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公開番号2021004171
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210114
出願番号2020150777
出願日20200908
発明の名称GaAs単結晶
出願人住友電気工業株式会社
代理人特許業務法人深見特許事務所
主分類C30B 29/42 20060101AFI20201211BHJP(結晶成長)
要約【課題】半導体デバイスの性能の更なる向上を実現可能なGaAs結晶を提供する。
【解決手段】GaAs単結晶の(100)面内の照射点に、波長が532nmの励起光を照射すると同時に、照射点にネオンランプからの光を照射し、照射点からの散乱光のラマンスペクトルと、前記ネオンランプからの光の前記照射点からの反射光と、を同時に測定する場合であって、かつ、照射点としてs個の地点においてラマンスペクトルを測定し、i個目の地点で測定されたラマンスペクトルに現れるラマンシフトをxiと表し、ラマンスペクトルに現れる反射光のネオンの輝線のピークの位置をxBLと表した場合、下記式1で表されるΔx(1)が20cm-1以下であり、直径が101.6mm以上であり、半絶縁性GaAs単結晶である。
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【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項1】
GaAs単結晶の(100)面内の照射点に、波長が532nmの励起光を、前記照射点における前記励起光のビーム径が直径1μmかつ照射強度が0.1mW以上1mW以下となるように照射すると同時に、前記照射点にネオンランプからの光を照射し、
前記励起光による前記照射点からの散乱光のラマンスペクトルと、前記ネオンランプからの光の前記照射点からの反射光と、を同時に測定する場合であって、かつ、
前記照射点として前記(100)面内の<0−11>方向と<011>方向とに10mmの間隔をあけたs個の地点において前記ラマンスペクトルを測定し、
i個目の地点で測定された前記ラマンスペクトルに現れるGaAsの縦光学フォノンの振動に帰属される第1ピークのラマンシフトをx
i
と表し、前記ラマンスペクトルに現れる前記反射光のネオンの輝線のピークの位置をx
BL
と表した場合、
下記式1で表されるΔx(1)が20cm
-1
以下であり、
直径が101.6mm以上であり、
半絶縁性GaAs単結晶であるGaAs単結晶。
続きを表示(約 1,100 文字)【請求項2】
前記第1ピークの半値全幅の平均値が5cm
-1
以下である請求項1に記載のGaAs単結晶。
【請求項3】
前記Δx(1)が0.3cm
-1
以上である請求項1または請求項2に記載のGaAs単結晶。
【請求項4】
前記半絶縁性GaAs単結晶は、キャリア濃度が10
7
/cm
3
以下である請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のGaAs単結晶。
【請求項5】
GaAs単結晶の(011)面及び前記(011)面とは等価な面のうちの少なくとも1つの面内の照射点に、波長が532nmの励起光を、前記照射点における前記励起光のビーム径が直径1μmかつ照射強度が0.1mW以上1mW以下となるように照射すると
同時に、前記照射点にネオンランプからの光を照射し、
前記励起光による前記照射点からの散乱光のラマンスペクトルと、前記ネオンランプからの光の前記照射点からの反射光と、を同時に測定する場合であって、かつ、
前記照射点として前記(011)面及び前記(011)面とは等価な面のうちの少なくとも1つの面内に2mmの間隔をあけたt個の地点において前記ラマンスペクトルを測定し、
k個目の地点で測定された前記ラマンスペクトルに現れるGaAsの横光学フォノンの振動に帰属される第2ピークのラマンシフトをx
k
と表し、前記ラマンスペクトルに現れる前記反射光のネオンの輝線ピークの位置をx
BL
と表した場合、
下記式2で表されるΔx(2)が30cm
-1
以下であり、
直径が101.6mm以上であり、
n型GaAs単結晶であるGaAs単結晶。
【請求項6】
前記第2ピークの半値全幅の平均値が30cm
-1
以下である請求項5に記載のGaAs単結晶。
【請求項7】
前記Δx(2)が0.3cm
-1
