結晶成長容器
の内部にGaとAs又はGaAsからなる原料を充填し、加熱に
より融解した原料融液を含む成長容器を上下方向に温度
勾配が設けられた空間を移動させて、下(種結晶側)か
ら上に向けて結晶化させる。そのため、種結晶からその
表面に垂直な方向に単結晶が成長する。このようにし
て、VB法により結晶欠陥が少ない高品質で大径の化合物
半導体単結晶を作製できる。
[0004] In recent years, large size exceeding φ3 "(76.2 mm),
Moreover, as a method for obtaining a GaAs single crystal with a low dislocation density, the vertical Bridgman method (VB method) is attracting attention in place of the liquid sealing pulling method (LEC method). For example, when forming a GaAs-based compound semiconductor single crystal by the VB method, a raw material melt prepared by filling a raw material consisting of Ga and As or GaAs into a crystal growth container in which a GaAs seed crystal is placed below and melting it by heating. The growth container containing is moved in a space in which a temperature gradient is provided in the vertical direction, and crystallized from the bottom (seed crystal side) to the top. Therefore, a single crystal grows from the seed crystal in a direction perpendicular to its surface. In this way, a high-quality, large-diameter compound semiconductor single crystal with few crystal defects can be produced by the VB method.

【0005】VB法の他に、垂直温度勾配凝固法(Vertic
al Gradient Freeze Method:VGF法)によっても高品質
で大径の化合物半導体単結晶を作製することができる。
VGF法は、下端に単結晶を載置した容器の位置を固定し
て、VB法の炉内温度勾配を維持したまま炉内温度を一定
速度で降温することにより、種結晶の表面に垂直な方向
に単結晶を成長させる以外、本質的にVB法と同じであ
る。
In addition to the VB method, the vertical temperature gradient solidification method (Vertic
High quality by al Gradient Freeze Method (VGF method)
With this, a large diameter compound semiconductor single crystal can be produced.
The VGF method fixes the position of the container on which the single crystal is placed at the lower end, and lowers the temperature in the furnace at a constant rate while maintaining the temperature gradient in the furnace of the VB method, so that the surface of the seed crystal becomes perpendicular. This is essentially the same as the VB method, except that the single crystal is grown in the direction.

【0006】化合物半導体レーザ及びLEDには、素子寿
命、効率等の面で低転位基板が求められている。この理
由としては、上記の素子は高電流密度で動作するため、
基板中に転位が存在した場合、その転位部で発熱し、素
子の劣化を招いてしまうためである。しかしながら、従
来のVB法によるp型GaAs基板の平均転位密度は、1000cm
-2程度であり、低転位単結晶を歩留まり良く製造するこ
とは困難であった。
For compound semiconductor lasers and LEDs, low dislocation substrates are required in terms of device life and efficiency. The reason for this is that the above devices operate at high current densities,
This is because if dislocations are present in the substrate, heat is generated at the dislocations and the element is deteriorated. However, the average dislocation density of the p-type GaAs substrate by the conventional VB method is 1000 cm.
It was about -2 , and it was difficult to manufacture low dislocation single crystals with high yield.

【0007】p型GaAs基板の低転位化を達成する手法の
一つとして、p型ドーパントであるZnの他にSi及びBをド
ープすることにより平均転位密度500 cm-2以下を実現す
る方式が、特開2000-86398号に記載されている。しかし
ながら、上記方式では、Si及びBのみの不純物硬化の効
果しか得られないため、平均転位密度が100 cm-2以下を
実現することは困難であった。
As one of the methods for achieving a low dislocation in a p-type GaAs substrate, there is a method of realizing an average dislocation density of 500 cm -2 or less by doping Si and B in addition to Zn which is a p-type dopant. , JP 2000-86398 A. However, in the above method, it is difficult to achieve the average dislocation density of 100 cm -2 or less because only the effect of hardening the impurities of Si and B can be obtained.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、平均
転位密度が100 cm-2以下のp型GaAs単結晶及びその製造
方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a p-type GaAs single crystal having an average dislocation density of 100 cm -2 or less and a method for producing the same.

【0009】[0009]

【課題を解決する手段】上記目的に鑑み鋭意研究の結
果、本発明者等は、p型GaAs単結晶にp型ドーパント、n
型ドーパント,中性原子をそれぞれ1品種ドープするの
に加え、中性原子であるInをドープすることで不純物硬
化作用を促進することが可能となり、これまで実現が困
難であった平均転位密度が100 cm-2以下のp型GaAsを容
易に得ることができることを発見し、本発明に想到し
た。
As a result of earnest research in view of the above object, the present inventors have found that a p-type GaAs single crystal is doped with a p-type dopant and an n-type dopant.
In addition to doping one type of dopant and one type of neutral atom each, it is possible to accelerate the impurity hardening action by doping In, which is a neutral atom. The inventors have found that p-type GaAs having a size of 100 cm −2 or less can be easily obtained, and have conceived the present invention.

【0010】すなわち、本発明のp型GaAs単結晶は、平
均転位密度が100 cm-2以下のp型GaAs単結晶であって、
ドーパントとして、Si,Zn,B及びInを含むことを特徴
とする。
That is, the p-type GaAs single crystal of the present invention is a p-type GaAs single crystal having an average dislocation density of 100 cm -2 or less,
The dopant is characterized by containing Si, Zn, B and In.

【0011】前記ドーパントとして、Siの一部がS,T
e,Sn及びSeからなる群から選ばれた少なくとも1種で
置換されていてもよく、Znの一部がC,Be,Cd,Li,G
e,Mg及びMnからなる群から選ばれた少なくとも1種で
置換されていてもよく、Bの一部がAl,Sb及びPからなる
群から選ばれた少なくとも1種で置換されていてもよ
く、Inの一部がAl,Sb及びPからなる群から選ばれた少
なくとも1種で置換されていてもよい。
As the dopant, a part of Si is S, T
It may be substituted with at least one selected from the group consisting of e, Sn and Se, and a part of Zn is C, Be, Cd, Li, G.
e, Mg and Mn may be substituted with at least one member selected from the group, and part of B may be substituted with at least one member selected from the group consisting of Al, Sb and P. , In may be partially substituted with at least one selected from the group consisting of Al, Sb and P.

