JPH05175548A - 多層エピタキシャル結晶構造 - Google Patents
多層エピタキシャル結晶構造Info
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- JPH05175548A JPH05175548A JP28040791A JP28040791A JPH05175548A JP H05175548 A JPH05175548 A JP H05175548A JP 28040791 A JP28040791 A JP 28040791A JP 28040791 A JP28040791 A JP 28040791A JP H05175548 A JPH05175548 A JP H05175548A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 異なる特性の２以上のｐ型半導体層を有する
III−Ｖ族化合物半導体混晶からなる多層膜を形成する
場合において、ＭＯＣＶＤ法を使用して多層エピタキシ
ャル結晶の成長を行なうとともに、高濃度もしくはキャ
リア濃度分布の急峻性が必要なｐ型半導体層には不純物
としてマグネシウムを用い、キャリア濃度の精度が必要
なｐ型半導体層には不純物として亜鉛を用いるようにし
て、不純物を使い分けるようにした。 【効果】 マグネシウムは半導体層中に高濃度にドーピ
ングすることができるとともに濃度曲線が急峻であり、
また亜鉛はキャリア濃度の制御性が良いので、発光ダイ
オード等の光半導体デバイスの基板に最適な結晶構造が
得られ、デバイスの特性および生産性を向上させること
ができる。
III−Ｖ族化合物半導体混晶からなる多層膜を形成する
場合において、ＭＯＣＶＤ法を使用して多層エピタキシ
ャル結晶の成長を行なうとともに、高濃度もしくはキャ
リア濃度分布の急峻性が必要なｐ型半導体層には不純物
としてマグネシウムを用い、キャリア濃度の精度が必要
なｐ型半導体層には不純物として亜鉛を用いるようにし
て、不純物を使い分けるようにした。 【効果】 マグネシウムは半導体層中に高濃度にドーピ
ングすることができるとともに濃度曲線が急峻であり、
また亜鉛はキャリア濃度の制御性が良いので、発光ダイ
オード等の光半導体デバイスの基板に最適な結晶構造が
得られ、デバイスの特性および生産性を向上させること
ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多層エピタキシャル結
晶構造に関し、特にｐｎ接合を有するIII−Ｖ族化合物
半導体結晶の多層膜に利用して好適な技術に関する。
晶構造に関し、特にｐｎ接合を有するIII−Ｖ族化合物
半導体結晶の多層膜に利用して好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体レーザや発光ダイオードの
ような化合物半導体デバイスにおいては、ｐｎ接合を含
むIII−Ｖ族化合物半導体混晶からなる多層エピタキシ
ャル結晶構造を有する基板が使用されている。この種の
III−Ｖ族化合物半導体におけるｐ型不純物としては、
Ｚｎ（亜鉛）やＣｄ（カドミウム）、Ｍｇ（マグネシウ
ム）等がある。一方、化合物半導体のエピタキシャル成
長技術としては、ＬＰＥ法（液相エピタキシャル成長方
法）やＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ法
（分子線エピタキシャル法）が知られている。このう
ち、ＭＯＣＶＤ法は、界面急峻性や膜厚制御性、膜質の
均一性、再現性が良好で大量生産に適しているため、II
I−Ｖ族化合物半導体混晶の多層膜のエピタキシャル成
長に有望である。
ような化合物半導体デバイスにおいては、ｐｎ接合を含
むIII−Ｖ族化合物半導体混晶からなる多層エピタキシ
ャル結晶構造を有する基板が使用されている。この種の
III−Ｖ族化合物半導体におけるｐ型不純物としては、
Ｚｎ（亜鉛）やＣｄ（カドミウム）、Ｍｇ（マグネシウ
ム）等がある。一方、化合物半導体のエピタキシャル成
長技術としては、ＬＰＥ法（液相エピタキシャル成長方
法）やＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ法
（分子線エピタキシャル法）が知られている。このう
ち、ＭＯＣＶＤ法は、界面急峻性や膜厚制御性、膜質の
均一性、再現性が良好で大量生産に適しているため、II
I−Ｖ族化合物半導体混晶の多層膜のエピタキシャル成
長に有望である。
【０００３】なお、従来、ｐｎ接合を含む光半導体装置
用基板に関する発明としては、例えば特公昭６０−５２
５７７号公報記載の発明がある。この発明は、ｎ型Ｇａ
