JPS589578B2 - 光半導体素子およびその製法 - Google Patents
光半導体素子およびその製法Info
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- JPS589578B2 JPS589578B2 JP54051399A JP5139979A JPS589578B2 JP S589578 B2 JPS589578 B2 JP S589578B2 JP 54051399 A JP54051399 A JP 54051399A JP 5139979 A JP5139979 A JP 5139979A JP S589578 B2 JPS589578 B2 JP S589578B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光半導体素子及びその製法に係り、更？詳しく
は、■ｎＰ基板上に又はＩｎＰ基板に成長させたＩｎＰ
エピタキシャル層上にＩｎ， ）（Ｇａ）（Ａｓ（但
しＯ＜ｘ＜１）三元層を少なくとも一層堆積させて成る
ミスフィット転位をもたない光ヰ導体素子及びその製法
に関する。
は、■ｎＰ基板上に又はＩｎＰ基板に成長させたＩｎＰ
エピタキシャル層上にＩｎ， ）（Ｇａ）（Ａｓ（但
しＯ＜ｘ＜１）三元層を少なくとも一層堆積させて成る
ミスフィット転位をもたない光ヰ導体素子及びその製法
に関する。
ＩｎＰ基板上に又はＩｎＰ基板に成長させたＩｎＰエピ
タキシャル層上に成長させたＩｎ１−ＸＧａＸＡｓ三元
層は受光素子ＡＰＤ用材料として有用であり例えばＩｎ
，Ｇａ．４Ａｓ／ＩｎＰの結晶が光通信システムに使用
される比較的長波長用受光素子又は発光素子として知ら
れている。
タキシャル層上に成長させたＩｎ１−ＸＧａＸＡｓ三元
層は受光素子ＡＰＤ用材料として有用であり例えばＩｎ
，Ｇａ．４Ａｓ／ＩｎＰの結晶が光通信システムに使用
される比較的長波長用受光素子又は発光素子として知ら
れている。
三元系を受光素子として用いてＡＰＤとして必妥な増倍
を得るためには、結晶の不純物濃度を１０１６ＣＩｒＬ
−３以下にし、かつ、５μｍ以上の厚膜にする必要があ
る。
を得るためには、結晶の不純物濃度を１０１６ＣＩｒＬ
−３以下にし、かつ、５μｍ以上の厚膜にする必要があ
る。
ところで前記三元系をＩｎＰ基板又はＩｎＰ基板に成長
させたＩｎＰエピタキシャル層（以下、単にＩｎＰ基板
という）上に成長させた場合にミスフィット量、即チ （式中、ａ３元はＩｎＰ基板又はＩｎＰエピタキシャル
層表面に垂直な方向のＩｎ１ ｚＧａｘＡｓ三元層の格
子定数を示し、ａ はＩ．ｎＰ基板又はＩｎＰエピタ
キシャル層の格子定数を示しａは５．８６９人である）
が±０．２％を超えるとミスフィット転位が入り、甚だ
しい場合には表面にクロスハッチパターンが入ることが
知られている。
させたＩｎＰエピタキシャル層（以下、単にＩｎＰ基板
という）上に成長させた場合にミスフィット量、即チ （式中、ａ３元はＩｎＰ基板又はＩｎＰエピタキシャル
層表面に垂直な方向のＩｎ１ ｚＧａｘＡｓ三元層の格
子定数を示し、ａ はＩ．ｎＰ基板又はＩｎＰエピタ
キシャル層の格子定数を示しａは５．８６９人である）
が±０．２％を超えるとミスフィット転位が入り、甚だ
しい場合には表面にクロスハッチパターンが入ることが
知られている。
ミスフィット量が±０．２％以下の場合には１μｍ以下
のような薄膜ではミスフィット転位が入りにくいことが
推測されているが、■ｎＰ基板上に上記三元系をエビタ
キシャル成長させた場合については詳細な報告はない。
のような薄膜ではミスフィット転位が入りにくいことが
推測されているが、■ｎＰ基板上に上記三元系をエビタ
キシャル成長させた場合については詳細な報告はない。
Ｉｎ ＧａＡｓの基礎吸収端近傍においても十分な
量子効率を得、広範囲の光を受光せしめるにはＩｎ
ＧａＡｓの吸収層は十分に厚い必要がある。
量子効率を得、広範囲の光を受光せしめるにはＩｎ
ＧａＡｓの吸収層は十分に厚い必要がある。
また受光素子構造としてガードリングを設けるときにも
十分厚い動作層を必要とする。
