JP2002270523A - 窒素化合物供給装置および窒素化合物供給方法および成膜装置 - Google Patents

窒素化合物供給装置および窒素化合物供給方法および成膜装置

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JP2002270523A
JP2002270523A JP2001069819A JP2001069819A JP2002270523A JP 2002270523 A JP2002270523 A JP 2002270523A JP 2001069819 A JP2001069819 A JP 2001069819A JP 2001069819 A JP2001069819 A JP 2001069819A JP 2002270523 A JP2002270523 A JP 2002270523A
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nitrogen compound
carrier gas
vapor
vaporizer
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JP2001069819A
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Akihiro Ito
彰浩 伊藤
Shunichi Sato
俊一 佐藤
Takashi Takahashi
孝志 高橋
Naoto Jikutani
直人 軸谷
Morimasa Uenishi
盛聖 上西
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＧａＩｎＮＡｓ系エピタキシャル成長膜のＮ
元素含有率の再現性と制御性が良好な窒素化合物供給装
置を提供する。 【解決手段】 窒素化合物蒸気を供給するための窒素化
合物供給装置において、窒素化合物液５０が収容される
気化器本体１と、気化器本体１に収容されている窒素化
合物液５０に第１キャリアガスを導入するための第１キ
ャリアガス導入管２と、気化器本体１に収容されている
窒素化合物液５０に第１キャリアガスを導入することに
よって発生する窒素化合物蒸気を気化器本体１から所定
の反応室に供給する蒸気輸送管３とを有しており、前記
気化器本体１は、窒素化合物液５０を収容する容量が４
００ｃｍ3以上のものとなっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒素化合物供給装
置および窒素化合物供給方法および成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＧａＩｎＮＡｓ系の材料を活性層
に用いた発光素子は、温度特性に優れている上、発光波
長が１．１μｍ以上の長波長帯なので、石英系ファイバ
との整合性が良く、光通信システムや、コンピューター
間、チップ間、チップ内の光インターコネクションや、
光コンピューティングにおいて、キーデバイスになると
期待されている。
【０００３】しかしながら、ＧａＩｎＮＡｓ系材料は、
ＧａＩｎＡｓ系材料にＮを混和させるのが難しい。この
ため、従来では、Ｎ2ガスや窒素化合物をプラズマによ
り活性化させ導入するＭＢＥ法（特開平６−３３４１６
８号）やＭＯＣＶＤ法（特開平６−３７３５５号）が提
案されている。また、熱分解して活性化しやすい窒素化
合物を反応室に導入するＭＯＣＶＤ法が提案されてい
る。
【０００４】特開平７−１５４０２３，特開平９−２８
３８５７には、この活性化しやすい窒素化合物としてジ
メチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）を用いる例が示されてお
り、実験的にもＮが混和することが実証されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本願の発明者の実験結
果によれば、ＤＭＨｙを用いても成長膜中へのＮ取り込
み効率が低く、Ｎ含有量を大きくするには成長条件に次
のような工夫が必要であることがわかった。すなわち、
Ｇａ（ＣＨ3）3，Ｉｎ（ＣＨ3）3，ＡｓＨ3などのＧ
ａ，Ｉｎ，Ａｓ原料に対するＤＭＨｙの供給比を大過剰
にする。また、Ｇａ，Ｉｎ，Ｎ，Ａｓ各原料のモル流量
を大きくし成長速度を大きくすることが必要であること
がわかった。つまり、ＤＭＨｙのモル流量を通常の減圧
ＭＯＣＶＤ法の場合に比較して大幅に大きくすることが
必要である。
