本發(fā)明涉及GaAs晶體。

背景技術(shù)：

化合物半導(dǎo)體晶體例如GaAs已被用于各種不同工業(yè)領(lǐng)域中，例如作為用于半導(dǎo)體器件如電子器件或光學(xué)器件的材料。為了降低制造半導(dǎo)體器件的成本，增大用于半導(dǎo)體器件的基板的直徑、提高半導(dǎo)體器件的成品率或提高半導(dǎo)體器件的性能是必需的。為此，需要晶體品質(zhì)穩(wěn)定且有保障的基板。

例如，日本特開平5-339100號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)公開了一種化合物半導(dǎo)體單晶，其晶體中的殘余應(yīng)變的平均值為1×10^-5以下。根據(jù)該文獻(xiàn)，用由這樣的化合物半導(dǎo)體單晶構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體單晶基板來(lái)制造半導(dǎo)體器件，使得可以在外延生長(zhǎng)和器件加工期間顯著抑制外延層中的晶體缺陷(例如滑動(dòng))的出現(xiàn)，并且可以以高成品率制造高性能半導(dǎo)體器件。

日本特開2008-239480號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)公開了一種GaAs單晶，其具有1×10³cm^-2以上且1×10⁴cm^-2以下的平均位錯(cuò)密度。該文獻(xiàn)記載了通過使用所述GaAs單晶制造用于光學(xué)器件或電子器件的GaAs基板。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開平5-339100號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2008-239480號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

對(duì)進(jìn)一步提高半導(dǎo)體器件的性能存在需求，并且需要提供滿足這樣的需求的基板。

鑒于這種情況，本發(fā)明的目的是提供一種可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提高半導(dǎo)體器件的性能的GaAs晶體。

解決技術(shù)問題的技術(shù)手段

本發(fā)明的一種方式的GaAs晶體具有20cm^-1以下的以下述的表達(dá)式1表示的Δx(1)，

其中x_i表示歸屬于在(100)面內(nèi)的s個(gè)點(diǎn)處的拉曼光譜測(cè)定中的第i個(gè)點(diǎn)處測(cè)定的拉曼光譜中的GaAs的縱光學(xué)聲子的振蕩的第一峰的拉曼位移，x_BL表示氖的發(fā)射譜線峰(存在于280cm^-1的拉曼位移附近的氖的發(fā)射譜線峰)的拉曼位移，并且i和s各自為大于0的自然數(shù)。

本發(fā)明的另一種方式的GaAs晶體具有30cm^-1以下的以下述的表達(dá)式2表示的Δx(2)，

其中x_k表示歸屬于在(011)面和等同于所述(011)面的面中的至少一個(gè)面內(nèi)的t個(gè)點(diǎn)處的拉曼光譜測(cè)定中的第k個(gè)點(diǎn)處測(cè)定的拉曼光譜中的GaAs的橫光學(xué)聲子的振蕩的第二峰的拉曼位移，x_BL表示氖的發(fā)射譜線峰的拉曼位移，并且k和t各自為大于0的自然數(shù)。

有益效果

根據(jù)以上所述，可以進(jìn)一步提高半導(dǎo)體器件的性能。

附圖說明

圖1為以步驟順序顯示本發(fā)明的實(shí)施方式的GaAs單晶的制造方法的流程圖。

圖2為用于生長(zhǎng)本發(fā)明的實(shí)施方式的GaAs單晶的裝置的橫截面圖。

圖3為用于評(píng)價(jià)步驟的半絕緣性GaAs單晶的(100)面的平面圖。

圖4為第一評(píng)價(jià)樣品的側(cè)視圖。

圖5為顯示Δx(1)與擊穿電壓不良率之間的關(guān)系的圖。

圖6為顯示第一峰的半寬度的平均值與擊穿電壓不良率之間的關(guān)系的圖。

圖7為(a)用于評(píng)價(jià)步驟的n型GaAs單晶的透視圖，和(b)n型GaAs單晶的(011)面或等同于(011)面的面的平面圖。

圖8為第二評(píng)價(jià)樣品的側(cè)視圖。

圖9為顯示Δx(2)與發(fā)光不良率之間的關(guān)系的圖。

圖10為顯示第二峰的半寬度的平均值與發(fā)光不良率之間的關(guān)系的圖。

具體實(shí)施方式

[本發(fā)明的實(shí)施方式的說明]

首先將列出并說明實(shí)施本發(fā)明的方式。

[1]本發(fā)明的一種方式的GaAs晶體具有20cm^-1以下的以上述的表達(dá)式1表示的Δx(1)，其中x_i表示歸屬于在(100)面內(nèi)的s個(gè)點(diǎn)處的拉曼光譜測(cè)定中的第i個(gè)點(diǎn)處測(cè)定的拉曼光譜中的GaAs的縱光學(xué)聲子的振蕩的第一峰的拉曼位移，且x_BL表示氖的發(fā)射譜線峰的拉曼位移。通過采用由這樣的GaAs晶體構(gòu)成的基板，可以進(jìn)一步提高半導(dǎo)體器件(例如電子器件)的性能?！皒_i”表示通過用洛倫茲函數(shù)對(duì)上述拉曼光譜中出現(xiàn)的第一峰進(jìn)行曲線擬合而獲得的峰波數(shù)。“x_BL”表示通過用洛倫茲函數(shù)對(duì)上述拉曼光譜中出現(xiàn)的氖的發(fā)射譜線峰進(jìn)行曲線擬合而獲得的峰波數(shù)。

[2]優(yōu)選地，第一峰的半寬度的平均值為5cm^-1以下。通過采用由這樣的GaAs晶體構(gòu)成的基板，可以進(jìn)一步提高半導(dǎo)體器件的性能?！暗谝环宓陌雽挾鹊钠骄怠北硎驹谝韵碌谋磉_(dá)式(3)中，其中d(1)_i表示在第i個(gè)點(diǎn)處測(cè)定的拉曼光譜中的第一峰的半寬度?！暗谝环宓陌雽挾取北硎就ㄟ^用洛倫茲函數(shù)對(duì)上述拉曼光譜中出現(xiàn)的第一峰進(jìn)行曲線擬合而獲得的半寬度。

在表達(dá)式3中，i和s各自為大于0的自然數(shù)。

[3]GaAs晶體優(yōu)選為半絕緣性GaAs晶體?！鞍虢^緣性GaAs晶體”是指具有10⁷/cm³以下的載流子濃度的GaAs晶體。載流子濃度可以通過霍爾測(cè)量法(一種測(cè)定霍爾效應(yīng)的方法)來(lái)測(cè)定。

[4]本發(fā)明的另一種方式的GaAs晶體具有30cm^-1以下的在以上的表達(dá)式2中表示的Δx(2)，其中x_k表示歸屬于在(011)面和等同于所述(011)面的面中的至少一個(gè)面內(nèi)的t個(gè)點(diǎn)處的拉曼光譜測(cè)定中的第k個(gè)點(diǎn)處測(cè)定的拉曼光譜中的GaAs的橫光學(xué)聲子的振蕩的第二峰的拉曼位移，且x_BL表示氖的發(fā)射譜線峰的拉曼位移。通過采用由這樣的GaAs晶體構(gòu)成的基板，可以進(jìn)一步提高半導(dǎo)體器件(例如光學(xué)器件)的性能?！暗韧谒?011)面的面”是指(01-1)面、(0-11)面和(0-1-1)面。“x_k”表示通過用洛倫茲函數(shù)對(duì)上述拉曼光譜中出現(xiàn)的第二峰進(jìn)行曲線擬合而獲得的峰波數(shù)。