十分厚い動作層を必要とする。
従って、Ｉｎ， ）（Ｇａ）（Ａｓ三元層を用いて良
好な特性をもつ光半導体素子を構成させるためには５μ
ｍ以上の膜厚を有しかつミスフィット転位の入らない良
質の前記三元エビタキシャル層をＩｎＰ基板上に成長さ
せることが必要となる。
好な特性をもつ光半導体素子を構成させるためには５μ
ｍ以上の膜厚を有しかつミスフィット転位の入らない良
質の前記三元エビタキシャル層をＩｎＰ基板上に成長さ
せることが必要となる。
本発明者等はかかる光半導体素子を開発すべく鋭意研究
開発を進めた結果、前記三元エビタキシャル層へのミス
フィット転位の発生がエビタキシャル層の膜厚、基板と
のミスフィット量及び基板とエビタキシャル層の熱膨張
係数の差に依存することを見出し、本発明をなすに至っ
た。
開発を進めた結果、前記三元エビタキシャル層へのミス
フィット転位の発生がエビタキシャル層の膜厚、基板と
のミスフィット量及び基板とエビタキシャル層の熱膨張
係数の差に依存することを見出し、本発明をなすに至っ
た。
本発明に係るミスフィット転位をもたない光半導体素子
は、ＩｎＰ基板上に、又はＩｎＰ基板に成長させたＩｎ
Ｐエピタキシャル層上に、ミスフィット量 Ｃ式中、ａ３元はＩｎＰ基板又はＩｎＰエピタキシャル
層表面に垂直な方向のＩｎ１ ｘＧａｘＡＳ（但しＯ
＜ｘ ＜ １ ）三元層の２５℃における格子定数を示
し、ａＩｎＰはＩｎＰ基板又はＩｎＰエビタキシャル層
の２５℃における格子定数でａＩｎＰ５．８６９人であ
る）が−０．０８５〜−０．０４％で５μｍ厚以上のＩ
ｎ ＧａＡｓ三元層を少なくとも一層堆積させて成
る。
は、ＩｎＰ基板上に、又はＩｎＰ基板に成長させたＩｎ
Ｐエピタキシャル層上に、ミスフィット量 Ｃ式中、ａ３元はＩｎＰ基板又はＩｎＰエピタキシャル
層表面に垂直な方向のＩｎ１ ｘＧａｘＡＳ（但しＯ
＜ｘ ＜ １ ）三元層の２５℃における格子定数を示
し、ａＩｎＰはＩｎＰ基板又はＩｎＰエビタキシャル層
の２５℃における格子定数でａＩｎＰ５．８６９人であ
る）が−０．０８５〜−０．０４％で５μｍ厚以上のＩ
ｎ ＧａＡｓ三元層を少なくとも一層堆積させて成
る。
このようなミスフィット量をもつ
三元層をＩｎＰ基板又はＩｎＰエピタキシャル層上に液
相エピタキシャル成長させるためには、６３０℃〜７０
０℃の範囲内の所定温度においてＩｎ−Ｇａ−Ａｓ三元
溶液とＩｎＰ多結晶とを接触せしめてＰの溶解が起らず
かつ該所定温度を成長開始温度としてＩｎ １ ｘＧａ
ＸＡＳ三元層を液相エピタキシャル成長させた場合のミ
スフィット量、（式中、ａ８元はＩｎＰ基板又はＩｎＰ
エピタキシャル層表面に垂直な方向のＩ ｎ １ＸＧａ
ＸＡ ｓ（但しＯ ＜ｘ ＜ １ ）三元層の２５℃
における格子定数を示し、ａＩｎＰはＩｎＰ基板又はＩ
ｎＰエピタキシャル層の２５℃における格子定数でａＩ
ｎＰ二５．８６９人である）が−０．０８５〜−０．０
４％となるようなＩｎ ＧａＡｓ三元結晶を液相エ
ピタキシャル成長させればよい。
相エピタキシャル成長させるためには、６３０℃〜７０
０℃の範囲内の所定温度においてＩｎ−Ｇａ−Ａｓ三元
溶液とＩｎＰ多結晶とを接触せしめてＰの溶解が起らず
かつ該所定温度を成長開始温度としてＩｎ １ ｘＧａ
ＸＡＳ三元層を液相エピタキシャル成長させた場合のミ
スフィット量、（式中、ａ８元はＩｎＰ基板又はＩｎＰ
エピタキシャル層表面に垂直な方向のＩ ｎ １ＸＧａ
ＸＡ ｓ（但しＯ ＜ｘ ＜ １ ）三元層の２５℃
における格子定数を示し、ａＩｎＰはＩｎＰ基板又はＩ
ｎＰエピタキシャル層の２５℃における格子定数でａＩ
ｎＰ二５．８６９人である）が−０．０８５〜−０．０
４％となるようなＩｎ ＧａＡｓ三元結晶を液相エ
ピタキシャル成長させればよい。
上記ミスフィット量が−０．０８５〜一〇．０４％とな
るようなＩ ｎ−Ｇａ −Ａ ｓ三元溶液の組成を求め
る方法の一例を添付第１図〜第３図を参照して説明する
。
るようなＩ ｎ−Ｇａ −Ａ ｓ三元溶液の組成を求め
る方法の一例を添付第１図〜第３図を参照して説明する
。
第１図は本発明に従ってＩｎＰ基板（又はその上のＩｎ
