JPH01270599A - 半導体積層構造及びその半導体結晶の成長方法 - Google Patents
半導体積層構造及びその半導体結晶の成長方法Info
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- JPH01270599A JPH01270599A JP10084488A JP10084488A JPH01270599A JP H01270599 A JPH01270599 A JP H01270599A JP 10084488 A JP10084488 A JP 10084488A JP 10084488 A JP10084488 A JP 10084488A JP H01270599 A JPH01270599 A JP H01270599A
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (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】
（産業上の利用分野）
本発明は、光通信等に利用される高発光効率を有する１
ｎＰ（１１１）Ｂ基板上の積層構造及び積層方法に関す
る。
ｎＰ（１１１）Ｂ基板上の積層構造及び積層方法に関す
る。
（従来の技術）
従来のＩｎＰ基板上の結晶成長では、基板面方位（＋０
０）上に化合物半導体を積層することが一般に行われて
いた（例えば、アプライド・フィジクス・レター Ｈ，
Ｔｅｍｋｉｎ ｅｔａｌ、、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、
Ｌｅｔｔ。
０）上に化合物半導体を積層することが一般に行われて
いた（例えば、アプライド・フィジクス・レター Ｈ，
Ｔｅｍｋｉｎ ｅｔａｌ、、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、
Ｌｅｔｔ。
４２、（１９８３）８４５）。
（発明が解決しようとする問題点）
基板面方位か（１００）であるＩｎＰ基板上に分子線エ
ピタキシー法でダブルへテロ構造を作製した場合、その
ＰＬ発光強度は弱く、またダブルへテロ構造のレーザー
ダイオードの閾値電流密度は約２．４ＫＡ／ｃｍ２と高
い場合が多く、光デバイス作製上（１００）基板上に成
長した結晶の品質が高くない事が問題となっていた。
ピタキシー法でダブルへテロ構造を作製した場合、その
ＰＬ発光強度は弱く、またダブルへテロ構造のレーザー
ダイオードの閾値電流密度は約２．４ＫＡ／ｃｍ２と高
い場合が多く、光デバイス作製上（１００）基板上に成
長した結晶の品質が高くない事が問題となっていた。
本発明の目的は、ＩｎＰ基板上に高品質の化合物半導体
結晶を積層可能とする構造及びその積層方法を提供する
ことにある。
結晶を積層可能とする構造及びその積層方法を提供する
ことにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明の半導体積層構造は、基板面方位か、（ＩＩＩ）
Ｂ而より任意の方向へ０．５°から ２°の範囲で傾
斜したＩｎＰ基板上に積層されている事に特徴がある。
Ｂ而より任意の方向へ０．５°から ２°の範囲で傾
斜したＩｎＰ基板上に積層されている事に特徴がある。
また、本発明による半導体積層方法は、基板面方位が（
１１１） ＢであるＩｎＰ基板」二に積層構造を製作す
る方法において、基板面方位か任意の方向に０．５°か
ら２°の範囲で傾斜しており、基板温度が５３０℃から
５７０℃であり、かつ砒素のフラックス強度が２．０〜
３．ＯＸ １０”５Ｔｏｒｒの条件のもとで分子線エピ
タキシー法により積層する事に特徴かある。
１１１） ＢであるＩｎＰ基板」二に積層構造を製作す
る方法において、基板面方位か任意の方向に０．５°か
ら２°の範囲で傾斜しており、基板温度が５３０℃から
５７０℃であり、かつ砒素のフラックス強度が２．０〜
３．ＯＸ １０”５Ｔｏｒｒの条件のもとで分子線エピ
タキシー法により積層する事に特徴かある。
（作用）
第２図はＩｎＰ基板として（ＩＩＩ） Ｂ面方位で（１
００）方向へ１°傾斜させた基板と（＋００） 面方位
の基板上に各々分子線エピタキシ法で成長したＩｎＧａ
Ａｓ／１ｎＡＩＡｓのダブルへテロ構造の室温における
ＰＬピーク強度の基板温度依存性を示すグラフである。
００）方向へ１°傾斜させた基板と（＋００） 面方位
の基板上に各々分子線エピタキシ法で成長したＩｎＧａ
