JPH1131811A

JPH1131811A - 歪多重量子井戸構造の成長方法

Info

Publication number: JPH1131811A
Application number: JP20096797A
Authority: JP
Inventors: Matsuyuki Ogasawara; 松幸小笠原; Manabu Mitsuhara; 学満原; Hideo Sugiura; 英雄杉浦
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 1999-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】井戸層の成長表面不安定性に起因する井戸層
表面の凹凸の発生を防止し、かつ、凹凸のある井戸層の
上に成長した障壁層の成長表面不安定性に起因する凹凸
の振幅の増加を抑制することにより欠陥の発生を防止し
た歪多重量子井戸構造を提供する。【解決手段】本発明に係る歪多重量子井戸構造の成長
方法は、井戸層２の成長速度を、成長表面不安定性の発
生を抑制せしめる成長速度よりも高くすることを特徴と
している。これにより、図３（ａ）に示す如く、障壁層
４の成長表面４ａが平坦となり、成長表面４ａの不安定
性の発生が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光半導体素子等に利
用される歪多重量子井戸構造の成長方法に関し、特に、
成長の際に表面に凹凸が形成されることによる欠陥の発
生を抑制できる歪多重量子井戸構造の成長方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、厚さが数十Åの井戸層をそれより
もバンドギャップの大きな障壁層で挟み、それらを多層
に積層した多重量子井戸構造（以下、ＭＱＷと略記す
る）が知られており、現在の光半導体素子の活性層に広
く利用されている。近年、井戸層に圧縮歪を導入した歪
多重量子井戸構造（以下、歪ＭＱＷと略記する）を活性
層に用いたレーザが、従来の基板に格子整合した井戸層
を用いたＭＱＷを利用したレーザに較べ、素子特性（し
きい値電流、光出力）が向上することが多くの研究機関
から報告されている。素子特性は、井戸層の歪量が大き
くなる程、向上する。

【０００３】しかしながら、所望の歪量を持つ井戸層を
基板に格子整合した障壁層で挟み、それらを交互に多層
に積層して、歪ＭＱＷを形成すると、歪ＭＱＷ全体の厚
さがある一定の臨界値（所謂、臨界膜厚）を越えると基
板と歪ＭＱＷとの界面にミスフィット転位が発生する。
井戸層の歪が大きい程、臨界膜厚は小さくなる。これ
は、井戸層の歪による応力が井戸層の数が増える毎に蓄
積され、この応力がミスフィット転位の発生を招くから
である。素子特性を向上させるためには、大きな歪を導
入する必要があるが、歪ＭＱＷの厚さが臨界膜厚で制限
される。

【０００４】これを避けるために、歪補償型ＭＱＷが提
案されている。この歪補償型ＭＱＷは、圧縮歪を有する
井戸層に対し、引張歪を有する障壁層を組合せることに
より、ミスフィット転位を発生させる応力を相殺させ、
ミスフィット転位の発生を抑制するものである。

【０００５】歪補償型ＭＱＷを作製する際には、ガイド
ラインとして次の式で定義される実効歪εをほぼゼロに
することが提案されている（特開昭５９−７４６１８号
公報、Ｂ．Ｉ．Ｍｉｌｌｅｒ．ｅｔ．ａｌ．，Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５８ (１９９１) １９５
２）。

【０００６】

【数１】ここで、ｈとＨは、それぞれ、井戸層と障壁層の厚さ、
ε_wとε_bは、それぞれ、井戸層と障壁層の歪である
（引張歪は−、圧縮歪は＋の符号をとるものとする）。
すなわち、実効歪εをできるだけ小さくするように井戸
層及び障壁層の厚さと歪を選ぶことが、ミスフィット転
位の無い歪補償型ＭＱＷを成長するための指針である。

【０００７】しかし、歪ＭＱＷにおいては、たとえ歪補
償型ＭＱＷの様に実効歪εをゼロとしてもミスフィット
転位以外の欠陥が発生して光学特性が劣化するという問
題がある。それは、歪ＭＱＷが成長するときに成長表面
に凹凸が生じ、この凹凸の振幅は、井戸層および障壁層
を積層する毎に大きくなり、遂には結晶欠陥が発生する
というものである。成長表面の凹凸の発生および凹凸の
振幅の増加は成長表面不安定性（morphological instab
ility ）に起因する現象である。

