JPH0543680B2 - - Google Patents

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JPH0543680B2
JPH0543680B2 JP63007669A JP766988A JPH0543680B2 JP H0543680 B2 JPH0543680 B2 JP H0543680B2 JP 63007669 A JP63007669 A JP 63007669A JP 766988 A JP766988 A JP 766988A JP H0543680 B2 JPH0543680 B2 JP H0543680B2
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An Rongu Judeisu
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AT&T Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
（発明の背景） ［発明の属する技術分野］ 本発明は発光素子、受光素子および電界効果ト
ランジスタなどの半導体素子の作製に用いられる
気相エピタキシヤル成長技術に関する。 ［従来技術の説明］ InGaAsP／InP材料系における低しきい値埋込
ヘテロ構造（BH）レーザの製作に関する共通の
問題は洩れ電流（すなわち、素子の活性領域を迂
回する電流）の制御である。この電流は高発振し
きい値、低微分量子効率、しきい値電流の異常温
度存在性および光出力−電流（Ｌ−Ｉ）特性のロ
ールオーバの原因となる。これらのすべての要素
は光フアイバ通信システムの発信器内のBHレー
ザの使用に相当否定的な影響を与える。 埋込ヘテロ構造レーザにおける洩れ電流の問題
に対して一つの考えられる対策は素子構造に、あ
る一定量の高抵抗材料を注入することである。こ
の高抵抗材料は望ましくない洩れ通路に流れる電
流を妨げるために用いられる。これまでに高抵抗
液相エピタキシヤル（LPE）Al0.65Ga0.35As（軽く
Geドープされた）材料はAlGaAs／GaAs埋込ヘ
テロ構造レーザの電流閉じ込めに用いられたが、
高抵抗LPE InP材料を同目的のために作製する
試みは成功していない。重陽子打込法がｐ型Inp
高抵抗材料を作ることも示されているが、この材
料が次の工程で高抵抗性を保つことは期待できな
い。特に、高抵抗は重陽子の注入損傷に関連する
ので、抵抗率は次のLPE成長に要求される高温
（例えば約600℃以上）で熱処理されて消えてしま
う。 その他、両側に配置され逆にバイアスされてい
るｐ−ｎ接合は電流をInGaAsP／InPレーザの活
性領域に流れるように制限することも報告されて
いる。このようなブロツキング接合はｎ型InP基
板へのベリリウム（Be）の注入、ｎ型InP基板へ
のカドミウム（Cd）の拡散およびｎ型InP基板上
へのｐ型InP層の成長によつて製作される。しか
し、逆バイアスされる接合の不完全なブロツキン
グ特性により、洩れ電流はこれらのすべての素子
をある程度損じてしまう。 ごく最近、デイー．ピー．ウイルト（D.P.
Wilt）らによつてアプライド フイジツクス
レターズ（Applied Physics Letters）44巻、３
号、290頁（1984年２月）に、比較的低洩れ電流、
低発振しきい値を有するInP／InGeAsP CSBH
レーザが、鉄イオンが注入される高抵抗層を構造
内に取入れることによつて作製できることが報告
されている。この高抵抗層は励起電流が活性領域
に流れるように制限する。この高抵抗層は、ｎ型
InP基板にイオンを注入した後、LPE成長の前に
熱処理を行うことによつて作られる。鉄イオンが
注入される層の抵抗率はLPE成長特有の高温を
受けた後でも安定であるが、鉄注入層が薄いため
（約0.4μｍ）、それの次の薄い活性層（約0.1〜0.2μ
ｍ）を再現性よく配置させることは難しくなる。
活性層がこのように配置されないと、側路が形成
され、洩れ電流が活性層の周りに流れる。よつて
