JP2003347232A - Method of manufacturing semiconductor and semiconductor element formed by the same - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor and semiconductor element formed by the same

Info

Publication number
JP2003347232A
JP2003347232A JP2002158678A JP2002158678A JP2003347232A JP 2003347232 A JP2003347232 A JP 2003347232A JP 2002158678 A JP2002158678 A JP 2002158678A JP 2002158678 A JP2002158678 A JP 2002158678A JP 2003347232 A JP2003347232 A JP 2003347232A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
gas
gainnas
layer
mixed crystal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002158678A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuya Akimoto
克弥 秋元
Kosuke Yokoyama
康祐 横山
Naoki Futakuchi
尚樹 二口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd filed Critical Hitachi Cable Ltd
Priority to JP2002158678A priority Critical patent/JP2003347232A/en
Publication of JP2003347232A publication Critical patent/JP2003347232A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method by which a semiconductor having a GaInNAs- based mixed-crystal semiconductor layer having a 1.3-μm light emitting wavelength band and a larger N composition as compared with a conventional one, and to provide a semiconductor element formed by the method. <P>SOLUTION: In the method of manufacturing the semiconductor, the semiconductor having at least one GaInNAs-based mixed-crystal semiconductor layer 34 composed of a mixed-crystal semiconductor containing Ga, In, N, and As elements as main components is manufactured on a III-V semiconductor substrate 31. At the time of growing the semiconductor layer 34 in a crystallized state by the metal-organic vapor phase growth method, at least part of a crystal growing step is performed in an atmosphere containing a halogen gas or a halogen compound gas 15. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の製造方法
及びそれを用いて形成した半導体素子に係り、特に、G
a、In、N、及びAsの元素を主成分とする混晶半導
体からなるGaInNAs系混晶半導体層を少なくとも
1層有する半導体の製造方法及びそれを用いて形成した
半導体素子に関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor and a semiconductor device formed by using the same.
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor having at least one GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer composed of a mixed crystal semiconductor containing a, In, N, and As elements as main components, and a semiconductor element formed by using the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、GaInNAsと呼ばれる、G
a、In、N、及びAsの4つの元素を主成分とする4
元混晶半導体が注目を集めている。GaInNAs系混
晶半導体は、In組成及びN組成を適切な値に調整する
ことで、石英系のシングルモード光ファイバにおいて波
長分散値が最小となる波長1.3μm帯の発光素子へと
応用することができ、大容量で、高速な光通信を実現す
るための次世代のデバイスとして期待されている。
2. Description of the Related Art In recent years, GInNAs,
4 mainly composed of four elements a, In, N, and As
Former mixed-crystal semiconductors are attracting attention. GaInNAs-based mixed crystal semiconductors can be applied to light emitting devices in the 1.3 μm wavelength band where the chromatic dispersion value is minimized in quartz-based single mode optical fibers by adjusting the In composition and N composition to appropriate values. It is expected as a next-generation device for realizing high-speed optical communication with large capacity.

【0003】発光波長1.3μmを実現できる半導体と
して、他にInP(インジウム燐)系混晶半導体が挙げ
られる。このInPについても研究が行われているが、
InP系混晶半導体と一般的によく用いられているGa
As基板とでは、格子定数が大きく異なるため、InP
系混晶半導体をGaAs基板上に形成すると、格子歪み
が大きくなってしまう。このため、InP系混晶半導体
は、格子整合性を考慮して、高コストなInP基板上に
形成しなければならない。
Another semiconductor that can realize an emission wavelength of 1.3 μm is an InP (indium phosphorus) -based mixed crystal semiconductor. Research is also being conducted on this InP,
Ga commonly used with InP-based mixed crystal semiconductors
Since the lattice constant is significantly different from that of the As substrate, InP
When a system-based mixed crystal semiconductor is formed on a GaAs substrate, lattice distortion increases. Therefore, an InP-based mixed crystal semiconductor must be formed on a high-cost InP substrate in consideration of lattice matching.

【0004】これに対して、GaInNAs系混晶半導
体は、20〜30%(mol%)程度のIn組成で、G
aAs基板に対する格子歪みが比較的小さくなり、発光
波長1.3μmを得ることができるため、InP基板に
比べ低コストなGaAs基板を用いることができ、In
P系混晶半導体に比べて安価にデバイスを供給すること
が可能である。
On the other hand, a GaInNAs-based mixed crystal semiconductor has an In composition of about 20 to 30% (mol%),
Since lattice distortion with respect to an aAs substrate is relatively small and an emission wavelength of 1.3 μm can be obtained, a GaAs substrate which is lower in cost than an InP substrate can be used.
A device can be supplied at a lower cost than a P-based mixed crystal semiconductor.

【0005】また、GaInNAs系混晶半導体は、面
発光レーザへの応用も期待されている。GaInNAs
系混晶半導体を用いた面発光レーザは、GaInNAs
系混晶半導体で構成される活性層の上下面にGaAs及
びAlAsで構成される多層反射膜を形成・配置し、垂
直共振器を構成することで、実現される。しかしなが
ら、InP系混晶半導体においては、InP系混晶半導
体で構成される活性層の上下面に形成・配置される多層
反射膜を形成する適当な材料がないことから、面発光レ
ーザの実現はほぼ不可能といってよい。
Further, GaInNAs-based mixed crystal semiconductors are also expected to be applied to surface emitting lasers. GaInNAs
Surface-emitting lasers based on mixed-crystal semiconductors are GaInNAs
This is realized by forming and arranging a multilayer reflective film made of GaAs and AlAs on the upper and lower surfaces of an active layer made of a mixed-crystal semiconductor, thereby forming a vertical resonator. However, in the case of InP-based mixed crystal semiconductors, there is no suitable material for forming a multilayer reflective film formed and arranged on the upper and lower surfaces of an active layer composed of an InP-based mixed crystal semiconductor. It is almost impossible.

【0006】また、近藤らのバンドラインナップの計算
(Jpn.J.Appl.Phys.35(1996) p1273-1275参照)では、
GaAs基板上にGaAsよりバンドギャップの大きい
クラッド層を形成することで、伝導帯のバンド不連続が
大きくなることから、GaInNAs系混晶半導体を用
いた発光素子は、温度変化に対する特性の揺らぎが小さ
く、通常の使用においてはベルチェ素子等の冷却器を必
要としなくなる。このため、デバイス全体としての低コ
スト化が可能である。
In the calculation of Kondo et al.'S band lineup (see Jpn. J. Appl. Phys. 35 (1996) p1273-1275),
By forming a cladding layer having a larger band gap than GaAs on a GaAs substrate, the band discontinuity of the conduction band is increased. Therefore, the light-emitting element using a GaInNAs-based mixed crystal semiconductor has a small fluctuation in characteristics with respect to temperature change. In normal use, a cooler such as a Peltier element is not required. Therefore, the cost of the entire device can be reduced.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】このように、GaIn
NAs系混晶半導体は、InP系混晶半導体と比較して
様々な特長を有しているものの、現状では以下に述べる
ような問題点を有している。
As described above, GaIn
Although the NAs-based mixed crystal semiconductor has various features as compared with the InP-based mixed crystal semiconductor, at present, it has the following problems.

【0008】GaInNAs系混晶半導体は、In組成
が20〜40%(mol%)、N組成が1〜2%(mo
l%)程度で波長1.3μmの発光が得られる(Masao
Kawaguchi,Tomoyuki Miyamoto,Eric Gouardes,Dietmar
Schlenker,Takashi Kondo,Fumi Koyama and Kenichi Ig
a:Jpn.J.Appl.Phys.Vol.40(2001)pp.L744-L746参照)。
ここで、波長1.3μm帯で波長分散値は最小となるも
のの、損失が最小となるのは波長1.55μmであるた
め、1.3μm帯の内、損失がより少ない長波長のもの
が好ましい。長波長化を達成するには、In組成及びN
組成を大きくすればよいことが明らかになっている。し
かし、GaInNAs系混晶半導体においてIn組成が
大きすぎると、格子歪みが増大し、GaAs基板上への
成長が困難となる。そのため、わずかな量で長波長化が
可能なNの組成を大きくすることが試みられているが、
GaInNAs系混晶半導体は非平衡系で成長するため
Nの取込効率が低く、また、N組成を大きくすることが
困難であるという問題を有していた。
A GaInNAs-based mixed crystal semiconductor has an In composition of 20 to 40% (mol%) and an N composition of 1 to 2% (mo
1%), light emission with a wavelength of 1.3 μm is obtained (Masao
Kawaguchi, Tomoyuki Miyamoto, Eric Gouardes, Dietmar
Schlenker, Takashi Kondo, Fumi Koyama and Kenichi Ig
a: Jpn.J.Appl.Phys.Vol.40 (2001) pp.L744-L746).
Here, although the chromatic dispersion value is minimized in the wavelength band of 1.3 μm, the loss is minimized at the wavelength of 1.55 μm. Therefore, of the 1.3 μm band, a longer wavelength having a smaller loss is preferable. . To achieve a longer wavelength, the In composition and N
It is clear that the composition should be increased. However, if the In composition of the GaInNAs-based mixed crystal semiconductor is too large, the lattice strain increases, and it becomes difficult to grow the GaAs substrate. Therefore, an attempt has been made to increase the composition of N, which can increase the wavelength by a small amount,
GaInNAs-based mixed crystal semiconductors have a problem that they are grown in a non-equilibrium system, so that the efficiency of taking in N is low, and that it is difficult to increase the N composition.

