ＧａＡｓの液相エピタキシャル成長法
【課題】高純度のＧａＡｓのエピタキシャル成長層をＧａＡｓ基板上に得ること。
【解決手段】試料台上に、Ｇａ及びＧａＡｓを配置して、少なくとも水素を含むキャリアガスを流した雰囲気において、第１温度で加熱する高純度化工程を有する。高純度化工程の後に、冷却した後、反応管から試料台を取り出し、試料台にＧａＡｓ半導体基板を設置して、反応管に戻した後、キャリアガスを流した雰囲気において、エピタキシャル成長層の成長を開始させる成長開始温度以上の第２温度で加熱する前加熱工程を有する。雰囲気温度を第２温度から冷却させながら、雰囲気温度が成長開始温度に達した時に、Ｇａ及びＧａＡｓの溶液をＧａＡｓ半導体基板表面に接触させて、ＧａＡｓのエピタキシャル成長を開始させる成長工程を有する。高純度化工程における処理時間を、該処理時間とエピタキシャル成長層の移動度との関係において、最大移動度が得られる極限時間の０．９６倍以上、極限時間以下の時間範囲の値とした。
【解決手段】試料台上に、Ｇａ及びＧａＡｓを配置して、少なくとも水素を含むキャリアガスを流した雰囲気において、第１温度で加熱する高純度化工程を有する。高純度化工程の後に、冷却した後、反応管から試料台を取り出し、試料台にＧａＡｓ半導体基板を設置して、反応管に戻した後、キャリアガスを流した雰囲気において、エピタキシャル成長層の成長を開始させる成長開始温度以上の第２温度で加熱する前加熱工程を有する。雰囲気温度を第２温度から冷却させながら、雰囲気温度が成長開始温度に達した時に、Ｇａ及びＧａＡｓの溶液をＧａＡｓ半導体基板表面に接触させて、ＧａＡｓのエピタキシャル成長を開始させる成長工程を有する。高純度化工程における処理時間を、該処理時間とエピタキシャル成長層の移動度との関係において、最大移動度が得られる極限時間の０．９６倍以上、極限時間以下の時間範囲の値とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＡｓの液相エピタキシャル成長法に関する。特に、高移動度を実現するＧａＡｓの液相エピタキシャル成長法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信分野や情報処理分野において、高速応答、低電圧駆動、高消光比を実現した空間半導体光変調器の実現が要請されている。その一つとして、本発明者らによる下記特許文献１に開示されているように、ノンドープＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸構造を、ｎ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層、ｐ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層で挟んだ構造の光吸収型の空間光変調器が知られている。この変調器は、多重量子井戸構造の層に平行に光を伝搬させ、多重量子井戸構造に対して垂直方向に、逆バイアス電圧（ｎ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層側をｐ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層に対して正電位とする）を印加するものである。そして、この変調器は、ノンドープＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸構造に印加された電界により、重量子閉じ込めシュタルク効果を発生させて、吸収端を長波長側にシフトさせて、光の吸収係数を変化させる半導体光変調器である。
【０００３】
また、２次元配置のスイッチ素子や素子の集積化を目指す場合には、上述した性能を有した、主面に垂直な方向から光を入射させる平面型半導体空間光変調器の実現が要請されている。平面型半導体空間光変調器の例としては、下記非特許文献１に開示の変調器が知られている。この変調器は、ｐ−ＡｌＧａＡｓ、ｉ−ＧａＡｓ、ｎ−ＡｌＧａＡｓを１単位とする周期構造において、層の主面に垂直に光を伝搬させて、ｉ−ＧａＡｓ層に、逆方向に電界を印加させて、量子閉じ込めシュタルク効果により、吸収係数を変化させる変調器である。
【０００４】
その他、本発明者らの下記非特許文献２、３に開示されている平面型半導体空間光変調器が知られている。この変調器は、ｎ−ＧａＡｓ基板上に、ｉ−ＧａＡｓの液相成長によるエピタキシャル層を形成し、ｉ−ＧａＡｓ層の面に垂直に光を入射させて、光の透過率を変化させるものである。そして、その変調器では、ｉ−ＧａＡｓ層に、逆バイアス電圧を印加して、空乏層を拡大し、ｉ−ＧａＡｓ層にかかる電界により、光吸収端を長波長側に変移させて、光吸収係数を増大させるフランツ・ケルディッシュ効果が用いられている。
【０００５】
このｉ−ｎ接合を用いた光吸収型変調器においては、駆動電圧の低電圧化、高消光比を実現するためには、光の信号方向の空乏層の幅が低電圧でより長くなることが必要である。また、ｉ−ＧａＡｓ層の面上において、一様に、均一な幅の空乏層が形成されることが必要である。このためには、ｉ−ＧａＡｓ層を高純度化してキャリア濃度を真性半導体の理論値まで、出来る限り低減させることが必要である。そのためには、ｉ−ＧａＡｓのエピタキシャル成長層を、高純度、高品質で得ることが要請されている。
【０００６】
高純度のｉ−ＧａＡｓ層を成長させる方法として、下記特許文献２に開示の液相成長法が知られている。この方法では、周囲を覆うボートに対して摺動可能なスライダを設け、そのスライダ上にボートで覆われた基板と、スライダ上にボートで区画された領域にＧａを設けたスライダと、ボートとが準備される。そして、このスライダとボートが、反応管内部に挿入されて、水素ガス、トリメチル砒素ガスを流して、結晶成長温度まで、加熱する。その後、スライダを移動させて、基板面をボートから露出させて、雰囲気の有機金属ガスからＡｓが取り込まれたＧａ溶液を基板面に接触させ、冷却しながら、基板上にＧａＡｓを液相成長させる方法である。この液相成長法は、スライディングボート方式として知られている。
【０００７】
また、下記非特許文献４、５には、それぞれ、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓを、スライディングボート方式により、反応管内部において、成長温度から冷却させつつ、Ｇａ及びＧａＡｓ溶液と、ＧａＡｓ基板とを接触させて、半導体層をエピタキシャル成長させる方法が開示されている。これらの文献では、半導体層をエピタキシャル成長させる前の工程として、水素ガスを流した状態で、Ｇａ及びＧａＡｓを所定時間加熱して、原料を高純度化する工程が設けられている。そして、この高純度化工程の時間と、エピタキシャル成長層の移動度との関係が測定されている。また、非特許文献４においては、高純度化時間が長くなると、ｎ型からｐ型に変化することも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３２７３４９４号公報
【特許文献２】特開平９−１１５８４２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】桑村有司、他,"平面型半導体光変調器の特性改良",電子情報通信学会論文誌,C,Vol.J85-C,No.12,pp.1230-1231,Dec.2002.