ＡｓＰ活性層に接するエピタキシャル成長ｐ型半導体層
における不純物をカドミウムとし、最上層のエピタキシ
ャル成長ｐ型電極コンタクト層における不純物を亜鉛と
することにより、発光効率が優れ、Ｐ側電極のオーミッ
ク・コンタクトが良好な半導体装置を得るというもので
ある。ただし、この先願発明ではエピタキシャル成長を
ＬＰＥ法で行なっている。
用基板に関する発明としては、例えば特公昭６０−５２
５７７号公報記載の発明がある。この発明は、ｎ型Ｇａ
ＡｓＰ活性層に接するエピタキシャル成長ｐ型半導体層
における不純物をカドミウムとし、最上層のエピタキシ
ャル成長ｐ型電極コンタクト層における不純物を亜鉛と
することにより、発光効率が優れ、Ｐ側電極のオーミッ
ク・コンタクトが良好な半導体装置を得るというもので
ある。ただし、この先願発明ではエピタキシャル成長を
ＬＰＥ法で行なっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述したようにIII−
Ｖ族化合物半導体におけるｐ型不純物としては、Ｚｎや
Ｃｄ、Ｍｇ等があるが、このうちＭｇを用いると、ドー
パント供給量とキャリア濃度との関係を示す図２からも
分かるように高濃度にドーピングすることができるとい
う利点を有するものの、濃度曲線が急峻であるため濃度
の制御性が悪いという問題点がある。一方、ｐ型不純物
としてＺｎを用いた場合には、図１に示すように濃度曲
線が緩やかであるため濃度の制御性が良いという利点が
ある。ところが、ｐ型不純物としてＺｎを用いると、高
濃度にドーピングすることができないとともに、Ｚｎは
Ｍｇに比べて拡散速度が早いため、他の半導体層にまで
拡散してこれを用いたデバイスの特性を劣化させてしま
うという問題点がある。特に、エピタキシャル成長法と
してＭＯＣＶＤ法を使用した場合には、ＬＰＥ法に比べ
て成長温度が高いとともに成長時間も長いため、不純物
の拡散深さが大きくなってしまう。
Ｖ族化合物半導体におけるｐ型不純物としては、Ｚｎや
Ｃｄ、Ｍｇ等があるが、このうちＭｇを用いると、ドー
パント供給量とキャリア濃度との関係を示す図２からも
分かるように高濃度にドーピングすることができるとい
う利点を有するものの、濃度曲線が急峻であるため濃度
の制御性が悪いという問題点がある。一方、ｐ型不純物
としてＺｎを用いた場合には、図１に示すように濃度曲
線が緩やかであるため濃度の制御性が良いという利点が
ある。ところが、ｐ型不純物としてＺｎを用いると、高
濃度にドーピングすることができないとともに、Ｚｎは
Ｍｇに比べて拡散速度が早いため、他の半導体層にまで
拡散してこれを用いたデバイスの特性を劣化させてしま
うという問題点がある。特に、エピタキシャル成長法と
してＭＯＣＶＤ法を使用した場合には、ＬＰＥ法に比べ
て成長温度が高いとともに成長時間も長いため、不純物
の拡散深さが大きくなってしまう。
【０００５】この発明は上記のような問題点に着目して
なされたもので、異なる特性の２以上のｐ型半導体層を
有するIII−Ｖ族化合物半導体混晶からなる多層膜を形
成する場合において、適用するデバイスに最適な多層エ
ピタキシャル結晶構造を提供し、これを使用したデバイ
スの特性および生産性を向上させることを目的とする。
なされたもので、異なる特性の２以上のｐ型半導体層を
有するIII−Ｖ族化合物半導体混晶からなる多層膜を形
成する場合において、適用するデバイスに最適な多層エ
ピタキシャル結晶構造を提供し、これを使用したデバイ
スの特性および生産性を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、異なる特性の２以上のｐ型半導体層を有するIII−
Ｖ族化合物半導体結晶からなる多層膜を形成する場合に
おいて、ＭＯＣＶＤ法を使用して多層エピタキシャル結
晶の成長を行なうとともに、高濃度もしくはキャリア濃
度分布の急峻性が必要なｐ型半導体層には不純物として
マグネシウムを用い、キャリア濃度の精度が必要なｐ型
半導体層には不純物として亜鉛を用いるようにして、不
純物を使い分けるようにしたものである。すなわち、半
導体単結晶基板上にｐｎ接合および異なる特性の２以上
のｐ型半導体層を有する多層エピタキシャル結晶構造に
おいて、ｎ型半導体層に接しない部位には亜鉛を不純物
とするｐ型半導体層が、また少なくともｎ型半導体層に
接する側にマグネシウムを不純物とするｐ型半導体層が
それぞれＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長されて
なる多層エピタキシャル結晶構造を提案するものであ
る。
