JPH05267793A - 化合物半導体の結晶成長方法 - Google Patents

化合物半導体の結晶成長方法

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JPH05267793A
JPH05267793A JP6481992A JP6481992A JPH05267793A JP H05267793 A JPH05267793 A JP H05267793A JP 6481992 A JP6481992 A JP 6481992A JP 6481992 A JP6481992 A JP 6481992A JP H05267793 A JPH05267793 A JP H05267793A
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light emitting
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JP6481992A
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Noboru Hamao
浜尾昇
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 良好な埋め込み界面を有し高発光効率の埋め
込み微細構造を形成する。 【構成】 GaAs基板1上に下部クラッド層2と発光
層3と上部クラッド層4を成長し、マスク5を用いドラ
イエッチング法により発光層3の直下までエッチングし
微細発光領域6を形成する。次に高真空中内で試料を成
長室に搬送し砒素分子ビ−ム8を照射しながら成長温度
以上に加熱し反応生成物等を除去する。次に砒素分子ビ
−ム8を照射したまま試料を室温程度まで降温し試料上
に砒素分子9を堆積させる。次に試料を再び昇温する
が、この時試料上に付着した砒素分子9はドライエッチ
ング時に表面近傍に形成された砒素枯渇層7中を拡散
し、砒素原子空孔と結合して結晶格子を形成する。上記
温度サイクルを繰り返すことにより砒素枯渇層7は除去
され良好な結晶面が得られる。この後に埋め込み層10
を全面に成長すれば界面の結晶性が優れた埋め込み微細
構造11が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はドライエッチングと再成
長を用いた化合物半導体の結晶成長及び埋め込み微細構
造形成方法に関し、特に発光領域を有する埋め込み微細
構造の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、面発光レ−ザの高効率化及び量子
細線レ−ザへの応用等のために埋め込み微細構造形成技
術が注目されており、その一例がJ.P.Harbis
on等によって報告されている(Material R
esearch Society Symp.Pro
c.Vol.126,P11,1988)。この埋め込
み微細構造形成方法においては、まずGaAs基板上に
Al0 . 3 Ga0 . 7 As層で挟まれた50オングスト
ロームのGaAs層からなる単一量子井戸構造を形成
し、ストロンチウムフッ化物(SrF2 )をマスクとし
てアルゴンイオンと塩素ガスを用いたイオンビ−ムアシ
ストエッチング(IBAE)法により基板までエッチン
グし、直径約0.2μm〜1μmの微細発光領域を形成
する。この後に分子線エピタキシ−(MBE)法により
Al0 . 3 Ga0 . 7 As層を全面に成長し埋め込み微
細構造を形成している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ドライエッチング後の
表面上への結晶成長は結晶性が悪く良好な成長界面が得
られないという問題があった。
【0004】特に、従来の技術に記載した従来の埋め込
み微細構造を有する表面、側面への結晶成長方法におい
ては、ドライエッチングにより微細発光領域を形成した
後にそのまま埋め込み層を成長しているため、微細発光
領域側面の結晶性が悪く、良好な埋め込み界面が形成で
きないため、この界面における非発光再結合の寄与が大
きく発光効率が著しく低いという問題点があった。
【0005】本発明の目的は、ドライエッチング後の良
好な成長界面をもつ結晶成長方法、及び良好な埋め込み
界面が形成出来るため発光効率が高い埋め込み微細構造
の結晶成長方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の化合物半導体の
結晶成長方法は、ドライエッチング後の表面に、3−5
族化合物半導体を結晶成長する方法において、半導体表
面をドライエッチングをする工程後、5族構成元素を照
射しつつ成長温度以上に基板を昇温する第1の工程と、
基板温度を降温し5族原子を基板表面上に堆積させる第
2の工程と、前記第1と第2の工程とを少なくとも1回
以上繰り返すことにより、ドライエッチング工程におい
て発生した前記半導体表面の5族枯渇層を除去する工程
と、次に3−5族化合物半導体を結晶成長する工程とを
有することを特徴とする。
【0007】また、本発明は、ドライエッチングによる
