JP2953236B2 - InP単結晶基板材料 - Google Patents

InP単結晶基板材料

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JP2953236B2
JP2953236B2 JP5019095A JP1909593A JP2953236B2 JP 2953236 B2 JP2953236 B2 JP 2953236B2 JP 5019095 A JP5019095 A JP 5019095A JP 1909593 A JP1909593 A JP 1909593A JP 2953236 B2 JP2953236 B2 JP 2953236B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、InP(インジウム・
リン)単結晶基板材料に関し、特にレーザなどの光デバ
イスや太陽電池などのデバイスを作成するときに使用さ
れる、亜鉛が添加されたp型のInP単結晶基板材料に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】亜鉛が添加されたp型のInP単結晶基
板は、主にレーザなどのデバイスとして用いられてい
る。通常、基板の転位密度がデバイスの特性に影響を与
えるため、転位密度が最大でも2000cm-2以下の基
板が用いられている。
【0003】従来、InP基板を製造するためにはLE
C法が用いられている。このLEC法で製造された亜鉛
添加InP単結晶の場合、図4の○印で示すように不純
物硬化作用によりキャリア濃度が高くなると転位密度が
低くなる傾向がある。なお、図4においては、便宜上、
基板の転位密度分布をエッチピット密度(EPD)の分
布で示している。以下、転位密度はこれに従う。また、
転位密度は、図2に示すように、直径50mm内の基板
面において5mm間隔で測定した69点の転位密度の平
均値である。
【0004】従来、上記の2000cm-2以下の転位密
度を満足するため、図4よりキャリア濃度として4.5
×1018cm-3以上の基板が使用されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】また従来、デバイスを
作成するために使われていた成長法は液相エピタキシャ
ル法(LPE)であったが、デバイス特性の向上を考慮
して最近では有機金属気相エピタキシャル法(MOCV
D)が使われるようになってきた。このMOCVD法の
採用とともに、LPE法では問題とならなかった基板か
らエピタキシャル層への亜鉛の拡散が問題視されるよう
になった。以下、亜鉛の拡散による問題について詳細に
説明する。
【0006】図5は、ICP分析法によって測定した基
板中の亜鉛の濃度とホール測定法によって測定した基板
中のキャリア濃度との関係を示した図である。図5に示
すように亜鉛濃度が増加するとキャリア濃度が飽和し、
電気的に活性化していない亜鉛が増加する。この電気的
に活性化している亜鉛の比率(キャリア濃度/亜鉛濃
度)が80%以下となると基板からエピタキシャル層へ
の亜鉛の拡散が原因でデバイス特性が悪化することを、
水落らは、’92秋季応用物理学会学術講演会18p−
ZE−5にて報告している。
【0007】上記の現象を避けるため、亜鉛濃度の低い
基板を用いると亜鉛の拡散による問題は解消される。し
かしながら、図4に示すように亜鉛濃度が低くなること
により基板の転位密度が高くなり、これに伴って寿命な
どのデバイス特性が悪化してしまう。
【0008】このように従来では、基板からエピタキシ
ャル層への亜鉛の拡散による問題および基板中の転位密
度による問題の双方を満足できる基板は存在しなかっ
た。
【0009】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたもので、亜鉛の拡散による問題を解消でき、かつ
転位密度の少ないInP単結晶基板材料を得ることを目
的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段および作用】本発明は以下
の知見に基づいてなされている。
【0011】すなわち、本発明者は、VCZ法(Vapour
pressure controlled Czochralski)を用いて基板を製
造することにより、低い亜鉛濃度で、かつ転位密度の少
ない基板が得られることを見出した。
【0012】図4において、●印は、VCZ法を用いて
製造された基板のキャリア濃度とEPDの関係を示して
いる。図4より明らかなように、VCZ法により製造さ
れた基板は、比較的低い亜鉛濃度においても低い転位密
度を有している。
【0013】ここでVCZ法とは、図6(a)を参照し
て、制御された燐ガスを含む雰囲気中で、ヒータ61に
より溶融状態とされかつ液体封止剤55により覆われた
原料融液53中に種結晶51をつけて引上げることによ
りInP単結晶57を成長させる方法である。このVC
Z法は、図6(b)に示すLEC法と比較して、制御さ
れた燐圧が印加されている点で異なる。このようにVC
Z法は、燐圧を印加した環境下で成長を行なうため、低
温度勾配下での成長が可能で結晶の転位密度を低減でき
る手法であり、住友電気 第135号(1989) p
p.156〜162に示されている。
【0014】本発明のInP単結晶基板材料は、亜鉛の
濃度が3.0×10 18 cm -3 以上4.3×1018cm-3
以下であり、転位密度が2000cm-2以下であり、直
径が45mm以上である。
【0015】本発明のInP単結晶基板材料では、亜鉛
濃度が4.3×10 18 cm -3 以下であるため、InP単
結晶基板中の亜鉛の活性化率は95%以上となり、不活
性な亜鉛の濃度が3.0×10 17 cm -3 以下となる。こ
のため、この基板上にMOCVD法で成長されたエピタ
キシャル層への亜鉛の拡散は無視できるレベルになる。
また基板中の亜鉛濃度が3.0×10 18 cm -3 未満であ
ると、基板材料の製造条件によっては転位密度の最大値
が2000cm -2 を超えることも考えられるため、亜鉛
濃度は3.0×10 18 cm -3 以上である。
【0016】また基板中の転位密度が2000cm -2
下であるため、基板中の転位密度が高いことが原因で生
じるデバイス特性の悪化を抑制することも可能となる。
また基板材料の直径が45mm以上であるため、直径を
45mm以上と大口径にすることにより多数のチップを
一括で製造可能となるため、コスト面において好まし
い。
【0017】本発明の好ましい局面によれば、InP単
結晶基板材料中のキャリア濃度は亜鉛濃度の95%以上
である。
【0018】本発明のInP単結晶基板材料、燐ガス
を含む雰囲気中で液体封止剤で覆われた原料融液中に種
結晶を付けて引き上げ単結晶成長させることで製造
れる。従来のLEC法によって製造された基板では、
亜鉛濃度が4.3×1018cm-3以下となると、基板中
の転位密度が平均値でも2000〜10000cm-2
高くなり、それが原因でデバイス特性が悪化してしま
