JP2003282460A - Iii-v compound semiconductor film, semiconductor optical device, and method of forming semiconductor film - Google Patents
Iii-v compound semiconductor film, semiconductor optical device, and method of forming semiconductor filmInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、III−Ｖ族化合物
半導体膜、及び半導体光素子、及び半導体膜を形成する
方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a III-V compound semiconductor film, a semiconductor optical device, and a method for forming a semiconductor film.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光通信モジュールは、半導体レーザ素子
を備えている。この半導体レーザ素子は、ＩｎＰ基板
と、ＩｎＰ半導体層と、ＧａＩｎＡｓＰ半導体層とを備
える。光通信モジュールにおいて、レーザ光の発振波長
を温度変化に関して安定にするために、半導体レーザ光
素子はペルチェ素子上に配置されている。2. Description of the Related Art An optical communication module has a semiconductor laser device. This semiconductor laser device includes an InP substrate, an InP semiconductor layer, and a GaInAsP semiconductor layer. In an optical communication module, a semiconductor laser optical device is arranged on a Peltier device in order to stabilize the oscillation wavelength of laser light with respect to temperature changes.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ＧａＩｎＡｓＰ半導体
を活性層として使用する半導体レーザ素子では、温度変
化すると比較的温度変化が大きいことが知られている。
この理由は、ＧａＩｎＡｓＰ半導体のバンドギャップの
温度係数が大きいことに起因する。It is known that a semiconductor laser device using a GaInAsP semiconductor as an active layer has a relatively large temperature change when the temperature changes.
This is because the GaInAsP semiconductor has a large band gap temperature coefficient.
【０００４】発明者らは、ＧａＩｎＡｓＰ半導体よりも
半導体レーザ素子の温度特性に優れる半導体材料の一候
補として、ＧａＩｎＮＡｓ半導体を研究している。母材
ＧａＩｎＡｓ半導体への窒素の固容度は小さいけれど
も、発明者らの研究では、窒素を含む四元半導体とし
て、Ｇａ0.65Ｉｎ0.35Ｎ0.1Ａｓ0.9半導体という組成が
実現されている。また、発明者らは、半導体レーザ素子
も作製している。しかしながら、発明者らは、実用的な
半導体材料としてＧａＩｎＮＡｓ半導体を用いるために
は更なる研究が必要であると考えている。すなわち、求
められていることは、結晶性の良い半導体材料を提供す
ることである。The inventors are studying a GaInNAs semiconductor as a candidate for a semiconductor material having a temperature characteristic of a semiconductor laser device superior to that of a GaInAsP semiconductor. Although the solid content of nitrogen in the base material GaInAs semiconductor is small, the inventors' research has realized that a composition of Ga 0.65 In 0.35 N 0.1 As 0.9 semiconductor is realized as a quaternary semiconductor containing nitrogen. The inventors have also manufactured a semiconductor laser device. However, the inventors believe that further research is needed to use GaInNAs semiconductor as a practical semiconductor material. That is, what is needed is to provide a semiconductor material having good crystallinity.
【０００５】そこで、本発明の目的は、良好な結晶性を
有する五元III−Ｖ族化合物半導体膜、この半導体膜を
含む半導体光素子、III−Ｖ族化合物半導体膜を形成す
る方法を提供することとした。Therefore, an object of the present invention is to provide a quaternary III-V compound semiconductor film having good crystallinity, a semiconductor optical device including this semiconductor film, and a method for forming a III-V compound semiconductor film. I decided.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の一側面は、半導
体膜を形成する方法に係わる。この方法は、(ａ)有機金
属気相成長装置内に基板を置く工程と、(ｂ)ガリウムソ
ース原料、インジウムソース原料、砒素ソース原料、窒
素ソース原料、及び燐ソース原料を有機金属気相成長装
置に供給して、III−Ｖ族化合物半導体膜を形成する工
程とを備える。III−Ｖ族化合物半導体膜はIII族元素と
してガリウム及びインジウムを含むと共に、Ｖ族元素と
して砒素、燐及び窒素を含む。One aspect of the present invention relates to a method of forming a semiconductor film. This method includes (a) a step of placing a substrate in a metalorganic vapor phase epitaxy apparatus, and (b) metalorganic vapor phase growth of gallium source material, indium source material, arsenic source material, nitrogen source material, and phosphorus source material. Supplying the apparatus to form a III-V compound semiconductor film. The Group III-V compound semiconductor film contains gallium and indium as Group III elements, and contains arsenic, phosphorus and nitrogen as Group V elements.
【０００７】III族元素としてガリウム及びインジウム
を含むと共にＶ族元素として砒素、燐及び窒素を含む五
元III−Ｖ族化合物半導体膜を有機金属成長装置におい
て形成することにより、原子半径が相対的に小さい窒素
と原子半径が相対的に大きい燐を母材ＧａＩｎＡｓ半導
体膜に添加できる。発明者は、燐及び窒素の両方を母材
半導体に加えるために有機金属気相成長法が有利である
ことを発見した。By forming a quaternary III-V group compound semiconductor film containing gallium and indium as group III elements and arsenic, phosphorus and nitrogen as group V elements in an organic metal growth apparatus, the atomic radius is relatively large. Small nitrogen and phosphorus having a relatively large atomic radius can be added to the base material GaInAs semiconductor film. The inventor has discovered that metalorganic vapor phase epitaxy is advantageous for adding both phosphorus and nitrogen to the host semiconductor.
【０００８】この方法では、ガリウムソース原料はトリ
エチルガリウムを含み、インジウムソース原料はトリメ
チルインジウムを含み、砒素ソース原料はターシャリブ
チルアルシンを含み、燐ソース原料はターシャリブチル
ホスフィンを含み、窒素ソース原料はジメチルヒドラジ
ンを含むことができる。これらの原料を、ガリウム、イ
ンジウム及び砒素に加えて燐及び窒素の両方を含む半導
体膜に形成するために利用できる。In this method, the gallium source raw material contains triethylgallium, the indium source raw material contains trimethylindium, the arsenic source raw material contains tert-butylarsine, the phosphorus source raw material contains tert-butylphosphine, and the nitrogen source raw material. Can include dimethylhydrazine. These raw materials can be used to form a semiconductor film containing both phosphorus and nitrogen in addition to gallium, indium and arsenic.
【０００９】この方法では、基板は、ＧａＡｓ基板及び
シリコン基板の少なくともいずれかであることができ
る。これらの基板上に、五元III−Ｖ族化合物半導体を
形成できる。In this method, the substrate can be a GaAs substrate and / or a silicon substrate. A quinary III-V group compound semiconductor can be formed on these substrates.
【００１０】この方法では、III−Ｖ族化合物半導体膜
において、ＩｎＰとＩｎＮとの混晶比は０より大きいこ
とが好ましい。また、ＩｎＰとＩｎＮとの混晶比は０よ
り大きく４以下であることが好ましい。In this method, the mixed crystal ratio of InP and InN in the III-V compound semiconductor film is preferably larger than 0. The mixed crystal ratio of InP and InN is preferably more than 0 and 4 or less.
【００１１】ＩｎとＰとの結合およびＩｎとＮとの結合
を該III−Ｖ族化合物半導体膜内に提供できる。Ｉｎと
Ｐとの原子間距離はＧａとＡｓとの原子間距離より大き
く、ＩｎとＮとの原子間距離はＧａとＡｓとの原子間距
離より小さい。ＩｎＰとＩｎＮとを組み合わせた混晶に
より、この組み合わせ混晶における平均原子間距離をＧ
ａとＡｓとの原子間距離に近づけることができる。A bond between In and P and a bond between In and N can be provided in the III-V compound semiconductor film. The interatomic distance between In and P is larger than the interatomic distance between Ga and As, and the interatomic distance between In and N is smaller than the interatomic distance between Ga and As. By using a mixed crystal that combines InP and InN, the average interatomic distance in this combined crystal is G
It can be close to the interatomic distance between a and As.
【００１２】この方法では、III−Ｖ族化合物半導体膜
は、単一の窒素原子及び一又は複数の燐原子と結合する
インジウム原子を含む。ＩｎとＰとの結合およびＩｎと
Ｎとの結合を該III−Ｖ族化合物半導体膜に提供でき
る。ＩｎとＰとの原子間距離はＧａとＡｓとの原子間距
離より大きく、ＩｎとＮとの原子間距離はＧａとＡｓと
の原子間距離より小さい。故に、インジウム原子、砒素
原子および窒素原子からなるクラスタにおいてＡｓ原子
を一または複数のＰ原子に置換することにより、この置
換により生成される別種のクラスタの平均原子間距離を
ＧａとＡｓとの原子間距離に近づけることができる。In this method, the III-V compound semiconductor film contains indium atoms bonded to a single nitrogen atom and one or more phosphorus atoms. A bond between In and P and a bond between In and N can be provided to the III-V compound semiconductor film. The interatomic distance between In and P is larger than the interatomic distance between Ga and As, and the interatomic distance between In and N is smaller than the interatomic distance between Ga and As. Therefore, by substituting one or more P atoms for As atoms in a cluster consisting of an indium atom, an arsenic atom, and a nitrogen atom, the average interatomic distance of another type of cluster generated by this substitution is set to the atom of Ga and As. You can get closer to the distance.
【００１３】本発明の別の側面は、III族元素としてガ
リウム及びインジウムとＶ族元素として砒素、燐及び窒
素とを含み基板上に設けられたIII−Ｖ族化合物半導体
膜である。このIII−Ｖ族化合物半導体膜では、ＩｎＰ
とＩｎＮとの混晶比は０より大きい。ＩｎＰ半導体とＩ
ｎＮ半導体との混晶により、この混晶における平均原子
間距離はＧａとＡｓとの原子間距離に近くなる。これに
より、III−Ｖ族化合物半導体膜の結晶性が向上され
る。Another aspect of the present invention is a group III-V compound semiconductor film which is provided on a substrate and which contains gallium and indium as group III elements and arsenic, phosphorus and nitrogen as group V elements. In this III-V group compound semiconductor film, InP
And the mixed crystal ratio of InN is larger than 0. InP semiconductor and I
Due to the mixed crystal with the nN semiconductor, the average interatomic distance in this mixed crystal becomes close to the interatomic distance between Ga and As. This improves the crystallinity of the III-V compound semiconductor film.
【００１４】あるいは、III−Ｖ族化合物半導体膜で
は、ＩｎＰとＩｎＮとの混晶比は０より大きく４以下で
ある。Alternatively, in the III-V compound semiconductor film, the mixed crystal ratio of InP and InN is more than 0 and 4 or less.
【００１５】あるいは、III−Ｖ族化合物半導体膜は、
単一の窒素原子及び一又は複数の燐原子と結合するイン
ジウム原子を含む。III−Ｖ族化合物半導体膜では、Ｉ
ｎ原子、Ａｓ原子および窒素原子からなるクラスタにお
いてＡｓ原子を一または複数のＰ原子に置換することに
より生成されるクラスタの平均原子間距離がＧａとＡｓ
との原子間距離に近くなる。Alternatively, the III-V compound semiconductor film is
It includes an indium atom bonded to a single nitrogen atom and one or more phosphorus atoms. In the III-V group compound semiconductor film, I
The average interatomic distance of the cluster formed by substituting one or more P atoms for As atoms in a cluster consisting of n atoms, As atoms and nitrogen atoms is Ga and As.
Becomes closer to the interatomic distance between.
【００１６】III−Ｖ族化合物半導体膜は、ＧａＡｓ基
板及びシリコン基板の少なくともいずれかである基板上
に設けられることができる。これらの基板上に、五元II
I−Ｖ族化合物半導体を形成できる。The III-V compound semiconductor film can be provided on a substrate which is at least one of a GaAs substrate and a silicon substrate. Goyuan II on these substrates
Group IV compound semiconductors can be formed.
【００１７】本発明の更なる別の側面は、半導体光素子
である。半導体光素子は、基板と、第１のｐ型III−Ｖ
族化合物半導体層と、第１のｎ型III−Ｖ族化合物半導
体層と、第１の活性層とを備える。第１のｐ型III−Ｖ
族化合物半導体層は、基板上に設けられている。第１の
ｎ型III−Ｖ族化合物半導体層は、基板上に設けられて
いる。この活性層は、第１のｐ型III−Ｖ族化合物半導
体層と第１のｎ型III−Ｖ族化合物半導体層との間に設
けられている。第１の活性層は、III族元素としてガリ
ウム及びインジウムを含むと共に、Ｖ族元素として砒
素、燐及び窒素を含み前記基板上に設けられたIII−Ｖ
族化合物半導体層を含む。Yet another aspect of the present invention is a semiconductor optical device. The semiconductor optical device includes a substrate and a first p-type III-V.
A group compound semiconductor layer, a first n-type III-V group compound semiconductor layer, and a first active layer. First p-type III-V
The group compound semiconductor layer is provided on the substrate. The first n-type III-V compound semiconductor layer is provided on the substrate. The active layer is provided between the first p-type III-V group compound semiconductor layer and the first n-type III-V group compound semiconductor layer. The first active layer contains gallium and indium as group III elements, and contains arsenic, phosphorus and nitrogen as group V elements and is provided on the substrate.
A group compound semiconductor layer is included.