【０００８】井戸層の歪を大きくして行くと、ある値よ
り大きな歪では、井戸層が２次元的な成長から３次元的
な成長に変化する（Ｂ．Ｅｌｍａｎ，ｅｔ．ａｌ．，Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５５巻１６号１６５９〜
１６６１頁、１９８９年発行）。

【０００９】ここで、２次元的な成長とは、成長が１原
子層毎に行われるものであり、そのため、成長表面は常
に平坦に保たれる。この状態を成長表面が安定であると
いう。３次元的な成長では、成長を始めてからの数原子
層は１原子層毎の成長が起るが、その後、成長表面が不
安定になり、成長表面に凹凸が発生する。更に、表面に
凹凸のある井戸層の上に障壁層を積層すると、障壁層の
成長表面には更に凹凸が生じ、その凹凸の振幅は増加す
る。

【００１０】障壁層における凹凸の増加は、歪のある障
壁層はもとより、障壁層が基板に格子整合する場合にも
起こる。この様に、井戸層と障壁層の積層は凹凸を発生
させる原因となり、この凹凸の振幅が大きくなると、や
がてミスフィット転位とは異なる欠陥の発生につなが
る。

【００１１】従来、成長表面不安定性に起因する凹凸の
発生や、それに伴う欠陥の発生を抑制する方法として、
（１）（Ｖ族原料／III 族原料）比を大きくする、
（２）成長温度を低下させる等の方法がとられてきた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（１）及び（２）の方法では、成長表面不安定性に起因
する凹凸の発生や、それに伴う欠陥の発生を十分に抑え
ることはできなかった。

【００１３】本発明の目的は、歪多重量子井戸構造の成
長において、井戸層および障壁層の成長表面不安定性に
起因する欠陥形成を防止するための成長方法を提供する
ことにある。すなわち、井戸層の成長表面不安定性に起
因する井戸層表面の凹凸の発生を防止し、かつ、凹凸の
ある井戸層の上に成長した障壁層の成長表面不安定性に
起因する凹凸の振幅の増加を抑制することにより欠陥の
発生を防止した歪多重量子井戸構造を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、歪多重量子井
戸構造の成長方法において、井戸層の成長速度を、成長
表面不安定性の発生を抑制せしめる成長速度よりも高く
することにより、上記目的を達成している。

【００１５】また、本発明は、歪多重量子井戸構造の成
長方法におりて、障壁層の成長速度を、成長表面不安定
性の発生を抑制せしめる成長速度よりも高くすることに
より、上記目的を達成している。

【００１６】また、本発明は、請求項１記載の発明にお
いて、歪多重量子井戸構造が成長される基板をＩｎＰで
形成し、井戸層をＩｎＡｓＰで形成し、上記目的を達成
している。

【００１７】また、本発明は、請求項２記載の発明にお
いて、歪多重量子井戸構造が成長される基板をＩｎＰで
形成し、障壁層をＩｎＧａＡｓＰで形成し、上記目的を
達成している。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明は、井戸層（または障壁
層）の成長速度を、成長表面不安定性を抑制せしめる成
長速度よりも増加させることにより、井戸層（または障
壁層）の成長表面不安定性の発生が抑制される。そのた
め、成長表面不安定性の発生に起因する欠陥の形成が抑
制される。

【００１９】成長表面不安定性とは、基板の上におい
て、エピタキシャル成長している膜の表面に、何らかの
原因で凹凸が発生したとき、この凹凸の振幅が膜厚の増
加に伴い増幅される現象である。逆に、成長表面の凹凸
が発生しても、膜厚の増加に伴い、凹凸の振幅が速やか
に減少し、元の平坦な成長表面に戻ることを成長表面が
安定であるという。

