JPH09289171A - Surface treatment method of re-grown interface - Google Patents

Surface treatment method of re-grown interface

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JPH09289171A
JPH09289171A JP10151296A JP10151296A JPH09289171A JP H09289171 A JPH09289171 A JP H09289171A JP 10151296 A JP10151296 A JP 10151296A JP 10151296 A JP10151296 A JP 10151296A JP H09289171 A JPH09289171 A JP H09289171A
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JP
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interface
temperature
annealing
regrowth
substrate
Prior art date
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Application number
JP10151296A
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Japanese (ja)
Inventor
Osamu Goto
修 後藤
Hideaki Horikawa
英明 堀川
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To clean the surface of an As compound semiconductor, by a method wherein the surface of an As compound semiconductor which serves as a regrown interface is annealed in an atmosphere of AsH3 . SOLUTION: A substrate of AlAs, GaAs, AlGaAs, InAlAs or InGaAs which serves as a regrown interface of a compound semiconductor is made to rise in temperature from a room temperature to a prescribed range of temperature and annealed in an atmosphere of AsH3 for a prescribed time. At this point, AsH3 gas starts being fed to a growth chamber before the substrate reaches a prescribed temperature and keeps being fed until a regrowth is finished. Contaminants attached to the regrown interface are removed by this annealing process to lessen the regrown interface in interface level. Then, the substrate is increased in temperature to a prescribed regrown temperature, and AlGaAs or the like is regrown on the surface of the substrate of AlGaAs or the like through an organic metal vapor growth method.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、AlAs、Ga
As、AlGaAs、InAlAs、InGaAs、I
nP、InAlP、InGaPまたはInGaAsPの
表面を再成長界面として、この再成長界面上に化合物半
導体を成長するにあたり、この再成長界面を清浄化して
その界面準位を低減するための表面処理方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to AlAs and Ga.
As, AlGaAs, InAlAs, InGaAs, I
The present invention relates to a surface treatment method for cleaning the regrowth interface and reducing the interface level when growing a compound semiconductor on the regrowth interface using the surface of nP, InAlP, InGaP or InGaAsP as the regrowth interface.

【0002】[0002]

【従来の技術】大気に曝されたAlGaAsの表面に
は、Ga(ガリウム)、Al(アルミニウム)およびA
s(ヒ素)の酸化物が形成されると共に、C(炭素)が
残留する。これら酸化物および炭素による汚染は、この
表面に化合物半導体を再成長する場合、再成長界面に高
密度の界面準位を形成する原因となる。このため、再成
長界面としての表面を清浄化してその界面準位を低減さ
せることが必要である。しかし、この表面は、通常の加
熱清浄処理を行っただけでは、汚染を除去して十分に清
浄化することが困難である。
2. Description of the Related Art On the surface of AlGaAs exposed to the atmosphere, Ga (gallium), Al (aluminum) and A
An oxide of s (arsenic) is formed and C (carbon) remains. Contamination by these oxides and carbon causes formation of high-density interface states at the regrowth interface when a compound semiconductor is regrown on this surface. Therefore, it is necessary to clean the surface as the regrowth interface to reduce the interface level. However, it is difficult to remove contaminants and sufficiently clean the surface only by performing a normal heat cleaning treatment.

【0003】そこで、表面の汚染を除去するための方法
が提案されている。例えば、文献1:「Inst.Ph
ys.Conf.Ser.,No129(1992)5
85」によれば、AlGaAs表面にECR水素プラズ
マを照射することによって、表面の酸化物および炭素の
除去を図っている。
Therefore, methods for removing surface contamination have been proposed. For example, Document 1: “Inst. Ph.
ys. Conf. Ser. , No129 (1992) 5
85 ”, the surface of AlGaAs is irradiated with ECR hydrogen plasma to remove oxides and carbon from the surface.

【0004】また、文献2:「J.Vac.Sci.T
echnol.,A4(1986)677」によれば、
ECRプラズマで発生させた水素および塩素イオンをソ
ースとしたRIBE装置によりGaAsおよびAlGa
Asの表面をエッチングすることにより、表面の酸化物
および炭素の除去を図っている。
Reference 2: "J. Vac. Sci. T"
echnol. , A4 (1986) 677 ”,
GaAs and AlGa were produced by RIBE equipment using hydrogen and chlorine ions as sources in ECR plasma.
By etching the surface of As, the oxide and carbon on the surface are removed.

【0005】また、文献3:「Jpn.J.Appl.
Phys.,Vol30(1991)L322」によれ
ば、AlGaAsの表面に対して硫化アンモニウム処理
を行うことにより、表面の汚染の除去を図っている。
Further, Document 3: "Jpn. J. Appl.
Phys. , Vol 30 (1991) L322 ”, the surface of AlGaAs is treated with ammonium sulfide to remove surface contamination.

【0006】なお、AlGaAsの表面に生じる汚染と
同様の汚染が、AlAs、GaAs、InAlAs、I
nGaAs、InP、InAlP、InGaPまたはI
nGaAsPの表面にも生じる。
Incidentally, the same pollution as that generated on the surface of AlGaAs is caused by AlAs, GaAs, InAlAs, I.
nGaAs, InP, InAlP, InGaP or I
It also occurs on the surface of nGaAsP.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ECR
プラズマ処理やRIBEエッチングを行うためには、超
高真空での処理を必要とする。一方、MOCVD法によ
る再成長は減圧あるいは常圧(例えば、50〜760T
orr程度の圧力)で行われる。ECRプラズマ処理等
により表面が清浄化されたAlGaAs等の基板は、そ
の表面を大気に曝すことなく再成長を行う必要がある。
このため、ECRプラズマ処理を行う装置と、再成長を
行う装置(例えばMOCVD成長装置)とを連結して複
雑な搬送系を設けることが必要となる。このような搬送
系を設けてしまうと、装置構成が複雑となるために、装
置の保守管理を含めた維持が容易でなくなるだけでな
く、装置の汎用性も失われてしまうという問題点があっ
た。
SUMMARY OF THE INVENTION However, ECR
In order to perform plasma processing or RIBE etching, processing in an ultra-high vacuum is required. On the other hand, re-growth by the MOCVD method is performed under reduced pressure or normal pressure (for example, 50 to 760 T).
The pressure is about orr). A substrate such as AlGaAs whose surface has been cleaned by ECR plasma treatment or the like needs to be regrown without exposing the surface to the atmosphere.
Therefore, it is necessary to connect a device for performing ECR plasma processing and a device for performing regrowth (for example, a MOCVD growth device) to provide a complicated transport system. If such a transport system is provided, the configuration of the device becomes complicated, so that not only the maintenance including maintenance of the device becomes difficult, but also the versatility of the device is lost. It was

【0008】また、硫化アンモニウム処理を行った場合
は、AlGaAs等の基板の表面に多量の硫黄が付着す
る。そして、この硫黄によって、化合物半導体の再成長
を行う装置の反応炉が汚染されてしまうことが懸念され
ている。
When ammonium sulfide treatment is performed, a large amount of sulfur adheres to the surface of the substrate such as AlGaAs. There is a concern that the sulfur may contaminate the reaction furnace of the apparatus for regrowing the compound semiconductor.

【0009】このため、再成長界面の界面準位を低減さ
せる新しい再成長界面の表面処理方法の実現が望まれて
いた。
Therefore, it has been desired to realize a new surface treatment method for the regrowth interface which reduces the interface state of the regrowth interface.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】そこで、この出願に係る
発明者は、化合物半導体の界面準位を低下させるため、
再成長界面としての表面の清浄化の手法を種々研究しか
つ実験を行った。
The inventor of the present application has proposed a method for reducing the interface state of a compound semiconductor.
Various methods of surface cleaning as a regrowth interface were studied and experiments were performed.

【0011】その結果、以下に説明するような結論に至
った。従来は、AlAs、GaAs、AlGaAs、I
nAlAsおよびInGaAs等のAs系の化合物半導
体の表面にAs系の化合物半導体を再成長させる場合に
は、これら化合物半導体の組成成分であるAsが表面か
ら脱離しないようにするために成長室にアルシン(As
3 )ガスを導入して再成長を行っており、また同様に
InP、InAlP、InGaPおよびInGaAsP
等のP系の化合物半導体の表面にP系の化合物半導体を
再成長させる場合には、ホスフィン(PH3 )ガスを導
入して再成長を行っている。一方、AsH3 やPH3
ある温度で熱せられると分解して水素ラジカルが発生す
ることが知られている。
As a result, the following conclusions have been reached. Conventionally, AlAs, GaAs, AlGaAs, I
When re-growing As-based compound semiconductors on the surface of As-based compound semiconductors such as nAlAs and InGaAs, As is the composition component of these compound semiconductors is removed from the surface in the growth chamber of arsine. (As
H 3 ) gas is introduced for regrowth, and similarly, InP, InAlP, InGaP and InGaAsP are also used.
When re-growing a P-based compound semiconductor on the surface of a P-based compound semiconductor such as the above, phosphine (PH 3 ) gas is introduced to perform re-growth. On the other hand, it is known that AsH 3 and PH 3 are decomposed when heated at a certain temperature to generate hydrogen radicals.

【0012】そこで、従来は再成長界面としての表面を
有する試料を室温から再成長に最適な温度、例えば60
0〜750℃の範囲内の適当な温度にまで直線的に連続
して昇温させる途中のある温度、例えば400℃に達す
る前に、AsH3 ガスまたはPH3 ガスを成長室に導入
しているので、これらのAsH3 ガスやPH3 ガスを積
極的に利用して、これらのガスが熱分解して水素ラジカ
ルを発生する温度に達したら、この発生した水素ラジカ
ルで再成長界面としての表面の汚染を除去すれば、再成
長界面としての表面を清浄化できて、再成長界面の界面
準位を低下させることができるであろうと考えた。要す
るに、化合物半導体を再成長させる際に、成長室に導入
していたAsH3 ガスやPH3 ガスをそのまま利用し
て、実際に再成長を行わせる前に、再成長界面としての
表面に対してAsH3 アニールやPH3 アニールを行え
ば、この化合物半導体の表面の清浄化を行えるというこ
とを発見した。この出願の発明はこのような発見に基づ
いてなされたものである。
Therefore, conventionally, a sample having a surface as a regrowth interface is heated from room temperature to an optimum temperature for regrowth, for example, 60.
The AsH 3 gas or PH 3 gas is introduced into the growth chamber before reaching a certain temperature, for example, 400 ° C., during which the temperature is linearly and continuously increased to an appropriate temperature within the range of 0 to 750 ° C. Therefore, by positively utilizing these AsH 3 gas and PH 3 gas, when these gases reach the temperature at which they are thermally decomposed to generate hydrogen radicals, the generated hydrogen radicals cause It was thought that the removal of the contamination would clean the surface as the regrowth interface and reduce the interface state of the regrowth interface. In short, when re-growing the compound semiconductor, the AsH 3 gas or PH 3 gas introduced into the growth chamber is used as it is, and before the actual re-growth, the surface as a re-growth interface is It was discovered that the surface of the compound semiconductor can be cleaned by performing AsH 3 annealing or PH 3 annealing. The invention of this application was made based on such findings.

