JP5215267B2 - Method for producing compound semiconductor film - Google Patents

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Description

本発明は、化合物半導体結晶中に不純物を高い濃度でドーピングしたキャリア濃度の高い化合物半導体膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a compound semiconductor manufacturing how high the compound semiconductor film having a carrier concentration that is doped with an impurity at a high concentration in the crystal.

電流注入により動作する半導体デバイスでは、電極とのオーミックコンタクトを実現するために、高い濃度(一般的には1019cm-3以上)で不純物を添加(ドーピングと呼ばれる)した半導体膜が必要となる。特に、デバイスを高速で動作させるためには、電極となる金属と半導体膜との間に発生するコンタクト抵抗は低い方が望ましく、できるだけ不純物濃度を増加してキャリア濃度を増やす必要がある。 In a semiconductor device that operates by current injection, a semiconductor film to which an impurity is added (referred to as doping) at a high concentration (generally 10 19 cm −3 or more) is required in order to realize ohmic contact with an electrode. . In particular, in order to operate the device at high speed, it is desirable that the contact resistance generated between the metal serving as the electrode and the semiconductor film is low, and it is necessary to increase the impurity concentration as much as possible to increase the carrier concentration.

従来、例えば、InP基板を用いて作製される半導体レーザでは、InPに格子整合した三元混晶のInGaAsや四元混晶のInGaAsPに亜鉛をドーピングしたp型半導体膜をコンタクト層として用いており、そのドーピング濃度は、1×1019cm-3程度である。一般的には、このコンタクト層と電極間のコンタクト抵抗を下げるために、亜鉛を含む合金電極を蒸着した後に、400℃程度で熱処理することによって金属と半導体膜をアロイ化させる。 Conventionally, for example, in a semiconductor laser manufactured using an InP substrate, a ternary mixed crystal InGaAs lattice-matched to InP or a p-type semiconductor film in which quaternary mixed crystal InGaAsP is doped with zinc is used as a contact layer. The doping concentration is about 1 × 10 19 cm −3 . In general, in order to lower the contact resistance between the contact layer and the electrode, after depositing an alloy electrode containing zinc, the metal and the semiconductor film are alloyed by heat treatment at about 400 ° C.

しかしながら、アロイ化による半導体中への亜鉛の拡散を制御することは難しく、場合によっては、コンタクト層のみでなく、クラッド層や活性層へも大きく拡散してしまう。クラッド層や活性層中への亜鉛の拡散は、レーザ特性を大きく劣化させる。これを回避するために、コンタクト層のキャリア濃度を高くし、アロイ化させることなくオーミックコンタクトが実現可能なノンアロイ電極が用いられている。   However, it is difficult to control the diffusion of zinc into the semiconductor due to alloying, and in some cases, it diffuses not only into the contact layer but also into the cladding layer and the active layer. The diffusion of zinc into the cladding layer and active layer greatly degrades the laser characteristics. In order to avoid this, a non-alloy electrode capable of realizing ohmic contact without increasing the carrier concentration of the contact layer and forming an alloy is used.

D. C. Chapman et al., "Zn enhancement during surfactant-mediated growth of GaInP and GaP", Journal of Crystal Growth, Vol. 287, 2006, pp. 647-651D. C. Chapman et al., "Zn enhancement during surfactant-mediated growth of GaInP and GaP", Journal of Crystal Growth, Vol. 287, 2006, pp. 647-651 A. D. Howard et al., "Effect of surfactants Sb and Bi on the incorporation of zinc and carbon in III/V materials grown by organometallic vapor-phase epitaxy", Journal of Applied Physics, Vol. 100, 044904, 2006, pp. 1-8AD Howard et al., "Effect of surfactants Sb and Bi on the incorporation of zinc and carbon in III / V materials grown by organometallic vapor-phase epitaxy", Journal of Applied Physics, Vol. 100, 044904, 2006, pp. 1 -8 A. D. Howard et al., "Effect of low surfactant Sb coverage on Zn and C incorporation in GaP", Journal of Applied Physics, Vol. 102, 074920, 2007, pp. 1-5A. D. Howard et al., "Effect of low surfactant Sb coverage on Zn and C incorporation in GaP", Journal of Applied Physics, Vol. 102, 074920, 2007, pp. 1-5

従来の技術で説明した、例えば、InP基板を用いて作製される半導体レーザにおいては、ノンアロイ電極の形成に用いられるp型半導体コンタクト層には、高いキャリア濃度であることが望まれる。しかしながら、p型ドーパントとして広く用いられている亜鉛を高い濃度でドーピングすることは、半導体材料の固溶限界等の観点から難しく、せいぜい2×1019cm-3程度である。このキャリア濃度では、ノンアロイ電極においてコンタクト抵抗を十分に下げることは難しく、半導体デバイスの素子特性の劣化につながる。これを解決するために、低い温度で亜鉛ドープ半導体膜を成長してキャリア濃度を増加させる等の手法が用いられるが、作製精度の再現性や歩留りには課題が残る。更には、亜鉛のドーピング濃度の制御性の向上も望まれている。 For example, in a semiconductor laser manufactured using an InP substrate described in the prior art, it is desired that the p-type semiconductor contact layer used for forming the non-alloy electrode has a high carrier concentration. However, it is difficult to dope zinc, which is widely used as a p-type dopant, at a high concentration from the viewpoint of the solid solution limit of the semiconductor material, and is about 2 × 10 19 cm −3 at most. With this carrier concentration, it is difficult to sufficiently reduce the contact resistance in the non-alloy electrode, leading to deterioration of element characteristics of the semiconductor device. In order to solve this, techniques such as growing the zinc-doped semiconductor film at a low temperature to increase the carrier concentration are used, but problems remain in the reproducibility of the manufacturing accuracy and the yield. Furthermore, improvement in controllability of the zinc doping concentration is also desired.

本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、化合物半導体結晶中への亜鉛の取り込み量を増やすことができる化合物半導体膜の製造方法を提供することを目的とする This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the manufacturing method of the compound semiconductor film which can increase the uptake | capture amount of zinc in a compound semiconductor crystal .

上記課題を解決する第1の発明に係る化合物半導体膜の製造方法は、
p型ドーパントとして亜鉛を用い、III族原子としてIn、Ga、Alの少なくとも1つを含み、N以外のV族原子としてAs、Pを少なくとも1つ含むIII−V族化合物半導体膜を製造する化合物半導体膜の製造方法であって、
亜鉛を含む亜鉛含有原料と共にSbを含むSb含有原料であるトリスジメチルアミノアンチモン又はトリメチルアンチモンを供給し、
当該化合物半導体膜の成長温度を400℃以上540℃以下とし、
前記化合物半導体膜中に取り込まれるSbのV原子中の原子百分率を0at.%より大きく、0.5at.%以下の範囲に制御することにより、前記化合物半導体膜に含まれる亜鉛濃度及びキャリア濃度を×1019cm-3以上とすることを特徴とする。
化合物半導体膜中に取り込まれるSbのV原子中の原子百分率を0at.%より大きく、0.5at.%以下の範囲とすることにより、化合物半導体膜の組成制御性を保ちつつ、亜鉛濃度を増やすことができる。
A method for producing a compound semiconductor film according to the first invention for solving the above-described problems is as follows.
Compound for producing a III-V compound semiconductor film using zinc as a p-type dopant, containing at least one of In, Ga, Al as a group III atom and at least one As, P as a group V atom other than N A method for manufacturing a semiconductor film, comprising:
Supplying trisdimethylaminoantimony or trimethylantimony which is a Sb-containing raw material containing Sb together with a zinc-containing raw material containing zinc;
The growth temperature of the compound semiconductor film is 400 ° C. or more and 540 ° C. or less,
The atomic percentage in the group V atoms of Sb taken into the compound semiconductor film is 0 at. %, 0.5 at. The zinc concentration and the carrier concentration contained in the compound semiconductor film are controlled to be 2 × 10 19 cm −3 or more by controlling in the range of % or less.
The atomic percentage in the group V atoms of Sb taken into the compound semiconductor film is 0 at. %, 0.5 at. By setting it in the range of% or less, the zinc concentration can be increased while maintaining the composition controllability of the compound semiconductor film.