【０００６】ＧａＡｓ基板上に、Ｎ元素含有率が３％
で、レーザ活性層として使用可能なほどの品質のＧａＩ
ｎＮＡｓ系エピタキシャル成長膜を得るには、反応管内
径６５ｍｍのＭＯＣＶＤ装置で、反応管内圧力を５０〜
２００Ｔｏｒｒにし、ＤＭＨｙのモル流量を５〜２０×
１０-3ｍｏｌ／分にする必要がある。このとき、ＴＭＧ
（Ｇａ原料），ＴＭＩ（Ｉｎ原料），ＡｓＨ3（Ａｓ原
料）のモル流量は５×１０-6〜１×１０-3ｍｏｌ／分で
ある。
【０００７】しかしながら、上述した従来の窒素化合物
（例えばＤＭＨｙ）の供給系では、ＧａＩｎＮＡｓ系エ
ピタキシャル成長膜のＮ元素含有率の再現性と制御性が
良くないという問題があった。
【０００８】本発明は、ＧａＩｎＮＡｓ系エピタキシャ
ル成長膜のＮ元素含有率の再現性と制御性が良好な窒素
化合物供給装置および窒素化合物供給方法および成膜装
置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、窒素化合物蒸気を供給する
ための窒素化合物供給装置において、窒素化合物液が収
容される気化器本体と、気化器本体に収容されている窒
素化合物液に第１キャリアガスを導入するための第１キ
ャリアガス導入管と、気化器本体に収容されている窒素
化合物液に第１キャリアガスを導入することによって発
生する窒素化合物蒸気を気化器本体から所定の反応室に
供給する蒸気輸送管とを有しており、前記気化器本体
は、窒素化合物液を収容する容量が４００ｃｍ3以上の
ものとなっていることを特徴としている。
【００１０】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の窒素化合物供給装置において、第１キャリアガスが
窒素化合物液に導入されるに先立って、第１キャリアガ
スを予熱する予熱手段がさらに設けられていることを特
徴としている。
【００１１】また、請求項３記載の発明は、窒素化合物
蒸気を供給するための窒素化合物供給装置において、窒
素化合物液が収容される気化器本体と、第２キャリアガ
スを輸送するための第２キャリアガス輸送管と、第２キ
ャリアガス輸送管に連通し、気化器本体に収容されてい
る窒素化合物液が加熱蒸発されることによって発生する
窒素化合物蒸気を第２キャリアガス輸送管に案内するた
めの蒸気輸送管とを有し、前記第２キャリアガス輸送管
は、蒸気輸送管から案内された窒素化合物蒸気を第２キ
ャリアガスによって所定の反応室に供給するように構成
されており、前記気化器本体は、窒素化合物液を収容す
る容量が４００ｃｍ3以上のものとなっていることを特
徴としている。
【００１２】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至請求項３のいずれか一項に記載の窒素化合物供給装置
において、気化器本体に収容される窒素化合物液は、Ｄ
ＭＨｙまたはＭＭＨｙであることを特徴としている。
【００１３】また、請求項５記載の発明は、気化器本体
に４００ｃｍ3以上の窒素化合物液を充填し、気化器本
体に充填されている窒素化合物液に第１キャリアガスを
導入することによって発生する窒素化合物蒸気を気化器
本体から所定の反応室に供給することを特徴としてい
る。
【００１４】また、請求項６記載の発明は、請求項５記
載の窒素化合物供給方法において、窒素化合物液に導入
するに先立って第１キャリアガスを予熱することを特徴
としている。
【００１５】また、請求項７記載の発明は、気化器本体
に４００ｃｍ3以上の窒素化合物液を充填し、気化器本
体に充填されている窒素化合物液が加熱蒸発することに
よって発生する窒素化合物蒸気を蒸気輸送管によって第
２キャリアガス輸送管に案内し、第２キャリアガス輸送
管は、蒸気輸送管から案内された窒素化合物蒸気を第２
キャリアガスによって所定の反応室に供給することを特
徴としている。
【００１６】また、請求項８記載の発明は、請求項７記
載の窒素化合物供給方法において、蒸気輸送管の管壁温
度を気化器本体の管壁温度よりも低く保持し、また、蒸
気輸送管の管壁温度を第２キャリアガス輸送管の管壁温
度よりも低く保持することを特徴としている。
【００１７】また、請求項９記載の発明は、請求項５乃
至請求項８のいずれか一項に記載の窒素化合物供給方法
において、気化器本体に充填される窒素化合物液は、Ｄ
ＭＨｙまたはＭＭＨｙであることを特徴としている。
【００１８】また、請求項１０記載の発明は、請求項１
乃至請求項４のいずれか一項に記載の窒素化合物供給装
置から供給される窒素化合物蒸気を用いて所定の膜を成