う。これに対してこの製造方法によれば、VCZ法を用
いている。このため、4.3×1018cm-3の亜鉛濃度
でも基板中の転位密度を2000cm-2以下とすること
ができ、これにより転位密度が高いことに起因するデバ
イス特性の悪化を抑制することができるようになった。
【0019】またデバイス特性に影響を与える基板の転
位密度と基板からエピタキシャル層への拡散との両方の
作用を抑制することができるようになるため、特性の優
れたデバイスを高い歩留で製造することができるように
なる。
【0020】
【実施例】
(1) 実施例 レーザを作製するためVCZ法で作製した直径50mm
の基板を用い、MOCVD法で図1に示す構造のエピタ
キシャル層を成長させた。
【0021】すなわち図1を参照して、p型のInP単
結晶基板1の表面上に亜鉛が1×1018cm-3の濃度で
ドープされたp型のInPエピタキシャル層3を形成し
た。またこのエピタキシャル層3の表面上には、アンド
ープInGaAsP層5と、不純物が1×1018cm-3
の濃度でドープされたn型のInP層7とを順次積層し
て形成した。
【0022】用いた基板1のキャリア濃度は3.5×1
18cm-3であり、亜鉛濃度も3.5×1018cm-3
あった。また基板1中の転位密度は図2(a)に示すよ
うに基板面内全面で2000cm-2以下となっている。
なお、図2(a)〜(c)は、基板の転位密度の面内分
布を示す基板の平面図である。
【0023】エピタキシャル層を成長させた後、SIM
S法を用いて図1に示す試料の深さ方向の亜鉛濃度の分
布を測定した結果は、図3(a)に示すようにInP基
板1からInPエピタキシャル層3への亜鉛の拡散はほ
とんど見られなかった。
【0024】この基板から作製したレーザについて、寿
命試験としきい値電流の絶対値の測定とを行なった。寿
命試験は、たとえば100℃でしきい値電流より高い電
流150mAを24時間通電し、通電前後のしきい値電
流の変化で判断した。判断基準としては、通電前後のし
きい値電流の変化が±10%を超えた場合を不良とし
た。この寿命試験において本実施例のレーザに問題は全
くなく、かつしきい値電流も規格値の一例である10m
Aよりも低く、良好な値を示した。また基板のほぼ全面
から製品を作製することができた。
【0025】なお、ここで言うしきい値電流とは、レー
ザ発振するために必要な最低の電流のことである。
【0026】(2) 比較例.1 LEC法で作製した直径50mmの基板を用い、上記の
実施例と同様の評価を行なった。用いた基板のキャリア
濃度は4.0×1018cm-3であり、亜鉛濃度は4.1
×1018cm-3であった。転位密度は図2(b)に示す
ように中心より直径30mmの範囲内は転位密度が最大
でも2000cm-2以下となっているが、それより外周
部では10000cm-2を超える部分もあった。また図
1に示す試料を作製してその亜鉛濃度の深さ方向分布を
測定した結果は、図3(b)に示すようにInP基板1
からInPエピタキシャル層3への亜鉛の拡散はあまり
見られなかった。しかし、この基板から作製したレーザ
は、しきい値電流の点においては規格値を満足していた
が、基板外周部の高転位部分から作製したレーザは寿命
試験で不合格となった。
【0027】(3) 比較例.2 LEC法で作製した直径50mmの基板を用い、上記の
実施例と同様の評価を行なった。用いた基板のキャリア
濃度は4.9×1018cm-3であり、亜鉛濃度は5.3
×1018cm-3であった。基板中の転位密度は図2
(c)に示すように、実施例に比較すれば高いものの基
板面内全面で2000cm-2以下であった。また図1に
示す試料を作製し亜鉛濃度の深さ方向分布を測定した結
果は、図3(c)に示すようにInP基板1からInP
エピタキシャル層3へ大幅に亜鉛が拡散していた。この
基板から作製したレーザのしきい値電流は、上記の実施
例、比較例.1の約2倍となり、18mAでNGとな
り、すべての仕様を満足することはできなかった。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のInP単
結晶基板材料を使用することにより、しきい値電流が低
く、かつ寿命の長いレーザを歩留よく製造することがで
きることが判明した。このことによって、高品質のレー
ザを安価で製造できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】評価に用いたレーザ用エピタキシャル構造の概
略断面図である。
【図2】実施例、比較例.1、2で使用した基板の転位
密度の面内分布を示す基板の平面図である。
【図3】実施例、比較例.1、2で評価した図1に示す
試料における亜鉛濃度の深さ方向分布を示す図である。
【図4】LEC法、VCZ法で製造した基板のキャリア
濃度と転位密度との関係を示す図である。
【図5】基板中の亜鉛濃度とキャリア濃度との相関関係
を示す図である。
【図6】VCZ法とLEC法との引上炉の概略構造図で
ある。
【符号の説明】
1 InP単結晶基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−237088(JP,A) P.J.Roksnoer et a l.,”The single cry stal growth and ch aracterization of indium phosphide”, Journal of Crystal Growth,Vol.66,1984,p p.317−326 Y.Seki et al.,”Im purity effect on t he growth of dislo cation−free InP si ngle crystals”,Jou rnal of Applied Ph ysics,Vol.47,No.7,J uly 1976.pp.3374−3376 F.Dun−fu et al.," Growth and propert ies of InP single crystals”,Journal of Crystal Growth, Vol.66,1984,pp.327−332 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C30B 28/00 - 35/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 亜鉛の濃度が3.0×10 18 cm -3 以上
    4.3×1018cm-3以下であり、転位密度が2000
    cm-2以下であり、直径が45mm以上であることを特
    徴とする、InP単結晶基板材料。
  2. 【請求項2】 当該InP単結晶基板材料中のキャリア
    濃度が前記亜鉛濃度の95%以上であることを特徴とす
    る、請求項1に記載のInP単結晶基板材料。
JP5019095A 1993-02-05 1993-02-05 InP単結晶基板材料 Expired - Lifetime JP2953236B2 (ja)

