JPS58223693A - りん化ガリウム単結晶基板 - Google Patents
りん化ガリウム単結晶基板Info
- Publication number
- JPS58223693A JPS58223693A JP57102185A JP10218582A JPS58223693A JP S58223693 A JPS58223693 A JP S58223693A JP 57102185 A JP57102185 A JP 57102185A JP 10218582 A JP10218582 A JP 10218582A JP S58223693 A JPS58223693 A JP S58223693A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- base
- gallium phosphide
- impurities
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
- C30B19/02—Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux
- C30B19/04—Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux the solvent being a component of the crystal composition
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/44—Gallium phosphide
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、半導体装置製造用のりん化ガリウム（ＧａＰ
）単結晶基板に関し、さらに詳しくは基板上に転位の少
ないりん化ガリウム層をエビタキンヤル法により形成す
るためのりん化ガリウム単結晶基板に関する。
）単結晶基板に関し、さらに詳しくは基板上に転位の少
ないりん化ガリウム層をエビタキンヤル法により形成す
るためのりん化ガリウム単結晶基板に関する。
従来、発光素子などの半導体装置に用いるりん化ガリウ
ム（ＧａＰ）単結晶基板は、量産性が高いなどの利点が
あるために、引」＝げ法（ＬＥＣ法：Ｌｉｇｕｉｄ Ｅ
ｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ Ｃ５ｏｃｈｒａｌｓｋｉ法）
、特に高圧引上げ法によって製造されている。ところで
発光素子の発光効率を支配するもっとも大切な条件の一
つとして、単結晶の結晶性すなわち結晶欠陥の密度が挙
げられるが、高圧引上げ法によって得られるＧａＰ単結
晶基板には、結晶欠陥（特に転位）が〜５×１０５個／
ｃｌ存在していて、漏足できる結晶性をもつものは得ら
れていない。
ム（ＧａＰ）単結晶基板は、量産性が高いなどの利点が
あるために、引」＝げ法（ＬＥＣ法：Ｌｉｇｕｉｄ Ｅ
ｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ Ｃ５ｏｃｈｒａｌｓｋｉ法）
、特に高圧引上げ法によって製造されている。ところで
発光素子の発光効率を支配するもっとも大切な条件の一
つとして、単結晶の結晶性すなわち結晶欠陥の密度が挙
げられるが、高圧引上げ法によって得られるＧａＰ単結
晶基板には、結晶欠陥（特に転位）が〜５×１０５個／
ｃｌ存在していて、漏足できる結晶性をもつものは得ら
れていない。
そこで、引」−げ法で得られたＧａＰ単結晶基板の上に
液相又は気相のエビタキンヤル法（液相エピタキシャル
法がより一般的である）ＶＣよって基板と同質のエビタ
キンヤル単結晶層を形成し、発光領域となるｐ−ｎ接合
は、引上げ法単結晶よりも発光効率の良好なエピタキシ
ャル単結晶層に形成することが行われている。
液相又は気相のエビタキンヤル法（液相エピタキシャル
法がより一般的である）ＶＣよって基板と同質のエビタ
キンヤル単結晶層を形成し、発光領域となるｐ−ｎ接合
は、引上げ法単結晶よりも発光効率の良好なエピタキシ
ャル単結晶層に形成することが行われている。
しかしながら、引上げ法単結晶基板の結晶欠陥は、基板
上に成長させたエピタキシャル単結晶層中に相当程度引
き継がれて、りん化ガリウム（ＧａＰ）発光素子の発光
効率に悪影響を及ぼしている。したがってエピタキシャ
ル単結晶層を利用するにしても、従来は引上げ法単結晶