長するように構成されていることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明に係る窒素化合物供給
装置の構成例を示す図である。図１を参照すると、この
窒素化合物供給装置（窒素化合物供給用気化器）は、窒
素化合物液５０が収容される気化器本体１と、気化器本
体１に収容されている窒素化合物液５０に第１キャリア
ガスを導入するための第１キャリアガス導入管２と、気
化器本体１に収容されている窒素化合物液５０に第１キ
ャリアガスを導入することによって発生する窒素化合物
蒸気を気化器本体１から所定の反応室に供給する蒸気輸
送管３とを有している。
【００２０】ここで、第１キャリアガス導入管１は、そ
の端部（開口部）１ａが窒素化合物液５０をバブリング
する位置になるように気化器本体１の壁を貫通して設け
られている。また、蒸気輸送管３は、その端部（開口
部）３ａが窒素化合物液面より上に位置するように気化
器本体１の上面に貫通して設けられている。
【００２１】また、図１の例では、気化器本体１は、恒
温槽６内の熱媒体（液体）７によって加熱可能に構成さ
れている。
【００２２】一般に、キャリアガス（通常、Ｈ2ガス）
で窒素化合物液をバブリングすると、キャリアガスが熱
を奪う作用と窒素化合物液の蒸発により熱を奪う作用と
により、窒素化合物液の温度が下がる。このため、気化
器本体１の容量が小さいと、窒素化合物液の容量も小さ
くなり、バブリングによる温度降下が大きく、成長中の
温度も不安定になる。このため、窒素化合物蒸気の供給
量のバラツキが大きくなり、この窒素化合物蒸気により
反応室内でエピタキシャル成長膜を成長させるとき、エ
ピタキシャル成長膜のＮ元素含有率の再現性と制御性が
低下する。
【００２３】本願の発明者は、気化器本体１に窒素化合
物液としてＤＭＨｙを充填し、この際、気化器本体１の
内部容量と気化器本体１へのＤＭＨｙ充填量を変えて、
内径６５ｍｍの横型反応管のＭＯＣＶＤ装置で２インチ
ＧａＡｓ（００１）基板上にＧａＩｎＮＡｓ膜を膜厚２
０ｎｍでエピタキシャル成長させた。なお、反応管圧力
は１００Ｔｏｒｒとし、ＤＭＨｙのモル流量は１０×１
０-3ｍｏｌ／分とした。次表（表１）には、このときの
結果が示されている。
【００２４】
【表１】
【００２５】表１から、エピタキシャル成長膜のＮ元素
含有率のバラツキはＤＭＨｙ充填量が４００ｃｍ3以上
であると２．９〜３．０％と小さいが、ＤＭＨｙ充填量
が３５０ｃｍ3以下になるとＮ元素含有率のバラツキが
大きくなることがわかる。なお、Ｎ元素含有率はＳＩＭ
Ｓ分析による。
【００２６】これは、気化器本体１内のＤＭＨｙの充填
量が大きい方が気化器本体１の熱容量が大きくなり、バ
ブリング中のＤＭＨｙの温度降下が小さいためである。
【００２７】よって、量産プロセスにおいて２インチ以
上のウェハ上にＧａＩｎＮＡｓ系エピタキシャル成長膜
を成長させる場合は、ＤＭＨｙの充填量を４００ｃｍ3
以上にするのが良い。
【００２８】本発明は、このような知見によりなされた
ものであり、図１の構成例において、気化器本体１は、
窒素化合物液５０を収容する容量が４００ｃｍ3以上の
ものとなっている。
【００２９】ここで、窒素化合物液５０は、ＤＭＨｙ
（ジメチルヒドラジン）、ＭＭＨｙ（モノメチルヒドラ
ジン）などである。
【００３０】このような構成の窒素化合物供給装置で
は、気化器本体１に４００ｃｍ3以上の窒素化合物液５
０を充填し、気化器本体１に充填されている窒素化合物
液５０に第１キャリアガスを導入することによって発生
する窒素化合物蒸気を気化器本体１から所定の反応室に
供給することができる。すなわち、第１キャリアガス導
入管２から気化器本体１内の窒素化合物液５０に第１キ
ャリアガスを導入して、窒素化合物液５０をバブリング
して窒素化合物液５０を気化し、窒素化合物蒸気を蒸気
輸送管３から所定の反応室に供給することができる。
【００３１】この窒素化合物供給装置では、気化器本体
１の内部容量が４００ｃｍ3以上と大きいので、窒素化
合物液５０の充填量を大きくでき、バブリング中の窒素
化合物液５０の温度低下を小さくすることができる。こ
れによって、所定の反応室へ窒素化合物を大流量で安定
して供給できる。
【００３２】また、図２は図１の窒素化合物供給装置の
変形例を示す図である。図２の窒素化合物供給装置で
は、図１の窒素化合物供給装置において、第１キャリア
ガス導入管２の一部に第１キャリアガスを予熱する加熱
部１０が設けられている。
【００３３】図２の窒素化合物供給装置では、気化器本
