JPH0428679B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (ア) 技術分野 この発明は、低転位密度のInP単結晶と、その
製造方法に関する。

InP単結晶は、発光ダイオード、レーザダイオ
ード、ホトダイオード、トランジスタ、ICの基
板として広い用途を持つている。

(イ) 従来技術 InP単結晶は、LEC法（液体カプセル法）又は
HB法（水平式ブリツジマン法）で作る事ができ
る。

LEC法は、るつぼの中に原料と液体カプセル
剤を入れ、耐圧容器内で不活性気体によつて数十
atmの圧力をかけならが、原料を融かし、融液か
ら種結晶を使つて単結晶を引上げるものである。

ヒータによつて原料と液体カプセル剤を融かす
と、原料融液の上部を液体カプセル剤が覆う。こ
の上に不活性気体が高圧を加えるので、Ｐが抜け
るのを防ぐ事ができる。

LEC法によつて引上げた単結晶は、円柱形で
あつて、ウエハにスライスした時、円形のウエハ
が直ちに得られる、という長所がある。またボー
トを使わないので、シリコンによつて汚染される
事もなく、所望の電気的特性を得やすい、という
特長もある。

(ウ) 従来技術の問題点 LEC法によつて引上げたInP単結晶は、成長中
の熱歪みのため、多数の結晶欠陥を伴う事が多
い。

結晶欠陥は、いくつかの種類があるが、その程
度は、エツチピツト密度（EPD）により評価す
る事ができる。これは、単結晶をウエハにスライ
スし、適当なエツチング液でエツチングした時、
表面に現われるエツチピツトを顕微鏡下で計数
し、単位面積あたりの数に換算したものである。

エツチピツトは、なんらかの結晶欠陥に対応し
ている。InP結晶上に発光素子、受光素子、トラ
ンジスタ等のデバイスを作製した時、結晶欠陥は
これらデバイスの特性を低下させ、寿命を短くす
る。又エツチピツト密度にバラつきがあると、
FETを作る場合など、ピンチオフ電圧などがバ
ラついてしまう。

このように、エツチピツト密度は、できるだけ
低い事が望ましく、しかもバラつきが少い方が良
い。

このように、低転位密度のInP単結晶を製造す
る事が強く望まれる。

(エ) 不純物硬化 純粋な金属は、一般に軟かくて、脆いものであ
る、不純物が入る事によつて、より硬く、より強
くなる事が多い。

結晶欠陥は、格子構造が弱いために生ずるので
ある、とすれば、不純物元素を加える事により
InPの単結晶を強化する事ができる筈である。

実際、InPに、Zn、Ｓを不純物として、10¹⁸原
子／cm³以上添加する事によりエツチピツト密度
EPDが低下する、という現象は広く知られてい
る。

しかしながら、Zn、Ｓは各々族、族の元
素であつて、、族元素ではない。Zn、Ｓが、
In原子又はＰ原子を置換すると、結晶中に自由電
子又は正孔の電荷担体を生じる。すると、ｎ型又
はｐ型の半導体となる。電界効果トランジスタ
（FET）のような半絶縁性結晶を必要とする素子
の基板としては、このようなものは利用できな
い。

InP基板の主要な用途は、光通信用発光素子、
或は受光素子の基板である。これらは、ｎ型、ｐ
型のウエハであつて差支えない。しかしながら、
Zn、Ｓを例えば１×10¹⁸cm^-3以上添加すると、担
体数が増加するため、光の吸収係数が増加し、基
板側からの光の取り出し効率（発光素子の場合）
が低下する、という欠点もある。しかし、Zn、
Ｓの濃度が３×10¹⁸cm^-3以上であると、これらに
よる不純物効果が期待できる。