本発明によれば、亜鉛をドープするp型化合物半導体膜のエピタキシャル成長時に、亜鉛含有原料と共に所定範囲の供給量のSb含有原料を供給するので、組成制御性を保ちつつ、化合物半導体膜中への亜鉛の取り込み量を増やすことができ、従来作製が困難であった、高い濃度で不純物をドーピングした化合物半導体膜を容易に作製することができる。その結果、従来よりキャリア濃度の高いp型化合物半導体膜を実現することができ、ノンアロイ電極とのコンタクト抵抗が低いコンタクト層とすることができる。又、当該化合物半導体膜を用いたコンタクト層は、半導体レーザや受光素子等の半導体デバイスの高性能化に極めて有用である。   According to the present invention, during the epitaxial growth of the p-type compound semiconductor film doped with zinc, the Sb-containing raw material in a predetermined range is supplied together with the zinc-containing raw material, so that the composition controllability can be maintained while maintaining the composition controllability. The amount of zinc taken up can be increased, and a compound semiconductor film doped with impurities at a high concentration, which has been difficult to produce conventionally, can be easily produced. As a result, a p-type compound semiconductor film having a higher carrier concentration than the conventional one can be realized, and a contact layer having a low contact resistance with the non-alloy electrode can be obtained. A contact layer using the compound semiconductor film is extremely useful for improving the performance of semiconductor devices such as semiconductor lasers and light receiving elements.

実施例1として示す、化合物半導体膜を含む層構造の断面図である。1 is a cross-sectional view of a layer structure including a compound semiconductor film, shown as Example 1. FIG. 成長温度620℃で成長したInGaAs層中のキャリア濃度とDEZn供給量との関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the carrier density | concentration in the InGaAs layer grown at the growth temperature of 620 degreeC, and DEZn supply amount. 成長温度620℃で成長したInGaAs層中のキャリア濃度及び亜鉛濃度とTDMASb供給量との関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the carrier concentration in the InGaAs layer grown at the growth temperature of 620 degreeC, the zinc concentration, and the TDMASb supply amount. TDMASbの供給を行なったInGaAs層と行なわなかったInGaAs層について、InGaAs層中のキャリア濃度とDEZn供給量との関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the carrier density | concentration in an InGaAs layer, and DEZn supply amount about the InGaAs layer which did not supply TDMASb, and the InGaAs layer which was not performed. 成長温度540℃で成長したInGaAs層と620℃で成長したInGaAs層について、InGaAs層中のキャリア濃度とDEZn供給量との関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the carrier concentration in an InGaAs layer, and DEZn supply amount about the InGaAs layer grown at the growth temperature of 540 degreeC, and the InGaAs layer grown at 620 degreeC. 成長温度540℃で成長したInGaAs層中のキャリア濃度、亜鉛濃度及び水素濃度とTDMASb供給量との関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the carrier concentration in the InGaAs layer grown at the growth temperature of 540 degreeC, the zinc concentration and the hydrogen concentration, and the TDMASb supply amount. 成長温度540℃で成長したInGaAs層中のSb濃度とTDMASb供給量との関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between Sb density | concentration in the InGaAs layer grown at the growth temperature of 540 degreeC, and the TDMASb supply amount. 成長温度540℃、TDMASb供給量18.1μmol/分で成長したInGaAs層中のキャリア濃度とDEZn供給量との関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the carrier concentration and the DEZn supply amount in the InGaAs layer grown at the growth temperature of 540 ° C. and the TDMASb supply amount of 18.1 μmol / min. 実施例4として示す、リッジ構造分布帰還型レーザの構造の概略斜視図である。6 is a schematic perspective view of a structure of a ridge structure distributed feedback laser shown as Example 4. FIG. 実施例5として示す、導波路型受光素子の構造の概略斜視図である。10 is a schematic perspective view of the structure of a waveguide type light receiving element shown as Example 5. FIG.

本発明の好適な実施例を以下に説明する。   A preferred embodiment of the present invention is described below.

(実施例1)
図1は、本実施例の化合物半導体膜を含む層構造を示す断面図である。図1を用いて、本実施例を説明する。
図1に示すように、本実施例の化合物半導体膜(後述のInGaAs層12)は、当該膜を含む層構造として構成されている。具体的には、InP基板10の(100)面上にInPバッファ層11(膜厚200nm)を成長させた後、InPにほぼ格子整合(格子不整合割合は±0.1%以内)したInGaAs層12、InPキャップ層13(膜厚100nm)を成長させている。
Example 1
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a layer structure including the compound semiconductor film of this example. The present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the compound semiconductor film (an InGaAs layer 12 described later) of this example is configured as a layer structure including the film. Specifically, after growing an InP buffer layer 11 (thickness: 200 nm) on the (100) plane of the InP substrate 10, InGaAs was substantially lattice matched to InP (lattice mismatch rate within ± 0.1%). The layer 12 and the InP cap layer 13 (film thickness 100 nm) are grown.

上記各層の結晶成長は、反応炉を50Torrに減圧した有機金属気相成長(MOVPE)法によって行った。成長温度は、MOVPE成長炉のサセプタに、熱電対を埋め込んだSiウェハを置いて測定した値である。本実施例では、後述する全ての試料において、成長温度は620℃とした。又、III族原料としてはトリメチルインジウム(TMIn)、トリエチルガリウム(TEGa)を用い、V族原料としてはアルシン(AsH3)、ホスフィン(PH3)を使用した。 Crystal growth of each of the above layers was performed by a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method in which the reactor was decompressed to 50 Torr. The growth temperature is a value measured by placing a Si wafer embedded with a thermocouple on the susceptor of the MOVPE growth furnace. In this example, the growth temperature was set to 620 ° C. in all samples described later. In addition, trimethylindium (TMIn) and triethylgallium (TEGa) were used as Group III materials, and arsine (AsH 3 ) and phosphine (PH 3 ) were used as Group V materials.

特にInGaAs層12の場合には、p型不純物(p型ドーパント)となる亜鉛含有原料には、ジエチル亜鉛(DEZn)を用いた。Sb含有原料には、トリスジメチルアミノアンチモン(TDMASb)を用いた。DEZn供給量は6.5〜125.9μmol/分、TDMASb供給量は0〜192.6μmol/分の間で変化させた。InGaAs層12の成長速度は、おおよそ2.5μm/時であり、V族原料とIII族原料の供給量比であるV/III比は15である。   In particular, in the case of the InGaAs layer 12, diethyl zinc (DEZn) was used as a zinc-containing raw material that becomes a p-type impurity (p-type dopant). Trisdimethylaminoantimony (TDMASb) was used as the Sb-containing raw material. The DEZn supply rate was varied between 6.5 and 125.9 μmol / min, and the TDMASb supply rate was varied between 0 and 192.6 μmol / min. The growth rate of the InGaAs layer 12 is approximately 2.5 μm / hour, and the V / III ratio, which is the ratio of the supply amount of the group V material to the group III material, is 15.

作製した試料の構造的特性の評価にはPhilips社製のエックス線回折装置を用いた。InGaAs層12のキャリア濃度の測定には、Biorad社製のCVプロファイラ(PN−4200)を用い、化合物半導体膜中の原子濃度の測定には、CAMECA社製の二次イオン質量分析機(SIMS)を用いた。   An X-ray diffractometer manufactured by Philips was used to evaluate the structural characteristics of the prepared sample. A CV profiler (PN-4200) manufactured by Biorad is used to measure the carrier concentration of the InGaAs layer 12, and a secondary ion mass spectrometer (SIMS) manufactured by CAMECA is used to measure the atomic concentration in the compound semiconductor film. Was used.