高性能（低しきい値、高効率）のデバイスは再現
性よく作製し難い。 他の従来の技術は水素化物気相エピタキシー
（VPE）を用いて、高抵抗の鉄をドープしたInP
を成長することを試みたが、適当な揮発性の鉄化
合物が成長するのに適当な温度（例えばＴ＞650
℃）で水素キヤリアガスによつて輸送できないた
め、このアプローチは難しい課題となつていた。
不活性キヤリアガス中でInPの成長も難しく、成
長を促進するためにPH3が加えられた場合の三塩
化物系（PCl3を用いる）だけが報告されている
（ピー．エル．ジレス（P.L.Giles）他、ジヤーナ
ル オブ クリスタル グロース（Journal of
Crystal Growth）61巻、695頁（1983年）参照）。 （発明の概要） 本発明の１つの目的によれば、鉄をドープし
た、インジウムをベースする−族化合物半導
体領域を含むデバイスの製作法は、 (1) キヤリアガス、揮発性ドーパント化合物、揮
発性インジウム化合物と族水素化物を含むプ
リカーサガスを形成するステツプと、 (2) このプリカーサガスを加熱された反応室を通
して加熱される堆積物体に接触させるステツプ
と、 (3) 物体への化合物半導体の堆積を引起すステツ
プと からなり、 キヤリアガスは不活性ガスからなり、 ドーパント化合物は鉄を含み、 プリカーサガスの水素濃度は鉄の過剰析出を防
ぐように制限され、 物体の前記揮発性インジウム化合物の濃度およ
び水素化物の濃度が半導体の堆積のために十分維
持される ことを特徴とする。 本発明の実施例において、半絶縁性で、鉄をド
ープした、InPをベースとする−族化合物半
導体領域は、窒素キヤリア、FeCl2、InClおよび
PH3からなるプリカーサガスを用いて作製され
る。プリカーサガスの水素濃度はPH3の熱分解量
を制限することにより制限される。このプロセス
は多くのデバイス（例えば、発光素子、受光素
子、FET）の電流ブロツキング領域として適当
である108Ω・cmより高い抵抗率を有する領域を
作ることができる。 （実施例の説明） 第１図に示される半導体発光素子はレーザまた
は端面発光LEDとして用いられる。どちらの場
合でも、デバイス１０は活性領域１２を含み、そ
こで、電子と正孔との再結合は活性領域の半導体
材料のバンドギヤツプに対応する波長の放射（例
えば、合金の特定の組成により、InGaAsPに対
して約1.0〜1.65μｍ）を引起こす。放射は通常、
軸１４に沿うが、レーザの場合では主として誘導
放出であり、LEDの場合では主として自然放出
である。 この再結合放出はｐ−ｎ接合を順バイアスして
少数キヤリアを活性領域に注入することにより発
生させる。電流を制限する抵抗と直列に接続され
た電池で図示されている電源１６は順バイアス電
圧を供給し、所望の光出力パワーに相応する励起
電流を供給する。レーザの場合では、励起電流は
発振しきい値電流を越える。 通常、デバイスは励起電流を活性領域１２を通
過する比較的狭いチヤネルに流れるように制御す
る手段を含む。図示されるように、この制御手段
は両側に配置される高抵抗の鉄をドープしたInP
エピタキシヤル層２０を含み、活性領域１２はエ
ピタキシヤル層２０の矩形状のすきま（上から見
て）にあるストライプ形状をしている。面発光
LEDの場合では、エピタキシヤル層２０は両側
に配置する構造よりむしろ円筒状またはメサ状の
活性領域を取囲む管状を採用すべきである。（「メ
サ」とは、円錐台または角錐台状の領域をいう。） 第１図に示される構造はチヤネル基板埋込みヘ
テロ構造（CSBH）レーザと呼ばれて、ｎ型InP
基板２２と、溝２４によつて両面に分けられてい
る鉄をドープした高抵抗InPエピタキシヤル
（InP：Feとも表現する、以下同じ）層２０を含
む。この溝はエピタキシヤル層２０を通して基板
２２までエツチングされるか、または他の方法に
より形成される。Ｖ字型溝の制御可能なエツチン
グに関する好ましい技術は米国特許第4595454号
に記載されている。 次に、以下の格子整合がとれたエピタキシヤル
層が、エツチングされたウエハ上にエピタキシヤ
ル成長される。 Γｎ型InP第一クラツド層２６（それの中心部は
