JPS626336B2 - - Google Patents
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- JPS626336B2 JPS626336B2 JP8205381A JP8205381A JPS626336B2 JP S626336 B2 JPS626336 B2 JP S626336B2 JP 8205381 A JP8205381 A JP 8205381A JP 8205381 A JP8205381 A JP 8205381A JP S626336 B2 JPS626336 B2 JP S626336B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はGaSb化合物半導体基板上に液相エピ
タキシヤル法によつてGaAlAsSb四元混晶を成長
せしめる方法の改良に関する。
タキシヤル法によつてGaAlAsSb四元混晶を成長
せしめる方法の改良に関する。
現在半導体材料として−族二元化合物結晶
基板上に三元或いはそれ以上の元素よりなる−
族化合物混晶層をエピタキシヤル成長により形
成することが行われている。このエピタキシヤル
成長は成長層の結晶が異質（ヘテロエピタキシ）
であるために必然的に格子定数の差及び格子面の
ねじれ、すなわち、格子のミスマツチを生じる。
この格子のミスマツチは成長層の界面付近に歪を
生じさせ、格子歪を緩和するために転位を生じさ
せるなど、エピタキシヤル成長させた結晶の完全
性に重大な影響を及ぼす。
基板上に三元或いはそれ以上の元素よりなる−
族化合物混晶層をエピタキシヤル成長により形
成することが行われている。このエピタキシヤル
成長は成長層の結晶が異質（ヘテロエピタキシ）
であるために必然的に格子定数の差及び格子面の
ねじれ、すなわち、格子のミスマツチを生じる。
この格子のミスマツチは成長層の界面付近に歪を
生じさせ、格子歪を緩和するために転位を生じさ
せるなど、エピタキシヤル成長させた結晶の完全
性に重大な影響を及ぼす。
GaAs−GaAlAs系結晶からなる発光素子にお
いて、活性層を含むエピタキシヤル成長層中に存
在する転位等の結晶欠陥が初期劣化の原因となる
ことが既に明らかにされているなど、半導体材料
に含まれる結晶欠陥が当該半導体素子の特性に大
きい影響を及ぼすことが明らかにされつつあり、
障害の原因となる欠陥のない材料が要求されてい
る。
いて、活性層を含むエピタキシヤル成長層中に存
在する転位等の結晶欠陥が初期劣化の原因となる
ことが既に明らかにされているなど、半導体材料
に含まれる結晶欠陥が当該半導体素子の特性に大
きい影響を及ぼすことが明らかにされつつあり、
障害の原因となる欠陥のない材料が要求されてい
る。
この要求に対応するためにGaAlAsP等の四元
混晶の元素の組成比を選択制御し、ある温度にお
いて格子整合を行うが、液相エピタキシヤル成長
法においては、温度を指定するとき溶液成分の濃
度と結晶の組成は液相−固相平衡条件により拘束
されており、結晶析出過程が準平衡である場合
は、系の温度変化に対し溶液及び結晶の組成の変
化もまた一義的に定まるから、成長層の組成の制
御のためには初期温度及び溶液組成を適切な値に
設定することが必要である。
混晶の元素の組成比を選択制御し、ある温度にお
いて格子整合を行うが、液相エピタキシヤル成長
法においては、温度を指定するとき溶液成分の濃
度と結晶の組成は液相−固相平衡条件により拘束
されており、結晶析出過程が準平衡である場合
は、系の温度変化に対し溶液及び結晶の組成の変
化もまた一義的に定まるから、成長層の組成の制
御のためには初期温度及び溶液組成を適切な値に
設定することが必要である。
光フアイバの低損失領域である1.0μｍ以上の
波長帯域における光通信素子用半導体として、
InPとともにGaSb系材料が開発対象とされている
が、GaSb基板上にGaAlAsSb混晶層を成長せし
める液相エピタキシヤル法において、現在知られ
ている方法はGa−Al−Sb三元溶液中にGaAs結晶
を溶解して得られるGa−Al−As−Sb四元溶液に
依る方法である。しかしながら本方法による場
合、三元溶液に溶解するAsの量が微量であつ
て、GaAlAsSb成長層の格子定数はGaSbの格子
定数より一般に大きい。三元溶液の成分元素のモ
