JP3114259B2 - 新規なＰＬ発光を示すＧａＡｓ結晶とその製造方法 - Google Patents
新規なＰＬ発光を示すＧａＡｓ結晶とその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体結晶に関
し、更に詳しくは、新規なＰＬ発光スペクトルを持つＧ
ａＡｓ結晶及びその製造方法に関する。
し、更に詳しくは、新規なＰＬ発光スペクトルを持つＧ
ａＡｓ結晶及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来一般にＧａＡｓ結晶に種々元素を加
えて混晶を作ったり、ドーパントを添加することにより
種々のフォトルミネセンス（ＰＬ）発光ピークを持つＧ
ａＡｓ結晶が知られている。尚、以下ＰＬ発光ピークは
４．２Ｋでの測定値とする。例を挙げるなら、混晶にす
る場合には、ＧａＡｓにリンを加えてＧａＡｓ1-x Ｐx
の形にすると、ｘがおよそ０．４程度で赤色に、０．６
５程度で橙色に、０．８５程度で黄色にＰＬ発光ピーク
を持つことが知られている。
えて混晶を作ったり、ドーパントを添加することにより
種々のフォトルミネセンス（ＰＬ）発光ピークを持つＧ
ａＡｓ結晶が知られている。尚、以下ＰＬ発光ピークは
４．２Ｋでの測定値とする。例を挙げるなら、混晶にす
る場合には、ＧａＡｓにリンを加えてＧａＡｓ1-x Ｐx
の形にすると、ｘがおよそ０．４程度で赤色に、０．６
５程度で橙色に、０．８５程度で黄色にＰＬ発光ピーク
を持つことが知られている。
【０００３】又、ドーパントを添加する場合としては、
キャリアの濃度と結晶の熱処理条件によって、ＰＬ発光
ピークの強度と波長が変わることが知られている。Ｇａ
ＡｓにIV族元素を添加した場合には、熱処理条件によっ
て異なるが、ドミナントな波長としては、８００ｎｍ、
１０４０ｎｍが知られており、更に１２００ｎｍ付近に
もＰＬ発光ピークがあることが知られている。
キャリアの濃度と結晶の熱処理条件によって、ＰＬ発光
ピークの強度と波長が変わることが知られている。Ｇａ
ＡｓにIV族元素を添加した場合には、熱処理条件によっ
て異なるが、ドミナントな波長としては、８００ｎｍ、
１０４０ｎｍが知られており、更に１２００ｎｍ付近に
もＰＬ発光ピークがあることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら熱処理条
件やドーパントの種類とキャリア濃度によりＧａＡｓ結
晶のＰＬ発光スペクトルは大きく変化する、そしてその
変化の理論付けと新たなるＰＬ発光ピークを生じる熱処
理法の研究が盛んに行なわれていた。
件やドーパントの種類とキャリア濃度によりＧａＡｓ結
晶のＰＬ発光スペクトルは大きく変化する、そしてその
変化の理論付けと新たなるＰＬ発光ピークを生じる熱処
理法の研究が盛んに行なわれていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らもかかる課題
に取り組み、そして鋭意検討の結果、従来知られていな
かった波長１５００ｎｍ〜１３００ｎｍにＰＬ発光ピー
クを持つＧａＡｓ結晶と、その製造方法を見出した。す
なわち本発明の目的は新規なＰＬ発光ピークを持つＧａ
Ａｓ結晶とその製造方法を提供することであり、かかる
目的はIV族元素をドーパントとして含有し、キャリアを
濃度が１．０×１０17ａｔｏｍ／cm3 以上８．０×１０
17ａｔｏｍ／cm3 以下であり、波長１５００ｎｍから１
３００ｎｍにＰＬ発光ピークを持つＧａＡｓ結晶、より
詳しくは該ドーパントがシリコン及び／又はゲルマニウ
ムである前述のＧａＡｓ結晶、及び結晶成長後、均質化
処理を行った後に５００〜７００℃の温度でアニール処
理を行う前述のＧａＡｓ結晶の製造方法により達成され
る。
に取り組み、そして鋭意検討の結果、従来知られていな
かった波長１５００ｎｍ〜１３００ｎｍにＰＬ発光ピー
クを持つＧａＡｓ結晶と、その製造方法を見出した。す
なわち本発明の目的は新規なＰＬ発光ピークを持つＧａ
Ａｓ結晶とその製造方法を提供することであり、かかる
目的はIV族元素をドーパントとして含有し、キャリアを
濃度が１．０×１０17ａｔｏｍ／cm3 以上８．０×１０
17ａｔｏｍ／cm3 以下であり、波長１５００ｎｍから１
３００ｎｍにＰＬ発光ピークを持つＧａＡｓ結晶、より
詳しくは該ドーパントがシリコン及び／又はゲルマニウ
ムである前述のＧａＡｓ結晶、及び結晶成長後、均質化
処理を行った後に５００〜７００℃の温度でアニール処