【００１８】この半導体光素子のIII−Ｖ族化合物半導
体層において、ＩｎＰ半導体とＩｎＮ半導体との混晶比
は０より大きい。ＩｎＰ半導体とＩｎＮ半導体との組み
合わせにより得られる混晶の平均原子間距離をＧａとＡ
ｓとの原子間距離に近づけることができる。これによ
り、III−Ｖ族化合物半導体膜の結晶性が向上される。
また、ＩｎＰ半導体とＩｎＮ半導体との混晶比は０より
大きく４以下であることができる。In the III-V compound semiconductor layer of this semiconductor optical device, the mixed crystal ratio of the InP semiconductor and the InN semiconductor is larger than 0. The average interatomic distance of the mixed crystal obtained by combining the InP semiconductor and the InN semiconductor is Ga and A.
It can be brought closer to the interatomic distance with s. This improves the crystallinity of the III-V compound semiconductor film.
Further, the mixed crystal ratio of the InP semiconductor and the InN semiconductor can be greater than 0 and 4 or less.
【００１９】あるいは、III−Ｖ族化合物半導体層は、
単一の窒素原子及び一又は複数の燐原子と結合するイン
ジウム原子を含む。III−Ｖ族化合物半導体層では、Ｉ
ｎ原子、Ａｓ原子および窒素原子からなるクラスタにお
いてＡｓ原子を一または複数のＰ原子に置換することに
より生成されるクラスタの平均原子間距離をＧａとＡｓ
との原子間距離に近づけることができる。Alternatively, the III-V compound semiconductor layer is
It includes an indium atom bonded to a single nitrogen atom and one or more phosphorus atoms. In the III-V compound semiconductor layer, I
The average interatomic distance of a cluster generated by substituting one or more P atoms for As atoms in a cluster consisting of n atoms, As atoms and nitrogen atoms is Ga and As.
Can be made closer to the interatomic distance between.
【００２０】当該III−Ｖ族化合物半導体光素子は、半
導体発光素子及び半導体変調素子の少なくともいずれか
を含むことができる。The III-V compound semiconductor optical device can include at least one of a semiconductor light emitting device and a semiconductor modulation device.
【００２１】この半導体光素子では、活性層は、別のII
I−Ｖ族化合物半導体層を更に備えることができる。別
のIII−Ｖ族化合物半導体層の各々は、III族元素として
ガリウムとＶ族元素として砒素とを含む。III−Ｖ族化
合物半導体層と複数の別のIII−Ｖ族化合物半導体層と
は量子井戸構造を構成する。五元III−Ｖ族化合物半導
体を用いるので、量子井戸構造を構成する半導体層の結
晶性が向上できる。量子井戸構造としては、ＳＱＷ構造
及びＭＱＷ構造が例示される。In this semiconductor optical device, the active layer is formed by another II
An I-V group compound semiconductor layer may be further included. Each of the other III-V group compound semiconductor layers contains gallium as a group III element and arsenic as a group V element. The III-V compound semiconductor layer and the plurality of other III-V compound semiconductor layers form a quantum well structure. Since the quaternary III-V group compound semiconductor is used, the crystallinity of the semiconductor layer forming the quantum well structure can be improved. Examples of the quantum well structure include SQW structure and MQW structure.
【００２２】この半導体光素子では、基板は、ＧａＡｓ
基板及びシリコン基板の少なくともいずれかであること
ができる。これらの基板上に、上記の五元III−Ｖ族化
合物半導体を形成できる。In this semiconductor optical device, the substrate is GaAs
It can be a substrate and / or a silicon substrate. The above-mentioned pentanary III-V group compound semiconductor can be formed on these substrates.
【００２３】この半導体光素子は、第２のｐ型半導体層
と、第２のｎ型半導体層と、第２の活性層とを更に備え
ることができる。第２のｐ型半導体層は、基板上に設け
られている。第２のｎ型半導体層は、基板上に設けられ
ている。第２の活性層は、第２のｐ型半導体層と第２の
ｎ型半導体層との間に設けられている。第２の活性層
は、III−Ｖ族化合物半導体層を含む。このIII−Ｖ族化
合物半導体層は、基板上に設けられており、III族元素
としてガリウム及びインジウムを含むと共に、Ｖ族元素
として砒素、燐及び窒素を含む。第１の活性層は、半導
体発光素子及び半導体変調素子の一方のために設けられ
ており、第２の活性層は、半導体発光素子及び半導体変
調素子の他方のために設けられている。第１及び第２の
活性層は、互いに光学的に結合されている。This semiconductor optical device can further include a second p-type semiconductor layer, a second n-type semiconductor layer, and a second active layer. The second p-type semiconductor layer is provided on the substrate. The second n-type semiconductor layer is provided on the substrate. The second active layer is provided between the second p-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer. The second active layer includes a III-V compound semiconductor layer. The III-V group compound semiconductor layer is provided on the substrate and contains gallium and indium as group III elements and arsenic, phosphorus and nitrogen as group V elements. The first active layer is provided for one of the semiconductor light emitting element and the semiconductor modulation element, and the second active layer is provided for the other of the semiconductor light emitting element and the semiconductor modulation element. The first and second active layers are optically coupled to each other.
【００２４】半導体発光素子としては、ＤＦＢ半導体レ
ーザ素子及びファブリペロー半導体レーザ素子が例示さ
れる。半導体変調素子としては、電界吸収型変調素子が
例示される。Examples of the semiconductor light emitting device include a DFB semiconductor laser device and a Fabry-Perot semiconductor laser device. An electroabsorption modulator is exemplified as the semiconductor modulator.
【００２５】この半導体光素子では、第２の活性層のII
I−Ｖ族化合物半導体層において、ＩｎＰとＩｎＮとの
混晶比は０より大きく、またＩｎＰとＩｎＮとの混晶比
が４以下であればさらに好ましい。あるいは、第２の活
性層のIII−Ｖ族化合物半導体層は、窒素原子及び燐原
子と結合するインジウム原子を含む。In this semiconductor optical device, II of the second active layer is used.
In the IV compound semiconductor layer, the mixed crystal ratio of InP and InN is more than 0, and the mixed crystal ratio of InP and InN is preferably 4 or less. Alternatively, the III-V compound semiconductor layer of the second active layer contains indium atoms that are bonded to nitrogen atoms and phosphorus atoms.
【００２６】本発明のまた更なる別の側面は、半導体光
デバイスを製造する方法である。この方法は、(ｃ)有機
金属気相成長装置に基板を置く工程と、(ｄ)第１導電型
III−Ｖ族化合物半導体層を基板上に形成する工程と、
(ｅ)ガリウムソース材料、インジウムソース材料、砒素
ソース材料、窒素ソース材料、及び燐ソース材料を有機
金属気相成長装置に供給して、III族元素としてガリウ
ム及びインジウムとＶ族元素として砒素、燐及び窒素と
を含むIII−Ｖ族化合物半導体層を基板上に形成する工
程と、(ｆ)第２導電型III−Ｖ族化合物半導体層を基板
上に形成する工程とを備える。III−Ｖ族化合物半導体
層は、第１導電型III−Ｖ族化合物半導体層と第２導電
型III−Ｖ族化合物半導体層との間に設けられている。Yet another aspect of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor optical device. This method comprises the steps of (c) placing a substrate on a metal-organic vapor phase epitaxy apparatus, and (d) first conductivity type.
Forming a III-V compound semiconductor layer on the substrate;
(e) A gallium source material, an indium source material, an arsenic source material, a nitrogen source material, and a phosphorus source material are supplied to a metal-organic vapor phase epitaxy apparatus to supply gallium and indium as group III elements and arsenic and phosphorus as group V elements. And a step of forming a group III-V compound semiconductor layer containing nitrogen on the substrate, and a step (f) of forming a second conductivity type group III-V compound semiconductor layer on the substrate. The III-V group compound semiconductor layer is provided between the first conductivity type III-V group compound semiconductor layer and the second conductivity type III-V group compound semiconductor layer.
【００２７】III−Ｖ族化合物半導体層が、III族元素と
してガリウム及びインジウムを含むと共にＶ族元素とし
て砒素、燐及び窒素を含むIII−Ｖ族半導体から構成さ
れるので、結晶性の良い活性層を得ることができる。II
I−Ｖ族化合物半導体層が第１導電型III−Ｖ族化合物半
導体層と第２導電型III−Ｖ族化合物半導体層との間に
設けられているので、電子及び正孔が、第１及び第２導
電型III−Ｖ族化合物半導体層からIII−Ｖ族化合物半導
体層に提供される。Since the group III-V compound semiconductor layer is composed of a group III-V semiconductor containing gallium and indium as group III elements and arsenic, phosphorus and nitrogen as group V elements, an active layer having good crystallinity. Can be obtained. II
Since the I-V group compound semiconductor layer is provided between the first conductivity type III-V group compound semiconductor layer and the second conductivity type III-V group compound semiconductor layer, the electrons and holes are The III-V compound semiconductor layer is provided from the second conductivity type III-V compound semiconductor layer.
【００２８】半導体光デバイスを製造する方法では、
(ｇ)有機金属気相成長装置において、III族元素として
ガリウムを含むと共にＶ族元素として砒素を含む別のII
I−Ｖ族化合物半導体層を基板上に形成する工程と、
(ｈ)III−Ｖ族化合物半導体層を基板上に形成する工程
及び別のIII−Ｖ族化合物半導体層を基板上に形成する
工程の少なくともいずれかを、III−Ｖ族化合物半導体
層と別のIII−Ｖ族化合物半導体層とが量子井戸構造を
構成するように行う工程とを更に備えるようにしてもよ
い。五元III−Ｖ族化合物半導体を含む量子井戸構造を
実現できる。量子井戸構造としては、ＳＱＷ構造及びＭ
ＱＷ構造が実現できる。In the method of manufacturing a semiconductor optical device,
(g) In the metal-organic vapor phase epitaxy apparatus, another II containing gallium as a group III element and arsenic as a group V element
Forming an I-V group compound semiconductor layer on the substrate;
(h) at least one of the step of forming the III-V group compound semiconductor layer on the substrate and the step of forming another III-V group compound semiconductor layer on the substrate, And a step of forming the quantum well structure with the III-V compound semiconductor layer. A quantum well structure including a quinary III-V group compound semiconductor can be realized. As the quantum well structure, SQW structure and M
A QW structure can be realized.
【００２９】半導体光デバイスを製造する方法では、ガ
リウムソース材料はトリエチルガリウムを含み、インジ
ウムソース材料はトリメチルインジウムを含み、砒素ソ
ース材料はターシャリブチルアルシンを含み、燐ソース
材料はターシャリブチルホスフィンを含み、窒素ソース
材料は、ジメチルヒドラジン及びアンモニアの少なくと
もいずれか一つを含むことができる。これらの材料を、
燐及び窒素の両方を母材ＧａＩｎＡｓ半導体に加えるた
めに利用できる。In the method of manufacturing a semiconductor optical device, the gallium source material comprises triethylgallium, the indium source material comprises trimethylindium, the arsenic source material comprises tert-butylarsine, and the phosphorus source material comprises tert-butylphosphine. In addition, the nitrogen source material may include at least one of dimethylhydrazine and ammonia. These materials
Both phosphorus and nitrogen can be used to add to the matrix GaInAs semiconductor.
【００３０】半導体光デバイスを製造する方法では、基
板は、ＧａＡｓ基板及びシリコン基板の少なくともいず
れかであることができる。これらの基板上に、五元III
−Ｖ族化合物半導体を形成できる。In the method of manufacturing a semiconductor optical device, the substrate can be at least one of a GaAs substrate and a silicon substrate. Goyuan III on these substrates
A group V compound semiconductor can be formed.
【００３１】当該半導体光デバイスは、半導体発光素子
及び半導体変調素子の少なくともいずれかを含むことが
できる。半導体光デバイスでは、半導体変調素子は半導
体発光素子に光学的に結合されている。The semiconductor optical device can include at least one of a semiconductor light emitting element and a semiconductor modulation element. In a semiconductor optical device, a semiconductor modulation element is optically coupled to a semiconductor light emitting element.
【００３２】半導体装置を製造する方法では、III−Ｖ
族化合物半導体膜において、ＩｎＰ半導体とＩｎＮ半導
体との混晶比は０より大きいことが好ましく、また４以
下であればさらに好ましい。あるいは、III−Ｖ族化合
物半導体膜において、燐と窒素とのモル比(Ｐ／Ｎ)は０
より大きいことが好ましく、また４以下であればさらに
好ましい。In the method of manufacturing a semiconductor device, the III-V method is used.
In the group compound semiconductor film, the mixed crystal ratio of InP semiconductor and InN semiconductor is preferably larger than 0, and more preferably 4 or less. Alternatively, in the III-V group compound semiconductor film, the molar ratio (P / N) of phosphorus and nitrogen is 0.
It is preferably larger, and more preferably 4 or less.
【００３３】このようにＩｎＰとＩｎＮとの混晶を組み
合わせることにより、この組み合わせから得られる混晶
の平均原子間距離をＧａとＡｓとの原子間距離に近づけ
ることができる。By thus combining the mixed crystal of InP and InN, the average interatomic distance of the mixed crystal obtained from this combination can be made closer to the interatomic distance of Ga and As.
