JPS6265996A - 化合物半導体結晶層の製造方法 - Google Patents

化合物半導体結晶層の製造方法

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JPS6265996A
JPS6265996A JP20574885A JP20574885A JPS6265996A JP S6265996 A JPS6265996 A JP S6265996A JP 20574885 A JP20574885 A JP 20574885A JP 20574885 A JP20574885 A JP 20574885A JP S6265996 A JPS6265996 A JP S6265996A
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JP
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semiconductor crystal
plane
crystal layer
compound semiconductor
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JP20574885A
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Yasuo Oba
康夫 大場
Motoyuki Yamamoto
山本 基幸
Masayuki Ishikawa
正行 石川
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野] 本発明は、有機金属化学気相成長法(M OCVD法)
によりI rl−x−v Gax Affiv P層を
成長形成する方法に係わり、特に半導体レーザを形成す
るのに好適する化合物半導体結晶層の製造方法に関する
〔発明の技術的背景とその問題点〕
単結晶1 nGaARPは■−V族化合物半導体の中で
も、短波長半導体発光素子を得るための重要な材料であ
る。この材料は、従来のLPE法やVPE法等の準平衡
下での成長方法では、A℃の固相への偏析係数が極端に
大きいため事実上成長不可能である。そこで最近、平衡
状態より大きくずれた状態下での成長と考えられるMB
E法やMOCVD法等により、上記化合物半導体を成長
する方法が検討されている。
MOCVD法による単結晶 I n+−x−y Gax Aj2y Pの成長として
は、各種報告されているが、いずれも良質の結晶を得る
程満足するものではない。そして、MOCVD法により
InGaAQPを成長する際に特に問題となっているの
は、次のことである。即ち、良質な結晶を得るには高温
での結晶成長が望まれるが、特にARの組成比が小さい
Ir1GaAfiP或いはI nGaPでは成長温度が
高いときには良質な表面モホロジーが得らない。また、
良好な表面モホロジーとPLに代表される良好な結晶性
とを同時に得られる成長温度がAffの組成比により大
幅に異なることである。
ここで、半導体レーザの作成には、八2の組成が異なる
I nGaAQPでヘテロ接合を形成することが不可欠
である。しかし、Aj2の組成比により成長温度が大き
く異なることから、上記へテロ接合を同一温度で連続し
て成長形成することはできない。従って、InGaAg
PnGaAg−ザの作成にMOCVD法を適用しても実
用にならないのが現状である。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、良好な表面モホロジーと結晶性とを備
えるI n 1−X−Y G ax AρYP結晶をG
aAa基板に格子整合する全、M2組成に亙り同一の成
長温度にて制御性及び再現性良く成長することができ、
半導体レーザの作成等に極めて有効な化合物半導体結晶
層の製造方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の骨子は、MOCVD法で成長する際に用いる原
料ガスの種類及びGaAS基板の面方位等を選択するこ
とにより、A2の少ないr nl−x−y Gax A
ffiy P層の成長温度を上げることにある。
本発明者等は、MOCVD法で成長する際の原料として
メチル系有機金属であるTMA(1−リメチルアルミニ
ウム)、TMG(トリメチルガリウム)、T〜11(ト
リメトルインジウム)及びホスフィン(PH3)を用い
、GaAs基板上にヘテロ接合を形成する種々の実験を
繰返した。この場合、前述した如くAQの組成により良
質な結晶を成長可能な基板温度が大幅に異なり良好なヘ
テロ接合を形成することは困難であった。しかし、本発
明者等の更なる鋭意研究及び実験によれば、A2組成に
対する最適成長温度の範囲は絶対的なものではないこと
が判明し、以下の■〜■の条件下で、良好な表面モホロ
ジーと結晶性を有するl nGaA之PAQテロ接合を
同一成長1度で成長可能であることが見出された。
■ ■族原料としてTMA、T〜IG、TMIを用いる
■ vIN原料としてホスフィンを用いる。
■ GaAS基板の表面を、(100)面から<011
)面及び(011)面の両方向に傾斜させる。
ここで、ANの組成の異なるI rlGaAflPを同
一成長温度で連続的に成長できるのは、特にAQの組成
比の小さいI nGaA、gPの最適成長温度の上限が
上がり、AQの組成比の大きいI nGaAQPの最適
成長温度の下限よりも高くなったからである。