体１の窒素化合物液５０（例えばＤＭＨｙ）の充填量を
４００ｃｍ3以上にでき、かつ、第１キャリアガスをあ
らかじめ予熱するので、バブリング中の窒素化合物液５
０の温度が低下するのをより一層抑制することができ
る。これによって、窒素化合物蒸気をより一層、大流量
で安定して所定の反応室に供給できる。
【００３４】なお、図２の例では、図１の窒素化合物供
給装置において、第１キャリアガス導入管２の一部に第
１キャリアガスを予熱する加熱部１０を予熱手段として
設けたが、予熱手段としては、これのかわりに、例え
ば、第１キャリアガス導入管２の一部を恒温槽６中の熱
媒体７中を通したり、あるいは、第１キャリアガス導入
管２の一部を直接ヒータ等で加熱するなどして、第１キ
ャリアガスを予熱することもでき、この場合にも、同様
に、バブリング中の窒素化合物液５０の温度低下をより
一層抑制することができる。すなわち、第１キャリアガ
スが窒素化合物液５０に導入されるに先立って、第１キ
ャリアガスを予熱するものであれば、予熱手段として任
意のものを用いることができる。
【００３５】図３は本発明に係る窒素化合物供給装置の
他の構成例を示す図である。なお、図３において、図１
と同様な箇所には同じ符号を付している。図３を参照す
ると、この窒素化合物供給装置は、窒素化合物液５０が
収容される気化器本体１１と、第２キャリアガスを輸送
するための第２キャリアガス輸送管１２と、第２キャリ
アガス輸送管１２に連通し、気化器本体１１に収容され
ている窒素化合物液５０を加熱蒸発されることによって
発生する窒素化合物蒸気を第２キャリアガス輸送管１２
に案内するための蒸気輸送管１３とを有し、第２キャリ
アガス輸送管１２は、蒸気輸送管１３から案内された窒
素化合物蒸気を第２キャリアガスによって所定の反応室
に供給するように構成されている。
【００３６】図３の構成例においても、図１の構成例と
同様に、気化器本体１１は、窒素化合物液５０を収容す
る容量が４００ｃｍ3以上のものとなっている。
【００３７】ここで、窒素化合物液５０は、ＤＭＨｙ
（ジメチルヒドラジン）、ＭＭＨｙ（モノメチルヒドラ
ジン）などである。
【００３８】図３の窒素化合物供給装置では、気化器本
体１１に４００ｃｍ3以上の窒素化合物液５０を充填
し、気化器本体１１に充填されている窒素化合物液５０
が例えば熱媒体７によって加熱蒸発することによって発
生する窒素化合物蒸気を蒸気輸送管１３によって第２キ
ャリアガス輸送管１２に案内し、第２キャリアガス輸送
管１２は、蒸気輸送管１３から案内された窒素化合物蒸
気を第２キャリアガスによって所定の反応室に供給する
ことができる。すなわち、図３の窒素化合物供給装置で
は、気化器本体１１には直接キャリアガスを導入せず、
恒温槽６中の熱媒体（液体）７の温度を高めて窒素化合
物液５０を加熱蒸発させ、窒素化合物蒸気を蒸気輸送管
１３を通して第２キャリアガス輸送管１２に導き、第２
キャリアガス輸送管１２では、これに定常的に流れてい
る第２キャリアガスによって、窒素化合物蒸気を所定の
反応室へ輸送する。
【００３９】図３の窒素化合物供給装置では、図１，図
２のようなバブリング方式でないので、キャリアガスに
よって窒素化合物液５０から熱が奪われることがなく、
窒素化合物液５０の温度低下をより一層防止することが
できる。
【００４０】また、図３の窒素化合物供給装置では、所
定の反応室への窒素化合物蒸気の供給量は、主に気化器
本体１１の管壁温度と蒸気輸送管１３の管壁温度を調整
して制御される。
【００４１】この場合、蒸気輸送管１３の管壁温度を気
化器本体１１の管壁温度よりも低く保持し、また、蒸気
輸送管１３の管壁温度を第２キャリアガス輸送管１２の
管壁温度よりも低く保持するのが良い。このときには、
蒸気輸送管１３の管壁温度が気化器本体１１の管壁温度
より低いことにより、蒸気輸送管１３の管壁において蒸
発した窒素化合物の蒸留精製効果が見込め、窒素化合物
よりも蒸気圧の低い不純物成分が所定の反応室へ流入す
るのを低減することができる。
【００４２】上述した本発明の窒素化合物供給装置（図
１，図２あるいは図３の窒素化合物供給装置）は、例え
ば、ＭＯＣＶＤ(metal organic chemical vapor deposi
tion)装置、あるいは、ＭＯＭＢＥ(metal organic mole
cular beam epitaxy)装置、あるいは、ＣＢＥ(chemical
beam epitaxy)装置等の成膜装置に用いることができ
る。すなわち、本発明の成膜装置は、上述した本発明の
