JP4196767B2 - 成長装置 - Google Patents

Description

本発明は、２種以上のガスを排気する排気処理装置を用いた成長装置に係り、特に、青色から緑色にかけての領域で発光する半導体発光素子の製造に用いられる成長装置に関する。

近年、青色から緑色にかけての領域で発光する半導体レーザ(laser diode；ＬＤ）や発光ダイオード（light emitting diode；ＬＥＤ）などの半導体発光素子の産業的な需要が高まっており、その発光層の材料としてＩｎＧａＮ混晶などのインジウム（Ｉｎ）を含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が注目されている。ＩｎＧａＮ混晶を発光層に用いる場合、そのインジウム組成は２０％〜３０％と高くすることが求められる。そのためには、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法における成長温度を、ＧａＮあるいはＡｌＧａＮ混晶などのインジウムを含まない窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長温度（１０００℃程度）よりも比較的低温、例えば７００℃〜８００℃程度とする必要がある。

半導体発光素子、特に半導体レーザでは、ダブルへテロ構造が採用される。この構造では、発光層を、それよりも屈折率が小さくかつ導電性の異なる二つのクラッド層で挟み込んだ積層構造となっている。ＩｎＧａＮ混晶を発光層に用いたダブルへテロ構造の半導体発光素子をＭＯＣＶＤ法により製造する場合、例えば、ｎ型ＡｌＧａＮ混晶よりなるｎ型クラッド層を約１０００℃で成長させたのち、ＩｎＧａＮ混晶よりなる発光層を７００℃ないし８００℃の成長温度で成長させ、続いて、ｐ型ＡｌＧａＮ混晶よりなるｐ型クラッド層を約１０００℃で成長させる。このとき、窒素の原料として、アンモニアが常時供給されている。

しかしながら、インジウムと窒素（Ｎ）との結合は熱に弱いため、ｐ型ＡｌＧａＮ混晶よりなるｐ型クラッド層を成長させている間にＩｎＧａＮ混晶よりなる発光層が劣化してしまい、発光効率が低下するという問題があった。このような問題は、青色から緑色にかけての可視光を得るために発光層のインジウム組成を高くしようとする場合には、熱による発光層の劣化の度合いが更に激しくなるため、より重大な問題となる。

そこで、発光層の劣化を防ぐため、例えば、ｐ型クラッド層を１０００℃以下の成長温度で成長させることも考えられる。しかし、窒素の原料として通常用いられるアンモニア（ＮＨ₃ ）の分解効率は、約１０００℃でも数％程度であり、８００℃以下では急激に低くなるといわれている。そのため、ｐ型クラッド層の成長温度を下げるとアンモニアの分解効率が低下し、窒素が不足してｐ型クラッド層の結晶性が悪化してしまうおそれがある。

このようなことから、低温で窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる場合には、例えば、窒素の原料として、低温でも分解効率の高いジメチルヒドラジンなどの有機窒素原料を用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、アンモニアとヒドラジンとを同時に用いることも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００１−１４４３２５号公報 特開平９−２５１９５７号公報

窒素の原料としてジメチルヒドラジンを用いる場合、その方法はいろいろありうる。例えば上述のようにアンモニアとジメチルヒドラジンとを同時に用いるようにすることも可能であるし、あるいは、例えばＭＯＣＶＤ装置においてアンモニアとジメチルヒドラジンとを必要に応じて切替可能としておき、低温成長が必要な活性層とそれ以後に成長させる層をジメチルヒドラジンを用いて成長させるようにすることなども考えられる。しかしながら、窒素の原料としてジメチルヒドラジンを用いることには、現実には問題が多く、実現が困難であった。

