JPS6045160B2 - ＧａＳｂ単結晶の製造方法 - Google Patents
ＧａＳｂ単結晶の製造方法Info
- Publication number
- JPS6045160B2 JPS6045160B2 JP12674880A JP12674880A JPS6045160B2 JP S6045160 B2 JPS6045160 B2 JP S6045160B2 JP 12674880 A JP12674880 A JP 12674880A JP 12674880 A JP12674880 A JP 12674880A JP S6045160 B2 JPS6045160 B2 JP S6045160B2
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- Japan
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- gasb
- crystal
- single crystal
- crystals
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は高品質ＧａＳｂ単結晶の製造方法に関する
。
。
最近、光ファイバーの低損失化に成功し光ファイバー
通信が大きく注目され始め、通信用の基本構成要素であ
る送信源としてのレーザーダイオードや発光ダイオード
、伝送路としての光ファイバー、受信器としての受光ダ
イオードの研究が盛んに行なわれるようになつてきた。
通信が大きく注目され始め、通信用の基本構成要素であ
る送信源としてのレーザーダイオードや発光ダイオード
、伝送路としての光ファイバー、受信器としての受光ダ
イオードの研究が盛んに行なわれるようになつてきた。
現在、光ファイバーの伝送損失の極小値が１．３μｍ帯
と１．５５μｍ帯てあり、その波長領域を満足するレー
ザーダイオード、発光ダイオード、および受光ダイオー
ドが光ファイバー通信に必要となつた。この波長帯にお
ける受光素子としてＳｉを用いた場合、受光感度がきわ
めて低く■−Ｖ族化合物半導体材料を用いて光通信用デ
バイスの研究が活発に行なわれている。これらの化合物
として主に、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＳｂ等の結晶をあ
げる事が出来る。１．３μｍ帯に用いる発光素子につい
ては、ＧａＡｓ、ＩｎＰが有望視されているが、さらに
長波長である１．５５μｍ帯及びそれ以上波長の長い領
域では、エネルギー帯幅がせまい事からＧａＳｂが注目
されている。
と１．５５μｍ帯てあり、その波長領域を満足するレー
ザーダイオード、発光ダイオード、および受光ダイオー
ドが光ファイバー通信に必要となつた。この波長帯にお
ける受光素子としてＳｉを用いた場合、受光感度がきわ
めて低く■−Ｖ族化合物半導体材料を用いて光通信用デ
バイスの研究が活発に行なわれている。これらの化合物
として主に、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＳｂ等の結晶をあ
げる事が出来る。１．３μｍ帯に用いる発光素子につい
ては、ＧａＡｓ、ＩｎＰが有望視されているが、さらに
長波長である１．５５μｍ帯及びそれ以上波長の長い領
域では、エネルギー帯幅がせまい事からＧａＳｂが注目
されている。
特に、受光素子にいたつては、将来、多重通信等、多種
の波長の光を一本のファイバーで伝送する場合、より長
波長に感度があり１．３μｍ帯の光に対しても応答する
受光ダイオードが要求され、受光素子材料としてはＧａ
Ｓｂが最も有力な結晶として考えられている。 しかし
ながら、ＧａＳｂ単結晶は、空孔濃度が高く、不純物添
加を行なわない限り常にＰ型を示し、しかもキャリア濃
度は約１×１０″″／ｄである。
の波長の光を一本のファイバーで伝送する場合、より長
波長に感度があり１．３μｍ帯の光に対しても応答する
