JP2010258134A - Method of manufacturing quantum well structure, semiconductor laser, and compound semiconductor layer, and method of controlling mbe (molecular beam epitaxy) device - Google Patents
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Description
本発明は、量子井戸構造、半導体レーザ、化合物半導体層を製造する方法及びMBE装置の状態を管理する方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a quantum well structure, a semiconductor laser, a compound semiconductor layer, and a method for managing the state of an MBE device.
MBE装置を用いて、350〜450℃でGaAs層を成長させると、GaAs層中に酸素が混入することが知られている(非特許文献1参照)。 It is known that when a GaAs layer is grown at 350 to 450 ° C. using an MBE apparatus, oxygen is mixed into the GaAs layer (see Non-Patent Document 1).
また、GaAs層のフォトルミネッセンス測定によって、GaAs層中の酸素を検出する方法が知られている(非特許文献2参照)。 In addition, a method for detecting oxygen in a GaAs layer by photoluminescence measurement of the GaAs layer is known (see Non-Patent Document 2).
しかしながら、化合物半導体層の酸素濃度とフォトルミネッセンス強度(PL強度)との相関関係は知られていない。さらに、GaAsとは異なるInGaAs又はGaInNAsの場合、高いPL強度を得ることは難しい。PL強度が低いと、半導体レーザのレーザ閾値が高くなってしまう。 However, the correlation between the oxygen concentration of the compound semiconductor layer and the photoluminescence intensity (PL intensity) is not known. Furthermore, in the case of InGaAs or GaInNAs different from GaAs, it is difficult to obtain a high PL intensity. If the PL intensity is low, the laser threshold of the semiconductor laser will be high.
本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、フォトルミネッセンス強度が高い井戸層を有する量子井戸構造、半導体レーザ、フォトルミネッセンス強度が高い化合物半導体層を製造する方法及び化合物半導体層のフォトルミネッセンス強度を用いてMBE装置の状態を管理する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 circumstances, a quantum well structure having a well layer with high photoluminescence intensity, a semiconductor laser, a method for producing a compound semiconductor layer with high photoluminescence intensity, and a photo of the compound semiconductor layer It aims at providing the method of managing the state of an MBE apparatus using luminescence intensity.
GaAsの場合、成長温度を高くすると、酸素濃度を低減することができる。そこで、上述の課題を解決するため、本発明者は、InGaAs又はGaInNAsからなる化合物半導体層の酸素濃度を低減することを検討した。しかしながら、InGaAs又はGaInNAsの場合、GaAsとは異なり、成長温度を高くすると、いわゆるSKモード成長により、InGaAs又はGaInNAsが島状に成長(3次元成長)してしまう。このため、成長温度を高くすることによって酸素濃度を低減することは困難である。 In the case of GaAs, the oxygen concentration can be reduced by increasing the growth temperature. Therefore, in order to solve the above-mentioned problem, the present inventor has studied to reduce the oxygen concentration of the compound semiconductor layer made of InGaAs or GaInNAs. However, in the case of InGaAs or GaInNAs, unlike GaAs, when the growth temperature is raised, InGaAs or GaInNAs grows in an island shape (three-dimensional growth) by so-called SK mode growth. For this reason, it is difficult to reduce the oxygen concentration by increasing the growth temperature.
鋭意検討した結果、本発明者は、MBE装置のチャンバ及び原料のうち少なくとも一方を熱処理することによって、InGaAs又はGaInNAs中の酸素濃度を低減できることを見出した。 As a result of intensive studies, the present inventor has found that the oxygen concentration in InGaAs or GaInNAs can be reduced by heat-treating at least one of the chamber and the raw material of the MBE apparatus.
本発明の量子井戸構造は、InGaAs又はGaInNAsからなる井戸層を有し、前記井戸層の酸素濃度が5×1016atoms/cm3以下である。 The quantum well structure of the present invention has a well layer made of InGaAs or GaInNAs, and the oxygen concentration of the well layer is 5 × 10 16 atoms / cm 3 or less.
本発明の量子井戸構造では、井戸層のフォトルミネッセンス強度を高くすることができる。なお、InGaAs及びGaInNAsの組成比は特に限定されない。酸素濃度は、例えば2次イオン質量分析法(Secondary Ion Mass Spectrometry : SIMS)によって測定される。 In the quantum well structure of the present invention, the photoluminescence intensity of the well layer can be increased. The composition ratio of InGaAs and GaInNAs is not particularly limited. The oxygen concentration is measured by, for example, secondary ion mass spectrometry (SIMS).