【0013】そこで、この出願に係る第1の再成長界面
の表面処理方法によれば、化合物半導体の再成長界面と
しての、AlAs、GaAs、AlGaAs、InAl
AsまたはInGaAsの表面に対して、化合物半導体
の再成長を開始する前に、アルシン(AsH3 )アニー
ルを行うことを特徴とする。
Therefore, according to the first surface treatment method of the regrowth interface according to this application, AlAs, GaAs, AlGaAs, InAl as the regrowth interface of the compound semiconductor are used.
The surface of As or InGaAs is characterized by performing arsine (AsH 3 ) annealing before starting the re-growth of the compound semiconductor.

【0014】ここでAsH3 アニールを行う温度は、A
sH3 が熱分解しない温度より高温であって、このAs
3 が熱分解する温度でありしかも化合物半導体の再成
長を行う温度より低温とする。
The temperature at which AsH 3 annealing is performed is A
This As temperature is higher than the temperature at which sH 3 does not decompose.
The temperature is a temperature at which H 3 is thermally decomposed and lower than the temperature at which the compound semiconductor is regrown.

【0015】このように再成長を開始する前の段階で、
AlAs、GaAs、AlGaAs、InAlAsまた
はInGaAsの表面に対してAsH3 アニールを行う
と、AsH3 が熱分解して水素ラジカルを発生し、この
水素ラジカルがこれらの表面の汚染を除去して、当該表
面を清浄化するので、再成長界面の界面準位を低下させ
ることができる。
In the stage before starting the re-growth in this way,
When AsH 3 annealing is performed on the surface of AlAs, GaAs, AlGaAs, InAlAs or InGaAs, AsH 3 is thermally decomposed to generate hydrogen radicals, and the hydrogen radicals remove the contamination of these surfaces, As a result, the interface level of the regrowth interface can be lowered.

【0016】また、この出願に係る第2の再成長界面の
表面処理方法によれば、化合物半導体の再成長界面とし
ての、AlAs、GaAs、AlGaAs、InAlA
sまたはInGaAsの表面に対して、化合物半導体の
再成長を開始する前に、水素アニールおよびAsH3
ニールをこの順に行うことを特徴とする。
Further, according to the second surface treatment method of the regrown interface according to the present application, AlAs, GaAs, AlGaAs, InAlA as the regrown interface of the compound semiconductor.
It is characterized in that hydrogen annealing and AsH 3 annealing are performed in this order on the surface of s or InGaAs before starting the regrowth of the compound semiconductor.

【0017】この方法であると、水素アニールとAsH
3 アニールとの2段階のアニールを行うこととなり、水
素アニールによってある程度、AlAs、GaAs、A
lGaAs、InAlAsまたはInGaAsの表面の
汚染を除去するとともに、酸化物および炭素などの不純
物の結合状態が弱い不安定な状態にする。そして、さら
にAH3 アニールによって表面の結合状態が弱くなって
いる不純物の汚染を除去できるので、再成長界面の界面
準位をより低下させることができる。
According to this method, hydrogen annealing and AsH are performed.
Two-stage annealing, which is 3 anneals, is performed, and to some extent AlAs, GaAs, A by hydrogen anneal.
The contamination of the surface of 1GaAs, InAlAs, or InGaAs is removed, and the bonding state of impurities such as oxides and carbon is made weak and unstable. Further, since the contamination of impurities whose surface bonding state is weakened by AH 3 annealing can be removed, the interface level of the regrowth interface can be further lowered.

【0018】この第2の再成長界面の表面処理方法にお
いて、好ましくは、水素アニールを行う前に、再成長界
面に対してリン酸処理を行うと良い。水素アニールを行
う前に、再成長界面に対してリン酸処理を行えば、再成
長界面としての表面をより良好に清浄化することができ
る。このリン酸処理を行うと、リン酸処理を行わない場
合よりも短時間の水素アニールで、再成長界面を清浄化
して再成長界面の界面準位を低下させることができる。
In the second surface treatment method for the regrown interface, it is preferable to perform phosphoric acid treatment on the regrown interface before hydrogen annealing. If the phosphoric acid treatment is performed on the regrown interface before hydrogen annealing, the surface as the regrown interface can be cleaned more favorably. When this phosphoric acid treatment is performed, the regrowth interface can be cleaned and the interface state of the regrowth interface can be lowered by hydrogen annealing in a shorter time than when the phosphoric acid treatment is not performed.

【0019】また、この出願に係る第3の再成長界面の
表面処理方法によれば、化合物半導体の再成長界面とし
ての、InP、InAlP、InGaPまたはInGa
AsPの表面に対して、化合物半導体の再成長を開始す
る前に、ホスフィン(PH3)アニールを行うことを特
徴とする。
According to the third method for surface treatment of the regrown interface according to this application, InP, InAlP, InGaP or InGa as the regrown interface of the compound semiconductor is used.
It is characterized in that the surface of AsP is annealed with phosphine (PH 3 ) before the regrowth of the compound semiconductor is started.

【0020】AsH3 アニールの場合と同様に再成長を
開始する前の段階で、InP、InAlP、InGaP
またはInGaAsPの表面に対してPH3 アニールを
行うことによって、PH3 の熱分解により発生した水素
ラジカルがこれらの表面の汚染を除去して、再成長界面
の界面準位を低減させることができる。
Similar to the case of AsH 3 annealing, InP, InAlP, InGaP are used before the start of regrowth.
Alternatively, by performing PH 3 annealing on the surface of InGaAsP, hydrogen radicals generated by thermal decomposition of PH 3 can remove the contamination of these surfaces and reduce the interface level of the regrowth interface.

【0021】また、この出願に係る第4の再成長界面の
表面処理方法によれば、化合物半導体の再成長界面とし
ての、InP、InAlP、InGaPまたはInGa
AsPの表面に対して、化合物半導体の再成長を開始す
る前に、水素アニールおよびPH3 アニールをこの順に
行うことを特徴とする。
Further, according to the fourth method for surface treatment of a regrown interface according to this application, InP, InAlP, InGaP or InGa as a regrown interface of a compound semiconductor is used.
It is characterized in that the surface of AsP is subjected to hydrogen annealing and PH 3 annealing in this order before starting the regrowth of the compound semiconductor.

【0022】この場合は、水素アニールとPH3 アニー
ルとの2段階のアニールを行うこととなり、水素アニー
ルによってある程度、InP、InAlP、InGaP
またはInGaAsPの表面の汚染を除去するととも
に、酸化物および炭素などの不純物の結合状態が弱い不
安定な状態にする。そして、さらにPH3 アニールによ
って表面の結合状態が弱くなっている不純物の汚染を除
去するため、再成長界面の界面準位をより低減すること
ができる。
In this case, two-stage annealing, that is, hydrogen annealing and PH 3 annealing, is performed, and InP, InAlP, and InGaP are made to some extent by hydrogen annealing.
Alternatively, the contamination of the surface of InGaAsP is removed and the bonding state of impurities such as oxide and carbon is weak and unstable. Further, since the contamination of impurities whose surface bonding state is weakened by the PH 3 annealing is removed, the interface level of the regrowth interface can be further reduced.

【0023】この第4の再成長界面の表面処理方法にお
いて、好ましくは、水素アニールを行う前に、再成長界
面に対してリン酸処理を行うと良い。水素アニールを行
う前に、再成長界面に対してリン酸処理を行えば、再成
長界面をより良好に清浄化することができる。このリン
酸処理を行うと、リン酸処理を行わない場合よりも短時
間の水素アニールで、再成長界面を清浄化して再成長界
面の界面準位を低下させることができる。
In the fourth surface treatment method for the regrown interface, it is preferable to perform phosphoric acid treatment on the regrown interface before performing hydrogen annealing. If the phosphoric acid treatment is performed on the regrowth interface before hydrogen annealing, the regrowth interface can be cleaned better. When this phosphoric acid treatment is performed, the regrowth interface can be cleaned and the interface state of the regrowth interface can be lowered by hydrogen annealing in a shorter time than when the phosphoric acid treatment is not performed.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の再成長界面の表面処理方法の実施の形態について説明
する。尚、これらの形態は、この発明が理解できる程度
に、特定の材料を使用し、特定の条件で実施した例に過
ぎない。従って、この発明は、これらの例にのみ限定さ
れるものではない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a surface treatment method for a regrowth interface according to the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that these forms are merely examples in which a specific material is used and implementation is performed under specific conditions to the extent that the present invention can be understood. Therefore, the present invention is not limited only to these examples.

【0025】(実施の形態1)実施の形態1では、化合
物半導体の再成長界面としてのAlGaAsの基板表面
に対して、化合物半導体の再成長を開始する前に、図1
に示すシーケンスでアルシン(AsH3 )アニールを行
う。図1のシーケンスの横軸は時間(任意の単位)を表
し、縦軸は基板の温度(℃)を表す。さらに、この図1
には、温度とは別に再成長の原料ガスであるAsH3
スの導入の時間的タイミングの様子を示してある。
(First Embodiment) In the first embodiment, before starting the re-growth of the compound semiconductor on the AlGaAs substrate surface as the re-growth interface of the compound semiconductor, FIG.
Arsine (AsH 3 ) annealing is performed in the sequence shown in FIG. The horizontal axis of the sequence in FIG. 1 represents time (arbitrary unit), and the vertical axis represents substrate temperature (° C.). Furthermore, FIG.
Shows the state of the timing of introduction of AsH 3 gas, which is a raw material gas for regrowth, separately from the temperature.

【0026】先ず、基板の温度を室温から400〜50
0℃の範囲内の温度に上昇させて、この上昇させた基板
の温度に応じた所定の時間だけ、AsH3 ガスのみの雰
囲気中でAsH3 アニーリングを行う。このときAsH
3 ガスの成長室への導入を、基板の温度が400℃に達
する前に開始させて、以後、再成長が終了するまでこの
AsH3 ガスの導入を続ける。そして、この場合、As
3 アニールの際の成長室内でのAsH3 ガスの圧力は
5×10-4〜5×10-5atm程度とする。このAsH
3 アニールによって、再成長界面の界面準位を低下させ
ることができる。
First, the substrate temperature is changed from room temperature to 400 to 50.
The temperature is raised to a temperature in the range of 0 ° C., and AsH 3 annealing is performed in an atmosphere containing only AsH 3 gas for a predetermined time according to the raised temperature of the substrate. At this time AsH
The introduction of 3 gas into the growth chamber is started before the temperature of the substrate reaches 400 ° C., and thereafter, the introduction of AsH 3 gas is continued until the regrowth is completed. And in this case As
The pressure of AsH 3 gas in the growth chamber during H 3 annealing is set to about 5 × 10 −4 to 5 × 10 −5 atm. This AsH
(3) By annealing, the interface level of the regrown interface can be lowered.

