KR0152678B1 - 결정성장 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 GaAs 결정성장을 하기 전에 인듐함유결정을 성장시킨 설비에 의하여 수행되고 갈륨(Ga)의 원료로서 트리메틸갈륨을 이용한 유기금속 열분해법에 의해 수행되는 GaAs 결정성장 방법을 제공한다.

Description

결정성장 방법
제1도는 종래 결정구조의 단면도.
제2a도는 종래 결정구조의 X선 회절강도 곡선도.
제2b도는 종래 결정구조로 이루어진 반도체 레이저로부터 방사되는 출력빔을 제어하는 동작전류와 시간과의 관계를 보여주는 그래프.
제3도는 본 발명의 제1실시예에 의한 결정구조의 단면도.
제4a도는 본 발명의 제1 및 2 실시예에 따라 형성되는 결정구조의 X선 회절강도 곡선도.
제4b도는 본 발명의 제1 및 2 실시예에 따라 형성된 결정구조로 이루어진 반도체 레이저로부터 방사되는 출력빔 전력을 제어하는 동작전류와 시간과의 관계를 보여주는 그래프.
제5도는 본 발명의 제 2실시예에 의한 결정구조의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호에 대한 설명
1 : n형 GaAs 기판 2 : n형 GaAs 버퍼층
3 : n형 GaAs 버퍼층 4 : n형 (AlxGa1-x)0.5In0.5P 클레드층
5 : Ga0.5In0.5P 활성층 6 : p형 (AlxGa1-x)0.5In0.5P 클래드층
7 : p형 AlyGa1-yAs 헤테로 버퍼층 8 : p형 Ga0.5In0.5P 헤테로 버퍼층
9 : n형 GaAs 블록층 10 : n형 GaAs 블록층
11 : p형 GaAs 접촉층 12 : p형 GaAs 접촉층
본 발명은 가시광 반도체 레이저 다이오드와 같은 화합물 반도체 장치의 결정품질을 개선할 수 있는 방법에 대한 것이다.
결정을 형성하기 위한 종래의 방법은 유기금속 열분해를 이용하는 기상에피택시 처리법 (MO-VPE) 을 포함하는 것이다. 제1도는 MO-VPE 처리법에 의해 성장된 결정층을 도시한다. 도시된 바와 같이, n형 GaAs 기판 (1)상에서, n형 GaAs 버퍼층 (3), n형 (AlxGa1-x)0.5In0.5P 클레드층 (4) (0 X ≤ 1), Ga0.5In0.5P 활성층 (5), p형 (AlxGa1-x)0.5In0.5P 클래드층 (6) (0 X ≤ 1), p형 Ga0.5In0.5P 헤테로 버퍼층 (8), n형 GaAs 블록층 (10), 및 p형 GaAs 접촉층 (12)가 차례로 성장된다. 예를들어, 일본국 특개평 3-53577호를 참고하면 될 것이다.
그러나, 전술된 종래의 방법은 문제점을 가지고 있다. 종래의 방법에서는 n형 GaAs 버퍼층 (3), n형 GaAs 블록층 (10) 및 p형 GaAs 접촉층 (12)을 성장시킬 때, 트리에틸갈륨 (TEG) 이 갈륨 (Ga) 의 원료로 사용된다.
TEG의 사용은 (AlxGa1-x)0.5In0.5P 결정상장 (0 ≤ X ≤ 1)을 위한 인듐(In)의 원료로서 이용되는 트리메틸 인듐 (TMI) 과 트리에틸 인듐 (TEI) 과 같은 결정성장 장치의 메모리효과에 의해 생성되는 중간생성물의 발생을 초래한다. 따라서, 인듐(In)이 GaAs층내로 들어가서 InGaAs층을 형성한다.