【非特許文献２】松波育生、他,"超高純度GaAsエピを用いた低電圧駆動空間変調器",2009年秋季第70回応用物理学会学術講演会(2009 年9 月8 日-11 日) 予稿集 ,11a-P8-13,pp.1100.
【非特許文献３】松波育生、他,"超高純度GaAsエピを用いた低電圧駆動空間変調器の試作",2009年電気関係学会東海支部連合講演会(2009 年9 月11日) 予稿集
【非特許文献４】Toshimasa Amano, etal.,"Ultrahigh Purity Liquid Phase Epitaxial Growth of GaAs",Jpn.J.Appl.Phys.Vol.32(1993)pp.3692-3699,Part1,No.9A,Sep.1993.
【非特許文献５】Toshimasa Amano, etal.,"Effective Techniques for Ultra-high Purity Liquid Phase Epitaxial Growth of Ga0.47 n 0.53 s",Jpn.J.Appl.Phys.Vol.31(1992)pp.2185-2194,Part1,No.7,July 1992.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、非特許文献４に開示の成長方法によっても、ＧａＡｓのエピタキシャル成長層の移動度は、７７Ｋにおいて、１８．７×１０4 cm2 /V・s 、電子濃度は、２．６×１０12/cm 3 である。これらの値は、低電圧駆動の平面型空間変調器を実現するには、移動度としては低い。
そこで、本発明は、この課題を解決するために成されたものであり、その目的は、さらに、高純度のＧａＡｓのエピタキシャル成長層を、ＧａＡｓ基板上に得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための第１の発明は、Ｇａ及びＧａＡｓを設置した試料台を反応管内部に挿入して、加熱してＧａ及びＧａＡｓを溶液とした後、冷却させながら、試料台上に設けられたＧａＡｓ半導体基板に、溶液を接触させて、このＧａＡｓ半導体基板表面にＧａＡｓのエピタキシャル成長層を形成するＧａＡｓの液相成長法において、試料台上に、Ｇａ及びＧａＡｓを配置して、少なくとも水素を含むキャリアガスを流した雰囲気において、第１温度で加熱する高純度化工程と、高純度化工程の後に、冷却した後、反応管から試料台を取り出し、試料台にＧａＡｓ半導体基板を設置して、反応管に戻した後、キャリアガスを流した雰囲気において、エピタキシャル成長層の成長を開始させる成長開始温度以上の第２温度で加熱する前加熱工程と、雰囲気温度を第２温度から冷却させながら、雰囲気温度が成長開始温度に達した時に、Ｇａ及びＧａＡｓの溶液をＧａＡｓ半導体基板表面に接触させて、ＧａＡｓのエピタキシャル成長を開始させる成長工程と、を有し、高純度化工程における処理時間を、該処理時間とエピタキシャル成長層の移動度との関係において、最大移動度が得られる極限時間の０．９６倍以上、極限時間以下の時間範囲の値としたことを特徴とするＧａＡｓの液相成長法である。
【００１２】
液相エピタキシャル成長したＧａＡｓ層の移動度の大きさは、成長に先立つ、高純度化工程における処理時間に、大きく依存することを、本発明者らは初めて発見した。すなわち、本発明者らは、高純度化工程における処理時間が、最大移動度が得られる極限時間以下、その極限時間の０．９６倍以上、とすると、ＧａＡｓエピタキシャル成長層の移動度が顕著に増加することを発見した。この極限時間を越えて、処理時間を長くすると、伝導型は、ｐ型を示し、移動度は急激に低下する。したがって、本発明では、高純度化工程の処理時間は、この最大移動度が得られる時間を上限とする。また、極限処理時間×０．９６の時間を越えると、移動度は、急激に増大する。また、この処理時間は、成長開始温度よりも高い第２温度、例えば、８００℃に維持する時間である。高純度化工程においては、ＧａＡｓ半導体基板は試料台上にはない。これは、ＧａＡｓ半導体基板が、第２温度で長時間保持されると、表面からＡｓが抜け、表面の結晶品質が劣化するためのである。また、前加熱工程では、ＧａＡｓ半導体基板が試料台上に設けられた後に、第２温度まで加熱されるが、この前加熱工程においては、原料の高純度化は、実質上、行われないので、この前加熱工程の時間は、高純度化工程における処理時間には含まれない。また、ＧａＡｓ半導体基板の表面は、前加熱工程においてＡｓが抜けるのを防止するために、成長工程において、初めて露出するように他のＧａＡｓ結晶やグラファイトボートで覆われているのが望ましい。試料台としては、一例として、スライディングボートや、回転ボートが用いられるが、これらに、限定されるものではない。
【００１３】
第２の発明は、高純度化工程における処理時間を、２４時間以上、２５時間以下としたことを特徴とする。
第３の発明は、高純度化工程における処理時間を、７７Ｋにおけるエピタキシャル成長層の移動度が、１８．５×１０4 cm2 /V・s 以上、３１．２×１０4 cm2 /V・s 以下となる時間としたことを特徴とする。
第４の発明は、成長開始温度を７９８℃±３０℃とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記の構成により、ＧａＡｓ基板上に液相成長させたＧａＡａ層を、７７Ｋにおいて、移動度３１．２×１０4 cm2 /V・s 、電子濃度５．８４×１０12/cm 3 と、高純度にすることができた。この結果、厚さ３０μｍのｉ−ＧａＡｓ半導体とｎ−ＧａＡｓ半導体とを接合させた電界吸収型の平面型半導体空間光変調器において、３３Ｖの逆バイアス電圧を印加した場合に、約−４０ｄＢの消光比を得ることができた。これにより、低電圧駆動、高消光比の平面型半導体光変調器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例方法を実現する試料台の構成を示した断面図。
【図２】本発明の実施例方法を実現する成長装置の構成図。
【図３】本発明の実施例方法における温度と時間との関係を示した特性図。
【図４】本発明の実施例方法により製造されたＧａＡｓエピタキシャル成長層の移動度及び電子濃度と、高純度化工程における処理時間との関係を測定した特性図。
【図５】本発明の実施例方法により製造された平面型空間光変調器の構成を示す斜視図。
【図６】その平面型空間光変調器の印加逆バイアス電圧と、透過率との関係を測定した特性図。