少なくとも溝２４の底の部分を満たす） Γ故意でなくドープされたInGaAsP層２８ Γｐ型InP第二クラツド層３０ Γｐ型InGaAs（またはｐ型InGaAsP）接触促進
層３２ 層２８はクレセント状の活性領域１２を含み、
それはエピタキシヤル成長が溝２４の上端で行わ
れないため、実際には層２８の残部から離れてい
る。高抵抗層エピタキシヤル層２０との界面での
非発光再結合が大きくなければ、活性層は高抵抗
層エピタキシヤル２０の厚み内に垂直に置かれる
ことが洩れ電流を減らすために有利である。しか
し、活性層がエピタキシヤル層２０より低くても
それに十分近いならば（例えば1μｍ以内）、洩れ
電流は十分減らされ、層２０の界面での非発光再
結合はほとんど問題にならない。 高抵抗InP：Fe層２０は基板２２の上に直接形
成されているが、基板上に成長されたエピタキシ
ヤルバツフア層（図示せず）上に形成してもよ
い。CSBH InP／InGaAsPレーザの場合、約１
×106Ω・cmより高い抵抗率が望ましい。どちら
の場合でも、本発明は高抵抗のInP：Feエピタキ
シヤル層２０の成長を利用する。この層の成長は
反応管内の限られたPH3の熱分解の状態で窒素
N2を不活性キヤリアとして水素化物VPE法を用
いる。不活性キヤリアを用いることと水素（H2）
の存在をHClとIn（液体）およびFe（固体）との反
応から生じるものとPH3の熱分解から生じるもの
に制限することによつて本発明は十分なFeCl2
（これにより、水素による鉄の過剰析出を制限す
る）の輸送を得、108Ω・cm以上の高い抵抗率の
InP：Feを作製する。 この水素化物はVPEプロセスにより成長され
る高抵抗層は次のプロセス（例えばLPE）で高
温にさらされた後でも高抵抗率を保つ。 デバイスへの電気的な接触はそれぞれ層３２と
基板２２上の金属電極３４と３６を介して作られ
る。電源１６は電極３４と３６に接続される。 接触促進層３２と電極３４による全面接触が第
１図に示されているが、第２図に示されるストラ
イプ構造コンタクトも可能である。ここに第２図
ダツシユの付いている記号の部分は第１図におけ
る同一の参照番号のそれと対応する。かくして、
接触促進層３２′はエツチングされてストライプ
を形成し、SiO2層３３のストライプ状の開口に
整合する。ストライプ状の金属コンタクト３５は
SiO2層３３の開口にある層３２′に形成されてか
ち、全面電極３４′はデバイスの上に形成される。
このタイプのコンタクト配置はデバイスのキヤパ
シタンスを減らし、高速特性を増す。 CSBHレーザは誘導放出の光学的帰還を与える
手段も含む。それは典型的に第１図に示される光
学共振器を構成する一対の分離され平行な劈開面
３８と４０である。共振器の光軸とストライプ状
の活性領域１２の延長方向は通常互いに平行であ
る。しかし、周知の分布帰還グレーテイングを含
む他の帰還技術も適用可能である。 本実施例は水素化物VPEプロセスによる高抵
抗のInP：Feエピタキシヤル層の作製について述
べている。この高抵抗層はCSBHレーザ（上述）
および以下で延べる他のデバイス構造に取入れら
れる。種々の材料、寸法、濃度などは単に例示的
で、特に記述しない限り本発明の範囲を制限する
ものではない。 InP：Feの成長に用いられる反応管はアール．
エフ．カーリシク（R.F.Karlicek）らによりジ
ヤーナル オブ アプライド フイジツクス
（Journal of Applied Physics）60巻、794頁
（1986年）に記述されている。原料ガスは超高純
度N2にHClとPH3の混合物（それぞれ５％およ
び２％）を含み、窒素（N2）キヤリアガス（純
度99.999％）は標準の圧縮ガスシリンダーから得
られる。投入する反応ガスの濃度は電子マスフロ
ーコントローラにより選択される。FeCl2の形で
輸送される鉄はHCl（窒素（N2）中に５％）を鉄
の粉末（純度は99.999％）中に流すことによつて
得られる。この鉄の粉末は反応管の現領域にある
In（液体）源の下流に配置される石英フリツト上
に置かれる。In（液体）源の温度、鉄Fe源の温度
