JPH05275813A - Manufacture of crystal improved compound semiconductor device - Google Patents

Manufacture of crystal improved compound semiconductor device

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JPH05275813A
JPH05275813A JP10070992A JP10070992A JPH05275813A JP H05275813 A JPH05275813 A JP H05275813A JP 10070992 A JP10070992 A JP 10070992A JP 10070992 A JP10070992 A JP 10070992A JP H05275813 A JPH05275813 A JP H05275813A
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compound semiconductor
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Abstract

PURPOSE:To improve crystal property and obtain good flatness of interface by execut ing thermal treatment, under the reducing atmosphere including hydrogen, to a semicon ductor device comprising a semiconductor film which has been formed by growth of a compound semiconductor including at least III group and V group by the vacuum deposition under the substrate temperature preset to a constant value or less. CONSTITUTION:High quality crystal growth can be obtained through the growth by keeping the number of flying molecules ratio of V group and III group to 2.5 or less (preferably, 2 or less) in the first process where a film is formed by the method, for example, represented by MBE(melecular beam epitaxial growth method) under the vacuum condition keeping a substrate temperature to 500 deg.C or lower. During this crystal growth, a diameter of island having a step difference of one atom layer becomes small and effectively flat interface can be formed for exciton within the quantum well or for carrier in the proximity to the interface. Thereafter, when temperature is increased exceeding the substrate temperature during the growth under the reducing atmosphere, crystal defect due to a low temperature growth can be recovered. Moreover, defect in the crystal can be reduced by feeding a current to a semiconductor film which has grown under a low temperature.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、急峻で平坦な化合物半
導体ヘテロ界面、特に2枚の平坦な化合物半導体ヘテロ
界面からなる量子井戸構造をもつ半導体デバイスの製造
方法、基板あるいは基板上に積層形成された結晶積層膜
のうちにGaAs、AlGaAs、Si、ZnSeなど
の層が含まれている半導体デバイスを、例えば、基板温
度(結晶成長温度)が500°C以下の温度で作製する
方法等の、結晶改善された化合物半導体デバイスの製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a steep and flat compound semiconductor hetero-interface, particularly a quantum well structure composed of two flat compound semiconductor hetero-interfaces, a substrate or a laminated formation on the substrate. A semiconductor device including layers such as GaAs, AlGaAs, Si, and ZnSe in the formed crystal laminated film at a substrate temperature (crystal growth temperature) of 500 ° C. or lower; The present invention relates to a method of manufacturing a compound semiconductor device having an improved crystal.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、分子線エピタキシャル成長法(M
BE:Molecular Beam Epitaxy)により、異種のIII
−V族化合物半導体(例えば、GaAsとAlGaA
s)のヘテロ接合を作製する際、III族(例えば、A
l)分子の供給を制御することで、基板面に対して垂直
方向に急峻な組成プロフィールをもつ界面を容易に形成
できるということが、広く知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a molecular beam epitaxial growth method (M
BE: Molecular Beam Epitaxy)
Group V compound semiconductors (eg, GaAs and AlGaA)
In producing the heterojunction of (s), a group III (eg, A
l) It is widely known that an interface having a steep composition profile in the direction perpendicular to the substrate surface can be easily formed by controlling the supply of molecules.

【0003】この種のIII−V族化合物半導体のMB
E法による結晶成長は、一般に、成長核からの2次元あ
るいは3次元の成長であり、ヘテロ界面は、III族分
子の供給を制御するシャッタの開閉によって任意のタイ
ミングで形成される。このヘテロ界面では、基板面と平
行な面内に少なくとも1原子層のステップがある。周知
のように、そのステップの存在は、AlGaAs/Ga
Asの量子井戸構造及びGaAs/AlAsの量子井戸
構造からのフォトルミネセンスに複数のピークが現れる
が、これらピークのエネルギ間隔が量子井戸の厚さを1
原子層だけ変えたときの量子井戸内の束縛エネルギの差
と同じであることにより、知られる。例えば、Jpn. J.
Appl. Phys. 24, l417(1985)には、ヘテロ界面での結晶
成長の一時的な中断によって、界面が平坦になるという
報告がある。
MB of this type of III-V compound semiconductor
Crystal growth by the E method is generally two-dimensional or three-dimensional growth from a growth nucleus, and a hetero interface is formed at an arbitrary timing by opening and closing a shutter that controls the supply of group III molecules. At this heterointerface, there is at least one atomic layer step in a plane parallel to the substrate plane. As is well known, the existence of the step is AlGaAs / Ga
A plurality of peaks appear in photoluminescence from the quantum well structure of As and the quantum well structure of GaAs / AlAs, and the energy interval of these peaks makes the thickness of the quantum well 1
It is known to be the same as the difference in the binding energy in the quantum well when only the atomic layer is changed. For example, Jpn. J.
Appl. Phys. 24, l417 (1985) reported that the interface becomes flat due to the temporary interruption of crystal growth at the hetero interface.

【0004】又、MEE(Migration Enhanced Epitax
y)法による結晶成長も知られている。例えば、Jpn. J.
Appl. Phys. 25, 868(1986) には、GaとAsとを交
互に1原子層ずつ成長させるMEE法によって、結晶性
及び界面平坦性に優れた結晶が得られるという報告があ
る。
In addition, MEE (Migration Enhanced Epitax)
Crystal growth by the y) method is also known. For example, Jpn. J.
Appl. Phys. 25, 868 (1986) has reported that a crystal excellent in crystallinity and interface flatness can be obtained by the MEE method in which Ga and As are alternately grown one atomic layer at a time.

【0005】また、以下の如き技術も知られている。ま
ず第1に、従来より分子線エピタキシャシ成長法(MB
E)により作製される半導体レーザの閾電流密度は、結
晶成長温度(基板温度)が比較的低い領域のときには上
昇することが知られている(例えば、Appl.Phys.Lett.V
ol.36,p118,1980,W.T.Tsang et al. )。上記半導体レ
ーザの一例を図13に示す。
The following techniques are also known. First of all, the molecular beam epitaxy growth method (MB
It is known that the threshold current density of the semiconductor laser manufactured by E) increases when the crystal growth temperature (substrate temperature) is relatively low (for example, Appl.Phys.Lett.V).
ol.36, p118, 1980, WTTsang et al.). An example of the above semiconductor laser is shown in FIG.

【0006】図13において、201は基板であるn−
GaAs、202はバッファ層である0.5μm厚のS
iドープGaAs層、203は1.5μm厚のSiドー
プAl0.3Ga0.7As層、204は0.1μm厚のアン
ドープGaAsからなる活性層、205は1.5μm厚
のBeドープAl0.3Ga0.7As層、206は0.5μ
m厚のコンタクト層であるBeドープGaAs層、20
7はコンタクト層206上に蒸着されたCr/Au合金
電極、208は基板201を100μm程度まで薄くし
た後に基板201裏面に蒸着されたAuGe/Ni/A
u電極である。図14に示すように、上記積層構造の半
導体レーザでは、閾電流密度Jth(kA/cm2)が基
板温度(°C)に依存する。例えば、ストライプ幅10
0μmで300μmキャビティ長のレーザでは、基板温
度650°C付近で閾電流密度Jthが小さくなる、つま
りレーザとしての特性が向上する。一方、基板温度30
0°C付近では、閾電流密度Jthが14kA/cm2
上に上昇し、半導体レーザとして使える限界値約3kA
/cm2を遥かに越える。つまり、低温領域ではレーザ
としての特性が劣化することが判る。
In FIG. 13, 201 is a substrate, n-.
GaAs, 202 is a buffer layer of 0.5 μm thick S
i-doped GaAs layer, 203 is a Si-doped Al 0.3 Ga 0.7 As layer having a thickness of 1.5 μm, 204 is an active layer made of undoped GaAs having a thickness of 0.1 μm, and 205 is a Be-doped Al 0.3 Ga 0.7 As layer having a thickness of 1.5 μm. , 206 is 0.5μ
Be-doped GaAs layer which is a contact layer of m thickness, 20
7 is a Cr / Au alloy electrode deposited on the contact layer 206, and 208 is AuGe / Ni / A deposited on the back surface of the substrate 201 after thinning the substrate 201 to about 100 μm.
u electrode. As shown in FIG. 14, in the semiconductor laser having the above laminated structure, the threshold current density J th (kA / cm 2 ) depends on the substrate temperature (° C). For example, stripe width 10
In the case of a laser having a cavity length of 0 μm and a cavity length of 300 μm, the threshold current density J th decreases near the substrate temperature of 650 ° C., that is, the characteristics of the laser are improved. On the other hand, the substrate temperature is 30
In the vicinity of 0 ° C, the threshold current density J th rises to 14 kA / cm 2 or more, and the limit value usable as a semiconductor laser is about 3 kA.
Far exceeds / cm 2 . That is, it can be seen that the characteristics of the laser deteriorate in the low temperature region.

【0007】ところで、近年、光デバイスと電気・電子
デバイスとの集積回路(OEIC)が、信頼性向上、作
製コスト低減、小型化などの実現にとって重要な技術と
して注目されている(例えば、J.Vac.Sci.Technol.B2
(2),259,1984;Very low threshold current GaAs-AlGaA
s GRIN-SCH lasers grown by MBE for OEIC applicatio
ns)。このOEICの作製については、光デバイスと電
気・電子デバイスとの結晶成長温度(基板温度)の違い
に伴う問題がある。例えば、基板温度が適正温度より高
いと、電子デバイスの構成元素及び不純物の相互拡散が
生じて、理想的ドーピングプロファイル(分布)や理想
構造の作製が困難なのである。詳言すれば、光デバイス
は通常600°C以上で作製される(今日では700°
C程度でも作製される)が、電子デバイスでは500°
C前後で作製されるので、OEICの作製に際しては、
光デバイスと電子デバイスとの適正基板温度の差が20
0°Cにもなるという問題があった。そのために光デバ
イスの作製後に電子デバイスを作製しなければならず、
構造の異なる複数のエピタキシャル成長を行う場合、作
製工程の順調な進行にとって大きな障害となっていた。
By the way, in recent years, an integrated circuit (OEIC) of an optical device and an electric / electronic device has been attracting attention as an important technique for realizing improvement of reliability, reduction of manufacturing cost, miniaturization and the like (for example, J. Vac.Sci.Technol.B2
(2), 259,1984; Very low threshold current GaAs-AlGaA
s GRIN-SCH lasers grown by MBE for OEIC applicatio
ns). The production of this OEIC has a problem due to the difference in crystal growth temperature (substrate temperature) between the optical device and the electric / electronic device. For example, if the substrate temperature is higher than the appropriate temperature, mutual diffusion of constituent elements and impurities of the electronic device occurs, and it is difficult to produce an ideal doping profile (distribution) or an ideal structure. Specifically, optical devices are typically fabricated at 600 ° C and above (700 ° C today).
It is produced even at about C), but it is 500 ° for electronic devices.
Since it is manufactured around C, when manufacturing OEIC,
The difference in the proper substrate temperature between the optical device and the electronic device is 20.
There was a problem of reaching 0 ° C. Therefore, the electronic device must be manufactured after the optical device is manufactured,
When performing a plurality of epitaxial growths having different structures, it has been a great obstacle to the smooth progress of the manufacturing process.