例えば、ＭＯＣＶＤ装置においては、アンモニアとジメチルヒドラジンとの両方を排気過程で除害する必要があるが、従来の装置では、アンモニアとジメチルヒドラジンとの両方を除害することは困難ないし不可能であった。なぜなら、アンモニアは触媒により除害されるが、ジメチルヒドラジンは触媒では除害されず、専用の吸着剤を必要とする。ところが、アンモニアは、通常、数ＳＬＭ（Standard Liter/Minute ）〜数十ＳＬＭといった大流量で供給する必要がある。数ＳＬＭ〜数十ＳＬＭのアンモニアがジメチルヒドラジン用の吸着剤に導入されると、吸着剤の吸着能力が一瞬にして消費されてしまい、ジメチルヒドラジンの除害が不可能になってしまうという問題があった。

本発明の目的は、２種以上のガスを効果的に排気処理して、複数種類のガスの使用が可能な成長装置を提供することにある。

ここで、「除害」とは、排ガスから有機金属などの有害な物質を取り除くこと、および排ガスに対して必要に応じ分解あるいは希薄化などの処理を行ったのち排出する排ガス処理を含む意味である。

本発明による成長装置は、反応管と、２種以上のガスを排気する排気処理装置とを備えたものであって、反応管は、ＩＩＩ族元素のうち少なくとも１種を含む有機金属と、窒素（Ｎ）の原料として２種以上のガスとが供給され、ＩＩＩ族元素のうち少なくとも１種とＶ族元素のうち少なくとも窒素（Ｎ）とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を有機金属化学気相成長法により成長させるものであり、排気処理装置が、２種以上のガスを別々に排気する複数の排気管と、これらの排気管の各々に設けられ、２種以上のガスを別々に除害する複数の除害処理部とを備えたものである。

本発明による成長装置では、２種以上のガスが、複数の排気管を介して別々に排気され、複数の除害処理部により別々に除害される。

以上説明したように本発明の成長装置によれば、複数の排気管の各々に除害処理部を設け、２種以上のガスを別々に排気・除害するようにしたので、２種以上のガスを効果的に除害することができる。よって、一つの反応管で２種以上のガスを用いることが可能となる。

特に、本発明の一局面に係る成長装置によれば、反応管に供給されるガス種の切替えに応じて複数の排気管を切替可能としたので、成長温度に応じて窒素の原料となるガスの使い分けが可能となり、窒素の不足を防いで窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶性を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係る排気処理装置を備えた成長装置の構成を表している。この成長装置は、例えば、ＩＩＩ族元素であるガリウム（Ｇａ），アルミニウム（Ａｌ），インジウム（Ｉｎ）およびホウ素（Ｂ）からなる群のうちの少なくとも１種と、Ｖ族元素である窒素（Ｎ），ヒ素（Ａｓ）およびリン（Ｐ）からなる群のうちの少なくとも窒素とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をＭＯＣＶＤ法により成長させるためのＭＯＣＶＤ装置として用いられるものである。この成長装置１０では、反応管１１に対して、例えば、窒素の原料として２種以上のガスを供給する第１のガス供給管２１と、ＩＩＩ族元素のうち少なくとも１種を含む有機金属のガスを供給する第２のガス供給管３１とが接続されている。反応管１１には、また、反応管１１内から不要となったガス等を排気する排気処理装置４０が、ガス排気管４１を介して接続されている。

反応管１１は、例えば石英により構成されている。反応管１１の内部には、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させて後述する半導体発光素子を形成するための基板５１が、サセプタ１２に載置されて収容されている。サセプタ１２は、例えばカーボン（Ｃ）により構成され、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などによりコート処理が施されていることが好ましい。また、反応管１１は、例えば１０００℃程度まで加熱可能な図示しないヒータを有しており、このヒータにより、サセプタ１２を加熱すると共に、サセプタ１２に載置された基板５１および反応管１１内部に供給されたガスを加熱するようになっている。

第１のガス供給管２１は、窒素の原料として、例えばアンモニア（ＮＨ₃ ）と、化１に示した窒素原子と窒素原子との単結合，化２に示した窒素原子と窒素原子との二重結合，および化３に示した窒素原子と炭素原子との単結合のうち少なくとも１種の結合を有する有機窒素含有化合物とを、反応管１１に供給するものである。