【0012】前記ドーパントとして、Si原子を1.0×10
17〜5.0×1019個/cm3含有するのが好ましく、Zn原子を
1.0×1018〜1.0×1020個/cm3含有するのが好ましく、B
原子を1.0×1017〜5.0×1019個/cm3含有するのが好ま
しく、さらにIn原子を1.0×10 17〜5.0×1019個/cm3
有するのが好ましい。
As the dopant, Si atoms of 1.0 × 10
17~ 5.0 x 1019Pieces / cm3It is preferable to contain a Zn atom.
1.0 x 1018~ 1.0 x 1020Pieces / cm3Preferably contained, B
1.0 x 10 atoms17~ 5.0 x 1019Pieces / cm3Like to contain
In addition, 1.0 × 10 In atoms 17~ 5.0 x 1019Pieces / cm3Including
It is preferable to have.

【0013】p型GaAs単結晶の電気特性として、キャリ
ア濃度n1.0×1017〜6.0×1019 cm- 3 であるのが好まし
、移動度μ10〜300 cm2/V・secであるのが好まし
、比抵抗ρ0.001〜1.0Ω・cmであるのが好ましい。
[0013] As the electrical characteristics of the p-type GaAs single crystal, a carrier concentration n 1.0 × 10 17 ~6.0 × 10 19 cm - is preferably from 3
The mobility μ is preferably 10 to 300 cm 2 / V · sec.
Ku, the resistivity ρ preferably a 0.001~1.0Ω · cm.

【0014】平均転位密度が100 cm-2以下のp型GaAs単
結晶を製造する本発明の第1の製造方法は、ドーパント
を含むGaAs融液を含有するとともに種結晶を下部に設置
した結晶成長容器内で、下方から上方に向けて温度が上
昇する温度勾配下で融液を冷却することにより、種結晶
から上方に向けて前記単結晶を成長させ、その際ドーパ
ントとしてSi,Zn,B及びInを用いることを特徴とす
る。
The first production method of the present invention for producing a p-type GaAs single crystal having an average dislocation density of 100 cm -2 or less is a crystal growth in which a GaAs melt containing a dopant is contained and a seed crystal is placed below. In the vessel, by cooling the melt under a temperature gradient in which the temperature rises from the lower side to the upper side, the single crystal is grown upward from the seed crystal, and Si, Zn, B and It is characterized by using In.

【0015】平均転位密度が100 cm-2以下のp型GaAs単
結晶を製造する本発明の第2の製造方法は、ドーパント
を含むGaAs融液を含有するとともに種結晶を水平方向一
端に設置した結晶成長容器内で、種結晶側から水平方向
他端に向けて温度が上昇する温度勾配下で融液を冷却す
ることにより、種結晶側から単結晶を成長させ、その際
ドーパントとしてSi,Zn,B及びInを用いることを特徴
とする。
A second production method of the present invention for producing a p-type GaAs single crystal having an average dislocation density of 100 cm -2 or less contains a GaAs melt containing a dopant and a seed crystal is installed at one end in the horizontal direction. A single crystal is grown from the seed crystal side by cooling the melt under a temperature gradient in which the temperature rises from the seed crystal side to the other end in the horizontal direction in the crystal growth container. , B and In are used.

【0016】平均転位密度が100 cm-2以下のp型GaAs単
結晶を製造する本発明の第3の製造方法は、下端に種結
晶を設置した引き上げ軸をドーパントを含むGaAs融液か
らAs雰囲気中で引き上げることにより、融液から単結晶
を連続的に成長させ、その際ドーパントとしてSi,Zn,
B及びInを用いることを特徴とする。
A third production method of the present invention for producing a p-type GaAs single crystal having an average dislocation density of 100 cm -2 or less is a pulling shaft having a seed crystal at the lower end thereof and a pulling axis from a GaAs melt containing a dopant in an As atmosphere. By pulling in, a single crystal is continuously grown from the melt, with Si, Zn, and
It is characterized by using B and In.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】[1] p型GaAs単結晶 p型GaAs単結晶の電気特性は、キャリア濃度範囲nが1.0
×1017〜6.0×1019m-3、移動度μが10〜300 cm2/V・se
c、及び比抵抗ρが0.001〜1.0Ω・cmであるのが好まし
い。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION [1] p-type GaAs single crystal p-type GaAs single crystal has a carrier concentration range n of 1.0
× 10 17 to 6.0 × 10 19 m -3 , mobility μ is 10 to 300 cm 2 / Vse
c and the specific resistance ρ are preferably 0.001 to 1.0 Ω · cm.

【0018】本発明のp型GaAs単結晶は、ドーパントと
してp型ドーパントZn、n型ドーパントSi、中性原子B、
及び中性原子Inを含むことを特徴とする。
The p-type GaAs single crystal of the present invention comprises p-type dopant Zn, n-type dopant Si, neutral atom B, and
And a neutral atom In.

【0019】上記p型GaAs単結晶の電気特性範囲で100 c
m-2以下の平均転位密度を実現できるドーパントの割合
を表1に示す。Zn原子の濃度は1.0×1018〜1.0×1020
/cm 3であり、Si原子の濃度は1.0×1017〜5.0×1019
/cm3であり、B原子の濃度は1.0×1017〜5.0×1019個/
cm3であり、In原子の濃度は1.0×1017〜5.0×1019個/c
m3であるのが好ましい。但し、In原子の濃度が1.0×10
19個/cm3を超えると不純物が析出してしまい、これが
エピタキシャル層に対して欠陥を引き起こす。そのた
め、通常In原子の濃度は1.0×1017〜1.0×1019個/cm3
の範囲となっているのが望ましい。
100 p in the electric characteristic range of the p-type GaAs single crystal
m-2Percentage of dopants that can achieve the following average dislocation densities
Is shown in Table 1. Zn atom concentration is 1.0 × 1018~ 1.0 x 1020Individual
/cm 3And the concentration of Si atoms is 1.0 × 1017~ 5.0 x 1019Individual
/cm3And the concentration of B atoms is 1.0 × 1017~ 5.0 x 1019Individual/
cm3And the concentration of In atoms is 1.0 × 1017~ 5.0 x 1019Pieces / c
m3Is preferred. However, the concentration of In atoms is 1.0 × 10
19Pieces / cm3If it exceeds, impurities will be deposited and this will
Causes defects in the epitaxial layer. That
Therefore, the concentration of In atoms is usually 1.0 × 1017~ 1.0 x 1019Pieces / cm3
It is desirable that it is within the range.