基板の引上げ条件を制御して、いかにして低転位のＧａ
Ｐ単結晶基板ヲ１））るか、１だエピタキシャル単結晶
層の成長条ｒ１ヲ制徊ｌして、いかにしてＧａＰ単結晶
基板中の転ｆ＼ンが伝播しないエビクキシャル成長法を
確立するかという方向で種々検削されているが、いずれ
の方向も壁に突き当っているというのが現状である。
上に成長させたエピタキシャル単結晶層中に相当程度引
き継がれて、りん化ガリウム（ＧａＰ）発光素子の発光
効率に悪影響を及ぼしている。したがってエピタキシャ
ル単結晶層を利用するにしても、従来は引上げ法単結晶
基板の引上げ条件を制御して、いかにして低転位のＧａ
Ｐ単結晶基板ヲ１））るか、１だエピタキシャル単結晶
層の成長条ｒ１ヲ制徊ｌして、いかにしてＧａＰ単結晶
基板中の転ｆ＼ンが伝播しないエビクキシャル成長法を
確立するかという方向で種々検削されているが、いずれ
の方向も壁に突き当っているというのが現状である。
本発明の目的は、りん化ガリウム（ＧａＰ）即結晶シ、
（板」−にエピタキシャルＧａＰ単結晶層を成長させる
にあたって、単結晶基板中の転位がエピタキシャル単結
晶層に伝播しない単結晶基板全提供することりこある。
（板」−にエピタキシャルＧａＰ単結晶層を成長させる
にあたって、単結晶基板中の転位がエピタキシャル単結
晶層に伝播しない単結晶基板全提供することりこある。
また別の本発明の目的は、エピタキシャルＧａＰ単結晶
層を利用した発光素子を製造するにあたって、発光効率
の高いＧ ａ Ｐ単結晶基板を提供することにある。
層を利用した発光素子を製造するにあたって、発光効率
の高いＧ ａ Ｐ単結晶基板を提供することにある。
本発明は、エビタ痔シャル成長を行う基板を・、従来の
ようにできるたけ転位密度の少ないという面で品質の高
い基板を選ぶというものでなく、基板転位の動きを妨害
する効果あるいは基板転位の動きにつれて転位を消滅さ
せる効果をもつ不純物を含有するところの基板を選ぶこ
とによって、基板中の転位をエピタキシャル単結晶層に
伝播１“ることのないようにしたものである。
ようにできるたけ転位密度の少ないという面で品質の高
い基板を選ぶというものでなく、基板転位の動きを妨害
する効果あるいは基板転位の動きにつれて転位を消滅さ
せる効果をもつ不純物を含有するところの基板を選ぶこ
とによって、基板中の転位をエピタキシャル単結晶層に
伝播１“ることのないようにしたものである。
基板中に含有させ転位の伝播を防止することができる不
純物は、ドーパント以外の不純物であって基板中総重量
で２０〜１ＱＱｐｐｆＴｌの範囲に含有さぜなけｉｌば
ならない、ＧａＰのドーパントとじては、元 Ｚｎ、Ｔｅ、Ｓｅ＋Ｓ＋Ｎ、０が挙げらソ］１、こノ′
シ峡素以外の不純物が本発明でいうドーパント以外の不
純物である。通常ＧａＰにはＳ １＋ Ｂ 、 Ａ Ｉ
、 Ｆ ｅ ＋ Ｍ ｇ ＋ Ｃａ ｒＫ、Ｎａ’Ｆ
Ｆの不純物が幾らか含１れているが、いずれの不純物で
あっても２０ ｐｐｍまで含有量を高めることりこよっ
て、エピタキシャル単結晶層の発光効率が上昇すること
、また２０ ｐｐｍ以上の含有量においてその発光効率
が維持されること、そして庄プζＪ、 ００ ｐ ｐｍ
以上の含有量となるとＧａＰの結晶性が劣化することが
わかった。特にＳ】が１０ ｐ ｐｍ以−４０、Ｂが１
ｐｐｍ以上、Ｎａ、になどのアルカリ金属が３ ｐｐ
ｍ以」二、Ｍｇ、ｃ、ａなどのアルカリ土類金属が（１
，２ｐｐｍ以−に含有し、その他のドーパント以外の不
純物を含めて２０ｐｐｒｎ以上の含有量である場合、Ｇ
ａＰのエピタキシャル単結晶層の発光効率を１１ｒ来の
１．８倍程度ＶＣ高いものとすることができた。
純物は、ドーパント以外の不純物であって基板中総重量
で２０〜１ＱＱｐｐｆＴｌの範囲に含有さぜなけｉｌば
ならない、ＧａＰのドーパントとじては、元 Ｚｎ、Ｔｅ、Ｓｅ＋Ｓ＋Ｎ、０が挙げらソ］１、こノ′
シ峡素以外の不純物が本発明でいうドーパント以外の不
純物である。通常ＧａＰにはＳ １＋ Ｂ 、 Ａ Ｉ
、 Ｆ ｅ ＋ Ｍ ｇ ＋ Ｃａ ｒＫ、Ｎａ’Ｆ
Ｆの不純物が幾らか含１れているが、いずれの不純物で
あっても２０ ｐｐｍまで含有量を高めることりこよっ
て、エピタキシャル単結晶層の発光効率が上昇すること
、また２０ ｐｐｍ以上の含有量においてその発光効率
が維持されること、そして庄プζＪ、 ００ ｐ ｐｍ
以上の含有量となるとＧａＰの結晶性が劣化することが