【0009】この間題を解決する方法として、As原料
の供給量に対してN原料の供給量を著しく増加させて、
Nの低い取込効率を補う方法が一般的である。しかし、
As原料の供給量を保ったままN原料の供給量を増やす
方法は、N原料の供給量が多すぎて非現実的である。逆
に、N原料の供給量を保ったままAs原料の供給量を減
らすと、III−V族混晶半導体のV族組成の内、0.9
以上の割合を占めるAs元素の原料供給量が著しく少な
くなり、GaInNAs系混晶半導体の結晶品質が低下
してしまう。この方法では、As原料の供給量がN原料
の供給量の1/100以下となってしまうことから、ご
くわずかな原料供給量の変化によって、成長雰囲気での
原料比率が著しく変化してしまい、組成の正確な制御が
できなくなる上に、スループットの低下も引き起こすと
いう問題を有していた。
As a method for solving this problem, the supply amount of the N raw material is remarkably increased with respect to the supply amount of the As raw material.
The method of compensating for the low acquisition efficiency of N is common. But,
The method of increasing the supply amount of the N raw material while maintaining the supply amount of the As raw material is impractical because the supply amount of the N raw material is too large. Conversely, when the supply amount of the As source is reduced while the supply amount of the N source is maintained, 0.9% of the group V composition of the III-V mixed crystal semiconductor is obtained.
The supply amount of the As element occupying the above ratio is significantly reduced, and the crystal quality of the GaInNAs-based mixed crystal semiconductor is reduced. In this method, since the supply amount of the As source becomes 1/100 or less of the supply amount of the N source, a slight change in the supply amount of the source significantly changes the source ratio in the growth atmosphere. There has been a problem that accurate control of the composition cannot be performed, and a decrease in throughput is caused.

【0010】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、発光波長が1.3μm帯で、かつ、従来と比較
してN組成が大きいGaInNAs系混晶半導体層を有
する半導体の製造方法及びそれを用いて形成した半導体
素子を提供することにある。
An object of the present invention, which has been made in view of the above circumstances, is to manufacture a semiconductor having a GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer having an emission wavelength of 1.3 μm band and a large N composition as compared with the conventional one. An object of the present invention is to provide a method and a semiconductor device formed using the method.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明に係る半導体の製造方法は、III−V族半導体基板
上に、Ga、In、N、及びAsの元素を主成分とする
混晶半導体からなるGaInNAs系混晶半導体層を少
なくとも1層有する半導体を製造する方法において、有
機金属気相成長法により上記GaInNAs系混晶半導
体層を結晶成長させる際、その結晶成長工程の内の少な
くとも一部を、ハロゲンガス又はハロゲン化合物ガスを
含む雰囲気下で行うものである。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor according to the present invention is provided on a III-V group semiconductor substrate by mixing a Ga, In, N, and As element as a main component. In the method of manufacturing a semiconductor having at least one GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer made of a crystalline semiconductor, when growing the GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer by metal organic chemical vapor deposition, at least one of the crystal growth steps is performed. A part is performed in an atmosphere containing a halogen gas or a halogen compound gas.

【0012】具体的には、請求項2に示すように、上記
ハロゲンガスとして塩素ガス又は臭素ガスを用いる。ま
た、請求項3に示すように、上記ハロゲン化合物ガスと
して塩素化合物ガス又は臭素化合物ガスを用いる。
More specifically, chlorine gas or bromine gas is used as the halogen gas. Further, a chlorine compound gas or a bromine compound gas is used as the halogen compound gas.

【0013】また、請求項4に示すように、N原料とし
て、モノメチルヒドラジン、1,1−ジメチルヒドラジ
ン、1,2−ジメチルヒドラジン、ターシャリブチルア
ミン、ターシャリブチルヒドラジン、又はアンモニアの
内の少なくとも一種を含んだガスを供給するものであ
る。請求項5に示すように、As原料として、アルシ
ン、ターシャリブチルアルシン、又はトリメチル砒素の
内の少なくとも一種を含んだガスを供給するものであ
る。
Further, as the N raw material, at least one of monomethylhydrazine, 1,1-dimethylhydrazine, 1,2-dimethylhydrazine, tertiarybutylamine, tertiarybutylhydrazine, and ammonia is used as the N raw material. Is supplied. According to a fifth aspect of the present invention, a gas containing at least one of arsine, tert-butylarsine, and trimethylarsenic is supplied as an As material.

【0014】これによって、結晶成長中、ハロゲンガス
がGaAs結合及びInAs結合の発生を抑制すると共
に、発生したGaAs結合及びInAs結合をエッチン
グする。このため、GaInNAs系混晶半導体層にお
けるGaN結合及びInN結合の割合が相対的に増え、
Nの取込効率が向上する。その結果、発光波長が1.3
μm帯であり、かつ、従来と比較してN組成が大きなG
aInNAs系混晶半導体層を形成することができる。
Thus, during the crystal growth, the halogen gas suppresses the generation of the GaAs bond and the InAs bond, and etches the generated GaAs bond and the InAs bond. For this reason, the ratio of the GaN bond and the InN bond in the GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer relatively increases,
The efficiency of taking in N is improved. As a result, the emission wavelength is 1.3.
G is in the μm band and has a large N composition compared to the prior art.
An aInNAs-based mixed crystal semiconductor layer can be formed.

【0015】一方、本発明に係る半導体素子は、発光層
を有する半導体素子であり、少なくとも発光層を、前述
した半導体の製造方法を用いたGaInNAs系混晶半
導体層で形成したものである。
On the other hand, a semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device having a light emitting layer, wherein at least the light emitting layer is formed of a GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer using the above-described semiconductor manufacturing method.

【0016】これによって、III−V族半導体基板上
に、発光波長が1.3μm帯であり、かつ、従来と比較
してN組成が大きなGaInNAs系混晶半導体層を有
する半導体素子を得ることができる。
Thus, it is possible to obtain a semiconductor element having a GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer having an emission wavelength in the 1.3 μm band and a large N composition as compared with the related art on a III-V semiconductor substrate. it can.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基いて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0018】(第1の実施の形態)第1の実施の形態に
係る半導体の製造方法の、原料供給シーケンスを図1に
示す。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a material supply sequence of a semiconductor manufacturing method according to a first embodiment.

【0019】本実施の形態に係る半導体の製造方法は、
GaAs基板(III−V族半導体基板)上に、Ga、I
n、N、及びAsの元素を主成分とする混晶半導体から
なるGaInNAs系混晶半導体層を、少なくとも1
層、有機金属気相成長法により結晶成長させる際、図1
に示すように、原料ガスとして、Ga原料11、In原
料12、N原料13、及びAs原料14を供給すると共
に、結晶成長工程の全般を、ハロゲンガス(又はハロゲ
ン化合物ガス)15を含む雰囲気下で行うものである。
The method of manufacturing a semiconductor according to the present embodiment
Ga, I on a GaAs substrate (III-V semiconductor substrate)
A GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer composed of a mixed crystal semiconductor containing n, N, and As elements as main components is at least one layer.
When the crystal is grown by the metal organic chemical vapor deposition method,
As shown in FIG. 5, a Ga source 11, an In source 12, an N source 13, and an As source 14 are supplied as source gases, and the entire crystal growth process is performed under an atmosphere containing a halogen gas (or a halogen compound gas) 15. Is what you do.

