JPH051240B2 - - Google Patents
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- JPH051240B2 JPH051240B2 JP8931786A JP8931786A JPH051240B2 JP H051240 B2 JPH051240 B2 JP H051240B2 JP 8931786 A JP8931786 A JP 8931786A JP 8931786 A JP8931786 A JP 8931786A JP H051240 B2 JPH051240 B2 JP H051240B2
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Landscapes
- 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】
（産業上の利用分野）
本発明は、通信用半導体レーザなどを利用した
集積回路のためのエピタキシヤル結晶成長に用い
られるInP基板用の半絶縁性無転位バルク結晶の
成長方法に関するものである。
集積回路のためのエピタキシヤル結晶成長に用い
られるInP基板用の半絶縁性無転位バルク結晶の
成長方法に関するものである。
（従来の技術と発明が解決しようとする問題点）
近年、通信用半導体レーザがInGaAsPを活性
層として長波長（1.3〜1.5μｍ）領域のものが光
フアイバーの無損失波長域との関連で大きな進展
をとげてきた。周知の様に長波長領域の発光波長
をもつInGaAsPの組成はInPを基板としてエピタ
キシヤル成長させるが、格子整合上都合がよい。
一方半導体レーザの様に電子と正孔の再結合を利
用したデバイスでは素子の信頼性が結晶の格子欠
陥に敏感である事が知られている。即ち、励起状
態から放出されたエネルギーはレーザ光として放
出されるのみならず、転位に代表される格子欠陥
に非発光プロセスの一環として緩和され、マルチ
フオノンプロセスを介して格子欠陥の増殖に寄与
する事が知られている。この現象は非発光エネル
ギーが集中する核が存在しないと起りにくい。即
ち通電前に既に存在していた転位が核となつて転
位自身の増殖が起るのである。従つてデバイス製
作者はエピタキシヤル成長中に転位を導入しない
事、電極付けなどのプロセス中に転位を導入しな
い事とともに何よりも無転位基板を求めるもので
ある。従来InP基板結晶の無転位化にはｎ型の場
合にはSi，Ｓなど、Ｐ型基板にはZnなどの不純
物を＞５×1018cm-3以上ドーピングする事により
達成されている。この無転位化機構については後
述する。
層として長波長（1.3〜1.5μｍ）領域のものが光
フアイバーの無損失波長域との関連で大きな進展
をとげてきた。周知の様に長波長領域の発光波長
をもつInGaAsPの組成はInPを基板としてエピタ
キシヤル成長させるが、格子整合上都合がよい。
一方半導体レーザの様に電子と正孔の再結合を利
用したデバイスでは素子の信頼性が結晶の格子欠
陥に敏感である事が知られている。即ち、励起状
態から放出されたエネルギーはレーザ光として放
出されるのみならず、転位に代表される格子欠陥
に非発光プロセスの一環として緩和され、マルチ
フオノンプロセスを介して格子欠陥の増殖に寄与
する事が知られている。この現象は非発光エネル
ギーが集中する核が存在しないと起りにくい。即
ち通電前に既に存在していた転位が核となつて転
位自身の増殖が起るのである。従つてデバイス製
作者はエピタキシヤル成長中に転位を導入しない
事、電極付けなどのプロセス中に転位を導入しな
い事とともに何よりも無転位基板を求めるもので
ある。従来InP基板結晶の無転位化にはｎ型の場
合にはSi，Ｓなど、Ｐ型基板にはZnなどの不純
物を＞５×1018cm-3以上ドーピングする事により
達成されている。この無転位化機構については後
述する。
この10年間の半導体デバイスの動向として集積
回路化は著るしい。光デバイスも例外でなく、近
年、光デバイスとその制御系を、組み合せたオプ
トエレクトロニクス集積回路（OEIC）の実現へ
向けての開発は著しい。集積回路にとつて最も重
要な条件はウエハー面内の均一性、即ち各構成素
子の動作閾値が揃つている事であり、またイオン
インプラテイシヨン後のアニーリング等の熱処理
に対しても熱変成のない安定な半絶縁性基板が求
められている。最近、FET（Field Effet
Transistor）集積回路のソース・ドレイン間の電
流のバラツキがウエハー内の転位密度に密接に関
連している事が明らかになつてきた。（ジヤパニ
ーズ・ジヤーナル・オブ・アプライド・フイジツ
クス22巻1983年L54頁）。従つてInPによる安定な
OEICを実現するためには無転位かつ半絶縁性の
InP基板が必要となる。
回路化は著るしい。光デバイスも例外でなく、近
年、光デバイスとその制御系を、組み合せたオプ
