JPH0637358B2 - リン化インジウム単結晶及びその製造方法 - Google Patents
リン化インジウム単結晶及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH0637358B2 JPH0637358B2 JP60207776A JP20777685A JPH0637358B2 JP H0637358 B2 JPH0637358 B2 JP H0637358B2 JP 60207776 A JP60207776 A JP 60207776A JP 20777685 A JP20777685 A JP 20777685A JP H0637358 B2 JPH0637358 B2 JP H0637358B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal
- carrier concentration
- single crystal
- indium phosphide
- concentration
- Prior art date
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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】 （産業上の利用分野） 本発明は、リン化インジウム化合物半導体の単結晶およ
びその製造方法に関する。
びその製造方法に関する。
（従来の技術） 周知のようにIII−Ｖ族化合物半導体であるリン化イン
ジウム（ InP）は、種々の半導体デバイス用の基板とな
り、中でも亜鉛（Zn）を添加した P型 InP基板は、高出
力レーザー用基板として使用される。この種の半導体基
板には、所望の品質を持った素子を得るために、低転位
密度であって、キャリア濃度が高濃度かつ高精度に制御
された単結晶が要求されている。
ジウム（ InP）は、種々の半導体デバイス用の基板とな
り、中でも亜鉛（Zn）を添加した P型 InP基板は、高出
力レーザー用基板として使用される。この種の半導体基
板には、所望の品質を持った素子を得るために、低転位
密度であって、キャリア濃度が高濃度かつ高精度に制御
された単結晶が要求されている。
Zn添加 InP単結晶を製造するにあたっては液体封止チョ
クラルスキー（ LEC）法が一般的に採用されている。一
方、レーザー素子としての高出力化のためには、高いキ
ャリア濃度を有する単結晶基板が要求されている。
クラルスキー（ LEC）法が一般的に採用されている。一
方、レーザー素子としての高出力化のためには、高いキ
ャリア濃度を有する単結晶基板が要求されている。
LEC法で高キャリア濃度の単結晶を得るには原料メルト
中にキャリア元素を高濃度に添加したものを使用し、引
上げ装置内の圧力を極力高め、封止剤の量を調整する等
の方法が採用されている。
中にキャリア元素を高濃度に添加したものを使用し、引
上げ装置内の圧力を極力高め、封止剤の量を調整する等
の方法が採用されている。
しかし、従来の方法によっては、原料融液中のキャリア
濃度を1019cm-3以上に高めても、Znの InP中への実効偏
析係数のZn濃度依存性、原料融解前のZnの気相中への飛
散、及び固化結晶からの気相中への飛散により、 7×10
18cm-3以上の高いキャリア濃度を有する結晶を得ること
は非常に困難である。例えば、Journal of Crystal Gro
wth P．317 に示されるように従来の方法では、Zn添加
量に対するキャリア濃度の相関について述べられてお
り、キャリア濃度の最大値は約 7×1018cm-3で飽和し、
それ以上のZn添加では、キャリア濃度低下及び電気的に
不活性なZn濃度が増加するといった欠点があった。本発
明の目的は、 LEC法でZnドープのリン化インジウム単結
晶を造るにあたり、メルト中の初期のZn濃度を設定し、
育成後結晶の冷却速度を制御することにより、より高い
キャリア濃度を有する。Zn添加 InP単結晶の製造方法を
提供することにある。
濃度を1019cm-3以上に高めても、Znの InP中への実効偏
析係数のZn濃度依存性、原料融解前のZnの気相中への飛
散、及び固化結晶からの気相中への飛散により、 7×10
18cm-3以上の高いキャリア濃度を有する結晶を得ること
は非常に困難である。例えば、Journal of Crystal Gro
wth P．317 に示されるように従来の方法では、Zn添加
量に対するキャリア濃度の相関について述べられてお