【0027】このAsH3 アニール終了後に、基板の温
度を600〜750℃の範囲内の通常の再成長温度に上
昇させて、AlGaAsの基板表面上に有機金属気相成
長(MOVPE)法により、例えばAlGaAsを再成
長させる。
After the completion of this AsH 3 anneal, the substrate temperature is raised to a normal re-growth temperature in the range of 600 to 750 ° C., and the metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) method is applied to the AlGaAs substrate surface. Re-grow AlGaAs.

【0028】ここでAsH3 アニールの際の基板の温度
範囲を400〜500℃とした理由は、400℃以下の
温度では、AsH3 の分解による水素ラジカルの生成が
不十分であるので、水素ラジカルを十分に発生させるこ
と、および500℃以上の温度では、Alの酸化物が安
定化するため(文献1参照)に、この酸化物を除去しや
すくすることにある。ただし、Alの酸化物以外の酸化
物や炭素を除去する場合には、AsH3 アニールを50
0℃以上の温度で行うことができる。なお、500℃以
下の温度でAsH3 が分解し、水素ラジカルが生じるこ
とは、文献4:「Appl.Phys.Lett.,5
3(9),29 August 1988」に示唆され
ている。
The reason why the temperature range of the substrate during the AsH 3 annealing is 400 to 500 ° C. is that hydrogen radicals are not sufficiently generated by the decomposition of AsH 3 at a temperature of 400 ° C. or lower. Is sufficiently generated, and the oxide of Al is stabilized at a temperature of 500 ° C. or higher (see Document 1), so that the oxide can be easily removed. However, when removing oxides other than Al oxide and carbon, AsH 3 annealing is performed to 50
It can be performed at a temperature of 0 ° C. or higher. It should be noted that the decomposition of AsH 3 at a temperature of 500 ° C. or lower to generate a hydrogen radical is described in Reference 4: “Appl. Phys. Lett., 5
3 (9), 29 August 1988 ".

【0029】(実施の形態2)実施の形態2では、化合
物半導体の再成長界面としてのAlGaAsの基板の表
面に対して、化合物半導体の再成長を開始する前に、図
2に示すシーケンスで水素アニールおよびAsH3 アニ
ールをこの順で行う。図2のシーケンスの横軸は時間
(任意の単位)を表し、縦軸は基板の温度(℃)を表
す。さらに、この図2には、温度とは別に再成長の原料
ガスであるAsH3 ガスの導入の時間的タイミングの様
子を示してある。
(Embodiment 2) In the second embodiment, hydrogen is formed on the surface of the AlGaAs substrate as the regrowth interface of the compound semiconductor by the sequence shown in FIG. 2 before the regrowth of the compound semiconductor is started. Annealing and AsH 3 annealing are performed in this order. The horizontal axis of the sequence in FIG. 2 represents time (arbitrary unit), and the vertical axis represents substrate temperature (° C.). Further, FIG. 2 shows the state of the timing of introduction of AsH 3 gas, which is a raw material gas for regrowth, separately from the temperature.

【0030】先ず、基板の温度を室温から200〜43
0℃の範囲内の適当な温度に上昇させて30分間程度、
水素ガスのみの雰囲気中で水素アニーリングを行う。こ
の場合、水素アニールの際の成長室内での水素ガスの圧
力は0.1〜1.0atm(76〜760Torr)程
度とする。この水素アニールによって、再成長界面の界
面準位を低下させることができる。なお、水素アニール
を行う時間は10分以上であることが望ましい。
First, the substrate temperature is changed from room temperature to 200 to 43.
Raise to an appropriate temperature within the range of 0 ° C for about 30 minutes,
Hydrogen annealing is performed in an atmosphere of only hydrogen gas. In this case, the hydrogen gas pressure in the growth chamber during hydrogen annealing is set to about 0.1 to 1.0 atm (76 to 760 Torr). By this hydrogen annealing, the interface state at the regrowth interface can be reduced. The time for performing hydrogen annealing is preferably 10 minutes or more.

【0031】この水素アニール終了後に、基板の温度を
400〜500℃の範囲内の適当な温度に上昇させて、
この上昇させた基板の温度に応じた所定の時間だけ、A
sH3 ガスのみの雰囲気中でAsH3 アニーリングを行
う。このときAsH3 ガスの成長室への導入を、基板の
温度が400℃に達する前に開始させて、以後、再成長
が終了するまでこのAsH3 ガスの導入を続ける。そし
て、この場合、AsH3 アニールの際の成長室内でのA
sH3 ガスの圧力は5×10-4〜5×10-5atm程度
とする。このAsH3 アニールによって、再成長界面の
界面準位を低下させることができる。
After completion of this hydrogen annealing, the temperature of the substrate is raised to an appropriate temperature within the range of 400 to 500 ° C.
For a predetermined time corresponding to the raised temperature of the substrate, A
AsH 3 annealing is performed in an atmosphere containing only sH 3 gas. At this time, the introduction of AsH 3 gas into the growth chamber is started before the temperature of the substrate reaches 400 ° C., and thereafter, the introduction of AsH 3 gas is continued until the regrowth is completed. In this case, A in the growth chamber during AsH 3 annealing is used.
The pressure of the sH 3 gas is about 5 × 10 −4 to 5 × 10 −5 atm. By this AsH 3 annealing, the interface level of the regrown interface can be lowered.

【0032】このAsH3 アニール終了後に、基板の温
度を600〜750℃の範囲内の通常の再成長温度に上
昇させて、AlGaAsの基板表面上に有機金属気相成
長(MOVPE)法により、例えばAlGaAsを再成
長させる。
After the completion of this AsH 3 anneal, the substrate temperature is raised to a normal re-growth temperature within the range of 600 to 750 ° C., and the metal oxide vapor phase epitaxy (MOVPE) method is applied to the AlGaAs substrate surface, for example. Re-grow AlGaAs.

【0033】ここで、図3の(A)を参照して、水素ア
ニールの際の基板の温度の下限を200℃とした理由に
ついて説明する。図3の(A)は、超高真空中で加熱処
理されたAlGaAs基板のオージェ電子分光(AE
S)分析結果を示すグラフである。グラフの横軸はAl
GaAs基板の加熱温度(℃)を示し、縦軸は基板表面
の各元素の相対強度を示す。グラフ中の白三角印のプロ
ットは炭素(C)の相対強度を表し、各プロットを破線
1 でほぼ結んでいる。また、十字の入った白四角印の
プロットはアルミニウム(Al)の相対強度を表し、各
プロットを2点鎖線I2 でほぼ結んでいる。また、黒丸
印のプロットはガリウム(Ga)の相対強度を表し、各
プロットを曲線I3 でほぼ結んでいる。また、白四角の
プロットはヒ素(As)の相対強度を表し、各プロット
を1点鎖線I4 でほぼ結んでいる。また、黒三角印のプ
ロットは酸素(O)の相対強度を表す。
Here, the reason why the lower limit of the temperature of the substrate during hydrogen annealing is set to 200 ° C. will be described with reference to FIG. FIG. 3A shows Auger electron spectroscopy (AE) of an AlGaAs substrate heat-treated in an ultrahigh vacuum.
S) A graph showing the analysis result. The horizontal axis of the graph is Al
The heating temperature (° C.) of the GaAs substrate is shown, and the vertical axis shows the relative intensity of each element on the substrate surface. The plots with white triangles in the graph represent the relative intensities of carbon (C), and the plots are almost connected by a broken line I 1 . Also, the plots of white squares with crosses represent the relative intensities of aluminum (Al), and the plots are almost connected by a two-dot chain line I 2 . The plots with black circles represent the relative intensities of gallium (Ga), and the plots are almost connected by the curve I 3 . The white square plots represent the relative intensities of arsenic (As), and the plots are almost connected by the one-dot chain line I 4 . Also, the plots with black triangles represent the relative intensity of oxygen (O).

【0034】尚、AESスペクトル分析結果から、Al
GaAs基板の表面の各元素の相対強度は、下記の
(1)式により求めた。
From the AES spectrum analysis result, Al
The relative intensity of each element on the surface of the GaAs substrate was calculated by the following equation (1).

【0035】IX =IX */(ΣIm *)・・・(1) 但し、IX のXは、各元素を示す符号であり、IX は各
元素の相対強度を表し、ΣIm *は、IGa * 、IAl * 、I
As * 、IC *およびIO *のそれぞれのピーク値を換算した
値を表す。また、IX *はAESスペクトル分析で得られ
た各元素のピーク値を示す。
I X = I X * / (ΣI m * ) (1) where X in I X is a code indicating each element, and I X represents the relative intensity of each element, and ΣI m * Is I Ga * , I Al * , I
It represents a value obtained by converting the respective peak values of As * , I C * and I O * . I X * indicates the peak value of each element obtained by AES spectrum analysis.

【0036】図3の(A)のグラフに示す様に、基板表
面の炭素Cの相対強度が、200℃付近から高温の加熱
温度では200℃未満の場合よりも相対強度が低下して
炭素の除去が図られている。例えば、200℃未満の温
度での相対強度0.09程度であるが、200℃付近よ
り300℃付近にかけて相対強度が低下しており、30
0℃付近での相対強度は0.05程度に低下している。
尚、このAES分析結果は、超高真空中で加熱処理を行
った場合であるが、水素雰囲気中においても、加熱温度
が200℃以上ならば、基板の表面に残留している炭素
の除去が図れると考えられる。
As shown in the graph of FIG. 3 (A), the relative strength of carbon C on the surface of the substrate is lower at a heating temperature of around 200.degree. It is being removed. For example, the relative strength at a temperature lower than 200 ° C. is about 0.09, but the relative strength decreases from around 200 ° C. to around 300 ° C.
The relative strength near 0 ° C. has decreased to about 0.05.
The AES analysis results show that the heat treatment was performed in an ultrahigh vacuum, but even in a hydrogen atmosphere, if the heating temperature was 200 ° C. or higher, the carbon remaining on the surface of the substrate could be removed. It is thought to be possible.

【0037】また、水素アニールの際の基板の温度の上
限を430℃とした理由は、430℃以上の温度では、
V族元素であるAsが基板表面から脱離するため、この
脱離を抑制するためである。
The reason why the upper limit of the temperature of the substrate during hydrogen annealing is 430 ° C. is that the temperature above 430 ° C.
This is because As, which is a group V element, is desorbed from the surface of the substrate, and this desorption is suppressed.

