JPS6258690A - 砒素化ガリウム系半導体発光素子 - Google Patents
砒素化ガリウム系半導体発光素子Info
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- JPS6258690A JPS6258690A JP60195435A JP19543585A JPS6258690A JP S6258690 A JPS6258690 A JP S6258690A JP 60195435 A JP60195435 A JP 60195435A JP 19543585 A JP19543585 A JP 19543585A JP S6258690 A JPS6258690 A JP S6258690A
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- gallium arsenide
- phosphide
- main surface
- gallium
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Photovoltaic Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
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
本発明は、シリコン単結晶を基板として、エピタキシャ
ル成長したＧａＡｓエピタキシャル層を用いたレーザダ
イオード、発光ダイオード等の半導体発光素子に関する
。
ル成長したＧａＡｓエピタキシャル層を用いたレーザダ
イオード、発光ダイオード等の半導体発光素子に関する
。
砒素化ガリウム系の■−■化合物半導体は、高移動度、
直接遷移型のバンド構造、３元、４元系の化合物による
バンドギャブと格子定数の可変性等の性質のため、高速
トランジスタ、レーザダイオード、発光ダイオード、フ
ォトトランジスタ、フォトダイオード、太陽電池等の個
別素子は勿論、これらの半導体素子を組み込んだＩＣへ
の応用が注目されている。これらの能励素子を形成した
活性層は、選択拡散、選択イオン注入等により砒素化ガ
リウム単結晶基板内に形成されるか、砒素化ガリウム単
結晶基板に、砒素化ガリウム系半導体をエピタキシャル
成長させたエピタキシャル層に形成させる方法が採用さ
れている。
直接遷移型のバンド構造、３元、４元系の化合物による
バンドギャブと格子定数の可変性等の性質のため、高速
トランジスタ、レーザダイオード、発光ダイオード、フ
ォトトランジスタ、フォトダイオード、太陽電池等の個
別素子は勿論、これらの半導体素子を組み込んだＩＣへ
の応用が注目されている。これらの能励素子を形成した
活性層は、選択拡散、選択イオン注入等により砒素化ガ
リウム単結晶基板内に形成されるか、砒素化ガリウム単
結晶基板に、砒素化ガリウム系半導体をエピタキシャル
成長させたエピタキシャル層に形成させる方法が採用さ
れている。
ところが、上記の砒素化ガリウム単結晶基板は、シリコ
ン単結晶基板に比べて口径の大きなものが得難いこと、
製造コストが高いこと、機械的強度に欠けること、等の
欠点がある。そこで、半導体材料のうち半導体のインゴ
ットの製造技術及び処理技術の最も進んだ単結晶シリコ
ンを基板として、砒素化ガリウムをその上にエピタキシ
ャル成長させて活性層を形成することが考えられている
が、格子不整合の為未だ結晶性の高いエピタキシャル成
長膜は、得られていない。そのため、シリコンを基板と
する砒素化ガリウム系の半導体発光素子の実現は、未だ
不十分の状態である。 本発明は、単結晶シリコン基板上に結晶性の良い砒素化
ガリウムのエピタキシャル成長層を形成して、砒素化ガ
リウム系半導体発光素子の低コスト化、量産性の向上を
図るものである。
ン単結晶基板に比べて口径の大きなものが得難いこと、
製造コストが高いこと、機械的強度に欠けること、等の
欠点がある。そこで、半導体材料のうち半導体のインゴ
ットの製造技術及び処理技術の最も進んだ単結晶シリコ
ンを基板として、砒素化ガリウムをその上にエピタキシ
ャル成長させて活性層を形成することが考えられている
が、格子不整合の為未だ結晶性の高いエピタキシャル成
長膜は、得られていない。そのため、シリコンを基板と
する砒素化ガリウム系の半導体発光素子の実現は、未だ
不十分の状態である。 本発明は、単結晶シリコン基板上に結晶性の良い砒素化
ガリウムのエピタキシャル成長層を形成して、砒素化ガ
リウム系半導体発光素子の低コスト化、量産性の向上を
図るものである。
本発明者らは、４ｉ結晶シリコン基板上に砒素化ガリウ
ムをエピタキシャル成長させるのに、シリコンと砒素化
ガリウムの格子定数を整合させるための中間層（バッフ
ァ層）と、基板結晶のエピタキシャル成長させるための
主面の面方位について各種検討を重ねて来た。 その結果、所定の中間層を用いることにより結晶性の良
いＧａＡｓエピタキシャル層が形成されること、単結晶
シリコン基板の主面の面方位が（１００）面に対する一
定の範囲のオフ角を有する時に、エピタキシャル成長し
た砒素化ガリウムの結晶性が高いことが判明した。又そ
の時の中間層の材料の選択及び超格子等に形成する等の
工夫により、更に砒素化ガリウムの結晶性が向上するこ
とが判明した。本発明は上記の発見に基づいて成された