り、キャリア濃度の最大値は約 7×1018cm-3で飽和し、
それ以上のZn添加では、キャリア濃度低下及び電気的に
不活性なZn濃度が増加するといった欠点があった。本発
明の目的は、 LEC法でZnドープのリン化インジウム単結
晶を造るにあたり、メルト中の初期のZn濃度を設定し、
育成後結晶の冷却速度を制御することにより、より高い
キャリア濃度を有する。Zn添加 InP単結晶の製造方法を
提供することにある。
（問題点を解決するための手段） 本発明の InP単結晶ではドーパントとしてZnを使用し、
キャリア濃度は 7×1018〜 2×1019cm-3に限定した。
キャリア濃度は 7×1018〜 2×1019cm-3に限定した。
Znを使用するのは P型 InPとし、かつ低転位密度の結晶
を得るためである。 P型 InP結晶を基板として使用する
場合は比抵抗が大きくオーミックコンタクトが形成しに
くい傾向を有するが、本発明ではZnを高濃度にドープン
オーミックコンタクトの形成を容易にするものである。
を得るためである。 P型 InP結晶を基板として使用する
場合は比抵抗が大きくオーミックコンタクトが形成しに
くい傾向を有するが、本発明ではZnを高濃度にドープン
オーミックコンタクトの形成を容易にするものである。
Znのドープ量を高くする結果、本発明ではキャリア濃度
7×1018cm-1以上となる。これは従来の結晶では見られ
なかったレベルのものである。また、 5×1019cmは本発
明の製造方法によって得られる最高レベルのものであ
る。この範囲のキャリア濃度の InPは無転位とすること
が可能である。
7×1018cm-1以上となる。これは従来の結晶では見られ
なかったレベルのものである。また、 5×1019cmは本発
明の製造方法によって得られる最高レベルのものであ
る。この範囲のキャリア濃度の InPは無転位とすること
が可能である。
次に、本発明による InP単結晶の製造方法においては、
固化後の結晶からのZnの飛散がその熱履歴に依存するこ
とを利用し、 InP結晶中へのZn取り込み量、ひいてはキ
ャリア濃度をその結晶の冷却速度によって制御する手段
を用いている。この手法が利用できる裏付けは、発明者
が LEC法によって得られた InP結晶について、引上げ終
了後の結晶を熱処理することによって、その前後でZn濃
度及びキャリア濃度が減少することを見出したことに基
づくものである。すなわち、 LEC法で得られた InP単結
晶を窒素雰囲気中で 600℃×5 Hr加熱し冷却したインゴ
ットについて、原子吸光法によるZn濃度の測定と、Hall
測定によるキャリア濃度の測定を実施した。その結果、
熱処理前後でZn濃度は 8×1018cm-3から 4×1018cm-3へ
低下し、キャリア濃度は 6×1018cm-3から 2×1018cm-3
へ低下していることが判明した。そしてこのキャリア濃
度の低下は、加熱後のインゴットの冷却速度が遅いほど
大きくなることも明らかとなった。
固化後の結晶からのZnの飛散がその熱履歴に依存するこ
とを利用し、 InP結晶中へのZn取り込み量、ひいてはキ
ャリア濃度をその結晶の冷却速度によって制御する手段
を用いている。この手法が利用できる裏付けは、発明者
が LEC法によって得られた InP結晶について、引上げ終
了後の結晶を熱処理することによって、その前後でZn濃
度及びキャリア濃度が減少することを見出したことに基
づくものである。すなわち、 LEC法で得られた InP単結
晶を窒素雰囲気中で 600℃×5 Hr加熱し冷却したインゴ
ットについて、原子吸光法によるZn濃度の測定と、Hall
測定によるキャリア濃度の測定を実施した。その結果、
熱処理前後でZn濃度は 8×1018cm-3から 4×1018cm-3へ
低下し、キャリア濃度は 6×1018cm-3から 2×1018cm-3
へ低下していることが判明した。そしてこのキャリア濃
度の低下は、加熱後のインゴットの冷却速度が遅いほど
大きくなることも明らかとなった。
このことより、Zn添加量変化によって、キャリア濃度が
極大値を示す近傍に初期メルト中のZn濃度を設定し、結
晶引上終了後の結晶の冷却速度を高めることにより、キ
ャリア濃度を 7×1018cm-3以上にまで高め、かつ電気的
に不活性なZn量を低下させることが可能となる。
極大値を示す近傍に初期メルト中のZn濃度を設定し、結
晶引上終了後の結晶の冷却速度を高めることにより、キ
ャリア濃度を 7×1018cm-3以上にまで高め、かつ電気的
に不活性なZn量を低下させることが可能となる。
