JPH0291927A - ＣａＡｌＩｎＰの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明はＭ　ＯＣＶ　Ｄ法を用いたＧａＡｌＩｎＰの形
成方法に関する。

（ロ）従来の技術 （Ｇ　ａ　＋−ｍＡ　Ｊ　ｘ　）　ｙ　Ｉ　ｎ　、−、
ｐはｙ＝ｏ、５とすることによってＧａＡｓの格子定数
と一致したそれを持つことができ、その光学的バンドギ
ャップから可視光発光を可能とするため、半導体レーザ
材料として用いられている。

斯る（Ｇａ＋−、Ａｆｆｉ　Ｘ）＠、Ｉ　ｎｏｌＰは例
えばＩＥＥＥ　　ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　Ｑｕａｎ
ｔｕｍ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｖｏｌ、ＱＥ−２
３、Ｎｏ、６．Ｊｕｎｅ　　１９８７．ｐ、７０４〜ｐ
、７１１に開示されている如く、Ｍ　ＯＣＶ　Ｄ法によ
って形成できる。

また、半導体レーザの構造には、量子効率及び光閉込め
効率を向上させるため、相対的にバンドギャップの小さ
い活性層をバンドギャップの大きいクラッド層で挟む所
謂ダブルへテロ構造が多く採用されている。一方、（Ｇ
　ａ　１−ｍＡ　ｌ　ｘ　）　０１１ｎｏｙＰを用いた
半導体レーザにおけるダブルへテロ構造は、クラッド層
のＡＮ混晶比Ｘを活性層のそれよりも高くすることによ
って達成される。

しかし乍ら、斯るＡｌ混晶比の高い（Ｇ　ａ　１−ｔＡ
ＩＸ）ａａｌｎｏｌＰをＧａＡｓ基板上に形成させた場
合、結晶表面にヒロックと呼ばれる結晶欠陥が多く発生
するため、（ＩＥＥＥ　　ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　
Ｑｕａｎｔｕｍ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｖｏｌ、
ＱＥ−２３，Ｎｏ、　　６．　　Ｊｕｎｅ　　１９８７
．ｐ、７０８．Ｆｉｇ７参照）、均一で鏡面をなす良質
の結晶を得ることは困離であった。この欠陥は０．４≦
Ｘ≦１の範囲で顕著に現われる。そしてこの結晶欠陥は
半導体レーザにおいては非発光中心となり、レーザの製
造歩留りの低下の原因となる。

本発明者がこの結晶欠陥の発生原因を鋭意探求した結果
、（Ｇ　ａ　ｌ−ｍＡ　ｌｘ　）　ｙ　Ｉ　ｎ　ｌ−ｊ
　Ｐの結晶成長初期において、ＩＩＩ族元素のＩｎやＧ
ａがＧａＡｓ基板上で局所的に高濃度な部分を形成する
こと、及びこの部分で結晶欠陥が発生することが判明し
た。

（ハ）発明が解決しようとする課題 したがって本発明は、（Ｇａ＋−、Ａｌｘ）ｙ　１ｎ、
−、ｐの結晶成長初期において、ＧａＡｓ基板上でＩｎ
やＧａが局所的に高濃度な部分を形成することを抑制し
、結晶欠陥の少ない均一で良質なＡｌ混晶比の高イ（Ｇ
　ａ　、−ｍＡ　ｌ　ｘ　）　ｙ　Ｉ　ｎ　１−ｙＰを
形成することを技術的課題とする。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、ＭＯＣＶＤ法を用いてＧａＡｓ基板上に（Ｇ
ａ＋−ｗＡＪ！ｘ）ｙ　Ｉｎ＋−ｙＰを成長する方法に
おいて、上記課題を解決するため、ＧａＡｓ基板上にＭ
ｇ又はＺｎが高濃度に添加された（Ｇａ＋−、Ａｌ　ｘ
）ｙ　Ｉ　ｎ、−ｙＰ薄膜を形成し、次いでこの上に所
望不純物濃度の（Ｇ　ａ　＋　−ｔ　Ａ　Ｒｘ　）　！
／Ｉ　ｎ　、ｙＰを形成することを特徴とする。