ものである。 即ち、第１発明は、シリコン単結晶基板と、該シリコン
単結晶基板の主面上にエピタキシャル成長させた、シリ
コンと砒素化ガリウム（ＧａＡｓ）の格子不整°合を緩
和する超格子層を有する中間層と、 該中間層の主面上にエピタキシャル成長させた砒素化ガ
リウム層を基底層とし、更にその主面上に順次砒素化ガ
リウム系半導体をエピタキシャル成長して形成した発光
層と、 から成る砒素化ガリウム系半導体発光素子である。 又本第２発明は、主面の面方位が（１００）面に対し０
．５〜５度の範囲で傾斜しているシリコン単結晶基板と
、 該シリコン単結晶基板の主面上にエピタキシャル成長さ
せた燐化ガリウム（ＧａＰ）から成る中間層と、 該中間層の主面上にエピタキシャル成長させた砒素化ガ
リウム層を基底層とし、更にその主面上に順次砒素化ガ
リウム系半導体をエピタキシャル成長して形成した発光
層と、 から成る砒素化ガリウム系半導体発光素子である。 エピタキシャル成長した砒素化ガリウムの結晶性の評価
は、接触式表面粗さ計による表面精度、フォトルミネッ
センス半値幅を測定することによって行った。上記０，
５〜５°のオフ角は、従来、エピタキシャル成長に使用
される一般的な（１００）面にエピタキシャル成長させ
た場合の結晶と比べて、結晶表面の粗さが小さく、フォ
トルミネッセンスの半値幅が狭い範囲として決定した。 オフ角は望ましくは１〜３°、最も望ましくは約２０で
ある。 上記の中間層は、望ましくは燐化ガリウム（ＧａＰ）で
あり、さらに望ましくは超格子層を有するものである。 超格子の場合には、中間層を前記シリコン基板の主面側
から、燐化ガリウム（ＧａＰ）と砒素化燐化ガリウム（
ＧａＡｓＰ）の超格子層と、砒素化燐化ガリウム（Ｇａ
ＡｓＰ）と砒素化ガリウム（ＧａＡｓ）の超格子層とを
積層するのが良い。さらに、前記の超格子層とシリコン
基板との間にシリコン基板側から燐化アルミニウム（Ａ
ｌＰ）から成る層と燐化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧ
ａＰ）から成る層の複層、または燐化ガリウム（ＧａＰ
）の単層を介在させると更に砒素化ガリウムの結晶性の
向上がみられた。 発光層は、砒素化ガリウムエピタキシャル層を基底層と
して、さらにＧａＡｓ系の半導体をエピタキシャル成長
させた層を活性層として形成する事が出来る。この半導
体発光素子は、発光ダイオード、レーザダイオード等の
個別素子又はそれらの複合体から成るＩＣである。
ムをエピタキシャル成長させるのに、シリコンと砒素化
ガリウムの格子定数を整合させるための中間層（バッフ
ァ層）と、基板結晶のエピタキシャル成長させるための
主面の面方位について各種検討を重ねて来た。 その結果、所定の中間層を用いることにより結晶性の良
いＧａＡｓエピタキシャル層が形成されること、単結晶
シリコン基板の主面の面方位が（１００）面に対する一
定の範囲のオフ角を有する時に、エピタキシャル成長し
た砒素化ガリウムの結晶性が高いことが判明した。又そ
の時の中間層の材料の選択及び超格子等に形成する等の
工夫により、更に砒素化ガリウムの結晶性が向上するこ
とが判明した。本発明は上記の発見に基づいて成された
ものである。 即ち、第１発明は、シリコン単結晶基板と、該シリコン
単結晶基板の主面上にエピタキシャル成長させた、シリ
コンと砒素化ガリウム（ＧａＡｓ）の格子不整°合を緩
和する超格子層を有する中間層と、 該中間層の主面上にエピタキシャル成長させた砒素化ガ
リウム層を基底層とし、更にその主面上に順次砒素化ガ
リウム系半導体をエピタキシャル成長して形成した発光
層と、 から成る砒素化ガリウム系半導体発光素子である。 又本第２発明は、主面の面方位が（１００）面に対し０
．５〜５度の範囲で傾斜しているシリコン単結晶基板と
、 該シリコン単結晶基板の主面上にエピタキシャル成長さ
せた燐化ガリウム（ＧａＰ）から成る中間層と、 該中間層の主面上にエピタキシャル成長させた砒素化ガ
リウム層を基底層とし、更にその主面上に順次砒素化ガ
リウム系半導体をエピタキシャル成長して形成した発光
層と、 から成る砒素化ガリウム系半導体発光素子である。 エピタキシャル成長した砒素化ガリウムの結晶性の評価
は、接触式表面粗さ計による表面精度、フォトルミネッ
センス半値幅を測定することによって行った。上記０，
５〜５°のオフ角は、従来、エピタキシャル成長に使用
される一般的な（１００）面にエピタキシャル成長させ
た場合の結晶と比べて、結晶表面の粗さが小さく、フォ
トルミネッセンスの半値幅が狭い範囲として決定した。 オフ角は望ましくは１〜３°、最も望ましくは約２０で
ある。 上記の中間層は、望ましくは燐化ガリウム（ＧａＰ）で
あり、さらに望ましくは超格子層を有するものである。 超格子の場合には、中間層を前記シリコン基板の主面側
から、燐化ガリウム（ＧａＰ）と砒素化燐化ガリウム（
ＧａＡｓＰ）の超格子層と、砒素化燐化ガリウム（Ｇａ
ＡｓＰ）と砒素化ガリウム（ＧａＡｓ）の超格子層とを
積層するのが良い。さらに、前記の超格子層とシリコン
基板との間にシリコン基板側から燐化アルミニウム（Ａ
ｌＰ）から成る層と燐化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧ
ａＰ）から成る層の複層、または燐化ガリウム（ＧａＰ
