JPH11340577A - 半導体製造方法および半導体積層構造および半導体発光素子 - Google Patents
半導体製造方法および半導体積層構造および半導体発光素子Info
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- JPH11340577A JPH11340577A JP15671198A JP15671198A JPH11340577A JP H11340577 A JPH11340577 A JP H11340577A JP 15671198 A JP15671198 A JP 15671198A JP 15671198 A JP15671198 A JP 15671198A JP H11340577 A JPH11340577 A JP H11340577A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 成長核形成を促進させ、Ｖ族元素にＮ元素を
含んだ結晶性の良好な混晶半導体を容易に得ることの可
能な半導体製造方法および半導体積層構造および半導体
発光素子を提供する。 【解決手段】 本発明の成長方法では、ＧａＡｓ層４上
にＧａＩｎＮＡｓ層５を成長するときには、III族原料
を供給する前に、Ｎ(窒素)の原料を先行導入し、ＧａＡ
ｓ層４の表面のＡｓの一部を、Ｎに置換するようにして
いる。すなわち、ＧａＡｓ層４とＧａＩｎＮＡｓ量子井
戸層５との界面８は、ＧａＡｓ層４の表面のＡｓの一部
をＮに置換した界面(ＧａＮＡｓ)となっている。
含んだ結晶性の良好な混晶半導体を容易に得ることの可
能な半導体製造方法および半導体積層構造および半導体
発光素子を提供する。 【解決手段】 本発明の成長方法では、ＧａＡｓ層４上
にＧａＩｎＮＡｓ層５を成長するときには、III族原料
を供給する前に、Ｎ(窒素)の原料を先行導入し、ＧａＡ
ｓ層４の表面のＡｓの一部を、Ｎに置換するようにして
いる。すなわち、ＧａＡｓ層４とＧａＩｎＮＡｓ量子井
戸層５との界面８は、ＧａＡｓ層４の表面のＡｓの一部
をＮに置換した界面(ＧａＮＡｓ)となっている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信用半導体レ
ーザ，光書き込み用半導体レーザ，発光ダイオード，赤
外光用フォトダイオード等の光デバイスに用いられる半
導体製造方法および半導体積層構造および半導体発光素
子に関する。
ーザ，光書き込み用半導体レーザ，発光ダイオード，赤
外光用フォトダイオード等の光デバイスに用いられる半
導体製造方法および半導体積層構造および半導体発光素
子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバーを用いた光通信システム
は、現在、主に幹線系で用いられているが、将来は各家
庭を含めた加入者系での利用が考えられている。これを
実現するためにはシステムの小型化，低コスト化が必要
であり、温度制御用のペルチェ素子が不要なシステムの
実現が必要である。このため、半導体レーザには低しき
い値動作と温度変化による特性変化の少ない高特性温度
の素子が望まれている。
は、現在、主に幹線系で用いられているが、将来は各家
庭を含めた加入者系での利用が考えられている。これを
実現するためにはシステムの小型化，低コスト化が必要
であり、温度制御用のペルチェ素子が不要なシステムの
実現が必要である。このため、半導体レーザには低しき
い値動作と温度変化による特性変化の少ない高特性温度
の素子が望まれている。
【０００３】このような素子を実現することを意図した
材料として、特開平６−３７３５５号には、Ｎと他のＶ
族元素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体であるＧａＩｎＮ
Ａｓ系材料をＧａＡｓ基板上に形成することが提案され
ており、ＧａＡｓより格子定数が大きいＧａＩｎＡｓに
Ｎを添加することで格子定数をＧａＡｓに格子整合させ
ることが可能であり、さらに、バンドギャップエネルギ
ーが小さくなり１．３μｍ，１．５μｍ帯での発光が可
能な材料であるとされている。ここで、ＧａＩｎＮＡｓ
系材料の成長方法には、活性窒素を用いた低圧ＭＯＣＶ
Ｄ(metal organic chemical vapor deposition)法を用
いている。
材料として、特開平６−３７３５５号には、Ｎと他のＶ
族元素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体であるＧａＩｎＮ
Ａｓ系材料をＧａＡｓ基板上に形成することが提案され
ており、ＧａＡｓより格子定数が大きいＧａＩｎＡｓに
Ｎを添加することで格子定数をＧａＡｓに格子整合させ
ることが可能であり、さらに、バンドギャップエネルギ
ーが小さくなり１．３μｍ，１．５μｍ帯での発光が可
能な材料であるとされている。ここで、ＧａＩｎＮＡｓ
系材料の成長方法には、活性窒素を用いた低圧ＭＯＣＶ
Ｄ(metal organic chemical vapor deposition)法を用
いている。
【０００４】また、文献「Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35(199
6)pp.1273-1275」では、近藤らによりバンドラインナッ
プが計算されている。この文献では、ＧａＡｓ格子整合
系でＡｌＧａＡｓをクラッド層に用いることで、伝導帯
のバンド不連続が大きくなる。このため高特性温度半導
体レーザが実現できると予想されている。なお、ＧａＡ
ｓ格子整合系の成長方法には、活性窒素を用いたガスソ
ースＭＢＥ(molecularbeam epitaxy)法を用いている。
6)pp.1273-1275」では、近藤らによりバンドラインナッ
プが計算されている。この文献では、ＧａＡｓ格子整合
系でＡｌＧａＡｓをクラッド層に用いることで、伝導帯
のバンド不連続が大きくなる。このため高特性温度半導
体レーザが実現できると予想されている。なお、ＧａＡ
ｓ格子整合系の成長方法には、活性窒素を用いたガスソ
ースＭＢＥ(molecularbeam epitaxy)法を用いている。
【０００５】また、Ｎ(窒素)元素と他のＶ族元素を含ん
だIII−Ｖ族混晶半導体の成長に関して特開平６−３７
３５５号では、高周波プラズマにより活性化した窒素ガ
スもしくは窒素化合物ガスを窒素源としたＭＯＣＶＤ法
について述べられており、また、特開平７−１５４０２
３号や特開平９−２８３８５７号では、ＤＭＨｙ(ジメ
チルヒドラジン)を窒素源としたＭＯＣＶＤ法について
述べられており、また、特開平６−３３４１６８号で
は、活性化窒素を用いたＭＢＥ法について述べられてい
る。
だIII−Ｖ族混晶半導体の成長に関して特開平６−３７
３５５号では、高周波プラズマにより活性化した窒素ガ
スもしくは窒素化合物ガスを窒素源としたＭＯＣＶＤ法
について述べられており、また、特開平７−１５４０２
３号や特開平９−２８３８５７号では、ＤＭＨｙ(ジメ
チルヒドラジン)を窒素源としたＭＯＣＶＤ法について
述べられており、また、特開平６−３３４１６８号で
は、活性化窒素を用いたＭＢＥ法について述べられてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】Ｎ元素と他のＶ族元素
を含んだIII−Ｖ族混晶半導体は、Ｎ元素の原子半径が
他の元素の原子半径に比べて小さいことに起因して、混
晶組成のほとんどが非混和領域にあり、結晶成長が非常
に難しい。非平衡度の高いＭＯＣＶＤ法(有機金属気相
成長法)やＭＢＥ法(分子線エピタキシー法)によりわず
かの窒素組成の結晶が成長可能となるものである。この
ような成長の困難な材料の結晶成長においては、特に成
長初期の成長核形成が非常に重要である。しかしなが
ら、従来技術では成長初期の成長核形成については述べ
られていない。
を含んだIII−Ｖ族混晶半導体は、Ｎ元素の原子半径が
他の元素の原子半径に比べて小さいことに起因して、混
晶組成のほとんどが非混和領域にあり、結晶成長が非常
に難しい。非平衡度の高いＭＯＣＶＤ法(有機金属気相
成長法)やＭＢＥ法(分子線エピタキシー法)によりわず
かの窒素組成の結晶が成長可能となるものである。この