窒素化合物供給装置（図１，図２あるいは図３の窒素化
合物供給装置）から供給される窒素化合物を用いて所定
の膜を成長するように構成されている。
【００４３】図４には、本発明の窒素化合物供給装置を
用いたＭＯＣＶＤ装置の一例が示されている。なお、図
４において、ＭＦＣはマスフローコントローラであり、
符号３０が本発明の窒素化合物供給装置（図４の例で
は、図１の構成の窒素化合物供給装置）であり、この例
では、窒素化合物としてＤＭＨｙを用いる場合が示され
ている。
【００４４】図４のＭＯＣＶＤ装置によってＧａＩｎＮ
Ａｓ系エピタキシャル成長膜を成長させる場合、加熱し
たＧａＡｓ単結晶基板上に、Ｈ2ガスをキャリアガスと
して、Ｇａ（ＣＨ3）3（ＴＭＧ：トリメチルガリウ
ム），Ａｌ（ＣＨ3）3：（ＴＭＡ：トリメチルアルミニ
ウム）、Ｉｎ（ＣＨ3）3（ＴＭＩ：トリメチルインジウ
ム）などの有機金属と、ＡｓＨ3（アルシン）、Ｐ：Ｐ
Ｈ3（フォスフィン）などの水素化物と、ＤＭＨｙ（ジ
メチルヒドラジン）の窒素化合物とを供給してＧａＩｎ
ＮＡｓ系エピタキシャル成長膜を形成する。ここで、窒
素化合物の供給装置として、本発明の窒素化合物供給装
置（窒素化合物供給用気化器）３０が用いられる。
【００４５】このように、成膜装置（ＭＯＣＶＤ装置）
において、窒素化合物供給装置に本発明の窒素化合物供
給装置を用いることで、再現性，制御性良く窒素化合物
蒸気をＭＯＣＶＤ装置の反応部に供給できるので、再現
性，制御性良く膜を成長できる。
【００４６】なお、図４の例では、窒素化合物供給装置
は図１の構成のものとなっているが、図２，図３の構成
のものにすることもできる。また、図４の例では、窒素
化合物としてＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン）を用いて
いるが、ＭＭＨｙ（モノメチルヒドラジン）等の窒素化
合物を用いることもできる。
【００４７】上述した本発明の成膜装置を用いて、例え
ば、ＧａＩｎＮＡｓ系膜を含む端面発光型半導体レーザ
素子を作製することができる。
【００４８】ここで、ＧａＩｎＮＡｓ系材料としては、
ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＡｓＳｂ、ＧａＮＡｓＳｂ、
ＧａＩｎＮＡｓＳｂなどが挙げられる。
【００４９】図５はＧａＩｎＮＡｓ系端面発光型半導体
レーザ素子の構成例を示す図である。図５を参照する
と、この端面発光型半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ基板
５１上に、下部クラッド層５２、ＧａＩｎＮＡｓ活性層
５３、上部クラッド層５４が積層され、上部クラッド層
５４上にはストライプ状電極５５が形成され、また、Ｇ
ａＡｓ基板５１の裏面には下部電極５６が形成されてい
る。
【００５０】図５の素子構成は、ＧａＩｎＮＡｓ系材料
を活性層５３に含む端面発光型半導体レーザであり、活
性層５３の型により、シングルヘテロ接合型，ダブルヘ
テロ接合型，分離閉じ込めヘテロ接合（ＳＣＨ）型，多
重量子井戸構造（ＭＱＷ）型等があり、また、共振器の
形態により、ファブリペロー（ＦＰ）型，分布帰還（Ｄ
ＦＢ）型，分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）型等が挙げら
れる。また、クラッド層５２，５４の材料として、Ａｌ
ＧａＡｓやＧａＩｎＰなどを用いることができる。
【００５１】本発明の成膜装置によれば、窒素化合物蒸
気を大流量で安定して供給できることにより、ＧａＩｎ
ＮＡｓ活性層５３を高品質に作製でき、高品質の端面発
光型半導体レーザを提供できる。
【００５２】ＧａＩｎＮＡｓ系の材料を活性層５３に用
いた端面発光型半導体レーザ素子は、次のような利点を
持つ。すなわち、温度特性に優れ、また、発光波長が
１．１μｍ以上の長波長帯なので石英系ファイバとの整
合性が良く、また、窒素化合物の供給の再現性，制御性
の良いＧａＩｎＮＡｓ系膜成長用ＭＯＣＶＤ装置を用い
ることにより、再現性，制御性良く端面発光型半導体レ
ーザ素子が作製できるという利点を有する。
【００５３】また、上述した本発明の成膜装置を用い
て、例えば、ＧａＩｎＮＡｓ系膜を含む面発光型半導体
レーザ素子を作製することもできる。
【００５４】面発光型半導体レーザ素子は、基板と垂直
方向にレーザ共振器を構成し、光を基板と垂直に出射す
る構成をとる。すなわち、基板の表面に、高反射率の半
導体多層膜反射鏡や誘電体多層膜反射鏡や金属反射鏡が