Ａｓ／１ｎＡＩＡｓのダブルへテロ構造の室温における
ＰＬピーク強度の基板温度依存性を示すグラフである。
５３０℃から ５７０℃の温度範囲において、（ＩＩ
Ｉ） Ｂ Ｉ’傾斜基板−にに成長したものか（＋０
０）面トに成長した場合と比へ、ＰＬ発光強度か非常に
増加している。また第３図はＰＬ発光強度のＰＬ励起強
度依存性を示したグラフである。（ＩＩＩ） Ｂ Ｉ
°傾斜面上と（１００）而」二に成長したものではＰＬ
発光強度の励起強度依存性か異っており、（ＩＩＩ）
Ｂ ｌ’傾斜基板」−では、発光再結合過程か非発光
再結合より大きいため、傾きが１に近くなっている。
Ｉ） Ｂ Ｉ’傾斜基板−にに成長したものか（＋０
０）面トに成長した場合と比へ、ＰＬ発光強度か非常に
増加している。また第３図はＰＬ発光強度のＰＬ励起強
度依存性を示したグラフである。（ＩＩＩ） Ｂ Ｉ
°傾斜面上と（１００）而」二に成長したものではＰＬ
発光強度の励起強度依存性か異っており、（ＩＩＩ）
Ｂ ｌ’傾斜基板」−では、発光再結合過程か非発光
再結合より大きいため、傾きが１に近くなっている。
傾斜角度か０．５°、２°ても同様な結果か得られてい
る。また、この傾斜角度は０．５°未満あるいは ２°
より大きくなると表面モホロジーか劣化し、良好な結晶
は得られなかった。以上のことから（ＩＩＩ） Ｂ而の
傾斜基板上に成長したものは、（Ｉｏｏ）面上に成長し
たものに比へ、ある特定の条件のもとで成長した場合に
は非発光再結合寿命か長く、発光特性か著しく改善され
ていることかわかる。ここで、第２図の結果より、（１
００）基板上での積層構造と比へて、十分高い発光効率
を得るためには、基板温度か５３０℃から５７０℃程度
の範囲にある事か必要である事かわかる。また、この場
合、Ａｓ圧も重要なパラメータであり、Ａｓ圧か２．０
−３．ＯＸ １０−’Ｔｏｒｒの範囲にないと、発光効
率かやはり劣化することも同様の測定より明らかになっ
ている。
る。また、この傾斜角度は０．５°未満あるいは ２°
より大きくなると表面モホロジーか劣化し、良好な結晶
は得られなかった。以上のことから（ＩＩＩ） Ｂ而の
傾斜基板上に成長したものは、（Ｉｏｏ）面上に成長し
たものに比へ、ある特定の条件のもとで成長した場合に
は非発光再結合寿命か長く、発光特性か著しく改善され
ていることかわかる。ここで、第２図の結果より、（１
００）基板上での積層構造と比へて、十分高い発光効率
を得るためには、基板温度か５３０℃から５７０℃程度
の範囲にある事か必要である事かわかる。また、この場
合、Ａｓ圧も重要なパラメータであり、Ａｓ圧か２．０
−３．ＯＸ １０−’Ｔｏｒｒの範囲にないと、発光効
率かやはり劣化することも同様の測定より明らかになっ
ている。
以上より、本発明においては、（ＩＩＩ） Ｂ ＩｎＰ
基板に対し、任意の方向に０．５°から２°の範囲て基
板を傾斜し、その基板」二に基板温度が５３０℃から５
７０℃の範囲で、かつＡｓ圧が２．０〜３．ＯＸ １Ｏ
−５Ｔｏｒｒの範囲で分子線エピタキシー法により半導
体積層構造を製作する事により、非発光再結合の少なく
、発光効率の高い半導体積層構造を製作する事を可能と
している。
基板に対し、任意の方向に０．５°から２°の範囲て基
板を傾斜し、その基板」二に基板温度が５３０℃から５
７０℃の範囲で、かつＡｓ圧が２．０〜３．ＯＸ １Ｏ
−５Ｔｏｒｒの範囲で分子線エピタキシー法により半導
体積層構造を製作する事により、非発光再結合の少なく
、発光効率の高い半導体積層構造を製作する事を可能と
している。
（実施例）
以下、図面を用いて本発明による半導体積層構造及び積
層方法について説明する。
層方法について説明する。
第１図は、本発明により製作する半導体レーザの斜視図
である。これは、Ｓｎドープｎ型１ｎＰ基板１０１上に
結晶成長するものである。この基板は、（ＩＩＩ） Ｂ
面で、（１００）方向にｌ°傾斜したものである。この
基板上に、分子線エピタキシー法により、２μｍ厚Ｓｔ
ドープｎ型１ｎ０．５２ＡＩ０．４８ＡＳバツフア一層
＋０２，０．１２μｍ厚アンドープＩｎｏ、５ａＧａｏ
、４７Ａｓ活性層１０３ 、２μｍ厚Ｂｅドープｐ型１
ｎｏ、 ２ＡｌＯ，４８ＡＳクラッド層＋０４．０．２
ｕｍ厚Ｂｅドープｐ型１ｎｏ、５．、Ｇａ。４７Ａｓキ
ャップ層１０５を順次積層するものである。この積層構
造に対し、通常のフォトリソグラフィー法及ヒＣＶ Ｄ
法ニヨリ、５ｉ０２１０Ｅｉ ニヨル電流狭さく部を幅
