JP3435083B2 - Semiconductor thin film regrowth method - Google Patents

Semiconductor thin film regrowth method

Info

Publication number
JP3435083B2
JP3435083B2 JP01292899A JP1292899A JP3435083B2 JP 3435083 B2 JP3435083 B2 JP 3435083B2 JP 01292899 A JP01292899 A JP 01292899A JP 1292899 A JP1292899 A JP 1292899A JP 3435083 B2 JP3435083 B2 JP 3435083B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
semiconductor
thin film
ingaas
layer made
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP01292899A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000091248A (en
Inventor
英雄 杉浦
悦男 野口
学 満原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP01292899A priority Critical patent/JP3435083B2/en
Publication of JP2000091248A publication Critical patent/JP2000091248A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3435083B2 publication Critical patent/JP3435083B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はIII−V族化合物半
導体薄膜の再成長方法に係わり、さらに詳しくは、光デ
バイスや電子デバイスの作製に用いられるIII−V族化
合物半導体薄膜の再成長方法であって、例えば、ノンア
ロイ用半導体電極層形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for regrowth of a III-V compound semiconductor thin film, and more particularly to a method for regrowth of a III-V compound semiconductor thin film used for manufacturing an optical device or an electronic device. Thus, for example, it relates to a method for forming a semiconductor electrode layer for non-alloy.

【0002】[0002]

【従来の技術】III−V族化合物半導体は、電子デバイ
スおよび光デバイスに広く利用されている。これらのデ
バイスはIII−V族化合物半導体基板上に、薄膜形成装
置を用いて、同種のIII−V族化合物半導体材料を積層
することにより形成される。そして、デバイス構造の最
表面には金属電極との接触を良くするために、高濃度ド
ープ化合物半導体層が形成される。III−V族化合物半
導体薄膜の形成方法には、大きく分けて二つの流れがあ
る。その一つは、真空中で薄膜を形成する方法で、分子
線エピタキシ法(MBE)、ケミカルビームエピタキシ
法(CBE)、ガスソース分子線エピタキシ法(GSM
BE)等が挙げられる。もう一つの流れは、0.1ない
し1気圧の水素雰囲気中で薄膜を形成する方法で、有機
金属熱分解法(MOCVD)が代表的なものである。実
用的なデバイス作製には、MOCVD法が最も広く用い
られている。光デバイスの大部分は、pn接合の整流性
を利用する。図1(a)に、InP基板を用いた光デバ
イス用の薄膜構造の断面を示す。MOCVD法を用い
て、光デバイスを作製する手順は、以下に示すとおりで
ある。n型InP基板1の上に、n型InPバッファ層
2、続いて、活性層3を形成した後、p型InP層4を
積層し、p型ドーパントを高濃度にドープした電極コン
タクト層5、さらにInPキャップ層6を形成する。こ
のInPキャップ層6は、リソグラフィや絶縁膜形成な
ど、種々のプロセスから上記電極コンタクト層5を保護
するために用いられる。最後に、InPキャップ層6を
除去し、金属電極7を蒸着する〔図1(b)参照〕。こ
のとき、p型ドーパントはZn、電極層の組成はInG
aAsが、それぞれ最も一般的である。ドープ量の最大
値は溶解度で決まり、約1×1019/cm3である。p
型ドーパントを高濃度にドープした電極コンタクト層5
に、金属電極7を接触すると、両者の界面にショットキ
障壁が形成される。この障壁は整流性を示すので、素子
に電流を流す場合、より大きな電圧が必要となり、その
結果、消費電力が増加する。この障壁の高さは、電極層
のドープ量の増加に伴い急激に小さくなる。そのため、
高濃度ドープが可能なp型ドーパントとしてカーボンが
注目されている。得られたInGaAsの最高キャリア
濃度は、膜作製法によって異なる。すなわち、MOCV
D法では約3×1019/cm3、MBEとCBEでは約
1×1020/cm3である。さて、デバイスの性能を改
善するために、異なった薄膜成長法のそれぞれの特長を
活かしてデバイスを作製する方法、いわゆるハイブリッ
ド法が注目さている。例えば、MOCVD法で図1
(a)の構造を形成し、いったん薄膜成長炉から取り出
し、その後、MBEあるいはCBE法で、非常に高濃度
にドープした電極層を再成長するものである。図1
(c)に示すように、上記のInGaAs膜5の上に、
カーボンドープInGaAs膜8を再成長する。ただ
し、このハイブリッド法が成功するか否かは、再成長界
面の不純物(主に酸化物)を、いかに除去するかにかか
っている。近年、真空容器中での清浄化手段として、反
応性ガスを用いる方法が注目されている。GaAsにつ
いては塩素ガス、AsCl3などが酸化膜の除去に有効
であるが、膜内部にまでエッチングされる危険性があ
り、また、長期間使用すると真空容器を腐食する危険性
が生じる。また、水素ラジカルもAlGaAsに有効で
反応性は高いが、水素ラジカルを発生させるECR(電
子サイクロトロン共鳴)プラズマ源や、薄膜成長室とは
別の真空容器を必要とする。トリスジメチルアミノアル
シン(TDMAAs)はGaAs酸化膜の除去は可能で
あるが、高温ではGaAsをエッチングする作用がある
ことが報告されている(ジャーナル オブ クリスタルグ
ロウス、175/176巻、1997年、ページ 38
7〜392)。しかし、InGaAsに適用された例は
なかった。このように、従来技術においてはInGaA
sを真空容器中で清浄化し、かつ、その表面がスムーズ
にできる有効な手段はなかった。
2. Description of the Related Art III-V compound semiconductors are widely used in electronic devices and optical devices. These devices are formed by laminating the same kind of III-V compound semiconductor material on a III-V compound semiconductor substrate using a thin film forming apparatus. Then, a highly-doped compound semiconductor layer is formed on the outermost surface of the device structure to improve contact with the metal electrode. The method of forming the III-V compound semiconductor thin film is roughly divided into two flows. One of them is a method of forming a thin film in vacuum, which is a molecular beam epitaxy method (MBE), a chemical beam epitaxy method (CBE), a gas source molecular beam epitaxy method (GSM).
BE) and the like. The other flow is a method of forming a thin film in a hydrogen atmosphere of 0.1 to 1 atm, and a typical example is metalorganic pyrolysis (MOCVD). The MOCVD method is most widely used for practical device fabrication. Most optical devices utilize the rectifying properties of pn junctions. FIG. 1A shows a cross section of a thin film structure for an optical device using an InP substrate. The procedure for producing an optical device using the MOCVD method is as follows. After forming the n-type InP buffer layer 2 and then the active layer 3 on the n-type InP substrate 1, the p-type InP layer 4 is laminated, and the electrode contact layer 5 in which the p-type dopant is highly doped, Further, the InP cap layer 6 is formed. The InP cap layer 6 is used to protect the electrode contact layer 5 from various processes such as lithography and insulating film formation. Finally, the InP cap layer 6 is removed, and the metal electrode 7 is vapor-deposited [see FIG. 1 (b)]. At this time, the p-type dopant is Zn and the composition of the electrode layer is InG.
aAs is each the most common. The maximum value of the doping amount is determined by the solubility and is about 1 × 10 19 / cm 3 . p
Type electrode contact layer 5 highly doped with a type dopant
Then, when the metal electrode 7 is brought into contact with the metal electrode 7, a Schottky barrier is formed at the interface between them. Since this barrier has a rectifying property, a larger voltage is required when a current is passed through the element, resulting in an increase in power consumption. The height of this barrier sharply decreases as the doping amount of the electrode layer increases. for that reason,
Carbon has attracted attention as a p-type dopant that can be highly doped. The maximum carrier concentration of the obtained InGaAs depends on the film forming method. That is, MOCV
It is about 3 × 10 19 / cm 3 in the D method, and about 1 × 10 20 / cm 3 in the MBE and CBE. Now, in order to improve the performance of the device, a so-called hybrid method, which is a method of manufacturing a device by utilizing respective features of different thin film growth methods, is drawing attention. For example, as shown in FIG.
The structure (a) is formed, taken out from the thin film growth furnace, and then the electrode layer doped with a very high concentration is regrown by the MBE or CBE method. Figure 1
As shown in (c), on the above InGaAs film 5,
The carbon-doped InGaAs film 8 is regrown. However, the success of this hybrid method depends on how impurities (mainly oxides) at the regrowth interface are removed. In recent years, a method using a reactive gas has attracted attention as a cleaning means in a vacuum container. With respect to GaAs, chlorine gas, AsCl 3 and the like are effective for removing the oxide film, but there is a risk of etching even inside the film, and there is a risk of corroding the vacuum container when used for a long period of time. Although hydrogen radicals are also effective and highly reactive with AlGaAs, they require an ECR (electron cyclotron resonance) plasma source for generating hydrogen radicals and a vacuum container separate from the thin film growth chamber. Trisdimethylaminoarsine (TDMAAs) can remove GaAs oxide film, but it has been reported to have an action of etching GaAs at high temperature (Journal of Crystal Grouse, 175/176, 1997, p. 38).
7-392). However, there was no example applied to InGaAs. As described above, in the prior art, InGaA
There was no effective means for cleaning s in a vacuum vessel and smoothing its surface.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】InGaAsに形成さ
れる自然酸化膜は主に2種類からなる。つまり、GaA
sの酸化物であるGa23とInPの酸化物であるIn
23である。これらを除去する最も簡便な方法は、高温
加熱による蒸発除去である。RHHED(電子回折装
置)やオージェ分析の観察によれば、As雰囲気下で加
熱すると、Ga23は580〜600℃、In23は5
25℃で蒸発する。しかし、これらの分析法では、1%
以下の残留物は検出できないこと、また、表面にはハイ
ドロカーボンが付着しているなどの理由により、デバイ
ス品質の清浄な界面を得るには、上記の温度よりはかな
り高い温度を必要とする。その結果、600℃以上に高
温に加熱するため、酸化膜は蒸発除去されるが、表面か
らV族元素の離脱が激しく、表面が荒れるという問題が
あった。ハイブリッド方法には、もう一つの問題点があ
る。図1に示したように、デバイス構造では、各種のプ
ロセス(リソグラフィ、絶縁膜形成など)を経るため、
InPキャップを設ける。再成長前に、これをウエット
エッチするが、そのエッチング液には、塩酸・リン酸混
液が用いられる。その理由は、この混液はInPのエッ
チング速度が大きく、InGaAsのエッチング速度が
小さいからである。しかしながら、InGaAsのエッ
チング速度はゼロではなく、しかも選択性を持つので、
ウエットエッチされたInGaAsの極表面は組成が変
質する。つまり、ウエットエッチ前のInGaAsはI
nPと同じ格子常数を持つが、リン酸がGaAsをエッ
チングするため、ウエットエッチされたInGaAsの
極表面の格子常数はInPの格子常数と異なる。 そこ
で、酸化膜を除去した表面に、InPに格子整合するI
nGaAs組成の膜を再成長すると、界面に歪みが蓄積
され、最終的には再成長膜に欠陥が発生する。このよう
に、たとえ清浄表面が得られても、再成長膜の結晶性が
劣化するという大きな問題がある。
The natural oxide film formed on InGaAs is mainly composed of two types. That is, GaA
s is an oxide of Ga 2 O 3 and an oxide of InP an In
2 O 3 . The simplest method for removing these is evaporation removal by heating at high temperature. According to the observation of RHHED (electron diffractometer) and Auger analysis, when heated in an As atmosphere, Ga 2 O 3 is 580 to 600 ° C. and In 2 O 3 is 5 ° C.
Evaporate at 25 ° C. However, with these analytical methods, 1%
Due to the inability to detect the following residues and the presence of hydrocarbons on the surface, a much higher temperature is required to obtain a device quality clean interface. As a result, since the oxide film is heated to a high temperature of 600 ° C. or higher, the oxide film is evaporated and removed, but there is a problem that the group V element is severely detached from the surface and the surface is roughened. The hybrid method has another problem. As shown in FIG. 1, since the device structure undergoes various processes (lithography, insulating film formation, etc.),
An InP cap is provided. This is wet-etched before regrowth, and a hydrochloric acid / phosphoric acid mixed solution is used as the etching solution. The reason is that this mixture has a high InP etching rate and a low InGaAs etching rate. However, since the etching rate of InGaAs is not zero and has selectivity,
The composition of the wet-etched extreme surface of InGaAs is altered. In other words, InGaAs before wet etching is I
It has the same lattice constant as nP, but since phosphoric acid etches GaAs, the lattice constant of the wet-etched InGaAs pole surface is different from that of InP. Therefore, I that is lattice-matched to InP on the surface from which the oxide film is removed
When a film of nGaAs composition is regrown, strain is accumulated at the interface, and eventually defects are generated in the regrown film. Thus, even if a clean surface is obtained, there is a big problem that the crystallinity of the regrown film deteriorates.