【００２０】上記において、井戸層の成長速度を、成長
表面不安定性の発生を抑制せしめる成長速度よりも高く
すると、井戸層の成長表面不安定性に起因する井戸層表
面の凹凸の発生を防止する事に効果があり、障壁層の成
長速度を、成長表面不安定性の発生を抑制せしめる成長
速度よりも高くすると、凹凸のある井戸層の上に成長し
た障壁層の成長不安定性をなくす事に効果がある。

【００２１】上述のように、井戸層の歪を大きくして行
くと、ある値より大きな歪では、井戸層の成長態様が、
２次元的な成長から３次元的な成長に変化する（Ｂ．Ｅ
ｌｍａｎ，ｅｔ．ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．５５巻１６号１６５９〜１６６１頁、１９８９年発
行）。２次元的な成長では、成長が１原子層毎に行われ
るものであり、そのため、成長表面は常に平坦に保たれ
る。すなわち、成長表面は安定である。３次元的な成長
では、成長を始めてからの数原子層は１原子層毎の成長
が起るが、その後、成長表面が不安定になる。

【００２２】そのため、成長表面に凹凸が生じる。すな
わち、膜厚がある臨界値を越えると、成長界面の不安定
性が発生する。成長態様が、２次元的であるか３次元的
であるかに応じて、歪の緩和機構が異なる（Ｍａｔ．Ｒ
ｅｓ．Ｓｏｃ．Ｐｒｏｃ．１６０巻、１２９〜１３４
頁、１９９０年発行、ＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａ
ｒｃｈＳｏｃｉｅｔｙ）。

【００２３】図１に歪単層膜における歪緩和機構を模式
的に示した。基板１の上に歪をもつ井戸層２が成長する
場合、初めの内は、図１（ａ）に示す様に、平坦な成長
表面２ａを保ちながら成長する。その後、２次元的な成
長がなされる場合には、図１（ｂ）に示す様に、ミスフ
ィット転位３の導入により歪の緩和が起こる。すなわ
ち、膜厚がある臨界値（ミスフィット転位の臨界膜厚）
に達すると、基板１と井戸層２との界面にミスフィット
転位３が発生し、歪の緩和が起こる。膜厚の増加に伴い
ミスフィット転位３の線密度が増加し、歪緩和が進行す
るが、ミスフィット転位３が発生してからも平坦な成長
表面を保つ。臨界膜厚については、Ｍａｔｔｈｅｗｓ
ａｎｄＢｌａｋｅｓｌｅｅの理論がある。

【００２４】３次元的な成長の場合には、図１（ｃ）に
示す様に、膜厚が増加しある臨界値（３次元成長の臨界
膜厚）を越えると、成長表面２ａに凹凸が発生する。膜
厚が増加し、凹凸の振幅が大きくなると、凸部２ｂで
は、弾性的な歪の緩和が起こり、凹部２ｃでは、応力の
集中が起こる。そのため、図１（ｄ）に示す様に、凹部
２ｃに欠陥が発生する。

【００２５】以上説明した歪緩和の２つの過程を本明細
書では、便宜的に、前者（２次元的な成長の場合）をミ
スフィット転位モード（以下、ＭＤモードと略記す
る）、後者（３次元的な成長の場合）を３次元成長モー
ド（以下、３Ｄモードと略記する）と名付け、以下、説
明する。ミスフィット転位の臨界膜厚と３次元成長の臨
界膜厚関係を模式的に図２に示した。ミスフィット転位
の臨界膜厚と歪との関係を太実線Ｌ１で示し、３次元成
長の臨界膜厚と歪との関係を細実線Ｌ２で示している。
ＭＤモードと３Ｄモードとの境は歪が１％から２％の範
囲にある。この境界は材料系により多少異なる。

【００２６】ＭＤモードと３Ｄモードの存在は、ＩｎＧ
ａＡｓ／ＧａＡｓ系、ＳｉＧｅ／Ｓｉ系で確かめられて
いる。ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系においては、ＲＨＥＥ
Ｄ観察とＰＬスペクトルのブロードニングから、Ｉｎ組
成が０．２５以上で歪緩和モードがＭＤモードから３Ｄ
モードに変化していることが示されている。