以上である請求項5または請求項6に記載のGaAs単結晶。
【請求項8】
前記n型GaAs単結晶は、n型ドーパント濃度が10
15
/cm
3
以上である請求項5から請求項7のいずれか1項に記載のGaAs単結晶。
【請求項9】
高周波通信用デバイスの基板として用いられる請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のGaAs単結晶。
【請求項10】
LEDまたはLDの基板として用いられる請求項5から請求項8のいずれか1項に記載のGaAs単結晶。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、GaAs単結晶に関する。
続きを表示(約 5,900 文字)【背景技術】
【0002】
GaAs等の化合物半導体結晶は、多岐に渡る産業分野で利用されており、例えば電子デバイス又は光学デバイス等の半導体デバイスの材料として利用されている。半導体デバイスの製造コストを低減させるためには、半導体デバイスに利用される基板の大口径化、半導体デバイスの製造歩留りの向上、又は、半導体デバイスの性能向上の実現が必須となる。そのためには、結晶品質が安定且つ保証された基板が必要となる。
【0003】
例えば特開平5−339100号公報(特許文献1)には、結晶中の残留歪の平均値が1×10
-5
以下である化合物半導体単結晶が開示されている。この文献には、このような化合物半導体単結晶からなる化合物半導体単結晶基板を用いて半導体装置を製造すれば、エピタキシャル成長及びデバイスプロセス時においてエピ層での結晶欠陥(例えばスリップ等)の発生が大幅に抑えられ、よって、高性能な半導体装置を高い歩留りで製造できることが記載されている。
【0004】
特開2008−239480号公報(特許文献2)には、平均転位密度が1×10
3
cm
-2
以上1×10
4
cm
-2
以下であるGaAs単結晶が開示されている。この文献には、このGaAs単結晶を用いて光デバイス又は電子デバイス等に利用されるGaAs基板等を製造できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開平5−339100号公報
特開2008−239480号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
半導体デバイスの性能の更なる向上が要求されており、かかる要求を満たす基板の提供が要求されている。
【0007】
このような状況に鑑み、半導体デバイスの性能の更なる向上を実現可能なGaAs結晶の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一態様に係るGaAs結晶は、GaAs単結晶の(100)面内の照射点に、波長が532nmの励起光を、照射点における励起光のビーム径が直径1μmかつ照射強度が0.1mW以上1mW以下となるように照射すると同時に、照射点にネオンランプからの光を照射し、励起光による照射点からの散乱光のラマンスペクトルと、ネオンランプからの光の照射点からの反射光と、を同時に測定する場合であって、かつ、照射点として(100)面内の<0−11>方向と<011>方向とに10mmの間隔をあけたs個の地点においてラマンスペクトルを測定し、i個目の地点で測定されたラマンスペクトルに現れるGaAsの縦光学フォノンの振動に帰属される第1ピークのラマンシフトをx
i
と表し、上記ラマンスペクトルに現れる反射光のネオンの輝線ピーク(280cm
-1
付近の位置にネオンの輝線ピークが存在する)の位置をx
BL
と表した場合、下記式1で表されるΔx(1)が20cm
-1
以下である。
【0009】
【0010】
本発明の別の態様に係るGaAs結晶は、GaAs単結晶の(011)面及び(011)面とは等価な面のうちの少なくとも1つの面内の照射点に、波長が532nmの励起光を、照射点における励起光のビーム径が直径1μmかつ照射強度が0.1mW以上1mW以下となるように照射すると同時に、照射点にネオンランプからの光を照射し、励起光による照射点からの散乱光のラマンスペクトルと、ネオンランプからの光の照射点からの反射光と、を同時に測定する場合であって、かつ、照射点として(011)面及び(011)面とは等価な面のうちの少なくとも1つの面内に2mmの間隔をあけたt個の地点においてラマンスペクトルを測定し、k個目の地点で測定されたラマンスペクトルに現れるGaAsの横光学フォノンの振動に帰属される第2ピークのラマンシフトをx