本発明の半導体レーザは、InGaAs又はGaInNAsからなる井戸層を有する量子井戸構造を備え、前記井戸層の酸素濃度が5×1016atoms/cm3以下である。 本発明の半導体レーザでは、井戸層のフォトルミネッセンス強度が高いので、レーザ閾値を低くすることができる。 The semiconductor laser of the present invention has a quantum well structure having a well layer made of InGaAs or GaInNAs, and the well layer has an oxygen concentration of 5 × 10 16 atoms / cm 3 or less. In the semiconductor laser of the present invention, the laser threshold can be lowered because the photoluminescence intensity of the well layer is high.
本発明の化合物半導体層を製造する方法は、MBE装置のチャンバ内に原料を供給することによって、InGaAs又はGaInNAsからなる化合物半導体層を製造する方法であって、前記MBE装置の前記チャンバ及び前記原料のうち少なくとも一方を熱処理する熱処理工程と、前記熱処理工程の後、460℃以下で前記化合物半導体層を成長させる成長工程と、を含み、前記化合物半導体層の酸素濃度が5×1016atoms/cm3以下となるように、前記熱処理工程を行う。 A method of manufacturing a compound semiconductor layer of the present invention is a method of manufacturing a compound semiconductor layer made of InGaAs or GaInNAs by supplying a raw material into a chamber of an MBE apparatus, the chamber of the MBE apparatus and the raw material And a growth step of growing the compound semiconductor layer at 460 ° C. or lower after the heat treatment step, wherein the oxygen concentration of the compound semiconductor layer is 5 × 10 16 atoms / cm The heat treatment step is performed so as to be 3 or less.
本発明の化合物半導体層を製造する方法では、MBE装置のチャンバ及び原料のうち少なくとも一方を熱処理することによって、MBE装置のチャンバに付着した酸素や原料の表面に形成された酸化物等を除去することができる。その結果、成長工程において、化合物半導体層中に酸素が混入し難くなる。よって、フォトルミネッセンス強度の高い化合物半導体層を製造することができる。また、460℃以下と低温で化合物半導体層を成長させるので、InGaAs又はGaInNAsが島状に成長することを防止できる。 In the method of manufacturing a compound semiconductor layer according to the present invention, at least one of the chamber and the raw material of the MBE apparatus is heat-treated, thereby removing oxygen attached to the chamber of the MBE apparatus and oxides formed on the surface of the raw material. be able to. As a result, it becomes difficult for oxygen to be mixed into the compound semiconductor layer in the growth process. Therefore, a compound semiconductor layer with high photoluminescence intensity can be manufactured. In addition, since the compound semiconductor layer is grown at a low temperature of 460 ° C. or lower, InGaAs or GaInNAs can be prevented from growing in an island shape.
熱処理工程において、熱処理温度や熱処理時間等を調整することによって、化合物半導体層の酸素濃度を制御することができる。例えば、熱処理温度を高くし、熱処理時間を長くすることによって、化合物半導体層の酸素濃度を低減することができる。本発明の化合物半導体層を製造する方法では、化合物半導体層の酸素濃度が5×1016atoms/cm3以下となるように、熱処理工程を行う。 In the heat treatment step, the oxygen concentration of the compound semiconductor layer can be controlled by adjusting the heat treatment temperature, the heat treatment time, and the like. For example, the oxygen concentration of the compound semiconductor layer can be reduced by increasing the heat treatment temperature and lengthening the heat treatment time. In the method for producing the compound semiconductor layer of the present invention, the heat treatment step is performed so that the oxygen concentration of the compound semiconductor layer is 5 × 10 16 atoms / cm 3 or less.
本発明のMBE装置の状態を管理する方法は、MBE装置を用いて、InGaAs又はGaInNAsからなる化合物半導体層を成長させる成長工程と、前記化合物半導体層のフォトルミネッセンス強度を測定する測定工程と、前記フォトルミネッセンス強度を用いて、前記MBE装置の状態を判定する判定工程と、を含む。 The method for managing the state of the MBE device of the present invention includes a growth step of growing a compound semiconductor layer made of InGaAs or GaInNAs using the MBE device, a measurement step of measuring the photoluminescence intensity of the compound semiconductor layer, And a determination step of determining the state of the MBE device using photoluminescence intensity.