窒素原子と窒素原子との単結合を有する有機窒素含有化合物または窒素原子と炭素原子との単結合を有する有機窒素含有化合物としては、例えば、ヒドラジンあるいはその置換体、またはアミンを用いることができる。具体的には、モノメチルヒドラジン（ＣＨ₃ −ＮＨ−ＮＨ₂ ）、化４に示した１，１−ジメチルヒドラジン、化５に示した１，２−ジメチルヒドラジン、ヒドラジン（ＮＨ₂ −ＮＨ₂ ）あるいはｔ−ブチルアミン（（ＣＨ₃ ）₃ Ｃ−ＮＨ₃ ）などを用いることができる。また、窒素原子と窒素原子との二重結合を有する有機窒素含有化合物としては、例えば、エチルアザイド（Ｃ₂ Ｈ₅ −Ｎ₃ ）などのアジ化物（アザイドともいう。）（−Ｎ₃ ）を用いることができる。なお、有機窒素含有化合物として、これらのガスのうちの２種以上を混合して用いるようにしてもよい。これらの有機窒素含有化合物は、アンモニアよりも分解効率が高く、成長温度を低くしても窒素の不足を招くことがない。よって、インジウム組成を高めるため低温成長させた場合であっても、結晶性の良好な窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させることができる。本実施の形態では、例えばジメチルヒドラジンを用いている。

第１のガス供給管２１には、アンモニア供給部２２と、例えば上述した窒素含有化合物としてジメチルヒドラジンを供給するジメチルヒドラジン供給部２３とが接続されている。第１のガス供給管２１は、図示しない切替部により、アンモニアとジメチルヒドラジンとを切り替えて反応管１１に供給できるようになっていることが好ましい。各層の成長温度あるいはインジウム組成に応じて窒素の原料を切り替え、結晶性を高めることができるからである。アンモニアおよびジメチルヒドラジンの供給量は、マスフローコントローラ２２Ａ，２３Ａによりそれぞれ制御されるようになっている。

なお、第１のガス供給管２１は、図示しないが、ｎ型不純物としてのケイ素（Ｓｉ）の原料となるシラン（ＳｉＨ₄ ）ガスの供給部にも接続されており、ｎ型不純物の原料ガスを必要に応じて切り替えて反応管１１に供給するようになっている。

第２のガス供給管３１は、有機金属として、ガリウムの原料となるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）と、インジウムの原料となるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）と、アルミニウムの原料となるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）とを必要に応じて選択して反応管１１に供給するものである。第２のガス供給管３１には、トリメチルガリウム供給部（以下、「ＴＭＧ供給部」という）３２とトリメチルインジウム供給部（以下、「ＴＭＩ供給部」という）３３とトリメチルアルミニウム供給部（以下、「ＴＭＡ供給部」という）３４とが接続されている。ＴＭＧ，ＴＭＩおよびＴＭＡの供給量は、マスフローコントローラ３２Ａ，３３Ａ，３４Ａによりそれぞれ制御されるようになっている。

なお、第２のガス供給管３２は、図示しないが、ｐ型不純物としてのマグネシウム（Ｍｇ）の原料となるビス＝シクロペンタマグネシウム（（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ Ｍｇ）の供給部にも接続されており、ｐ型不純物の原料ガスを必要に応じて切り替えて反応管１１に供給するようになっている。

ジメチルヒドラジン供給部２３，ＴＭＧ供給部３２，ＴＭＩ供給部３３およびＴＭＡ供給部３４には、キャリアガス供給部３５が接続されており、水素（Ｈ₂ ）あるいは窒素（Ｎ₂ ）などのキャリアガスの流量によりジメチルヒドラジン，ＴＭＧ，ＴＭＩあるいはＴＭＡの供給量が制御されるようになっている。