【図７】本発明の実施例方法により製造された他の平面型空間光変調器の構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明するが、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１７】
図１は、反応管の内部に挿入するホルダ１０（試料台）を示している。ホルダ１０は、カーボン製のスライダー１１と、そのスライダー１１を覆うボート１２で構成されている。スライダー１１の上面には、凹部１３が形成されている。凹部１３には、ＧａＡｓ半導体基板１６が設置される。ただし、後述するように、高純度化工程では、ＧａＡｓ半導体基板１６は、設置されない。また、ボート１２には、スライダー１１の表面が露出した窓１７が形成されており、ボードの側壁１８ｂと底面１８ａとで、この空間１８が形成されている。この空間１８に、Ｇａと原料である多結晶ＧａＡｓが設置される。高純度化工程においては、ＧａＡｓ、Ｇａが、それぞれ、設けられたホルダ１０が、成長装置１００の反応管１０１の内部に挿入される。前加熱工程おいては、ＧａＡｓ半導体基板１６と、空間１８において、高純度化されたＧａＡｓが保持された、ホルダ１０が、反応管１０１の内部に挿入される。
【００１８】
成長装置１００は、図２に示す構成をしており、反応管１０１と、電気炉１０２と、水素ガスを供給するキャリアガス供給系統１０３と、排気系統１０４とを有している。キャリアガス供給系統１０３は、パラジウムを用いたＨ2 高純度化装置１１３を有しており、タンク（図示略）から供給された水素ガスは、Ｈ2 高純度化装置１１３により高純度化されて、反応管１０１の内部に導入される。また、高純度化された窒素ガスは、成長終了後に、反応管１０１やＨ2 高純度化装置１１３の内部を、水素ガスと置換するために用いられる。高純度化工程においては、水素ガスだを反応管１０１に流し、窒素ガスは流されない。排気系統１０３は、回転ポンプ１１４と拡散ポンプ１２４を有し、反応管１０１の内部は、これらのポンプにより高真空に排気される。
【００１９】
次、成長方法について説明する。まず、スライダー１１の空間１８には、原料のＧａＡｓと金属Ｇａを設置した。原料のＧａＡｓには、電子濃度が１−８×１０15/cm 3 の多結晶ＧａＡｓが用いられた。Ｇａは、６ｇ、ＧａＡｓは、３５ｍｇとした。原料のＧａＡｓとＧａを保持したホルダ１０を反応管１０１の中に挿入して、反応管１０１の中を１０-8Torrに、回転ポンプ１１４と拡散ポンプ１２４により減圧し、電気炉１０２に通電して、雰囲気の温度が第２温度である８００℃になるまで加熱した。この工程が、図３に示す排気工程Ａである。次に、水素ガスを、５９sccmで流した。この工程が図３に示すパージ工程Ｂである。次に、この状態で、反応管１０１の内部を８００℃に維持し、水素ガスを流した状態で、２４時間保持し、ＧａとＧａＡｓとの混合溶液を生成し、混合溶液に含まれる不純物を水素ガスにより排出させるようにした。この工程が、図３に示す高純度化工程Ｃである。
【００２０】
次に、反応管１０１を室温まで低下させて、ホルダ１０を反応管１０１から取り出し、スライダー１１の凹部１３の上に（１００）面の半絶縁性単結晶のＧａＡｓ半導体基板１６を設置した。この時、ＧａＡｓ半導体基板１６の表面が、ＧａＡｓ溶液に触れる前には、環境に曝されないように、ＧａＡｓ半導体基板１６の表面を上部から他のＧａＡｓ基板１９で覆うようにした。次に、空間１８に固化したＧａＡｓ、凹部１３にＧａＡｓ半導体基板１６が設けられたホルダ１０を、反応管１０１の中に戻した。次に、反応管１０１の内部を１０-8Torrに、回転ポンプ１１４と拡散ポンプ１２４により減圧し、電気炉１０２に通電して、雰囲気の温度が第２温度である８００℃になるまで加熱した（排気工程）。次に、水素ガスを５９sccmで流した（パージ工程）。この工程が、図３における前加熱工程Ｄである。本実施例では、１．５時間とした。この工程では、８００℃で保持される時間が短いことから、高純度工程において、既に、高純度化されて、空間１８に保持されているＧａＡｓの高純度化は、実質上行われない。この後、雰囲気温度を２℃／ｍｉｎの速度で冷却を開始した。この工程が図３の冷却開始工程Ｅである。
【００２１】
次に、雰囲気温度が、ＧａＡｓの成長開始温度である７９８℃に雰囲気温度が達した時に、スライダー１１の凹部１３と空間１８とが一致する位置まで、スライダー１１をボート１２に対して移動させた。これにより、凹部１３に設置されたＧａＡｓ半導体基板１６の表面上に、ＧａＡｓ溶液が接触する。その後、２℃／ｍｉｎの速度で冷却を継続した。冷却過程において、過飽和になったＧａＡｓがＧａＡｓ半導体基板１６上に成長することになる。このようにして、ＧａＡｓ半導体基板１６上にＧａＡｓを液相成長させた。この工程が図３の成長工程Ｆである。この成長工程は、成長開始温度７９８℃以下、成長終了温度７５３℃以上の範囲であり、成長時間は４５分である。
【００２２】
次に、上記の高純度化工程における処理時間（以下、「高純度化時間」という）を、変化させて、７７ＫにおけるＧａＡｓ半導体基板１６上に成長させたＧａＡｓのエピタキシャル成長層のキャリア濃度と、移動度を測定した。その結果を、図４に示す。高純度化時間が１８ｈ、２１ｈ、２４ｈ、２５ｈ、２５．５ｈ、２７ｈにおいて、移動度、電子濃度は、それぞれ、１１．３×１０4 cm2 /V・s 、９７．１×１０12/cm 3 、１５．２×１０4 cm2 /V・s 、４２．９×１０12/cm 3 、１８．５×１０4 cm2 /V・s 、１０．０×１０12/cm 3 、３１．２×１０4 cm2 /V・s 、５．８４×１０12/cm3 、４．３６０cm2 /V・s 、６．４×１０12/cm3 、１．９２０cm2 /V・s 、１．４×１０12/cm 3 、とすることができた。
【００２３】
この特性図から明らかなように、高純度化時間が２４時間を過ぎると、７７Ｋにおける移動度が１８．５×１０4 cm2 /V・s から急激に大きくなる。また、高純度化時間が２５時間を越えると、７７Ｋにおける移動度が最大値３１．２×１０4 cm2 /V・s から急激に減少する。すなわち、移動度に関して、高純度化時間２４、２５時間は、臨界的意義を有した時間となる。したがって、高純度化時間は、移動度が最大値となる極限時間２５時間の０．９６倍に当たる２４時間以上、２５時間以下とすることで、臨界的に変化する移動度を得ることができる。成長開始温度は、７９８℃としているが、成長工程の温度範囲をＧａＡｓが液相成長する温度にすれば、成長開始温度は任意である。例えば、成長開始温度は、７９８℃±３０℃とすることが望ましい。また、図３の特性は、水素ガスの流量には、大きくは依存しないと考えられる。水素ガスの流量は、４５sccm以上、８０sccm以下において、図３の特性が得られるものと考えられる。