）の単層を介在させると更に砒素化ガリウムの結晶性の
向上がみられた。 発光層は、砒素化ガリウムエピタキシャル層を基底層と
して、さらにＧａＡｓ系の半導体をエピタキシャル成長
させた層を活性層として形成する事が出来る。この半導
体発光素子は、発光ダイオード、レーザダイオード等の
個別素子又はそれらの複合体から成るＩＣである。
本発明では中間層を超格子としているため、結晶性の高
い砒素化ガリウムエピタキシャル層が得られたので、シ
リコンを基板とする砒素化ガリウム系の半導体発光素子
の実現が可能となった。又シリコン単結晶基板のエピタ
キシャル成長面となる主面の面方位を（１００）に対し
て０．５〜５°の範囲で傾斜させ、その基板の主面上に
中間層と砒素化ガリウムを順次エピタキシャル成長さだ
場合には、更に結晶性の良い砒素化ガリウムのエピタキ
シャル成長層が得られる為、高性能の半導体発光素子が
実現出来た。 本発明装置はシリコンの単結晶基板を用いているため、
大きなウェハが使用出来るので、安価な多量生産が可能
となる。
い砒素化ガリウムエピタキシャル層が得られたので、シ
リコンを基板とする砒素化ガリウム系の半導体発光素子
の実現が可能となった。又シリコン単結晶基板のエピタ
キシャル成長面となる主面の面方位を（１００）に対し
て０．５〜５°の範囲で傾斜させ、その基板の主面上に
中間層と砒素化ガリウムを順次エピタキシャル成長さだ
場合には、更に結晶性の良い砒素化ガリウムのエピタキ
シャル成長層が得られる為、高性能の半導体発光素子が
実現出来た。 本発明装置はシリコンの単結晶基板を用いているため、
大きなウェハが使用出来るので、安価な多量生産が可能
となる。
実施例１
本実施例はレーザダイオードに関するものである。
第１図は、レーザダイオードの構成を示した断面図であ
る。図に於いて、１０は主面が〔１゜Ｏ〕方位に対して
オフ角２度で傾斜しているｎ型のシリコン単結晶基板で
ある。３０は中間層、５０はｎ型砒素化ガリウムエピタ
キシャル層、５２はｎ−Ｇａｏ、ｔＡｌｏ、３ＡＳから
成ルクラット層、５４は１−ＧａＡｓから成る活性層、
５６はｐ−Ｇ ａ ａ、ｒ Ａ Ｉ ｏ、＊ ΔＳから
成るクラッド層、５８はｐ−ＧａＡｓから成るキャブ層
、６０はＳｉＯ２から成る絶縁膜、６２はＡｕ−Ｚｎか
ら成る＋電極、６４はＡｕ−３ｎから成る一電極である
。 層の厚さは、シリコン単結晶基板１０が３００μｍ１中
間層３０が０．２５μｍ、ＧａＡｓエピタキシャル層５
０が２μｍ１クラツド層５２が１゜５μｍ１活性層５４
が０．１μｍ１クラッド層５６が１．５μｍ１キヤツプ
層５８が０．５μｍである。 中間層３０は、燐化ガリウム（ＧａＰ）の単層から成る
第１中間層３１と、燐化ガリウム（ＧａＰ）と混晶比０
．５の砒素化燐化ガリウム（ＧａＡｓｏ−ｓ Ｐｏ、ｓ
）の超格子から成る第２中間層３２と、混晶比０．５
の砒累化燐化ガリウム（ＧａＡ ｓ ｏｌ、Ｐ、、Ｓ）
と砒素化ガリウムの超格子から成る第３中間層３３とで
構成されている。第１中間ｒＪ３１は５００人の厚さの
単層、第２中間層３２、第３中間層３３はそれぞれ２０
０人の層を５層積層した超格子で構成されている。 この半導体装置は、有機金屈熱分解気相戊長法（ＭＯＣ
ＶＤ）により、順次シリコン基板１０上に連続的にエピ
タキシャル成長させて形成した。 反応炉は横型の誘導加熱常圧炉を用いた。原料ガスには
、トリメチルガリウム（Ｔ Ｍ Ｇ ａ 、 Ｇａ（Ｃ
Ｉ１３＞、）、トリメチルアルミニウム（Ｔ Ｍ Ａ
ｌ 、ＡＩ（ＣＩ＋３）、）、水素希釈のアルシン（Ａ
ｓＨ３）、ホスフィン（ＰＨ，）を用いている。又ｎ型
、ｒ＋Ｍ１２のドーパントには、それぞれジエチル亜鉛
（ＤＥＺｎ）、水素希釈の１１□Ｓｅを用いた。それら
のガスの流速は、一定の結晶成長速度が得られるように
流量制御装置によって正確に制御されている。又■族元
累のブレクラッキング（ｐｒｅ−ｃｒａｃｋ ｉｎｇ）
は行っていない。 シリコン基板１０は、まず酸化膜を除去する為、水素雲
囲気中で１０００℃で１０分加熱してアニーリングを行
った。その後、成長温度を９００℃に保持してＧａＰを
エピタキシャル成長させて第１中間層３１を形成し、次
に成長温度を７００℃に保持して超格子の′ｆｒＪ２中
間ＦｆＪ３２及び第３中間層３３をエピタキシャル成長
させた。次に成長温度を７００℃に保持して、ｎ型のＧ
ａＡｓエピタキシャル層５０とクラッド層５２と活性層
５４とクラッド層５６とキャップ層５８とをそれぞれ連
続成長させた。次に、ホトレジストの塗布、マスキング
、露光の工程を経て、ＧａＡｓエピタキシャル層５０迄
図示の如くエツチングした。その後ＳｉＯ２をコーティ
ングして絶縁膜６０を形成しフォトリソグラフにより窓
を空け、十電極６２を蒸着すると共にＧａＡｓ工靜タキ
シャル層５０の上に一電極６４を蒸着し拡散処理を施し
て電極を形成した。その後端面を襞間して共振器を形成
しレーザダイオードを得た。 このようにして作成したレーザダイオードは発振した。 その入出力特性を第２図に示す、しきい値は電流４６０
ｍＡであった。又発振したレーザ光のスペクトルを第３
図に示す。 実施例２ 本実施例はフォトダイオードに関するものである。第４
図に於いて、１３は主面が［１０Ｑ１方位に対してオフ
角２度で傾斜しているｎ型のシリコン単結晶基板である
。３４はｎ” −ＧａＰから成る中間層、７０はｎ＋型
