JPH0537015A - 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

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JPH0537015A
JPH0537015A JP3193258A JP19325891A JPH0537015A JP H0537015 A JPH0537015 A JP H0537015A JP 3193258 A JP3193258 A JP 3193258A JP 19325891 A JP19325891 A JP 19325891A JP H0537015 A JPH0537015 A JP H0537015A
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gaas crystal
crystal
gaas
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Koji Sumino
浩二 角野
Masashi Suezawa
正志 末澤
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 IV族元素のキャリアを、濃度1.0×1017
atom/cm3 以上8.0×1017atom/cm3 以下
含む、波長1500nmから1300nmに発光ピーク
を持つGaAs結晶。 【効果】 波長1500nmから1300nmに発光ピ
ークを持つGaAs結晶が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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 x
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。
【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。
【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。
【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。
【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
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。
【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 2 :H2 OやH3 PO
4 :H2 2 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。
【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。
【0012】こうして得たGaAs結晶を等分に切断
し、さらにH2 SO4 :H2 2 :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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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
  2. 【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
  3. 【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
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2010084878A1 (ja) * 2009-01-20 2010-07-29 住友電気工業株式会社 導電性GaAsの結晶と基板およびそれらの作製方法

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US11955251B2 (en) 2009-01-20 2024-04-09 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Crystal and substrate of conductive GaAs, and method for forming the same

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