【実施例２】
【００２４】
次に、上記の液相成長法を用いて、平面型空間光変調器５０を製造した。図５に示すように、厚さ３５０μｍの電子濃度３〜５×１０18 cm 3、（１００）面ｎ−ＧａＡｓ半導体基板４０の上に、厚さ３０μｍのｉ−ＧａＡｓ半導体層４２（エピタキシャル成長層）を上記の液相成長法により成長させた。ただし、高純度時間を２４ｈとして、ｉ−ＧａＡｓ半導体層４２の移動度は、３１．２×１０4 cm2 /V・s 、電子濃度は５．８４×１０12/cm 3 とした。ｉ−ＧａＡｓ半導体層４２の光入力面には、Ａｕをリング状に蒸着して、厚さ３００ｎｍのショットキー電極４３を形成した。中心部の直径３００μｍの窓４７には、Ａｕは蒸着されておらず、この窓４７から光がｉ−ＧａＡｓ半導体層４２の面に垂直に入力される。また、ｎ−ＧａＡｓ半導体基板４０の光出力面には、同様に、中心部に直径３００μｍの窓４９を残して、厚さ０．３μｍに、一様に、Ｎｉ／Ａｕ／Ｇｅを蒸着して、オーミック電極４５を形成した。この窓４９から光がｎ−ＧａＡｓ半導体基板４０の外部に出力される。
【００２５】
この平面型空間光変調器５０のショットキー電極４３、オーミック電極４５の間に、ｎ−ＧａＡｓ半導体基板４０側が正電位となるように、逆バイアス電圧を印加して、波長８９７ｎｍのレーザ光をｉ−ＧａＡｓ半導体層４２の光入力面の窓４７から入射させて、ｎ−ＧａＡｓ基板４０の光出力面の窓４９から出力される光をスペクトル分析して、光の透過率を測定した。その結果を図６に示す。波長８９７ｎｍにおいて、３３Ｖの電圧の印加により、−３７ｄＢの透過率が得られていることが分かる。したがって、本実施例の空間光変調器５０により、３３Ｖの電圧により、約４０ｄＢ程度の消光比が得られている。使用される光の波長８９７ｎｍは、印加電圧が零の時のｉ−ＧａＡｓ半導体層４２の吸収端波長８６９ｎｍよりも、吸収端波長の３．２％程、長波長である。
【実施例３】
【００２６】
実施例２の空間光変調器は、光が通過する領域には、ショットキー電極４３、オーミック電極４５を形成せずに、窓４７、４９を設けている。この構成の場合には、電極による光の伝送損失はないが、窓４７、４９の全体に空乏層を形成するための電圧が必要とするため駆動電圧が大きくなる。そこで、窓４７、４９を設ける代わりに、ショットキー電極４３、オーミック電極４５を、透明電極とした。この空間光変調器６０を図７に示す。すなわち、厚さ３５０μｍの電子濃度３〜５×１０18 cm 3、（１００）面ｎ−ＧａＡｓ基板６１の上に、厚さ３０μｍのｉ−ＧａＡｓ半導体層６２を上記の液相成長法により成長させた。ただし、高純度時間を２４ｈとして、ｉ−ＧａＡｓ半導体層６２の移動度は、３１．２×１０4 cm2 /V・s 、電子濃度は５．８４×１０12/cm 3 とした。ｉ−ＧａＡｓ半導体層６２の光入力面には、面上全体に、一様に厚さ３０ｎｍのＡｕからショットキー電極６３と厚さ１μｍのＩＴＯから成る透明電極６４とを形成した。また、ｎ−ＧａＡｓ半導体基板６１の光出力面には、面上全体に一様に、厚さ１μｍのＩＴＯから成る透明電極６５を形成した。このようにして、透明電極６４と透明電極６５との間に、逆バイアス電圧を印加して、光の透過率を低減させる。この場合には、光の伝搬経路に沿ってショットキー電極６３の直下から空乏層がＧａＡｓ基板６１に向けて形成されるので、印加電圧がそのまま空乏層の形成に寄与するので、実施例２の場合よりも、同一の消光比を得るのに、さらに、低電圧とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、電気通信分野における光スイッチ、ディスプレイなどの光変調器に用いることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１０…ホルダ
１１…スライダー
１２…ボート
１３…凹部
１８…空間
１６…ＧａＡｓ半導体基板
４０，６１…ｎ−ＧａＡｓ半導体基板
４２，６２…ｉ−ＧａＡｓ半導体層
４３…ショットキー電極
４５…オーミック電極
４７，４９…窓
６４，６５…透明電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＡｓの液相エピタキシャル成長法に関する。特に、高移動度を実現するＧａＡｓの液相エピタキシャル成長法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信分野や情報処理分野において、高速応答、低電圧駆動、高消光比を実現した空間半導体光変調器の実現が要請されている。その一つとして、本発明者らによる下記特許文献１に開示されているように、ノンドープＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸構造を、ｎ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層、ｐ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層で挟んだ構造の光吸収型の空間光変調器が知られている。この変調器は、多重量子井戸構造の層に平行に光を伝搬させ、多重量子井戸構造に対して垂直方向に、逆バイアス電圧（ｎ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層側をｐ−ＩｎＡｌＡｓクラッド層に対して正電位とする）を印加するものである。そして、この変調器は、ノンドープＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸構造に印加された電界により、重量子閉じ込めシュタルク効果を発生させて、吸収端を長波長側にシフトさせて、光の吸収係数を変化させる半導体光変調器である。
【０００３】
また、２次元配置のスイッチ素子や素子の集積化を目指す場合には、上述した性能を有した、主面に垂直な方向から光を入射させる平面型半導体空間光変調器の実現が要請されている。平面型半導体空間光変調器の例としては、下記非特許文献１に開示の変調器が知られている。この変調器は、ｐ−ＡｌＧａＡｓ、ｉ−ＧａＡｓ、ｎ−ＡｌＧａＡｓを１単位とする周期構造において、層の主面に垂直に光を伝搬させて、ｉ−ＧａＡｓ層に、逆方向に電界を印加させて、量子閉じ込めシュタルク効果により、吸収係数を変化させる変調器である。
