JPH0630340B2 - 半導体発光装置の製造方法とこれに用いる気相成長装置 - Google Patents
半導体発光装置の製造方法とこれに用いる気相成長装置Info
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- JPH0630340B2 JPH0630340B2 JP59158151A JP15815184A JPH0630340B2 JP H0630340 B2 JPH0630340 B2 JP H0630340B2 JP 59158151 A JP59158151 A JP 59158151A JP 15815184 A JP15815184 A JP 15815184A JP H0630340 B2 JPH0630340 B2 JP H0630340B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体発光装置の製造方法とこれに用いる気
相成長装置に係わり、特に、例えばGaAs基体上にAlGaIn
P 系すなわち、(AlyGa1-y)xIn1-xP において０ｙ
１，０ｘ１のIII−Ｖ族化合物半導体層を MOCVD (M
etal Organic Chemical Vapor Deposition) によって形
成して、発光半導体装置、例えば半導体レーザーダイオ
ードを得るものである。
相成長装置に係わり、特に、例えばGaAs基体上にAlGaIn
P 系すなわち、(AlyGa1-y)xIn1-xP において０ｙ
１，０ｘ１のIII−Ｖ族化合物半導体層を MOCVD (M
etal Organic Chemical Vapor Deposition) によって形
成して、発光半導体装置、例えば半導体レーザーダイオ
ードを得るものである。
背景技術とその問題点 III−Ｖ族化合物半導体による半導体発光装置、例えば
ダブルヘテロ接合型半導体レーザーダイオードは、第１
図に示すように単結晶の化合物半導体基板(1)上に第１
のクラッド層(2)、活性層(3)、第２のクラッド層(4)、
キャップ層(5)が順次エピタキシャル成長されて構成さ
れる。(6)はキャップ層(5)上に形成されたSi3N4等の絶
縁層で、これに穿設されたストライプ状の窓（6a）を通
じて一方の電極(7)が、キャップ層(5)にオーミックに被
着される。(8)は基板(1)の裏面にオーミックに被着され
た他方の電極を示す。
ダブルヘテロ接合型半導体レーザーダイオードは、第１
図に示すように単結晶の化合物半導体基板(1)上に第１
のクラッド層(2)、活性層(3)、第２のクラッド層(4)、
キャップ層(5)が順次エピタキシャル成長されて構成さ
れる。(6)はキャップ層(5)上に形成されたSi3N4等の絶
縁層で、これに穿設されたストライプ状の窓（6a）を通
じて一方の電極(7)が、キャップ層(5)にオーミックに被
着される。(8)は基板(1)の裏面にオーミックに被着され
た他方の電極を示す。
この種の化合物半導体による発光装置においては、基板
(1)としては、比較的廉価で広く利用されているGaAs単
結晶基体が用いられることが実用上有利である。
(1)としては、比較的廉価で広く利用されているGaAs単
結晶基体が用いられることが実用上有利である。
一方、AlGaInP によるIII−Ｖ族混晶は、例えば半導体
レーザーにおいて、上述のGaAs基板(1)上に格子整合が
可能で、しかも最も高い直接遷移型バンドギャップを有
し、短波長光の発振ができる上で、その利用は大いに期
待されるところである。しかしながら、このAlGaInP 系
化合物半導体は、従来一般のエピタキシャル成長の気相
エピタキシャル法や、液相エピタキシャル法では、熱力
学的制限からエピタキシャル成長は極めて困難である。
レーザーにおいて、上述のGaAs基板(1)上に格子整合が
可能で、しかも最も高い直接遷移型バンドギャップを有
し、短波長光の発振ができる上で、その利用は大いに期
待されるところである。しかしながら、このAlGaInP 系
化合物半導体は、従来一般のエピタキシャル成長の気相
エピタキシャル法や、液相エピタキシャル法では、熱力
学的制限からエピタキシャル成長は極めて困難である。
そこで、このAlGaInP 系半導体層を MOCVD法で形成する
ことの開発研究も進められているところであるが、この
AlGaInP 系のIII−Ｖ族化合物の生成において、 MOCVD
法を適用する場合、一般的には、そのIII族金属Al，Ga
及びInの各供給原料としては夫々のトリエチル化合物に
よる有機金属ガス例えばトリエチルアルミニウム，トリ
エチルガリウム，トリエチルインジウム（以下夫々TEA
l，TEGa，TEInと略記する）を用い、Ｐ（りん）の供給
原料ガスとしてホスフィンPH３を用いる。ところが、こ
の場合、その原料気体の例えばTEInとホスフィンPH３と
は、TEInは熱的に不安定であるに比し、PH３は熱的に極
めて安定であり、両者は室温で混合すると、不揮発性の