[5]第二峰的半寬度的平均值優(yōu)選為30cm^-1以下。通過采用由這樣的GaAs晶體構(gòu)成的基板，可以進(jìn)一步提高半導(dǎo)體器件的性能?！暗诙宓陌雽挾鹊钠骄怠北硎驹谝韵碌谋磉_(dá)式(4)中，其中d(2)_k表示在第k個(gè)點(diǎn)處測(cè)定的拉曼光譜中的第二峰的半寬度。“第二峰的半寬度”表示通過用洛倫茲函數(shù)對(duì)上述拉曼光譜中出現(xiàn)的第二峰進(jìn)行曲線擬合而獲得的半寬度。

在表達(dá)式4中，k和t各自為大于0的自然數(shù)。

[6]GaAs晶體優(yōu)選為n型GaAs晶體?！皀型GaAs晶體”是指具有10¹⁵/cm³以上的n型摻雜劑濃度的GaAs晶體。n型摻雜劑濃度可以通過霍爾測(cè)量法(一種測(cè)定霍爾效應(yīng)的方法)來(lái)測(cè)定。

[7]GaAs晶體優(yōu)選具有101.6mm(4英寸)以上的直徑。

[本發(fā)明的實(shí)施方式的詳情]

示出了本發(fā)明人為獲得可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提高半導(dǎo)體器件的性能的GaAs單晶而進(jìn)行的研究的結(jié)果，然后將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式(下文中稱為“本發(fā)明的實(shí)施方式”)進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。在圖中，相同或相應(yīng)的部分具有相同的標(biāo)號(hào)。為了使圖清楚簡(jiǎn)明，對(duì)諸如長(zhǎng)度、寬度、厚度或深度的尺寸關(guān)系進(jìn)行了適當(dāng)修改，所述尺寸關(guān)系不表示實(shí)際的尺寸關(guān)系。

[本發(fā)明人進(jìn)行的研究]

由半絕緣性GaAs單晶構(gòu)成的基板(下文中稱為“半絕緣性GaAs基板”)和由n型GaAs單晶構(gòu)成的基板(下文中稱為“n型GaAs基板”)目前已在工業(yè)上進(jìn)行使用。

半絕緣性GaAs基板主要用作用于電子器件如高頻通訊用器件的基板。許多這樣的電子器件包含半絕緣性GaAs基板和設(shè)置在所述半絕緣性GaAs基板上的集成電路。集成電路需要高的元件密度，因此要求電子器件中的元件之間的擊穿電壓較高(即防止發(fā)生元件之間的擊穿)。作為滿足這樣的要求的手段，例如已提出改進(jìn)元件的結(jié)構(gòu)。

最近已發(fā)現(xiàn)，在某些情況下，不能簡(jiǎn)單地通過改進(jìn)元件的結(jié)構(gòu)來(lái)防止元件之間的擊穿的發(fā)生。作為對(duì)發(fā)生元件之間的擊穿的電子器件進(jìn)行詳細(xì)研究的結(jié)果，已發(fā)現(xiàn)在所述電子器件的半絕緣性GaAs基板中，半絕緣性GaAs單晶的品質(zhì)尚不均一。

n型GaAs基板主要用作用于光學(xué)器件如發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(LD)的基板。許多這樣的光學(xué)器件包含n型GaAs基板和通過在所述n型GaAs基板上的晶體生長(zhǎng)獲得的由AlGaInP構(gòu)成的外延層(其起到發(fā)光層的作用)。因此，當(dāng)所述n型GaAs基板中的GaAs單晶的晶體品質(zhì)高時(shí)，可以提高由AlGaInP構(gòu)成的外延層的晶體品質(zhì)。由此可以提高所述光學(xué)器件的性能，并且也可以提高光學(xué)器件的成品率。事實(shí)上，作為對(duì)性能不良的光學(xué)器件的詳細(xì)研究的結(jié)果，已發(fā)現(xiàn)在所述光學(xué)器件的n型GaAs基板中，n型GaAs單晶的晶體品質(zhì)尚不均一。因此，本發(fā)明人推測(cè)，為了進(jìn)一步提高半導(dǎo)體器件的性能，應(yīng)該提供晶體品質(zhì)均一的GaAs單晶。

作為提高GaAs單晶的晶體品質(zhì)的方法，以往對(duì)在GaAs單晶生長(zhǎng)后進(jìn)行的冷卻步驟中的用于冷卻的條件進(jìn)行優(yōu)化。因此，本發(fā)明人嘗試了優(yōu)化所述冷卻條件，然而已發(fā)現(xiàn)，不能簡(jiǎn)單地通過優(yōu)化所述冷卻條件使GaAs單晶的晶體品質(zhì)均一。然后，本發(fā)明人進(jìn)一步研究了GaAs單晶的制造方法，并發(fā)現(xiàn)當(dāng)在生長(zhǎng)GaAs單晶之后對(duì)所述GaAs單晶進(jìn)行退火時(shí)可以使GaAs單晶的晶體品質(zhì)均一。還發(fā)現(xiàn)，制造半絕緣性GaAs單晶與制造n型GaAs單晶之間的最佳退火條件是不同的。下面，首先示出了半絕緣性GaAs單晶，然后示出了n型GaAs單晶。

[半絕緣性GaAs單晶]

首先具體示出由本發(fā)明人進(jìn)行的與半絕緣性GaAs單晶的制造方法相關(guān)的研究事項(xiàng)，隨后將示出本發(fā)明實(shí)施方式的半絕緣性GaAs單晶和本發(fā)明實(shí)施方式的半絕緣性GaAs單晶的制造方法。

<<與半絕緣性GaAs單晶的制造方法相關(guān)的研究事項(xiàng)>>

圖1為以步驟順序顯示半絕緣性GaAs單晶的制造方法的流程圖。圖2為用于生長(zhǎng)半絕緣性GaAs單晶的裝置的橫截面圖。通過實(shí)施以下步驟制造半絕緣性GaAs單晶：準(zhǔn)備原料的步驟S101、準(zhǔn)備輔助材料的步驟S102、預(yù)處理步驟S103、晶體生長(zhǎng)步驟S104、退火步驟S105和評(píng)價(jià)步驟S106，并且研究了半絕緣性GaAs單晶的制造方法。

<原料的準(zhǔn)備>

在準(zhǔn)備原料的步驟S101中，準(zhǔn)備了GaAs籽晶和GaAs多晶體(半絕緣性GaAs單晶的原料)。具體地，對(duì)GaAs籽晶和GaAs多晶體各自進(jìn)行清洗并隨后進(jìn)行蝕刻，然后通過真空加熱進(jìn)行干燥?！罢婵占訜帷笔侵冈谡婵罩羞M(jìn)行加熱。在本步驟中，在200℃下進(jìn)行20小時(shí)的真空加熱。

<輔助材料的準(zhǔn)備>

在準(zhǔn)備輔助材料的步驟S102中，準(zhǔn)備了用于生長(zhǎng)半絕緣性GaAs單晶的輔助材料(由石英制成的安瓿21和由熱解氮化硼(PBN)制成的坩堝23)。具體地，對(duì)由石英制成的安瓿21進(jìn)行清洗，然后在加熱的同時(shí)抽真空。在本步驟中，將安瓿在50℃下真空加熱20小時(shí)。對(duì)由PBN制成的坩堝23的內(nèi)表面進(jìn)行氧化，使得在由PBN制成的坩堝23的內(nèi)表面上形成氧化膜。

<預(yù)處理>

在預(yù)處理步驟S103中，通過由石英制成的安瓿21中的開口(形成在由石英制成的安瓿21的上端，其在圖2中未示出)將由PBN制成的坩堝23置于由石英制成的安瓿21中。之后，以GaAs籽晶31相對(duì)于GaAs多晶體(未示出)位于由PBN制成的坩堝23的底側(cè)(圖2中的下側(cè))的方式，將GaAs籽晶31和GaAs多晶體置于由PBN制成的坩堝23中。