まず、図2に、上述した条件で作製した亜鉛ドープInGaAs層12のキャリア濃度のDEZn供給量依存性を示す。このときのTDMASb供給量は0μmol/分である。図2に示すように、TDMASbの供給が無くても、DEZn供給量を増やすことで、キャリア濃度が増加するが、キャリア濃度が1×1019cm-3を超えたあたりで、その濃度が飽和する傾向が現れている。一般的な成長条件でのInGaAs層中の亜鉛濃度は、2×1019cm-3程度で飽和するとされていることから、本実験でも同様の傾向が現れている。 First, FIG. 2 shows the DEZn supply dependency of the carrier concentration of the zinc-doped InGaAs layer 12 manufactured under the above-described conditions. At this time, the supply amount of TDMASb is 0 μmol / min. As shown in FIG. 2, even if TDMASb is not supplied, the carrier concentration increases by increasing the DEZn supply amount. However, when the carrier concentration exceeds 1 × 10 19 cm −3 , the concentration is saturated. The tendency to do appears. Since the zinc concentration in the InGaAs layer under general growth conditions is saturated at about 2 × 10 19 cm −3 , the same tendency appears in this experiment.

次に、DEZn供給量は6.5μmol/分で固定し、TDMASb供給量を0〜192.6μmol/分の間で変化させてInGaAs層12を作製し、作製した各試料のInGaAs層12中のキャリア濃度と亜鉛濃度のTDMASb供給量依存性を図3に示し、各TDMASb供給量の時のInGaAs層12中のキャリア濃度、亜鉛濃度及び亜鉛の活性化率(亜鉛濃度に対するキャリア濃度の割合)を表1に示す。   Next, the DEZn supply rate is fixed at 6.5 μmol / min, the TDMASb supply rate is changed between 0 to 192.6 μmol / min, and the InGaAs layer 12 is manufactured. FIG. 3 shows the dependency of carrier concentration and zinc concentration on TDMASb supply amount. The carrier concentration, zinc concentration, and zinc activation rate (ratio of carrier concentration to zinc concentration) in InGaAs layer 12 at each TDMASb supply amount are shown in FIG. Table 1 shows.

Figure 0005215267
Figure 0005215267

表1に示すように、TDMASb供給量を増やすに従い、キャリア濃度が、1.32×1018cm-3から、およそ2倍の2.58×1018cm-3まで増加している。TDMASbの供給量増加に伴い、キャリア濃度と同様に亜鉛濃度も増加していることから、TDMASbの供給によってInGaAs層12中への亜鉛の取り込み効率が上昇し、その結果、キャリア濃度が増加したことは明らかである。このときの亜鉛の活性化率はTDMASbの供給量によらず約90%と一定である。又、キャリア濃度はTDMASb供給量に対して依存性を持っていることから、DEZn供給量を変化させなくても、TDMASb供給量を変化させることだけで、亜鉛濃度及びキャリア濃度を制御することができる。 As shown in Table 1, as the TDMASb supply amount is increased, the carrier concentration is increased from 1.32 × 10 18 cm −3 to about 2.5 times × 2.58 × 10 18 cm −3 . As the supply amount of TDMASb increases, the zinc concentration increases in the same way as the carrier concentration. Therefore, the supply efficiency of zinc into the InGaAs layer 12 is increased by the supply of TDMASb, and as a result, the carrier concentration increases. Is clear. The activation rate of zinc at this time is constant at about 90% regardless of the supply amount of TDMASb. Further, since the carrier concentration depends on the TDMASb supply amount, the zinc concentration and the carrier concentration can be controlled only by changing the TDMASb supply amount without changing the DEZn supply amount. it can.

次に、TDMASb供給量を固定してDEZn供給量を変化させたときの、InGaAs層12中のキャリア濃度について説明する。前述の図3では、DEZn供給量を6.5μmol/分で一定にしてTDMASb供給量依存性を調べた。一方、図4では、TDMASb供給量を固定してDEZn供給量を増加させており、この場合においても、図4中の●(黒丸)に示すように、キャリア濃度が増加する効果が得られることが確認された。図4に示す●は、TDMASb供給量を192.6μmol/分と固定し、DEZn供給量を6.5、72.1、107.2μmol/分と変化させたときのキャリア濃度をプロットしている。又、図4に示す○(白丸)は、比較のため、TDMASbの供給がない場合を示したものであり、図2のグラフに該当する。いずれのDEZn供給量においても、TDMASbを供給することにより、TDMASbの供給がない場合と比較して、キャリア濃度がおよそ2倍になっていることがわかる。   Next, the carrier concentration in the InGaAs layer 12 when the TDMASb supply amount is fixed and the DEZn supply amount is changed will be described. In FIG. 3 described above, the TDMASb supply amount dependency was examined by keeping the DEZn supply amount constant at 6.5 μmol / min. On the other hand, in FIG. 4, the TDMASb supply amount is fixed and the DEZn supply amount is increased, and in this case as well, an effect of increasing the carrier concentration can be obtained as shown by ● (black circle) in FIG. Was confirmed. The black circles in FIG. 4 plot the carrier concentration when the TDMASb supply rate is fixed at 192.6 μmol / min and the DEZn supply rate is changed to 6.5, 72.1, 107.2 μmol / min. . Also, the circles (white circles) shown in FIG. 4 indicate the case where no TDMASb is supplied for comparison, and corresponds to the graph of FIG. It can be seen that at any DEZn supply amount, the carrier concentration is approximately doubled by supplying TDMASb as compared to the case where TDMASb is not supplied.

表2に、各DEZn供給量において、TDMASbを供給しない場合と供給した場合におけるInGaAs層12中のキャリア濃度を示す。TDMASbを供給しない通常の条件では、DEZnの供給量を増加させた場合においても、キャリア濃度は2×1019cm-3に達する前に飽和した。一方、TDMASbを供給する条件では、2.6×1019cm-3のキャリア濃度を得ることができた。 Table 2 shows the carrier concentration in the InGaAs layer 12 when TDMASb is not supplied and when it is supplied at each DEZn supply amount. Under normal conditions in which no TDMASb was supplied, the carrier concentration was saturated before reaching 2 × 10 19 cm −3 even when the supply amount of DEZn was increased. On the other hand, a carrier concentration of 2.6 × 10 19 cm −3 could be obtained under the conditions for supplying TDMASb.

Figure 0005215267
Figure 0005215267

以上の結果より、亜鉛ドープInGaAs層12の成長時に、TDMASbを供給することにより、TDMASbを供給しない場合に比べて、キャリア濃度を増加させることができることが確認された。本実施例で用いた成長条件では、TDMASbの供給量の制御によって、TMDASbを供給しない場合に比べて約2倍までキャリア濃度を増加することができ、最大で2.63×1019cm-3のキャリア濃度が得られることが確認された。 From the above results, it was confirmed that the carrier concentration can be increased by supplying TDMASb during the growth of the zinc-doped InGaAs layer 12 as compared with the case where TDMASb is not supplied. Under the growth conditions used in this example, the carrier concentration can be increased up to about twice as much as that in the case where TMDASb is not supplied by controlling the supply amount of TDMASb. The maximum is 2.63 × 10 19 cm −3. It has been confirmed that a carrier concentration of 1 can be obtained.