ような成長の困難な材料の結晶成長においては、特に成
長初期の成長核形成が非常に重要である。しかしなが
ら、従来技術では成長初期の成長核形成については述べ
られていない。
【０００７】本発明は、成長核形成を促進させ、Ｖ族元
素にＮ元素を含んだ結晶性の良好な混晶半導体を容易に
得ることの可能な半導体製造方法および半導体積層構造
および半導体発光素子を提供することを目的としてい
る。
素にＮ元素を含んだ結晶性の良好な混晶半導体を容易に
得ることの可能な半導体製造方法および半導体積層構造
および半導体発光素子を提供することを目的としてい
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、Ｖ族元素としてＮ(窒素)元
素および他の１種以上のＶ族元素と、III族元素とから
構成されるIII−Ｖ族混晶半導体を含んだ化合物半導体
を、Ｎ元素を含まない半導体層上に成長する半導体製造
方法において、Ｎ元素と他の１種以上のＶ族元素とを構
成元素として含んだ半導体層を成長する前に、III族原
料を供給せず、少なくともＮ元素の原料を供給し、Ｎ元
素を含まない半導体層の表面のＶ族元素の一部をＮに置
換する工程を含むことを特徴としている。
に、請求項１記載の発明は、Ｖ族元素としてＮ(窒素)元
素および他の１種以上のＶ族元素と、III族元素とから
構成されるIII−Ｖ族混晶半導体を含んだ化合物半導体
を、Ｎ元素を含まない半導体層上に成長する半導体製造
方法において、Ｎ元素と他の１種以上のＶ族元素とを構
成元素として含んだ半導体層を成長する前に、III族原
料を供給せず、少なくともＮ元素の原料を供給し、Ｎ元
素を含まない半導体層の表面のＶ族元素の一部をＮに置
換する工程を含むことを特徴としている。
【０００９】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の半導体製造方法において、Ｎ元素と他の１種以上の
Ｖ族元素とを含んだ半導体層を、Ｎ元素を含まない半導
体層上に成長する前に、III族原料を供給せず、Ｖ族の
構成元素であるＮ元素の原料および他のＶ族元素の原料
を同時に供給し、表面のＶ族元素の一部をＮに置換する
工程を含むことを特徴としている。
載の半導体製造方法において、Ｎ元素と他の１種以上の
Ｖ族元素とを含んだ半導体層を、Ｎ元素を含まない半導
体層上に成長する前に、III族原料を供給せず、Ｖ族の
構成元素であるＮ元素の原料および他のＶ族元素の原料
を同時に供給し、表面のＶ族元素の一部をＮに置換する
工程を含むことを特徴としている。
【００１０】また、請求項３記載の発明は、請求項１ま
たは請求項２記載の半導体製造方法において、Ｎ元素の
原料としてＤＭＨｙ(ジメチルヒドラジン)，ＭＭＨｙ
(モノメチルヒドラジン)等の有機系窒素化合物を用いる
ことを特徴としている。
たは請求項２記載の半導体製造方法において、Ｎ元素の
原料としてＤＭＨｙ(ジメチルヒドラジン)，ＭＭＨｙ
(モノメチルヒドラジン)等の有機系窒素化合物を用いる
ことを特徴としている。
【００１１】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至請求項３記載のいずれか１項に記載の半導体製造方法
において、上記Ｎ元素と他の１種以上のＶ族元素とを含
んだ半導体層は、ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y(０≦ｘ≦
１，０＜ｙ＜１)からなることを特徴としている。
至請求項３記載のいずれか１項に記載の半導体製造方法
において、上記Ｎ元素と他の１種以上のＶ族元素とを含
んだ半導体層は、ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y(０≦ｘ≦
１，０＜ｙ＜１)からなることを特徴としている。
【００１２】また、請求項５記載の発明は、Ｖ族構成元
素としてＮ(窒素)元素および他の１種以上のＶ族元素
と、III族元素とから構成されるIII−Ｖ族混晶半導体を
含んだ化合物半導体を、Ｎ元素を含まない半導体層上に
成長した半導体積層構造において、Ｎ元素を含まない半
導体層と、Ｎ元素と他の１種以上のＶ族元素とを構成元
素として含んだ半導体層との界面に炭素が添加されてい
ることを特徴としている。
素としてＮ(窒素)元素および他の１種以上のＶ族元素
と、III族元素とから構成されるIII−Ｖ族混晶半導体を
含んだ化合物半導体を、Ｎ元素を含まない半導体層上に
成長した半導体積層構造において、Ｎ元素を含まない半
導体層と、Ｎ元素と他の１種以上のＶ族元素とを構成元
素として含んだ半導体層との界面に炭素が添加されてい
ることを特徴としている。
【００１３】また、請求項６記載の発明は、請求項５記
載の半導体積層構造を用いることを特徴としている。
載の半導体積層構造を用いることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。本発明の半導体製造方法は、Ｖ族元
素としてＮ(窒素)元素および他の１種以上のＶ族元素
と、III族元素とから構成されるIII−Ｖ族混晶半導体を
含んだ化合物半導体を、Ｎを含まない半導体層上に成長
するものであって、Ｎ元素と他の１種以上のＶ族元素と
を構成元素として含んだ半導体層を成長する前に、III
族原料を供給せず、少なくともＮ元素の原料を供給し、
Ｎ元素を含まない半導体層の表面のＶ族元素の一部をＮ
に置換するようになっている。
基づいて説明する。本発明の半導体製造方法は、Ｖ族元
素としてＮ(窒素)元素および他の１種以上のＶ族元素
と、III族元素とから構成されるIII−Ｖ族混晶半導体を
含んだ化合物半導体を、Ｎを含まない半導体層上に成長
するものであって、Ｎ元素と他の１種以上のＶ族元素と
を構成元素として含んだ半導体層を成長する前に、III
族原料を供給せず、少なくともＮ元素の原料を供給し、
Ｎ元素を含まない半導体層の表面のＶ族元素の一部をＮ
に置換するようになっている。
【００１５】Ｎ元素と他のＶ族元素を含んだIII−Ｖ族
混晶半導体は、非混和領域が大きく結晶成長は難しい。
このような成長の困難な材料の結晶成長においては、特
に成長初期の成長核形成が非常に重要である。本発明で
は、Ｎ元素を含まない半導体層上にＮ元素と他のＶ族元
素とを含んだIII−Ｖ族混晶半導体を成長する前に、III
族原料を供給せず、少なくともＮ元素の原料を供給する
ことで、Ｎ元素を含まない半導体層の表面のＶ族元素の
一部を容易に均一にＮに置換することができる。すなわ
ち、結晶は、下地の情報を反映して成長する性質があ
る。本発明では、Ｎ元素と他のＶ族元素を含んだIII−
Ｖ族混晶半導体が表面に存在するので、これを成長のき
っかけとすることができ、Ｎ元素と他のＶ族元素を含ん
だIII−Ｖ族混晶半導体を容易にかつ良好に成長するこ
とができる。
混晶半導体は、非混和領域が大きく結晶成長は難しい。
このような成長の困難な材料の結晶成長においては、特
に成長初期の成長核形成が非常に重要である。本発明で
は、Ｎ元素を含まない半導体層上にＮ元素と他のＶ族元
素とを含んだIII−Ｖ族混晶半導体を成長する前に、III
族原料を供給せず、少なくともＮ元素の原料を供給する
ことで、Ｎ元素を含まない半導体層の表面のＶ族元素の
一部を容易に均一にＮに置換することができる。すなわ
ち、結晶は、下地の情報を反映して成長する性質があ
る。本発明では、Ｎ元素と他のＶ族元素を含んだIII−
Ｖ族混晶半導体が表面に存在するので、これを成長のき
っかけとすることができ、Ｎ元素と他のＶ族元素を含ん
だIII−Ｖ族混晶半導体を容易にかつ良好に成長するこ
とができる。
【００１６】また、本発明では、Ｎ元素と他の１種以上
のＶ族元素とを含んだ半導体層を、Ｎ元素を含まない半
導体層上に成長する前に、III族原料を供給せず、Ｖ族
の構成元素であるＮ元素の原料および他のＶ族元素の原
料を同時に供給し、表面のＶ族元素の一部をＮに置換す
ることができる。
のＶ族元素とを含んだ半導体層を、Ｎ元素を含まない半
導体層上に成長する前に、III族原料を供給せず、Ｖ族
の構成元素であるＮ元素の原料および他のＶ族元素の原
料を同時に供給し、表面のＶ族元素の一部をＮに置換す
ることができる。
【００１７】Ｎ元素を含まない半導体層上にＮ元素と他