【００２７】Ｉｎ組成０．２５は、歪１．８％に相当す
る。一方、ＳｉＧｅ／Ｓｉ系では、Ｇｅ組成０．３を境
にＭＤモードから３Ｄモードに変化している。Ｇｅ組成
０．３は、歪１．３％に相当する。また、この他に、Ｉ
ｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系、ＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ系でも、
ＭＤモードと３Ｄモードの存在が示唆される報告があ
る。この様に化合物半導体、元素半導体を問わずＭＤモ
ードと３Ｄモードの存在が明らかとなっていることか
ら、ＭＤモードと３Ｄモードの存在は、歪系一般の性質
と考えられる。

【００２８】井戸層の歪がＭＤモードの範囲内であれ
ば、歪補償技術が使える。それは、平坦な井戸層の上に
成長した障壁層は、平坦な成長表面を保ちながら成長す
るからである。そのため、井戸層と障壁層をいくら積層
しても成長表面の平坦性が保たれ、凹凸の発生に起因す
るミスフィット転位以外の欠陥の発生が抑制される。し
かし、井戸層の歪が３Ｄモードの範囲に入ると歪補償技
術が使えなくなる。それは、井戸層の成長時に発生した
表面の凹凸は、その上に成長する障壁層の成長表面不安
定を誘発するからである。井戸層の表面に発生した凹凸
の振幅は、井戸層と障壁層を積層する毎に大きくなり、
やがてミスフィット転位以外の欠陥を発生させる。

【００２９】本発明で取り上げるのは、井戸層の歪が３
Ｄモードの範囲に入る場合である。基板に所望の歪を有
する井戸層が成長する際、所望の膜厚まで凹凸の発生を
抑制することが課題である。そのため、本発明の第１の
態様では、井戸層の成長速度を増加させることにより、
成長表面不安定性の発生を抑制するものである。すなわ
ち、成長表面に凹凸が発生する臨界膜厚を大きくするこ
とである。実験の結果、成長速度をある値よりも大きく
すると成長表面不安定性の発生を抑制することが出来、
凹凸が発生する臨界膜厚を大きくすることが出来ること
を見い出した。

【００３０】次に、障壁層の成長表面不安定性について
説明する。表面に凹凸がある井戸層の上に障壁層が成長
する場合、井戸層の凹凸を埋め戻して平坦になる場合
と、凹凸の振幅が増加する場合がある。前者は、障壁層
の成長において成長表面の不安定性が発生しない場合で
あり、後者は成長表面の不安定性が発生する場合であ
る。各々の場合を模式的に図３に示した。

【００３１】図３（ａ）に示す如く、井戸層２の凹凸が
障壁層４によって埋め戻される場合は、障壁層４の成長
表面４ａの不安定性の発生が抑制されていることを意味
する。この様な状況の下では、多数の井戸層２と障壁層
４の積層が可能である。図３（ｂ）に示す如く、井戸層
表面の凹凸が障壁層４の成長により更に増幅されるなら
ば、障壁層の成長表面４ａの不安定性が現れたことにな
る。

【００３２】この様な状況の下では、層を重ねる毎に表
面の凹凸の振幅が増幅されるため、多数の井戸層２と障
壁層４の積層は不可能である。本発明の第２の態様は、
障壁層４の成長速度を増加させることにより、成長表面
不安定性の発生を抑制するものである。実験の結果、成
長速度をある値よりも大きくすると、成長表面４ａの不
安定性の発生を抑制することが出来ることを見い出し
た。

【００３３】以下に実施例により本発明に係る歪多重量
子井戸構造の成長方法を説明する。〔実施例１〕本発明の第１の実施例として、１．５５μ
ｍ帯の発光波長をもつＩｎＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ歪Ｍ
ＱＷの成長を説明する。１．５５μｍ帯の発光波長をも
つＩｎＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ歪ＭＱＷは、２．１％の
圧縮歪をもつ厚さ５０ÅのＩｎＡｓＰ井戸層と、基板の
ＩｎＰに格子整合する厚さ１００ÅのＩｎＧａＡｓＰ障
壁層からなる。障壁層を構成するＩｎＧａＡｓＰの組成
は発光波長にして１．３μｍである。ＩｎＡｓＰ／Ｉｎ
ＧａＡｓＰ歪ＭＱＷの典型的な断面構造を図４に示し
た。