本実施例では、亜鉛含有原料、Sb含有原料として、DEZnとTDMASbを用いたが、どちらの原料も成長表面では完全に分解して亜鉛とSbになっている。つまり、亜鉛とSbを成長表面に供給できる原料であればDEZnとTDMASb以外の原料の組み合わせでも良く、例えば、有機金属の亜鉛含有原料であるジメチル亜鉛(DMZn)、Sb含有原料であるトリメチルアンチモン(TMSb)等のいずれの組み合わせでも同様の効果を得ることができる。   In this example, DEZn and TDMASb were used as the zinc-containing material and the Sb-containing material. However, both materials are completely decomposed into zinc and Sb on the growth surface. In other words, any raw material that can supply zinc and Sb to the growth surface may be a combination of raw materials other than DEZn and TDMASb. For example, dimethylzinc (DMZn), which is an organometallic zinc-containing raw material, and trimethylantimony (Sb-containing raw material) The same effect can be obtained with any combination of TMSb) and the like.

本実施例では、化合物半導体膜のエピタキシャル成長にMOVPE法を用いたが、亜鉛とアンチモンを供給できる成長法であればMOVPE法に限られるものではない。例えば、分子線エピタキシー法や化学ビームエピタキシー法を用いても、同様の効果を得ることができる。   In this embodiment, the MOVPE method is used for the epitaxial growth of the compound semiconductor film. However, the growth method is not limited to the MOVPE method as long as it can supply zinc and antimony. For example, the same effect can be obtained by using molecular beam epitaxy or chemical beam epitaxy.

本実施例では、InGaAs層を用いたが、本発明は、アンチモンによる亜鉛の取り込みを増大させる効果を利用しているため、In、Ga、Al、As、P等を含む化合物半導体に適用できる。例えば、InP基板上のInAlAs層やInAlGaAs層、InGaAsP層、InAlGaAsP層への亜鉛のドーピングにおいても、同様の効果を得ることができる。   In this embodiment, an InGaAs layer is used. However, since the present invention uses an effect of increasing zinc uptake by antimony, it can be applied to a compound semiconductor containing In, Ga, Al, As, P, or the like. For example, the same effect can be obtained also in the doping of zinc into the InAlAs layer, InAlGaAs layer, InGaAsP layer, and InAlGaAsP layer on the InP substrate.

(実施例2)
本実施例は、実施例1とは成長温度のみが異なり、それ以外の成長条件は実施例1と同じである。具体的には、実施例1の条件よりも成長温度を80℃下げ、540℃で、図1に示す、InGaAs層12を含む層構造をMOVPE成長した。
(Example 2)
This example is different from Example 1 only in the growth temperature, and other growth conditions are the same as those in Example 1. Specifically, the growth temperature was lowered by 80 ° C. from the conditions in Example 1, and the layer structure including the InGaAs layer 12 shown in FIG.

図5中の●は、540℃で成長した亜鉛ドープInGaAs層12中のキャリア濃度のDEZn供給量依存性を示す。又、図5に示す○は、比較のため、620℃で成長した場合を示したものであり、図2のグラフに該当する。成長温度を下げたことで、InGaAs層12中への亜鉛の取り込み効率が増加する。キャリア濃度が1×1019cm-3以下では、同じDEZn供給量でも成長温度を540℃まで下げることにより、○で示した620℃の場合よりも5倍程度キャリア濃度が高い。しかしながら、キャリア濃度が1×1019cm-3以上では、DEZn供給量を増加させても、2.7×1019cm-3でキャリア濃度が飽和している。このことより、成長温度を下げることにより亜鉛の取り込み効率は増加し、得られる最大のキャリア濃度は、成長温度を下げない場合(○)に比べて、2倍程度増加する。 In FIG. 5, ● represents the dependence of the carrier concentration in the zinc-doped InGaAs layer 12 grown at 540 ° C. on the DEZn supply amount. In addition, ◯ shown in FIG. 5 shows a case where the growth is performed at 620 ° C. for comparison, and corresponds to the graph of FIG. Lowering the growth temperature increases the efficiency of zinc incorporation into the InGaAs layer 12. When the carrier concentration is 1 × 10 19 cm −3 or less, the carrier concentration is about five times higher than that at 620 ° C. indicated by ◯ by lowering the growth temperature to 540 ° C. even with the same DEZn supply amount. However, when the carrier concentration is 1 × 10 19 cm −3 or more, the carrier concentration is saturated at 2.7 × 10 19 cm −3 even if the DEZn supply amount is increased. From this, the zinc uptake efficiency is increased by lowering the growth temperature, and the maximum carrier concentration obtained is increased about twice as compared with the case where the growth temperature is not lowered (O).

次に、DEZn供給量を6.5μmol/分で固定し、TDMASb供給量を0〜192.6μmol/分の間で変化させてInGaAs層12を作製し、作製した各試料のInGaAs層12中のキャリア濃度、亜鉛濃度及び水素濃度のTDMASb供給量依存性を図6に示す。表3には、各TDMASb供給量の時のInGaAs層12中のキャリア濃度、亜鉛濃度及び亜鉛の活性化率(亜鉛濃度に対するキャリア濃度の割合)を示す。   Next, the DEZn supply rate is fixed at 6.5 μmol / min, the TDMASb supply rate is changed between 0 to 192.6 μmol / min, and the InGaAs layer 12 is manufactured. FIG. 6 shows the dependency of carrier concentration, zinc concentration, and hydrogen concentration on TDMASb supply amount. Table 3 shows the carrier concentration, zinc concentration, and zinc activation rate (ratio of the carrier concentration to the zinc concentration) in the InGaAs layer 12 at each TDMASb supply amount.

Figure 0005215267
Figure 0005215267

図6、表3に示すように、DEZn供給量は一定であるにもかかわらず、TDMASb供給量を増やすと急激にキャリア濃度が増加し、TDMASb供給量が30.6μmol/分の時には、図5に示した飽和したキャリア濃度よりも高い2.95×1019cm-3の値が得られている。更にTDMASb供給量を増やすと、キャリア濃度は飽和するものの、最大で4.34×1019cm-3のキャリア濃度が得られた。TDMASbを供給しない場合に比べて、5倍のキャリア濃度が得られている。又、全ての試料において、亜鉛の活性化率はおよそ90%と高い値が得られている。 As shown in FIG. 6 and Table 3, although the DEZn supply amount is constant, when the TDMASb supply amount is increased, the carrier concentration increases rapidly, and when the TDMASb supply amount is 30.6 μmol / min, FIG. A value of 2.95 × 10 19 cm −3 higher than the saturated carrier concentration shown in FIG. When the TDMASb supply amount was further increased, the carrier concentration was saturated, but a maximum carrier concentration of 4.34 × 10 19 cm −3 was obtained. Compared to the case where TDMASb is not supplied, the carrier concentration is five times as high. In all samples, the activation rate of zinc was as high as about 90%.

次に、TDMASb供給量を増加させた際のInGaAs層12の組成変動について説明する。図6、表3に示したInGaAs層12の成長条件は、TDMASb供給量以外全て一定であるが、キャリア濃度が飽和したTDMASb供給量のInGaAs層12は、その組成が大きく変動した。キャリア濃度が飽和しないTDMASb供給量(0〜50μmol/分)で作製したInGaAs層12のInP基板に対する格子不整合度は±0.1%以内であったが、TDMASb供給量が122.8μmol/分、192.6μmol/分のInGaAs層12の格子不整合度は、それぞれ0.26%、0.36%に増加した。この原因は、成長表面にSbが過剰に存在することにより、Gaの取り込みを抑制してしまうことにあると考えられる。   Next, the composition variation of the InGaAs layer 12 when the TDMASb supply amount is increased will be described. The growth conditions of the InGaAs layer 12 shown in FIG. 6 and Table 3 are all constant except for the TDMASb supply amount, but the composition of the InGaAs layer 12 with the TDMASb supply amount in which the carrier concentration is saturated fluctuated greatly. The degree of lattice mismatch with respect to the InP substrate of the InGaAs layer 12 produced at a TDMASb supply amount (0 to 50 μmol / min) at which the carrier concentration is not saturated was within ± 0.1%, but the TDMASb supply amount was 122.8 μmol / min. The lattice mismatch of the InGaAs layer 12 of 192.6 μmol / min increased to 0.26% and 0.36%, respectively. This is thought to be due to the fact that Sb is excessively present on the growth surface to suppress Ga uptake.