受光ダイオードが要求され、受光素子材料としてはＧａ
Ｓｂが最も有力な結晶として考えられている。 しかし
ながら、ＧａＳｂ単結晶は、空孔濃度が高く、不純物添
加を行なわない限り常にＰ型を示し、しかもキャリア濃
度は約１×１０″″／ｄである。
この様な結晶を用いて受光用素子を製作した場合、Ｇａ
Ｓｂ単結晶自体を活性層とした場合も、液相成長層を活
性層とした場合においてもＳ／Ｎ比は悪く、暗電流によ
るノイズ及び熱散乱によるジヨンソンノイズ、又発生−
再結合ノイズ等、受光素子として好ましくない現象が現
われ、ＧａＳｂ結晶中の空孔がそのまま欠陥として素子
の特性をヨ劣下させる一原因となつている。 本発明は
上記の欠点を有するＧａＳｂ単結晶の品質を向上させ、
素子特性上好ましい単結晶を提供する事を目的とする。
Ｓｂ単結晶自体を活性層とした場合も、液相成長層を活
性層とした場合においてもＳ／Ｎ比は悪く、暗電流によ
るノイズ及び熱散乱によるジヨンソンノイズ、又発生−
再結合ノイズ等、受光素子として好ましくない現象が現
われ、ＧａＳｂ結晶中の空孔がそのまま欠陥として素子
の特性をヨ劣下させる一原因となつている。 本発明は
上記の欠点を有するＧａＳｂ単結晶の品質を向上させ、
素子特性上好ましい単結晶を提供する事を目的とする。
この発明は、ＧａＳｂ単結晶を融液から成長させる際
に、上記融液にＡｌを添加することにより得られるＧａ
Ｓｂ単結晶の高品質化を図つたことを特徴としている。
に、上記融液にＡｌを添加することにより得られるＧａ
Ｓｂ単結晶の高品質化を図つたことを特徴としている。
以下、チョクラルスキー法に適用した実施例を用いて説
明する。？級のＧａｌＯＯｙに対して、？級のＳｂを約
１７０ｆ用いて素材とした。
明する。？級のＧａｌＯＯｙに対して、？級のＳｂを約
１７０ｆ用いて素材とした。
用いた石英ルツボは半導体級で、ルツボ回転数３ｒ′Ｐ
ｍｌ種子結晶回転数１０ｒｐｍと、それぞれ逆方向に回
転した。結晶育成中の雰囲気としては９０％ＶＯｌｌｌ
２ガスと１０％ＶＯｌＨ２ガスとの混合ガスを用いた。
又結晶の育成方位はく１１１〉Ｂ軸を用いた。又、種子
結晶の引上速度は１５悶／ｈ以下で行なつた。ＧａＳｌ
）単結晶のキャリア濃度は主に、Ｓｂ空孔濃度に依存す
るものと考え、キャリア濃度を用いて評価を行なつた。
又、■凄Ｈ２Ｏ。系の混酸を用いてエッチビット観察も
合わせて行なつた。Ｎ原子を添加する場合には、ルツボ
の底にＨＣｌでエッチング処理を施したＡ１を置き、Ｇ
ａ，Ｓｂをルツボ内におさめた。
ｍｌ種子結晶回転数１０ｒｐｍと、それぞれ逆方向に回
転した。結晶育成中の雰囲気としては９０％ＶＯｌｌｌ
２ガスと１０％ＶＯｌＨ２ガスとの混合ガスを用いた。
又結晶の育成方位はく１１１〉Ｂ軸を用いた。又、種子
結晶の引上速度は１５悶／ｈ以下で行なつた。ＧａＳｌ
）単結晶のキャリア濃度は主に、Ｓｂ空孔濃度に依存す
るものと考え、キャリア濃度を用いて評価を行なつた。
又、■凄Ｈ２Ｏ。系の混酸を用いてエッチビット観察も
合わせて行なつた。Ｎ原子を添加する場合には、ルツボ
の底にＨＣｌでエッチング処理を施したＡ１を置き、Ｇ
ａ，Ｓｂをルツボ内におさめた。
ＧａｌＯＯｙに対してにを０．０７ｙ添加した結晶と、
キャリア濃度を下げる目的で、Ｎを添加せず、不純物と
してのＴｅを約３ｍ９加えて育成した結晶及び該結晶を
４００℃で１時間熱処理を加えたものと、無添加ＧａＳ
ｂ単結晶のキャリア濃度の比較を下表に示してある。
キャリア濃度を下げる目的で、Ｎを添加せず、不純物と
してのＴｅを約３ｍ９加えて育成した結晶及び該結晶を
４００℃で１時間熱処理を加えたものと、無添加ＧａＳ
ｂ単結晶のキャリア濃度の比較を下表に示してある。
キャリア濃度は、５０００ガウスの磁界を用い、Ｖａｎ
ｄｅｒＰａｕ罐を用いて室温で行なつた。上記表から、
ＡＩを添加した結晶は、ドーピングを行なわない結晶に
比べてキャリヤ濃度が約１、桁低く、Ｔｅ原子を３ｍｇ
ドープした結晶よりも低キャリア濃度になつている事が
判かる。