然后，在加熱的同時(shí)將由石英制成的安瓿21抽真空。在本步驟中，將真空加熱在200℃下進(jìn)行3小時(shí)，直至由石英制成的安瓿21中的壓力為3×10^-4Pa以下。之后，用由石英制成的蓋子將由石英制成的安瓿21中的上述開口封閉，并用燃燒器將所述蓋子熔附于由石英制成的安瓿21的開口的周緣。

<晶體生長(zhǎng)>

在晶體生長(zhǎng)步驟S104中，用垂直布里奇曼法(VB)生長(zhǎng)半絕緣性GaAs單晶。最初，在使由石英制成的安瓿21旋轉(zhuǎn)的同時(shí)僅GaAs多晶體由排列在由石英制成的安瓿21外部的加熱器25選擇性地加熱。因此，GaAs多晶體變成熔體33，并在GaAs籽晶31與熔體33之間形成固液界面。

之后，在所述固液界面附近產(chǎn)生溫度梯度，并且在使由石英制成的安瓿21旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將加熱器25升高(在圖2中向上移動(dòng))。由此，半絕緣性GaAs單晶35從所述固液界面向熔體33生長(zhǎng)。

<退火>

在退火步驟S105中，對(duì)半絕緣性GaAs單晶35進(jìn)行退火。退火溫度在970℃至1100℃的溫度范圍內(nèi)以10℃變化，并獲得1號(hào)至14號(hào)半絕緣性GaAs單晶35。在各個(gè)情況下，將退火的時(shí)長(zhǎng)設(shè)定為20小時(shí)。

<評(píng)價(jià)>

圖3為用于評(píng)價(jià)步驟S106的半絕緣性GaAs單晶35的(100)面的平面圖。在評(píng)價(jià)步驟S106中，測(cè)定1號(hào)至14號(hào)半絕緣性GaAs單晶35各自的拉曼光譜，并對(duì)各個(gè)半絕緣性GaAs單晶35的晶體品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

眾所周知，歸屬于GaAs的縱光學(xué)聲子的振蕩的峰(第一峰)的峰波數(shù)隨著半絕緣性GaAs單晶中的雜質(zhì)濃度(例如載流子濃度)而變化。當(dāng)測(cè)定來(lái)自于半絕緣性GaAs單晶的(100)面的散射光時(shí)，觀察到的第一峰的峰波數(shù)不取決于半絕緣性GaAs單晶中的雜質(zhì)濃度。因此，本發(fā)明人決定測(cè)定來(lái)自于半絕緣性GaAs單晶的(100)面的散射光。

具體地，首先，將1號(hào)半絕緣性GaAs單晶35的(100)面在<0-11>方向和<011>方向上以10mm的間隔用激發(fā)光進(jìn)行照射，并將來(lái)自于各個(gè)照射點(diǎn)(圖3)的散射光導(dǎo)向光接收元件。同時(shí)，將1號(hào)半絕緣性GaAs單晶35的(100)面用來(lái)自于氖燈的光進(jìn)行照射，并將反射光導(dǎo)向所述光接收元件。由此獲得1號(hào)半絕緣性GaAs單晶35的拉曼光譜。

(拉曼光譜的測(cè)定條件)

激發(fā)光源：Nd:YAG激光器

激發(fā)光的波長(zhǎng)：532nm(從Nd:YAG激光器輸出的光的二次諧波)

激發(fā)光的照射強(qiáng)度：在測(cè)定樣品的位置處約0.1mW

光束直徑：在測(cè)定樣品的位置處直徑為1μm(按照光學(xué)設(shè)計(jì)的)

光柵中的槽數(shù)：2400槽/mm

物鏡倍數(shù)：100倍

(測(cè)定)積分時(shí)間：15秒

(測(cè)定)積分次數(shù)：14次

光檢測(cè)器：電荷耦合器件(CCD)

測(cè)定溫度：室溫

通過用洛倫茲函數(shù)對(duì)在獲得的拉曼光譜中出現(xiàn)的第一峰進(jìn)行曲線擬合求出x_i，通過用洛倫茲函數(shù)對(duì)在獲得的拉曼光譜中出現(xiàn)的氖的發(fā)射譜線峰進(jìn)行曲線擬合求出x_BL。通過在表達(dá)式1中代入x_i和x_BL求出Δx(1)。用類似的方法，求出2號(hào)至14號(hào)半絕緣性GaAs單晶35的Δx(1)。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)1號(hào)至14號(hào)半絕緣性GaAs單晶35的Δx(1)在0.06cm^-1至30cm^-1的范圍內(nèi)(表1)。

表1

當(dāng)室溫變化時(shí)，在分光鏡中出現(xiàn)由室溫變化造成的影響，且因此峰位置的波數(shù)(峰波數(shù))變化。由室溫變化造成的GaAs的拉曼峰(歸屬于拉曼活性GaAs的振蕩的峰，其包括第一峰和第二峰(后述))的峰波數(shù)的變化量與由室溫變化造成的氖的發(fā)射譜線峰的峰波數(shù)的變化量基本上彼此相等。因此，Δx(1)不受室溫變化影響。

由用激光束照射造成的樣品溫度的提高僅影響GaAs的拉曼峰的峰波數(shù)。由溫度變化造成的峰波數(shù)的變化量小于0.05cm^-1/℃。因此，優(yōu)選將樣品溫度的變化量抑制為±1℃以下。因此，在測(cè)定樣品的位置處的激發(fā)光的照射強(qiáng)度優(yōu)選為1mW以下。

<擊穿電壓試驗(yàn)>

在擊穿電壓試驗(yàn)中，使用已經(jīng)經(jīng)受了評(píng)價(jià)步驟S106的1號(hào)至14號(hào)半絕緣性GaAs單晶35制造1號(hào)至14號(hào)第一評(píng)價(jià)樣品，并對(duì)1號(hào)至14號(hào)第一評(píng)價(jià)樣品進(jìn)行擊穿電壓試驗(yàn)。圖4為第一評(píng)價(jià)樣品的側(cè)視圖。

首先，將已經(jīng)經(jīng)受了評(píng)價(jià)步驟S106的1號(hào)半絕緣性GaAs單晶35切割成規(guī)定厚度(470μm)，由此制作多個(gè)1號(hào)半絕緣性GaAs基板41。

然后，在各個(gè)1號(hào)半絕緣性GaAs基板41的上表面((100)面)上氣相沉積由Ge/Au/Ni構(gòu)成的第一電極43，并在各個(gè)1號(hào)半絕緣性GaAs基板41的下表面((-100)面)上氣相沉積由Ge/Au/Ni構(gòu)成的第二電極45。由此，獲得多個(gè)1號(hào)第一評(píng)價(jià)樣品40。在各個(gè)1號(hào)第一評(píng)價(jià)樣品40中，第一電極43和第二電極45與半絕緣性GaAs基板41歐姆接觸。

接著，在第一電極43與第二電極45之間施加電壓，在改變電壓的同時(shí)測(cè)定在第一電極43與第二電極45之間流過的電流，并獲得電流急劇增加時(shí)的電壓。當(dāng)電流急劇增加時(shí)的電壓小于5V時(shí)，做出擊穿電壓不良的判定，并求出擊穿電壓不良率(被判定為擊穿電壓不良的1號(hào)第一評(píng)價(jià)樣品40的數(shù)目÷1號(hào)第一評(píng)價(jià)樣品40的總數(shù)×100)。圖5示出了結(jié)果。

用類似方法，也對(duì)2號(hào)至14號(hào)第一評(píng)價(jià)樣品40進(jìn)行擊穿電壓試驗(yàn)。圖5示出了結(jié)果。

如圖5中所示，當(dāng)Δx(1)超過20cm^-1時(shí)，擊穿電壓不良率急劇增大。因此，當(dāng)Δx(1)為20cm^-1以下時(shí)，推斷可以提高電子器件的擊穿電壓。