設けられ、これらの反射鏡の間に活性層が設けられ、ま
た、活性層と２つの反射鏡との間には、スペーサ層が設
けられる。
【００５５】図６はＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半導体レ
ーザ素子の構成例を示す図である。図６を参照すると、
ＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半導体レーザ素子は、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板６１上に、下部ミラー層６２、スペーサ層６
３、活性層６４、スペーサ層６５、ＡｌxＯy電流狭さく
層６６、上部ミラー層６７、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
６８が順次に積層され、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層６８
から下部ミラー層６２の表面までがエッチングにより柱
状（ポスト状）の構造になっており、この周囲にポリイ
ミド保護膜６９が設けられている。また、ｐ−ＧａＡｓ
コンタクト層６８，ポリイミド保護膜６９上には、上部
電極７０が形成され、ｎ−ＧａＡｓ基板６１の裏面に
は、下部電極７１が形成されている。
【００５６】ＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半導体レーザ素
子は、ＧａＩｎＮＡｓ系材料がＧａＡｓ基板６１上に形
成できるので、ＧａＡｓ基板上に形成できるＡｌ（Ｇ
ａ）Ａｓ／ＧａＡｓ半導体多層膜反射鏡を下部ミラー層
６２，上部ミラー層６７とすることが多い。また、スペ
ーサ層６３，６５は、ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＧａＩ
ｎＰなどである。
【００５７】また、図６の例では、電流と光の閉じ込め
のため、活性層６４の近傍に、ＡｌＡｓ膜を酸化して絶
縁性のＡｌxＯy膜を形成して電流狭さく層６６が設けら
れている。なお、この電流狭さく層６６は、プロトンイ
ンプラや酸素イオンインプラにより絶縁領域を形成して
設けることもできる。
【００５８】また、図６のＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半
導体レーザ素子では、活性層６４には、ＧａＩｎＮＡｓ
系の材料が用いられている。
【００５９】本発明の成膜装置によれば、窒素化合物蒸
気を大流量で安定して供給できることにより、ＧａＩｎ
ＮＡｓ活性層５３を高品質に作製でき、高品質のＧａＩ
ｎＮＡｓ系面発光型半導体レーザ素子を提供できる。
【００６０】ＧａＩｎＮＡｓ系の材料を活性層６４に用
いた面発光型半導体レーザ素子は、次のような利点を持
つ。すなわち、１ｍＡ以下の低いしきい電流，低消費電
力で駆動でき、また、数十ＧＨｚの変調が可能であり、
また、出射光の広がり角が小さく光ファイバへの結合が
容易であり、また、作製にへき開を必要とせず並列化及
び２次元高密度アレイ化が可能であるという利点を有す
る。
【００６１】ＧａＩｎＮＡｓ系の材料を活性層に用いた
面発光型半導体レーザ素子は、上記の利点を持つので、
将来、光通信システムや、コンピューター間、チップ
間、チップ内の光インターコネクションや、光コンピュ
ーティングにおいて、キーデバイスになると期待されて
いる。
【００６２】このＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半導体レー
ザ素子を作製しようとする場合、活性層６４の発光波長
とミラー層６２，６７の高反射波長領域と反射共振器長
が一致する必要がある。このため、面発光型半導体レー
ザ素子は、発光素子のうちでも特に、成膜バッチ間，ウ
ェハ間，ウェハ内の高い再現性と制御性が求められる。
【００６３】窒素化合物の供給の再現性と制御性の良い
本発明の成膜装置（ＧａＩｎＮＡｓ系膜成長用ＭＯＣＶ
Ｄ装置）を用いることにより、再現性，制御性良くＧａ
ＩｎＮＡｓ系面発光型半導体レーザ素子を作製できる。
この効果は、面発光型半導体レーザ素子の場合、特に大
きい。
【００６４】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項１乃至請
求項２，請求項４乃至請求項６，請求項９記載の発明に
よれば、窒素化合物蒸気を供給するための窒素化合物供
給装置において、窒素化合物液が収容される気化器本体