理を行う前述のＧａＡｓ結晶の製造方法により達成され
る。
【０００６】以下に本発明をより詳細に説明する。本発
明のＧａＡｓ結晶は従来得られなかった波長１５００ｎ
ｍ〜１３００ｎｍの発光ピークを持つことを特徴とす
る。この性質を持たせるためには、ＧａＡｓ結晶にIV族
元素をドープすることが必要である。該IV族元素として
は、シリコン又はゲルマニウムが好ましく、特に好まし
くはシリコンである。
明のＧａＡｓ結晶は従来得られなかった波長１５００ｎ
ｍ〜１３００ｎｍの発光ピークを持つことを特徴とす
る。この性質を持たせるためには、ＧａＡｓ結晶にIV族
元素をドープすることが必要である。該IV族元素として
は、シリコン又はゲルマニウムが好ましく、特に好まし
くはシリコンである。
【０００７】またキャリアの濃度は、１．０×１０17〜
８．０×１０17ａｔｏｍ／cm3 以下であり、好ましく
は、１．０×１０17〜７．３〜１０17ａｔｏｍ／cm3で
ある。ＧａＡｓ結晶の製造方法は、特に限定されず、Ｂ
Ｇ法、ＬＥＣ法、ＭＯＣＶＤ法、ＬＰＥ法等公知の種々
の方法を使用することができる。得られたＧａＡｓ結晶
に熱処理を行うが、ＧａＡｓ結晶は高温域においてはＡ
ｓの蒸気圧がＧａの蒸気圧よりかなり高くなってしまう
ため、Ａｓのみが蒸発し、ＧａＡｓ結晶のストイキオメ
トリーが変わり、Ａｓが不足してしまう。そこでＡｓの
蒸発を防ぐため、表面にＳｉＮX 等の保護膜を付ける
か、又は熱処理を行う管あるいは炉の内部に純Ａｓを設
置し、Ａｓ雰囲気下で熱処理を行うのが好ましく、Ａｓ
雰囲気下で行うのが特に好ましい。
８．０×１０17ａｔｏｍ／cm3 以下であり、好ましく
は、１．０×１０17〜７．３〜１０17ａｔｏｍ／cm3で
ある。ＧａＡｓ結晶の製造方法は、特に限定されず、Ｂ
Ｇ法、ＬＥＣ法、ＭＯＣＶＤ法、ＬＰＥ法等公知の種々
の方法を使用することができる。得られたＧａＡｓ結晶
に熱処理を行うが、ＧａＡｓ結晶は高温域においてはＡ
ｓの蒸気圧がＧａの蒸気圧よりかなり高くなってしまう
ため、Ａｓのみが蒸発し、ＧａＡｓ結晶のストイキオメ
トリーが変わり、Ａｓが不足してしまう。そこでＡｓの
蒸発を防ぐため、表面にＳｉＮX 等の保護膜を付ける
か、又は熱処理を行う管あるいは炉の内部に純Ａｓを設
置し、Ａｓ雰囲気下で熱処理を行うのが好ましく、Ａｓ
雰囲気下で行うのが特に好ましい。
【０００８】最初に行う熱処理は均質化処理であり、そ
の温度は１１００℃以上、融点未満程度融点付近の温度
で行なうのが好ましい。均質化処理後のアニール処理
は、５００〜７００℃が好ましく、特に好ましくは６０
０〜７００℃である。５００℃未満になると、かなり長
時間のアニール処理が必要となり好ましくない。アニー
ル処理の時間は温度によって異なるが、一般には１〜１
００時間、より好ましくは１０〜１００時間、さらに好
ましくは２０〜８０時間である。
の温度は１１００℃以上、融点未満程度融点付近の温度
で行なうのが好ましい。均質化処理後のアニール処理
は、５００〜７００℃が好ましく、特に好ましくは６０
０〜７００℃である。５００℃未満になると、かなり長
時間のアニール処理が必要となり好ましくない。アニー
ル処理の時間は温度によって異なるが、一般には１〜１
００時間、より好ましくは１０〜１００時間、さらに好
ましくは２０〜８０時間である。
【０００９】尚、熱処理後の冷却方法は特に限定されな
いが、アニール処理に関しては、急冷することが好まし
く、一般的には反応管に直接水をかけるのが好ましい。
こうして本発明のＧａＡｓ結晶が得られるがその後一般
には熱処理後のＧａＡｓ結晶から熱処理による表面のダ
メージ部を機械的あるいは化学的に除去する。該ダメー
ジ部の除去条件は熱処理の温度、時間、熱処理雰囲気等
により異なるが、例えば化学エッチングにより除去を行
う場合には、Ｈ2 ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 ＯやＨ3 ＰＯ
4 ：Ｈ2 Ｏ2 等の混合液を用いるのが一般的であり、液
温は１０〜１００℃程度、時間は１０ｓｅｃ〜５ｍｉｎ
程度がよく用いられる。
いが、アニール処理に関しては、急冷することが好まし
く、一般的には反応管に直接水をかけるのが好ましい。
こうして本発明のＧａＡｓ結晶が得られるがその後一般
には熱処理後のＧａＡｓ結晶から熱処理による表面のダ
メージ部を機械的あるいは化学的に除去する。該ダメー
ジ部の除去条件は熱処理の温度、時間、熱処理雰囲気等
により異なるが、例えば化学エッチングにより除去を行
