JPS6332916A

JPS6332916A - Ｇａ↓０．↓５Ｉｎ↓０．↓５Ｐ結晶の成長方法

Info

Publication number: JPS6332916A
Application number: JP17601786A
Authority: JP
Inventors: Akiko Gomiyo; 明子五明
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-07-25
Filing date: 1986-07-25
Publication date: 1988-02-12

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】（産業上の利用分野）この発明は半導体結晶の製造方法に関するものである。

（従来の技術）ＧａＡｓ基板に格子整合したＧａＯ，５Ｉｎ０．５Ｐは
可視光半導体レーザ用の材料として有望なＡＩＧａＩｎ
Ｐ系の基本となる結晶であり、半導体レーザの活性層と
なる。そのため、レーザの発振波長を決定する上でエネ
ルギーギャップを制御することは重要である。

従来、有機金属熱分解法（ＭＯＣＶＤ法）は成長温度５
７５〜６７５°Ｃ，Ｖ／Ｉｎ比１０〜４０（７）範囲で
結晶成長が行なわれており、この方法により、ＧａＡｓ
基板に格子整合したＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐを作ると、
そのエネルギーギャップＥｇは１．９０ｅＶである（ジ
ャーナル・オブ・クリスタル・グロース６２巻６４８−
６５０頁、１９８３年）。

ＧａｚＩｎｌ−２Ｐ（０≦Ｘ≦１）結晶のＥｇはＩＩＩ
族元素のＧａとＩｎの比Ｘにより決まっており、結晶成
長条件を変えて成長してもＸが変らない限りＥｇは同じ
値である。

（発明が解決しようとする問題点）したがって、ＧａｘＩｎｘ　−ｘＰのＥｇを変える場合
はＸを変化させる必要があった。ところが、該Ｇａ組成
比Ｘの変化に伴いＧａｘＩｎｌ−ＸＰの格子定数が変化
し、ＧａＡｓ基板とＧａｚＩｎｌ　＋ｚＰの間に格子の
ずれが生じる。この様な格子のずれを有する半導体結晶
を用いて半導体素子を作った場合、素子の信頼性が著し
く低下する。この傾向は半導体レーザでは特に著しく現
われる。

しかし、これまで、ＧａＡｓ基板に格子整合したまま、
ＧａとＩｎの同相組成比を一定に保ちＧａｘＩｎｌ　ｚ
Ｐ結晶のエネルギーギャップを変化させる方法は提供さ
れていなかった。

本発明の目的は上記の問題を解決したＧａ組成比を０．
５に固定したままでＧａ０．５Ｉｎ（１，５Ｐ結晶のエ
ネルギーギャップを変化させる、エネルギーギャップの
制御方法を提供することである。

（問題点を解決するための手段）本発明においてはＧａＡｓ基板に格子整合するＧａｏ。

５Ｉｎ０．５Ｐ結晶の成長をＭＯＶＰＥ法により行ない
、該結晶成長時の温度および、原料ガスの■族対ＩＩＩ
族の正味のガス流量比およびｐ型ドーピングによる正孔
濃度の組み合わせを下記に述べる様に変化させることに
より結晶性をそこなうことなく、ＧａＡｓ基板に格子整
合したままでＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐのエネルギーギャ
ップを１．９ｅＶから１．８５ｅＶまで変化させる、Ｇ
ａＯ。

５Ｉｎ０．５Ｐの結晶のエネルギーギャップ制御法を示
す。Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ結晶成長時の温度および原
料ガスのＶ　／ＩＩＩ比およびｐ型ドーピングによる正
孔濃度の組み合わせは以下の様に変化させる。

エネルギーギャップＥｇ＜１．９１ｅＶのＧａ０．５Ｉ
ｎ０．５Ｐ結晶を必要とする場合は、成長温度をＸ軸、
Ｖ族元素とＩＩＩ族元素の比（以下Ｖ／ＩＩＩ比と記す
）をＹ軸、Ｅｇを２軸としたとき、（７００，６０，１
，９０）、（７００，２３０，１，８６Ｘ７００゜４１
０．１．８５）、（７５０，６０，１，９１）、（６５
０，２３０，１，８５）、（６００，２３０，１，８７
）の各点を通る曲面上の点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）となるように
前記成長温度、前記１１．Ｉ族元素を含む原料ガスの流
量、前記■族元素を含む原料ガスの流量を定めると共に
、正孔濃度が１×１０１８ｃｍ−３以下となるように前
記ドーパント原料ガスの流量を定め、Ｅｇ＝１．９１ｅ
ＶのＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ結晶を必要とする場合は、
成長温度は５５０８Ｃ〜８００゜Ｃとし、前記各原料ガ
スの流量はＶ　／ＩＩＩ比≦５００、正孔濃度〉１×１
０１８ｃｍ−３となるように定めるか、あるいは成長濃
度を７００°Ｃ又は７５０°Ｃと　し、Ｖ／ＩＩＩ　　
比＝６０、　正一孔１７Ｊｉ≦Ｉ　Ｘ　１０１１０ｌ８
となるよう前記各原料ガスの流量を定める。