のＶ族元素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体を成長する前
に、III族原料を供給せず、Ｎの原料および他のＶ族元
素の原料を同時に供給することで、Ｎ元素を含まない半
導体層の表面のＶ族元素の一部を容易に均一にＮに置換
することができるとともに、他のＶ族元素の原料も同時
に供給することにより下地結晶のＶ族元素の過剰な脱離
を防ぐことができ、結晶欠陥である空孔の発生が抑制さ
れ、結晶性が極めて良好になる。
のＶ族元素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体を成長する前
に、III族原料を供給せず、Ｎの原料および他のＶ族元
素の原料を同時に供給することで、Ｎ元素を含まない半
導体層の表面のＶ族元素の一部を容易に均一にＮに置換
することができるとともに、他のＶ族元素の原料も同時
に供給することにより下地結晶のＶ族元素の過剰な脱離
を防ぐことができ、結晶欠陥である空孔の発生が抑制さ
れ、結晶性が極めて良好になる。
【００１８】なお、本発明において、Ｎ元素の原料とし
て、ＤＭＨｙ(ジメチルヒドラジン)，ＭＭＨｙ(モノメ
チルヒドラジン)等の有機系窒素化合物を用いることが
できる。
て、ＤＭＨｙ(ジメチルヒドラジン)，ＭＭＨｙ(モノメ
チルヒドラジン)等の有機系窒素化合物を用いることが
できる。
【００１９】高温ほど成長層を形成する各元素の蒸気圧
が高くなり、特に、Ｎ(窒素)を添加することが困難にな
るので、Ｎ元素を含まない半導体層の表面のＶ族元素の
一部をＮに置換する工程は低温で行なうのが望ましい。
ＤＭＨｙ(ジメチルヒドラジン)，ＭＭＨｙ(モノメチル
ヒドラジン)等の有機系窒素化合物は、分解温度が低
く、Ｎ元素を含まない半導体層の表面のＶ族元素の一部
を低温で容易にＮに置換することが可能である。
が高くなり、特に、Ｎ(窒素)を添加することが困難にな
るので、Ｎ元素を含まない半導体層の表面のＶ族元素の
一部をＮに置換する工程は低温で行なうのが望ましい。
ＤＭＨｙ(ジメチルヒドラジン)，ＭＭＨｙ(モノメチル
ヒドラジン)等の有機系窒素化合物は、分解温度が低
く、Ｎ元素を含まない半導体層の表面のＶ族元素の一部
を低温で容易にＮに置換することが可能である。
【００２０】また、本発明において、上記Ｎ元素と他の
１種以上のＶ族元素とを含んだ半導体層は、例えば、Ｇ
ａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y(０≦ｘ≦１，０＜ｙ＜１)からな
っている。
１種以上のＶ族元素とを含んだ半導体層は、例えば、Ｇ
ａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y(０≦ｘ≦１，０＜ｙ＜１)からな
っている。
【００２１】ＧａＩｎＮＡｓは、ＧａＩｎＡｓとＧａＩ
ｎＮとの混晶であり、ＧａＡｓより格子定数が大きいＧ
ａＩｎＡｓに、ＧａＡｓより格子定数が小さいＧａＩｎ
Ｎを添加したＧａＩｎＮＡｓは、格子定数をＧａＡｓに
格子整合させることが可能であり、さらにバンドギャッ
プエネルギーが小さくなり、光通信で使用される１．３
μｍ，１．５μｍ帯での発光が可能な材料である。すな
わち、Ｎ元素と他の１種以上のＶ族元素とを含んだ半導
体層がＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y(０≦ｘ≦１，０＜ｙ＜
１)からなる場合、この半導体層は、ＧａＡｓ格子整合
系となるので、ＡｌＧａＡｓ等のワイドギャップ材料を
クラッド層に用いることで伝導帯のバンド不連続を大き
くすることができる。これにより、注入キャリアのオー
バーフローを防ぐことができ、高特性温度半導体レーザ
を実現できる。
ｎＮとの混晶であり、ＧａＡｓより格子定数が大きいＧ
ａＩｎＡｓに、ＧａＡｓより格子定数が小さいＧａＩｎ
Ｎを添加したＧａＩｎＮＡｓは、格子定数をＧａＡｓに
格子整合させることが可能であり、さらにバンドギャッ
プエネルギーが小さくなり、光通信で使用される１．３
μｍ，１．５μｍ帯での発光が可能な材料である。すな
わち、Ｎ元素と他の１種以上のＶ族元素とを含んだ半導
体層がＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y(０≦ｘ≦１，０＜ｙ＜
１)からなる場合、この半導体層は、ＧａＡｓ格子整合
系となるので、ＡｌＧａＡｓ等のワイドギャップ材料を
クラッド層に用いることで伝導帯のバンド不連続を大き
くすることができる。これにより、注入キャリアのオー
バーフローを防ぐことができ、高特性温度半導体レーザ
を実現できる。
【００２２】また、本発明に係る半導体積層構造は、Ｖ
族構成元素としてＮ(窒素)元素および他の１種以上のＶ
族元素と、III族元素とから構成されるIII−Ｖ族混晶半
導体を含んだ化合物半導体を、Ｎ元素を含まない半導体
層上に成長したものであって、Ｎ元素を含まない半導体
層と、Ｎ元素と他の１種以上のＶ族元素とを構成元素と
して含んだ半導体層との界面に、炭素が添加されたもの
となっている。
族構成元素としてＮ(窒素)元素および他の１種以上のＶ
族元素と、III族元素とから構成されるIII−Ｖ族混晶半
導体を含んだ化合物半導体を、Ｎ元素を含まない半導体
層上に成長したものであって、Ｎ元素を含まない半導体
層と、Ｎ元素と他の１種以上のＶ族元素とを構成元素と
して含んだ半導体層との界面に、炭素が添加されたもの
となっている。
【００２３】上記Ｎ元素を含まない半導体層の表面のＶ
族元素の一部をＮに置換する際、窒素と同時に炭素が取
り込まれていることがわかった。炭素の取り込みは、Ｎ
元素を含まない半導体層の表面のＶ族元素の一部をＮ
(窒素)に置換するメカニズム上必要である。
族元素の一部をＮに置換する際、窒素と同時に炭素が取
り込まれていることがわかった。炭素の取り込みは、Ｎ
元素を含まない半導体層の表面のＶ族元素の一部をＮ
(窒素)に置換するメカニズム上必要である。
【００２４】また、上記の半導体積層構造を用いて、半
導体発光素子(半導体レーザまたは発光ダイオード)を作
製できる。
導体発光素子(半導体レーザまたは発光ダイオード)を作
製できる。
【００２５】本発明では、Ｎ元素と他のＶ族元素を含ん
だIII−Ｖ族混晶半導体を容易にかつ良好な結晶性で成
長することができるので、これを用いて半導体発光素子
(半導体レーザまたは発光ダイオード)を作製する場合、
発光特性は向上し、発光効率の高い発光ダイオード，低
しきい値電流の半導体レーザを得ることができる。
だIII−Ｖ族混晶半導体を容易にかつ良好な結晶性で成
長することができるので、これを用いて半導体発光素子
(半導体レーザまたは発光ダイオード)を作製する場合、
発光特性は向上し、発光効率の高い発光ダイオード，低
しきい値電流の半導体レーザを得ることができる。
【００２６】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【００２７】実施例１ 実施例１では、図１に示すような半導体積層構造を作製
した。なお、この実施例１では、Ｎと他のＶ族元素を含
んだIII−Ｖ族混晶半導体にはＧａＩｎＮＡｓを用い
た。
した。なお、この実施例１では、Ｎと他のＶ族元素を含
んだIII−Ｖ族混晶半導体にはＧａＩｎＮＡｓを用い
た。
【００２８】すなわち、実施例１では、ｎ−ＧａＡｓ基
板１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２，ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓ層３(膜厚０．２μｍ)，ＧａＡｓ層４(膜厚０．１μ
ｍ)，圧縮歪を有するＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層５(膜厚
７ｎｍ)，ＧａＡｓ層６(膜厚５０ｎｍ)，ｐ−ＡｌＧａ
Ａｓ層７(膜厚５０ｎｍ)が、順次に形成(成長)されてい
る。また、図１の半導体積層構造では、ＧａＡｓ層４と
ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層５との界面８は、ＧａＡｓ層