排気処理装置４０は、アンモニアとジメチルヒドラジンとを別々に排気して除害処理を行うものであり、アンモニアを排気する第１の排気管４２と、ジメチルヒドラジンを排気する第２の排気管４３とを備えている。第１の排気管４２と、第２の排気管４３との分岐点には、例えばエア駆動バルブなどの切替部４４が設けられており、反応管１１に供給されているアンモニアとジメチルヒドラジンとの切替えに応じて第１の排気管４２と第２の排気管４３とを切替可能となっている。切替部４４は、例えば図示しない制御部により制御されるようにすることが可能である。

第１の排気管４２と第２の排気管４３とは、簡素な構成および切替制御の容易さの観点から、図１に示したように並列に設けられていることが好ましいが、アンモニアとジメチルヒドラジンとを別々に排気することができるようになっていれば、バイパス管および弁などを用いて第１の排気管４２と第２の排気管４３とを直列に設けるようにしてもよい。

また、排気処理装置４０は、第１の排気管４２の途中にアンモニアを除害する第１の除害処理部４２Ａを有していると共に、第２の排気管４３の途中にジメチルヒドラジンを除害する第２の除害処理部４３Ａを有している。第１の除害処理部４２Ａは、例えばアンモニアを除害する触媒を備えている。この触媒としては、市販の触媒を使用可能である。第２の除害処理部４３Ａは、例えばジメチルヒドラジンを吸着する吸着剤を備えている。この吸着剤も、市販の吸着剤を用いることが可能である。

排気処理装置４０は、更に、第１の排気管４２および第２の排気管４３の前段に、有機金属を除害する有機金属除害部４５を備えている。有機金属除害部４５は、有機金属を吸着する吸着剤を備えている。この吸着剤もまた、市販の吸着剤を用いることが可能である。なお、第１の排気管４２および第２の排気管４３の後段には、スクラバー４６が接続され、排気処理装置４０から排出されたガスの冷却あるいは粉塵の除去などが行われるようになっている。

図２は、図１に示したような成長装置１０を用いて製造される半導体レーザの一例を表している。この半導体レーザ５０は、基板５１の一面側に、下地層５２，ｎ型クラッド層５３，ｎ型ガイド層５４，活性層５５，ｐ型ガイド層５６，ｐ型クラッド層５７，ｐ側コンタクト層５８がこの順に積層されている。ｐ側コンタクト層５８の上には、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）よりなる絶縁膜５９を介してｐ側電極６０が形成されている。また、基板５１の裏側にはｎ側電極６１が形成されている。

基板５１は、例えば、厚さが４００μｍであり、ケイ素（Ｓｉ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＮにより構成されている。下地層５２は、例えば、厚さが５μｍであり、ケイ素などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＮにより構成されている。ｎ型クラッド層５３は、例えば、厚さが１．５μｍであり、ケイ素などのｎ型不純物を添加したｎ型Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ｎ混晶（ｘ＝０．０８）により構成されている。ｎ型ガイド層５４は、例えば、厚さが０．１μｍであり、ケイ素などのｎ型不純物を添加したｎ型Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ（ｘ＝０．０５）により構成されている。

活性層５５は、例えば、不純物を添加しないＩｎＧａＮ混晶により構成され、障壁層と井戸層とを交互に積層した多重量子井戸構造を有している。活性層５５の井戸層のインジウム組成は、青色あるいは緑色の光を発生する素子を構成するためにはある程度大きいことが必要であり、例えば１８％ないし２５％程度とすることが好ましい。本実施の形態では、活性層５５は、例えば、Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ混晶（ｘ＝０．０５）よりなる厚さ５ｎｍの障壁層と、Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ混晶（ｘ＝０．２０）よりなる厚さ２．５ｎｍの井戸層とを交互に積層した多重量子井戸構造を有し、井戸数は２とされている。