う場合には、Ｈ2 ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 ＯやＨ3 ＰＯ
4 ：Ｈ2 Ｏ2 等の混合液を用いるのが一般的であり、液
温は１０〜１００℃程度、時間は１０ｓｅｃ〜５ｍｉｎ
程度がよく用いられる。
【００１０】こうして得られたＧａＡｓ結晶は、従来Ｐ
Ｌ発光ピークの見られなかった波長１５００〜１３００
ｎｍにＰＬ発光ピークのあるＧａＡｓ結晶が得られる。
ＰＬ発光ピークの測定は公知の種々の方法を用いること
ができるが、手軽さの点からアルゴンイオンレーザー
（波長５１４．５ｎｍ）で励起し、Ｇｅを用いたフォト
ディテクターを用いるのが一般に用いられている。
Ｌ発光ピークの見られなかった波長１５００〜１３００
ｎｍにＰＬ発光ピークのあるＧａＡｓ結晶が得られる。
ＰＬ発光ピークの測定は公知の種々の方法を用いること
ができるが、手軽さの点からアルゴンイオンレーザー
（波長５１４．５ｎｍ）で励起し、Ｇｅを用いたフォト
ディテクターを用いるのが一般に用いられている。
【００１１】
【実施例】以下本発明を実施例に基づきより詳細に説明
するが、本発明はその要旨を超えない限り、下記実施例
に限定されるものではない。 実施例１ Ｓｉキャリア濃度１．０×１０17ａｔｏｍ／cm3 のＧａ
Ａｓ単結晶を、約６×６×６mm3 に切り出し、これを石
英の反応管内に置き、１２００℃で２０時間均質化処理
を行った。その際加熱に用いた炉は２ヶ所に加熱部を持
ち、この１つの加熱部にＧａＡｓを置いてその温度を１
２００℃とし、一方他の加熱部に９９．９９９９％の純
Ａｓを載置し、その温度を６０５℃に保ち、反応管内を
Ａｓ雰囲気とした。その後ＧａＡｓ部の温度Ｔを４５０
℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００
℃、１０００℃の各温度とし、純Ａｓ載置部の温度
（０．３１５×Ｔ＋２２７）℃として２０時間アニール
処理した。さらに５００℃のものは４０時間のアニール
処理も行った。
するが、本発明はその要旨を超えない限り、下記実施例
に限定されるものではない。 実施例１ Ｓｉキャリア濃度１．０×１０17ａｔｏｍ／cm3 のＧａ
Ａｓ単結晶を、約６×６×６mm3 に切り出し、これを石
英の反応管内に置き、１２００℃で２０時間均質化処理
を行った。その際加熱に用いた炉は２ヶ所に加熱部を持
ち、この１つの加熱部にＧａＡｓを置いてその温度を１
２００℃とし、一方他の加熱部に９９．９９９９％の純
Ａｓを載置し、その温度を６０５℃に保ち、反応管内を
Ａｓ雰囲気とした。その後ＧａＡｓ部の温度Ｔを４５０
℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００
℃、１０００℃の各温度とし、純Ａｓ載置部の温度
（０．３１５×Ｔ＋２２７）℃として２０時間アニール
処理した。さらに５００℃のものは４０時間のアニール
処理も行った。
【００１２】こうして得たＧａＡｓ結晶を等分に切断
し、さらにＨ2 ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ 2 Ｏ＝３：１：１
にしたエッチング液を用い、７０℃で３分間エッチング
を行った。こうして得たＧａＡｓ結晶を、アルゴンイオ
ンレーザーにて励起し、４．２ＫでのＰＬ発光ピークを
測定した。ＰＬ発光ピークの測定には、ＪＩＲ−１００
ＦＴ−ＩＲ（エア・プロダクト社製）を用いて測定し
た。
し、さらにＨ2 ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ 2 Ｏ＝３：１：１
にしたエッチング液を用い、７０℃で３分間エッチング
を行った。こうして得たＧａＡｓ結晶を、アルゴンイオ
ンレーザーにて励起し、４．２ＫでのＰＬ発光ピークを
測定した。ＰＬ発光ピークの測定には、ＪＩＲ−１００
ＦＴ−ＩＲ（エア・プロダクト社製）を用いて測定し
た。
【００１３】その結果５００℃〜７００℃でアニール処
理したものだけが１５００〜１３００ｎｍのＰＬ発光ピ
ークを持っていた。この例として、５００℃・４０時
間、６００℃・２０時間、７００℃・２０時間のＰＬ発
光スペクトルの一部を図１〜３として示す。 （実施例２）実施例１において最終的に得られたＧａＡ
ｓ結晶中のＳｉキャリア濃度のみを０．１×１０17、
３．０×１０17、５．０×１０17、７．３×１０17、１
０×１０17、３０×１０17ａｔｏｍ／cm3 に変化させた
ところ、０．１×１０17、１０×１０17、３０×１０17
