JP2879224B2 - 有機金属気相成長方法 - Google Patents
有機金属気相成長方法Info
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- JP2879224B2 JP2879224B2 JP21861089A JP21861089A JP2879224B2 JP 2879224 B2 JP2879224 B2 JP 2879224B2 JP 21861089 A JP21861089 A JP 21861089A JP 21861089 A JP21861089 A JP 21861089A JP 2879224 B2 JP2879224 B2 JP 2879224B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 １〔μｍ〕帯で用いる光通信用デバイスの構成材料と
して重要なInPに格子整合するInGaAsP四元混晶を得るの
に好適な有機金属気相成長方法に関し、 低温に於いてもInGaAsP四元混晶のＶ族組成を精密に
制御できるようにすることを目的とし、 Ｖ族原料としてターシャリブチルホスフィン（tertia
rybutyl−phosphine:TBP:(CH3)3CPH2）とターシャリブ
チルアルシン（tertiarybutyl−arsine:TBA:(CH3)3CAsH
2）から得られる有機Ｖ族原料のみを用いInPに格子整合
するInGaAsP四元混晶を成長させるよう構成する。
して重要なInPに格子整合するInGaAsP四元混晶を得るの
に好適な有機金属気相成長方法に関し、 低温に於いてもInGaAsP四元混晶のＶ族組成を精密に
制御できるようにすることを目的とし、 Ｖ族原料としてターシャリブチルホスフィン（tertia
rybutyl−phosphine:TBP:(CH3)3CPH2）とターシャリブ
チルアルシン（tertiarybutyl−arsine:TBA:(CH3)3CAsH
2）から得られる有機Ｖ族原料のみを用いInPに格子整合
するInGaAsP四元混晶を成長させるよう構成する。
本発明は、１〔μｍ〕帯で用いる光通信用デバイスの
構成材料として重要なInPに格子整合するInGaAsP四元混
晶を得るのに好適な有機金属気相成長方法に関する。
構成材料として重要なInPに格子整合するInGaAsP四元混
晶を得るのに好適な有機金属気相成長方法に関する。
現在、光通信システムの高速化及び大容量化に付随し
て光半導体素子の高性能化が要求されている。これに応
える為、該光半導体素子の構成材料である結晶を成長さ
せる技術として、例えば、厚さ、組成、キャリヤ濃度な
どの制御性に優れている有機金属気相成長（metalorgan
ic vapor phase epitaxy:MOVPE）法の研究・開発が盛ん
である。
て光半導体素子の高性能化が要求されている。これに応
える為、該光半導体素子の構成材料である結晶を成長さ
せる技術として、例えば、厚さ、組成、キャリヤ濃度な
どの制御性に優れている有機金属気相成長（metalorgan
ic vapor phase epitaxy:MOVPE）法の研究・開発が盛ん
である。
MOVPE法は、原理的には、気相で原料を供給するの
で、前記のような特徴を発揮できるのであるが、成長温
度、組成領域などの如何に依っては、制御性の悪いもの
になってしまう。
で、前記のような特徴を発揮できるのであるが、成長温
度、組成領域などの如何に依っては、制御性の悪いもの
になってしまう。
例えば、回折格子上に活性層を積層することで高性能
化を図っている分布帰還（distributed feedback:DFB）
型レーザ、或いは、活性層を多重量子井戸構造にしたMQ
W（multiquantum well）型レーザなどを製造するには、
それを構成する結晶は低温で成長させることが必要であ
るが、通常のMOVPE法で低温の成長を行った場合、特
に、InPに近い組成領域で制御性が悪くなる。
化を図っている分布帰還（distributed feedback:DFB）
型レーザ、或いは、活性層を多重量子井戸構造にしたMQ
W（multiquantum well）型レーザなどを製造するには、
それを構成する結晶は低温で成長させることが必要であ
るが、通常のMOVPE法で低温の成長を行った場合、特
に、InPに近い組成領域で制御性が悪くなる。
従って、低温に於いても制御性が良好なMOVPE法が開
発されなければならない。
発されなければならない。
従来、MOVPE法を適用してInGaAsPの成長を行う場合、