Ｐエピタキシャル層）にＩｎ１−ＸＧａＸＡｓ三元層を
液相エピタキシャル成長させる場合にＩｎＰ多結晶と接
触せしめてもＰの溶解をひき起さないＩ ｎ−Ｇａ −
Ａ ｓ三元溶液の組成を求めるためのカーボンボートの
断面図である。
Ｐエピタキシャル層）にＩｎ１−ＸＧａＸＡｓ三元層を
液相エピタキシャル成長させる場合にＩｎＰ多結晶と接
触せしめてもＰの溶解をひき起さないＩ ｎ−Ｇａ −
Ａ ｓ三元溶液の組成を求めるためのカーボンボートの
断面図である。
下部ボート１に秤量したＩｎＰ多結晶ソース２を入れ、
上部ボート３の凹使に秤量した三つの成分元素を入れ、
加熱炉に装入して、例えば、６５０℃の温度に保って三
元溶液４となし、上部ボート３を矢印方向にスライドせ
しめて、ＩｎＰ多結晶ソース２の上面に三元溶ｉ４を合
致させ、３０分間保持する。
上部ボート３の凹使に秤量した三つの成分元素を入れ、
加熱炉に装入して、例えば、６５０℃の温度に保って三
元溶液４となし、上部ボート３を矢印方向にスライドせ
しめて、ＩｎＰ多結晶ソース２の上面に三元溶ｉ４を合
致させ、３０分間保持する。
次に再び上部ボート３を矢印方向にスライドせしめてＩ
ｎＰ多結晶ソース、２と三元溶液４とを分け、加熱炉よ
り取り出して常温に冷友し、■ｎＰ多結晶ソース２を下
部ボートより取り外す。
ｎＰ多結晶ソース、２と三元溶液４とを分け、加熱炉よ
り取り出して常温に冷友し、■ｎＰ多結晶ソース２を下
部ボートより取り外す。
そして再びＩｎＰ多結晶ソース２を秤量して、その減量
を測る。
を測る。
この場合に残留したＩｎを除去するため、硝酸系統の酸
溶液に浸漬してエッチングするとＩｎは除去され、Ｉｎ
Ｐ多結晶はエッチングされず残り、完全な分離がなされ
る。
溶液に浸漬してエッチングするとＩｎは除去され、Ｉｎ
Ｐ多結晶はエッチングされず残り、完全な分離がなされ
る。
しガもＩｎＰ多結晶をソースとすると溶液との接触面の
凹凸は比較的少なく、界面の結晶膜は均一となり、かつ
この結晶膜も硝酸系統の酸溶液に浸漬すると除去できる
ので溶解量の再現性は良好であるかような方法を用いて
、実験を繰り返し行なＧ゛Ｇａ量を一定としてＡｓ量と
Ｐの溶解量を測定したデータを第２図に示している。
凹凸は比較的少なく、界面の結晶膜は均一となり、かつ
この結晶膜も硝酸系統の酸溶液に浸漬すると除去できる
ので溶解量の再現性は良好であるかような方法を用いて
、実験を繰り返し行なＧ゛Ｇａ量を一定としてＡｓ量と
Ｐの溶解量を測定したデータを第２図に示している。
第３図は第２区のデータを基にしてＧａ量に対するＡｓ
の飽和ｌをプロットしたものである。
の飽和ｌをプロットしたものである。
換言すれば第３図の実線上の値はＩｎを主成分とした三
元溶液の６５０℃におけるＧａとＡｓの飽和量を示して
いる。
元溶液の６５０℃におけるＧａとＡｓの飽和量を示して
いる。
この様な第３図を使用して６５０℃の温度におけるＩｎ
Ｇａ Ａｓ三元溶液の組成を選択すればよいが、本発
明に従えば、更に前記ミスフィット量が−０．０ ８
５ 〜−０．０ ４％となるようなＩｎ −Ｇａ−Ａｓ
三元溶液組成を求める必要がある。
Ｇａ Ａｓ三元溶液の組成を選択すればよいが、本発
明に従えば、更に前記ミスフィット量が−０．０ ８
５ 〜−０．０ ４％となるようなＩｎ −Ｇａ−Ａｓ
三元溶液組成を求める必要がある。
このようなＩ ｎ − Ｇａ − Ａｓ三元溶液組成の
求め方クについて、例えば、成長開始温度を６５０℃と
した場合について説明すると、第４図は液相エピタキシ
ャル成長用カーボンボードの断面図であり、下部ボート
１１に秤量したＩｎＰ単結晶（ １００）基板１２を入
れ、上部ボート１３間のソースポー５ト１４及び１５に
それぞれＩｎ （メルトバツク用）及び秤量したＩ ｎ
− Ｇａ − Ａｓの三元素混合物（例えばＩｎ，Ｉ
ｎＡｓ及びＧａＡｓの混合物）を装入し、各ソースポー
トに蓋をした後、例えば、６７０℃に加熱して１時間保
持し均一な溶液を得る。
求め方クについて、例えば、成長開始温度を６５０℃と
した場合について説明すると、第４図は液相エピタキシ
ャル成長用カーボンボードの断面図であり、下部ボート