本発明は、Zn、Ｓが含まれないか、又は１×
10¹⁸cm^-3以下であつて、これによる不純物効果が
起らない場合に、有効である。

(オ) 等電子不純物硬化 InP結晶の内、Inは族、Ｐは族元素であ
る。族又は族の元素を不純物としてInPの中
へ添加したとする。族元素がInのサイトを置換
し、族元素がＰのサイトを置換するとすれば、
これらの添加によつて電気的特性は変らないはず
である。族元素と族元素では共有結合半径が
異なるし、電子数も異なるから、上記の同族元素
間置換は、実際に起り易い。

In以外の族元素としてはＢ、Al、Gaなどが
ある。

Ｐ以外の族元素としてはＮ、As、Sbなどが
ある。

例えば、InPにGaをドープしたとする。InP中
のGaの偏析係数は約５である事が知られている。

偏析係数（distribution coefficient）は、固相
と液相とが熱平衡状態にある時、ある不純物の濃
度が固相と液相とで比例関係にあるが、この比例
定数の事をいう。固相に於ける濃度（wt％）を、
液相に於ける濃度（wt％）で除したものが偏析
係数である。

偏析係数がｋである不純物を原料融液に入れ、
結晶を製造した場合、固化率をｇとすると、不純
物濃度ｃは、結晶中に於て、 ｃ＝C₀k（１−ｇ）^k-1 (1) という式に従つて変動してゆく。c₀は融液中の不
純物の初期濃度である。

この式は、次のように導く事ができる。初期の
原料融液の全重量をL₀とする。固化率がｇであ
る時、融液の量はL₀（１−ｇ）で、固化の量は
L₀gである。固化した微少量をｄ（L₀g）で表わ
す。この中に含まれる不純物量は、 cd（L₀g） (2) である。

一方、融液中の不純物濃度は、ｃ／ｋで表わさ
れる。融液中の不純物量は、 cL₀（１−ｇ）／ｋ (3) である。これの微分が融液中の不純物の減少量を
与える。従つて、この微分と(2)式の和は０に等し
い。

cd（L₀g）＋ｄ（cL₀（１−ｇ）／ｋ）＝０ (4) これを解いて(1)式を得る。

G.Jacob等は、J.Crystal Growth 61（1983）
p.417−424“DISLOCATION−FREE GaAs
AND InP CRYSTAL BY ISOELECTRONIC
DOPING”に於て、InP結晶を、Sb、As、Gaの
内の一種の等電子不純物をドープしてLEC法で
引上げた実験について報告している。

これは50ｇ程度で、直径が15mm〜20mmの小さい
InP単結晶で、〈111〉方向に成長させたものであ
る。キヤリヤ濃度は全て10¹⁶／cm³以上で、ｎ型の
結晶だと報告されている。電気的性質は、ノンド
ープのInPと変らない、と述べている。

ノンドープのInPは全体が単結晶で、エツチピ
ツト密度EPDは１万〜十分／cm²であつたという。

InSbの形で、InPに対し3.6wt％になるよう融
液に加えたものは、上部4/5が単結晶になり、
EPDは数10²／cm²であつたという。

InSbの形で、InPに対し、7.6wt％になるよう
融液に加えたものは、EPDが〜10²／cm²で、上半
部に双晶ができたという。

InAsの形で、InPに対し、6.2wt％になるよう
融液に加えたものは、上部3/4が単結晶になり、
EPDは数10³／cm²であつたという。

GaPの形で、InPに対し、2.3wt％になるよう
融液に加えたものは全体が単結晶になり、上部で
は転位が全くなかつたという。

ヤコブの結果によると、等電子不純物（アイソ
エレクトロニツクインピユリテイ）を入れると、
InPのEPDを減少させる上で効果のある事が分
る。しかし、逆に単結晶にならない場合が多くな
る、という欠点がある。