（、ネ）作　用 理由は明らかにされていないが、ＧａＡｓ基板上に、Ｍ
ｇ又はＺｎが高濃度に添加された（Ｇａ−ｘＡ　ｌ　ｘ
　）　ｙ　Ｉ　ｎ　１−ｙＰ薄膜を形成すると、この上
に形成される所望不純物濃度の（Ｇ　ａ　、、Ａ　１ｘ
）　ｙ　Ｉ　ｎｌ−ｙＰは結晶欠陥の少ない良質なもの
となる。

（へ）実施例 第１図は本発明方法の一実施例を示す工程別断面図であ
る。また、本実施例において、結晶成長は周知の減圧Ｍ
ＯＣＶＤ装置を用いて行うものである。

先ず第１図（ａ）に示す如く、例えば面方位（１００）
の表面が機械的、化学的に洗浄されたＧａＡｓ基板（１
）を準備する。そして、斯るＧａＡｓ基板を減圧ＭＯＣ
ＶＤ装置の反応管内にセットし、反応管内の圧力を７０
Ｔｏ　ｒ　ｒに減圧する。次いで反応管にＡ　ｓ　Ｈｓ
　（アルシン）を供給しなからＧａＡｓ基板を７００℃
に加熱保持する。ここで、ＡｓＨｓを供給するのは加熱
時にＧａＡｓ基板（１）から蒸気圧の高いＡｓが解離す
るのを防ぐためである。

次に、ＡｓＨ，の供給を止めｙＰＨ，（ホスフィン）を
供給する。約１０秒後Ｃｐ＋Ｍｇ（シクロペンタジェニ
ルマグネシウム）　、ＴＭＧａ　（トリメチルガリウム
）、ＴＭＡｌ（）、リメチルアルミニウム）、ＴＭＩｎ
（トリメチルインジウム）をそれぞれ反応管に供給して
結晶成長を開始し、第１図（ｂ）に示す如く、Ｍｇが高
濃度に添加された（Ｇ　ａｏ、＋Ａｌｏ、ｓ）　ｏ、ｓ
ｌ　ｎｏｌＰ　（２）を膜厚５０〜３００人程度形成す
る。この時、ＣｐｔＭｇのＩＩＩ族原材原料するモル比
はＣｐｔＭｇ／　（ＴＭＧａ＋ＴＭＡｆｆｉ＋ＴＭＩｎ
）　＋１０−’程度であり、キャリア濃度５　Ｘ　Ｉ　
Ｑ　”ｃｍ””を得る通常のモル比１０−ｓに比して極
めて大きなものである。またＩＩＩ族原材原料するＶ族
原料のモル比は約５００である。ここで、本実施例にお
いて、形成する（Ｇａ＋−、ＡＪ！ｘ）ｙｌｎ＋−ｙＰ
はＧａＡｓ基板（１）と格子整合するようにｙを０．５
とし、Ｘを従来において欠陥の生じる０、５に設定した
。

次いで、ＣｐｔＭｇの供給を止め、他の原料ガスをその
まま流して第１図（Ｃ）に示す如く、ノンドープの（Ｇ
　ａｏ、ｓＡＪ！ｏ１）　ｏ、＋Ｉ　ｎｏｌＰ（３）を
形成する。勿論ノンドープの（Ｇａｏ、Ａｌ４゜ｇ）　
ｏ、ｓｌ　ｎｏｙＰの代りにＣりｔＭｇのＩＩＩ族原材
原料するモル比を例えば１０−５程度に下げることによ
り、キャリア濃度５　Ｘ　１０　”ｃｍ−”のｐ型（Ｇ
ａｏ、＋ＡＩ！ｏ、＋）　ｏ、ｉｆ　ｎｏ、ｓＰを形成
する等、所望の不純物濃度の（Ｇａｏ、５Ａｌｏ、ｓ）
　ｏ、ｓｌ　ｎｏｌＰを形成してもよい。

しかる後、ＴＭＧａ、ＴＭＡＪ！、ＴＭＩ　ｎの供給を
止め、結晶成長を停止すると共に、ＧａＡｓ基板（１）
の濃度を室温まで下げる。基板温度が室温に戻るとＰＨ
，の供給を止め、反応室内の雰囲気をＮ、に置換した後
、ＧａＡｓ基板（１）を取り出す。