および成長温度は約700℃の定温に保たれる。成
長実験の間に、パラジウム（Pd）で純化される
H2はN2の代わりに反応管に流される。 200〜330nmの波長を検出する光学分光器を用
いれば、PH3の熱分解の程度は波長230nmでのP4
吸収を測定することによつて決められる。P4が
主要な種であるため（熱分解されていないPH3を
除けば）、P2の濃度は光学的に検出されずに、成
長中のPH3の熱分解度の計算に入つてこない。
FeCl2の輸送も光学的に検出され、その濃度は公
表されているFe−Cl系の熱力学データから計算
される。 前に記述したように、不活性ガスを用いること
と、水素の存在をHClと液体インジウムおよび固
体鉄との反応により生じるものとホスフインの熱
分解により生じるものとに制限することによつ
て、本発明は十分なFeCl2の輸送（これによつて
水素による鉄の過剰析出は制限される）を得、
108Ω・cmより高い抵抗率のInP：Feを作製する。 InP：Feの成長は＜100＞面のInP：Ｓ基板上に
行われる。基板は反応管内に配置される前に脱脂
される。希釈したPH3の流れで基板をプリヒーテ
イングした後、短時間のエツチングはFe源を通
してHClを流すことによつて行われる。成長はIn
（液体）源領域にHClを流し始めれば開始する。
例えば、成長条件は以下のとおりである。 PH3圧力＝17.9×10-3atm InCl圧力＝4.0×10-3atm HCl圧力＝0.1×10-3atm トータル流量＝2250sccm 不活性キヤリアガス（例えばN2）、揮発性ドー
パント化合物（例えばFeCl2）、揮発性インジウ
ム化合物（例えばInCl）と族水素化物（例えば
PH3）の組み合わせはプリカーサガスと呼ばれ
る。これらの条件は成長速度16μｍ／時のInP：
Feを作製する。得られたInP：Fe層は約2.4×
108Ω・cmの抵抗率を有すると測定された。 また、本発明によれば水素化物VPE法による
InPをベースとするエピタキシヤル層はMOCVD
法により成長された鉄をドープしたInPをベース
とする層の物理特性（例えば、抵抗率が106Ω・
cm以上、厚さ1μｍ以上）を有する。InPをベース
とする層は、例えばInGaP、InAsP、InGaAsP
とInGaAlPを含む。 また、本発明はレーザとLEDに関して説明さ
れているが、電流のほとんどがデバイスのある領
域に流れないように妨げられる他の半導体デバイ
ス（例えば、フオトダイオード、FET）にも適
用できることは当業者に理解されるであろう。 本発明に従つて、作製できる他のレーザ構造は
ダブルチヤネルプレーナ埋込みヘテロ構造
（DCPBH）と呼ばれる。従来のDCPBHレーザ
はアイ．ミト（I.Mito）らによつてジヤーナル
オブ ライトウエーブ テクノロジー（Journal
of Lightwave Technology）LT−１巻、１号、
195頁（1983年）に全般的に記述されている。そ
れはチヤネル部のLPE再成長を用いて、逆バイ
アスのブロツキング接合を形成して、電流を活性
層を含む細長いメサに流れるように制限する。し
かし、第３図に示される本発明のDCPBH実施例
により、ブロツキング接合のLPE再成長はメサ
の両サイドにInP：Feゾーン４０を成長すること
によつて置換えられる。制限されたコンタクト４
２（例えばストライプ構造）はパターン化された
絶縁層４４（例えばSiO2）によつてメサの上に
描かれて、電極４６はデバイスの上に付けられ
る。この方式では、電流はInP：Feゾーン４０と
絶縁層４４によりメサだけ、従つて活性層５０、
に実際に流れるように制限される。 最後に、上述したデバイスの活性領域が単一の
活性層または少なくとも一層が活性層である数層
を混合を含むことも可能である。この場合1.55μ
ｍのInP／InGaAsPレーザの場合、活性領域は
LPE成長中のメルトバツク（meltback）を防止
する役割をはたす他のInGaAsP層（λ＝1.3μｍ）
に隣接して1.55μｍで発光するInGaAsP層を含ん
でもよい。また、いくつかの異なる波長で発光す