４の表面のＡｓの一部をＮに置換した界面(ＧａＮＡｓ)
となっている。
板１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２，ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓ層３(膜厚０．２μｍ)，ＧａＡｓ層４(膜厚０．１μ
ｍ)，圧縮歪を有するＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層５(膜厚
７ｎｍ)，ＧａＡｓ層６(膜厚５０ｎｍ)，ｐ−ＡｌＧａ
Ａｓ層７(膜厚５０ｎｍ)が、順次に形成(成長)されてい
る。また、図１の半導体積層構造では、ＧａＡｓ層４と
ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層５との界面８は、ＧａＡｓ層
４の表面のＡｓの一部をＮに置換した界面(ＧａＮＡｓ)
となっている。
【００２９】なお、図１の半導体積層構造の成長方法は
ＭＯＣＶＤ法で行なった。原料にはＴＭＧ(トリメチル
ガリウム)，ＴＭＩ(トリメチルインジウム)，ＡｓＨ
3(アルシン)，そして窒素の原料にはＤＭＨｙ(ジメチル
ヒドラジン)を用いた。キャリアガスにはＨ2を用いた。
ＭＯＣＶＤ法で行なった。原料にはＴＭＧ(トリメチル
ガリウム)，ＴＭＩ(トリメチルインジウム)，ＡｓＨ
3(アルシン)，そして窒素の原料にはＤＭＨｙ(ジメチル
ヒドラジン)を用いた。キャリアガスにはＨ2を用いた。
【００３０】これらの原料および水素ガスが、成長室中
の加熱したサセプター上に置かれたＧａＡｓ基板１上に
供給され、成長が行なわれる。実施例１では、ＧａＩｎ
ＮＡｓ層５は６００℃で成長した。また、ＧａＩｎＮＡ
ｓ層５のＮ組成は、ＡｓＨ3に対するＤＭＨｙの供給量
比を増やすほど、また、成長温度を下げるほど、また、
成長速度を上げるほど、大きくなる傾向がある。ＧａＩ
ｎＮＡｓ材料系の成長は、III族原料の供給律則で成長
が行なわれる。つまり、III族原料を供給すると成長が
始まる。本発明の成長方法では、ＧａＡｓ層４上にＧａ
ＩｎＮＡｓ層５を成長するときには、III族原料(実施例
１では、ＴＭＩ，ＴＭＧ)を供給する前に、Ｎ(窒素)の
原料(実施例１ではＤＭＨｙ)を先行導入し、ＧａＡｓ層
４の表面のＡｓの一部を、Ｎに置換するようにしてい
る。すなわち、ＧａＡｓ層４とＧａＩｎＮＡｓ量子井戸
層５との界面８は、ＧａＡｓ層４の表面のＡｓの一部を
Ｎに置換した界面(ＧａＮＡｓ)となっている。実施例１
では、Ｎの原料(ＤＭＨｙ)を３０秒間、先行導入した。
この時、他のＶ族元素であるＡｓの原料のＡｓＨ3も同
時に供給した。ＤＭＨｙおよびＡｓＨ3の供給量は、Ｇ
ａＩｎＮＡｓ層５の成長時のＤＭＨｙおよびＡｓＨ3の
供給量と同じにした。
の加熱したサセプター上に置かれたＧａＡｓ基板１上に
供給され、成長が行なわれる。実施例１では、ＧａＩｎ
ＮＡｓ層５は６００℃で成長した。また、ＧａＩｎＮＡ
ｓ層５のＮ組成は、ＡｓＨ3に対するＤＭＨｙの供給量
比を増やすほど、また、成長温度を下げるほど、また、
成長速度を上げるほど、大きくなる傾向がある。ＧａＩ
ｎＮＡｓ材料系の成長は、III族原料の供給律則で成長
が行なわれる。つまり、III族原料を供給すると成長が
始まる。本発明の成長方法では、ＧａＡｓ層４上にＧａ
ＩｎＮＡｓ層５を成長するときには、III族原料(実施例
１では、ＴＭＩ，ＴＭＧ)を供給する前に、Ｎ(窒素)の
原料(実施例１ではＤＭＨｙ)を先行導入し、ＧａＡｓ層
４の表面のＡｓの一部を、Ｎに置換するようにしてい
る。すなわち、ＧａＡｓ層４とＧａＩｎＮＡｓ量子井戸
層５との界面８は、ＧａＡｓ層４の表面のＡｓの一部を
Ｎに置換した界面(ＧａＮＡｓ)となっている。実施例１
では、Ｎの原料(ＤＭＨｙ)を３０秒間、先行導入した。
この時、他のＶ族元素であるＡｓの原料のＡｓＨ3も同
時に供給した。ＤＭＨｙおよびＡｓＨ3の供給量は、Ｇ
ａＩｎＮＡｓ層５の成長時のＤＭＨｙおよびＡｓＨ3の
供給量と同じにした。
【００３１】図２には、ＤＭＨｙの先行導入時間０秒(I
II族原料とＤＭＨｙを同時に供給)で成長したエピウエ
ハ(サンプルＡ)と、実施例１(ＤＭＨｙの先行導入時間
３０秒)により成長したエピウエハ(サンプルＢ)との、
室温でのＰＬ(photo luminescence)強度特性が示されて
いる。なお、サンプルＡは、ＰＬ特性の目盛を１０倍に
したものとして示されている。図２から、実施例１(サ
ンプルＢ)の方がＰＬ強度は１桁以上高くなっており、
結晶性が改善されていることがわかる。このことから、
III族原料を供給する前に、Ｎ(窒素)の原料(実施例１で
はＤＭＨｙ)を先行導入することが有効であることがわ
かる。
II族原料とＤＭＨｙを同時に供給)で成長したエピウエ
ハ(サンプルＡ)と、実施例１(ＤＭＨｙの先行導入時間
３０秒)により成長したエピウエハ(サンプルＢ)との、
室温でのＰＬ(photo luminescence)強度特性が示されて
いる。なお、サンプルＡは、ＰＬ特性の目盛を１０倍に
したものとして示されている。図２から、実施例１(サ
ンプルＢ)の方がＰＬ強度は１桁以上高くなっており、
結晶性が改善されていることがわかる。このことから、
III族原料を供給する前に、Ｎ(窒素)の原料(実施例１で
はＤＭＨｙ)を先行導入することが有効であることがわ
かる。
【００３２】すなわち、Ｎ元素を含まない半導体層Ｇａ
Ａｓ上にＮ元素と他のＶ族元素を含んだIII−Ｖ族混晶
半導体ＧａＩｎＮＡｓを成長する前に、III族原料を供
給せず、Ｎの原料ＤＭＨｙおよび他のＶ族元素の原料Ａ
ｓＨ3を同時に供給すると、ＧａＡｓ層４の表面のＶ族
元素の一部を容易にかつ均一にＮに置換し、ＧａＮＡｓ
とすることができる。
Ａｓ上にＮ元素と他のＶ族元素を含んだIII−Ｖ族混晶
半導体ＧａＩｎＮＡｓを成長する前に、III族原料を供
給せず、Ｎの原料ＤＭＨｙおよび他のＶ族元素の原料Ａ
ｓＨ3を同時に供給すると、ＧａＡｓ層４の表面のＶ族
元素の一部を容易にかつ均一にＮに置換し、ＧａＮＡｓ
とすることができる。
【００３３】また、結晶成長では下地の情報を反映して
成長する性質があり、実施例１の場合、ＧａＩｎＮＡｓ
層５の成長に先立って、その下地に、Ｎ元素と他のＶ族
元素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体であるＧａＮＡｓが
表面(界面)に存在するので、これを成長のきっかけとす
ることができ、容易に良好なＧａＩｎＮＡｓ層５を成長
することができたと考えられる。また、ＧａＡｓ層４の
表面のＶ族元素の一部のみをＮに置換するので、Ａｓ元
素も表面に存在する。同時に、他のＶ族元素の原料Ａｓ
Ｈ3も供給することにより、下地結晶のＶ族元素の過剰
な脱離を防ぐことができ、結晶欠陥であるＶ族の空孔の
発生が抑制されて、結晶性が極めて良好になったと考え
られる。
成長する性質があり、実施例１の場合、ＧａＩｎＮＡｓ
層５の成長に先立って、その下地に、Ｎ元素と他のＶ族
元素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体であるＧａＮＡｓが
表面(界面)に存在するので、これを成長のきっかけとす
ることができ、容易に良好なＧａＩｎＮＡｓ層５を成長
することができたと考えられる。また、ＧａＡｓ層４の
表面のＶ族元素の一部のみをＮに置換するので、Ａｓ元
素も表面に存在する。同時に、他のＶ族元素の原料Ａｓ
Ｈ3も供給することにより、下地結晶のＶ族元素の過剰
な脱離を防ぐことができ、結晶欠陥であるＶ族の空孔の
発生が抑制されて、結晶性が極めて良好になったと考え
られる。
【００３４】また、図３には、ＧａＡｓ層４／ＧａＩｎ
ＮＡｓ層５／ＧａＡｓ層６の構造のＳＩＭＳ分析による
各元素(Ｎ(窒素)，Ｃ(炭素))の濃度プロファイルを示
す。図３から、Ｎ(窒素)の添加されたＧａＩｎＮＡｓ層
５とその下地のＧａＡｓ層４との間(深さ約０．１５μ
ｍのところ)に、Ｃ(炭素)が存在していることがわか
る。データは示さないが、この炭素(Ｃ)の濃度は、窒素
(Ｎ)の濃度とともに高くなるので、ＤＭＨｙのメチル基
の炭素(Ｃ)に起因していると考えられる。このことは、
炭素の取り込まれは、Ｎを含まない半導体層の表面のＶ