１１に秤量したＩｎＰ単結晶（ １００）基板１２を入
れ、上部ボート１３間のソースポー５ト１４及び１５に
それぞれＩｎ （メルトバツク用）及び秤量したＩ ｎ
− Ｇａ − Ａｓの三元素混合物（例えばＩｎ，Ｉ
ｎＡｓ及びＧａＡｓの混合物）を装入し、各ソースポー
トに蓋をした後、例えば、６７０℃に加熱して１時間保
持し均一な溶液を得る。
均一θに溶解された後０．２℃／―の一定速度で冷却し
、６５０℃の温度に到達した時点で、上部ボート１３を
下部ボート１１上で矢印方向にスライドさせて、約２〜
３ｇのＩｎ溶液の入ったソースポート１４をＩｎＰ基板
１２上に合致せしめ基板表面５をメルトバツクして清浄
な表面を作る。
、６５０℃の温度に到達した時点で、上部ボート１３を
下部ボート１１上で矢印方向にスライドさせて、約２〜
３ｇのＩｎ溶液の入ったソースポート１４をＩｎＰ基板
１２上に合致せしめ基板表面５をメルトバツクして清浄
な表面を作る。
このＩｎ溶液を３〜５秒間基板１２上に配置せしめた後
、再び上部ボート１３を矢印の方向にスライ（ドせしめ
てＩｎ−Ｇａ−Ａｓ三元溶液を含むソースボート１５を
ＩｎＰ基板１２上に合致せしめ、６４３℃０になるまで
Ｉ ｎ − Ｇａ−Ａｓ三元層をＩｎＰ 基板１２上に
成長せしめる。
、再び上部ボート１３を矢印の方向にスライ（ドせしめ
てＩｎ−Ｇａ−Ａｓ三元溶液を含むソースボート１５を
ＩｎＰ基板１２上に合致せしめ、６４３℃０になるまで
Ｉ ｎ − Ｇａ−Ａｓ三元層をＩｎＰ 基板１２上に
成長せしめる。
温度が６４３℃に到達した時点で上部ボート１３を再び
矢印の方向にスライドさせて液相エピタキシャル成長を
完了する。
矢印の方向にスライドさせて液相エピタキシャル成長を
完了する。
成長用ボートを常温まで冷却して、■ｎＰ単結晶５基板
１２を下部ボート１１より取り出す。
１２を下部ボート１１より取り出す。
このようにして得たエビタキシャル層（三元層）を２結
晶Ｘ線回折法で（４００）面を用いて基板表面に垂直な
方向での格子定数を２５゜Ｃで測定して前記ミスフィッ
ト量を求めることができる。
晶Ｘ線回折法で（４００）面を用いて基板表面に垂直な
方向での格子定数を２５゜Ｃで測定して前記ミスフィッ
ト量を求めることができる。
・０ この操作を繰り返すことによって、６３０〜７０
０℃の成長開始温度において前記ミスフィット量が−０
．０８５〜一〇．０４％の三元層を液相エピタキシャル
成長させるために必要なＩ ｎ − ＧａＡｓ三元溶液
の組成を実験的に求めることができる。
０℃の成長開始温度において前記ミスフィット量が−０
．０８５〜一〇．０４％の三元層を液相エピタキシャル
成長させるために必要なＩ ｎ − ＧａＡｓ三元溶液
の組成を実験的に求めることができる。
なお、三元層の層厚を５μｍ以上にすることは、液相成
長終了温度を制御することによって容易に達成すること
ができる。
長終了温度を制御することによって容易に達成すること
ができる。
上記方法によってＩｎＰ（１００）又はＩｎＰ（１１１
Ｂ基板上に前記ミスフィット量（Δａ／ａＸ１００）が
−０．０８５〜−０．０４％の三元層を成長させるため
に必要なＩｎ−Ｇａ−Ａｓ三元溶液の組成を求めた結果
を以下に示す。
Ｂ基板上に前記ミスフィット量（Δａ／ａＸ１００）が
−０．０８５〜−０．０４％の三元層を成長させるため
に必要なＩｎ−Ｇａ−Ａｓ三元溶液の組成を求めた結果
を以下に示す。
成長開始温度が６３０℃未満では、Ｉｎ溶液中のＡｓの
溶解度が小さいので、一定温度降下させた時に成長する
エビタキシャル層の厚さが薄く、５μｍ以上の組成変化
のない厚膜を成長させるには適さない。
溶解度が小さいので、一定温度降下させた時に成長する
エビタキシャル層の厚さが薄く、５μｍ以上の組成変化
のない厚膜を成長させるには適さない。
逆に成長開始温度が７００℃を超えると、■ｎＰ基板表
面からのＰの蒸発量が顕著になり、基板表面が荒れるの
で好ましくない。
面からのＰの蒸発量が顕著になり、基板表面が荒れるの
で好ましくない。
上記のような方法によってＩｎ１−ＸＧａＸＡｓ三元層
を液相成長させた場合には膜厚方向の組成勾配は無視で