【００３４】半導体装置を製造する方法では、III−Ｖ
族化合物半導体膜は、単一の窒素原子及び一又は複数の
燐原子と結合するインジウム原子を含むことが好まし
い。Ｉｎ原子、Ａｓ原子および窒素原子からなるクラス
タにおいてＡｓ原子を一または複数のＰ原子に置換する
ことにより、この置換により生成されるクラスタの平均
原子間距離をＧａとＡｓとの原子間距離に近づけること
ができる。In the method of manufacturing a semiconductor device, the method is III-V.
The group compound semiconductor film preferably contains a single nitrogen atom and an indium atom bonded to one or more phosphorus atoms. By substituting one or more P atoms for As atoms in a cluster consisting of In atoms, As atoms and nitrogen atoms, the average interatomic distance of the cluster generated by this substitution is made closer to the interatomic distance between Ga and As. be able to.
【００３５】本発明の上記の目的及び他の目的、特徴、
並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の
好適な実施の形態の以下の詳細な記述からより容易に明
らかになる。The above and other objects, features and characteristics of the present invention,
And, advantages will be more readily apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the invention, which proceeds with reference to the accompanying drawings.
【００３６】[0036]
【発明の実施の形態】本発明の知見は、例示として示さ
れた添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮するこ
とによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を
参照しながら、本発明のいくつかの実施の形態を説明す
る。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付す
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The findings of the present invention can be easily understood by considering the following detailed description with reference to the accompanying drawings shown as examples. Subsequently, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. If possible, the same parts are designated by the same reference numerals.
【００３７】(第１の実施の形態)図１は、本実施の形態
に係わる五元III−Ｖ族化合物半導体膜を成長するため
の有機金属気相成長装置を示す模式図である。有機金属
気相成長装置１は、減圧チャンバ２と、減圧ポンプ４
と、ガスミクサ６と、ガスボックス８とを備える。減圧
チャンバ２は、基板Ｗを搭載できるように設けられたス
テージ１０と、ステージ１０を回転させるために回転機
構１２と、ステージ１０上に搭載された基板Ｗ上にプロ
セスガスを導く石英製チューブ１４とを有する。ステー
ジ１０内には、ステージ温度を調整するためのヒータ１
０ａを備えている。石英製チューブ１４は一端１４ａ及
び他端１４ｂを有する。一端１４ａは、プロセスガスを
供給するための供給ライン１６を介してガスミクサ６に
接続されている。他端１４ｂは、反応生成物および原料
ガスを排気する減圧ポンプ４に接続されている。ガスミ
クサ６は、ガスライン１８を介してガスボックス８に接
続されている。ガスボックス８は、Ｈ2ガスソース２
０、Ｖ族ガスソースユニット２２、III族ガスソースユ
ニット２４、ドーパントガスソースユニット２６、及び
マスフローコントローラ(ＭＦＣ)２８ａ〜２８ｊを備え
る。Ｈ2ガスソース２０は、それぞれ、Ｖ族ガスソース
ユニット２２のガス入力２２ａ、III族ガスソースユニ
ット２４のガス入力２４ａ、及びドーパントガスソース
ユニット２６のガス入力２６ａに接続されている。Ｖ族
ガスソースユニット２２のガス出力２２ｂ、III族ガス
ソースユニット２４のガス出力２４ｂ、及びドーパント
ガスソースユニット２６のガス出力２６ｂは、それぞ
れ、ガスミクサ６に接続されている。(First Embodiment) FIG. 1 is a schematic view showing a metal-organic vapor phase epitaxy apparatus for growing a quinary III-V compound semiconductor film according to the present embodiment. The metal-organic vapor phase epitaxy apparatus 1 includes a decompression chamber 2 and a decompression pump 4.
A gas mixer 6 and a gas box 8. The decompression chamber 2 includes a stage 10 provided so that a substrate W can be mounted thereon, a rotation mechanism 12 for rotating the stage 10, and a quartz tube 14 for guiding a process gas onto the substrate W mounted on the stage 10. Have and. A heater 1 for adjusting the stage temperature is provided in the stage 10.
It has 0a. The quartz tube 14 has one end 14a and the other end 14b. One end 14a is connected to the gas mixer 6 via a supply line 16 for supplying a process gas. The other end 14b is connected to the decompression pump 4 that exhausts the reaction product and the raw material gas. The gas mixer 6 is connected to the gas box 8 via a gas line 18. The gas box 8 is an H 2 gas source 2
0, V group gas source unit 22, III group gas source unit 24, dopant gas source unit 26, and mass flow controllers (MFC) 28a to 28j are provided. The H 2 gas source 20 is connected to the gas input 22a of the group V gas source unit 22, the gas input 24a of the group III gas source unit 24, and the gas input 26a of the dopant gas source unit 26, respectively. The gas output 22b of the group V gas source unit 22, the gas output 24b of the group III gas source unit 24, and the gas output 26b of the dopant gas source unit 26 are connected to the gas mixer 6, respectively.
【００３８】Ｖ族ガスソースユニット２２は、ジメチル
ヒドラジン(ＤＭＨｙ)を貯蔵する容器３０ａ、ターシャ
リブチルアルシン(ＴＢＡｓ)を貯蔵する容器３０ｂ及び
ターシャリブチルホスフィン(ＴＢＰ)を貯蔵する容器３
０ｃを有する。容器３０ａを例示的に説明すれば、容器
３０ａは、Ｈ2ガスをバブリングすることによりＤＭＨ
ｙガスを生成可能なように設けられた入力管３０ｄ及び
出力管３０ｅを有する。入力管３０ｄはバルブ３０ｇを
介してガス入力２２ａに接続されている。バルブ３０ｇ
とガス入力２２ａとの間には、ＭＦＣ２８ａが設けられ
ている。出力管３０ｅはバルブ３０ｆを介してガスミク
サ６に接続されている。ガス入力２２ａとガスミクサ６
との間には、バルブ３０ｈが設けられている。バルブ３
０ｈとガス入力２２ａとの間には、ＭＦＣ２８ｂが設け
られている。The group V gas source unit 22 includes a container 30a for storing dimethylhydrazine (DMHy), a container 30b for storing tertiary butylarsine (TBAs), and a container 3 for storing tertiary butylphosphine (TBP).
Has 0c. Explaining the container 30a as an example, the container 30a is DMH by bubbling H 2 gas.
It has an input pipe 30d and an output pipe 30e provided so as to be able to generate y gas. The input pipe 30d is connected to the gas input 22a via a valve 30g. Valve 30g
An MFC 28a is provided between the gas input 22a and the gas input 22a. The output pipe 30e is connected to the gas mixer 6 via the valve 30f. Gas input 22a and gas mixer 6
A valve 30h is provided between and. Valve 3
The MFC 28b is provided between 0h and the gas input 22a.
【００３９】III族ガスソースユニット２４は、テトラ
エチルガリウム(ＴＥＧａ) を貯蔵する容器３２ａ及び
テトラメチルインジウム(ＴＭＩｎ) を貯蔵する容器３
２ｂを有する。容器３２ａを例示的に説明すれば、容器
３２ａは、Ｈ2ガスをバブリングすることによりＴＥＧ
ａガスを生成可能なように設けられた入力管３２ｃ及び
出力管３２ｄを有する。入力管３２ｃは、バルブ３２ｆ
を介してガス入力２４ａに接続されている。バルブ３２
ｆとガス入力２４ａとの間には、ＭＦＣ２８ｃが設けら
れている。出力管３２ｆは、バルブ３２ｅを介してガス
ミクサ６に接続されている。ガス入力２４ａとガスミク
サ６との間には、バルブ３２ｇが設けられている。バル
ブ３２ｇとガス入力２４ａとの間には、ＭＦＣ２８ｄが
設けられている。The group III gas source unit 24 includes a container 32a for storing tetraethylgallium (TEGa) and a container 3 for storing tetramethylindium (TMIn).
With 2b. Explaining the container 32a as an example, the container 32a is a TEG by bubbling H 2 gas.
It has an input pipe 32c and an output pipe 32d provided so as to be able to generate a gas. The input pipe 32c is a valve 32f.
Is connected to the gas input 24a via. Valve 32
An MFC 28c is provided between f and the gas input 24a. The output pipe 32f is connected to the gas mixer 6 via a valve 32e. A valve 32g is provided between the gas input 24a and the gas mixer 6. An MFC 28d is provided between the valve 32g and the gas input 24a.
【００４０】ドーパントガスソースユニット２６は、ジ
エチルジンク(ＤＥＺｎ) を貯蔵する容器３４ａ及びテ
トラエチルシリコン(ＴｅＥＳｉ) を貯蔵する容器３４
ｂを有する。ＤＥＺｎを利用するとｐ型ドーパントとし
てＺｎを添加できる。ＴｅＥＳｉを利用するとｎ型ドー
パントとしてＳｉを添加できる。容器３４ａを例示的に
説明すれば、容器３４ａは、Ｈ2ガスをバブリングする
ことによりＤＥＺｎガスを生成可能なように設けられた
入力管３４ｃ及び出力管３４ｄを有する。入力管３４ｃ
は、バルブ３４ｆを介してガス入力２６ａに接続されて
いる。バルブ３４ｆとガス入力２６ａとの間には、ＭＦ
Ｃ２８ｅが設けられている。出力管３４ｄは、バルブ３
４ｅを介してガスミクサ６に接続されている。ガス入力
２６ａとガスミクサ６との間にはバルブ３４ｇが設けら
れている。バルブ３４ｇとガス入力２６ａとの間には、
ＭＦＣ２８ｆが設けられている。The dopant gas source unit 26 includes a container 34a for storing diethyl zinc (DEZn) and a container 34 for storing tetraethyl silicon (TeESi).
b. When DEZn is used, Zn can be added as a p-type dopant. When TeESi is used, Si can be added as an n-type dopant. Explaining the container 34a as an example, the container 34a has an input pipe 34c and an output pipe 34d that are provided so as to be able to generate DEZn gas by bubbling H 2 gas. Input tube 34c
Is connected to gas input 26a via valve 34f. An MF is provided between the valve 34f and the gas input 26a.
C28e is provided. The output tube 34d is the valve 3
It is connected to the gas mixer 6 via 4e. A valve 34g is provided between the gas input 26a and the gas mixer 6. Between the valve 34g and the gas input 26a,
The MFC 28f is provided.
【００４１】次いで、有機金属気相成長装置１を用いて
基板Ｗ上にIII−Ｖ族化合物半導体多層膜を成長する。
図２は、図１に示された有機金属気相成長装置を用いて
成長された半導体多層膜を有する半導体装置を示す図面
である。半導体装置３５は、基板３６と、アンドープＧ
ａＡｓ層３７と、アンドープＧａＩｎＮＡｓＰ層３８
と、アンドープＧａＡｓ層３９とを備える。アンドープ
ＧａＡｓ層３７と、アンドープＧａＩｎＮＡｓＰ層３８
と、アンドープＧａＡｓ層３９は、ＧａＡｓ半導体基板
３６上に形成されている。発明者らは、図２に示される
ような構造のサンプルをいくつか作製している。また、
発明者は、参照用に、アンドープＧａＩｎＮＡｓＰ層３
８に替えてアンドープＧａＩｎＮＡｓ層を備える半導体
装置を作製している。各層の膜厚は、
基板３６：３５０マイクロメートル
層３７：０．２マイクロメートル
層３８：０．０１マイクロメートル
層３９：０．１マイクロメートル
である。Next, a III-V group compound semiconductor multilayer film is grown on the substrate W by using the metal organic chemical vapor deposition apparatus 1.
FIG. 2 is a view showing a semiconductor device having a semiconductor multilayer film grown by using the metal-organic vapor phase epitaxy device shown in FIG. The semiconductor device 35 includes a substrate 36 and an undoped G
aAs layer 37 and undoped GaInNAsP layer 38
And an undoped GaAs layer 39. Undoped GaAs layer 37 and undoped GaInNAsP layer 38
And the undoped GaAs layer 39 is formed on the GaAs semiconductor substrate 36. The inventors have made some samples having a structure as shown in FIG. Also,
The inventor has used the undoped GaInNAsP layer 3 for reference.
In place of No. 8, a semiconductor device having an undoped GaInNAs layer is manufactured. The film thickness of each layer is as follows: substrate 36: 350 micrometers layer 37: 0.2 micrometers layer 38: 0.01 micrometers 39: 0.1 micrometers.
【００４２】基板３６として、２インチサイズの(１０
０)面ＧａＡｓ半導体基板を用いている。成長温度は５
００℃であり、成長圧力１０１３２．５Ｐａ(７６Ｔｏ
ｒｒ)であり、ＤＭＨｙの供給量は一定であり、［ＤＭ
Ｈｙモル比］／(［ＴＢＡｓモル比］＋［ＤＭＨｙモル
比］)＝０．９７８である。ＴＢＰの供給量を０．２６
ｓｃｃｍ以上０．２６ｓｃｃｍ以下の範囲内で変化させ
ている。成膜後に、各サンプルには６６５℃において１
０分の熱処理を行っている。Ｉｎ組成は２８パーセント
であり、Ｎ組成は１パーセント未満である。As the substrate 36, a 2-inch size (10
A 0) plane GaAs semiconductor substrate is used. Growth temperature is 5
00 ° C., growth pressure 10132.5 Pa (76 To
rr), the supply amount of DMHy is constant, [DM
Hy molar ratio] / ([TBAs molar ratio] + [DMHy molar ratio]) = 0.978. The supply amount of TBP is 0.26
It is changed within the range of not less than sccm and not more than 0.26 sccm. After film formation, each sample had 1 at 665 ° C.
