JP2009043785A - Method of fabricating semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of fabricating semiconductor device in which crystallinity of group III-V compound semiconductor crystal containing nitrogen atoms and arsenic atoms can be made excellent. <P>SOLUTION: The method of fabricating the semiconductor device having a group III-V compound semiconductor layer containing nitrogen atoms and arsenic atoms includes: a growth step S1 of growing the group III-V compound semiconductor layer on a substrate; a first heat treatment step S2 of producing a first atmosphere containing arsenic atoms at a periphery of the group III-V compound semiconductor layer and heat-treating the group III-V compound semiconductor layer at first temperature higher than growth temperature of the growth step; and a second heat treatment step S3 of producing a second atmosphere containing no hydrogen compound or a vacuum atmosphere at the periphery of the group III-V compound semiconductor layer and heat-treating the group III-V compound semiconductor layer at second temperature lower than the first temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体デバイスの作製方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

基板上に化合物半導体層を形成する際には、化合物半導体結晶を基板上に成長させたのち該化合物半導体結晶に対し熱処理(アニール)を行う。これにより、化合物半導体結晶の結晶性が向上し、良好な光学的特性を有する半導体層が得られる。   When forming the compound semiconductor layer on the substrate, the compound semiconductor crystal is grown on the substrate, and then heat treatment (annealing) is performed on the compound semiconductor crystal. Thereby, the crystallinity of the compound semiconductor crystal is improved, and a semiconductor layer having good optical characteristics can be obtained.

例えば、特許文献1には、GaInNAs層の成長後に、窒素雰囲気中でアニールを行うことが記載されている。また、特許文献2には、GaAs基板上にAlGaAs層、GaInNAs層、およびAlGaAs層を順次成長させたのち、窒素ガス雰囲気中で熱処理を行ったことが記載されている。また、非特許文献1には、GaInNAs結晶の結晶性改善のため、該GaInNAs結晶を成長させた炉内においてターシャリブチルアルシン(TBAs)雰囲気でアニールを行うことが記載されている。
特開2002−118329号公報 特開2002−319548号公報 T.Hakkarainen etal., “GaInNAs quantum well structures for 1.55 μm emission on GaAs byatmospheric pressure metalorganic vapor phase epitaxy”, Journal of CrystalGrowth 234 pp631-636 (2002)
For example, Patent Document 1 describes performing annealing in a nitrogen atmosphere after the growth of a GaInNAs layer. Patent Document 2 describes that after an AlGaAs layer, a GaInNAs layer, and an AlGaAs layer are sequentially grown on a GaAs substrate, heat treatment is performed in a nitrogen gas atmosphere. Non-Patent Document 1 describes that annealing is performed in a tertiary butylarsine (TBAs) atmosphere in a furnace in which the GaInNAs crystal is grown in order to improve the crystallinity of the GaInNAs crystal.
JP 2002-118329 A JP 2002-319548 A T. Hakkarainen etal., “GaInNAs quantum well structures for 1.55 μm emission on GaAs by atomic pressure metalorganic vapor phase epitaxy”, Journal of CrystalGrowth 234 pp631-636 (2002)

従来より、化合物半導体結晶に対し熱処理を施す際には、前述した各文献に記載されているように、或る雰囲気下で一回のみ行うことが一般的である。しかしながら、本発明者は、このような従来の熱処理方法では窒素原子(N)および砒素原子(As)を含むIII−V族化合物半導体結晶の結晶性が十分に改善され難いことを見出した。   Conventionally, when a heat treatment is performed on a compound semiconductor crystal, it has been generally performed only once in a certain atmosphere as described in the above-mentioned documents. However, the present inventor has found that the crystallinity of a group III-V compound semiconductor crystal containing nitrogen atoms (N) and arsenic atoms (As) cannot be sufficiently improved by such a conventional heat treatment method.

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、窒素原子および砒素原子を含むIII−V族化合物半導体結晶の結晶性を良好にできる半導体デバイスの作製方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of improving the crystallinity of a III-V compound semiconductor crystal containing nitrogen atoms and arsenic atoms. To do.

上記した課題を解決するために、本発明による半導体デバイスの作製方法は、V族元素として窒素原子および砒素原子を含むIII−V族化合物半導体層を有する半導体デバイスを作製する方法であって、III−V族化合物半導体層を基板上に成長させる成長工程と、III−V族化合物半導体層の周辺を砒素原子を含む第1の雰囲気とし、成長工程における成長温度より高い第1の温度でIII−V族化合物半導体層の熱処理を行う第1の熱処理工程と、III−V族化合物半導体層の周辺を水素化合物を含まない第2の雰囲気または真空雰囲気とし、第1の温度より低い第2の温度でIII−V族化合物半導体層の熱処理を行う第2の熱処理工程とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device having a III-V group compound semiconductor layer containing nitrogen atoms and arsenic atoms as group V elements. A growth step of growing a group V compound semiconductor layer on the substrate, and a first atmosphere containing arsenic atoms around the group III-V compound semiconductor layer, and at a first temperature higher than the growth temperature in the growth step III- A first heat treatment step for heat-treating the group V compound semiconductor layer; and a second temperature lower than the first temperature, wherein the periphery of the III-V compound semiconductor layer is a second atmosphere or a vacuum atmosphere not containing a hydrogen compound. And a second heat treatment step for heat treating the III-V compound semiconductor layer.

窒素原子および砒素原子を含むIII−V族化合物半導体結晶に熱処理を施すことによる結晶欠陥の消滅過程には次の二つのパターンがあることを、本発明者は見出した。すなわち、(一)熱エネルギーにより格子間原子が拡散し正常な格子サイトに収まる、或いは熱エネルギーにより空格子欠陥の拡散が起こりIII−V族化合物半導体結晶中から脱離するといった一般的な点欠陥の消滅過程、および(二)欠陥を誘発する水素原子と窒素原子との結合が熱エネルギーにより解離し、水素原子がIII−V族化合物半導体結晶中から脱離するという水素起因欠陥の消滅過程、の二つである。そこで、上記した半導体デバイスの作製方法においては、第1の熱処理工程として、砒素原子を含む第1の雰囲気で比較的高温の熱処理を行う。このように比較的高温の熱処理を行うことによって、上記消滅過程(一)を生じさせて一般的な点欠陥を低減できる。更に、砒素原子を含む第1の雰囲気で熱処理を行うことによって、高温の熱処理に伴う砒素原子の脱離を抑制できる。   The present inventor has found that there are the following two patterns in the disappearance process of crystal defects caused by heat treatment of a group III-V compound semiconductor crystal containing nitrogen atoms and arsenic atoms. That is, (1) general point defects such as interstitial atoms diffused by thermal energy and settled in normal lattice sites, or vacancy defects diffused by thermal energy and desorbed from III-V compound semiconductor crystals. And (2) the disappearance process of hydrogen-induced defects in which the bonds between hydrogen atoms and nitrogen atoms that induce defects are dissociated by thermal energy and the hydrogen atoms are desorbed from the III-V compound semiconductor crystal, It is two. Therefore, in the above-described method for manufacturing a semiconductor device, as a first heat treatment step, heat treatment at a relatively high temperature is performed in a first atmosphere containing arsenic atoms. By performing the heat treatment at a relatively high temperature in this way, the above-described annihilation process (1) can be caused and general point defects can be reduced. Further, by performing the heat treatment in the first atmosphere containing arsenic atoms, desorption of arsenic atoms accompanying high-temperature heat treatment can be suppressed.

しかし、この第1の雰囲気が活性水素を更に含む場合には、上記消滅過程(二)のような水素原子の脱離は期待できない。そこで、上記した半導体デバイスの作製方法においては、第2の熱処理工程として、水素化合物を含まない第2の雰囲気または真空雰囲気で比較的低温の熱処理を行う。このように水素化合物を含まない雰囲気または真空雰囲気で熱処理を行うことによって、上記消滅過程(二)を生じさせて水素起因欠陥を低減できる。また、比較的低温の熱処理を行うことによって、砒素原子の脱離を抑制できる。   However, when this first atmosphere further contains active hydrogen, desorption of hydrogen atoms as in the above annihilation process (2) cannot be expected. Therefore, in the above-described method for manufacturing a semiconductor device, as a second heat treatment step, heat treatment at a relatively low temperature is performed in a second atmosphere or a vacuum atmosphere that does not contain a hydrogen compound. By performing the heat treatment in an atmosphere that does not contain a hydrogen compound or in a vacuum atmosphere in this manner, the above-described annihilation process (2) can be caused to reduce hydrogen-induced defects. Moreover, desorption of arsenic atoms can be suppressed by performing heat treatment at a relatively low temperature.

このように、上記した半導体デバイスの作製方法によれば、前述した二つの欠陥消滅過程を十分に生じさせることができるので、窒素原子および砒素原子を含むIII−V族化合物半導体結晶の結晶性を、従来の熱処理方法と比較して極めて良好にできる。   As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device described above, the two defect annihilation processes described above can be sufficiently generated, so that the crystallinity of the III-V group compound semiconductor crystal containing nitrogen atoms and arsenic atoms can be improved. Compared with the conventional heat treatment method, it can be made extremely good.