【0008】図15に、上記のように構造の異なる複数
のデバイスを集積化するときのエピタキシャル成長の一
例として、SnドープGaAsの拡散を示す。この拡散
例では、既に成長温度が550°Cのときの拡散層深さ
と不純物濃度との相関特性(図に一点鎖線183で示し
た)が、理想的ドーピング形状(図に実線182で示し
た)から大きくかい離している。
FIG. 15 shows the diffusion of Sn-doped GaAs as an example of epitaxial growth when integrating a plurality of devices having different structures as described above. In this diffusion example, the correlation characteristic between the diffusion layer depth and the impurity concentration when the growth temperature is already 550 ° C. (shown by a chain line 183 in the figure) shows an ideal doping shape (shown by a solid line 182 in the figure). Far away from.

【0009】以上の様に、低温成長は半導体プロセスの
中で非常に重要な技術であり、特に、光デバイスの中心
となる半導体レーザの低温成長は光デバイス、電気デバ
イスの集積化にとって重要となる。
As described above, low-temperature growth is a very important technique in the semiconductor process, and particularly low-temperature growth of a semiconductor laser, which is the center of an optical device, is important for integration of optical devices and electric devices. ..

【0010】第2に、従来より、格子不整合のあるヘテ
ロ接合の関連で最近特に注目を集めているものとして、
基板とは異なる物質を成長させるヘテロエピタキシャル
成長が知られている。例えば、Si基板上にGaAsな
どIII−V族化合物半導体の薄膜を成長させてヘテロ
接合を作製することが知られている。Si基板上にGa
Asなどの薄膜を成長させることができるならば、大面
積で安価な基板が得られる。従って、例えば、高効率太
陽電池の作製、SiとGaAsとのモノシリック化によ
るOEICの実現、大面積基板上に高速のGaAs・I
CやHEMT(High Electron Mobility Transistor)
・ICの作製、パワーデバイスや半導体レーザの放熱改
善(SiはGaAsより熱伝導率が大きいので放熱が促
進される)など、技術発展の道が開ける。
Secondly, it has been hitherto attracting particular attention in relation to a heterojunction having a lattice mismatch, as follows.
Heteroepitaxial growth in which a substance different from the substrate is grown is known. For example, it is known to grow a thin film of a III-V group compound semiconductor such as GaAs on a Si substrate to form a heterojunction. Ga on Si substrate
If a thin film of As or the like can be grown, a large-area and inexpensive substrate can be obtained. Therefore, for example, fabrication of high-efficiency solar cells, realization of OEIC by monolithicization of Si and GaAs, high-speed GaAs · I on a large-area substrate
C and HEMT (High Electron Mobility Transistor)
-Opening the way for technological development such as IC fabrication, improvement of heat dissipation of power devices and semiconductor lasers (Si has a higher thermal conductivity than GaAs, so heat dissipation is promoted).

【0011】ところで、SiとGaAsとでは4%の格
子不整合があり且つ熱膨張係数が異なるために、従来の
結晶成長法では上記ヘテロ接合の作製は困難であった。
そのため、上記の格子不整合を緩和する方法が提案され
ている。例えば、Geを中間層としてGaAs/Ge/
Siの構造を作製する方法、Si基板を高温で清浄化し
た後に低温でアモルファス状の薄いGaAsを成長さ
せ、続いて成長温度を通常温度に上げてGaAsを成長
させる二段階成長法(GaAs/GaAs−AlGaA
s超格子/Siの構造を作製)、中間層に歪超格子を用
いる方法(AlGaAs/超格子/Siの構造を作製)
などが知られている。これらの方法では、結晶成長法と
してはMBE又は有機金属気相成長法(MOCVD)を
採用しており、何れもGaAsの単結晶が得られてい
る。このようにして作製されたSi基板上のGaAsを
用いて、電界効果トランジスタ(FET)、太陽電池、
半導体レーザなど各種デバイスが試作されている。又、
GaAs基板上に作製されたものに比して特性は劣るも
のの、Si基板上にGaAs/AlGaAsダブルヘテ
ロ接合のレーザを作製し、室温で発振させることができ
たとの報告もされている。
By the way, since the lattice mismatch of Si and GaAs is 4% and the coefficient of thermal expansion is different, it is difficult to produce the above-mentioned heterojunction by the conventional crystal growth method.
Therefore, a method for alleviating the above lattice mismatch has been proposed. For example, GaAs / Ge / with Ge as an intermediate layer
A two-step growth method (GaAs / GaAs) in which a structure of Si is produced, an amorphous thin GaAs is grown at a low temperature after cleaning a Si substrate at a high temperature, and then a growth temperature is raised to a normal temperature to grow GaAs. -AlGaA
s superlattice / Si structure), a method of using a strained superlattice for the intermediate layer (AlGaAs / superlattice / Si structure)
Are known. In these methods, MBE or metalorganic vapor phase epitaxy (MOCVD) is adopted as the crystal growth method, and in each case, a GaAs single crystal is obtained. Using GaAs on the Si substrate thus manufactured, a field effect transistor (FET), a solar cell,
Various devices such as semiconductor lasers have been prototyped. or,
Although the characteristics are inferior to those produced on a GaAs substrate, it is also reported that a GaAs / AlGaAs double heterojunction laser can be produced on a Si substrate and oscillated at room temperature.

【0012】その一例を、図16に示す。図示するよう
に、常圧MOCVD装置が用いられ、(100)2度o
ffのn形Si基板171を使い、Si基板171上に
GaP層172を900°Cで0.1μmだけ形成し、
GaP/GaAsP歪超格子(20nm/20nm×
5)173を750°Cで形成し、更にGaAsP/G
aAs歪超格子(20nm/20nm×5)173を形
成する。この超格子(SLS)173の上に、n−Ga
As174(厚さ2μm、不純物濃度2×1018
-3)、下部クラッド層であるn−AlxGa1-xAs1
75(厚さ0.08μm)、活性層であるアンドープG
aAs176(厚さ0.08μm)、上部クラッド層で
あるp−AlxGa1-xAs177(厚さ0.65μm,
不純物濃度1.3×1018cm-3)、p−GaAs17
8(厚さ0.65μm,1.3×1018cm-3)の順に
成長させる。この積層構造の最上層(p側)に電極とし
てAuZn/Au180、最下層(n側)にAuGe/
Au181を夫々蒸着し、ストライプ幅10μmでキャ
ビティ長が約300μmの半導体レーザを作製した。
FIG. 16 shows an example thereof. As shown in the figure, an atmospheric pressure MOCVD apparatus is used, and (100) 2 degrees o
An n-type Si substrate 171 of ff is used, and a GaP layer 172 is formed on the Si substrate 171 at 900 ° C. by 0.1 μm.
GaP / GaAsP strained superlattice (20nm / 20nm ×
5) 173 is formed at 750 ° C, and further GaAsP / G
An aAs strained superlattice (20 nm / 20 nm × 5) 173 is formed. On top of this superlattice (SLS) 173, n-Ga
As174 (thickness 2 μm, impurity concentration 2 × 10 18 c
m -3 ), a lower cladding layer of n-Al x Ga 1-x As1
75 (thickness 0.08 μm), undoped G that is an active layer
aAs176 (thickness 0.08 μm), p-Al x Ga 1-x As177 (thickness 0.65 μm, which is the upper clad layer)
Impurity concentration 1.3 × 10 18 cm −3 ), p-GaAs 17
8 (thickness 0.65 μm, 1.3 × 10 18 cm −3 ) are grown in this order. AuZn / Au180 is used as an electrode on the uppermost layer (p side) of this laminated structure, and AuGe / is used on the lowermost layer (n side).
Au181 was vapor-deposited to manufacture a semiconductor laser having a stripe width of 10 μm and a cavity length of about 300 μm.

【0013】図17に、上記のようにして作製された半
導体レーザの特性を示す。図17(a)には従来のGa
As基板上に作製されたレーザの特性を示し、図17
(b)には上記のSi基板上に作製されたレーザの特性
を示す。
FIG. 17 shows the characteristics of the semiconductor laser manufactured as described above. In FIG. 17A, the conventional Ga is used.
FIG. 17 shows the characteristics of the laser manufactured on the As substrate.
(B) shows the characteristics of the laser produced on the Si substrate.

【0014】図示された特性曲線から判るように、Ga
As基板上のダブルヘテロ接合(DH)レーザは、TE
モードのみで発振するが、Si基板上のレーザではTE
+TMモード及びTMモードで発振する。この発振モー
ド違いは、SiとGaAsとでは熱膨張係数が異なるた
めに、Si基板上に成長したGaAs層が応力(約10
9dyn/cm2)を受け、軽い正孔準位と重い正孔準位
とが分離したことからくると考えられる。
As can be seen from the characteristic curve shown, Ga
Double heterojunction (DH) lasers on As substrates are
It oscillates only in the mode, but in the laser on the Si substrate, TE
It oscillates in + TM mode and TM mode. This difference in oscillation mode means that Si and GaAs have different thermal expansion coefficients, so that the GaAs layer grown on the Si substrate is under stress (about 10
It is believed that this is because the light hole level and the heavy hole level are separated by receiving 9 dyn / cm 2 ).

【0015】このように、Si基板上のレーザには優れ
た特性があるものの、Si基板上に成長したGaAs層
は1×106/cm2のエッチピット(etch pit)をも
ち、レーザの寿命の観点から望ましいエッチピット値
(1×103/cm2)よりかなり大きいといった問題
や、GaAsレーザは700℃の高温成長で作製される
のでSiとGaAsとの熱膨張係数の違いから大きなス
トレスを生じてTMモード発振などのレーザ特性に悪影
響を与えるといった問題がある。
As described above, although the laser on the Si substrate has excellent characteristics, the GaAs layer grown on the Si substrate has an etch pit of 1 × 10 6 / cm 2 and the lifetime of the laser. From the viewpoint of the above, there is a problem that the etch pit value is much larger than the desired value (1 × 10 3 / cm 2 ), and since a GaAs laser is produced by high temperature growth at 700 ° C., a large stress is generated due to a difference in thermal expansion coefficient between Si and GaAs. However, there is a problem that the laser characteristics such as TM mode oscillation are adversely affected.