The heat treatment is performed for 0 minutes. The In composition is 28 percent and the N composition is less than 1 percent.
【００４３】発明者らは、これらサンプルのフォトルミ
ネッセンス(ＰＬ)測定を行っている。図３は、室温(２
５℃)におけるフォトルミネッセンススペクトル(以下、
ＰＬスペクトルと記す)を示す図面である。特性曲線Ｃ
１は、アンドープＧａＩｎＮＡｓ半導体のＰＬスペクト
ルを示しており、特性曲線Ｃ２は、混晶比(ＩｎＰ／Ｉ
ｎＮ)＝０．１であるアンドープＧａＩｎＮＡｓＰ半導
体のＰＬスペクトルを示している。両特性曲線を比較す
ると、(ａ)特性曲線Ｃ２において、ピークの両サイドに
おいて裾引きが少なくなっており、(ｂ)特性曲線Ｃ２の
半値幅が特性曲線Ｃ１の半値幅より小さくなっている。
この比較によれば、ＧａＩｎＮＡｓ半導体に燐(Ｐ)を加
えると、ＰＬスペクトルの半値幅が小さくことを示して
いる。したがって、混晶比(ＩｎＰ／ＩｎＮ)＞０であれ
ば、半導体層の結晶性が向上する。The inventors have conducted photoluminescence (PL) measurements on these samples. Figure 3 shows room temperature (2
Photoluminescence spectrum at 5 ° C (hereinafter,
It is a figure showing PL spectrum. Characteristic curve C
1 shows the PL spectrum of the undoped GaInNAs semiconductor, and the characteristic curve C2 shows the mixed crystal ratio (InP / I
9 shows the PL spectrum of an undoped GaInNAsP semiconductor with nN) = 0.1. Comparing the two characteristic curves, in (a) characteristic curve C2, there is less skirting on both sides of the peak, and (b) the half width of the characteristic curve C2 is smaller than the half width of the characteristic curve C1.
This comparison shows that when phosphorus (P) is added to the GaInNAs semiconductor, the full width at half maximum of the PL spectrum is small. Therefore, if the mixed crystal ratio (InP / InN)> 0, the crystallinity of the semiconductor layer is improved.
【００４４】図４は、ＰＬスペクトルのピーク強度(任
意単位)と燐(Ｐ)濃度(単位：atoms／ｃｍ3)との関係を
示すグラフである。このグラフにおいて、測定データＰ
１は、ＧａＩｎＮＡｓ半導体のＰＬスペクトルのピーク
強度を示しており、測定データＰ２は、ＴＢＰ流量０．
２６ｓｃｃｍ(standard centimeter cubic per minute)
の条件で作製されたサンプルにおけるＧａＩｎＮＡｓＰ
半導体のＰＬスペクトルのピーク強度を示しており、測
定データＰ３は、ＴＢＰ流量１．３ｓｃｃｍの条件で作
製されたサンプルにおけるＧａＩｎＮＡｓＰ半導体のＰ
Ｌスペクトルのピーク強度を示している。したがって、
混晶比(ＩｎＰ／ＩｎＮ)＞０であれば、半導体層の結晶
性が向上する。また、混晶比(ＩｎＰ／ＩｎＮ) ≧０．
１であれば、本実験結果よりも優れたＰＬスペクトルの
強度が達成される。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the peak intensity (arbitrary unit) of the PL spectrum and the phosphorus (P) concentration (unit: atoms / cm 3 ). In this graph, measurement data P
1 shows the peak intensity of the PL spectrum of the GaInNAs semiconductor, and the measurement data P2 shows the TBP flow rate of 0.
26 sccm (standard centimeter cubic per minute)
GaInNAsP in the sample produced under the conditions
The peak intensity of the PL spectrum of the semiconductor is shown, and the measurement data P3 is the P of the GaInNAsP semiconductor in the sample manufactured under the condition of the TBP flow rate of 1.3 sccm.
The peak intensity of the L spectrum is shown. Therefore,
If the mixed crystal ratio (InP / InN)> 0, the crystallinity of the semiconductor layer is improved. Further, the mixed crystal ratio (InP / InN) ≧ 0.
If it is 1, the intensity of the PL spectrum superior to the result of this experiment is achieved.
【００４５】図５は、ＰＬスペクトルピーク強度(任意
単位)とピーク波長 (単位：ｎｍ)との関係を示すグラフ
である。特性線Ｌ１はＧａＩｎＮＡｓ半導体のＰＬスペ
クトルのピーク強度を示しており、特性線Ｌ２は、混晶
比(ＩｎＰ／ＩｎＮ)＝０．１の下で様々な組成のＧａＩ
ｎＮＡｓＰ半導体のＰＬスペクトルピーク強度を示して
いる。両特性線を比較すると、ピーク波長が１．２５マ
イクロメートルを越える結晶組成において、ＧａＩｎＮ
ＡｓＰ半導体のＰＬスペクトルピーク強度(特性線Ｌ２)
は、ＧａＩｎＮＡｓ半導体のＰＬスペクトルピーク強度
(特性線Ｌ１)より大きい。つまり、ＧａＩｎＮＡｓ半導
体に燐(Ｐ)加えることにより、１．２５マイクロメート
ルを越える波長領域(長波長領域)における結晶性が改善
される。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the PL spectrum peak intensity (arbitrary unit) and the peak wavelength (unit: nm). The characteristic line L1 shows the peak intensity of the PL spectrum of the GaInNAs semiconductor, and the characteristic line L2 shows the GaI of various compositions under the mixed crystal ratio (InP / InN) = 0.1.
The PL spectrum peak intensity of the nNAsP semiconductor is shown. Comparing the two characteristic lines, it was found that GaInN has a crystal composition with a peak wavelength exceeding 1.25 μm.
PL spectrum peak intensity of AsP semiconductor (characteristic line L2)
Is the PL spectrum peak intensity of the GaInNAs semiconductor.
It is larger than (characteristic line L1). That is, by adding phosphorus (P) to the GaInNAs semiconductor, the crystallinity in the wavelength region (long wavelength region) exceeding 1.25 micrometers is improved.
【００４６】(第２の実施の形態)図６は、図１に示され
た有機金属気相成長装置を用いて成長された半導体多層
膜を有する半導体装置を示す図面である。半導体装置４
０は、半導体基板４２と、バッファ層４４と、第１のク
ラッド層４６と、第１の光ガイド層４８と、活性層５０
と、第２の光ガイド層５２と、第２のクラッド層５４
と、キャップ層５６とを備える。(Second Embodiment) FIG. 6 is a drawing showing a semiconductor device having a semiconductor multilayer film grown by using the metal-organic chemical vapor deposition apparatus shown in FIG. Semiconductor device 4
0 is the semiconductor substrate 42, the buffer layer 44, the first cladding layer 46, the first light guide layer 48, and the active layer 50.
A second optical guide layer 52 and a second cladding layer 54.
And a cap layer 56.
【００４７】図７は、図６に示された半導体装置に含ま
れる多層半導体膜を形成する方法を表すフローチャート
である。フローチャート１２０は、以下の工程を備え
る。配置工程Ｓ１２２では、有機金属気相成長装置１の
石英製チューブ１４内にｎ型ＧａＡｓ基板を配置する。
バッファ層４４を形成する工程Ｓ１２４は、Ｇａソース
のバルブ、ＡｓソースのバルブおよびＳｉソースのバル
ブを開いて、ＧａＡｓ基板上にｎ型ＧａＡｓ半導体膜を
形成する。ｎ型ＧａＩｎＰ半導体膜４６を形成する工程
Ｓ１２６では、Ｇａソースのバルブ、Ｉｎソースのバル
ブ、ＰソースのバルブおよびＳｉソースのバルブを開い
て、ＧａＡｓバッファ層４４上にｎ型ＧａＩｎＰ半導体
膜を形成する。第１の光ガイド層を形成する工程Ｓ１２
８では、ＧａソースのバルブおよびＡｓソースのバルブ
を開いて、ｎ型ＧａＩｎＰ半導体膜４６上にアンドープ
ＧａＡｓ半導体膜を形成する。活性層４８を形成する工
程Ｓ１３０では、Ｇａソースのバルブ、Ａｓソースのバ
ルブ、Ｉｎソースのバルブ、ＰソースのバルブおよびＮ
ソースバルブを開いて、アンドープＧａＡｓ半導体膜上
にアンドープＧａＩｎＮＡｓＰ半導体膜を形成する。第
２の光ガイド層５２を形成する工程Ｓ１３２では、Ｇａ
ソースのバルブおよびＡｓソースのバルブを開いて、活
性層上にアンドープＧａＡｓ半導体膜を形成する。ｐ型
ＧａＩｎＰ半導体膜を形成する工程Ｓ１３４では、Ｇａ
ソースのバルブ、Ｉｎソースのバルブ、Ｐソースのバル
ブおよびＺｎソースのバルブを開いて、第２の光ガイド
層５２上にｐ型ＧａＩｎＰ半導体膜を形成する。キャッ
プ層を形成する工程Ｓ１３６は、Ｇａソースのバルブ、
ＡｓソースのバルブおよびＺｎソースのバルブを開い
て、ｐ型ＧａＩｎＰ半導体膜上にｐ型ＧａＡｓ半導体膜
５６を形成する。上記の半導体膜は、ＧａＡｓ基板上に
エピタキシャル成長される。また、格子不整として±２
％程度の範囲であれば、結晶成長可能である。FIG. 7 is a flowchart showing a method of forming a multi-layer semiconductor film included in the semiconductor device shown in FIG. The flowchart 120 includes the following steps. In the arranging step S122, the n-type GaAs substrate is arranged in the quartz tube 14 of the metal-organic vapor phase epitaxy apparatus 1.
In step S124 of forming the buffer layer 44, the Ga source valve, the As source valve, and the Si source valve are opened to form an n-type GaAs semiconductor film on the GaAs substrate. In step S126 of forming the n-type GaInP semiconductor film 46, the Ga-source valve, the In-source valve, the P-source valve, and the Si-source valve are opened to form the n-type GaInP semiconductor film on the GaAs buffer layer 44. . Step S12 of forming the first light guide layer
In 8, the Ga source valve and the As source valve are opened to form an undoped GaAs semiconductor film on the n-type GaInP semiconductor film 46. In step S130 of forming the active layer 48, a Ga source valve, an As source valve, an In source valve, a P source valve, and an N source valve.
The source valve is opened to form an undoped GaInNAsP semiconductor film on the undoped GaAs semiconductor film. In step S132 of forming the second light guide layer 52, Ga
The source valve and the As source valve are opened to form an undoped GaAs semiconductor film on the active layer. In the step S134 of forming the p-type GaInP semiconductor film, Ga
The p-type GaInP semiconductor film is formed on the second light guide layer 52 by opening the source valve, the In source valve, the P source valve, and the Zn source valve. The step S136 of forming the cap layer is performed by a Ga source valve,
The As-source valve and the Zn-source valve are opened to form the p-type GaAs semiconductor film 56 on the p-type GaInP semiconductor film. The above semiconductor film is epitaxially grown on a GaAs substrate. Also, as a lattice irregularity ± 2
Crystal growth is possible within the range of about%.
【００４８】本実験では、半導体基板としてＧａＡｓ基
板を用いたが、シリコン基板を用いることもできる。発
明者らは、有機金属気相成長装置１を用いて下記の３条
件の半導体多層膜を形成した。
第１の実験
基板： ＧａＡｓ((１００)面、電子濃度ｎ
＝２×１０18ｃｍ-3)
バッファ層： ＧａＡｓ(２００ｎｍ、電子濃度ｎ
＝１．５×１０18ｃｍ-3)
第１のクラッド層：ＧａＩｎＰ(２００ｎｍ、電子濃度
ｎ＝７×１０17ｃｍ-3)
第１の光ガイド層：ＧａＡｓ(１４０ｎｍ、アンドープ)
活性層： Ｇａ0.65Ｉｎ0.35ＮＡｓＰ(１０ｎ
ｍ、アンドープ)
第２の光ガイド層：ＧａＡｓ(１４０ｎｍ、アンドープ)
第２のクラッド層：ＧａＩｎＰ(５００ｎｍ、正孔濃度
ｐ＝７×１０17ｃｍ-3)
キャップ層： ＧａＡｓ(１００ｎｍ、正孔濃度ｐ
＝３×１０18ｃｍ-3)。
第２の実験
活性層 ： Ｇａ0.65Ｉｎ0.35ＮＰ(１０ｎ
ｍ、アンドープ)
他の半導体膜は、第１の実験と同一である。
第３の実験
活性層 ： Ｇａ0.65Ｉｎ0.35ＮＡｓ(１０ｎ
ｍ、アンドープ)
他の半導体膜は、第１の実験と同一である。In this experiment, the GaAs substrate was used as the semiconductor substrate, but a silicon substrate can also be used. The inventors formed a semiconductor multilayer film under the following three conditions using the metal-organic vapor phase epitaxy apparatus 1. First experimental substrate: GaAs ((100) plane, electron concentration n
= 2 × 10 18 cm −3 ) buffer layer: GaAs (200 nm, electron concentration n)
= 1.5 × 10 18 cm -3 ) First cladding layer: GaInP (200 nm, electron concentration n = 7 × 10 17 cm -3 ) First light guide layer: GaAs (140 nm, undoped) Active layer: Ga 0.65 In 0.35 NAsP (10n
m, undoped) Second optical guide layer: GaAs (140 nm, undoped) Second cladding layer: GaInP (500 nm, hole concentration p = 7 × 10 17 cm −3 ) Cap layer: GaAs (100 nm, hole concentration) p
= 3 × 10 18 cm −3 ). Second experimental active layer: Ga 0.65 In 0.35 NP (10 n
m, undoped) Other semiconductor films are the same as in the first experiment. Third experimental active layer: Ga 0.65 In 0.35 NAs (10 n
m, undoped) Other semiconductor films are the same as in the first experiment.