III族原料として、III族元素を含む有機金属、例えば、
Inについては、 トリメチルインジウム （TMIn:(CH3)3In）、 或いは、 トリエチルインジウム （TEIn:(C2H5)3In）、 Gaについては、 トリメチルガリウム （TMGa:(CH3)3Ga）、 或いは、 トリエチルガリウム （TEGa:(C2H5)3Ga） などが用いられ、また、Ｖ族原料として、水素化物、例
えば、Asについては、 アルシン（AsH3）、 Ｐについては、 ホスフィン（PH3） が用いられている。
III族原料として、III族元素を含む有機金属、例えば、
Inについては、 トリメチルインジウム （TMIn:(CH3)3In）、 或いは、 トリエチルインジウム （TEIn:(C2H5)3In）、 Gaについては、 トリメチルガリウム （TMGa:(CH3)3Ga）、 或いは、 トリエチルガリウム （TEGa:(C2H5)3Ga） などが用いられ、また、Ｖ族原料として、水素化物、例
えば、Asについては、 アルシン（AsH3）、 Ｐについては、 ホスフィン（PH3） が用いられている。
前記したような原料を用いた場合、MOVPE法では、気
相組成と固相組成との関係は次のように表現される。
相組成と固相組成との関係は次のように表現される。
ここで、ｘ並びにｙは固相組成であって、InGaAsPをI
n1-xGaxAs1-yPyと表現した場合のｘ並びにｙである。ま
た、〔Ga〕，〔In〕，〔Ｐ〕，〔As〕はInP基板近傍の
気相組成であり、それぞれの導入原料ガス濃度を 〔TEGa〕， 〔TMIn〕， 〔PH3〕， 〔AsH3〕 としたとき 〔Ga〕＝ηGa〔TEGa〕 ・・・・（３） 〔In〕＝ηIn〔TMIn〕 ・・・・（４） 〔Ｐ〕＝ηP〔PH3〕 ・・・・（５） 〔As〕＝ηAs〔AsH3〕 ・・・・（６） のように表現される。勿論、この場合、Ga及びInの原料
としてTEGa及びTMInを用いる場合を想定している。ここ
で、ηは各原料ガスの分解効率を示している。MOVPE法
を実施する際、実用上で制御する量は、〔TEGa〕，〔TM
In〕，〔PH3〕，〔AsH3〕であることから、前記式
（３）乃至（６）を前記式（１）及び（２）に代入して
得られる関係式が現実的な気相及び固相の関係を与え
る。即ち、 第２図は実際にTEGa,TMIn,AsH3，PH3を用いたInGaAsP
の成長に於いて、 ｘと〔TMIn〕／〔TEGa〕、 ｙと〔AsH3〕／〔PH3〕 の関係を求めた結果を表す線図であり、縦軸にはｘ或い
はｙを、そして、横軸には〔TMIn〕／〔TEGa〕或いは
〔AsH3〕／〔PH3〕をそれぞれ採ってある。尚、成長温
度は620〔℃〕である。
n1-xGaxAs1-yPyと表現した場合のｘ並びにｙである。ま
た、〔Ga〕，〔In〕，〔Ｐ〕，〔As〕はInP基板近傍の
気相組成であり、それぞれの導入原料ガス濃度を 〔TEGa〕， 〔TMIn〕， 〔PH3〕， 〔AsH3〕 としたとき 〔Ga〕＝ηGa〔TEGa〕 ・・・・（３） 〔In〕＝ηIn〔TMIn〕 ・・・・（４） 〔Ｐ〕＝ηP〔PH3〕 ・・・・（５） 〔As〕＝ηAs〔AsH3〕 ・・・・（６） のように表現される。勿論、この場合、Ga及びInの原料
としてTEGa及びTMInを用いる場合を想定している。ここ
で、ηは各原料ガスの分解効率を示している。MOVPE法
を実施する際、実用上で制御する量は、〔TEGa〕，〔TM
In〕，〔PH3〕，〔AsH3〕であることから、前記式
（３）乃至（６）を前記式（１）及び（２）に代入して
得られる関係式が現実的な気相及び固相の関係を与え
る。即ち、 第２図は実際にTEGa,TMIn,AsH3，PH3を用いたInGaAsP
の成長に於いて、 ｘと〔TMIn〕／〔TEGa〕、 ｙと〔AsH3〕／〔PH3〕 の関係を求めた結果を表す線図であり、縦軸にはｘ或い
はｙを、そして、横軸には〔TMIn〕／〔TEGa〕或いは
〔AsH3〕／〔PH3〕をそれぞれ採ってある。尚、成長温
度は620〔℃〕である。
図に於いて、III族に対してはηIn／ηGaをフィッテ
ィング・パラメータとするとηIn／ηGa≒１とした場合
で定量的説明が可能である。これは、III族の原料であ
る有機金属化合物が620〔℃〕で等価的に略同じ分解効
率をもっていることを示している。それに対してＶ族は
ηAs／ηP≒10にしないと実験結果を説明することがで
きないことから、PH3の分解効率はAsH3に比較して約1/1
0であることを示している。
ィング・パラメータとするとηIn／ηGa≒１とした場合
で定量的説明が可能である。これは、III族の原料であ