當(dāng)Δx(1)小于0.3cm^-1，擊穿電壓不良率增大。當(dāng)用光學(xué)顯微鏡觀察這樣的半絕緣性GaAs基板41的表面時(shí)，在表面處觀察到析出物。本發(fā)明人預(yù)期由于該析出物而造成電子器件的擊穿電壓不良率增大，并且預(yù)期在半絕緣性GaAs基板41的表面處觀察到析出物的原因如下。如果在半絕緣性GaAs基板41的表面上分布有許多Δx(1)小于0.3cm^-1的區(qū)域，則可以推斷半絕緣性GaAs基板41的位錯(cuò)密度低。當(dāng)半絕緣性GaAs基板41的位錯(cuò)密度低時(shí)，被捕獲在半絕緣性GaAs基板41的位錯(cuò)中的雜質(zhì)的量(絕對(duì)量)降低，且因此尚未被捕獲在位錯(cuò)中的雜質(zhì)傾向于在半絕緣性GaAs基板41的表面處析出。所述雜質(zhì)是指包含在半絕緣性GaAs基板41中的雜質(zhì)。

圖6示出了Δx(1)為20cm^-1以下的半絕緣性GaAs單晶35的拉曼光譜中的第一峰的半寬度的平均值與擊穿電壓不良率之間的關(guān)系。如圖6中所示，當(dāng)?shù)谝环宓陌雽挾鹊钠骄禐?cm^-1以下時(shí)，擊穿電壓不良率為2％以下。因此，當(dāng)?shù)谝环宓陌雽挾鹊钠骄禐?cm^-1以下時(shí)，推斷可以進(jìn)一步提高電子器件的擊穿電壓。

<<本實(shí)施方式的半絕緣性GaAs單晶的構(gòu)成>>

作為本發(fā)明人進(jìn)行的上述研究的結(jié)果，在本發(fā)明實(shí)施方式的半絕緣性GaAs單晶35中，表達(dá)式1中表示的Δx(1)為20cm^-1以下，其中x_i表示在半絕緣性GaAs單晶35的(100)面內(nèi)的s個(gè)點(diǎn)處的拉曼光譜測(cè)定中的第i個(gè)點(diǎn)處測(cè)定的拉曼光譜中的第一峰的拉曼位移，并且x_BL表示氖的發(fā)射譜線峰的拉曼位移。當(dāng)使用由半絕緣性GaAs單晶35構(gòu)成的基板41制造電子器件時(shí)，可以提高電子器件的擊穿電壓。因此，可以得出結(jié)論：當(dāng)表達(dá)式1中表示的Δx(1)為20cm^-1以下時(shí)，可以推斷半絕緣性GaAs單晶35中的晶體品質(zhì)是均一的。

優(yōu)選地，表達(dá)式1中表示的Δx(1)為0.3cm^-1以上且20cm^-1以下。當(dāng)表達(dá)式1中表示的Δx(1)為0.3cm^-1以上時(shí)，可以防止雜質(zhì)在半絕緣性GaAs單晶35的表面處析出。因此，當(dāng)使用由半絕緣性GaAs單晶35構(gòu)成的基板41制造電子器件時(shí)，可以進(jìn)一步提高電子器件的擊穿電壓。

更優(yōu)選地，第一峰的半寬度的平均值為5cm^-1以下。因此，可以提高半絕緣性GaAs單晶35的晶體品質(zhì)。因此，當(dāng)使用由半絕緣性GaAs單晶35構(gòu)成的基板41制造電子器件時(shí)，還可以進(jìn)一步提高電子器件的擊穿電壓。

關(guān)于拉曼光譜的測(cè)定條件，在測(cè)定樣品的位置處的激發(fā)光的照射強(qiáng)度優(yōu)選為1mW以下(如上所述)。對(duì)除了上述條件之外的拉曼光譜的測(cè)定條件沒有特別限制。

優(yōu)選地，半絕緣性GaAs單晶35具有101.6mm(4英寸)以上的直徑。因此，通過將半絕緣性GaAs單晶35切片可以提供用于電子器件的基板。

<<本實(shí)施方式的半絕緣性GaAs單晶的制造方法>>

半絕緣性GaAs單晶35的制造方法包括如下步驟：準(zhǔn)備原料的步驟S101、準(zhǔn)備輔助材料的步驟S102、預(yù)處理步驟S103、晶體生長(zhǎng)步驟S104、退火步驟S105和評(píng)價(jià)步驟S106。盡管以下示出的為用VB方法生長(zhǎng)半絕緣性GaAs單晶35的方法，但生長(zhǎng)半絕緣性GaAs單晶35的方法不限于VB方法。

<原料的準(zhǔn)備>

在準(zhǔn)備原料的步驟S101中，準(zhǔn)備GaAs籽晶和GaAs多晶體。對(duì)于所述GaAs籽晶而言，可以使用以往已知的GaAs籽晶作為用于生長(zhǎng)半絕緣性GaAs單晶的GaAs籽晶。這也適用于GaAs多晶體。

優(yōu)選地，對(duì)GaAs籽晶和GaAs多晶體各自進(jìn)行清洗和蝕刻，然后進(jìn)行真空加熱。作為真空加熱的結(jié)果，可以除去附著于GaAs籽晶和GaAs多晶體的各自的表面的水分。因此，可以減少在晶體生長(zhǎng)步驟S104中形成密封材料的元素(在使用B₂O₃作為密封材料時(shí)為硼)在半絕緣性GaAs單晶35中的攝入量。因此，可以進(jìn)一步提高半絕緣性GaAs單晶35的晶體品質(zhì)。

對(duì)真空加熱的條件沒有特別限制，例如優(yōu)選在將50℃以上且250℃以下的溫度下的加熱進(jìn)行5小時(shí)以上且10小時(shí)以下的時(shí)長(zhǎng)的同時(shí)，在3×10^-4Pa以下的壓力下將安瓿21真空加熱。

<輔助材料的準(zhǔn)備>

在準(zhǔn)備輔助材料的步驟S102中，準(zhǔn)備用于生長(zhǎng)半絕緣性GaAs單晶35的輔助材料(例如坩堝23或安瓿21)。可以使用以往已知的安瓿作為用于用VB方法生長(zhǎng)半絕緣性GaAs單晶時(shí)使用的安瓿21，并且例如可以采用由石英制成的安瓿?？梢允褂靡酝阎嫩釄遄鳛橛糜谟肰B方法生長(zhǎng)半絕緣性GaAs單晶時(shí)使用的坩堝23，并且例如可以采用由PBN制成的坩堝。

優(yōu)選地，將安瓿21真空加熱，并且對(duì)坩堝23的內(nèi)表面進(jìn)行氧化。由此，可以除去附著于安瓿21和坩堝23各自的內(nèi)表面的水分。因此，可以減少在晶體生長(zhǎng)步驟S104中形成密封材料的元素在半絕緣性GaAs單晶35中的攝入量。因此，可以進(jìn)一步提高半絕緣性GaAs單晶35的晶體品質(zhì)。真空加熱的條件如<原料的準(zhǔn)備>中所述。

優(yōu)選地，坩堝23的生長(zhǎng)半絕緣性GaAs單晶35的部分(后述實(shí)施例中的直體部(直胴部))具有101.6mm(4英寸)以上的直徑。由此，可以制造直徑為101.6mm以上的半絕緣性GaAs單晶35。

<預(yù)處理>

在預(yù)處理步驟S103中，在將坩堝23置于安瓿21中之后，將GaAs籽晶31、GaAs多晶體(未示出)和密封材料置于坩堝23中，隨后將安瓿21密封?？梢允褂靡酝阎牟牧献鳛橛糜谟肰B方法生長(zhǎng)半絕緣性GaAs單晶時(shí)使用的密封材料，例如可以采用B₂O₃。

優(yōu)選地，以GaAs籽晶31相對(duì)于GaAs多晶體位于坩堝23的底側(cè)的方式將GaAs籽晶31和GaAs多晶體供應(yīng)至坩堝23。對(duì)密封材料在坩堝23中的位置沒有特別限制。

