JPH01194314A - 薄膜結晶成長法 - Google Patents
薄膜結晶成長法Info
- Publication number
- JPH01194314A JPH01194314A JP1738088A JP1738088A JPH01194314A JP H01194314 A JPH01194314 A JP H01194314A JP 1738088 A JP1738088 A JP 1738088A JP 1738088 A JP1738088 A JP 1738088A JP H01194314 A JPH01194314 A JP H01194314A
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- JP
- Japan
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- thin film
- group
- layer
- substrate
- crystal
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- Semiconductor Lasers (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
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
この発明はエピタキシャル成長で半導体装置を製作する
時に用いる薄膜結晶成長法に関する。
時に用いる薄膜結晶成長法に関する。
（従来の技術）
化合物半導体結晶は、光素子として用いられる化合物結
晶の基板として広い応用範囲が実現もしくは、期待され
ている。しかしながら、一般に、構成元素の蒸気圧が高
いために、単結晶の製作は、高圧容器内で高圧雰囲気に
して上記結晶材料の融液表面を液体封止剤（Ｇ ａ Ａ
ｓの場合にはＢ２０３ ）で覆い、単結晶を引き上げ
る液体封止チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）が一般に行
なわれている。
晶の基板として広い応用範囲が実現もしくは、期待され
ている。しかしながら、一般に、構成元素の蒸気圧が高
いために、単結晶の製作は、高圧容器内で高圧雰囲気に
して上記結晶材料の融液表面を液体封止剤（Ｇ ａ Ａ
ｓの場合にはＢ２０３ ）で覆い、単結晶を引き上げ
る液体封止チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）が一般に行
なわれている。
半導体レーザーは高輝度、高出力であるとともに、光フ
ァイバーとの結合効率が良いことからレーザー発光素子
として注目されている。特に■−Ｖ族或いはｎ−ＩＶ族
系の混晶材料は、組成を変化させることによって波長を
変える事が出来るために、光通信や、民生機器用光源と
して不可欠である。
ァイバーとの結合効率が良いことからレーザー発光素子
として注目されている。特に■−Ｖ族或いはｎ−ＩＶ族
系の混晶材料は、組成を変化させることによって波長を
変える事が出来るために、光通信や、民生機器用光源と
して不可欠である。
この半導体レーザー素子を製作する場合、第２図に示す
ように前記■−ｖ族或いはＩＩ−ＩＶ族基板上に、例え
ば、Ｍ ＯＣＶ Ｄ （ＭｅｔａｌｏｒｇａｎｌｃＣｈ
ｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法
により、バッファー層をエピタキシャル成長させた後、
クラッド層、活性層、コンタクト層をそれぞれ異なるｍ
−■族或いはＩ［−ＩＶ族系混晶によるエピタキシャル
成長及びエツチングプロセスによって形成する。しかる
後にＰ側電極及びｎ側電極をそれぞれＡ ｕ Ｚ ｎ
／ Ａ ｕ 、 Ａ ｕ Ｇ ｅ ／ Ａ ｕ等で形成
する事により、半導体レーザー素子が製造される。
ように前記■−ｖ族或いはＩＩ−ＩＶ族基板上に、例え
ば、Ｍ ＯＣＶ Ｄ （ＭｅｔａｌｏｒｇａｎｌｃＣｈ
ｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法
により、バッファー層をエピタキシャル成長させた後、
クラッド層、活性層、コンタクト層をそれぞれ異なるｍ
−■族或いはＩ［−ＩＶ族系混晶によるエピタキシャル
成長及びエツチングプロセスによって形成する。しかる
後にＰ側電極及びｎ側電極をそれぞれＡ ｕ Ｚ ｎ
／ Ａ ｕ 、 Ａ ｕ Ｇ ｅ ／ Ａ ｕ等で形成
する事により、半導体レーザー素子が製造される。