わかった。特にＳ】が１０ ｐ ｐｍ以−４０、Ｂが１
ｐｐｍ以上、Ｎａ、になどのアルカリ金属が３ ｐｐ
ｍ以」二、Ｍｇ、ｃ、ａなどのアルカリ土類金属が（１
，２ｐｐｍ以−に含有し、その他のドーパント以外の不
純物を含めて２０ｐｐｒｎ以上の含有量である場合、Ｇ
ａＰのエピタキシャル単結晶層の発光効率を１１ｒ来の
１．８倍程度ＶＣ高いものとすることができた。
このように発光効率の高いエピタキシャル単結晶層の転
位密度は極めて少なくなっていることが確認できた。
位密度は極めて少なくなっていることが確認できた。
多結晶ＧａＰ約８００ｇに、ドーパント以外の不純物と
してＳｉ′、Ｂ、Ｎａ、Ｃａの不純物原料を所望の不純
物含有量となるように添加し、石英ルツボ中溶融し、Ｂ
２Ｏ３融液で保護し、＜ＩＩＩ＞方位のＧａＰ種結晶を
使用してｎ形即結晶を引上げた。引」−げ結晶回転数は
１〜３ ｒｐｍ、引上速度は１０〜１５間／Ｈ、ルツボ
回転数は２０〜３０ ｒｐｍ 、装置内の不活性Ｎ２ガ
ス圧力は６０〜７０気圧、引上単結晶の径は４８−ト０
２馴φ、引」二単結晶重量は７１０ｇの引」。
してＳｉ′、Ｂ、Ｎａ、Ｃａの不純物原料を所望の不純
物含有量となるように添加し、石英ルツボ中溶融し、Ｂ
２Ｏ３融液で保護し、＜ＩＩＩ＞方位のＧａＰ種結晶を
使用してｎ形即結晶を引上げた。引」−げ結晶回転数は
１〜３ ｒｐｍ、引上速度は１０〜１５間／Ｈ、ルツボ
回転数は２０〜３０ ｒｐｍ 、装置内の不活性Ｎ２ガ
ス圧力は６０〜７０気圧、引上単結晶の径は４８−ト０
２馴φ、引」二単結晶重量は７１０ｇの引」。
条件を採用した。
この引上（）を結晶をウニ・・に裁断し、液相エビクキ
ンヤル法によりＴｅ’を含有させたｎ形エビタギ・ノヤ
ル単結晶層、Ｚｎを含有させたｐ形エビタハーシャル単
結晶層を順次形成させて、緑色光）を汐°イオードの接
合層を形成した。
ンヤル法によりＴｅ’を含有させたｎ形エビタギ・ノヤ
ル単結晶層、Ｚｎを含有させたｐ形エビタハーシャル単
結晶層を順次形成させて、緑色光）を汐°イオードの接
合層を形成した。
引上単結晶の不純物量を変化させて、ｊＹ−来の不純物
量（一般に数ｐｐｍ以下である９の試料Ａ、従来の不純
物）ｄ−と本発明の不純物下限量との中間の不純物量の
試１１ Ｂ ）実施例の試料Ｃ及びＩ）を試第１どし、
その不純物ｈ：をスパークマス定量分４７１法によって
定（ｉ；シ、また緑色発光素イの発光効率を比較して第
１表に示した。
量（一般に数ｐｐｍ以下である９の試料Ａ、従来の不純
物）ｄ−と本発明の不純物下限量との中間の不純物量の
試１１ Ｂ ）実施例の試料Ｃ及びＩ）を試第１どし、
その不純物ｈ：をスパークマス定量分４７１法によって
定（ｉ；シ、また緑色発光素イの発光効率を比較して第
１表に示した。
第１表でみるように、ドーパント以外の不純物（７）ｌ
ｊｉ ｉｉ 、ｊ； ２０ｐｐｒｎ以上の実施例（試＃
＝’Ｉ Ｃ、Ｉ） ）の発光効率はｒｊｔ来例（試料Ａ
）のそノＬｅこ比べて１５〜１８倍程度にも向上したこ
とがわかる。この原因となる転位密度につき７点測定値
の平均値をとり、試料Ａ〜Ｄの引上げ単結晶とエピタキ
ソ１．ル単結晶層を測定した結果を第２表に示す。
ｊｉ ｉｉ 、ｊ； ２０ｐｐｒｎ以上の実施例（試＃
＝’Ｉ Ｃ、Ｉ） ）の発光効率はｒｊｔ来例（試料Ａ
）のそノＬｅこ比べて１５〜１８倍程度にも向上したこ
とがわかる。この原因となる転位密度につき７点測定値
の平均値をとり、試料Ａ〜Ｄの引上げ単結晶とエピタキ
ソ１．ル単結晶層を測定した結果を第２表に示す。
第２表
第２表にみるように、実施例（試料Ｃ及び１つ）の基板
には従来例（試料Ａ）と同程度の転位が右在するけｆ’
Ｌども、ドーパント以外の不純物のイＩ在によって転位
の動きが拘束されまた転位の動きにつれて転位が消滅す
るという作用を生じて？ｌ’＋結晶基板の転位がエビク
キシャル単結晶層へ伝播することが防止され、その結果
エピタキンヤル単結晶層の転位密度が大幅に低下してい
る。そしてドーパント以外の不純物の総量の２０〜１０
０ ｐｐｍの範囲においてエビクキンヤル単結晶層の転
位密度が略一定に保たれるので、このことがこの範囲で
の発光素イの発光効率の一定化の理由であると考えるこ
とができる。
には従来例（試料Ａ）と同程度の転位が右在するけｆ’
Ｌども、ドーパント以外の不純物のイＩ在によって転位
の動きが拘束されまた転位の動きにつれて転位が消滅す
るという作用を生じて？ｌ’＋結晶基板の転位がエビク
キシャル単結晶層へ伝播することが防止され、その結果