【０００４】
その他、本発明者らの下記非特許文献２、３に開示されている平面型半導体空間光変調器が知られている。この変調器は、ｎ−ＧａＡｓ基板上に、ｉ−ＧａＡｓの液相成長によるエピタキシャル層を形成し、ｉ−ＧａＡｓ層の面に垂直に光を入射させて、光の透過率を変化させるものである。そして、その変調器では、ｉ−ＧａＡｓ層に、逆バイアス電圧を印加して、空乏層を拡大し、ｉ−ＧａＡｓ層にかかる電界により、光吸収端を長波長側に変移させて、光吸収係数を増大させるフランツ・ケルディッシュ効果が用いられている。
【０００５】
このｉ−ｎ接合を用いた光吸収型変調器においては、駆動電圧の低電圧化、高消光比を実現するためには、光の信号方向の空乏層の幅が低電圧でより長くなることが必要である。また、ｉ−ＧａＡｓ層の面上において、一様に、均一な幅の空乏層が形成されることが必要である。このためには、ｉ−ＧａＡｓ層を高純度化してキャリア濃度を真性半導体の理論値まで、出来る限り低減させることが必要である。そのためには、ｉ−ＧａＡｓのエピタキシャル成長層を、高純度、高品質で得ることが要請されている。
【０００６】
高純度のｉ−ＧａＡｓ層を成長させる方法として、下記特許文献２に開示の液相成長法が知られている。この方法では、周囲を覆うボートに対して摺動可能なスライダを設け、そのスライダ上にボートで覆われた基板と、スライダ上にボートで区画された領域にＧａを設けたスライダと、ボートとが準備される。そして、このスライダとボートが、反応管内部に挿入されて、水素ガス、トリメチル砒素ガスを流して、結晶成長温度まで、加熱する。その後、スライダを移動させて、基板面をボートから露出させて、雰囲気の有機金属ガスからＡｓが取り込まれたＧａ溶液を基板面に接触させ、冷却しながら、基板上にＧａＡｓを液相成長させる方法である。この液相成長法は、スライディングボート方式として知られている。
【０００７】
また、下記非特許文献４、５には、それぞれ、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓを、スライディングボート方式により、反応管内部において、成長温度から冷却させつつ、Ｇａ及びＧａＡｓ溶液と、ＧａＡｓ基板とを接触させて、半導体層をエピタキシャル成長させる方法が開示されている。これらの文献では、半導体層をエピタキシャル成長させる前の工程として、水素ガスを流した状態で、Ｇａ及びＧａＡｓを所定時間加熱して、原料を高純度化する工程が設けられている。そして、この高純度化工程の時間と、エピタキシャル成長層の移動度との関係が測定されている。また、非特許文献４においては、高純度化時間が長くなると、ｎ型からｐ型に変化することも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３２７３４９４号公報
【特許文献２】特開平９−１１５８４２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】桑村有司、他,"平面型半導体光変調器の特性改良",電子情報通信学会論文誌,C,Vol.J85-C,No.12,pp.1230-1231,Dec.2002.
【非特許文献２】松波育生、他,"超高純度GaAsエピを用いた低電圧駆動空間変調器",2009年秋季第70回応用物理学会学術講演会(2009 年9 月8 日-11 日) 予稿集 ,11a-P8-13,pp.1100.
【非特許文献３】松波育生、他,"超高純度GaAsエピを用いた低電圧駆動空間変調器の試作",2009年電気関係学会東海支部連合講演会(2009 年9 月11日) 予稿集
【非特許文献４】Toshimasa Amano, etal.,"Ultrahigh Purity Liquid Phase Epitaxial Growth of GaAs",Jpn.J.Appl.Phys.Vol.32(1993)pp.3692-3699,Part1,No.9A,Sep.1993.
【非特許文献５】Toshimasa Amano, etal.,"Effective Techniques for Ultra-high Purity Liquid Phase Epitaxial Growth of Ga0.47 n 0.53 s",Jpn.J.Appl.Phys.Vol.31(1992)pp.2185-2194,Part1,No.7,July 1992.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、非特許文献４に開示の成長方法によっても、ＧａＡｓのエピタキシャル成長層の移動度は、７７Ｋにおいて、１８．７×１０4 cm2 /V・s 、電子濃度は、２．６×１０12/cm 3 である。これらの値は、低電圧駆動の平面型空間変調器を実現するには、移動度としては低い。
そこで、本発明は、この課題を解決するために成されたものであり、その目的は、さらに、高純度のＧａＡｓのエピタキシャル成長層を、ＧａＡｓ基板上に得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための第１の発明は、Ｇａ及びＧａＡｓを設置した試料台を反応管内部に挿入して、加熱してＧａ及びＧａＡｓを溶液とした後、冷却させながら、試料台上に設けられたＧａＡｓ半導体基板に、溶液を接触させて、このＧａＡｓ半導体基板表面にＧａＡｓのエピタキシャル成長層を形成するＧａＡｓの液相成長法において、試料台上に、Ｇａ及びＧａＡｓを配置して、少なくとも水素を含むキャリアガスを流した雰囲気において、第１温度で加熱する高純度化工程と、高純度化工程の後に、冷却した後、反応管から試料台を取り出し、試料台にＧａＡｓ半導体基板を設置して、反応管に戻した後、キャリアガスを流した雰囲気において、エピタキシャル成長層の成長を開始させる成長開始温度以上の第２温度で加熱する前加熱工程と、雰囲気温度を第２温度から冷却させながら、雰囲気温度が成長開始温度に達した時に、Ｇａ及びＧａＡｓの溶液をＧａＡｓ半導体基板表面に接触させて、ＧａＡｓのエピタキシャル成長を開始させる成長工程と、を有し、高純度化工程における処理時間を、該処理時間とエピタキシャル成長層の移動度との関係において、最大移動度が得られる極限時間の０．９６倍以上、極限時間以下の時間範囲の値としたことを特徴とするＧａＡｓの液相成長法である。
【００１２】