族元素の一部をＮに置換するメカニズム上必要であると
考えられる。
ＮＡｓ層５／ＧａＡｓ層６の構造のＳＩＭＳ分析による
各元素(Ｎ(窒素)，Ｃ(炭素))の濃度プロファイルを示
す。図３から、Ｎ(窒素)の添加されたＧａＩｎＮＡｓ層
５とその下地のＧａＡｓ層４との間(深さ約０．１５μ
ｍのところ)に、Ｃ(炭素)が存在していることがわか
る。データは示さないが、この炭素(Ｃ)の濃度は、窒素
(Ｎ)の濃度とともに高くなるので、ＤＭＨｙのメチル基
の炭素(Ｃ)に起因していると考えられる。このことは、
炭素の取り込まれは、Ｎを含まない半導体層の表面のＶ
族元素の一部をＮに置換するメカニズム上必要であると
考えられる。
【００３５】実施例１では、ＤＭＨｙの先行導入時間を
３０秒としたが、ＰＬ強度が強くなるような任意の時間
に設定することができる。また、実施例１では、ＭＯＣ
ＶＤ法での成長の例を示したが、ＭＢＥ法等の他の成長
方法を用いることもできる。また、窒素の原料にＤＭＨ
ｙを用いたが、窒素の原料として、活性化した窒素やＮ
Ｈ3等他の窒素化合物を用いることもできる。もちろ
ん、窒素以外の原料として他の材料を用いても良い。ま
た、実施例１では、Ｎと他のＶ族元素を含んだIII−Ｖ
族混晶半導体として、ＧａＩｎＮＡｓの例を示したが、
この他にも、Ｎと他のＶ族元素を含んだ任意のIII−Ｖ
族混晶半導体を成長する場合にも適用できる。
３０秒としたが、ＰＬ強度が強くなるような任意の時間
に設定することができる。また、実施例１では、ＭＯＣ
ＶＤ法での成長の例を示したが、ＭＢＥ法等の他の成長
方法を用いることもできる。また、窒素の原料にＤＭＨ
ｙを用いたが、窒素の原料として、活性化した窒素やＮ
Ｈ3等他の窒素化合物を用いることもできる。もちろ
ん、窒素以外の原料として他の材料を用いても良い。ま
た、実施例１では、Ｎと他のＶ族元素を含んだIII−Ｖ
族混晶半導体として、ＧａＩｎＮＡｓの例を示したが、
この他にも、Ｎと他のＶ族元素を含んだ任意のIII−Ｖ
族混晶半導体を成長する場合にも適用できる。
【００３６】実施例２ 実施例２では、図４に示すような半導体発光素子(半導
体レーザ素子)を作製した。なお、以下では、最も基本
的な構造である絶縁膜ストライプ型レーザを例にして説
明する。層構造としてはＳＣＨ−ＳＱＷ(Separate Conf
inement Heterostructure Single Quantum Well)構造で
ある。
体レーザ素子)を作製した。なお、以下では、最も基本
的な構造である絶縁膜ストライプ型レーザを例にして説
明する。層構造としてはＳＣＨ−ＳＱＷ(Separate Conf
inement Heterostructure Single Quantum Well)構造で
ある。
【００３７】すなわち、図４の半導体発光素子では、ｎ
−ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１
２，ｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ下部クラッド層１３(膜厚
が１．５μｍ)，ＧａＡｓ光ガイド層１４(膜厚が１２０
ｎｍ)，ＰＬ波長１．３μｍのＧａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ0.02Ａ
ｓ0.98である井戸層１５(膜厚が１０ｎｍ，圧縮歪約１
％)，ＧａＡｓ光ガイド層１６(膜厚が１２０ｎｍ)，ｐ
−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ上部クラッド層１７(膜厚が１．
５μｍ)，ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１８(膜厚が０．３
μｍ)が順次に形成されている。また、図４の半導体発
光素子では、ＧａＡｓ層１４とＧａＩｎＮＡｓ量子井戸
層１５との界面２２は、ＧａＡｓ層１４の表面のＡｓの
一部をＮに置換した界面(ＧａＮＡｓ)となっている。
−ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１
２，ｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ下部クラッド層１３(膜厚
が１．５μｍ)，ＧａＡｓ光ガイド層１４(膜厚が１２０
ｎｍ)，ＰＬ波長１．３μｍのＧａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ0.02Ａ
ｓ0.98である井戸層１５(膜厚が１０ｎｍ，圧縮歪約１
％)，ＧａＡｓ光ガイド層１６(膜厚が１２０ｎｍ)，ｐ
−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ上部クラッド層１７(膜厚が１．
５μｍ)，ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１８(膜厚が０．３
μｍ)が順次に形成されている。また、図４の半導体発
光素子では、ＧａＡｓ層１４とＧａＩｎＮＡｓ量子井戸
層１５との界面２２は、ＧａＡｓ層１４の表面のＡｓの
一部をＮに置換した界面(ＧａＮＡｓ)となっている。
【００３８】また、この半導体発光素子では、その表面
に、ｐ側電極１９が電流注入部となる部分を除去した絶
縁膜２０を介して形成されており、裏面にはｎ側電極２
１が形成されている。
に、ｐ側電極１９が電流注入部となる部分を除去した絶
縁膜２０を介して形成されており、裏面にはｎ側電極２
１が形成されている。
【００３９】なお、成長方法はＭＯＣＶＤ法で行なっ
た。原料には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)，ＡｓＨ3(アルシン)，そして窒素の原料にはＤＭＨ
ｙ(ジメチルヒドラジン)を用いた。キャリアガスにはＨ
2を用いた。また、この実施例では、ＧａＩｎＮＡｓの
井戸層１５は６００℃で成長した。
た。原料には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)，ＡｓＨ3(アルシン)，そして窒素の原料にはＤＭＨ
ｙ(ジメチルヒドラジン)を用いた。キャリアガスにはＨ
2を用いた。また、この実施例では、ＧａＩｎＮＡｓの
井戸層１５は６００℃で成長した。
【００４０】ここで、ＧａＩｎＮＡｓ層１５のＮ組成
は、ＡｓＨ3に対するＤＭＨｙの供給量比を増やすほ
ど、また、成長温度を下げるほど、また、成長速度を上
げるほど、大きくなる傾向があった。本発明の成長方法
では、ＧａＩｎＮＡｓ層１５を成長するときには、III
族原料を供給する前に窒素の原料(実施例２ではＤＭＨ
ｙ)を先行導入するようにしている。実施例２では、Ｄ
ＭＨｙを６０秒間先行導入した。この時、他のＶ族元素
であるＡｓの原料のＡｓＨ3も同時に供給した。ＤＭＨ
ｙおよびＡｓＨ3の供給量は、ＧａＩｎＮＡｓ層成長時
の供給量と同じにした。実施例２では、ＤＭＨｙの先行
導入時間を６０秒としたが、ＤＭＨｙの先行導入時間と
しては、発光効率が高くなるような任意の時間に設定す
ることができる。また、上述の例では、ＭＯＣＶＤ法で
の成長の例を示したが、ＭＢＥ法等の他の成長方法を用
いることもできる。また、窒素の原料にＤＭＨｙを用い
たが、窒素の原料として、活性化した窒素やＮＨ3等の
他の窒素化合物を用いることもできる。また、積層構造
として単一量子井戸構造(ＳＱＷ)の例を示したが、複数
の量子井戸を用いた構造(ＭＱＷ)や、通常のダブルヘテ
ロ接合(ＤＨ)等を用いることもできる。
は、ＡｓＨ3に対するＤＭＨｙの供給量比を増やすほ
ど、また、成長温度を下げるほど、また、成長速度を上
げるほど、大きくなる傾向があった。本発明の成長方法
では、ＧａＩｎＮＡｓ層１５を成長するときには、III
族原料を供給する前に窒素の原料(実施例２ではＤＭＨ
ｙ)を先行導入するようにしている。実施例２では、Ｄ
ＭＨｙを６０秒間先行導入した。この時、他のＶ族元素
であるＡｓの原料のＡｓＨ3も同時に供給した。ＤＭＨ
ｙおよびＡｓＨ3の供給量は、ＧａＩｎＮＡｓ層成長時
の供給量と同じにした。実施例２では、ＤＭＨｙの先行
導入時間を６０秒としたが、ＤＭＨｙの先行導入時間と
しては、発光効率が高くなるような任意の時間に設定す