図7に、InGaAs層12中のSb濃度とTDMASb供給量の関係を示す。供給されたSbは結晶中に取り込まれるものの、その量は少なく、組成としてせいぜい2at.%(V族原子中の原子百分率;ここでは、Asとの原子百分率)程度である。又、取り込まれるSb量とTDMASb供給量は比例関係にある。即ち、TDMASb供給量が122.8μmol/分と192.6μmol/分で作製したInGaAs層12に多量のSbが取り込まれたために組成が変動したのではなく、InとGaの割合が変化したことによって、組成変動が生じたことを示している。   FIG. 7 shows the relationship between the Sb concentration in the InGaAs layer 12 and the TDMASb supply amount. Although the supplied Sb is taken into the crystal, its amount is small and the composition is 2 at. % (Atomic percentage in group V atoms; here, atomic percentage with As). Further, the amount of Sb taken in and the TDMASb supply amount are in a proportional relationship. That is, the composition was not changed because a large amount of Sb was taken into the InGaAs layer 12 produced at the TDMASb supply rate of 122.8 μmol / min and 192.6 μmol / min, but the ratio of In and Ga was changed. , Indicating that compositional variation occurred.

多元混晶をエピタキシャル成長する場合、基板との格子不整合度が大きくなると、エピタキシャル層に結晶欠陥が発生し、デバイス特性を劣化させる大きな要因となる。つまり、エピタキシャル膜の組成制御性を保ちつつキャリア濃度を制御できることが、実用上望ましい。本実施例で用いた成長条件では、組成が変動しないSb供給量は、0よりも大きく50μmol/分以下の範囲であった。この範囲は、図6においては、TDMASb供給量を増加したときにInGaAs層12中の亜鉛濃度、キャリア濃度が増加する範囲、換言すると、InGaAs層12中の亜鉛濃度、キャリア濃度が飽和するまでの範囲となっている。この範囲をInGaAs層12中に含まれるSb濃度(V族原子中の原子百分率)に換算すると、0at.%より大きく0.5at.%以下の範囲となる。   When epitaxially growing a multi-element mixed crystal, if the degree of lattice mismatch with the substrate increases, crystal defects occur in the epitaxial layer, which is a major factor that degrades device characteristics. That is, it is practically desirable that the carrier concentration can be controlled while maintaining the composition controllability of the epitaxial film. Under the growth conditions used in this example, the Sb supply amount whose composition did not vary was in the range of greater than 0 and 50 μmol / min. In FIG. 6, this range is the range in which the zinc concentration and carrier concentration in the InGaAs layer 12 increase when the TDMASb supply amount is increased, in other words, until the zinc concentration and carrier concentration in the InGaAs layer 12 are saturated. It is a range. When this range is converted into the Sb concentration (atomic percentage in group V atoms) contained in the InGaAs layer 12, 0 at. % Greater than 0.5 at. % Or less.

一方、実施例1の成長温度620℃の条件では、0〜192.6μmol/分の全Sb供給量の範囲にわたって組成変動は生じなかった。このときのInGaAs層12中のSb濃度は、図7に示すように、全Sb供給量の範囲に渡って0.5at.%以下であった。従って、実施例1及び本実施例の結果から、InGaAs層12中に含まれるSb濃度が0at.%より大きく0.5at.%以下となるSb供給量の範囲であれば、Sbの供給によって、InGaAs層12の組成変動を生じさせることなく、亜鉛濃度、キャリア濃度を増加させること、即ち、1×1019cm-3以上の濃度にできることが確認できた。 On the other hand, under the condition of the growth temperature of 620 ° C. in Example 1, no composition variation occurred over the range of the total Sb supply amount of 0 to 192.6 μmol / min. The Sb concentration in the InGaAs layer 12 at this time is 0.5 at. Over the entire Sb supply range as shown in FIG. % Or less. Therefore, from the results of Example 1 and this example, the Sb concentration contained in the InGaAs layer 12 is 0 at. % Greater than 0.5 at. If the Sb supply amount is within the range of% or less, the supply of Sb increases the zinc concentration and the carrier concentration without causing the composition variation of the InGaAs layer 12, that is, 1 × 10 19 cm −3 or more. It was confirmed that a concentration of

例えば、組成変動の無いTDMASb供給量においてInGaAs層12を作製して、キャリア濃度の評価を行なった。具体的には、成長温度540℃、TDMASb供給量を18.1μmol/分で固定し、DEZn供給量を変化させてInGaAs層12を成長させた。図8と表4に、本条件で作製したInGaAs層12の各DEZn供給量におけるキャリア濃度を示す。   For example, the InGaAs layer 12 was produced at a TDMASb supply amount with no composition variation, and the carrier concentration was evaluated. Specifically, the InGaAs layer 12 was grown by fixing the growth temperature of 540 ° C., the TDMASb supply rate at 18.1 μmol / min, and changing the DEZn supply amount. FIG. 8 and Table 4 show the carrier concentration at each DEZn supply amount of the InGaAs layer 12 manufactured under these conditions.

Figure 0005215267
Figure 0005215267

図8、表4に示すように、DEZn供給量の増加と共にキャリア濃度が増加し、DEZn供給量が72.1μmol/分の時には、4.65×1019cm-3のキャリア濃度が得られた。又、本条件で作製したInGaAs層12は全て組成変動無く、InPに格子整合していることを確認した。つまり、図6において、亜鉛濃度、キャリア濃度が飽和しない範囲のTDMASb供給量、即ち、0より大きく50μmol/分以下の範囲の供給量でTDMASbを用いることで、組成制御性を保ちつつ、キャリア濃度を増やすことができることを確認した。 As shown in FIG. 8 and Table 4, the carrier concentration increased with increasing DEZn supply amount, and when the DEZn supply amount was 72.1 μmol / min, a carrier concentration of 4.65 × 10 19 cm −3 was obtained. . Further, it was confirmed that all the InGaAs layers 12 manufactured under these conditions were lattice-matched to InP with no composition variation. That is, in FIG. 6, by using TDMASb in a TDMASb supply amount in a range where the zinc concentration and the carrier concentration are not saturated, that is, in a supply amount in a range greater than 0 and 50 μmol / min or less, the carrier concentration is maintained while maintaining composition controllability. Confirmed that can be increased.

本実施例では成長温度を540℃としたが、用いる原料が成長表面において分解される温度であれば、540℃よりも低い温度でも同様の効果を得ることができる。本実施例で用いたDEZnやTDMASb、その他のDMZnやTMSb等の原料は400℃程度でも分解可能なため、本発明の効果を得ることができる下限の温度は400℃と言うことができる。上限の温度は原料の脱離による結晶性の劣化が生じない温度であり、InP基板上に作製される化合物半導体膜においては800℃である。   Although the growth temperature is 540 ° C. in this embodiment, the same effect can be obtained even at a temperature lower than 540 ° C. as long as the raw material used is decomposed on the growth surface. Since raw materials such as DEZn, TDMASb, and other DMZn and TMSb used in this example can be decomposed even at about 400 ° C., the lower limit temperature at which the effect of the present invention can be obtained can be said to be 400 ° C. The upper limit temperature is a temperature at which the crystallinity is not deteriorated due to the detachment of the raw material, and is 800 ° C. in the compound semiconductor film formed on the InP substrate.

以下に、本発明におけるTDMASb供給によるキャリア濃度増加の原因について説明する。   Hereinafter, the cause of the increase in carrier concentration due to the supply of TDMASb in the present invention will be described.