【0020】低転位化の効果は、Si原子の濃度が0.3×1
018個/cm3以上、B原子の濃度が0.3×1018個/cm3
上、及びIn原子の濃度が0.3×1018個/cm3以上で出始め
る。但し、上記3種類の合計濃度が1.5×1019個/cm3
超えた場合、不純物原子に起因する析出物が発生する。
このため、実用上使用されるキャリア濃度範囲(n=0.5
×1019〜4.0×1019 cm-3)の場合の各不純物の濃度とし
ては、Zn原子の濃度が0.5×1019〜6.0×1019個/cm3、S
i原子の濃度が0.3×1018〜5.0×1018個/cm3、B原子の
濃度が0.3×1018〜5.0×1018個/cm3、及びIn原子の濃
度が0.3×1018〜5.0×1018個/cm3であるのがより好ま
しい。
The effect of lowering the dislocation is that the concentration of Si atoms is 0.3 × 1.
0 18 / cm 3 or more, the concentration of B atoms is 0.3 × 10 18 / cm 3 or more, and the concentration of In atoms is 0.3 × 10 18 / cm 3 or more. However, when the total concentration of the above three types exceeds 1.5 × 10 19 pieces / cm 3 , precipitates due to impurity atoms are generated.
Therefore, the carrier concentration range (n = 0.5
In the case of × 10 19 to 4.0 × 10 19 cm -3 ), the concentration of each impurity is such that the concentration of Zn atoms is 0.5 × 10 19 to 6.0 × 10 19 pieces / cm 3 , S
i atom concentration is 0.3 × 10 18 to 5.0 × 10 18 atoms / cm 3 , B atom concentration is 0.3 × 10 18 to 5.0 × 10 18 atoms / cm 3 , and In atom concentration is 0.3 × 10 18 to 5.0 It is more preferable that the number is × 10 18 pieces / cm 3 .

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【0022】また、p型ドーパントZnの一部をC,Be,C
d,Li,Ge,Mg及びMnからなる群から選ばれた少なくと
も1種で置換しても同様の効果が得られ、またn型ドー
パントSiの一部をS,Te,Sn及びSeからなる群から選ば
れた少なくとも1種で置換しても同様の効果が得られ
る。さらに中性原子B又はInの一部をAl,Sb,Pからなる
群から選ばれた少なくとも1種で置換しても同様の効果
が得られる。但し、中性原子としては少なくともB及びI
nを含む2種類以上の原子が不純物として含まれ、且つ
中性原子の合計濃度が0.5×1018個/cm3以上であること
が、低転位化の効果を得る上で望ましい。
Further, part of the p-type dopant Zn is replaced with C, Be, C.
The same effect can be obtained by substituting at least one selected from the group consisting of d, Li, Ge, Mg and Mn, and a part of the n-type dopant Si is composed of S, Te, Sn and Se. The same effect can be obtained by substituting at least one selected from Furthermore, the same effect can be obtained by substituting a part of the neutral atom B or In with at least one selected from the group consisting of Al, Sb, and P. However, as a neutral atom, at least B and I
It is desirable that two or more kinds of atoms including n are contained as impurities, and the total concentration of neutral atoms is 0.5 × 10 18 atoms / cm 3 or more in order to obtain the effect of reducing dislocations.

【0023】[2] 製造方法 本発明の平均転位密度が100 cm-2以下のp型GaAs単結晶
の製造方法として、水平ブリッジマン法(HB法)、水平
温度勾配凝固法(GF法)等の横型ボート法、垂直ブリッ
ジマン法(VB法)、垂直温度勾配凝固法(VGF法)等の
縦型ボート法、及びVCZ法(Vapor Pressure Controlled
Czochralski Method)のいずれも好ましく用いること
ができる。これらの中で、低転位化の効果を得るための
最も有効な成長方式VB法又はVGF法である
[2] Manufacturing Method As a method for manufacturing a p-type GaAs single crystal having an average dislocation density of 100 cm −2 or less according to the present invention, a horizontal Bridgman method (HB method), a horizontal temperature gradient solidification method (GF method), etc. Horizontal boat method, vertical Bridgman method (VB method), vertical boat method such as vertical temperature gradient solidification method (VGF method), and VCZ method (Vapor Pressure Controlled)
Any of the Czochralski Method) can be preferably used. Of these, the most effective growth method to obtain the effect of low dislocation is VB method or VGF method.

【0024】(1) 第1の製造方法 本発明のp型GaAs単結晶を製造する第1の方法の一例を
図1を参照して説明する。図1はVB法による結晶成長炉
の概略を示す。結晶成長炉は、石英ガラス成長容器1、
石英ガラスキャップ2、結晶成長容器3、受け台4、及
下方が低温側の加熱装置5を備える。p型GaAs単結晶
を作製するには、まず結晶成長容器3の下端に種結晶6
を配置し、その上に結晶成長用原料としてのGaAs(又は
Ga及びAs)13、並びにドーパントとしてZn、Si及びIn
(図中にそれぞれ10、11及び12により示す。)を配置す
る。さらにその上にドーパントとして酸化ホウ素(B
2O3)9を配置する。
(1) First Manufacturing Method An example of the first method for manufacturing the p-type GaAs single crystal of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows an outline of a crystal growth furnace by the VB method. The crystal growth furnace is composed of a quartz glass growth container 1,
A quartz glass cap 2, a crystal growth container 3, a pedestal 4, and a heating device 5 on the lower temperature side are provided. To prepare a p-type GaAs single crystal, first, a seed crystal 6 is attached to the lower end of the crystal growth container 3.
GaAs as a raw material for crystal growth (or
Ga and As) 13 and Zn, Si and In as dopants
(Indicated by 10, 11 and 12 respectively in the figure). Furthermore, boron oxide (B
2 O 3 ) 9 is placed.