ることができる。また、上述の例では、ＭＯＣＶＤ法で
の成長の例を示したが、ＭＢＥ法等の他の成長方法を用
いることもできる。また、窒素の原料にＤＭＨｙを用い
たが、窒素の原料として、活性化した窒素やＮＨ3等の
他の窒素化合物を用いることもできる。また、積層構造
として単一量子井戸構造(ＳＱＷ)の例を示したが、複数
の量子井戸を用いた構造(ＭＱＷ)や、通常のダブルヘテ
ロ接合(ＤＨ)等を用いることもできる。
【００４１】得られた素子を評価したところ、ＤＭＨｙ
の先行導入時間０秒(III族原料とＤＭＨｙを同時に供
給)で成長した素子よりもしきい値電流密度を低減する
ことができ、また温度特性も良好であった。
の先行導入時間０秒(III族原料とＤＭＨｙを同時に供
給)で成長した素子よりもしきい値電流密度を低減する
ことができ、また温度特性も良好であった。
【００４２】Ｎと他のＶ族元素を含んだIII−Ｖ族混晶
半導体ＧａＩｎＮＡｓは、非混和領域が大きく結晶成長
は難しい。このような成長の困難な材料の結晶成長にお
いては、特に成長初期の成長核形成が非常に重要であ
る。Ｎを含まない半導体層(ＧａＡｓ層１４)上に、Ｎと
他のＶ族元素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体(ＧａＩｎＮ
Ａｓ層１５)を成長する前に、III族原料(実施例２で
は、ＴＭＩ，ＴＭＧ)を供給せず、Ｎの原料ＤＭＨｙお
よび他のＶ族元素の原料ＡｓＨ3を同時に供給すると、
ＧａＡｓ層１４の表面のＶ族元素(Ａｓ)の一部を容易に
均一にＮに置換することができる(図４に示すように、
ＧａＡｓ層１４とＧａＩｎＮＡｓ層１５との界面２２
を、ＧａＡｓ層１４の表面のＡｓの一部をＮに置換した
界面(ＧａＮＡｓ)にすることができる)。結晶は、下地
の情報を反映して成長する性質がある。Ｎと他のＶ族元
素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体であるＧａＮＡｓがＧ
ａＡｓ層１４の表面に存在するので、これを成長のきっ
かけとして、容易に良好なＧａＩｎＮＡｓ層１５を成長
することができたと考えられる。また、ＧａＡｓ層１４
の表面のＶ族元素の一部のみをＮに置換するので、Ａｓ
元素も表面に存在する。同時に、他のＶ族元素の原料Ａ
ｓＨ3も供給することにより、下地結晶のＶ族元素の過
剰な脱離を防ぐことができ、結晶欠陥であるＶ族の空孔
の発生が抑制されるので、結晶性が極めて良好になった
と考えられる。
半導体ＧａＩｎＮＡｓは、非混和領域が大きく結晶成長
は難しい。このような成長の困難な材料の結晶成長にお
いては、特に成長初期の成長核形成が非常に重要であ
る。Ｎを含まない半導体層(ＧａＡｓ層１４)上に、Ｎと
他のＶ族元素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体(ＧａＩｎＮ
Ａｓ層１５)を成長する前に、III族原料(実施例２で
は、ＴＭＩ，ＴＭＧ)を供給せず、Ｎの原料ＤＭＨｙお
よび他のＶ族元素の原料ＡｓＨ3を同時に供給すると、
ＧａＡｓ層１４の表面のＶ族元素(Ａｓ)の一部を容易に
均一にＮに置換することができる(図４に示すように、
ＧａＡｓ層１４とＧａＩｎＮＡｓ層１５との界面２２
を、ＧａＡｓ層１４の表面のＡｓの一部をＮに置換した
界面(ＧａＮＡｓ)にすることができる)。結晶は、下地
の情報を反映して成長する性質がある。Ｎと他のＶ族元
素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体であるＧａＮＡｓがＧ
ａＡｓ層１４の表面に存在するので、これを成長のきっ
かけとして、容易に良好なＧａＩｎＮＡｓ層１５を成長
することができたと考えられる。また、ＧａＡｓ層１４
の表面のＶ族元素の一部のみをＮに置換するので、Ａｓ
元素も表面に存在する。同時に、他のＶ族元素の原料Ａ
ｓＨ3も供給することにより、下地結晶のＶ族元素の過
剰な脱離を防ぐことができ、結晶欠陥であるＶ族の空孔
の発生が抑制されるので、結晶性が極めて良好になった
と考えられる。
【００４３】なお、本発明は、発光素子のみならず、受
光素子や電子素子等にも適用できる。すなわち、Ｇａx
Ｉｎ1-xＮyＡｓ1-y(０≦ｘ≦１，０＜ｙ＜１)のような
Ｎと他のＶ族元素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体を用い
た半導体素子の全てに適用できる。
光素子や電子素子等にも適用できる。すなわち、Ｇａx
Ｉｎ1-xＮyＡｓ1-y(０≦ｘ≦１，０＜ｙ＜１)のような
Ｎと他のＶ族元素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体を用い
た半導体素子の全てに適用できる。
【００４４】上記の各実施例では、超格子積層構造にお
ける各原子組成や積層構成を限定したが、もちろん、こ
れらに、他の組成や他の構成を用いることもできる。す
なわち、Ｖ族元素としてＮと他のＶ族元素を含み、III
族元素として複数種のIII族元素を含んだ半導体材料で
あれば、同様の効果を得ることができる。また、本発明
の半導体発光素子は、光通信用半導体レーザ，光書き込
み用半導体レーザとして用いることができ、また、これ
以外にも、発光ダイオード、赤外光用フォトダイオード
として用いることもできる。
ける各原子組成や積層構成を限定したが、もちろん、こ
れらに、他の組成や他の構成を用いることもできる。す
なわち、Ｖ族元素としてＮと他のＶ族元素を含み、III
族元素として複数種のIII族元素を含んだ半導体材料で
あれば、同様の効果を得ることができる。また、本発明
の半導体発光素子は、光通信用半導体レーザ，光書き込
み用半導体レーザとして用いることができ、また、これ
以外にも、発光ダイオード、赤外光用フォトダイオード
として用いることもできる。
【００４５】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項１記載の
発明によれば、Ｎ元素を含まない半導体層上にＮ元素と
他のＶ族元素とを含んだIII−Ｖ族混晶半導体を成長す
る前に、III族原料を供給せず、少なくともＮ元素の原
料を供給することで、Ｎ元素を含まない半導体層の表面
のＶ族元素の一部を容易に均一にＮに置換することがで
きる。すなわち、結晶は、下地の情報を反映して成長す
る性質がある。本発明では、Ｎ元素と他のＶ族元素を含
んだIII−Ｖ族混晶半導体が表面に存在するので、これ
を成長のきっかけとすることができ、Ｎ元素と他のＶ族
元素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体を容易にかつ良好に
成長することができる。
発明によれば、Ｎ元素を含まない半導体層上にＮ元素と
他のＶ族元素とを含んだIII−Ｖ族混晶半導体を成長す
る前に、III族原料を供給せず、少なくともＮ元素の原
料を供給することで、Ｎ元素を含まない半導体層の表面
のＶ族元素の一部を容易に均一にＮに置換することがで
きる。すなわち、結晶は、下地の情報を反映して成長す
る性質がある。本発明では、Ｎ元素と他のＶ族元素を含
んだIII−Ｖ族混晶半導体が表面に存在するので、これ
を成長のきっかけとすることができ、Ｎ元素と他のＶ族
元素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体を容易にかつ良好に
成長することができる。
【００４６】また、請求項２記載の発明によれば、Ｎ元
素を含まない半導体層上にＮ元素と他のＶ族元素を含ん
だIII−Ｖ族混晶半導体を成長する前に、III族原料を供
給せず、Ｎの原料および他のＶ族元素の原料を同時に供
給することで、Ｎ元素を含まない半導体層の表面のＶ族
元素の一部を容易に均一にＮに置換することができると
ともに、他のＶ族元素の原料も同時に供給することによ
り下地結晶のＶ族元素の過剰な脱離を防ぐことができ、
結晶欠陥である空孔の発生が抑制され、結晶性が極めて
良好になる。
素を含まない半導体層上にＮ元素と他のＶ族元素を含ん
だIII−Ｖ族混晶半導体を成長する前に、III族原料を供
給せず、Ｎの原料および他のＶ族元素の原料を同時に供
給することで、Ｎ元素を含まない半導体層の表面のＶ族