液相エピタキシャル成長したＧａＡｓ層の移動度の大きさは、成長に先立つ、高純度化工程における処理時間に、大きく依存することを、本発明者らは初めて発見した。すなわち、本発明者らは、高純度化工程における処理時間が、最大移動度が得られる極限時間以下、その極限時間の０．９６倍以上、とすると、ＧａＡｓエピタキシャル成長層の移動度が顕著に増加することを発見した。この極限時間を越えて、処理時間を長くすると、伝導型は、ｐ型を示し、移動度は急激に低下する。したがって、本発明では、高純度化工程の処理時間は、この最大移動度が得られる時間を上限とする。また、極限処理時間×０．９６の時間を越えると、移動度は、急激に増大する。また、この処理時間は、成長開始温度よりも高い第２温度、例えば、８００℃に維持する時間である。高純度化工程においては、ＧａＡｓ半導体基板は試料台上にはない。これは、ＧａＡｓ半導体基板が、第２温度で長時間保持されると、表面からＡｓが抜け、表面の結晶品質が劣化するためのである。また、前加熱工程では、ＧａＡｓ半導体基板が試料台上に設けられた後に、第２温度まで加熱されるが、この前加熱工程においては、原料の高純度化は、実質上、行われないので、この前加熱工程の時間は、高純度化工程における処理時間には含まれない。また、ＧａＡｓ半導体基板の表面は、前加熱工程においてＡｓが抜けるのを防止するために、成長工程において、初めて露出するように他のＧａＡｓ結晶やグラファイトボートで覆われているのが望ましい。試料台としては、一例として、スライディングボートや、回転ボートが用いられるが、これらに、限定されるものではない。
【００１３】
第２の発明は、高純度化工程における処理時間を、２４時間以上、２５時間以下としたことを特徴とする。
第３の発明は、高純度化工程における処理時間を、７７Ｋにおけるエピタキシャル成長層の移動度が、１８．５×１０4 cm2 /V・s 以上、３１．２×１０4 cm2 /V・s 以下となる時間としたことを特徴とする。
第４の発明は、成長開始温度を７９８℃±３０℃とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記の構成により、ＧａＡｓ基板上に液相成長させたＧａＡａ層を、７７Ｋにおいて、移動度３１．２×１０4 cm2 /V・s 、電子濃度５．８４×１０12/cm 3 と、高純度にすることができた。この結果、厚さ３０μｍのｉ−ＧａＡｓ半導体とｎ−ＧａＡｓ半導体とを接合させた電界吸収型の平面型半導体空間光変調器において、３３Ｖの逆バイアス電圧を印加した場合に、約−４０ｄＢの消光比を得ることができた。これにより、低電圧駆動、高消光比の平面型半導体光変調器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例方法を実現する試料台の構成を示した断面図。
【図２】本発明の実施例方法を実現する成長装置の構成図。
【図３】本発明の実施例方法における温度と時間との関係を示した特性図。
【図４】本発明の実施例方法により製造されたＧａＡｓエピタキシャル成長層の移動度及び電子濃度と、高純度化工程における処理時間との関係を測定した特性図。
【図５】本発明の実施例方法により製造された平面型空間光変調器の構成を示す斜視図。
【図６】その平面型空間光変調器の印加逆バイアス電圧と、透過率との関係を測定した特性図。
【図７】本発明の実施例方法により製造された他の平面型空間光変調器の構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明するが、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１７】
図１は、反応管の内部に挿入するホルダ１０（試料台）を示している。ホルダ１０は、カーボン製のスライダー１１と、そのスライダー１１を覆うボート１２で構成されている。スライダー１１の上面には、凹部１３が形成されている。凹部１３には、ＧａＡｓ半導体基板１６が設置される。ただし、後述するように、高純度化工程では、ＧａＡｓ半導体基板１６は、設置されない。また、ボート１２には、スライダー１１の表面が露出した窓１７が形成されており、ボードの側壁１８ｂと底面１８ａとで、この空間１８が形成されている。この空間１８に、Ｇａと原料である多結晶ＧａＡｓが設置される。高純度化工程においては、ＧａＡｓ、Ｇａが、それぞれ、設けられたホルダ１０が、成長装置１００の反応管１０１の内部に挿入される。前加熱工程おいては、ＧａＡｓ半導体基板１６と、空間１８において、高純度化されたＧａＡｓが保持された、ホルダ１０が、反応管１０１の内部に挿入される。
【００１８】
成長装置１００は、図２に示す構成をしており、反応管１０１と、電気炉１０２と、水素ガスを供給するキャリアガス供給系統１０３と、排気系統１０４とを有している。キャリアガス供給系統１０３は、パラジウムを用いたＨ2 高純度化装置１１３を有しており、タンク（図示略）から供給された水素ガスは、Ｈ2 高純度化装置１１３により高純度化されて、反応管１０１の内部に導入される。また、高純度化された窒素ガスは、成長終了後に、反応管１０１やＨ2 高純度化装置１１３の内部を、水素ガスと置換するために用いられる。高純度化工程においては、水素ガスだを反応管１０１に流し、窒素ガスは流されない。排気系統１０３は、回転ポンプ１１４と拡散ポンプ１２４を有し、反応管１０１の内部は、これらのポンプにより高真空に排気される。
【００１９】
次、成長方法について説明する。まず、スライダー１１の空間１８には、原料のＧａＡｓと金属Ｇａを設置した。原料のＧａＡｓには、電子濃度が１−８×１０15/cm 3 の多結晶ＧａＡｓが用いられた。Ｇａは、６ｇ、ＧａＡｓは、３５ｍｇとした。原料のＧａＡｓとＧａを保持したホルダ１０を反応管１０１の中に挿入して、反応管１０１の中を１０-8Torrに、回転ポンプ１１４と拡散ポンプ１２４により減圧し、電気炉１０２に通電して、雰囲気の温度が第２温度である８００℃になるまで加熱した。この工程が、図３に示す排気工程Ａである。次に、水素ガスを、５９sccmで流した。この工程が図３に示すパージ工程Ｂである。次に、この状態で、反応管１０１の内部を８００℃に維持し、水素ガスを流した状態で、２４時間保持し、ＧａとＧａＡｓとの混合溶液を生成し、混合溶液に含まれる不純物を水素ガスにより排出させるようにした。この工程が、図３に示す高純度化工程Ｃである。
【００２０】