中間寄生反応物が生じ、これが反応炉の管壁に付着し、
結晶性にすぐれた良質のエピタキシャル層を制御性良く
得ることが困難である。そこで、この種の MOCVD法にお
いては、このような中間寄生反応を抑制するために、反
応炉内を減圧するとか、PH３を予め分解して供給するな
どの方法が採られている。
ことの開発研究も進められているところであるが、この
AlGaInP 系のIII−Ｖ族化合物の生成において、 MOCVD
法を適用する場合、一般的には、そのIII族金属Al，Ga
及びInの各供給原料としては夫々のトリエチル化合物に
よる有機金属ガス例えばトリエチルアルミニウム，トリ
エチルガリウム，トリエチルインジウム（以下夫々TEA
l，TEGa，TEInと略記する）を用い、Ｐ（りん）の供給
原料ガスとしてホスフィンPH３を用いる。ところが、こ
の場合、その原料気体の例えばTEInとホスフィンPH３と
は、TEInは熱的に不安定であるに比し、PH３は熱的に極
めて安定であり、両者は室温で混合すると、不揮発性の
中間寄生反応物が生じ、これが反応炉の管壁に付着し、
結晶性にすぐれた良質のエピタキシャル層を制御性良く
得ることが困難である。そこで、この種の MOCVD法にお
いては、このような中間寄生反応を抑制するために、反
応炉内を減圧するとか、PH３を予め分解して供給するな
どの方法が採られている。
しかしながら、このように減圧成長によることは、装置
が複雑となるばかりでなく制御性が低い。また、PH３を
予備分解する方法による場合は、供給ガスの温度を高め
ることになるので、この分解されたガスと上述したよう
に熱的に不安定な例えばTEInとを合流混合して、基体表
面に送り込むに当り、その合流混合に際してTEInに好ま
しくない分解や、中間反応を生じ易く、AlGaInP 系の特
性の良いエピタキシャル層を制御性良く得ることができ
ないという欠点が依然としてある。
が複雑となるばかりでなく制御性が低い。また、PH３を
予備分解する方法による場合は、供給ガスの温度を高め
ることになるので、この分解されたガスと上述したよう
に熱的に不安定な例えばTEInとを合流混合して、基体表
面に送り込むに当り、その合流混合に際してTEInに好ま
しくない分解や、中間反応を生じ易く、AlGaInP 系の特
性の良いエピタキシャル層を制御性良く得ることができ
ないという欠点が依然としてある。
発明の目的 本発明は、上述したAlGaInP 系の MOCVD法においてその
原料気体の熱的安定性が相違することなどに基く上述し
た欠点を回避し、常圧の反応炉を用いて装置の簡略化を
はかることができ、更に、中間寄生反応を効果的に抑制
することができて、高品質、高均一なAlGaInP 系化合物
半導体層の、例えばGaAs基板上へのエピタキシャル成長
を可能にすのものである。
原料気体の熱的安定性が相違することなどに基く上述し
た欠点を回避し、常圧の反応炉を用いて装置の簡略化を
はかることができ、更に、中間寄生反応を効果的に抑制
することができて、高品質、高均一なAlGaInP 系化合物
半導体層の、例えばGaAs基板上へのエピタキシャル成長
を可能にすのものである。
発明の概要 第１の本発明においては、基板上にAlGaInP 系III−Ｖ
族化合物半導体層をエピタキシャル成長させて半導体発
光装置を得る半導体発光装置の製造方法において、基板
に対して、III族金属のトリエチル化合物とホスフィン
の両気体を、上記III族金属のトリエチル化合物に対す
るホスフィンの供給比が300 以上となるように送り込
み、両気体を基板に達する直前で混合させて基板上に、
AlGaInP 系III−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシャル
成長させ、混合後の上記両基体の流速は混合前の上記II
I族金属のトリエチル化合物の流速とほぼ等しく、かつ
層流を維持させるものである。
族化合物半導体層をエピタキシャル成長させて半導体発
光装置を得る半導体発光装置の製造方法において、基板
に対して、III族金属のトリエチル化合物とホスフィン
の両気体を、上記III族金属のトリエチル化合物に対す
るホスフィンの供給比が300 以上となるように送り込
み、両気体を基板に達する直前で混合させて基板上に、
AlGaInP 系III−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシャル
成長させ、混合後の上記両基体の流速は混合前の上記II
I族金属のトリエチル化合物の流速とほぼ等しく、かつ
層流を維持させるものである。
また、第２の本発明は、上述の第１の本発明に用いる気
相成長装置であり、基板上にAlGaInP 系III−Ｖ族化合
物半導体層をエピタキシャル成長させて半導体発光装置
を得る半導体発光装置の製造方法に用いる気相成長装置
において、常圧反応炉中に基板配置部がこの基板配置部
と反応炉の壁面との間に気体通路を形成するように配置