【0038】また、AsH3 アニールの際の基板の温度
範囲を400〜500℃とした理由は、400℃以下の
温度では、AsH3 の分解による水素ラジカルの生成が
不十分であるので、水素ラジカルを十分に発生させるこ
と、および500℃以上の温度では、Alの酸化物が安
定化するため(文献1参照)に、この酸化物を除去しや
すくすることにある。ただし、Alの酸化物以外の酸化
物や炭素を除去する場合には、AsH3 アニールを50
0℃以上の温度で行うことができる。
The reason why the temperature range of the substrate during the AsH 3 annealing is set to 400 to 500 ° C. is that hydrogen radicals are not sufficiently generated by decomposition of AsH 3 at a temperature of 400 ° C. or lower. Is sufficiently generated, and the oxide of Al is stabilized at a temperature of 500 ° C. or higher (see Document 1), so that the oxide can be easily removed. However, when removing oxides other than Al oxide and carbon, AsH 3 annealing is performed to 50
It can be performed at a temperature of 0 ° C. or higher.

【0039】(実施の形態3)実施の形態3では、水素
アニールに先立ち、再成長界面に対してリン酸処理を行
う。
(Third Embodiment) In the third embodiment, phosphoric acid treatment is performed on the regrown interface prior to hydrogen annealing.

【0040】先ず、AlGaAs基板に対してリン酸処
理を行う。リン酸処理を行うにあたっては、AlGaA
s基板を不活性ガス雰囲気中、例えば窒素(N2 )雰囲
気中でリン酸(H3 PO4 :80重量%)処理溶液中に
浸漬する。浸漬した後、AlGaAs基板表面に残存す
るリン酸を超純水(18MΩcm)によって洗浄する。
First, phosphoric acid treatment is performed on the AlGaAs substrate. When performing phosphoric acid treatment, AlGaA
s The substrate is immersed in a phosphoric acid (H 3 PO 4 : 80 wt%) treatment solution in an inert gas atmosphere, for example, a nitrogen (N 2 ) atmosphere. After the immersion, phosphoric acid remaining on the surface of the AlGaAs substrate is washed with ultrapure water (18 MΩcm).

【0041】次に、基板の温度を室温から200〜43
0℃の範囲内の適当な温度に上昇させて10分間程度、
水素ガスのみの雰囲気中で水素アニーリングを行う。こ
の場合、水素アニールの際の成長室内での水素ガスの圧
力は0.1〜1.0atm(76〜760Torr)程
度とする。この水素アニールによって、再成長界面の界
面準位を低下させることができる。
Next, the substrate temperature is changed from room temperature to 200-43.
Raise it to an appropriate temperature within the range of 0 ° C for about 10 minutes,
Hydrogen annealing is performed in an atmosphere of only hydrogen gas. In this case, the hydrogen gas pressure in the growth chamber during hydrogen annealing is set to about 0.1 to 1.0 atm (76 to 760 Torr). By this hydrogen annealing, the interface state at the regrowth interface can be reduced.

【0042】この水素アニール終了後に、基板の温度を
400〜500℃の範囲内の適当な温度に上昇させて、
この上昇させた基板の温度に応じた所定の時間だけ、A
sH3 ガスのみの雰囲気中でAsH3 アニーリングを行
う。このときAsH3 ガスの成長室への導入を、基板の
温度が400℃に達する前に開始させて、以後、再成長
が終了するまでこのAsH3 ガスの導入を続ける。そし
て、この場合、AsH3 アニールの際の成長室内でのA
sH3 ガスの圧力は5×10-4〜5×10-5atm程度
とする。このAsH3 アニールによって、再成長界面の
界面準位を低下させることができる。
After completion of this hydrogen annealing, the temperature of the substrate is raised to an appropriate temperature within the range of 400 to 500 ° C.
For a predetermined time corresponding to the raised temperature of the substrate, A
AsH 3 annealing is performed in an atmosphere containing only sH 3 gas. At this time, the introduction of AsH 3 gas into the growth chamber is started before the temperature of the substrate reaches 400 ° C., and thereafter, the introduction of AsH 3 gas is continued until the regrowth is completed. In this case, A in the growth chamber during AsH 3 annealing is used.
The pressure of the sH 3 gas is about 5 × 10 −4 to 5 × 10 −5 atm. By this AsH 3 annealing, the interface level of the regrown interface can be lowered.

【0043】このAsH3 アニール終了後に、基板の温
度を600〜750℃の範囲内の通常の再成長温度に上
昇させて、AlGaAsの基板表面上に有機金属気相成
長(MOVPE)法により、例えばAlGaAsを再成
長させる。
After the completion of this AsH 3 annealing, the temperature of the substrate is raised to a normal re-growth temperature within the range of 600 to 750 ° C., and the substrate surface of AlGaAs is subjected to metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) method, for example, Re-grow AlGaAs.

【0044】ここで、図3の(B)を参照して、リン酸
処理を行った場合の水素アニールの際の基板の温度の下
限を200℃とした理由について説明する。図3の
(B)は、リン酸処理を行った後に超高真空中で加熱処
理されたAlGaAs基板のAES分析結果を示すグラ
フである。グラフの横軸はAlGaAs基板の加熱温度
(℃)を示し、縦軸は基板表面の各元素の相対強度を示
す。グラフ中の白三角印のプロットは炭素(C)の相対
強度を表し、各プロットを破線II1 でほぼ結んでいる。
また、十字の入った白四角印のプロットはアルミニウム
(Al)の相対強度を表し、各プロットを2点鎖線II2
でほぼ結んでいる。また、黒丸印のプロットはガリウム
(Ga)の相対強度を表し、各プロットを曲線II3 でほ
ぼ結んでいる。また、白四角のプロットはヒ素(As)
の相対強度を表し、各プロットを1点鎖線II4 でほぼ結
んでいる。また、黒三角印のプロットは酸素(O)の相
対強度を表す。
Here, with reference to FIG. 3B, the reason why the lower limit of the temperature of the substrate during hydrogen annealing when the phosphoric acid treatment is performed is set to 200 ° C. will be described. FIG. 3B is a graph showing the AES analysis result of the AlGaAs substrate that was heat-treated in ultrahigh vacuum after the phosphoric acid treatment. The horizontal axis of the graph represents the heating temperature (° C.) of the AlGaAs substrate, and the vertical axis represents the relative intensity of each element on the substrate surface. The plots with white triangles in the graph represent the relative intensities of carbon (C), and the plots are almost connected by a broken line II 1 .
Also, the plots of white squares with crosses represent the relative intensities of aluminum (Al), and each plot is a two-dot chain line II 2
Is almost tied in. The plots with black circles represent the relative intensities of gallium (Ga), and the plots are almost connected by the curve II 3 . The white square plot is arsenic (As).
Represents the relative intensity of each of the plots, and each plot is almost connected by a one-dot chain line II 4 . Also, the plots with black triangles represent the relative intensity of oxygen (O).

【0045】図3の(B)のグラフ中の2点鎖線II1
示す様に、基板表面の炭素(C)の相対強度が、200
℃付近から高温の加熱温度では200℃未満の場合より
も相対強度が低下して炭素の除去が図られている。例え
ば、200℃未満の温度での相対強度0.09程度であ
るが、200℃付近より300℃付近にかけて相対強度
が低下しており、300℃付近での相対強度は0.05
程度に低下している。尚、このAES分析結果は、超高
真空中で加熱処理を行った場合であるが、水素雰囲気中
においても、加熱温度が200℃以上ならば、基板の表
面に残留している炭素の除去が図れると考えられる。
As indicated by the chain double-dashed line II 1 in the graph of FIG. 3B, the relative intensity of carbon (C) on the substrate surface is 200
At a heating temperature from around 0 ° C to a high temperature, the relative strength is lower than that at a temperature of less than 200 ° C to remove carbon. For example, the relative strength at a temperature lower than 200 ° C. is about 0.09, but the relative strength decreases from around 200 ° C. to around 300 ° C., and the relative strength near 300 ° C. is 0.05.
It has fallen to the extent. The AES analysis results show that the heat treatment was performed in an ultrahigh vacuum, but even in a hydrogen atmosphere, if the heating temperature was 200 ° C. or higher, the carbon remaining on the surface of the substrate could be removed. It is thought to be possible.

【0046】また、水素アニールの際の基板の温度の上
限を430℃とした理由は、430℃以上の温度では、
V族元素であるAsが基板表面から脱離するため、この
脱離を抑制するためである。
The reason why the upper limit of the temperature of the substrate during hydrogen annealing is 430 ° C. is that the temperature above 430 ° C.
This is because As, which is a group V element, is desorbed from the surface of the substrate, and this desorption is suppressed.

【0047】また、AsH3 アニールの際の基板の温度
範囲を400〜500℃とした理由は、400℃以下の
温度では、AsH3 の分解による水素ラジカルの生成が
不十分であるので、水素ラジカルを十分に発生させるこ
と、および500℃以上の温度では、Alの酸化物が安
定化するため(文献1参照)に、この酸化物を除去しや
すくすることにある。ただし、Alの酸化物以外の酸化
物や炭素を除去する場合には、AsH3 アニールを50
0℃以上の温度で行うことができる。
The reason why the temperature range of the substrate during the AsH 3 annealing is set to 400 to 500 ° C. is that hydrogen radicals are not sufficiently generated by decomposition of AsH 3 at a temperature of 400 ° C. or lower. Is sufficiently generated, and the oxide of Al is stabilized at a temperature of 500 ° C. or higher (see Document 1), so that the oxide can be easily removed. However, when removing oxides other than Al oxide and carbon, AsH 3 annealing is performed to 50
It can be performed at a temperature of 0 ° C. or higher.

【0048】ここで、図4の(B)に、リン酸処理を行
った後のAlGaAs基板の(011)表面のオージェ
電子分光(AES)法による分析結果をスペクトル図で
示す。また、図4の(A)に、リン酸処理の前後の比較
ため、リン酸処理を行う前のAlGaAs基板の(01
1)表面のAES分析結果をスペクトル図で示す。図4
の(A)および(B)の横軸は、電子のエネルギー(e
V)を表し、縦軸は、強度(dN(E)/dE:微分対
数)を表す。尚、図4の(A)および(B)のグラフ中
のスペクトルピーク値は代表的なピーク値のみを模式的
にプロットしたに過ぎず、実際にはこの代表的なピーク
値以外にも沢山の小さなピーク値が現れている。
Here, FIG. 4B shows a spectrum diagram of the analysis result of the (011) surface of the AlGaAs substrate after the phosphoric acid treatment by Auger electron spectroscopy (AES) method. In addition, in FIG. 4A, for comparison before and after the phosphoric acid treatment, (01) of the AlGaAs substrate before the phosphoric acid treatment is performed.
1) The results of AES analysis of the surface are shown in a spectrum diagram. FIG.
The horizontal axes of (A) and (B) are the electron energy (e
V), and the vertical axis represents intensity (dN (E) / dE: differential logarithm). It should be noted that the spectrum peak values in the graphs of FIGS. 4A and 4B are merely schematic plots of typical peak values, and in fact, there are many other peak values than the typical peak values. A small peak value appears.