こうして製造された半導体レーザー素子の寿命特性を測
定した結果を第１図中の曲線（ａ）に示す。
定した結果を第１図中の曲線（ａ）に示す。
発振の可能な時間即ち寿命は約１５０〜２００時間と短
く、閾値電流（Ｉ ｔｈ）は、初期は約１５０ｍＡであ
るが、時間経過とともに、ゆるやかな劣化が見られる。
く、閾値電流（Ｉ ｔｈ）は、初期は約１５０ｍＡであ
るが、時間経過とともに、ゆるやかな劣化が見られる。
これ等の原因として基板表面や界面から伝播或いは、成
長する転位及び不純物の析出による欠陥、またエピタキ
シャル層の表面状態（モフオロジー）等が、結晶の劣化
を促進している事が考えられる。
長する転位及び不純物の析出による欠陥、またエピタキ
シャル層の表面状態（モフオロジー）等が、結晶の劣化
を促進している事が考えられる。
そこで通常は基板上にエピタキシャル成長をする前に基
板表面をサーマルクリーニングし、基板表面上の自然酸
化膜を取り除くとともに、結晶表面の原子の再配列を行
ない、基板表面を清浄にかつ完全にする方法が行なわれ
ている。さらに、基板をエピタキシャル層との格子整合
をとるために、バッファー層を基板上に成長した後レー
ザ一部分を製作している。
板表面をサーマルクリーニングし、基板表面上の自然酸
化膜を取り除くとともに、結晶表面の原子の再配列を行
ない、基板表面を清浄にかつ完全にする方法が行なわれ
ている。さらに、基板をエピタキシャル層との格子整合
をとるために、バッファー層を基板上に成長した後レー
ザ一部分を製作している。
しかしながら、先に述べた基板中の転位或いは欠陥はそ
の上に成長した結晶に引継がれることが予想される。そ
の結果、レーザー特性の顕著な向上が見られていない。
の上に成長した結晶に引継がれることが予想される。そ
の結果、レーザー特性の顕著な向上が見られていない。
（発明が解決しようとする課題）
半導体装置製造用ウェハーとしては、可能な限り転位等
の拡張欠陥１点欠陥、不純物の少ない、もしくは点欠陥
、不純物が均一に分布し、局所的な変動を極小にする結
晶が望まれる。
の拡張欠陥１点欠陥、不純物の少ない、もしくは点欠陥
、不純物が均一に分布し、局所的な変動を極小にする結
晶が望まれる。
本発明の目的は、上述の点に鑑み結晶基板上にエピタキ
シャル成長により、バッファー層を成長した後、熱処理
を施すことによりその上に製造される半導体装置が均一
となる薄膜結晶成長法を提供する事にある。
シャル成長により、バッファー層を成長した後、熱処理
を施すことによりその上に製造される半導体装置が均一
となる薄膜結晶成長法を提供する事にある。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
エピタキシャル法により成長させた結晶薄膜の特性は、
用いる基板に存在する欠陥１例えば転位等に直接依存す
る場合と、これ等に析出する不純物等の点欠陥に依存す
る場合がある、特にＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成
長を行なう場合、成長界面に転位が多く存在し、そこか
ら成長薄膜中へ転位線や総称などの双晶が伝播する事が
知られている。したがって上記の欠陥は、レーザー構造
を構成するエピタキシャル層中においても成長し、レー
ザー特性を悪化させる。
用いる基板に存在する欠陥１例えば転位等に直接依存す
る場合と、これ等に析出する不純物等の点欠陥に依存す
る場合がある、特にＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成
長を行なう場合、成長界面に転位が多く存在し、そこか
ら成長薄膜中へ転位線や総称などの双晶が伝播する事が
知られている。したがって上記の欠陥は、レーザー構造
を構成するエピタキシャル層中においても成長し、レー
ザー特性を悪化させる。
本発明は化合物結晶基板、例えば■−Ｖ族化合物上に、
エピタキシャル成長法によって成長させた結晶薄膜を蒸
気圧の高いＶ族元素例えば、Ａｓ元素雰囲気中で熱処理
を施す薄膜結晶成長法である。
エピタキシャル成長法によって成長させた結晶薄膜を蒸
気圧の高いＶ族元素例えば、Ａｓ元素雰囲気中で熱処理
を施す薄膜結晶成長法である。
（作用）
本発明のように熱処理する事により前記結晶基板から伝
播した転位等の欠陥は温度変化によって生じる歪に伴う
再配列により減少し、母層と同じ配列した層が形成され
る。この結果、上記欠陥等は、少なくとも熱処理表面で
は消滅し、その上に形成されるエピタキシャル層には、
引き継がれないと考えられる。
播した転位等の欠陥は温度変化によって生じる歪に伴う