【0025】加熱装置により結晶成長容器を加熱
し、結晶成長容器内でドーパントを含むGaAsの融液を
作製する。このとき種結晶の一部を溶融して種付けを
う。次いで石英ガラス成長容器1を加熱装置5の低温側
(下方)に移動させる。これにより、下方から上方に向
けて温度が上昇する温度勾配中でドーパントを含むGaAs
の融液は徐冷され、下方(種結晶6側)から上方に向け
てp型GaAs単結晶が成長する
The crystal growth container 3 is heated by the heating device 5 to prepare a melt of GaAs containing a dopant in the crystal growth container 3 . Row seeding this time to melt the part of the seed crystal
U Next, the quartz glass growth container 1 is moved to the low temperature side (downward) of the heating device 5 . This causes the GaAs containing the dopant in a temperature gradient in which the temperature rises from the bottom to the top.
The melt is slowly cooled, and a p-type GaAs single crystal grows from the lower side (seed crystal 6 side) toward the upper side.

【0026】これに対してVGF法では、石英ガラス成長
容器1の位置を固定し、上下の温度勾配を維持したまま
徐々に温度を低下させることにより、VB法と同様の熱履
歴を容器内部の原料に与えて冷却固化させ、種結晶の表
面に垂直な方向に単結晶を成長させる。これ以外につい
ては、上記VB法と同様にしてp型GaAs単結晶を作製す
る。
On the other hand, in the VGF method , the position of the quartz glass growth vessel 1 is fixed , and the temperature is gradually lowered while maintaining the upper and lower temperature gradients, so that a thermal history similar to that of the VB method is obtained inside the vessel . The single crystal is grown in the direction perpendicular to the surface of the seed crystal by supplying the raw material to solidify by cooling. Except for this, a p-type GaAs single crystal is produced in the same manner as the VB method.

【0027】(2) 第2の製造方法 本発明のp型GaAs単結晶を製造する第2の方法の一例を
図2を参照して説明する。図2はHB法による結晶成長炉
の概略を示す。結晶成長炉は石英反応管21、結晶成長容
器(石英ボート)22、拡散障壁23、及び加熱装置25を備
える。石英反応管21内に拡散障壁23を挟んで石英ボート
22と結晶成長用原料としてのAs(図中に28により示す)
とを配置する。石英ボート22の水平方向一端(棚)に種
結晶26を設置し、石英ボート22内に結晶成長用原料とし
てのGa(図中に29により示す)、及びドーパントとして
Zn、Si、B2O3及びInを設置する。
(2) Second Manufacturing Method An example of the second method for manufacturing the p-type GaAs single crystal of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows an outline of the crystal growth furnace by the HB method. The crystal growth furnace includes a quartz reaction tube 21, a crystal growth container (quartz boat) 22, a diffusion barrier 23, and a heating device 25. Quartz boat with diffusion barrier 23 sandwiched in quartz reaction tube 21
22 and As as a raw material for crystal growth (indicated by 28 in the figure)
Place and. A seed crystal 26 is installed on one end (shelf) in the horizontal direction of the quartz boat 22 and used as a raw material for crystal growth in the quartz boat 22.
As Ga of Te (shown by 29 in the figure), and a dopant
Installing of Zn, Si, B 2 O 3 and In.

【0028】石英反応管21内を真空にした後、加熱装置
25により石英反応管21を昇温し、固体Asから昇華したAs
ガスとGaを反応させて種結晶26に触れないようにしてド
ーパントを含むGaAs融液を作製する。次に種結晶26と融
液を接触させ、種結晶26側から水平方向他端に向けて温
度が上昇する温度勾配下でドーパントを含むGaAs融液を
徐冷することにより、種結晶26から水平方向他端に向け
てp型GaAs単結晶を成長させる。なお、上記結晶成長用
原料としてGa及びAsの代わりにGaAs多結晶を用いてドー
パントを含むGaAs融液を作製してもよい。
After evacuating the inside of the quartz reaction tube 21, a heating device
As the quartz reaction tube 21 was heated by 25 and sublimated from solid As
By reacting gas and Ga so as not to touch the seed crystal 26 to produce a GaAs melt containing a dopant. Then contacting the seed crystal 26 and the melt, by cooling gradually GaAs melt containing a dopant at a temperature gradient temperature increases toward the other horizontal end from the seed crystal 26 side, horizontally from the seed crystal 26 A p-type GaAs single crystal is grown toward the other end in the direction. A GaAs melt containing a dopant may be prepared by using GaAs polycrystal as a raw material for crystal growth instead of Ga and As.