本発明のMBE装置の状態を管理する方法では、化合物半導体層のフォトルミネッセンス強度を用いているので、簡便且つ安価にMBE装置の状態を管理することができる。判定工程では、例えば、フォトルミネッセンス強度が所定値以上の場合には、MBE装置の状態は良好であると判定し、所定値未満の場合には、MBE装置の状態は不良であると判定することができる。また、フォトルミネッセンス強度と酸素濃度との相関関係を予め求めておき、その相関関係を用いて、測定したフォトルミネッセンス強度を用いて酸素濃度を算出してもよい。その場合、酸素濃度が所定値以下の場合には、MBE装置の状態は良好であると判定し、所定値を超える場合には、MBE装置の状態は不良であると判定することができる。 In the method for managing the state of the MBE apparatus according to the present invention, since the photoluminescence intensity of the compound semiconductor layer is used, the state of the MBE apparatus can be managed easily and inexpensively. In the determination step, for example, when the photoluminescence intensity is equal to or higher than a predetermined value, it is determined that the state of the MBE apparatus is good, and when it is less than the predetermined value, it is determined that the state of the MBE apparatus is defective. Can do. Alternatively, a correlation between the photoluminescence intensity and the oxygen concentration may be obtained in advance, and the oxygen concentration may be calculated using the measured photoluminescence intensity using the correlation. In that case, when the oxygen concentration is equal to or lower than the predetermined value, it is determined that the state of the MBE apparatus is good, and when it exceeds the predetermined value, it can be determined that the state of the MBE apparatus is defective.
ここで、MBE装置の状態が良好であるとは、MBE装置のチャンバに付着した酸素や原料の表面に形成された酸化物等が適切に除去されていることを意味する。また、MBE装置の状態が不良であるとは、MBE装置のチャンバに付着した酸素や原料の表面に形成された酸化物等が適切に除去されていないことを意味する。 Here, the state of the MBE apparatus being good means that oxygen adhering to the chamber of the MBE apparatus, oxides formed on the surface of the raw material, and the like are appropriately removed. In addition, the state of the MBE apparatus being defective means that oxygen attached to the chamber of the MBE apparatus, oxide formed on the surface of the raw material, or the like is not properly removed.
本発明によれば、フォトルミネッセンス強度が高い井戸層を有する量子井戸構造、半導体レーザ、フォトルミネッセンス強度が高い化合物半導体層を製造する方法及び化合物半導体層のフォトルミネッセンス強度を用いてMBE装置の状態を管理する方法が提供される。 According to the present invention, a quantum well structure having a well layer with high photoluminescence intensity, a semiconductor laser, a method for producing a compound semiconductor layer with high photoluminescence intensity, and the state of the MBE apparatus using the photoluminescence intensity of the compound semiconductor layer A method of managing is provided.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are used for the same or equivalent elements, and duplicate descriptions are omitted.
図1は、実施形態に係る量子井戸構造を備える半導体レーザを模式的に示す断面図である。図1に示される半導体レーザ10は、GaAs基板2、GaAs層4、GaInP層6、量子井戸構造8、GaInP層10及びGaAs層12をこの順に備える。コンタクト層となるGaAs層12は、GaInP層10の表面の第1領域上に設けられている。GaInP層10の表面において第1領域を取り囲む第2領域上には、SiO2層14が設けられている。GaAs層12及びSiO2層14上には、p電極16が形成されている。GaAs基板2の裏面には、n電極18が形成されている。半導体レーザ10は、例えば端面発光型レーザであり、通信用途に用いられることが好ましい。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor laser having a quantum well structure according to an embodiment. A