再配列により減少し、母層と同じ配列した層が形成され
る。この結果、上記欠陥等は、少なくとも熱処理表面で
は消滅し、その上に形成されるエピタキシャル層には、
引き継がれないと考えられる。
（実施例）
以下、本発明の一実施例としてＧａＡｓバッファー層を
作成する場合について図面を用いて説明する。
作成する場合について図面を用いて説明する。
第３図は熱処理の概略を示す。有機溶剤及び酸等による
前処理を施した結晶基板１０を石英管で作られた炉心管
１１中に置かれた支持金工２の上に置く。ヒータ１３で
所定の温度、ここでは７５０℃に保ち、ＡｓＨ３ガス１
５中にてサーマルクリーニングを行なった後、ＡｓＨ３
ガス１５及び、ＴＭＧ（）リメチルガリウム）ガス１５
゛を導入してバッファー層１４を成長する。この後、結
晶基板１０、バッファー層１４を再度ＡｓＨ３ガス１５
中で８００℃に保ちながら５分間熱処理を行う。
前処理を施した結晶基板１０を石英管で作られた炉心管
１１中に置かれた支持金工２の上に置く。ヒータ１３で
所定の温度、ここでは７５０℃に保ち、ＡｓＨ３ガス１
５中にてサーマルクリーニングを行なった後、ＡｓＨ３
ガス１５及び、ＴＭＧ（）リメチルガリウム）ガス１５
゛を導入してバッファー層１４を成長する。この後、結
晶基板１０、バッファー層１４を再度ＡｓＨ３ガス１５
中で８００℃に保ちながら５分間熱処理を行う。
この過程でバッファー層中の点欠陥は均一に分布し、転
位は減少する。これに引続くエピタキシャル層として、
例えばＭ ＯＣＶ Ｄ （ＭｅｔａｌｏｒｇａｉｎｃＣ
ｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｌｔｉｏｎ）
法等を用いバッファー層上に■−■族化合物半導体混晶
薄膜成長する。
位は減少する。これに引続くエピタキシャル層として、
例えばＭ ＯＣＶ Ｄ （ＭｅｔａｌｏｒｇａｉｎｃＣ
ｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｌｔｉｏｎ）
法等を用いバッファー層上に■−■族化合物半導体混晶
薄膜成長する。
第１図中の曲線（ｂ）はこうして得られたＧａＡＳ結晶
基板上に製作された半導体レーザー素子の寿命特性を示
す。レーザー寿命は２５０〜３００時間本発明のアニー
ルを施こさせない場合と約１．５倍程度増加し、閾値電
流（Ｉ ｔｈ）は１００ｍＡと約３０％低減された。ま
た、劣化、の度合いを示す傾きも少なくなっている。
基板上に製作された半導体レーザー素子の寿命特性を示
す。レーザー寿命は２５０〜３００時間本発明のアニー
ルを施こさせない場合と約１．５倍程度増加し、閾値電
流（Ｉ ｔｈ）は１００ｍＡと約３０％低減された。ま
た、劣化、の度合いを示す傾きも少なくなっている。
［発明の効果］
本発明によって以下の効果が得られる。
（１） 薄膜成長時に発生する。また基板から伝播す
る点欠陥、不純物が減少、もしくは均一化することによ
り、均一なエピタキシャル層が積層可能になる。
る点欠陥、不純物が減少、もしくは均一化することによ
り、均一なエピタキシャル層が積層可能になる。
（２） レーザー特性は寿命が長く閾値電流（■ｔｈ
）も低く抑えられる。
）も低く抑えられる。
第１図は、本発明の一実施例を説明するために用いたレ
ーザーの寿命特性を示す曲線図、第２図は通常のＩｎＧ
ａＰ／ＩｎＡｌ２Ｐ系半導体レーザーの断面図、第３図
は本発明の一実施例を説明するために用いた半導体レー
ザー製作装置の構造図である。 １・ＡｕＺｎ／Ａｕ Ｐ側電極 ２・・・Ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ３・・・ｎ−ＧａＡｓブロック層 ４−＝ Ｐ −１ｎ Ａ Ｉ２Ｐクラッド層５・・・ア
ンドープＩｎＧａＰ活性層 ６・・・ｎ−ＩｎＡＪＰクラッド層 ７・・・ｎ−ＧａＡｓバッファー層 ８− ｎ −Ｇ ａ Ａ ｓ Ｍ板 ９・＝ＡｕＧｅ／Ａｕ ｎ側電極 １０−＝ Ｇ ａ Ａ ｓ基板 １１−Ｍ ＯＣＶ Ｄ （Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｌｃ
ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
反応炉１２・・・支持台 １３・・・ヒーター １４・・・エピタキシャル成長薄膜（バッファー層）１
５・・・ＡｓＨ３（アルシン）
ーザーの寿命特性を示す曲線図、第２図は通常のＩｎＧ
ａＰ／ＩｎＡｌ２Ｐ系半導体レーザーの断面図、第３図
は本発明の一実施例を説明するために用いた半導体レー