元素の一部を容易に均一にＮに置換することができると
ともに、他のＶ族元素の原料も同時に供給することによ
り下地結晶のＶ族元素の過剰な脱離を防ぐことができ、
結晶欠陥である空孔の発生が抑制され、結晶性が極めて
良好になる。
【００４７】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項１または請求項２記載の半導体製造方法において、Ｎ
元素の原料としてＤＭＨｙ(ジメチルヒドラジン)，ＭＭ
Ｈｙ(モノメチルヒドラジン)等の有機系窒素化合物を用
いるので、Ｎ元素を含まない半導体層の表面のＶ族元素
の一部を低温で容易にＮに置換することが可能である。
すなわち、高温ほど成長層を形成する各元素の蒸気圧が
高くなり、特に、Ｎ(窒素)を添加することが困難になる
ので、Ｎ元素を含まない半導体層の表面のＶ族元素の一
部をＮに置換する工程は低温で行なうのが望ましい。Ｄ
ＭＨｙ(ジメチルヒドラジン)，ＭＭＨｙ(モノメチルヒ
ドラジン)等の有機系窒素化合物は、分解温度が低く、
Ｎ元素を含まない半導体層の表面のＶ族元素の一部を低
温で容易にＮに置換することが可能である。
項１または請求項２記載の半導体製造方法において、Ｎ
元素の原料としてＤＭＨｙ(ジメチルヒドラジン)，ＭＭ
Ｈｙ(モノメチルヒドラジン)等の有機系窒素化合物を用
いるので、Ｎ元素を含まない半導体層の表面のＶ族元素
の一部を低温で容易にＮに置換することが可能である。
すなわち、高温ほど成長層を形成する各元素の蒸気圧が
高くなり、特に、Ｎ(窒素)を添加することが困難になる
ので、Ｎ元素を含まない半導体層の表面のＶ族元素の一
部をＮに置換する工程は低温で行なうのが望ましい。Ｄ
ＭＨｙ(ジメチルヒドラジン)，ＭＭＨｙ(モノメチルヒ
ドラジン)等の有機系窒素化合物は、分解温度が低く、
Ｎ元素を含まない半導体層の表面のＶ族元素の一部を低
温で容易にＮに置換することが可能である。
【００４８】また、請求項４記載の発明によれば、請求
項１乃至請求項３記載のいずれか１項に記載の半導体製
造方法において、上記Ｎ元素と他の１種以上のＶ族元素
とを含んだ半導体層は、ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y(０≦
ｘ≦１，０＜ｙ＜１)からなるので、格子定数をＧａＡ
ｓに格子整合させることが可能であり、さらにバンドギ
ャップエネルギーが小さくなり、光通信で使用される
１．３μｍ，１．５μｍ帯での発光が可能な材料であ
る。すなわち、Ｎ元素と他の１種以上のＶ族元素とを含
んだ半導体層がＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y(０≦ｘ≦１，
０＜ｙ＜１)からなる場合、この半導体層は、ＧａＡｓ
格子整合系となるので、ＡｌＧａＡｓ等のワイドギャッ
プ材料をクラッド層に用いることで伝導帯のバンド不連
続を大きくすることができる。これにより、注入キャリ
アのオーバーフローを防ぐことができ、高特性温度半導
体レーザを実現できる。
項１乃至請求項３記載のいずれか１項に記載の半導体製
造方法において、上記Ｎ元素と他の１種以上のＶ族元素
とを含んだ半導体層は、ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y(０≦
ｘ≦１，０＜ｙ＜１)からなるので、格子定数をＧａＡ
ｓに格子整合させることが可能であり、さらにバンドギ
ャップエネルギーが小さくなり、光通信で使用される
１．３μｍ，１．５μｍ帯での発光が可能な材料であ
る。すなわち、Ｎ元素と他の１種以上のＶ族元素とを含
んだ半導体層がＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y(０≦ｘ≦１，
０＜ｙ＜１)からなる場合、この半導体層は、ＧａＡｓ
格子整合系となるので、ＡｌＧａＡｓ等のワイドギャッ
プ材料をクラッド層に用いることで伝導帯のバンド不連
続を大きくすることができる。これにより、注入キャリ
アのオーバーフローを防ぐことができ、高特性温度半導
体レーザを実現できる。
【００４９】また、請求項５記載の発明によれば、Ｖ族
構成元素としてＮ(窒素)元素および他の１種以上のＶ族
元素と、III族元素とから構成されるIII−Ｖ族混晶半導
体を含んだ化合物半導体を、Ｎ元素を含まない半導体層
上に成長した半導体積層構造において、Ｎ元素を含まな
い半導体層と、Ｎ元素と他の１種以上のＶ族元素とを構
成元素として含んだ半導体層との界面に炭素が添加され
ている。ここで、炭素の取り込みは、Ｎ元素を含まない
半導体層の表面のＶ族元素の一部をＮ(窒素)に置換する
メカニズム上必要である。
構成元素としてＮ(窒素)元素および他の１種以上のＶ族
元素と、III族元素とから構成されるIII−Ｖ族混晶半導
体を含んだ化合物半導体を、Ｎ元素を含まない半導体層
上に成長した半導体積層構造において、Ｎ元素を含まな
い半導体層と、Ｎ元素と他の１種以上のＶ族元素とを構
成元素として含んだ半導体層との界面に炭素が添加され
ている。ここで、炭素の取り込みは、Ｎ元素を含まない
半導体層の表面のＶ族元素の一部をＮ(窒素)に置換する
メカニズム上必要である。
【００５０】また、請求項６記載の発明によれば、請求
項５記載の半導体積層構造を用いるので、Ｎ元素と他の
Ｖ族元素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体を容易にかつ良
好な結晶性で成長することができ、これを用いて半導体
発光素子(半導体レーザまたは発光ダイオード)を作製す
る場合、発光特性は向上し、発光効率の高い発光ダイオ
ード，低しきい値電流の半導体レーザを得ることができ
る。
項５記載の半導体積層構造を用いるので、Ｎ元素と他の
Ｖ族元素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体を容易にかつ良
好な結晶性で成長することができ、これを用いて半導体
発光素子(半導体レーザまたは発光ダイオード)を作製す
る場合、発光特性は向上し、発光効率の高い発光ダイオ
ード，低しきい値電流の半導体レーザを得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の半導体積層構造を示す図で
ある。
ある。
【図２】ＤＭＨｙの先行導入時間０秒(III族原料とＤＭ
Ｈｙを同時に供給)で成長したエピウエハ(サンプルＡ)
と、実施例１(ＤＭＨｙの先行導入時間３０秒)により成
長されたエピウエハ(サンプルＢ)との、室温でのＰＬ(p
hoto luminescence)強度特性を示す図である。
Ｈｙを同時に供給)で成長したエピウエハ(サンプルＡ)
と、実施例１(ＤＭＨｙの先行導入時間３０秒)により成
長されたエピウエハ(サンプルＢ)との、室温でのＰＬ(p
hoto luminescence)強度特性を示す図である。
【図３】ＧａＡｓ層／ＧａＩｎＮＡｓ層／ＧａＡｓ層の
構造のＳＩＭＳ分析による各元素(Ｎ(窒素)，Ｃ(炭素))
の濃度プロファイルを示す図である。
構造のＳＩＭＳ分析による各元素(Ｎ(窒素)，Ｃ(炭素))
の濃度プロファイルを示す図である。
【図４】本発明の実施例２の半導体発光素子を示す図で
ある。
ある。
１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２ ｎ−ＧａＡｓバッファ層 ３ ｎ−ＡｌＧａＡｓ層 ４ ＧａＡｓ層 ５ ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層 ６ ＧａＡｓ層 ７ ｐ−ＡｌＧａＡｓ層 １１ ｎ−ＧａＡｓ基板 １２ ｎ−ＧａＡｓバッファ層 １３ ｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ下部クラッド層 １４ ＧａＡｓ光ガイド層 １５ Ｇａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ0.02Ａｓ0.98量子井戸
層 １６ ＧａＡｓ光ガイド層 １７ ｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ上部クラッド層 １８ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 １９ ｐ側電極 ２０ 絶縁膜 ２１ ｎ側電極
