JPH01154513A - Epitaxial growth method - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、エピタキシャル成長法に関し、特に、超格子
構造を有するGaInPまたはAlGaInPのエピタ
キシャル成長法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an epitaxial growth method, and particularly to an epitaxial growth method of GaInP or AlGaInP having a superlattice structure.
〔発明の概要]
本発明のエピタキシャル成長法は、III族またはII
族元素の原子が配列している(111)面からV族また
は■族元素の原子が配列している最隣接の(111)面
に向かう法線ベクトルがただ一本だけその物理的表面か
ら外方に向かう、せん亜鉛鉱型結晶構造を有する■−■
族またはIt−Vl族化合物結晶基板上に超格子構造を
有するGaInPまたはAlGa1.nPのエピタキシ
ャル層を形成するようにしている。これによって、単一
方位の超格子構造を有するGaInPまたはAlGaI
nPのエピタキシャル層を形成することができる。[Summary of the invention] The epitaxial growth method of the present invention is applicable to group III or II
Only one normal vector from the (111) plane where the atoms of group elements are arranged to the nearest (111) plane where the atoms of group V or group II elements are arranged is outside the physical surface. ■−■ has a zincite-type crystal structure toward the
GaInP or AlGaI. An nP epitaxial layer is formed. This allows GaInP or AlGaI to have a single orientation superlattice structure.
An nP epitaxial layer can be formed.
〔従来の技術]
従来より、せん亜鉛鉱型結晶構造を有する■−V族化合
物の一種であるGaAsの(001)基板表面上に、G
aInPまたはAlGaIn Pのエピタキシャル層を
形成する試みが多くなされている。このGaInPまた
はAlGaInPのエピタキシャル層には、規則格子構
造(超格子構造)が形成されることが知られている。こ
の超格子は、人為的に形成される人1超格子とは異なり
、結晶成長の際に自然に形成されるものである。アプラ
イド フィジックスレターズ、第50巻、第673頁か
ら第675頁(1987年) (A+)plied
Physics Letters、 Vol、50+
pp、673−675 (1987))では、GaIn
Pのエピタキシャル層中に形成される超格子は(110
)面の規則格子であると報告されている。[Prior art] G
Many attempts have been made to form epitaxial layers of aInP or AlGaInP. It is known that a regular lattice structure (superlattice structure) is formed in this GaInP or AlGaInP epitaxial layer. This superlattice is different from the human-1 superlattice, which is formed artificially, and is naturally formed during crystal growth. Applied Physics Letters, Vol. 50, pp. 673-675 (1987) (A+) plied
Physics Letters, Vol, 50+
pp. 673-675 (1987)), GaIn
The superlattice formed in the epitaxial layer of P is (110
) surface is reported to be a regular lattice.
しかしながら、その後の研究により、GaAsの(00
1)基板上に形成されたGaInPまたはAlGaIn
Pのエピタキシャル層中にはその(111)面及び(T
ll)面にせん亜鉛鉱型結晶構造の2倍の周期の超格子
がそれぞれ形成されていることが分かり、これは本発明
者が行った電子顕微鏡による構造解析の結果とも一致す
る。これらの(1丁1)面及び(工11)面の超格子は
結晶学的には完全に等価であり、一つのエピタキシャル
層中にこれらの二つの超格子の領域が形成されている。However, subsequent research revealed that GaAs (00
1) GaInP or AlGaIn formed on the substrate
In the epitaxial layer of P, its (111) plane and (T
It was found that a superlattice with a period twice that of the zincite crystal structure was formed on each of the ll) planes, and this also agrees with the results of structural analysis using an electron microscope conducted by the present inventor. These (1-1) plane and (1-11) plane superlattices are completely equivalent crystallographically, and regions of these two superlattices are formed in one epitaxial layer.
このように、GaAsの(001)基板上に形成された
GaInPまたはAlGaInPのエピタキシャル層中
には2種類の方位の超格子が混在しているため、このエ
ピタキシャル層は結晶学的に本当の完全結晶とはなって
おらず、これがこのエピタキシャル層の電気的、光学的
、力学的、熱的特性等に悪影響を及ぼすという問題があ
った。In this way, the GaInP or AlGaInP epitaxial layer formed on the GaAs (001) substrate contains two types of superlattice orientations, so this epitaxial layer is crystallographically a true perfect crystal. However, there is a problem in that this adversely affects the electrical, optical, mechanical, thermal properties, etc. of this epitaxial layer.