Sbを母結晶に含まないIII−V族化合物半導体の結晶成長において、少量のSbを結晶成長時に供給すると、Sbがサーファクタントとして作用することが知られている。サーファクタントは、自らは偏析効果によってほとんど結晶中に取り込まれず、表面での成長様式のみを変化させる効果を持つ。本発明におけるSbの効果もサーファクタント効果の1つである。即ち、本発明は、成長表面(特に結晶表面のステップやキンクと呼ばれる原子層レベルの段差箇所)にSb原子が吸着することにより、通常では脱離し易い、不純物となる亜鉛原子をトラップし、自らの偏析効果で亜鉛原子と入れ替わり、亜鉛を結晶中に取り込ませる効果を利用したものである。   In crystal growth of a III-V group compound semiconductor that does not contain Sb in the mother crystal, it is known that when a small amount of Sb is supplied during crystal growth, Sb acts as a surfactant. The surfactant itself is hardly taken into the crystal due to the segregation effect, and has the effect of changing only the growth mode on the surface. The effect of Sb in the present invention is also one of the surfactant effects. That is, the present invention traps zinc atoms as impurities, which are usually easily desorbed, by adsorbing Sb atoms on the growth surface (especially steps on the crystal surface or step portions at the atomic layer level called kinks). This utilizes the effect of replacing zinc atoms by the segregation effect and incorporating zinc into the crystal.

図3、図6で示したように、亜鉛濃度(キャリア濃度)がTDMASb供給量に対して依存性を持っているのは、成長表面全体をSb原子で覆うために、ある値以上の供給量が必要なためである。成長温度を下げることで、Sb原子の表面からの脱離を抑制することができ、少量のTDMASb供給量で大きなキャリア濃度増加効果が得られている。又、供給量に対して亜鉛濃度が飽和するのも、Sb原子が表面全体を覆ったためと考えることができる。   As shown in FIGS. 3 and 6, the zinc concentration (carrier concentration) has a dependency on the TDMASb supply amount because the entire growth surface is covered with Sb atoms so that the supply amount exceeds a certain value. Is necessary. By lowering the growth temperature, the desorption of Sb atoms from the surface can be suppressed, and a large effect of increasing the carrier concentration is obtained with a small amount of TDMASb supply. Moreover, it can be considered that the zinc concentration is saturated with respect to the supply amount because the Sb atoms cover the entire surface.

偏析効果を有するSbであっても、図7に示したように、わずかながら結晶中に取り込まれる。しかしながら、結晶中に取り込まれたSb濃度はSb供給量(ここでは、TDMASb供給量)に比例するものの、亜鉛濃度はSb供給量には比例しない。つまり、Sbの供給による亜鉛濃度の増大効果は、結晶中に取り込まれたSb濃度とは相関が無いことを示している。   Even Sb having a segregation effect is slightly incorporated into the crystal as shown in FIG. However, although the Sb concentration taken into the crystal is proportional to the Sb supply amount (here, TDMASb supply amount), the zinc concentration is not proportional to the Sb supply amount. That is, the effect of increasing the zinc concentration due to the supply of Sb indicates that there is no correlation with the Sb concentration taken into the crystal.

このようなSbの供給による亜鉛濃度の上昇は、InPを基板とした材料に関する文献は無いが、GaPを基板とした亜鉛ドープGaP層、GaInP層に関しては、例えば、非特許文献1や非特許文献2、非特許文献3で示されている。非特許文献1や非特許文献2では、そのメカニズムは、表面のSb原子と結合した水素原子が、亜鉛原子と結合するために、亜鉛−水素結合物の形で結晶中に取り込まれることが報告されている。その根拠は、SIMS分析において、Sbを供給することで亜鉛濃度と同時に、結晶中の水素濃度も増加するためである。   Although there is no literature regarding materials using InP as a substrate for such an increase in zinc concentration due to the supply of Sb, for example, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Documents regarding zinc-doped GaP layers and GaInP layers using GaP as a substrate. 2 and Non-Patent Document 3. In Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, the mechanism is reported that a hydrogen atom bonded to a surface Sb atom is incorporated into a crystal in the form of a zinc-hydrogen bond in order to bond with a zinc atom. Has been. This is because, in SIMS analysis, supplying Sb increases the concentration of hydrogen in the crystal as well as the concentration of zinc.

しかしながら、本発明では、図6に示すように、Sbを供給しても結晶中の水素濃度は増加しておらず、非特許文献1、2で示されたメカニズムとは全く別のメカニズムによることは明らかである。なお、図6では、全ての試料において、水素濃度はSIMSの検出下限界以下であったため、2×1017cm-3でプロットしている。又、非特許文献2では、亜鉛濃度は増加するものの、亜鉛濃度とキャリア濃度には相関が無いことを報告している。更に、非特許文献3では、亜鉛濃度の増加はSbのサーファクタント効果であると説明しているが、Sb供給量と亜鉛濃度には相関が無く、亜鉛濃度をSb供給量によって制御できないことを報告している。 However, in the present invention, as shown in FIG. 6, even when Sb is supplied, the hydrogen concentration in the crystal does not increase, and the mechanism is completely different from the mechanism shown in Non-Patent Documents 1 and 2. Is clear. In FIG. 6, since the hydrogen concentration was below the lower limit of detection of SIMS in all the samples, it was plotted at 2 × 10 17 cm −3 . Non-Patent Document 2 reports that although the zinc concentration increases, there is no correlation between the zinc concentration and the carrier concentration. Furthermore, Non-Patent Document 3 explains that the increase in zinc concentration is a surfactant effect of Sb, but there is no correlation between the Sb supply amount and the zinc concentration, and it is reported that the zinc concentration cannot be controlled by the Sb supply amount. doing.

一方、本発明では、Sbを供給することによって化合物半導体膜中の亜鉛濃度とキャリア濃度を同時に増加させることができ、且つ、その増加量をSb供給量によって制御可能であり、非特許文献2、3で報告されている内容とは相反する。以上のことから、本発明は、非特許文献1〜3で報告されているメカニズムとは全く別のメカニズムによることは明らかであり、そのため、得られる効果も相違している。   On the other hand, in the present invention, by supplying Sb, the zinc concentration and the carrier concentration in the compound semiconductor film can be increased at the same time, and the increase amount can be controlled by the Sb supply amount. This conflicts with the content reported in 3. From the above, it is clear that the present invention is based on a mechanism that is completely different from the mechanisms reported in Non-Patent Documents 1 to 3, and therefore, the obtained effects are also different.

(実施例3)
本実施例は、実施例1、2に示した亜鉛ドープInGaAs層をノンアロイ電極用のコンタクト層として用いた構成である。InGaAs層と電極(Ti/Pt/Au)とのコンタクト抵抗は、伝送線路モデル(TLM:Transmission Line Model)を用いて求めた。又、本実施例の測定用試料として、一例として、TDMASb供給量を18.1μmol/分、DEZn供給量を72.1μmol/分、成長温度540℃の条件で、Feドープされた半絶縁InP基板に亜鉛ドープInGaAs層をMOVPE成長させて作製した。比較のために、TDMASbを供給せずに、他の条件は同一とした亜鉛ドープInGaAs層からなる比較試料も作製して測定を行なった。
(Example 3)
In this example, the zinc-doped InGaAs layer shown in Examples 1 and 2 is used as a contact layer for a non-alloy electrode. The contact resistance between the InGaAs layer and the electrode (Ti / Pt / Au) was determined using a transmission line model (TLM). Further, as an example of the measurement sample of this example, a semi-insulating InP substrate doped with Fe under the conditions of a TDMASb supply amount of 18.1 μmol / min, a DEZn supply amount of 72.1 μmol / min, and a growth temperature of 540 ° C. A zinc-doped InGaAs layer was formed by MOVPE growth. For comparison, a comparative sample made of a zinc-doped InGaAs layer was prepared and measured without supplying TDMASb and under other conditions.