【００３４】（００１）面方位をもつｎ型ＩｎＰ基板５
上にＩｎＰバッファー層６（厚さ１７００Å）、発光波
長１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰガイド層７（厚さ１００
０Å）、ＩｎＡｓＰ井戸層８（以下、単に、井戸層８と
記すことがある）とＩｎＧａＡｓＰ障壁層９（以下、単
に、障壁層９と記すことがある）とを交互に積層し、井
戸層８を４層、障壁層９を５層としてなる歪多重量子井
戸構造１０、発光波長１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰガイ
ド層１１（厚さ１０００Å）、ＩｎＰキャップ層１２
（厚さ８００Å）を、この順序に有機金属分子線エピタ
キシー（ＭＯＭＢＥ）法で成長させた。ＭＯＭＢＥ法に
よる成長はＶＧＳｅｍｉｃｏｎ社製Ｖ−４００ＣＢＥ装
置を用いて行った。

【００３５】III 族原料はトリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉ）とトリエチルガリウム（ＴＥＧ）を用い、Ｖ族原料
はフォスフィン（ＰＨ₃）とアルシン（ＡｓＨ₃）を用
いた。成長時の基板温度は５１０℃である。基板温度は
ＩｎＳｂの融点で校正したパイロメータで測定した。

【００３６】図５は、図４に示したＩｎＡｓＰ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ歪ＭＱＷのＰＬ強度を井戸層８の成長速度に対
してプロットしたものである。井戸層８の組成は一定と
し、井戸層８の成長速度だけを変えた。井戸層８の成長
速度は、ＴＭＩの供給量で制御した。障壁層９およびＩ
ｎＧａＡｓＰガイド層７、１１の組成および成長速度は
変えていない。井戸層８の成長速度が１．７Å／ｓｅ
ｃ．（図５プロットＡ）の時には、全く発光しなかった
が、成長速度を２．５Å／ｓｅｃ．（図５プロットＢ）
にすると発光が得られた。

【００３７】しかし、ウエハ面内の均一性が良くなく、
発光強度に分布が生じていた。井戸層８の成長速度が
３．３Å／ｓｅｃ．（図５プロットＣ）のときには、強
いＰＬ発光が得られ、かつウエハ面内の均一性も良くな
った。各プロットＢ〜Ｄに付随している縦線の長短はＰ
Ｌ発光強度のばらつきの程度を表しており、このことか
ら成長速度が３．３Å／ｓｅｃ．の場合、ウエハ面内の
ＰＬ強度の均一性が向上していることがわかる。

【００３８】更に、井戸層８の成長速度を増加し、成長
速度を５．０Å／ｓｅｃ．（図５プロットＤ）にして
も、ＰＬ強度とウエハ面内のばらつきは、成長速度を
３．３Å／ｓｅｃ．とした場合と同程度であった。この
ことから、ＰＬ強度は井戸層８の成長速度に依存し、井
戸層８の成長速度が３．３Å／ｓｅｃ．以上の場合に、
強いＰＬ発光が得られることが分かった。

【００３９】図６は、ＩｎＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ歪Ｍ
ＱＷの断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した結果
である。図６（ａ）は、井戸層８の成長速度が１．７Å
／ｓｅｃ．の場合を模式的に示したもので、井戸層８と
その上に成長した障壁層９との界面が揺らいでいる。

【００４０】その揺らぎは、井戸層８を積層する毎に大
きくなっている。５層の障壁層９のうち下から第４層目
の障壁層９において、界面８ａの揺らぎが上方に凸にな
っている辺りから、（１１１）面に沿う欠陥が発生して
いる。この欠陥が発生しているため、発光しなかったも
のと考えられる。井戸層８とその上に成長した障壁層９
との界面８ａが揺らいでいるところから考えて、井戸層
８の成長において、井戸層８の表面に凹凸が発生して、
界面８ａが揺らいだものと考えられる。