層 １６ ＧａＡｓ光ガイド層 １７ ｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ上部クラッド層 １８ ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 １９ ｐ側電極 ２０ 絶縁膜 ２１ ｎ側電極
Claims (6)
- 【請求項１】 Ｖ族元素としてＮ(窒素)元素および他の
１種以上のＶ族元素と、III族元素とから構成されるIII
−Ｖ族混晶半導体を含んだ化合物半導体を、Ｎ元素を含
まない半導体層上に成長する半導体製造方法において、
Ｎ元素と他の１種以上のＶ族元素とを構成元素として含
んだ半導体層を成長する前に、III族原料を供給せず、
少なくともＮ元素の原料を供給し、Ｎ元素を含まない半
導体層の表面のＶ族元素の一部をＮに置換する工程を含
むことを特徴とする半導体製造方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体製造方法におい
て、Ｎ元素と他の１種以上のＶ族元素とを含んだ半導体
層を、Ｎ元素を含まない半導体層上に成長する前に、II
I族原料を供給せず、Ｖ族の構成元素であるＮ元素の原
料および他のＶ族元素の原料を同時に供給し、表面のＶ
族元素の一部をＮに置換する工程を含むことを特徴とす
る半導体製造方法。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の半導体製
造方法において、Ｎ元素の原料としてＤＭＨｙ(ジメチ
ルヒドラジン)，ＭＭＨｙ(モノメチルヒドラジン)等の
有機系窒素化合物を用いることを特徴とする半導体製造
方法。 - 【請求項４】 請求項１乃至請求項３記載のいずれか１
項に記載の半導体製造方法において、上記Ｎ元素と他の
１種以上のＶ族元素とを含んだ半導体層は、ＧａxＩｎ
1-xＮyＡｓ1-y(０≦ｘ≦１，０＜ｙ＜１)からなること
を特徴とする半導体製造方法。 - 【請求項５】 Ｖ族構成元素としてＮ(窒素)元素および
他の１種以上のＶ族元素と、III族元素とから構成され
るIII−Ｖ族混晶半導体を含んだ化合物半導体を、Ｎ元
素を含まない半導体層上に成長した半導体積層構造にお
いて、Ｎ元素を含まない半導体層と、Ｎ元素と他の１種
以上のＶ族元素とを構成元素として含んだ半導体層との
界面に炭素が添加されていることを特徴とする半導体積
層構造。 - 【請求項６】 請求項５記載の半導体積層構造を用いる
ことを特徴とする半導体発光素子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15671198A JP3654331B2 (ja) | 1998-05-21 | 1998-05-21 | 半導体製造方法および半導体発光素子 |
| US09/289,955 US6563851B1 (en) | 1998-04-13 | 1999-04-13 | Laser diode having an active layer containing N and operable in a 0.6 μm wavelength band |
| US09/391,472 US6884291B1 (en) | 1998-04-13 | 1999-09-08 | Laser diode having an active layer containing N and operable in a 0.6 μm wavelength band |
| US10/428,074 US7198972B2 (en) | 1998-04-13 | 2003-05-02 | Laser diode having an active layer containing N and operable in a 0.6 μm wavelength band |
| US11/080,457 US7384479B2 (en) | 1998-04-13 | 2005-03-16 | Laser diode having an active layer containing N and operable in a 0.6 μm wavelength |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15671198A JP3654331B2 (ja) | 1998-05-21 | 1998-05-21 | 半導体製造方法および半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11340577A true JPH11340577A (ja) | 1999-12-10 |
| JP3654331B2 JP3654331B2 (ja) | 2005-06-02 |
Family
ID=15633674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15671198A Expired - Fee Related JP3654331B2 (ja) | 1998-04-13 | 1998-05-21 | 半導体製造方法および半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3654331B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006005000A (ja) * | 2004-06-15 | 2006-01-05 | Sony Corp | 半導体発光素子およびその製造方法、並びに光学モジュール |
| JP2007294705A (ja) * | 2006-04-26 | 2007-11-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体の製造方法および気相成長装置 |
| JP2008066327A (ja) * | 2006-09-04 | 2008-03-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ−ｖ化合物半導体を成長する方法 |
| US7968362B2 (en) | 2001-03-27 | 2011-06-28 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system |
-
1998
- 1998-05-21 JP JP15671198A patent/JP3654331B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7968362B2 (en) | 2001-03-27 | 2011-06-28 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system |
| US8293555B2 (en) | 2001-03-27 | 2012-10-23 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system |
| JP2006005000A (ja) * | 2004-06-15 | 2006-01-05 | Sony Corp | 半導体発光素子およびその製造方法、並びに光学モジュール |
| JP2007294705A (ja) * | 2006-04-26 | 2007-11-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体の製造方法および気相成長装置 |
| JP2008066327A (ja) * | 2006-09-04 | 2008-03-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ−ｖ化合物半導体を成長する方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3654331B2 (ja) | 2005-06-02 |
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