【0020】具体的には、先ず、成長炉内に配置したG
aAs基板上に、所望のエピタキシャル層をそれぞれ形
成する。その後、成長炉内に、Ga原料(例えば、TE
Ga、TMGa)11、In原料(例えば、TMIn)
12、N原料(例えば、DMHy)13、及びAs原料
(例えば、TBAs)14を同時に供給すると共に、ハ
ロゲンガス15及びキャリアガスを雰囲気ガスとして供
給する。その後、成長炉内を所定の圧力、温度に保持
し、ハロゲンガス15を含む雰囲気下で、GaInNA
s系混晶半導体層の形成を行う。
Specifically, first, the G disposed in the growth furnace
A desired epitaxial layer is formed on each of the aAs substrates. Then, a Ga source (eg, TE) is placed in the growth furnace.
Ga, TMGa) 11, In material (for example, TMIn)
12, an N source (for example, DMHy) 13 and an As source (for example, TBAs) 14 are simultaneously supplied, and a halogen gas 15 and a carrier gas are supplied as atmosphere gases. Thereafter, the inside of the growth furnace is maintained at a predetermined pressure and temperature, and GaInNA
An s-based mixed crystal semiconductor layer is formed.

【0021】この時、ハロゲンガス15を含む雰囲気下
で結晶成長を行うことによって、ハロゲンガス15がG
aAs結合及びInAs結合をエッチングし(D.C.Hay
s,C.R.Abernathy,W.S.Hobsons,S.J.Pearton,J.Han,R.J.
Shul,H.Cho,K.B.Jung,F.Ren,and Y.B.Hahn:Mater.Res.S
oc.Symp.Proc.,vol.573,281-286(1999)参照)、また、
GaAs結合及びInAs結合だけではなくGaN結合
及びInN結合も、ハロゲンガス15によってエッチン
グされる。しかし、GaAs結合及びInAs結合の結
合エネルギーがそれぞれ71.4kJ/mol、58.8kJ/m
ol(橋本達志、田中丈士、和島峰生:日立電線No.20(20
01-1),pp37-pp42参照)であるのに対して、GaN結合
及びInN結合の結合エネルギーはそれぞれ745kJ/m
ol、861kJ/mol(Ji-Myon Lee,Sang-Woo Kim and Seo
ng-Ju Park:Journal of The Electrochemical Society,
148(5)G254-G257(2001)参照)と約10倍の値である。
よって、これらの結合が同時に存在する雰囲気中では、
ハロゲンガス15によってエッチングされるのは主にG
aAs結合及びInAs結合であり、GaN結合及びI
nN結合は殆どエッチングされない。つまり、ハロゲン
ガス15によってGaAs結合及びInAs結合が選択
的にエッチングされる。
At this time, by growing the crystal in an atmosphere containing the halogen gas 15, the halogen gas 15
Etch aAs and InAs bonds (DCHay
s, CRAbernathy, WSHobsons, SJPearton, J.Han, RJ
Shul, H.Cho, KBJung, F.Ren, and YBHahn: Mater.Res.S
oc.Symp.Proc., vol. 573, 281-286 (1999))
The GaN bond and the InN bond as well as the GaAs bond and the InAs bond are etched by the halogen gas 15. However, the binding energies of the GaAs bond and the InAs bond are 71.4 kJ / mol and 58.8 kJ / m, respectively.
ol (Tatsushi Hashimoto, Takeshi Tanaka, Mineo Wajima: Hitachi Cable No.20 (20
01-1) and pp37-pp42), whereas the binding energy of the GaN bond and the InN bond is 745 kJ / m2, respectively.
ol, 861 kJ / mol (Ji-Myon Lee, Sang-Woo Kim and Seo
ng-Ju Park: Journal of The Electrochemical Society,
148 (5) G254-G257 (2001)), which is about 10 times as large.
Therefore, in an atmosphere where these bonds are simultaneously present,
What is mainly etched by the halogen gas 15 is G
aAs bond and InAs bond, GaN bond and IAs bond.
nN bonds are hardly etched. That is, the GaAs bond and the InAs bond are selectively etched by the halogen gas 15.

【0022】したがって、ハロゲンガス15を含む雰囲
気下で、GaInNAs系混晶半導体層の結晶成長を行
うことで、ハロゲンガス15によってGaAs結合及び
InAs結合の発生が抑制されると共に、発生したGa
As結合及びInAs結合はエッチング(分解)され
る。このため、GaInNAs系混晶半導体層における
GaN結合及びInN結合の割合が相対的に増え、その
結果、Nの取込効率が向上する。
Therefore, by performing the crystal growth of the GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer in an atmosphere containing the halogen gas 15, the generation of the GaAs bond and the InAs bond is suppressed by the halogen gas 15, and the generated Ga
The As bond and the InAs bond are etched (decomposed). For this reason, the ratio of the GaN bond and the InN bond in the GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer is relatively increased, and as a result, the efficiency of taking in N is improved.

【0023】その後、GaInNAs系混晶半導体層上
に所望のエピタキシャル層をそれぞれ形成すると共に、
電極部の形成及びワイヤボンディングを行うことで半導
体素子、例えば発光素子が得られる。
Thereafter, a desired epitaxial layer is formed on the GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer, respectively.
By forming an electrode portion and performing wire bonding, a semiconductor element, for example, a light emitting element can be obtained.

【0024】ここで、雰囲気ガスに占めるハロゲンガス
15の割合及びハロゲンガス15の種類を調整すること
で、GaInNAs系混晶半導体層におけるV族元素の
組成制御を行うことができる。より具体的には、雰囲気
ガスに占めるハロゲンガス15の割合は、1〜50%、
好ましくは1〜10%である。
Here, the composition of the group V element in the GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer can be controlled by adjusting the ratio of the halogen gas 15 to the atmospheric gas and the type of the halogen gas 15. More specifically, the ratio of the halogen gas 15 to the atmospheric gas is 1 to 50%,
Preferably it is 1 to 10%.

【0025】また、ハロゲンガス15の種類について
は、特に限定するものではないが、反応性イオンエッチ
ング等での実績を考慮すると、塩素(Cl2)、塩化水
素(HCl)、四塩化炭素(CCl4)、三塩化炭素
(CHCl3)、三塩化ホウ素(BCl3)、臭素(Br
2)、臭化水素(HBr)、四臭化炭素(CBr4)、三
臭化ホウ素(BBr3)、四フッ化炭素(CF4)、又は
三フッ化窒素(NF3)が好ましい。これらのハロゲン
ガス又はハロゲン化合物ガスは、必ずしも単体で用いる
必要はなく、2種類以上のハロゲンガス又はハロゲン化
合物ガスを混合した混合ガスを用いてもよい。また、こ
れらの単体のガス又は混合ガスに、水素ガスや窒素ガス
等を混合して用いてもよい。
The type of the halogen gas 15 is not particularly limited. However, considering the results of reactive ion etching and the like, chlorine (Cl 2 ), hydrogen chloride (HCl), carbon tetrachloride (CCl 4 ), carbon trichloride (CHCl 3 ), boron trichloride (BCl 3 ), bromine (Br
2 ), hydrogen bromide (HBr), carbon tetrabromide (CBr 4 ), boron tribromide (BBr 3 ), carbon tetrafluoride (CF 4 ), or nitrogen trifluoride (NF 3 ) is preferred. These halogen gases or halogen compound gases need not necessarily be used alone, and a mixed gas obtained by mixing two or more kinds of halogen gases or halogen compound gases may be used. Further, a hydrogen gas, a nitrogen gas, or the like may be mixed with these simple gases or a mixed gas.

【0026】また、GaInNAs系混晶半導体層は、
必ずしもGa、In、N、及びAsの4つの元素のみで
構成する必要はなく、Mg(マグネシウム)、Zn(亜
鉛)等のp型ドーパント、又はC(炭素)、Si(シリ
コン)等のn型ドーパントを含んでいてもよい。また、
必要に応じて、Sb(アンチモン)やP(燐)等の元素
を加え、GaInNAsSbやGaInNAsP等の5
元混晶半導体、又は6元以上の多元混晶半導体としても
よい。
The GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer comprises:
It is not always necessary to be composed only of the four elements of Ga, In, N and As, but a p-type dopant such as Mg (magnesium) and Zn (zinc) or an n-type dopant such as C (carbon) and Si (silicon) It may contain a dopant. Also,
If necessary, an element such as Sb (antimony) or P (phosphorus) may be added, and GaInNAsSb or GaInNAsP or the like may be added.
An elementary mixed crystal semiconductor, or a mixed elementary semiconductor having six or more elements may be used.