本発明はこのような点に着目してなされたもので、Ga
ASW板上ニM OCV D法によりI n 1−x−
y G ax A 1YPIを成長形成する化合物半導
体結晶層の製造方法において、前記基板の表面の面方位
を(100)面から(011)面及び(011)面の両
方向にそれぞれ傾斜させ、前記MOCVD法により結晶
成長する際に■族原才斗としてメチル系有機金属を用い
、且つV族原料としてホスフィンを用いるようにした方
法である。
(発明の効果〕 本発明によれば、八2の全組成域に亙り、特にAffi
ff化の小さいI n+−x−y Gax AQ、y 
P層の最適成長温度の上限を上げることができる。この
ため、AR組成比の異なる In+−x−yGaxAgvPの各層を同一基板温度に
て連続的に成長することが可能となる。従って、GaA
S基板上にAffiの組成比の異なる良質のI nGa
AffP層を、制御性及び再現性良く成長することがで
き、その有用性は絶大である。この効果は、特にヘテロ
接合を有する半導体レーザの作成に極めて有効である。
即ち、活性層の両側界面における良好な結晶性と平坦性
を同時に達成でき、光とキャリアの損失が橿めて小さい
レーザを作成することが可能となる。      ・〔
発明の実施例〕 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第1図は本発明の一実施例方法に使用した成長装置を示
す概略構成図である。図中11は石英製の反応管であり
、この反応管11内にはガス導入口12から原料ガスが
導入される。そして、反応管11内のガスはガス排気口
13から排気されるものとなっている。反応管11内に
はカーボン製のサセプタ14が配置されており、試料基
板15はこのサセプタ14上に載置される。また、サセ
プタ14は、高周波コイル16により誘導加熱されるも
のとなっている。
次に、上記装置を用いた結晶成長方法について説明する
まず、化学エツチングによって表面清浄化したGaAS
基板15を前記サセプタ14上に載置する。ガス導入口
12から高純度水素を毎分2.5[βコ導入し、反応管
11内の大気を置換する。
次いで、ガス排気口13をロータリーポンプに接続し、
反応管11内を減圧し、内部の圧力を20〜300 [
torr]の範囲に設定する。その後、ガス導入口12
から10[%1アルシンガスを毎分50[cjI3]導
入し、高周波コイル16によりサセプタ14及び基板1
5を加熱し、基板温度700 [’C]で1時間保持し
て基板の清浄化を行う。
次いで、アルシンの導入を停止し、続いてホスフィンの
導入を開始した後、反応管11内のアルシンを十分置換
するために1秒程度の間をおき、予め所定の混合比に調
整したT M△、TMG。
TMIを導入して成長を行う。なお、このとき、ドーピ
ング原料としてジメチル亜鉛(DMZ)或いはぜレン化
水素(H2Se)を同時に導入する。
なお、この際に用いたGaAS基板表面の面方位トシテ
ハ、(100)面から(011)面及び(011)面の
両方向にそれぞれ1度傾けたものと、比較例として(1
00)面のものとを用いた。
第2図及び第3図は、このような手順にて成長したI 
nGaAλPについて良好な表面モホロジ°−が1aら
れる成長温度範囲を斜線にて示したものである。第2図
は基板面方位が(100)面から(011)面及び(0
11)面の両方向に傾けたGaAS基板を用いた場合で
あり、第3図は基板面方位が(100)面であるGaA
s基板上に成長した場合である。
基板面方位が(100)の場合に良好な表面モホロジー
が得られる成長温度範囲は、第3図に示す如<AR組成
[Affi]/ ([Aff] +[I n] )が0
.1以下のときは550[℃]から650[°C]の間
であり、0.25以上の、M2組成に対しては660 
[℃]以上である。従って、例えば半導体レーザ用とし
て要求されるそれぞれのAQ。
組成が0.05と0.5であるヘテロ接合を同一温度に
て連続的に成長することは不可能である。
これに対し本実施例のように、基板面方位を前記した如
く傾けたものでは、第2図に示す如く675 [℃]か
ら700 [℃]の成長温度範囲にて、InGaPから
InAffiPまでのGaAsW板に格子整合する全A
2組成に亙り良好な表面モホロジーを有する結晶を成長
可能であった。つまり、上記したへ2組成が0.05と
0.5であるヘテロ接合を、同一温度にて連続的に成長
することが可能となる。
このように本実施例方法によれば、■族原料としてIM
A、TMG、TMIを用いると共にV族原料としてボス
フィンを用い、GaAS基板表面の面方位を(100)
面から(011)而及び(011)面の両方向にそれぞ
れ1度傾けたちのを用いることにより、ANの組成の小
さいI nGaAQPの最適成長温度(良好な表面モホ
ロジーが得られる成長温度)の上限を、ARの組成比が
大きなI nGaAfiPの最適成長温度の下限よりも
高くすることができる。このため、ARの組成比の異な
るInGaAnPIiをGaAS基板上に同一の成長温
度で連続して成長形成することができる。従って、I 
nGaAQPの良好なヘテロ接合を形成することが可能
となり、半導体レーザの製造等に極めて有効である。ま
た、A之の組成比の小さいI nGaARP層について
は、従来よりも高い温度での成長が可能となるので、該
層の結晶性の向上をはかり得る等の利点がある。
また、本発明者等は上記の実施例方法により、以下のよ
うにして半導体レーデを作成したところ、極めて良好な