のＧａＡｓエピタキシャル層、７１はｎ−−ＧａＡｓエ
ピタキシャル層、７２はｐ−ＧａＡｓｚピタキシャル層
、７３はＡｕ−Ｚｎの電極、７４はＡｕ−３ｎの電極で
ある。 層７０．７１．７２でＰＩＮ型のフォトダイオードを構
成している。上記層の厚さは、基板１３が３００μｍで
エピタキシャル成長させた後は研出により５０μｍとな
っている。中間層３４は１μｍ１層７０．７１．７２は
それぞれ０．５μｍ。 ２．５μｍ、０．５μｍである。各層は第１実施例と同
様にＭＯＣＶＤの連続成長により形成された。成長温度
は、中間層３４が９００℃、層７１．７２．７３が６５
０℃である。エピタキシャル成長の完成後、電極７３．
７４を蒸着し、端面を襞間して発光面を得た。このよう
にして形成されたフォトダイオードの量子効率の波長特
性を第５図に示す。 実験例１ 次に基板の主面のオフ角とその基板上に成長したＧａＡ
ｓエピタキシャル層の結晶性との関係について実験した
。第６図は、実験例にかかるウェハの構成を示した断面
図である。図に於いて、１０はｎ型のシリコン単結晶基
板、３０は燐化ガリウムから成る中間層、５０は砒素化
ガリウムエピタキシャル層である。層の厚さは、シリコ
ン単結晶基板１０が３００μｍ、中間層３０が０．５μ
ｍ、ＧａＡｓのエピタキシャル層５０が２μｍである。 中間層３０とエピタキシャル層５０は、有機金属熱分解
気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により、順次シリコン基板１
０上に連続的にエピタキシャル成長させて形成した。成
長温度はＧａＰが９００℃、ＧａＡｓエピタキシャル層
５０が６５０℃である。 上記の製造方法により、シリコン単結晶基板の主面１１
の面方位をＣ１００）方位に対して各種変化させた基板
にエピタキシャル成長させたウェハを多数製作した。 それらのウェハについて、表面粗さ計により、ＧａＡｓ
エピタキシャル層５０の表面の粗さを測定した。その結
果を第７図に示す。横軸は基板１０の主面の面方位の［
１００〕方位に対するずれ角（オフ角）を、縦軸は表面
の粗さくｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｋ）を表す。同図から
明らかなように、オフ角が０゜５〜５°の範囲に有る時
、オフ角０°で成長させた場合に比べて表面精度が向上
しているのが分る。 最も望ましいのは、オフ角１〜２°の時である。 その時の表面精度は５０Å以下であり、オフ角Ｏ゛の場
合の表面１１１度１５０人に比べて３倍以上に向上して
いるのが分る。 実験例２ 第８図は、他の実験例に係るウェハの構成を示したウェ
ハの断面図である。図に於いて、１０はｎ型のシリコン
単結晶基板、３０は格子不整合を緩和するための中間層
、５０は、ＧａＡｓのエピタキシャル層である。第１実
験例とは、中間層３０の構成が異なる。即ち中間層３０
は、シリコンと強力に接合し、基板１０上に容易に成長
させることが可能な燐化アルミニウム（ΔＩＰ）から成
る′ｆＪ１中間層３１と、混晶比０．５の燐化ガリウム
アルミニウム（Ａｌｏ、ｓ Ｇａｏ、ｓ ｐ）から成る
第２中間層３２と、燐化ガリウム（ＧａＰ）と混晶比０
．５の砒素化燐化ガリウム（ＧａＡｓｏ、ｓＰ。、ｓ）
の超格子から成る第３中間層３３と、混晶比０．５の砒
崇化燐化ガリウム（ＧａＡｓｏ、ｓＰｏ、、）と砒素化
ガリウムの超格子から成る第４中間層３４とで構成され
ている。層の厚さは、基板１０が３００μｍ、中間層３
０が０．４２μｍ、ＧａＡｓエピタキシャル層５０が２
μｍである。 中間層について更に詳しく言えば、第１中間層３１、第
２中間層３２はそれぞれ１００人の単層、第３中間層３
３、ｍ４中間層３４がそれぞれ２００人の口を１０層偵
層した超格子で構成されている。 これらの層の形成は′ｆ！１実験例と同様にＭＯＣＶＤ
により形成された。成長温度は、第１〜′ｆ、４中間層
３１〜３４が８３０℃、ＧａＡｓエピタキシャル層５０
が７３０℃である。上記の製造方法により、シリコン単
結晶基板の主面１１の面方位を［１００）方位に対して
各秤変化させた基板にエピタキシャル成長させたウェハ
を多数製作した。 それらのウェハについてフォトルミネッセンス半値幅を
測定した。その結果を第９図に示す。第９図から明らか
な様にオフ角０．５〜５°の範囲に於いて、オフ角０°
の基板を用いたウェハに比べてフォトルミネッセンス半
値幅は、小さくなっている。即ちＧａＡｓエピタキシャ
ル層５０の結晶性が高いことを示している。望ましい範
囲はオフ角１〜３°であり、最も望ましいのは、オフ角
が約２°の場合である。 実験例３ 第８図の構成に於いて、第１及び第２中間層３１１３２
を設けないウェハについて、実験例２と同様の実験を行
った結果、同様な実験結果かえられ、基板の主面のオフ
角が０．５〜５°の範囲にある時、ＧａＡｓエピタキシ
ャル層５０の結晶性が良くなる事が判明した。 実験例４ ｍ８図の第１及び第２中間層３１．３２の代わりに層の
厚さ０．５μｍのＧａＰの中間層を設けた４＋、７戊の
ウェハについて実験例２と同様の実験を行ったところ、
同様の結果が得られ、基板の主面のオフ角が０．５〜５
°の範囲にある時、Ｇ ａ ＡＳエピタキシャル層５０
の結晶性が良くなる事が判明した。 これらの実験からシリコン基板の主面の〔１００〕方位
に対するオフ角が０．５〜５度のときＧａΔＳエピタキ