優(yōu)選地，將收容坩堝23的安瓿21真空加熱。由此，可以防止在準(zhǔn)備輔助材料的步驟S102中在坩堝23的內(nèi)表面上形成的氧化膜吸收水分。可以除去附著于GaAs籽晶31和GaAs多晶體的各自的表面的水分。因此，預(yù)期可以防止在半絕緣性GaAs單晶35生長(zhǎng)期間安瓿21的變形或破裂，因此預(yù)期可以使安瓿21中的內(nèi)部壓力穩(wěn)定。真空加熱的條件如<原料的準(zhǔn)備>中所述。

<晶體生長(zhǎng)>

在晶體生長(zhǎng)步驟S104中，生長(zhǎng)半絕緣性GaAs單晶35。首先，在使安瓿21旋轉(zhuǎn)的同時(shí)僅GaAs多晶體由排列在安瓿21外部的加熱器25選擇性地加熱。由此，GaAs多晶體變成熔體33，并因此在GaAs籽晶31與熔體33之間形成固液界面。

然后，在所述固液界面附近產(chǎn)生溫度梯度。因此，半絕緣性GaAs單晶35從所述固液界面向熔體33生長(zhǎng)。隨著半絕緣性GaAs單晶35這樣進(jìn)行生長(zhǎng)，上述固液界面從圖2中的下側(cè)向上移動(dòng)。作為在從圖2中的下側(cè)向上移動(dòng)的固液界面附近產(chǎn)生溫度梯度的方法，例如可以采用諸如將安瓿21向圖2中的下側(cè)移動(dòng)、將加熱器25向圖2中的上側(cè)移動(dòng)或?qū)碴?1和加熱器25在圖2中的垂直方向上移動(dòng)的方法。

<退火>

在退火步驟S105中，對(duì)半絕緣性GaAs單晶35進(jìn)行退火。因此，預(yù)期半絕緣性GaAs單晶35的晶體品質(zhì)變得均一。盡管不能斷然地確定，但原因可能為如下所示。作為退火的結(jié)果，在晶體缺陷中析出的As可以擴(kuò)散，結(jié)果，As可以被重新排列在GaAs晶格中的As位點(diǎn)處。

對(duì)退火的條件沒有特別限制。例如，可以在將半絕緣性GaAs單晶35從安瓿21取出后或在將半絕緣性GaAs單晶35收容在安瓿21中時(shí)進(jìn)行退火。當(dāng)在將半絕緣性GaAs單晶35從安瓿21取出后進(jìn)行退火時(shí)，優(yōu)選在大氣壓或正壓下進(jìn)行退火，并且可以在惰性氣體氣氛中進(jìn)行退火。例如，可以將稀有氣體或氮?dú)庥米鞫栊詺怏w。

對(duì)退火的時(shí)長(zhǎng)沒有特別限制，并且退火的時(shí)長(zhǎng)可以例如被設(shè)定為優(yōu)選1小時(shí)以上且20小時(shí)以下。

退火溫度優(yōu)選為1080℃以下，更優(yōu)選為1010℃以上且1080℃以下。當(dāng)退火溫度為1080℃以下時(shí)，可以獲得Δx(1)為20cm^-1以下的半絕緣性GaAs單晶35(例如表1)。當(dāng)退火溫度為1010℃以上且1080℃以下時(shí)，可以獲得Δx(1)為0.3cm^-1以上且20cm^-1以下并且第一峰的半寬度的平均值為5cm^-1以下的半絕緣性GaAs單晶35(例如表1)。

<評(píng)價(jià)>

在評(píng)價(jià)步驟S106中，測(cè)定根據(jù)上述方法制造的半絕緣性GaAs單晶35的拉曼光譜，從而確定半絕緣性GaAs單晶35的晶體品質(zhì)是否良好。

具體地，將半絕緣性GaAs單晶35的(100)面在<0-11>方向和<011>方向上以規(guī)定的間隔用激發(fā)光進(jìn)行照射，并將來(lái)自于各個(gè)照射點(diǎn)的散射光導(dǎo)向光接收元件。同時(shí)，將半絕緣性GaAs單晶35的(100)面用來(lái)自于氖燈的光進(jìn)行照射，并將反射光導(dǎo)向所述光接收元件。由此獲得半絕緣性GaAs單晶35的拉曼光譜。

使用得到的拉曼光譜求出在上述表達(dá)式1中表示的Δx(1)，并將Δx(1)為20cm^-1以下的半絕緣性GaAs單晶35判定為良好產(chǎn)品。由此可以獲得晶體品質(zhì)均一的半絕緣性GaAs單晶35。因此，當(dāng)用被判定為良好產(chǎn)品的半絕緣性GaAs單晶35制造電子器件時(shí)，可以提供擊穿電壓優(yōu)異的電子器件?？梢蕴岣邠舸╇妷簝?yōu)異的電子器件的成品率。

優(yōu)選地，將Δx(1)為0.3cm^-1以上且20cm^-1以下的半絕緣性GaAs單晶35判定為良好產(chǎn)品。由此可以提供擊穿電壓更加優(yōu)異的電子器件?？梢蕴岣邠舸╇妷焊觾?yōu)異的電子器件的成品率。

更優(yōu)選地，將Δx(1)為0.3cm^-1以上且20cm^-1以下并且第一峰的半寬度的平均值為5cm^-1以下的半絕緣性GaAs單晶35判定為良好產(chǎn)品。由此可以提供擊穿電壓進(jìn)一步優(yōu)異的電子器件?？梢蕴岣邠舸╇妷哼M(jìn)一步優(yōu)異的電子器件的成品率。

<<關(guān)于n型GaAs單晶的制造方法的研究>>

根據(jù)圖1中的流程圖并用圖2中示出的裝置制造n型GaAs單晶，并研究了n型GaAs單晶的制造方法。下面將主要示出與半絕緣性GaAs單晶的制造方法的研究的不同之處。

<原料的準(zhǔn)備>

在準(zhǔn)備原料的步驟S101中，與GaAs籽晶和GaAs多晶體一起準(zhǔn)備了Si晶片(n型摻雜劑用材料)。具體地，對(duì)GaAs籽晶、GaAs多晶體和Si晶片各自進(jìn)行清洗并隨后進(jìn)行蝕刻，然后進(jìn)行真空加熱。之后，進(jìn)行準(zhǔn)備輔助材料的步驟S102。

<預(yù)處理>

在準(zhǔn)備輔助材料的步驟S102之后，進(jìn)行預(yù)處理步驟S103。在預(yù)處理步驟S103中，通過由石英制成的安瓿21中的開口將由PBN制成的坩堝23置于由石英制成的安瓿21中。之后，以GaAs籽晶31相對(duì)于GaAs多晶體和Si晶片位于由PBN制成的坩堝23的底側(cè)的方式將GaAs籽晶31、GaAs多晶體和Si晶片置于由PBN制成的坩堝23中。在將由石英制成的安瓿21真空加熱后，用由石英制成的蓋子將由石英制成的安瓿21中的上述開口封閉，并用燃燒器將所述蓋子熔附于由石英制成的安瓿21中的開口的周緣。

<晶體生長(zhǎng)>

在晶體生長(zhǎng)步驟S104中，用VB方法生長(zhǎng)n型GaAs單晶。最初，在使由石英制成的安瓿21旋轉(zhuǎn)的同時(shí)僅GaAs多晶體和Si晶片由加熱器25選擇性地加熱。由此，GaAs多晶體和Si晶片變成熔體，并在GaAs籽晶31與所述熔體之間形成固液界面。之后，在所述固液界面附近產(chǎn)生溫度梯度，并在使由石英制成的安瓿21旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將加熱器25升高。由此，n型GaAs單晶從所述固液界面向熔體33生長(zhǎng)。