【0027】また、N原料13としては、モノメチルヒ
ドラジン(分子式CH3NHNH2)、1,1−ジメチル
ヒドラジン(分子式(CH32NNH2)、1,2−ジ
メチルヒドラジン(分子式(CH3)NHNH(C
3))、ターシャリブチルアミン(分子式(CH33
CNH2)、ターシャリブチルヒドラジン(分子式(C
3 3CNHNH2)、又はアンモニア(分子式NH3
の内の少なくとも一種を含んだガスが挙げられる。
As the N raw material 13, monomethyl hydrogen
Drazine (molecular formula CHThreeNHNHTwo), 1,1-dimethyl
Hydrazine (molecular formula (CHThree)TwoNNHTwo), 1,2-di
Methylhydrazine (molecular formula (CHThree) NHNH (C
HThree)), Tertiary butylamine (molecular formula (CHThree)Three
CNHTwo), Tertiary butyl hydrazine (molecular formula (C
HThree) ThreeCNHNHTwo) Or ammonia (molecular formula NHThree)
Gas containing at least one of the above.

【0028】また、As原料14としては、アルシン
(分子式AsH3)、ターシャリブチルアルシン(分子
式C411As)、又はトリメチル砒素(分子式(C
33As)の内の少なくとも一種を含んだガスが挙げ
られる。
The As raw material 14 includes arsine (molecular formula AsH 3 ), tertiary butyl arsine (molecular formula C 4 H 11 As), or trimethyl arsenic (molecular formula (C
Gases containing at least one of H 3 ) 3 As) are mentioned.

【0029】また、III−V族半導体基板としては、G
aAs基板のみに限定するものではなく、GaInNA
s系混晶半導体層を形成する際に慣用的に用いられてい
る基板であれば全て適用可能である。更に、III−V族
半導体基板は、Si(シリコン)等のn型ドーパントを
含んでいてもよい。
As the III-V semiconductor substrate, G
It is not limited to only the aAs substrate.
Any substrate that is commonly used when forming an s-based mixed crystal semiconductor layer can be applied. Further, the group III-V semiconductor substrate may include an n-type dopant such as Si (silicon).

【0030】本実施の形態に係る半導体の製造方法によ
れば、III−V族半導体基板上に、GaInNAs系混
晶半導体層を結晶成長させる際、原料ガスとして、Ga
原料11、In原料12、N原料13、及びAs原料1
4を供給すると共に、結晶成長工程の全般を、ハロゲン
ガス15を含む雰囲気下で行うことで、GaAs結合及
びInAs結合の発生が抑制されると共に、発生したG
aAs結合及びInAs結合はエッチングされ、これに
よって、GaInNAs系混晶半導体層におけるGaN
結合及びInN結合の割合が相対的に増える。この時、
雰囲気ガスに占めるハロゲンガス15の割合及びハロゲ
ンガス15の種類を調整することで、GaInNAs系
混晶半導体層におけるV族元素の組成制御を行うことが
でき、その結果、従来と比較してN組成が大きいGaI
nNAs系混晶半導体層を形成することが可能となる。
According to the method of manufacturing a semiconductor according to the present embodiment, when a GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer is grown on a III-V semiconductor substrate, Ga is used as a source gas.
Raw material 11, In raw material 12, N raw material 13, and As raw material 1
4 as well as performing the entire crystal growth process in an atmosphere containing the halogen gas 15, thereby suppressing the occurrence of GaAs and InAs bonds, and
The aAs bond and the InAs bond are etched, whereby the GaN in the GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer is removed.
The ratio of the bond and the InN bond relatively increases. At this time,
By adjusting the ratio of the halogen gas 15 to the atmospheric gas and the type of the halogen gas 15, the composition of the group V element in the GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer can be controlled. GaI with large
An nNAs-based mixed crystal semiconductor layer can be formed.

【0031】また、本実施の形態に係る半導体の製造方
法は、従来の製造方法(As原料の供給量に対してN原
料の供給量を著しく増加させる方法、N原料の供給量を
保ったままAs原料の供給量を減らす方法)と異なり、
N原料13及びAs原料14の供給量を変えることな
く、ハロゲンガス15を含む雰囲気下で結晶成長を行う
だけであり、雰囲気ガスに占めるハロゲンガス15の割
合及びハロゲンガス15の種類を調整することで、Ga
InNAs系混晶半導体層におけるV族元素の組成制御
を行っている。このため、原料供給量の変化の影響を受
けることなく、GaInNAs系混晶半導体層の組成を
正確に制御することができ、その結果、非平衡系で成長
するGaInNAs系混晶半導体層のNの取込効率を高
めることができる。また、スループットの低下を引き起
こすこともない。
The semiconductor manufacturing method according to the present embodiment is a conventional manufacturing method (a method in which the supply amount of the N raw material is significantly increased with respect to the supply amount of the As raw material, or a method in which the supply amount of the N raw material is maintained. Method to reduce the supply of As raw material)
The crystal growth is performed only in an atmosphere containing the halogen gas 15 without changing the supply amounts of the N raw material 13 and the As raw material 14, and the ratio of the halogen gas 15 to the atmospheric gas and the type of the halogen gas 15 are adjusted. And Ga
The composition of the group V element in the InNAs-based mixed crystal semiconductor layer is controlled. For this reason, the composition of the GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer can be accurately controlled without being affected by the change in the raw material supply amount. As a result, the N of the GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer grown in a non-equilibrium system can be controlled. The take-up efficiency can be increased. Also, there is no reduction in throughput.

【0032】本実施の形態の製造方法を用いて形成した
発光素子は、必ずしもレーザである必要はなく、その他
にも、例えば、発光ダイオード(LED)等へも適用可
能である。また、レーザは必ずしも単独のチップで用い
る必要はなく、必要に応じてレーザダイオードアレイと
してもよい。さらに、レーザ共振器の構造は、必ずしも
多層膜反射鏡による垂直共振器やへき壊面を反射鏡とす
る共振器でなくてもよく、例えば、素子内に設けた周期
構造(グレーティング)を共振器としたり、フォトニッ
ク結晶を共振器として用いてもよい。
The light emitting device formed by using the manufacturing method of the present embodiment does not necessarily need to be a laser, and can be applied to, for example, a light emitting diode (LED). Further, the laser does not necessarily need to be used in a single chip, and may be a laser diode array as needed. Further, the structure of the laser resonator does not necessarily have to be a vertical resonator using a multilayer reflector or a resonator using a cleavage surface as a reflector. For example, a periodic structure (grating) provided in an element may be a resonator. Alternatively, a photonic crystal may be used as the resonator.

【0033】また、本実施の形態の製造方法を用いて形
成した発光素子は、例えば、石英系のシングルモード光
ファイバを用いた光通信用のレーザダイオードに応用す
ることも可能である。
The light emitting device formed by using the manufacturing method of the present embodiment can be applied to, for example, a laser diode for optical communication using a quartz single mode optical fiber.

【0034】次に、本発明の他の実施の形態を添付図面
に基いて説明する。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

【0035】(第2の実施の形態)第2の実施の形態に
係る半導体の製造方法の、原料供給シーケンスを図2に
示す。尚、図1と同様の部材については同じ符号を付し
ており、これらの部材についての詳細な説明は省略す
る。
(Second Embodiment) FIG. 2 shows a raw material supply sequence in a semiconductor manufacturing method according to a second embodiment. Note that the same members as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description of these members will be omitted.

【0036】前実施の形態の製造方法においては、Ga
InNAs系混晶半導体層の結晶成長工程の全般を、ハ
ロゲンガス(又はハロゲン化合物ガス)15を含む雰囲
気下で行うものであった。
In the manufacturing method of the above embodiment, Ga
The entire crystal growth process of the InNAs-based mixed crystal semiconductor layer is performed in an atmosphere containing a halogen gas (or a halogen compound gas) 15.

【0037】これに対して、第2の実施の形態に係る半
導体の製造方法は、図2に示すように、結晶成長工程の
内の一部を、ハロゲンガス(又はハロゲン化合物ガス)
15を含む雰囲気下で行い、結晶成長工程の残部を、ハ
ロゲンガス15を含まない雰囲気下で行うものである。
On the other hand, in the semiconductor manufacturing method according to the second embodiment, as shown in FIG. 2, a part of the crystal growth step is performed by using a halogen gas (or a halogen compound gas).
15, and the remainder of the crystal growth step is performed in an atmosphere containing no halogen gas 15.