ｐ型ガイド層５６は、例えば、厚さが０．１μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウムを添加したｐ型Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ（ｘ＝０．０５）により構成されている。ｐ型クラッド層５７は、例えば、厚さが０．７μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウムを添加したｐ型Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ｎ混晶（ｘ＝０．０７）により構成されている。ｐ側コンタクト層５８は、例えば、厚さが０．１μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウムを添加したｐ型ＧａＮにより構成されている。

次に、図１ないし図３を参照して、図１に示した成長装置１０を用いて図２に示した半導体レーザ５０を製造する製造方法を説明する。図３は、半導体レーザ５０の各層の成長温度と、アンモニアおよびジメチルヒドラジンの供給の切替えと、第１の排気管４２および第２の排気管４３の切替え制御との関係の一例を表している。

まず、基板５１を成長装置１０の反応管１１内に設置し、キャリアガスとして水素ガスを用い、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）に示したように、時刻ｔ１において、窒素の原料としてアンモニアの供給を開始し、基板５１を加熱して約１０００℃の温度とする。続いて、有機金属としてＴＭＧ，ＴＭＡを必要に応じて選択供給し、図３（Ａ）に示したように、基板５１上に下地層５２およびｎ型クラッド層５３を順に成長させる。このとき、図３（Ｄ）および図３（Ｅ）に示したように、図示しない制御部により切替部４４を制御し、第２の排気管４３を閉じて第１の排気管４２を開放させ、不要になったアンモニアを第１の排気管４２を介して排気し、その途中で第１の除害処理部４２Ａによりアンモニアを除害する。

ここでは、第１の排気管４２と第２の排気管４３とを設けると共に、第１の排気管４２には第１の除害処理部４２Ａを設け、第２の排気管４３には第２の除害処理部４３Ａを設けて、アンモニアとジメチルヒドラジンとを別々に排気・除害するようにしたので、不要になったアンモニアは第１の排気管４２および第１の除害処理部４２Ａのみを通過し、ジメチルヒドラジンの吸着剤が配設された第２の除害処理部を通過することがない。よって、従来のようにジメチルヒドラジンの吸着剤の吸着能力が大流量のアンモニアにより瞬時に消費されてしまうという問題が生じることがなくなる。

ｎ型クラッド層５３を成長させたのち、図３（Ａ），図３（Ｂ）および図３（Ｃ）に示したように、反応管１１に供給される窒素の原料をアンモニアからジメチルヒドラジンに切替え、この切替えに応じて第１の排気管４２と第２の排気管４３とを切替える。

アンモニアとジメチルヒドラジンとの供給の切替えの際に除害を確実かつ安全に行うためには、図示しない制御部は、まずアンモニアの供給を停止し、次に残留ガスをパージして、そののち切替部４４により第１の排気管４２と第２の排気管４３との切替えを行い、最後にジメチルヒドラジンの供給を開始するようにすることが好ましい。アンモニアの供給を止めて直ちに第１の排気管４２と第２の排気管４３とを切替えてしまうと、残留したアンモニアが第２の排気管４３へ流入してしまうおそれがあるからである。

また、このように残留ガスをパージしてから第１の排気管４２と第２の排気管４３とを切替えるようにする場合には、アンモニアとジメチルヒドラジンとの供給の切替えの際に、いったん成長を中断することが好ましい。すなわち、ｎ型クラッド層５３を成長させたのち、有機金属の供給を止め、図３（Ａ）に示したように基板５１の温度を４００℃以下、例えば３８０℃に下げることにより、成長をいったん中断する。このとき、成長した層から窒素が脱離するのを防ぐため、アンモニアは図３（Ｂ）に示したように供給し続けることが好ましい。