제2a도에서 도시한 바와 같이, 상기에 의해 형성된 InGaAs 층은 GaAs기판의 격자정수 I보다 다소 큰 격자정수 J를 가지며 GaAs기판의 격자정수와 동일한 격자정수를 갖도록 형성되어온 (AlxGa1-x)0.5In0.5P 결정 (0 ≤ X ≤ 1) 과 GaAs 기판사이의 격자부정합을 발생한다.
격자부정합을 갖는 이러한 결정들로 구성된 반도체 레이저에 전류가 계속해서 인가된다면, 110 암선흠결이 증가할 것이다. 결국, 제2b도에 나타난 바와 같이, 동작 전류가 증가되어 반도체 레이저가 열화되고 종국에는 발진을 하지 않는 결과를 가져온다.
전술한 문제의 관점에서, 본 발명의 한 목적은 GaAs결정을 형성할 때 GaAs층이 InGaAs 층으로 변하지 않도록 하는 것이다.
본 발명의 일 태양은 GaAs 결정성장이, GaAs 결정성장을 하기 전에 인듐함유결정을 성장시킨 설비에 의하여 수행되고, 상기 GaAs 결정성장이 갈륨(Ga)의 원료로서 트리메틸갈륨을 이용한 유기금속 열분해법에 의해 수행 GaAs 결정성장 방법을 제공한다.
본 발명의 또다른 태양은 GaAs 기판상에 유기금속 열분해법에 의해 GaAs층을 형성하는 공정과, 이 GaAs 층의 상층에 인듐함유결정을 형성하는 공정, 및 매 2공정마다 다른 기판을 가지고서 이전의 2공정을 반복하는 공정을 포함하는 결정성장 방법을 제공한다. 첫 번째 공정에서 트리메틸갈륨이 갈륨 (Ga) 의 원료로서 사용된다.
본 발명의 또다른 태양은 GaAs 기판상에서 인듐을 함유하는 결정을 유기금속 열분해법으로 형성하는 공정, 및 이 결정의 상층에 GaAs 층을 형성하는 공정을 포함하는 결정성장 방법을 제공한다. 두번째 공정에서 트리메틸갈륨이 갈륨 (Ga) 의 원료로서 사용된다.
본 발명의 또다른 태양은 GaAs 기판상에서 인듐을 함유하는 결정을 유기금속 열분해법으로 형성하는 공정, 및 이의 결정의 상층에 AlyGa1-yAs (0.3 y 0.7) 층을 형성하는 공정을 포함하는 결정성장 방법을 제공한다. 이 두 번째 공정에서 트리메틸갈륨이 갈륨 (Ga) 의 원료로서 쓰였다.
바람직한 실시예에서, 인듐함유결정은 결정격자가 GaAs 기판과 정합하는 Al-Ga-In-P 결정이다.
또다른 바람직한 실시예에서, Al-Ga-In-P 결정은 (AlxGa1-x)0.5In0.5P 결정 (0 ≤ X ≤ 1) 이다.
좀 더 특별하게는, 본 발명은 n형 GaAs 기판상에 형성되는 n형 GaAs 버퍼층과, n형 GaAs블럭층과 p형GaAs접촉층 중 최소한 어느 하나에 적용될 수도 있고, 후자의 2개층은 n 형 GaAs 버퍼층상에 형성된 (AlxGa1-x)0.5In0.5P 결정 (0 ≤ X ≤ 1) 상에 형성된다. 블록층 또는 접촉층내의 인듐함유층이 형성되고 난 훈의 결정형성 공정에 본 발명을 적용하는 것이 좋다.
게다가, AlyGa1-yAs 헤테로 버퍼층이 n 형 GaAs 블록층의 하층으로서 이용될 때, GaAs 층을 형성하기 위하여 갈륨의 원료로서 TMG (트리메틸갈륨)를 사용함으로써 전술된 것과 같은 장점을 얻을 수 있다.
전술된 본 발명에 의해 얻어진 장점을 이하에서 설명하기로 한다.
