JPS6066420A - 化合物半導体エピタキシヤルウエ−ハの製造方法 - Google Patents
化合物半導体エピタキシヤルウエ−ハの製造方法Info
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- JPS6066420A JPS6066420A JP17429283A JP17429283A JPS6066420A JP S6066420 A JPS6066420 A JP S6066420A JP 17429283 A JP17429283 A JP 17429283A JP 17429283 A JP17429283 A JP 17429283A JP S6066420 A JPS6066420 A JP S6066420A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、化合物半導体エピタキシャルウェーハ特に
砒化ガリウムアルミニウムエピタキシャルウェーハの製
造方法に関する。
砒化ガリウムアルミニウムエピタキシャルウェーハの製
造方法に関する。
［発明の技術的背景、問題点〕
砒化ガリウムアルミニウムＣＡｌｘ ”ａ＊−ｘ Ａｓ
） 化合物半導体発光素子特に半導体レーザの開発、高
性能化が活発に進められている。従来Ａ／ｘＧａ、、Ａ
ｓ半導体レーザ用ウェーハは主として液相エピタキシャ
ル法により開発されてきたが、近年では、原理的に成長
層組成制御性、均一性に優れ、かつ量産性が高いとされ
る気相成長法、特にガリウム、アルミニウム有機化合物
と砒化水素との熱分解を利用したＭＯＣＶＤ法が注目さ
れている。
） 化合物半導体発光素子特に半導体レーザの開発、高
性能化が活発に進められている。従来Ａ／ｘＧａ、、Ａ
ｓ半導体レーザ用ウェーハは主として液相エピタキシャ
ル法により開発されてきたが、近年では、原理的に成長
層組成制御性、均一性に優れ、かつ量産性が高いとされ
る気相成長法、特にガリウム、アルミニウム有機化合物
と砒化水素との熱分解を利用したＭＯＣＶＤ法が注目さ
れている。
しかし、ＭＯＣｖＤ法により、半導体レーザ用エピタキ
シャルウェーハを製造するに際しては、以下に述べるよ
うな困難な問題点があった。図面を参照しながら説明す
る。
シャルウェーハを製造するに際しては、以下に述べるよ
うな困難な問題点があった。図面を参照しながら説明す
る。
第１図に半導体レーザ用エピタキシャルウェーハの断面
構造の一例を模式的に示す。このレーザ用エピタキシャ
ルウェーハの主要部分は、ｎ型砒化ガリウム（ＧａＡｓ
） 基板１上に順次ｎ型砒化ガリウムアルミニウムクラ
ッド層（Ｇａ、−ｚ＋ ＡＩ！ｘ１Ａｓ’ 。
構造の一例を模式的に示す。このレーザ用エピタキシャ
ルウェーハの主要部分は、ｎ型砒化ガリウム（ＧａＡｓ
） 基板１上に順次ｎ型砒化ガリウムアルミニウムクラ
ッド層（Ｇａ、−ｚ＋ ＡＩ！ｘ１Ａｓ’ 。
混晶比ＸＩ）２、アンドープ、或は不純物をドープした
薄いＧａＡＳ又はＧａ、−、、ｋｅｘ！Ａｓ （混晶比
ｘｔ）活性層３、更にＰ型ＧａＩ−ｘ３ｈｅｘ３Ａｓ
（混晶比ｘｓ）４を成長させて得られる。光導波、電気
的なキャリアの閉じ込めのため、Ｘ、、ＸｓはＸ！より
大きく設定される。ＭＯＣＶＩ）法では、Ｐ型不純物ド
ーパントとして亜鉛（Ｚｎ ）が最も一般的に用いられ
るか、ｚｎの拡散係数がｎ型不純物に較べ非常に大きい
こと、及び活性層３の厚さが約０．１μｍ程度と薄いた
め、成長途上においてＺｎが容易に活性層３を突き抜け
て１１型クラッド層２へと拡散しクラッド層の一部にＰ
型に転換した領域５を形成する。
薄いＧａＡＳ又はＧａ、−、、ｋｅｘ！Ａｓ （混晶比
ｘｔ）活性層３、更にＰ型ＧａＩ−ｘ３ｈｅｘ３Ａｓ