め、異なる特性の２以上のｐ型半導体層を有するIII−
Ｖ族化合物半導体結晶からなる多層膜を形成する場合に
おいて、ＭＯＣＶＤ法を使用して多層エピタキシャル結
晶の成長を行なうとともに、高濃度もしくはキャリア濃
度分布の急峻性が必要なｐ型半導体層には不純物として
マグネシウムを用い、キャリア濃度の精度が必要なｐ型
半導体層には不純物として亜鉛を用いるようにして、不
純物を使い分けるようにしたものである。すなわち、半
導体単結晶基板上にｐｎ接合および異なる特性の２以上
のｐ型半導体層を有する多層エピタキシャル結晶構造に
おいて、ｎ型半導体層に接しない部位には亜鉛を不純物
とするｐ型半導体層が、また少なくともｎ型半導体層に
接する側にマグネシウムを不純物とするｐ型半導体層が
それぞれＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長されて
なる多層エピタキシャル結晶構造を提案するものであ
る。
【０００７】
【作用】上記した手段によれば、マグネシウムは半導体
層中に高濃度にドーピングすることができるとともに拡
散が少ないため隣接するｎ型層２との界面近傍でのキャ
リア濃度曲線が急峻となり、また亜鉛はキャリア濃度の
制御性が良いので、発光ダイオード等の光半導体デバイ
スの基板に最適な多層エピタキシャル結晶構造が得ら
れ、デバイスの特性および生産性を向上させることがで
きる。
層中に高濃度にドーピングすることができるとともに拡
散が少ないため隣接するｎ型層２との界面近傍でのキャ
リア濃度曲線が急峻となり、また亜鉛はキャリア濃度の
制御性が良いので、発光ダイオード等の光半導体デバイ
スの基板に最適な多層エピタキシャル結晶構造が得ら
れ、デバイスの特性および生産性を向上させることがで
きる。
【０００８】
【実施例】図３には、本発明を発光ダイオード用として
最適な基板に適用した場合の多層エピタキシャル結晶構
造の一実施例が示されている。同図の結晶基板は、ｎ型
ＩｎＰ単結晶基板１上にｎ型ＩｎＰバッファ層２がエピ
タキシャル成長され、その上に発光層としてのｐ型Ｇａ
ＩｎＡｓＰ活性層３、その上に光閉じ込め層としてのｐ
型ＩｎＰクラッド層４、さらにその上に電極とのオーミ
ック接触をとり易くするためのｐ型ＧａＩｎＡｓＰコン
タクト層５が、それぞれＭＯＣＶＤ法によりエピタキシ
ャル成長された多層膜構造とされている。ただし、上記
ＧａＩｎＡｓＰ活性層３は導電型がｎ型であってもよ
い。
最適な基板に適用した場合の多層エピタキシャル結晶構
造の一実施例が示されている。同図の結晶基板は、ｎ型
ＩｎＰ単結晶基板１上にｎ型ＩｎＰバッファ層２がエピ
タキシャル成長され、その上に発光層としてのｐ型Ｇａ
ＩｎＡｓＰ活性層３、その上に光閉じ込め層としてのｐ
型ＩｎＰクラッド層４、さらにその上に電極とのオーミ
ック接触をとり易くするためのｐ型ＧａＩｎＡｓＰコン
タクト層５が、それぞれＭＯＣＶＤ法によりエピタキシ
ャル成長された多層膜構造とされている。ただし、上記
ＧａＩｎＡｓＰ活性層３は導電型がｎ型であってもよ
い。
【０００９】上記多層膜のうち最上層のｐ型ＧａＩｎＡ
ｓＰコンタクト層５は厚さ０．８〜１．２μｍで、不純
物としてＭｇを用いキャリア濃度は５×１０18／ｃｍ3
である。次のｐ型ＩｎＰクラッド層４は厚さ０．４〜
０．６μｍで、不純物としてＺｎを用いキャリア濃度は
５×１０17／ｃｍ3である。またｐ型ＧａＩｎＡｓＰ活
性層３は厚さ０．８〜１．２μｍで、不純物としてＭｇ
を用いキャリア濃度は５×１０18／ｃｍ3である。さら
に、その下のｎ型ＩｎＰバッファ層２は厚さ０．８〜
１．２μｍで、不純物としてＳ（硫黄）を用いキャリア
濃度は５×１０17／ｃｍ3である。
ｓＰコンタクト層５は厚さ０．８〜１．２μｍで、不純
物としてＭｇを用いキャリア濃度は５×１０18／ｃｍ3
である。次のｐ型ＩｎＰクラッド層４は厚さ０．４〜
０．６μｍで、不純物としてＺｎを用いキャリア濃度は
５×１０17／ｃｍ3である。またｐ型ＧａＩｎＡｓＰ活
性層３は厚さ０．８〜１．２μｍで、不純物としてＭｇ
を用いキャリア濃度は５×１０18／ｃｍ3である。さら
に、その下のｎ型ＩｎＰバッファ層２は厚さ０．８〜
１．２μｍで、不純物としてＳ（硫黄）を用いキャリア
濃度は５×１０17／ｃｍ3である。
【００１０】この実施例では、上記各エピタキシャル層
２，３，４，５はＭＯＣＶＤ法により成長させ、原料ガ
スとしては（ＣＨ3）3Ｉｎ，（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａ，ＰＨ3，
ＡｓＨ3を、またドーパントガスとしては（Ｃ5Ｈ5）2Ｍ