<退火>

在退火步驟S105中，對(duì)n型GaAs單晶進(jìn)行退火。退火溫度在430℃至560℃的溫度范圍內(nèi)以10℃變化，并獲得1號(hào)至14號(hào)n型GaAs單晶。在各個(gè)情況下，將退火的時(shí)長(zhǎng)設(shè)定為5小時(shí)。

<評(píng)價(jià)>

圖7為(a)用于評(píng)價(jià)步驟S106的n型GaAs單晶的透視圖，和(b)n型GaAs單晶的(011)面或等同于(011)面的面的平面圖。在評(píng)價(jià)步驟S106中，測(cè)定1號(hào)至14號(hào)n型GaAs單晶65各自的拉曼光譜，并對(duì)各個(gè)n型GaAs單晶65的晶體品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

n型GaAs單晶比半絕緣性GaAs單晶的載流子濃度高。因此，由于縱光學(xué)聲子與載流子的等離子體共振，在測(cè)定來(lái)自于n型GaAs單晶的(100)面的散射光時(shí)觀察到的第一峰(歸屬于GaAs的縱光學(xué)聲子的振蕩的峰)的峰波數(shù)可能取決于n型GaAs單晶中的雜質(zhì)濃度(例如n型摻雜劑的濃度)。

據(jù)認(rèn)為歸屬于GaAs的橫光學(xué)聲子的振蕩的峰(第二峰)較少取決于n型GaAs單晶中的雜質(zhì)濃度。第二峰可以通過測(cè)定來(lái)自于(011)面或等同于(011)面的面的散射光來(lái)進(jìn)行確認(rèn)。因此，本發(fā)明人決定測(cè)定來(lái)自于n型GaAs單晶65的(011)面或等同于(011)面的面的散射光。

具體地，首先，將1號(hào)n型GaAs單晶65的(011)面或等同于(011)面的面以2mm的間隔用激發(fā)光進(jìn)行照射，并將來(lái)自于各個(gè)照射點(diǎn)(圖7(b))的散射光導(dǎo)向光接收元件。同時(shí)，將1號(hào)n型GaAs單晶65的(011)面或等同于(011)面的面用來(lái)自于氖燈的光進(jìn)行照射，并將反射光導(dǎo)向所述光接收元件。由此獲得1號(hào)n型GaAs單晶65的拉曼光譜。除了將在測(cè)定樣品的位置處的激發(fā)光的照射強(qiáng)度設(shè)定為約1mW之外，拉曼光譜的測(cè)定條件為如上所述(拉曼光譜的測(cè)定條件)。

通過用洛倫茲函數(shù)對(duì)在獲得的拉曼光譜中出現(xiàn)的第二峰進(jìn)行曲線擬合求出x_k，且通過用洛倫茲函數(shù)對(duì)在獲得的拉曼光譜中出現(xiàn)的氖的發(fā)射譜線峰進(jìn)行曲線擬合求出x_BL。通過在表達(dá)式2中代入x_k和x_BL求出Δx(2)。用類似的方法，求出2號(hào)至14號(hào)n型GaAs單晶65的Δx(2)。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)1號(hào)至14號(hào)n型GaAs單晶65的Δx(2)在0.05cm^-1至80cm^-1的范圍內(nèi)(表2)。

表2

<發(fā)光特性的測(cè)定>

在發(fā)光特性的測(cè)定中，使用已經(jīng)經(jīng)受了評(píng)價(jià)步驟S106的1號(hào)至14號(hào)n型GaAs單晶65制造1號(hào)至14號(hào)第二評(píng)價(jià)樣品，并對(duì)1號(hào)至14號(hào)第二評(píng)價(jià)樣品的發(fā)光特性進(jìn)行研究。圖8為第二評(píng)價(jià)樣品的側(cè)視圖。

首先，將已經(jīng)經(jīng)受了評(píng)價(jià)步驟S106的1號(hào)n型GaAs單晶65切割成規(guī)定厚度，由此制作多個(gè)1號(hào)n型GaAs基板71。

然后，在各個(gè)1號(hào)n型GaAs基板71的上表面((100)面)上依次生長(zhǎng)n型GaAs層(具有100μm的厚度)73和p型GaAs層(具有100μm的厚度)75。在各個(gè)p型GaAs層75的上表面上氣相沉積p側(cè)電極77，并在各個(gè)1號(hào)n型GaAs基板71的下表面((-100)面)上氣相沉積n側(cè)電極79。由此，獲得了多個(gè)1號(hào)第二評(píng)價(jià)樣品70。

接著，在n側(cè)電極79與p側(cè)電極77之間施加電壓，由此使各個(gè)1號(hào)第二評(píng)價(jià)樣品70發(fā)光，并求出從各個(gè)1號(hào)第二評(píng)價(jià)樣品70發(fā)射的光的輸出和峰波長(zhǎng)。當(dāng)光的輸出小于3mW時(shí)并且當(dāng)峰波長(zhǎng)在940nm±20nm的范圍之外時(shí)，做出發(fā)光不良的判定，并求出發(fā)光不良率(被判定為發(fā)光不良的1號(hào)第二評(píng)價(jià)樣品70的數(shù)目÷1號(hào)第二評(píng)價(jià)樣品70的總數(shù)×100)。圖9示出了結(jié)果。

用類似的方法，也研究了2號(hào)至14號(hào)第二評(píng)價(jià)樣品70的發(fā)光特性。圖9示出了結(jié)果。

如圖9中所示，當(dāng)Δx(2)超過30cm^-1時(shí)，發(fā)光不良率急劇增大。因此，當(dāng)Δx(2)為30cm^-1以下時(shí)，推斷可以提高發(fā)光性能。

當(dāng)Δx(2)小于0.3cm^-1時(shí)，發(fā)光不良率增大。其原因?yàn)槿缟鲜?lt;擊穿電壓試驗(yàn)>中所述。

圖10示出了Δx(2)為30cm^-1以下的n型GaAs單晶65的拉曼光譜中的第二峰的半寬度的平均值與發(fā)光不良率之間的關(guān)系。如圖10中所示，當(dāng)?shù)诙宓陌雽挾鹊钠骄禐?0cm^-1以下時(shí)，發(fā)光不良率為2％以下。因此，當(dāng)?shù)诙宓陌雽挾鹊钠骄禐?0cm^-1以下時(shí)，推斷可以進(jìn)一步提高發(fā)光性能。

<<本發(fā)明實(shí)施方式中的n型GaAs單晶的構(gòu)成>>

作為本發(fā)明人進(jìn)行的上述研究的結(jié)果，在本發(fā)明實(shí)施方式的n型GaAs單晶65中，表達(dá)式2中表示的Δx(2)為30cm^-1以下，其中x_k表示在(011)面和等同于(011)面的面中的至少一個(gè)面內(nèi)的t個(gè)點(diǎn)處的拉曼光譜測(cè)定中的第k個(gè)點(diǎn)處測(cè)定的拉曼光譜中的第二峰的拉曼位移，并且x_BL表示氖的發(fā)射譜線峰的拉曼位移。當(dāng)使用由n型GaAs單晶65構(gòu)成的基板71制造光學(xué)器件時(shí)，可以提高光學(xué)器件的發(fā)光性能。因此，可以得出結(jié)論：當(dāng)表達(dá)式2中表示的Δx(2)為30cm^-1以下時(shí)，可以推斷n型GaAs單晶65中的晶體品質(zhì)是均一的。

優(yōu)選地，表達(dá)式2中表示的Δx(2)為0.3cm^-1以上且30cm^-1以下。當(dāng)表達(dá)式2中表示的Δx(2)為0.3cm^-1以上時(shí)，可以防止雜質(zhì)在n型GaAs單晶65的表面處析出。因此，當(dāng)使用由n型GaAs單晶65構(gòu)成的基板71制造光學(xué)器件時(shí)，可以進(jìn)一步提高光學(xué)器件的發(fā)光性能。