【0038】具体的には、成長炉内に配置したGaAs
基板上に、予め、所望のエピタキシャル層をそれぞれ形
成しておく。その後、GaInNAs系混晶半導体層の
形成を行うが、この結晶成長工程は複数のステップ(図
2中では3つのステップ)から成る。
Specifically, GaAs placed in a growth reactor
A desired epitaxial layer is formed on the substrate in advance. After that, a GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer is formed. This crystal growth step includes a plurality of steps (three steps in FIG. 2).

【0039】最初のステップA(時間0〜t1)におい
ては、成長炉内に、Ga原料(例えば、TEGa、TM
Ga)11、In原料(例えば、TMIn)12、N原
料(例えば、DMHy)13、及びAs原料(例えば、
TBAs)14を同時に供給すると共に、キャリアガス
だけを雰囲気ガスとして供給する。その後、成長炉内を
所定の圧力、温度に保持し、ハロゲンガス15を含まな
い雰囲気下(キャリアガスだけの雰囲気下)で、GaI
nNAs系混晶半導体層の形成を行う。次に、ステップ
B(時間t1〜t2)においては、キャリアガスと共に
ハロゲンガス15を供給する以外はステップAと同じ条
件とし、ハロゲンガス15を含む雰囲気下でGaInN
As系混晶半導体層の形成を行う。次に、再び、ステッ
プA(時間t2〜t3)となり、ハロゲンガス15を含
まない雰囲気下でGaInNAs系混晶半導体層の形成
を行う。
In the first step A (time 0 to t1), a Ga source (eg, TEGa, TM
Ga) 11, an In material (for example, TMIn) 12, an N material (for example, DMHy) 13, and an As material (for example,
TBAs) 14 are supplied simultaneously, and only the carrier gas is supplied as the atmospheric gas. Thereafter, the inside of the growth furnace is maintained at a predetermined pressure and temperature, and the GaI is removed under an atmosphere containing no halogen gas 15 (under an atmosphere containing only a carrier gas).
An nNAs-based mixed crystal semiconductor layer is formed. Next, in step B (time t1 to t2), the same conditions as in step A are used except that the halogen gas 15 is supplied together with the carrier gas.
An As-based mixed crystal semiconductor layer is formed. Next, step A (time t2 to t3) is performed again, and a GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer is formed in an atmosphere containing no halogen gas 15.

【0040】この時、ステップBにおいては、ハロゲン
ガス15を含む雰囲気下で、GaInNAs系混晶半導
体層の結晶成長を行うことによって、GaAs結合及び
InAs結合の発生が抑制されると共に、発生したGa
As結合及びInAs結合はエッチングされる。このた
め、GaInNAs系混晶半導体層におけるGaN結合
及びInN結合の割合が相対的に増え、その結果、Nの
取込効率が高い層Bが形成される。また、ステップAに
おいては、通常の状態で、すなわち非平衡系でGaIn
NAs系混晶半導体層が成長するため、Nの取込効率が
低い層Aが形成される。
At this time, in the step B, the GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer is grown in an atmosphere containing the halogen gas 15 so that the generation of the GaAs bond and the InAs bond is suppressed and the generated Ga is formed.
As and InAs bonds are etched. For this reason, the ratio of the GaN bond and the InN bond in the GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer is relatively increased, and as a result, a layer B having a high N taking-in efficiency is formed. In step A, GaIn is performed in a normal state, that is, in a non-equilibrium system.
Since the NAs-based mixed crystal semiconductor layer grows, a layer A having a low efficiency of taking in N is formed.

【0041】その後、GaInNAs系混晶半導体層上
に所望のエピタキシャル層をそれぞれ形成すると共に、
電極部の形成及びワイヤボンディングを行うことで半導
体素子、例えば発光素子が得られる。
Thereafter, desired epitaxial layers are formed on the GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layers, respectively.
By forming an electrode portion and performing wire bonding, a semiconductor element, for example, a light emitting element can be obtained.

【0042】ここで、層Aの成長・形成時間及び層Bの
成長・形成時間、すなわちハロゲンガス15の供給停止
時間(t1−0又はt3−t2)と供給時間との比及び
各時間の長短を調整することで、GaInNAs系混晶
半導体層におけるV族元素の組成制御を行うことができ
る。より具体的には、ハロゲンガス15の供給停止時間
と供給時間との比は、10:1〜1:10、好ましくは
2:1〜1:2である。供給停止時間は、例えば、1〜
60(sec)、好ましくは1〜10(sec)であ
り、供給時間は、例えば、1〜60(sec)、好まし
くは1〜10(sec)である。
Here, the growth / formation time of the layer A and the growth / formation time of the layer B, that is, the ratio between the supply stop time (t1-0 or t3-t2) of the halogen gas 15 and the supply time, and the length of each time Is adjusted, the composition of the group V element in the GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer can be controlled. More specifically, the ratio between the supply stop time and the supply time of the halogen gas 15 is 10: 1 to 1:10, preferably 2: 1 to 1: 2. The supply stop time is, for example, 1 to
60 (sec), preferably 1 to 10 (sec), and the supply time is, for example, 1 to 60 (sec), preferably 1 to 10 (sec).

【0043】また、1回のステップAにより成長・形成
される層Aの層厚は、1〜100(nm)、好ましくは
1〜10(nm)であり、1回のステップBにより成長
・形成される層Bの層厚は、1〜100(nm)、好ま
しくは1〜10(nm)である。
The thickness of the layer A grown and formed in one step A is 1 to 100 (nm), preferably 1 to 10 (nm). The layer B to be formed has a layer thickness of 1 to 100 (nm), preferably 1 to 10 (nm).

【0044】結晶成長工程全体におけるステップBの挿
入回数とステップBにおけるハロゲンガス供給時間(図
2中ではt2−t1)との関係については、特に限定す
るものではないが、表面からの原料脱離を考慮すると、
ハロゲンガス供給時間を短くし、ステップBの挿入回数
を多くするのが好ましい。
The relationship between the number of insertions of step B in the entire crystal growth process and the halogen gas supply time (t2-t1 in FIG. 2) in step B is not particularly limited, but the desorption of the raw material from the surface is not limited. Considering
It is preferable to shorten the halogen gas supply time and increase the number of insertions in step B.

【0045】本実施の形態の製造方法においても、前実
施の形態の製造方法と同様の作用効果が得られる。
In the manufacturing method of the present embodiment, the same operation and effect as in the manufacturing method of the previous embodiment can be obtained.

【0046】また、本実施の形態に係る半導体の製造方
法によれば、III−V族半導体基板上に、GaInNA
s系混晶半導体層を結晶成長させる際、ステップA及び
ステップBを併用して成長・形成しており、これによっ
て、GaInNAs系混晶半導体層を、ステップAによ
り成長・形成した層AとステップBにより成長・形成し
た層Bとの積層体としている。この時、層Aの成長・形
成時間及び層Bの成長・形成時間、すなわちハロゲンガ
ス15の供給停止時間と供給時間との比及び各時間の長
短を調整することで、GaInNAs系混晶半導体層に
おけるV族元素の組成制御を更に高精度に行うことが可
能となる。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor according to the present embodiment, GaInNA is formed on a III-V semiconductor substrate.
When the s-based mixed crystal semiconductor layer is grown, the step A and the step B are used together to grow and form the GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer. A layered structure with the layer B grown and formed by B. At this time, the growth and formation time of the layer A and the growth and formation time of the layer B, that is, the ratio between the supply stop time and the supply time of the halogen gas 15 and the length of each time are adjusted to adjust the GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer. It becomes possible to control the composition of the group V element at higher accuracy.

【0047】また、結晶成長工程の一部の過程において
だけ、ハロゲンガス15を含む雰囲気下でGaInNA
s系混晶半導体層を形成することで、発光素子に必要と
なる光閉込層や多層反射膜を、従来のGaAs系化合物
半導体の成長技術を用いて容易に形成することができ
る。
Further, only in a part of the crystal growth process, the GaInNA
By forming the s-based mixed crystal semiconductor layer, a light confinement layer and a multilayer reflective film required for a light emitting element can be easily formed by using a conventional GaAs-based compound semiconductor growth technique.

【0048】以上、本発明の実施の形態は、上述した実
施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のもの
が想定されることは言うまでもない。
As described above, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that various other embodiments are also conceivable.

【0049】[0049]

【実施例】次に、本発明について、実施例に基づいて説
明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。
Next, the present invention will be described based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0050】(第1実施例)第1実施例における発光素
子(半導体素子)の横断面模式図を図3に、図3の発光
素子の発光スペクトルを図4に示す。
(First Embodiment) FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device (semiconductor device) according to the first embodiment, and FIG. 4 shows an emission spectrum of the light emitting device of FIG.