ｄｅｒＰａｕ罐を用いて室温で行なつた。上記表から、
ＡＩを添加した結晶は、ドーピングを行なわない結晶に
比べてキャリヤ濃度が約１、桁低く、Ｔｅ原子を３ｍｇ
ドープした結晶よりも低キャリア濃度になつている事が
判かる。
測定に使用したウェーハは成長した結晶の中間部（固化
率ｙ−０．３）から切り出したものを用いた。前述した
様に、Ａ１を添加した事によりキャリ３ア濃度が低下し
た、つまりＧａＳｂ中のＳｂ空孔の濃度が低下し、Ｇａ
Ｓｂ単結晶が高品質になつている事が判かる。Ｇａに対
して、Ａ１原子をわずか約０．２原子％添加した事によ
りキャリア濃度が１桁下がり高品質化が行なわれている
事は注目すべき結果３である。エッチビットによる観察
では、Ａ１を添加した事により転位密度は増加しておら
ず、すべての結晶は１〜１０／ｄの転位ビット密度であ
つた。
率ｙ−０．３）から切り出したものを用いた。前述した
様に、Ａ１を添加した事によりキャリ３ア濃度が低下し
た、つまりＧａＳｂ中のＳｂ空孔の濃度が低下し、Ｇａ
Ｓｂ単結晶が高品質になつている事が判かる。Ｇａに対
して、Ａ１原子をわずか約０．２原子％添加した事によ
りキャリア濃度が１桁下がり高品質化が行なわれている
事は注目すべき結果３である。エッチビットによる観察
では、Ａ１を添加した事により転位密度は増加しておら
ず、すべての結晶は１〜１０／ｄの転位ビット密度であ
つた。
またにを添加した結晶のペレット表面をＸ線４マイクロ
アナライザを用いて観察した結果、マクロな析出物は発
生せず、良質な結晶であることが判つた。Ａ１の添加量
はＧａに対して０．０１〜１０原子％、特に好ましくは
０．１〜０．３原子％の範囲で良い結果が得られる。以
下、Ａ１を添加する事により高品質化が行なわれた原因
について考察する。
アナライザを用いて観察した結果、マクロな析出物は発
生せず、良質な結晶であることが判つた。Ａ１の添加量
はＧａに対して０．０１〜１０原子％、特に好ましくは
０．１〜０．３原子％の範囲で良い結果が得られる。以
下、Ａ１を添加する事により高品質化が行なわれた原因
について考察する。
１ＧａＳｂの相図を第１図に示す。
図中点線で囲んだ部分を拡大すると、第２図の実線に示
す様に固相線力Ｇｂ空孔を多数発生する状態になつてい
る。一方、Ａ１とＳｂとの相図は、第２図の点線で示す
様にＳｂ空孔はＧａＳｂに比較して少なく、ややＳ腔孔
が減少する事が考えられる。２ＧａＳｂ中のＧａ位置に
Ａ１が入り込み、微小な歪によりＳｂ空孔の発生エネル
ギに変化を与えられるとも考えられる。
す様に固相線力Ｇｂ空孔を多数発生する状態になつてい
る。一方、Ａ１とＳｂとの相図は、第２図の点線で示す
様にＳｂ空孔はＧａＳｂに比較して少なく、ややＳ腔孔
が減少する事が考えられる。２ＧａＳｂ中のＧａ位置に
Ａ１が入り込み、微小な歪によりＳｂ空孔の発生エネル
ギに変化を与えられるとも考えられる。
しかしながら、１の説明ではＡ１を０．２原子％添加
した事によりキャリア濃度が１桁低下した事を説明する
には不十分であり又、２の説明もＧａＳｂ（５Ａ１Ｓｂ
との格子定数の差が約０．６％しか異ならない為考えに
くい。
した事によりキャリア濃度が１桁低下した事を説明する
には不十分であり又、２の説明もＧａＳｂ（５Ａ１Ｓｂ
との格子定数の差が約０．６％しか異ならない為考えに
くい。
３次に考えられる事は、一つのＡ１原子が比較的大きな
領域で作用している事である。
領域で作用している事である。
歪がほとんど発生せずに影響を及ぼす要素として、Ｇａ
−Ｓｂ，Ａｌ−Ｓｂ間の結合エネルギーが考えられるが
、Ａ１−Ｓｂの結合エネルギーはＧａ−Ｓｂのそれよ大
きい。しかも第３図のモデル図に示す様にＡ１原子は破
線で示す比較的広い領域に影響を及ぼし、結晶全体のＳ
ｂ空孔の発生量をおさえていると考える事が出きる。以
上の様に未だ正確な説明は出来ないが、１及び３の効果
が相乗してあられれた現象と考えている。
−Ｓｂ，Ａｌ−Ｓｂ間の結合エネルギーが考えられるが
、Ａ１−Ｓｂの結合エネルギーはＧａ−Ｓｂのそれよ大