【0016】この様に、SiとGaAsの格子定数の違
いによるストレスや熱膨張係数の違いによるストレスな
どがいまだ完全には改善されておらず、レーザの寿命に
も大きな影響を及ぼす上記問題点を解決せずには、Si
基板上に作製される半導体レーザの実用化は困難と考え
られる。
As described above, the stress due to the difference in lattice constant between Si and GaAs, the stress due to the difference in thermal expansion coefficient, etc. have not been completely improved yet, and the above-mentioned problems that greatly affect the life of the laser are also solved. Without resolution, Si
It is considered difficult to put a semiconductor laser manufactured on a substrate into practical use.

【0017】第3に、従来より、半導体材料の複合化の
ための技術が開発されている。例えば、フラットパネル
・カラーディスプレイの開発のために、同一基板上に光
の三原色に対応した半導体材料を集積化して発光デバイ
スを作製する技術の検討が行われている。この半導体材
料としては、赤色用にAlGaAs、黄色用にGaP、
青色用にZnSeがあり、基板としては一般にGaAs
がある。
Thirdly, conventionally, a technique for compounding semiconductor materials has been developed. For example, in order to develop a flat panel color display, a technique for manufacturing a light emitting device by integrating semiconductor materials corresponding to the three primary colors of light on the same substrate has been studied. As the semiconductor material, AlGaAs for red, GaP for yellow,
There is ZnSe for blue, and GaAs is generally used as the substrate.
There is.

【0018】しかし、AlGaAsやGaPはGaAs
と格子定数が一致しており、これら半導体材料を用いた
発光ダイオードや半導体レーザは実用化されているもの
の、ZnSeを用いたデバイスは未だ実用化されていな
い。その技術的理由は、ZnSeのドーピングが困難で
あること、ZnSeとGaAsとでは成長温度が大きく
異なることにある。一般に、最適の成長温度は、ZnS
eで250°C〜350°CではありGaAsでは50
0°C以上である。例えば、ZnSe膜の上に良質のG
aAs膜を成長させようとすると、Ga,As,Zn,
Seの相互拡散が生じてGaAsとZnSeとの界面に
電流を妨げるn接合及びp接合が形成されてしまう。そ
のため、従来の結晶成長法では、通常GaAs基板上に
250°C〜350°CでZnSeを成長させる。
However, AlGaAs and GaP are GaAs
And the lattice constants match, and light emitting diodes and semiconductor lasers using these semiconductor materials have been put to practical use, but devices using ZnSe have not yet been put to practical use. The technical reason is that it is difficult to dope ZnSe, and the growth temperatures of ZnSe and GaAs are very different. Generally, the optimum growth temperature is ZnS.
e is 250 ° C to 350 ° C, and GaAs is 50 ° C.
It is 0 ° C or higher. For example, good quality G on ZnSe film
When trying to grow an aAs film, Ga, As, Zn,
The mutual diffusion of Se occurs, and an n-junction and a p-junction that obstruct the current are formed at the interface between GaAs and ZnSe. Therefore, in the conventional crystal growth method, ZnSe is normally grown on a GaAs substrate at 250 ° C to 350 ° C.

【0019】図18及び図19に、GaAs基板上にZ
nSeを成長させる従来の成長法の一例を示す。図18
に示すように、n−GaAs基板151の上にn−Zn
Se152を成長させる。このときの成長温度は300
°Cであり順調に結晶成長が進む。ところが、図18に
示すように、成長温度を500°Cに上げn−ZnSe
152の上にn−GaAs153を成長させようとする
と、ZnSe層152からn−GaAs153の中へZ
nが拡散してしまう。その結果、GaAs153の一部
がp形GaAs領域となる。それと同様に、GaAs層
153からZnSe152中にGaが拡散しZnSe1
52中へGaが拡散しZnSe152中にn領域が形成
されてしまう。つまり、GaAs基板とGaAs層15
3との間にnpn接合ができてしまう。
18 and 19, Z is formed on a GaAs substrate.
An example of a conventional growth method for growing nSe will be shown. FIG.
, N-Zn is formed on the n-GaAs substrate 151.
Grow Se152. The growth temperature at this time is 300
Since the temperature is ° C, crystal growth proceeds smoothly. However, as shown in FIG. 18, the growth temperature is raised to 500 ° C. and n-ZnSe is increased.
When an n-GaAs 153 is grown on the 152, the ZnSe layer 152 is transformed into the n-GaAs 153.
n is diffused. As a result, a part of the GaAs 153 becomes a p-type GaAs region. Similarly, Ga diffuses from the GaAs layer 153 into the ZnSe 152 and ZnSe1
Ga diffuses into 52 and an n region is formed in ZnSe 152. That is, the GaAs substrate and the GaAs layer 15
An npn junction will be formed between 3 and the above.

【0020】この様に、GaAs基板上にZnSe及び
GaAsを成長させようとすると、ZnSeとGaAs
との成長温度の差が大きいためにダイオード特性をもつ
デバイスができてしまうという難題があって、ZnSe
デバイスの実現にとって大きな障害となっている。或い
は、成長温度を上げずに低温でGaAsを成長させよう
とすると、結晶欠陥が多くなってしまう。
As described above, when ZnSe and GaAs are grown on the GaAs substrate, ZnSe and GaAs are grown.
There is a problem that a device having diode characteristics can be formed due to a large difference in growth temperature between ZnSe and ZnSe.
This is a major obstacle to the realization of devices. Alternatively, if GaAs is grown at a low temperature without raising the growth temperature, crystal defects will increase.

【0021】又、効率の良い発光デバイスを作製するた
めには、ZnSeとバンドギャップが異なる材料が必要
となる。その材料として、格子定数の一致するGaAs
やAlGaAs系を採用するのが最適である。従って、
ZnSe層の上に低温成長温度でGaAsなどを成長さ
せる技術の開発が必須である。その技術はZnSe層を
含む発光デバイスやGa,ZnSe,GaPなどの集積
化、更に一般的に成長温度の低いII−V族系の結晶成
長の重要技術となるものである。
In order to manufacture an efficient light emitting device, a material having a band gap different from that of ZnSe is required. As its material, GaAs with the same lattice constant
It is optimal to use the AlGaAs type or AlGaAs type. Therefore,
It is essential to develop a technique for growing GaAs or the like on the ZnSe layer at a low growth temperature. The technique is an important technique for integrating a light emitting device including a ZnSe layer, Ga, ZnSe, GaP, and the like, and generally for II-V group crystal growth having a low growth temperature.

【0022】[0022]

【発明が解決しようとしている課題】しかし、界面平坦
化のための前記成長中断法には、1原子層を形成するだ
けのIII族原子が供給されたと同時に結晶成長を中断
する必要があり、中断のタイミングがわずかでもずれる
と、1原子層のステップ差をもつ島の径をエキシトン半
径以上に大きくすることはできるものの、島は必ず残る
といった問題があった。その一例を、実施例との比較で
示す図2(b)に示す。
However, in the growth interruption method for planarizing the interface, it is necessary to interrupt the crystal growth at the same time as the supply of group III atoms for forming one atomic layer. Even if the timing is slightly deviated, the diameter of an island having a step difference of one atomic layer can be made larger than the exciton radius, but the island always remains. An example thereof is shown in FIG. 2B, which is shown in comparison with the embodiment.

【0023】また、結晶性及び界面平坦性に優れた結晶
を得る前記MEE法には、結晶成長の速度がきわめて遅
いために大量生産には適さないという問題があった。
Further, the MEE method for obtaining a crystal excellent in crystallinity and interface flatness has a problem that it is not suitable for mass production because the crystal growth rate is extremely slow.

【0024】また、上で述べた低温成長した半導体膜は
結晶欠陥が比較的多く、通常の成長温度において成長し
た膜に比べて劣ることも問題である。
Another problem is that the above-described semiconductor film grown at low temperature has relatively many crystal defects and is inferior to the film grown at a normal growth temperature.

【0025】そこで、本発明は、低温成長で、基板材料
と異なる材料の結晶積層膜を、相互拡散をなくし熱膨張
係数の違いによるストレスを抑える様に高品質で作製す
るための結晶改善された化合物半導体デバイスの製造方
法を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention has an improved crystal for producing a crystal laminated film of a material different from the substrate material by low temperature growth with high quality so as to eliminate mutual diffusion and suppress stress due to a difference in thermal expansion coefficient. An object is to provide a method for manufacturing a compound semiconductor device.

【0026】また、本発明は、結晶性及び界面平坦性に
優れた半導体デバイスを低温成長下で製造する方法を提
供することを目的とする。
It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device having excellent crystallinity and interface flatness under low temperature growth.

【0027】本発明の背景としては、まず第1に、低温
成長は半導体プロセスのなかで重要な技術であり、特に
光デバイスの中心である半導体レーザを低温成長で作製
する技術は重要であって、その技術開発は光デバイスと
電子デバイスとを集積化する上で極めて重要な課題であ
る。第2に、格子不整合や熱膨張係数の違いによるスト
レスを改善して、Si基板上に高品質の化合物半導体を
作製するための結晶改善法の開発も重要な課題である。
この本発明の結晶改善法により、良質な半導体レーザの
実現が展望されるのである。第3に、発光デバイスの分
野ではZnSeを用いたデバイスの開発が求められてお
り、又効率の良い発光デバイスの作製には、格子定数の
一致するGaAsやAlGaAs系が最適であることか
ら、ZnSe層の上に低温成長でGaAsなどを成長さ
せる技術の開発が求められている。更に、結晶性及び界
面平坦性に優れたエピタキシャル膜を含む半導体デバイ
スの製造も求められている。本発明はこれらの課題を解
決するものである。
As the background of the present invention, first of all, low temperature growth is an important technique in the semiconductor process, and particularly, a technique for manufacturing a semiconductor laser which is the center of an optical device by low temperature growth is important. , Its technical development is a very important issue in integrating optical devices and electronic devices. Secondly, the development of a crystal improvement method for improving the stress caused by the lattice mismatch and the difference in the coefficient of thermal expansion to produce a high quality compound semiconductor on the Si substrate is also an important issue.
The crystal improvement method of the present invention is expected to realize a good-quality semiconductor laser. Thirdly, in the field of light emitting devices, development of devices using ZnSe is required, and for the production of highly efficient light emitting devices, GaAs or AlGaAs systems with matching lattice constants are optimal. Development of a technique for growing GaAs or the like on the layer by low temperature growth is required. Further, there is also a demand for manufacturing a semiconductor device including an epitaxial film having excellent crystallinity and interface flatness. The present invention solves these problems.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の要旨は、例えば、少なくともIII族とV族とを含
む化合物半導体を、基板温度を500°C以下で真空蒸
着により成長させて形成した半導体膜を含む半導体デバ
イスを、水素などを含む還元雰囲気中で熱処理する工程
を含む化合物半導体デバイスの製造方法にある。
The gist of the present invention for achieving the above object is, for example, formation of a compound semiconductor containing at least a group III and a group V by vacuum vapor deposition at a substrate temperature of 500 ° C. or lower. The method for producing a compound semiconductor device includes the step of heat-treating a semiconductor device including the above semiconductor film in a reducing atmosphere containing hydrogen or the like.