シャル層の結晶性が良いことが判明した。従ってその方
位のシリコン基板を用いることにより、高性能の砒素化
ガリウム系半導体発光素子かえられる。
る。図に於いて、１０は主面が〔１゜Ｏ〕方位に対して
オフ角２度で傾斜しているｎ型のシリコン単結晶基板で
ある。３０は中間層、５０はｎ型砒素化ガリウムエピタ
キシャル層、５２はｎ−Ｇａｏ、ｔＡｌｏ、３ＡＳから
成ルクラット層、５４は１−ＧａＡｓから成る活性層、
５６はｐ−Ｇ ａ ａ、ｒ Ａ Ｉ ｏ、＊ ΔＳから
成るクラッド層、５８はｐ−ＧａＡｓから成るキャブ層
、６０はＳｉＯ２から成る絶縁膜、６２はＡｕ−Ｚｎか
ら成る＋電極、６４はＡｕ−３ｎから成る一電極である
。 層の厚さは、シリコン単結晶基板１０が３００μｍ１中
間層３０が０．２５μｍ、ＧａＡｓエピタキシャル層５
０が２μｍ１クラツド層５２が１゜５μｍ１活性層５４
が０．１μｍ１クラッド層５６が１．５μｍ１キヤツプ
層５８が０．５μｍである。 中間層３０は、燐化ガリウム（ＧａＰ）の単層から成る
第１中間層３１と、燐化ガリウム（ＧａＰ）と混晶比０
．５の砒素化燐化ガリウム（ＧａＡｓｏ−ｓ Ｐｏ、ｓ
）の超格子から成る第２中間層３２と、混晶比０．５
の砒累化燐化ガリウム（ＧａＡ ｓ ｏｌ、Ｐ、、Ｓ）
と砒素化ガリウムの超格子から成る第３中間層３３とで
構成されている。第１中間ｒＪ３１は５００人の厚さの
単層、第２中間層３２、第３中間層３３はそれぞれ２０
０人の層を５層積層した超格子で構成されている。 この半導体装置は、有機金屈熱分解気相戊長法（ＭＯＣ
ＶＤ）により、順次シリコン基板１０上に連続的にエピ
タキシャル成長させて形成した。 反応炉は横型の誘導加熱常圧炉を用いた。原料ガスには
、トリメチルガリウム（Ｔ Ｍ Ｇ ａ 、 Ｇａ（Ｃ
Ｉ１３＞、）、トリメチルアルミニウム（Ｔ Ｍ Ａ
ｌ 、ＡＩ（ＣＩ＋３）、）、水素希釈のアルシン（Ａ
ｓＨ３）、ホスフィン（ＰＨ，）を用いている。又ｎ型
、ｒ＋Ｍ１２のドーパントには、それぞれジエチル亜鉛
（ＤＥＺｎ）、水素希釈の１１□Ｓｅを用いた。それら
のガスの流速は、一定の結晶成長速度が得られるように
流量制御装置によって正確に制御されている。又■族元
累のブレクラッキング（ｐｒｅ−ｃｒａｃｋ ｉｎｇ）
は行っていない。 シリコン基板１０は、まず酸化膜を除去する為、水素雲
囲気中で１０００℃で１０分加熱してアニーリングを行
った。その後、成長温度を９００℃に保持してＧａＰを
エピタキシャル成長させて第１中間層３１を形成し、次
に成長温度を７００℃に保持して超格子の′ｆｒＪ２中
間ＦｆＪ３２及び第３中間層３３をエピタキシャル成長
させた。次に成長温度を７００℃に保持して、ｎ型のＧ
ａＡｓエピタキシャル層５０とクラッド層５２と活性層
５４とクラッド層５６とキャップ層５８とをそれぞれ連
続成長させた。次に、ホトレジストの塗布、マスキング
、露光の工程を経て、ＧａＡｓエピタキシャル層５０迄
図示の如くエツチングした。その後ＳｉＯ２をコーティ
ングして絶縁膜６０を形成しフォトリソグラフにより窓
を空け、十電極６２を蒸着すると共にＧａＡｓ工靜タキ
シャル層５０の上に一電極６４を蒸着し拡散処理を施し
て電極を形成した。その後端面を襞間して共振器を形成
しレーザダイオードを得た。 このようにして作成したレーザダイオードは発振した。 その入出力特性を第２図に示す、しきい値は電流４６０
ｍＡであった。又発振したレーザ光のスペクトルを第３
図に示す。 実施例２ 本実施例はフォトダイオードに関するものである。第４
図に於いて、１３は主面が［１０Ｑ１方位に対してオフ
角２度で傾斜しているｎ型のシリコン単結晶基板である
。３４はｎ” −ＧａＰから成る中間層、７０はｎ＋型
のＧａＡｓエピタキシャル層、７１はｎ−−ＧａＡｓエ
ピタキシャル層、７２はｐ−ＧａＡｓｚピタキシャル層
、７３はＡｕ−Ｚｎの電極、７４はＡｕ−３ｎの電極で
ある。 層７０．７１．７２でＰＩＮ型のフォトダイオードを構
成している。上記層の厚さは、基板１３が３００μｍで
エピタキシャル成長させた後は研出により５０μｍとな
っている。中間層３４は１μｍ１層７０．７１．７２は
それぞれ０．５μｍ。 ２．５μｍ、０．５μｍである。各層は第１実施例と同
様にＭＯＣＶＤの連続成長により形成された。成長温度
は、中間層３４が９００℃、層７１．７２．７３が６５
０℃である。エピタキシャル成長の完成後、電極７３．
７４を蒸着し、端面を襞間して発光面を得た。このよう
にして形成されたフォトダイオードの量子効率の波長特
性を第５図に示す。 実験例１ 次に基板の主面のオフ角とその基板上に成長したＧａＡ
ｓエピタキシャル層の結晶性との関係について実験した
。第６図は、実験例にかかるウェハの構成を示した断面
図である。図に於いて、１０はｎ型のシリコン単結晶基
板、３０は燐化ガリウムから成る中間層、５０は砒素化
ガリウムエピタキシャル層である。層の厚さは、シリコ
ン単結晶基板１０が３００μｍ、中間層３０が０．５μ
ｍ、ＧａＡｓのエピタキシャル層５０が２μｍである。 中間層３０とエピタキシャル層５０は、有機金属熱分解
気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により、順次シリコン基板１
０上に連続的にエピタキシャル成長させて形成した。成
長温度はＧａＰが９００℃、ＧａＡｓエピタキシャル層