（混晶比ｘｓ）４を成長させて得られる。光導波、電気
的なキャリアの閉じ込めのため、Ｘ、、ＸｓはＸ！より
大きく設定される。ＭＯＣＶＩ）法では、Ｐ型不純物ド
ーパントとして亜鉛（Ｚｎ ）が最も一般的に用いられ
るか、ｚｎの拡散係数がｎ型不純物に較べ非常に大きい
こと、及び活性層３の厚さが約０．１μｍ程度と薄いた
め、成長途上においてＺｎが容易に活性層３を突き抜け
て１１型クラッド層２へと拡散しクラッド層の一部にＰ
型に転換した領域５を形成する。
このような領域５が生じた気相成長ウェーハから半導体
レーザを試作してみると電流−電圧特性において順方向
′電圧が異常に高゛＜、光出力−電流特性に関してはし
きい電流値が異常に高くなり、はなはだしい場合にはレ
ーザ発振が起らないこともある。
レーザを試作してみると電流−電圧特性において順方向
′電圧が異常に高゛＜、光出力−電流特性に関してはし
きい電流値が異常に高くなり、はなはだしい場合にはレ
ーザ発振が起らないこともある。
本発明は、上記の問題点を取り除き、改良されｆｃ Ｇ
ａ、−エＡｇ、Ａｓ半導体エピタキシャルウェーハの製
造方法を提供するにある。
ａ、−エＡｇ、Ａｓ半導体エピタキシャルウェーハの製
造方法を提供するにある。
即ち本発明は、半導体レーザなどのＧａ、、Δ／、Ａｓ
エピタキシャルウェーハを気相成長法により形成するに
際し、活性層とＺｎをドープしたＰ型りラッド層との間
に、該クラットと同一の混晶比を有し、かつ該クラッド
層に比して少くとも低濃度にＺｎ を含むか、或はｚｎ
を全く添加しない層を介在して気相成長を行うことに
より、気相成長工程あるいはその後の高温熱処理に伴う
Ｚｎのアクラッド層からｎクラッド層への拡散を低減す
ることにより、ｎクラッド層の内部にＰ型に転換するこ
とを防止し、レーザ特性の不良の無いエピタキシャルウ
ェーハを得ることにある。
エピタキシャルウェーハを気相成長法により形成するに
際し、活性層とＺｎをドープしたＰ型りラッド層との間
に、該クラットと同一の混晶比を有し、かつ該クラッド
層に比して少くとも低濃度にＺｎ を含むか、或はｚｎ
を全く添加しない層を介在して気相成長を行うことに
より、気相成長工程あるいはその後の高温熱処理に伴う
Ｚｎのアクラッド層からｎクラッド層への拡散を低減す
ることにより、ｎクラッド層の内部にＰ型に転換するこ
とを防止し、レーザ特性の不良の無いエピタキシャルウ
ェーハを得ることにある。
以下にこの発明の実施例について、詳細に説明する。有
機ガリウム源にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）有機アル
ミニウム源にトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ） 、Ｐ
型ドーピング源にジエチル亜鉛（Ｊ）ＢＺ）ＩＩ型トド
−ピング源セレン化水素（Ｈ，８ｅ）を、又、キャリア
ガスとして高純度水素（）（、）ガスを用い、公知の高
周波加熱による縦型気相成長装置により、本発明による
方法を用いて半導体レーザ用エピタキシャルウェーハを
製作するとともに、本発明に・よらない従来法で製作し
たウェーハを試作し両者を比較した。
機ガリウム源にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）有機アル
ミニウム源にトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ） 、Ｐ
型ドーピング源にジエチル亜鉛（Ｊ）ＢＺ）ＩＩ型トド
−ピング源セレン化水素（Ｈ，８ｅ）を、又、キャリア
ガスとして高純度水素（）（、）ガスを用い、公知の高
周波加熱による縦型気相成長装置により、本発明による