本実施例の試料(TDMASbを供給したもの)のInGaAs層、比較試料(TDMASbを供給しないもの)のInGaAs層のキャリア濃度は、それぞれ、4.6×1019cm-3、2.5×1019cm-3である。TLM法より求めたコンタクト抵抗率は、本実施例の試料のInGaAs層では、4.4×10-7Ωcm2であり、比較試料のInGaAs層では、1.7×10-6Ωcm2であった。この結果より、本実施例の試料のInGaAs層、即ち、TDMASbを供給して作製した亜鉛ドープInGaAs層をコンタクト層に用いることによって、ノンアロイ工程においても、電極とのコンタクト抵抗を下げることが可能である。 The carrier concentrations of the InGaAs layer of the sample of this example (supplied with TDMASb) and the InGaAs layer of the comparative sample (without supplying TDMASb) are 4.6 × 10 19 cm −3 and 2.5 × 10 respectively. 19 cm −3 . The contact resistivity determined by the TLM method was 4.4 × 10 −7 Ωcm 2 for the InGaAs layer of the sample of this example, and 1.7 × 10 −6 Ωcm 2 for the InGaAs layer of the comparative sample. It was. From this result, it is possible to reduce the contact resistance with the electrode even in the non-alloy process by using the InGaAs layer of the sample of this example, that is, the zinc-doped InGaAs layer prepared by supplying TDMASb, as the contact layer. is there.

本実施例では、コンタクト層としてInGaAs層を用いたが、InGaAsP層を用いても同様の効果を得ることができる。   In this embodiment, the InGaAs layer is used as the contact layer, but the same effect can be obtained even if the InGaAsP layer is used.

(実施例4)
本実施例では、実施例3で示したコンタクト層を用いて、半導体デバイス、一例として、リッジ型分布帰還型(DFB:Distributed Feedback)レーザを作製している。この構成を図9に示して、本実施例の説明を行う。
Example 4
In this embodiment, a semiconductor device, for example, a ridge type distributed feedback (DFB) laser is manufactured using the contact layer shown in the third embodiment. This configuration is shown in FIG. 9, and the present embodiment will be described.

本実施例のDFBレーザでは、図9に示すように、n型InP(100)基板19上に、n型InPクラッド層20、上下をInGaAsP光閉じ込め層21、23に挟まれた量子井戸構造22を成長し、上部InGaAsP光閉じ込め層23に、電子ビーム露光及びウェットエッチングを用いて、回折格子(図示省略)を形成し、DFB構造を作製している。   In the DFB laser of the present embodiment, as shown in FIG. 9, a quantum well structure 22 in which an n-type InP clad layer 20 is sandwiched between InGaAsP optical confinement layers 21 and 23 on an n-type InP (100) substrate 19. Then, a diffraction grating (not shown) is formed on the upper InGaAsP light confinement layer 23 using electron beam exposure and wet etching to produce a DFB structure.

量子井戸構造22は、バンドギャップ波長が1.4μmで圧縮歪1%のInGaAlAs量子井戸層(6nm)が10層、バンドギャップ波長が1.0μmで引張り歪0.2%のInGaAlAs障壁層(10nm)が11層からなる多重量子井戸構造とした。その後、p型InPクラッド層24と、実施例3で示したInGaAs層をコンタクト層25として再成長する。   The quantum well structure 22 has an InGaAlAs quantum well layer (6 nm) with a band gap wavelength of 1.4 μm and a compressive strain of 1%, an InGaAlAs barrier layer (10 nm with a band gap wavelength of 1.0 μm and a tensile strain of 0.2%). ) Has a multiple quantum well structure consisting of 11 layers. Thereafter, the p-type InP clad layer 24 and the InGaAs layer shown in Example 3 are regrown as the contact layer 25.

コンタクト層成長後、SiO2層26をマスクとして、ドライエッチング及びウェットエッチングを併用して、2.0μm幅の逆メサ型のストライプ構造を作製する。 After the contact layer is grown, an inverted mesa stripe structure having a width of 2.0 μm is produced by using dry etching and wet etching together with the SiO 2 layer 26 as a mask.

ストライプ脇をポリイミド27により埋め込んだ後、ノンアロイのp型電極28を作製する。n型電極29の形成後、共振器長を250μmに劈開し、リッジ型DFBレーザ構造が作製される。片方の端面に高反射膜コーティング(反射率90%以上)を施し、もう片方には無反射膜コーティング(反射率1%以下)を施した。   After embedding the stripe side with polyimide 27, a non-alloy p-type electrode 28 is produced. After the n-type electrode 29 is formed, the resonator length is cleaved to 250 μm, and a ridge type DFB laser structure is fabricated. One end face was coated with a highly reflective film (reflectance of 90% or higher), and the other face was coated with a non-reflective film (reflectance of 1% or lower).

なお、比較のために、上記リッジ型DFBレーザ構造において、コンタクト層のみ異なる構成のレーザ、即ち、TDMASbの供給無しで作製したInGaAsコンタクト層を用いたレーザも作製した。   For comparison, a laser having a different structure only in the contact layer in the ridge type DFB laser structure, that is, a laser using an InGaAs contact layer manufactured without supplying TDMASb was also manufactured.

本実施例(TDMASbを供給してInGaAsコンタクト層を作製したもの)のレーザ、比較例(TDMASbを供給しないでInGaAsコンタクト層を作製したもの)のレーザでは、いずれのものも、室温連続動作において、波長1.312μmでの単一モード発振が得られ、しきい値電流は10mA程度であり、30mW程度の光出力が得られた。しかしながら、比較例のレーザでは、室温での小信号特性における3dB帯域が15.9GHzであるのに対して、本実施例のレーザでは、17.5GHzの値が得られた。又、15GHz以上の小信号特性が得られるレーザチップの歩留りを調べたところ、比較例のレーザでは48%であったが、本実施例のレーザでは、92%であった。これらの結果から、TDMASbを供給して作製したInGaAsコンタクト層を用いることにより、レーザ特性を向上できることが確認できた。   In the laser of this example (the one in which the InGaAs contact layer was produced by supplying TDMASb) and the laser in the comparative example (the one in which the InGaAs contact layer was produced without supplying TDMASb), both were in continuous operation at room temperature. Single mode oscillation at a wavelength of 1.312 μm was obtained, the threshold current was about 10 mA, and an optical output of about 30 mW was obtained. However, in the laser of the comparative example, the 3 dB band in the small signal characteristic at room temperature is 15.9 GHz, whereas in the laser of this example, a value of 17.5 GHz was obtained. Further, when the yield of a laser chip capable of obtaining a small signal characteristic of 15 GHz or more was examined, it was 48% with the laser of the comparative example, but 92% with the laser of the present example. From these results, it was confirmed that the laser characteristics can be improved by using the InGaAs contact layer produced by supplying TDMASb.

なお、本実施例では、レーザの活性層としてInGaAlAsからなる量子井戸構造を用いたが、本発明は、コンタクト層の形成に関するものであり、光閉じ込め層や量子井戸構造、回折格子の形成方法等は、どのような材料・方法を用いても、本発明の効果を得ることができる。   In this embodiment, a quantum well structure made of InGaAlAs is used as the active layer of the laser. However, the present invention relates to the formation of a contact layer, and includes an optical confinement layer, a quantum well structure, a method for forming a diffraction grating, and the like. The effect of the present invention can be obtained by using any material / method.