【0051】有機金属気相成長法により、Siをドープ
したn型GaAs基板31上に、厚さ95nmのSiドープ
n型GaAs層32aと厚さ108nmのSiドープn型Al
As層32bとを交互に30周期積層した下部多層反射膜
32、厚さ190nmのSiドープn型GaAsキャビティ
層33、厚さ10nmのGaInNAs活性層34、厚さ19
0nmのMgドープp型GaAsキャビティ層35、厚さ9
5nmのMgドープp型GaAs層36aと厚さ108nm
のMgドープp型AlAs層36bとを交互に25周期積層
した上部多層反射膜36、及び厚さ20nmのMgドー
プp型GaAsコンタクト層37を、順に形成した。
On a silicon-doped n-type GaAs substrate 31 by a metal organic chemical vapor deposition method, a 95-nm-thick Si-doped n-type GaAs layer 32a and a 108-nm-thick Si-doped n-type Al
A lower multilayer reflective film 32 in which As layers 32b are alternately stacked for 30 periods, a Si-doped n-type GaAs cavity layer 33 having a thickness of 190 nm, a GaInNAs active layer 34 having a thickness of 10 nm, and a thickness 19
0 nm Mg-doped p-type GaAs cavity layer 35, thickness 9
5 nm Mg-doped p-type GaAs layer 36a and 108 nm thick
The upper multilayer reflective film 36 in which the Mg-doped p-type AlAs layers 36b are alternately stacked for 25 periods, and the Mg-doped p-type GaAs contact layer 37 having a thickness of 20 nm are sequentially formed.

【0052】ここで、GaInNAs活性層34を除く下部多
層反射膜32、キャビティ層33,35、上部多層反射
膜36、及びコンタクト層37を形成する際は、Ga原
料にトリメチルガリウム(TMGa)、Al原料にトリ
メチルアルミニウム(TMAl)を用い、As原料にア
ルシン(AsH3)を用いた。これらの原料ガスを、キ
ャリアガスである水素ガスと共に成長炉内に供給し、水
素雰囲気中で気相成長した。成長炉内の圧力は6.65
×103Pa(50Torr)、成長温度は650℃と
した。
Here, when forming the lower multilayer reflective film 32 except the GaInNAs active layer 34, the cavity layers 33 and 35, the upper multilayer reflective film 36, and the contact layer 37, trimethylgallium (TMGa), Al Trimethyl aluminum (TMAl) was used as a raw material, and arsine (AsH 3 ) was used as an As raw material. These source gases were supplied into a growth furnace together with hydrogen gas as a carrier gas, and were vapor-phase grown in a hydrogen atmosphere. The pressure inside the growth furnace is 6.65
× 10 3 Pa (50 Torr), and the growth temperature was 650 ° C.

【0053】また、GaInNAs活性層34を形成する際
は、Ga原料としてトリエチルガリウム(TEGa)、
In原料としてトリメチルインジウム(TMIn)を用
い、As原料としてターシャリブチルアルシン(TBA
s)、N原料としてジメチルヒドラジン(DMHy)を
用いた。TEGa、TMIn、TBAs、及びDMHy
の流量は、それぞれ2.3×10-3mol/分、3.0
×10-4mol/分、2.2×10-3mol/分、5.
0×10-3mol/分とした。これらの原料ガスを、キ
ャリアガスである水素ガス(流量:1.5リットル/
分)及びハロゲンガスである塩素ガス(流量:0.5リ
ットル/分)と共に成長炉内に供給した。また、成長炉
内の圧力は6.65×103Pa(50Torr)、成
長温度は515℃とした。
When forming the GaInNAs active layer 34, triethyl gallium (TEGa) as a Ga raw material,
Trimethyl indium (TMIn) was used as the In raw material, and tertiary butyl arsine (TBA) was used as the As raw material.
s), Dimethylhydrazine (DMHy) was used as the N raw material. TEGa, TMIn, TBAs, and DMHy
Are 2.3 × 10 −3 mol / min and 3.0, respectively.
4.times.10.sup.- 4 mol / min, 2.2.times.10.sup.- 3 mol / min.
It was 0 × 10 −3 mol / min. These source gases were converted to hydrogen gas (flow rate: 1.5 liter /
) And a chlorine gas (flow rate: 0.5 l / min) as a halogen gas. The pressure in the growth furnace was 6.65 × 10 3 Pa (50 Torr), and the growth temperature was 515 ° C.

【0054】次に、GaAs基板31上に各エピタキシャル
層を成長・形成させてなるエピタキシャルウェハを30
0μm角のチップに加工し、そのチップの上下面に、そ
れぞれAu-Zn合金からなる上部電極38、Au-Ge-Ni合金
からなる下部電極39を形成した。上部電極38は、直
径10μmの円孔38aを有するリング状電極である。
また、上部電極38が形成された部分の直下に位置する
上部多層反射膜36の一部は予め選択酸化させておき、
電流狭窄が生じるように形成した。さらに、上部電極3
8にはAuワイヤ40をボンディングし、垂直共振器を
有する面発光レーザを作製した。
Next, an epitaxial wafer formed by growing and forming each epitaxial layer on the GaAs substrate 31
The chip was processed into a 0 μm square chip, and an upper electrode 38 made of an Au—Zn alloy and a lower electrode 39 made of an Au—Ge—Ni alloy were formed on the upper and lower surfaces of the chip, respectively. The upper electrode 38 is a ring-shaped electrode having a circular hole 38a having a diameter of 10 μm.
Further, a portion of the upper multilayer reflective film 36 located immediately below the portion where the upper electrode 38 is formed is selectively oxidized in advance,
It was formed so as to cause current constriction. Further, the upper electrode 3
8, a surface emitting laser having a vertical cavity was manufactured by bonding an Au wire 40 thereto.

【0055】この面発光レーザに直流電流を通電し、発
光出力5mW時の発光スペクトルを光スペクトルアナラ
イザで測定したところ、図4に示すような発光スペクト
ルが得られた。図4から、第1実施例の面発光レーザは
波長1.310μmで発振していることがわかる。
When a direct current was applied to the surface emitting laser and the emission spectrum at an emission output of 5 mW was measured by an optical spectrum analyzer, an emission spectrum as shown in FIG. 4 was obtained. FIG. 4 shows that the surface emitting laser of the first embodiment oscillates at a wavelength of 1.310 μm.

【0056】次に、前述のGaInNAs活性層34と全く同
様の条件で、Siドープn型GaAs基板31上に、100
nmのGaInNAs層を成長・形成し、SIMS分析を行っ
た。その結果、N濃度は約4.1×1020atoms/cm3
あった。このN濃度は、N組成が約2.0%(mol
%)のGaInNAsに相当する。このN濃度とX線回折法で
求めたGaInNAs層の格子定数から、In組成は約25%
(mol%)と求められた。つまり、本実施例で得た面
発光レーザのGaInNAs活性層34は、Ga0.75In0.25
0.02As0.98の組成を有していることが判明した。す
なわち、本実施例によって、Ga0.75In0.250.02
0.98活性層を有する波長1.3μm帯の面発光レーザ
を得ることができた。
Next, on the Si-doped n-type GaAs substrate 31 under the same conditions as for the GaInNAs active layer 34 described above,
A nm GaInNAs layer was grown and formed, and SIMS analysis was performed. As a result, the N concentration was about 4.1 × 10 20 atoms / cm 3 . The N concentration is such that the N composition is about 2.0% (mol
%) Of GaInNAs. From the N concentration and the lattice constant of the GaInNAs layer obtained by the X-ray diffraction method, the In composition was about 25%.
(Mol%). That is, the GaInNAs active layer 34 of the surface emitting laser obtained in the present embodiment is Ga 0.75 In 0.25
It was found to have a composition of N 0.02 As 0.98 . That is, according to the present embodiment, Ga 0.75 In 0.25 N 0.02 A
A surface emitting laser having a wavelength of 1.3 μm and having an active layer of s 0.98 was obtained.

【0057】(第2実施例)第2実施例における発光素
子(半導体素子)の横断面模式図を図5に、図5の発光
素子の発光スペクトルを図6に示す。
(Second Embodiment) FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device (semiconductor device) according to a second embodiment, and FIG. 6 shows an emission spectrum of the light emitting device of FIG.