従って本発明の目的は、単一方位の超格子構造を有する
GaInPまたはAlGaInPのエピタキシャル層を
形成することができるエピタキシャル成長法を提供する
ことにある。Therefore, it is an object of the present invention to provide an epitaxial growth method capable of forming an epitaxial layer of GaInP or AlGaInP having a unidirectional superlattice structure.
〔問題点を解決するための手段]
GaAsの(001)基板表面上に形成されたGaIn
PまたはAlGaInPのエピタキシャル層の(1工1
)面及び(Tll)面に上述のように超格子がそれぞれ
形成されるのは、GaAs (001)基板表面ではこ
のGaAsの(111)面及び(Tll)面が結晶学的
に等価であるためであり、このGaAs(001)基板
を用いる限りエピタキシャル層中に(111)面及び(
ill)面の超格子がそれぞれ形成されることは避けが
たい。本発明者の検討によれば、これを防止するために
は、GaAsのAs原子が配列している結晶学的に等価
な四つの(111)面のうちの二つ以上がその表面で等
価とならないようなGaAs基板を使用すればよい。こ
のことは、GaAs基板以外のせん亜鉛鉱型結晶構造を
有する■−■族化合物結晶基板、さらにはせん亜鉛鉱型
結晶構造を有するII−■族化合物結晶基板についても
言えることである。[Means for solving the problem] GaIn formed on the surface of a GaAs (001) substrate
Epitaxial layer of P or AlGaInP (1 step 1
) and (Tll) planes as described above are formed because the (111) plane and (Tll) plane of GaAs are crystallographically equivalent on the GaAs (001) substrate surface. As long as this GaAs (001) substrate is used, the (111) plane and (
It is inevitable that a superlattice of ill) planes is formed respectively. According to the inventor's study, in order to prevent this, two or more of the four crystallographically equivalent (111) planes on which the As atoms of GaAs are arranged must be equivalent on that surface. It is sufficient to use a GaAs substrate that does not This also applies to group II-II compound crystal substrates having a zincite crystal structure other than GaAs substrates, and even II-III compound crystal substrates having a zincite crystal structure.
本発明は、以上の検討に基づいて案出されたものである
。The present invention has been devised based on the above considerations.
すなわち本発明は、III族またはII族元素の原子が
配列している(111)面からV族または■族元素の原
子が配列している最隣接の(111)面に向かう法線ベ
クトルがただ一本だけその物理的表面から外方に向かう
、せん亜鉛鉱型結晶構造を有する■−V族またはII−
■族化合物結晶基板上に超格子構造を有するGaInP
またはAlGaInPのエピタキシャル層を形成するよ
うにしたエピタキシャル成長法である。In other words, in the present invention, the normal vector from the (111) plane where atoms of group III or group II elements are arranged to the nearest (111) plane where atoms of group V or group II elements are arranged is simply ■-V or II- having a zincite-type crystal structure with only one pointing outward from its physical surface
GaInP with a superlattice structure on a group compound crystal substrate
Alternatively, it is an epitaxial growth method in which an epitaxial layer of AlGaInP is formed.
上記した手段によれば、エピタキシャル成長時に上記法
線ベクトルに垂直な一種類の方位の(111)面超格子
のみが優先的に形成されるので、単一方位の超格子構造
を有するGarnPまたはAlGaInPのエピタキシ
ャル層を形成することができる。According to the above-mentioned means, only a (111) plane superlattice with one type of orientation perpendicular to the normal vector is preferentially formed during epitaxial growth, so that GarnP or AlGaInP having a single orientation superlattice structure is preferentially formed. An epitaxial layer can be formed.
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図に示すように、本実施例においては、例えばn+
型のGaAs基板1上に例えばGaXIn、−、P層2
をエピタキシャル成長させる。As shown in FIG. 1, in this embodiment, for example, n+
For example, a GaXIn, -, P layer 2 is formed on a type of GaAs substrate 1.
grown epitaxially.