ル分率が例えば温度600℃で、Ｘｌ Ｇａ＝0.90、Ｘｌ Ａ
ｌ＝
0.05程度であるとき、四元溶液のAsのモル分率
はＸｌ Ａｓ＝0.0002程度に過ぎず、これにより得られ
る四元混晶Ga1−xAlxAsySb1−ｙにおいては、
Al組成比ｘ＝0.6で、 Asの組成比ｙはエピタキシヤル成長に伴つて減
少するが最大でｙ＝0.02以下であり、格子不整合
△ａ／ａは１×10-3以上である。
波長帯域における光通信素子用半導体として、
InPとともにGaSb系材料が開発対象とされている
が、GaSb基板上にGaAlAsSb混晶層を成長せし
める液相エピタキシヤル法において、現在知られ
ている方法はGa−Al−Sb三元溶液中にGaAs結晶
を溶解して得られるGa−Al−As−Sb四元溶液に
依る方法である。しかしながら本方法による場
合、三元溶液に溶解するAsの量が微量であつ
て、GaAlAsSb成長層の格子定数はGaSbの格子
定数より一般に大きい。三元溶液の成分元素のモ
ル分率が例えば温度600℃で、Ｘｌ Ｇａ＝0.90、Ｘｌ Ａ
ｌ＝
0.05程度であるとき、四元溶液のAsのモル分率
はＸｌ Ａｓ＝0.0002程度に過ぎず、これにより得られ
る四元混晶Ga1−xAlxAsySb1−ｙにおいては、
Al組成比ｘ＝0.6で、 Asの組成比ｙはエピタキシヤル成長に伴つて減
少するが最大でｙ＝0.02以下であり、格子不整合
△ａ／ａは１×10-3以上である。
GaAs結晶の溶解温度を高めることによりその
溶解度を増加することは可能であるが、GaSb基
板結晶の融点が712℃であることからGaAs結晶の
溶解温度は650℃程度が上限となる。またAlの組
成比が少い、すなわちGaの組成比が大きいとき
にはGaAs結晶の溶解度が増力するから、GaAs結
晶の溶解温度を650℃程度、四元エピタキシヤル
層の成長温度を630℃乃至595℃とし、Alの組成
比ｘ＝0.5以下ならば、エピタキシヤル層の厚さ
１μｍの程度までは格子整合は可能である。しか
しながら前記の制限は光通信用半導体装置用材料
としては容認出来るものではなく、Alの組成比
ｘが大きい、またエピタキシヤル成長層が厚くて
格子整合が可能なエピタキシヤル成長方法が必要
とされる。
溶解度を増加することは可能であるが、GaSb基
板結晶の融点が712℃であることからGaAs結晶の
溶解温度は650℃程度が上限となる。またAlの組
成比が少い、すなわちGaの組成比が大きいとき
にはGaAs結晶の溶解度が増力するから、GaAs結
晶の溶解温度を650℃程度、四元エピタキシヤル
層の成長温度を630℃乃至595℃とし、Alの組成
比ｘ＝0.5以下ならば、エピタキシヤル層の厚さ
１μｍの程度までは格子整合は可能である。しか
しながら前記の制限は光通信用半導体装置用材料
としては容認出来るものではなく、Alの組成比
ｘが大きい、またエピタキシヤル成長層が厚くて
格子整合が可能なエピタキシヤル成長方法が必要
とされる。
本発明は前記の要求に対処し、Ga1−
xAlxAsySb1−ｙエピタキシヤル成長層につい
て、Alの組成比ｘが大きく、かつ当該エピタキ
シヤル成長層が光通信用半導体装置に必要とされ
る厚さであつてもGaSb基板等と格子整合を可能
とする製造方法を得ることを目的とする。
xAlxAsySb1−ｙエピタキシヤル成長層につい
て、Alの組成比ｘが大きく、かつ当該エピタキ
シヤル成長層が光通信用半導体装置に必要とされ
る厚さであつてもGaSb基板等と格子整合を可能
とする製造方法を得ることを目的とする。
本発明はGaAs結晶（融点1237℃）に代えて
InAs結晶（融点943℃）をGa−Al−Sb三元溶液
中に溶解せしめて、Ga−Al−In−As−Sb五元溶
液を得、この五元溶液よりGa1−xAlxAsySb1−
ｙ層をエピタキシヤル成長せしめるものである。
InAs結晶（融点943℃）をGa−Al−Sb三元溶液
中に溶解せしめて、Ga−Al−In−As−Sb五元溶
液を得、この五元溶液よりGa1−xAlxAsySb1−
ｙ層をエピタキシヤル成長せしめるものである。
この方法によればInの存在により溶液中のAs
のモル分率はＸｌ Ａｓ＝0.0007程度まで増加し、一方
Inは溶液より結晶化する際の偏析係数が小さく、
結晶中の組成比はAsについてｙ＝0.05程度が得
られるに対し、INの組成比は２×10-4程度以下で