きい。しかも第３図のモデル図に示す様にＡ１原子は破
線で示す比較的広い領域に影響を及ぼし、結晶全体のＳ
ｂ空孔の発生量をおさえていると考える事が出きる。以
上の様に未だ正確な説明は出来ないが、１及び３の効果
が相乗してあられれた現象と考えている。
以上、述べた様に、この発明によれば、Ａ１原子を融液
に添加する事により高品質のＧａＳｂ結晶を育成する事
が出来る。
に添加する事により高品質のＧａＳｂ結晶を育成する事
が出来る。
この発明の効果は、他の■−Ｖ族化合物半導体結晶の育
成にも応用出来、ＧａＡｓ単結晶等にも、同族の■族原
子、例えばＡ１原子を添加して同様な効果が期特出来る
。
成にも応用出来、ＧａＡｓ単結晶等にも、同族の■族原
子、例えばＡ１原子を添加して同様な効果が期特出来る
。
しかもＧａＳｂにＡｌを添加しても、前述した様に、Ｇ
ａＳｂ＜５Ａ１Ｓｂとの格子定数の差が０．６％しかな
い為、素子化工程における液相エピタキシャルも従来通
り行なえ、非常に大きな利点となつている。
ａＳｂ＜５Ａ１Ｓｂとの格子定数の差が０．６％しかな
い為、素子化工程における液相エピタキシャルも従来通
り行なえ、非常に大きな利点となつている。
第１図はＧａ−Ｓｂ系の相図、第２図はその部分・拡大
図、第３図はＧａＳｂ単結晶内のＡＩの影響範囲を示す
モデル図である。
図、第３図はＧａＳｂ単結晶内のＡＩの影響範囲を示す
モデル図である。
Claims (1)
- １ ＧａＳｂ単結晶を融液から成長させるに際し、上記
融液に、Ｇａに対して０．０１〜１０原子％のＡｌを添
加することを特徴とするＧａＳｂ単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12674880A JPS6045160B2 (ja) | 1980-09-12 | 1980-09-12 | ＧａＳｂ単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12674880A JPS6045160B2 (ja) | 1980-09-12 | 1980-09-12 | ＧａＳｂ単結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5751198A JPS5751198A (en) | 1982-03-25 |
| JPS6045160B2 true JPS6045160B2 (ja) | 1985-10-08 |
Family
ID=14942925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12674880A Expired JPS6045160B2 (ja) | 1980-09-12 | 1980-09-12 | ＧａＳｂ単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6045160B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0522899A (ja) * | 1991-07-10 | 1993-01-29 | Akiko Uchiumi | 自動車のタイヤの回転により電気を作る方法 |
-
1980
- 1980-09-12 JP JP12674880A patent/JPS6045160B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0522899A (ja) * | 1991-07-10 | 1993-01-29 | Akiko Uchiumi | 自動車のタイヤの回転により電気を作る方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5751198A (en) | 1982-03-25 |
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