【0004】本発明の目的は、上記従来技術における問
題点を解消するものであって、基板上に形成されたIn
GaAsもしくはInGaAsPよりなる第1の半導体
層上に、該第1の半導体層と格子整合するIII−V族化
合物半導体よりなる第2の半導体層を再成長する場合
に、デバイス作製のプロセスの都合で空気中に暴露さ
れ、上記第1の半導体層上に形成されている表面酸化膜
を、トリスジメチルアミノアルシン(TDMAAs)、
リン(P分子)などを含む特定の雰囲気中で加熱除去
し、清浄で平坦な表面を形成すると共に、格子歪みを緩
和する半導体層を形成することにより、成長界面に歪み
の蓄積がなく、再成長膜に欠陥の発生が少なく、結晶性
の良好なIII−V族化合物半導体膜を再成長できる方法
を提供することにある。
An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems in the prior art, namely, In formed on a substrate.
When a second semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor lattice-matched with the first semiconductor layer is regrown on the first semiconductor layer made of GaAs or InGaAsP, the device fabrication process is convenient. The surface oxide film formed on the first semiconductor layer by being exposed to air is treated with trisdimethylaminoarsine (TDMAAs),
By removing it by heating in a specific atmosphere containing phosphorus (P molecules) to form a clean and flat surface and forming a semiconductor layer that relaxes lattice strain, strain does not accumulate at the growth interface and It is an object of the present invention to provide a method capable of re-growing a III-V group compound semiconductor film having good crystallinity with few defects in the grown film.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成とする
ものである。すなわち、請求項1に記載のように、真空
容器中でIII−V族化合物半導体を成長する薄膜成長方
法において、InGaAsもしくはInGaAsPより
なる第1の半導体層上に、該第1の半導体層と格子整合
するIII−V族化合物半導体よりなる第2の半導体層を
再成長する方法であって、上記第2の半導体層を再成長
する前に、上記第1の半導体層を、トリスジメチルアミ
ノアルシンとリンを含む混合雰囲気中で加熱して、表面
酸化膜を除去して清浄化すると共に、該第1の半導体層
の最表面に格子歪を緩和する組成の半導体層を形成する
工程を含む半導体薄膜再成長方法とするものである。ま
た、請求項2に記載のように、請求項1において、トリ
スジメチルアミノアルシンとリンを含む混合雰囲気中で
の加熱温度は、515〜540℃の範囲である半導体薄
膜再成長方法とするものである。また、請求項3に記載
のように、請求項1または請求項2に記載の半導体薄膜
再成長方法において、トリスジメチルアミノアルシンと
リンを含む混合雰囲気中で加熱して、第1の半導体層の
表面酸化膜を除去すると共に、格子歪を緩和する組成の
半導体層を形成する工程の後に、続いて、カーボンを高
濃度にドープしたp型InGaAsを再成長する工程を
含む半導体薄膜再成長方法とするものである。た、請
求項に記載のように、基板上に形成されたInGaA
sもしくはInGaAsPよりなる第1の半導体層上
に、該第1の半導体層と格子整合するIII−V族化合物
半導体よりなる第2の半導体層を再成長する方法であっ
て、上記第2の半導体層を再成長する前に、上記第1の
半導体層をトリスジメチルアミノアルシンを含む雰囲気
下で加熱して表面酸化膜を除去する工程と、次いで、リ
ンを含む雰囲気下で高温に加熱して、第1の半導体層の
最表面に格子歪みを緩和するInGaAsPよりなる薄
膜層を形成する工程と、上記InGaAsPよりなる薄
膜層上に、III−V族化合物半導体よりなる第2の半導
体層を再成長する工程を含む半導体薄膜再成長方法とす
るものである。また、請求項に記載のように、請求項
において、トリスジメチルアミノアルシン雰囲気での
加熱温度は515〜540℃の範囲である半導体薄膜再
成長方法とするものである。また、請求項に記載のよ
うに、請求項4または請求項に記載の半導体薄膜再成
長方法おいて、格子歪みを緩和するInGaAsPより
なる薄膜層上に再生長するIII−V族化合物半導体より
なる第2の半導体層は、カーボンを高濃度にドープした
p型InGaAsよりなるノンアロイ用半導体電極層を
形成する半導体薄膜再成長方法とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention has a structure as described in the claims. That is, in a thin film growth method for growing a III-V group compound semiconductor in a vacuum chamber as set forth in claim 1, the first semiconductor layer and a lattice are formed on the first semiconductor layer made of InGaAs or InGaAsP. A method of regrowth of a matching III-V group compound semiconductor second semiconductor layer, wherein the first semiconductor layer is trisdimethylaminoarsine before regrowth of the second semiconductor layer. A semiconductor thin film including a step of heating in a mixed atmosphere containing phosphorus to remove a surface oxide film for cleaning and to form a semiconductor layer having a composition for relaxing lattice strain on the outermost surface of the first semiconductor layer. This is a regrowth method. Further, as described in claim 2, in the method of claim 1, the heating temperature in the mixed atmosphere containing trisdimethylaminoarsine and phosphorus is in the range of 515 to 540 ° C. is there. Further, as described in claim 3, in the method for regrowth of a semiconductor thin film according to claim 1 or 2, heating in a mixed atmosphere containing trisdimethylaminoarsine and phosphorus is performed to form the first semiconductor layer. A method of regrowing a semiconductor thin film, comprising a step of removing a surface oxide film and forming a semiconductor layer having a composition for relaxing lattice strain, and subsequently, regrowing p-type InGaAs heavily doped with carbon. To do. Also, as described in claim 4, formed on a substrate InGaA
A method of re-growing a second semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor lattice-matched with the first semiconductor layer on the first semiconductor layer made of s or InGaAsP. A step of heating the first semiconductor layer in an atmosphere containing trisdimethylaminoarsine to remove the surface oxide film before regrowth of the layer; and then heating to a high temperature in an atmosphere containing phosphorus, A step of forming a thin film layer made of InGaAsP on the outermost surface of the first semiconductor layer to relax lattice distortion, and a second semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor is regrown on the thin film layer made of InGaAsP. A method of regrowing a semiconductor thin film including the step of In addition, as described in claim 5 ,
4 , the heating temperature in the atmosphere of trisdimethylaminoarsine is in the range of 515 to 540 ° C. The semiconductor thin film regrowth method. Further, as described in claim 6 , in the semiconductor thin film regrowth method according to claim 4 or 5 , a III-V group compound semiconductor which is regenerated and grown on a thin film layer made of InGaAsP for relaxing lattice distortion. The second semiconductor layer made of is a semiconductor thin film regrowth method for forming a non-alloy semiconductor electrode layer made of p-type InGaAs doped with carbon at a high concentration.