【0049】図4の(A)および(B)のスペクトル図
には、LMM(オージェ遷移)遷移GaおよびAsピー
クと、KLL(オージェ遷移)遷移C、OおよびAlピ
ークが検出されている。すなわち、電子エネルギーが3
00eV付近に炭素(C)、500eV付近に酸素
(O)、1100eV付近にガリウム(Ga)、120
0eV付近にヒ素(As)および1400eV付近にア
ルミニウム(Al)のピークが検出されている。
In the spectral diagrams of FIGS. 4A and 4B, LMM (Auger transition) transition Ga and As peaks and KLL (Auger transition) transition C, O and Al peaks are detected. That is, the electron energy is 3
Carbon (C) near 00 eV, oxygen (O) near 500 eV, gallium (Ga) near 1100 eV, 120
Arsenic (As) peaks are detected near 0 eV and aluminum (Al) peaks are detected near 1400 eV.

【0050】そして、図4の(A)および(B)のスペ
クトル図を比較すると、リン酸処理の後では、リン酸処
理の前に比べて、Gaのピーク強度が減少し、一方、A
sのピーク強度が増加している。従って、リン酸処理後
のAlGaAs表面は、Asリッチになっていることが
分かる。従って、リン酸処理を行うことによって、Al
GaAs基板の表面の自然酸化膜が除去され、Asの単
体が生じていると考えられる。Asの単体は、200〜
300℃の温度範囲で加熱すれば蒸発するので、容易に
除去を図ることができる。従って、リン酸処理を行うこ
とにより、水素アニールを行う際に汚染の除去が速やか
に行われることが期待できる。
Comparing the spectral diagrams of (A) and (B) of FIG. 4, after the phosphoric acid treatment, the peak intensity of Ga was decreased as compared with that before the phosphoric acid treatment, while
The peak intensity of s is increasing. Therefore, it can be seen that the AlGaAs surface after the phosphoric acid treatment is As-rich. Therefore, by performing phosphoric acid treatment, Al
It is considered that the natural oxide film on the surface of the GaAs substrate has been removed and As simple substance is generated. A simple substance of As is 200-
If it is heated in the temperature range of 300 ° C., it evaporates, so that it can be easily removed. Therefore, by performing the phosphoric acid treatment, it can be expected that the contamination can be quickly removed during the hydrogen annealing.

【0051】(界面準位の低減の確認)次に、図5に示
す化合物半導体からなる表面量子井戸構造を試料構造と
して用いて、水素アニールを行うことによって、再成長
界面の界面準位が低減したことについて説明する。図5
は試料構造の断面構造図である。尚、水素アニールを行
うことによって再成長表面でどのような反応が生じてい
るのか現在の所明かではない。しかし、後述する様に、
通常の加熱浄化処理では界面準位密度が十分に低下しな
いためにPL発光しなかった試料構造が、水素アニール
を行うことによってPL発光したことを考えると、水素
アニールにより、AlGaAs表面の酸化物と炭素とが
除去されて清浄表面が現れている考えられる。
(Confirmation of reduction of interface state) Next, hydrogen annealing is performed using the surface quantum well structure made of the compound semiconductor shown in FIG. 5 as a sample structure to reduce the interface state of the regrown interface. I will explain what I did. FIG.
[Fig. 3] is a cross-sectional structure diagram of a sample structure. It is not clear at present what kind of reaction occurs on the regrown surface by performing hydrogen annealing. However, as described below,
Considering that the sample structure, which did not emit PL light because the interface state density did not sufficiently decrease in the normal heat purification treatment, emitted PL light when hydrogen annealing was performed, it was confirmed that hydrogen annealing resulted in oxide formation on the AlGaAs surface. It is considered that carbon and carbon have been removed to reveal a clean surface.

【0052】図5に示す様に、この試料構造は、半絶縁
性GaAs基板10の(001)面上に、厚さ8300
ÅのGaAsバッファ層12、AlGaAsの第3障壁
層14、厚さ140Åの第2量子井戸層16、AlGa
Asの第2障壁層18、厚さ70Åの第1量子井戸層2
0およびAlGaAsの第1障壁層22を順次に積層し
ている。但し、第1〜第3障壁層は、Al28Ga72As
からなる。そして、第1障壁層は、厚さ70Åの表面障
壁層24と、表面障壁層の表面を再成長界面26とし
て、この再成長界面26上に再成長させた厚さ430Å
の再成長層28とからなる。
As shown in FIG. 5, this sample structure has a thickness of 8300 on the (001) plane of the semi-insulating GaAs substrate 10.
Å GaAs buffer layer 12, AlGaAs third barrier layer 14, thickness 140 Å second quantum well layer 16, AlGa
Second barrier layer 18 of As, first quantum well layer 2 having a thickness of 70Å
The first barrier layer 22 of 0 and AlGaAs is sequentially laminated. However, the first to third barrier layers are made of Al 28 Ga 72 As.
Consists of The first barrier layer has a surface barrier layer 24 having a thickness of 70Å and a surface of the surface barrier layer as a regrown interface 26 and a thickness of 430Å regrown on the regrown interface 26.
Regrowth layer 28 of

【0053】この表面量子井戸構造にレーザ光を照射し
た場合のPL(フォトルミネセンス)発光は、第1量子
井戸層(以下、表面量子井戸層またはQW1とも称す
る)20および第2量子井戸層16において生ずる。
When the surface quantum well structure is irradiated with laser light, PL (photoluminescence) light is emitted from the first quantum well layer (hereinafter also referred to as the surface quantum well layer or QW1) 20 and the second quantum well layer 16. Occurs in.

【0054】尚、この試料構造を水素アニールを行わず
に従来の通常の加熱清浄化処理だけを行って製造した場
合は、レーザ光を照射してもPL発光は生じなかった。
このことは、加熱清浄化処理だけでは、再成長界面の界
面準位の低下が不十分であることを示している。
When this sample structure was manufactured by performing only conventional heat cleaning treatment without hydrogen annealing, PL emission did not occur even when irradiated with laser light.
This indicates that the reduction of the interface state of the regrowth interface is insufficient only by the heat cleaning treatment.

【0055】先ず、図6を参照して、水素アニールを行
う時間と界面準位の低下の効果との関係について説明す
る。
First, with reference to FIG. 6, the relationship between the time for performing hydrogen annealing and the effect of lowering the interface state will be described.

【0056】図6の(A)に、リン酸処理を行わない場
合に、水素アニールを行う時間を10分間に固定して、
水素アニールの温度による界面準位の低下の効果の測定
結果を示す。図6の(A)は、水素アニールの温度をパ
ラメータとしたときの、試料構造に入射するレーザ光強
度と規格化されたPL発光強度との関係を示すグラフで
ある。図6の(A)のグラフの横軸は、レーザ光強度
(W)を対数表示で表し、縦軸は、規格化されたPL発
光強度を対数表示で表す。図6の(A)のグラフ中の黒
三角印のプロットは、水素アニールを250℃で行った
場合、白四角印のプロットは水素アニールを300℃で
行った場合、黒丸印のプロットは、水素アニールを38
0℃で行った場合の測定結果をそれぞれ表す。尚、アニ
ールの際の温度が400℃以上になると、再成長界面か
らV族原子の脱離(As抜け)が生じるため、400℃
以上での測定は行わなかった。
In FIG. 6A, when the phosphoric acid treatment is not performed, the hydrogen annealing time is fixed to 10 minutes,
The measurement results of the effect of lowering the interface state depending on the temperature of hydrogen annealing are shown. FIG. 6A is a graph showing the relationship between the laser light intensity incident on the sample structure and the normalized PL emission intensity when the temperature of hydrogen annealing is used as a parameter. The horizontal axis of the graph of FIG. 6A represents the laser light intensity (W) in logarithmic display, and the vertical axis represents the normalized PL emission intensity in logarithmic display. In the graph of FIG. 6A, the black triangle plots indicate the hydrogen anneal at 250 ° C., the white square plots indicate the hydrogen anneal at 300 ° C., and the black circle plots indicate the hydrogen anneal. Anneal 38
The results of the measurements performed at 0 ° C. are shown. When the annealing temperature is 400 ° C. or higher, group V atoms are desorbed from the regrowth interface (As escape).
The above measurement was not performed.

【0057】ここで規格化されたPL発光強度とは、下
記の(2)式によって表される。 IN =IQW(70)/IQW(140) ・・・(2) 但し、IN は規格化されたPL発光強度、IQW(70)は厚
さ70ÅのQW1のPL発光強度、および、IQW(140)
は厚さ140ÅのQW2のPL発光強度をそれぞれ表
す。
The normalized PL emission intensity is represented by the following equation (2). I N = I QW (70) / I QW (140) (2) where I N is the normalized PL emission intensity, I QW (70) is the PL emission intensity of QW1 with a thickness of 70Å, and , IQW (140)
Represents the PL emission intensity of QW2 having a thickness of 140Å.

【0058】図6の(A)のグラフに示す様に、水素ア
ニールの際の温度が高いほど、レーザ光強度に対するP
L発光強度が高くなっている。従って、水素アニールを
V族原子の脱離が起きない範囲でできるだけ高温で行う
ほど、界面準位の低下が図れることが確認できた。
As shown in the graph of FIG. 6 (A), the higher the temperature during hydrogen annealing, the higher the P with respect to the laser light intensity.
The L emission intensity is high. Therefore, it has been confirmed that the interface state can be lowered as the hydrogen annealing is performed at a temperature as high as possible within the range where the desorption of the group V atom does not occur.