【００４１】図６（ｂ）は、井戸層８の成長速度が３．
３Å／ｓｅｃ．の場合のもので、井戸層８とその上に成
長した障壁層９との界面は平坦であり、（１１１面）に
沿う欠陥は見られなかった。井戸層８の成長において表
面に凹凸が発生しなかったため、井戸層８とその上に成
長した障壁層９との界面が平坦になったものと考えられ
る。すなわち、井戸層８の成長速度を１．７Å／ｓｅ
ｃ．から３．３Å／ｓｅｃ．に増加すると、成長表面不
安定性の発生を抑制せしめる成長速度よりも井戸層８の
成長速度が高くなり、井戸層８の成長表面の不安定性が
抑制され、平坦な成長表面が得られるようになったもの
と考えられる。

【００４２】〔実施例２〕本発明の第２の実施例とし
て、２μｍ帯の発光波長をもつＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａ
ＡｓＰ歪ＭＱＷの成長を説明する。２μｍ帯の発光波長
をもつＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ歪ＭＱＷは、１．
６５％の圧縮歪をもつ厚さ１１５ÅのＩｎＧａＡｓ井戸
層と、基板のＩｎＰに格子整合する厚さ２００ÅのＩｎ
ＧａＡｓＰ障壁層からなる。この障壁層を構成するＩｎ
ＧａＡｓＰの発光波長は１．５５μｍである。

【００４３】図７にＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ歪Ｍ
ＱＷの典型的な断面構造を示す。（００１）面方位をも
つｎ型ＩｎＰ基板１３上にＩｎＰバッファー層１４（厚
さ１７００Å）、発光波長１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰ
ガイド層１５（厚さ１０００Å）、ＩｎＧａＡｓ井戸層
１６（以下、単に、井戸層１６と記すことがある）とＩ
ｎＧａＡｓＰ障壁層１７（以下、単に障壁層１７と記す
ことがある）とを交互に積層し、井戸層１６を４層、障
壁層１７を５層としてなる歪多重量子井戸構造１８、発
光波長１．３μｍのＩｎＧａＡｓＰガイド層１９（厚さ
１０００Å）、ＩｎＰキャップ層２０（厚さ８００Å）
を、この順序に有機金属分子線エピタキシー（ＭＯＭＢ
Ｅ）法で成長させた。

【００４４】ＭＯＭＢＥ法による成長はＶＧＳｅｍｉｃ
ｏｎ社製Ｖ−４００ＣＢＥ装置を用いて行った。III 族
原料はトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とトリエチルガ
リウム（ＴＥＧ）を用い、Ｖ族原料はフォスフィン（Ｐ
Ｈ₃）とアルシン（ＡｓＨ₃）を用いた。成長時の基板
温度は５１０℃である。基板温度はＩｎＳｂの融点で校
正したパイロメータで測定した。

【００４５】図８は、図７に示したＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＧａＡｓＰ歪ＭＱＷのＰＬ強度を、障壁層１７の成長速
度に対してプロットしたものである。障壁層１７の組成
は一定とし、障壁層１７の成長速度だけを変えた。障壁
層１７の成長速度は、ＴＭＩとＴＥＧの供給量で制御し
た。井戸層１６およびＩｎＧａＡｓＰガイド層１５、１
９の組成および成長速度は変えていない。障壁層１７の
成長速度の増加に伴いＰＬ強度が増加している。障壁層
１７の成長速度が８．５Å／ｓｅｃ．（図８プロット
Ｆ）以上で最もＰＬ強度が大きくなった。成長速度が
８．５Å／ｓｅｃ．の時のＰＬ強度は、成長速度４．４
Å／ｓｅｃ．（図８プロットＥ）の時の約４倍である。

【００４６】図９は、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ歪
ＭＱＷの断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した結
果を模式的に示したものである。図９（ａ）は、障壁層
１７の成長速度が４．４Å／ｓｅｃ．の場合のもので、
障壁層１７とその上に成長した井戸層１６との界面が揺
らいでいる。その揺らぎは、障壁層１７を積層する毎に
大きくなっている。