トエレクトロニクス集積回路（OEIC）の実現へ
向けての開発は著しい。集積回路にとつて最も重
要な条件はウエハー面内の均一性、即ち各構成素
子の動作閾値が揃つている事であり、またイオン
インプラテイシヨン後のアニーリング等の熱処理
に対しても熱変成のない安定な半絶縁性基板が求
められている。最近、FET（Field Effet
Transistor）集積回路のソース・ドレイン間の電
流のバラツキがウエハー内の転位密度に密接に関
連している事が明らかになつてきた。（ジヤパニ
ーズ・ジヤーナル・オブ・アプライド・フイジツ
クス22巻1983年L54頁）。従つてInPによる安定な
OEICを実現するためには無転位かつ半絶縁性の
InP基板が必要となる。
InPをOEICの基板として用いるには上述の様
に無転位かつ半絶縁性のものが必須であるが、従
来のSi、Ｓ、Znの高濃度ドーピングでは半絶縁
のものは得られない。またGaAs基板の場合の様
にCr、Feなど深い順位をつくる不純物をドーピ
ングする事も熱処理に対して安定であるという要
求を満足できない。本発明はこれらの要求に満足
を与える結晶成長法を提供する事を目的とする。
に無転位かつ半絶縁性のものが必須であるが、従
来のSi、Ｓ、Znの高濃度ドーピングでは半絶縁
のものは得られない。またGaAs基板の場合の様
にCr、Feなど深い順位をつくる不純物をドーピ
ングする事も熱処理に対して安定であるという要
求を満足できない。本発明はこれらの要求に満足
を与える結晶成長法を提供する事を目的とする。
（問題点を解決するための手段）
本発明の量子はInPの族元素であるInと同族
のＢ、Al、GaなどあるいはＶ族元素であるＰと
同族であるＮ、As、Sbなどを転位発生抑制ドー
パントとして少なくとも５×1018cm-3添加する事
によつて無転位、半絶縁性基板用バルク結晶を得
る事にある。原料を充分精製したものを用いる事
により〜108ohmcm程度の高抵抗基板を得ること
は容易であるが熱変成に影響のない程度のCrあ
るいはFeの不純物を1015cm-3程度を更に加える事
によつて再現性のよい高抵抗基板を得る事もでき
る。
のＢ、Al、GaなどあるいはＶ族元素であるＰと
同族であるＮ、As、Sbなどを転位発生抑制ドー
パントとして少なくとも５×1018cm-3添加する事
によつて無転位、半絶縁性基板用バルク結晶を得
る事にある。原料を充分精製したものを用いる事
により〜108ohmcm程度の高抵抗基板を得ること
は容易であるが熱変成に影響のない程度のCrあ
るいはFeの不純物を1015cm-3程度を更に加える事
によつて再現性のよい高抵抗基板を得る事もでき
る。
（作用）
ここで族化合物半導体に高濃度不純物を添
加した場合の無転位化機構について述べる。本発
明者等の研究によれば（ジヤーナル・オブ・アプ
ライド・フイジツクス50巻1979年頁3312）不純物
添加の転位抑制効果はその不純物のピンニング効
果のみによるものではなく、高濃度にドーピング
された時に必然的に生ずるストイキオメトリーの
ずれから生ずる点欠陥の発生が重要である事が指
摘されている。即ち大量に発生した、格子間型母
体原子や空孔がインゴツト周辺に発生した熱応力
によるすべり転位と相互作用して転位の上昇運動
をもたらす。上昇運動を行なつた転位は面心立方
格子の容易すべり面である｛111｝面から逸脱す
るため、最早容易にインゴツト内部へは侵入出来
なくなる。昨今GaAsの高抵抗、無転位化にInを
多量ドーピングする事が行なわれているが、この
現象も同様な機構で理解される。
加した場合の無転位化機構について述べる。本発
明者等の研究によれば（ジヤーナル・オブ・アプ
ライド・フイジツクス50巻1979年頁3312）不純物
添加の転位抑制効果はその不純物のピンニング効
果のみによるものではなく、高濃度にドーピング
された時に必然的に生ずるストイキオメトリーの
ずれから生ずる点欠陥の発生が重要である事が指
摘されている。即ち大量に発生した、格子間型母
体原子や空孔がインゴツト周辺に発生した熱応力
によるすべり転位と相互作用して転位の上昇運動
をもたらす。上昇運動を行なつた転位は面心立方
格子の容易すべり面である｛111｝面から逸脱す
るため、最早容易にインゴツト内部へは侵入出来
なくなる。昨今GaAsの高抵抗、無転位化にInを
多量ドーピングする事が行なわれているが、この
現象も同様な機構で理解される。
本発明においてもInPに等電子配位の不純物を
ドーピングする事により同様の結果を得る事が出
来た。
ドーピングする事により同様の結果を得る事が出
来た。
（実施例）
次に本発明の実施例をその製造方法とともに説
明する。ここでは最つとも容易に上記目的が達成
できたInP：Ga系について述べる。
明する。ここでは最つとも容易に上記目的が達成
できたInP：Ga系について述べる。
結晶成長法は通常の半絶縁性GaAsを成長させ
るのに用いられる液体封止引き上げ法によつた。
即ちルツボの材料としては焦性窒化ボロンを用