【0006】本発明の半導体薄膜再成長方法は、第1
に、長期間空気に曝し、非常に厚くなった酸化膜を有す
るInGaAsまたはInGaAsPよりなる半導体層
であっても、真空容器中で容易に酸化膜を除去し清浄化
することを可能とし、かつ第2に、上記半導体層の表面
の組成をInP格子整合に近付けるという、二つの目標
を同時に達成するために、請求項1、2、3に記載のよ
うに、TDMAAsとリンを含む混合雰囲気中でInG
aAsまたはInGaAsP半導体層を加熱処理するも
のである。加熱したInGaAsにTDMAAsを照射
すると、表面でTDMAAsが分解し、生成された水素
ラジカルがInGaAs酸化膜と反応する。水素ラジカ
ルは最表面層だけと反応するので、酸化膜の厚さは2〜
3原子層であれば5分程度で除去される。空気暴露時間
が長くなるにつれて酸化膜の厚さも増加し、酸化膜自体
も強固なものに変質する。この結果、InGaAsの加
熱時間が非常に長くなり、また加熱温度も高温にせざる
を得なくなる。これを解決するためには、水素ラジカル
と他の分子とを反応させて、この分子をラジカル化し、
ラジカルによる化学作用、すなわち還元反応を強化する
ことが必要である。具体的には、TDMAAsと他のガ
スを混合して、InGaAs表面に照射すれば、表面上
でマイグレーションするうちに、水素ラジカルとガスの
分子が相互作用し、ガスの分子がラジカル化する可能性
がある。本発明者らは、種々実験をした結果、TDMA
Asとリンの分子線を同時に照射したところ、還元反応
が強化されることを見出した。酸化物を除去し清浄化し
た後は、リン雰囲気で加熱されているので半導体層の表
面にInGaAsPが形成される。こうした表面に、格
子整合条件のInGaAsを再成長することにより、結
晶性のよいInGaAsを得ることができる効果があ
る。また、本発明の半導体薄膜再成長方法は、比較的短
期間空気に曝したInGaAsや、InGaAsPを真
空容器中で清浄化し、かつ表面の組成をInP格子整合
に近づけるという目標を達成するために、二つの方法を
提案するものである。その一つはInGaAsをリン雰
囲気中で加熱するものであり、もう一つはTDMAAs
雰囲気中で加熱することを特徴とするものである。すな
わち、(1)請求項および項に記載のように、
リン雰囲気中での高温加熱(570℃以上600℃未
満)によるクリーニングと同時に、格子歪みを緩和する
InGaAsPよりなる薄膜層を形成させて、界面に歪
みの蓄積がなく、欠陥の発生の少ない良好な結晶性を有
する半導体膜を歩留まり良く作製できる効果がある。な
お、リン雰囲気中での加熱温度は、600℃以上となる
と表面からV族元素の離脱が激しくなり表面が荒れるの
で好ましくない。上述〔図1(a)〜(c)〕のよう
に、InPキャップ層をウエットエッチした後の、In
GaAsの極表面の組成は、In0.53Ga0.47A
sからずれて、Inリッチとなる。つまり、表面層はI
nPの格子常数より大きい。そこで、リン(P分子)雰
囲気中で加熱すれば、表面のAsがPに置き代わり、I
nGaAsPが単原子層ないし数原子層形成される。加
熱中にはInとGaの組成は変わらないので、Inリッ
チのInGaAsの極表面の格子常数に比べて、このI
nGaAsP表面層の格子常数は小さくなる、つまり、
InPの格子常数に近づく。こうした4元組成の表面
に、格子整合条件のInGaAsを再成長することによ
り、欠陥を発生させることなく、良好な結晶性を有する
InGaAsを歩留まり良く再成長できる効果がある。
(2)請求項項に記載のように、TDMAA
s(トリスジメチルアミノアルシン)を含む雰囲気中で
の加熱(515〜540℃)により酸化膜を除去し、平
坦で清浄な表面を形成し、さらにリン雰囲気中での高温
加熱により、格子歪みを緩和するInGaAsPよりな
る薄膜層を形成させて、界面に歪みの蓄積がなく、欠陥
の発生のない良好な結晶性を有する半導体膜を歩留まり
良く作製できる効果がある。上記文献(ジャーナル オ
ブ クリスタルグロウス、175/176巻、1997
年、ページ 387〜392)によれば、TDMAAs
は450℃で熱分解し、各種のラジカルとAsが発生す
る。そのラジカルには、水素ラジカル、メチルラジカル
などが考えられている。GaAsのRIEエッチングに
はメタンが用いられるが、これはメチルラジカルがIII
族元素と結合し、蒸気圧の高い化合物を形成するからで
ある。一方、水素ラジカルは酸化膜を除去する作用はあ
るが、エッチングするほど反応性は高くない。そこで、
TDMAAsを 加熱したInGaAsに照射すると、
表面でTDMAAsが分解し、生成された水素ラジカル
とメチルラジカルがInGaAsと反応する。CBEあ
るいは MBEで、InGaAs(P)を成長するとき
の温度は約500〜515℃である。この温度は、TD
MAAsを熱分解するが、メチルラジカルがエッチング
するほど高温ではない。したがって、最適温度を選べ
ば、水素ラジカルによる酸化膜を除去する作用だけが起
こり、メチルラジカルによるエッチング作用は無視でき
るほど小さいものであると考えられる。しかも、ラジカ
ル反応であるため、蒸発除去に比べ、クリーニング温度
を約515〜540℃範囲に、かなり低くすることがで
きる。TDMAAsで清浄化した後は、上記(1)で述
べたように、リン雰囲気で加熱することにより表面にI
nGaAsPの薄膜層が形成される。こうした表面に、
格子整合条件のInGaAs等を再成長することによ
り、結晶性のよいInGaAs層を歩留まり良く得られ
る効果がある。本発明の半導体薄膜再成長方法は、従来
の半導体薄膜再成長における表面酸化膜の低温除去と格
子歪みの問題点を解消するものであって、トリスジメチ
ルアミノアルシン(TDMAAs)雰囲気下で加熱する
ことにより酸化膜を除去し、その後、リン(P分子)雰
囲気で加熱して最表面にInGaAsPを形成すること
により解決できる。つまり、InPキャップ層をウエッ
トエッチしてInGaAsを空気中に暴露すると自然酸
化膜が形成される。TDMAAsを加熱したInGaA
sに照射すると、表面でTDMAAsが分解し、生成さ
れた水素ラジカルがInGaAsと反応し、加熱温度
が、例えば515℃以上でInGaAsの表面酸化膜を
除去できる。しかしながら、この方法では空気暴露時間
が、例えば、1日以内の場合には有効であるが、それ以
上の場合には表面酸化膜の除去が難しくなる。これは、
暴露時間が1日以内であれば、表面酸化膜の厚さは2〜
3原子層であるが、暴露時間が長くなるにつれて酸化膜
の厚さも増加するからである。実際のデバイスを作製す
る際には、各種のプロセス(リソグラフィ、絶縁膜形成
など)を経るため、空気暴露時間は数日以上に及ぶ場合
がある。このような長期間暴露の場合であっても、本発
明の請求項1ないし3に記載のトリスジメチルアミノア
ルシン(TDMAAs)とリン(P分子)を含む混合雰
囲気中で加熱することにより、有効に表面酸化膜の除去
と格子歪みを緩和する半導体層を形成することができ、
実際のデバイス工程に適用できる有効な半導体薄膜再成
長方法である。
The semiconductor thin film regrowth method of the present invention is a first method.
In addition, even if the semiconductor layer is made of InGaAs or InGaAsP having a very thick oxide film exposed to air for a long period of time, the oxide film can be easily removed and cleaned in a vacuum container. In order to simultaneously achieve the two goals of bringing the composition of the surface of the semiconductor layer closer to InP lattice matching in (2), as described in (1), (2), (3), in a mixed atmosphere containing TDMAAs and phosphorus. InG
The heat treatment is performed on the aAs or InGaAsP semiconductor layer. When heated InGaAs is irradiated with TDMAAs, TDMAAs are decomposed on the surface and the generated hydrogen radicals react with the InGaAs oxide film. Since the hydrogen radical reacts only with the outermost layer, the thickness of the oxide film is 2 to
If it is a 3 atomic layer, it will be removed in about 5 minutes. As the air exposure time becomes longer, the thickness of the oxide film also increases, and the oxide film itself is transformed into a strong one. As a result, the heating time of InGaAs becomes very long, and the heating temperature must be high. In order to solve this, the hydrogen radical is reacted with another molecule to make this molecule a radical,
It is necessary to enhance the chemical action by radicals, that is, the reduction reaction. Specifically, if TDMAAs and another gas are mixed and irradiated on the InGaAs surface, the hydrogen radicals and the gas molecules may interact with each other, and the gas molecules may be radicalized, while migrating on the surface. There is. As a result of various experiments, the present inventors have found that TDMA
It was found that the reduction reaction was strengthened when the molecular beams of As and phosphorus were simultaneously irradiated. After the oxide is removed and cleaned, InGaAsP is formed on the surface of the semiconductor layer because it is heated in the phosphorus atmosphere. By re-growing InGaAs under the lattice matching condition on such a surface, InGaAs having good crystallinity can be obtained. In addition, the semiconductor thin film regrowth method of the present invention achieves the goal of cleaning InGaAs or InGaAsP exposed to air for a relatively short period of time in a vacuum chamber and bringing the surface composition close to InP lattice matching. We propose two methods. One is heating InGaAs in a phosphorus atmosphere, the other is TDMAAs.
It is characterized by heating in an atmosphere. That is, as described in (1) claims 4 , 5, and 6 ,
At the same time as cleaning by high temperature heating (570 ° C. or higher and less than 600 ° C.) in a phosphorus atmosphere, a thin film layer made of InGaAsP that relaxes the lattice strain is formed, so that strain does not accumulate at the interface and few defects occur. There is an effect that a semiconductor film having crystallinity can be manufactured with high yield. It should be noted that if the heating temperature in the phosphorus atmosphere is 600 ° C. or higher, the group V element is severely detached from the surface and the surface becomes rough, which is not preferable. As described above [FIGS. 1A to 1C], In after the InP cap layer is wet-etched, In
The composition of the extreme surface of GaAs is In0.53Ga0.47A.
It deviates from s and becomes In rich. That is, the surface layer is I
It is larger than the lattice constant of nP. Therefore, if heating is performed in a phosphorus (P molecule) atmosphere, As on the surface replaces P and I
A single atomic layer or several atomic layers of nGaAsP are formed. Since the composition of In and Ga does not change during heating, this I-compared to the lattice constant of the In-rich InGaAs pole surface
The lattice constant of the nGaAsP surface layer is small, that is,
It approaches the lattice constant of InP. By regrowth of InGaAs under the lattice matching condition on the surface of such a quaternary composition, there is an effect that regrowth of InGaAs having good crystallinity can be performed with good yield without generating defects.
(2) As described in claims 4 , 5 , and 6 , TDMAA
The oxide film is removed by heating in an atmosphere containing s (trisdimethylaminoarsine) (515 to 540 ° C.) to form a flat and clean surface, and the lattice strain is relaxed by heating at high temperature in a phosphorus atmosphere. There is an effect that a thin film layer made of InGaAsP is formed, and a semiconductor film having good crystallinity without strain accumulation at the interface and with good yield can be manufactured with high yield. The above document (Journal of Crystal Grouse, 175/176, 1997)
Years, pp. 387-392).
Is thermally decomposed at 450 ° C. to generate various radicals and As. Hydrogen radicals and methyl radicals are considered as the radicals. Methane is used for RIE etching of GaAs.
This is because it combines with a group element to form a compound having a high vapor pressure. On the other hand, hydrogen radicals have the action of removing the oxide film, but they are not as reactive as etching. Therefore,
Irradiating heated InGaAs with TDMAAs,
TDMAAs are decomposed on the surface, and the generated hydrogen radicals and methyl radicals react with InGaAs. The temperature at which InGaAs (P) is grown by CBE or MBE is about 500 to 515 ° C. This temperature is TD
It thermally decomposes MAAs, but not at a temperature high enough to etch methyl radicals. Therefore, it is considered that when the optimum temperature is selected, only the action of removing the oxide film by hydrogen radicals occurs, and the etching action by methyl radicals is negligible. Moreover, since it is a radical reaction, the cleaning temperature can be considerably lowered to a range of about 515 to 540 ° C. as compared with evaporation removal. After cleaning with TDMAAs, as described in (1) above, by heating in a phosphorus atmosphere, I
A thin film layer of nGaAsP is formed. On such a surface,
By regrowing InGaAs or the like under the lattice matching condition, there is an effect that an InGaAs layer having good crystallinity can be obtained with high yield. The semiconductor thin film regrowth method of the present invention solves the problems of low-temperature removal of surface oxide film and lattice distortion in the conventional semiconductor thin film regrowth, and heating in a trisdimethylaminoarsine (TDMAAs) atmosphere. Can be solved by removing the oxide film by means of, and then heating in a phosphorus (P molecule) atmosphere to form InGaAsP on the outermost surface. That is, when the InP cap layer is wet-etched and InGaAs is exposed to the air, a natural oxide film is formed. InGaA heated TDMAAs
When s is irradiated, TDMAAs are decomposed on the surface, the generated hydrogen radicals react with InGaAs, and the surface oxide film of InGaAs can be removed at a heating temperature of, for example, 515 ° C. or higher. However, this method is effective when the air exposure time is, for example, one day or less, but when it is longer than that, it becomes difficult to remove the surface oxide film. this is,
If the exposure time is within 1 day, the thickness of the surface oxide film is 2 to
This is because it is a triatomic layer, but the thickness of the oxide film increases as the exposure time increases. Since various processes (lithography, insulating film formation, etc.) are performed when manufacturing an actual device, the air exposure time may extend to several days or longer. Even in the case of such a long-term exposure, heating in a mixed atmosphere containing trisdimethylaminoarsine (TDMAAs) and phosphorus (P molecule) according to claims 1 to 3 of the present invention effectively It is possible to remove the surface oxide film and form a semiconductor layer that relaxes the lattice strain.
This is an effective semiconductor thin film regrowth method applicable to an actual device process.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を挙
げ、さらに詳細に説明する。 〈実施の形態1〉本実施の形態においては、酸化膜の除
去と加熱雰囲気との関係を調べた。MOCVD法を用い
て、n型InP基板の上に、n−型InPバッファ層
(厚さ0.4μm)、Znを1018/cm3ドープしたI
nGaAs層を3000Å、最後にInPキャップ層を
順に成長した。これを空気中に取り出し、塩酸・リン酸
混液を用いてInPキャップ層をウエットエッチした。
この試料を二つに分割し、1週間大気中に放置した。再
成長の薄膜成長法にCBEを用いた。上記の試料を脱脂
した後、水洗し、CBE装置内に装填した。試料表面を
清浄化するために(1)TDMAAs雰囲気中で約51
5℃で5分間加熱するか、もしくは(2)TDMAAs
とリンの混合雰囲気中で約515℃に加熱した。その
後、約515℃でBeを約1018/cm3ドープしたI
nGaAsを約3000Å再成長した。その際、Gaの
原料にTEG(トリエチルガリウム)を、Inの原料に
TMI(トリメチルインジウム)を、AsとPの原料に
は、それぞれ熱分解したアルシンとフォスフィンを用い
た。深さ方向のキャリア濃度分布を図2に示す。TDM
AAs雰囲気中で加熱した場合には、界面でキャリア濃
度が約一桁減少している。一方、TDMAAsとリンの
混合雰囲気中で加熱した場合は、ほぼ平坦な分布が得ら
れている。再成長薄膜のモフォロジは、目視で鏡面であ
り、ノマルスキ型微分干渉顕微鏡では、なんら欠陥は観
察されなかった。二つのサンプルについて、界面に残留
する酸素を2次イオン質量分析法で調べた。TDMAA
s雰囲気中で加熱した場合は、酸素濃度が約1020/c
3であるのに対し、TDMAAsとリンの混合雰囲気
中で加熱した場合は酸素濃度が2×1018/cm3であ
った。また、クリーニング時の温度と時間についても検
討した。TDMAAsだけの場合には、515℃から5
25、535℃と温度が上昇するにつれて、界面でのキ
ャリア濃度の減少はわずかながら改善された。つまり、
535℃の場合には、界面でキャリア濃度の減少はほぼ
半分となった。なお、515℃の場合、クリーニング時
の時間を15分に延長しても目立った改善は見られなか
った。一方、TDMAAsとリンの混合雰囲気の場合に
は、525℃の場合、図2と同様に平坦な分布が得られ
た。なお、TDMAAsとヒ素との混合雰囲気では、還
元作用の強化は見られなかった。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail. <Embodiment 1> In the present embodiment, the relationship between the removal of the oxide film and the heating atmosphere was investigated. Using an MOCVD method, an n-type InP buffer layer (thickness 0.4 μm) and Zn 10 18 / cm 3 -doped I were formed on the n-type InP substrate I.
An nGaAs layer was grown to 3000 Å and finally an InP cap layer was grown in that order. This was taken out in the air, and the InP cap layer was wet-etched using a mixed solution of hydrochloric acid and phosphoric acid.
This sample was divided into two and left in the air for one week. CBE was used for the thin film growth method of regrowth. After degreasing the above sample, it was washed with water and loaded into a CBE apparatus. To clean the sample surface (1) Approximately 51 in TDMAAs atmosphere
Heat at 5 ° C for 5 minutes, or (2) TDMAAs
The mixture was heated to about 515 ° C. in a mixed atmosphere of phosphorus and phosphorus. After that, at about 515 ° C., Be was doped with about 10 18 / cm 3 of I.
About 3000 Å of nGaAs was regrown. At that time, TEG (triethylgallium) was used as a Ga raw material, TMI (trimethylindium) was used as an In raw material, and pyrolyzed arsine and phosphine were used as As and P raw materials, respectively. The carrier concentration distribution in the depth direction is shown in FIG. TDM
When heated in the AAs atmosphere, the carrier concentration at the interface decreases by about one digit. On the other hand, when heated in a mixed atmosphere of TDMAAs and phosphorus, a substantially flat distribution is obtained. The morphology of the regrown thin film was visually a mirror surface, and no defect was observed with a Nomarski type differential interference microscope. Oxygen remaining at the interface of the two samples was examined by secondary ion mass spectrometry. TDMAA
When heated in an atmosphere, the oxygen concentration is approximately 10 20 / c
In contrast to m 3 , the oxygen concentration was 2 × 10 18 / cm 3 when heated in a mixed atmosphere of TDMAAs and phosphorus. Also, the temperature and time during cleaning were examined. In the case of TDMAAs only, 515 ° C to 5
As the temperature increased to 25,535 ° C., the decrease in carrier concentration at the interface was slightly improved. That is,
In the case of 535 ° C., the decrease in carrier concentration at the interface was almost halved. At 515 ° C., no noticeable improvement was observed even if the cleaning time was extended to 15 minutes. On the other hand, in the case of a mixed atmosphere of TDMAAs and phosphorus, at 525 ° C., a flat distribution was obtained as in FIG. In the mixed atmosphere of TDMAAs and arsenic, the reduction action was not enhanced.