エピタキンヤル単結晶層の転位密度が大幅に低下してい
る。そしてドーパント以外の不純物の総量の２０〜１０
０ ｐｐｍの範囲においてエビクキンヤル単結晶層の転
位密度が略一定に保たれるので、このことがこの範囲で
の発光素イの発光効率の一定化の理由であると考えるこ
とができる。
本発明によれば、従来、単結晶基板については転イ）ン
密度を減少させる方向で発光素子の発光効率を高めるこ
とだけが考えられてきたのに対して、転位密１０１ ｋ
減少させなくともドーパント以外の不糾（物量を特定の
範囲にすることで、エピタキシャルｒ１′１結晶層への
転位の伝播を防止することができＩＣ６ぞして発光素子
に本発明を応用することにより、０４％の発光効率をも
つＧａＰ緑色発光素子が？：）らＪしたように輝度の向
上と安定に有効な技術苓：１に供することができた。
密度を減少させる方向で発光素子の発光効率を高めるこ
とだけが考えられてきたのに対して、転位密１０１ ｋ
減少させなくともドーパント以外の不糾（物量を特定の
範囲にすることで、エピタキシャルｒ１′１結晶層への
転位の伝播を防止することができＩＣ６ぞして発光素子
に本発明を応用することにより、０４％の発光効率をも
つＧａＰ緑色発光素子が？：）らＪしたように輝度の向
上と安定に有効な技術苓：１に供することができた。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ りん化ガリウム単結晶基板上にエピタキシャル法に
よりりん化ガリウム層を形成するりん化ガリウム単結晶
基板において、該基板中に１・−パント以外の不純物元
素を総重量で２０〜１００ ｐｐｍの範囲に含有させる
ことを特徴と一ノーるりん化ガリウム単結晶基板。 ２ 基板中に含有させるドーパント以外の不純物元素が
、シリコン１０ｐｐｍ以上、ボロン１ｐｌ）１１１以上
、アルカリ金属３ｐｐｍ以上及びアルカリ土類金属０．
２ｐｐｍ以上である、特許請求の範囲第１項記載のりん
化ガリウム単結晶基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57102185A JPS58223693A (ja) | 1982-06-16 | 1982-06-16 | りん化ガリウム単結晶基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57102185A JPS58223693A (ja) | 1982-06-16 | 1982-06-16 | りん化ガリウム単結晶基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58223693A true JPS58223693A (ja) | 1983-12-26 |
Family
ID=14320604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57102185A Pending JPS58223693A (ja) | 1982-06-16 | 1982-06-16 | りん化ガリウム単結晶基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58223693A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7201939B2 (en) | 2002-08-07 | 2007-04-10 | Kabushiki Kaisha Topcon | Optical fiber with antireflection coating, and method for manufacturing the same |
-
1982
- 1982-06-16 JP JP57102185A patent/JPS58223693A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7201939B2 (en) | 2002-08-07 | 2007-04-10 | Kabushiki Kaisha Topcon | Optical fiber with antireflection coating, and method for manufacturing the same |
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