【0059】次に、図6の(B)に、リン酸処理を行っ
た後に、水素アニールを行う時間を10分間に固定し
て、水素アニールの温度による界面準位の低下の効果の
測定結果を示す。図6の(B)は、水素アニールの温度
をパラメータとしたときの、試料構造に入射するレーザ
光強度と規格化されたPL発光強度との関係を示すグラ
フである。図6の(B)グラフの横軸は、レーザ光強度
(W)を対数表示で表し、縦軸は、規格化されたPL発
光強度を対数表示で表す。図6の(B)のグラフ中の黒
三角印のプロットは、水素アニールを250℃で行った
場合、白四角印のプロットは水素アニールを300℃で
行った場合、黒丸印のプロットは、水素アニールを38
0℃で行った場合の測定結果をそれぞれ表す。
Next, as shown in FIG. 6B, after the phosphoric acid treatment, the time of hydrogen annealing is fixed to 10 minutes, and the measurement result of the effect of lowering the interface state due to the temperature of hydrogen annealing is shown. Indicates. FIG. 6B is a graph showing the relationship between the laser light intensity incident on the sample structure and the normalized PL emission intensity when the temperature of hydrogen annealing is used as a parameter. The horizontal axis of the graph (B) of FIG. 6 represents the laser light intensity (W) in logarithmic display, and the vertical axis represents the normalized PL emission intensity in logarithmic display. In the graph of FIG. 6B, the plots with black triangles indicate that hydrogen annealing was performed at 250 ° C., the plots with open squares indicate hydrogen annealing at 300 ° C., the plots with black circles indicate hydrogen. Anneal 38
The results of the measurements performed at 0 ° C. are shown.

【0060】図6の(B)のグラフに示す様に、リン酸
処理を行った場合も、水素アニールの際の温度が高いほ
ど、レーザ光強度に対するPL発光強度が高くなってい
る。さらに、図6の(A)および(B)のグラフを比較
すると、水素アニールを行う温度が300℃以上の場合
は、リン酸処理の有無によらず、レーザ光強度に対する
PL発光強度は、同程度となる。しかし、図6の(B)
に示されたリン酸処理を行った場合の方が、図6の
(A)に示されたリン酸処理を行わなかった場合に比べ
て、同種のプロットの分布の傾き方が緩やかである。従
って、リン酸処理を行った場合の方が、より界面準位を
低下させることができることが分かる。
As shown in the graph of FIG. 6B, even when the phosphoric acid treatment is performed, the PL emission intensity with respect to the laser beam intensity increases as the temperature during hydrogen annealing increases. Further, comparing the graphs of (A) and (B) of FIG. 6, when the temperature at which the hydrogen annealing is performed is 300 ° C. or higher, the PL light emission intensity with respect to the laser light intensity is the same regardless of the phosphoric acid treatment. It will be about. However, FIG. 6 (B)
When the phosphoric acid treatment shown in FIG. 6 is performed, the slope of the distribution of the same type of plot is gentler than when the phosphoric acid treatment shown in FIG. 6 (A) is not performed. Therefore, it is understood that the interface state can be further lowered when the phosphoric acid treatment is performed.

【0061】次に、図7を参照して、水素アニールを行
う時間と界面準位の低下の効果との関係について説明す
る。
Next, with reference to FIG. 7, the relationship between the hydrogen annealing time and the effect of lowering the interface state will be described.

【0062】図7に、水素アニールを行う温度を300
℃に固定して、水素アニールの時間による界面準位の低
下の効果の測定結果を示す。図7は、水素アニールの時
間をパラメータとしたときの、試料構造に入射するレー
ザ光強度と規格化されたPL発光強度との関係を示すグ
ラフである。図7のグラフの横軸は、レーザ光強度
(W)を対数表示で表し、縦軸は、規格化されたPL発
光強度を対数表示で表す。図7のグラフ中の黒四角のプ
ロットは、リン酸処理を行った後に水素アニールを30
分間行った場合、黒三角印のプロットは、リン酸処理を
行わずに水素アニールを30分間行った場合、白四角印
のプロットは、リン酸処理を行った後に水素アニールを
10分間行った場合、白三角印のプロットは、リン酸処
理を行わずに水素アニールを10分間行った場合の測定
結果をそれぞれ表す。
In FIG. 7, the hydrogen annealing temperature is set to 300.
The measurement result of the effect of lowering the interface state with the time of hydrogen annealing is shown by fixing at ℃. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the laser light intensity incident on the sample structure and the normalized PL emission intensity when the hydrogen annealing time is used as a parameter. The horizontal axis of the graph in FIG. 7 represents the laser light intensity (W) in logarithmic display, and the vertical axis represents the normalized PL emission intensity in logarithmic display. The black square plot in the graph of FIG. 7 indicates that after the phosphoric acid treatment, hydrogen anneal is performed.
The plots marked with black triangles indicate that hydrogen annealing was performed for 30 minutes without phosphoric acid treatment, and the plots marked with open squares indicate that hydrogen annealing was performed for 10 minutes after phosphoric acid treatment. The plots with white triangles represent the measurement results when hydrogen annealing was performed for 10 minutes without phosphoric acid treatment.

【0063】図7のグラフ中の黒三角印のプロットと白
三角印のプロットをと比較すると、リン酸処理を行わな
い場合は、水素アニールの時間が長い方が、レーザ光強
度に対するPL発光強度が大きくなっている。従って、
リン酸処理を行わない場合は、水素アニールの時間が長
いほど、界面準位の低下を図ることができる。
Comparing the plots of the black triangles and the plots of the white triangles in the graph of FIG. 7 with each other, when the phosphoric acid treatment is not performed, the longer the hydrogen annealing time is, the more the PL emission intensity with respect to the laser light intensity. Is getting bigger. Therefore,
When the phosphoric acid treatment is not performed, the longer the hydrogen annealing time is, the lower the interface state can be reduced.

【0064】また、図7のグラフ中の黒三角のプロット
と白四角のプロットとを比較すると、リン酸処理を行っ
た場合は、10分間の水素アニーリングで、リン酸処理
行わなかった場合の30分間の水素アニーリングを行っ
た場合のプロットとほぼ重なっている。特に、レーザ強
度が小さい領域では、リン酸処理をした場合の方が、P
L発光強度が高くなっている。従って、リン酸処理を行
った場合は、10分程度の短時間で十分に界面準位の低
下を図ることができる。
Further, comparing the plots of the black triangles and the plots of the white squares in the graph of FIG. 7, when the phosphoric acid treatment was performed, hydrogen annealing was performed for 10 minutes, and when the phosphoric acid treatment was not performed, it was 30. It almost overlaps with the plot when hydrogen annealing for 1 minute is performed. Especially, in the region where the laser intensity is low, P
The L emission intensity is high. Therefore, when the phosphoric acid treatment is performed, the interface state can be sufficiently lowered in a short time of about 10 minutes.

【0065】しかし、図7のグラフ中の黒四角のプロッ
トに示す様に、リン酸処理を行った場合は、30分間水
素アニーリングを行うと、10分間水素アニーリングを
行ったときよりも、レーザ光強度に対するPL発光強度
が低下している。従って、リン酸処理を行った場合は、
水素アニーリングを行う時間は10分間程度またはそれ
以下であることが望ましい。
However, as shown by the black square plot in the graph of FIG. 7, when the phosphoric acid treatment is performed, hydrogen annealing is performed for 30 minutes, as compared with the case where hydrogen annealing is performed for 10 minutes. The PL emission intensity with respect to the intensity is reduced. Therefore, when phosphoric acid treatment is performed,
The time for performing hydrogen annealing is preferably about 10 minutes or less.

【0066】(実施の形態4)次に、図8参照して、こ
の発明の再成長界面の表面処理方法を半導体レーザの製
造に用いた例について説明する。
(Embodiment 4) Next, with reference to FIG. 8, an example in which the surface treatment method of the regrowth interface of the present invention is used for manufacturing a semiconductor laser will be described.

【0067】図8の(A)および(B)は、いずれも、
埋込型レーザダイオード構造の光の射出方向に垂直な面
で切った縦断面図である。
Both (A) and (B) of FIG.
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of the embedded laser diode structure taken along a plane perpendicular to the light emission direction.

【0068】先ず、図8の(A)に示すレーザダイオー
ド(以下、LDとも称する)について説明する。このL
Dは、n−GaAs基板30上に、n−AlGaAsの
下側クラッド層32、活性層34およびp−AlGaA
sの上側クラッド層36を順次に積層してある。そし
て、上側クラッド層36、活性層34および下側クラッ
ド層32をエッチングしてメサ形状を形成している。そ
して、このメサ形状の側面が第1再成長界面38とな
る。そして、メサ形状の両側に、電流ブロック層とし
て、p−AlGaAsの下側電流ブロック層40および
n−AlGaAsの上側電流ブロック層42を順次に成
長させている。そして、上側電流ブロック層42の上面
およびメサ形状の頂上部分が、第2再成長界面44とな
る。そして、この第2再成長界面44上に、pAlGa
Asのクラッド層46およびp−GaAsのキャップ層
48を順次に成長させている。そして、この第1および
第2再成長界面38および44に対しては、上述した実
施の形態1〜3のいずれか一つの方法と同様の表面処理
を行っている。
First, the laser diode (hereinafter, also referred to as LD) shown in FIG. 8A will be described. This L
D denotes an n-AlGaAs lower cladding layer 32, an active layer 34 and a p-AlGaAs on an n-GaAs substrate 30.
s upper cladding layer 36 is sequentially laminated. Then, the upper clad layer 36, the active layer 34, and the lower clad layer 32 are etched to form a mesa shape. Then, the side surface of this mesa shape becomes the first regrowth interface 38. Then, as current blocking layers, a lower current blocking layer 40 of p-AlGaAs and an upper current blocking layer 42 of n-AlGaAs are sequentially grown on both sides of the mesa shape. The upper surface of the upper current blocking layer 42 and the top portion of the mesa shape serve as the second regrowth interface 44. Then, on the second regrowth interface 44, pAlGa
A clad layer 46 of As and a cap layer 48 of p-GaAs are sequentially grown. Then, the first and second regrowth interfaces 38 and 44 are subjected to the same surface treatment as the method of any one of the first to third embodiments described above.

【0069】次に、図8の(B)に示すLDについて説
明する。このLDは、n−GaAs基板50上に、n−
AlGaAsの下側クラッド層52、活性層54、p−
AlGaAsの上側クラッド層56およびp−GaAs
の第1キャップ層68aを順次に積層してある。そし
て、上側クラッド層56、活性層54および下側クラッ
ド層52をエッチングしてメサ形状を形成している。そ
して、このメサ形状の側面が第1再成長界面58とな
る。そして、メサ形状の両側に、電流ブロック層とし
て、p−AlGaAsの下側電流ブロック層60および
n−AlGaAsの上側電流ブロック層62を順次に成
長させている。そして、上側電流ブロック層62の上面
およびメサ形状の頂上部分が、第2再成長界面64とな
る。そして、この第2再成長界面64上に、pAlGa
Asのクラッド層66およびp−GaAsのキャップ層
68bを順次に成長させている。そして、この第1およ
び第2再成長界面58および64に対しては、上述した
実施の形態1〜3のいずれか一つの方法と同様の表面処
理を行っている。
Next, the LD shown in FIG. 8B will be described. This LD has an n-type on an n-GaAs substrate 50.
AlGaAs lower clad layer 52, active layer 54, p-
AlGaAs upper cladding layer 56 and p-GaAs
The first cap layer 68a is sequentially laminated. Then, the upper clad layer 56, the active layer 54 and the lower clad layer 52 are etched to form a mesa shape. Then, the side surface of this mesa shape becomes the first regrowth interface 58. Then, as current blocking layers, a lower current blocking layer 60 of p-AlGaAs and an upper current blocking layer 62 of n-AlGaAs are sequentially grown on both sides of the mesa shape. The upper surface of the upper current blocking layer 62 and the top portion of the mesa shape serve as the second regrowth interface 64. Then, on the second regrowth interface 64, pAlGa
A clad layer 66 of As and a cap layer 68b of p-GaAs are sequentially grown. Then, the first and second regrowth interfaces 58 and 64 are subjected to the same surface treatment as the method of any one of the first to third embodiments described above.