【0029】上記目的を達成する本発明の要旨は、基板
上に形成される結晶積層膜が周期律表に基づいた複数の
族の異なる材料により形成され且つ結晶成長温度が50
0°C以下で結晶積層膜が作製される化合物半導体デバ
イスの結晶改善方法において、結晶積層膜の中に電流を
流すことで発光効率等を改善する結晶改善方法にある。
The gist of the present invention to achieve the above object is that the crystal laminated film formed on the substrate is formed of a plurality of materials of different groups based on the periodic table and the crystal growth temperature is 50.
A crystal improving method for a compound semiconductor device, in which a crystal laminated film is produced at 0 ° C. or lower, is a crystal improving method for improving luminous efficiency and the like by passing an electric current through the crystal laminated film.

【0030】より具体的には、前記化合物半導体は少な
くともIII族とV族とを含んだり、還元雰囲気は水素
を含む雰囲気であったり、半導体膜をV族とIII族と
の飛来分子数のフラックス比(蒸気圧の高いV族の飛来
分子数を蒸気圧の低いIII族の飛来分子数で割った
値)を2.5以下に保って成長させたり、真空蒸着が分
子線エピタキシャル成長法によるものであったり、熱処
理の雰囲気が水素100%に保たれていたり、熱処理温
度が500°Cから800°Cの範囲であったり、熱処
理の時間が10分から120分の範囲であったり、半導
体膜が少なくとも砒素とガリウムとを含んでいたり、半
導体膜がアルミニウムを含んでいたり、前記結晶積層膜
に成長温度より低い温度において電流を流すことで結晶
改善されたり、前記結晶積層膜が、飛来分子数のフラッ
クス比が2.5以下で作製され、結晶積層膜に活性層を
含まないと共に該結晶積層膜が活性領域より基板側に形
成されたりする。
More specifically, the compound semiconductor contains at least Group III and Group V, the reducing atmosphere is an atmosphere containing hydrogen, and the semiconductor film has a flux of the number of flying molecules of Group V and Group III. The ratio (the number of flying molecules of group V with high vapor pressure divided by the number of flying molecules of group III with low vapor pressure) is kept at 2.5 or less, or vacuum deposition is performed by molecular beam epitaxial growth method. The heat treatment atmosphere is kept at 100% hydrogen, the heat treatment temperature is in the range of 500 ° C. to 800 ° C., the heat treatment time is in the range of 10 minutes to 120 minutes, and the semiconductor film is at least The semiconductor film contains arsenic and gallium, the semiconductor film contains aluminum, and the crystal is improved by applying a current to the crystal laminated film at a temperature lower than the growth temperature. The crystal laminated film is produced with a flux ratio of the number of flying molecules of 2.5 or less, the crystal laminated film does not include an active layer, and the crystal laminated film is formed closer to the substrate than the active region.

【0031】[0031]

【作用】上記構成の本発明によれば、化合物半導体ヘテ
ロ界面の成長時の基板温度を500°C以下とし、1原
子層のステップ差をもつ島の径を小さくすることで、量
子井戸内のエキシトン又は界面近傍のキャリアにとって
実効的に平坦な界面を作製する。続いて、熱処理によっ
て、低温成長に起因する結晶欠陥から回復できるが、そ
の結果、結晶性及び界面平坦性に優れたエピタキシャル
膜を含む半導体デバイスが製造される。
According to the present invention having the above-described structure, the substrate temperature during the growth of the compound semiconductor hetero interface is set to 500 ° C. or lower, and the diameter of the island having the step difference of one atomic layer is made small, so that the inside of the quantum well is reduced. An exciton or a carrier near the interface is effectively formed as a flat interface. Subsequently, a heat treatment can recover from the crystal defects caused by the low temperature growth. As a result, a semiconductor device including an epitaxial film having excellent crystallinity and interface flatness is manufactured.

【0032】具体的には、基板温度を500℃以下とし
て、真空中で、例えばMBE法に代表される蒸着法で膜
を形成する第1の工程において、V族とIII族との飛
来分子数の比を2.5以下(好ましくは、2以下)に保
って成長させると、高品質の結晶成長が得られる(詳し
くは、特願平2−313438の明細書を参照)。この
結晶成長の際、1原子層のステップ差をもつ島の径が小
さくなり、量子井戸内のエキシトン又は界面近傍のキャ
リアにとって実効的に平坦な界面が作製される。
Specifically, in the first step of forming a film in a vacuum at a substrate temperature of 500 ° C. or lower, for example, by a vapor deposition method represented by the MBE method, the number of flying molecules of group V and group III A high-quality crystal growth can be obtained by keeping the ratio of 2.5 to 2.5 or less (preferably 2 or less) (for details, refer to the specification of Japanese Patent Application No. 2-313438). During this crystal growth, the diameter of the island having a step difference of one atomic layer becomes small, and an exciton in the quantum well or a flat interface is effectively created for carriers near the interface.

【0033】続いて、還元雰囲気中で成長時の基板温度
以上に昇温すると、結晶欠陥から回復できる。尚、この
とき、熱処理温度が高すぎたり処理時間が長すぎたりす
ると、量子井戸構造が崩れたり、ドーパンドが拡散した
り、表面からAs原子が離脱したりするなどの副作用を
起こすが、水素中で500℃〜800℃の熱処理を10
分〜120分の間行ったときには、副作用は起きない
か、又は無視できるほど小さい。
Then, when the temperature is raised above the substrate temperature during growth in a reducing atmosphere, the crystal defects can be recovered. At this time, if the heat treatment temperature is too high or the treatment time is too long, side effects such as collapse of the quantum well structure, diffusion of dopants, and detachment of As atoms from the surface occur. Heat treatment at 500 ℃ ~ 800 ℃ at 10
Side effects do not occur or are negligible when run between minutes and 120 minutes.

【0034】また、低温にて成長した半導体膜に、電流
を通電することにより結晶中の欠陥を低減できる。
Further, defects in the crystal can be reduced by passing a current through the semiconductor film grown at a low temperature.

【0035】[0035]

【実施例】図1は、本発明を適用したIII−V族化合
物半導体デバイスの製造工程の第1の実施例についての
説明図であり、実効的に平坦な界面をもつGaAs/A
lGaAsの量子井戸を製造する工程を示している。図
2は、本実施例の量子井戸の構造(図2(a))を従来
例(図2(b))との比較において示す説明図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is an explanatory view of a first embodiment of a process for manufacturing a III-V group compound semiconductor device to which the present invention is applied, which is a GaAs / A having an effectively flat interface.
1 shows a process of manufacturing a quantum well of 1GaAs. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the structure of the quantum well of this embodiment (FIG. 2A) in comparison with the conventional example (FIG. 2B).

【0036】図3に示すように、n−GaAs基板11
の上にアンドープGaAsのバッファ層12が0.5μ
m、そのバッファ層12の上にAl0.3Ga0.7Asのバ
リア層13が1.5μm、そのバリア層13の上にアン
ドープGaAsの量子井戸層14が8nm、夫々形成さ
れている。更に、量子井戸層14の上には、アンドープ
Al0.3Ga0.7Asのバリア層15が1.5μm、その
上にはアンドープGaAsのキャップ層16が0.2μ
m、夫々形成されている。
As shown in FIG. 3, the n-GaAs substrate 11
0.5 μ of undoped GaAs buffer layer 12 on top of
A barrier layer 13 of Al 0.3 Ga 0.7 As is formed on the buffer layer 12 of 1.5 μm, and an undoped GaAs quantum well layer 14 of 8 nm is formed on the barrier layer 13. Further, an undoped Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 15 of 1.5 μm is formed on the quantum well layer 14, and an undoped GaAs cap layer 16 is formed of 0.2 μm on the barrier layer 15.
m, respectively.

【0037】本実施例では、まず、MBE法で基板温度
を400°Cとして、V族/III族のフラックス比γ
(蒸気圧の高いV族の飛来分子数を蒸気圧の低いIII
族の飛来分子数で割った値)をAl0.3Ga0.7As層に
対してγ=1.1となるように定めると、GaAsの量
子井戸層14に対してはγ=1.57となる(図1の工
程1参照)。このようにして製造された量子井戸14
を、514.5nmの波長をもつArレーザで励起し
て、77Kでのフォトルミネセンスを観測する。する
と、半値幅は3.5meVであり、熱エネルギ(6.6
meV)よりも狭く、平坦な界面が形成されたことが判
る。又、発光強度を高温の基板温度(625°C)で成
長したものと比較すると、その1/8程度であって低温
成長に起因した非発光再結合中心を多数含んでいること
が判る。
In this embodiment, first, the substrate temperature is set to 400 ° C. by the MBE method and the V / III flux ratio γ.
(The number of incoming molecules of group V with high vapor pressure is
(Value divided by the number of flying molecules of the group) so that γ = 1. 1 for the Al 0.3 Ga 0.7 As layer, γ = 1.57 for the GaAs quantum well layer 14 ( See step 1 of FIG. 1). Quantum well 14 manufactured in this way
Is excited with an Ar laser having a wavelength of 514.5 nm and the photoluminescence at 77K is observed. Then, the full width at half maximum is 3.5 meV, and the thermal energy (6.6
It can be seen that a flat interface narrower than meV) was formed. Also, comparing the emission intensity with that grown at a high substrate temperature (625 ° C.), it is found that it is about ⅛ of that, and contains many non-radiative recombination centers due to low temperature growth.

