JP3237408B2 - 化合物半導体結晶の製造方法 - Google Patents
化合物半導体結晶の製造方法Info
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Description
造方法に関するものであり、特に、LED、レーザダイ
オード等の光デバイスもしくはICを作製する際、基板
として利用される化合物半導体結晶の製造方法に関する
ものである。
的製造法としては、水平ブリッジマン法(HB法)、液
体封止引上法(LEC法)、垂直ブリッジマン法(VB
法)および垂直温度勾配法(VGF法)等様々な方法が
知られている。これらの方法のうち、VB法は、他の方
法に比べて欠陥密度の低い良質の結晶を低コストで製造
できる方法として有望視されている。このVB法に関す
る従来技術としては、たとえば、特公平3−57079
号に開示されているように、B2 O3 封止剤を用いたS
i添加GaAs結晶の製造方法がある。
法では、るつぼの底部に種結晶を配置し、さらにその上
方に原料固体を配置した後、原料固体の全部を融解する
とともに種結晶の上部を融解し、融解された原料融液を
冷却することによって種結晶から出発して上方へ向かっ
て固化させることにより、単結晶を成長させていく。
前述のVB法によって、所定のキャリア濃度を有するS
i添加GaAs単結晶を得るに際して、一定のSi濃度
を有するようにSiを結晶中に仕込んでも、所定のキャ
リア濃度を有する結晶を安定して得ることができなかっ
た。すなわち、従来は活性化率についての制御を行なっ
ていなかったため、たとえば、Si濃度が5×1017a
toms/cm3 の場合であっても、活性化率が10%
であればキャリア濃度は0.5×1017/cm3 とな
り、活性化率が80%であればキャリア濃度は4×10
17/cm3 となってしまう。
有する化合物半導体結晶を製造する際、不良品が多く発
生し、製造コストが高くなるという問題があった。
し、所定のキャリア濃度を有する化合物半導体結晶を、
再現性よく製造することができる方法を提供することに
ある。
導体結晶の製造方法は、不純物が添加された化合物半導
体結晶の製造方法であって、化合物半導体結晶の原料を
るつぼ中で融解するステップと、融解により得られた原
料融液を冷却することにより結晶成長させるステップと
を備え、冷却の際、原料の融点Tから2/3Tまで冷却
するのに要する時間を制御することにより、所定のキャ
リア濃度に調整することを特徴としている。
御と所定のキャリア濃度の調整とは、 η=f(c.c.,Vc)=100×[19.7/19−{3.5/(3.8 ×1018)×(c.c./Vc)}]…(1) (なお、c.c.はキャリア濃度(cm-3)、ηは活性
化率(%)、Vcは融点Tから2/3Tまでの結晶冷却
速度(℃/H)を示し、η≦100,1×10 17≦c.
c.≦4×1019とする)の式に基づいて行なわれると
よい。
17≦c.c.≦4×1018であるとさらに好ましい。
III−V族化合物半導体結晶であるとよい。
半導体結晶は、砒化ガリウム半導体結晶であるとよい。
Si、Te、SおよびSnからなる群より選ばれるn型
不純物であるとよい。このとき、電気的に中性な不純
物、たとえばIn(インジウム)などが含まれていて
も、本発明の効果に何ら影響しない。
物半導体結晶の育成において、キャリア濃度c.c.
(cm-3)、融点Tから2/3Tまでの結晶冷却速度V
c(℃/H)および活性化率η(%)に関して、以下の
式(1)で表わされる関係があることを見出した。
019) この発明によれば、原料融液を冷却する際、原料の融点
Tから2/3Tまで冷却するのに要する時間を制御する
ことにより、活性化率を制御することができる。したが
って、結果として、所定のキャリア濃度に調整すること
ができる。
cが1、2.5、5、17.5および50℃/Hのそれ
ぞれの場合の、キャリア濃度と活性化率ηとの関係を示
す図である。図1において、横軸はキャリア濃度(×1
018cm-3)を示し、縦軸は活性化率η(%)を示す。
0〜90mmφの10種のSi添加GaAs単結晶を育
成した。
・ナイトライド)製るつぼに種結晶を設置し、その上に
表1に示す量のGaAs多結晶原料融液をチャージし
た。次に、原料融液中に必要量のSiとB2 O3 封止剤
を入れた後、るつぼを石英管に封入した。これを、ヒー
タとるつぼの相対移動速度を4mm/Hとして、冷却に
より結晶成長させた。
の所定のキャリア濃度とSi濃度を設定し、これらの値
から活性化率を算出し、さらにこの活性化率から前述の
式(1)により結晶冷却速度を求め、この冷却速度で冷
却を行なった。
およびSi濃度(atoms/cm 3 )、算出した活性
化率η(%)ならびに冷却速度Vc(℃/H)を、表1
に併わせて示す。
ら2/3Tまで冷却する際の平均速度をいい、この温度
区間での速度が必ずしも一定であることは要しない。こ
の実施例においては、GaAsの融点である1238℃
から1238×(2/3)℃まで冷却する際の平均速度
を示している。
コン等の不純物濃度で除した値をいう。
ついて、製品重量(g)、キャリア濃度(cm-3)、S
i濃度(atoms/cm3 )、B濃度(atoms/
cm 3 )およびC濃度(atoms/cm3 )を測定し
た。製品重量、B濃度およびC濃度を、表1に併わせて
示す。また、キャリア濃度およびSi濃度については、
設定値とほぼ一致する値が得られたため、結果の記載は
省略する。
のキャリア濃度を有するSi添加GaAs結晶を、再現
性よく製造することができることがわかる。
濃度c.c.が2×1017≦c.c.≦4×1018の範
囲の場合についてのみ実験を行なっているが、1×10
17≦c.c.≦4×1019の範囲においても本発明の効
果が得られることが予測できる。
結晶原料を用いて、高純度石英製のるつぼを使用し、B
2 O3 封止剤を使用せずに同様の実験を行なった。この
場合にも、同様に、所定のキャリア濃度を有するSi添
加GaAs結晶を、再現性よく製造することができた。
(Van der Pauw Method )により、以下の条件で測定し
た。
装置(GFAAS:Graphite Furnace Atomic Absorpti
on Spectrometer )を用いて測定した。Si濃度は、こ
の他に、二次イオン質量分析装置(SIMS:Secondar
y Ion Mass Spectrometer )またはプラズマ発光分析装
置(ICP:Inductively Coupled Plazma Atomic Emis
sion Spectrometer )を用いて測定することも可能であ
る。
電質量分析装置(GDMS:Glow Discharge Mass Spec
