JPS61236689A - ガリウムリン単結晶の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｌ１Ｌガ枡別役社 本発明は、ガリウムリン（Ｇ　ａ　Ｐ　）単結晶、特に
はＩｎ添加低低転位　ａ　Ｐ甲結晶の製造方法に関する
ものである。

従−米玖−皮術 Ｇ　ａ　Ｐ単結晶は、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ単結晶に比へ広い
禁」に帯幅を有しているので、可視発光イオート素子と
して広く利用されている。この素子は通常、液相エピタ
キシャル成長法により、Ｇ　ａ　Ｐ単結晶基板上にＧａ
Ｐの成長層を作るが、その際のドーピング剤の選択によ
り赤色から緑色にいたる所望の発光を得るものである。

この発光素子の発光効率を高めるに【才、基板となるＧ
　ａ　Ｐ　、Ｑｉ結晶ウェーハの結晶の完全性、特に低
転位の結晶が要求される。

しかして基板のもととなるＧａＰＱｌ結晶捧は結晶体封
止材たとえば酸化ホウ素（１３□０３）を使用し、高圧
不活性ガス雰囲気下で溶融体から引き−１−げろ液体カ
プセル引−１−げ法によって育成されてぃるが、この方
法においては、ＧａＰ溶融体ど封止材のＢ、０３との界
面およびＢ２Ｏ３と不活性ガス雰囲気との界面近くにお
ける温度勾配が大きいため、引上げ単結晶内に大きな応
力が発生し、転位発生の原因となっていた。

光測」１解決しようと□ブレ４世すｍＡこれを解決する
ため、■ホウ素、アルミニウム、シリコンあるいはマグ
ネシウムなどの不純物を添加してこの転位を減少させる
方法、■溶融体から結晶を引上げるときの温度をコント
ロールする方法など種々試みられているが、種結晶から
伝播する転位および種付は時に発生する転位の影響その
他の諸条件が重なり、収率良く低転位の結晶を得るにい
たっていない。

朋」１痺〕し解ｌ（す−廷めの手段一 本発明は、上述のごとき従来の問題点を解決した低転位
ガリウムリン単結晶の製造方法を提供するもので、これ
はガリウムリン溶融体」二の液体封止材を通して該溶融
体に種結晶を浸漬し、高圧不活性ガス雰囲気下で単結晶
を引」−げる方法において、前記溶融体にＴ　ｎを添加
するとともに、Ｉｎ添加された種結晶に用いること髪特
徴とするガリウムリン！ＩＳ粘晶の製ｊ告力Ｃ人である
。

以下これをさらに詳細に説明する。

本発明者らは低転位のＧ　ａ　ｒ’　！ｐ−結晶を得る
ため種々研究を重ねた結果、溶融体にＩｎを添加すると
ともに、Ｉｎ添加種結、１７Ｉを使用することによりこ
の目的が達せられること、さらにこの場合、使用する種
結晶の溶融体との融着部におけるｒｎａ度と、溶融体中
のＩｎ濃度との間に密接な関係があることを確認し本発
明に到達した。

すなオ〕も、本発明では、Ｔｎを溶融体に２〜１０ｗｔ
％好ましくは５〜１０す１％添加するのであるが、この
ように限定するのは２　ｗｔ％未満では低転位の効果が
あらオ）れず、ｌｏｔａｔ％以上では結晶体にＴｎの析
出が起こり、単結晶化が困難になるからである。

他方、シリコン単結晶を溶融体から引」−げる際には、
転位の発生を避けるため、種結晶の一部を絞って細くす
る方法が従来から採用されているが、ＧａＰの場合は、
あまり有効ではない。そのため本発明者らは、低転位の
ＧａＰ単結晶棒から切り出した低転位種結晶中のＩｎ濃
度と、種付時における溶融体中のＩｎ１度との間に密接
な関係があることに着目し１種結晶が溶融体と接触する
部分のＩｎ濃度Ｃ□と、種付時におけるＧａＰ溶融体中
のＩｎ濃度Ｃ２にＴｎの偏析係数ｋを乗じたｋＣ２とを
、全く一致させるかあるいは少なくとも差が±０．３５
νｔ％の範囲内になるように設定すれば、伝播および種
付は時に発生する転位の発生が避けられ、１０３個／ａ
＋？以下の低転位のＧａＰ単結晶棒が得られることを確
かめた。この結果から、ＧａＰ単結晶中に転位の発生す
るのを防ぐには、溶融体に２．０すｔ％〜１０．０　ｔ
ｉｔ％程度のＩｎを添加すればよいこととなる。この溶
融体から単結晶棒を引上げると、Ｉｎの偏析係数にと固
化率との関連において、引上単結晶棒には、その位置に
よっても異なるが、引上直後の単結晶棒中に０．２　ｗ
ｔ％〜１．Ｏｔｉｔ％程度のＩｎが含まれ、この引上単
結晶棒から種結晶を切り出せば希望するＩｎ濃度の種結
晶が得られる。