【0038】続いて、1気圧の水素フロー中で700°
Cの熱処理を0.5時間行うと(図1の工程2参照)、
結晶欠陥がアニールされて非発光再結合中心が減少す
る。即ち、発光強度は8倍となり高温成長と同程度とな
る。このとき、量子井戸界面の急峻性は失われないと共
にフォトルミネセンスの半値幅は変わらない。
Then, 700 ° in a hydrogen flow of 1 atm.
When the heat treatment of C is performed for 0.5 hours (see step 2 in FIG. 1),
The crystal defects are annealed to reduce the non-radiative recombination centers. That is, the emission intensity is eight times as high as that at high temperature growth. At this time, the steepness of the quantum well interface is not lost, and the full width at half maximum of photoluminescence does not change.

【0039】尚、本実施例では、熱処理の際にはAs圧
を調整するために、他のAs源としてGaAsウェハを
用いてフェーストゥフェース(Face to face)の配置を
行ったが、キャップ材は特に必要としない。又、他のA
s源を用いずキャップレスの状態で熱処理を行ってもよ
い。
In this embodiment, in order to adjust the As pressure during the heat treatment, a GaAs wafer was used as another As source to arrange the face to face (face to face). Is not particularly necessary. Also, other A
The heat treatment may be performed in a capless state without using the s source.

【0040】次に、本発明の第2実施例について説明す
る。図4は平坦な量子井戸を有する半導体レーザ(GR
IN−SCH−SQWレーザダイオード)を製造する工
程の説明図、図5は半導体レーザの構造の説明図であ
る。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 shows a semiconductor laser (GR
FIG. 5 is an explanatory diagram of a process of manufacturing an IN-SCH-SQW laser diode), and FIG. 5 is an explanatory diagram of a structure of a semiconductor laser.

【0041】図5に示すように、n−GaAs基板21
の上に、SiドープGaAsのバッファ層22が0.5
μm、そのバッファ層22の上に、SiドープGaAs
10nm及びSiドープAl0.5Ga0.5As4nmの繰
り返し各10層ずつからなる多重量子井戸(MQW)バ
ッファ層23が、そのMQWバッファ層23の上にSi
ドープAl0.5Ga0.5Asクラッド層24が1.5μ
m、夫々形成されている。
As shown in FIG. 5, an n-GaAs substrate 21
On top of it, a Si-doped GaAs buffer layer 22 of 0.5 is formed.
μm, Si-doped GaAs on the buffer layer 22
A multiple quantum well (MQW) buffer layer 23 consisting of 10 layers each having a thickness of 10 nm and Si-doped Al 0.5 Ga 0.5 As 4 nm is repeatedly formed on the MQW buffer layer 23.
Doped Al 0.5 Ga 0.5 As clad layer 24 is 1.5μ
m, respectively.

【0042】更に、クラッド層24の上には、2000
Å厚の光閉じ込め領域であるSiドープAlyGa1-y
s25が形成され、そのAlの含有率yは0.5からな
だらかに変化し、活性層26の近くでは0.3に低下す
る。
Further, on the clad layer 24, 2000
Å Thick optical confinement region Si-doped Al y Ga 1-y A
s25 is formed, and the Al content y thereof changes gradually from 0.5 and decreases to 0.3 near the active layer 26.

【0043】活性層である単一量子井戸(SQW)26
は、アンドープAl0.3Ga0.7As10nmのバリア層
と、アンドープGaAs6nmの井戸層と、アンドープ
Al0.3Ga0.7As10nmのバリア層とからなる。こ
の単一量子井戸26の上に、上部の光閉じ込め領域であ
るBeドープAlzGa1-zAs27が2000Å形成さ
れる。このときのAl含有率zもなだらかに変化し、下
部の光閉じ込め層25とは対照的に、0.3から0.5
へと上昇する。更に、この上部の光閉じ込め層27の上
に、BeドープAl0.5Ga0.5Asクラッド層28が
1.5μm形成され、その上にBeドープGaAsのキ
ャップ層29が0.5μm形成される。
Single quantum well (SQW) 26 which is an active layer
Is composed of an undoped Al 0.3 Ga 0.7 As 10 nm barrier layer, an undoped GaAs 6 nm well layer, and an undoped Al 0.3 Ga 0.7 As 10 nm barrier layer. On this single quantum well 26, 2000 Å of Be-doped Al z Ga 1 -z As 27, which is the upper optical confinement region, is formed. The Al content z at this time also changes gently, and in contrast to the lower optical confinement layer 25, 0.3 to 0.5.
Rise to. Further, a Be-doped Al 0.5 Ga 0.5 As clad layer 28 is formed to a thickness of 1.5 μm on the upper optical confinement layer 27, and a Be-doped GaAs cap layer 29 is formed to a thickness of 0.5 μm thereon.

【0044】本実施例では、まずMBE法で基板温度を
425°Cとして、V族/III族のフラックス比をA
0.5Ga0.5As層に対してγ=1.1となるようにし
て成膜した(図4の工程1参照)。活性層26のGaA
s層が成長するときのV族/III族フラックス比は、
2.2となる。続いて、成膜したレーザウェハを1気圧
の水素フロー中におき、700°Cの熱処理を1時間行
った(図4の工程2参照)。その結果、結晶欠陥からの
回復の効果は、レーザの発振閾電流密度の変化に現れ
た。例えば、100μm幅、共振器長400μmのブロ
ード・エリア・ストライプ・レーザに加工したもので
は、熱処理前の発振閾電流密度1.5kA/cm2
が、熱処理後には0.53kA/cm2にまで低減し
た。
In this embodiment, first, the substrate temperature is set to 425 ° C. by the MBE method, and the group V / group III flux ratio is set to A.
A film was formed on the 1 0.5 Ga 0.5 As layer so that γ = 1.1 (see step 1 in FIG. 4). GaA of the active layer 26
The group V / group III flux ratio when the s layer grows is
It becomes 2.2. Then, the formed laser wafer was placed in a hydrogen flow of 1 atm and heat treatment was performed at 700 ° C. for 1 hour (see step 2 in FIG. 4). As a result, the effect of recovery from crystal defects appeared in the change in laser oscillation threshold current density. For example, in the case of processing into a broad area stripe laser having a width of 100 μm and a cavity length of 400 μm, the oscillation threshold current density before heat treatment is 1.5 kA / cm 2.
However, it decreased to 0.53 kA / cm 2 after the heat treatment.

【0045】尚、各層に対するドーピングの有無は、本
実施例のプロセス及び結果に影響しない。
Whether or not each layer is doped does not affect the process and results of this embodiment.

【0046】続いて、第3実施例について説明する。図
6は高電子移動トランジスタ(HEMT)の構造を表す
説明図である。
Next, the third embodiment will be described. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the structure of a high electron transfer transistor (HEMT).

【0047】図6において、31は半絶縁性GaAs基
板、32は1μm厚の活性層領域となるアンドープGa
As、33はスペーサ層である100ÅのAlxGa1-x
As、34は1μm厚のSiドープAlxGa1-xAs、
35はソース、36はゲート、37はドレイン、39は
アイソレーション、40は基板31の上に堆積されたバ
ッファ層のアンドープのGaAsである。 尚、本実施
例では、層33,34のAl含有率x=0.25とし
た。又、38は2次元電子ガスである。
In FIG. 6, reference numeral 31 is a semi-insulating GaAs substrate, and 32 is an undoped Ga which becomes an active layer region having a thickness of 1 μm.
As, 33 is a spacer layer of 100 Å of Al x Ga 1-x
As, 34 is 1 μm thick Si-doped Al x Ga 1-x As,
Reference numeral 35 is a source, 36 is a gate, 37 is a drain, 39 is isolation, and 40 is undoped GaAs of a buffer layer deposited on the substrate 31. In this example, the Al content x of the layers 33 and 34 was set to 0.25. Further, 38 is a two-dimensional electron gas.

【0048】上記構造のデバイス製造の特徴は、膜成長
時のフラックス比γが2.0以下に保たれていることに
あり、As4(4個の原子がまとまった分子状のもの)
圧は1×10-5Torrとした。これでV族/III族
のフラックス比γは、AlGaAsで1.4、GaAs
で1.9となった。これにより、低温成長であっても良
質な化合物半導体結晶が得られた。特に2次元電子ガス
38は、アンドープGaAsの活性層32とAlxGa
1-xAsスペーサ層33の間の界面付近に存在するが、
この界面を実効的に平坦なものとすることができる。
A feature of the device fabrication with the above structure is that the flux ratio γ during film growth is maintained at 2.0 or less, and As 4 (a molecular one in which 4 atoms are collected)
The pressure was 1 × 10 −5 Torr. Thus, the V / III flux ratio γ is 1.4 for AlGaAs and GaAs
It became 1.9. As a result, a good quality compound semiconductor crystal was obtained even when grown at a low temperature. In particular, the two-dimensional electron gas 38 is composed of the active layer 32 of undoped GaAs and Al x Ga.
Exists near the interface between the 1-x As spacer layers 33,
This interface can be made effectively flat.

【0049】このようにして製造されたデバイスを、1
気圧の水素フロー中で600℃の熱処理を1時間行った
ところキャリア移動度の大幅な改善がみられた。
The device thus manufactured is
When the heat treatment was carried out at 600 ° C. for 1 hour in the hydrogen flow at atmospheric pressure, the carrier mobility was significantly improved.

【0050】尚、上記の第1〜第3の実施例では、Al
GaAs系の材料を中心に用いたが、この他に、例え
ば、GaP・AlGaP・GaInAsの組み合わせか
らなるヘテロ界面としてもよい。これら材料を用いたと
きにも、上記実施例と同様の効果を奏する。
In the above-mentioned first to third embodiments, Al is used.
Although a GaAs-based material is mainly used, other than this, for example, a hetero interface composed of a combination of GaP / AlGaP / GaInAs may be used. Even when these materials are used, the same effect as that of the above-mentioned embodiment is obtained.

【0051】次に、本発明の第4の実施例について図面
と共に説明する。図7は本発明が適用された結晶改善法
によって作製された単一量子井戸(SQW)レーザの断
面図である。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a sectional view of a single quantum well (SQW) laser manufactured by the crystal improvement method to which the present invention is applied.

【0052】図示するように、n−GaAs基板51上
にSiドープGaAsのバッファ層52が形成され、バ
ッファ層52の上にSiドープAl0.5Ga0.5As53
が1.5μmの厚さに形成されている。更にバッファ層
52の上には、下部光閉じ込め層54、活性層55、上
部光閉じ込め層56、ドープAl0.5Ga0.5Asの層5
7、キャップ層58の順に形成・積層されている。
As shown, a Si-doped GaAs buffer layer 52 is formed on an n-GaAs substrate 51, and Si-doped Al 0.5 Ga 0.5 As 53 is formed on the buffer layer 52.
Are formed with a thickness of 1.5 μm. Further, on the buffer layer 52, a lower light confinement layer 54, an active layer 55, an upper light confinement layer 56, and a layer 5 of doped Al 0.5 Ga 0.5 As.
7. The cap layer 58 is formed and laminated in this order.