ｇ，（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ，Ｈ2Ｓを用いる。成長温度は、６
５０〜７００℃、成長圧力は５０〜７６ｔｏｏｒとす
る。各ガスの供給量は予め実験を行なって所望のキャリ
ア濃度となる流量を決定すればよい。
２，３，４，５はＭＯＣＶＤ法により成長させ、原料ガ
スとしては（ＣＨ3）3Ｉｎ，（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａ，ＰＨ3，
ＡｓＨ3を、またドーパントガスとしては（Ｃ5Ｈ5）2Ｍ
ｇ，（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ，Ｈ2Ｓを用いる。成長温度は、６
５０〜７００℃、成長圧力は５０〜７６ｔｏｏｒとす
る。各ガスの供給量は予め実験を行なって所望のキャリ
ア濃度となる流量を決定すればよい。
【００１１】上記実施例においては、ｐ型ＧａＩｎＡｓ
Ｐ活性層３の不純物としてＭｇを用いているため拡散が
少なくかつ高濃度であり、その下のｎ型ＩｎＰバッファ
層２との界面近傍でのキャリア濃度曲線が急峻となる。
また、ｐ型ＩｎＰクラッド層４は不純物としてＺｎを用
いているためキャリア濃度の制御性が良好であり、所望
のキャリア濃度のクラッド層４が得られる。その結果、
発光ダイオード用の基板として最適な特性が得られる。
すなわち、上記のように活性層３の界面近傍でキャリア
濃度が階段状に変化することとクラッド層４のキャリア
濃度が設計値に近いこととにより、これを基板として用
いた場合に発光効率の非常に優れた発光ダイオードが得
られる。また、ｐ型ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層５の不
純物として高濃度にドーピングできるＭｇを用いている
ため、これを基板として発光ダイオードを製造した場合
にＰ側電極とのオーミック接触抵抗が低減され、寄生直
列抵抗成分が小さくなって高速動作が可能となる。な
お、上記実施例では、発光ダイオード用の基板の構造を
例にとって説明したが、この発明はレーザダイオードや
受光素子等のデバイスに適用することも可能である。ま
た、本発明は上記実施例の多層膜構造（ｎ型ＩｎＰ−ｐ
型ＧａＩｎＡｓＰ−ｐ型ＩｎＰ−ｐ型ＧａＩｎＡｓＰ）
に限定されるものではない。
Ｐ活性層３の不純物としてＭｇを用いているため拡散が
少なくかつ高濃度であり、その下のｎ型ＩｎＰバッファ
層２との界面近傍でのキャリア濃度曲線が急峻となる。
また、ｐ型ＩｎＰクラッド層４は不純物としてＺｎを用
いているためキャリア濃度の制御性が良好であり、所望
のキャリア濃度のクラッド層４が得られる。その結果、
発光ダイオード用の基板として最適な特性が得られる。
すなわち、上記のように活性層３の界面近傍でキャリア
濃度が階段状に変化することとクラッド層４のキャリア
濃度が設計値に近いこととにより、これを基板として用
いた場合に発光効率の非常に優れた発光ダイオードが得
られる。また、ｐ型ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層５の不
純物として高濃度にドーピングできるＭｇを用いている
ため、これを基板として発光ダイオードを製造した場合
にＰ側電極とのオーミック接触抵抗が低減され、寄生直
列抵抗成分が小さくなって高速動作が可能となる。な
お、上記実施例では、発光ダイオード用の基板の構造を
例にとって説明したが、この発明はレーザダイオードや
受光素子等のデバイスに適用することも可能である。ま
た、本発明は上記実施例の多層膜構造（ｎ型ＩｎＰ−ｐ
型ＧａＩｎＡｓＰ−ｐ型ＩｎＰ−ｐ型ＧａＩｎＡｓＰ）
に限定されるものではない。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、半導体
単結晶基板上にｐｎ接合および異なる特性の２以上のｐ
型半導体層を有する多層エピタキシャル結晶構造におい
て、ｎ型半導体層に接しない部位には亜鉛を不純物とす
るｐ型半導体層を、また少なくともｎ型半導体層に接す
る側にマグネシウムを不純物とするｐ型半導体層をそれ
ぞれＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させてなる
ので、マグネシウムは半導体層中に高濃度にドーピング
することができるとともに濃度曲線が急峻であり、また
亜鉛はキャリア濃度の制御性が良いため、発光ダイオー
ド等の光半導体デバイスの基板に最適な多層エピタキシ
ャル結晶構造が得られ、デバイスの特性および生産性を
向上させることができるという効果がある。
単結晶基板上にｐｎ接合および異なる特性の２以上のｐ