微細加工とその後の再成長を用いた3−5族化合物半導
体の埋め込み微細構造の結晶成長方法において、発光層
を含む3−5族化合物半導体基板をドライエッチングに
より少なくとも発光層直下までエッチング除去し微細発
光領域を形成する工程と、その後に5族構成元素を照射
しつつ成長温度以上に基板を昇温する第1の工程と、基
板温度を降温し5族原子を基板表面上に堆積させる第2
の工程と、前記第1及び第2の工程からなる温度サイク
ルを少なくとも一回以上繰り返すことにより前記微細構
造を形成する工程時に基板表面近傍に形成された5族原
子枯渇層を除去する工程と、その後に前記発光層を形成
する半導体層の禁制帯幅よりも大きな禁制帯幅を有する
半導体層を全面に成長し埋め込み構造を形成する工程と
を有することを特徴とする化合物半導体の結晶成長方
法。
【0008】また本発明は上記発明において全工程を高
真空中内で試料を搬送することにより継続して行うこと
を特徴とする結晶成長方法である。
【0009】
【作用】3−5族化合物半導体をイオンビ−ムを用いた
ドライエッチング法でエッチングする場合、5族構成元
素は蒸気圧が高いためにイオンビ−ム衝撃により容易に
脱離して5族空孔を生じ、そのためエッチング表面、微
細構造を形成した場合にはその底面及び側面の表面近傍
に5族原子枯渇層が形成される。この5族原子枯渇層は
キャリアの非発光再結合中心となり発光効率の低下を引
き起こすが、本発明によれば以下に示すように5族原子
枯渇層を除去することが出来る。
【0010】ここでは微細構造を形成後に埋め込み成長
をする場合を例にとって説明する。まず微細発光領域形
成後に高真空室中で5族構成原子を照射しながら試料基
板を埋め込み成長温度以上に昇温しエッチング時の残留
反応性ガス及び基板表面に付着した反応生成物を除去す
る。その後に5族構成原子を照射したまま基板温度を室
温程度まで降温し、基板上に5族原子を数原子層以上積
層させる。この後に基板温度を再度成長温度程度まで上
昇させる。この時の昇温時に基板上に堆積した5族構成
原子は基板表面近傍を拡散し5族原子枯渇層中の5族空
孔と結合し結晶格子を形成する。前記温度サイクルを繰
り返すことにより5族原子枯渇層を完全に除去すること
が出来る。
【0011】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照にし
て詳細に説明する。ここでは微細構造をドライエッチン
グした後、結晶成長により埋め込み構造をつくる場合を
例にとって説明する。図1は本発明の一実施例を説明す
るための断面模式図である。
【0012】まず、GaAs基板1上に下部クラッド層
2としてAlx Ga1 - x As(X=0.1〜0.5)
層を約500A〜1μm、その上に発光層3としてGa
As層を約50〜1000A(Aはオングストロー
ム)、その上に上部クラッド層4としてAlx Ga
1 - x As(X=0.1〜0.5)層を約500A〜1
μm順次成長する。次に成長した基板上にSiO2 、S
iNまたはSrF2 等の絶縁膜を約100A〜5000
A形成し、フォトリソグラフィ法或いは電子ビ−ム露光
法により円形またはストライプ状のマスク5を形成す
る。このマスク5を用いてCl2 プラズマによる反応性
イオンビ−ムエッチング(RIBE)法やArイオンと
Cl2 ガスを用いたイオンビ−ムアシストエッチング
(IBAE)法等のドライエッチング技術により、Ga
As基板1に達するまでエッチングを行い微細発光領域
6を形成する。この時微細発光領域6の側面及びエッチ
ング底面近傍にはドライエッチング時のイオンビ−ムに
よる衝撃により砒素原子が脱離した砒素原子枯渇層7が
形成される(図1(a))。この後試料を高真空搬送路
中を移動させることにより高真空成長室に導入する。こ
の時試料は大気中にさらされることはないので酸化や炭
化物付着等の汚染は受けない。高真空成長室においてフ
ラックスビ−ムとして約10- 5 Torr程度の砒素分
子ビ−ム8を照射しながら試料を600℃以上700℃
程度まで加熱することによりドライエッチング後に試料
上に付着した残留反応性ガス(例えば塩素分子)や反応
生成物(例えばGaClx )等を除去する。この時砒素
分子ビ−ム8と同時に例えば水素ガスを高温加熱ヒ−タ
−中を通過させることにより得られる水素原子ビ−ムを
試料上に照射する事により上記除去過程を促進させるこ
とが出来る。この後に砒素分子ビ−ム8を試料上に照射
したままで試料温度を室温近傍まで降温する。この時試
料上に砒素分子9が数原子層以上付着する(図1
(b))。
【0013】この後に試料を再び約700℃程度まで加
熱昇温する。この過程において前記試料上に付着した砒
素分子9は試料表面上及び砒素原子枯渇層7中を拡散し
砒素原子枯渇層7中の砒素原子空孔と結合し結晶格子を
形成する。この後に上記工程を繰り返すことにより砒素
原子枯渇層7は完全に回復し良好な結晶表面が得られる
(図1(c))。
【0014】この後に成長温度(約500℃〜700
℃)において埋め込み層10としてAlx Ga1 - x
s(X=0.1〜0.5)層を約500A〜1μm全面
に成長し、埋め込み微細構造11を形成する(図1
(d))。このとき微細発光領域6の側面及び底面は上