【0008】〈実施の形態2〉本発明の半導体薄膜再成
長方法をレーザの電極層の形成に応用した例について説
明する。MOCVD法を用いて、n型InP基板の上
に、n−型InPバッファ層(厚さ0.4μm)、波長
1.3μm組成のInGaAsP(0.1μm)、InG
aAsP−MQW、波長1.3μm組成のInGaAs
P(0.1μm)、p型InP(1.4μm)、p型−波
長1.3μm組成のInGaAsP(0.2μm)、Zn
ドープInGaAs層を2000Å、最後にInPキャ
ップ層を成長した。これを、空気中に取り出し、InP
キャップ層をウエットエッチした。その後、1週間大気
中に放置した。 サンプルを脱脂後、CBE装置に装填
し、TDMAAs雰囲気あるいはTDMAAsとリンの
混合雰囲気中で525℃で5分間加熱し、ZnドープI
nGaAs層上に、7×1019/cm3濃度のカーボン
をドープInGaAsコンタクト層を再成長した。その
際、カーボンドープの原料にはCBr4を用いた。さら
に、これを幅1.5μmのメサに加工し、MOCVD法
でメサ側面を高抵抗InPを成長して、メサを埋め込ん
だ。コンタクト層にはTiPtAuを蒸着し、ノンアロ
イ電極とした。レーザの電流−光出力曲線を図3に示
す。TDMAAs雰囲気クリーニングの場合は、光出力
が約17mWで飽和するのに対し、TDMAAsとリン
の混合雰囲気中の場合には光出力が約30mWに達す
る。このように、光出力が40%以上大きいレーザを実
現することができた。
<Second Embodiment> An example in which the semiconductor thin film regrowth method of the present invention is applied to the formation of an electrode layer of a laser will be described. Using an MOCVD method, an n-type InP buffer layer (thickness 0.4 μm), InGaAsP (0.1 μm) having a wavelength of 1.3 μm composition, and InG are formed on an n-type InP substrate.
aAsP-MQW, InGaAs with wavelength 1.3 μm composition
P (0.1 μm), p-type InP (1.4 μm), p-type-wavelength 1.3 μm composition InGaAsP (0.2 μm), Zn
A 2000 Å doped InGaAs layer and finally an InP cap layer were grown. This is taken out into the air and InP
The cap layer was wet-etched. Then, it was left in the air for one week. After degreasing the sample, the sample was loaded into a CBE apparatus and heated at 525 ° C. for 5 minutes in a TDMAAs atmosphere or a mixed atmosphere of TDMAAs and phosphorus, and Zn-doped I
A 7 × 10 19 / cm 3 concentration of carbon-doped InGaAs contact layer was regrown on the nGaAs layer. At that time, CBr 4 was used as a carbon dope raw material. Further, this was processed into a mesa having a width of 1.5 μm, and a high resistance InP was grown on the side surface of the mesa by MOCVD to fill the mesa. TiPtAu was vapor-deposited on the contact layer to form a non-alloy electrode. The laser current-light output curve is shown in FIG. In the case of TDMAAs atmosphere cleaning, the light output saturates at about 17 mW, whereas in the mixed atmosphere of TDMAAs and phosphorus, the light output reaches about 30 mW. In this way, it was possible to realize a laser having a high optical output of 40% or more.