また、半導体デバイスの作製方法は、第1の熱処理工程の際に、III−V族化合物半導体層の周辺にターシャリブチルアルシン及びアルシンのうち少なくとも一方を供給することにより第1の雰囲気とすることを特徴としてもよい。このように、砒素(As)を含むIII−V族化合物半導体の成長に多く用いられるターシャリブチルアルシン(TBAs)やアルシン(AsH3)を利用することにより、Asを含む第1の雰囲気を容易に実現できる。 In addition, in the semiconductor device manufacturing method, the first atmosphere is obtained by supplying at least one of tertiarybutylarsine and arsine around the III-V compound semiconductor layer in the first heat treatment step. May be a feature. Thus, by using tertiary butylarsine (TBAs) and arsine (AsH 3 ), which are often used for the growth of III-V compound semiconductors containing arsenic (As), the first atmosphere containing As can be easily formed. Can be realized.

また、半導体デバイスの作製方法は、第2の雰囲気が、水素ガス、窒素ガス、および不活性ガスのうち少なくとも一種類のガスからなる雰囲気であることを特徴としてもよい。水素ガス、窒素ガス、および不活性ガスといった高温でも分解しない安定なガスによって第2の雰囲気が構成されることにより、第2の熱処理工程を好適に行うことができる。なお、ここでいう不活性ガスとは、アルゴン等の希ガス元素からなる気体を指すものとする。   The method for manufacturing a semiconductor device may be characterized in that the second atmosphere is an atmosphere made of at least one kind of gas among hydrogen gas, nitrogen gas, and inert gas. By forming the second atmosphere with a stable gas that does not decompose even at a high temperature, such as hydrogen gas, nitrogen gas, and inert gas, the second heat treatment step can be suitably performed. In addition, the inert gas here refers to the gas which consists of noble gas elements, such as argon.

また、半導体デバイスの作製方法は、第1の熱処理工程における熱処理を終えて降温する際に、該降温処理を水素化合物を含まない雰囲気中で行うことを特徴としてもよい。この降温処理の際の雰囲気に水素化合物が含まれると、この水素化合物から分離した活性水素が化合物半導体結晶内に混入し、水素起因欠陥が増加してしまう。したがって、水素化合物を含まない雰囲気中で上記降温処理を行うことにより、水素起因欠陥の増加を抑えることができる。   Further, the method for manufacturing a semiconductor device may be characterized in that when the temperature is lowered after the heat treatment in the first heat treatment step, the temperature lowering process is performed in an atmosphere containing no hydrogen compound. When a hydrogen compound is contained in the atmosphere during the temperature lowering treatment, active hydrogen separated from the hydrogen compound is mixed into the compound semiconductor crystal, and hydrogen-induced defects increase. Therefore, an increase in hydrogen-induced defects can be suppressed by performing the temperature lowering process in an atmosphere containing no hydrogen compound.

また、半導体デバイスの作製方法は、第1の熱処理工程を成長工程に引き続いて成長炉内で行い、第2の熱処理工程を成長炉とは別の炉内で行うことを特徴としてもよい。これにより、第1の熱処理工程における第1の雰囲気、および第2の熱処理工程における第2の雰囲気のそれぞれを容易に実現できる。   The semiconductor device manufacturing method may be characterized in that the first heat treatment step is performed in a growth furnace subsequent to the growth step, and the second heat treatment step is performed in a furnace different from the growth furnace. Thereby, each of the first atmosphere in the first heat treatment step and the second atmosphere in the second heat treatment step can be easily realized.

本発明による半導体デバイスの作製方法によれば、窒素原子および窒素原子を含むIII−V族化合物半導体結晶の結晶性を良好にできる。   According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the crystallinity of the nitrogen atom and the III-V group compound semiconductor crystal containing the nitrogen atom can be improved.

以下、添付図面を参照しながら本発明による半導体デバイスの作製方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Embodiments of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

(実施の形態)
図1は、本発明に係る半導体デバイスの作製方法の一実施形態を示すフローチャートである。この作製方法は、窒素原子(N)および砒素原子(As)を含むIII−V族化合物半導体層を有する半導体デバイスを作製する方法である。図1に示すように、本実施形態による作製方法は、成長工程S1、第1の熱処理工程S2、第2の熱処理工程S3、および半導体デバイス作製の為の後工程S4を含んでいる。成長工程S1では、例えばGaInNAsなどのIII−V族化合物半導体結晶からなる化合物半導体層を基板上に成長させる。第1の熱処理工程S2では、成長工程S1において成長させた化合物半導体層の周辺を、砒素原子を含む雰囲気(第1の雰囲気)とし、成長工程S1における化合物半導体層の成長温度より高い温度(第1の温度)で該化合物半導体層の熱処理を行う。第2の熱処理工程S3では、化合物半導体層の周辺を水素化合物を含まない雰囲気(第2の雰囲気)または真空雰囲気とし、第1の熱処理工程S2における熱処理温度(第1の温度)より低い温度(第2の温度)で化合物半導体層の熱処理を行う。以下、これらの工程について詳細に説明する。
(Embodiment)
FIG. 1 is a flowchart showing an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. This manufacturing method is a method of manufacturing a semiconductor device having a III-V group compound semiconductor layer containing nitrogen atoms (N) and arsenic atoms (As). As shown in FIG. 1, the manufacturing method according to the present embodiment includes a growth step S1, a first heat treatment step S2, a second heat treatment step S3, and a post-step S4 for manufacturing a semiconductor device. In the growth step S1, for example, a compound semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor crystal such as GaInNAs is grown on the substrate. In the first heat treatment step S2, the periphery of the compound semiconductor layer grown in the growth step S1 is set to an atmosphere containing arsenic atoms (first atmosphere), and a temperature higher than the growth temperature of the compound semiconductor layer in the growth step S1 (first step). The compound semiconductor layer is heat-treated at a temperature of 1). In the second heat treatment step S3, the periphery of the compound semiconductor layer is made an atmosphere not containing a hydrogen compound (second atmosphere) or a vacuum atmosphere, and a temperature lower than the heat treatment temperature (first temperature) in the first heat treatment step S2 ( The compound semiconductor layer is heat-treated at a second temperature. Hereinafter, these steps will be described in detail.

図2は、成長工程S1によって作製される基板生産物の一例として、単一量子井戸層を有するウェハ生産物10を示す側面断面図である。図2を参照すると、ウェハ生産物10では、基板11上に、n型バッファ層12、n型クラッド層13、下部バリア層兼SCH層14、井戸層15、上部バリア層兼SCH層16、p型クラッド層17、およびp型コンタクト層18が、順に積層されている。   FIG. 2 is a side sectional view showing a wafer product 10 having a single quantum well layer as an example of a substrate product produced by the growth step S1. Referring to FIG. 2, in the wafer product 10, an n-type buffer layer 12, an n-type cladding layer 13, a lower barrier layer / SCH layer 14, a well layer 15, an upper barrier layer / SCH layer 16, p A mold cladding layer 17 and a p-type contact layer 18 are sequentially stacked.

基板11は、n型(第1導電型)のIII−V族化合物半導体からなるウェハであり、例えばn型GaAsからなる。基板11の面方位は(100)が好ましく、2°程度のオフ角があると更に好ましい。基板11のn型不純物濃度は、例えば1×1018[cm−3]である。また、n型バッファ層12は、基板11の主面11a上に成長したn型のIII−V族化合物半導体からなる層であり、例えば基板11と同一の組成(n型GaAs)を有している。n型バッファ層12の好適な層厚は例えば0.2[μm]であり、n型バッファ層12の好適なn型不純物濃度は例えば2×1018[cm−3]である。 The substrate 11 is a wafer made of an n-type (first conductivity type) III-V group compound semiconductor, and is made of, for example, n-type GaAs. The surface orientation of the substrate 11 is preferably (100), more preferably an off angle of about 2 °. The n-type impurity concentration of the substrate 11 is, for example, 1 × 10 18 [cm −3 ]. The n-type buffer layer 12 is a layer made of an n-type III-V group compound semiconductor grown on the main surface 11a of the substrate 11, and has, for example, the same composition (n-type GaAs) as the substrate 11. Yes. A suitable layer thickness of the n-type buffer layer 12 is, for example, 0.2 [μm], and a suitable n-type impurity concentration of the n-type buffer layer 12 is, for example, 2 × 10 18 [cm −3 ].

n型クラッド層13は、n型バッファ層12上に成長したn型のIII−V族化合物半導体からなる層であり、例えばAlGaAsからなる。n型クラッド層13の好適な層厚は例えば1.5[μm]であり、n型クラッド層13の好適なn型不純物濃度は例えば7×1017[cm−3]である。また、下部バリア層兼SCH層14は、n型クラッド層13上に成長したアンドープIII−V族化合物半導体からなる層であり、例えばGaAsからなる。下部バリア層兼SCH層14の好適な層厚は例えば0.14[μm]である。 The n-type cladding layer 13 is a layer made of an n-type III-V group compound semiconductor grown on the n-type buffer layer 12, and is made of, for example, AlGaAs. A suitable layer thickness of the n-type cladding layer 13 is, for example, 1.5 [μm], and a suitable n-type impurity concentration of the n-type cladding layer 13 is, for example, 7 × 10 17 [cm −3 ]. The lower barrier layer / SCH layer 14 is a layer made of an undoped III-V group compound semiconductor grown on the n-type cladding layer 13, and is made of, for example, GaAs. A suitable layer thickness of the lower barrier layer / SCH layer 14 is, for example, 0.14 [μm].

井戸層15は、下部バリア層兼SCH層14上に成長したアンドープIII−V族化合物半導体からなる層(特許請求の範囲における化合物半導体層)であり、窒素原子および砒素原子を含む。一実施例としては、井戸層15はGaInNAs結晶からなる。井戸層15の厚さは、例えば7[nm]である。   The well layer 15 is a layer (compound semiconductor layer in the claims) made of an undoped III-V compound semiconductor grown on the lower barrier / SCH layer 14 and contains nitrogen atoms and arsenic atoms. As an example, the well layer 15 is made of GaInNAs crystal. The thickness of the well layer 15 is, for example, 7 [nm].