（作用）ＭＯＣＶＤ法により成長するＧａＡｓ上のＧａ０．５Ｉ
ｎ０．５Ｐのエネルギーギャップは以下のごとく制御で
きる。

第１図にＧａＡｓに格子整合したＧａＯ，５Ｉｎ０．５
Ｐのエネルギーギャップと成長温度、Ｖ　／ＩＩＩ比、
正孔濃度との関係を示す。Ｘ軸に成長温度、Ｙ軸にＶ／
ＩＩＩ比、Ｚ軸にエネルギーギャップを表わす。また第
１図中のｐは正孔濃度を表わす。ここで、ＧａＯ，５Ｉ
ｎ０．５Ｐ結晶の成長時のＶ　／ＩＩＩ比および正孔濃
度は次の様に変化させる。

Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ結晶の成長のＩＩＩ族のＩｎの
原料にトリメチルインジウムあるいはトリエチルインジ
ウムを用い、Ｇａの原料にトリメチルガリウムあるいは
トリエチルガリウムを用い、…およびＧａの原料ガスを
それぞれ一定値に固、定し、■族原料にホスフィン（Ｐ
Ｈａ）を用い、ＰＨ３の流量を変化させることにより（
■放流量）／（ＩＩＩ族流（ｔ）の比を変化させる。こ
こで、ＩＩＩ族流量とは、ＧａおよびＩｎのそれぞれの
原料ガスの正味の流量を加えた量である。さらにｐ型ド
ーパント原料としてジメチルジンクあるいはジエチルジ
ンクあるいはシクロペンタジェニルマグネシウムを用い
、ｐ型ドーパント原料の流量を変化させることにより、
正孔濃度を変化させる。

正孔濃度ｐ≦１×１０１８ｃｍ−３以下の場合には、成
長温度６００°Ｃから７５０°Ｃの範囲、Ｖ　／ＩＩＩ
比６０カら４５０ノ範囲内でＧａＡｓ基板に格子整合し
たＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐのフォトルミネッセンス測定
により求めたエネルギーギャップは１．８４ｅＶから１
．９１ｅＶまで連続的に変化し、Ｖ　／ＩＩＩ比４１０
、成長温度６５０〜７００°Ｃにおける１゜８４ｅＶを
底面とした曲面を描く。正孔濃度ｐ〈１×１０１８ｃｍ
−３より大きい場合には、成長温度６００°Ｃカラ７５
０°Ｃの範囲、Ｖ　／ＩＩＩ比６０カら４５０ノ範囲内
でＧａＡｓ基板に格子整合したＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ
のエネルギーギャップは１．９１ｅＶで一定値をとる。

上述のごとく、ＭＯＣＶＤ法、によるＧａｐｓ上のＧａ
０．５Ｉｎ０．５Ｐの成長温度およびＶ　／ＩＩＩ比お
よびｐ型ドーピングによる正孔濃度の組み合わせにより
、Ｇａ０．５Ｉｎｏ。

５Ｐのフォトルミネッセンス測定により得られるエネル
ギーギャップを制御できる。

尚、上記の正孔濃度ｐ≦１×１０１８ｃｍ−３以下の場
合の曲面は、フォトルミネッセンス測定により求めたエ
ネルギーギャップを２、成長温度をＸ、　Ｖ／ＩＩＩ比
をＹとすると、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐのエネルギーギ
ャップと成長温度トＶ／ＩＩＩ比の関係は、（Ｘ、Ｙ、
Ｚ）ノ点が（７００，６０゜１．９０）、（７００，２
３０，１，８６）、（７００，４１０，１，８５）、（
７５０，２３０，１，９０）。

（６５０，２３０，１，８５）、（６００，２３０，１
，８７）の各点を通る曲面である。上記のカッコ（Ｘ、
Ｙ、Ｚ）はそれぞれＸ；成長温度、Ｙ；Ｖ　／ＩＩＩ比
、ｚ：エネルギーギャップを表わし、Ｘおよび２の範囲
はそれぞれ０ＣおよびｅＶである。