すなわち、 InPメルト中にZnを添加して引上げ結晶中の
キャリア濃度が極大値を示すのは、メルト中のZn濃度が
1×1019cm-3近傍のときであり、この時のキャリア濃度
極大値は 7×1018cm-3である。したがって少くともこの
極大値のキャリア濃度以上にZnを添加した原料メルトを
準備する必要があり、本発明では 8×1018cm-3以上とし
た。
キャリア濃度が極大値を示すのは、メルト中のZn濃度が
1×1019cm-3近傍のときであり、この時のキャリア濃度
極大値は 7×1018cm-3である。したがって少くともこの
極大値のキャリア濃度以上にZnを添加した原料メルトを
準備する必要があり、本発明では 8×1018cm-3以上とし
た。
一方、原料メルト中に必要以上にZnを添加しても揮散ロ
スが多くなるばかりでなく、かえって単結晶が得にくく
なる結果となる。従って本発明では原料メルト中のZn濃
度を 2×1020cm-3を上限とした。
スが多くなるばかりでなく、かえって単結晶が得にくく
なる結果となる。従って本発明では原料メルト中のZn濃
度を 2×1020cm-3を上限とした。
このようにして準備した InP原料メルトを、通常おこな
われている LEC法に従って引上げる。
われている LEC法に従って引上げる。
本発明の特徴とするところは、引上げ終了後のインゴッ
トの冷却速度を早める点にある。 LEC装置では通常ルツ
ボ底に熱電対を挿入して結晶引上げ温度を制御してい
る。そして結晶引上げ後も同じ熱電対を使用して、ヒー
ター電力を調節しながら冷却速度を制御している。従来
は結晶に生ずる熱応力を減ずる目的から50〜150 ℃／Hr
の速度で室温近傍まで炉中冷却していた。
トの冷却速度を早める点にある。 LEC装置では通常ルツ
ボ底に熱電対を挿入して結晶引上げ温度を制御してい
る。そして結晶引上げ後も同じ熱電対を使用して、ヒー
ター電力を調節しながら冷却速度を制御している。従来
は結晶に生ずる熱応力を減ずる目的から50〜150 ℃／Hr
の速度で室温近傍まで炉中冷却していた。
本発明では結晶引上げ終了後、結晶を残留メルトより引
離した後の炉内温度をルツボ底の熱電対で管理し、その
冷却速度を 150℃／Hr以上に制御するものである。この
冷却速度を達成するにはヒーター電力を従来よりさらに
絞ることにより達成される。通常の LEC設備では結晶引
上げ後ヒーター電流を全く供給しないで炉冷した場合は
1000℃／Hr程度の冷却速度となる。結晶の大きさにもよ
る直径 2インチ程度の結晶では、この程度急速冷却して
も結晶に損傷を生ずることはない。通常は 150〜900 ℃
／Hr程度が適当であり、この範囲内で冷却し、室温近傍
まで制御するのが好結果が得られる。
離した後の炉内温度をルツボ底の熱電対で管理し、その
冷却速度を 150℃／Hr以上に制御するものである。この
冷却速度を達成するにはヒーター電力を従来よりさらに
絞ることにより達成される。通常の LEC設備では結晶引
上げ後ヒーター電流を全く供給しないで炉冷した場合は
1000℃／Hr程度の冷却速度となる。結晶の大きさにもよ
る直径 2インチ程度の結晶では、この程度急速冷却して
も結晶に損傷を生ずることはない。通常は 150〜900 ℃
／Hr程度が適当であり、この範囲内で冷却し、室温近傍
まで制御するのが好結果が得られる。
次に実施例をあげて本発明を説明する。
（発明の実施例） 内径95mmφの石英製ルツボに 1×1016cm-3のキャリア濃
度を有する。 InP多結晶を 800ｇ及びドーパント用Znを
156mg充填し、単結晶引き上げ炉内で 2回の引き上げ実
験を行なった。上記の原料重量の他、B2O3量、昇温速
度、引き上げ条件は一定とし、結晶を切りはなし後の冷
却速度を変化させた。
度を有する。 InP多結晶を 800ｇ及びドーパント用Znを
156mg充填し、単結晶引き上げ炉内で 2回の引き上げ実
験を行なった。上記の原料重量の他、B2O3量、昇温速
度、引き上げ条件は一定とし、結晶を切りはなし後の冷
却速度を変化させた。
融液及びB2O3からの結晶切り離し後のルツボ底熱電対指
示温度を、80℃／Hr及び 150℃／Hrで降温させた後、結
晶を取り出し、同一位置から切り出したウェハーを、通
常Hall測定により評価を行なった。その結果、 150℃／
Hrで冷却した結晶のキャリア濃度は 1×1019cm-3である
のに対し、80℃／Hrで冷却した結晶では 6×1018cm-3で
あった。
示温度を、80℃／Hr及び 150℃／Hrで降温させた後、結
晶を取り出し、同一位置から切り出したウェハーを、通