【0009】〈実施の形態3〉リン(P分子)雰囲気加
熱での酸化膜の蒸発除去と、InGaAsP薄膜層の成
長について述べる。薄膜成長法にCBEを用いた。Ga
の原料にTEG(トリエチルガリウム)を、Inの原料
にTMI(トリメチルインジウム)を、AsとPの原料
には、それぞれ熱分解したアルシンとフォスフィンを用
いた。また、p型ドーパントにはBeを用いた。まず、
n型InP基板の上に、InPバッファ層を成長し、続
いて、p型ドーパントとしてBeを1018/cm3ドー
プしたInGaAsを、3000Å成長し、最後にIn
Pキャップ層を500Å成長した。これを空気中に取り
出し、塩酸・リン酸混液を用いて、キャップ層をウエッ
トエッチした。これを再びCBE装置内に挿着し、表面
を清浄化するために、リンあるいはヒ素雰囲気中で加熱
し、その後、515℃で、Beを1018/cm3ドープ
したInGaAsを3000Å再成長した。図4は、リ
ン雰囲気中で加熱した場合の深さ方向のキャリア濃度分
布を示す。クリーニング温度(Tc)が515℃の場
合、界面でキャリア濃度が約1桁減少している。クリー
ニング温度が575℃では、キャリア濃度の減少は、ほ
ぼ解消されている。この範囲の温度では、再成長膜のモ
フォロジは、目視で鏡面であり、ノマルスキ型微分干渉
顕微鏡での観察でも平坦であった。また、ヒ素雰囲気中
で加熱した場合も図4とほぼ同様な温度傾向を示した
が、界面でのキャリア濃度の減少を解消するには585
℃を必要とした。これらの実験から、InGaAsの表
面酸化膜は570℃以上で蒸発除去されることが分かっ
た。しかし、600℃以上に加熱すると、表面からV元
素の離脱が激しくなり、表面が荒れるので好ましくな
い。なお、Beを1018/cm3ドープしたInGaA
sP(波長1.5μm組成)に再成長した場合にも、図
4と同様に、570℃以上のクリーニング温度で平坦な
キャリア分布が得られた。図5は、リン雰囲気中あるい
は砒素雰囲気中で加熱した場合の再成長InGaAs膜
のx線回折スペクトルである。再成長膜厚は3000
Å、クリーニング温度は共に575℃とした。P雰囲気
中で加熱した場合にはピークがはっきりとしているが、
As雰囲気中で加熱した場合の、それは非常にブロード
であり、強度が弱い。透過電子顕微鏡の観察から、後者
には多くの転位が発生していることが分かった。これら
の結果は、ヒ素雰囲気中で加熱した場合は、表面層の格
子常数がInPからずれているため、再成長したInG
aAs膜の結晶性が劣化したのに対し、P雰囲気中で加
熱した場合には表面にInGaAsPが形成され、その
格子常数がInPに近いため、結晶性に優れたInGa
As膜が成長したものと解釈できる。
<Third Embodiment> Evaporation and removal of an oxide film by heating in a phosphorus (P molecule) atmosphere and growth of an InGaAsP thin film layer will be described. CBE was used for the thin film growth method. Ga
TEG (triethylgallium) was used as the raw material of, the TMI (trimethylindium) was used as the raw material of In, and thermally decomposed arsine and phosphine were used as the raw materials of As and P, respectively. Further, Be was used as the p-type dopant. First,
An InP buffer layer is grown on an n-type InP substrate, then InGaAs doped with Be 10 18 / cm 3 as a p-type dopant is grown to 3000 Å, and finally In is grown.
The P cap layer was grown to 500 Å. This was taken out into the air, and the cap layer was wet-etched using a mixed solution of hydrochloric acid and phosphoric acid. This was inserted again into the CBE apparatus and heated in a phosphorus or arsenic atmosphere in order to clean the surface, and then, at 515 ° C., 3,000 liters of InGaAs doped with 10 18 / cm 3 of Be was regrown. FIG. 4 shows a carrier concentration distribution in the depth direction when heated in a phosphorus atmosphere. When the cleaning temperature (Tc) is 515 ° C., the carrier concentration at the interface decreases by about one digit. At the cleaning temperature of 575 ° C., the decrease in carrier concentration is almost eliminated. At a temperature in this range, the morphology of the regrown film was visually a mirror surface and even observed by a Nomarski differential interference microscope. Also, when heated in an arsenic atmosphere, a temperature tendency similar to that in FIG. 4 was shown, but to eliminate the decrease in carrier concentration at the interface, 585
C required. From these experiments, it was found that the surface oxide film of InGaAs was evaporated and removed at 570 ° C. or higher. However, heating to 600 ° C. or higher is not preferable because the element V is severely detached from the surface and the surface is roughened. InGaA doped with 10 18 / cm 3 of Be
Even when regrown to sP (wavelength 1.5 μm composition), a flat carrier distribution was obtained at a cleaning temperature of 570 ° C. or higher, as in FIG. FIG. 5 is an x-ray diffraction spectrum of the regrown InGaAs film when heated in a phosphorus atmosphere or an arsenic atmosphere. Regrown film thickness is 3000
Å and the cleaning temperature were both 575 ° C. The peak is clear when heated in a P atmosphere,
When heated in an As atmosphere, it is very broad and weak in strength. From the transmission electron microscope observation, it was found that many dislocations occurred in the latter. These results show that when heated in an arsenic atmosphere, the lattice constant of the surface layer deviates from InP, and thus regrown InG
While the crystallinity of the aAs film deteriorated, InGaAsP was formed on the surface when heated in a P atmosphere, and the lattice constant of InGaAsP was close to that of InP.
It can be interpreted that the As film has grown.