基板５１の温度が４００℃以下の温度まで下がった時刻ｔ２において、図３（Ｂ）に示したように、アンモニアの供給を止める。続いて、しばらくの間、例えば１分間、アンモニアをキャリアガスによりパージする。そののち、図３（Ｄ）および図３（Ｅ）に示したように、時刻ｔ３において、図示しない制御部により切替部４４を制御し、第１の排気管４２と第２の排気管４３とを切り替える。そののち、図３（Ｃ）に示したように、時刻ｔ４においてジメチルヒドラジンを反応管１１に供給すると共に、図３（Ａ）に示したように、基板５１の温度を約７００℃まで上げる。

時刻ｔ２，ｔ３，ｔ４にかけての一連の切替え制御は、手動でもよいし、図示しない温度センサによる基板５１の温度の計測結果および図示しないタイマーの計測結果などに基づいて図示しない制御部において自動的に行うようにしてもよい。

基板５１の温度が約７００℃に達したところで、有機金属としてＴＭＧ，ＴＭＩ，ＴＭＡを必要に応じて選択供給し、図３（Ａ）に示したように、ｎ型ガイド層５４，活性層５５およびｐ型ガイド層５６を成長させる。反応管１１には低い成長温度でも分解効率の高いジメチルヒドラジンが供給されているので、ｎ型ガイド層５４，活性層５５およびｐ型ガイド層５６は窒素が豊富な状態で成長し、結晶性が高まる。不要になったジメチルヒドラジンは、第２の排気管４３を介して排気され、その途中で第２の除害処理部４３Ａにより除害される。

ｐ型ガイド層５６を成長させたのち、図３（Ｃ）に示したように反応管１１に窒素の原料としてそのままジメチルヒドラジンを供給しながら、図３（Ａ）に示したように基板５１の温度を約８００℃に上げ、ｐ型クラッド層５７およびｐ側コンタクト層５８を成長させる。このようにｐ型ガイド層５６の成長後もジメチルヒドラジンを用い、ｐ型クラッド層５７およびｐ側コンタクト層５８を低温で成長させるので、ｐ型クラッド層５７およびｐ側コンタクト層５８の結晶性が高まると共に、ｎ型ガイド層５４，活性層５５およびｐ型ガイド層５６の熱による劣化が防止される。

ｐ側コンタクト層５８を成長させたのち、図３（Ｃ）に示したように、基板５１の温度を約４００℃まで降温させる。基板５１の温度が４００℃まで降温した時点で図３（Ｃ）に示したようにジメチルヒドラジンの供給を停止し、そののち、残留ガスをパージした後で図３（Ｅ）に示したようにジメチルヒドラジンの除害を停止する。続いて、絶縁膜５９，ｐ側電極６０およびｎ側電極６１をそれぞれ形成する。以上により、図２に示した半導体レーザ５０が完成する。

また、この半導体レーザ５０は、次のようにして製造することもできる。

図４は、半導体レーザ５０の各層の成長温度と、アンモニアおよびジメチルヒドラジンの供給の切替えと、第１の排気管４２および第２の排気管４３の切替え制御との関係の他の例を表している。図４は、ｐ型ガイド層５６を成長させたのち、窒素の原料を再びアンモニアに切り替え、基板５１の温度を１０００℃に上げてｐ型クラッド層５７およびｐ側コンタクト層５８を成長させるようにしたことを除いては、図３と同様である。よって、ｐ型ガイド層５６の成長以前についての説明は省略する。

ｐ型ガイド層５６を成長させたのち、図４（Ａ），図４（Ｂ）および図４（Ｃ）に示したように、反応管１１に供給される窒素の原料をジメチルヒドラジンからアンモニアに切替え、この切替えに応じて第１の排気管４２と第２の排気管４３とを切替える。

この切替えの際の図示しない制御部による制御は、図３を参照して説明したのと同様である。すなわち、ｐ型ガイド層５６を成長させたのち、有機金属の供給を止め、図４（Ａ）に示したように基板５１の温度を４００℃以下、例えば３８０℃に下げることにより、成長をいったん中断する。このとき、成長した層から窒素が脱離するのを防ぐため、ジメチルヒドラジンは図４（Ｃ）に示したように供給し続けることが好ましい。