본 발명에 따르면, n 형 GaAs 버퍼층, n 형 GaAs 블록층 및 p 형 GaAs 접촉층이 형성되어야 할 때, 트리메틸갈륨 (TMG) 의 사용은 (AlxGa1-x)0.5In0.5P 결정 (0 ≤ X ≤ 1) 을 형성하는 데 이용되는 트리메틸 인듐 (TMI) 과 트리에틸 인듐 (TEI) 과 같은 결정을 형성하는 장치내의 메모리 효과로 인한 중간생성물의 발생을 초래하지 않는다. 따라서, n 형 GaAs 버퍼층, n 형 GaAs 블록층 및 p 형 GaAs 접촉층의 격자정수는 GaAs 기판의 격자정수와 일치되도록 유지되어, 격자 부정합이 발생하지 않는다. 그러므로, 본 발명에 의한 방법에 의해 형성된 결정으로 구성된 반도체 레이저와 같은 것에 전류가 계속해서 인가 되더라도 110 암선흠결을 발생하지 않으며, 상기와 같은 암선흠결에 의해 열화되지 않는 고안정 반도체 레이저 다이오드를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명의 전술된 목적과 다른 목적 및 장점들은 도면을 참고로 한 이하의 설명을 통하여 명백해진다. 첨부된 도면에서 동일한 부호는 도면 전체를 통틀어 동일하거나 비슷한 부분을 가리킨다.
본 발명에 의한 바람직한 실시예들을 도면을 참고로 하여 이하에서 설명하기로 한다.
이하에서, 제1도에서 이미 도시된 부분이나 요소는 제1도에서의 부호와 동일한 부호가 부여되며, 이들 부분이나 요소에 대한 설명은 생략된다.
[실시예 1]
제3도는 본 발명의 제 1실시예에 의한 결정구조를 도시하는 단면도이다. n 형 GaAs 기판 (1) 상에서 갈륨의 원료로서 TMG (트리메틸갈륨) 를 이용하는 n 형 GaAs 버퍼층 (2)이 형성된다. 추가로 n 형 GaAs 버퍼층 (2) 상에서 n 형 (AlxGa1-x)0.5In0.5P 클레드층 (4) (0 ≤ X ≤ 1), Ga0.5In0.5P 활성층 (5), p 형 (AlxGa1-x)0.5In0.5P 클래드층 (6) (0 ≤ X ≤ 1), 및 p 형 Ga0.5In0.5P 헤테로 버퍼층 (8) 이 차례로 형성된다. 버퍼층 (8) 상에서 형성되는 n 형 GaAs 블록층 (9) 과 p 형 GaAs 접촉층 (11) 내의 갈륨 원료로서 트리메틸갈륨 (TMG) 을 사용함으로써, 각각의 GaAs 층은 결정 형성장치의 메모리 효과로 인하여 발생되는 경향이 있는 TMI 와 TEI 가 결합된 중간 생성물을 생성하지 않는다.
따라서, n 형 GaAs 버퍼층 (2), n 형 GaAs 블록층 (9) 및 p 형 GaAs 접촉층 (11) 의 격자정수 J는 제4b도에서 도시된 바와 같이 GaAs 기판의 격자정수 I와 일치한다.
그러므로, 상기 결정으로 이루어진 반도체 레이저에 대한 전류의 계속적인 인가는 110 암선흠결을 발생하지 않는다. 따라서, 반도체 레이저의 출력빔 전력을 제어하기 위한 제4b도에서 도시된 동작전류는 안정되어 급작스런 열화가 생기지 아니한다.
[실시예 2]
제5도는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 결정구조를 도시하는 단면도이다.
제 2 실시예에서, 제 1 실시예의 n 형 Ga0.5In0.5P 헤테로 버퍼층 (8) 은 p 형 AlyGa1-yAs 헤테로 버퍼층 (7) (0.3 y 0.7) 으로 대체되어 소위 헤테로 계면의 밴드가 불연속인 가전자대 스파이크를 감소시키고 가전자대 스파이크는 p 형 (AlxGa1-x)0.5In0.5P 클레드층 (6) (0 ≤ X ≤ 1) 과 n 형 GaAs 블록층 (9) 또는 p 형 GaAs 접촉층 (11) 과 헤테로 계면에서 발생된다.