量子井戸構造8は、交互に積層された井戸層22とバリア層20とを有する。井戸層22は、InGaAs又はGaInNAsからなる。In組成は30%以上であることが好ましく、N組成は0.5〜1%であることが好ましい。井戸層22の酸素濃度は0atoms/cm3より大きく、5×1016atoms/cm3以下であり、2×1016atoms/cm3以下であることが好ましい。バリア層20は、例えばGaAsからなる。量子井戸構造8は、1つの井戸層22を有する単一量子井戸構造(SQW)であってもよいし、複数の井戸層22を有する多重量子井戸構造(MQW)であってもよい。量子井戸構造8は、ノンドープである。井戸層22の膜厚は、例えば7nmである。バリア層20の膜厚は、例えば140nmである。複数の井戸層22間に配置されたバリア層20の膜厚は、例えば10nmである。
The
GaInP層10及びGaAs層12には、例えばZnがドープされている。GaInP層10のキャリア密度は、例えば7×1017cm−3である。GaInP層10の膜厚は、例えば1500nmである。GaAs層12のキャリア密度は、例えば20×1017cm−3である。GaAs層12の膜厚は、例えば200nmである。
The
GaInP層6及びGaAs層4には、例えばSiがドープされている。GaInP層6のキャリア密度は、例えば5×1017cm−3である。GaInP層6の膜厚は、例えば1400nmである。GaAs層4のキャリア密度は、例えば5×1017cm−3である。GaAs層4の膜厚は、例えば200nmである。
The
本実施形態の量子井戸構造8では、井戸層22の酸素濃度が低いため、井戸層22のフォトルミネッセンス強度(PL強度)を高くすることができる。また、半導体レーザ10では、井戸層22のPL強度が高いので、レーザ閾値を低くすることができる。
In the
図2は、実施形態に係る化合物半導体層を製造する方法に好適に用いられるMBE装置(分子線エピタキシー装置)を模式的に示す図である。図2に示されるMBE装置50は、チャンバ52と、チャンバ52内に配置された基板ホルダ54とを備える。チャンバ52内は、例えば1×10−10Torr以下の超高真空に維持可能である。基板ホルダ54は、保持部56を介して、チャンバ52外に配置された回転機構58に接続されている。回転機構58は、例えばマニピュレータである。回転機構58によって、基板ホルダ54は回転する。基板ホルダ54上には、GaAs基板2といった基板が設置される。
FIG. 2 is a diagram schematically showing an MBE apparatus (molecular beam epitaxy apparatus) suitably used in the method for manufacturing the compound semiconductor layer according to the embodiment. The
チャンバ52には、Gaセル60、Inセル62、Asセル64及びNラジカルガン66が接続されている。Nラジカルガン66には、配管77を介してN2ガス源68が接続されている。Nラジカルガン66では、RFプラズマによりN2ガスからNラジカルが生成される。Gaセル60、Inセル62、Asセル64及びNラジカルガン66から、それぞれGa、In、As、Nラジカルがチャンバ52内に供給される。その結果、井戸層22といった化合物半導体層が基板上に形成される。チャンバ52には、排気ポンプ72が接続されている。排気ポンプ72により、チャンバ52内のガスが排出される。
A
チャンバ52は、断熱パネルや断熱ジャケット等の断熱材74によって覆われている。チャンバ52と断熱材74との間には、チャンバ52を加熱するヒータ76が配置されている。Gaセル60と断熱材74との間には、Gaセル60を加熱するヒータ78が配置されている。Asセル64と断熱材74との間には、Asセル64を加熱するヒータ80が配置されている。
The
図3は、実施形態に係る化合物半導体層を製造する方法及びMBE装置の状態を管理する方法の各工程を示すフローチャートである。
(熱処理工程)
FIG. 3 is a flowchart showing each step of the method for manufacturing the compound semiconductor layer and the method for managing the state of the MBE apparatus according to the embodiment.
(Heat treatment process)
まず、MBE装置50のチャンバ52を熱処理する(工程S10)。例えば、排気ポンプ72により排気を行いながら、ヒータ76を用いることにより、チャンバ52を熱処理することができる。熱処理温度は、例えば100〜200℃である。熱処理時間は、例えば1〜3週間である。熱処理温度及び熱処理時間は、チャンバ52の大きさや形状等に応じて適宜調整される。チャンバ52を熱処理することにより、チャンバ52の内壁に吸着したガスを除去することができる。ここで、吸着ガスの放出により、昇温中にチャンバ52の真空度が低下する傾向にあるので、チャンバ52内の圧力が1×10−7Torr以下となるように、昇温速度を小さくすることが好ましい。
First, the
次に、Gaセル60又はAsセル64等の原料を熱処理する(工程S12)。例えば、排気ポンプ72により排気を行いながら、ヒータ78又はヒータ80を用いることにより、Gaセル60又はAsセル64を熱処理することができる。Gaセル60の場合、熱処理温度は、例えば1100℃であり、熱処理時間は、例えば10時間以上である。Asセル64の場合、熱処理温度は、例えば300℃であり、熱処理時間は、例えば10時間以上である。熱処理温度及び熱処理時間は、供給している原料の量等に応じて適宜調整される。Gaセル60又はAsセル64等の原料を熱処理することにより、原料の表面に形成された酸化物等を除去することができる。ここで、原料からのガス放出により、昇温中にチャンバ52の真空度が低下する傾向にあるので、チャンバ52内の圧力が1×10−7Torr以下となるように、昇温速度を小さくすることが好ましい。
(成長工程)
Next, a raw material such as
(Growth process)
次に、MBE装置50のチャンバ52内に、Ga、In、As、Nラジカル等の原料を供給することによって、InGaAs又はGaInNAsからなる井戸層22(化合物半導体層)を460℃以下でGaAs基板2等の基板上に成長させる(工程S14)。井戸層22の成長温度は、400℃以下であることが好ましい。なお、熱処理工程と成長工程との間に、GaAs層4、GaInP層6及びバリア層20を成長させてもよい。
Next, by supplying raw materials such as Ga, In, As, and N radicals into the
工程S10、S12及びS14を順に経ることによって、化合物半導体層を製造することができる。なお、工程S10及びS12のいずれか一方を実施しなくてもよいが、両方を実施することが好ましい。 A compound semiconductor layer can be manufactured through steps S10, S12, and S14 in this order. In addition, although it is not necessary to implement any one of process S10 and S12, it is preferable to implement both.