又、本実施例では、リッジ構造を有するレーザを用いたが、本発明は、コンタクト層の形成に関するものであり、リッジ構造に限定されるものではない。活性層の両脇を半絶縁InP層で埋め込んだ半絶縁埋め込み型レーザや、p型InP層、n型InP層を交互に積層したpn埋め込み型レーザにおいても、本実施例と同様の効果を得ることができる。   In this embodiment, a laser having a ridge structure is used. However, the present invention relates to the formation of a contact layer and is not limited to the ridge structure. The same effect as in this embodiment can be obtained also in a semi-insulating embedded laser in which both sides of an active layer are embedded with a semi-insulating InP layer, and in a pn embedded laser in which p-type InP layers and n-type InP layers are alternately stacked. be able to.

(実施例5)
本実施例では、実施例3で示したコンタクト層を用いて、半導体デバイス、一例として、導波路型受光素子を作製している。この構成を図10に示して、本実施例の説明を行う。
(Example 5)
In this embodiment, the contact layer shown in Embodiment 3 is used to manufacture a semiconductor device, for example, a waveguide type light receiving element. This configuration is shown in FIG. 10, and this embodiment will be described.

本実施例の導波路型受光素子では、図10に示すように、Feドープされた半絶縁InP(100)基板30上に、500nm厚のn型InPバッファ層31(キャリア濃度2×1018cm-3)、100nm厚のn型InGaAsPコンタクト層32(バンドギャップ波長1.3μm、キャリア濃度4×1018cm-3)、300nm厚のn型InPクラッド層33(キャリア濃度2×1018cm-3)、800nm厚のn型InGaAsP光閉じ込め層34(バンドギャップ波長1.3μm、キャリア濃度2×1018cm-3)、200nm厚のアンドープInGaAs光吸収層35、800nm厚のp型InGaAsP光閉じ込め層36(バンドギャップ波長1.3μm、キャリア濃度1×1018cm-3)、500nm厚のp型InPクラッド層37(キャリア濃度1×1018cm-3)、250nm厚のTDMASbを供給して作製したp型InGaAsコンタクト層38(キャリア濃度4×1019cm-3)を、順次、形成する。 In the waveguide type light receiving element of this example, as shown in FIG. 10, an n-type InP buffer layer 31 (carrier concentration 2 × 10 18 cm) having a thickness of 500 nm is formed on a Fe-doped semi-insulating InP (100) substrate 30. -3 ), 100 nm thick n-type InGaAsP contact layer 32 (band gap wavelength 1.3 μm, carrier concentration 4 × 10 18 cm −3 ), 300 nm thick n-type InP cladding layer 33 (carrier concentration 2 × 10 18 cm −). 3 ), n-type InGaAsP optical confinement layer 34 with a thickness of 800 nm (band gap wavelength 1.3 μm, carrier concentration 2 × 10 18 cm −3 ), undoped InGaAs light absorption layer 35 with a thickness of 200 nm, p-type InGaAsP optical confinement with a thickness of 800 nm layer 36 (band gap wavelength 1.3 .mu.m, carrier concentration 1 × 10 18 cm -3), a 500nm thick p-type InP cladding Layer 37 (carrier concentration 1 × 10 18 cm -3), p -type InGaAs contact layer 38 was produced by supplying a 250nm thick TDMASb (carrier concentration 4 × 10 19 cm -3), are formed successively.

その後、ドライエッチングにより、幅5μm、長さ15μmのストライプ構造を形成し、その脇をポリイミド39で埋め込んだ。最後に、ノンアロイのp型電極40、そして、n型電極41を作製した。   Thereafter, a stripe structure having a width of 5 μm and a length of 15 μm was formed by dry etching, and the side thereof was filled with polyimide 39. Finally, a non-alloy p-type electrode 40 and an n-type electrode 41 were prepared.

なお、比較のために、上記導波路型受光素子において、コンタクト層のみ異なる構成の受光素子、即ち、TDMASbを供給しないで作製したp型InGaAs層(キャリア濃度2.5×1019cm-3)をコンタクト層とした導波路型受光素子も作製した。 For comparison, in the waveguide type light receiving element, a light receiving element having a different configuration only in the contact layer, that is, a p-type InGaAs layer (carrier concentration 2.5 × 10 19 cm −3 ) manufactured without supplying TDMASb. A waveguide type light receiving element having a contact layer as a contact layer was also fabricated.

作製した受光素子の周波数特性における3dB帯域は、比較例(TDMASbを供給しないでコンタクト層を作製したもの)の受光素子では、10個の素子において40〜48GHzの値が得られ、平均では43GHzであった。一方、本実施例(TDMASbを供給してコンタクト層を作製したもの)の受光素子では、10個の素子において3dB帯域は50〜55GHzであり、平均は52GHzであった。この結果から、TDMASbを供給して作製したコンタクト層を用いることにより、受光素子の特性を向上できることが確認できた。   The 3 dB band in the frequency characteristics of the manufactured light receiving element is 40 to 48 GHz in 10 elements in the light receiving element of the comparative example (the contact layer is manufactured without supplying TDMASb), and the average is 43 GHz. there were. On the other hand, in the light receiving element of this example (the contact layer was prepared by supplying TDMASB), the 3 dB band of 10 elements was 50 to 55 GHz, and the average was 52 GHz. From this result, it was confirmed that the characteristics of the light receiving element can be improved by using a contact layer manufactured by supplying TDMASb.

本実施例では、InGaAs層を光吸収層、InGaAsP層を光閉じ込め層として用いたが、本発明は、コンタクト層に関するものであり、光吸収層、光閉じ込め層の構造に限定されるものではない。又、本実施例では、導波路型の受光素子を例にとって説明したが、面型の受光素子でも同様の効果を得ることができる。   In this embodiment, the InGaAs layer is used as the light absorption layer and the InGaAsP layer is used as the light confinement layer. However, the present invention relates to the contact layer and is not limited to the structure of the light absorption layer and the light confinement layer. . In this embodiment, the waveguide type light receiving element has been described as an example. However, the same effect can be obtained with a surface type light receiving element.

本発明は、半導体デバイスのノンアロイ電極用のコンタクト層に好適なものである。   The present invention is suitable for a contact layer for a non-alloy electrode of a semiconductor device.

12 InGaAs層
25 p−InGaAsコンタクト層
38 p−InGaAsコンタクト層
12 InGaAs layer 25 p-InGaAs contact layer 38 p-InGaAs contact layer

Claims (1)

p型ドーパントとして亜鉛を用い、III族原子としてIn、Ga、Alの少なくとも1つを含み、N以外のV族原子としてAs、Pを少なくとも1つ含むIII−V族化合物半導体膜を製造する化合物半導体膜の製造方法であって、
亜鉛を含む亜鉛含有原料と共にSbを含むSb含有原料であるトリスジメチルアミノアンチモン又はトリメチルアンチモンを供給し、
当該化合物半導体膜の成長温度を400℃以上540℃以下とし、
前記化合物半導体膜中に取り込まれるSbのV原子中の原子百分率を0at.%より大きく、0.5at.%以下の範囲に制御することにより、前記化合物半導体膜に含まれる亜鉛濃度及びキャリア濃度を×1019cm-3以上とすることを特徴とする化合物半導体膜の製造方法。
Compound for producing a III-V compound semiconductor film using zinc as a p-type dopant, containing at least one of In, Ga, Al as a group III atom and at least one As, P as a group V atom other than N A method for manufacturing a semiconductor film, comprising:
Supplying trisdimethylaminoantimony or trimethylantimony which is a Sb-containing raw material containing Sb together with a zinc-containing raw material containing zinc;
The growth temperature of the compound semiconductor film is 400 ° C. or more and 540 ° C. or less,
The atomic percentage in the group V atoms of Sb taken into the compound semiconductor film is 0 at. %, 0.5 at. % By controlling the following range, method for producing a compound semiconductor film, characterized in that the zinc concentration and the carrier concentration contained in the compound semiconductor film and 2 × 10 19 cm -3 or more.
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