제 1 실시예와 비슷하게 p 형 AlyGa1-yAs 헤테로 버퍼층 (7) (0.3 y 0.7), 및 추가로 n 형 GaAs 블록층 (9) 와 p 형 GaAs 접촉층 (11) 에서 갈륨 (Ga) 의 원료로 트리메틸갈륨을 사용함으로써, p 형 AlyGa1-yAs 헤테로 버퍼층 (7) (0.3 y 0.7), n 형 GaAs 블록층 (9) 및 n 형 GaAs 접촉층 (11) 의 격자정수 J는 제4a도에서 도시된 바와 같이 GaAs 기판의 격자정수 I 와 일치한다.
본 발명을 소정의 바람직한 실시예들과 관련하여 설명하였지만, 본 발명에 의해 포함되는 대상은 상기의 특정 실시예들에 국한되지 아니함은 물론이다. 오히려, 이하의 특허청구범위의 사상과 범위에 포함될 수 있는 모든 치환, 변경 및 균등물은 본 발명의 대상에 포함되는 것이다.

Claims (9)

  1. 제 1 GaAs 기판상에 갈륨의 원료로서 트리메틸갈륨을 사용하는 유기금속 열분해법에 의해 제 1 GaAs 층을 형성하는 공정. 상기 제 1 GaAs 층의 상층에 제 1 인듐함유결정을 형성하는 공정, 및 상기 두 형성공정들을 다른 기판으로, 제 2 GaAs 기판상에 갈륨의 원료로서 트리메틸갈륨을 사용하는 유기금속열분해법에 의해 제 2 GaAs층을형성하는 공정과 상기 제 2 GaAs 층의 상층에 제 2 인듐함유결정을 형성하는 공정에 의해 반복하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다수의 GaAs 기판상으로의 결정성장 방법.
  2. GaAs 기판상에서 인듐함유결정층을 포함하는 결정을 인듐의 원료로서 트리메틸인듐 혹은 트리에틸인듐을 사용하는 유기금속 열분해법로 형성하는 공정, 및 상기 결정의 상층에 GaAs 층을 형성하는 공정으로 이루어지고, 상기 GaAs 층을 형성하는 공정에서 트리메틸갈륨이 갈륨 (Ga) 의 원료로서 사용되는 것을 특징으로 하는 결정성장 방법.
  3. GaAs 기판상에서 인듐함유결정층을 포함하는 결정을 인듐의 원료로서 트리메틸인듐 혹은 트리에틸인듐을 사용하는 유기금속 열분해법로 형성하는 공정, 및 상기 결정의 상층에 AlyGa1-yAs (0.3 y 0.7) 층을 형성하는 공정으로 이루어지고, 상기 두 번째 형성공정에서 트리메틸갈륨이 갈륨(Ga) 의 원료로서 사용되는 것을 특징으로 하는 결정성장 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 인듐함유결정은 GaAs 기판에 격자정합하는 Al-Ga-In-P 결정인 것을 특징으로 하는 결정성장 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 인듐함유결정은 GaAs 기판에 격자정합하는 Al-Ga-In-P 결정인 것을 특징으로 하는 결정성장 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 인듐함유결정은 GaAs 기판에 격자정합하는 Al-Ga-In-P 결정인 것을 특징으로 하는 결정성장 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 Al-Ga-In-P 결정은 (AlxGa1-x)0.5In0.5P 결정 (0 ≤ X ≤ 1) 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 결정성장 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 Al-Ga-In-P 결정은 (AlxGa1-x)0.5In0.5P 결정 (0 ≤ X ≤ 1) 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 결정성장 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 Al-Ga-In-P 결정은 (AlxGa1-x)0.5In0.5P 결정 (0 ≤ X ≤ 1) 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 결정성장 방법.
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