本実施形態の化合物半導体層を製造する方法では、MBE装置50のチャンバ52及び原料のうち少なくとも一方を熱処理することによって、MBE装置50のチャンバ52に付着した酸素や原料の表面に形成された酸化物等を除去することができる。その結果、成長工程S14において、井戸層22中に酸素が混入し難くなる。よって、PL強度の高い井戸層22を製造することができる。チャンバ52に付着した酸素の例としては、例えばメンテナンスのためにチャンバ52を大気開放する際に、チャンバ52の内壁に付着したAsが酸化されることによって形成される酸化ヒ素が挙げられる。
In the method of manufacturing the compound semiconductor layer according to this embodiment, at least one of the
また、460℃以下と低温で井戸層22を成長させるので、InGaAs又はGaInNAsが島状に成長することを防止できる。島状の成長を抑制する観点から、井戸層22のIn組成が高いほど成長温度を下げることが好ましい。 Moreover, since the well layer 22 is grown at a low temperature of 460 ° C. or lower, it is possible to prevent InGaAs or GaInNAs from growing in an island shape. From the viewpoint of suppressing island-like growth, it is preferable to lower the growth temperature as the In composition of the well layer 22 is higher.
熱処理工程において、熱処理温度や熱処理時間等を調整することによって、井戸層22の酸素濃度を制御することができる。例えば、熱処理温度を高くし、熱処理時間を長くすることによって、井戸層22の酸素濃度を低減することができる。本実施形態の化合物半導体層を製造する方法では、井戸層22の酸素濃度が5×1016atoms/cm3以下となるように、熱処理工程を行う。
(測定工程)
In the heat treatment step, the oxygen concentration of the well layer 22 can be controlled by adjusting the heat treatment temperature, the heat treatment time, and the like. For example, the oxygen concentration of the well layer 22 can be reduced by increasing the heat treatment temperature and lengthening the heat treatment time. In the method for manufacturing the compound semiconductor layer of the present embodiment, the heat treatment step is performed so that the oxygen concentration of the well layer 22 is 5 × 10 16 atoms / cm 3 or less.
(Measurement process)
次に、井戸層22のPL強度を測定する(工程S16)。PL強度は、室温(例えば0〜30℃)で測定される。1回のPL強度測定は、数分程度で終了する。PL強度の測定時間は、SIMSの測定時間よりも格段に短い。また、PL強度の測定装置は、SIMSの測定装置に比べて安価である。
(判定工程)
Next, the PL intensity of the well layer 22 is measured (step S16). The PL intensity is measured at room temperature (for example, 0 to 30 ° C.). One PL intensity measurement is completed in about several minutes. The PL intensity measurement time is much shorter than the SIMS measurement time. Further, the PL intensity measuring device is less expensive than the SIMS measuring device.
(Judgment process)
次に、指標としてPL強度を用いて、MBE装置50の状態を判定する(工程S18)。例えば、PL強度が所定値(例えば4)以上の場合には、MBE装置50の状態(チャンバ52及び原料に付着した酸素の濃度)は良好であると判定する。PL強度が所定値(例えば4)未満の場合には、MBE装置50の状態(チャンバ52又は原料に付着した酸素の濃度)は不良であると判定する。その場合、工程S10に戻る。
Next, the state of the
また、PL強度測定及びSIMS測定によってPL強度と酸素濃度との相関関係を予め求めておき、その相関関係を用いて、測定したPL強度を用いて酸素濃度を算出してもよい。その場合、酸素濃度が所定値(例えば5×1016atoms/cm3)以下の場合には、MBE装置50の状態は良好であると判定する。酸素濃度が所定値(例えば5×1016atoms/cm3)を超える場合には、MBE装置50の状態は不良であると判定する。その場合、工程S10に戻る。酸素濃度が低くなるとPL強度は高くなる。
Alternatively, a correlation between PL intensity and oxygen concentration may be obtained in advance by PL intensity measurement and SIMS measurement, and the oxygen concentration may be calculated using the measured PL intensity using the correlation. In that case, when the oxygen concentration is a predetermined value (for example, 5 × 10 16 atoms / cm 3 ) or less, it is determined that the state of the
工程S14、S16及びS18を順に経ることによって、MBE装置50の状態が良好となるように管理することができる。
By sequentially performing steps S14, S16, and S18, it is possible to manage the
本実施形態のMBE装置の状態を管理する方法では、井戸層22のPL強度を用いているので、簡便且つ安価にMBE装置50の状態を管理することができる。
In the method for managing the state of the MBE apparatus according to this embodiment, the PL intensity of the well layer 22 is used, so that the state of the
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment.