と、気化器本体に収容されている窒素化合物液に第１キ
ャリアガスを導入するための第１キャリアガス導入管
と、気化器本体に収容されている窒素化合物液に第１キ
ャリアガスを導入することによって発生する窒素化合物
蒸気を気化器本体から所定の反応室に供給する蒸気輸送
管とを有しており、前記気化器本体は、窒素化合物液を
収容する容量が４００ｃｍ3以上のものとなっているの
で、窒素化合物液の充填量を大きくでき、バブリング中
の窒素化合物液の温度低下を小さくすることができる。
これによって、窒素化合物を大流量で安定して所定の反
応室に供給できる。
【００６５】また、請求項３，請求項４，請求項７乃至
請求項９記載の発明によれば、窒素化合物蒸気を供給す
るための窒素化合物供給装置において、窒素化合物液が
収容される気化器本体と、第２キャリアガスを輸送する
ための第２キャリアガス輸送管と、第２キャリアガス輸
送管に連通し、気化器本体に収容されている窒素化合物
液が加熱蒸発されることによって発生する窒素化合物蒸
気を第２キャリアガス輸送管に案内するための蒸気輸送
管とを有し、前記第２キャリアガス輸送管は、蒸気輸送
管から案内された窒素化合物蒸気を第２キャリアガスに
よって所定の反応室に供給するように構成されており、
前記気化器本体は、窒素化合物液を収容する容量が４０
０ｃｍ3以上のものとなっており、バブリング方式でな
いので、キャリアガスによって窒素化合物液から熱が奪
われることがなく、窒素化合物液の温度低下をより一層
防止することができる。
【００６６】また、請求項１０記載の発明によれば、請
求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の窒素化合物
供給装置から供給される窒素化合物蒸気を用いて所定の
膜を成長するように構成されているので、ＧａＩｎＮＡ
ｓ系エピタキシャル成長膜を成長する場合に、ＧａＩｎ
ＮＡｓ系エピタキシャル成長膜のＮ元素含有率の再現性
と制御性を良好なものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る窒素化合物供給装置の構成例を示
す図である。
【図２】図１の窒素化合物供給装置の変形例を示す図で
ある。
【図３】本発明に係る窒素化合物供給装置の他の構成例
を示す図である。
【図４】本発明の窒素化合物供給装置を用いたＭＯＣＶ
Ｄ装置の一例を示す図である。
【図５】ＧａＩｎＮＡｓ系端面発光型半導体レーザ素子
の構成例を示す図である。
【図６】ＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半導体レーザ素子の
構成例を示す図である。
【符号の説明】
１ 気化器本体 ２ 第１キャリアガス導入管 ３ 蒸気輸送管 ６ 恒温槽 ７ 熱媒体 １０ 予熱部 １１ 気化器本体 １２ 第２キャリアガス輸送管 １３ 蒸気輸送管 ３０ 窒素化合物供給装置 ５０ 窒素化合物液 ５１ ＧａＡｓ基板 ５２ 下部クラッド層 ５３ ＧａＩｎＮＡｓ活性層 ５４ 上部クラッド層 ５５ ストライプ状電極 ５６ 下部電極 ６１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ６２ 下部ミラー層 ６３ スペーサ層 ６４ 活性層 ６５ スペーサ層 ６６ ＡｌxＯy電流狭さく層 ６７ 上部ミラー層 ６８ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ６９ ポリイミド保護膜 ７０ 上部電極 ７１ 下部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 孝志 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 軸谷 直人 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 上西 盛聖 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 4G068 AA02 AB02 AC01 AC05 AC13 AD39 AF13 AF31 4G075 AA24 AA61 BA01 BB02 BC04 BC05 BD14 CA02 4K030 AA01 AA11 AA17 BA08 BA11 BA25 BA38 CA04 CA12 EA01 EA03 JA10 KA25 5F045 AA04 AB18 BB04 CA12 DA53 DA55 EC09 EE03 EE04 EE12 5F073 BA02 CA17 CB02 DA05 EA15