きるほど小さ＜ （ 一ｘ ｉ ｏ ｏ ≦＋０．０１
％）、格子定数としては膜厚方向の平均の格子定数をと
ればよい。
を液相成長させた場合には膜厚方向の組成勾配は無視で
きるほど小さ＜ （ 一ｘ ｉ ｏ ｏ ≦＋０．０１
％）、格子定数としては膜厚方向の平均の格子定数をと
ればよい。
またＸ線トポグラフでラング写真を撮りミスフィット転
位の有無を調べたところ、１２×１２ｍ７Ｎのウエハー
全面にわたってミスフィット転位の入っていないことが
確認された。
位の有無を調べたところ、１２×１２ｍ７Ｎのウエハー
全面にわたってミスフィット転位の入っていないことが
確認された。
本発明者等はＩｎ１−ｘＧａｘＡｓ三元エビタキシャル
層を半導体受光素子用の動作層として適用すべく研究を
進めて来たが、そのために三元層の厚さを５μｍ以上の
厚さに成長させた場合にいくら室温で格子整合させた状
態、即ち前記ミスフィット量を±０．０２％以内、更に
は±０．０１％以内にもって来てもミスフィット転位の
入らない三元層を成長させることができなかった。
層を半導体受光素子用の動作層として適用すべく研究を
進めて来たが、そのために三元層の厚さを５μｍ以上の
厚さに成長させた場合にいくら室温で格子整合させた状
態、即ち前記ミスフィット量を±０．０２％以内、更に
は±０．０１％以内にもって来てもミスフィット転位の
入らない三元層を成長させることができなかった。
ところが、前述の如く、ミスフィット量が−０．０８５
〜一〇．０４％とかなりマイナス側にずれたＩｎ１ ｘ
ＧａｘＡｓ三元層をＩｎＰ基板上に成長させた場合には
三元？膜厚を５μｍ以上にした場合にもミスフィット転
位の入らない三元層を成長させ得ることを見出した。
〜一〇．０４％とかなりマイナス側にずれたＩｎ１ ｘ
ＧａｘＡｓ三元層をＩｎＰ基板上に成長させた場合には
三元？膜厚を５μｍ以上にした場合にもミスフィット転
位の入らない三元層を成長させ得ることを見出した。
これはＩｎ− ＧａＸＡｓ三元層の熱膨張係数がＩｎＰ
の熱膨張係数より大きいため、室温で格子整合（Δａ
／ ａ Ｘ １ ０ ０ ＝ Ｏ ）をさせても、成長
温度では三元層の格子定数がＩｎＰの格子定数より大き
くなり、そのため成長後室温に冷却するまでの過程でミ
スフィット転位が入るためと思われる。
の熱膨張係数より大きいため、室温で格子整合（Δａ
／ ａ Ｘ １ ０ ０ ＝ Ｏ ）をさせても、成長
温度では三元層の格子定数がＩｎＰの格子定数より大き
くなり、そのため成長後室温に冷却するまでの過程でミ
スフィット転位が入るためと思われる。
これに対し、本発明に従えば、成長温度近傍で格子整合
された状態にあり、室温では残留．応力が多少残るもの
のミスフィット転位が入らないものと考えられる。
された状態にあり、室温では残留．応力が多少残るもの
のミスフィット転位が入らないものと考えられる。
第５図は、成長開始温度６５０℃で成長させたＩｎ，
一ＸＧａｘＡｓ三元層の層厚ｄ（μｍ）及びミスフィッ
ト量 とミスフィット転位の有無との関係を示すグラフ図で、
実施例の方法によって得られた結果を示す。
一ＸＧａｘＡｓ三元層の層厚ｄ（μｍ）及びミスフィッ
ト量 とミスフィット転位の有無との関係を示すグラフ図で、
実施例の方法によって得られた結果を示す。
第５図から明らかなように、ミスフィット量が一−０．
０８５〜一〇，０４％の範囲で膜厚を５μｍ以上にして
もミスフィット転位が入らないことが明らかであろう。
０８５〜一〇，０４％の範囲で膜厚を５μｍ以上にして
もミスフィット転位が入らないことが明らかであろう。
なお、５μｍ未満でもミスフィット転位は入らないが、
三元層の膜厚が５μｍ未満の場合には、ガードリング構
造を形成し難いため、受光素子用動作層としては適当で
ない。
三元層の膜厚が５μｍ未満の場合には、ガードリング構
造を形成し難いため、受光素子用動作層としては適当で
ない。
すなわち、高量子効率の受光素子を形成するには光の吸
収層（動作層）としては当該光に相当する動作層Ｉｎ１
−ＸＧａｘＡｓの吸収係数の逆数の３倍以上の厚さを必
要とする。
収層（動作層）としては当該光に相当する動作層Ｉｎ１