以下、実験例、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
(実験例1)
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an experiment example, an Example, and a comparative example, this invention is not limited to a following example.
(Experimental example 1)
MBE装置のチャンバを200℃で1週間熱処理した(ベーキング)。その後、440℃でGaAs層を成長させた。成長速度は、0.4μm/hとした。得られたGaAs層の酸素濃度は、4.4×1016atoms/cm3であった。
(実験例2)
The chamber of the MBE apparatus was heat-treated at 200 ° C. for 1 week (baking). Thereafter, a GaAs layer was grown at 440 ° C. The growth rate was 0.4 μm / h. The oxygen concentration of the obtained GaAs layer was 4.4 × 10 16 atoms / cm 3 .
(Experimental example 2)
460℃でGaAs層を成長させたこと以外は実験例1と同様にして、実験を行った。GaAs層の酸素濃度は、2.4×1016atoms/cm3であった。
(実験例3)
The experiment was performed in the same manner as in Experimental Example 1 except that the GaAs layer was grown at 460 ° C. The oxygen concentration of the GaAs layer was 2.4 × 10 16 atoms / cm 3 .
(Experimental example 3)
470℃でGaAs層を成長させたこと以外は実験例1と同様にして、実験を行った。GaAs層の酸素濃度は、1.4×1016atoms/cm3であった。
(実験例4)
The experiment was performed in the same manner as in Experimental Example 1 except that the GaAs layer was grown at 470 ° C. The oxygen concentration of the GaAs layer was 1.4 × 10 16 atoms / cm 3 .
(Experimental example 4)
560℃でGaAs層を成長させたこと以外は実験例1と同様にして、実験を行った。GaAs層の酸素濃度は、1.3×1016atoms/cm3であった。
(実験例5)
The experiment was performed in the same manner as in Experimental Example 1 except that the GaAs layer was grown at 560 ° C. The oxygen concentration of the GaAs layer was 1.3 × 10 16 atoms / cm 3 .
(Experimental example 5)
440℃でInGaAs層を成長させたこと以外は実験例1と同様にして、実験を行った。InGaAs層の酸素濃度は、1.4×1017atoms/cm3であった。
(実験例6)
The experiment was performed in the same manner as in Experimental Example 1 except that the InGaAs layer was grown at 440 ° C. The oxygen concentration of the InGaAs layer was 1.4 × 10 17 atoms / cm 3 .
(Experimental example 6)
440℃でGaInNAs層を成長させたこと以外は実験例1と同様にして、実験を行った。GaInNAs層の酸素濃度は、8.6×1017atoms/cm3であった。
(評価結果)
The experiment was performed in the same manner as in Experimental Example 1 except that the GaInNAs layer was grown at 440 ° C. The oxygen concentration of the GaInNAs layer was 8.6 × 10 17 atoms / cm 3 .
(Evaluation results)
実験例1〜4から、GaAsでは、成長温度を高くすると酸素濃度が低くなることが分かった。しかしながら、InGaAsやGaInNAsでは、3次元成長を抑制する観点から、成長温度を高くすることは難しい。実験例5及び6から、InGaAsやGaInNAsを440℃で成長すると、酸素濃度が高くなってしまうことが分かった。 From Experimental Examples 1 to 4, it has been found that in GaAs, the oxygen concentration decreases as the growth temperature increases. However, with InGaAs and GaInNAs, it is difficult to increase the growth temperature from the viewpoint of suppressing three-dimensional growth. From Experimental Examples 5 and 6, it was found that when InGaAs or GaInNAs was grown at 440 ° C., the oxygen concentration increased.
また、実験例1、5及び6から、GaInNAsではGaAsやInGaAsに比べて酸素濃度が高くなることが分かった。これは、チャンバ内に存在する酸素がNラジカルにより活性化されるため、反応性が高まり、付着係数が高まるからと考えられる。 In addition, from Experimental Examples 1, 5 and 6, it was found that the GaInNAs had a higher oxygen concentration than GaAs or InGaAs. This is presumably because oxygen present in the chamber is activated by N radicals, so that the reactivity increases and the adhesion coefficient increases.