る有機金属化合物が620〔℃〕で等価的に略同じ分解効
率をもっていることを示している。それに対してＶ族は
ηAs／ηP≒10にしないと実験結果を説明することがで
きないことから、PH3の分解効率はAsH3に比較して約1/1
0であることを示している。
従って、Ｖ族側の組成制御は、620〔℃〕の温度であ
っても、特に、ｙ＞0.5の領域に於いては悪くなる。即
ち、〔AsH3〕／〔PH3〕の変化に対してｙの変動が大き
く、供給量の僅かな変化で固相組成に大きな変化が現れ
る。
っても、特に、ｙ＞0.5の領域に於いては悪くなる。即
ち、〔AsH3〕／〔PH3〕の変化に対してｙの変動が大き
く、供給量の僅かな変化で固相組成に大きな変化が現れ
る。
前記したように、ηAs／ηP、即ち、AsH3とPH3との熱
分解効率の差は620〔℃〕の温度に於いて10であり、そ
れよりも低温にすると更に大きくなり、 Ea:活性化エネルギ k:ボルツマン定数 T:温度〔Ｋ〕 なる式で表される関係で変化する。従って、更に低温に
なると、AsH3やPH3を原料にする限り、Ｖ族の固相組成
制御はより困難になる。
分解効率の差は620〔℃〕の温度に於いて10であり、そ
れよりも低温にすると更に大きくなり、 Ea:活性化エネルギ k:ボルツマン定数 T:温度〔Ｋ〕 なる式で表される関係で変化する。従って、更に低温に
なると、AsH3やPH3を原料にする限り、Ｖ族の固相組成
制御はより困難になる。
本発明は、低温に於いてもInGaAsP四元混晶のＶ族組
成を精密に制御できるようにしようとする。
成を精密に制御できるようにしようとする。
前記したような問題を解消するには、AsH||とPH||と
の分解効率の差が大きくなるような低温の領域に於い
て、Ｖ族原料として有機Ｖ族を用いると良い。
の分解効率の差が大きくなるような低温の領域に於い
て、Ｖ族原料として有機Ｖ族を用いると良い。
従って、本発明に依るMOVPE法では、 （１） Ｖ族原料としてTBP及びTBAから得られる有機Ｖ族原料
のみを用いInPに格子整合するInGaAsP四元混晶を成長さ
せることを特徴とするか、又は、 （２） 前記（１）に於いて、温度を400〔℃〕〜620〔℃〕の
範囲としてInGaAsP四元混晶を成長させることを特徴と
する。
のみを用いInPに格子整合するInGaAsP四元混晶を成長さ
せることを特徴とするか、又は、 （２） 前記（１）に於いて、温度を400〔℃〕〜620〔℃〕の
範囲としてInGaAsP四元混晶を成長させることを特徴と
する。
前記手段を採ることに依り、Ｖ族原料は低温に於いて
も分解効率に差がなく、ηAs／ηP≒１とすることがで
きるから、低温に於けるAs及びＰの固相組成の制御性は
III族と同様に良好であり、結晶の低温成長が必要とさ
れる高性能な光半導体装置の製造に適用して有効であ
る。
も分解効率に差がなく、ηAs／ηP≒１とすることがで
きるから、低温に於けるAs及びＰの固相組成の制御性は
III族と同様に良好であり、結晶の低温成長が必要とさ
れる高性能な光半導体装置の製造に適用して有効であ
る。
InGaAsP四元混晶を成長させる場合の実施例について
説明する。
説明する。
III族原料としては、従来と同様、TMIn及びTEGaを用
いる。
いる。
Ｖ族原料としては、TBP並びにTBAから得られる有機Ｖ
族原料のみを用い、例えば水素化物などは用いない。
族原料のみを用い、例えば水素化物などは用いない。
前記有機Ｖ族原料は、分解効率が大きく変動し始める
温度が400〔℃〕以下であり、それ以上の温度に於いて
は、ηAs′／ηP′なる量で見る限りでは、ηAs′／
ηP′≒１と見做すことができる。尚、ηAs′及びηP′
はTBA及びTBPの分解効率を表すものである。
温度が400〔℃〕以下であり、それ以上の温度に於いて
は、ηAs′／ηP′なる量で見る限りでは、ηAs′／
ηP′≒１と見做すことができる。尚、ηAs′及びηP′
はTBA及びTBPの分解効率を表すものである。
第１図は前記した各原料を用い、温度を500〔℃〕と
してInGaAsP四元混晶を成長させた場合の固相組成ｙ及
び原料気相比〔TBA〕／〔TBP〕の関係を表す線図であ
り、縦軸にはｙを、また、横軸には〔TBA〕／〔TBP〕を
それぞれ採ってある。
してInGaAsP四元混晶を成長させた場合の固相組成ｙ及
び原料気相比〔TBA〕／〔TBP〕の関係を表す線図であ
り、縦軸にはｙを、また、横軸には〔TBA〕／〔TBP〕を
それぞれ採ってある。
ここで、 なる式に依ってηAs′／ηP′を計算すると、第１図の
実験結果はηAs′／ηP′≒１で説明可能である。これ