【0053】下部光閉じ込め領域54は、2000オン
グストローム厚のアンドープAlyGa1-yAsであり、
Alの含有率yは0.5からグレーディドに変わり活性
層55の近くでは0.3に低下する。活性層55は、7
0オングストローム厚のアンドープGaAsであり、上
部光閉じ込め領域56は2000オングストロームのア
ンドープAlzGa1-zAsであり、Alの含有率zは、
下部光閉じ込め層54とは反対に活性層55の近くでの
0.3から0.5へと上昇する。層57は1.5μmの
厚さであり、キャップ層58は0.5μmのBeドープ
GaAsである。
The lower optical confinement region 54 is 2000 Å thick undoped Al y Ga 1-y As,
The Al content y changes from 0.5 to graded and decreases to 0.3 near the active layer 55. The active layer 55 is 7
It is 0 Å thick undoped GaAs, the upper optical confinement region 56 is 2000 Å undoped Al z Ga 1 -z As, and the Al content z is
It rises from 0.3 near the active layer 55 as opposed to the lower light confinement layer 54 to 0.5. Layer 57 is 1.5 μm thick and cap layer 58 is 0.5 μm Be-doped GaAs.

【0054】各層が積層された後に、基板51を100
μm程度に薄くし、p側の電極としてCr/Au59
を、n側の電極としてAuGe/Ni/Au60を、夫
々形成し、そして加工してリッジ形導波路をもったSQ
Wレーザを作製した。
After the layers are laminated, the substrate 51 is placed on the substrate 100.
It is thinned to about μm, and Cr / Au59 is used as the p-side electrode.
And AuGe / Ni / Au60 as the n-side electrode, respectively, and processed to form an SQ having a ridge-shaped waveguide.
A W laser was produced.

【0055】このように作製されたSQWレーザに、環
境温度70°Cの下で電流を流した。図8に、その通電
における閾電流密度の時間的変化を示す。図8におい
て、横軸61は通電時間、縦軸62はSQWレーザの閾
電流(mA)である。図示するように、閾電流は通電時
間が経過するにしたがって低下し、一定時間の後には飽
和するという傾向がみられる。通電の結果、SQWレー
ザの閾値は、未通電のものに比較して2/3となった。
条件によっては1/2となるときもあるが、閾値が安定
し一定になると、それ以後は変化しない。
A current was passed through the SQW laser manufactured in this manner at an ambient temperature of 70 ° C. FIG. 8 shows a temporal change in the threshold current density during the energization. In FIG. 8, the horizontal axis 61 is the energization time, and the vertical axis 62 is the threshold current (mA) of the SQW laser. As shown in the figure, there is a tendency that the threshold current decreases as the energization time elapses and becomes saturated after a certain time. As a result of energization, the threshold value of the SQW laser was 2/3 of that of the non-energized one.
Depending on the conditions, it may be halved, but once the threshold becomes stable and constant, it will not change thereafter.

【0056】尚、SQWレーザへの通電は、できるだけ
レーザ発振していない状態で行うことが望ましい。何故
なら、レーザ発振させると端面がレーザ光により劣化す
る可能性があるからである。又、結晶改善はレーザの光
出力には影響がなく通電量及び周囲温度に大きく依存し
ているからである。
Incidentally, it is desirable to energize the SQW laser in a state where laser oscillation is not performed as much as possible. This is because when laser oscillation is performed, the end face may be deteriorated by the laser light. Further, the crystal improvement does not affect the optical output of the laser and largely depends on the energization amount and the ambient temperature.

【0057】ここで、結晶改善が通電量及び周囲温度に
依存することの一例を示す。図9(a)には、供給電流
量が一定のときの周囲温度と改善された電流量との関係
が、図9(b)には周囲温度が一定のときの供給電流量
と改善された電流量との関係が、夫々示されている。図
から判るように、周囲温度が高いほど低下する電流量が
大きく、又供給電流量が多いほど改善速度が大きく、同
じレベルで通電する場合には周囲温度を上げレーザ発振
させないで通電したときの方が改善大きく端面劣化も少
ない。
Here, one example of how the crystal improvement depends on the amount of electricity and the ambient temperature is shown. FIG. 9A shows the relationship between the ambient temperature and the improved current amount when the supply current amount is constant, and FIG. 9B shows the relation between the supply current amount and the improved current amount when the ambient temperature is constant. The relationship with the current amount is shown respectively. As can be seen from the figure, the higher the ambient temperature, the greater the amount of current that decreases, and the greater the amount of supplied current, the greater the improvement rate.When energizing at the same level, the ambient temperature is raised and laser power is generated without energizing. The improvement is greater and the end surface deterioration is less.

【0058】次に、本発明の第5実施例について説明す
る。図10は多重量子井戸(MQW)構造を活性層にも
つ半導体レーザの断面図である。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a sectional view of a semiconductor laser having a multiple quantum well (MQW) structure in an active layer.

【0059】図において、71は基板である0.5μm
厚のp−GaAs、72はバッファ層である0.5μm
のBeドープGaAs、73はクラッド層である1.5
μm厚のBeドープAl0.5Ga0.5As、74は光閉じ
込め層である200nm厚のBeドープAlxGa1-x
s、75は活性層であるノンドープGaAsとAl0.3
Ga0.7Asとの5層構造である。活性層75には、更
に、上部光閉じ込め層76、ドープAl0.5Ga0.5As
の層77、キャップ層78の順に形成・積層されてい
る。光閉じ込め層74のAl組成は、クラッド層73と
の界面では0.5で活性層75との界面では0.3に低
下している。
In the figure, 71 is a substrate of 0.5 μm.
Thick p-GaAs, 72 is a buffer layer of 0.5 μm
Be-doped GaAs, 73 is a cladding layer 1.5
μm thick Be-doped Al 0.5 Ga 0.5 As, 74 is an optical confinement layer 200 nm thick Be-doped Al x Ga 1-x A
s and 75 are non-doped GaAs and Al 0.3 which are active layers.
It has a five-layer structure of Ga 0.7 As. The active layer 75 further includes an upper optical confinement layer 76, a doped Al 0.5 Ga 0.5 As layer.
Layer 77 and cap layer 78 are formed and laminated in this order. The Al composition of the light confinement layer 74 is 0.5 at the interface with the cladding layer 73 and 0.3 at the interface with the active layer 75.

【0060】この活性層75では、まずノンドープGa
Asが6nm厚の層に形成され、その上にノンドープA
0.3Ga0.7Asが10nm厚の層に形成される。続い
て、ノンドープGaAsの層とノンドープAl0.3Ga
0.7Asの層とが5回積層されて活性層75が形成され
る。
In the active layer 75, first, non-doped Ga is used.
As is formed in a layer with a thickness of 6 nm, and non-doped A is formed on the layer.
l 0.3 Ga 0.7 As is formed in a 10 nm thick layer. Then, a layer of non-doped GaAs and non-doped Al 0.3 Ga
The 0.7 As layer is laminated five times to form the active layer 75.

【0061】76は上部光閉じ込め層である200nm
厚のSiドープAlxGa1-xAs、77はクラッド層で
ある1.5μm厚のSiドープAl0.5Ga0.5As、7
8はコンタクト層である0.5μm厚のSiドープGa
Asである。クラッド層77のAl組成は、活性層75
との界面では0.3であり上部クラッド層77との界面
では0.5となる。79はn側電極であるAuGe/A
uであり、80はp側電極であるCr/Auである。
76 is an upper optical confinement layer, 200 nm
The thick Si-doped Al x Ga 1-x As, 77 is a cladding layer having a thickness of 1.5 μm Si-doped Al 0.5 Ga 0.5 As, 7
8 is a contact layer of 0.5 μm thick Si-doped Ga
It is As. The Al composition of the clad layer 77 is equal to that of the active layer 75.
It is 0.3 at the interface with and is 0.5 at the interface with the upper cladding layer 77. 79 is AuGe / A which is an n-side electrode
u is 80, and Cr / Au is a p-side electrode.

【0062】上記構成のMQWレーザにおいても通電に
よる結晶改善の効果がみられる。具体的には、70°C
の周囲温度、10時間程度の通電によって閾値を2/3
程度にすることができた。更に、上記と同様な現象結果
が、活性層が0.1μm程度の厚さのノーマル・ダブル
ヘテロ(DH)構造についても確認され、通電による結
晶改善の方法が、低温成長の半導体レーザに適用できる
ことが実証された。
Also in the MQW laser having the above-mentioned structure, the effect of crystal improvement due to energization can be seen. Specifically, 70 ° C
Ambient temperature for about 10 hours, the threshold value is 2/3
Could be about. Further, the same phenomenon result as above was confirmed for the normal double hetero (DH) structure in which the active layer has a thickness of about 0.1 μm, and the method of crystal improvement by energization can be applied to a low-temperature grown semiconductor laser. Was demonstrated.

【0063】尚、本実施例の結晶改善法は、低温成長の
発光ダイオードなどにも適用できる。光通信などでは、
高速通信の実現にとって半導体デバイスの集積化は重要
な技術である。半導体デバイスの集積化工程において、
低温成長の技術はプロセスのうえで重要であるが、本実
施例の結晶改善法と組み合わせることで、500°C以
下での低温下で一貫プロセスを実現することができる。
更に、最適化を図れば350°C程度の低温下での一貫
プロセスが実現できる。
The crystal improvement method of this embodiment can also be applied to a low-temperature grown light emitting diode or the like. In optical communication etc.,
Integration of semiconductor devices is an important technology for realizing high-speed communication. In the process of integrating semiconductor devices,
The technique of low temperature growth is important for the process, but by combining it with the crystal improvement method of this example, a consistent process can be realized at a low temperature of 500 ° C. or lower.
Furthermore, if optimization is performed, an integrated process at a low temperature of about 350 ° C can be realized.

【0064】このような低温成長技術と本発明の通電に
よる結晶改善法とにより、Si基板の上にAlGaAs
系のレーザを作製することができる。その作製例につい
て、以下説明する。
By such a low temperature growth technique and the crystal improvement method by energization of the present invention, AlGaAs is formed on the Si substrate.
A system laser can be made. An example of the fabrication will be described below.