【0010】〈実施の形態4〉TDMAAs(トリスジ
メチルアミノアルシン)雰囲気加熱での酸化膜の除去と
InGaAsPの単原子層ないし複原子層の成長につい
て述べる。薄膜成長法にCBEを用いた。Gaの原料に
TEGを、Inの原料にTMIを、AsとPの原料に
は、それぞれ熱分解したアルシンとフォスフィンを用い
た。また、p型ドーパントにはBeを用いた。まず、n
型InP基板の上にInPバッファ層を成長し、続い
て、p型ドーパントとしてBeを1018/cm3ドープ
したInGaAsを3000Å成長し、最後にInPキ
ャップ層を500Å成長した。これを空気中に取り出
し、塩酸・リン酸混液を用いてキャップ層をウエットエ
ッチした。これを再びCBE装置内に入れ、表面を清浄
化するためにTDMAAs雰囲気中で加熱し、その後、
リン雰囲気中で加熱し、515℃でBeを1018/cm
3ドープしたInGaAsを3000Å再成長した。図
6は、TDMAAs雰囲気中で加熱した場合の深さ方向
のキャリア濃度分布である。クリーニング温度が515
℃以上のとき、ほぼ理想的なキャリア濃度分布が得られ
ている。なお、AFM(原子間力顕微鏡)の測定から、
TDMAAs雰囲気中で515℃に加熱した場合のIn
GaAs表面は原子レベルで平坦なことが分かった。し
たがってTDMAAsを用いる場合の、クリーニングの
最適温度は515℃以上である。また、この傾向は54
0℃まで得られることも確認した。この範囲でリン雰囲
気による方法と比べ充分に低い界面酸素濃度が得られ
た。なお、Beを1018/cm3ドープしたInGaA
sP(波長1.5μm組成)に再成長した場合にも、図
6と同様に、515〜540℃のクリーニング温度範囲
で理想的なキャリア分布が得られた。上記の方法で作製
した再成長InGaAs膜について、界面に残留する酸
素をSIMS(質量分析計)で測定した。図7は、その
結果をまとめたものである。リン雰囲気中で加熱した場
合、クリーニング温度の上昇と共に、残留する酸素は指
数関数的に減少した。すなわち、515℃のときの酸素
濃度は 5×1020/cm3であるが、575℃では5×
1018/cm3であった。一方、TDMAAs雰囲気中
で515℃で加熱した場合の酸素濃度は5×1018/c
3であった。これらの結果は、TDMAAsから生じ
た水素ラジカルが酸化膜と化学反応を起こし効果的に酸
化膜が除去されていることを意味している。
<Embodiment 4> The removal of an oxide film and the growth of a monoatomic layer or a multiatomic layer of InGaAsP by heating in a TDMAAs (trisdimethylaminoarsine) atmosphere will be described. CBE was used for the thin film growth method. TEG was used as a Ga raw material, TMI was used as an In raw material, and pyrolyzed arsine and phosphine were used as As and P raw materials, respectively. Further, Be was used as the p-type dopant. First, n
An InP buffer layer was grown on the type InP substrate, then InGaAs doped with Be as a p-type dopant of 10 18 / cm 3 was grown 3000 Å, and finally an InP cap layer was grown 500 Å. This was taken out into the air, and the cap layer was wet-etched using a mixed solution of hydrochloric acid and phosphoric acid. This was placed again in the CBE apparatus and heated in a TDMAAs atmosphere to clean the surface, then
Being heated at 515 ° C. in a phosphorus atmosphere, the Be content is 10 18 / cm 3.
Three- doped InGaAs was regrown for 3000Å. FIG. 6 is a carrier concentration distribution in the depth direction when heated in a TDMAAs atmosphere. Cleaning temperature is 515
At temperatures above ℃, almost ideal carrier concentration distribution is obtained. In addition, from the measurement of AFM (atomic force microscope),
In when heated to 515 ° C. in TDMAAs atmosphere
It was found that the GaAs surface was flat at the atomic level. Therefore, when TDMAAs is used, the optimum cleaning temperature is 515 ° C. or higher. Also, this tendency is 54
It was also confirmed that it was possible to obtain up to 0 ° C. In this range, a sufficiently low interfacial oxygen concentration was obtained as compared with the method using a phosphorus atmosphere. InGaA doped with 10 18 / cm 3 of Be
Even when regrown to sP (wavelength 1.5 μm composition), an ideal carrier distribution was obtained in the cleaning temperature range of 515 to 540 ° C. as in FIG. 6. Regarding the regrown InGaAs film produced by the above method, the oxygen remaining at the interface was measured by SIMS (mass spectrometer). FIG. 7 is a summary of the results. When heated in a phosphorus atmosphere, residual oxygen exponentially decreased with increasing cleaning temperature. That is, the oxygen concentration at 515 ° C. is 5 × 10 20 / cm 3 , but at 575 ° C. it is 5 × 10 20 / cm 3.
It was 10 18 / cm 3 . On the other hand, the oxygen concentration when heated at 515 ° C. in the TDMAAs atmosphere is 5 × 10 18 / c.
It was m 3 . These results mean that the hydrogen radicals generated from TDMAAs chemically react with the oxide film to effectively remove the oxide film.