され、この基体通路の入口に近接正対してIII族金属の
トリエチル化合物を供給する第１の原料気体供給が気体
通路と同軸方向に延長して設けられると共に、気体通路
の入口と第１の原料気体供給口との間にホスフィンを供
給する第２の原料気体供給口が、第１の原料気体供給口
に対して平行に非ざる所要の傾きをもって配置され、第
１及び第２の原料気体供給口は互いにその形状及び大き
さがほぼ等しく選定され、第１及び第２の原料気体供給
口からのIII族金属のトリエチル化合物気体とホスフィ
ンとを、気体通路の入口近傍の上記基板に向う直前で混
合させてこの混合気体を混合前の上記III族金属のトリ
エチル化合物の流速が、混合後の上記気体通路における
流速とほぼ等しくなるように基板表面に沿って流れるよ
うになされる。
相成長装置であり、基板上にAlGaInP 系III−Ｖ族化合
物半導体層をエピタキシャル成長させて半導体発光装置
を得る半導体発光装置の製造方法に用いる気相成長装置
において、常圧反応炉中に基板配置部がこの基板配置部
と反応炉の壁面との間に気体通路を形成するように配置
され、この基体通路の入口に近接正対してIII族金属の
トリエチル化合物を供給する第１の原料気体供給が気体
通路と同軸方向に延長して設けられると共に、気体通路
の入口と第１の原料気体供給口との間にホスフィンを供
給する第２の原料気体供給口が、第１の原料気体供給口
に対して平行に非ざる所要の傾きをもって配置され、第
１及び第２の原料気体供給口は互いにその形状及び大き
さがほぼ等しく選定され、第１及び第２の原料気体供給
口からのIII族金属のトリエチル化合物気体とホスフィ
ンとを、気体通路の入口近傍の上記基板に向う直前で混
合させてこの混合気体を混合前の上記III族金属のトリ
エチル化合物の流速が、混合後の上記気体通路における
流速とほぼ等しくなるように基板表面に沿って流れるよ
うになされる。
実施例 本発明の一例を第２図以下を参照して説明する。図中(1
0)は本発明による気相成長装置を全体として示すもの
で、この装置(10)は、例えば石英管より成る反応炉（1
1）より成る。反応炉（11）内にはAlGaInP 系化合物半
導体層をエピタキシャル成長させる基板(1)を載置する
基板配置部、例えばグラファイトより成るいわゆるサセ
プタ（13）を設ける。このサセプタ（13）は加熱されて
これの上の基板(1)を所要温度に加熱できるようになさ
れる。基板(1)はGaAs単結晶ウェファより成る。
0)は本発明による気相成長装置を全体として示すもの
で、この装置(10)は、例えば石英管より成る反応炉（1
1）より成る。反応炉（11）内にはAlGaInP 系化合物半
導体層をエピタキシャル成長させる基板(1)を載置する
基板配置部、例えばグラファイトより成るいわゆるサセ
プタ（13）を設ける。このサセプタ（13）は加熱されて
これの上の基板(1)を所要温度に加熱できるようになさ
れる。基板(1)はGaAs単結晶ウェファより成る。
サセプタ（13）の加熱手段、即ち基板(1)の加熱手段
は、例えば反応炉（11）外に設けた高周波コイル（14）
による高周波誘導加熱手段によって構成し得る。（15）
はサセプタ（13）に設けられた熱電対等の温度検出手段
を示す。
は、例えば反応炉（11）外に設けた高周波コイル（14）
による高周波誘導加熱手段によって構成し得る。（15）
はサセプタ（13）に設けられた熱電対等の温度検出手段
を示す。
サセプタ（13）は、反応炉（11）の１側壁面例えば上壁
面（11a ）と所要の間隔ｇを保持して対向するようにな
してサセプタ（13）の上面と反応炉（11）の上壁面（11
a ）との間に幅Ｗ，高さｇの断面長方形の気体通路（1
6）を反応炉（11）の炉心方向に沿って形成し、サセプ
タ（13）上の基板(1)の表面が、気体通路（16）の軸心
方向に沿い、この通路（16）内に臨むようにする。また
基板(1)は、気体通路（16）の入口開口端（16a ）に近
接して配置される。
面（11a ）と所要の間隔ｇを保持して対向するようにな
してサセプタ（13）の上面と反応炉（11）の上壁面（11
a ）との間に幅Ｗ，高さｇの断面長方形の気体通路（1
6）を反応炉（11）の炉心方向に沿って形成し、サセプ
タ（13）上の基板(1)の表面が、気体通路（16）の軸心
方向に沿い、この通路（16）内に臨むようにする。また
基板(1)は、気体通路（16）の入口開口端（16a ）に近
接して配置される。
そして、この気体通路（16）の入口側開口端（16a ）に
近接正対して、開口する第１の原料気体供給口（17）を
有する気体供給管（19）を設ける。すなわち、この第１
の供給口（17）が通路（16）と殆んど同軸心上に配置さ
れて、第１の供給口（17）よりの気体の流出方向が気体
通路（16）の軸方向に沿うように配置する。
近接正対して、開口する第１の原料気体供給口（17）を
有する気体供給管（19）を設ける。すなわち、この第１