【0065】図11は、Si基板82の上に基板温度3
50°CでSiドープGaAs83を成長させる成長法
の説明図である。SiドープGaAs83の欠陥密度は
1×105cm-2であった。従来のものに比して二桁以
上の改善が図られたが、この改善は熱膨張係数などの違
いによるストレスが緩和されたことによる。
In FIG. 11, the substrate temperature 3 is set on the Si substrate 82.
It is explanatory drawing of the growth method which makes Si dope GaAs83 grow at 50 degreeC. The defect density of the Si-doped GaAs 83 was 1 × 10 5 cm -2 . Compared to the conventional one, an improvement of two digits or more was achieved, but this improvement was due to the relaxation of stress due to the difference in thermal expansion coefficient.

【0066】図12は、第6実施例の半導体レーザの断
面図である。この半導体レーザの作製は、上記ストレス
緩和法が用いられている。尚、半導体レーザはSi基板
の上に作製され、クラッド層のAl含有率は0.5とし
た。
FIG. 12 is a sectional view of the semiconductor laser of the sixth embodiment. The above-mentioned stress relaxation method is used for manufacturing this semiconductor laser. The semiconductor laser was produced on a Si substrate, and the Al content of the clad layer was 0.5.

【0067】図12において、91は(001)面n形
Si基板、92は0.5μm厚のSiドープGaAs、
93は2.0μm厚のSiドープAl0.5Ga0.5As、
94は500オングストローム厚のSiドープAlx
1-xAsの光閉じ込め層(xは0.5から0.3に下
げる)、95は70オングストローム厚のアンドープG
aAsの活性層、96は500オングストローム厚のB
eドープAlyGa1-yAsの上部光閉じ込め層(yは
0.3から0.5に上げる)、97は1.5μm厚のB
eドープAl0.5Ga0.5Asの上部クラッド層、98は
BeドープGaAsのキャップ層、99はp形電極、1
00はn形電極である。
In FIG. 12, 91 is a (001) plane n-type Si substrate, 92 is a 0.5 μm thick Si-doped GaAs,
93 is a 2.0 μm thick Si-doped Al 0.5 Ga 0.5 As,
94 is 500 Å thick Si-doped Al x G
a 1-x As optical confinement layer (x is reduced from 0.5 to 0.3), 95 is 70 Å thick undoped G
Active layer of aAs, 96 is B of 500 angstroms thick
The upper optical confinement layer of e-doped Al y Ga 1-y As (y is increased from 0.3 to 0.5), 97 is 1.5 μm thick B
e-doped Al 0.5 Ga 0.5 As upper cladding layer, 98 Be-doped GaAs cap layer, 99 p-type electrode, 1
00 is an n-type electrode.

【0068】成長法としてはMBE法を採用し、GaA
s95の成長速度を0.7μm/h、基板温度を350
°C、基板回転速度を12rpmとした。各層のフラッ
クス比は2以下に保つようにAs圧を制御した。その結
果、閾値電流密度は2kA/cm2となった。更に、6
0°Cの周囲温度の下で10時間程度通電すると、閾値
は1kA/cm2に改善された。
The MBE method is adopted as the growth method, and GaA
Growth rate of s95 is 0.7 μm / h, substrate temperature is 350
The substrate rotation speed was 12 rpm. The As pressure was controlled so that the flux ratio of each layer was maintained at 2 or less. As a result, the threshold current density was 2 kA / cm 2 . Furthermore, 6
The threshold value was improved to 1 kA / cm 2 when electricity was applied for about 10 hours at an ambient temperature of 0 ° C.

【0069】この例のように、Si基板上にGaAsを
成長させるときにも通電することにより低温成長でも良
質な膜を作製することができる。
As in this example, a good quality film can be formed even at low temperature growth by energizing the GaAs when it is grown on the Si substrate.

【0070】尚、本実施例では活性層の構造として、S
QWに限らずMQW構造や量子効果をもたない厚さ0.
1ほどのGaAsなどを用いてもよい。更に、本実施例
ではMBE法を採用したが、半導体デバイスの一部の層
をMEE法(Migration Enhanced Epitaxy)により形成
するようにしてもよい(MEE法の詳細については、例
えばJapanese Journal of Applied Physics Vol.28,No.
2,February,1989,pp.200-209 を参照されたい)。
In this embodiment, the structure of the active layer is S
Not only QW but also MQW structure and thickness without quantum effect.
About 1 GaAs or the like may be used. Further, although the MBE method is adopted in the present embodiment, a part of the layers of the semiconductor device may be formed by the MEE method (Migration Enhanced Epitaxy) (For details of the MEE method, see Japanese Journal of Applied Physics, for example. Vol.28, No.
2, February, 1989, pp.200-209).

【0071】MBE法では半導体の構成材料の供給は連
続であり、MEE法ではGa,Al,Asなどの材料毎
に又はIII族とV族とで交互に供給する。MEE法で
はすべて低温プロセスであって高品質(高結晶化)のA
lGaAsやGaAsなどが得られるが、材料を交互に
供給するので成長速度が遅いという問題があったが、本
成長法の低フラックス比成長を組み合わせることで、克
服できる。
In the MBE method, the semiconductor constituent materials are continuously supplied, and in the MEE method, the materials such as Ga, Al, As are supplied alternately or in groups III and V. The MEE method is a low-temperature process and has high quality (high crystallization).
Although 1GaAs and GaAs can be obtained, there is a problem that the growth rate is slow because the materials are alternately supplied, but this can be overcome by combining the low flux ratio growth of this growth method.

【0072】ここで、MEE法を部分的に採用した成長
法の一例について説明する。第5実施例(図10)にお
いて、MEE法で、下部光閉じ込め層のAl0.4Ga0.6
As74、MQW層75、上部閉じ込め層のAl0.4
0.6As76を成長させる。AlとGaとを対としA
sを交互に基板に照射した。組成比はフラックス量によ
って決定した。本例では、閾電流密度1.5kA/cm
2が得られ、通電により800A/cm2の閾値を得た。
Here, an example of a growth method partially adopting the MEE method will be described. In the fifth embodiment (FIG. 10), Al 0.4 Ga 0.6 of the lower optical confinement layer was formed by the MEE method.
As 74, MQW layer 75, Al 0.4 G of upper confinement layer
a 0.6 As76 is grown. A and Ga as a pair
The substrate was alternately irradiated with s. The composition ratio was determined by the amount of flux. In this example, the threshold current density is 1.5 kA / cm
2 is obtained, to obtain a threshold value of 800A / cm 2 by energization.

【0073】尚、他の材料としてはII−VI系の材料
についても適用できる。例えば、ZnSe,CdTeな
どは低温成長が必要とされる材料であるが、GaAs系
やAlGaAs系は低温成長のときには結晶の質が落ち
るという問題があったが、通電することで良質な結晶を
得ることができる。つまり、通電による結晶改善法によ
って、低温成長材料とGaAsを代表とするIII−V
族化合物半導体系との複合化が実現できる。
As other materials, II-VI type materials can be applied. For example, ZnSe, CdTe and the like are materials that require low temperature growth, but GaAs and AlGaAs systems have a problem that the crystal quality deteriorates at low temperature growth, but a good quality crystal is obtained by energizing. be able to. That is, the low temperature growth material and III-V typified by GaAs are obtained by the crystal improvement method by energization.
A composite with a group compound semiconductor system can be realized.

【0074】[0074]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、化
合物半導体ヘテロ界面の成長時の基板温度を500°C
以下とし、1原子層のステップ差をもつ島の径を小さく
する。したがって、量子井戸内のエキシトン又は界面近
傍のキャリアにとって実効的に平坦な界面を製作でき、
その後の熱処理によって、低温成長に起因する結晶欠陥
を回復できるので、結晶性及び界面平坦性に優れた半導
体デバイスを製造することができる。
As described above in detail, according to the present invention, the substrate temperature during the growth of the compound semiconductor hetero interface is 500 ° C.
The diameter of an island having a step difference of one atomic layer is reduced as follows. Therefore, a flat interface can be effectively produced for the excitons in the quantum well or carriers near the interface.
By subsequent heat treatment, crystal defects caused by low temperature growth can be recovered, so that a semiconductor device having excellent crystallinity and interface flatness can be manufactured.

【0075】また、本発明によれば、低温成長で結晶積
層膜を作製すると共に成長した結晶積層膜の中に電流を
流すことによって結晶が改善されるので、半導体デバイ
スの低温一貫プロセスが実現でき、ZnSe,CdTe
を代表とする低温材料との複合化及びSi基板上のGa
As作製に代表される歪材料系の結晶成長が実現でき
る。
Further, according to the present invention, since the crystal is improved by forming the crystal laminated film by low temperature growth and passing an electric current through the grown crystal laminated film, a low temperature consistent process of the semiconductor device can be realized. , ZnSe, CdTe
Of low temperature materials such as Si and Ga on Si substrate
Crystal growth of a strained material system represented by As production can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例の製造工程の説明図であ
る。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a manufacturing process according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1実施例の量子井戸の構造を従来例との比較
で示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory view showing the structure of the quantum well of the first embodiment in comparison with the conventional example.

【図3】第1実施例の半導体レーザの構造の説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the structure of the semiconductor laser of the first embodiment.

【図4】本発明の第2実施例の製造工程の説明図であ
る。
FIG. 4 is an explanatory view of the manufacturing process of the second embodiment of the present invention.

【図5】第2実施例の半導体レーザの構造の説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a structure of a semiconductor laser according to a second embodiment.

【図6】第3実施例であるHEMT構造の説明図であ
る。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a HEMT structure according to a third embodiment.

【図7】本発明の第4実施例の断面図である。FIG. 7 is a sectional view of a fourth embodiment of the present invention.

【図8】閾電流密度の時間的変化を表すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the change over time of the threshold current density.

【図9】通電量、周囲温度、電流変化量の特性の説明図
である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of characteristics of an energization amount, an ambient temperature, and a current change amount.

【図10】本発明の第5実施例のの断面図である。FIG. 10 is a sectional view of a fifth embodiment of the present invention.

【図11】SiドープGaAsの成長法の説明図であ
る。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a Si-doped GaAs growth method.

【図12】本発明の第6実施例の断面図である。FIG. 12 is a sectional view of a sixth embodiment of the present invention.

【図13】従来成長法で作製された半導体レーザの断面
図である。
FIG. 13 is a sectional view of a semiconductor laser manufactured by a conventional growth method.

【図14】従来成長法で作製されたレーザの特性を表す
グラフである。
FIG. 14 is a graph showing characteristics of a laser manufactured by a conventional growth method.

【図15】SnドープGaAsの拡散特性を表すグラフ
である。
FIG. 15 is a graph showing diffusion characteristics of Sn-doped GaAs.