上記実験例1〜6の結果を踏まえて、以下の実験を行った。
(実施例1)
Based on the results of Experimental Examples 1 to 6, the following experiments were performed.
Example 1
MBE装置のチャンバを200℃で3週間熱処理した(ベーキング)。その後、メンテナンスにより交換された新品のGaセルを1100℃で11時間熱処理した(脱ガス)。さらに、InGaAs層を井戸層とする単一量子井戸構造を作製した。 The chamber of the MBE apparatus was heat-treated at 200 ° C. for 3 weeks (baking). Then, the new Ga cell exchanged by maintenance was heat-treated at 1100 ° C. for 11 hours (degassing). Furthermore, a single quantum well structure having an InGaAs layer as a well layer was produced.
具体的には、SiがドープされたGaAs基板をMBE装置のチャンバ内に導入した後、As照射雰囲気でGaAs基板温度を600℃まで上昇させた。これにより、GaAs基板表面の自然酸化物を除去した。その後、厚さ0.2μmのノンドープGaAs層をGaAs基板上に成長させた。その後、成長温度を400℃まで低下させてから、厚さ約7nmのInGaAs層を成長させた。その後、厚さ5nmのGaAs層を成長させてから、成長温度を550℃まで上昇させた。さらに、厚さ0.1μmのGaAs層を成長させた。
(実施例2)
Specifically, after introducing a GaAs substrate doped with Si into the chamber of the MBE apparatus, the GaAs substrate temperature was raised to 600 ° C. in an As irradiation atmosphere. As a result, the native oxide on the surface of the GaAs substrate was removed. Thereafter, a non-doped GaAs layer having a thickness of 0.2 μm was grown on the GaAs substrate. Thereafter, the growth temperature was lowered to 400 ° C., and then an InGaAs layer having a thickness of about 7 nm was grown. Thereafter, a GaAs layer having a thickness of 5 nm was grown, and then the growth temperature was raised to 550 ° C. Further, a GaAs layer having a thickness of 0.1 μm was grown.
(Example 2)
Gaセルを1100℃で10時間熱処理したこと以外は実施例1と同様にして、実施例2の単一量子井戸構造を作製した。
(比較例1)
A single quantum well structure of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the Ga cell was heat-treated at 1100 ° C. for 10 hours.
(Comparative Example 1)
Gaセルを1100℃で5時間熱処理したこと以外は実施例1と同様にして、比較例1の単一量子井戸構造を作製した。
(比較例2)
A single quantum well structure of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the Ga cell was heat-treated at 1100 ° C. for 5 hours.
(Comparative Example 2)
Gaセルを1100℃で1時間熱処理したこと以外は実施例1と同様にして、比較例2の単一量子井戸構造を作製した。
(評価結果)
A single quantum well structure of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the Ga cell was heat-treated at 1100 ° C. for 1 hour.
(Evaluation results)
実施例1〜2及び比較例1〜2のInGaAs層(井戸層)の酸素濃度をSIMSにてそれぞれ測定した。SIMSの検出下限(バックグラウンド)は1×1016〜2×1016atoms/cm3であった。なお、バックグラウンドは、SIMSの装置状態によって変動する。結果を表1に示す。 The oxygen concentrations of the InGaAs layers (well layers) of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2 were measured by SIMS, respectively. The detection lower limit (background) of SIMS was 1 × 10 16 to 2 × 10 16 atoms / cm 3 . The background varies depending on the SIMS device state. The results are shown in Table 1.
さらに、実施例1〜2及び比較例1〜2のInGaAs層(井戸層)のPL強度をそれぞれ室温で測定した。PL強度は、標準試料を基準とした相対値とした。PL強度が1のInGaAs層を用いて半導体レーザを作製した場合に、閾値電流密度が500A/cm2以下となるようなInGaAs層を標準試料とした。結果を表1に示す。 Furthermore, the PL intensity | strength of InGaAs layer (well layer) of Examples 1-2 and Comparative Examples 1-2 was measured at room temperature, respectively. The PL intensity was a relative value based on the standard sample. When a semiconductor laser was manufactured using an InGaAs layer having a PL intensity of 1, an InGaAs layer having a threshold current density of 500 A / cm 2 or less was used as a standard sample. The results are shown in Table 1.
実施例1の酸素濃度は、バックグラウンドレベルであった。また、実施例1のPL強度(4.6)と実施例2のPL強度(5.3)とは、ばらつきの範囲内であり、同等レベルであった。
(比較例3)
The oxygen concentration in Example 1 was at the background level. Further, the PL intensity (4.6) of Example 1 and the PL intensity (5.3) of Example 2 were within the range of variations and were at the same level.