【0070】次に、図8の(C)に、リッジ埋込型レー
ザダイオード構造の光の射出方向に垂直な面で切った縦
断面図を示す。
Next, FIG. 8C shows a longitudinal sectional view of the ridge-embedded laser diode structure taken along a plane perpendicular to the light emission direction.

【0071】図8の(C)に示すLDは、n−GaAs
基板70上に、n−AlGaAsの下側クラッド層7
2、活性層74、p−AlGaAsの上側クラッド層7
6およびp−GaAsの第1キャップ層88aを順次に
積層してある。そして、第1キャップ層88aおよび上
側クラッド層76をエッチングして特定の低指数面が現
れたメサ形状を形成している。そして、このメサ形状の
側面が第1再成長界面78となる。そして、メサ形状の
両側に、電流ブロック層として、n−AlGaAsの下
側電流ブロック層80およびn−GaAsの上側電流ブ
ロック層82を順次に成長させている。そして、上側電
流ブロック層82の上面およびメサ形状の頂上部分が、
第2再成長界面84となる。そして、この第2再成長界
面84上に、p−GaAsの第2キャップ層88bを順
次に成長させている。また、この構造では、埋込後の表
面を平坦化することができるので電極形成が容易にな
る。そして、この第1および第2再成長界面38および
44に対しては、上述した実施の形態1〜3のいずれか
一つの方法と同様の表面処理を行っている。
The LD shown in FIG. 8C is n-GaAs.
On the substrate 70, the lower cladding layer 7 of n-AlGaAs
2, active layer 74, upper cladding layer 7 of p-AlGaAs
6 and a first cap layer 88a of p-GaAs are sequentially laminated. Then, the first cap layer 88a and the upper clad layer 76 are etched to form a mesa shape in which a specific low index surface appears. Then, the side surface of this mesa shape becomes the first regrowth interface 78. Then, on both sides of the mesa shape, a lower current blocking layer 80 of n-AlGaAs and an upper current blocking layer 82 of n-GaAs are sequentially grown as current blocking layers. The upper surface of the upper current blocking layer 82 and the top portion of the mesa shape are
It becomes the second regrowth interface 84. Then, a second cap layer 88b of p-GaAs is sequentially grown on the second regrowth interface 84. Further, in this structure, the surface after the burying can be flattened, so that the electrodes can be easily formed. Then, the first and second regrowth interfaces 38 and 44 are subjected to the same surface treatment as the method of any one of the first to third embodiments described above.

【0072】尚、上述した図8の(A)〜(C)に示す
各LDにおいては、活性層として、例えば、GaAs/
InGaAs/GaAsの単一量子井戸構造またはGa
As/InGaAs/GaAsの二重量子井戸構造を用
いることができる。
In each of the LDs shown in FIGS. 8A to 8C, the active layer is, for example, GaAs /
InGaAs / GaAs single quantum well structure or Ga
A double quantum well structure of As / InGaAs / GaAs can be used.

【0073】図8の(A)〜(C)に示した、LDで
は、第1および第2再成長界面に対して表面処理を行う
ことにより界面準位が低下する。その結果、活性層近
傍での第1再成長界面での界面準位をリークした電流を
抑制することができる。また、活性層上のリッジの頂
上部分の第2再成長界面での界面準位によるキャリアト
ラップが低減できる。というおよびの理由から、レ
ーザのしきい値電流の低減および発光効率の向上といっ
た効果が期待できる。
In the LD shown in FIGS. 8A to 8C, the interface state is lowered by performing the surface treatment on the first and second regrown interfaces. As a result, it is possible to suppress the current leaking the interface state at the first regrowth interface in the vicinity of the active layer. In addition, carrier traps due to interface levels at the second regrowth interface at the top of the ridge on the active layer can be reduced. Therefore, effects such as reduction of the threshold current of the laser and improvement of the light emission efficiency can be expected.

【0074】(実施の形態5)次に、図9を参照して、
この発明の再成長界面の表面処理方法を半導体レーザの
端面の窓構造の製造に用いた例について説明する。
(Fifth Embodiment) Next, referring to FIG.
An example in which the surface treatment method of the regrowth interface of the present invention is used for manufacturing the window structure of the end face of the semiconductor laser will be described.

【0075】図9の(A)に、高光出力動作が要求され
るファイバ増幅器励起用0.98μmレーザダイオード
(以下、LDとも称する)の斜視図を示す。
FIG. 9A is a perspective view of a 0.98 μm laser diode for pumping a fiber amplifier (hereinafter, also referred to as an LD) which requires a high light output operation.

【0076】n−GaAsの基板90上に、n−AlG
aAsの下側クラッド層92、活性層94およびリッジ
形状のp−AlGaAsの上側クラッド層96を順次に
積層している。そして、上側クラッド層96のリッジ形
状の頂上部には、p−GaAsのキャップ層98が設け
てある。また、リッジ形状の両側は、SiO2 の絶縁膜
100で覆われている。また、キャップ層98および絶
縁膜100上には、p側電極102が設けてあり、一
方、基板90の下面にはn側電極104が設けてある。
On the n-GaAs substrate 90, n-AlG is formed.
The lower clad layer 92 of aAs, the active layer 94, and the upper clad layer 96 of ridge-shaped p-AlGaAs are sequentially laminated. A p-GaAs cap layer 98 is provided on the ridge-shaped top of the upper clad layer 96. Further, both sides of the ridge shape are covered with an insulating film 100 of SiO 2 . A p-side electrode 102 is provided on the cap layer 98 and the insulating film 100, while an n-side electrode 104 is provided on the lower surface of the substrate 90.

【0077】ところで、このLDは、100W以上の高
光出力動作の際に突発事故が発生するという問題点があ
る。この突発故障の原因は、素子端面の劣化である。高
光出力の状態では、LD本体106の端面108の欠陥
が増加する。欠陥が増加すると、自己放出光の再吸収に
よる発熱によって端面108が溶融してしまう(光学損
傷)。この端面の劣化を抑制または除去するための解決
方法は、端面108の界面準位を低下させることによっ
て、非発光再結合速度を低減し、以って発熱を抑制する
ことである。そして、端面での光吸収を抑制するため
に、端面108のバンドギャップをLD本体106のバ
ンドギャップに比べて大きくする方法として、端面に窓
構造を設けることが考えられる。
By the way, this LD has a problem that a sudden accident occurs during high light output operation of 100 W or more. The cause of the sudden failure is deterioration of the element end face. In the high light output state, defects on the end surface 108 of the LD body 106 increase. When the number of defects increases, the end face 108 melts due to heat generated by re-absorption of self-emitted light (optical damage). A solution for suppressing or removing the deterioration of the end face is to reduce the non-radiative recombination rate by lowering the interface state of the end face 108, thereby suppressing heat generation. Then, as a method of increasing the bandgap of the end face 108 as compared with the bandgap of the LD body 106 in order to suppress light absorption at the end face, it is conceivable to provide a window structure on the end face.

【0078】ここで、図9の(B)に窓構造の一例を示
す。図9の(B)は、図9の(A)に示すレーザダイオ
ードを光の放出方向に垂直な方向からみた側面図であ
る。尚図9の(B)には、図9の(A)では図示されて
いない窓構造110を示す。
Here, FIG. 9B shows an example of the window structure. 9B is a side view of the laser diode shown in FIG. 9A viewed from a direction perpendicular to the light emission direction. 9 (B) shows a window structure 110 not shown in FIG. 9 (A).

【0079】この窓構造110は、例えば、クラッド層
のAlGaAs組成よりも大きなAl組成を有するAl
GaAsを再成長すれば良い。この再成長の際に、この
発明の表面処理方法を用いることにより、再成長界面と
しての端面の界面準位を低下させることができる。その
結果、CODレベルが向上し、突発故障の発生をより効
果的に抑制することができる。
This window structure 110 is made of, for example, Al having a larger Al composition than the AlGaAs composition of the cladding layer.
Re-grow GaAs. At the time of this regrowth, by using the surface treatment method of the present invention, the interface level of the end face as the regrowth interface can be reduced. As a result, the COD level is improved, and the occurrence of catastrophic failure can be suppressed more effectively.

【0080】また、窓構造は、図8の(A)〜(C)に
示したLDの端面に設けても良い。
The window structure may be provided on the end face of the LD shown in FIGS. 8A to 8C.

【0081】上述した各実施の形態では、これらの発明
を特定の条件で構成した例についてのみ説明したが、こ
れらの発明は多くの変更および変形を行うことができ
る。例えば、上述した実施の形態では、再成長界面とし
て主としてAlGaAsの表面を用いたが、この発明で
は、再成長界面はこれに限定されるものではない。例え
ば、この発明では、再成長界面として、AlAs、Ga
As、InAlAs、InGaAs、InP、InAl
P、InGaPまたはInGaAsPといった化合物半
導体の表面を用いることができる。ただし、再成長界面
として、InP、InAlP、InGaPまたはInG
aAsPの表面を用いる場合には、AH3アニールを行
う代わりに、ホスフィン(PH3 )アニールを温度条件
を最適化して行う。
In each of the above-described embodiments, only examples in which these inventions are configured under specific conditions have been described, but many modifications and variations can be made to these inventions. For example, in the above-described embodiment, the surface of AlGaAs is mainly used as the regrowth interface, but in the present invention, the regrowth interface is not limited to this. For example, in the present invention, AlAs and Ga are used as the regrown interfaces.
As, InAlAs, InGaAs, InP, InAl
The surface of a compound semiconductor such as P, InGaP or InGaAsP can be used. However, as the regrowth interface, InP, InAlP, InGaP or InG
When the surface of aAsP is used, phosphine (PH 3 ) annealing is performed under optimized temperature conditions instead of AH 3 annealing.