【0029】(3) 第3の製造方法 本発明のp型GaAs単結晶を製造する第3の方法の一例を
図3を参照して説明する。図3はVCZ法(蒸気圧制御チ
ョクラルスキー法)による結晶成長炉の概略を示す。結
晶成長炉は、るつぼ31、るつぼ軸32、引き上げ軸33、気
密容器34、加熱装置35、及び耐圧容器37を備えている
るつぼ31内に結晶成長原料としてのGaAs多結晶(又はGa
及びAs)、及びドーパントとしてのB2O3、Zn、Si及びIn
入れ、加熱装置35によりるつぼ31及びその近傍を昇温
してドーパントを含むGaAs融液を作製する。気密容器34
は、容器内に置いた固体Asから発生したAs2及びAs4ガス
と、不活性ガスとの混合ガスにより満たされた状態にし
ておく。次に下端に種結晶36を設置した引き上げ軸33を
下降させ、表面のB2O3を貫通して融液に接触させて種付
けを行う。その後引き上げ軸33を上方に移動させなが
ら、融液からp型GaAs単結晶を連続的に成長させる。
(3) Third Manufacturing Method An example of the third method for manufacturing the p-type GaAs single crystal of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows an outline of a crystal growth furnace by the VCZ method (Czochralski method with vapor pressure control). Crystal growth furnace, a crucible 31, a crucible shaft 32, pulling shaft 33, the airtight container 34, the heating device 35 and the pressure vessel 37.
GaAs polycrystal as a crystal growth material in the crucible 31 (or Ga
And As), and B 2 O 3 , Zn, Si and In as dopants.
Placed, making by elevating the temperature of the crucible 31 and its vicinity of the GaAs melt containing a dopant by heating device 35. Airtight container 34
Is kept filled with a mixed gas of As 2 and As 4 gas generated from solid As placed in a container and an inert gas. Then, the pulling shaft 33 having the seed crystal 36 at the lower end is lowered to penetrate the B 2 O 3 on the surface and come into contact with the melt for seeding. After that, the p-type GaAs single crystal is continuously grown from the melt while moving the pulling shaft 33 upward.

【0030】以上から明らかなように、本発明の方法
は、p型ドーパント(Zn)、n型ドーパント(Si)及び
中性原子(B)とともに、中性原子であるInをドープす
ることにより、平均転位密度が100 cm-2 以下の低転位p
型GaAs結晶を製造することを特徴とするZn原子が1.
0×1018〜1.0×1020個/cm3、Si原子が1.0×1017〜5.0
×1019個/cm3、B原子が1.0×1017〜5.0×1019個/c
m3、In原子が1.0×1017〜5.0×1019個/cm3となるよう
に、ドーパントを結晶成長容器内に配置するのが好まし
い。
From the aboveAs is clearOf the present inventionMethod
Is p-typeDopant(Zn), n typeDopant(Si) and
Neutral atom (B)With, Dope In, a neutral atom
Resulting in an average dislocation density of 100 cm-2 Less thanLow dislocation p
Type GaAssingleCharacterized by producing crystals.Zn atom is 1.
0 x 1018~ 1.0 x 1020Pieces / cm3, Si atom is 1.0 × 1017~ 5.0
× 1019Pieces / cm3, B atom is 1.0 × 1017~ 5.0 x 1019Pieces / c
m3, In atom is 1.0 × 1017~ 5.0 x 1019Pieces / cm3So that
ToDopantIt is preferable to place it in the crystal growth container.
Yes.

【0031】このように本発明の方法により、従来技術
より容易に100 cm-2以下の平均転位密度を有するp型GaA
s単結晶を得ることが可能となり、特に無転位(φ3"ウ
ェハに換算して転位数が500個以内)の単結晶ウェハ
得ることができる。本発明のp型GaAs単結晶から作製し
た基板を化合物半導体レーザ用基板として使用すること
により、高い信頼性(寿命)のレーザを得ることが出
来る。
Thus, according to the method of the present invention, the prior art
More easily p-type GaA with average dislocation density below 100 cm -2
s single crystal can be obtained , especially dislocation-free ( φ3 "
The number of dislocations in terms of E c is a single crystal wafer of less than 500)
Obtainable. By using the substrate manufactured from the p-type GaAs single crystal of the present invention as the substrate for compound semiconductor laser , a laser with high reliability ( long life) can be obtained.

【0032】[0032]

【実施例】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
The present invention will be described in more detail by the following examples, but the present invention is not limited thereto.

【0033】実施例1 (1) p型GaAs単結晶の作製 図1に示すように、結晶成長容器3の下端に種結晶6を
設置し、その上に原料として6500gのGaAs、並びにドー
パントとして、3.0gのZn、1.0gのSi、100gのB2O 3、及び
2.0gのInを入れた。次に石英ガラス成長容器1に石英ガ
ラスキャップ2をし、真空にして封じた後、真空封止し
た石英ガラス成長容器1を受け台4の上に乗せた。その
、結晶成長容器3及び石英ガラス成長容器1を加熱装
置5により昇温した。加熱温度は種結晶部6を約1200
℃、上部原料を約1245℃に調整した。原料を溶かし込ん
で融液とした後、固液界面部の温度勾配を約5℃/cmに
調整しながら種付けを行った。種付け完了後、3 mm/hr
の速度で石英ガラス成長容器1を下降させて結晶固化を
行った。全体を固化した後、加熱装置5の温度を約30℃
/hrの速度で室温まで下げ、石英ガラス成長容器1を加
熱装置5から取り出した。以上の工程により直径約φ
3"、直胴部長さ約180 mmの低転位GaAs単結晶を得た。
[0033]Example 1 (1) Fabrication of p-type GaAs single crystal As shown in FIG. 1, a seed crystal 6 is placed at the lower end of the crystal growth container 3.
It was installed, and 6500 g of GaAs as raw material and
As punt, 3.0g Zn, 1.0g Si, 100g B2O 3,as well as
2.0g of In was added. Next, put a quartz glass in the quartz glass growth container 1.
Place the lath cap 2 in a vacuum and seal, then vacuum seal
Quartz glass growth container 1CradleI put it on top of 4.That
rear, The crystal growth container 3 and the quartz glass growth container 1 are heated.
The temperature was raised by the device 5. The heating temperature is about 1200 for the seed crystal part 6.
℃, the upper raw material was adjusted to about 1245 ℃. Melt raw materials
After making the melt in, the temperature gradient at the solid-liquid interface is set to about 5 ° C / cm.
Seeding was done while adjusting. 3 mm / hr after seeding is completed
The quartz glass growth vessel 1 is lowered at the speed of
went. After solidifying the whole, raise the temperature of the heating device 5 to about 30 ° C.
/ Hr speed to room temperatureLowering, Add quartz glass growth container 1
It was taken out of the heating device 5. Diameter of about φ
A low-dislocation GaAs single crystal with a length of 3 "and a straight body length of about 180 mm was obtained.