記工程により良好な結晶表面が得られているので埋め込
み界面における非発光再結合中心は著しく低減し、発光
効率の高い埋め込み微細構造が得られる。
【0015】本実施例では高真空中で一貫してプロセス
工程及び成長工程を行なったが、必ずしも高真空中で一
貫して行なう必要はない。しかし、汚染を避けるために
は高真空中で継続して工程をすすめる方が望ましい。
【0016】上記実施例において発光層は単一層とした
がこれに限らず、多重量子井戸構造等の多層発光層であ
っても本発明は適用できる。
【0017】上記実施例において材料系はGaAs/A
lGaAs系としたがこれに限らず、他の化合物半導体
材料系、例えばInP/InGaAsP系においても本
発明は適用できる。
【0018】本実施例では微細構造の形成に本発明を適
用した例を示したが微細構造に限らず、ドライエッチン
グを用いた工程後の成長において本発明を適用できる。
即ち平坦な表面、斜面等の形成にも用いることができ
る。
【0019】例えば基板上にドライエッチングにより段
差を形成し、そこに本発明により良好な結晶性の成長層
を形成し、その上に電子デバイスや光デバイスの層構造
を成長することにより、高品質なデバイスあるいは集積
素子が得られる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ド
ライエッチング後の成長においても良好な界面が得られ
る。特に良好な埋め込み界面が形成出来るため発光効率
が高い埋め込み微細構造を形成する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を説明するための断面模式図
である。
【符号の説明】
1 GaAs基板 2 下部クラッド層 3 発光層 4 上部クラッド層 5 マスク 6 微細発光領域 7 砒素原子枯渇層 8 砒素分子ビ−ム 9 砒素分子 10 埋め込み層 11 埋め込み微細構造

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ドライエッチング後の表面に、3−5族
    化合物半導体を結晶成長する方法において、半導体表面
    をドライエッチングをする工程後、5族構成元素を照射
    しつつ成長温度以上に基板を昇温する第1の工程と、基
    板温度を降温し5族原子を基板表面上に堆積させる第2
    の工程と、前記第1と第2の工程とを少なくとも1回以
    上繰り返すことにより、ドライエッチング工程において
    発生した前記半導体表面の5族枯渇層を除去する工程
    と、次に3−5族化合物半導体を結晶成長する工程とを
    有することを特徴とする化合物半導体の結晶成長方法。
  2. 【請求項2】 ドライエッチングによる微細加工とその
    後の再成長を用いた3−5族化合物半導体の埋め込み微
    細構造の結晶成長方法において、発光層を含む3−5族
    化合物半導体基板をドライエッチングにより少なくとも
    発光層直下までエッチング除去し微細発光領域を形成す
    る工程と、その後に5族構成元素を照射しつつ成長温度
    以上に基板を昇温する第1の工程と、基板温度を降温し
    5族原子を基板表面上に堆積させる第2の工程と、前記
    第1及び第2の工程からなる温度サイクルを少なくとも
    一回以上繰り返すことにより前記微細構造を形成する工
    程時に基板表面近傍に形成された5族原子枯渇層を除去
    する工程と、その後に前記発光層を形成する半導体層の
    禁制帯幅よりも大きな禁制帯幅を有する半導体層を全面
    に成長し埋め込み構造を形成する工程とを有することを
    特徴とする化合物半導体の結晶成長方法。
  3. 【請求項3】 全工程を高真空中内で試料を搬送するこ
    とにより継続して行うことを特徴とする請求項1または
    請求項2記載の化合物半導体の結晶成長方法。
JP6481992A 1992-03-23 1992-03-23 化合物半導体の結晶成長方法 Withdrawn JPH05267793A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5805629A (en) * 1995-12-28 1998-09-08 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser
WO2009057764A1 (ja) * 2007-10-31 2009-05-07 Mitsubishi Chemical Corporation エッチング方法およびそれを用いた光/電子デバイスの製造方法

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US5805629A (en) * 1995-12-28 1998-09-08 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser
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Effective date: 19990608