−ＸＧａｘＡｓの吸収係数の逆数の３倍以上の厚さを必
要とする。
しかもｐｎ接合周辺の極部電界集中を防ぐには動作層の
ｐｎ接合より高い耐圧を有する接合を設けてガードリン
グを付さねばな？ない。
ｐｎ接合より高い耐圧を有する接合を設けてガードリン
グを付さねばな？ない。
このためガードリング部は傾斜型接合が必要となるため
より厚いＩｎ−ｘＧ ａ ｘＡ Ｓ層を要する。
より厚いＩｎ−ｘＧ ａ ｘＡ Ｓ層を要する。
従ってＩｎ１−ＸＧａＸＡＳ層はできるだけ厚くしなけ
ればならず、一般には５μｍ以上とされる。
ればならず、一般には５μｍ以上とされる。
第６図は本発明に従って液相エピタキシャル成長させた
Ｉｎ１ ｘＧａＸＡＳ三元層を動作層としたガードリン
グ付受光素子ＡＰＤの一例を示す断面図である。
Ｉｎ１ ｘＧａＸＡＳ三元層を動作層としたガードリン
グ付受光素子ＡＰＤの一例を示す断面図である。
第６図の受光素子は、ｎ型電極（例えばＡｕＳｎ電極）
２１，ＩｎＰ基板（例えばｎ型、ｎ ±〉Ｉ Ｘ １
０１７１二３）２２，■ｎ１−ＸＧａＸＡＳ三元動作層
（例えばｎ型、ｎ−≦５刈０゛；Ｃ７ＩＬ−３）２３、
例えばＺｎ型ドープｐ型ＩｎｘＧａｘＡｓ層（ｐ±≧５
×１０ ｃＩＩＬ−３）２４，Ｉｎ１−ｘＧａＸＡｓガ
ードリング（例えばｐ≧５×ｌＯｌ６ｃｒｒＬ−３の最
？不純物濃度からｐｎ反転するまでの濃度勾配をもった
傾斜型接合）２５及びｐ型電極（例えばＡｕＺｎ電極）
２６から成る。
２１，ＩｎＰ基板（例えばｎ型、ｎ ±〉Ｉ Ｘ １
０１７１二３）２２，■ｎ１−ＸＧａＸＡＳ三元動作層
（例えばｎ型、ｎ−≦５刈０゛；Ｃ７ＩＬ−３）２３、
例えばＺｎ型ドープｐ型ＩｎｘＧａｘＡｓ層（ｐ±≧５
×１０ ｃＩＩＬ−３）２４，Ｉｎ１−ｘＧａＸＡｓガ
ードリング（例えばｐ≧５×ｌＯｌ６ｃｒｒＬ−３の最
？不純物濃度からｐｎ反転するまでの濃度勾配をもった
傾斜型接合）２５及びｐ型電極（例えばＡｕＺｎ電極）
２６から成る。
図に示した寸法は好ましい例を示す。
このように、本発明に従えば、ミスフィット転位のない
厚膜のＩｎ一ｘ Ｇａ ＸＡ ｓ三元層を有する光半導
体素子を得ることができるので、次のような効果が期待
できる。
厚膜のＩｎ一ｘ Ｇａ ＸＡ ｓ三元層を有する光半導
体素子を得ることができるので、次のような効果が期待
できる。
（１）動作層が厚いために基礎吸収端近傍においても十
分な量子効率を有する。
分な量子効率を有する。
（２）ガードリング形成が容易となる。
（３）低不純物濃度化によって空乏層を深くのばすこと
によりＣＲ時定数が減少するので高速応答の受光素子が
形成できる。
によりＣＲ時定数が減少するので高速応答の受光素子が
形成できる。
（４）ミスフィット転位が無いことにより動作層中での
キャリアの拡散距離が長くなり、従ってキヤリアの寿命
が長くなるので高量子効率のダイオードを得ることがで
きる。
キャリアの拡散距離が長くなり、従ってキヤリアの寿命
が長くなるので高量子効率のダイオードを得ることがで
きる。
（５）ミスフィット転位部に生ずる異常拡散等が防止で
き、電界集中が起らないので高耐圧のダイオードが形成
できる。
き、電界集中が起らないので高耐圧のダイオードが形成
できる。
以下、実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明する。
実施例
第４図に示したような装置に用いて、■ｎＰ（１００）
基板上にＩ ｎ，，５３Ｇａ．４７Ａｓ三元層を下記条
件で成長させた。
基板上にＩ ｎ，，５３Ｇａ．４７Ａｓ三元層を下記条
件で成長させた。
先ず、Ｉｎ ２．８ ５ ３ ７ ８ ｉ ， Ｉｎ
Ａｓ０．１８７９１ｇ及びＧａＡｓ ０． １ ０ ０
＆を秤量して得たＩｎ−ＧａＡｓ三元混合物（原子分
率でＩｎ ：Ｇａ ：Ａｓ ＝０．９１５９：０．０２
４５：０．０５９６）の成長用ボートに入れ、６７０℃
まで昇温し、１時間保持して均一に溶解した後、０．２
゜Ｃ／―の一定速度で？却し、６５０℃になった時点で
ＩｎＰ（１００）基板上に約３９のＩｎ溶液を約３秒間
接触せしめて基板表面をメルトバツクした後、更にボー