あつて、実質上GaAlAsSb四元混晶とみなされる
エピタキシヤル成長層が得られ、これによつて格
子整合が達成される。
のモル分率はＸｌ Ａｓ＝0.0007程度まで増加し、一方
Inは溶液より結晶化する際の偏析係数が小さく、
結晶中の組成比はAsについてｙ＝0.05程度が得
られるに対し、INの組成比は２×10-4程度以下で
あつて、実質上GaAlAsSb四元混晶とみなされる
エピタキシヤル成長層が得られ、これによつて格
子整合が達成される。
以下本発明の実施例について図面により詳細に
説明する。
説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２
図は当該実施例の温度一時間経過を示す図であ
る。第１図においてカーボンボート１は二個のく
ぼみを備え、その一に（00１）−GaSb基板２を収
容し、他方にInAs結晶３を収容するGaSb基板２
及びInAs結晶３は何れも不純物注入を行つてい
ない。スライダ４の孔にはＸｌ Ｇａ≒0.9、Ｘｌ Ａｌ≒
0.05、Ｘｌ Ｓｂ≒0.05の600℃で飽和となるGa−Al−
Sb溶液５に相当するGa、Al、及びSbを収容し
た。純水素（H2）雰囲気中で620℃まで昇温し
（第２図Ａ）、30分間定温放置後、前記Ga−Al−
Sb溶液５をInAs結晶３上にスライドし（第２図
Ｂ）、更に30分間620℃に保つ。この間にInAs結
晶３がGa−Al−Sb溶液５中に溶解して、Ga−Al
−In−As−Sb五元溶液が形成される。次いでこ
の溶液をくぼみの中間にスライドし（第２図Ｃ）
全体を600℃まで冷却後、GaSb基板２上にスライ
ドし（第２図Ｄ）、１分間エピタキシヤル成長を
行つた（第２図Ｅ）。ただし、冷却速度α＝
0.5C／minとした。これによつて得られた
GaAlAsSb層の厚さは約1.5μｍであり、GaSb基
板との界面にGaインクルージヨンは見られず、
クロスハツチパターンも観測されなかつた。
図は当該実施例の温度一時間経過を示す図であ
る。第１図においてカーボンボート１は二個のく
ぼみを備え、その一に（00１）−GaSb基板２を収
容し、他方にInAs結晶３を収容するGaSb基板２
及びInAs結晶３は何れも不純物注入を行つてい
ない。スライダ４の孔にはＸｌ Ｇａ≒0.9、Ｘｌ Ａｌ≒
0.05、Ｘｌ Ｓｂ≒0.05の600℃で飽和となるGa−Al−
Sb溶液５に相当するGa、Al、及びSbを収容し
た。純水素（H2）雰囲気中で620℃まで昇温し
（第２図Ａ）、30分間定温放置後、前記Ga−Al−
Sb溶液５をInAs結晶３上にスライドし（第２図
Ｂ）、更に30分間620℃に保つ。この間にInAs結
晶３がGa−Al−Sb溶液５中に溶解して、Ga−Al
−In−As−Sb五元溶液が形成される。次いでこ
の溶液をくぼみの中間にスライドし（第２図Ｃ）
全体を600℃まで冷却後、GaSb基板２上にスライ
ドし（第２図Ｄ）、１分間エピタキシヤル成長を
行つた（第２図Ｅ）。ただし、冷却速度α＝
0.5C／minとした。これによつて得られた
GaAlAsSb層の厚さは約1.5μｍであり、GaSb基
板との界面にGaインクルージヨンは見られず、
クロスハツチパターンも観測されなかつた。
前記五元溶液中のAsのモル分率Ｘｌ Ａｓ≒6.1×
10-4であり、エピタキシヤル成長層の組成比は大
略Ga0.4、Al 0.6；As0.05、Sb0.95でInは２×
10-4程度以下であつて、GaSb基板との格子不整
合は±４×10-4以内であつた。以上の実施例にお
いて、Asのモル分率Ｘｌ Ａｓを制御するときの格子
不整合△ａ／ａとの相関の例を第３図に示す。工
業的実施にあたつては、InAs結晶は適量をGa−
Al−Sb三元溶液中に入れ、溶解温度を溶解飽和
温度より10℃程度高く設定することにより、通常
のカーボンスライドボード法等により多層構造半
導体層を成長せしめることが可能である。
10-4であり、エピタキシヤル成長層の組成比は大
略Ga0.4、Al 0.6；As0.05、Sb0.95でInは２×
10-4程度以下であつて、GaSb基板との格子不整
合は±４×10-4以内であつた。以上の実施例にお
いて、Asのモル分率Ｘｌ Ａｓを制御するときの格子
不整合△ａ／ａとの相関の例を第３図に示す。工
業的実施にあたつては、InAs結晶は適量をGa−