【0058】有機金属気相成長法により、Siをドープ
したn型GaAs基板51上に、厚さ500nmのSiドー
プn型GaAsバッファ層52、厚さ1500nmのSiド
ープn型Al0.75Ga0.25Asクラッド層53、厚さ5
0nmのSiドープn型GaAs光ガイド層54、厚さ6n
mのアンドープGaInNAs量子井戸層55aと厚さ6nm
のアンドープGaAsバリア層55bとを3周期積層したGa
InNAs/GaAs 3-MQW層55、厚さ50nmのMgドープp
型GaAs光ガイド層56、厚さ1500nmのMgドープ
p型Al0.75Ga0.25Asクラッド層57、及び厚さ2
0nmのMgドープp型GaAsコンタクト層58を、順に
形成した。
A 500 nm-thick Si-doped n-type GaAs buffer layer 52 and a 1500 nm-thick Si-doped n-type Al 0.75 Ga 0.25 As clad on a Si-doped n-type GaAs substrate 51 by metal organic chemical vapor deposition. Layer 53, thickness 5
0 nm Si-doped n-type GaAs light guide layer 54, thickness 6n
m undoped GaInNAs quantum well layer 55a and thickness 6 nm
Of undoped GaAs barrier layer 55b
InNAs / GaAs 3-MQW layer 55, 50 nm thick Mg doped p
-Type GaAs optical guide layer 56, Mg-doped p-type Al 0.75 Ga 0.25 As clad layer 57 having a thickness of 1500 nm, and a thickness of 2
A 0 nm Mg-doped p-type GaAs contact layer 58 was formed in order.

【0059】ここで、GaInNAs/GaAs 3-MQW層55を除く
GaAsバッファ層52、Al0.75Ga 0.25Asクラッド層
53,57、GaAs光ガイド層54,56、GaAsコンタク
ト層58を形成する際は、Ga原料にTMGa、Al原
料にTMAlを用い、As原料にAsH3を用いた。こ
れらの原料ガスを、キャリアガスである水素ガスと共に
成長炉内に供給し、水素雰囲気中で気相成長した。成長
炉内の圧力は6.65×103Pa(50Torr)、
成長温度は650℃とした。
Here, the GaInNAs / GaAs 3-MQW layer 55 is excluded.
GaAs buffer layer 52, Al0.75Ga 0.25As cladding layer
53, 57, GaAs light guide layers 54, 56, GaAs contact
When the gate layer 58 is formed, the Ga source is TMGa or Al source.
Using TMAl as a raw material and AsH as an As materialThreeWas used. This
These source gases are combined with the carrier gas, hydrogen gas.
It was supplied into a growth furnace and vapor-phase grown in a hydrogen atmosphere. growth
The pressure inside the furnace is 6.65 × 10ThreePa (50 Torr),
The growth temperature was 650 ° C.

【0060】また、GaInNAs/GaAs 3-MQW層55における
GaInNAs量子井戸層55aは、第1実施例におけるGaInN
As活性層34と全く同じ成長条件で成長・形成した。一
方、GaAsバリア層55bを形成する際は、Ga原料にT
EGa、As原料にAsH 3を用いる以外は、GaInNAs量
子井戸層55aと全く同じ成長条件で成長・形成した。
GaInNAs量子井戸層55aの成長から、GaAsバリア層5
5bの成長へと移行する際、GaInNAs量子井戸層55a
の成長の際に用いた塩素ガスが、GaAsバリア層55bの
成長に影響を及ぼさないようにすべく、流量が2リット
ル/分の水素ガスを成長炉内に30秒間供給するステッ
プを設けた。
In the GaInNAs / GaAs 3-MQW layer 55,
The GaInNAs quantum well layer 55a is made of GaInN in the first embodiment.
It was grown and formed under exactly the same growth conditions as the As active layer 34. one
On the other hand, when forming the GaAs barrier layer 55b, T
EGa, AsH raw material AsH ThreeGaInNAs amount except using
It was grown and formed under exactly the same growth conditions as the sub well layer 55a.
From the growth of the GaInNAs quantum well layer 55a, the GaAs barrier layer 5
In transition to the growth of 5b, the GaInNAs quantum well layer 55a
The chlorine gas used in growing the GaAs barrier layer 55b
The flow rate is 2 liters so as not to affect the growth
To supply hydrogen gas per minute into the growth furnace for 30 seconds.
Was provided.

【0061】次に、GaAs基板51上に各エピタキシャル
層を成長・形成させてなるエピタキシャルウェハを50
0μm角のチップにへき開加工した後、反応性イオンエ
ッチング(RIE)により、Mgドープp型Al0.75
0.25Asクラッド層57の表層部及びMgドープp型
GaAsコンタクト層58を幅5μmのストライプ部65に
加工した。その後、ストライプ部65の上面にAu-Zn合
金からなる上部電極59を、チップの下面にAu-Ge-Ni合
金からなる下部電極60を形成した。その後、上部電極
59にAuワイヤ61をボンディングし、チップにおけ
るへき開面(図5中における図面と平行な面)を反射面
とする共振器を持つ端面発光型レーザを作製した。
Next, an epitaxial wafer formed by growing and forming each epitaxial layer on the GaAs
After cleaving to a chip of 0 μm square, Mg-doped p-type Al 0.75 G was formed by reactive ion etching (RIE).
a 0.25 Surface layer of As clad layer 57 and Mg-doped p-type
The GaAs contact layer 58 was processed into a stripe section 65 having a width of 5 μm. Thereafter, an upper electrode 59 made of an Au-Zn alloy was formed on the upper surface of the stripe portion 65, and a lower electrode 60 made of the Au-Ge-Ni alloy was formed on the lower surface of the chip. Thereafter, an Au wire 61 was bonded to the upper electrode 59 to produce an edge-emitting laser having a resonator having a cleavage surface (a surface parallel to the drawing in FIG. 5) of the chip as a reflection surface.

【0062】このレーザに直流電流を通電し、発光出力
5mW時の発光スペクトルを光スペクトルアナライザで
測定したところ、図6に示すような発光スペクトルが得
られた。図6から、第2実施例のファブリーペロー型レ
ーザは波長1.35μmで発振していることがわかる。
When a direct current was applied to this laser and the emission spectrum at an emission output of 5 mW was measured by an optical spectrum analyzer, an emission spectrum as shown in FIG. 6 was obtained. FIG. 6 shows that the Fabry-Perot laser of the second embodiment oscillates at a wavelength of 1.35 μm.

【0063】本実施例で得た端面発光型レーザのGaInNA
s量子井戸層55aの成長条件は、第1実施例におけるG
aInNAs活性層34の成長条件と全く同じであるから、本
実施例におけるGaInNAs/GaAs 3-MQW層55は、Ga0.75
In0.250.02As0.98/GaAs MQWであるといえる。す
なわち、本実施例によって、Ga0.75In0.250.0 2
0.98/GaAs 3-MQW活性層を有する波長1.3μm帯の
端面発光型レーザを得ることができた。
GaInNA of edge emitting laser obtained in this example
The growth condition of the s quantum well layer 55a is G in the first embodiment.
Since the growth conditions of the aInNAs active layer 34 are exactly the same, the GaInNAs / GaAs 3-MQW layer 55 of the present embodiment has a Ga 0.75
It can be said that In 0.25 N 0.02 As 0.98 / GaAs MQW. That is, the present examples, Ga 0.75 In 0.25 N 0.0 2 A
An edge-emitting laser having a wavelength of 1.3 μm and having an s 0.98 / GaAs 3-MQW active layer was obtained.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、GaIn
NAs系混晶半導体層を結晶成長させる際、その結晶成
長工程の内の少なくとも一部を、ハロゲンガス又はハロ
ゲン化合物ガスを含む雰囲気下で行うことで、結晶成長
中、ハロゲンガスがGaAs結合及びInAs結合の発
生を抑制すると共に、発生したGaAs結合及びInA
s結合をエッチングするため、GaInNAs系混晶半
導体層におけるGaN結合及びInN結合の割合が相対
的に増え、Nの取込効率が向上するという優れた効果を
発揮する。
In summary, according to the present invention, GaIn
When the crystal growth of the NAs-based mixed crystal semiconductor layer is performed, at least a part of the crystal growth step is performed in an atmosphere containing a halogen gas or a halogen compound gas, so that during the crystal growth, the GaAs bond and the InAs In addition to suppressing the generation of the bond, the generated GaAs bond and InA
Since the s bond is etched, the ratio of the GaN bond and the InN bond in the GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer is relatively increased, and an excellent effect of improving the efficiency of taking in N is exhibited.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施の形態に係る半導体の製造方法の、
原料供給シーケンスを示す図である。
FIG. 1 shows a semiconductor manufacturing method according to a first embodiment;
It is a figure which shows a raw material supply sequence.