５０が６５０℃である。 上記の製造方法により、シリコン単結晶基板の主面１１
の面方位をＣ１００）方位に対して各種変化させた基板
にエピタキシャル成長させたウェハを多数製作した。 それらのウェハについて、表面粗さ計により、ＧａＡｓ
エピタキシャル層５０の表面の粗さを測定した。その結
果を第７図に示す。横軸は基板１０の主面の面方位の［
１００〕方位に対するずれ角（オフ角）を、縦軸は表面
の粗さくｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｋ）を表す。同図から
明らかなように、オフ角が０゜５〜５°の範囲に有る時
、オフ角０°で成長させた場合に比べて表面精度が向上
しているのが分る。 最も望ましいのは、オフ角１〜２°の時である。 その時の表面精度は５０Å以下であり、オフ角Ｏ゛の場
合の表面１１１度１５０人に比べて３倍以上に向上して
いるのが分る。 実験例２ 第８図は、他の実験例に係るウェハの構成を示したウェ
ハの断面図である。図に於いて、１０はｎ型のシリコン
単結晶基板、３０は格子不整合を緩和するための中間層
、５０は、ＧａＡｓのエピタキシャル層である。第１実
験例とは、中間層３０の構成が異なる。即ち中間層３０
は、シリコンと強力に接合し、基板１０上に容易に成長
させることが可能な燐化アルミニウム（ΔＩＰ）から成
る′ｆＪ１中間層３１と、混晶比０．５の燐化ガリウム
アルミニウム（Ａｌｏ、ｓ Ｇａｏ、ｓ ｐ）から成る
第２中間層３２と、燐化ガリウム（ＧａＰ）と混晶比０
．５の砒素化燐化ガリウム（ＧａＡｓｏ、ｓＰ。、ｓ）
の超格子から成る第３中間層３３と、混晶比０．５の砒
崇化燐化ガリウム（ＧａＡｓｏ、ｓＰｏ、、）と砒素化
ガリウムの超格子から成る第４中間層３４とで構成され
ている。層の厚さは、基板１０が３００μｍ、中間層３
０が０．４２μｍ、ＧａＡｓエピタキシャル層５０が２
μｍである。 中間層について更に詳しく言えば、第１中間層３１、第
２中間層３２はそれぞれ１００人の単層、第３中間層３
３、ｍ４中間層３４がそれぞれ２００人の口を１０層偵
層した超格子で構成されている。 これらの層の形成は′ｆ！１実験例と同様にＭＯＣＶＤ
により形成された。成長温度は、第１〜′ｆ、４中間層
３１〜３４が８３０℃、ＧａＡｓエピタキシャル層５０
が７３０℃である。上記の製造方法により、シリコン単
結晶基板の主面１１の面方位を［１００）方位に対して
各秤変化させた基板にエピタキシャル成長させたウェハ
を多数製作した。 それらのウェハについてフォトルミネッセンス半値幅を
測定した。その結果を第９図に示す。第９図から明らか
な様にオフ角０．５〜５°の範囲に於いて、オフ角０°
の基板を用いたウェハに比べてフォトルミネッセンス半
値幅は、小さくなっている。即ちＧａＡｓエピタキシャ
ル層５０の結晶性が高いことを示している。望ましい範
囲はオフ角１〜３°であり、最も望ましいのは、オフ角
が約２°の場合である。 実験例３ 第８図の構成に於いて、第１及び第２中間層３１１３２
を設けないウェハについて、実験例２と同様の実験を行
った結果、同様な実験結果かえられ、基板の主面のオフ
角が０．５〜５°の範囲にある時、ＧａＡｓエピタキシ
ャル層５０の結晶性が良くなる事が判明した。 実験例４ ｍ８図の第１及び第２中間層３１．３２の代わりに層の
厚さ０．５μｍのＧａＰの中間層を設けた４＋、７戊の
ウェハについて実験例２と同様の実験を行ったところ、
同様の結果が得られ、基板の主面のオフ角が０．５〜５
°の範囲にある時、Ｇ ａ ＡＳエピタキシャル層５０
の結晶性が良くなる事が判明した。 これらの実験からシリコン基板の主面の〔１００〕方位
に対するオフ角が０．５〜５度のときＧａΔＳエピタキ
シャル層の結晶性が良いことが判明した。従ってその方
位のシリコン基板を用いることにより、高性能の砒素化
ガリウム系半導体発光素子かえられる。
第１図は、本発明の具体的な一実施例のレーザダイオー
ドの構成を示した断面図、第２図、第３図は、それぞれ
、そのレーザダイオードの入出力特性を測定した測定図
、発振したレーザ光のスペクトラムを測定した測定図で
ある。第４図は他の実施例に係るフォトダイオードの構
成を示した断面図、第５図はその発光の量子効率の波長
依存性を測定した測定図である。第６図は実験例ウェハ
の構成を示したウェハの断面図である。第７図はそのウ
ェハに於けるＧａＡｓエピタキシャル層の表面の粗さと
基板の主面のオフ角との関係を示した測定図である。第
８図は他の実験例に係るウェハの構成を示した断面図で
ある。第９図はそのウェハに於けるＧａＡｓエピタキシ
ャル層のフォトルミネッセンス半値幅と基板の主面のオ
フ角との関係を示した測定図である。 １０ ゛シリコン単結晶基板 ３０ ゛中間層 ５０ ・ＧａＡｓエピタキシャル層 ６２．６４，７３．７４・電極 特許出願人 大同特殊鋼株式会社 同 名古屋工業大学長 代 理 人 弁理士 藤谷 修 第３図 ：＞ｊｌ長（ｎｍ） 第４図 （、ｕｍ） 第６図
ドの構成を示した断面図、第２図、第３図は、それぞれ
、そのレーザダイオードの入出力特性を測定した測定図
、発振したレーザ光のスペクトラムを測定した測定図で
ある。第４図は他の実施例に係るフォトダイオードの構
成を示した断面図、第５図はその発光の量子効率の波長
依存性を測定した測定図である。第６図は実験例ウェハ