方法を用いて半導体レーザ用エピタキシャルウェーハを
製作するとともに、本発明に・よらない従来法で製作し
たウェーハを試作し両者を比較した。
第２図及び第３図はそれぞれ本発明および本発明によら
ない方法で製作した半導体レーザ用エピタキシャルウェ
ーハの構造断面模式図である。以下、結晶成長の実際に
ついて述べる。（１００）方位をイｑ’ｌ、、Ｓｉ を
高濃度に含むｎ型低抵抗ＧａＡｓ基板１１上に、Ｓｅ
をドープしたＧａＡｓバッファ層１２を形成しその上に
、混晶比ｘ＝０．４５であるＳｅをドープしたｎ型Ｇａ
１−ｘ Ａ／ｘ Ａ ｓ １．ｎクラッド層１３、Ｘ＝
０．１５であるアンドープＧａ、−ｘＡＩ！、Ａｓ活性
層工４、Ｘ＝０．４５であるアンドープＧａ、−ｘＡ／
、Ａｓ介在層１５、Ｚｎを高濃度にドープしたｘ＝０．
４５であるＰクララド層１６、同じ（Ｚｎを高濃度に含
むＧａＡｓ Ｐコンタクト層１７を順次連続的に成長さ
せた。本発明の方法によらない場合にはアンドープＧａ
Ｉ−ｘＡ／、 Ａｓ （ｘ＝０．４５）層１５の成長工
程を省略した。成長温度は７００℃、成長速度は、約０
．２μｍ／分であった。各成長層の混晶化、厚さ、伝導
の型、キャリア濃度を以下の表にまとめて示す。
ない方法で製作した半導体レーザ用エピタキシャルウェ
ーハの構造断面模式図である。以下、結晶成長の実際に
ついて述べる。（１００）方位をイｑ’ｌ、、Ｓｉ を
高濃度に含むｎ型低抵抗ＧａＡｓ基板１１上に、Ｓｅ
をドープしたＧａＡｓバッファ層１２を形成しその上に
、混晶比ｘ＝０．４５であるＳｅをドープしたｎ型Ｇａ
１−ｘ Ａ／ｘ Ａ ｓ １．ｎクラッド層１３、Ｘ＝
０．１５であるアンドープＧａ、−ｘＡＩ！、Ａｓ活性
層工４、Ｘ＝０．４５であるアンドープＧａ、−ｘＡ／
、Ａｓ介在層１５、Ｚｎを高濃度にドープしたｘ＝０．
４５であるＰクララド層１６、同じ（Ｚｎを高濃度に含
むＧａＡｓ Ｐコンタクト層１７を順次連続的に成長さ
せた。本発明の方法によらない場合にはアンドープＧａ
Ｉ−ｘＡ／、 Ａｓ （ｘ＝０．４５）層１５の成長工
程を省略した。成長温度は７００℃、成長速度は、約０
．２μｍ／分であった。各成長層の混晶化、厚さ、伝導
の型、キャリア濃度を以下の表にまとめて示す。
本発明の骨子は、気相成長工程中の高温環境でＺｎがＰ
クララド層１６から活性層を経て１１クラッド層への拡
散の低温にあるため、Ｐクラッド層成長時間及びその後
の工程で高温保持される時間及び、活性層組成と厚さ、
ｎクラッド層の゛也子濃度によって第３図に示したよう
なＰ型転換領域１８の厚さが決まる。本実施例では、本
発明によら７２い方法に従って気相成長を行うと、再現
性よくＰ型転換領域１８が形成され、その厚さは０．１
μｍであった。この知見をもとに、アンドープ介在層の
厚さを実験的に変化させてウェーハ特性を調べた結果、
介在ノー１５の厚さｋ ０．１５ｐｍ以上に設定した場
合は、Ｐ壓転侠領域が全く形成されないことを確かめた
。なお、介在層１５の厚さを厚くしてゆくと、レーザを
試作した際Ｚｎの拡散が充分進行しなかった介在層にア
ンドープ層が残り、素子抵抗が高くなるため、介在層の
厚さには上限がある。
クララド層１６から活性層を経て１１クラッド層への拡
散の低温にあるため、Ｐクラッド層成長時間及びその後
の工程で高温保持される時間及び、活性層組成と厚さ、
ｎクラッド層の゛也子濃度によって第３図に示したよう
なＰ型転換領域１８の厚さが決まる。本実施例では、本
発明によら７２い方法に従って気相成長を行うと、再現
性よくＰ型転換領域１８が形成され、その厚さは０．１
μｍであった。この知見をもとに、アンドープ介在層の
厚さを実験的に変化させてウェーハ特性を調べた結果、
介在ノー１５の厚さｋ ０．１５ｐｍ以上に設定した場