上部バリア層兼SCH層16は、井戸層15上に成長したアンドープIII−V族化合物半導体からなる層であり、例えばGaAsからなる。上部バリア層兼SCH層16の好適な層厚は例えば0.14[μm]である。また、p型クラッド層17は、上部バリア層兼SCH層16上に成長したp型のIII−V族化合物半導体からなる層であり、例えばAlGaAsからなる。p型クラッド層17の好適な層厚は例えば1.5[μm]であり、p型クラッド層17の好適なp型不純物濃度は例えば1×1018[cm−3]である。また、p型コンタクト層18は、p型クラッド層17上に成長したp型のIII−V族化合物半導体からなる層であり、例えばGaAsからなる。p型コンタクト層18の好適な層厚は例えば0.2[μm]であり、p型コンタクト層18の好適なp型不純物濃度は例えば7×1018[cm−3]である。 The upper barrier / SCH layer 16 is a layer made of an undoped III-V compound semiconductor grown on the well layer 15 and is made of, for example, GaAs. A suitable layer thickness of the upper barrier layer / SCH layer 16 is, for example, 0.14 [μm]. The p-type cladding layer 17 is a layer made of a p-type III-V group compound semiconductor grown on the upper barrier layer / SCH layer 16, and is made of, for example, AlGaAs. A suitable layer thickness of the p-type cladding layer 17 is, for example, 1.5 [μm], and a suitable p-type impurity concentration of the p-type cladding layer 17 is, for example, 1 × 10 18 [cm −3 ]. The p-type contact layer 18 is a layer made of a p-type III-V group compound semiconductor grown on the p-type cladding layer 17, and is made of, for example, GaAs. A suitable layer thickness of the p-type contact layer 18 is, for example, 0.2 [μm], and a suitable p-type impurity concentration of the p-type contact layer 18 is, for example, 7 × 10 18 [cm −3 ].

成長工程S1では、上述したn型バッファ層12、n型クラッド層13、下部バリア層兼SCH層14、井戸層15、上部バリア層兼SCH層16、p型クラッド層17、およびp型コンタクト層18を、例えば有機金属気相成長法(MOVPE:Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy)により成長させる。このとき、Al,Ga,In,N,およびAsの各元素に対応する原料ガスとしては、例えばトリメチルアルミニウム(TMAl)、トリエチルガリウム(TEGa)、トリメチルインジウム(TMIn)、ジメチルヒドラジン(DMHy)、ターシャリブチルアルシン(TBAs)又はアルシン(AsH3)を供給するとよい。また、n型ドーパントであるSiの原料ガスとしては例えばテトラエチルシラン(TeESi)を、p型ドーパントであるZnの原料ガスとしては例えばジエチル亜鉛(DEZn)をそれぞれ供給するとよい。 In the growth step S1, the n-type buffer layer 12, the n-type cladding layer 13, the lower barrier layer / SCH layer 14, the well layer 15, the upper barrier layer / SCH layer 16, the p-type cladding layer 17, and the p-type contact layer described above. 18 is grown by, for example, metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE). At this time, as source gas corresponding to each element of Al, Ga, In, N, and As, for example, trimethylaluminum (TMAl), triethylgallium (TEGa), trimethylindium (TMIn), dimethylhydrazine (DMHy), tarsha may supplying-butyl arsine (TBAs) or arsine (AsH 3). Further, for example, tetraethylsilane (TeESi) may be supplied as a source gas of Si that is an n-type dopant, and diethylzinc (DEZn) may be supplied as a source gas of Zn that is a p-type dopant.

次に、第1の熱処理工程S2および第2の熱処理工程S3について説明する。第1の熱処理工程S2では、成長工程S1において作製されたウェハ生産物10の周辺を、砒素原子(As)を含む雰囲気(第1の雰囲気)とし、成長工程S1における成長温度より高い温度(第1の温度)で各半導体層12〜18の熱処理を行う。また、第2の熱処理工程S3では、ウェハ生産物10の周辺を水素化合物を含まない雰囲気(第2の雰囲気)または真空雰囲気とし、第1の熱処理工程S2における処理温度より低い温度(第2の温度)で各半導体層12〜18(特に井戸層15)の熱処理を行う。   Next, the first heat treatment step S2 and the second heat treatment step S3 will be described. In the first heat treatment step S2, the periphery of the wafer product 10 produced in the growth step S1 is set to an atmosphere (first atmosphere) containing arsenic atoms (As), and the temperature (first temperature) higher than the growth temperature in the growth step S1. The semiconductor layers 12 to 18 are heat-treated at a temperature of 1). In the second heat treatment step S3, the periphery of the wafer product 10 is set to an atmosphere not containing a hydrogen compound (second atmosphere) or a vacuum atmosphere, and a temperature lower than the treatment temperature in the first heat treatment step S2 (second step). The semiconductor layers 12 to 18 (particularly, the well layer 15) are heat-treated at a temperature.

第1の熱処理工程S2における第1の雰囲気を実現する際には、砒素原料ガスを熱処理時においても供給し続けるとよい。例えば、Asの原料ガスであるターシャリブチルアルシン(TBAs)又はアルシン(AsH3)を炉内に供給しながらウェハ生産物10の熱処理を行うとよい。このため、第1の熱処理工程S2は、成長工程S1において各半導体層12〜18を成長させた成長炉と同じ炉内で引き続き実施することができる(いわゆるin−situアニール)。 When realizing the first atmosphere in the first heat treatment step S2, it is preferable to continue supplying the arsenic source gas even during the heat treatment. For example, the wafer product 10 may be heat-treated while supplying tertiary butylarsine (TBAs) or arsine (AsH 3 ), which is an As source gas, into the furnace. Therefore, the first heat treatment step S2 can be continued in the same furnace as the growth furnace in which the semiconductor layers 12 to 18 are grown in the growth step S1 (so-called in-situ annealing).

また、第2の熱処理工程S3における第2の雰囲気を実現する際には、例えばアルゴンガス(Ar)などの不活性ガスや、窒素ガス(N)、及び水素ガス(H)のうち少なくとも一種類のガスからなる雰囲気とするとよい。また、第2の熱処理工程S3においては、各半導体層12〜18からV族原子が脱離することを極力防ぐため、III−V族化合物基板(GaAs基板など)でウェハ生産物10を挟み込んだ状態で熱処理を行うことが好ましい。 Further, when realizing the second atmosphere in the second heat treatment step S3, for example, at least of inert gas such as argon gas (Ar), nitrogen gas (N 2 ), and hydrogen gas (H 2 ) An atmosphere composed of one kind of gas is preferable. In the second heat treatment step S3, the wafer product 10 is sandwiched between III-V compound substrates (eg, GaAs substrates) in order to prevent the group V atoms from detaching from the semiconductor layers 12 to 18 as much as possible. It is preferable to perform the heat treatment in the state.

ここで、図3は、成長工程S1、第1の熱処理工程S2および第2の熱処理工程S3における処理温度および供給ガスの遷移の一例を示すグラフである。   Here, FIG. 3 is a graph showing an example of the transition of the treatment temperature and the supply gas in the growth step S1, the first heat treatment step S2, and the second heat treatment step S3.

成長工程S1では、基板11をMOVPE成長炉内に設置したのち、成長炉内へTBAs又はAsH3といった砒素原料ガスを供給しながら、図3に示すように成長炉内の温度を所定の成長温度(図では510℃)まで上昇させる(図中の区間A)。そして、所定の成長温度に達したらその温度を維持しつつ、TEGa、TMAl、TMInといったIII族原料ガスやDMHyといったV族原料ガスを更に供給して各半導体層(n型バッファ層12、n型クラッド層13、下部バリア層兼SCH層14、井戸層15、上部バリア層兼SCH層16、p型クラッド層17、およびp型コンタクト層18)を成長させる(区間B)。例えば、次の手順により、各半導体層を成長させる。
(1)TBAs及びTEGaを供給してn型バッファ層12としてのGaAs層を成長させる。
(2)TBAs、TEGa、及びTMAlを供給してn型クラッド層13としてのAlGaAs層を成長させる。
(3)TBAs及びTEGaを供給して下部バリア層兼SCH層14としてのGaAs層を成長させる。
(4)TBAs、TEGa、TMIn、およびDMHyを供給して井戸層15としてのGaInNAs層を成長させる。
(5)TBAs及びTEGaを供給して上部バリア層兼SCH層16としてのGaAs層を成長させる。
(6)TBAs、TEGa、及びTMAlを供給してp型クラッド層17としてのAlGaAs層を成長させる。
(7)TBAs及びTEGaを供給してp型コンタクト層18としてのGaAs層を成長させる。
こうして、図2に示したウェハ生産物10が形成される。なお、各半導体層の成長温度は450℃以上700℃以下が好ましく、典型的な成長温度は510℃である。
In the growth step S1, after the substrate 11 is placed in the MOVPE growth furnace, an arsenic source gas such as TBAs or AsH 3 is supplied into the growth furnace, and the temperature in the growth furnace is set to a predetermined growth temperature as shown in FIG. The temperature is raised to (510 ° C. in the figure) (section A in the figure). When a predetermined growth temperature is reached, the semiconductor layer (n-type buffer layer 12, n-type buffer layer 12, n-type buffer layer 12) is supplied by further supplying a group III source gas such as TEGa, TMAl, TMIn and a group V source gas such as DMHy while maintaining the temperature The cladding layer 13, the lower barrier layer / SCH layer 14, the well layer 15, the upper barrier layer / SCH layer 16, the p-type cladding layer 17, and the p-type contact layer 18) are grown (section B). For example, each semiconductor layer is grown by the following procedure.
(1) TBAs and TEGa are supplied to grow a GaAs layer as the n-type buffer layer 12.
(2) TBAs, TEGa, and TMAl are supplied to grow an AlGaAs layer as the n-type cladding layer 13.
(3) TBAs and TEGa are supplied to grow a GaAs layer as the lower barrier / SCH layer 14.
(4) TBAs, TEGa, TMIn, and DMHy are supplied to grow a GaInNAs layer as the well layer 15.
(5) TBAs and TEGa are supplied to grow a GaAs layer as the upper barrier layer / SCH layer 16.
(6) Supply TBAs, TEGa, and TMAl to grow an AlGaAs layer as the p-type cladding layer 17.
(7) Supply TBAs and TEGa to grow a GaAs layer as the p-type contact layer 18.
Thus, the wafer product 10 shown in FIG. 2 is formed. The growth temperature of each semiconductor layer is preferably 450 ° C. or higher and 700 ° C. or lower, and a typical growth temperature is 510 ° C.