【0011】〈実施の形態5〉本発明の半導体薄膜再成
長方法をレーザの電極層に応用した。MOCVD法を用
いて、n型InP基板の上に、n−型InPバッファ層
(0.4μm)、1.3Q(波長1.3μmのInGaA
sP、厚さ0.1μm)、InGaAsP−MQW、1.
3Q(0.1μm)、p型InP(1.4μm)、p型
1.3Q(0.2μm)、ZnドーブInGaAs層を2
000Å、最後にInPキャップ層を成長した。これ
を、空気中に取り出し、InPキャップ層をウエットエ
ッチした。その後、CBE装置に装填し、リンあるいは
ヒ素雰囲気中で575℃で5分間加熱し、ZnドープI
nGaAs層上に、1020/cm3濃度のカーボンをド
ープしたInGaAsコンタクト層を再成長した。その
際、カーボンドープの原料にはCBr4を用いた。さら
に、これを幅1.5μmのメサに加工し、MOCVD法
でメサ側面を高抵抗InPを成長して、メサを埋め込ん
だ。コンダクト層にはTiPtAuを蒸着しノンアロイ
電極とした。リン雰囲気中で加熱した場合のレーザの電
流・光出力曲線を、図8に示す。クリーニング温度は5
15℃と575℃とした。両者のしきい値電流はほぼ同
じであるが、クリーニング温度が575℃のレーザは、
515℃のそれに比べ、光出力は30%以上大きくなっ
た。また、クリーニング温度を575℃に固定し、リン
あるいはヒ素雰囲気の影響も検討した。両者の電流・光
出力曲線はほぼ同じであった。しかし、50℃でのエー
ジングテストの結果は、リン雰囲気のクリーニングで作
製したレーザは、電流・光出力曲線は時間に対して、ほ
とんど変化が見られなかったのに比べ、ヒ素雰囲気の場
合は急速に劣化する素子が見られた。これは、上記実施
の形態1のところで述べた歪みの影響と考えられる。本
実施の形態では、ノンアロイコンタクト層の形成の場合
について述べたが、半導体素子の他の部分に適用して
も、上記と同様の効果が得られることを確認している。
本実施の形態では、本発明がレーザの改善に有効である
ことを述べたが、薄膜の再成長を必要とする光デバイ
ス、例えば、光検出器の特性改善にも適用することがで
きることは言うまでもない。以上の実施の形態では、I
nGaAsもしくはInGaAsPよりなる半導体層上
の酸化膜の除去および格子歪を緩和する半導体層の形成
について述べたが、InPよりなる半導体層上の酸化膜
の除去および格子歪を緩和する半導体層の形成において
も本発明の半導体薄膜再成長方法を適用することがで
き、本発明の効果が得られることを確認している。
<Embodiment 5> The semiconductor thin film regrowth method of the present invention is applied to an electrode layer of a laser. Using an MOCVD method, an n-type InP buffer layer (0.4 μm), 1.3Q (wavelength 1.3 μm InGaA) was formed on the n-type InP substrate.
sP, thickness 0.1 μm), InGaAsP-MQW, 1.
3Q (0.1 μm), p-type InP (1.4 μm), p-type 1.3Q (0.2 μm), Zn dove InGaAs layer 2
000Å, and finally the InP cap layer was grown. This was taken out in air and the InP cap layer was wet-etched. Then, it was loaded into a CBE apparatus and heated in a phosphorus or arsenic atmosphere at 575 ° C. for 5 minutes to obtain Zn-doped I
An InGaAs contact layer doped with carbon at a concentration of 10 20 / cm 3 was regrown on the nGaAs layer. At that time, CBr 4 was used as a carbon dope raw material. Further, this was processed into a mesa having a width of 1.5 μm, and a high resistance InP was grown on the side surface of the mesa by MOCVD to fill the mesa. TiPtAu was vapor-deposited on the conduct layer to form a non-alloy electrode. The current / light output curve of the laser when heated in a phosphorus atmosphere is shown in FIG. Cleaning temperature is 5
15 ° C. and 575 ° C. The threshold currents of the two are almost the same, but the laser whose cleaning temperature is 575 ° C
The light output was 30% or more higher than that at 515 ° C. Further, the cleaning temperature was fixed at 575 ° C., and the influence of phosphorus or arsenic atmosphere was also examined. Both current and light output curves were almost the same. However, the result of the aging test at 50 ° C shows that the laser produced by cleaning in the phosphorus atmosphere showed almost no change in the current / light output curve with respect to time. Some elements were observed to deteriorate. This is considered to be the influence of the distortion described in the first embodiment. Although the case of forming the non-alloy contact layer has been described in the present embodiment, it has been confirmed that the same effect as described above can be obtained even when applied to other portions of the semiconductor element.
Although it has been described in the present embodiment that the present invention is effective for improving the laser, it goes without saying that the present invention can also be applied to improving the characteristics of an optical device that requires thin film regrowth, for example, a photodetector. Yes. In the above embodiment, I
The removal of the oxide film on the semiconductor layer made of nGaAs or InGaAsP and the formation of the semiconductor layer for relaxing the lattice strain have been described, but in the removal of the oxide film on the semiconductor layer made of InP and the formation of the semiconductor layer for relaxing the lattice strain. It has been confirmed that the semiconductor thin film regrowth method of the present invention can be applied and the effects of the present invention can be obtained.

【0012】[0012]

【発明の効果】本発明の半導体薄膜の再成長方法によれ
ば、InGaAsもしくはInGaAsPよりなる半導
体層上の酸化膜を、トリスジメチルアミノアルシン(T
DMAAs)とリン(P分子)を含む混合雰囲気下で加
、もしくはTDMAAsを含む雰囲気中で加熱した
後、リン(P分子)を含む雰囲気中で加熱することによ
り、効果的に表面酸化膜を除去することができると共
に、リンを含む雰囲気下による加熱によって、半導体層
の最表面に格子歪みを緩和するInGaAsPなどより
なる薄膜層を形成させることができ、格子整合するIII
−V族化合物半導体層を有効に再成長することが可能と
なり、成長界面に歪みの蓄積がなく、欠陥の発生のない
良好な結晶性を有する半導体膜を歩留まり良く得ること
ができる。例えば、半導体レーザの光出力を40%以上
増加することができる他、光変調器、光検出器等の光デ
バイスの特性改善に寄与できる効果がある。
According to the method of regrowth of a semiconductor thin film of the present invention, an oxide film on a semiconductor layer made of InGaAs or InGaAsP is treated with trisdimethylaminoarsine (T).
After DMAAs) and heated in a mixed atmosphere containing phosphorus (P molecule), it can be properly heated in an atmosphere containing TDMAAs, by heating in an atmosphere containing phosphorus (P molecules), effectively a surface oxide film In addition, the thin film layer made of InGaAsP or the like, which relaxes the lattice strain, can be formed on the outermost surface of the semiconductor layer by heating in an atmosphere containing phosphorus.
The -V compound semiconductor layer can be effectively regrown, and a semiconductor film having good crystallinity with no strain accumulation at the growth interface and no defects can be obtained with high yield. For example, the optical output of the semiconductor laser can be increased by 40% or more, and there is an effect that it can contribute to the characteristic improvement of optical devices such as an optical modulator and a photodetector.

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

【図1】本発明の半導体薄膜再成長方法が適用できる光
検出器の断面構造の一例を示す模式図。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a cross-sectional structure of a photodetector to which a semiconductor thin film regrowth method of the present invention can be applied.

【図2】本発明の実施の形態1で例示した深さ方向のキ
ャリア濃度分布を示すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing a carrier concentration distribution in the depth direction illustrated in the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態2で例示したレーザの電流
−光出力曲線を示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing a current-light output curve of the laser exemplified in the second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態3で例示したP雰囲気中で
加熱した場合の深さ方向のキャリア濃度の分布を示すグ
ラフ。
FIG. 4 is a graph showing a carrier concentration distribution in the depth direction when heated in a P atmosphere exemplified in the third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態3で例示したPまたはAs
雰囲気中で加熱した場合の再成長InGaAs膜のx線
回折スペクトルを示すグラフ。
FIG. 5 shows P or As exemplified in the third embodiment of the present invention.
6 is a graph showing an x-ray diffraction spectrum of the regrown InGaAs film when heated in an atmosphere.

【図6】本発明の実施の形態4で例示したTDMAAs
雰囲気中で加熱した場合の深さ方向のキャリア濃度分布
を示すグラフ。
FIG. 6 is a schematic diagram of TDMAAs illustrated in a fourth embodiment of the present invention.
The graph which shows the carrier concentration distribution of the depth direction at the time of heating in an atmosphere.