（実施例）以下、ＭＯＣＶＤ法による成長したＧａＡｓ上のＧａ０
．５Ｉｎ０．５Ｐ結晶のＧａおよびＩｎの組成比を変え
ずにエネルギーギャップを変化させた例を示す。

ＩＩＩ族原料にトリメチルインジウムおよびトリエチル
ガリウムを用い、それぞれ２゜１６　Ｘ　１０−５ｍｏｌ／ｍｉｎおよび２．６４Ｘ　
１０−５ｍｏｌ／ｍｉｎの流量に固定したＶ族原料にホ
スフィン（ＰＨａ）を用い、ＰＨ３の流量を変化させる
ことにより（Ｖ族原料）／（Ｉｎ族原料）の比６６．１
２０，２３０，４１０の各々の値に設定した。成長温度
は６００°Ｃ，６５０°Ｃ，７００°Ｃ，７５０°Ｃで
行なった。またＰ型ドーパントとしてミクロペンタジェ
ニルマグネシウムを原料としたＭｇ、およびジメチルジ
ンクを原料としたＺｎを用いた。上記のＶ　／ＩＩＩ比
と成長温度およびドーピング原料の流量を組み合わせて
成長したＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ結晶の室温におけるフ
ォトルミネッセンス測定より求めたエネルギーギャップ
は第１図中に・印で示したごとく、図中の曲面上によく
のる点であった。また、ｐ型ドーピングを行なったとき
の正孔濃度と、ＧａＡｓ基板に格子整合したＧａ０．５
Ｉｎ０．５Ｐのフォトルミネッセンス測定から求めたエ
ネルギーギャップの関係を第２図に示す。成長温度７０
０°Ｃの場合には正孔濃度によらずエネルギーギャップ
は１．９ｅＶであるが、６５０゜Ｃの場合には正孔濃度
がＩ　Ｘ　１０！８ｃｍ−以下の時エネルギーギャップ
が１．８５ｅＶであるが、正孔濃度１×１０１８ｃｍ−
３より大きい場合にはエネルギーギャップが１．９ｅＶ
となっている。すなわち、正孔濃度が低い場合あるいは
ドーピングされていない場合にＧａＡｓ基板に格子整合
したＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐのエネルギーギャップが１
．９ｅＶよりも小さい値をとる成長条件、すなわちＶ　
ＩＨＩ比および成長温度においては、正孔濃度Ｉ　Ｘ　
１０１１０ｌ８を境にエネルギーギャップが変化するこ
とを示す。また、上結晶Ｘ線回折法により求めた、上記
のＧａ０．５Ｉｎ０．５ＰのＧａとトの組成はＧａＡｓ
基板に格子整合するものから０．３％以内のずれであり
、該ずれは小さいものであった。

上記のＶ　／ＩＩＩ比と成長温度および正孔濃度とエネ
ルギーギャップの関係は再現性よく得られた。また、上
記の範囲内でＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐの電気的および光
学的性質はそこなわれなかった。そして、成長温度７０
０°Ｃ１Ｖ　／ＩＩＩ比１３０において成長したＧａ０
．５ＩｎＯ。

５Ｐをダブルへテロ構造（ＤＨ）レーザの活性層に用い
、発振波長６５００人で室温におけるパルス発振が達せ
られた。

（発明の効果）本方法によりＧａＡｓ基板に格子整合したＧａ０．５Ｉ
ｎ０．５Ｐ結晶の７オトルミネツセンス測定により得ら
れるエネルギーギャップをＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐの組
成を変化させることなく制御できる。また、それに伴い
ＡＩＧａＩｎＰ系半導体レーザの発振波長を制御できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はＧａＡｓ基板に格子整合したＧａ０．５Ｉｎ０
．５Ｐの成長温度およびＶ　／ＩＩＩ比およびフォトル
ミネッセンス測定から求めたエネルギーギャップの関係
を示す。第２図はＧａＡｓ基板に格子整合したＧａ（１，５Ｉｎ
Ｏ，５Ｐの正孔濃度およびフォトルミネッセンス測定か
ら末男１図ネルギギャプ

Claims

【特許請求の範囲】　反応管中にＧａＡｓ基板を設置し、III族元素を含ん
でいる原料ガス、Ｖ族元素を含んでいる原料ガス及びド
ーパント原料ガスを前記反応管中に導入して所定の成長
温度の下で前記ＧａＡｓ基板上に基板に格子整合したＧ
ａ＿０＿．＿５Ｉｎ＿０＿．＿５Ｐ結晶を有機金属熱分
解法により形成する結晶成長方法において、エネルギー
ギャップＥｇ＜１．９１ｅＶのＧａ＿０＿．＿５Ｉｎ＿
０＿．＿５Ｐ結晶を必要とする場合は、成長温度をＸ軸
、Ｖ族元素とIII族元素の比（以下Ｖ／III比と記す）を
Ｙ軸、ＥｇをＺ軸としたとき、（７００、６０、１．９
０）、（７００、２．３０、１．８６）（７００、４１
０、１．８５）、（７５０、６０、１．９１）、（６５
０、２３０、１．８５）、（６００、２３０、１．８７
）の各点を通る曲面上の点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）となるように
前記成長温度、前記III族元素を含む原料ガスの流量、
前記Ｖ族元素を含む原料ガスの流量を定めると共に、正
孔濃度が１×１０＾１＾８ｃｍ＾−＾３以下となるよう
に前記ドーパント原料ガスの流量を定め、Ｅｇ＝１．９
１ｅＶのＧａ＿０＿．＿５Ｉｎ＿０＿．＿５Ｐ結晶を必要とする場合は、成長
温度は５５０°Ｃ〜８００゜Ｃとし、前記各原料ガスの
流量はＶ／III比≦５００、正孔濃度＞１×１０＾１＾
８ｃｍ＾−＾３となるように定めるか、あるいは成長濃
度を７００゜Ｃ又は７５０゜Ｃとし、Ｖ／III比＝６０
、正孔濃度≦１×１０＾１＾８ｃｍ＾−＾３となるよう
前記各原料ガスの流量を定めたことを特徴とするＧａ＿
０＿．＿５Ｉｎ＿０＿．＿５Ｐ結晶の成長方法。