続いて、ウェハ生産物10をMOVPE成長炉内に設置した状態で、第1の熱処理工程S2に移る。第1の熱処理工程S2では、成長炉内の雰囲気を前述した第1の雰囲気とする。そして、第1の雰囲気下で成長炉内の温度を所定の第1の温度(図では650℃)まで更に上昇させる(区間C)。所定の第1の温度に達したらその温度を維持しつつ、ウェハ生産物10の各半導体層の熱処理を所定時間行う(区間D)。なお、所定の第1の温度は575℃以上700℃以下が好ましく、650℃が最も好適である。   Subsequently, in a state where the wafer product 10 is installed in the MOVPE growth furnace, the process proceeds to the first heat treatment step S2. In the first heat treatment step S2, the atmosphere in the growth furnace is the first atmosphere described above. Then, the temperature in the growth furnace is further raised to a predetermined first temperature (650 ° C. in the figure) under the first atmosphere (section C). When the predetermined first temperature is reached, the semiconductor layer of the wafer product 10 is heat-treated for a predetermined time while maintaining the temperature (section D). The predetermined first temperature is preferably 575 ° C. or more and 700 ° C. or less, and most preferably 650 ° C.

第1の熱処理工程S2において所定時間の熱処理が完了すると、成長炉内を降温する(区間E)。このとき、TBAsやAsH3などの水素化合物は、供給を停止されることが好ましい。 When the heat treatment for a predetermined time is completed in the first heat treatment step S2, the temperature in the growth furnace is lowered (section E). At this time, it is preferable that supply of hydrogen compounds such as TBAs and AsH 3 is stopped.

続いて、ウェハ生産物10をMOVPE成長炉とは別の炉(以下、熱処理炉という)へ移し、第2の熱処理工程S3を行う。第2の熱処理工程S3では、熱処理炉内の雰囲気を前述した第2の雰囲気とする。そして、第2の雰囲気下で熱処理炉内の温度を所定の第2の温度(図では500℃)まで上昇させる(区間F)。所定の第2の温度に達したらその温度を維持しつつ、ウェハ生産物10の各半導体層(特に井戸層15)の熱処理を所定時間行う(区間G)。なお、所定の第2の温度は500℃以上650℃未満が好ましく、500℃が最も好適である。   Subsequently, the wafer product 10 is transferred to a furnace (hereinafter referred to as a heat treatment furnace) different from the MOVPE growth furnace, and a second heat treatment step S3 is performed. In the second heat treatment step S3, the atmosphere in the heat treatment furnace is the second atmosphere described above. Then, the temperature in the heat treatment furnace is raised to a predetermined second temperature (500 ° C. in the drawing) in the second atmosphere (section F). When the predetermined second temperature is reached, the semiconductor layer (especially the well layer 15) of the wafer product 10 is heat-treated for a predetermined time while maintaining the temperature (section G). The predetermined second temperature is preferably 500 ° C. or higher and lower than 650 ° C., and 500 ° C. is most preferable.

第2の熱処理工程S3において所定時間の熱処理が完了すると、熱処理炉内を降温する(区間H)。なお、この降温処理の際においても、上述した第2の雰囲気を維持するとよい。   When the heat treatment for a predetermined time is completed in the second heat treatment step S3, the temperature in the heat treatment furnace is lowered (section H). It should be noted that the second atmosphere described above may be maintained during the temperature lowering process.

以上の工程(成長工程S1、第1の熱処理工程S2、および第2の熱処理工程S3)の後、ウェハ生産物10を加工することにより半導体デバイスを作製する(図1に示す工程S4)。半導体デバイスの一例として、図4に示す利得ガイド型レーザ素子30の作製方法を説明すると、まず、通常のフォトリソグラフィー技術によりストライプ状のレジストパターンを図2に示したp型コンタクト層18上に形成する。次に、p型コンタクト層18のうちレジストパターンに覆われない部分をエッチングして除去することにより、図4に示すようにp型コンタクト層18をストライプ状に成形する。そして、プラズマCVD法によりウェハ生産物10上の全面にSiN等の絶縁膜32を形成したのち、p型コンタクト層18上の絶縁膜32のみ除去する。続いて、p型コンタクト層18上に金属製のアノード電極34を形成すると共に、基板11の裏面上に金属製のカソード電極36を形成する。最後に、当該ウェハ生産物をチップ状に分割することにより、図4に示す利得ガイド型レーザ素子30が完成する。   After the above steps (growth step S1, first heat treatment step S2, and second heat treatment step S3), a semiconductor device is manufactured by processing the wafer product 10 (step S4 shown in FIG. 1). As an example of the semiconductor device, a manufacturing method of the gain guide type laser element 30 shown in FIG. 4 will be described. First, a stripe-like resist pattern is formed on the p-type contact layer 18 shown in FIG. 2 by a normal photolithography technique. To do. Next, by removing the portion of the p-type contact layer 18 that is not covered with the resist pattern by etching, the p-type contact layer 18 is formed in a stripe shape as shown in FIG. Then, after an insulating film 32 such as SiN is formed on the entire surface of the wafer product 10 by plasma CVD, only the insulating film 32 on the p-type contact layer 18 is removed. Subsequently, a metal anode electrode 34 is formed on the p-type contact layer 18, and a metal cathode electrode 36 is formed on the back surface of the substrate 11. Finally, the gain product laser element 30 shown in FIG. 4 is completed by dividing the wafer product into chips.

本実施形態による半導体デバイスの作製方法の作用効果について説明する。[課題を解決する手段]欄で既に述べたように、窒素原子および砒素原子を含むIII−V族化合物半導体結晶に熱処理を施すことによる結晶欠陥の消滅過程には、次の二つのパターンがある。すなわち、(一)熱エネルギーにより格子間原子が拡散し正常な格子サイトに収まる、或いは熱エネルギーにより空格子欠陥の拡散が起こりIII−V族化合物半導体結晶中から脱離するといった一般的な点欠陥の消滅過程、および(二)欠陥を誘発する水素原子と窒素原子との結合(以下、N−H結合とする)が熱エネルギーにより解離し、水素原子がIII−V族化合物半導体結晶中から脱離するという水素起因欠陥の消滅過程、の二つである。なお、(二)のN−H結合は、窒素原子(N)を含むIII−V族化合物半導体結晶を成長させる際に用いられるDMHyといった原料ガスのN−H結合が切れずに結晶内に堆積することによって生じるものと推測される。   The effects of the semiconductor device fabrication method according to the present embodiment will be explained. As already described in the section [Means for Solving the Problems], there are the following two patterns in the annihilation process of crystal defects caused by heat treatment of a group III-V compound semiconductor crystal containing nitrogen atoms and arsenic atoms. . That is, (1) general point defects such as interstitial atoms diffused by thermal energy and settled in normal lattice sites, or vacancy defects diffused by thermal energy and desorbed from III-V compound semiconductor crystals. And (2) bonds between hydrogen atoms and nitrogen atoms that induce defects (hereinafter referred to as NH bonds) are dissociated by thermal energy, and the hydrogen atoms are desorbed from the group III-V compound semiconductor crystal. Two processes are the disappearance process of hydrogen-induced defects. The N—H bond (2) is deposited in the crystal without breaking the N—H bond of the source gas such as DMHy used when growing a III-V compound semiconductor crystal containing a nitrogen atom (N). This is presumed to be caused by

本実施形態による半導体デバイスの作製方法においては、基板上に各半導体層を成長させたのち、第1の熱処理工程S2として、Asを含む第1の雰囲気下で比較的高温(第1の温度)の熱処理を行う。このように第1の熱処理工程S2において比較的高温の熱処理を行うことによって、上記消滅過程(一)を生じさせ、GaInNAs井戸層15等の各半導体層に含まれる一般的な点欠陥を低減できる。更に、Asを含む第1の雰囲気下で熱処理を行うことによって、図5(a)に示すように、高温の熱処理に伴いAsがGaInNAs井戸層15等から脱離することを抑制できる。   In the semiconductor device fabrication method according to the present embodiment, after each semiconductor layer is grown on the substrate, the first heat treatment step S2 is performed at a relatively high temperature (first temperature) in a first atmosphere containing As. The heat treatment is performed. As described above, by performing the heat treatment at a relatively high temperature in the first heat treatment step S2, the annihilation process (1) is caused, and general point defects contained in each semiconductor layer such as the GaInNAs well layer 15 can be reduced. . Furthermore, by performing the heat treatment in the first atmosphere containing As, as shown in FIG. 5A, it is possible to suppress As from being desorbed from the GaInNAs well layer 15 and the like due to the high-temperature heat treatment.

第1の雰囲気を実現するためには、例えば砒素原子の原料ガス(TBAs、AsH3など)を供給するとよい。この場合、原料ガスから分離した活性水素(水素イオン等)が第1の雰囲気に更に含まれることとなる。例えば、TBAsは次の化学式で表されるが、

Figure 2009043785

このTBAsが熱分解すると、As、H(活性水素)、C、およびCHが生成する。したがって、図5(a)に示すように炉内に水素分圧も付加されるので、上記消滅過程(二)によってGaInNAs井戸層15から水素原子が脱離することは期待できない。 In order to realize the first atmosphere, for example, a source gas of arsenic atoms (TBAs, AsH 3, etc.) may be supplied. In this case, active hydrogen (hydrogen ions or the like) separated from the source gas is further included in the first atmosphere. For example, TBAs are represented by the following chemical formula:
Figure 2009043785

When these TBAs are thermally decomposed, As, H (active hydrogen), C, and CH 3 are generated. Therefore, as shown in FIG. 5 (a), a hydrogen partial pressure is also applied to the furnace, so that it cannot be expected that hydrogen atoms are desorbed from the GaInNAs well layer 15 by the annihilation process (2).

そこで、本実施形態による半導体デバイスの作製方法においては、第2の熱処理工程S3として、TBAsやAsH3などの水素化合物を含まない第2の雰囲気下または真空雰囲気下で比較的低温(第2の温度)の熱処理を行う。このように、水素化合物を含まない雰囲気下または真空雰囲気下で熱処理を行うことによって、GaInNAs井戸層15において図5(b)に示すように上記消滅過程(二)を生じさせ、水素起因欠陥を低減できる。また、比較的低温の熱処理を行うことによって、Asの脱離を抑制できる。 Therefore, in the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment, as the second heat treatment step S3, the second heat treatment step S3 is performed at a relatively low temperature (second phase) in a second atmosphere or a vacuum atmosphere that does not contain a hydrogen compound such as TBAs and AsH 3 . Temperature). As described above, by performing the heat treatment in an atmosphere not containing a hydrogen compound or in a vacuum atmosphere, the annihilation process (2) is caused in the GaInNAs well layer 15 as shown in FIG. Can be reduced. In addition, desorption of As can be suppressed by performing heat treatment at a relatively low temperature.

以上説明したように、本実施形態による半導体デバイスの作製方法によれば、二つの欠陥消滅過程を十分に生じさせることができるので、窒素原子および砒素原子を含むIII−V族化合物半導体結晶(例えばGaInNAs井戸層15)の結晶性を、従来の熱処理方法と比較して極めて良好にできる。   As described above, according to the method for fabricating the semiconductor device according to the present embodiment, two defect annihilation processes can be sufficiently generated. Therefore, a group III-V compound semiconductor crystal containing nitrogen atoms and arsenic atoms (for example, The crystallinity of the GaInNAs well layer 15) can be made very good compared with the conventional heat treatment method.

また、本実施形態のように、ウェハ生産物10の各半導体層の組成に窒素以外のV族原子としてAsが含まれている場合には、第1の熱処理工程S2の際に、ウェハ生産物10の周辺にTBAs及びAsH3のうち少なくとも一方を供給することにより第1の雰囲気とするとよい。Asを含む化合物半導体の成長に多く用いられるTBAsやAsH3を利用することにより、Asを含む第1の雰囲気を容易に実現できる。なお、TBAsやAsH3以外にも、砒素原料として、ジエチル砒素水素((C252AsH)、エチルアルシン((C25)AsH2)、トリエチル砒素((C253As)、トリメチル砒素((CH33As)、トリスジメチルアミノ砒素((C618)N3As)などの有機砒素原料ガスを用いることができる。 Further, as in the present embodiment, when As is included as a group V atom other than nitrogen in the composition of each semiconductor layer of the wafer product 10, the wafer product is subjected to the first heat treatment step S2. A first atmosphere may be obtained by supplying at least one of TBAs and AsH 3 around 10. The first atmosphere containing As can be easily realized by using TBAs and AsH 3 that are often used for the growth of compound semiconductors containing As. In addition to TBAs and AsH 3 , arsenic raw materials include diethyl arsenide hydrogen ((C 2 H 5 ) 2 AsH), ethylarsine ((C 2 H 5 ) AsH 2 ), triethyl arsenic ((C 2 H 5 ) Organic arsenic source gases such as 3 As), trimethyl arsenic ((CH 3 ) 3 As), and trisdimethylamino arsenic ((C 6 H 18 ) N 3 As) can be used.

また、本実施形態のように、第2の熱処理工程S3における第2の雰囲気は、アルゴン等の不活性ガス、水素ガス、および窒素ガスのうち少なくとも一種類のガスからなる雰囲気であるとよい。これらのガスは高温でも分解しない安定な性質を有するので、第2の熱処理工程S3を好適に行うことができる。   Further, as in the present embodiment, the second atmosphere in the second heat treatment step S3 may be an atmosphere composed of at least one kind of gas such as an inert gas such as argon, hydrogen gas, and nitrogen gas. Since these gases have a stable property that does not decompose even at high temperatures, the second heat treatment step S3 can be suitably performed.

また、本実施形態のように、第1の熱処理工程S2において熱処理を終えて降温する際には、TBAsやAsH3といった水素化合物を含まない雰囲気中で該降温処理を行うとよい。この降温処理の際の雰囲気に水素化合物が含まれると、図6に示すように、この水素化合物から分離した活性水素がIII−V族化合物半導体結晶(例えばGaInNAs井戸層15)内に混入し、水素起因欠陥が増加してしまう。したがって、第1の熱処理工程S2における降温処理を水素化合物を含まない雰囲気中で行うことにより、水素起因欠陥の増加を抑えることができる。 Further, as in the present embodiment, when the temperature is lowered after finishing the heat treatment in the first heat treatment step S2, the temperature lowering treatment may be performed in an atmosphere that does not contain a hydrogen compound such as TBAs or AsH 3 . When a hydrogen compound is contained in the atmosphere during the temperature lowering process, as shown in FIG. 6, active hydrogen separated from the hydrogen compound is mixed into the group III-V compound semiconductor crystal (for example, GaInNAs well layer 15), Hydrogen-induced defects increase. Therefore, an increase in hydrogen-induced defects can be suppressed by performing the temperature lowering process in the first heat treatment step S2 in an atmosphere not containing a hydrogen compound.

また、本実施形態のように、第1の熱処理工程S2における処理温度(第1の温度)は650[℃]以上であり、第2の熱処理工程S3における処理温度(第2の温度)は650[℃]未満であるとよい。第1の温度を650[℃]以上とすることにより、前述した欠陥消滅過程(一)を好適に発生させ得る。また、第2の温度を650[℃]未満とすることにより、Asの脱離を抑えつつ欠陥消滅過程(二)を好適に発生させ得る。   Further, as in the present embodiment, the treatment temperature (first temperature) in the first heat treatment step S2 is 650 [° C.] or higher, and the treatment temperature (second temperature) in the second heat treatment step S3 is 650. It is good that it is less than [° C.]. By setting the first temperature to 650 [° C.] or higher, the above-described defect disappearance process (1) can be suitably generated. Further, by setting the second temperature to less than 650 [° C.], the defect disappearance process (2) can be suitably generated while suppressing As desorption.

また、本実施形態のように、第1の熱処理工程S2を成長工程S1に引き続いて成長炉内で行い、第2の熱処理工程S3を成長炉とは別の炉(熱処理炉)内で行うとよい。これにより、第1の熱処理工程S2における第1の雰囲気、および第2の熱処理工程S3における第2の雰囲気のそれぞれを容易に実現できる。   Further, as in the present embodiment, the first heat treatment step S2 is performed in the growth furnace subsequent to the growth step S1, and the second heat treatment step S3 is performed in a furnace (heat treatment furnace) different from the growth furnace. Good. Thereby, it is possible to easily realize each of the first atmosphere in the first heat treatment step S2 and the second atmosphere in the second heat treatment step S3.

本発明者は、第1の熱処理工程S2および第2の熱処理工程S3による上記作用効果を、実際に半導体デバイスを作製して確認した。以下、その結果について説明する。   The inventor of the present invention actually confirmed the above-described effects by the first heat treatment step S2 and the second heat treatment step S3 by actually fabricating a semiconductor device. The results will be described below.