【図7】本発明の実施の形態4で例示した界面に残留す
る酸素濃度のクリーニング温度および加熱雰囲気の影響
を示すグラフ。
FIG. 7 is a graph showing the effects of the cleaning temperature and the heating atmosphere on the oxygen concentration remaining at the interface exemplified in the fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態5で例示した各クリーニン
グ温度におけるレーザの電流と光出力との関係を示す曲
線。
FIG. 8 is a curve showing the relationship between the laser current and the optical output at each cleaning temperature illustrated in the fifth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n型InP基板 2…n型InPバッファ層 3…活性層 4…p型InP層 5…p型ドーバントを高濃度にドープした電極コンタク
ト層 6…InPキャップ層 7…金属電極 8…カーボンを高濃度にドープした再成長電極コンタク
ト層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... n-type InP substrate 2 ... n-type InP buffer layer 3 ... active layer 4 ... p-type InP layer 5 ... electrode contact layer 6 highly doped with p-type dopant ... InP cap layer 7 ... metal electrode 8 ... carbon Highly doped regrown electrode contact layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−116236(JP,A) 特開 平8−88185(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 H01L 21/203 H01L 21/28 301 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-9-116236 (JP, A) JP-A-8-88185 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/205 H01L 21/203 H01L 21/28 301

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】真空容器中でIII−V族化合物半導体を成
長する薄膜成長方法において、InGaAsもしくはI
nGaAsPよりなる第1の半導体層上に、該第1の半
導体層と格子整合するIII−V族化合物半導体よりなる
第2の半導体層を再成長する方法であって、 上記第2の半導体層を再成長する前に、上記第1の半導
体層を、トリスジメチルアミノアルシンとリンを含む混
合雰囲気中で加熱して、表面酸化膜を除去して清浄化す
ると共に、該第1の半導体層の最表面に格子歪を緩和す
る組成の半導体層を形成する工程を含むことを特徴とす
る半導体薄膜再成長方法。
1. A thin film growth method for growing a III-V group compound semiconductor in a vacuum chamber, comprising: InGaAs or I
A method of re-growing a second semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor lattice-matched with the first semiconductor layer on the first semiconductor layer made of nGaAsP, comprising: Prior to regrowth, the first semiconductor layer is heated in a mixed atmosphere containing trisdimethylaminoarsine and phosphorus to remove and clean the surface oxide film, and at the A method of regrowing a semiconductor thin film, comprising a step of forming a semiconductor layer having a composition for relaxing lattice strain on a surface thereof.
【請求項2】請求項1において、トリスジメチルアミノ
アルシンとリンを含む混合雰囲気中での加熱温度は、5
15〜540℃の範囲であることを特徴とする半導体薄
膜再成長方法。
2. The heating temperature in a mixed atmosphere containing trisdimethylaminoarsine and phosphorus according to claim 1,
A method of regrowing a semiconductor thin film, which is in the range of 15 to 540 ° C.
【請求項3】請求項1または請求項2に記載の半導体薄
膜再成長方法において、トリスジメチルアミノアルシン
とリンを含む混合雰囲気中で加熱して、第1の半導体層
の表面酸化膜を除去すると共に、格子歪を緩和する組成
の半導体層を形成する工程の後に、続いて、カーボンを
高濃度にドープしたp型InGaAsを再成長する工程
を含むことを特徴とする半導体薄膜再成長方法。
3. The method for regrowth of a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the surface oxide film of the first semiconductor layer is removed by heating in a mixed atmosphere containing trisdimethylaminoarsine and phosphorus. At the same time, after the step of forming a semiconductor layer having a composition that relaxes the lattice strain, a step of re-growing p-type InGaAs heavily doped with carbon is subsequently included.
【請求項4】基板上に形成されたInGaAsもしくは
InGaAsPよりなる第1の半導体層上に、該第1の
半導体層と格子整合するIII−V族化合物半導体よりな
る第2の半導体層を再成長する方法であって、 上記第2の半導体層を再成長する前に、上記第1の半導
体層をトリスジメチルアミノアルシンを含む雰囲気下で
加熱して表面酸化膜を除去する工程と、 次いで、リンを含む雰囲気下で高温に加熱して、第1の
半導体層の最表面に格子歪みを緩和するInGaAsP
よりなる薄膜層を形成する工程と、 上記InGaAsPよりなる薄膜層上に、III−V族化
合物半導体よりなる第2の半導体層を再成長する工程を
含むことを特徴とする半導体薄膜再成長方法。
4. A second semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor lattice-matched with the first semiconductor layer is regrown on the first semiconductor layer made of InGaAs or InGaAsP formed on a substrate. A method of removing the surface oxide film by heating the first semiconductor layer in an atmosphere containing trisdimethylaminoarsine before regrowth of the second semiconductor layer; Which is heated to a high temperature in an atmosphere containing Al and relaxes the lattice strain on the outermost surface of the first semiconductor layer.
And a step of regrowth of a second semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor on the thin film layer made of InGaAsP.
【請求項5】請求項において、トリスジメチルアミノ
アルシン雰囲気での加熱温度は515〜540℃の範囲
であることを特徴とする半導体薄膜再成長方法。
5. The method for regrowing a semiconductor thin film according to claim 4, wherein the heating temperature in the atmosphere of trisdimethylaminoarsine is in the range of 515 to 540 ° C.
【請求項6】請求項4または請求項に記載の半導体薄
膜再成長方法おいて、格子歪みを緩和するInGaAs
Pよりなる薄膜層上に再生長するIII−V族化合物半導
体よりなる第2の半導体層は、カーボンを高濃度にドー
プしたp型InGaAsよりなるノンアロイ用半導体電
極層であることを特徴とする半導体薄膜再成長方法。
6. The method of regrowing a semiconductor thin film according to claim 4 or 5 , wherein InGaAs is used for relaxing lattice distortion.
The second semiconductor layer made of a III-V group compound semiconductor that regenerates on the thin film layer made of P is a non-alloy semiconductor electrode layer made of p-type InGaAs doped with carbon at a high concentration. Thin film regrowth method.
JP01292899A 1998-07-14 1999-01-21 Semiconductor thin film regrowth method Expired - Fee Related JP3435083B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP01292899A JP3435083B2 (en) 1998-07-14 1999-01-21 Semiconductor thin film regrowth method

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19859298 1998-07-14
JP10-198592 1998-07-14
JP01292899A JP3435083B2 (en) 1998-07-14 1999-01-21 Semiconductor thin film regrowth method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000091248A JP2000091248A (en) 2000-03-31
JP3435083B2 true JP3435083B2 (en) 2003-08-11

Family

ID=26348618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP01292899A Expired - Fee Related JP3435083B2 (en) 1998-07-14 1999-01-21 Semiconductor thin film regrowth method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3435083B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5025591B2 (en) * 2008-08-08 2012-09-12 親夫 木村 Method for forming thin film semiconductor layer

Also Published As

Publication number Publication date
JP2000091248A (en) 2000-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6358316B1 (en) Method for producing semiconductor device, method for producing semiconductor laser device, and method for producing quantum wire structure
JPH06232100A (en) Surface impurity removal of iii-v group semiconductor element
US6677618B1 (en) Compound semiconductor light emitting device
US6673702B2 (en) Method for producing a semiconductor device
Hong New frontiers of molecular beam epitaxy with in-situ processing
JP3435083B2 (en) Semiconductor thin film regrowth method
JP4537549B2 (en) Method for manufacturing compound semiconductor device
Pearton HYDROGEN IN CRYSTALLINE SEMICONDUCTORS: PART II–III–V COMPOUNDS
JP4186489B2 (en) Cleaning treatment method and semiconductor device manufacturing method
US20070196938A1 (en) Nitride semiconductor device and method for fabricating the same
JP2002151415A (en) Nitride-family semiconductor element, substrate therefor and method of manufacturing the same
US6577659B1 (en) Semiconductor laser diode
JPH09289171A (en) Surface treatment method of re-grown interface
JP3348015B2 (en) Method for producing electrode contact layer for non-alloy
US20020006710A1 (en) Semiconductor laser device
JP5620308B2 (en) III-V compound semiconductor crystal manufacturing method and optical semiconductor device manufacturing method
JP3316828B2 (en) Semiconductor thin film regrowth method
JP3272531B2 (en) Method for manufacturing compound semiconductor device
JPWO2005031829A1 (en) Semiconductor device and semiconductor integrated device
JPH09252006A (en) Method of reducing re-grown interface level density of semiconductor
GB2299709A (en) Method for producing a semiconductor device
JP3092821B2 (en) Compound semiconductor surface structure and method of manufacturing the same
JP3077876B2 (en) Surface treatment method for III-V compound semiconductor
Hong et al. Vacuum Integrated Fabrication of Buried Heterostructure Edge Emitting Laser Diodes
JP2007251119A (en) Nitride semiconductor device and method for manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090530

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090530

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100530

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees