JPH0677135A - 半導体結晶の成長方法 - Google Patents
半導体結晶の成長方法Info
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- JPH0677135A JPH0677135A JP22825192A JP22825192A JPH0677135A JP H0677135 A JPH0677135 A JP H0677135A JP 22825192 A JP22825192 A JP 22825192A JP 22825192 A JP22825192 A JP 22825192A JP H0677135 A JPH0677135 A JP H0677135A
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- vapor phase
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、ＭＯＶＰＥ法を用いてＡｌＧａＩｎ
Ｐ系の混晶を成長させる半導体結晶の成長方法におい
て、発光効率の高いＡｌＧａＩｎＰ系混晶を安定して成
長させることができる半導体結晶の成長方法を提供する
ことを目的とする。 【構成】成長温度Ｔｇ＝７００℃、Ｖ／III 比Ｒ＝２０
０において、（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（Ａｌ
組成比ｘ＝０．７）の結晶成長を行う場合、 【数１】 の式又は図５のグラフから成長気相中の残留酸素濃度Ｎ
R の許容値約０．００４ｐｐｍを求める。そして残留酸
素濃度ＮR がそれぞれ０．００４ｐｐｍ又はそれ以下の
純度の原料ガス等を用い、全体として残留酸素濃度ＮR
を許容値以下にして、発光効率の高いＧａＩｎＰ系混晶
を安定して成長させることができる。
Ｐ系の混晶を成長させる半導体結晶の成長方法におい
て、発光効率の高いＡｌＧａＩｎＰ系混晶を安定して成
長させることができる半導体結晶の成長方法を提供する
ことを目的とする。 【構成】成長温度Ｔｇ＝７００℃、Ｖ／III 比Ｒ＝２０
０において、（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（Ａｌ
組成比ｘ＝０．７）の結晶成長を行う場合、 【数１】 の式又は図５のグラフから成長気相中の残留酸素濃度Ｎ
R の許容値約０．００４ｐｐｍを求める。そして残留酸
素濃度ＮR がそれぞれ０．００４ｐｐｍ又はそれ以下の
純度の原料ガス等を用い、全体として残留酸素濃度ＮR
を許容値以下にして、発光効率の高いＧａＩｎＰ系混晶
を安定して成長させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体結晶の成長方法に
係り、特にＭＯＶＰＥ法（有機金属気相エピタキシャル
成長法）によってＡｌＧａＩｎＰ系の混晶を成長させる
半導体結晶の成長方法に関する。近年、光ディスク等の
光源として、高出力の６００ｎｍ帯の可視光半導体レー
ザの開発が要求されている。そしてこの６００ｎｍ帯可
視光半導体レーザの低閾値化、高発光効率化を図り、高
出力を実現するためには、半導体材料であるＡｌＧａＩ
ｎＰ系混晶自体の発光効率を向上させることが必要とさ
れている。
係り、特にＭＯＶＰＥ法（有機金属気相エピタキシャル
成長法）によってＡｌＧａＩｎＰ系の混晶を成長させる
半導体結晶の成長方法に関する。近年、光ディスク等の
光源として、高出力の６００ｎｍ帯の可視光半導体レー
ザの開発が要求されている。そしてこの６００ｎｍ帯可
視光半導体レーザの低閾値化、高発光効率化を図り、高
出力を実現するためには、半導体材料であるＡｌＧａＩ
ｎＰ系混晶自体の発光効率を向上させることが必要とさ
れている。
【０００２】
【従来の技術】従来、可視光半導体レーザは、その半導
体材料としてＡｌＧａＩｎＰ系混晶が用いられている。
そしてこのＡｌＧａＩｎＰ系混晶の成長技術としては、
大面積・大量生産に適し、均一性・膜厚制御性に優れ、
ストイキオメトリ制御が可能なＭＯＶＰＥ法が採用され
ている。
体材料としてＡｌＧａＩｎＰ系混晶が用いられている。
そしてこのＡｌＧａＩｎＰ系混晶の成長技術としては、
大面積・大量生産に適し、均一性・膜厚制御性に優れ、
ストイキオメトリ制御が可能なＭＯＶＰＥ法が採用され
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このようなＭＯＶＰＥ
法を用いたＡｌＧａＩｎＰ系混晶の結晶成長において
は、その成長気相中に、即ちＴＭＡ（トリメチルアルミ
ニウム）、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩ（ト
リメチルインジウム）、ＰＨ3 （フォスフィン）等の原
料ガスやＨ2 （水素）等のキャリアガスの中に、通常、
０．００１〜０．０１ｐｐｍのＯ2 （酸素）が残留不純
物として含有されている。
法を用いたＡｌＧａＩｎＰ系混晶の結晶成長において
は、その成長気相中に、即ちＴＭＡ（トリメチルアルミ
ニウム）、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩ（ト
リメチルインジウム）、ＰＨ3 （フォスフィン）等の原
料ガスやＨ2 （水素）等のキャリアガスの中に、通常、
０．００１〜０．０１ｐｐｍのＯ2 （酸素）が残留不純
物として含有されている。
【０００４】しかも、こうした成長気相中に残留不純物
として含有される酸素、即ち残留酸素は、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ系混晶の成長の際に、Ａｌの存在によって結晶中に取
り込まれやすい傾向にある。そして酸素がＡｌＧａＩｎ
Ｐ系混晶中に取り込まれると、その結晶性を悪化させ、
ＡｌＧａＩｎＰ系混晶自体の発光効率を低下させること
が予想されていた。
として含有される酸素、即ち残留酸素は、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ系混晶の成長の際に、Ａｌの存在によって結晶中に取
り込まれやすい傾向にある。そして酸素がＡｌＧａＩｎ
Ｐ系混晶中に取り込まれると、その結晶性を悪化させ、
ＡｌＧａＩｎＰ系混晶自体の発光効率を低下させること
が予想されていた。
【０００５】このため、従来のＭＯＶＰＥ法において
は、原料ガス中の残留酸素や、結晶成長装置の配管中の
残留酸素の濃度を低減することで発光効率を向上させよ
うとする考え方があった。しかし、こうした残留酸素の
濃度とＡｌＧａＩｎＰ系混晶の発光効率との関係を定量
的に確認した例はなかった。従って、要求される発光効
率に対してどの程度の酸素濃度の低減が必要であるか不
明であるため、発光効率の高いＡｌＧａＩｎＰ系混晶を
安定して成長させることができないでいたり、一般的に
原料ガスの高純度化を要求してコストの上昇を招いたり
するという問題があった。
は、原料ガス中の残留酸素や、結晶成長装置の配管中の
残留酸素の濃度を低減することで発光効率を向上させよ
うとする考え方があった。しかし、こうした残留酸素の
濃度とＡｌＧａＩｎＰ系混晶の発光効率との関係を定量
的に確認した例はなかった。従って、要求される発光効
率に対してどの程度の酸素濃度の低減が必要であるか不
明であるため、発光効率の高いＡｌＧａＩｎＰ系混晶を
安定して成長させることができないでいたり、一般的に
原料ガスの高純度化を要求してコストの上昇を招いたり
するという問題があった。
【０００６】そこで本発明は、ＭＯＶＰＥ法を用いてＡ
ｌＧａＩｎＰ系の混晶を成長させる半導体結晶の成長方
法において、発光効率の高いＡｌＧａＩｎＰ系混晶を安
定して成長させることができる半導体結晶の成長方法を
提供することを目的とする。
ｌＧａＩｎＰ系の混晶を成長させる半導体結晶の成長方
法において、発光効率の高いＡｌＧａＩｎＰ系混晶を安
定して成長させることができる半導体結晶の成長方法を
提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、まず、Ｍ
ＯＶＰＥ法における成長気相中に残留不純物として含有
される酸素、即ち残留酸素がＡｌＧａＩｎＰ系混晶の発
光効率を低下させるメカニズムを調べた。例えば（Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの結晶成長において、成
長気相中の残留酸素の濃度ＮR を変化させて、（Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの非発光再結合中心とし
て働く深い準位の密度Ｎを測定すると、図１に示される
ような結果が得られる。
ＯＶＰＥ法における成長気相中に残留不純物として含有
される酸素、即ち残留酸素がＡｌＧａＩｎＰ系混晶の発
光効率を低下させるメカニズムを調べた。例えば（Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの結晶成長において、成
長気相中の残留酸素の濃度ＮR を変化させて、（Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの非発光再結合中心とし
て働く深い準位の密度Ｎを測定すると、図１に示される
ような結果が得られる。
【０００８】この図１のグラフによれば、成長気相中の
残留酸素濃度ＮR が増大すれば、結晶中の非発光再結合
中心として働く深い準位の密度Ｎも増大する。このこと
から、ＡｌＧａＩｎＰの結晶成長においては、成長気相
中の残留酸素を起源として結晶中に深い準位が形成さ
れ、この深い準位が非発光再結合中心として働くことに
より発光効率を低下させていることが推定される。従っ
て、結晶成長における成長気相中の残留酸素濃度ＮR を
低減することにより、非発光再結合中心として働く深い
準位の密度Ｎを低減し、発光効率の低下を防止すること
ができると考えられる。
残留酸素濃度ＮR が増大すれば、結晶中の非発光再結合
中心として働く深い準位の密度Ｎも増大する。このこと
から、ＡｌＧａＩｎＰの結晶成長においては、成長気相
中の残留酸素を起源として結晶中に深い準位が形成さ
れ、この深い準位が非発光再結合中心として働くことに
より発光効率を低下させていることが推定される。従っ
て、結晶成長における成長気相中の残留酸素濃度ＮR を
低減することにより、非発光再結合中心として働く深い
準位の密度Ｎを低減し、発光効率の低下を防止すること
ができると考えられる。
【０００９】次に、ＭＯＶＰＥ法における成長気相中の
残留酸素濃度ＮR 及び成長温度ＴｇとＡｌＧａＩｎＰ系
混晶の発光効率との関係を調べた。例えば（ＡｌX Ｇａ
1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの結晶成長において、Ａｌ組成比
ｘをｘ＝０．７に固定し、成長温度Ｔｇをパラメーター
として成長気相中の残留酸素の濃度ＮR を変化させ、成
長させた（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ＝０．
７）の発光効率をＰＬ（フォトルミネッセンス）法を用
いて測定すると、図２に示されるような結果を得た。
残留酸素濃度ＮR 及び成長温度ＴｇとＡｌＧａＩｎＰ系
混晶の発光効率との関係を調べた。例えば（ＡｌX Ｇａ
1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの結晶成長において、Ａｌ組成比
ｘをｘ＝０．７に固定し、成長温度Ｔｇをパラメーター
として成長気相中の残留酸素の濃度ＮR を変化させ、成
長させた（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ＝０．
７）の発光効率をＰＬ（フォトルミネッセンス）法を用
いて測定すると、図２に示されるような結果を得た。
【００１０】この図２のグラフによれば、各成長温度Ｔ
ｇにおいて、成長気相中の残留酸素濃度ＮR が増大すれ
ば、結晶の発光効率が低下する。これは、上記図１のグ
ラフを用いて既に述べたように、成長気相中の残留酸素
濃度ＮR の増大により結晶中の非発光再結合中心として
働く深い準位の密度Ｎが増大することに起因するもので
ある。
ｇにおいて、成長気相中の残留酸素濃度ＮR が増大すれ
ば、結晶の発光効率が低下する。これは、上記図１のグ
ラフを用いて既に述べたように、成長気相中の残留酸素
濃度ＮR の増大により結晶中の非発光再結合中心として
働く深い準位の密度Ｎが増大することに起因するもので
ある。
【００１１】また、成長温度Ｔｇが６９０℃、７１０
℃、７３０℃と高くなるにつれて結晶の発光効率も向上
する。これは、成長温度Ｔｇを高くしていくことで、結
晶へ取り込まれる酸素が、再蒸発し易くなるために、取
り込まれ難くなり、その結果、結晶中の非発光再結合中
心の密度が減少するためと考えられる。ここで、図中の
破線で示すように、結晶の発光効率低下の許容ラインを
設定する。尚、この発光効率低下の許容ラインは、レー
ザを作製する場合の発光特性から要求されるものであ
る。
℃、７３０℃と高くなるにつれて結晶の発光効率も向上
する。これは、成長温度Ｔｇを高くしていくことで、結
晶へ取り込まれる酸素が、再蒸発し易くなるために、取
り込まれ難くなり、その結果、結晶中の非発光再結合中
心の密度が減少するためと考えられる。ここで、図中の
破線で示すように、結晶の発光効率低下の許容ラインを
設定する。尚、この発光効率低下の許容ラインは、レー
ザを作製する場合の発光特性から要求されるものであ
る。
【００１２】そしてこの発光効率低下の許容ラインの設
定により、各成長温度Ｔｇ毎の成長気相中の残留酸素濃
度ＮR の許容値が明らかになるため、成長気相中の残留
酸素濃度ＮR の許容値の成長温度Ｔｇに対する依存性を
求めることができる。次に、ＭＯＶＰＥ法における成長
気相中の残留酸素濃度ＮR 及びＡｌ組成比ｘとＡｌＧａ
ＩｎＰ系混晶の発光効率との関係を調べた。
定により、各成長温度Ｔｇ毎の成長気相中の残留酸素濃
度ＮR の許容値が明らかになるため、成長気相中の残留
酸素濃度ＮR の許容値の成長温度Ｔｇに対する依存性を
求めることができる。次に、ＭＯＶＰＥ法における成長
気相中の残留酸素濃度ＮR 及びＡｌ組成比ｘとＡｌＧａ
ＩｎＰ系混晶の発光効率との関係を調べた。
【００１３】例えば（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
の結晶成長において、成長温度ＴｇをＴｇ＝６９０℃に
固定し、（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 ＰのＡｌ組成
比ｘをパラメーターとして成長気相中の残留酸素の濃度
ＮR を変化させ、成長した（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐの発光効率をＰＬ法を用いて測定すると、図３に
示されるような結果を得た。
の結晶成長において、成長温度ＴｇをＴｇ＝６９０℃に
固定し、（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 ＰのＡｌ組成
比ｘをパラメーターとして成長気相中の残留酸素の濃度
ＮR を変化させ、成長した（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐの発光効率をＰＬ法を用いて測定すると、図３に
示されるような結果を得た。
【００１４】この図３のグラフによれば、各Ａｌ組成比
ｘにおいて、成長気相中の残留酸素濃度ＮR が増大すれ
ば、結晶の発光効率が低下する。これは、既に述べたよ
うに、成長気相中の残留酸素濃度ＮR の増大により結晶
中の非発光再結合中心として働く深い準位の密度Ｎが増
大することに起因するものである。また、Ａｌ組成比ｘ
が０．３、０．５、０．７と大きくなるにつれて結晶の
発光効率は低下する。これは、Ａｌが酸素（Ｏ）と反応
し易い性質を有しているため、Ａｌ組成比ｘが大きくな
るほど成長中のＡｌと反応して結晶中に取り込まれる酸
素の量が増加し、従って結晶中の非発光再結合中心とし
て働く深い準位の密度Ｎも増大することに起因するもの
である。
ｘにおいて、成長気相中の残留酸素濃度ＮR が増大すれ
ば、結晶の発光効率が低下する。これは、既に述べたよ
うに、成長気相中の残留酸素濃度ＮR の増大により結晶
中の非発光再結合中心として働く深い準位の密度Ｎが増
大することに起因するものである。また、Ａｌ組成比ｘ
が０．３、０．５、０．７と大きくなるにつれて結晶の
発光効率は低下する。これは、Ａｌが酸素（Ｏ）と反応
し易い性質を有しているため、Ａｌ組成比ｘが大きくな
るほど成長中のＡｌと反応して結晶中に取り込まれる酸
素の量が増加し、従って結晶中の非発光再結合中心とし
て働く深い準位の密度Ｎも増大することに起因するもの
である。
【００１５】ここで、図中の破線で示すように、上記図
２の場合と同様の発光効率低下の許容ラインを設定す
る。そしてこの発光効率低下の許容ラインの設定によ
り、各Ａｌ組成比ｘ毎の成長気相中の残留酸素濃度ＮR
の許容値が明らかになるため、成長気相中の残留酸素濃
度ＮR の許容値のＡｌ組成比ｘに対する依存性を求める
ことができる。
２の場合と同様の発光効率低下の許容ラインを設定す
る。そしてこの発光効率低下の許容ラインの設定によ
り、各Ａｌ組成比ｘ毎の成長気相中の残留酸素濃度ＮR
の許容値が明らかになるため、成長気相中の残留酸素濃
度ＮR の許容値のＡｌ組成比ｘに対する依存性を求める
ことができる。
【００１６】次に、ＭＯＶＰＥ法における成長気相中の
残留酸素濃度ＮR 及び成長気相中のＶ族元素の原料ガス
とIII 族元素の原料ガスとの流量比Ｒ、即ちＶ／III 比
ＲとＡｌＧａＩｎＰ系混晶の発光効率との関係を調べ
た。例えば（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの結晶成
長において、Ａｌ組成比ｘをｘ＝０．７に固定し、成長
気相中のＶ／III 比Ｒ及び残留酸素の濃度ＮR を変化さ
せ、成長させた（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ
＝０．７）の発光効率をＰＬ法を用いて測定すると、図
４に示されるような結果を得た。
残留酸素濃度ＮR 及び成長気相中のＶ族元素の原料ガス
とIII 族元素の原料ガスとの流量比Ｒ、即ちＶ／III 比
ＲとＡｌＧａＩｎＰ系混晶の発光効率との関係を調べ
た。例えば（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの結晶成
長において、Ａｌ組成比ｘをｘ＝０．７に固定し、成長
気相中のＶ／III 比Ｒ及び残留酸素の濃度ＮR を変化さ
せ、成長させた（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ
＝０．７）の発光効率をＰＬ法を用いて測定すると、図
４に示されるような結果を得た。
【００１７】この図４のグラフによれば、各Ｖ／III 比
Ｒにおいて、成長気相中の残留酸素濃度ＮR が増大すれ
ば、結晶の発光効率が低下する。また、Ｖ／III 比Ｒが
２００、４００、６００と大きくなるにつれて結晶の発
光効率は向上する。これは、この結晶系ではＶ族元素の
蒸気圧が高いため、Ｖ族元素の分圧を高くすることで、
結晶性が向上し、残留酸素の結晶中への取り込み量を減
少させることができるためと考えられる。
Ｒにおいて、成長気相中の残留酸素濃度ＮR が増大すれ
ば、結晶の発光効率が低下する。また、Ｖ／III 比Ｒが
２００、４００、６００と大きくなるにつれて結晶の発
光効率は向上する。これは、この結晶系ではＶ族元素の
蒸気圧が高いため、Ｖ族元素の分圧を高くすることで、
結晶性が向上し、残留酸素の結晶中への取り込み量を減
少させることができるためと考えられる。
【００１８】次に、上記図２及び図３のグラフから、成
長気相中の残留酸素濃度ＮR の許容値の成長温度Ｔｇ及
びＡｌ組成比ｘに対する依存性を，例えばＶ／III 比Ｒ
＝２００の場合について求めると、図５に示されるよう
になる。そしてこの図５のグラフから、成長気相中の残
留酸素濃度ＮR の許容値を成長温度Ｔｇ、Ａｌ組成比ｘ
及びＶ／III 比Ｒの関数として求めると、その許容値
［ｐｐｍ］は、
長気相中の残留酸素濃度ＮR の許容値の成長温度Ｔｇ及
びＡｌ組成比ｘに対する依存性を，例えばＶ／III 比Ｒ
＝２００の場合について求めると、図５に示されるよう
になる。そしてこの図５のグラフから、成長気相中の残
留酸素濃度ＮR の許容値を成長温度Ｔｇ、Ａｌ組成比ｘ
及びＶ／III 比Ｒの関数として求めると、その許容値
［ｐｐｍ］は、
【００１９】
【数２】 と表される。但し、図５のグラフでは、Ｖ／III 比Ｒ＝
２００の場合を示している。また、上記図２及び図４の
グラフから、例えばＡｌ組成比ｘ＝０．７の場合、成長
気相中の残留酸素濃度ＮR の許容値の、成長温度Ｔｇ及
びＶ／III 比Ｒに対する依存性を求めると、図６に示さ
れるようになる。そしてこの図６のグラフから、成長気
相中の残留酸素濃度ＮR の許容値を成長温度Ｔｇ、Ａｌ
組成比ｘ及びＶ／III 比Ｒの関数として求めると、その
許容値［ｐｐｍ］は、
２００の場合を示している。また、上記図２及び図４の
グラフから、例えばＡｌ組成比ｘ＝０．７の場合、成長
気相中の残留酸素濃度ＮR の許容値の、成長温度Ｔｇ及
びＶ／III 比Ｒに対する依存性を求めると、図６に示さ
れるようになる。そしてこの図６のグラフから、成長気
相中の残留酸素濃度ＮR の許容値を成長温度Ｔｇ、Ａｌ
組成比ｘ及びＶ／III 比Ｒの関数として求めると、その
許容値［ｐｐｍ］は、
【００２０】
【数３】 と表される。但し、図６のグラフでは、Ａｌ組成比ｘ＝
０．７の場合を示している。従って、上記課題は、ＭＯ
ＶＰＥ法を用いてＡｌＧａＩｎＰ系の混晶を成長させる
半導体結晶の成長方法において、
０．７の場合を示している。従って、上記課題は、ＭＯ
ＶＰＥ法を用いてＡｌＧａＩｎＰ系の混晶を成長させる
半導体結晶の成長方法において、
【００２１】
【数４】 但し、 ＮR ：成長気相の残留酸素濃度（ｐｐｍ） Ｔｇ：成長温度（℃） ｘ：（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ系の混晶のＡｌ
組成比 Ｒ：成長気相中のＶ／III 比 の式を満足する条件下でＡｌＧａＩｎＰ系の混晶を成長
させることを特徴とする半導体結晶の成長方法によって
達成される。
組成比 Ｒ：成長気相中のＶ／III 比 の式を満足する条件下でＡｌＧａＩｎＰ系の混晶を成長
させることを特徴とする半導体結晶の成長方法によって
達成される。
【００２２】
【作用】本発明は、（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ
系の混晶を有機金属気相エピタキシャル成長させる際
に、成長気相中の残留酸素濃度ＮR と成長温度ＴｇとＡ
ｌ組成比ｘとＶ／III 比Ｒとが
系の混晶を有機金属気相エピタキシャル成長させる際
に、成長気相中の残留酸素濃度ＮR と成長温度ＴｇとＡ
ｌ組成比ｘとＶ／III 比Ｒとが
【００２３】
【数５】 の条件を満足することにより、成長気相中の残留酸素濃
度ＮR が所定の許容値以下になるため、成長気相中の残
留酸素を起源としてＧａＩｎＰ系混晶中に非発光再結合
中心として働く深い準位が形成されて発光効率を低下さ
せても、その発光効率の低下は所定の許容ラインをクリ
アする。従って、高い発光効率のＧａＩｎＰ系混晶を安
定して成長させることができる。
度ＮR が所定の許容値以下になるため、成長気相中の残
留酸素を起源としてＧａＩｎＰ系混晶中に非発光再結合
中心として働く深い準位が形成されて発光効率を低下さ
せても、その発光効率の低下は所定の許容ラインをクリ
アする。従って、高い発光効率のＧａＩｎＰ系混晶を安
定して成長させることができる。
【００２４】
【実施例】本発明の実施例について説明する。ＭＯＶＰ
Ｅ法を用い、例えば成長温度Ｔｇ＝７００℃、Ｖ／III
比Ｒ＝２００において、（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐ（Ａｌ組成比ｘ＝０．７）の結晶成長を行う場
合、
Ｅ法を用い、例えば成長温度Ｔｇ＝７００℃、Ｖ／III
比Ｒ＝２００において、（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐ（Ａｌ組成比ｘ＝０．７）の結晶成長を行う場
合、
【００２５】
【数６】 の式又は図５のグラフから、成長気相中の残留酸素濃度
ＮR の許容値は約０．００４ｐｐｍとなる。従って、Ｔ
ＭＡ、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＰＨ3 等の原料ガスやＨ2 等の
キャリアガスとして、残留酸素濃度ＮR がそれぞれ０．
００４ｐｐｍ又はそれ以下の純度のガスを用いること
で、全体としての成長気相中の残留酸素濃度ＮR を許容
値約０．００４ｐｐｍ以下にすることができる。そして
この条件下で結晶成長すれば、高い発光効率をもつＡｌ
ＧａＩｎＰ系混晶を成長させることができる。
ＮR の許容値は約０．００４ｐｐｍとなる。従って、Ｔ
ＭＡ、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＰＨ3 等の原料ガスやＨ2 等の
キャリアガスとして、残留酸素濃度ＮR がそれぞれ０．
００４ｐｐｍ又はそれ以下の純度のガスを用いること
で、全体としての成長気相中の残留酸素濃度ＮR を許容
値約０．００４ｐｐｍ以下にすることができる。そして
この条件下で結晶成長すれば、高い発光効率をもつＡｌ
ＧａＩｎＰ系混晶を成長させることができる。
【００２６】このように、成長温度Ｔｇ、Ａｌ組成比ｘ
及びＶ／III 比Ｒの条件が与えられた場合、上記の式又
は図５のグラフから成長気相中の残留酸素濃度ＮR の許
容値を求め、それに適合する純度の原料ガス等を使用す
ることにより、発光効率の高いＡｌＧａＩｎＰ系混晶を
安定して成長させることができる。また、ＭＯＶＰＥ法
により、例えばＶ／III 比Ｒ＝２００において、残留酸
素濃度ＮR ＝０．００８ｐｐｍの純度のガスを用い、
（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ 0.5 Ｐ（Ａｌ組成比ｘ＝
０．５）の結晶成長を行う場合、
及びＶ／III 比Ｒの条件が与えられた場合、上記の式又
は図５のグラフから成長気相中の残留酸素濃度ＮR の許
容値を求め、それに適合する純度の原料ガス等を使用す
ることにより、発光効率の高いＡｌＧａＩｎＰ系混晶を
安定して成長させることができる。また、ＭＯＶＰＥ法
により、例えばＶ／III 比Ｒ＝２００において、残留酸
素濃度ＮR ＝０．００８ｐｐｍの純度のガスを用い、
（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ 0.5 Ｐ（Ａｌ組成比ｘ＝
０．５）の結晶成長を行う場合、
【００２７】
【数７】 の式又は図５のグラフから、成長温度ＴｇはＴｇ≧７１
０℃となる。そしてこの条件下で結晶成長すれば、高い
発光効率のＡｌＧａＩｎＰ系混晶を成長させることがで
きる。このように、所定の純度の原料ガス、Ａｌ組成比
ｘ及びＶ／III 比Ｒの条件が与えられた場合、上記の式
又は図５のグラフから成長気相中の残留酸素濃度ＮRの
許容値を実現する成長温度Ｔｇを求め、それより高温の
成長温度で成長させることにより、発光効率の高いＡｌ
ＧａＩｎＰ系混晶を安定して成長させることができる。
０℃となる。そしてこの条件下で結晶成長すれば、高い
発光効率のＡｌＧａＩｎＰ系混晶を成長させることがで
きる。このように、所定の純度の原料ガス、Ａｌ組成比
ｘ及びＶ／III 比Ｒの条件が与えられた場合、上記の式
又は図５のグラフから成長気相中の残留酸素濃度ＮRの
許容値を実現する成長温度Ｔｇを求め、それより高温の
成長温度で成長させることにより、発光効率の高いＡｌ
ＧａＩｎＰ系混晶を安定して成長させることができる。
【００２８】更に、ＭＯＶＰＥ法により、例えばＶ／II
I 比Ｒ＝２００において、残留酸素濃度ＮR ＝０．０１
５ｐｐｍの純度の成長ガスを用い、成長温度Ｔｇ＝７１
５℃において（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの結晶
成長を行う場合、
I 比Ｒ＝２００において、残留酸素濃度ＮR ＝０．０１
５ｐｐｍの純度の成長ガスを用い、成長温度Ｔｇ＝７１
５℃において（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの結晶
成長を行う場合、
【００２９】
【数８】 の式又は図５のグラフから、Ａｌ組成比ｘはｘ≦０．３
となる。そしてこの条件下で結晶成長すれば、高い発光
効率のＡｌＧａＩｎＰ系混晶を成長させることができ
る。このように、所定の純度の原料ガス等及び成長温度
Ｔｇの条件が与えられた場合、上記の式又は図５のグラ
フから成長気相中の残留酸素濃度ＮR の許容値を実現す
るＡｌ組成比ｘを求め、それよりＡｌ組成比の大きい結
晶を成長させることにより、発光効率の高いＡｌＧａＩ
ｎＰ系混晶を安定して成長させることができる。
となる。そしてこの条件下で結晶成長すれば、高い発光
効率のＡｌＧａＩｎＰ系混晶を成長させることができ
る。このように、所定の純度の原料ガス等及び成長温度
Ｔｇの条件が与えられた場合、上記の式又は図５のグラ
フから成長気相中の残留酸素濃度ＮR の許容値を実現す
るＡｌ組成比ｘを求め、それよりＡｌ組成比の大きい結
晶を成長させることにより、発光効率の高いＡｌＧａＩ
ｎＰ系混晶を安定して成長させることができる。
【００３０】但し、この場合は、Ａｌ組成比ｘの変化に
より屈折率が変化するため、半導体レーザ等に利用する
場合等においては、光閉じ込め効率が変動することに留
意する必要がある。また、ＭＯＶＰＥ法により、例えば
成長温度Ｔｇ＝６９０℃、Ｖ／III 比Ｒ＝６００におい
て（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（Ａｌ組成比ｘ＝
０．７）の結晶成長を行う場合、
より屈折率が変化するため、半導体レーザ等に利用する
場合等においては、光閉じ込め効率が変動することに留
意する必要がある。また、ＭＯＶＰＥ法により、例えば
成長温度Ｔｇ＝６９０℃、Ｖ／III 比Ｒ＝６００におい
て（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（Ａｌ組成比ｘ＝
０．７）の結晶成長を行う場合、
【００３１】
【数９】 の式又は図６のグラフから、成長気相中の残留酸素濃度
ＮR の許容値は約０．００７ｐｐｍとなる。そしてこの
条件下で結晶成長すれば、高い発光効率のＡｌＧａＩｎ
Ｐ系混晶を成長させることができる。このように、成長
温度Ｔｇ、Ａｌ組成比ｘ及びＶ／III 比Ｒの条件が与え
られた場合、上記の式又は図６のグラフから成長気相中
の残留酸素濃度ＮR の許容値を求め、それに適合する純
度の原料ガス等を使用することにより、発光効率の高い
ＡｌＧａＩｎＰ系混晶を安定して成長させることができ
る。
ＮR の許容値は約０．００７ｐｐｍとなる。そしてこの
条件下で結晶成長すれば、高い発光効率のＡｌＧａＩｎ
Ｐ系混晶を成長させることができる。このように、成長
温度Ｔｇ、Ａｌ組成比ｘ及びＶ／III 比Ｒの条件が与え
られた場合、上記の式又は図６のグラフから成長気相中
の残留酸素濃度ＮR の許容値を求め、それに適合する純
度の原料ガス等を使用することにより、発光効率の高い
ＡｌＧａＩｎＰ系混晶を安定して成長させることができ
る。
【００３２】また、ＭＯＶＰＥ法により、例えば残留酸
素濃度ＮR ＝０．０１ｐｐｍの純度のガスを用い、Ｖ／
III 比Ｒ＝４００において、（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉ
ｎ0. 5 Ｐ（Ａｌ組成比ｘ＝０．７）の結晶成長を行う場
合、
素濃度ＮR ＝０．０１ｐｐｍの純度のガスを用い、Ｖ／
III 比Ｒ＝４００において、（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉ
ｎ0. 5 Ｐ（Ａｌ組成比ｘ＝０．７）の結晶成長を行う場
合、
【００３３】
【数１０】 の式又は図６のグラフから、成長温度ＴｇはＴｇ≧７１