トをスライドさせて上記三元溶液をＩｎＰ基板上に合致
せしめて三元層を成長させた。
Ａｓ０．１８７９１ｇ及びＧａＡｓ ０． １ ０ ０
＆を秤量して得たＩｎ−ＧａＡｓ三元混合物（原子分
率でＩｎ ：Ｇａ ：Ａｓ ＝０．９１５９：０．０２
４５：０．０５９６）の成長用ボートに入れ、６７０℃
まで昇温し、１時間保持して均一に溶解した後、０．２
゜Ｃ／―の一定速度で？却し、６５０℃になった時点で
ＩｎＰ（１００）基板上に約３９のＩｎ溶液を約３秒間
接触せしめて基板表面をメルトバツクした後、更にボー
トをスライドさせて上記三元溶液をＩｎＰ基板上に合致
せしめて三元層を成長させた。
温度が６５０℃から６４２℃まで降下した時点で成長用
ボートを更にスライドさせて基板上から三元溶液を除き
成長を完了した。
ボートを更にスライドさせて基板上から三元溶液を除き
成長を完了した。
得られたエビタキシャル層の膜厚は６．８μｍ、フオト
ルミネツセンスのピーク波長は１．６６μｍであった。
ルミネツセンスのピーク波長は１．６６μｍであった。
格子定数を２結晶Ｘ線回折法で（ ４００ ）面を用い
て基板表面に垂直な方向で測定した結果は５．８６６８
人でミスフィット量は−０．０５５％であった。
て基板表面に垂直な方向で測定した結果は５．８６６８
人でミスフィット量は−０．０５５％であった。
このエビクキシャル結晶をＸ線トポグラフでラング写真
を撮ったところ、１２ｘ１２ｍのウエハー全面にミスフ
ィット転位が入ってないことが確認された。
を撮ったところ、１２ｘ１２ｍのウエハー全面にミスフ
ィット転位が入ってないことが確認された。
・図面の簡単な説明
第１図はＩｎ Ｇａ Ａｓ三元層を液相エピタキシ
ャル成長させる場合に、ＩｎＰ多結晶と接触させてもＰ
の溶解を起さないＩｎ−Ｇａ−Ａｓ三元溶液の組成を求
めるための実験用カーボンボート９の断面図であり、第
２図は温度６５０℃においてＧａ量を一定とした場合の
Ａｓ量とＰの溶解量との関係を示すグラフ図である。
ャル成長させる場合に、ＩｎＰ多結晶と接触させてもＰ
の溶解を起さないＩｎ−Ｇａ−Ａｓ三元溶液の組成を求
めるための実験用カーボンボート９の断面図であり、第
２図は温度６５０℃においてＧａ量を一定とした場合の
Ａｓ量とＰの溶解量との関係を示すグラフ図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ＩｎＰ基板上に、又はＩｎＰ基板に成長させたＩ
ｎＰエピタキシャル層上に、ミスフィット量 （式中、ａ３元はＩｎＰ基板又はＩｎＰエピタキシャル
層表面に垂直な方向の （但しＯ＜ｘ＜１）三元層の２５℃における格子定数を
示し、ａはＩｎＰ基板又はＩｎＰエピタキシャル層の２
５℃における格子定数でａＩｎＰ二，５．８６９人であ
る） が−０．０８５〜−０．０４％であるμｍ厚以上のＩｎ
１ ｘＧａｘＡＳ三元層を少なくとも一層堆積させて成
るミスフィット転位をもたない光半導体素子。 ２ ＩｎＰ基板上に、又はＩｎＰ基板に成長させた，Ｉ
ｎＰエピタキシャル層上に５μｍ厚以上のＩｎ， ）
（Ｇａ）（Ａｓ三元層をエビタキシャル成長さ？てミス
フィット転位をもたない光半導体素子を製造するに当り
、６３０℃〜７００℃の範囲内の所定温度を成長開始温
度としてＩ ｎ ｓ − Ｘ Ｇ ａ ＸＡ Ｓ三元層
を液相エピタキシャル成長させた場合のミスフィット量 （式中、ａ３元はＩｎＰ基板又はＩｎＰエビタキシャル
層表面に垂直な方向のＩｎ一ｘ Ｇａ ｘＡＳ（但しＯ
＜ｘ ＜ １ ）三元層の２５℃における格子定数を
示し、ａ１ｎＰはＩｎＰ基板又はＩｎＰエビタキシャル
層の２５℃における格子定数で ５．８６９人である）が−０．０８５〜−０．０４％と
なるようなＩｎ−Ｇａ−Ａｓ三元結晶を液相エピタキシ
ャル成長させてミスフィット転位をもたない層を少なく
とも一層形成させることを特徴とする光半導体素子の製
法。 ３ 前記成長開始温度が６５０℃であり、前記基板をＩ
ｎＰ（１ ０ ０ ）面とした場合の前記三元溶液の組
成が原子分率でＧａ ： ０．０ ２ ４ ４ 〜０．
０ ２ ４ ９，Ａｓ ： ０．０ ５ ９ ８ 〜０
．０ ５ ９ ２及びＩｎ：０．９１５８〜０．９１５