【００４９】成膜条件の詳細を説明すると、Ｇａ0.65Ｉ
ｎ0.35ＮＡｓＰを成長するときステージ温度５３０℃に
設定している。他の半導体膜を成長するとき、このステ
ージ温度より高い温度、例えば５７５℃に設定してい
る。成長炉内の圧力Ｐ＝１０１３２．５Ｐａ(７６Ｔｏ
ｒｒ)に設定している。The film forming conditions will be described in detail. Ga 0.65 I
The stage temperature is set to 530 ° C. when n 0.35 NAsP is grown. When growing another semiconductor film, the temperature is set higher than this stage temperature, for example, 575 ° C. Pressure in growth reactor P = 10132.5Pa (76To
rr) is set.
【００５０】Ｇａ0.65Ｉｎ0.35ＮＡｓＰ半導体膜を形成
するとき、たとえば、次の流量比を用いている：
［ＴＭＩｎモル比］／(［ＴＭＩｎモル比］＋［ＴＭＧ
ａモル比］)＝０．３５
［ＴＢＡｓモル比］／(［ＴＭＩｎモル比］＋［ＴＭＧ
ａモル比］)＝５
［ＤＭＨｙモル比］／(［ＴＢＡｓモル比］＋［ＤＭＨ
ｙモル比］)＝０．９７
［ＴＢＰモル比］／(［ＴＢＰモル比］＋［ＴＢＡｓモ
ル比］)＝０．４１
成長速度は約１マイクロメートル／時間である。When forming a Ga 0.65 In 0.35 NAsP semiconductor film, for example, the following flow rate ratio is used: [TMIn molar ratio] / ([TMIn molar ratio] + [TMG
a molar ratio]) = 0.35 [TBAs molar ratio] / ([TMIn molar ratio] + [TMG
a molar ratio]) = 5 [DMHy molar ratio] / ([TBAs molar ratio] + [DMH
y molar ratio]) = 0.97 [TBP molar ratio] / ([TBP molar ratio] + [TBAs molar ratio]) = 0.41 The growth rate is about 1 micrometer / hour.
【００５１】発明者らは、得られた多層膜の特性を測定
した。この結果、発明者らは、燐(Ｐ)および窒素(Ｎ)の
両方をＧａＩｎＡｓに加えることにより、ＧａＩｎＮＡ
ｓの特性に比べて、Ｇａ0.65Ｉｎ0.35ＮＡｓＰの結晶性
が良好であることを発見した。The inventors measured the characteristics of the obtained multilayer film. As a result, the inventors have found that by adding both phosphorus (P) and nitrogen (N) to GaInAs, GaInNA
It was discovered that the crystallinity of Ga 0.65 In 0.35 NAsP is better than that of s.
【００５２】発明者らは、有機金属気相成長法を用いて
ＧａＩｎＮＡｓＰの成長を行った。有機金属気相成長法
によれば、原料ガス量を制御することがＭＢＥ法に比べ
て容易である。例えば、燐ソースとしてはＰＨ3及びＴ
ＢＰを用いることができる。例えば、窒素ソースとして
はＮＨ3及びＤＭＨｙを使用できる。燐元素の蒸気圧は
高いので、ＭＢＥ法では燐原料の供給量を制御すること
は容易ではない。有機金属気相成長装置を用いると、燐
ソース及び窒素ソースの両方の供給量を原料ガスの流量
比として関連づけることができる。故に、有機金属気相
成長法を用いれば、燐ソース及び窒素ソースの供給量を
制御できる。The inventors have grown GaInNAsP using the metal organic chemical vapor deposition method. According to the metal organic chemical vapor deposition method, it is easier to control the amount of raw material gas than the MBE method. For example, PH 3 and T as phosphorus sources
BP can be used. For example, NH 3 and DMHy can be used as nitrogen sources. Since the vapor pressure of elemental phosphorus is high, it is not easy to control the supply amount of the phosphorus source by the MBE method. By using the metal-organic vapor phase epitaxy apparatus, the supply amounts of both the phosphorus source and the nitrogen source can be related as the flow rate ratio of the source gas. Therefore, if the metal organic chemical vapor deposition method is used, the supply amounts of the phosphorus source and the nitrogen source can be controlled.
【００５３】発明者らは、五元III−Ｖ族化合物半導体
の結晶性が四元III−Ｖ族化合物半導体の結晶性より良
質になることについて検討を行う。更なる考察のため
に、実用的な半導体光デバイス及び実験の成膜条件が反
映されたいくつかの現実的な仮定を置く。The inventors have examined that the crystallinity of the quaternary III-V group compound semiconductor is higher than that of the quaternary III-V group compound semiconductor. For further consideration, we make some realistic assumptions that reflect practical semiconductor optical devices and experimental deposition conditions.
【００５４】(１)結晶中において、窒素の原子数はＩｎ
原子数に比べて非常に少ない。実用的な光半導体デバイ
スを念頭に置くと、Ｇａ1-XＩｎXＮYＡｓ1-Y-ZＰZ半導
体において、組成比でＩｎはＸ＝０．３５であり、Ｎは
Ｙ＝０より大きく０．０５以下である。(1) In the crystal, the number of nitrogen atoms is In
Very small compared to the number of atoms. With a practical optical semiconductor device in mind, in the Ga 1-X In X N Y As 1-YZ P Z semiconductor, In is X = 0.35 and N is larger than Y = 0 and 0. It is less than or equal to 0.05.
【００５５】(２)このＧａ1-XＩｎXＮYＡｓ1-Y-ZＰZ半
導体では、インジウムと窒素とが直接結合する(Ｉｎ−
Ｎ結合)結合が、窒素と他のIII族元素との結合よりも安
定である。(2) In this Ga 1-X In X N Y As 1-YZ P Z semiconductor, indium and nitrogen are directly bonded (In-
N-bonds are more stable than bonds between nitrogen and other Group III elements.
【００５６】(３)窒素原子の原子半径は、他の元素の原
子半径に比べて非常に小さい。一方、Ｉｎ原子の原子半
径は、他の元素の原子半径に比べて大きい。故に、Ｇａ
ＩｎＮＡｓ半導体では、ミクロな描像では、窒素原子が
存在する領域では局所的に大きな歪みが生じている。窒
素とIII族原子(Ｉｎ)との結合距離が小さいので、この
局所的な歪みが、結晶格子を乱すように作用しており、
また結晶欠陥を生じさせている。(3) The atomic radius of nitrogen atom is much smaller than the atomic radii of other elements. On the other hand, the atomic radius of In atom is larger than the atomic radii of other elements. Therefore, Ga
In the InNAs semiconductor, a large distortion is locally generated in a region where nitrogen atoms are present in a microscopic image. Since the bond distance between nitrogen and the group III atom (In) is small, this local strain acts to disturb the crystal lattice,
In addition, crystal defects are generated.
【００５７】これらの仮定の下に、ＧａＡｓ結晶、Ｉｎ
Ｐ結晶、及びＩｎＮ結晶の原子間距離を求めると、
ＧａＡｓ結晶：０．２４５ナノメートル(２．４５オン
グストローム)
ＩｎＮ結晶： ０．２１５ナノメートル(２．１５オン
グストローム)
ＩｎＰ結晶： ０．２５４ナノメートル(２．５４オン
グストローム)
という値になる。Under these assumptions, GaAs crystal, In
The inter-atomic distance between the P crystal and the InN crystal is calculated as follows: GaAs crystal: 0.245 nanometer (2.45 angstrom) InN crystal: 0.215 nanometer (2.15 angstrom) InP crystal: 0.254 nanometer It becomes a value of (2.54 angstrom).
【００５８】Ｇａ1-XＩｎXＮYＡｓ1-Y-ZＰZ半導体にお
いて、結晶中に大量に存在する元素は、Ｇａ、Ｉｎ及び
Ａｓである。Ｇａ1-XＩｎXＮYＡｓ1-Y半導体膜は、多数
のＧａ−Ａｓ結合を含む一方で、非常に少数のＩｎ−Ｎ
結合を含む。このＧａ1-XＩｎXＮYＡｓ1-Y結晶に微量の
Ｐを加えると、Ｉｎ−Ｐ結合が生成される。Ｉｎ−Ｐ結
合の原子間距離は、Ｇａ−Ａｓ結合の原子間距離より大
きい。故に、Ｉｎ−Ｐ結合は、Ｉｎ−Ｎ結合により生じ
る局所的な歪みの一部を相殺して、歪みを低減する。In the Ga 1-X In X N Y As 1-YZ P Z semiconductor, the elements that exist in large amounts in the crystal are Ga, In and As. The Ga 1-X In X N Y As 1-Y semiconductor film contains a large number of Ga-As bonds, while having a very small number of In-N.
Including joins. When a small amount of P is added to this Ga 1-X In X N Y As 1-Y crystal, an In-P bond is generated. The interatomic distance of the In-P bond is larger than the interatomic distance of the Ga-As bond. Therefore, the In-P bond cancels a part of the local strain caused by the In-N bond, and reduces the strain.
【００５９】図８は、III族元素ＩｎとＶ族元素Ａｓ及
びＮとの結合、並びにIII族元素ＧａとＶ族元素Ａｓと
の結合を模式的に示す図面である。図８を参照すると、
ＩｎＡｓ3Ｎクラスタ６０、ＩｎＡｓ2ＮＰクラスタ６
２、ＩｎＡｓＮＰ2クラスタ６４、ＩｎＮＰ3クラスタ６
６、ＧａＡｓ3クラスタ６８、ＩｎＰ4クラスタ６９が示
されている。これらのクラスタにおいて、Ａｓ原子がＰ
原子により置換されるにつれて、クラスタのサイズが順
に小さくなっている。FIG. 8 is a drawing schematically showing the bond between the group III element In and the group V elements As and N, and the bond between the group III element Ga and the group V element As. Referring to FIG.
InAs 3 N cluster 60, InAs 2 NP cluster 6
2, InAsNP 2 cluster 64, InNP 3 cluster 6
6, a GaAs 3 cluster 68 and an InP 4 cluster 69 are shown. In these clusters, the As atom is P
As atoms are replaced, the size of clusters decreases in sequence.
【００６０】構成原子の平均原子間距離という指標を用
いてクラスタのサイズの変化を見積もると、
ＧａＡｓ3クラスタ： ０．２４５ナノメートル(２．
４５オングストローム)
ＩｎＡｓ4クラスタ： ０．２６０ナノメートル(２．
６０オングストローム)
ＩｎＡｓ3Ｎクラスタ： ０．２４９ナノメートル(２．
４９オングストローム)
ＩｎＡｓ2ＮＰクラスタ：０．２４７ナノメートル(２．
４７オングストローム)
ＩｎＡｓＮＰ2クラスタ：０．２４６ナノメートル(２．
４６オングストローム)
ＩｎＮＰ3クラスタ： ０．２４４ナノメートル(２．
４４オングストローム)
ＩｎＰ4クラスタ： ０．２５４ナノメートル(２．
５４オングストローム)
となる。When the change in cluster size is estimated using the index of the average interatomic distance of the constituent atoms, GaAs 3 cluster: 0.245 nanometer (2.
45 Å) InAs 4 clusters: 0.260 nanometers (2.
60 Å) InAs 3 N cluster: 0.249 nanometer (2.
49 Å) InAs 2 NP cluster: 0.247 nm (2.
47 Å) InAsNP 2 cluster: 0.246 nanometer (2.
46 Å) InNP 3 cluster: 0.244 nanometer (2.
44 Å) InP 4 cluster: 0.254 nm (2.
54 angstroms).
【００６１】つまり、ＩｎＡｓXＮＰ3-Xクラスタにおい
て一または複数のＡｓ原子がＰ原子により置換されるに
つれて、置換原子を含むクラスタの平均原子間距離がＧ
ａＡｓ3クラスタにおける平均原子間距離に近づいてい
く。図８から、窒素により引き起こされていた局所的な
歪みは、構成元素としてＰを加えることにより小さくな
ることが視覚的に理解される。また、燐元素は、III−
Ｖ族化合物半導体の構成元素でありｐ型及びｎ型不純物
ではないので、電気的な性質には影響を与えない。ま
た、燐原子の添加量は少ないので、ホスト結晶のバンド
構造に大きな影響を与えることはない。That is, as one or more As atoms are replaced by P atoms in the InAs X NP 3-X cluster, the average interatomic distance of the cluster containing the substituted atoms becomes G
It approaches the average interatomic distance in the aAs 3 cluster. From FIG. 8, it is visually understood that the local strain caused by nitrogen is reduced by adding P as a constituent element. The phosphorus element is III-
Since it is a constituent element of the group V compound semiconductor and is not a p-type or n-type impurity, it does not affect the electrical properties. Further, since the amount of phosphorus atoms added is small, it does not have a great influence on the band structure of the host crystal.