ヤコブは小さく、軽い結晶を引上げたたけであ
るが、工業的には直径が２インチ（約50mmφ）
で、数Kgの単結晶が得られなければ意味がない。

LEC法は、結晶を上方へ引上げるから、冷却
は上下方向と、半径方向に進行する。半径が大き
くなるに従つて、熱歪みは大きくなるから、単結
晶性、EPDの両方の点に於て、困難は増大する。

ヤコブの方法は、不純物を入れるに際し、次の
特徴がある。

(1) 不純物を単体元素として入れず、化合物の形
で入れている。相手側はホスト結晶の成分元素
である。つまり、原料融液の初期の族、族
元素の原子数は等しい。

(2) 不純物は１種類しか入れない。

(カ) 考察 InPに、Sb、Asなどの不純物を多量にドープ
すると、下半部で単結晶にならないのはよく理解
できる。

これらは、InP中での偏析係数ｋが１より小さ
い。このため、単結晶引上げが進行すると、融液
中に不純物が濃縮されてくるから、単結晶を維持
できなくなる程、不純物濃度が高まるのである。

InPにGaをドープした場合は、この偏析係数が
約５であつて、１より大きいので、引上げ始め
に、固体中へ取り込まれる。濃度は急激に薄くな
る。このため、結晶の上部に於てしか、EPD抑
制効果がないのであろう。

ヤコブによつて見逃されている、重要な事があ
る。

それは原子間の結合長さの整合という事であ
る。−族化合物は、全て同じ結晶構造を持つ
ている。

純粋なInP結晶に於て、In−Ｐの結合長さは、
2.54Åである。GaP結晶の結合長さは2.36Åであ
る。InSb結晶のIn−Sb結合長さは2.8Åである。
InAs結晶のIn−As結合長さは2.62Åである。

結合長さがホスト結晶InPのそれより長くなる
不純物がドーピングされると、結晶中には圧縮応
力が生じるであろう。これと反対の場合ありう
る。

この応力が熱歪みを増加させるのである。本発
明者はそう考える。

InPをホスト結晶とする時、In−Asの結合長さ
は3.1％長い。GaPの結合長さは7.1％短い。InSb
の結合長さは10.2％長い。

本発明者は、単結晶性、低EPD性のために、
格子整合を取るべきだと考える。つまり、結合長
さの長い不純物と、短い不純物を組合わせて、結
合長さの偏差の平均値をほぼ０に近くするのであ
る。

例えば、結晶中に、AsとGaの比を約７対３に
する事ができれば、結合長さの平均はIn−Ｐホト
ス元素の結合長さに等しくできる。

又、不純物の偏析係数が１ではないので、単結
晶の全体にわたつて不純物が一様分布する事はで
きない。偏析係数が１より小さいものは、尾部に
濃縮され、１より大きいものは頭部に濃縮され
る。

そこで、偏析係数が１より小さい不純物と、１
より大きい不純物とを組合せれば、単結晶の頭部
から尾部に至るまで、より均等に近く不純物を分
布させる事ができる。

Gaの偏析係数が１より大きく、As、Sbは１よ
り小さい。

偏析係数が１より大きいものと小さいものとを
組合わせる、という事では、GaとAsでも良い
し、GaとSbでも良い。

しかし、先程の格子整合の点では、GaとAsと
を組合わせた方が良い事が分る。

(キ) 発明の構成 InP結晶のEDPを減少させるため、Ga又はAs
をドープする事が有効であるという事が分つてい
る。単独で加える場合の上限、下限についても分
つている。

これはEPD減少という点についての限界とは
必ずしも言えない。

(1) InP中のGaの濃度について、 InP中のGa濃度を高くすると、Gaが化合物
ではなく単体として析出する。析出限界は、結
晶中の濃度で３×10²⁰原子／cm³程度である。

InP中にGaを加える事により、不純物硬化が
生ずるのは10¹⁸原子／cm³以上である。これは明
確な限界ではなく、これ以下では全く効果がな
い、という事を示している。