このGaAs基板1は、■族元素であるGa原子が配列
している(111)面から■族元素であるAs原子が配
列している(111)面に向かう法線ベクトルnがただ
一本だけこのGaAs基板1の物理的表面から外方に向
かうような結晶方位を有する。具体的には、As原子が
配列している(111)面を表面に有するGaAs基板
、As原子が配列している(1111面がその物理的表
面からO〜19.5°以内にあるGaAs基板等を用い
ることができる。This GaAs substrate 1 has only one normal vector n that goes from the (111) plane where Ga atoms, which are group II elements, are arranged to the (111) plane where As atoms, which are group II elements, are arranged. The crystal orientation is directed outward from the physical surface of the GaAs substrate 1. Specifically, GaAs substrates have a (111) plane on the surface in which As atoms are arranged, GaAs substrates in which As atoms are arranged (1111 plane is within 0 to 19.5 degrees from the physical surface) etc. can be used.
この19.5°という角度は、結晶学的に等価な四つの
(111)面のうちの一つの面と他の一つの面の法線と
のなす角である。This angle of 19.5° is the angle between one of the four crystallographically equivalent (111) planes and the normal to the other plane.
このGaAs基板1上に例えば常圧MOCVD (有機
金属気相成長)法によりGay In+−XPP層2エ
ピタキシャル成長させる。この際、原料ガスとしては、
例えば、Gaの供給源としてTEG ()リエチルガリ
ウム、 (CzHs):+Ga ) 、Inの供給源と
してTEI(1−リエチルインジウム、 (CzHs
) !In )、Pの供給源としてPH,(フォスフイ
ン)を用いることができる。また、基板温度としては例
えば680°Cを用いることができる。On this GaAs substrate 1, a Gay In+-XPP layer 2 is epitaxially grown, for example, by atmospheric pressure MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). At this time, the raw material gas is
For example, TEG ()ethylgallium, (CzHs):+Ga) is used as a Ga source, and TEI (1-ethylindium, (CzHs)) is used as an In source.
)! In ), PH, (phosphine) can be used as a source of P. Further, as the substrate temperature, for example, 680°C can be used.
このエピタキシャル成長の際には、GaXInl−MP
i2の結晶学的に等価な四つの(111)面のうちの一
つ、例えば(111)面の超格子のみが優先的に成長し
、他の方位の超格子の成長は抑えられる。このため、G
aAs基板1上に単一方位の超格子構造を有するGa、
In+−x P 712をエピタキシャル成長させる
ことができる。このGaXInk−XP層層中中超格子
はせん亜鉛鉱型結晶構造の2倍の周期を有する。この超
格子は、Ga原子が配列している(111)面及びIn
原子が配列している(111)面が交互に現れることに
より形成されたものである。During this epitaxial growth, GaXInl-MP
Only one of the four crystallographically equivalent (111) planes of i2, for example, the superlattice of the (111) plane, grows preferentially, and the growth of superlattices in other orientations is suppressed. For this reason, G
Ga having a unidirectional superlattice structure on the aAs substrate 1,
In+-x P 712 can be epitaxially grown. This superlattice in the GaXInk-XP layer has a period twice that of the zincite crystal structure. This superlattice consists of the (111) plane in which Ga atoms are arranged and the In
It is formed by the alternating appearance of (111) planes in which atoms are arranged.
上述のようにして形成された単一方位の超格子構造を有
するGaxInl−x P層2は、電気的、光学的、力
学的、熱的特性等に優れているため、このGa、 In
、、 P層2を用いて半導体レーザー等の高性能のデバ
イスを製作することが可能である。The GaxInl-xP layer 2 having a single-oriented superlattice structure formed as described above has excellent electrical, optical, mechanical, thermal properties, etc.
,, It is possible to manufacture high-performance devices such as semiconductor lasers using the P layer 2.
以上、本発明の実施例につき具体的に説明したが、本発
明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明
の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
例えば、上述の実施例で用いたn“型GaAs基板の代
わりに例えば半絶縁性GaAs基板を用いることができ
ることは勿論、GaP、 InP、 InSb等のGa
As以外のせん亜鉛鉱型結晶構造を有するIII−V族
化合物結晶基板を用いてもよい。また、ZnS、 Zn
5e。For example, it is possible to use, for example, a semi-insulating GaAs substrate in place of the n" type GaAs substrate used in the above embodiments, as well as GaP, InP, InSb, etc.
A III-V compound crystal substrate having a zincite crystal structure other than As may also be used. Also, ZnS, Zn
5e.