(Comparative Example 3)
排気用クライオポンプ、セルシャッタをすべて新品に交換するメンテナンスを行った後、MBE装置のチャンバを200℃で3週間加熱処理した(ベーキング)。その後、MBE装置のチャンバ200℃で1時間Gaセルを熱処理した(脱ガス)。その後、440℃でInGaAs層を成長させた。InGaAs層のPL強度は、0.46であった。また、InGaAs層の酸素濃度は、2.0×1017atoms/cm3であった。
(実施例3)
After performing maintenance for exchanging all of the cryopump for exhaust and the cell shutter with new ones, the chamber of the MBE apparatus was heated at 200 ° C. for 3 weeks (baking). Thereafter, the Ga cell was heat-treated at 200 ° C. in the MBE apparatus for 1 hour (degassing). Thereafter, an InGaAs layer was grown at 440 ° C. The PL intensity of the InGaAs layer was 0.46. The oxygen concentration of the InGaAs layer was 2.0 × 10 17 atoms / cm 3 .
(Example 3)
1000℃で3時間Gaセルを熱処理したこと以外は比較例3と同様にして、InGaAs層を成長させた。InGaAs層のPL強度は、5であった。また、InGaAs層の酸素濃度は、3.0×1016atoms/cm3であった。なお、原料のロットやチャンバの状態によって、Gaセルの熱処理に要する時間は必ずしも一定とはならない。 An InGaAs layer was grown in the same manner as in Comparative Example 3 except that the Ga cell was heat treated at 1000 ° C. for 3 hours. The PL intensity of the InGaAs layer was 5. The oxygen concentration of the InGaAs layer was 3.0 × 10 16 atoms / cm 3 . Note that the time required for the heat treatment of the Ga cell is not necessarily constant depending on the lot of the raw material and the state of the chamber.
8…量子井戸構造、10…半導体レーザ、22…井戸層(化合物半導体層)、50…MBE装置、52…チャンバ、60…Gaセル(原料)、64…Asセル(原料)。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記井戸層の酸素濃度が5×1016atoms/cm3以下である、量子井戸構造。 Having a well layer made of InGaAs or GaInNAs,
A quantum well structure, wherein the well layer has an oxygen concentration of 5 × 10 16 atoms / cm 3 or less.
前記井戸層の酸素濃度が5×1016atoms/cm3以下である、半導体レーザ。 A quantum well structure having a well layer made of InGaAs or GaInNAs,
A semiconductor laser, wherein the well layer has an oxygen concentration of 5 × 10 16 atoms / cm 3 or less.
前記MBE装置の前記チャンバ及び前記原料のうち少なくとも一方を熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程の後、460℃以下で前記化合物半導体層を成長させる成長工程と、
を含み、
前記化合物半導体層の酸素濃度が5×1016atoms/cm3以下となるように、前記熱処理工程を行う、方法。 A method of manufacturing a compound semiconductor layer made of InGaAs or GaInNAs by supplying a raw material into a chamber of an MBE apparatus,
A heat treatment step of heat treating at least one of the chamber and the raw material of the MBE apparatus;
A growth step of growing the compound semiconductor layer at 460 ° C. or lower after the heat treatment step;
Including
The method of performing the said heat treatment process so that the oxygen concentration of the said compound semiconductor layer may be 5 * 10 < 16 > atoms / cm < 3 > or less.
前記化合物半導体層のフォトルミネッセンス強度を測定する測定工程と、
前記フォトルミネッセンス強度を用いて、前記MBE装置の状態を判定する判定工程と、
を含む、MBE装置の状態を管理する方法。 A growth step of growing a compound semiconductor layer made of InGaAs or GaInNAs using an MBE apparatus;
A measuring step of measuring the photoluminescence intensity of the compound semiconductor layer;
A determination step of determining the state of the MBE device using the photoluminescence intensity;
A method for managing the state of an MBE device.
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---|---|---|---|---|
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11268996A (en) * | 1998-03-19 | 1999-10-05 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Method for growing compound semiconductor mixed crystal |
JP2004288789A (en) * | 2003-03-20 | 2004-10-14 | Ricoh Co Ltd | 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 |
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11268996A (en) * | 1998-03-19 | 1999-10-05 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Method for growing compound semiconductor mixed crystal |
JP2004288789A (en) * | 2003-03-20 | 2004-10-14 | Ricoh Co Ltd | 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 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11728458B2 (en) | 2021-01-15 | 2023-08-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light-emitting device |
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