る活性層も活性層領域の定義に含まれる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例に従つて作製される
CSBH発光デバイスの立体図、第２図は本発明の
他の実施例に従つて作製されるCSBHデバイスの
側面図、第３図は本発明の他の実施例に従つて作
製されるDC−PBHデバイスの側面図である。 １２……活性領域、１４……軸、１６……電
源、２０……鉄をドープしたInPエピタキシヤル
層、２２……ｎ型InP基板、２４……溝、２６…
…ｎ型InP基板ラツド層、２８……故意でなくド
ープされたInGaAsP層、３０……ｎ型InP第二ク
ラツド層、３２……接触促進層、３４，３６……
電極、４４……絶縁層、４６……電極、５０……
活性層、InP……インジウムリン、GaAs……ガ
リウムヒ素、PCl3……三塩化リン、PH3……ホス
フイン、FeCl2……二塩化鉄、InCl……塩化イン
ジウム、LED……発光ダイオード、InGaAsP…
…インジウムガリウムヒ素リン、HCl……塩酸ガ
ス、SiO2……二酸化シリコン。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ キヤリアガス、揮発性ドーパント化合物、揮
    発性インジウム化合物および族水素化合物から
    なるプリカーサガスを形成するステツプと、 前記プリカーサガスを、加熱容器を通して加熱
    される堆積物体に接触させるステツプと、 前記物体への−族化合物半導体の堆積を引
    き起こすステツプと からなる、鉄をドープした、インジウムをベース
    とする−族化合物半導体の気相エピタキシヤ
    ル成長法において、 前記キヤリアガスは不活性ガスからなり、 前記揮発性ドーパント化合物は、HClとの反応
    が揮発性鉄化合物を与えるような形による鉄から
    なり、 前記プリカーサガス中の水素の存在は、鉄の過
    剰析出を防ぐように、HClを前記揮発性ドーパン
    ト化合物および前記揮発性インジウム化合物と反
    応させることによつて形成される水素、ならび
    に、加熱容器内の前記族水素化物の熱分解によ
    つて形成される水素に制限され、 前記物体の前記揮発性インジウム化合物の濃
    度、および、前記族水素化物の濃度は、前記堆
    積をもたらすほど十分維持される ことを特徴とする、鉄をドープした、インジウム
    をベースとする−族化合物半導体の気相エピ
    タキシヤル成長法。 ２ 水素の存在は、前記族水素化物の熱分解量
    を制限することにより制限されることを特徴とす
    る請求項１の方法。 ３ 前記不活性キヤリアガスは窒素からなること
    を特徴とする請求項２の方法。 ４ 前記揮発性インジウム化合物はInClからなる
    ことを特徴とする請求項２の方法。 ５ 前記揮発性ドーパント化合物はFeCl2からな
    ることを特徴とする請求項２の方法。 ６ 前記族水素化物はホスフインからなること
    を特徴とする請求項２の方法。 ７ 前記−族化合物半導体は高抵抗InPから
    なることを特徴とする請求項６の方法。 ８ 前記−族化合物半導体は108Ω・cmより
    高い抵抗率を有することを特徴とする請求項７の
    方法。 ９ 前記−族化合物半導体は高抵抗InPから
    なり、 前記キヤリアガスは窒素からなり、 前記揮発性インジウム化合物はInClからなり、 前記揮発性ドーパント化合物はFeCl2からな
    り、 前記族水素化物はホスフインからなる ことを特徴とする請求項２の方法。 １０ 前記堆積物体はメサを有し、前記堆積は前
    記−族化合物半導体を前記メサに隣接して形
    成することを特徴とする請求項１ないし９の方
    法。
JP63007669A 1987-01-20 1988-01-19 鉄をドープした、インジウムをベースとする３−５族化合物半導体の気相エピタキシャル成長法 Granted JPS63193897A (ja)

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