型半導体層を有する多層エピタキシャル結晶構造におい
て、ｎ型半導体層に接しない部位には亜鉛を不純物とす
るｐ型半導体層を、また少なくともｎ型半導体層に接す
る側にマグネシウムを不純物とするｐ型半導体層をそれ
ぞれＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させてなる
ので、マグネシウムは半導体層中に高濃度にドーピング
することができるとともに濃度曲線が急峻であり、また
亜鉛はキャリア濃度の制御性が良いため、発光ダイオー
ド等の光半導体デバイスの基板に最適な多層エピタキシ
ャル結晶構造が得られ、デバイスの特性および生産性を
向上させることができるという効果がある。
【図１】III−Ｖ族化合物半導体エピタキシャル層にお
ける亜鉛供給量とキャリア濃度との関係を示すグラフで
ある。
ける亜鉛供給量とキャリア濃度との関係を示すグラフで
ある。
【図２】III−Ｖ族化合物半導体エピタキシャル層にお
けるマグネシウム供給量とキャリア濃度との関係を示す
グラフである。
けるマグネシウム供給量とキャリア濃度との関係を示す
グラフである。
【図３】本発明に係る多層エピタキシャル結晶構造の一
実施例を示す断面構造図である。
実施例を示す断面構造図である。
１ ｎ型ＩｎＰ単結晶基板 ２ ｎ型ＩｎＰバッファ層 ３ ｐ型ＧａＩｎＡｓＰ活性層 ４ ｐ型ＩｎＰクラッド層 ５ ｐ型ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体単結晶基板上にｐｎ接合および異
なる特性の２以上のｐ型半導体層を有する多層エピタキ
シャル結晶構造において、ｎ型半導体層に接しない部位
には亜鉛を不純物とするｐ型半導体層が，また少なくと
もｎ型半導体層に接する側にマグネシウムを不純物とす
るｐ型半導体層がそれぞれＭＯＣＶＤ法によりエピタキ
シャル成長されてなることを特徴とする多層エピタキシ
ャル結晶構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28040791A JPH05175548A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 多層エピタキシャル結晶構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28040791A JPH05175548A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 多層エピタキシャル結晶構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05175548A true JPH05175548A (ja) | 1993-07-13 |
Family
ID=17624610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28040791A Pending JPH05175548A (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 多層エピタキシャル結晶構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05175548A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5789765A (en) * | 1995-12-21 | 1998-08-04 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Photo diode providing high-linearity signal current in response to light receiving signal |
-
1991
- 1991-09-30 JP JP28040791A patent/JPH05175548A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5789765A (en) * | 1995-12-21 | 1998-08-04 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Photo diode providing high-linearity signal current in response to light receiving signal |
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