０℃となる。そしてこの条件下で結晶成長すれば、高い
発光効率のＡｌＧａＩｎＰ系混晶を成長させることがで
きる。このように、所定の純度の原料ガス、Ａｌ組成比
ｘ及びＶ／III 比Ｒの条件が与えられた場合、上記の式
又は図６のグラフから成長気相中の残留酸素濃度ＮRの
許容値を実現する成長温度Ｔｇを求め、それより高温の
成長温度で成長させることにより、発光効率の高いＡｌ
ＧａＩｎＰ系混晶を安定して成長させることができる。
０℃となる。そしてこの条件下で結晶成長すれば、高い
発光効率のＡｌＧａＩｎＰ系混晶を成長させることがで
きる。このように、所定の純度の原料ガス、Ａｌ組成比
ｘ及びＶ／III 比Ｒの条件が与えられた場合、上記の式
又は図６のグラフから成長気相中の残留酸素濃度ＮRの
許容値を実現する成長温度Ｔｇを求め、それより高温の
成長温度で成長させることにより、発光効率の高いＡｌ
ＧａＩｎＰ系混晶を安定して成長させることができる。
【００３４】更に、ＭＯＶＰＥ法により、例えば残留酸
素濃度ＮR ＝０．０１ｐｐｍの純度のガスを用い、成長
温度Ｔｇ＝７００℃において（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉ
ｎ0. 5 Ｐ（Ａｌ組成比ｘ＝０．７）の結晶成長を行う場
合、
素濃度ＮR ＝０．０１ｐｐｍの純度のガスを用い、成長
温度Ｔｇ＝７００℃において（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉ
ｎ0. 5 Ｐ（Ａｌ組成比ｘ＝０．７）の結晶成長を行う場
合、
【００３５】
【数１１】 の式又は図６のグラフから、Ｖ／III 比ＲはＲ≧６００
となる。そしてこの条件下で結晶成長すれば、高い発光
効率のＡｌＧａＩｎＰ系混晶を成長させることができ
る。このように、所定の純度の原料ガス、成長温度Ｔｇ
及びＡｌ組成比ｘの条件が与えられた場合、上記の式又
は図６のグラフから成長気相中の残留酸素濃度ＮRの許
容値を実現するＶ／III 比Ｒを求め、それよりＶ／III
比を高くして結晶成長させることにより、発光効率の高
いＡｌＧａＩｎＰ系混晶を安定して成長させることがで
きる。
となる。そしてこの条件下で結晶成長すれば、高い発光
効率のＡｌＧａＩｎＰ系混晶を成長させることができ
る。このように、所定の純度の原料ガス、成長温度Ｔｇ
及びＡｌ組成比ｘの条件が与えられた場合、上記の式又
は図６のグラフから成長気相中の残留酸素濃度ＮRの許
容値を実現するＶ／III 比Ｒを求め、それよりＶ／III
比を高くして結晶成長させることにより、発光効率の高
いＡｌＧａＩｎＰ系混晶を安定して成長させることがで
きる。
【００３６】上記実施例をまとめると、図５又は図６を
用いて、成長温度Ｔｇ、残留酸素濃度ＮR 、Ａｌ組成比
ｘ及びＶ／III 比Ｒの内の任意の条件３つから残りの１
つの条件を求めることにより、発光効率の高いＡｌＧａ
ＩｎＰ系混晶を安定して成長させることができる。
用いて、成長温度Ｔｇ、残留酸素濃度ＮR 、Ａｌ組成比
ｘ及びＶ／III 比Ｒの内の任意の条件３つから残りの１
つの条件を求めることにより、発光効率の高いＡｌＧａ
ＩｎＰ系混晶を安定して成長させることができる。
【００３７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、有機金属
気相エピタキシャル成長法を用いてＡｌＧａＩｎＰ系の
混晶を成長させる半導体結晶の成長方法において、
気相エピタキシャル成長法を用いてＡｌＧａＩｎＰ系の
混晶を成長させる半導体結晶の成長方法において、
【００３８】
【数１２】 の式を満足する条件下で（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐ系の混晶を成長させることにより、成長気相中の
残留酸素濃度ＮR を所定の許容値以下に抑えることがで
きるため、発光効率の高いＡｌＧａＩｎＰ系混晶を安定
して成長させることができる。
0.5 Ｐ系の混晶を成長させることにより、成長気相中の
残留酸素濃度ＮR を所定の許容値以下に抑えることがで
きるため、発光効率の高いＡｌＧａＩｎＰ系混晶を安定
して成長させることができる。
【００３９】これにより、ＡｌＧａＩｎＰ系混晶を半導
体材料とする半導体レーザの低閾値化、高発光効率化、
高出力化及び高信頼性化を実現することが可能となる。
体材料とする半導体レーザの低閾値化、高発光効率化、
高出力化及び高信頼性化を実現することが可能となる。
【図１】成長気相中の残留酸素による（Ａｌ0.7 Ｇａ
0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの非発光再結合中心として働く深
い準位の生成を説明するためのグラフである。
0.3 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの非発光再結合中心として働く深
い準位の生成を説明するためのグラフである。
【図２】（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ＝０．
７）の発光効率の成長気相中の残留酸素濃度ＮR 及び成
長温度Ｔｇに対する依存性を示すグラフである。
７）の発光効率の成長気相中の残留酸素濃度ＮR 及び成
長温度Ｔｇに対する依存性を示すグラフである。
【図３】（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐの発光効率