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JPH06227898A JPH06227898A (ja) 1994-08-16
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7442355B2 (en) * 2003-05-07 2008-10-28 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Indium phosphide substrate and indium phosphide monocrystal and method of manufacturing thereof
JP5370393B2 (ja) * 2011-03-03 2013-12-18 住友電気工業株式会社 化合物半導体単結晶基板
JP5370394B2 (ja) * 2011-03-03 2013-12-18 住友電気工業株式会社 化合物半導体単結晶基板
EP3828319A1 (en) * 2013-03-26 2021-06-02 JX Nippon Mining & Metals Corp. Compound semiconductor wafer, photoelectric conversion element, and method for producing group iii-v compound semiconductor single crystals
JP6454981B2 (ja) * 2014-04-24 2019-01-23 住友電気工業株式会社 半導体積層体および受光素子

Non-Patent Citations (3)

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Title
F.Dun−fu et al.,"Growth and properties of InP single crystals",Journal of Crystal Growth,Vol.66,1984,pp.327−332
P.J.Roksnoer et al.,"The single crystal growth and characterization of indium phosphide",Journal of Crystal Growth,Vol.66,1984,pp.317−326
Y.Seki et al.,"Impurity effect on the growth of dislocation−free InP single crystals",Journal of Applied Physics,Vol.47,No.7,July 1976.pp.3374−3376

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