結果が得られた。即ち、(100)面から(011)面
及び(011)面の両方向にそれぞれ1度傾斜した面を
持つキャリア濃度3x1018 [n’コのS1ドープ
GaAS基板上に、基板温度700 C’C] 、反応
管内圧カフ6[torr]にて、前記手法により膜厚0
.5[μm]、キャリア1度1X1018[α“3]の
SeドープGaASバッファ層、膜厚1.0[μm]、
キャリア濃度lx 10”  [cm’ ]のSeドー
プA Qn、tsG ao、2s I no、s Pク
ラッド層、膜厚0.1 [μm]のアンドープG ao
、s I nn、* P活性層、膜厚1.0[μm]、
キャリア濃度8X101T [cz−コ]のZnドープ
A f2o、25G ao、zrl no、s Pクラ
ッド層、膜厚0.5[μm]、キャリア濃度3x 10
”  [cm’ ]のコンタクト層を順次形成し、レー
ザ用ダブルへテロウェハを作成した。その襖、S i 
02による電流狭窄レーザを試作したところ、キャビテ
ィ長200[μm]、ストライブ幅20[μTrL1の
とき室温での発振8@電流及び電流密度として、それぞ
れ240[mAコ、6 [KA/(J2コが得られた。
この結果は、AffiGa [nPを使用した半導体レ
ーザとしては、最も浸れたものであり、このことからも
本発明の有用性は証明された。
なお、本発明は上述した実施例方法に限定されるもので
はない。例えば、前記基板の面方位の傾き角は、(01
1)面及び(011)面の両方向にそれぞれ0.5〜4
度の範囲であればよい。ここで、傾ぎ角が0.5度より
小さいと、前述した効果は期待できないし、ざらに0.
5度以下の精度で面方位を傾けることは実質的に困難で
ある。
また、上記傾き角を4度以上とすると、成長結晶表面が
波打ったものとなり、良質の成長層を得ることはできな
い。さらに、上記傾斜角は(011)面及び(011)
面に対し同じ角度であるのが最も有効であった。また、
反応管内の圧力は20〜300 [torr]の範囲で
有効であった。また、前記成長装置は第1図に何等限定
されるものではなく、基数1JLI熱手段、ガス導入手
段及びガス排気手回等を備えて、MOCVD法を実施で
きるものであればよい。その他、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例方法に使用した成長装置を示
す概略構成図、第2図及び第3図はそれぞれAffi組
成に対する成長温度の範囲を示す特性図であり、第2図
は実施例の場合を、第3図は比較例の場合を示している
。 11・・・反応管、12・・・ガス導入口、13・・・
ガス排気口、14・・・サセプタ、15・・・試料基板
、16・・・高周波コイル。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1 口 T9[’C] 第2図 T9[’C] 第3図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)GaAs基板上に有機金属化学気相成長法により
    In_1_−_X_−_YGa_XAl_YP層(0≦
    x≦1、0≦y≦1)を成長形成する化合物半導体結晶
    層の製造方法において、前記基板の表面の面方位を(1
    00)面から(011)面及び(011)面の両方向に
    それぞれ傾斜させ、前記有機金属化学気相成長法により
    結晶成長する際にIII族原料としてメチル系有機金属を
    用い、且つV族原料としてホスフィンを用いたことを特
    徴とする化合物半導体結晶層の製造方法。
  2. (2)前記III族原料として、トリメチルアルミニウム
    、トリメチルガリウム及びトリメチルインジウムを用い
    たことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の化合物
    半導体結晶層の製造方法。
  3. (3)前記基板表面の傾斜角を、それぞれ0.5〜4度
    の角度に設定したことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の化合物半導体結晶層の製造方法。
  4. (4)前記基板表面の傾斜角は、(011)面に対する
    傾斜角と及び(011)面に対する傾斜角とが略等しい
    ものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項又は
    第3項記載の化合物半導体結晶層の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02239188A (ja) * 1989-03-09 1990-09-21 Nippon Mining Co Ltd エピタキシャル成長方法
WO2002005335A1 (en) * 2000-07-10 2002-01-17 Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd. Single crystal wafer and solar battery cell
JP2009018983A (ja) * 2007-06-14 2009-01-29 Sumitomo Electric Ind Ltd GaN基板、エピタキシャル層付き基板、半導体装置、およびGaN基板の製造方法

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