次に、反応管１０１を室温まで低下させて、ホルダ１０を反応管１０１から取り出し、スライダー１１の凹部１３の上に（１００）面の半絶縁性単結晶のＧａＡｓ半導体基板１６を設置した。この時、ＧａＡｓ半導体基板１６の表面が、ＧａＡｓ溶液に触れる前には、環境に曝されないように、ＧａＡｓ半導体基板１６の表面を上部から他のＧａＡｓ基板１９で覆うようにした。次に、空間１８に固化したＧａＡｓ、凹部１３にＧａＡｓ半導体基板１６が設けられたホルダ１０を、反応管１０１の中に戻した。次に、反応管１０１の内部を１０-8Torrに、回転ポンプ１１４と拡散ポンプ１２４により減圧し、電気炉１０２に通電して、雰囲気の温度が第２温度である８００℃になるまで加熱した（排気工程）。次に、水素ガスを５９sccmで流した（パージ工程）。この工程が、図３における前加熱工程Ｄである。本実施例では、１．５時間とした。この工程では、８００℃で保持される時間が短いことから、高純度工程において、既に、高純度化されて、空間１８に保持されているＧａＡｓの高純度化は、実質上行われない。この後、雰囲気温度を２℃／ｍｉｎの速度で冷却を開始した。この工程が図３の冷却開始工程Ｅである。
【００２１】
次に、雰囲気温度が、ＧａＡｓの成長開始温度である７９８℃に雰囲気温度が達した時に、スライダー１１の凹部１３と空間１８とが一致する位置まで、スライダー１１をボート１２に対して移動させた。これにより、凹部１３に設置されたＧａＡｓ半導体基板１６の表面上に、ＧａＡｓ溶液が接触する。その後、２℃／ｍｉｎの速度で冷却を継続した。冷却過程において、過飽和になったＧａＡｓがＧａＡｓ半導体基板１６上に成長することになる。このようにして、ＧａＡｓ半導体基板１６上にＧａＡｓを液相成長させた。この工程が図３の成長工程Ｆである。この成長工程は、成長開始温度７９８℃以下、成長終了温度７５３℃以上の範囲であり、成長時間は４５分である。
【００２２】
次に、上記の高純度化工程における処理時間（以下、「高純度化時間」という）を、変化させて、７７ＫにおけるＧａＡｓ半導体基板１６上に成長させたＧａＡｓのエピタキシャル成長層のキャリア濃度と、移動度を測定した。その結果を、図４に示す。高純度化時間が１８ｈ、２１ｈ、２４ｈ、２５ｈ、２５．５ｈ、２７ｈにおいて、移動度、電子濃度は、それぞれ、１１．３×１０4 cm2 /V・s 、９７．１×１０12/cm 3 、１５．２×１０4 cm2 /V・s 、４２．９×１０12/cm 3 、１８．５×１０4 cm2 /V・s 、１０．０×１０12/cm 3 、３１．２×１０4 cm2 /V・s 、５．８４×１０12/cm3 、４．３６０cm2 /V・s 、６．４×１０12/cm3 、１．９２０cm2 /V・s 、１．４×１０12/cm 3 、とすることができた。
【００２３】
この特性図から明らかなように、高純度化時間が２４時間を過ぎると、７７Ｋにおける移動度が１８．５×１０4 cm2 /V・s から急激に大きくなる。また、高純度化時間が２５時間を越えると、７７Ｋにおける移動度が最大値３１．２×１０4 cm2 /V・s から急激に減少する。すなわち、移動度に関して、高純度化時間２４、２５時間は、臨界的意義を有した時間となる。したがって、高純度化時間は、移動度が最大値となる極限時間２５時間の０．９６倍に当たる２４時間以上、２５時間以下とすることで、臨界的に変化する移動度を得ることができる。成長開始温度は、７９８℃としているが、成長工程の温度範囲をＧａＡｓが液相成長する温度にすれば、成長開始温度は任意である。例えば、成長開始温度は、７９８℃±３０℃とすることが望ましい。また、図３の特性は、水素ガスの流量には、大きくは依存しないと考えられる。水素ガスの流量は、４５sccm以上、８０sccm以下において、図３の特性が得られるものと考えられる。
【実施例２】
【００２４】
次に、上記の液相成長法を用いて、平面型空間光変調器５０を製造した。図５に示すように、厚さ３５０μｍの電子濃度３〜５×１０18 cm 3、（１００）面ｎ−ＧａＡｓ半導体基板４０の上に、厚さ３０μｍのｉ−ＧａＡｓ半導体層４２（エピタキシャル成長層）を上記の液相成長法により成長させた。ただし、高純度時間を２４ｈとして、ｉ−ＧａＡｓ半導体層４２の移動度は、３１．２×１０4 cm2 /V・s 、電子濃度は５．８４×１０12/cm 3 とした。ｉ−ＧａＡｓ半導体層４２の光入力面には、Ａｕをリング状に蒸着して、厚さ３００ｎｍのショットキー電極４３を形成した。中心部の直径３００μｍの窓４７には、Ａｕは蒸着されておらず、この窓４７から光がｉ−ＧａＡｓ半導体層４２の面に垂直に入力される。また、ｎ−ＧａＡｓ半導体基板４０の光出力面には、同様に、中心部に直径３００μｍの窓４９を残して、厚さ０．３μｍに、一様に、Ｎｉ／Ａｕ／Ｇｅを蒸着して、オーミック電極４５を形成した。この窓４９から光がｎ−ＧａＡｓ半導体基板４０の外部に出力される。
【００２５】
この平面型空間光変調器５０のショットキー電極４３、オーミック電極４５の間に、ｎ−ＧａＡｓ半導体基板４０側が正電位となるように、逆バイアス電圧を印加して、波長８９７ｎｍのレーザ光をｉ−ＧａＡｓ半導体層４２の光入力面の窓４７から入射させて、ｎ−ＧａＡｓ基板４０の光出力面の窓４９から出力される光をスペクトル分析して、光の透過率を測定した。その結果を図６に示す。波長８９７ｎｍにおいて、３３Ｖの電圧の印加により、−３７ｄＢの透過率が得られていることが分かる。したがって、本実施例の空間光変調器５０により、３３Ｖの電圧により、約４０ｄＢ程度の消光比が得られている。使用される光の波長８９７ｎｍは、印加電圧が零の時のｉ−ＧａＡｓ半導体層４２の吸収端波長８６９ｎｍよりも、吸収端波長の３．２％程、長波長である。
【実施例３】
【００２６】
実施例２の空間光変調器は、光が通過する領域には、ショットキー電極４３、オーミック電極４５を形成せずに、窓４７、４９を設けている。この構成の場合には、電極による光の伝送損失はないが、窓４７、４９の全体に空乏層を形成するための電圧が必要とするため駆動電圧が大きくなる。そこで、窓４７、４９を設ける代わりに、ショットキー電極４３、オーミック電極４５を、透明電極とした。この空間光変調器６０を図７に示す。すなわち、厚さ３５０μｍの電子濃度３〜５×１０18 cm 3、（１００）面ｎ−ＧａＡｓ基板６１の上に、厚さ３０μｍのｉ−ＧａＡｓ半導体層６２を上記の液相成長法により成長させた。ただし、高純度時間を２４ｈとして、ｉ−ＧａＡｓ半導体層６２の移動度は、３１．２×１０4 cm2 /V・s 、電子濃度は５．８４×１０12/cm 3 とした。ｉ−ＧａＡｓ半導体層６２の光入力面には、面上全体に、一様に厚さ３０ｎｍのＡｕからショットキー電極６３と厚さ１μｍのＩＴＯから成る透明電極６４とを形成した。また、ｎ−ＧａＡｓ半導体基板６１の光出力面には、面上全体に一様に、厚さ１μｍのＩＴＯから成る透明電極６５を形成した。このようにして、透明電極６４と透明電極６５との間に、逆バイアス電圧を印加して、光の透過率を低減させる。この場合には、光の伝搬経路に沿ってショットキー電極６３の直下から空乏層がＧａＡｓ基板６１に向けて形成されるので、印加電圧がそのまま空乏層の形成に寄与するので、実施例２の場合よりも、同一の消光比を得るのに、さらに、低電圧とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、電気通信分野における光スイッチ、ディスプレイなどの光変調器に用いることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１０…ホルダ
