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公開番号2024045037
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-02
出願番号2023147887
出願日2023-09-12
発明の名称GaAsインゴットの製造方法及びGaAsインゴット
出願人DOWAエレクトロニクス株式会社
代理人個人,個人
主分類C30B 29/42 20060101AFI20240326BHJP(結晶成長)
要約【課題】キャリア濃度が厳密に制御され、かつ低転位密度であるGaAsウエハを効率よく得られるGaAsインゴット製造方法及びGaAsインゴットを提供する。
【解決手段】種結晶、ドーパントであるSi原料、GaAs原料及び封止剤である酸化ホウ素をルツボ内に収容して縦型ボート法で結晶成長を行う、GaAsインゴットの製造方法において、前記GaAs原料は、Si濃度がGaAsに対して20～200wtppmであるSiドープGaAsであり、前記Si原料のチャージ量がGaAsに対して200～300wtppmであり、前記酸化ホウ素が、Si換算で5mol%超のSiO₂を含み、前記Si原料、前記GaAs原料及び前記酸化ホウ素を加熱により溶融した後、液状の酸化ホウ素を攪拌しながら結晶成長を行う、GaAsインゴットの製造方法である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
種結晶、ドーパントであるＳｉ原料、ＧａＡｓ原料及び封止剤である酸化ホウ素をルツボ内に収容して縦型ボート法で結晶成長を行う、ＧａＡｓインゴットの製造方法において、
前記ＧａＡｓ原料は、Ｓｉ濃度がＧａＡｓに対して２０～２００ｗｔｐｐｍであるＳｉドープＧａＡｓであり、
前記Ｓｉ原料のチャージ量がＧａＡｓに対して２００～３００ｗｔｐｐｍであり、
前記酸化ホウ素が、Ｓｉ換算で５ｍｏｌ％超のＳｉＯ
２
を含み、
前記Ｓｉ原料、前記ＧａＡｓ原料及び前記酸化ホウ素を加熱により溶融した後、液状の酸化ホウ素を攪拌しながら結晶成長を行う、ＧａＡｓインゴットの製造方法。
続きを表示（約 610 文字）【請求項２】
直胴部の直径が１４０ｍｍ以下のＧａＡｓインゴットの製造方法であって、前記ＧａＡｓ原料中のＳｉと前記Ｓｉ原料とを合計した、シリコンチャージ合計量がＧａＡｓに対して３００ｗｔｐｐｍ超となる、あるいは、
直胴部の直径が１４０ｍｍ超のＧａＡｓインゴットの製造方法であって、前記Ｓｉ原料のチャージ量がＧａＡｓに対して２００～２５０ｗｔｐｐｍであり、前記ＧａＡｓ原料中のＳｉと前記Ｓｉ原料とを合計した、シリコンチャージ合計量がＧａＡｓに対して２５０ｗｔｐｐｍ超となる、請求項１に記載のＧａＡｓインゴットの製造方法。
【請求項３】
直胴部の直径が１４０ｍｍ以下のＧａＡｓインゴットであって、前記直胴部の７０％以上から得られるウエハが、キャリア濃度が１．５×１０
１８
～２．９×１０
１８
ｃｍ
－３
であり、かつ、エッチピット密度の最大値が１２００ｃｍ
－２
以下である、あるいは
直胴部の直径が１４０ｍｍ超のＧａＡｓインゴットであって、前記直胴部の７０％以上から得られるウエハが、キャリア濃度が１．５×１０
１８
～２．９×１０
１８
ｃｍ
－３
であり、かつ、エッチピット密度の最大値が１５００ｃｍ
－２
以下である、ＧａＡｓインゴット。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＡｓインゴットの製造方法及びＧａＡｓインゴットに関する。