結局、結晶InPの中のGa濃度の好ましい値は 10¹⁸〜３×10²⁰原子／cm³ であるという事が分る。これをGaの好適濃度
と仮に呼ぶ。

(2) InPの中のAgの濃度について InP中のAsの析出限界は、５×10²⁰原子／cm³
程度である。Asの不純物硬化作用があるのは、
10¹⁸原子／cm³以上である、と考えられる。結
局、InP結晶中のAsの好ましい濃度は、 10¹⁸〜５×10²⁰原子／cm³ である。これをAsの好適濃度と呼ぶ。

本発明のInP単結晶は、それ故、 (1) Ga、及びAsの両方を不純物としてドープ
し、しかも (2) 単結晶の任意の点に於て、Ga又はAsのいず
れか一方又は両方が好適濃度にあること、 によつて特徴付ける事ができる。

ｋが１とは異なるから、このようにする為に
は、いくつかの工夫が必要である。

好適濃度の上限をｂ、下限をａとする。(1)式よ
り、ｋが１より小さい時、不純物濃度ｃは、固化
率ｇが０の時最小で、ｓが増加するに伴い、ｃは
増大する。

ｋが１より大きい時、ｃはｇが０の時最大で、
ｇが増加するに従い、ｃは減少する。

前記の(2)の条件は、Ga、又はAsに関して、 ａ≦ｃ≦ｂ (5) であれ、という事である。

条件(5)は、GaについてもAsについても同時に
満足させていても良いが、いずれか一方だけでも
良い。しかし、ｃは析出限界を越えてはいけな
い。ｃは下限のａを越えても良い。上、下限につ
いて、このような非対称性がある。

混乱を避けるためここで、符号をかける事にす
る。

Asについては、偏析係数をｍ（0.4）、初期融液
濃度をｘ、固化率をｇ、結晶中の濃度をｕとす
る。(1)式のかわりに、 As：ｕ＝xm／（１−ｇ）^1-m (6) と書く事ができる。先程述べたように結晶中の
Asの好適濃度の下限をＥ、上限をＦとすると、 Ｅ＝１×10¹⁸原子／cm³ (7) Ｆ＝５×10²⁰原子／cm³ (8) である。

Gaについては、偏析係数ｎ(5)、初期融液濃度
をｙ、結晶中の濃度をｖ、固化率をｇとする。(1)
式のかわりに、 Ga：ｖ＝yn（１−ｇ）^n-1 (9) と書く事ができる。結晶中のGaの好適濃度の下
限をＨ、上限をＫとする。

Ｈ＝１×10¹⁸原子／cm³ (10) Ｋ＝３×10²⁰原子／cm³ (11) である。

ｕ、ｖは上限を越えてはならない。しかし、下
限については、いずれか一方だけが越えるのであ
れば差支えない。

本発明のInPに対する条件は、 (i) ｕ≦Ｆ (12) (ii) ｖ≦Ｋ (13) (iii) Ｅ≦ｕ又はＨ≦ｖ (14) という条件を満足する、という事である。

この内（13）は明瞭であるが、（12）、（14）は
必ずしも明瞭とは言えない。

ｇに関しｖは右下りの曲線、ｕは右上りの曲線
である。

（13）と、Ga、Asがともにドープされている
という条件から、 Ｈ／ｎ≦ｙ≦Ｋ／ｎ (15) である事が分る。これはGaの融液中の初期濃度
ｙが２×10¹⁷原子／cm³から６×10¹⁹原子／cm³にあ
る、という事である。

Gaの初期融液濃度ｙが与えられると、（14）式
を満す最大固化率Ｇ（ｙ）が求まる。

である。

Asについては、固化率ｇがＧ（ｙ）の時にｕ＝
Ｅとなるような初期濃度がｘの下限を与える。つ
まりAsの初期融液濃度ｘは、 ｘ≧Ｅ／ｍ（１−Ｇ（ｙ））^1-m (17) である。