【0034】(2) 評価 得られたφ3"p型GaAs単結晶より切り出したウェハを450
℃のKOH溶液中で15分間エッチングした後、ウェハ面内
の転位を5 mm間隔で光学顕微鏡により測定した。1mm2
の視野中の転位数を1cm2の視野中の転位数に換算した
結果を図4に示す。これから求めた平均転位密度は28 c
m-2であり、従来技術よりも1桁低かった。また切り出
したウェハをGDMS法にて評価した。固化率、キャリア濃
度、Zn濃度、Si濃度、B濃度、In濃度、及び平均転位密
度を表2に示す。
(2) 450 wafers cut out from the obtained φ3 ″ p-type GaAs single crystal were evaluated.
After etching for 15 minutes in KOH solution at ℃ ,
Dislocations were measured with an optical microscope at 5 mm intervals. 1 mm 2
The result of converting the number of dislocations in the field of view of the above into the number of dislocations in the field of view of 1 cm 2 is shown in FIG. The average dislocation density obtained from this is 28 c
It was m -2 , which was one digit lower than that of the conventional technology. The cut-out wafer was evaluated by the GDMS method. Table 2 shows the solidification rate, carrier concentration, Zn concentration, Si concentration, B concentration, In concentration, and average dislocation density.

【0035】実施例2 ドーパントとして3.0gのZn、0.5gのSi、50gのB2O3、及
び1.0gのInを入れた以外は、実施例1と同様にしてp型G
aAs単結晶を作製した。得られた単結晶より切り出した
ウエハをGDMS法にて評価した。固化率、キャリア濃度、
Zn濃度、Si濃度、B濃度、In濃度、及び平均転位密度を
表2に示す。
Example 2 A p-type G was prepared in the same manner as in Example 1 except that 3.0 g of Zn, 0.5 g of Si, 50 g of B 2 O 3 and 1.0 g of In were added as dopants.
An aAs single crystal was prepared. The wafer cut out from the obtained single crystal was evaluated by the GDMS method. Solidification rate, carrier concentration,
Table 2 shows Zn concentration, Si concentration, B concentration, In concentration, and average dislocation density.

【0036】実施例3 ドーパントとして3.0gのZn、0.4gのSi、50gのB2O3、及
び0.5gのInを入れた以外は、実施例1と同様にしてp型G
aAs単結晶を作製した。得られた単結晶より切り出した
ウエハをGDMS法にて評価した。固化率、キャリア濃度、
Zn濃度、Si濃度、B濃度、In濃度、及び平均転位密度を
表2に示す。
Example 3 A p-type G was prepared in the same manner as in Example 1 except that 3.0 g of Zn, 0.4 g of Si, 50 g of B 2 O 3 and 0.5 g of In were added as dopants.
An aAs single crystal was prepared. The wafer cut out from the obtained single crystal was evaluated by the GDMS method. Solidification rate, carrier concentration,
Table 2 shows Zn concentration, Si concentration, B concentration, In concentration, and average dislocation density.

【0037】比較例1 ドーパントからInを除いた以外実施例1と同様にして
p型GaAs単結晶を作製した。得られた単結晶より切り出
したウェハを450℃のKOH溶液中で15分間エッチングした
後、実施例1と同様に光学顕微鏡により転位数を測定し
た。結果を図5に示す。また切り出したウェハをGDMS法
にて評価した。固化率、キャリア濃度、Zn濃度、Si濃
度、B濃度、In濃度、及び平均転位密度を表2に示す。
Comparative Example 1 In the same manner as in Example 1 except that In was omitted from the dopant ,
A p-type GaAs single crystal was prepared. The wafer cut from the obtained single crystal was etched in a KOH solution at 450 ° C. for 15 minutes, and then the number of dislocations was measured by an optical microscope in the same manner as in Example 1. Results are shown in FIG. The cut-out wafer was evaluated by the GDMS method. Table 2 shows the solidification rate, carrier concentration, Zn concentration, Si concentration, B concentration, In concentration, and average dislocation density.

【0038】比較例2 ドーパントとして3.0gのZn、0.8gのSi、及び50gのB2O3
を入れた以外は、実施例1と同様にしてp型GaAs単結晶
を作製した。得られた単結晶より切り出したウエハをGD
MS法にて評価した。固化率、キャリア濃度、Zn濃度、Si
濃度、B濃度、In濃度、及び平均転位密度を表2に示
す。
Comparative Example 2 As a dopant, 3.0 g of Zn, 0.8 g of Si, and 50 g of B 2 O 3
A p-type GaAs single crystal was produced in the same manner as in Example 1 except that was added. The wafer cut from the obtained single crystal is GD
It was evaluated by the MS method. Solidification rate, carrier concentration, Zn concentration, Si
Table 2 shows the concentration, B concentration, In concentration, and average dislocation density.

【0039】[0039]

【表2】 [Table 2]

【0040】実施例はいずれの場合も平均転位密度が10
0 cm-2以下の条件を満たしているが、比較例では平均転
位密度361〜428 cm-2となり、Inをドープした実施例と
比較して平均転位密度が高くなっていることが分かる。
In all the examples, the average dislocation density was 10
Although the condition of 0 cm −2 or less is satisfied, the average dislocation density is 361 to 428 cm −2 in the comparative example, which shows that the average dislocation density is higher than that of the In-doped example.

【0041】[0041]

【発明の効果】上記の通り、本発明のp型GaAs単結晶
は、ドーパントとして少なくともSi,Zn,B及びInを含
む4種類以上の原子を含有するので、平均転位密度が100
cm-2以下と低転位である。そのため、高効率及び長寿
命の化合物半導体レーザ、発光ダイオード等の作製が可
能である。
As described above, since the p-type GaAs single crystal of the present invention contains four or more kinds of atoms containing at least Si, Zn, B and In as a dopant, the average dislocation density is 100.
It has a low dislocation of less than cm -2 . Therefore, it is possible to manufacture a compound semiconductor laser , a light emitting diode and the like with high efficiency and long life.