続きを表示（約 3,600 文字）【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ単結晶ウエハ（以下、ＧａＡｓウエハともいう。）を得るためのＧａＡｓ単結晶（以下、ＧａＡｓインゴットともいう。）の製造方法として、引き上げ（ＬＥＣ）法、横型ボート（ＨＢ）法、縦型温度傾斜（ＶＧＦ）法及び縦型ブリッジマン（ＶＢ）法が知られている。単結晶の種結晶を起点とし、これらの製造方法により結晶成長させた単結晶の直胴部を有する塊がインゴットであり、そのインゴットの直胴部からウエハが切り出される。同一のＧａＡｓインゴットからは、複数のＧａＡｓウエハが得られ、これら複数のウエハはウエハ群ともいわれる。
【０００３】
ここで、縦型温度傾斜（ＶＧＦ）法及び縦型ブリッジマン（ＶＢ）法といった縦型ボート法は、ルツボの底部に種結晶を配置し、その種結晶の上層に単結晶の原料融液と封止剤の液体を配置して、当該ルツボを所定の温度分布から冷却することにより、原料融液の下部から上方に向けて結晶を成長させる方法である。縦型温度傾斜法（ＶＧＦ法）の場合、温度そのものを降温し、縦型ブリッジマン法（ＶＢ法）の場合、当該ルツボを所定の温度分布内で相対的に移動させる。ＳｉドープＧａＡｓ単結晶インゴットを製造する場合には、ＧａＡｓ融液中にＳｉを添加する。揮発成分であるＡｓがインゴットから解離するのを防ぐ目的などのため、通常、封止剤として酸化ホウ素（Ｂ
２
Ｏ
３
）が用いられる。結晶成長中、ＧａＡｓ融液と液体Ｂ
２
Ｏ
３
との界面では、以下の反応式（１）による酸化還元反応が起きることが知られている。
３Ｓｉ（Ｍｅｌｔ中）＋２Ｂ
２
Ｏ
３
＝３ＳｉＯ
２
（Ｂ
２
Ｏ
３
中）＋４Ｂ（Ｍｅｌｔ中）・・・（１）
【０００４】
縦型ボート法は原料融液の下部から上方に向けて結晶を成長させるため、結晶に取り込まれなかった不純物は融液中に濃縮される。ここで、キャリア濃度を高めるべくＧａＡｓ融液中に添加するドーパントのＳｉ（つまり、ＧａＡｓ原料とともに投入するＳｉ結晶）を多量にすると、上記反応式（１）の平衡が右辺側に進行し、ＧａＡｓ融液中にホウ素（Ｂ）が多量に移動するため、結晶成長が進み不純物の濃縮が進むにつれて砒化ホウ素の発生も進行し、高い結晶性を得ることができなくなる。つまり、この製造方法で得られるＧａＡｓ単結晶においては、キャリア濃度と結晶性とがトレードオフの関係にある。
【０００５】
特許文献１には、縦型ボート法において、ＧａＡｓ融液と液体Ｂ
２
Ｏ
３
の界面に板状の
固体の二酸化ケイ素を配置して、高いキャリア濃度と高い結晶性を有するＧａＡｓ単結晶
を製造する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１２－２４６１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、半導体レーザーの中でも、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器型面発光レーザー）をはじめとる面発光レーザーの活用が活発に進められ、光通信、光センシング等に応用されている。これらの用途では、素子基板としてシリコン（Ｓｉ）ドープ型のｎ型ＧａＡｓウエハが用いられ、ＧａＡｓウエハには、キャリア濃度が厳密に制御され、かつ低転位密度であることが求められる。具体的には、キャリア濃度は１．５×１０
１８
ｃｍ
－３
以上２．９×１０
１８
ｃｍ
－３
以下の範囲とすることが望ましく、また、低転位密度であることについては、６インチ未満（例えば、４インチ以下）のウエハでは、エッチピット密度の最大値が１２００ｃｍ
－２
以下、６インチ以上のウエハではエッチピット密度の最大値が１５００ｃｍ
－２
以下とすることが望ましい。
【０００８】
特許文献１に開示されるＧａＡｓインゴットからは、これらのキャリア濃度とエッチピット密度の最大値の条件を満たすウエハが限定的な数量しか得られず、生産性の点から課題を残していた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