常Hall測定により評価を行なった。その結果、 150℃／
Hrで冷却した結晶のキャリア濃度は 1×1019cm-3である
のに対し、80℃／Hrで冷却した結晶では 6×1018cm-3で
あった。
これより、上記冷却速度を変化させることにより、キャ
リア濃度の高い結晶を得ることができた。
リア濃度の高い結晶を得ることができた。
（発明の効果） 本発明により、困難とされていた 5×1019〜 7×1018cm
-3以上のキャリア濃度を持つZn−doped InP単結晶が、Z
n添加量を適正化し、冷却速度を一定値以上にすること
によって安定して得られるようになった。
-3以上のキャリア濃度を持つZn−doped InP単結晶が、Z
n添加量を適正化し、冷却速度を一定値以上にすること
によって安定して得られるようになった。
この方法は、同一のZn量を含む InP融液からも育成結晶
の熱履歴を変化させることによって、結晶中のキャリア
濃度を制御でき、またインゴットアニールによって結晶
中のキャリア濃度を変化させることができるといったこ
とを示唆している。
の熱履歴を変化させることによって、結晶中のキャリア
濃度を制御でき、またインゴットアニールによって結晶
中のキャリア濃度を変化させることができるといったこ
とを示唆している。
Claims (2)
- 【請求項１】キャリア濃度が 7×1018〜 5×1019cm-3で
あることを特徴とする亜鉛ドープされたリン化インジウ
ム単結晶。 - 【請求項２】チョクラルスキー法によって亜鉛ドープさ
れたリン化インジウム単結晶を製造するに際し、初期リ
ン化インジウムメルト中の亜鉛濃度を 7×1018× 1×10
20cm-3とし、かつ単結晶引上げ後結晶を切離した後の冷
却速度を 150〜900 ℃／Hrとすることを特徴とする高キ
ャリア濃度リン化インジウム単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60207776A JPH0637358B2 (ja) | 1985-09-21 | 1985-09-21 | リン化インジウム単結晶及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60207776A JPH0637358B2 (ja) | 1985-09-21 | 1985-09-21 | リン化インジウム単結晶及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6270298A JPS6270298A (ja) | 1987-03-31 |
| JPH0637358B2 true JPH0637358B2 (ja) | 1994-05-18 |
Family
ID=16545329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60207776A Expired - Lifetime JPH0637358B2 (ja) | 1985-09-21 | 1985-09-21 | リン化インジウム単結晶及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0637358B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06102598B2 (ja) * | 1989-01-20 | 1994-12-14 | 株式会社ジャパンエナジー | 半導体デバイス材料の製造方法 |
| WO2018179567A1 (ja) * | 2017-03-31 | 2018-10-04 | Ｊｘ金属株式会社 | 化合物半導体および化合物半導体単結晶の製造方法 |
| CN112255710B (zh) * | 2020-11-03 | 2022-02-11 | 山东大学 | 基于离子注入技术修饰的全单晶光纤、制备方法及其数值孔径调控和应用 |
| CN117702275B (zh) * | 2024-02-05 | 2024-04-19 | 浙江康鹏半导体有限公司 | 基于双层坩埚的磷化铟单晶生长方法 |
-
1985
- 1985-09-21 JP JP60207776A patent/JPH0637358B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6270298A (ja) | 1987-03-31 |
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