<第1の実施例>
図7に示すように、n型GaAsウェハ51上にアンドープGaAsバッファ層52、アンドープGaInNAs井戸層53、およびアンドープGaAsバッファ層54を減圧MOVPE法により順に成長させて、GaInNAs/GaAs単一量子井戸構造を有するウェハ生産物50を2枚作製した(成長工程)。このウェハ生産物50において、井戸層53の厚さを7[nm]とし、その組成をGa0.66In0.340.01As0.99とした。この組成により、井戸層53のフォトルミネッセンス(PL)波長は1250[nm]となる。井戸層53のGa、In、N、及びAsの各原料ガスとしてそれぞれTEGa、TMIn、DMHy、及びTBAsを用いた。ウェハ51としてはSiドープGaAsウェハであって面方位が(100)であり2°のオフ角を有するものを用いた。井戸層53の成長温度を510℃とし、井戸層53の成長速度を0.9[μm/h]とし、TEGa、TMIn、DMHy、及びTBAsの流量および流量比を下の表1のようにした。また、井戸層53の成長圧力を10.1[kPa](76[Torr])とした。

Figure 2009043785
<First embodiment>
As shown in FIG. 7, an undoped GaAs buffer layer 52, an undoped GaInNAs well layer 53, and an undoped GaAs buffer layer 54 are sequentially grown on an n-type GaAs wafer 51 by a low pressure MOVPE method to obtain a GaInNAs / GaAs single quantum well structure. Two wafer products 50 having the above were produced (growth process). In this wafer product 50, the thickness of the well layer 53 was 7 [nm], and the composition was Ga 0.66 In 0.34 N 0.01 As 0.99 . With this composition, the photoluminescence (PL) wavelength of the well layer 53 is 1250 [nm]. TEGa, TMIn, DMHy, and TBAs were used as Ga, In, N, and As source gases for the well layer 53, respectively. As the wafer 51, a Si-doped GaAs wafer having a plane orientation of (100) and an off angle of 2 ° was used. The growth temperature of the well layer 53 was 510 ° C., the growth rate of the well layer 53 was 0.9 [μm / h], and the flow rates and flow ratios of TEGa, TMIn, DMHy, and TBAs were as shown in Table 1 below. . The growth pressure of the well layer 53 was 10.1 [kPa] (76 [Torr]).
Figure 2009043785

このようにして作製した2枚のウェハ生産物50のうち1枚に対し、各半導体層(バッファ層52、井戸層53、バッファ層54)の成長に引き続きMOVPE成長炉内で熱処理を行った(第1の熱処理工程)。このときの熱処理条件としては、井戸層53のPL強度が最大となるように熱処理温度(第1の温度)を650℃とし、熱処理時間を10分間とした。また、熱処理中にウェハ生産物50の表面からAsが脱離することを防ぐため、TBAs雰囲気(第1の雰囲気)で熱処理を行った。熱処理後は水素の混入を防ぐため、TBAs原料を流さずに水素雰囲気にて降温を行った。   One of the two wafer products 50 thus produced was subjected to heat treatment in the MOVPE growth furnace following the growth of each semiconductor layer (buffer layer 52, well layer 53, buffer layer 54) ( First heat treatment step). As heat treatment conditions at this time, the heat treatment temperature (first temperature) was 650 ° C. and the heat treatment time was 10 minutes so that the PL strength of the well layer 53 was maximized. Further, in order to prevent As from being detached from the surface of the wafer product 50 during the heat treatment, the heat treatment was performed in a TBAs atmosphere (first atmosphere). After the heat treatment, the temperature was lowered in a hydrogen atmosphere without flowing the TBAs raw material in order to prevent mixing of hydrogen.

その後、このウェハ生産物50を成長炉から取り出したのち4つに分割し、成長炉とは別の熱処理炉を用いて熱処理を行った(第2の熱処理工程)。その際、ウェハ生産物50の表面からAsが脱離することを極力防ぐため、2枚のGaAs基板でウェハ生産物50を挟み込んだ状態で熱処理を行った。また、ウェハ生産物50の周囲を窒素ガス雰囲気(第2の雰囲気)とし、4分割したウェハ生産物50の熱処理温度(第2の温度)をそれぞれ500℃、550℃、600℃、及び650℃とした。熱処理時間は各々15秒とした。   Thereafter, the wafer product 50 was taken out of the growth furnace and divided into four, and heat treatment was performed using a heat treatment furnace different from the growth furnace (second heat treatment step). At that time, in order to prevent As from detaching from the surface of the wafer product 50 as much as possible, heat treatment was performed with the wafer product 50 sandwiched between two GaAs substrates. Further, the periphery of the wafer product 50 is a nitrogen gas atmosphere (second atmosphere), and the heat treatment temperatures (second temperatures) of the wafer product 50 divided into four parts are 500 ° C., 550 ° C., 600 ° C., and 650 ° C., respectively. It was. The heat treatment time was 15 seconds each.

成長工程において作製した2枚のウェハ生産物50のうち残りの1枚については、各半導体層(バッファ層52、井戸層53、バッファ層54)の成長後に成長炉から取り出し、成長炉とは別の熱処理炉でのみ熱処理を行った。その際、上述した第2の熱処理工程と同様にウェハ生産物50を4つに分割して熱処理を行った。また、2枚のGaAs基板でウェハ生産物50を挟み込んだ状態で熱処理を行った。ウェハ生産物50の周囲は窒素ガス雰囲気とし、4分割したウェハ生産物50の熱処理温度をそれぞれ500℃、550℃、600℃、及び650℃とした。熱処理時間は各々15秒とした。   The remaining one of the two wafer products 50 produced in the growth process is taken out of the growth furnace after the growth of each semiconductor layer (buffer layer 52, well layer 53, buffer layer 54), and is separate from the growth furnace. The heat treatment was performed only in the heat treatment furnace. At that time, similarly to the above-described second heat treatment step, the wafer product 50 was divided into four and subjected to heat treatment. Further, heat treatment was performed with the wafer product 50 sandwiched between two GaAs substrates. The periphery of the wafer product 50 was a nitrogen gas atmosphere, and the heat treatment temperatures of the four divided wafer products 50 were 500 ° C., 550 ° C., 600 ° C., and 650 ° C., respectively. The heat treatment time was 15 seconds each.

以上の工程を経たのち、各ウェハ生産物50の光学特性を室温PL測定により評価した。図8は、各熱処理方法におけるPL強度と熱処理温度との相関を示すグラフである。図8において、グラフG1は第1及び第2の熱処理工程を経たウェハ生産物50の特性を示しており、グラフG2は熱処理炉でのみ熱処理を行ったウェハ生産物50の特性を示している。なお、図8においては、PL強度として基準強度に対する相対値を示している。また、参考のため、図8には各半導体層(バッファ層52、井戸層53、バッファ層54)の成長に引き続きTBAs雰囲気での熱処理のみ行った場合(グラフG3)についても示している。以下、各グラフG1〜G3に基づいて各熱処理方法を評価する。   After going through the above steps, the optical properties of each wafer product 50 were evaluated by room temperature PL measurement. FIG. 8 is a graph showing the correlation between the PL intensity and the heat treatment temperature in each heat treatment method. In FIG. 8, a graph G1 shows the characteristics of the wafer product 50 that has undergone the first and second heat treatment steps, and a graph G2 shows the characteristics of the wafer product 50 that has been heat-treated only in the heat treatment furnace. In FIG. 8, the relative value with respect to the reference intensity is shown as the PL intensity. For reference, FIG. 8 also shows the case (graph G3) in which only the heat treatment in the TBAs atmosphere is performed subsequent to the growth of each semiconductor layer (buffer layer 52, well layer 53, buffer layer 54). Hereinafter, each heat processing method is evaluated based on each graph G1-G3.

(1)TBAs雰囲気中での熱処理のみ行った場合(グラフG3)
TBAs雰囲気中での熱処理のみ行った場合、Asの脱離による欠陥形成を抑制しながら比較的高い温度まで昇温することが可能となり、非発光再結合中心として働く格子間原子や空格子欠陥等の点欠陥を消滅させることができる。それによりGaInNAs結晶中の発光効率が高くなり、光学特性(PL強度)が向上する。なお、その最適温度は650℃であり、更に高温とすると量子井戸界面における原子の相互拡散が顕著になり、結晶構造が乱れ結晶欠陥が増加し、光学特性(PL強度)は急激に悪化する。
(1) When only heat treatment is performed in a TBAs atmosphere (graph G3)
When only heat treatment is performed in a TBAs atmosphere, it is possible to raise the temperature to a relatively high temperature while suppressing the formation of defects due to As desorption. The point defect can be eliminated. Thereby, the luminous efficiency in the GaInNAs crystal is increased, and the optical characteristics (PL intensity) are improved. The optimum temperature is 650 ° C. If the temperature is further increased, the interdiffusion of atoms at the quantum well interface becomes remarkable, the crystal structure is disturbed, crystal defects increase, and the optical characteristics (PL intensity) deteriorate rapidly.

しかし、TBAs雰囲気中で熱処理を行った場合、該処理の際にTBAsが熱分解して活性水素が発生する。従って、雰囲気中の水素分圧が高くなり、GaInNAs結晶中の水素原子が結晶外へ離脱することが抑制される。そのため、TBAs雰囲気での熱処理では水素起因欠陥を減少させる効果はあまり期待できない。   However, when heat treatment is performed in a TBAs atmosphere, the TBAs are thermally decomposed during the treatment to generate active hydrogen. Therefore, the hydrogen partial pressure in the atmosphere is increased, and the hydrogen atoms in the GaInNAs crystal are suppressed from leaving the crystal. Therefore, the effect of reducing hydrogen-induced defects cannot be expected with heat treatment in a TBAs atmosphere.

(2)窒素ガス雰囲気での熱処理のみ行った場合(グラフG2)
窒素ガス雰囲気中での熱処理のみ行った場合、窒素ガス雰囲気では水素分圧が低いので、水素原子がGaInNAs結晶から脱離しやすい。GaInNAs結晶中において水素原子はN−H結合として存在していると考えられており、このN−H結合が切れることにより水素原子がGaInNAs結晶から脱離する。なお、N−H結合を解離させ得る温度は500℃以上である。また、水素原子は窒素原子と結合することにより結晶欠陥を形成する。したがって、500℃以上の温度で水素原子を脱離させることによって、GaInNAs結晶の光学特性を向上させることができる。
(2) When only heat treatment is performed in a nitrogen gas atmosphere (graph G2)
When only the heat treatment is performed in a nitrogen gas atmosphere, the hydrogen partial pressure is low in the nitrogen gas atmosphere, so that hydrogen atoms are easily desorbed from the GaInNAs crystal. It is considered that a hydrogen atom exists as an N—H bond in the GaInNAs crystal, and the hydrogen atom is desorbed from the GaInNAs crystal when this N—H bond is broken. The temperature at which the N—H bond can be dissociated is 500 ° C. or higher. Moreover, a hydrogen atom couple | bonds with a nitrogen atom, and forms a crystal defect. Therefore, the optical characteristics of the GaInNAs crystal can be improved by desorbing hydrogen atoms at a temperature of 500 ° C. or higher.