ｘの上限は、固化率ｇの最大値Gsに依存する。
固化率ｇが０からGsで本発明の条件(12)〜（14）
が満足されるとする。

ｇをGsに等置した時ｕ＝Ｆとなるのがｘの上
限であるから、 ｘ≦Ｆ／ｍ（１−Gs）^1-m (18) によつて与えられる。（16）を（17）に代入し、
ｙ、ｘに関する条件をまとめて書くと、 Ｈ／ｎ≦ｙ≦Ｋ／ｎ (19) ｍ＝0.4、ｎ＝５、その他Ｅ、Ｆ、Ｈ、Ｋの数
値を代入すると、 ２×10¹⁷≦ｙ≦６×10¹⁹ (21) 2.77×10¹⁸（10¹⁷／ｙ）^0.15≦ｘ≦1.25×10²¹（１−
Gs）^0.6 (22) である。

以上の条件は、本発明の要点である。式を使つ
て既に説明したものを、図によつて再び説明す
る。

第１図は本発明のInP結晶中のAs、Gaの濃度
ｕ、ｖ、初期融液濃度ｘ、ｙ、上限、下限固化率
ｇなどの関係を示すダイヤグラム図である。

(a)は、横軸にｇをとり、ｘをパラメータとす
る。

Asの結晶中濃度ｕを示すグラフである。上限
がＦ、下限がＥである。ｇ＝１でｕが発散するか
ら、限界固化率Gsで切る事にする。ｘをパラメ
ータとして、多数のｕ線を引く事ができる。ｕは
(6)式に従うので、曲線であるが、簡単のため直線
で示す。ｕのグラフを単にｕ線と呼ぶ。

(b)はｙをパラメータとしGaの結晶中濃度ｖを
示すグラフである。これは(9)式のグラフである
が、簡単のため直線で示す。上限がＫ、下限がＨ
である。Ｋを通るｖ線の下限線HHとの交点を
Gkとする。偏析係数（ｎ＝５）が１より大きす
ぎるので、ｇがGk以下でなければｖ線は好適領
域に入らない。(c)は、As、Gaの結晶中濃度ｕ、
ｖを同じグラフの中へ合体して示している。

下限、上限は、ｖ、ｕついて異なるが、分り易
くする為、左右に同一位置に表わした。ｖについ
てynの値は、ＨからＫまでの間である。ynの値
が大きい程、ｕのパラメータであるｘの存在範囲
は大きくなる。ｖ線がＫ点を通る時の下限線との
交点の固化率をGkとする。Gkを通るｕ線とｇ＝
Gsの交点をWkとする。ynがＫにある極限では、
ｕ線はＨ Gk Wk Ｆの広い値の間にある。

一般に、ｖ線が下限Ｈと交る点の固化率をＧ
（ｙ）とする。Ｇ（ｙ）を通るｕ線とｇ＝Gsの交
点をＷとする。ｕ線の存在範囲はHG（ｙ）WFの
中に限られる。

ｕ線のｇ＝Gsとの交点に於ける制限が（20）
式に対応している。

さて（19）、（20）式はAs、Gaの初期融液濃度
ｘ、ｙの値の範囲を決定するものである。第１図
ｄはこれを図示する。

結晶中のAs、Ga濃度でこれを規定したい場合
は、ｘ、ｙを与えて(6)、(9)からｕ、ｖの範囲を得
る。

しかし、ｕ、ｖの値の範囲は固化率ｇの函数で
ある。

固化率ｇは、結晶の頭部から尾部に至る距離に
対応する座標であると考える事もできる。ｇ＝０
が頭部で、ｇ＝Gsが尾部である。Gsは成長した
単結晶重量を、原料チヤージ量で割つた値であ
る。

頭部に於けるInP結晶中のAs、Ga濃度はmx、
nyである。（19）、（20）式から、この値の範囲を
簡単に決める事ができる。mx、nyをＵ、Ｖで表
わすと、 Ｈ≦Ｖ≦Ｋ (23) となる。頭部に於ける、InP結晶中のAs、Ga濃
度Ｕ、Ｖは、定数を代入して、 １×10¹⁸≦Ｖ≦３×10²⁰ (25) 10¹⁸×（10¹⁸／Ｖ）^0.15≦Ｕ≦５×10²⁰（１−Gs）^0.
6(26) を得る。

InP単結晶の頭部に於けるGa濃度Ｖが１×10¹⁸
原子／cm³以上であり、As濃度Ｕは、（26）式で表
わされる事になる。

(ク) 換算 前節まで、濃度を表現するために、原子／cm³を
用いてきた。

濃度の表現法として、この他に原子％（at％）、
重量％（wt％）などがある。これらの間の換算
について、次に示す。

InPの密度をρ、分子量をＭ、アボガドロ数を
L₀とすると、１cm³あたりに、In又はＰの原子は、 ρL₀／Ｍ (27) だけ存在する。InひとつとＰひとつであるから、
（27）式に２を乗じて、１cm³あたりのホスト原子
数をうる。不純物のホスト原子に対する原子比
は、 （原子数）＝Ｍ／2ρL₀×（原子／cm³） (28) で与えられる。ρ＝4.787g／cm³、Ｍ＝145.8、L₀
＝6.02×10²³であるから、 （原子比）＝2.53×10^-23×（原子／cm³）(29) である。at％にするにはこれに100を乗じる。

（25）、（26）のかわりに、Ga濃度Ｖ、As濃度
Ｕをat％で表現すると、 0.0025≦Ｖ（at％）≦0.76 (30) 0.001／V^0.15≦Ｕ（at％）≦1.26（１−Gs）^0.6 (31) となる。ｘ、ｙを得るにはＵ、Ｖをｍ、ｎで割
る。

また重量％で表わす場合は、分子量がInP＝
145.8、As＝74.9、Ga＝69.7であるから、 0.0024≦Ｖ（wt％）≦0.73 (32) 0.001／V^0.15≦Ｕ（wt％）≦1.29（１−Gs）^0.6 (33) となる。ｘ、ｙを得るには、Ｕ、Ｖをｍ、ｎで割
る。

0.00048≦ｙ（wt％）≦0.145 (34) 0.002／y^0.15≦ｘ（wt％）≦3.23（１−Gs）^0.6 (35) となる。

（ケ） 引上装置 本発明はLEC法にもHB法にも使う事ができ
る。これらの装置は公知である。LEC法の公知
の装置につき簡単に説明する。

第２図は、LEC引上装置の断面図である。

１はルツボ、２はルツボ１を支持するサセプタ
である。ルツボ１の中に原料融液３が入つてお
り、この上を液体カプセル４が覆つている。

サセプタ２を下軸８が回転昇降自在に支持す
る。上軸７の下端に種結晶６を取付けてある。上
軸７も回転昇降自在である。種結晶６を原料融液
３に漬けて、単結晶５を引上げる。ヒータ９が原
料融液３を加熱する。全体を耐圧容器で覆つてあ
り、不活性ガス又は窒素ガスが充填してある。ガ
ス圧は数十atmで、液体カプセル４を押えて、
族元素の揮散を防止している。

（コ） 実施例 第２図に示すようなLEC引上装置によつて、
Ga、AsドープInP結晶を成長させた。成長方向
は〈100〉方向である。

原料は InP多結晶 1000ｇ（6.86モル） 液体カプセル B₂O₃ 150ｇ 不純物添加 InAs 6300mg（0.0332モル） GaAs 500mg（0.00346モル） Sn 2100mg（0.0177モル） Asは0.27wt％、Gaは0.024wt％である。