ZnTe、 CdTe等のせん亜鉛鉱型結晶構造を有す
る■−■族化合物結晶基板を用いることもできる。なお
、ここに例示した■−V族化合物及びII−VI族化合
物はいずれも二元系化合物であるが、これに限定される
ものではなく、例えばGaInAsのような三元系の■
−V族化合物結晶基板を用いることも可能である。さら
に、例えばSi基板上にGaAs層を形成したものを基
板として用いることも可能である。また、Ga、 In
、−、P層2には必要に応じて例えばn型不純物をドー
プしてもよい。さらに、上述の実施例により形成された
このGa、 In+−x PFi2の超格子は結晶成長
時に自然に形成されるものであるが、本発明はMOCV
D法やMBE(分子線エピタキシー)法により人工超格
子を形成する場合にも適用することができる。It is also possible to use a crystal substrate of a compound of the ■-■ group having a zincite crystal structure, such as ZnTe or CdTe. Note that the ■-V group compounds and II-VI group compounds illustrated here are both binary compounds, but are not limited thereto; for example, ternary compounds such as GaInAs, etc.
It is also possible to use a -V group compound crystal substrate. Furthermore, it is also possible to use, for example, a Si substrate on which a GaAs layer is formed as the substrate. Also, Ga, In
, -, P layer 2 may be doped with, for example, an n-type impurity, if necessary. Furthermore, although the superlattice of Ga, In+-x PFi2 formed in the above-mentioned embodiment is naturally formed during crystal growth, the present invention
It can also be applied to the case where an artificial superlattice is formed by the D method or the MBE (molecular beam epitaxy) method.
また、上述の実施例においては、本発明をGa。Moreover, in the above-mentioned examples, the present invention was applied to Ga.
In、−、P層2の成長に適用した場合について説明し
たが、本発明はAlGaInPの成長にも同様に適用す
ることができる。Although the case where the present invention is applied to the growth of the In, -, P layer 2 has been described, the present invention can be similarly applied to the growth of AlGaInP.
本発明によれば、III族またはII族元素の原子が配
列している(111)面からV族または■族元素の原子
が配列している最隣接の(111)面に向かう法線ベク
トルがただ一本だけその物理的表面から外方に向かう、
せん亜鉛鉱型結晶構造を有する■−■族またはII−V
l族化合物結晶基板上に超格子構造を有するGaInP
またはAlGaInPのエピタキシャル層を形成するよ
うにしているので、単一方位の超格子構造を有するGa
InPまたはAlGaInPのエピタキシャル層を形成
することができる。According to the present invention, the normal vector directed from the (111) plane where atoms of group III or group II elements are arranged to the nearest (111) plane where atoms of group V or group II elements are arranged is Only one line points outward from its physical surface,
■-■ group or II-V having a zincite crystal structure
GaInP with superlattice structure on I group compound crystal substrate
Alternatively, since an epitaxial layer of AlGaInP is formed, GaInP has a superlattice structure with a single orientation.
An epitaxial layer of InP or AlGaInP can be formed.
第1図は本発明の一実施例によるエピタキシャル成長法
を説明するための断面図である。
図面における主要な符号の説明
1:GaAs基板、 2 : GaxInl−x P層
。FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining an epitaxial growth method according to an embodiment of the present invention. Explanation of main symbols in the drawings 1: GaAs substrate, 2: GaxInl-xP layer.
Claims (1)
}面からV族またはVI族元素の原子が配列している最隣
接の{111}面に向かう法線ベクトルがただ一本だけ
その物理的表面から外方に向かう、せん亜鉛鉱型結晶構
造を有するIII−V族またはII−VI族化合物結晶基板上
に超格子構造を有するGaInPまたはAlGaInP
のエピタキシャル層を形成するようにしたことを特徴と
するエピタキシャル成長法。Atoms of group III or group II elements are arranged {111
} plane to the nearest {111} plane in which group V or group VI element atoms are arranged, and only one normal vector points outward from the physical surface. GaInP or AlGaInP having a superlattice structure on a III-V or II-VI compound crystal substrate
An epitaxial growth method characterized by forming an epitaxial layer of.
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Publications (2)
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JPH01154513A true JPH01154513A (en) | 1989-06-16 |
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1987
- 1987-12-11 JP JP62313185A patent/JP2674043B2/en not_active Expired - Fee Related
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