本実施例方法によって、形成された積層体の深さ方向に
おけるＭｇイオンの濃度分布をＳＩＭＳ（ｓｅｃｏｎｄ
ａｒｙ　　ｉｏｎ　　ｍａｓｓ　　５ｐｅｃ　ｔ　ｒｏ
ｓｃｏｐｙ）を用いて測定した。その測定結果を第２図
に示す。同図において、Ｍｇイオンがノンドープの（Ｇ
ａａｌＡｌａ、ｓ）＠１１　ｎ。１．　Ｐ　（３）の領
域にも現われていることから、Ｍｇイオンは結晶成長中
に拡散していることがわかる。しかし、斯る拡散は実際
のデバイス製造において、ＧａＡｓ基板（１）上に形成
される（Ｇａｔ−ｍＡＲｘ）　ｏ、ｉｌ　ｎｏｙＰが通
常ｐ型かｎ型かのどちらかの導電型（この場合ｐ型が選
択される）をとるため実用上問題とならない。またノン
ドープの（Ｇａ１−、ＡＪ！　ｘ）ｅ、ｉｌ　ｎｏｌＰ
が必要となる場合は、斯る膜の膜厚を十分厚く、例えば
１〜２μｍ形成すれば拡散の影響を受けないノンドープ
の（Ｇａｔ−、Ａｊ！ｘ）ｏ、ｓｌ　Ｊ　ｓＰが得られ
る。

次に、本実施例方法によって形成されたノンドープの（
Ｇａｏ、Ａｌｏ、ｓ）ｏ、ｓｌ　ｎｏ、５Ｐ（３）の結
晶欠陥密度を測定した。また比較のため、従来方法とし
てＧａＡｓ基板上に直接ノンドープの（Ｇ　ａｏｌＡｌ
ｔｌ）ｏ、ｓｌ　ｎｏ、ｓＰを形成し、この結晶欠陥密
度を測定した。これらの測定結果を表１に示す。

表　　　１ 表より本実施例方法は従来方法に比して大幅に結晶欠陥
密度が低減されていることがわかる。

以上本実施例ではＭｇを（Ｇ　ａ　１−ｍＡ　ｌ　ｘ　
）　ｙＩｎ＋−ｙＰに高濃度添加したが、Ｍｇの代りに
Ｚｎを高濃度に添加しても同様な効果が得られる。

また形成する（Ｇａｔ−、Ａｌｘ）ｙ　Ｉｎｋ−ｙＰの
Ａゑ混晶比はｘ＝０．５に限ることなく、欠陥が顕著に
現われる範囲、即ち０．４≦Ｘ≦１では同様に結晶欠陥
密度を低減できる。ｙはＧａＡｓ基板と格子整合させた
方が欠陥は少なく０．５付近が第１図 本発明方法によれば、ＧａＡｓ基板上に所望不純物濃度
の（Ｇ　ａ　＋−ｍＡ　ｌ　ｘ　）　ｙ　Ｉ　ｎ　、−
、ｐを形成するに先立ち、ＧａＡｓ基板上にＭｇ又はＺ
ｎを高濃度に添加した（Ｇａｔ−ｍＡｌｘ）ｙ　Ｉ　ｎ
＋−ｙＰを形成することによって、この上に結晶欠陥の
少ない（Ｇａｔ−ｔＡＪ！　ｘ）ｙ　Ｉ　ｎ＋−ｙＰを
形成することができる。したがって本発明方法を用いて
、（ＧａＡＪ！ＩｎＰ系の半導体レーザを製造すれば、
結晶欠陥による非発光中心の形成も抑制されるので製造
歩留りの改善に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例を示す工程別断面図、第
２図は本実施例によって形成された（Ｇａｏ、５Ａｌｏ
、ｓ）　ｅ、ｓｌ　ｎｏｙＰの深さ方向におけるＭｇイ
オンの濃度分布図である。 第２図 Ｍ９イ万〉の〃つ〉ト廖Ｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＭＯＣＶＤ法を用いてＧａＡｓ基板上に（Ｇａ＿
   １＿−＿ｘＡｌ＿ｘ）＿ｙＩｎ＿１＿−＿ｙＰを形成す
   る方法において、ＧａＡｓ基板上にＭｇ又はＺｎが高濃
   度に添加された（Ｇａ＿１＿−＿ｘＡｌ＿ｘ）＿ｙＩｎ
   ＿１＿−＿ｙＰ薄膜を形成し、次いでこの上に所望不純
   物濃度の（Ｇａ＿１＿−＿ｘＡｌ＿ｘ）＿ｙＩｎ＿１＿
   −＿ｙＰを形成することを特徴とするＧａＡｌＩｎＰの
   形成方法。