ａｔｏｍ／cm3 もの以外は１５００〜１３００ｎｍにＰ
Ｌ発光ピークが見られた。
理したものだけが１５００〜１３００ｎｍのＰＬ発光ピ
ークを持っていた。この例として、５００℃・４０時
間、６００℃・２０時間、７００℃・２０時間のＰＬ発
光スペクトルの一部を図１〜３として示す。 （実施例２）実施例１において最終的に得られたＧａＡ
ｓ結晶中のＳｉキャリア濃度のみを０．１×１０17、
３．０×１０17、５．０×１０17、７．３×１０17、１
０×１０17、３０×１０17ａｔｏｍ／cm3 に変化させた
ところ、０．１×１０17、１０×１０17、３０×１０17
ａｔｏｍ／cm3 もの以外は１５００〜１３００ｎｍにＰ
Ｌ発光ピークが見られた。
【図１】図１は５００℃・４０時間のアニール処理後の
ＰＬ発光スペクトルを表わす。
ＰＬ発光スペクトルを表わす。
【図２】図２は６００℃・２０時間のアニール処理後の
ＰＬ発光スペクトルを表わす。
ＰＬ発光スペクトルを表わす。
【図３】図３は７００℃・２０時間のアニール処理後の
ＰＬ発光スペクトルを表わす。
ＰＬ発光スペクトルを表わす。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50 C30B 29/42
Claims (3)
- 【請求項１】 IV族元素をドーパントとして含有し、キ
ャリア濃度が１．０×１０17ａｔｏｍ／cm3 以上８．０
×１０17ａｔｏｍ／cm3 以下であり、波長１５００ｎｍ
から１３００ｎｍにＰＬ発光ピークを持つＧａＡｓ結晶 - 【請求項２】 該ドーパントがシリコン又はゲルマニウ
ムである請求項１記載のＧａＡｓ結晶 - 【請求項３】 結晶成長後、均質化処理を行った後に５
００℃〜７００℃の温度でアニール処理を行う請求項１
乃至２記載のＧａＡｓ結晶の製造方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19325891A JP3114259B2 (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | 新規なＰＬ発光を示すＧａＡｓ結晶とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19325891A JP3114259B2 (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | 新規なＰＬ発光を示すＧａＡｓ結晶とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0537015A JPH0537015A (ja) | 1993-02-12 |
| JP3114259B2 true JP3114259B2 (ja) | 2000-12-04 |
Family
ID=16304959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19325891A Expired - Fee Related JP3114259B2 (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | 新規なＰＬ発光を示すＧａＡｓ結晶とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3114259B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI545237B (zh) * | 2009-01-20 | 2016-08-11 | Sumitomo Electric Industries | Fabrication of conductive GaAs and substrate and the like |
-
1991
- 1991-08-01 JP JP19325891A patent/JP3114259B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 日本物理学会秋の分科会講演予稿集Ｖｏｌ．１９９０，Ｎｏ２ ｐ．３３（１９９０） |
| 日本物理学会講演概要集（分科会）Ｖｏｌ．１９９１，Ｐｔ ２ ｐ．２９（１９９１） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0537015A (ja) | 1993-02-12 |
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