の供給口（17）が通路（16）と殆んど同軸心上に配置さ
れて、第１の供給口（17）よりの気体の流出方向が気体
通路（16）の軸方向に沿うように配置する。
また、第１の供給口（17）は、サセプタ（13）上に配置
された基板(1)の全直径ないしは全幅を充分含んでこれ
より大なる範囲に亘って対向できる幅Ｗ１及び厚さｄ１
に選定される。
された基板(1)の全直径ないしは全幅を充分含んでこれ
より大なる範囲に亘って対向できる幅Ｗ１及び厚さｄ１
に選定される。
一方、気体通路（16）とこれと対向する供給口（17）と
の間に開口するように第２の原料気体供給口（18）を有
する第２の原料気体の供給管（20）を設ける。この第２
の供給口（18）は、その軸心、すなわちこれよりの気体
流出方向が第１の供給口（17）と気体通路（16）の軸心
方向に平行にすることがなく所要の傾き、例えば直交す
るように配置する。
の間に開口するように第２の原料気体供給口（18）を有
する第２の原料気体の供給管（20）を設ける。この第２
の供給口（18）は、その軸心、すなわちこれよりの気体
流出方向が第１の供給口（17）と気体通路（16）の軸心
方向に平行にすることがなく所要の傾き、例えば直交す
るように配置する。
また、これら第１及び第２の供給口（17）及び（18）
は、その形状、大きさが互いにほぼ一致するように選定
される。すなわち第２の供給口（18）の幅Ｗ２及び厚さ
ｄ２は、Ｗ２Ｗ１，ｄ２ｄ１に選定される。そし
て、この第２の供給口（18）は、その幅Ｗ２の方向が、
気体通路（16）の入口側開口端（16a）と第１の供給口
（17）の各幅Ｗ及びＷ１方向に沿うように、且つその幅
Ｗ２が供給口（17）の幅Ｗ１と一致して対向するように
配置する。
は、その形状、大きさが互いにほぼ一致するように選定
される。すなわち第２の供給口（18）の幅Ｗ２及び厚さ
ｄ２は、Ｗ２Ｗ１，ｄ２ｄ１に選定される。そし
て、この第２の供給口（18）は、その幅Ｗ２の方向が、
気体通路（16）の入口側開口端（16a）と第１の供給口
（17）の各幅Ｗ及びＷ１方向に沿うように、且つその幅
Ｗ２が供給口（17）の幅Ｗ１と一致して対向するように
配置する。
また、反応炉（11）の基板(1)に対向する壁面に沿い気
体通路（16）と第１の供給管（19）に対向する位置に渡
って冷却手段（21）、例えば冷却水を通ずる冷却管を配
置する。
体通路（16）と第１の供給管（19）に対向する位置に渡
って冷却手段（21）、例えば冷却水を通ずる冷却管を配
置する。
この構成において、第１の原料気体供給管（19）から、
III族金属のトリエチル化合物、例えばTEGa（すなわち
(C2H5)３Ga) ，TEAl（すなわち(C2H5)３Al) ，TEIn（す
なわち(C2H5)３In) を所要の混合割合をもって、キャ
リアガスの水素Ｈ２中に 0.1％未満混入させて送り込
み、第２の原料気体供給管（20）からホスフィンPH３を
同様にキャリアガスの水素Ｈ２中に10％未満混入させて
送り込む。このようにして第１及び第２の供給口（17）
及び（18）の前方において、すなわち気体通路（16）の
入口側開口端（16a ）の前方近接位置、云い換えれば基
体(1)の直前で第１及び第２の原料気体を合流混合させ
て、この混合気体を気体通路（16）内に送り込み、矢印
ａで示すように基板(1)の表面に沿って流す。この場
合、両供給口（17）及び（18）の互いの前方交叉部で、
第２の原料気体が第１の原料気体に均一に混入し、しか
もこの第１の供給口（17）よりの第１の原料気体の流れ
を主流としてこの主流を乱すことなく、気体通路（16）
中を基体(1)の表面に沿って、しかも基板(1)の表面近傍
の気相中でTEIn等の有機金属原料の分解や反応が生じな
いように基体通路（16）内を80cm／秒程度以上の速い流
速をもって通過させるようにする。このような状態は、
第２の供給口（18）が第１の供給口（17）及び気体通路
（16）に対し所要の傾き例えば直角に配置されているこ
とと相俟って、第１及び第２の原料気体の流量の選定に
よって得ることができる。すなわち、この場合、通路
（16）と、供給口（17）の流速がほぼ一致するようにす
る。今、第１及び第２の各供給口（17）及び（18）の各
面積をＡ及びＢとし、これらからの各流量をａ及びｂと
し、気体通路（16）の断面積をＣとし、これに通ずる流
量をｃ（ｃ＝ａ＋ｂ）とすると、その流れの乱れを小さ
くするには、 の関係が満されることが望まれる。今、Ａ＝Ｂ＝３mm×
30mm，Ｃ＝3.5 mm×30mmとするとき、ａ＝６／分，ｂ
＝１／分とすることによって上記(1)及び(2)式を満足
させることができることになり、これに基いて、第１及
び第２の原料気体の第１及び第２の供給管（19）及び
（20）への各気体供給量を夫々６／分及び１／分に
選定する。
III族金属のトリエチル化合物、例えばTEGa（すなわち
(C2H5)３Ga) ，TEAl（すなわち(C2H5)３Al) ，TEIn（す