ザー製作装置の構造図である。 １・ＡｕＺｎ／Ａｕ Ｐ側電極 ２・・・Ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ３・・・ｎ−ＧａＡｓブロック層 ４−＝ Ｐ −１ｎ Ａ Ｉ２Ｐクラッド層５・・・ア
ンドープＩｎＧａＰ活性層 ６・・・ｎ−ＩｎＡＪＰクラッド層 ７・・・ｎ−ＧａＡｓバッファー層 ８− ｎ −Ｇ ａ Ａ ｓ Ｍ板 ９・＝ＡｕＧｅ／Ａｕ ｎ側電極 １０−＝ Ｇ ａ Ａ ｓ基板 １１−Ｍ ＯＣＶ Ｄ （Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｌｃ
ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）
反応炉１２・・・支持台 １３・・・ヒーター １４・・・エピタキシャル成長薄膜（バッファー層）１
５・・・ＡｓＨ３（アルシン）
Claims (6)
- （１）化合物結晶基板上にエピタキシャル成長法により
第２の化合物結晶薄膜を成長させる薄膜結晶成長法にお
いて、前記第２の化合物結晶を成長させた後、構成元素
のうち蒸気圧の高い元素を含む雰囲気中で熱処理を施す
ことを特徴とする薄膜結晶成長法。 - （２）第１の化合物結晶をIII−Ｖ族もしくはII−IV族
のいずれかの元素としたことを特徴とする請求項１記載
の薄膜結晶成長法。 - （３）第２の化合物結晶をIII−Ｖ族もしくはII−IV族
のいずれかの元素としたことを特徴とする請求項１記載
の薄膜結晶成長法。 - （４）第２の化合物半導体をIII−Ｖ族もしくはII−IV
族のいずれかの元素としたことを特徴とする請求項１記
載の薄膜結晶成長法。 - （５）第１の化合物結晶をＧａＡｓ結晶で液体封止チョ
クラルスキー法により製作することを特徴とする請求項
１記載の薄膜結晶成長法。 - （６）上記液体封止チョクラルスキー法によるＧａｓ結
晶の製作の際に磁場を印加することを特徴とする請求項
４記載の薄膜結晶成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1738088A JPH01194314A (ja) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | 薄膜結晶成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1738088A JPH01194314A (ja) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | 薄膜結晶成長法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01194314A true JPH01194314A (ja) | 1989-08-04 |
Family
ID=11942402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1738088A Pending JPH01194314A (ja) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | 薄膜結晶成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01194314A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011105066A1 (ja) * | 2010-02-26 | 2011-09-01 | 住友化学株式会社 | 半導体基板、半導体デバイスおよび半導体基板の製造方法 |
-
1988
- 1988-01-29 JP JP1738088A patent/JPH01194314A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011105066A1 (ja) * | 2010-02-26 | 2011-09-01 | 住友化学株式会社 | 半導体基板、半導体デバイスおよび半導体基板の製造方法 |
| JP2011199268A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-10-06 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 半導体基板、半導体デバイスおよび半導体基板の製造方法 |
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