【００６２】図９は、ＩｎＡｓXＮＰ3-X(Ｘ＝１〜３)ク
ラスタにおける窒素原子の結合エネルギと、このクラス
タ中のＰ原子の数との関係を示す図面である。図９に示
された特性曲線は、燐原子に置換された砒素原子の数が
増加すると、窒素とインジウムとの結合エネルギが増加
することを示している。結合エネルギの増加は、窒素と
インジウムとの結合が強固になることを意味する。つま
り、III族元素としてガリウム及びインジウムとＶ族元
素として砒素、燐及び窒素とを含むIII−Ｖ族化合物半
導体膜において、ＩｎＰとＩｎＮとの混晶比は０より大
きければ、ＩｎＰ半導体とＩｎＮ半導体との混晶の組み
合わせにより得られるクラスタの平均原子間距離をＧａ
とＡｓとの原子間距離に近づけることができる。これに
より、III−Ｖ族化合物半導体膜の結晶性が向上され
る。III−Ｖ族化合物半導体膜では、ＩｎＰとＩｎＮと
の混晶比は３以下であれば、窒素とインジウムとの結合
を強固にできる。ＩｎＰとＩｎＮとの混晶比が４以下で
あれば、結晶欠陥が発生しない程度に結晶歪みを小さく
できる。混晶比が４程度以下であれば、発光波長の燐濃
度依存性が十分に小さい。混晶比が５以上になると、発
光波長の燐濃度依存性が大きくなり、発光波長が短波長
領域にシフトする。さらに、ＩｎＰ4クラスタもＧａＩ
ｎＮＡｓＰ半導体中においては、結晶歪みを補償するよ
うに作用する。FIG. 9 is a drawing showing the relationship between the binding energy of nitrogen atoms in the InAs X NP 3-X (X = 1 to 3) cluster and the number of P atoms in this cluster. The characteristic curve shown in FIG. 9 shows that as the number of arsenic atoms substituted with phosphorus atoms increases, the binding energy between nitrogen and indium increases. An increase in bond energy means that the bond between nitrogen and indium becomes stronger. That is, in a III-V group compound semiconductor film containing gallium and indium as group III elements and arsenic, phosphorus and nitrogen as group V elements, if the mixed crystal ratio of InP and InN is larger than 0, the InP semiconductor and the InN semiconductor are shown. The average interatomic distance of the cluster obtained by the combination of
Can be made closer to the interatomic distance between As and As. This improves the crystallinity of the III-V compound semiconductor film. In the III-V group compound semiconductor film, if the mixed crystal ratio of InP and InN is 3 or less, the bond between nitrogen and indium can be strengthened. When the mixed crystal ratio of InP and InN is 4 or less, the crystal strain can be reduced to the extent that crystal defects do not occur. When the mixed crystal ratio is about 4 or less, the dependence of the emission wavelength on the phosphorus concentration is sufficiently small. When the mixed crystal ratio is 5 or more, the dependence of the emission wavelength on the phosphorus concentration increases, and the emission wavelength shifts to the short wavelength region. Furthermore, the InP 4 cluster is also GaI
In the nNAsP semiconductor, it acts to compensate for crystal strain.
【００６３】さらに、III−Ｖ族化合物半導体膜は、単
一の窒素原子及び一又は複数の燐原子と結合するインジ
ウム原子を含む。III−Ｖ族化合物半導体膜では、Ｉｎ
原子、Ａｓ原子および窒素原子からなるクラスタにおい
てＡｓ原子を一または複数のＰ原子に置換することによ
り生成されるクラスタの平均原子間距離をＧａとＡｓと
の原子間距離に近づけることができる。インジウムと窒
素との結合は、ＩｎＮＰ3クラスタにおいてもっとも強
固になる。窒素と燐との組成比の最適値は１：３であ
る。故に、窒素と燐との組成比(モル比)の好適な範囲
は、０より大きいことであり、また４以下であることで
ある。窒素と燐との組成比が４以下であれば、結晶欠陥
が生じない程度に結晶歪みを小さくできる。Furthermore, the III-V compound semiconductor film contains a single nitrogen atom and an indium atom bonded to one or more phosphorus atoms. In the III-V group compound semiconductor film, In
The average interatomic distance of a cluster formed by substituting one or more P atoms for an As atom in a cluster consisting of atoms, As atoms, and nitrogen atoms can be brought close to the interatomic distance between Ga and As. The bond between indium and nitrogen is strongest in the InNP 3 cluster. The optimum value of the composition ratio of nitrogen and phosphorus is 1: 3. Therefore, the preferred range of the composition ratio (molar ratio) of nitrogen and phosphorus is greater than 0 and 4 or less. When the composition ratio of nitrogen and phosphorus is 4 or less, crystal strain can be reduced to the extent that crystal defects do not occur.
【００６４】これまでの説明から理解されるように、窒
素と燐との組合せてＩｎＰとＩｎＮとの混晶を形成する
ことは、結晶の歪みを低減するために有効であることを
示している。図３〜図５に示されたＰＬスペクトルの結
果は、混晶比ＩｎＰ／ＩｎＮ＝０．１程度と小さくて
も、燐(Ｐ)の添加は結晶性の向上に役立つことを示して
いる。また、発明者の検討結果は、この混晶比が更に大
きな領域でも結晶歪みを低減することを示している。As can be understood from the above description, forming a mixed crystal of InP and InN by combining nitrogen and phosphorus is effective for reducing crystal strain. . The results of the PL spectra shown in FIGS. 3 to 5 show that the addition of phosphorus (P) helps improve the crystallinity even when the mixed crystal ratio InP / InN is as small as about 0.1. Further, the results of the study by the inventor have shown that the crystal strain is reduced even in the region where the mixed crystal ratio is larger.
【００６５】(第３の実施の形態)発明者らは、第１の実
施の形態において実現されたIII−Ｖ族化合物半導体膜
を引き続いて説明する半導体光デバイスに使用できると
考えている。(Third Embodiment) The inventors believe that the III-V group compound semiconductor film realized in the first embodiment can be used in a semiconductor optical device which will be described subsequently.
【００６６】図１０は、ＤＦＢ型半導体レーザ素子を含
む半導体光集積素子を示す図面である。半導体光集積素
子７０は、所定の軸に沿って配置された発光素子部７０
ａ、素子分離部７０ｂ及び変調素子部７０ｃを含む。素
子分離部７０ｂは、発光素子部７０ａと変調素子部７０
ｃとの間に設けられている。発光素子部７０ａは、ＤＦ
Ｂ型半導体レーザ素子の構造を備える。変調素子部７０
ｃは、素子分離部７０ｂを介して発光素子部７０ａに光
学的に結合され、ＥＡ型変調素子の構造を備える。変調
素子部７０ｃは、駆動信号に応答して発光素子部７０ａ
からの光を変調する。FIG. 10 is a view showing a semiconductor optical integrated device including a DFB type semiconductor laser device. The semiconductor optical integrated device 70 includes a light emitting device unit 70 arranged along a predetermined axis.
a, an element isolation section 70b, and a modulation element section 70c. The element separating section 70b includes a light emitting element section 70a and a modulation element section 70b.
It is provided between c and. The light emitting element portion 70a is a DF
The structure of a B-type semiconductor laser device is provided. Modulation element section 70
The element c is optically coupled to the light emitting element portion 70a through the element isolation portion 70b and has a structure of an EA type modulation element. The modulation element section 70c responds to the drive signal by emitting the light emitting element section 70a.
Modulates the light from.
【００６７】発光素子部７０ａは、ｎ型III−Ｖ族半導
体層７４ａと、第１の光ガイド層７６ａと、ＧａＩｎＮ
ＡｓＰ活性層７８ａと、第２の光ガイド層８０ａと、ｐ
型III−Ｖ族半導体層８２ａと、ｐ型III−Ｖ族半導体層
８４と、ｐ型III−Ｖ族半導体コンタクト層８６ａとを
備える。これらの半導体層は、基板７２上に順に設けら
れている。発光素子部７０ａは、ｐ型III−Ｖ族半導体
コンタクト層８６ａ上に設けられたアノード電極８８ａ
と、基板７２の裏面の設けられたカソード電極９０とを
備える。発光素子部７０ａにおいて、ｎ型III−Ｖ族半
導体層７４ａおよびｐ型III−Ｖ族半導体層８２ａの屈
折率は、第１の光ガイド層７６ａ、活性層７８ａ及び第
２の光ガイド層８０ａの屈折率より小さい。第１及び第
２の光ガイド層７６ａ、８０ａのフォトルミネッセンス
波長の各々は、活性層７８ａのフォトルミネッセンス波
長よりも短い。発光素子部７０ａにおいて、光ガイド層
とクラッド層との間(本実施例では、第２の光ガイド層
８０ａとｐ型III−Ｖ族半導体層８２ａとの間) に回折
格子９２を備える。The light emitting element section 70a includes an n-type III-V group semiconductor layer 74a, a first light guide layer 76a, and GaInN.
AsP active layer 78a, second light guide layer 80a, p
A type III-V group semiconductor layer 82a, a p-type III-V group semiconductor layer 84, and a p-type III-V group semiconductor contact layer 86a are provided. These semiconductor layers are sequentially provided on the substrate 72. The light emitting element section 70a includes the anode electrode 88a provided on the p-type III-V semiconductor contact layer 86a.
And a cathode electrode 90 provided on the back surface of the substrate 72. In the light emitting element section 70a, the refractive indices of the n-type III-V group semiconductor layer 74a and the p-type III-V group semiconductor layer 82a are the same as those of the first light guide layer 76a, the active layer 78a, and the second light guide layer 80a. It is smaller than the refractive index. Each of the photoluminescence wavelengths of the first and second light guide layers 76a and 80a is shorter than the photoluminescence wavelength of the active layer 78a. In the light emitting element section 70a, a diffraction grating 92 is provided between the light guide layer and the cladding layer (in the present embodiment, between the second light guide layer 80a and the p-type III-V group semiconductor layer 82a).
【００６８】変調素子部７０ｃは、ｎ型III−Ｖ族半導
体層７４ｂと、第１の光ガイド層７６ｂと、ＧａＩｎＮ
ＡｓＰ活性層７８ｂと、第２の光ガイド層８０ｂと、ｐ
型III−Ｖ族半導体層８２ｂと、ｐ型III−Ｖ族半導体層
８４と、ｐ型III−Ｖ族半導体コンタクト層８６ｂとを
備える。これらの半導体層は、基板７２上に設けられて
いる。変調素子部７０ｃは、ｐ型III−Ｖ族半導体コン
タクト層８６ｂ上に設けられたアノード電極８８ｂと、
基板７２の裏面の設けられたカソード電極９０とを備え
る。カソード電極９０は、発光素子部７０ａ及び変調素
子部７０ｂに共用している。変調素子部７０ｃにおい
て、ｎ型III−Ｖ族半導体層７４ｂおよびｐ型III−Ｖ族
半導体層８２ｂの屈折率は、第１の光ガイド層７６ｂ、
活性層７８ｂ及び第２の光ガイド層８０ｂの屈折率より
小さい。第１及び第２の光ガイド層７６ｂ、８０ｂのフ
ォトルミネッセンス波長の各々は、活性層７８ｂのフォ
トルミネッセンス波長よりも短い。The modulation element portion 70c includes an n-type III-V group semiconductor layer 74b, a first optical guide layer 76b, and GaInN.
AsP active layer 78b, second light guide layer 80b, p
The semiconductor device includes a type III-V group semiconductor layer 82b, a p-type III-V group semiconductor layer 84, and a p-type III-V group semiconductor contact layer 86b. These semiconductor layers are provided on the substrate 72. The modulation element section 70c includes an anode electrode 88b provided on the p-type III-V semiconductor contact layer 86b,
And a cathode electrode 90 provided on the back surface of the substrate 72. The cathode electrode 90 is shared by the light emitting element section 70a and the modulation element section 70b. In the modulation element section 70c, the refractive index of the n-type III-V group semiconductor layer 74b and the p-type III-V group semiconductor layer 82b is the first light guide layer 76b,
It is smaller than the refractive indexes of the active layer 78b and the second light guide layer 80b. Each of the photoluminescence wavelengths of the first and second light guide layers 76b and 80b is shorter than the photoluminescence wavelength of the active layer 78b.