の成長気相中の残留酸素濃度Ｎ R 及びＡｌ組成比ｘに対
する依存性を示すグラフである。
の成長気相中の残留酸素濃度Ｎ R 及びＡｌ組成比ｘに対
する依存性を示すグラフである。
【図４】（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ（ｘ＝０．
７）の発光効率の成長気相中の残留酸素濃度ＮR 及びＶ
／III 比Ｒに対する依存性を示すグラフである。
７）の発光効率の成長気相中の残留酸素濃度ＮR 及びＶ
／III 比Ｒに対する依存性を示すグラフである。
【図５】ＭＯＶＰＥ法による（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐ成長における成長気相中の残留酸素濃度ＮR の
許容値の成長温度Ｔｇ及びＡｌ組成比ｘに対する依存性
を示すグラフである。
ｎ0.5 Ｐ成長における成長気相中の残留酸素濃度ＮR の
許容値の成長温度Ｔｇ及びＡｌ組成比ｘに対する依存性
を示すグラフである。
【図６】ＭＯＶＰＥ法による（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐ（ｘ＝０．７）成長における成長気相中の残留
酸素濃度ＮR の許容値の成長温度Ｔｇ及びＶ／III 比Ｒ
に対する依存性を示すグラフである。
ｎ0.5 Ｐ（ｘ＝０．７）成長における成長気相中の残留
酸素濃度ＮR の許容値の成長温度Ｔｇ及びＶ／III 比Ｒ
に対する依存性を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】 有機金属気相エピタキシャル成長法を用
いてＡｌＧａＩｎＰ系の混晶を成長させる半導体結晶の
成長方法において、 【数１】 但し、 ＮR ：成長気相の残留酸素濃度（ｐｐｍ） Ｔｇ：成長温度（℃） ｘ：（ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ系の混晶のＡｌ
組成比 Ｒ：成長気相中のＶ族元素の原料ガスとIII 族元素の原
料ガスとの流量比 の式を満足する条件下でＡｌＧａＩｎＰ系の混晶を成長
させることを特徴とする半導体結晶の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22825192A JPH0677135A (ja) | 1992-08-27 | 1992-08-27 | 半導体結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22825192A JPH0677135A (ja) | 1992-08-27 | 1992-08-27 | 半導体結晶の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0677135A true JPH0677135A (ja) | 1994-03-18 |
Family
ID=16873541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22825192A Withdrawn JPH0677135A (ja) | 1992-08-27 | 1992-08-27 | 半導体結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0677135A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1257025A2 (en) * | 2001-04-18 | 2002-11-13 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Surface emitting semiconductor laser device |
| JP2011114283A (ja) * | 2009-11-30 | 2011-06-09 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 化合物半導体基板とその製造方法 |
-
1992
- 1992-08-27 JP JP22825192A patent/JPH0677135A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1257025A2 (en) * | 2001-04-18 | 2002-11-13 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Surface emitting semiconductor laser device |
| EP1257025A3 (en) * | 2001-04-18 | 2005-04-06 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Surface emitting semiconductor laser device |
| JP2011114283A (ja) * | 2009-11-30 | 2011-06-09 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 化合物半導体基板とその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991102 |