【図16】従来成長法で作製されたダブルヘテロ接合レ
ーザの断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view of a double heterojunction laser manufactured by a conventional growth method.

【図17】従来成長法で作製されたレーザの特性を表す
グラフである。
FIG. 17 is a graph showing characteristics of a laser manufactured by a conventional growth method.

【図18】GaAs基板上にZnSeを成長させる従来
成長法の説明図である。
FIG. 18 is an explanatory diagram of a conventional growth method for growing ZnSe on a GaAs substrate.

【図19】GaAs基板上にZnSeを成長させる従来
成長法の説明図である。
FIG. 19 is an explanatory diagram of a conventional growth method for growing ZnSe on a GaAs substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,21,51 n−GaAs基板 12 アンドープGaAsバッファ
層 13,15 アンドープAl0.3Ga0.7
sバリア層 14,26 アンドープGaAs量子井戸
層 16 GaAsキャップ層 22 n−GaAsバッファ層 23 n−MQWバッファ層 24 n−Al0.5Ga0.5Asクラ
ッド層 25 n−AlyGa1-yAs光閉じ
込め層 27 p−AlzGa1-zAs光閉じ
込め層 28 p−Al0.5Ga0.5Asクラ
ッド層 29 p−GaAsキャップ層 31 半絶縁性GaAs基板 32 高純度GaAs層 33 Al0.25Ga0.75Asスペー
サ層 34 n−Al0.25Ga0.75Asス
ペーサ層 35 ソース 36 ゲート 37 ドレイン 38 2次元電子ガス 39 アイソレーション 52 SiドープGaAsバッファ
層 53 SiドープAl0.5Ga0.5
sクラッド層 54 アンドープAlyGa1-yAs
下部光閉じ込め層 55 アンドープGaAs活性層 56 アンドープAlzGa1-zAs
上部光閉じ込め層 57 BeドープAl0.5Ga0.5
sクラッド層 58,98 BeドープGaAsのキャッ
プ層 59,60,79,80,99,100
電極 61 通電時間 62 閾電流 71 p−GaAs基板 72 BeドープGaAsバッファ
層 73 BeドープAl0.5Ga0.5
sクラッド層 74 BeドープAlxGa1-xAs
光閉じ込め層 75 アンドープMQW活性層 76 SiドープAlxGa1-xAs
光閉じ込め層 77 SiドープAl0.5Ga0.5
sクラッド層 78 Siドープコンタクト層 82,91 Si基板 83 SiドープGa As層 92 SiドープGaAsバッファ
層 93 SiドープAl0.5Ga0.5
sクラッド層 94 SiドープAlxGa1-xAs
光閉じ込め層 95 アンドープGaAs活性層 96 BeドープAlyGa1-yAs
光閉じ込め層 97 BeドープAl0.5Ga0.5
sクラッド層
 11,21,51 n-GaAs substrate 12 undoped GaAs buffer
Layer 13,15 Undoped Al0.3Ga0.7A
s barrier layer 14,26 undoped GaAs quantum well
Layer 16 GaAs cap layer 22 n-GaAs buffer layer 23 n-MQW buffer layer 24 n-Al0.5Ga0.5Askura
Dead layer 25 n-AlyGa1-yAs light closed
Packing layer 27 p-AlzGa1-zAs light closed
Packing layer 28 p-Al0.5Ga0.5Askura
Dead layer 29 p-GaAs cap layer 31 Semi-insulating GaAs substrate 32 High-purity GaAs layer 33 Al0.25Ga0.75As Space
Layer 34 n-Al0.25Ga0.75As
Pacer layer 35 Source 36 Gate 37 Drain 38 Two-dimensional electron gas 39 Isolation 52 Si-doped GaAs buffer
Layer 53 Si-doped Al0.5Ga0.5A
s clad layer 54 undoped AlyGa1-yAs
Lower optical confinement layer 55 Undoped GaAs active layer 56 Undoped AlzGa1-zAs
Upper optical confinement layer 57 Be-doped Al0.5Ga0.5A
s clad layer 58,98 Be-doped GaAs cap
Layer 59,60,79,80,99,100
Electrode 61 Conduction time 62 Threshold current 71 p-GaAs substrate 72 Be-doped GaAs buffer
Layer 73 Be-doped Al0.5Ga0.5A
s Clad layer 74 Be-doped AlxGa1-xAs
Light confinement layer 75 Undoped MQW active layer 76 Si-doped AlxGa1-xAs
Light confinement layer 77 Si-doped Al0.5Ga0.5A
s Clad layer 78 Si-doped contact layer 82, 91 Si substrate 83 Si-doped Ga As layer 92 Si-doped GaAs buffer
Layer 93 Si-doped Al0.5Ga0.5A
s clad layer 94 Si-doped AlxGa1-xAs
Optical confinement layer 95 Undoped GaAs active layer 96 Be-doped AlyGa1-yAs
Light confinement layer 97 Be-doped Al0.5Ga0.5A
s clad layer

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板温度を500°C以下で真空蒸着に
より化合物半導体を成長させて形成した半導体膜を含む
半導体デバイスを、還元雰囲気中で熱処理する工程を含
むことを特徴とする結晶改善された化合物半導体デバイ
スの製造方法。
1. A crystal-improving process comprising a step of heat-treating a semiconductor device including a semiconductor film formed by growing a compound semiconductor by vacuum deposition at a substrate temperature of 500 ° C. or lower in a reducing atmosphere. Manufacturing method of compound semiconductor device.
【請求項2】 前記化合物半導体は少なくともIII族
とV族とを含むことを特徴とする請求項1記載の化合物
半導体デバイスの製造方法。
2. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, wherein the compound semiconductor contains at least a group III and a group V.
【請求項3】 前記還元雰囲気は水素を含む雰囲気であ
ることを特徴とする請求項1記載の化合物半導体デバイ
スの製造方法。
3. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, wherein the reducing atmosphere is an atmosphere containing hydrogen.
【請求項4】 前記半導体膜をV族とIII族との飛来
分子数の比(蒸気圧の高いV族の飛来分子数を蒸気圧の
低いIII族の飛来分子数で割った値)を2.5以下に
保って成長させたことを特徴とする請求項1記載の化合
物半導体デバイスの製造方法。
4. The ratio of the number of flying molecules of the group V and the group III of the semiconductor film (a value obtained by dividing the number of flying molecules of the group V having a high vapor pressure by the number of flying molecules of the group III having a low vapor pressure). The method for producing a compound semiconductor device according to claim 1, wherein the compound semiconductor device is grown while being kept at 0.5 or less.
【請求項5】 前記真空蒸着が分子線エピタキシャル成
長法によるものであることを特徴とする請求項1記載の
化合物半導体デバイスの製造方法。
5. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, wherein the vacuum vapor deposition is performed by a molecular beam epitaxial growth method.
【請求項6】 前記熱処理の雰囲気が水素100%に保
たれていることを特徴とする請求項1記載の化合物半導
体デバイスの製造方法。
6. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, wherein the atmosphere of the heat treatment is kept at 100% hydrogen.
【請求項7】 前記熱処理温度が500°Cから800
°Cの範囲であることを特徴とする請求項1記載の化合
物半導体デバイスの製造方法。
7. The heat treatment temperature is 500 ° C. to 800 ° C.
The method for producing a compound semiconductor device according to claim 1, wherein the temperature is in the range of ° C.
【請求項8】 前記熱処理の時間が10分から120分
の範囲であることを特徴とする請求項1記載の化合物半
導体デバイスの製造方法。
8. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, wherein the heat treatment time is in the range of 10 minutes to 120 minutes.
【請求項9】 前記半導体膜が少なくとも砒素とガリウ
ムとを含んでいることを特徴とする請求項2記載の化合
物半導体デバイスの製造方法。
9. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor film contains at least arsenic and gallium.
【請求項10】 前記半導体膜がアルミニウムを含んで
いることを特徴とする請求項1記載の化合物半導体デバ
イスの製造方法。
10. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor film contains aluminum.
【請求項11】 基板上に形成される結晶積層膜が周期
律表に基づいた複数の族の異なる材料により形成され且
つ結晶成長温度が500°C以下で該結晶積層膜が作製
される化合物半導体デバイスの製造方法において、該結
晶積層膜に電流を流すことで結晶改善されたことを特徴
とする結晶改善された化合物半導体デバイスの製造方
法。
11. A compound semiconductor in which a crystal laminated film formed on a substrate is made of a plurality of materials of different groups based on the periodic table, and the crystal laminated film is produced at a crystal growth temperature of 500 ° C. or less. A method for manufacturing a compound-semiconductor device with improved crystal, characterized in that crystal is improved by applying an electric current to the crystal laminated film.
【請求項12】 前記結晶積層膜に成長温度より低い温
度において電流を流すことで結晶改善されたことを特徴
とする請求項11記載の化合物半導体デバイスの製造方
法。
12. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 11, wherein the crystal is improved by passing an electric current through the crystal laminated film at a temperature lower than a growth temperature.
【請求項13】 前記化合物半導体デバイスがV/II
I族により形成されたことを特徴とする請求項11記載
の化合物半導体デバイスの製造方法。
13. The compound semiconductor device is V / II.
The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 11, wherein the compound semiconductor device is formed of Group I.
【請求項14】 前記結晶積層膜が、飛来分子数の比
(蒸気圧の高い族の飛来分子数を蒸気圧の低い族の飛来
分子数で割った値)が2.5以下で作製され、該結晶積
層膜に活性層を含まないと共に該結晶積層膜が活性領域
より基板側に形成されたことを特徴とする請求項11記
載の化合物半導体デバイスの製造方法。
14. The crystal laminated film is produced with a ratio of the number of flying molecules (a value obtained by dividing the number of flying molecules of a group having a high vapor pressure by the number of flying molecules of a group having a low vapor pressure) of 2.5 or less, The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 11, wherein the crystal laminated film does not include an active layer, and the crystal laminated film is formed closer to the substrate than the active region.
【請求項15】 基板上に形成される結晶積層膜が周期
律表に基づいた複数の族の異なる材料により形成され且
つ結晶成長温度が500°C以下で該結晶積層膜が作製
される化合物半導体デバイスの製造方法において、低温
の成長温度に起因する結晶欠陥を低減する工程を有する
ことを特徴とする化合物半導体デバイスの製造方法。
15. A compound semiconductor in which a crystal laminated film formed on a substrate is formed of materials of different groups based on the periodic table, and the crystal laminated film is produced at a crystal growth temperature of 500 ° C. or lower. A method for manufacturing a compound semiconductor device, comprising a step of reducing crystal defects caused by a low growth temperature in the method for manufacturing a device.
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