【００６９】図１１は、ファブリペロー型半導体レーザ
素子を含む半導体光集積素子を示す図面である。半導体
光集積素子１００は、所定の軸に沿って配置された発光
素子部１００ａ、素子分離部１００ｂおよび変調素子部
１００ｃを含む。素子分離部１００ｂは、発光素子部１
００ａと変調素子部１００ｃとの間に設けられている。
発光素子部１００ａは、ファブリペロー型半導体レーザ
素子の構造を備える。変調素子部１００ｃは、素子分離
部１００ｂを介して発光素子部１００ａに光学的に結合
されており、ＥＡ型変調素子の構造を備える。FIG. 11 is a drawing showing a semiconductor optical integrated device including a Fabry-Perot type semiconductor laser device. The semiconductor optical integrated device 100 includes a light emitting device section 100a, an element separation section 100b, and a modulation element section 100c arranged along a predetermined axis. The element isolation portion 100b is the light emitting element portion 1
00a and the modulation element section 100c.
The light emitting element section 100a has a structure of a Fabry-Perot type semiconductor laser element. The modulation element section 100c is optically coupled to the light emitting element section 100a via the element separation section 100b, and has a structure of an EA type modulation element.
【００７０】発光素子部１００ａは、ｎ型III−Ｖ族半
導体層１０４ａ、第１の光ガイド層１０６ａ、ＧａＩｎ
ＮＡｓＰ活性層１０８ａ、第２の光ガイド層１１０ａ、
ｐ型III−Ｖ族半導体層１１２ａ、ｐ型III−Ｖ族半導体
層１１４、及びｐ型III−Ｖ族半導体コンタクト層１１
６ａを備える。これらの半導体層は、基板１０２上に設
けられている。発光素子部１００ａは、ｐ型III−Ｖ族
半導体コンタクト層１０６ａ上に設けられたアノード電
極１１８ａと、基板１０２の裏面の設けられたカソード
電極１２０とを備える。発光素子部１００ａにおいて、
ｎ型III−Ｖ族半導体層１０４ａおよびｐ型III−Ｖ族半
導体層１１２ａの屈折率は、第１の光ガイド層１０６
ａ、活性層１０８ａ及び第２の光ガイド層１１０ａの屈
折率より小さい。第１及び第２の光ガイド層１０６ａ、
１１０ａのフォトルミネッセンス波長の各々は、活性層
１０８ａのフォトルミネッセンス波長よりも短い。The light emitting device section 100a includes an n-type III-V group semiconductor layer 104a, a first light guide layer 106a, and GaIn.
NAsP active layer 108a, second light guide layer 110a,
p-type III-V group semiconductor layer 112a, p-type III-V group semiconductor layer 114, and p-type III-V group semiconductor contact layer 11
6a. These semiconductor layers are provided on the substrate 102. The light emitting element section 100a includes an anode electrode 118a provided on the p-type III-V semiconductor contact layer 106a and a cathode electrode 120 provided on the back surface of the substrate 102. In the light emitting element section 100a,
The refractive index of the n-type III-V group semiconductor layer 104a and the p-type III-V group semiconductor layer 112a is determined by the first light guide layer 106.
a, smaller than the refractive indexes of the active layer 108a and the second light guide layer 110a. The first and second light guide layers 106a,
Each of the photoluminescence wavelengths of 110a is shorter than the photoluminescence wavelength of active layer 108a.
【００７１】変調素子部１００ｃは、ｎ型III−Ｖ族半
導体層１０４ｂ、第１の光ガイド層１０６ｂ、ＧａＩｎ
ＮＡｓＰ活性層１０８ｂ、第２の光ガイド層１１０ｂ、
ｐ型III−Ｖ族半導体層１１２ｂ、ｐ型III−Ｖ族半導体
層１１４、及びｐ型III−Ｖ族半導体コンタクト層１１
６ｂを備える。これらの半導体層は、基板１０２上に設
けられている。変調素子部１００ｃは、ｐ型III−Ｖ族
半導体コンタクト層１１６ｂ上に設けられたアノード電
極１１８ｂと、基板１０２の裏面の設けられたカソード
電極１２０とを備える。カソード電極１２０は、発光素
子部１００ａ及び変調素子部１００ｃに共通に設けられ
ている。変調素子部１００ｃでは、ｎ型III−Ｖ族半導
体層１０４ｂおよびｐ型III−Ｖ族半導体層１１２ｂの
屈折率は、第１の光ガイド層１０６ｂ、活性層１０８ｂ
及び第２の光ガイド層１１０ｂの屈折率より小さい。第
１及び第２の光ガイド層１０６ｂ、１１０ｂのフォトル
ミネッセンス波長の各々は、活性層１０８ｂのフォトル
ミネッセンス波長よりも短い。The modulation element section 100c includes the n-type III-V group semiconductor layer 104b, the first light guide layer 106b, and GaIn.
NAsP active layer 108b, second light guide layer 110b,
p-type III-V group semiconductor layer 112b, p-type III-V group semiconductor layer 114, and p-type III-V group semiconductor contact layer 11
6b. These semiconductor layers are provided on the substrate 102. The modulation element section 100c includes an anode electrode 118b provided on the p-type III-V group semiconductor contact layer 116b and a cathode electrode 120 provided on the back surface of the substrate 102. The cathode electrode 120 is provided commonly to the light emitting element section 100a and the modulation element section 100c. In the modulation element section 100c, the refractive indices of the n-type III-V group semiconductor layer 104b and the p-type III-V group semiconductor layer 112b are determined by the first light guide layer 106b and the active layer 108b.
And smaller than the refractive index of the second light guide layer 110b. Each of the photoluminescence wavelengths of the first and second light guide layers 106b and 110b is shorter than the photoluminescence wavelength of the active layer 108b.
【００７２】図１０及び図１１の半導体光集積素子にお
いては、発光素子部及び変調素子部の材料の組成は、発
光素子部の活性層のフォトルミネッセンス波長が変調素
子部のフォトルミネッセンス波長よりも長くなるように
決定されている。また、分離素子部においては、コンタ
クト層が設けられていない。故に、分離素子部は、発光
素子部と変調素子部との分離抵抗を大きくするために役
立っている。In the semiconductor optical integrated device of FIGS. 10 and 11, the composition of the materials of the light emitting element part and the modulation element part is such that the photoluminescence wavelength of the active layer of the light emitting element part is longer than the photoluminescence wavelength of the modulation element part. Has been decided to be. Moreover, no contact layer is provided in the isolation element portion. Therefore, the separation element section serves to increase the separation resistance between the light emitting element section and the modulation element section.
【００７３】図１０及び図１１では光集積素子が記載さ
れているけれども、単独の半導体レーザ素子および単独
の半導体変調素子といった半導体光素子にもＧａＩｎＮ
ＡｓＰ半導体層を使用できる。Although an integrated optical device is shown in FIGS. 10 and 11, GaInN is also used in semiconductor optical devices such as a single semiconductor laser device and a single semiconductor modulation device.
An AsP semiconductor layer can be used.
【００７４】図１０及び図１１に示された半導体光集積
素子は、図１に示された有機金属気相成長装置１を用い
て製造できる。この半導体光集積素子の発光素子部およ
び変調素子部は、図６に示された半導体装置と類似の構
造を備えている。故に、発光素子部および変調素子部の
構造は、成膜条件を示すレシピを所望のように変更する
ことにより得ることができる。The semiconductor optical integrated device shown in FIGS. 10 and 11 can be manufactured using the metal-organic chemical vapor deposition apparatus 1 shown in FIG. The light emitting element section and the modulation element section of this semiconductor optical integrated element have a structure similar to that of the semiconductor device shown in FIG. Therefore, the structures of the light emitting element section and the modulation element section can be obtained by changing the recipe indicating the film forming conditions as desired.
【００７５】図１２(ａ)は、半導体光集積素子の構造を
示す図面である。図１２(ｂ)は、半導体光集積素子の層
構造により得られるバンドダイアグラムを示す図面であ
る。バンドダイアグラムは、伝導帯のエッジを表すＥｃ
及び価電子帯のエッジを表すＥｖを示している。図１２
(ｂ)に示されるように、半導体光集積素子１２２の活性
層は量子井戸構造を有する。活性層１２４は、ｎ型クラ
ッド層１３０とｐ型クラッド層１３２との間に設けられ
ている。活性層１２４とｎ型クラッド層１３０との間に
は、光ガイド層１２６が設けられている。活性層１２４
とｐ型クラッド層１３２との間には、光ガイド層１２８
が設けられている。活性層１２４は、いくつかの井戸層
１２４ａと、いくつかの障壁層１２４とを備える。各障
壁層１２４は、井戸層１２４ａの間に位置している。本
実施の形態では、井戸層１２４ａはＧａＩｎＮＡｓＰ半
導体からなり、障壁層１２４ｂはＧａＡｓ半導体からな
る。FIG. 12A is a view showing the structure of the semiconductor optical integrated device. FIG. 12B is a drawing showing a band diagram obtained by the layer structure of the semiconductor optical integrated device. The band diagram is Ec, which represents the edge of the conduction band.
And Ev representing the edge of the valence band. 12
As shown in (b), the active layer of the semiconductor optical integrated device 122 has a quantum well structure. The active layer 124 is provided between the n-type cladding layer 130 and the p-type cladding layer 132. An optical guide layer 126 is provided between the active layer 124 and the n-type cladding layer 130. Active layer 124
Between the p-type cladding layer 132 and the p-type cladding layer 132.
Is provided. The active layer 124 comprises a number of well layers 124a and a number of barrier layers 124. Each barrier layer 124 is located between the well layers 124a. In the present embodiment, the well layer 124a is made of GaInNAsP semiconductor and the barrier layer 124b is made of GaAs semiconductor.
【００７６】井戸層にＧａＩｎＮＡｓＰ層を用いると共
に障壁層にＧａＡｓ層を用いることにより、量子井戸構
造において組成及び膜厚の均一性向上される。故に、量
子井戸構造の周期性のゆらぎを小さくできる。また、障
壁層と井戸層との界面の平坦性も改善される。ＧａＩｎ
ＮＡｓＰ膜を半導体発光素子に適用すれば、発振波長の
温度変化が低減される。ＧａＩｎＮＡｓＰ膜を半導体変
調素子に適用すれば、消光比が改善される。By using the GaInNAsP layer as the well layer and the GaAs layer as the barrier layer, the uniformity of the composition and the film thickness is improved in the quantum well structure. Therefore, fluctuations in the periodicity of the quantum well structure can be reduced. Also, the flatness of the interface between the barrier layer and the well layer is improved. GaIn
When the NAsP film is applied to the semiconductor light emitting device, the temperature change of the oscillation wavelength is reduced. When the GaInNAsP film is applied to the semiconductor modulator, the extinction ratio is improved.
【００７７】好適な実施の形態において本発明の原理を
図示し説明してきたが、当業者は、そのような原理から
逸脱することなく配置および詳細において本発明を変更
できることを認識できる。例えば、半導体膜を成長する
原料ガスは、実施の形態に記載したものに限定されず、
III族原料としてトリメチルガリウム等、Ｖ族原料とし
てトリメチル砒素、アルシン(ＡｓＨ3)及びヒドラジン
等を使用できる。したがって、特許請求の範囲およびそ
の精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請
求する。While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiment, those skilled in the art will recognize that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. For example, the source gas for growing the semiconductor film is not limited to those described in the embodiment,
Trimethylgallium or the like can be used as the group III raw material, and trimethylarsenic, arsine (AsH 3 ) or hydrazine or the like can be used as the group V raw material. We therefore claim all modifications and variations coming within the scope and spirit of the claims.
【００７８】[0078]
【発明の効果】以上説明したように、良好な結晶性を有
する五元III−Ｖ族化合物半導体膜、この半導体膜を含
む半導体光素子、III−Ｖ族化合物半導体膜を形成する
方法が提供された。As described above, a quinary III-V compound semiconductor film having good crystallinity, a semiconductor optical device including this semiconductor film, and a method for forming a III-V compound semiconductor film are provided. It was
【図１】図１は、本実施の形態に係わる五元III−Ｖ族
化合物半導体膜を成長するための有機金属気相成長装置
を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a metal-organic vapor phase epitaxy apparatus for growing a pentan III-V group compound semiconductor film according to the present embodiment.
【図２】図２は、図１に示された有機金属気相成長装置
を用いて成長された半導体多層膜を有する半導体装置を
示す図面である。FIG. 2 is a drawing showing a semiconductor device having a semiconductor multilayer film grown using the metal-organic vapor phase epitaxy device shown in FIG.
【図３】図３は、フォトルミネッセンススペクトルを示
すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a photoluminescence spectrum.
【図４】図４は、ＰＬスペクトルピーク強度と燐濃度と
の関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between PL spectrum peak intensity and phosphorus concentration.
【図５】図５は、ＰＬスペクトルピーク強度とピーク波
長との関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between PL spectrum peak intensity and peak wavelength.
【図６】図６は、図１に示された有機金属気相成長装置
を用いて成長された半導体多層膜を有する半導体装置を
示す図面である。6 is a drawing showing a semiconductor device having a semiconductor multilayer film grown using the metal-organic chemical vapor deposition apparatus shown in FIG.
【図７】図７は、図６に示された半導体装置に含まれる
多層半導体膜を形成する方法を表すフローチャートであ
る。7 is a flowchart showing a method of forming a multilayer semiconductor film included in the semiconductor device shown in FIG.
【図８】図８は、III族元素ＩｎとＶ族元素Ａｓ及びＮ
との結合、並びにIII族元素ＧａとＶ族元素Ａｓとの結
合を模式的に示す図面である。FIG. 8 is a group III element In and a group V element As and N;
3 is a drawing schematically showing a bond between a group III element Ga and a group V element As.