なわち(C2H5)３In) を所要の混合割合をもって、キャ
リアガスの水素Ｈ２中に 0.1％未満混入させて送り込
み、第２の原料気体供給管（20）からホスフィンPH３を
同様にキャリアガスの水素Ｈ２中に10％未満混入させて
送り込む。このようにして第１及び第２の供給口（17）
及び（18）の前方において、すなわち気体通路（16）の
入口側開口端（16a ）の前方近接位置、云い換えれば基
体(1)の直前で第１及び第２の原料気体を合流混合させ
て、この混合気体を気体通路（16）内に送り込み、矢印
ａで示すように基板(1)の表面に沿って流す。この場
合、両供給口（17）及び（18）の互いの前方交叉部で、
第２の原料気体が第１の原料気体に均一に混入し、しか
もこの第１の供給口（17）よりの第１の原料気体の流れ
を主流としてこの主流を乱すことなく、気体通路（16）
中を基体(1)の表面に沿って、しかも基板(1)の表面近傍
の気相中でTEIn等の有機金属原料の分解や反応が生じな
いように基体通路（16）内を80cm／秒程度以上の速い流
速をもって通過させるようにする。このような状態は、
第２の供給口（18）が第１の供給口（17）及び気体通路
（16）に対し所要の傾き例えば直角に配置されているこ
とと相俟って、第１及び第２の原料気体の流量の選定に
よって得ることができる。すなわち、この場合、通路
（16）と、供給口（17）の流速がほぼ一致するようにす
る。今、第１及び第２の各供給口（17）及び（18）の各
面積をＡ及びＢとし、これらからの各流量をａ及びｂと
し、気体通路（16）の断面積をＣとし、これに通ずる流
量をｃ（ｃ＝ａ＋ｂ）とすると、その流れの乱れを小さ
くするには、 の関係が満されることが望まれる。今、Ａ＝Ｂ＝３mm×
30mm，Ｃ＝3.5 mm×30mmとするとき、ａ＝６／分，ｂ
＝１／分とすることによって上記(1)及び(2)式を満足
させることができることになり、これに基いて、第１及
び第２の原料気体の第１及び第２の供給管（19）及び
（20）への各気体供給量を夫々６／分及び１／分に
選定する。
また、上述したように気体通路（16）に、第１の供給口
（17）からの第１の原料気体を主流としてこれが乱され
ることなく通ずることができるようにするには、サセプ
タ（13）の上面、厳密には、基板(1)の表面が、供給口
（17）の下面より少し後退した位置となるよにすること
が望まれる。
（17）からの第１の原料気体を主流としてこれが乱され
ることなく通ずることができるようにするには、サセプ
タ（13）の上面、厳密には、基板(1)の表面が、供給口
（17）の下面より少し後退した位置となるよにすること
が望まれる。
このようにして基板(1)の表面に第１の原料気体のトリ
エチル化合物TEGa，TEAl，TEInとホスフィンPH３の混合
ガスを送り込むことによって基板(1)上にAlGaInP 系の
半導体層をエピタキシャル成長させることができる。こ
の場合、基板温度は580 ℃〜630 ℃とされ、トリエチル
化合物とホスフィンとの混合比は300 以上となるように
する。
エチル化合物TEGa，TEAl，TEInとホスフィンPH３の混合
ガスを送り込むことによって基板(1)上にAlGaInP 系の
半導体層をエピタキシャル成長させることができる。こ
の場合、基板温度は580 ℃〜630 ℃とされ、トリエチル
化合物とホスフィンとの混合比は300 以上となるように
する。
そして、この構成において冷却手段（21）を配設するの
は、基板(1)の加熱温度によって炉内の他部が温度上昇
して供給原料気体が不安定に分解して中間反応を生じる
ことがないようにするためのものである。
は、基板(1)の加熱温度によって炉内の他部が温度上昇
して供給原料気体が不安定に分解して中間反応を生じる
ことがないようにするためのものである。
上述した本発明装置によって基板(1)上に、(AlyGa1-y)x
In1-xP の半導体層をエピタキシャル成長させた場合の
原料気体流方向に関する成長速度の均一性の測定結果を
第５図に示す。同図において横軸は、気体通路（16）の
入口側開口端（16a ）からの距離をとったもので、同図
中曲線（51a ），（51b ）及び（51c ）は、ｙ＝０，ｘ
＝0.5 の組成とした場合、曲線（52）はｙ＝１，ｘ＝0.
5 の組成とした場合、曲線（53）は、ｙ＝0.5 ，ｘ＝0.
5 の組成とした場合である。また曲線（54a ），（54b
）及び（54c ）は、Al0.3Ga0.7Asを成長させた場合を
比較して示したものである。
In1-xP の半導体層をエピタキシャル成長させた場合の
原料気体流方向に関する成長速度の均一性の測定結果を
第５図に示す。同図において横軸は、気体通路（16）の
入口側開口端（16a ）からの距離をとったもので、同図
中曲線（51a ），（51b ）及び（51c ）は、ｙ＝０，ｘ
＝0.5 の組成とした場合、曲線（52）はｙ＝１，ｘ＝0.
5 の組成とした場合、曲線（53）は、ｙ＝0.5 ，ｘ＝0.