は、例えば500〔℃〕程度の低温であっても、有機Ｖ族
をＶ族原料とすることで、Ｖ族固相組成をIII族組成と
同等の制御性をもって成長できることを示している。
実験結果はηAs′／ηP′≒１で説明可能である。これ
は、例えば500〔℃〕程度の低温であっても、有機Ｖ族
をＶ族原料とすることで、Ｖ族固相組成をIII族組成と
同等の制御性をもって成長できることを示している。
本発明に依る有機金属気相成長方法では、Ｖ族原料と
してTBP及びTBAから得られる有機Ｖ族原料のみを用いIn
Pに格子整合するInGaAsP四元混晶を成長させることを特
徴とする。
してTBP及びTBAから得られる有機Ｖ族原料のみを用いIn
Pに格子整合するInGaAsP四元混晶を成長させることを特
徴とする。
前記構成を採ることに依り、Ｖ族原料は低温に於いて
も分解効率に差がなく、ηAs／ηP≒１とすることがで
きるから、低温に於けるAs及びＰの固相組成の制御性は
III族と同様に良好であり、結晶の低温成長が必要とさ
れる高性能な光半導体装置の製造に適用して有効であ
る。
も分解効率に差がなく、ηAs／ηP≒１とすることがで
きるから、低温に於けるAs及びＰの固相組成の制御性は
III族と同様に良好であり、結晶の低温成長が必要とさ
れる高性能な光半導体装置の製造に適用して有効であ
る。
第１図は本発明一実施例に依ってInGaAsP四元混晶を成
長させた場合に於ける固相組成ｙ並びに原料気相比〔TB
A〕／〔TBP〕の関係を説明する為の線図、第２図は従来
技術に依ってInGaAsP四元混晶を成長させた場合に於け
る固相組成ｘ或いは固相組成ｙと原料気相比〔TMIn〕／
〔TEGa〕或いは原料気相比〔AsH3〕／〔PH3〕の関係を
説明する為の線図である。
長させた場合に於ける固相組成ｙ並びに原料気相比〔TB
A〕／〔TBP〕の関係を説明する為の線図、第２図は従来
技術に依ってInGaAsP四元混晶を成長させた場合に於け
る固相組成ｘ或いは固相組成ｙと原料気相比〔TMIn〕／
〔TEGa〕或いは原料気相比〔AsH3〕／〔PH3〕の関係を
説明する為の線図である。
Claims (2)
- 【請求項１】Ｖ族原料としてターシャリブチルホスフィ
ン及びターシャリブチルアルシンから得られる有機Ｖ族
原料のみを用いInPに格子整合するInGaAsP四元混晶を成
長させること を特徴とする有機金属気相成長方法。 - 【請求項２】温度を400〔℃〕〜620〔℃〕の範囲として
InGaAsP四元混晶を成長させること を特徴とする請求項１記載の有機金属気相成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21861089A JP2879224B2 (ja) | 1989-08-28 | 1989-08-28 | 有機金属気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21861089A JP2879224B2 (ja) | 1989-08-28 | 1989-08-28 | 有機金属気相成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0383326A JPH0383326A (ja) | 1991-04-09 |
| JP2879224B2 true JP2879224B2 (ja) | 1999-04-05 |
Family
ID=16722653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21861089A Expired - Fee Related JP2879224B2 (ja) | 1989-08-28 | 1989-08-28 | 有機金属気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2879224B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2991074B2 (ja) * | 1995-03-15 | 1999-12-20 | 日本電気株式会社 | 有機金属気相成長方法 |
-
1989
- 1989-08-28 JP JP21861089A patent/JP2879224B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0383326A (ja) | 1991-04-09 |
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