更優(yōu)選地，第二峰的半寬度的平均值為30cm^-1以下。因此，可以提高n型GaAs單晶65的晶體品質(zhì)。因此，當(dāng)使用由n型GaAs單晶65構(gòu)成的基板71制造光學(xué)器件時(shí)，還可以進(jìn)一步提高光學(xué)器件的發(fā)光性能。進(jìn)一步優(yōu)選地，第二峰的半寬度的平均值為1cm^-1以上且10cm^-1以下。

優(yōu)選地，n型GaAs單晶65具有101.6mm(4英寸)以上的直徑。因此，通過將n型GaAs單晶65切片可以提供用于光學(xué)器件的基板。

<<本實(shí)施方式的n型GaAs單晶的制造方法>>

n型GaAs單晶65的制造方法包括如下步驟：準(zhǔn)備原料的步驟S101、準(zhǔn)備輔助材料的步驟S102、預(yù)處理步驟S103、晶體生長(zhǎng)步驟S104、退火步驟S105和評(píng)價(jià)步驟S106。下面將主要示出與半絕緣性GaAs單晶35的制造方法的不同之處。

<原料的準(zhǔn)備>

在準(zhǔn)備原料的步驟S101中，準(zhǔn)備GaAs籽晶、GaAs多晶體和n型摻雜劑。對(duì)于所述n型摻雜劑材料而言，可以使用以往已知的材料作為用于生長(zhǎng)n型GaAs單晶的n型摻雜劑材料，例如可以采用Si晶片。

優(yōu)選地，對(duì)n型摻雜劑材料也進(jìn)行真空加熱。作為真空加熱的結(jié)果，甚至可以除去附著于n型摻雜劑材料的表面的水分。因此，可以減少在晶體生長(zhǎng)步驟S104中形成密封材料的元素(在使用B₂O₃作為密封材料時(shí)為硼)在n型GaAs單晶65中的攝入量。因此，可以進(jìn)一步提高n型GaAs單晶65的晶體品質(zhì)。之后，進(jìn)行準(zhǔn)備輔助材料的步驟S102。

<預(yù)處理>

在準(zhǔn)備輔助材料的步驟S102結(jié)束后，進(jìn)行預(yù)處理步驟S103。在預(yù)處理步驟S103中，將GaAs籽晶31、GaAs多晶體(未示出)、n型摻雜劑材料(未示出)和密封材料置于坩堝23中。優(yōu)選地，在將坩堝23置于安瓿21中之后，以GaAs籽晶31相對(duì)于GaAs多晶體和n型摻雜劑材料位于坩堝23的底側(cè)的方式將GaAs籽晶31、GaAs多晶體和n型摻雜劑材料置于坩堝23中。然后，將安瓿21密封。

<晶體生長(zhǎng)>

在晶體生長(zhǎng)步驟S104中，生長(zhǎng)n型GaAs單晶65。首先，在使安瓿21旋轉(zhuǎn)的同時(shí)通過加熱器25對(duì)GaAs多晶體和n型摻雜劑材料選擇性地進(jìn)行加熱。由此，GaAs多晶體和n型摻雜劑材料變成熔體，并因此在GaAs籽晶31與所述熔體之間形成固液界面。之后，在所述固液界面附近產(chǎn)生溫度梯度。由此，n型GaAs單晶65從所述固液界面向上(向所述熔體)生長(zhǎng)。

<退火>

在退火步驟S105中，對(duì)n型GaAs單晶65進(jìn)行退火。因此，預(yù)期n型GaAs單晶65的晶體品質(zhì)變得均一。盡管不能斷然地確定，但原因可能為如下所示。作為退火的結(jié)果，在晶體缺陷中析出的As可以擴(kuò)散，因此As可以被重新排列在GaAs晶格中的As位點(diǎn)處。此外，Si被GaAs晶格中的Ga或As的一部分置換。Si排列在GaAs晶格中的某些Ga位點(diǎn)或某些As位點(diǎn)中。

對(duì)退火的條件沒有特別限制。例如，可以在將n型GaAs單晶65從安瓿21取出后或在將n型GaAs單晶65收容在安瓿21中時(shí)進(jìn)行退火。當(dāng)在將n型GaAs單晶65從安瓿21取出后進(jìn)行退火時(shí)，優(yōu)選在大氣壓或正壓下進(jìn)行退火，并且可以在惰性氣體氣氛中進(jìn)行退火。

對(duì)退火的時(shí)長(zhǎng)沒有特別限制，并且退火的時(shí)長(zhǎng)可以例如被設(shè)定為優(yōu)選1小時(shí)以上且20小時(shí)以下。

退火溫度優(yōu)選為540℃以下，更優(yōu)選為470℃以上且540℃以下。當(dāng)退火溫度為540℃以下時(shí)，可以獲得Δx(2)為30cm^-1以下的n型GaAs單晶65(例如表2)。當(dāng)退火溫度為470℃以上且540℃以下時(shí)，可以獲得Δx(2)為0.3cm^-1以上且30cm^-1以下并且第二峰的半寬度的平均值為30cm^-1以下的n型GaAs單晶65(例如表2)。

<評(píng)價(jià)>

在評(píng)價(jià)步驟S106中，測(cè)定根據(jù)上述方法制造的n型GaAs單晶65的拉曼光譜，從而確定n型GaAs單晶65的晶體品質(zhì)是否良好。

具體地，將n型GaAs單晶65的(011)面或等同于(011)面的面以規(guī)定的間隔用激發(fā)光進(jìn)行照射，并將來(lái)自于各個(gè)照射點(diǎn)的散射光導(dǎo)向光接收元件。同時(shí)，將n型GaAs單晶65的(011)面或等同于(011)面的面用來(lái)自于氖燈的光進(jìn)行照射，并將反射光導(dǎo)向所述光接收元件。由此獲得n型GaAs單晶65的拉曼光譜。

優(yōu)選地，將n型GaAs單晶65劈開以露出(011)面或等同于(011)面的面。

使用得到的拉曼光譜求出在上述表達(dá)式2中表示的Δx(2)，并將Δx(2)為30cm^-1以下的n型GaAs單晶65判定為良好產(chǎn)品。由此可以獲得晶體品質(zhì)均一的n型GaAs單晶65。因此，當(dāng)用被判定為良好產(chǎn)品的n型GaAs單晶65制造光學(xué)器件時(shí)，可以提供發(fā)光性能優(yōu)異的光學(xué)器件。可以提高發(fā)光性能優(yōu)異的光學(xué)器件的成品率。

優(yōu)選地，將Δx(2)為0.3cm^-1以上且30cm^-1以下的n型GaAs單晶65判定為良好產(chǎn)品。由此可以提供發(fā)光性能更加優(yōu)異的光學(xué)器件?？梢蕴岣甙l(fā)光性能更加優(yōu)異的光學(xué)器件的成品率。

更優(yōu)選地，將Δx(2)為0.3cm^-1以上且30cm^-1以下并且第二峰的半寬度的平均值為30cm^-1以下的n型GaAs單晶65判定為良好產(chǎn)品。由此可以提供發(fā)光性能進(jìn)一步優(yōu)異的光學(xué)器件?？梢蕴岣甙l(fā)光性能進(jìn)一步優(yōu)異的光學(xué)器件的成品率。

實(shí)施例

盡管以下將參考實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地說明，但本發(fā)明不限于此。

[實(shí)施例1]

在實(shí)施例1中，用VB方法生長(zhǎng)半絕緣性GaAs單晶。

<原料的準(zhǔn)備>

準(zhǔn)備GaAs籽晶和GaAs多晶體。具體地，以半絕緣性GaAs單晶的生長(zhǎng)方向在<100>方向上的方式準(zhǔn)備GaAs籽晶，并對(duì)GaAs籽晶依次進(jìn)行清洗和蝕刻。之后，將所述GaAs籽晶在200℃下加熱20小時(shí)。