９である特許請求の範囲第２項記載の製九 ４ 前記成長開始温度が６５０℃であり、前記基板をＩ
ｎＰ（１ １ １ ）Ｂ面とした場合の前記三元溶液の
組成が原子分率でＧａ ： ０．０ ３ １ ０〜０．
０３１６，Ａｓ ： ０．０ ５ ５ ２ 〜０． ０
５ ５ ０及びＩ ｎ ： ０．９１３８〜０．９１
３４である特許請求の範囲第２項記載の製も ５ 前記成長開始温度が６３０℃であり、前記基板をＩ
ｎＰ（１００）面とした場合の前記三元溶液の組成が原
子分率でＧａ ： ０．０ ２ ２ ０ 〜０．０２．
２６ ，Ａｓ ： ０．０ ５ ０ ５ 〜０．０ ５
０ ０及びＩｎ：０．９２７５〜０．９２７４である
特許請求の範囲第２項記載の製も ６ 前記成長開始温度が６３０℃であり、前記基板をＩ
ｎＰ（１１１）Ｂ面とした場合の前記三元溶液の組成が
原子分率でＧａ ： ０．０ ２７５ 〜０．０２８１
，Ａｓ ： ０．０ ４ ６ ７ 〜０．０ ４ ６
２及びＩｎ：０．９２５８〜０．９２５７である特許請
求の範囲第２項記載の製法。 ７ 前記成長開始温度が７００℃であり、前記基板をＩ
ｎＰ（１００）面とした場合の前記三元溶液の組成が原
子分率でＧａ ： ０．０ ３ ０ ５ 〜０．０ ３
１ １，Ａｓ ： ０．０ ９ ０ ０ 〜０．０
８ ６ ８及びＩｎ：〇．８７９５〜０．８８２１であ
る特許請求の範囲第２項記載の製法。 ８ 前記成長開始温度が７００℃であり、前記基板をＩ
ｎＰ（１１１）Ｂ面とした場合の前記三元溶液の組成が
原子分率でＧａ ： ０．０ ４ ０ ０〜０．０４０
６ ，Ａｓ ： ０．０ ８ ０ ０ 〜０．０ ７
９ ３及びＩｎ：０．８８００〜０．８８０１である特
許請求の範囲第２項記載の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54051399A JPS589578B2 (ja) | 1979-04-27 | 1979-04-27 | 光半導体素子およびその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54051399A JPS589578B2 (ja) | 1979-04-27 | 1979-04-27 | 光半導体素子およびその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55145339A JPS55145339A (en) | 1980-11-12 |
| JPS589578B2 true JPS589578B2 (ja) | 1983-02-22 |
Family
ID=12885857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54051399A Expired JPS589578B2 (ja) | 1979-04-27 | 1979-04-27 | 光半導体素子およびその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS589578B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5795681A (en) * | 1980-12-05 | 1982-06-14 | Nec Corp | Impurity diffusion method of compound semiconductor |
| JP3285981B2 (ja) * | 1993-01-14 | 2002-05-27 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体受光素子 |
-
1979
- 1979-04-27 JP JP54051399A patent/JPS589578B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55145339A (en) | 1980-11-12 |
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