5 の組成とした場合である。また曲線（54a ），（54b
）及び（54c ）は、Al0.3Ga0.7Asを成長させた場合を
比較して示したものである。
また、表１に本発明装置によってエピタキシャル成長を
行った場合の各種有機金属を用いたときの成長効率を比
較して示す。これによればTEIn，TEAlにおいても、その
成長効率を他のものと良く近似させることができ、中間
寄生反応が充分抑制されていることが分る。尚、表１に
は上記成長速度の計算に用いた有機金属の蒸気圧も示し
てある。
行った場合の各種有機金属を用いたときの成長効率を比
較して示す。これによればTEIn，TEAlにおいても、その
成長効率を他のものと良く近似させることができ、中間
寄生反応が充分抑制されていることが分る。尚、表１に
は上記成長速度の計算に用いた有機金属の蒸気圧も示し
てある。
また、表２に原料気体の気体通路（16）における流速を
上記表のものより増した場合の成長効率を測定した結果
を示す。
上記表のものより増した場合の成長効率を測定した結果
を示す。
尚、表２中に通常の AsH３を用いてIII族−As系のエピ
タキシャルを行った場合の例を比較して示したもので、
本発明によるIII族−Ｐ系においても高い成長効率が得
られることがわかる。
タキシャルを行った場合の例を比較して示したもので、
本発明によるIII族−Ｐ系においても高い成長効率が得
られることがわかる。
そして、上述の本発明方法及び装置によって、第１の供
給管（19）からTEGa及びTEInの気体を含むＨ２ガスを送
り、第２の供給管（20）からPH３を含むＨ２ガスを送り
込んでGaAs基板(1)上 Ga0.51In0.49Pのエピタキシャル
層を形成してホトルミネセンスを測定した。この場合、
基板温度は580 ℃〜630 ℃とし、III族金属のトリエチ
ル化合物気体に対するホスフィンの供給比（PH３／II
I）は300 以上とする。第６図はこの場合の基板温度
と、発光強度の関係を測定したものであり、第７図は、
基板温度を620 ℃としたときにおける（PH３／III）と
同様の発光強度との関係を測定したものである。第６図
によって、明らかなように、ここに特性の良いエピタキ
シャル層を得るためには基板温度を580 ℃〜630 ℃に選
定することが望ましいものであり、ここに本発明方法に
おいてその基板温度を580 ℃〜630 ℃に選定するゆえん
がある。また、この温度範囲では、PH３の分解速度は小
さいので、成長に必要で且つ成長層の分解を抑えるに充
分な燐圧を得るためにPH３は過剰に供給されることが必
要であり、第７図によればPH３／IIIは300 以上に選定
することが望ましく、またここに本発明に方法において
PH３／IIIを300 以上とするゆえんがある。
給管（19）からTEGa及びTEInの気体を含むＨ２ガスを送
り、第２の供給管（20）からPH３を含むＨ２ガスを送り
込んでGaAs基板(1)上 Ga0.51In0.49Pのエピタキシャル
層を形成してホトルミネセンスを測定した。この場合、
基板温度は580 ℃〜630 ℃とし、III族金属のトリエチ
ル化合物気体に対するホスフィンの供給比（PH３／II
I）は300 以上とする。第６図はこの場合の基板温度
と、発光強度の関係を測定したものであり、第７図は、
基板温度を620 ℃としたときにおける（PH３／III）と
同様の発光強度との関係を測定したものである。第６図
によって、明らかなように、ここに特性の良いエピタキ
シャル層を得るためには基板温度を580 ℃〜630 ℃に選
定することが望ましいものであり、ここに本発明方法に
おいてその基板温度を580 ℃〜630 ℃に選定するゆえん
がある。また、この温度範囲では、PH３の分解速度は小
さいので、成長に必要で且つ成長層の分解を抑えるに充
分な燐圧を得るためにPH３は過剰に供給されることが必
要であり、第７図によればPH３／IIIは300 以上に選定
することが望ましく、またここに本発明に方法において
PH３／IIIを300 以上とするゆえんがある。
また、本発明によって、半導体レーザーを作製した。こ
の場合、基板温度を600 ℃とし、全材料気体流量を６
／分として、Siをドーパントしたｎ型のGaAs基板(1)上
に、バッファ層（61）、第１のクラッド層（62）、活性
層（63）、第２のクラッド層（64）、キャップ層（65）
を順次本発明による MOCVD法によってエピタキシャル成
長して形成した。この場合、ブッファ層は、Seをドーパ
ントするｎ型のGaAs層、第１のクラッド層（62）は、Se
をドーパントするｎ型の Al0.21Ga0.31In0.48P層、活性
層（63）はアンドープの Ga0.52In0.48P層、第２のクラ
ッド層（64）はZnをドーパントするｐ型の Al0.21Ga
0.31In0.48P層、キャップ層（65）は、Znをドーパント
するｐ型の Ga0.52In0.48P層によって構成した場合で、
これら各層（61）〜（65）は、夫々III族金属Ga，Al，I
nについてはTEGa，TEAl，TEInを原料気体として用いて
第１の供給管（19）より形成すべき各層（61）〜（65）
の組成に対応する所要の割合をもって切換えないしは混
合して送り込み、As，ＰのＶ族については夫々 AsH３，
PH３を第２の供給管より、夫々各層（61）〜（65）の組
成に対応して切換えて送り込む。尚、ここに各ドーパン
ト、Se及びZnの各供給原料気体としては、水素化セレン
及びジメチル亜鉛を用い、これを水素化セレンはPH３、
或いは AsH３と共に、また、ジメチル亜鉛はTEGa，TEA
l，TEIn等と共に供給する。
の場合、基板温度を600 ℃とし、全材料気体流量を６
／分として、Siをドーパントしたｎ型のGaAs基板(1)上
に、バッファ層（61）、第１のクラッド層（62）、活性
層（63）、第２のクラッド層（64）、キャップ層（65）
を順次本発明による MOCVD法によってエピタキシャル成
長して形成した。この場合、ブッファ層は、Seをドーパ
ントするｎ型のGaAs層、第１のクラッド層（62）は、Se
をドーパントするｎ型の Al0.21Ga0.31In0.48P層、活性
層（63）はアンドープの Ga0.52In0.48P層、第２のクラ
ッド層（64）はZnをドーパントするｐ型の Al0.21Ga
0.31In0.48P層、キャップ層（65）は、Znをドーパント
するｐ型の Ga0.52In0.48P層によって構成した場合で、
これら各層（61）〜（65）は、夫々III族金属Ga，Al，I