trometer)を用いて測定した。B濃度は、この他に、プ
ラズマ発光分析装置(ICP)を用いて測定することも
可能である。
(FTIR:Fourier Transform Infrared Spectromete
r )を用いて測定した。
所定の冷却速度を制御することにより、所定のキャリア
濃度を有する化合物半導体結晶を、再現性よく製造する
ことができる。
と活性化率との関係を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 不純物が添加された化合物半導体結晶の
製造方法であって、前記化合物半導体結晶の原料をるつ
ぼ中で融解するステップと、前記融解により得られた原
料融液を冷却することにより結晶成長させるステップと
を備え、前記冷却の際、前記原料の融点Tから2/3T
まで冷却するのに要する時間を以下に示す式に基づいて
制御することにより、前記化合物半導体結晶のキャリア
濃度を所定の値に調整することを特徴とする、化合物半
導体結晶の製造方法。 η=f(c.c.,Vc)=100×[19.7/19
−{3.5/(3.8×10 18 )×(c.c./V
c)}]・・・(1) (なお、c.c.はキャリア濃度(cm -3 )、ηは活性
化率(%)、Vcは融点Tから2/3Tまでの結晶冷却
速度(℃/H)を示し、η≦100,1×10 17 ≦c.
c.≦4×10 19 とする) - 【請求項2】 請求項1に記載の化合物半導体結晶の製
造方法であって、前記冷却の際、前記原料の融点Tから
2/3Tまで冷却するのに要する時間を以下に示す式に
基づいて制御することにより、前記化合物半導体結晶の
キャリア濃度を所定の値に調整することを特徴とする、
化合物半導体結晶の製造方法。 η=f(c.c.,Vc)=100×[19.7/19
−{3.5/(3.8×10 18 )×(c.c./V
c)}]・・・(1) (なお、c.c.はキャリア濃度(cm -3 )、ηは活性
化率(%)、Vcは融点Tから2/3Tまでの結晶冷却
速度(℃/H)を示し、η≦100,2×10 17 ≦c.
c.≦4×10 18 とする) - 【請求項3】 前記化合物半導体結晶は、III−V族
化合物半導体結晶である、請求項1または請求項2に記
載の化合物半導体結晶の製造方法。 - 【請求項4】 前記III−V族化合物半導体結晶は、
砒化ガリウム半導体結晶である、請求項3に記載の化合
物半導体結晶の製造方法。 - 【請求項5】 前記添加された不純物は、Si、Te、
SおよびSnからなる群より選ばれるn型不純物であ
る、請求項1〜4のいずれかに記載の化合物半導体結晶
の製造方法。
Priority Applications (3)
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---|---|---|---|
JP18852494A JP3237408B2 (ja) | 1994-08-10 | 1994-08-10 | 化合物半導体結晶の製造方法 |
US08/509,384 US5612014A (en) | 1994-08-10 | 1995-07-31 | Compound semiconductor crystal |
US08/710,580 US5728212A (en) | 1994-08-10 | 1996-09-19 | Method of preparing compound semiconductor crystal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18852494A JP3237408B2 (ja) | 1994-08-10 | 1994-08-10 | 化合物半導体結晶の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0848592A JPH0848592A (ja) | 1996-02-20 |
JP3237408B2 true JP3237408B2 (ja) | 2001-12-10 |
Family
ID=16225226
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18852494A Expired - Lifetime JP3237408B2 (ja) | 1994-08-10 | 1994-08-10 | 化合物半導体結晶の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1739210B1 (de) | 2005-07-01 | 2012-03-07 | Freiberger Compound Materials GmbH | Verfahren zur Herstellung von dotierten Halbleiter-Einkristallen, und III-V-Halbleiter-Einkristall |
JP4586154B2 (ja) * | 2006-06-22 | 2010-11-24 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | ガリウム砒素単結晶の製造装置 |
DE102008032628A1 (de) * | 2008-07-11 | 2010-01-28 | Freiberger Compound Materials Gmbh | Verfahren zur Herstellung von dotierten Galliumarsenidsubstratwafern mit niedrigem optischen Absorptionskoeffizienten |
US8329295B2 (en) | 2008-07-11 | 2012-12-11 | Freiberger Compound Materials Gmbh | Process for producing doped gallium arsenide substrate wafers having low optical absorption coefficient |
-
1994
- 1994-08-10 JP JP18852494A patent/JP3237408B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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JPH0848592A (ja) | 1996-02-20 |
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