結晶成長においては、Ｓｉの偏析によって、結晶化が進むにつれてＧａＡｓ融液中のＳｉ濃度が上昇し、インゴットのシード側からテイル側に向けてＳｉ濃度と共にキャリア濃度も上昇するのが通常である。インゴットの直胴部のシード側において下限となるキャリア濃度を１．５×１０
１８
ｃｍ
－３
以上にしようとＧａＡｓ融液に添加するドーパントとしてのＳｉ原料の量を増やすと、結晶成長の初期に多結晶化が発生してしまい単結晶のインゴットが得られない場合が生じるようになる。例えば、４インチ用のＧａＡｓインゴットの製造において、Ｓｉを含まないＧａＡｓ原料を使用して、ドーパントとしてＳｉ原料を３００ｗｔｐｐｍよりも多く入れると、多結晶が発生しやすくなる。そこで、本発明者は、上述の課題を達成するために鋭意研究を重ねた結果、種結晶、ドーパントであるＳｉ原料、ＧａＡｓ原料及び封止剤である酸化ホウ素をルツボ内に収容して縦型ボート法で結晶成長を行うＧａＡｓインゴットの製造方法において、ドーパントとしてＳｉ原料を使用することに加え、原料であるＧａＡｓ原料に所定量のＳｉをドープさせるとともに、封止剤である酸化ホウ素に所定量のＳｉＯ
２
を含有させることで、結晶成長中のＧａＡｓ融液のＳｉ濃度を制御することを通して、融液中の合計のＳｉ量が、ＧａＡｓ原料に所定量のＳｉをドープさせない場合には多結晶を発生させる場合がある量（例えば４インチ用で３００ｗｔｐｐｍ）を超えていてもインゴットを多結晶化させることなく、インゴットの直胴部の大部分においてキャリア濃度及びエッチピット密度を所望の範囲内にすることができることを見出し、本発明を完成させた。以降、ドーパントとしてのＳｉ原料のＳｉ量に、ＧａＡｓ原料中のＳｉ量を足した量について、シリコンチャージ合計量と記載する。
【００１０】
本発明の要旨構成は以下のとおりである。
［１］種結晶、ドーパントであるＳｉ原料、ＧａＡｓ原料及び封止剤である酸化ホウ素をルツボ内に収容して縦型ボート法で結晶成長を行う、ＧａＡｓインゴットの製造方法において、
前記ＧａＡｓ原料が、Ｓｉ濃度がＧａＡｓに対して２０～２００ｗｔｐｐｍであるＳｉドープＧａＡｓであり、
前記Ｓｉ原料のチャージ量がＧａＡｓに対して２００～３００ｗｔｐｐｍであり、
前記酸化ホウ素が、Ｓｉ換算で５ｍｏｌ％超のＳｉＯ
２
を含み、
前記Ｓｉ原料、前記ＧａＡｓ原料及び前記酸化ホウ素を加熱により溶融した後、液状の酸化ホウ素を攪拌しながら結晶成長を行う、ＧａＡｓインゴットの製造方法。
［２］直胴部の直径が１４０ｍｍ以下のＧａＡｓインゴットの製造方法であって、前記ＧａＡｓ原料中のＳｉと前記Ｓｉ原料とを合計した、シリコンチャージ合計量がＧａＡｓに対して３００ｗｔｐｐｍ超となる、あるいは、
直胴部の直径が１４０ｍｍ超のＧａＡｓインゴットの製造方法であって、前記Ｓｉ原料のチャージ量がＧａＡｓに対して２００～２５０ｗｔｐｐｍであり、前記ＧａＡｓ原料中のＳｉと前記Ｓｉ原料とを合計した、シリコンチャージ合計量がＧａＡｓに対して２５０ｗｔｐｐｍ超となる、［１］に記載のＧａＡｓインゴットの製造方法。
［３］直胴部の直径が１４０ｍｍ以下のＧａＡｓインゴットであって、前記直胴部の７０％以上から得られるウエハが、キャリア濃度が１．５×１０
１８
～２．９×１０
１８
ｃｍ
－３
であり、かつエッチピット密度の最大値が１２００ｃｍ
－２
以下である、あるいは
直胴部の直径が１４０ｍｍ超のＧａＡｓインゴットであって、前記直胴部の７０％以上から得られるウエハが、キャリア濃度が１．５×１０
１８
～２．９×１０
１８
ｃｍ
－３
であり、かつエッチピット密度の最大値が１５００ｃｍ
－２
以下である、ＧａＡｓインゴット。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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