基板５１の温度が４００℃以下の温度まで下がった時刻ｔ５において、図４（Ｃ）に示したように、ジメチルヒドラジンの供給を止める。続いて、しばらくの間、例えば１分間、ジメチルヒドラジンをキャリアガスによりパージする。そののち、図４（Ｄ）および図４（Ｅ）に示したように、時刻ｔ６において、図示しない制御部により切替部４４を制御し、第１の排気管４２と第２の排気管４３とを切り替える。そののち、図４（Ｂ）に示したように、時刻ｔ７においてアンモニアを反応管１１に供給すると共に、図４（Ａ）に示したように、基板５１の温度を約１０００℃まで上げる。

基板５１の温度が約１０００℃に達したところで、有機金属としてＴＭＧ，ＴＭＡを必要に応じて選択供給し、図４（Ａ）に示したように、ｐ型クラッド層５７およびｐ側コンタクト層５８を成長させる。よって、アンモニアの分解効率が高くなり、ｐ型クラッド層５７およびｐ側コンタクト層５８は窒素が豊富な状態で成長し、結晶性が高まる。不要になったアンモニアは、第１の排気管４２を介して排気され、その途中で第１の除害処理部４２Ａにより除害される。

ｐ側コンタクト層５８を成長させたのち、図４（Ａ）に示したように、基板５１の温度を約４００℃まで降温させる。このとき、成膜表面から窒素が脱離しないようにアンモニアの供給を継続し、基板５１の温度が約４００℃まで降下したら図４（Ｂ）に示したようにアンモニアの供給を停止する。そののち、残留ガスをパージした後で図４（Ｄ）に示したようにアンモニアの除害を停止する。続いて、絶縁膜５９，ｐ側電極６０およびｎ側電極６１をそれぞれ形成する。以上により、図２に示した半導体レーザ５０が完成する。

このように本実施の形態では、第１の排気管４２および第２の排気管４３によりアンモニアとジメチルヒドラジンとを別々に排気すると共に、第１の除害処理部４２Ａおよび第２の除害処理部４３Ａによりこれらを別々に除害するようにしたので、アンモニアおよびジメチルヒドラジンの両方を効果的に除害することができる。よって、一つの成長装置１０でアンモニアおよびジメチルヒドラジンの両方を用いることが可能となる。

また、反応管１１に供給されるガス種の切替えに応じて第１の排気管４２と第２の排気管４３とを切替可能としたので、成長温度に応じてアンモニアとジメチルヒドラジンとの使い分けが可能となり、窒素の不足を防いで窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶性を高めることができる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、アンモニアとジメチルヒドラジンとを用いる場合について説明したが、ジメチルヒドラジンに限らず、上述した他の有機窒素含有化合物を用いることも可能である。

また、上記実施の形態では、排気処理装置４０が第１の排気管４２と第２の排気管４３との２本の排気管を有する場合について説明したが、排気管および除害処理部の数は３以上としてもよい。例えば、アンモニアと２種以上の有機窒素含有化合物と、合計３種以上のガスを必要に応じて切り替えて用い、これらの各々に対応して排気管と除害処理部とを設けるようにしてもよい。

更に、上記実施の形態では、半導体レーザ５０の構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を更に備えていてもよい。更に、上記実施の形態において説明した各層の材料および膜厚、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および膜厚としてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。例えば、基板５１としてＧａＮ基板を用いる場合について説明したが、サファイア基板あるいは炭化ケイ素よりなる基板を用い、ＧａＮあるいはＡｌＮよりなる低温緩衝層を介して半導体レーザ５０の各層を形成するようにしてもよい。