い、原料メルトはInと金属Ｐの直接合成法で作製
される。その際、Gaを５×1018cm-3程度ドーピン
クした。これらを約35気圧下のN2中でB2O3封止
液でＰの揮散を防ぎつつ引き上げ成長を行なつ
た。この結晶成長によつて得られた結晶はインゴ
ツト全域にわたつて約108Ωcmの高比抵抗を示し、
転位密度も全域にわたつて103個／cm2以下であり、
エツチング観察から微小欠陥の発生も認められな
かつた。従つてウエハー面内の電気特性の均一
性、例えばFETを製作した場合の閾値電圧のバ
ラツキも許容範囲内であつた。この実施例は
InP：Gaについてのみ示したが、本発明は他の等
電子配位不純物、例えばＢ、Al、Ｎ、As、Sbな
どにも当然適用される。
るのに用いられる液体封止引き上げ法によつた。
即ちルツボの材料としては焦性窒化ボロンを用
い、原料メルトはInと金属Ｐの直接合成法で作製
される。その際、Gaを５×1018cm-3程度ドーピン
クした。これらを約35気圧下のN2中でB2O3封止
液でＰの揮散を防ぎつつ引き上げ成長を行なつ
た。この結晶成長によつて得られた結晶はインゴ
ツト全域にわたつて約108Ωcmの高比抵抗を示し、
転位密度も全域にわたつて103個／cm2以下であり、
エツチング観察から微小欠陥の発生も認められな
かつた。従つてウエハー面内の電気特性の均一
性、例えばFETを製作した場合の閾値電圧のバ
ラツキも許容範囲内であつた。この実施例は
InP：Gaについてのみ示したが、本発明は他の等
電子配位不純物、例えばＢ、Al、Ｎ、As、Sbな
どにも当然適用される。
本発明の効果を調べるためにInPにドーブする
Gaの量を変化させた時の転位密度の変化を観察
した実験データを第１図に示す。横軸のGa濃度
は成長後の結晶を発光分光分析で調べたものであ
り、縦軸の転位密度は化学エツチングで転位ピツ
トを露呈後、計数したものである。
Gaの量を変化させた時の転位密度の変化を観察
した実験データを第１図に示す。横軸のGa濃度
は成長後の結晶を発光分光分析で調べたものであ
り、縦軸の転位密度は化学エツチングで転位ピツ
トを露呈後、計数したものである。
この図から最小量のGaで無転位化するために
は〜５×1018cm-3の濃度があればよい事がわか
る。
は〜５×1018cm-3の濃度があればよい事がわか
る。
（発明の効果）
以上のように本発明によればInP単結晶の無転
位化を図ることができる。
位化を図ることができる。
第１図はInPにドープするGaの量を変化させた
時の転位密度の変化を示す図である。
時の転位密度の変化を示す図である。
Claims (1)
- １ InP単結晶の成長において族あるいは族
元素の不純物を少なくとも５×1018cm-3ドーピン
グすることを特徴とする化合物半導体結晶成長方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8931786A JPS62246899A (ja) | 1986-04-17 | 1986-04-17 | 化合物半導体結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8931786A JPS62246899A (ja) | 1986-04-17 | 1986-04-17 | 化合物半導体結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62246899A JPS62246899A (ja) | 1987-10-28 |
| JPH051240B2 true JPH051240B2 (ja) | 1993-01-07 |
Family
ID=13967285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8931786A Granted JPS62246899A (ja) | 1986-04-17 | 1986-04-17 | 化合物半導体結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62246899A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110760932B (zh) | 2019-11-22 | 2021-02-23 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 一种利用铟磷混合物制备磷化铟晶体的方法 |
-
1986
- 1986-04-17 JP JP8931786A patent/JPS62246899A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62246899A (ja) | 1987-10-28 |
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