k
と表し、上記ラマンスペクトルに現れる反射光のネオンの輝線ピークの位置をx
BL
と表した場合、下記式2で表されるΔx(2)が30cm
-1
以下である。
【0011】
【発明の効果】
【0012】
上記によれば、半導体デバイスの性能を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
本実施形態のGaAs単結晶の製造方法を工程順に示すフロー図である。
本実施形態のGaAs単結晶を成長させるための装置の断面図である。
評価工程で用いる半絶縁性GaAs単結晶の(100)面の平面図である。
第1評価用サンプルの側面図である。
Δx(1)と耐圧不良率との関係を示すグラフである。
第1ピークの半値全幅の平均値と耐圧不良率との関係を示すグラフである。
(a)は評価工程で用いるn型GaAs単結晶の斜視図であり、(b)はn型GaAs単結晶の(011)面又は(011)面とは等価な面の平面図である。
第2評価用サンプルの側面図である。
Δx(2)と発光不良率との関係を示すグラフである。
第2ピークの半値全幅の平均値と発光不良率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【0015】
[1]本発明の一態様に係るGaAs結晶は、(100)面内のs個の地点においてラマンスペクトルを測定し、i個目の地点で測定されたラマンスペクトルに現れるGaAsの縦光学フォノンの振動に帰属される第1ピークのラマンシフトをx
i
と表し、上記ラマンスペクトルに現れるネオンの輝線ピークの位置をx
BL
と表した場合、上記式1で表されるΔx(1)が20cm
-1
以下である。このようなGaAs結晶からなる基板を用いれば、半導体デバイス(例えば電子デバイス)の性能を更に高めることができる。ここで、「x
i
」とは、上述のラマンスペクトルに現れた第1ピークをローレンツ関数でカーブフィッティングすることにより得られたピーク波数を意味する。また、「x
BL
」とは、上述のラマンスペクトルに現れたネオンの輝線ピークをローレンツ関数でカーブフィッティングすることにより得られたピーク波数を意味する。
【0016】
[2]第1ピークの半値全幅の平均値は、5cm
-1
以下であることが好ましい。このようなGaAs結晶からなる基板を用いれば、半導体デバイスの性能をより一層高めることができる。ここで、i個目の地点で測定されたラマンスペクトルにおいて第1ピークの半値全幅をd(1)
i
と表した場合、「第1ピークの半値全幅の平均値」は下記式(3)を用いて表される。また、「第1ピークの半値全幅」とは、上述のラマンスペクトルに現れた第1ピークをローレンツ関数でカーブフィッティングすることにより得られた半値全幅を意味する。
【0017】
【0018】
[3]GaAs結晶は、半絶縁性GaAs結晶であることが好ましい。ここで、「半絶縁性GaAs結晶」とは、キャリア濃度が10
7
/cm
3
以下のGaAs結晶を意味する。キャリア濃度は、ホール測定(ホール効果を測定する方法)により測定可能である。
【0019】
[4]本発明の別の態様に係るGaAs結晶は、(011)面及び(011)面とは等価な面のうちの少なくとも1つの面内のt個の地点においてラマンスペクトルを測定し、k個目の地点で測定されたラマンスペクトルに現れるGaAsの横光学フォノンの振動に帰属される第2ピークのラマンシフトをx
k
と表し、上記ラマンスペクトルに現れるネオンの輝線ピークの位置をx
BL
と表した場合、上記式2で表されるΔx(2)が30cm
-1
以下である。このようなGaAs結晶からなる基板を用いれば、半導体デバイス(例えば光学デバイス)の性能を更に高めることができる。ここで、「(011)面とは等価な面」とは、(01−1)面、(0−11)面及び(0−1−1)面を意味する。「x
k
」とは、上述のラマンスペクトルに現れた第2ピークをローレンツ関数でカーブフィッティングすることにより得られたピーク波数を意味する。
【0020】
[5]第2ピークの半値全幅の平均値は、30cm-1以下であることが好ましい。このようなGaAs結晶からなる基板を用いれば、半導体デバイスの性能をより一層高めることができる。ここで、k個目の地点で測定されたラマンスペクトルにおいて第2ピークの半値全幅をd(2)
k