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 窒素化合物蒸気を供給するための窒素化
    合物供給装置において、窒素化合物液が収容される気化
    器本体と、気化器本体に収容されている窒素化合物液に
    第１キャリアガスを導入するための第１キャリアガス導
    入管と、気化器本体に収容されている窒素化合物液に第
    １キャリアガスを導入することによって発生する窒素化
    合物蒸気を気化器本体から所定の反応室に供給する蒸気
    輸送管とを有しており、前記気化器本体は、窒素化合物
    液を収容する容量が４００ｃｍ 3以上のものとなってい
    ることを特徴とする窒素化合物供給装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の窒素化合物供給装置にお
    いて、第１キャリアガスが窒素化合物液に導入されるに
    先立って、第１キャリアガスを予熱する予熱手段がさら
    に設けられていることを特徴とする窒素化合物供給装
    置。
  3. 【請求項３】 窒素化合物蒸気を供給するための窒素化
    合物供給装置において、窒素化合物液が収容される気化
    器本体と、第２キャリアガスを輸送するための第２キャ
    リアガス輸送管と、第２キャリアガス輸送管に連通し、
    気化器本体に収容されている窒素化合物液が加熱蒸発さ
    れることによって発生する窒素化合物蒸気を第２キャリ
    アガス輸送管に案内するための蒸気輸送管とを有し、前
    記第２キャリアガス輸送管は、蒸気輸送管から案内され
    た窒素化合物蒸気を第２キャリアガスによって所定の反
    応室に供給するように構成されており、前記気化器本体
    は、窒素化合物液を収容する容量が４００ｃｍ3以上の
    ものとなっていることを特徴とする窒素化合物供給装
    置。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に
    記載の窒素化合物供給装置において、気化器本体に収容
    される窒素化合物液は、ＤＭＨｙまたはＭＭＨｙである
    ことを特徴とする窒素化合物供給装置。
  5. 【請求項５】 気化器本体に４００ｃｍ3以上の窒素化
    合物液を充填し、気化器本体に充填されている窒素化合
    物液に第１キャリアガスを導入することによって発生す
    る窒素化合物蒸気を気化器本体から所定の反応室に供給
    することを特徴とする窒素化合物供給方法。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の窒素化合物供給方法にお
    いて、窒素化合物液に導入するに先立って第１キャリア
    ガスを予熱することを特徴とする窒素化合物供給方法。
  7. 【請求項７】 気化器本体に４００ｃｍ3以上の窒素化
    合物液を充填し、気化器本体に充填されている窒素化合
    物液が加熱蒸発することによって発生する窒素化合物蒸
    気を蒸気輸送管によって第２キャリアガス輸送管に案内
    し、第２キャリアガス輸送管は、蒸気輸送管から案内さ
    れた窒素化合物蒸気を第２キャリアガスによって所定の
    反応室に供給することを特徴とする窒素化合物供給方
    法。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の窒素化合物供給方法にお
    いて、蒸気輸送管の管壁温度を気化器本体の管壁温度よ
    りも低く保持し、また、蒸気輸送管の管壁温度を第２キ
    ャリアガス輸送管の管壁温度よりも低く保持することを
    特徴とする窒素化合物供給方法。
  9. 【請求項９】 請求項５乃至請求項８のいずれか一項に
    記載の窒素化合物供給方法において、気化器本体に充填
    される窒素化合物液は、ＤＭＨｙまたはＭＭＨｙである
    ことを特徴とする窒素化合物供給方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１乃至請求項４のいずれか一項
    に記載の窒素化合物供給装置から供給される窒素化合物
    蒸気を用いて所定の膜を成長するように構成されている
    ことを特徴とする成膜装置。
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