nについてはTEGa，TEAl，TEInを原料気体として用いて
第１の供給管（19）より形成すべき各層（61）〜（65）
の組成に対応する所要の割合をもって切換えないしは混
合して送り込み、As，ＰのＶ族については夫々 AsH３，
PH３を第２の供給管より、夫々各層（61）〜（65）の組
成に対応して切換えて送り込む。尚、ここに各ドーパン
ト、Se及びZnの各供給原料気体としては、水素化セレン
及びジメチル亜鉛を用い、これを水素化セレンはPH３、
或いは AsH３と共に、また、ジメチル亜鉛はTEGa，TEA
l，TEIn等と共に供給する。
また、キャップ層（65）上にはSi3N４より成る絶縁層
（66）を被着し、これに穿設したストライプ状の窓（66
a ）を通じてオーミックに一方の電極（67）をキャップ
層（65）に被着し、基板(1)の裏面に他方の電極（68）
を被着した。このような構成によるダブルヘテロ接合型
の半導体レーザーは77゜K で連続発振した。尚、この場
合、ストライプ部の寸法、すなわち窓（66a ）の幅は８
μｍ、長さは 250μｍとした場合で、77゜K で、しきい
値電流 Ithは55ｍＡ、発振波長は、 0.653μｍであっ
た。第７図はその出力特性、第８図は発光スペクトラム
を示すものである。
（66）を被着し、これに穿設したストライプ状の窓（66
a ）を通じてオーミックに一方の電極（67）をキャップ
層（65）に被着し、基板(1)の裏面に他方の電極（68）
を被着した。このような構成によるダブルヘテロ接合型
の半導体レーザーは77゜K で連続発振した。尚、この場
合、ストライプ部の寸法、すなわち窓（66a ）の幅は８
μｍ、長さは 250μｍとした場合で、77゜K で、しきい
値電流 Ithは55ｍＡ、発振波長は、 0.653μｍであっ
た。第７図はその出力特性、第８図は発光スペクトラム
を示すものである。
上述したように本発明によって得た半導体レーザーダイ
オード、すなわち、半導体発光装置は、AlGaInP 系特有
の短波長発振を示している。
オード、すなわち、半導体発光装置は、AlGaInP 系特有
の短波長発振を示している。
発明の効果 上述したように本発明による気相成長装置によれば、各
原料気体の供給口の配置関係と、更にエピタキシャル成
長を行う基板(1)に対する気体通路の配置関係を選定す
ることによってIII族の原料気体とＶ族の原料気体とが
基板(1)の直前で混合されるようにし、しかもこの基板
(1)に対する原料気体の供給は、III族気体を主流にして
これの流れに乱れを生じることなく基板(1)上に送り込
む構成とするものである。このようにしたことによって
III族及びＶ族の互いに反応性を有し、分解速度の相違
する原料気体を用いるにもかかわらず、中間反応物の発
生を効果的に抑制することができ、更に本発明方法にお
ける基板温度の特定及びIII−Ｖ族各原料気体の比の特
定によって高品質の半導体発光装置を得ることができる
ものである。そして、そのIII族金属原料気体としてす
べてトリエチル化合物を用い、Ｖ族原料気体としてPH３
を用いるにもかかわらず、冒頭に述べたような中間生成
物の発生を回避できるので減圧方法の適用を回避でき、
これによって装置の簡略化、取扱いの簡便化をはかるこ
とができるなど、多くの利益をもたらすものである。
原料気体の供給口の配置関係と、更にエピタキシャル成
長を行う基板(1)に対する気体通路の配置関係を選定す
ることによってIII族の原料気体とＶ族の原料気体とが
基板(1)の直前で混合されるようにし、しかもこの基板
(1)に対する原料気体の供給は、III族気体を主流にして
これの流れに乱れを生じることなく基板(1)上に送り込
む構成とするものである。このようにしたことによって
III族及びＶ族の互いに反応性を有し、分解速度の相違
する原料気体を用いるにもかかわらず、中間反応物の発
生を効果的に抑制することができ、更に本発明方法にお
ける基板温度の特定及びIII−Ｖ族各原料気体の比の特
定によって高品質の半導体発光装置を得ることができる
ものである。そして、そのIII族金属原料気体としてす
べてトリエチル化合物を用い、Ｖ族原料気体としてPH３
を用いるにもかかわらず、冒頭に述べたような中間生成
物の発生を回避できるので減圧方法の適用を回避でき、
これによって装置の簡略化、取扱いの簡便化をはかるこ
とができるなど、多くの利益をもたらすものである。
第１図は本発明の説明に供する半導体レーザーダイオー
ドの一例の略線的断面図、第２図は本発明による気相成
長装置の一例の略線的拡大断面図、第３図及び第４図は
夫々第２図のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線からみた断面図、第
５図は本発明方法によるエピタキシャル成長速度の均一
性を示す測定曲線図、第６図は発光強度と基板温度との
関係を示す測定曲線図、第７図は発光強度とPH３／III
との関係を示す測定曲線図、第８図は本発明によって得
た半導体レーザーの拡大断面図、第９図及び第10図は夫
々その出力特性曲線図及び発光スペクトラムである。 (1)は基板、（11）は反応炉、（13）は基板配置部、す
なわちサセプタ、（16）は気体通路、（16a ）はその入
口側開口端、（17）及び（18）は第１及び第２の原料供
給口、(1)は基体、（61）はバッファ層、（62）は第１
のクラッド層、（63）は活性層、（64）は第２のクラッ
ド層、（65）はキャップ層、（66）は絶縁層、（67）及
び（68）は電極である。
ドの一例の略線的断面図、第２図は本発明による気相成
長装置の一例の略線的拡大断面図、第３図及び第４図は
夫々第２図のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線からみた断面図、第
５図は本発明方法によるエピタキシャル成長速度の均一
性を示す測定曲線図、第６図は発光強度と基板温度との
関係を示す測定曲線図、第７図は発光強度とPH３／III
との関係を示す測定曲線図、第８図は本発明によって得
た半導体レーザーの拡大断面図、第９図及び第10図は夫
々その出力特性曲線図及び発光スペクトラムである。 (1)は基板、（11）は反応炉、（13）は基板配置部、す
なわちサセプタ、（16）は気体通路、（16a ）はその入
口側開口端、（17）及び（18）は第１及び第２の原料供
給口、(1)は基体、（61）はバッファ層、（62）は第１
のクラッド層、（63）は活性層、（64）は第２のクラッ
ド層、（65）はキャップ層、（66）は絶縁層、（67）及