これはＵ＝0.95×10²⁰cm^-3、Ｖ＝0.99×10¹⁹cm^-3
ということである。

これらの原料などを石英ルツボに入れ、次の条
件で引上げを行つた。

溶融温度 1100℃ N₂ガス雰囲気 49atm 引上速度 ７mm／Ｈ 上軸回転数 ３〜20rpm 下軸回転数 ５〜30rpm これによつて直径２インチの単結晶を引上げ
た。原料重量の92％を単結晶化させる事ができ
た。

このインゴツトをスライスし（100）面を有す
るウエハにした。これをエツチングして、EPD
を測定した。

第３図はEPDの測定結果を示すグラフである。
横軸はウエハ中心からの距離（mm）である。縦軸
はEPD（個／cm²）である。

周辺５mmを除いた面内平均で、前記のインゴツ
トについて、EPDの平均は、 頭 部 7000個／cm² 尾 部 5000個／cm² であつた。EPDの分布は面内でＷ型である。中
心と周縁で高くなるが、中間部で、殆どEPDが
０となる領域がある。又、インゴツトの全体に於
て、Ga、Asの析出は見られなかつた。

同じグラフにGa、Asを加えない単結晶のEPD
測定結果を示した。EPDは２万〜４万／cm²のオ
ーダーである。これと比較してもEPDが大きく
低減している事が分る。この単結晶は、Sn濃度、
InPチヤージ量などは同じで、As、Gaをドープ
していない点に於てだけ異なつている。

（サ） 不純物添加、原料InP GaのInPへの添加方法としては、Ga単体、
GaAs、GaPなどの形で添加する。

AsのInPへの添加方法としては、As単体、
GaAs、InAsとして添加する。

Snは単体で加える事ができる。

InPの原料はInとＰから直接合成しても良い
し、InPの多結晶を用いても良い。

又、１×10¹⁷原子／cm³以上の、As又はGaの不
純物を含むInPの多結晶を出発原料としても差支
えない。

（シ） 成長法 本発明はLEC法でもHB（水平式ブリツジマン
法）でも適用できる。頭部（ｇ＝０）と尾部（ｇ
＝Gs）の別は、いずれにしても、固化が最初に
起る部分が頭部で、最後に固化する部分が尾部で
ある。

（ス） 等電子不純物以外の不純物の添加 等電子不純物以外に、次のような不純物を加え
る事も可能である。

(1) Fe、Cr、Co等の不純物を含む半絶縁性の結
晶。

(2) Zn、Cd等の族元素を含むＰ型結晶。

(3) Ｓ、Se、Te等第族元素を含むＮ型結晶。

(4) Si、Ge、Sn等族元素を含むＰ又はＮ型結
晶。

（セ） 効果 (1) InP単結晶の格子欠陥が少い。ウエハにした
時のEPDが低い。

Ga、Asが析出を生じないで、しかも不純物
硬化作用を相補的に有する範囲にあるから、全
長にわたつて、EPDが低くなる。

(2) 通常の、Gaのみの添加、Asのみの添加に比
して、添加量が少なくてすむ。この為、析出が
なく、全体が単結晶になり易い。頭部は偏析係
数の数の大きいGa（ｎ＝５）により、尾部は偏
析係数の小さいAs（ｍ＝0.4）により不純物硬
化作用を奏させる事としているから、混合量は
少い。