の構成を示したウェハの断面図である。第７図はそのウ
ェハに於けるＧａＡｓエピタキシャル層の表面の粗さと
基板の主面のオフ角との関係を示した測定図である。第
８図は他の実験例に係るウェハの構成を示した断面図で
ある。第９図はそのウェハに於けるＧａＡｓエピタキシ
ャル層のフォトルミネッセンス半値幅と基板の主面のオ
フ角との関係を示した測定図である。 １０ ゛シリコン単結晶基板 ３０ ゛中間層 ５０ ・ＧａＡｓエピタキシャル層 ６２．６４，７３．７４・電極 特許出願人 大同特殊鋼株式会社 同 名古屋工業大学長 代 理 人 弁理士 藤谷 修 第３図 ：＞ｊｌ長（ｎｍ） 第４図 （、ｕｍ） 第６図
Claims (8)
- （１）シリコン単結晶基板と、 該シリコン単結晶基板の主面上にエピタキシャル成長さ
せた、シリコンと砒素化ガリウム（ＧａＡｓ）の格子不
整合を緩和する超格子層を有する中間層と、 該中間層の主面上にエピタキシャル成長させた砒素化ガ
リウム層を基底層とし、更にその主面上に順次砒素化ガ
リウム系半導体をエピタキシャル成長して形成した発光
層と、 から成る砒素化ガリウム系半導体発光素子。 - （２）前記シリコン単結晶基板の主面の面方位は（１０
０）面に対し０．５〜５度の範囲で傾斜していることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の砒素化ガリウム
系半導体発光素子。 - （３）前記中間層は、前記シリコン基板の主面側から、
燐化ガリウム（ＧａＰ）と砒素化燐化ガリウム（ＧａＡ
ｓＰ）の超格子層と、砒素化燐化ガリウム（ＧａＡｓＰ
）と砒素化ガリウム（ＧａＡｓ）の超格子層とで形成さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
２項記載の砒素化ガリウム系半導体発光素子。 - （４）前記中間層は、前記シリコン基板の主面側から、
燐化アルミニウム（ＡｌＰ）から成る層、燐化ガリウム
アルミニウム（ＡｌＧａＰ）から成る層、燐化ガリウム
（ＧａＰ）と砒素化燐化ガリウム（ＧａＡｓＰ）の超格
子層、及び砒素化燐化ガリウム（ＧａＡｓＰ）と砒素化
ガリウム（ＧａＡｓ）の超格子層とから成ることを特徴
とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の砒素化ガ
リウム系半導体発光素子。 - （５）前記中間層は、前記シリコン基板の主面側から、
燐化ガリウム（ＧａＰ）から成る層、燐化ガリウム（Ｇ
ａＰ）と砒素化燐化ガリウム（ＧａＡｓＰ）の超格子層
、及び砒素化燐化ガリウム（ＧａＡｓＰ）と砒素化ガリ
ウム（ＧａＡｓ）の超格子層とから成ることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項又は第２項記載の砒素化ガリウ
ム系半導体発光素子。 - （６）前記発光層は、ＡｌＧａＡｓ系のレーザダイオー
ドであることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
５項記載の砒素化ガリウム系半導体発光素子。 - （７）主面の面方位が（１００）面に対し０．５〜５度
の範囲で傾斜しているシリコン単結晶基板と、 該シリコン単結晶基板の主面上にエピタキシャル成長さ
せた燐化ガリウム（ＧａＰ）から成る中間層と、 該中間層の主面上にエピタキシャル成長させた砒素化ガ
リウム層を基底層とし、更にその主面上に順次砒素化ガ
リウム系半導体をエピタキシャル成長して形成した発光
層と、 から成る砒素化ガリウム系半導体発光素子。 - （８）前記発光層は、ＧａＡｓ系発光ダイオードである
ことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の砒素化ガ
リウム系半導体発光素子。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60195435A JPS6258690A (ja) | 1985-09-04 | 1985-09-04 | 砒素化ガリウム系半導体発光素子 |
| CA000517386A CA1292550C (en) | 1985-09-03 | 1986-09-03 | Epitaxial gallium arsenide semiconductor wafer and method of producing the same |
| EP19860112178 EP0214610B1 (en) | 1985-09-03 | 1986-09-03 | Epitaxial gallium arsenide semiconductor wafer and method of producing the same |
| DE8686112178T DE3676019D1 (de) | 1985-09-03 | 1986-09-03 | Epitaktische gallium-arsenid-halbleiterscheibe und verfahren zu ihrer herstellung. |
| US07/325,115 US4928154A (en) | 1985-09-03 | 1989-03-20 | Epitaxial gallium arsenide semiconductor on silicon substrate with gallium phosphide and superlattice intermediate layers |