【００４７】４層の井戸層１６のうち下から第３層目の
井戸層１６において、界面１７ａの揺らぎが上方に凸に
なっている辺りから、（１１１）面に沿う欠陥が発生し
ている。この欠陥が発生しているため、ＰＬ強度が弱か
ったものと考えられる。障壁層１７とその上に成長した
井戸層１６との界面１７ａが揺らいでいるところから考
えて、障壁層１７の成長において、障壁層１７の表面に
凹凸が発生して、界面が揺らいだものと考えられる。

【００４８】図９（ｂ）は、障壁層１７の成長速度が
８．５Å／ｓｅｃ．の場合のもので、障壁層１７とその
上に成長した井戸層１６との界面は平坦であり、（１１
１面）に沿う欠陥は見られなかった。障壁層１７の成長
において表面に凹凸が発生しなかったため、障壁層１７
とその上に成長した井戸層１６との界面１７ａが平坦に
なったものと考えられる。すなわち、障壁層１７の成長
速度を８．５Å／ｓｅｃ．に増加すると、成長表面不安
定性の発生を抑制せしめる成長速度よりも障壁層１７の
成長速度が高くなり、障壁層１７の成長表面不安定性が
抑制され、平坦な成長表面が得られるようになったもの
と考えられる。

【００４９】なお、上記実施例では、基板上に有機金属
分子線エピタキー法により各層を成長させる場合につい
て説明しているが、有機金属気相エピタキシー法により
成長させる場合にも適用できる。また、本発明に係る歪
多重量子井戸構造の成長方法は、引張歪をもつＭＱＷの
作成にも適用できる。

【００５０】

【発明の効果】本発明の歪多重量子井戸構造の成長方法
を用いれば、井戸層および障壁層の成長における、成長
表面の不安定性の発生が抑制されるため、凹凸の発生に
起因する欠陥の形成が抑制される。そのため、特性の良
い歪多重量子井戸構造を成長させることができるという
顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｄ）は歪単層膜の歪緩和機構を説明
する図である。

【図２】ミスフィット転位と３次元成長の臨界膜厚との
関係を模式的に示すグラフである。

【図３】（ａ）及び（ｂ）は障壁層の成長の様子を模式
的に示す図である。

【図４】ＩｎＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ歪ＭＱＷの断面構
造図である。

【図５】ＩｎＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ歪ＭＱＷのＰＬ強
度に及ぼす井戸層の成長速度の影響を示すグラフであ
る。

【図６】（ａ）及び（ｂ）はＩｎＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ
Ｐ歪ＭＱＷの断面ＴＥＭ像の模式図である。

【図７】ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ歪ＭＱＷの断面
構造図である。

【図８】ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ歪ＭＱＷのＰＬ
強度に及ぼす障壁層の成長速度の影響を示すグラフであ
る。

【図９】（ａ）及び（ｂ）はＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡ
ｓＰ歪ＭＱＷの断面ＴＥＭ像の模式図である。

【符号の説明】

８ＩｎＡｓＰ井戸層９ＩｎＧａＡｓＰ障壁層１０歪多重量子井戸構造１６ＩｎＧａＡｓ井戸層１７ＩｎＧａＡｓＰ障壁層１８歪多重量子井戸構造

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】歪多重量子井戸構造の成長方法におい
て、井戸層の成長速度を、成長表面不安定性の発生を抑
制せしめる成長速度よりも高くすることを特徴とする歪
多重量子井戸構造の成長方法。
【請求項２】歪多重量子井戸構造の成長方法におい
て、障壁層の成長速度を、成長表面不安定性の発生を抑
制せしめる成長速度よりも高くすることを特徴とする歪
多重量子井戸構造の成長方法。
【請求項３】歪多重量子井戸構造が成長される基板が
ＩｎＰで形成され、井戸層がＩｎＡｓＰで形成されてい
ることを特徴とする請求項１記載の歪多重量子井戸構造
の成長方法。
【請求項４】歪多重量子井戸構造が成長される基板が
ＩｎＰで形成され、障壁層がＩｎＧａＡｓＰで形成され
ていることを特徴とする請求項２記載の歪多重量子井戸
構造の成長方法。