【図９】図９は、ＩｎＡｓXＮＰ3-X(Ｘ＝１〜３)クラス
タにおける窒素原子の結合エネルギと、このクラスタ中
のＰ原子の数との関係を示す図面である。FIG. 9 is a drawing showing the relationship between the binding energy of nitrogen atoms in the InAs X NP 3-X (X = 1 to 3) cluster and the number of P atoms in this cluster.
【図１０】図１０は、ＤＦＢ半導体レーザ素子を含む半
導体光集積素子を示す図面である。FIG. 10 is a drawing showing a semiconductor optical integrated device including a DFB semiconductor laser device.
【図１１】図１１は、ファブリペロー半導体レーザ素子
を含む半導体光集積素子を示す図面である。FIG. 11 is a drawing showing a semiconductor optical integrated device including a Fabry-Perot semiconductor laser device.
【図１２】図１２(ａ)は、半導体光集積素子の層構造を
示す図面である。図１２(ｂ)は、半導体光集積素子の層
構造により得られるバンドダイアグラムを示す図面であ
る。FIG. 12 (a) is a drawing showing a layer structure of a semiconductor optical integrated device. FIG. 12B is a drawing showing a band diagram obtained by the layer structure of the semiconductor optical integrated device.
１…有機金属気相成長装置、３５、４０…半導体装置、
３６…基板、３７…アンドープＧａＡｓ層、３８…アン
ドープＧａＩｎＮＡｓＰ層、３９…アンドープＧａＡｓ
層、４２…半導体基板、４４…バッファ層、４６…第１
のクラッド層、４８…第１の光ガイド層、５０…活性
層、５２…第２の光ガイド層、５４…第２のクラッド
層、５６…キャップ層、７０…半導体光集積素子、７０
ａ…発光素子部、７０ｂ…素子分離部、７０ｃ…変調素
子部、１００…半導体光集積素子、１００ａ…発光素子
部、１００ｂ…素子分離部、１００ｃ…変調素子部1 ... Organometallic vapor phase epitaxy apparatus, 35, 40 ... Semiconductor device,
36 ... Substrate, 37 ... Undoped GaAs layer, 38 ... Undoped GaInNAsP layer, 39 ... Undoped GaAs
Layer, 42 ... Semiconductor substrate, 44 ... Buffer layer, 46 ... First
Clad layer, 48 ... First light guide layer, 50 ... Active layer, 52 ... Second light guide layer, 54 ... Second clad layer, 56 ... Cap layer, 70 ... Semiconductor optical integrated device, 70
a ... Light emitting element section, 70b ... Element separating section, 70c ... Modulating element section, 100 ... Semiconductor optical integrated element, 100a ... Light emitting element section, 100b ... Element separating section, 100c ... Modulating element section
フロントページの続き (72)発明者 山田 隆史 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 本 昭浩 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 澤村 明賢 大阪府大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 勝山 造 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 高橋 光男 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 Ｆターム(参考） 4K030 AA11 BA08 BA11 BA25 BA38 BA51 CA04 FA10 HA03 HA04 JA06 LA14 5F045 AA04 AB18 AC07 AF03 AF04 BB12 BB16 CA12 DA53 DP04 DQ06 EE03 EE04 5F073 AA64 AA73 AA74 AB21 CA02 CA20 CB02 CB04 DA05 Continued front page (72) Inventor Takashi Yamada Sumitomo, 1-1 1-1 Koyokita, Itami City, Hyogo Prefecture Electric Industry Co., Ltd. Itami Works (72) Inventor Akihiro Sumitomo, 1-1 1-1 Koyokita, Itami City, Hyogo Prefecture Electric Industry Co., Ltd. Itami Works (72) Inventor Akiken Sawamura 1-3-3 Shimaya, Konohana-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Sumitomo Electric Industries, Ltd. Osaka Works (72) Inventor, Katsuyama Sumitomoden 1 Taya-cho, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Ki Industry Co., Ltd. Yokohama Works (72) Inventor Mitsuo Takahashi Sumitomoden 1 Taya-cho, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Ki Industry Co., Ltd. Yokohama Works F-term (reference) 4K030 AA11 BA08 BA11 BA25 BA38 BA51 CA04 FA10 HA03 HA04 JA06 LA14 5F045 AA04 AB18 AC07 AF03 AF04 BB12 BB16 CA12 DA53 DP04 DQ06 EE03 EE04 5F073 AA64 AA73 AA74 AB21 CA02 CA20 CB02 CB04 DA05
Claims (16)
ムを含むと共にＶ族元素として砒素、燐及び窒素を含み
基板上に設けられたIII−Ｖ族化合物半導体膜であっ
て、 ＩｎＰとＩｎＮとの混晶比(ＩｎＰ／ＩｎＮ)は０より大
きい、III−Ｖ族化合物半導体膜。1. A III-V compound semiconductor film containing gallium and indium as a group III element and containing arsenic, phosphorus and nitrogen as a group V element and provided on a substrate, which is a mixed crystal of InP and InN. A III-V compound semiconductor film having a ratio (InP / InN) of greater than 0.
ｎＮ)は４以下である、請求項１に記載のIII−Ｖ族化合
物半導体膜。2. A mixed crystal ratio of InP and InN (InP / I
The III-V compound semiconductor film according to claim 1, wherein nN) is 4 or less.
ムを含むと共に、Ｖ族元素として砒素、燐及び窒素を含
み基板上に設けられたIII−Ｖ族化合物半導体膜であっ
て、 前記III−Ｖ族化合物半導体膜は、窒素原子及び燐原子
と結合するインジウム原子を含む、III−Ｖ族化合物半
導体膜。3. A III-V group compound semiconductor film which contains gallium and indium as a group III element and contains arsenic, phosphorus and nitrogen as a group V element and is provided on a substrate, wherein the group III-V compound is The semiconductor film is a III-V group compound semiconductor film containing indium atoms bonded to nitrogen atoms and phosphorus atoms.
基板の少なくともいずれかである、請求項１〜請求項３
のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体膜。4. The substrate according to claim 1, wherein the substrate is at least one of a GaAs substrate and a silicon substrate.
III-V group compound semiconductor film in any one of these.
間に設けられた第１の活性層とを備え、 前記第１の活性層は、III族元素としてガリウム及びイ
ンジウムを含むと共にＶ族元素として砒素、燐及び窒素
を含み前記基板上に設けられたIII−Ｖ族化合物半導体
層を含み、 前記III−Ｖ族化合物半導体層において、ＩｎＰとＩｎ
Ｎとの混晶比(ＩｎＰ／ＩｎＮ)は０より大きく４以下で
ある、半導体光素子。5. A substrate, a first p-type semiconductor layer provided on the substrate, a first n-type semiconductor layer provided on the substrate, the first p-type semiconductor layer, and the first p-type semiconductor layer. A first active layer provided between the first active layer and the first n-type semiconductor layer, wherein the first active layer contains gallium and indium as group III elements and arsenic, phosphorus and nitrogen as group V elements. Including a III-V group compound semiconductor layer provided on the substrate, wherein InP and In are included in the III-V group compound semiconductor layer.
A semiconductor optical device having a mixed crystal ratio with N (InP / InN) of more than 0 and 4 or less.
間に設けられた第１の活性層とを備え、 前記第１の活性層は、III族元素としてガリウム及びイ
ンジウムを含むと共にＶ族元素として砒素、燐及び窒素
を含み前記基板上に設けられたIII−Ｖ族化合物半導体
層を含み、 前記III−Ｖ族化合物半導体層は、窒素原子及び燐原子
と結合するインジウム原子を含む、半導体光素子。6. A substrate, a first p-type semiconductor layer provided on the substrate, a first n-type semiconductor layer provided on the substrate, the first p-type semiconductor layer and the A first active layer provided between the first active layer and the first n-type semiconductor layer, wherein the first active layer contains gallium and indium as group III elements and arsenic, phosphorus and nitrogen as group V elements. And a III-V compound semiconductor layer provided on the substrate, the III-V compound semiconductor layer including an indium atom bonded to a nitrogen atom and a phosphorus atom.
基板の少なくともいずれかである、請求項５または請求
項６に記載の半導体光素子。7. The semiconductor optical device according to claim 5, wherein the substrate is at least one of a GaAs substrate and a silicon substrate.
ガリウムを含むと共にＶ族元素として砒素を含む別のII
I−Ｖ族化合物半導体層を更に備え、 前記III−Ｖ族化合物半導体層と前記別のIII−Ｖ族化合
物半導体層とは量子井戸構造を構成する、請求項５また
は請求項６に記載の半導体光素子。8. The second active layer further comprises gallium as a group III element and arsenic as a group V element.
7. The semiconductor according to claim 5, further comprising an I-V group compound semiconductor layer, wherein the III-V group compound semiconductor layer and the other III-V group compound semiconductor layer form a quantum well structure. Optical element.
体層と、 前記基板上に設けられた第２のｎ型半導体層と、 前記第２のｐ型半導体層と前記第２のｎ型半導体層との
間に設けられた第２の活性層とを更に備え、 前記第２の活性層は、III族元素としてガリウム及びイ
ンジウムを含むと共にＶ族元素として砒素、燐及び窒素
を含み前記基板上に設けられたIII−Ｖ族化合物半導体
層を含み、 前記第１の活性層は、半導体発光素子及び半導体変調素
子の一方のために設けられており、 前記第２の活性層は、半導体発光素子及び半導体変調素
子の他方のために設けられており、 前記第１及び第２の活性層は、互いに光学的に結合され
ている、請求項５〜請求項８のいずれかに記載の半導体
光素子。9. A second p-type semiconductor layer provided on the substrate, a second n-type semiconductor layer provided on the substrate, the second p-type semiconductor layer and the second and a second active layer provided between the n-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer, wherein the second active layer contains gallium and indium as group III elements and arsenic, phosphorus and nitrogen as group V elements. A group III-V compound semiconductor layer provided on the substrate, wherein the first active layer is provided for one of a semiconductor light emitting element and a semiconductor modulation element, and the second active layer is The semiconductor light emitting element and the semiconductor modulation element are provided for the other one, and the first and second active layers are optically coupled to each other. Semiconductor optical device.
合物半導体層において、ＩｎＰとＩｎＮとの混晶比(Ｉ
ｎＰ／ＩｎＮ)は０より大きく４以下である、請求項９
に記載の半導体光素子。10. The mixed crystal ratio (I) of InP and InN in the III-V compound semiconductor layer of the second active layer.
10. nP / InN) is greater than 0 and 4 or less.
The semiconductor optical device according to 1.
−Ｖ族化合物半導体層は、窒素原子及び燐原子と結合す
るインジウム原子を含む、請求項９に記載の半導体光素
子。11. The III active layer in the second active layer
10. The semiconductor optical device according to claim 9, wherein the group V compound semiconductor layer contains indium atoms bonded to nitrogen atoms and phosphorus atoms.
ス原料、窒素ソース原料、及び燐ソース原料を前記有機
金属気相成長装置に供給して、III族元素としてガリウ
ム及びインジウムを含むと共に、Ｖ族元素として砒素、
燐及び窒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体膜を形成する
工程とを備える方法。12. A method of forming a semiconductor film, comprising the step of placing a substrate in a metalorganic vapor phase epitaxy apparatus, and a gallium source material, an indium source material, an arsenic source material, a nitrogen source material, and a phosphorus source material. It is supplied to the metal-organic vapor phase epitaxy apparatus to contain gallium and indium as group III elements, and arsenic as group V elements,
Forming a III-V compound semiconductor film containing phosphorus and nitrogen.
ガリウムを含み、 前記インジウムソース原料はトリメチルインジウムを含
み、 前記砒素ソース原料はターシャリブチルアルシンを含
み、 前記燐ソース原料はターシャリブチルホスフィンを含
み、 前記窒素ソース原料は、ジメチルヒドラジンを含む、請
求項１２に記載の方法。13. The gallium source material contains triethylgallium, the indium source material contains trimethylindium, the arsenic source material contains tert-butylarsine, and the phosphorus source material contains tert-butylphosphine. 13. The method of claim 12, wherein the nitrogen source feedstock comprises dimethylhydrazine.
ン基板の少なくともいずれかである、請求項１２に記載
の方法。14. The method according to claim 12, wherein the substrate is at least one of a GaAs substrate and a silicon substrate.
て、ＩｎＰとＩｎＮとの混晶比(ＩｎＰ／ＩｎＮ)は０よ
り大きく４以下である、請求項１２〜請求項１４のいず
れかに記載の方法。15. The mixed crystal ratio (InP / InN) of InP and InN in the III-V compound semiconductor film is more than 0 and 4 or less, according to claim 12. Method.
素原子及び燐原子と結合するインジウム原子を含む、請
求項１２〜請求項１５のいずれかに記載の方法。16. The method according to claim 12, wherein the III-V compound semiconductor film contains indium atoms bonded to nitrogen atoms and phosphorus atoms.
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2008300735A (en) * | 2007-06-01 | 2008-12-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Method for manufacturing iii-v compound semiconductor optical element |
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2002
- 2002-03-26 JP JP2002086300A patent/JP4154907B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JP2008300735A (en) * | 2007-06-01 | 2008-12-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Method for manufacturing iii-v compound semiconductor optical element |
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