【図2】第2の実施の形態に係る半導体の製造方法の、
原料供給シーケンスを示す図である。
FIG. 2 illustrates a method of manufacturing a semiconductor according to a second embodiment;
It is a figure which shows a raw material supply sequence.

【図3】実施例における第1実施例の半導体素子の横断
面模式図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device of the first embodiment in the embodiment.

【図4】図3の半導体素子の発光スペクトルを示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing an emission spectrum of the semiconductor device of FIG. 3;

【図5】実施例における第2実施例の半導体素子の横断
面模式図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment in the embodiment.

【図6】図5の半導体素子の発光スペクトルを示す図で
ある。
6 is a diagram showing an emission spectrum of the semiconductor device of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

15 ハロゲンガス又はハロゲン化合物ガス 31,51 Siドープn型GaAs基板(III−V族
半導体基板) 34 アンドープGaInNAs活性層(GaInNA
s系混晶半導体層) 55 アンドープGaInNAs/GaAs 3-MQW層(GaInNA
s系混晶半導体層)
15 Halogen gas or halogen compound gas 31, 51 Si-doped n-type GaAs substrate (III-V semiconductor substrate) 34 Undoped GaInNAs active layer (GaInNA)
s-based mixed crystal semiconductor layer) 55 Undoped GaInNAs / GaAs 3-MQW layer (GaInNA
s-based mixed crystal semiconductor layer)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二口 尚樹 東京都千代田区大手町一丁目6番1号 日 立電線株式会社内 Fターム(参考) 5F045 AA04 AB18 AB19 AC01 AC07 AC08 AC09 AF04 AF05 CA10 CA12 5F073 AA13 AA73 AA74 AB17 BA02 CA17 CB02 DA05    ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Naoki Niguchi             1-6-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Sun             Standing wire company F term (reference) 5F045 AA04 AB18 AB19 AC01 AC07                       AC08 AC09 AF04 AF05 CA10                       CA12                 5F073 AA13 AA73 AA74 AB17 BA02                       CA17 CB02 DA05

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 III−V族半導体基板上に、Ga、I
n、N、及びAsの元素を主成分とする混晶半導体から
なるGaInNAs系混晶半導体層を少なくとも1層有
する半導体を製造する方法において、有機金属気相成長
法により上記GaInNAs系混晶半導体層を結晶成長
させる際、その結晶成長工程の内の少なくとも一部を、
ハロゲンガス又はハロゲン化合物ガスを含む雰囲気下で
行うことを特徴とする半導体の製造方法。
1. A semiconductor device comprising a group III-V semiconductor substrate and Ga, I
In a method for manufacturing a semiconductor having at least one GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer composed of a mixed crystal semiconductor containing n, N, and As as main components, the GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer is formed by metal organic chemical vapor deposition. When growing a crystal, at least a part of the crystal growth process,
A method for manufacturing a semiconductor, which is performed in an atmosphere containing a halogen gas or a halogen compound gas.
【請求項2】 上記ハロゲンガスとして塩素ガス又は臭
素ガスを用いる請求項1記載の半導体の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein chlorine gas or bromine gas is used as the halogen gas.
【請求項3】 上記ハロゲン化合物ガスとして塩素化合
物ガス又は臭素化合物ガスを用いる請求項1記載の半導
体の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein a chlorine compound gas or a bromine compound gas is used as the halogen compound gas.
【請求項4】 N原料として、モノメチルヒドラジン、
1,1−ジメチルヒドラジン、1,2−ジメチルヒドラ
ジン、ターシャリブチルアミン、ターシャリブチルヒド
ラジン、又はアンモニアの内の少なくとも一種を含んだ
ガスを供給する請求項1から3いずれかに記載の半導体
の製造方法。
4. Monomethylhydrazine as N raw material,
4. The semiconductor manufacturing device according to claim 1, wherein a gas containing at least one of 1,1-dimethylhydrazine, 1,2-dimethylhydrazine, tertiarybutylamine, tertiarybutylhydrazine, or ammonia is supplied. Method.
【請求項5】 As原料として、アルシン、ターシャリ
ブチルアルシン、又はトリメチル砒素の内の少なくとも
一種を含んだガスを供給する請求項1から4いずれかに
記載の半導体の製造方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor according to claim 1, wherein a gas containing at least one of arsine, tertiary butylarsine, and trimethylarsenic is supplied as the As raw material.
【請求項6】 発光層を有する半導体素子において、少
なくとも発光層を、請求項1から5いずれかに記載の半
導体の製造方法を用いたGaInNAs系混晶半導体層
で形成したことを特徴とする半導体素子。
6. A semiconductor device having a light emitting layer, wherein at least the light emitting layer is formed of a GaInNAs-based mixed crystal semiconductor layer using the method of manufacturing a semiconductor according to any one of claims 1 to 5. element.
JP2002158678A 2002-05-31 2002-05-31 Method of manufacturing semiconductor and semiconductor element formed by the same Pending JP2003347232A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002158678A JP2003347232A (en) 2002-05-31 2002-05-31 Method of manufacturing semiconductor and semiconductor element formed by the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002158678A JP2003347232A (en) 2002-05-31 2002-05-31 Method of manufacturing semiconductor and semiconductor element formed by the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003347232A true JP2003347232A (en) 2003-12-05

Family

ID=29773799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002158678A Pending JP2003347232A (en) 2002-05-31 2002-05-31 Method of manufacturing semiconductor and semiconductor element formed by the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003347232A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007294705A (en) * 2006-04-26 2007-11-08 Sumitomo Electric Ind Ltd Manufacturing method of compound semiconductor and vapor phase growth device
JP2008066327A (en) * 2006-09-04 2008-03-21 Sumitomo Electric Ind Ltd Method for growing iii-v compound semiconductor
JP2009147083A (en) * 2007-12-13 2009-07-02 Sumitomo Electric Ind Ltd Method of manufacturing semiconductor optical element

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007294705A (en) * 2006-04-26 2007-11-08 Sumitomo Electric Ind Ltd Manufacturing method of compound semiconductor and vapor phase growth device
JP2008066327A (en) * 2006-09-04 2008-03-21 Sumitomo Electric Ind Ltd Method for growing iii-v compound semiconductor
JP2009147083A (en) * 2007-12-13 2009-07-02 Sumitomo Electric Ind Ltd Method of manufacturing semiconductor optical element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4234180B2 (en) Nitride-based semiconductor multilayer structure manufacturing method and semiconductor optical device manufacturing method
JP4259709B2 (en) Quantum well active layer
JP2011151074A (en) Method for manufacturing nitride semiconductor device
JP2000332362A (en) Semiconductor device and semiconductor light emitting element
JP4894576B2 (en) Semiconductor optical device manufacturing method
JP2891348B2 (en) Nitride semiconductor laser device
EP2403023A1 (en) Light emitting element producing method and light emitting element
JP2000208814A (en) Semiconductor light-emitting element
JP3432909B2 (en) Semiconductor laser
JP4084506B2 (en) Manufacturing method of semiconductor light emitting device
JP2000277867A (en) Semiconductor laser device
JP2003347232A (en) Method of manufacturing semiconductor and semiconductor element formed by the same
JP4725128B2 (en) Semiconductor light emitting device, manufacturing method thereof, and optical module
JP4204166B2 (en) Semiconductor device manufacturing method, semiconductor device manufactured by the manufacturing method, and optical system using the semiconductor device
JP3889896B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP4253207B2 (en) Semiconductor light emitting device manufacturing method, semiconductor light emitting device, surface emitting semiconductor laser device manufacturing method, surface light emitting semiconductor laser device, surface emitting semiconductor laser array, optical transmission module, optical transmission / reception module, and optical communication system
JP2002094187A (en) Semiconductor laser and optical communication system using it
JP2728672B2 (en) Semiconductor laser device, double hetero wafer, and method of manufacturing the same
JP3053836B2 (en) (III) —Method of manufacturing Group V compound semiconductor device
JP4450269B2 (en) Manufacturing method of semiconductor light emitting device
JP2004006483A (en) Semiconductor manufacturing method and semiconductor device formed by use of the same
JP3772794B2 (en) Method for producing compound semiconductor
JP2004288789A (en) Method for manufacturing surface-emitting semiconductor laser element, crystal growing apparatus, surface-emitting semiconductor laser element using them, optical transmitting module using surface-emitting semiconductor laser element, optical transmitting/receiving module, and optical communication system
JP2004221428A (en) Optical semiconductor device and its manufacturing method
JPH08125285A (en) Semiconductor light-emitting device