對(duì)GaAs多晶體依次進(jìn)行清洗和蝕刻。之后，將所述GaAs多晶體在200℃下加熱20小時(shí)。

<輔助材料的準(zhǔn)備>

作為輔助材料，準(zhǔn)備坩堝和安瓿。將由PBN制成的坩堝用作坩堝。所述坩堝具有收容GaAs籽晶的收容部、直徑增大部、直體部和開口部。所述直徑增大部為與收容部連接并且隨著距收容部的距離變大而直徑增大的部分。所述直體部為與直徑增大部連接、并具有6英寸(152.4mm)的直徑、且其中生長(zhǎng)半絕緣性GaAs單晶的部分。所述開口部被設(shè)置在面向收容部的位置處。對(duì)這樣的坩堝的內(nèi)表面進(jìn)行氧化從而在坩堝的內(nèi)表面上形成氧化膜。

準(zhǔn)備由石英制成并可以收容由PBN制成的坩堝的安瓿作為所述安瓿。對(duì)所述安瓿進(jìn)行清洗并在200℃下加熱20小時(shí)。

<預(yù)處理>

將GaAs籽晶、35kg GaAs多晶體、2g顆粒狀A(yù)s和40g B₂O₃(密封材料)置于坩堝中，并將所述坩堝置于安瓿中。在200℃下將由石英制成的安瓿加熱3小時(shí)的同時(shí)，在3×10^-4Pa以下的壓力下將該安瓿真空加熱。用由石英制成的蓋子將安瓿的開口部封閉，并用燃燒器將所述蓋子熔附于安瓿的開口部的周緣。

<晶體生長(zhǎng)>

在使由石英制成的安瓿旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，通過排列在由石英制成的安瓿的外部的加熱器對(duì)GaAs多晶體和顆粒狀A(yù)s選擇性地進(jìn)行加熱。之后，在固液界面附近產(chǎn)生溫度梯度(3.9℃/cm)，并在使由石英制成的安瓿以每分鐘5轉(zhuǎn)(rpm)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，將加熱器升高。由此生長(zhǎng)半絕緣性GaAs單晶(具有6英寸(152.4mm)的直徑)。

<退火>

對(duì)半絕緣性GaAs單晶進(jìn)行20小時(shí)的退火，使得半絕緣性GaAs單晶的縱向方向(坩堝的直體部的縱向方向)上的溫度為1065℃(恒定)。

<評(píng)價(jià)>

將半絕緣性GaAs單晶的(100)面在<0-11>方向和<011>方向上以10mm的間隔用激發(fā)光進(jìn)行照射，并將來(lái)自于各個(gè)照射點(diǎn)的散射光導(dǎo)向光接收元件。同時(shí)，將半絕緣性GaAs單晶的(100)面用來(lái)自于氖燈的光進(jìn)行照射，并將反射光導(dǎo)向所述光接收元件。由此獲得半絕緣性GaAs單晶的拉曼光譜。在上述條件下(拉曼光譜的測(cè)定條件)測(cè)定半絕緣性GaAs單晶的拉曼光譜。

使用得到的拉曼光譜求出上述表達(dá)式1中表示的Δx(1)，并且Δx(1)為16.1cm^-1。第一峰的半寬度的平均值為3.5cm^-1。

<擊穿電壓試驗(yàn)>

對(duì)半絕緣性GaAs單晶進(jìn)行切割以獲得半絕緣性GaAs基板(具有470μm的厚度)。在半絕緣性GaAs基板的各個(gè)表面((100)面和(-100)面)上氣相沉積由Ge/Au/Ni構(gòu)成的電極。當(dāng)通過在電極之間施加電壓來(lái)進(jìn)行擊穿電壓試驗(yàn)時(shí)，擊穿電壓不良率為1.3％。從所述結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過用本實(shí)施例中的半絕緣性GaAs單晶制造電子器件可以提高擊穿電壓。

[實(shí)施例2]

在實(shí)施例2中，用VB方法生長(zhǎng)n型GaAs單晶。下面將主要示出與實(shí)施例1的不同之處。

<原料和輔助材料的準(zhǔn)備>

除了對(duì)Si晶片進(jìn)行清洗、蝕刻和抽真空以外，按照與實(shí)施例1中相同的方法準(zhǔn)備原料。按照與實(shí)施例1中相同的方法準(zhǔn)備輔助材料。坩堝的直體部具有4英寸(101.6mm)的直徑。

<預(yù)處理>

將GaAs籽晶、20kg GaAs多晶體、2g顆粒狀A(yù)s、2g Si晶片和50g B₂O₃(密封材料)置于坩堝中，并將所述坩堝置于安瓿中。之后，將安瓿抽真空并密封。

<晶體生長(zhǎng)>

通過排列在由石英制成的安瓿外部的加熱器對(duì)GaAs多晶體、顆粒狀A(yù)s和Si晶片選擇性地進(jìn)行加熱。之后，在固液界面附近產(chǎn)生溫度梯度(4.2℃/cm)，并且在使由石英制成的安瓿以3rpm旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，將加熱器升高。由此生長(zhǎng)n型GaAs單晶(具有4英寸(101.6mm)的直徑)。

<退火>

將n型GaAs單晶退火5小時(shí)，使得n型GaAs單晶的縱向方向上的溫度為495℃(恒定)。

<評(píng)價(jià)>

通過劈開n型GaAs單晶而露出n型GaAs單晶的(011)面、(0-11)面、(0-1-1)面和(01-1)面。

然后，將(011)面、(0-11)面、(0-1-1)面和(01-1)面以5mm的間隔用激發(fā)光進(jìn)行照射，并將來(lái)自于各個(gè)照射點(diǎn)的散射光導(dǎo)向光接收元件。同時(shí)，將n型GaAs單晶的(011)面用來(lái)自于氖燈的光進(jìn)行照射，并將反射光導(dǎo)向所述光接收元件。由此獲得n型GaAs單晶的拉曼光譜。除了將在測(cè)定樣品的位置處的激發(fā)光的照射強(qiáng)度設(shè)定為約1mW以外，在上述條件(拉曼光譜的測(cè)定條件)下測(cè)定n型GaAs單晶的拉曼光譜。

使用得到的拉曼光譜求出上述表達(dá)式2中表示的Δx(2)，并且Δx(2)為1.4cm^-1。第二峰的半寬度的平均值為7.5cm^-1。

<發(fā)光特性的測(cè)定>

通過對(duì)n型GaAs單晶進(jìn)行切割獲得n型GaAs基板(具有675μm的厚度)。在所述n型GaAs基板的上表面((100)面)上依次生長(zhǎng)n型GaAs層(具有100μm的厚度)和p型GaAs層(具有100μm的厚度)。在所述p型GaAs層的上表面上氣相沉積p側(cè)電極，并在所述n型GaAs基板的下表面((-100)面)上氣相沉積n側(cè)電極。當(dāng)通過在電極之間施加電壓使所述樣品發(fā)光時(shí)，發(fā)光不良率為0.9％。在所述結(jié)果的基礎(chǔ)上可以發(fā)現(xiàn)，通過用本實(shí)施例中的n型GaAs單晶制造光學(xué)器件，可以提高發(fā)光性能。

應(yīng)該理解，本文中公開的實(shí)施方式和實(shí)施例從各方面而言都是說明性的和非限制性的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求項(xiàng)而不是上述實(shí)施方式和實(shí)施例限定，并且意在包括與權(quán)利要求項(xiàng)的范圍和意義等同的范圍內(nèi)的任何修改。

標(biāo)號(hào)說明

21安瓿；23坩堝；25加熱器；31籽晶；33熔體；35半絕緣性GaAs單晶；40第一評(píng)價(jià)樣品；41半絕緣性GaAs基板；43第一電極；45第二電極；65n型GaAs單晶；70第二評(píng)價(jià)樣品；71n型GaAs基板；73n型GaAs層；75p型GaAs層；77p側(cè)電極；79n側(cè)電極。