| US07/483,364 US4963508A (en) | 1985-09-03 | 1990-02-22 | Method of making an epitaxial gallium arsenide semiconductor wafer using a strained layer superlattice |
| CA000616160A CA1322040C (en) | 1985-09-03 | 1991-09-11 | Epitaxial gallium arsenide semiconductor wafer and method of producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60195435A JPS6258690A (ja) | 1985-09-04 | 1985-09-04 | 砒素化ガリウム系半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6258690A true JPS6258690A (ja) | 1987-03-14 |
Family
ID=16341009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60195435A Pending JPS6258690A (ja) | 1985-09-03 | 1985-09-04 | 砒素化ガリウム系半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6258690A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02244116A (ja) * | 1989-03-17 | 1990-09-28 | Hitachi Ltd | 光学特性変調器および光学素子 |
| EP0723039A2 (en) | 1995-01-19 | 1996-07-24 | Nippon Steel Corporation | Compound semiconductor substrate and process of producing same |
| JP2001168103A (ja) * | 1999-12-10 | 2001-06-22 | Nagoya Kogyo Univ | 半導体表面処理方法、およびこの処理を施された半導体装置 |
| JP2003046100A (ja) * | 2001-07-30 | 2003-02-14 | Mitsubishi Materials Silicon Corp | 鉄シリサイド層を有した半導体基板及び光半導体装置並びにこれらの製造方法 |
| US7323723B2 (en) | 2001-12-28 | 2008-01-29 | Sanken Electric Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device using phosphors for performing wavelength conversion |
| JP2013545312A (ja) * | 2010-11-26 | 2013-12-19 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | オプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法およびそのような半導体チップ |
| CN111312786A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-19 | 云谷（固安）科技有限公司 | 柔性显示面板及其制备方法 |
-
1985
- 1985-09-04 JP JP60195435A patent/JPS6258690A/ja active Pending
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ELECTRON.LETT=1984 * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US9093604B2 (en) | 2010-11-26 | 2015-07-28 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Method of producing an optoelectronic semiconductor chip, and such a semiconductor chip |
| CN111312786A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-19 | 云谷（固安）科技有限公司 | 柔性显示面板及其制备方法 |
| CN111312786B (zh) * | 2020-02-28 | 2022-11-15 | 云谷（固安）科技有限公司 | 柔性显示面板及其制备方法 |
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