たとえば、ＧａＰ溶融体の種付時におけるＴＩＩａ度Ｃ
１，を６．Ｏｗｔ％とした場合に、偏析係数にとの積１
（Ｃ２が０．６　ｗｔ％程度であるから、種結晶の溶融
体との接触部（融着部に相当）におけるＴｎｉｌ１度Ｃ
□が０．６±０．３５　ｗｔ％の範囲にあるものを選へ
ばよい。またこの逆の方法、すなわち種結晶の溶融体に
接触する融着部のＩｎ濃度Ｃ３を基準にして、種付時の
溶融体のＩｎ濃度Ｃ２を調整することもできる。

この発明における前述のＣ□とｋＣ２との間の許容範囲
は極めて厳密を要し、相互の間に±０．３５ｔｙｔ％以
」−の差があると、無転位の種結晶を使用しても融着部
に転位が発生し、引上単結晶中に転位が伝播するように
なり、この発明の目的とする低転位の結晶を得るという
効果が得られない。これは、本発明者らの反復繰返し実
験により確かめたもので、その理由は明確ではないが、
種結晶と溶融体との接触界面におけるミスフィシ１−デ
ィスロケーション（Ｍｉｓｆｊｔ　　Ｄｊｓｌｏｃａｔ
ｊｏｎ）によるものと推定される。

なお、本発明のＩｎ濃度は二次イオン質量分析機（ＳＣ
ｃｏｎｄａｒｙ　　Ｔｏｎ　　Ｍａｓｓ　　５ｐｅｃｔ
ｒｏｓｃｏｐｙ）により測定することができ、また結晶
中の転位の発生と消長はＸ線トポグラフィ−の方法で確
認することができる。

つぎに本発明の実施例を挙げる。

失旅餌士 直径４″′の石英ルツボにＧａＰ　］、ＯｋｇとＴｎ６
２゜Ｏｇを入れ、さらにこの」二に８２０３１６０ｇを
入れてからＮ２ガスを送入し、５０ｋｇ／ｃＪの圧力下
で４６０℃に昇温してＢ２Ｏ３に溶融し、この温度に約
１時間保持した。ついで６０〜７０　ｋｇ　／　ａＫの
圧力下でＧａＰ溶融体の温度を上昇し、１４７０°Ｃに
達してから約１時間この温度に保持した。このＧａＰ溶
融体におけるＴｎｆｉ度は５．８　ｗｔ％であった。こ
の間ルツボは２０ｒ、ｐ、ｍ、で回転させて溶融体の均
一化をはかった。ついで溶融体に接する部分のＩｎ′ａ
度が０．７ｗｔ％の種結晶を徐々に下げて溶融体に浸漬
し、ルツボの回転と逆方向に２Ｏｒ、ｐ、ｍ、の回転を
与え、毎時９１１１ｏの割合で引上げた結果、直径５５
　ｎ＋ｍ、６５０ｇのＧ　ａ　Ｐ単結晶棒を得た。この
単結晶棒をＸ線トポグラフィ−の方ａ；を用いて調へた
結果はきわめて転位の少ないものであった。比較のため
、同じ条件の溶融体に対し、溶融体に接する部分のＩｎ
濃度が］、２ｗｔ％の種結晶を使用したほかは全く同一
条件で引上けたところ、得られた東結晶捧には多くの転
位が発生しており、実用価値のないものであった。

実澹例剥− 実施例］と同し配合率の原料を使い、Ｎ２ガス６０〜７
０　ｋｇ　／　ａ＃の圧力下で４６０℃に昇温してＢ２
Ｏ３を溶融した。ついで実施例と同じ条件下でＧ　ａ　
Ｐ単結晶棒を引き上げた。このときの溶融体のＴｎｆｉ
度は５．８　ｔｙｔ％であり、種結晶の融着部における
ＴｎＪ度は０．６　ｗｔ％であった。この結果直径５５
１■、６５０ｇのＧ　ａ　Ｐ単結晶棒が得られ、この結
晶は検査の結果きわめて転位の少ないものであった。

１唄−の違來 本発明の方法によれば、収率良く低転位のＧａ＝７− Ｐ単結晶が得られ、工業的にきわめて有利な方法である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ガリウムリン溶融体上の液体封止材を通して該溶融
   体に種結晶を浸漬し、高圧不活性ガス雰囲気下で単結晶
   を引上げる方法において、該溶融体にＩｎを添加すると
   ともに、Ｉｎ添加された種結晶を用いることを特徴とす
   るガリウムリン単結晶の製造方法。 ２）該溶融体に添加するＩｎが、２〜１０ｗｔ％である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３）該種結晶の該溶融体との融着部におけるＩｎ濃度Ｃ
   ＿１が、種付時の溶融体中のＩｎ濃度Ｃ＿２と偏析係数
   ｋとの積ｋＣ＿２にほぼ等しくなるようにすることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４）該Ｃ＿１と該ｋＣ＿２との差が±０．３５ｗｔ％の
   範囲内になるようにすることを特徴とする特許請求の範
   囲第３項記載の方法。