加えて、上記実施の形態では、ｎ型ガイド層５４，活性層５５およびｐ型ガイド層５６を低温成長させる場合について説明したが、ｎ型ガイド層５４およびｐ型ガイド層５６をインジウムを含まない組成とし、活性層５５のみ低温成長させるようにしてもよい。この場合、ｎ型ガイド層５４は、例えば、ｎ型不純物としてケイ素を添加したｎ型ＧａＮにより構成し、ｐ型ガイド層５６は、例えば、ｐ型不純物としてマグネシウムを添加したｐ型ＧａＮにより構成することが可能である。

加えて、上記実施の形態では、成長装置１０によって半導体レーザを製造する場合について説明したが、本発明は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる半導体層を備えた半導体素子を製造する場合について広く適用することができる。例えば、発光ダイオードなどの他の発光素子を製造する場合についても同様に適用することができ、更にはトランジスタなどの電子素子を製造する場合についても適用することができる。

本発明の一実施の形態に係る排気処理装置を備えた成長装置の一例を表す概略構成図である。 図１に示した成長装置により製造される半導体レーザの一例を表す断面図である。 図１に示した成長装置を用いて図２に示した半導体レーザを製造する製造方法において、半導体レーザの各層の成長温度と、アンモニアおよびジメチルヒドラジンの供給の切替えと、第１の排気管４２および第２の排気管の切替え制御との関係の一例を表す説明図である。 図１に示した成長装置を用いて図２に示した半導体レーザを製造する製造方法において、半導体レーザの各層の成長温度と、アンモニアおよびジメチルヒドラジンの供給の切替えと、第１の排気管４２および第２の排気管の切替え制御との関係の他の例を表す説明図である。

符号の説明

１０…成長装置、１１…反応管、１２…サセプタ、２１…第１のガス供給管、３１…第２のガス供給管、４０…排気処理装置、４１…ガス排気管、４２…第１の排気管、４２Ａ…第１の除害処理部、４３…第２の排気管、４３Ａ…第２の除害処理部、４４…切替部、４５…有機金属除害部、５１…基板

Claims (6)

1. 反応管と、２種以上のガスを排気する排気処理装置とを備えた成長装置であって、
   前記反応管は、ＩＩＩ族元素のうち少なくとも１種を含む有機金属と、窒素（Ｎ）の原料として前記２種以上のガスとが供給され、ＩＩＩ族元素のうち少なくとも１種とＶ族元素のうち少なくとも窒素（Ｎ）とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を有機金属化学気相成長法により成長させるものであり、
   前記排気処理装置が、
   前記２種以上のガスを別々に排気する複数の排気管と、
   これらの排気管の各々に設けられ、前記２種以上のガスを別々に除害する複数の除害処理部と
   を備えた成長装置。
2. 前記複数の排気管は、並列に設けられている
   請求項１記載の成長装置。
3. 前記反応管には、前記２種以上のガスが切り替えて供給され、
   前記複数の排気管は、前記反応管に供給されるガス種の切替えに応じて切替可能である
   請求項１または２記載の成長装置。
4. 前記反応管には、前記２種以上のガスとしてアンモニア（ＮＨ3 ）と、窒素原子と窒素原子との単結合，窒素原子と窒素原子との二重結合および窒素原子と炭素原子との単結合のうち少なくとも１種の結合を有する有機窒素含有化合物を含むガスとが切替えて供給され、
   前記複数の排気管は、アンモニアを排気する第１の排気管と、前記有機窒素含有化合物を含むガスを排気する第２の排気管とを含む
   請求項３記載の成長装置。
5. 前記複数の除害処理部は、前記第１の排気管に設けられると共にアンモニアを除害する第１の除害処理部と、前記第２の排気管に設けられると共に前記有機窒素含有化合物を除害する第２の除害処理部とを含む
   請求項４記載の成長装置。
6. 前記排気処理装置は、前記複数の排気管の前段に、前記有機金属を除害する有機金属除害処理部を備えた
   請求項１ないし５のいずれか１項に記載の成長装置。

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