合は、Ｐ壓転侠領域が全く形成されないことを確かめた
。なお、介在層１５の厚さを厚くしてゆくと、レーザを
試作した際Ｚｎの拡散が充分進行しなかった介在層にア
ンドープ層が残り、素子抵抗が高くなるため、介在層の
厚さには上限がある。
本発明による気相エビタキシャルウェーッ・からＮ０８
（Ｎａｔｉｖｅ ０ｘｉｄｅ ５ｔｒｉｐｅ ） ｖ−
ザを試作した。
（Ｎａｔｉｖｅ ０ｘｉｄｅ ５ｔｒｉｐｅ ） ｖ−
ザを試作した。
ストライプ幅３μｍ１共振器長２５０μｎ１のレーザに
関し、順方向屯圧ＶＦ（ｌμＡにおける値）は０．９Ｖ
と正常であり、光特性もしきい電流値７０ｍＡと、従来
の液相エピタキシャル法によるものと遜色のない特性が
得られた。上記実施例では、介在層１５として、アンド
ープＧａ、ｘＡｌ！ｘＡｓを成長した例を示したが、介
在層としては、アンドーグ層のみならず、２２２７１層
１こ較べて相対的に充分低濃度であればＺｎ をドープ
しても良い。更にトープしたＺｎが介在層の厚さ方向上
一様ではなく厚さ方向に分布をもち、活性層側で低纜度
、クラッド層側で高濃度であるような分布（グロファイ
ル）を有するものであってもよい。
関し、順方向屯圧ＶＦ（ｌμＡにおける値）は０．９Ｖ
と正常であり、光特性もしきい電流値７０ｍＡと、従来
の液相エピタキシャル法によるものと遜色のない特性が
得られた。上記実施例では、介在層１５として、アンド
ープＧａ、ｘＡｌ！ｘＡｓを成長した例を示したが、介
在層としては、アンドーグ層のみならず、２２２７１層
１こ較べて相対的に充分低濃度であればＺｎ をドープ
しても良い。更にトープしたＺｎが介在層の厚さ方向上
一様ではなく厚さ方向に分布をもち、活性層側で低纜度
、クラッド層側で高濃度であるような分布（グロファイ
ル）を有するものであってもよい。
更に、本実施例では、ｎ型ＧａＡｓ基板上１こ形成した
半導体レーザ用エビタキシャルウェーッ飄について説明
したが、Ｐ基板上に形成した半導体レーザ用ウェーハの
製造についても本発明の方法が有効であることは勿論で
ある。又、気相成長工程１こ加えて、ウェーッ・の一部
又は全面にイオン注入し、アニールするような工程がレ
ーザ製作工程に含まれる場合に於ても、気相成長時の高
温保持時間及びアニール温度と時間に対応して介在ＪＩ
カのＪワさを設計すれば本発明の方法が適用できる。
半導体レーザ用エビタキシャルウェーッ飄について説明
したが、Ｐ基板上に形成した半導体レーザ用ウェーハの
製造についても本発明の方法が有効であることは勿論で
ある。又、気相成長工程１こ加えて、ウェーッ・の一部
又は全面にイオン注入し、アニールするような工程がレ
ーザ製作工程に含まれる場合に於ても、気相成長時の高
温保持時間及びアニール温度と時間に対応して介在ＪＩ
カのＪワさを設計すれば本発明の方法が適用できる。
本実施例では、半導体レーザ用エピタキシャルウェーハ
の製造法について説明したが、本発明は半導体レーザ用
に限定されることが無いことは自明であり同様の構造を
有する半導体素子の全゛Ｃに適用できることは勿論であ
る。
の製造法について説明したが、本発明は半導体レーザ用
に限定されることが無いことは自明であり同様の構造を
有する半導体素子の全゛Ｃに適用できることは勿論であ
る。
以上述べたように、本発明によれけ、Ｐ型クラッド層の
成長およびその後高温の熱処理に伴ってＺｒ＋がｎ型ク
ラッド層に拡散することによって生じるＰ型転換層の形
成を防止し、特性不良の無い半導体レーザ用（）ａ、−
ｘＡ／ｘＡｓエピタキシャルウェーハを製造できる。
成長およびその後高温の熱処理に伴ってＺｒ＋がｎ型ク
ラッド層に拡散することによって生じるＰ型転換層の形
成を防止し、特性不良の無い半導体レーザ用（）ａ、−