と表した場合、「第2ピークの半値全幅の平均値」は下記式(4)を用いて表される。また、「第2ピークの半値全幅」とは、上述のラマンスペクトルに現れた第2ピークをローレンツ関数でカーブフィッティングすることにより得られた半値全幅を意味する。
【0021】
【0022】
[6]GaAs結晶は、n型GaAs結晶であることが好ましい。ここで、「n型GaAs結晶」とは、n型ドーパント濃度が10
15
/cm
3
以上のGaAs結晶を意味する。n型ドーパント濃度は、ホール測定(ホール効果を測定する方法)により測定可能である。
【0023】
[7]GaAs結晶は、直径が101.6mm(4インチ)以上であることが好ましい。
【0024】
[本発明の実施形態の詳細]
半導体デバイスの性能を更に向上させることが可能なGaAs単結晶を得るにあたって本発明者らが検討したことを示した後で、本発明の実施形態(以下「本実施形態」と記す)を更に詳細に説明する。なお、図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さ等の寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。
【0025】
[本発明者らによる検討]
現在、半絶縁性GaAs単結晶からなる基板(以下では「半絶縁性GaAs基板」と記す)とn型GaAs単結晶からなる基板(以下では「n型GaAs基板」と記す)とが産業的に利用されている。
【0026】
半絶縁性GaAs基板は、主に、高周波通信用デバイス等の電子デバイスの基板として使用されている。このような電子デバイスの多くは、半絶縁性GaAs基板と、半絶縁性GaAs基板の上に設けられた集積回路とを備える。集積回路には素子の高密度化が要求されており、そのため、電子デバイスでは素子間の耐圧を高めること(つまり、素子間での絶縁破壊の発生を防止すること)が課題となっている。この課題を解決する手段として、例えば、素子の構造を改良することが提案されている。
【0027】
しかしながら、今般、素子の構造を改良しただけでは素子間での絶縁破壊の発生を防止できない場合があることが分かった。そこで、素子間での絶縁破壊が発生した電子デバイスを詳細に調べたところ、その電子デバイスの半絶縁性GaAs基板において半絶縁性GaAs単結晶の結晶品質が均一でないことが分かった。
【0028】
n型GaAs基板は、主に、LED(light emitting diode)又はLD(laser diode)等の光学デバイスの基板として使用されている。このような光学デバイスの多くは、n型GaAs基板と、n型GaAs基板の上に結晶成長され、AlGaInPからなるエピタキシャル層(発光層として機能)とを備える。そのため、n型GaAs基板においてGaAs単結晶の結晶品質が高ければ、AlGaInPからなるエピタキシャル層の結晶品質を高めることができる。これにより、光学デバイスの性能を高めることができ、また、光学デバイスの製造歩留りを高めることもできる。実際、性能に劣る光学デバイスを詳細に調べたところ、その光学デバイスのn型GaAs基板においてn型GaAs単結晶の結晶品質が均一でないことが分かった。以上のことから、本発明者らは、半導体デバイスの性能を更に高めるためには、結晶品質が均一なGaAs単結晶の提供が必要であると考えた。
【0029】
ところで、GaAs単結晶の結晶品質を高める方法として、従来、GaAs単結晶の成長後に行われる冷却工程での冷却条件を最適化するということが行われている。そのため、本発明者らは、この冷却条件の最適化を試みたが、冷却条件を最適化しただけではGaAs単結晶の結晶品質を均一できないことが分かった。そこで、本発明者らは、GaAs単結晶の製造方法を更に検討したところ、GaAs単結晶の成長後にGaAs単結晶をアニールすればGaAs単結晶の結晶品質を均一にできることが分かった。また、半絶縁性GaAs単結晶の製造時とn型GaAs単結晶の製造時とでアニールの最適な条件が異なることも分かった。以下では、半絶縁性GaAs単結晶を示してから、n型GaAs単結晶を示す。
【0030】
[半絶縁性GaAs単結晶]
半絶縁性GaAs単結晶の製造方法について本発明者らが検討した事項を具体的に示した後に、本実施形態の半絶縁性GaAs単結晶と本実施形態の半絶縁性GaAs単結晶の製造方法とを示す。
(【0031】以降は省略されています)

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