び（68）は電極である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−140391（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−73495（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−112694（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−21518（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】基板上に AlGaInP系III−Ｖ族化合物半導
体層をエピタキシャル成長させて半導体発光装置を得る
半導体発光装置の製造方法において、上記基板に対し
て、III族金属のトリエチル化合物とホスフィンの両気
体を、上記III族金属のトリエチル化合物に対するホス
フィンの供給比が300 以上となるように送り込み、両気
体を上記基板に達する直前に混合させて上記基板上に、
上記AlGaInP 系III−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシ
ャル成長させ、混合後の上記両気体の流速は混合前の上
記III族金属のトリエチル化合物の流速とほぼ等しく、
かつ層流を維持していることを特徴とする半導体発光装
置の製造方法。 - 【請求項２】基板上にAlGaInP 系III−Ｖ族化合物半導
体層をエピタキシャル成長させて半導体発光装置を得る
半導体発光装置の製造方法に用いる気相成長装置におい
て、常圧反応炉中に基板配置部が該基板配置部と上記反
応炉の壁面との間に気体通路を形成するように配置さ
れ、該気体通路の入口に近接正対して上記III族金属の
トリエチル化合物を供給する第１の原料気体供給口が上
記気体通路と同軸方向に延長して設けられ、上記気体通
路の上記入口と上記第１の原料気体供給口との間にホス
フィンを供給する第２の原料気体供給口が、上記第１の
原料気体供給口に対して平行に非ざる所要の傾きをもっ
て配置され、上記第１及び第２の原料気体供給口は互い
にその形状及び大きさがほぼ等しく選定され、上記第１
及び第２の原料気体供給口からの上記III族金属のトリ
エチル化合物気体と上記ホスフィンとを上記気体通路の
入口近傍の上記基板に向かう直前で混合させて該混合気
体を混合前の上記III族金属のトリエチル化合物の流速
が、混合後の上記気体通路における流速とほぼ等しくな
るように上記基板表面に沿って流すようにしたことを特
徴とする気相成長装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59158151A JPH0630340B2 (ja) | 1984-07-28 | 1984-07-28 | 半導体発光装置の製造方法とこれに用いる気相成長装置 |
| EP19850305361 EP0171242B1 (en) | 1984-07-28 | 1985-07-26 | Methods of making semiconductor light-emitting devices and vapour phase growth apparatus used for carrying out the methods |
| DE8585305361T DE3578275D1 (de) | 1984-07-28 | 1985-07-26 | Verfahren zur herstellung lichtemittierender anordnungen und anlage fuer dampfphasenepitaxiewachstum angewandt zur durchfuehrung der verfahren. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59158151A JPH0630340B2 (ja) | 1984-07-28 | 1984-07-28 | 半導体発光装置の製造方法とこれに用いる気相成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6135514A JPS6135514A (ja) | 1986-02-20 |
| JPH0630340B2 true JPH0630340B2 (ja) | 1994-04-20 |
Family
ID=15665374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59158151A Expired - Lifetime JPH0630340B2 (ja) | 1984-07-28 | 1984-07-28 | 半導体発光装置の製造方法とこれに用いる気相成長装置 |
Country Status (3)
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|---|---|
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| JP (1) | JPH0630340B2 (ja) |
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-
1984
- 1984-07-28 JP JP59158151A patent/JPH0630340B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1985
- 1985-07-26 EP EP19850305361 patent/EP0171242B1/en not_active Expired
- 1985-07-26 DE DE8585305361T patent/DE3578275D1/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
| DE3578275D1 (de) | 1990-07-19 |
| EP0171242A2 (en) | 1986-02-12 |
| EP0171242B1 (en) | 1990-06-13 |
| EP0171242A3 (en) | 1987-04-15 |
| JPS6135514A (ja) | 1986-02-20 |
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