１１…スライダー
１２…ボート
１３…凹部
１８…空間
１６…ＧａＡｓ半導体基板
４０，６１…ｎ−ＧａＡｓ半導体基板
４２，６２…ｉ−ＧａＡｓ半導体層
４３…ショットキー電極
４５…オーミック電極
４７，４９…窓
６４，６５…透明電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｇａ及びＧａＡｓを設置した試料台を反応管内部に挿入して、加熱してＧａ及びＧａＡｓを溶液とした後、冷却させながら、試料台上に設けられたＧａＡｓ半導体基板に、溶液を接触させて、該ＧａＡｓ半導体基板表面にＧａＡｓのエピタキシャル成長層を形成するＧａＡｓの液相成長法において、
前記試料台上に、Ｇａ及びＧａＡｓを配置して、少なくとも水素を含むキャリアガスを流した雰囲気において、第１温度で加熱する高純度化工程と、
前記高純度化工程の後に、冷却した後、前記反応管から試料台を取り出し、前記試料台にＧａＡｓ半導体基板を設置して、前記反応管に戻した後、前記キャリアガスを流した雰囲気において、前記エピタキシャル成長層の成長を開始させる成長開始温度以上の第２温度で加熱する前加熱工程と、
雰囲気温度を前記第２温度から冷却させながら、雰囲気温度が前記成長開始温度に達した時に、前記Ｇａ及びＧａＡｓの溶液をＧａＡｓ半導体基板表面に接触させて、ＧａＡｓのエピタキシャル成長を開始させる成長工程と、
を有し、
前記高純度化工程における処理時間を、該処理時間と前記エピタキシャル成長層の移動度との関係において、最大移動度が得られる極限時間の０．９６倍以上、極限時間以下の時間範囲の値としたことを特徴とするＧａＡｓの液相成長法。
【請求項２】
前記高純度化工程における処理時間を、２４時間以上、２５時間以下としたことを特徴とする請求項１に記載のＧａＡｓの液相成長法。
【請求項３】
前記高純度化工程における処理時間を、７７Ｋにおける前記エピタキシャル成長層の移動度が、１８．５×１０4 cm2 /V・s 以上、３１．２×１０4 cm2 /V・s 以下となる時間とした
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＧａＡｓの液相成長法。
【請求項４】
前記成長開始温度を７９８℃±３０℃とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のＧａＡｓの液相成長法。
【請求項１】
Ｇａ及びＧａＡｓを設置した試料台を反応管内部に挿入して、加熱してＧａ及びＧａＡｓを溶液とした後、冷却させながら、試料台上に設けられたＧａＡｓ半導体基板に、溶液を接触させて、該ＧａＡｓ半導体基板表面にＧａＡｓのエピタキシャル成長層を形成するＧａＡｓの液相成長法において、
前記試料台上に、Ｇａ及びＧａＡｓを配置して、少なくとも水素を含むキャリアガスを流した雰囲気において、第１温度で加熱する高純度化工程と、
前記高純度化工程の後に、冷却した後、前記反応管から試料台を取り出し、前記試料台にＧａＡｓ半導体基板を設置して、前記反応管に戻した後、前記キャリアガスを流した雰囲気において、前記エピタキシャル成長層の成長を開始させる成長開始温度以上の第２温度で加熱する前加熱工程と、
雰囲気温度を前記第２温度から冷却させながら、雰囲気温度が前記成長開始温度に達した時に、前記Ｇａ及びＧａＡｓの溶液をＧａＡｓ半導体基板表面に接触させて、ＧａＡｓのエピタキシャル成長を開始させる成長工程と、
を有し、
前記高純度化工程における処理時間を、該処理時間と前記エピタキシャル成長層の移動度との関係において、最大移動度が得られる極限時間の０．９６倍以上、極限時間以下の時間範囲の値としたことを特徴とするＧａＡｓの液相成長法。
【請求項２】
前記高純度化工程における処理時間を、２４時間以上、２５時間以下としたことを特徴とする請求項１に記載のＧａＡｓの液相成長法。
【請求項３】
前記高純度化工程における処理時間を、７７Ｋにおける前記エピタキシャル成長層の移動度が、１８．５×１０4 cm2 /V・s 以上、３１．２×１０4 cm2 /V・s 以下となる時間とした
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＧａＡｓの液相成長法。
【請求項４】
前記成長開始温度を７９８℃±３０℃とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のＧａＡｓの液相成長法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２４９６５０（Ｐ２０１１−２４９６５０Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２２７５９（Ｐ２０１０−１２２７５９）
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年１２月２１日 ｈｔｔｐ：／／ｊｊａｐ．ｉｐａｐ．ｊｐ（Ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）を通じて発表
【出願人】（５００４３３２２５）学校法人中部大学 (105)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年１２月２１日 ｈｔｔｐ：／／ｊｊａｐ．ｉｐａｐ．ｊｐ（Ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）を通じて発表
【出願人】（５００４３３２２５）学校法人中部大学 (105)
【Ｆターム（参考）】
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