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

【図1】 VB法による結晶成長炉の一例を示す概略断面
図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a crystal growth furnace by a VB method.

【図2】 HB法による結晶成長炉の一例を示す概略断面
図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a crystal growth furnace by the HB method.

【図3】 VCZによる結晶成長炉の一例を示す概略断
面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a crystal growth furnace by the VCZ method .

【図4】 実施例1におけるp型GaAs基板の転位密度分
を示すである。
FIG. 4 shows the dislocation density of the p-type GaAs substrate in Example 1.
It is a figure which shows cloth .

【図5】 比較例1におけるp型GaAs基板の転位密度分
を示すである。
FIG. 5 shows the dislocation density of the p-type GaAs substrate in Comparative Example 1.
It is a figure which shows cloth .

【符号の説明】 1・・・石英ガラス成長容器 2・・・石英ガラスキャップ 3・・・結晶成長容器 4・・・受け台 5,25,35・・・加熱装置(発熱部) 6,26、36・・・種結晶 9,39・・・酸化硼素(B2O3) 10・・・Zn 11・・・Si 12・・・In 13・・・GaAs原料 21・・・石英反応管 22・・・石英ボート 23・・・拡散障壁 28・・・As 29・・・Ga 31・・・るつぼ 32・・・るつぼ軸 33・・・引き上げ軸 34・・・気密容器 37・・・耐圧容器[Reference Numerals] 1 ... quartz glass growth vessel 2 ... quartz glass cap 3 ... crystal growth vessel 4 ... cradle 5,25,35 ... heating device (heating part) 6, 26 , 36 ・ ・ ・ Seed crystal 9,39 ・ ・ ・ Boron oxide (B 2 O 3 ) 10 ・ ・ ・ Zn 11 ・ ・ ・ Si 12 ・ ・ ・ In 13 ・ ・ ・ GaAs raw material 21 ・ ・ ・ Quartz reaction tube 22・ ・ ・ Quartz boat 23 ・ ・ ・ Diffusion barrier 28 ・ ・ ・ As 29 ・ ・ ・ Ga 31 ・ ・ ・ Crucible 32 ・ ・ ・ Crucible shaft 33 ・ ・ ・ Lifting shaft 34 ・ ・ ・ Airtight container 37 ・ ・ ・ Pressure resistant container

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小又 慎史 東京都千代田区大手町一丁目6番1号 日 立電線株式会社内 (72)発明者 水庭 清治 東京都千代田区大手町一丁目6番1号 日 立電線株式会社内 Fターム(参考) 4G077 AA02 AB01 BE46 CD02 EA04 FB01 FB05 MB04 MB35    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Shinfumi Komata             1-6-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo             Standing Wire Co., Ltd. (72) Inventor Seiji Mizuba             1-6-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo             Standing Wire Co., Ltd. F-term (reference) 4G077 AA02 AB01 BE46 CD02 EA04                       FB01 FB05 MB04 MB35