図8のグラフG2を参照すると、熱処理温度が500℃から高くなるに従ってPL強度が大きくなるが、これは、水素原子が脱離して水素起因欠陥が低減する効果および熱による点欠陥消滅効果によるものである。しかし、グラフG2では熱処理温度600℃でPL強度が最大となり、それより高い温度では光学特性は劣化している。これは、高温の熱処理によるGaAs結晶からのAsの脱離による新たな欠陥形成を意味しており、窒素ガス雰囲気中での熱処理を行うのみでは点欠陥を完全に消滅させることは難しい。   Referring to the graph G2 in FIG. 8, the PL intensity increases as the heat treatment temperature increases from 500 ° C., which is due to the effect that hydrogen atoms are eliminated and hydrogen-induced defects are reduced, and the point defect disappearance effect due to heat. It is. However, in the graph G2, the PL intensity becomes maximum at a heat treatment temperature of 600 ° C., and the optical characteristics deteriorate at higher temperatures. This means that a new defect is formed by desorption of As from the GaAs crystal by a high-temperature heat treatment, and it is difficult to completely eliminate the point defect only by performing the heat treatment in a nitrogen gas atmosphere.

(3)第1及び第2の熱処理工程を経た場合(グラフG1)
TBAs雰囲気中での熱処理(第1の熱処理工程)においては、ウェハ生産物50の周囲を650℃まで昇温させることにより、非発光再結合中心として働く格子間原子や空格子欠陥等の点欠陥を消滅させることができる。そして、窒素雰囲気中において500℃以上で熱処理(第2の熱処理工程)を行うことにより、GaInNAs結晶中から水素原子を脱離させることができる。これらの工程によって点欠陥および水素起因欠陥の双方を効率良く除去することが可能となり、特に第2の熱処理工程における処理温度(第2の温度)が600℃未満の場合にはPL強度が飛躍的に向上する。なお、第2の温度が600℃より高い場合には、熱の過負荷により新たな結晶欠陥が形成されるのでPL強度は低下すると考えられる。したがって、第2の熱処理工程では熱処理温度を500℃以上であってなるべく低い温度とすることが望ましい。
(3) When going through the first and second heat treatment steps (graph G1)
In the heat treatment in the TBAs atmosphere (first heat treatment step), by raising the temperature around the wafer product 50 to 650 ° C., point defects such as interstitial atoms and vacancies acting as non-radiative recombination centers Can be extinguished. Then, by performing heat treatment (second heat treatment step) at 500 ° C. or higher in a nitrogen atmosphere, hydrogen atoms can be desorbed from the GaInNAs crystal. By these steps, both point defects and hydrogen-induced defects can be efficiently removed. In particular, when the processing temperature (second temperature) in the second heat treatment step is less than 600 ° C., the PL intensity is dramatically increased. To improve. When the second temperature is higher than 600 ° C., it is considered that the PL intensity decreases because new crystal defects are formed due to thermal overload. Therefore, in the second heat treatment step, it is desirable that the heat treatment temperature be 500 ° C. or higher and as low as possible.

すなわち、本実施例によれば、第1及び第2の熱処理工程を行って二つの欠陥消滅過程を十分に生じさせることにより、NおよびAsを含むIII−V族化合物半導体結晶の結晶性を極めて良好にできることがわかる。   That is, according to the present embodiment, the crystallinity of the III-V group compound semiconductor crystal containing N and As is extremely improved by performing the first and second heat treatment steps to sufficiently generate two defect disappearance processes. It turns out that it can do well.

<第2の実施例>
次に、図2に示した構造のウェハ生産物10を減圧MOVPE法により2枚作製した(成長工程)。このウェハ生産物10において、井戸層15の厚さを7[nm]とし、その組成をGa0.66In0.340.01As0.99とした。また、バリア層兼SCH層14,16はGaAsにより形成し、それらの層厚を140[nm]とした。n型クラッド層13およびp型クラッド層17はAl組成30%のAlGaAsにより形成し、それぞれにSi,Znをドープした。また、これらクラッド層13,17の層厚を1.5[μm]とした。p型コンタクト層18をGaAsにより形成し、その厚さを0.2[μm]とした。Ga、In、N、及びAsの各原料ガスとしてそれぞれTEGa、TMIn、DMHy、及びTBAsを用い、n型およびp型のドーパント(Si、Zn)の原料ガスとしてそれぞれTeESi、DEZnを用いた。基板11としてはSiドープGaAsウェハであって面方位が(100)であり2°のオフ角を有するものを用いた。井戸層53の成長温度を510℃とし、井戸層53の成長速度を0.9[μm/h]とし、TEGa、TMIn、DMHy、及びTBAsの流量および流量比を先の表1のようにした。また、井戸層53の成長圧力を10.1[kPa](76[Torr])とした。
<Second Embodiment>
Next, two wafer products 10 having the structure shown in FIG. 2 were produced by a reduced pressure MOVPE method (growth process). In this wafer product 10, the thickness of the well layer 15 was set to 7 [nm], and the composition thereof was Ga 0.66 In 0.34 N 0.01 As 0.99 . The barrier / SCH layers 14 and 16 are made of GaAs, and the layer thickness is 140 [nm]. The n-type cladding layer 13 and the p-type cladding layer 17 were formed of AlGaAs with an Al composition of 30%, and were doped with Si and Zn, respectively. The layer thicknesses of the cladding layers 13 and 17 were 1.5 [μm]. The p-type contact layer 18 was formed of GaAs and its thickness was 0.2 [μm]. TEGa, TMIn, DMHy, and TBAs were used as source gases for Ga, In, N, and As, respectively, and TeESi, DEZn were used as source gases for n-type and p-type dopants (Si, Zn), respectively. As the substrate 11, a Si-doped GaAs wafer having a plane orientation of (100) and an off angle of 2 ° was used. The growth temperature of the well layer 53 was set to 510 ° C., the growth rate of the well layer 53 was set to 0.9 [μm / h], and the flow rates and flow ratios of TEGa, TMIn, DMHy, and TBAs were as shown in Table 1 above. . The growth pressure of the well layer 53 was 10.1 [kPa] (76 [Torr]).

このようにして作製した2枚のウェハ生産物10に対し、各半導体層の成長に引き続きMOVPE成長炉内で熱処理を行った(第1の熱処理工程)。このときの熱処理条件としては、熱処理温度(第1の温度)を650℃とし、熱処理時間を10分間とした。また、熱処理中にウェハ生産物10の表面からAsが脱離することを防ぐため、TBAs雰囲気(第1の雰囲気)で熱処理を行った。熱処理後は水素の混入を防ぐため、TBAs原料を流さずに水素雰囲気にて降温を行った。   The two wafer products 10 thus produced were subjected to heat treatment in the MOVPE growth furnace following the growth of each semiconductor layer (first heat treatment step). The heat treatment conditions at this time were a heat treatment temperature (first temperature) of 650 ° C. and a heat treatment time of 10 minutes. Further, in order to prevent As from being detached from the surface of the wafer product 10 during the heat treatment, the heat treatment was performed in a TBAs atmosphere (first atmosphere). After the heat treatment, the temperature was lowered in a hydrogen atmosphere without flowing the TBAs raw material in order to prevent mixing of hydrogen.

続いて、2枚のウェハ生産物10のうち1枚に対し、成長炉とは別の熱処理炉を用いて熱処理を行った(第2の熱処理工程)。その際、ウェハ生産物10の表面からAsが脱離することを極力防ぐため、2枚のGaAs基板でウェハ生産物10を挟み込んだ状態で熱処理を行った。また、ウェハ生産物10の周囲を窒素ガス雰囲気(第2の雰囲気)とし、熱処理温度(第2の温度)を500℃として15秒間の熱処理を行った。   Subsequently, one of the two wafer products 10 was subjected to heat treatment using a heat treatment furnace different from the growth furnace (second heat treatment step). At that time, in order to prevent As from detaching from the surface of the wafer product 10 as much as possible, heat treatment was performed in a state where the wafer product 10 was sandwiched between two GaAs substrates. Further, the wafer product 10 was surrounded by a nitrogen gas atmosphere (second atmosphere), the heat treatment temperature (second temperature) was 500 ° C., and the heat treatment was performed for 15 seconds.