【0082】[0082]

【発明の効果】この出願に係る第1の再成長界面の表面
処理方法によれば、化合物半導体の再成長界面として
の、AlAs、GaAs、AlGaAs、InAlAs
またはInGaAsの表面に対してAH3 アニールを行
い、またこの出願に係る第3の再成長界面の表面処理方
法によれば、InP、InAlP、InGaPまたはI
nGaAsPの表面に対してPH3 アニールを行う。A
3 アニールまたはPH3アニールによって、再成長界
面の汚染を除去し、再成長界面の界面準位を低下させる
ことができる。
According to the first surface treatment method of the regrowth interface according to the present application, AlAs, GaAs, AlGaAs, InAlAs as the regrowth interface of the compound semiconductor is obtained.
Alternatively, AH 3 annealing is performed on the surface of InGaAs, and according to the third surface treatment method of the regrowth interface according to this application, InP, InAlP, InGaP or I
PH 3 annealing is performed on the surface of nGaAsP. A
The H 3 anneal or PH 3 anneal can remove the contamination of the regrowth interface and lower the interface level of the regrowth interface.

【0083】また、この出願に係る第2の再成長界面の
表面処理方法によれば、化合物半導体の再成長界面とし
ての、AlAs、GaAs、AlGaAs、InAlA
sまたはInGaAsの表面に対して水素アニールおよ
びAH3 アニールをこの順に行い、またこの出願に係る
第4の再成長界面の表面処理方法によれば、InP、I
nAlP、InGaPまたはInGaAsPの表面に対
して水素アニールおよびPH3 アニールをこの順に行
う。水素アニールによってある程度、再成長界面の汚染
を除去した後、さらにAH3 アニールまたはPH3 アニ
ールによって再成長界面の汚染を除去するため、再成長
界面の界面準位をより低下させることができる。
According to the second surface treatment method for the regrown interface according to the present application, AlAs, GaAs, AlGaAs, InAlA as the regrown interface of the compound semiconductor are used.
Hydrogen annealing and AH 3 annealing are performed in this order on the surface of s or InGaAs, and according to the fourth surface treatment method of the regrown interface according to this application, InP, I
Hydrogen annealing and PH 3 annealing are performed in this order on the surface of nAlP, InGaP or InGaAsP. After the contamination of the regrowth interface is removed to some extent by the hydrogen anneal, the contamination of the regrowth interface is further removed by the AH 3 anneal or PH 3 anneal, so that the interface level of the regrowth interface can be further lowered.

【0084】また、この出願に係る第2および第4の再
成長界面の表面処理方法において、水素アニールを行う
前に、再成長界面に対してリン酸処理を行えば、再成長
界面をより清浄化することができる。この場合、リン酸
処理を行わない場合よりも短時間の水素アニールで、再
成長界面を清浄化することができる。
In the second and fourth surface treatment methods for the regrown interface according to this application, if the phosphoric acid treatment is applied to the regrown interface before hydrogen annealing, the regrown interface is cleaned more. Can be converted. In this case, the regrown interface can be cleaned by hydrogen annealing for a shorter time than in the case where the phosphoric acid treatment is not performed.

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

【図1】実施の形態1における、AlGaAs基板の再
成長界面の表面処理シーケンスを示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a surface treatment sequence of a regrown interface of an AlGaAs substrate in the first embodiment.

【図2】実施の形態2における、AlGaAs基板の再
成長界面の表面処理シーケンスを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a surface treatment sequence of a regrown interface of an AlGaAs substrate in the second embodiment.

【図3】(A)は、超高真空中で加熱処理されたAlG
aAs基板のオージェ電子分光(AES)分析結果を示
すグラフであり、(B)は、リン酸処理を行った後に超
高真空中で加熱処理されたAlGaAs基板のAES分
析結果を示すグラフである。
FIG. 3A shows AlG heat-treated in an ultrahigh vacuum.
It is a graph which shows the Auger electron spectroscopy (AES) analysis result of an aAs substrate, (B) is a graph which shows the AES analysis result of the AlGaAs substrate heat-processed in ultrahigh vacuum after performing phosphoric acid processing.

【図4】(A)は、リン酸処理を行う前のAlGaAs
基板の(011)表面のAES分析結果を示すスペクト
ル図であり、(B)は、リン酸処理を行った後のAlG
aAs基板の(011)表面のAES分析結果を示すス
ペクトル図である。
FIG. 4A is AlGaAs before phosphoric acid treatment.
It is a spectrum figure which shows the AES analysis result of the (011) surface of a board | substrate, (B) is AlG after performing a phosphoric acid process.
It is a spectrum figure which shows the AES analysis result of the (011) surface of an aAs substrate.

【図5】試料構造の断面構造図である。FIG. 5 is a cross-sectional structure diagram of a sample structure.

【図6】水素アニールの温度をパラメータとしたとき
の、試料構造に入射するレーザ光強度と規格化されたP
L発光強度との関係を示すグラフであり、(A)は、リ
ン酸処理を行わない場合、(B)は、リン酸処理を行っ
た場合のグラフである。
FIG. 6 shows the intensity of laser light incident on a sample structure and the normalized P when the temperature of hydrogen annealing is used as a parameter.
It is a graph which shows the relationship with L luminescence intensity, (A) is a graph when phosphoric acid processing is not performed, (B) is a graph when phosphoric acid processing is performed.

【図7】水素アニールの時間をパラメータとしたとき
の、試料構造に入射するレーザ光強度と規格化されたP
L発光強度との関係を示すグラフである。
FIG. 7 shows the intensity of laser light incident on the sample structure and the normalized P when the time of hydrogen annealing is used as a parameter.
It is a graph which shows the relationship with L light emission intensity.

【図8】(A)および(B)は、埋込型レーザダイオー
ドの縦断面図であり、(C)は、リッジ埋込型レーザダ
イオードの縦断面図である。
8A and 8B are vertical sectional views of the embedded laser diode, and FIG. 8C is a vertical sectional view of the ridge embedded laser diode.

【図9】(A)は、レーザダイオードの斜視図であり、
(B)は、レーザダイオードの側面図である。
FIG. 9A is a perspective view of a laser diode,
(B) is a side view of the laser diode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:基板 12:バッファ層 14:第3障壁層 16:第2量子井戸層(QW2) 18:第2障壁層 20:第1量子井戸層、表面量子井戸層(QW1) 22:第1障壁層 24:表面障壁層 26:再成長層 30、50、70、90:基板 32、52、72、92:下側クラッド層 34、54、74、94:活性層 36、56、76、96:上側クラッド層 38、58、78:第1再成長界面 40、60、80:下側電流ブロック層 42、62、82:上側電流ブロック層 44、64、84:第2再成長界面 46:クラッド層 68a、88a:第1キャップ層 68b、88b:第2キャップ層 98:キャップ層 100:絶縁膜 102:p側電極 104:n側電極 106:LD本体 108:端面 110:窓構造 10: Substrate 12: Buffer layer 14: Third barrier layer 16: Second quantum well layer (QW2) 18: Second barrier layer 20: First quantum well layer, surface quantum well layer (QW1) 22: First barrier layer 24: Surface barrier layer 26: Regrowth layer 30, 50, 70, 90: Substrate 32, 52, 72, 92: Lower clad layer 34, 54, 74, 94: Active layer 36, 56, 76, 96: Upper side Cladding layers 38, 58, 78: first regrowth interface 40, 60, 80: lower current blocking layer 42, 62, 82: upper current blocking layer 44, 64, 84: second regrowth interface 46: cladding layer 68a , 88a: first cap layer 68b, 88b: second cap layer 98: cap layer 100: insulating film 102: p-side electrode 104: n-side electrode 106: LD body 108: end face 110: window structure

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 化合物半導体の再成長界面としての、A
lAs、GaAs、AlGaAs、InAlAsまたは
InGaAsの表面に対して、前記化合物半導体の再成
長を開始する前に、アルシン(AsH3 )アニールを行
うことを特徴とする再成長界面の表面処理方法。
1. A as a regrowth interface of a compound semiconductor
A method for surface treatment of a regrowth interface, characterized by performing arsine (AsH 3 ) annealing on the surface of 1As, GaAs, AlGaAs, InAlAs or InGaAs before starting the regrowth of the compound semiconductor.
【請求項2】 化合物半導体の再成長界面としての、A
lAs、GaAs、AlGaAs、InAlAsまたは
InGaAsの表面に対して、前記化合物半導体の再成
長を開始する前に、水素アニールおよびアルシン(As
3 )アニールをこの順で行うことを特徴とする再成長
界面の表面処理方法。
2. A as a regrowth interface of a compound semiconductor
For the surface of 1As, GaAs, AlGaAs, InAlAs or InGaAs, hydrogen annealing and arsine (As
H 3 ) A surface treatment method for a regrowth interface, characterized by performing annealing in this order.
【請求項3】 請求項2に記載の再成長界面の表面処理
方法において、 前記水素アニールを行う前に、前記再成長界面に対して
リン酸処理を行うことを特徴とする再成長界面の表面処
理方法。
3. The surface of the regrown interface according to claim 2, wherein phosphoric acid treatment is performed on the regrown interface before the hydrogen annealing. Processing method.
【請求項4】 化合物半導体の再成長界面としての、I
nP、InAlP、InGaPまたはInGaAsPの
表面に対して、前記化合物半導体の再成長を開始する前
に、ホスフィン(PH3 )アニールを行うことを特徴と
する再成長界面の表面処理方法。
4. I as a regrowth interface of a compound semiconductor
A method for surface treatment of a regrowth interface, which comprises performing phosphine (PH 3 ) annealing on the surface of nP, InAlP, InGaP or InGaAsP before starting the regrowth of the compound semiconductor.
【請求項5】 化合物半導体の再成長界面としての、I
nP、InAlP、InGaPまたはInGaAsPの
表面に対して、前記化合物半導体の再成長を開始する前
に、水素アニール及びホスフィン(PH3 )アニールを
この順で行うことを特徴とする再成長界面の表面処理方
法。
5. I as a regrowth interface of a compound semiconductor
Surface treatment of regrowth interface characterized by performing hydrogen annealing and phosphine (PH 3 ) annealing in this order on the surface of nP, InAlP, InGaP or InGaAsP before starting the regrowth of the compound semiconductor. Method.
【請求項6】 請求項5に記載の再成長界面の表面処理
方法において、 前記水素アニールを行う前に、前記再成長界面に対して
リン酸処理を行うことを特徴とする再成長界面の表面処
理方法。
6. The surface treatment method for a regrown interface according to claim 5, wherein phosphoric acid treatment is performed on the regrown interface before the hydrogen annealing. Processing method.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001168103A (en) * 1999-12-10 2001-06-22 Nagoya Kogyo Univ Semiconductor surface treatment method and semiconductor device to which the same treatment is operated
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CN113783107A (en) * 2021-09-14 2021-12-10 苏州长光华芯光电技术股份有限公司 Manufacturing method of quantum cascade laser

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