ｘＡ／ｘＡｓエピタキシャルウェーハを製造できる。
第１図は半導体レーザ用エピタキシャルウェーハの断面
構造模式図、第２図は本発明の方法を用いた半導体レー
ザ用エピタキシャルウェーハの構造断面模式図、第３図
は本発明によらない方法で製作した半導体レーザ用エピ
タキシャルウェーハの断面構造模式図である。 各図で Ｉ ｎ型ＧａＡＳ、１Ｊ１８板 ２− ｎ型Ｇａ、−ｘＡ／ｘＡｓクラッド層３−活性層 ４− ＰｆｉＧａ、−ｘＡｅｘＡｓクラッド層１１−
ＧａＡｓ基板 １２、ｎ型ＧａＡ／バッファ層 １３ ｎ型Ｇａ、−ｘＡｅｘＡｓクラッド層１４ Ｇａ
、−ｘＡ／ｘＡｓ活性層 １５ アンドープＧａ、−ｘＡ／Ａｓ介在層１６ Ｐ型
Ｇａ、−、Ａ／ｘＡｓクラッド層１７ Ｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層 １８ Ｐ型転換層
構造模式図、第２図は本発明の方法を用いた半導体レー
ザ用エピタキシャルウェーハの構造断面模式図、第３図
は本発明によらない方法で製作した半導体レーザ用エピ
タキシャルウェーハの断面構造模式図である。 各図で Ｉ ｎ型ＧａＡＳ、１Ｊ１８板 ２− ｎ型Ｇａ、−ｘＡ／ｘＡｓクラッド層３−活性層 ４− ＰｆｉＧａ、−ｘＡｅｘＡｓクラッド層１１−
ＧａＡｓ基板 １２、ｎ型ＧａＡ／バッファ層 １３ ｎ型Ｇａ、−ｘＡｅｘＡｓクラッド層１４ Ｇａ
、−ｘＡ／ｘＡｓ活性層 １５ アンドープＧａ、−ｘＡ／Ａｓ介在層１６ Ｐ型
Ｇａ、−、Ａ／ｘＡｓクラッド層１７ Ｐ型ＧａＡｓコ
ンタクト層 １８ Ｐ型転換層
Claims (1)
- 混晶比Ｘが相対的に大きな亜鉛を添加したＰ型砒化ガリ
ウムアルミニウムクラッド層と、ｎ型不純物を添加した
ｎ型砒化ガリウムアルミニウムクラッド層との間に、混
晶比Ｘが相対的に小さな砒化ガリウムアルミニウム活性
層を含むヘテロ構造を形成するに際し、上記活性層と、
Ｐ型りラッド層との間に、該クラッド層と同一混晶比で
かつクラッド層に比して相対的に低濃度にＺｎを含むか
或はＺｎを含まない層を介在させて気相エピタキシャル
成長を行うことを特徴とする化合物半導体エピタキシャ
ルウェーハの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17429283A JPS6066420A (ja) | 1983-09-22 | 1983-09-22 | 化合物半導体エピタキシヤルウエ−ハの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17429283A JPS6066420A (ja) | 1983-09-22 | 1983-09-22 | 化合物半導体エピタキシヤルウエ−ハの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6066420A true JPS6066420A (ja) | 1985-04-16 |
Family
ID=15976118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17429283A Pending JPS6066420A (ja) | 1983-09-22 | 1983-09-22 | 化合物半導体エピタキシヤルウエ−ハの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6066420A (ja) |
-
1983
- 1983-09-22 JP JP17429283A patent/JPS6066420A/ja active Pending
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