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 平均転位密度が100 cm-2以下のp型GaAs
単結晶であって、ドーパントとしてSi,Zn,B及びInを
含有することを特徴とするp型GaAs単結晶。
1. A p-type GaAs having an average dislocation density of 100 cm -2 or less.
A p-type GaAs single crystal which is a single crystal and contains Si, Zn, B and In as dopants.
【請求項2】 請求項1に記載のp型GaAs単結晶におい
て、Siの一部がS,Te,Sn及びSeからなる群から選ばれ
た少なくとも1種で置換されていることを特徴とするp
型GaAs単結晶。
2. The p-type GaAs single crystal according to claim 1, wherein a part of Si is substituted with at least one selected from the group consisting of S, Te, Sn and Se. p
Type GaAs single crystal.
【請求項3】 請求項1又は2に記載のp型GaAs単結晶
において、Znの一部がC,Be,Cd,Li,Ge,Mg及びMnか
らなる群から選ばれた少なくとも1種で置換されている
ことを特徴とするp型GaAs単結晶。
3. The p-type GaAs single crystal according to claim 1 or 2, wherein a part of Zn is replaced with at least one selected from the group consisting of C, Be, Cd, Li, Ge, Mg and Mn. P-type GaAs single crystal characterized by being characterized.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載のp型GaA
s単結晶において、Bの一部がAl,Sb及びPからなる群か
ら選ばれた少なくとも1種で置換されていることを特徴
とするp型GaAs単結晶。
4. The p-type GaA according to claim 1.
In the s single crystal, a part of B is substituted with at least one selected from the group consisting of Al, Sb and P, and a p-type GaAs single crystal.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載のp型GaA
s単結晶において、Inの一部がAl,Sb及びPからなる群か
ら選ばれた少なくとも1種で置換されていることを特徴
とするp型GaAs単結晶。
5. The p-type GaA according to claim 1.
A p-type GaAs single crystal in which a part of In is replaced with at least one selected from the group consisting of Al, Sb, and P in the s single crystal.
【請求項6】 請求項1〜5のいずれかに記載のp型GaA
s単結晶において、Si原子の濃度が1.0×1017〜5.0×10
19個/cm3であることを特徴とするp型GaAs単結晶。
6. The p-type GaA according to claim 1.
s single crystal, the concentration of Si atoms was 1.0 × 10 17 to 5.0 × 10
P-type GaAs single crystal characterized by 19 pieces / cm 3 .
【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載のp型GaA
s単結晶において、Zn原子の濃度が1.0×1018〜1.0×10
20個/cm3であることを特徴とするp型GaAs単結晶。
7. The p-type GaA according to claim 1.
s single crystal, the concentration of Zn atoms was 1.0 × 10 18 〜 1.0 × 10
A p-type GaAs single crystal characterized by 20 pieces / cm 3 .
【請求項8】 請求項1〜7のいずれかに記載のp型GaA
s単結晶において、B原子の濃度が1.0×1017〜5.0×1019
個/cm3であることを特徴とするp型GaAs単結晶。
8. The p-type GaA according to claim 1.
s single crystal, the concentration of B atoms was 1.0 × 10 17 to 5.0 × 10 19
P-type GaAs single crystal characterized by the number of pieces / cm 3 .
【請求項9】 請求項1〜8のいずれかに記載のp型GaA
s単結晶において、In原子の濃度が1.0×1017〜5.0×10
19個/cm3であることを特徴とするp型GaAs単結晶。
9. The p-type GaA according to claim 1.
s single crystal, the concentration of In atoms is 1.0 × 10 17 to 5.0 × 10
P-type GaAs single crystal characterized by 19 pieces / cm 3 .
【請求項10】 請求項1〜9のいずれかに記載のp型GaA
s単結晶において、電気特性としてキャリア濃度nが1.0
×1017〜6.0×1019 cm-3であり、移動度μが10〜300 cm
2/V・secであり、比抵抗ρが0.001〜1.0Ω・cmである
ことを特徴とするp型GaAs単結晶。
10. The p-type GaA according to claim 1.
s single crystal, carrier concentration n is 1.0
× 10 17 to 6.0 × 10 19 cm -3 with mobility μ of 10 to 300 cm
A 2 / V · sec, p-type GaAs single crystal having a specific resistance ρ is characterized in that it is a 0.001~1.0Ω · cm.
【請求項11】 平均転位密度が100 cm-2以下のp型GaAs
単結晶を製造する方法であって、ドーパントを含むGaAs
融液を含有するとともに種結晶を下部に設置した結晶成
長容器内で、下方から上方に向けて温度が上昇する温度
勾配下で前記融液を冷却することにより、前記種結晶か
ら上方に向けて前記単結晶を成長させ、その際前記ドー
パントとしてSi,Zn,B及びInを用いることを特徴とす
るp型GaAs単結晶の製造方法。
11. A p-type GaAs having an average dislocation density of 100 cm -2 or less.
A method of manufacturing a single crystal, comprising GaAs containing a dopant
In a crystal growth container containing a melt and a seed crystal installed in the lower part, by cooling the melt under a temperature gradient in which the temperature rises from the bottom to the top, from the seed crystal to the top A method for producing a p-type GaAs single crystal, wherein the single crystal is grown, and Si, Zn, B and In are used as the dopant at that time.
【請求項12】 平均転位密度が100 cm-2以下のp型GaAs
単結晶を製造する方法であって、ドーパントを含むGaAs
融液を含有するとともに種結晶を水平方向一端に設置し
た結晶成長容器内で、前記種結晶側から水平方向他端に
向けて温度が上昇する温度勾配下で前記融液を冷却する
ことにより、前記種結晶側から前記単結晶を成長させ、
その際前記ドーパントとしてSi,Zn,B及びInを用いる
ことを特徴とするp型GaAs単結晶の製造方法。
12. P-type GaAs having an average dislocation density of 100 cm −2 or less.
A method of manufacturing a single crystal, comprising GaAs containing a dopant
In a crystal growth container containing a melt and a seed crystal installed at one end in the horizontal direction, by cooling the melt under a temperature gradient in which the temperature increases from the seed crystal side to the other end in the horizontal direction, Growing the single crystal from the seed crystal side,
At that time, Si, Zn, B, and In are used as the dopant, and a method for producing a p-type GaAs single crystal.
【請求項13】 平均転位密度が100 cm-2以下のp型GaAs
単結晶を製造する方法であって、下端に種結晶を設置し
た引き上げ軸をドーパントを含むGaAs融液からAs雰囲気
中で引き上げることにより、前記融液から前記単結晶を
連続的に成長させ、その際前記ドーパントとしてSi,Z
n,B及びInを用いることを特徴とするp型GaAs単結晶の
製造方法。
13. P-type GaAs having an average dislocation density of 100 cm −2 or less.
A method for producing a single crystal, by pulling a pulling shaft having a seed crystal at the lower end from a GaAs melt containing a dopant in an As atmosphere to continuously grow the single crystal from the melt, In this case, Si, Z as the dopant
A method for manufacturing a p-type GaAs single crystal characterized by using n, B and In.
【請求項14】 請求項11〜13のいずれかに記載のp型GaA
s単結晶の製造方法において、Si原子の濃度を1.0×1017
〜5.0×1019個/cm3とすることを特徴とするp型GaAs単
結晶の製造方法。
14. The p-type GaA according to any one of claims 11 to 13.
s In the method for producing a single crystal, the concentration of Si atoms was 1.0 × 10 17
A method for manufacturing a p-type GaAs single crystal, characterized in that the concentration is up to 5.0 × 10 19 pieces / cm 3 .
【請求項15】 請求項11〜14のいずれかに記載のp型GaA
s単結晶の製造方法において、Zn原子の濃度を1.0×1018
〜1.0×1020個/cm3とすることを特徴とするp型GaAs単
結晶の製造方法。
15. The p-type GaA according to claim 11.
s In the method for producing a single crystal, the concentration of Zn atoms is 1.0 × 10 18
A method for manufacturing a p-type GaAs single crystal, characterized in that the concentration is up to 1.0 × 10 20 pieces / cm 3 .
【請求項16】 請求項11〜15のいずれかに記載のp型GaA
s単結晶の製造方法において、B原子の濃度を1.0×1017
〜5.0×1019個/cm3とすることを特徴とするp型GaAs単
結晶の製造方法。
16. The p-type GaA according to any one of claims 11 to 15.
s In the method for producing a single crystal, the concentration of B atoms is 1.0 × 10 17
A method for manufacturing a p-type GaAs single crystal, characterized in that the concentration is up to 5.0 × 10 19 pieces / cm 3 .
【請求項17】 請求項11〜16のいずれかに記載のp型GaA
s単結晶の製造方法において、In原子の濃度を1.0×1017
〜5.0×1019個/cm3とすることを特徴とするp型GaAs単
結晶の製造方法。
17. The p-type GaA according to claim 11.
s In the method for producing a single crystal, the concentration of In atoms was 1.0 × 10 17
A method for manufacturing a p-type GaAs single crystal, characterized in that the concentration is up to 5.0 × 10 19 pieces / cm 3 .
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