(3) Ga、Asともに等電子不純物であるから、
InP単結晶の電気的性質は変らない。

(4) Ga−Ｐの結合長さはIn−Ｐの結合長さより
短かく、In−Asの結合長さはIn−Ｐの結合長
さより長い。この為GaとAsとを不純物として
加えると、格子の寸法のズレが互に補償し合
い、応力を打ち消し合う。この為、単結晶にな
り易いし、EPDを減ずる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に於て、InPに添加すべ
き、As、Gaの結晶中の濃度ｕ、ｖと、初期融液
濃度ｘ、ｙの存在範囲を説明する為のダイヤグラ
ム。(a)はInP結晶中での固化率ｇの函数としての
Asの結晶中濃度ｕを示す。初期濃度ｘをパラメ
ータとして、多数の線を引く事ができる。Ｅはｕ
の下限、Ｆは上限である。(b)はInP結晶中での固
化率ｇの函数としてのGaの結晶中濃度ｖを示す。
初期濃度ｙをパラメータとして多数の線を引く事
ができる。Ｈはｖの下限、Ｋは上限である。(c)は
As、Gaの濃度ダイヤグラムをひとつのグラフ上
に、示したもので、上限Ｋ、Ｆ、下限Ｈ、Ｅを合
致させてある。Gsは単結晶（析出なし）の限界
を与える固化率である。Gkは、ｖ線がＫ点を通
る時下限Ｈに於ける固化率である。パラメータｙ
がＨ／ｎとＫ／ｎの間の値として与えられた時、
ｖ線の下限に於ける固化率をＧ（ｙ）とする。Ｇ
（ｙ）を通りｕ線を引き限界固化率Gsとの交点を
Ｗとする。ｕの存在或はHGWF内である。パラ
メータｘは、ここから求められる。(d)は、初期融
液中のAs、Ga濃度ｘ、ｙの存在域を示すグラフ
である。第２図は公知のLEC引上装置の断面図。
第３図は実施例に於けるInPエウハのEPD測定結
果を示すグラフ。横軸はウエハ中心からの距離
（mm）、縦軸はEPD（個／cm²）である。下方の曲線
がGa、AsドープInP（Sn）で、上方の曲線がGa、
AsをドープしないInP（Sn）結晶のEPDを示す。 １……ルツブ、２……サセプタ、３……原料融
液、４……液体カプセル、５……単結晶、６……
種結晶、７……上軸、８……下軸、９……ヒー
タ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ GaとAsとを不純物として含み、結晶頭部に
   於けるAsの濃度Ｕ、Gaの濃度Ｖが、Gsを結晶尾
   部の固化率とする時、 １×10¹⁸≦Ｖ≦３×10²⁰ 10¹⁸×（10¹⁸／Ｖ）^0.15≦Ｕ≦５×10²⁰（１−Gs）^{0.
   6} の範囲にある事を特徴とする低転位密度のInP単
   結晶。 ２ Si、Ge、Snを不純物として含む特許求の範
   囲第１項記載の低転位密度のInP単結晶。 ３ Fe、Cr、又はCoを不純物として含む特許請
   求の範囲第１項記載の低転位密度のInP単結晶。 ４ Zn又はCdを不純物として含む特許請求の範
   囲第１項記載の低転位密度のInP単結晶。 ５ Ｓ、Se又はTeを不純物として含む特許請求
   の範囲第１項記載の低転位密度のInP単結晶。 ６ InP多結晶に、As及びGaを不純物として加
   え、As、Gaの原料融液に於ける初期濃度ｘ、ｙ
   が、Gsを結晶尾部の固化率とする時、 ２×10¹⁷≦ｙ≦６×10¹⁹ 2.77×10¹⁸（10¹⁷／ｙ）^0.15≦ｘ≦1.25×10²¹（１−
   Gs）^0.6 の範囲にあるようにし、この原料融液から、単結
   晶を成長させてゆく事を特徴とする低転位密度の
   InP単結晶の製造方法。 ７ InP多結晶が１×10¹⁷原子／cm³以上のGa、又
   は１×10¹⁷原子／cm³以上のAsを含む原料である
   特許請求の範囲第６項記載の低転位密度のInP単
   結晶の製造方法。 ８ Gaの添加は、Ga単体又はGaAs、GaPの化
   合物の形で添加し、Asの添加は、As単体又は
   GaAs、InAsの化合物の形で添加する事とした特
   許請求の範囲第６項又は第７項に記載の低転位密
   度のInP単結晶の製造方法。