Al−Sb三元溶液中に入れ、溶解温度を溶解飽和
温度より10℃程度高く設定することにより、通常
のカーボンスライドボード法等により多層構造半
導体層を成長せしめることが可能である。
本発明は以上説明した如く、Ga−Al−Sb三元
溶液中にInAs結晶を溶解することによりエピタ
キシヤル成長の溶液中のAsのモル分率を増大せ
しめ、これによりGaSb基板等と格子整合が可能
なGaAlAsSb層を成長せしめる液相エピタキシヤ
ル成長方法を提供するものであつて、光フアイバ
の低伝送損失波長帯域に対応する発受光素子の実
現に寄与する。
溶液中にInAs結晶を溶解することによりエピタ
キシヤル成長の溶液中のAsのモル分率を増大せ
しめ、これによりGaSb基板等と格子整合が可能
なGaAlAsSb層を成長せしめる液相エピタキシヤ
ル成長方法を提供するものであつて、光フアイバ
の低伝送損失波長帯域に対応する発受光素子の実
現に寄与する。
第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２図
は温度−時間経過を示す図、第３図はＸｌ Ａｓと△
ａ／ａとの相関の一例を示す図である。 図において、１はカーボンボード、２はGaSb
基板、３はInAs結晶、４はスライダ、５はGa−
Al−Sb溶液、を示す。
は温度−時間経過を示す図、第３図はＸｌ Ａｓと△
ａ／ａとの相関の一例を示す図である。 図において、１はカーボンボード、２はGaSb
基板、３はInAs結晶、４はスライダ、５はGa−
Al−Sb溶液、を示す。
Claims (1)
- １ GaSb化合物半導体基板上に、Ga、Al、Sb及
びAsを含む混晶層を有する多層構造半導体層を
形成する液相エピタキシヤル成長方法において、
Ga−Al−Sb三元溶液にInAs結晶を溶解せしめた
五元溶液より前記Ga、Al、Sb及びAsを含む混晶
層を成長せしめることを特徴とする液相エピタキ
シヤル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8205381A JPS57197823A (en) | 1981-05-29 | 1981-05-29 | Liquid phase epitaxial growing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8205381A JPS57197823A (en) | 1981-05-29 | 1981-05-29 | Liquid phase epitaxial growing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57197823A JPS57197823A (en) | 1982-12-04 |
| JPS626336B2 true JPS626336B2 (ja) | 1987-02-10 |
Family
ID=13763764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8205381A Granted JPS57197823A (en) | 1981-05-29 | 1981-05-29 | Liquid phase epitaxial growing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57197823A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3041751U (ja) * | 1997-03-25 | 1997-10-03 | 清一 菅生 | ラジオ付き帽子 |
-
1981
- 1981-05-29 JP JP8205381A patent/JPS57197823A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3041751U (ja) * | 1997-03-25 | 1997-10-03 | 清一 菅生 | ラジオ付き帽子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57197823A (en) | 1982-12-04 |
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