その後、2枚のウェハ生産物10を加工して図4に示した利得ガイド型レーザ素子30を作製した。まず、フォトリソグラフィー技術によりp型コンタクト層18上にレジストパターンを形成し、エッチングによりコンタクト層18をストライプ状に加工した。このとき、コンタクト層18のストライプ幅を5[μm]とした。そして、プラズマCVD法によりウェハの全面にSiN絶縁膜32を形成し、フォトリソグラフィーおよびフッ酸エッチングによりコンタクト層18上のSiN絶縁膜32を除去した。その後、コンタクト層18上にアノード電極を形成し、基板11の裏面にカソード電極を形成したのち、当該ウェハ生産物を幅300[μm](すなわち共振器長)のバー状にへき開し、この状態でレーザの特性評価を行った。   Thereafter, the two wafer products 10 were processed to produce the gain guide type laser device 30 shown in FIG. First, a resist pattern was formed on the p-type contact layer 18 by photolithography, and the contact layer 18 was processed into a stripe shape by etching. At this time, the stripe width of the contact layer 18 was set to 5 [μm]. Then, a SiN insulating film 32 was formed on the entire surface of the wafer by plasma CVD, and the SiN insulating film 32 on the contact layer 18 was removed by photolithography and hydrofluoric acid etching. Thereafter, an anode electrode is formed on the contact layer 18 and a cathode electrode is formed on the back surface of the substrate 11, and then the wafer product is cleaved into a bar shape having a width of 300 [μm] (ie, resonator length). The laser characteristics were evaluated.

こうして作製した利得ガイド型レーザ素子30の電流−光出力特性を図9に示す。なお、図9において、グラフG4は第1及び第2の熱処理工程の双方を行った場合の電流−光出力特性を示しており、グラフG5は第1の熱処理工程のみ行った場合の電流−光出力特性を示している。図9より明らかなように、第1及び第2の熱処理工程の双方を行ったレーザ素子の閾値電流Ithは、第1の熱処理工程のみ行ったレーザ素子の閾値電流Ithよりも低い結果となった。また、第1及び第2の熱処理工程の双方を行ったレーザ素子のスロープ効率は、第1の熱処理工程のみ行ったレーザ素子のスロープ効率よりも高い結果となった。これらの結果から、第1及び第2の熱処理工程を行って二つの欠陥消滅過程を十分に生じさせることにより、NおよびAsを含むIII−V族化合物半導体結晶の結晶性を極めて良好にできることが示された。 FIG. 9 shows the current-light output characteristics of the gain guide type laser device 30 manufactured in this way. In FIG. 9, graph G4 shows current-light output characteristics when both the first and second heat treatment steps are performed, and graph G5 shows current-light when only the first heat treatment step is performed. Output characteristics are shown. As can be seen from FIG. 9, the threshold current Ith 1 of the laser element subjected to both the first and second heat treatment steps is lower than the threshold current Ith 2 of the laser element subjected to only the first heat treatment step. became. In addition, the slope efficiency of the laser element subjected to both the first and second heat treatment steps was higher than the slope efficiency of the laser element subjected to only the first heat treatment step. From these results, the crystallinity of the III-V group compound semiconductor crystal containing N and As can be made extremely good by performing the first and second heat treatment steps to sufficiently generate two defect disappearance processes. Indicated.

本発明による半導体デバイスの作製方法は、上記した実施形態及び変形例に限られるものではなく、他にも様々な変形が可能である。例えば、本発明の作製方法により作製される半導体デバイスは、図4に示した利得ガイド型レーザ素子に限定されることなく、半導体光増幅器、半導体光変調器、フォトダイオード、太陽電池、センサーなど、窒素原子および砒素原子を含むIII−V族化合物半導体結晶を用いた全ての半導体デバイスに応用できる。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various other modifications are possible. For example, the semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the present invention is not limited to the gain guide type laser element shown in FIG. 4, but a semiconductor optical amplifier, a semiconductor optical modulator, a photodiode, a solar cell, a sensor, etc. It can be applied to all semiconductor devices using III-V compound semiconductor crystals containing nitrogen atoms and arsenic atoms.

図1は、本発明に係る半導体デバイスの作製方法の一実施形態を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. 図2は、成長工程によって作製される基板生産物の一例として、単一量子井戸層を有するウェハ生産物を示す側面断面図である。FIG. 2 is a side sectional view showing a wafer product having a single quantum well layer as an example of a substrate product produced by a growth process. 図3は、成長工程、第1の熱処理工程および第2の熱処理工程における処理温度および供給ガスの遷移の一例を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing an example of the transition of the treatment temperature and the supply gas in the growth step, the first heat treatment step, and the second heat treatment step. 図4は、基板生産物から作製される半導体デバイスの一例として、利得ガイド型レーザ素子の構成を示す側面断面図である。FIG. 4 is a side sectional view showing a configuration of a gain guide type laser element as an example of a semiconductor device manufactured from a substrate product. 図5(a)は、高温の熱処理に伴い砒素原子がGaInNAs井戸層等から脱離することを砒素雰囲気により抑制する様子を示している。図5(b)は、GaInNAs井戸層において水素起因欠陥が消滅する様子を示している。FIG. 5A shows a state in which the arsenic atmosphere suppresses arsenic atoms from desorbing from the GaInNAs well layer or the like due to high-temperature heat treatment. FIG. 5B shows how the hydrogen-induced defects disappear in the GaInNAs well layer. 図6は、第1の熱処理工程における降温処理の際の雰囲気に水素化合物が含まれる場合に、この水素化合物から分離した活性水素がGaInNAs井戸層内に混入して水素起因欠陥が増加する様子を示している。FIG. 6 shows a state where active hydrogen separated from a hydrogen compound is mixed in the GaInNAs well layer and hydrogen-induced defects increase when a hydrogen compound is contained in the atmosphere during the temperature lowering process in the first heat treatment step. Show. 図7は、第1実施例において作製された、GaInNAs/GaAs単一量子井戸構造を有するウェハ生産物の構成を示す側面断面図である。FIG. 7 is a side sectional view showing the structure of a wafer product having a GaInNAs / GaAs single quantum well structure manufactured in the first embodiment. 図8は、第1実施例において作製されたウェハ生産物のPL強度と熱処理温度との相関を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the correlation between the PL intensity of the wafer product manufactured in the first embodiment and the heat treatment temperature. 図9は、第2実施例において作製された利得ガイド型レーザ素子の電流−光出力特性を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the current-light output characteristics of the gain guide type laser device fabricated in the second embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10,50…ウェハ生産物、11…基板、12…n型バッファ層、13…n型クラッド層、14…下部バリア層兼SCH層、15,53…井戸層、16…上部バリア層兼SCH層、17…p型クラッド層、18…p型コンタクト層、30…利得ガイド型レーザ素子、32…絶縁膜、34…アノード電極、36…カソード電極、51…ウェハ、52,54…バッファ層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,50 ... Wafer product, 11 ... Substrate, 12 ... N-type buffer layer, 13 ... N-type cladding layer, 14 ... Lower barrier layer / SCH layer, 15, 53 ... Well layer, 16 ... Upper barrier layer / SCH layer 17 ... p-type cladding layer, 18 ... p-type contact layer, 30 ... gain guide type laser element, 32 ... insulating film, 34 ... anode electrode, 36 ... cathode electrode, 51 ... wafer, 52, 54 ... buffer layer.

Claims (5)

V族元素として窒素原子および砒素原子を含むIII−V族化合物半導体層を有する半導体デバイスを作製する方法であって、
前記III−V族化合物半導体層を基板上に成長させる成長工程と、
前記III−V族化合物半導体層の周辺を前記砒素原子を含む第1の雰囲気とし、前記成長工程における成長温度より高い第1の温度で前記III−V族化合物半導体層の熱処理を行う第1の熱処理工程と、
前記III−V族化合物半導体層の周辺を水素化合物を含まない第2の雰囲気または真空雰囲気とし、前記第1の温度より低い第2の温度で前記III−V族化合物半導体層の熱処理を行う第2の熱処理工程と
を備えることを特徴とする、半導体デバイスの作製方法。
A method for producing a semiconductor device having a III-V compound semiconductor layer containing a nitrogen atom and an arsenic atom as a group V element,
A growth step of growing the III-V compound semiconductor layer on a substrate;
A first atmosphere containing the arsenic atoms is formed around the III-V compound semiconductor layer, and the III-V compound semiconductor layer is heat-treated at a first temperature higher than a growth temperature in the growth step. A heat treatment step;
A second atmosphere or a vacuum atmosphere not containing a hydrogen compound is formed around the III-V group compound semiconductor layer, and the III-V group compound semiconductor layer is heat-treated at a second temperature lower than the first temperature. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a heat treatment step.
前記第1の熱処理工程の際に、前記III−V族化合物半導体層の周辺にターシャリブチルアルシン及びアルシンのうち少なくとも一方を供給することにより前記第1の雰囲気とすることを特徴とする、請求項1に記載の半導体デバイスの作製方法。   In the first heat treatment step, at least one of tertiary butyl arsine and arsine is supplied to the periphery of the III-V compound semiconductor layer to form the first atmosphere. Item 2. A method for manufacturing a semiconductor device according to Item 1. 前記第2の雰囲気が、水素ガス、窒素ガス、および不活性ガスのうち少なくとも一種類のガスからなる雰囲気であることを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体デバイスの作製方法。   3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second atmosphere is an atmosphere made of at least one kind of gas among hydrogen gas, nitrogen gas, and inert gas. 4. 前記第1の熱処理工程における熱処理を終えて降温する際に、該降温処理を水素化合物を含まない雰囲気中で行うことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体デバイスの作製方法。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein when the temperature is lowered after finishing the heat treatment in the first heat treatment step, the temperature lowering treatment is performed in an atmosphere containing no hydrogen compound. 5. Manufacturing method. 前記第1の熱処理工程を前記成長工程に引き続いて成長炉内で行い、前記第2の熱処理工程を前記成長炉とは別の炉内で行うことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体デバイスの作製方法。   5. The method according to claim 1, wherein the first heat treatment step is performed in a growth furnace subsequent to the growth step, and the second heat treatment step is performed in a furnace different from the growth furnace. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
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