６０μｍで設け、更に蒸着により、表面及び裏面に電極
１０７を製作し、へき聞及びスクライブにより半導体レ
ーザを製作する。
である。これは、Ｓｎドープｎ型１ｎＰ基板１０１上に
結晶成長するものである。この基板は、（ＩＩＩ） Ｂ
面で、（１００）方向にｌ°傾斜したものである。この
基板上に、分子線エピタキシー法により、２μｍ厚Ｓｔ
ドープｎ型１ｎ０．５２ＡＩ０．４８ＡＳバツフア一層
＋０２，０．１２μｍ厚アンドープＩｎｏ、５ａＧａｏ
、４７Ａｓ活性層１０３ 、２μｍ厚Ｂｅドープｐ型１
ｎｏ、 ２ＡｌＯ，４８ＡＳクラッド層＋０４．０．２
ｕｍ厚Ｂｅドープｐ型１ｎｏ、５．、Ｇａ。４７Ａｓキ
ャップ層１０５を順次積層するものである。この積層構
造に対し、通常のフォトリソグラフィー法及ヒＣＶ Ｄ
法ニヨリ、５ｉ０２１０Ｅｉ ニヨル電流狭さく部を幅
６０μｍで設け、更に蒸着により、表面及び裏面に電極
１０７を製作し、へき聞及びスクライブにより半導体レ
ーザを製作する。
ここで、分子線エピタキシー法は、基板温度が５５０”
Ｃ＋１０℃１砒素のフラックス強度は２，５±０．３
Ｘ １Ｏ−５Ｔｏｒｒとして行なう。また成長速度はＩ
ｎＯ，５３Ｇａ０．４７ＡＳ＋Ｉｎ０１，２”０４８Ａ
ｓ両方に対して、約０．８μｍ／ｈｒである。
Ｃ＋１０℃１砒素のフラックス強度は２，５±０．３
Ｘ １Ｏ−５Ｔｏｒｒとして行なう。また成長速度はＩ
ｎＯ，５３Ｇａ０．４７ＡＳ＋Ｉｎ０１，２”０４８Ａ
ｓ両方に対して、約０．８μｍ／ｈｒである。
この様にして製作した１ｎＰ（１１１）Ｂ基板上の半導
体レーザでは、しきい電流密度して約１．４ＫＡ／ｃｍ
２という良好な値か得られた。同様の条件で製作したＩ
ｎＰ（１００）基板」−の半導体レーザと比べ、この値
は約１／２であり、良好な改善か示された。
体レーザでは、しきい電流密度して約１．４ＫＡ／ｃｍ
２という良好な値か得られた。同様の条件で製作したＩ
ｎＰ（１００）基板」−の半導体レーザと比べ、この値
は約１／２であり、良好な改善か示された。
また、第２図から予想される様に、分子線エピタキシー
の際の条件として、まず傾斜角度が小さい場合また大き
すぎる場合では良好な発光が得られなかった。基板温度
、Ａｓ圧も、請求の範囲で述べた条件からはずれると、
良好な発光は得られず、（＋００）基板上での構造と比
べ、必要な成長条件はより厳密なものであった。しかし
ながら、既に述べた特定の条件のもとでは、高い発光特
性か得られ、デバイス特性も良好なものであった。
の際の条件として、まず傾斜角度が小さい場合また大き
すぎる場合では良好な発光が得られなかった。基板温度
、Ａｓ圧も、請求の範囲で述べた条件からはずれると、
良好な発光は得られず、（＋００）基板上での構造と比
べ、必要な成長条件はより厳密なものであった。しかし
ながら、既に述べた特定の条件のもとでは、高い発光特
性か得られ、デバイス特性も良好なものであった。
なお、上記実施例においては基板として（１００）方向
にｌ°傾斜したものについて説明したか、傾斜角は０．
５°から２°の範囲、傾斜方向は（ｊｌｏ）方向でも良
い特性が得られた。
にｌ°傾斜したものについて説明したか、傾斜角は０．
５°から２°の範囲、傾斜方向は（ｊｌｏ）方向でも良
い特性が得られた。
以上述べた半導体積層構造は、半導体レーザとして用い
たものであるが、本発明による半導体積層構造は、高い
発光効率を利用するものであり、発光ダイオード等地の
デバイス構造へも適用できる事は明らかである。また非
発光再結合の小さい事を利用し、多重量子井戸構造を利
用した光変調器等にも用いる事ができる。
たものであるが、本発明による半導体積層構造は、高い
発光効率を利用するものであり、発光ダイオード等地の
デバイス構造へも適用できる事は明らかである。また非
発光再結合の小さい事を利用し、多重量子井戸構造を利
用した光変調器等にも用いる事ができる。
また、本実施例では、ＩｎＰに格子整合する材料につい
てのみ説明したが、格子不整合系についても同様の効果
が期待できる。
てのみ説明したが、格子不整合系についても同様の効果
が期待できる。
また、本発明による半導体積層方法では、（１１１）Ｂ
基板の傾斜方向は問題ではなく、傾斜角度のみが重要で
あった。
基板の傾斜方向は問題ではなく、傾斜角度のみが重要で
あった。
（発明の効果）
以上述へた様に、本発明は、ＩｎＰ＜１ｉｌ）Ｂ基板上
に半導体積層構造も製作する場合、０．５°から２°の
範囲て傾斜した基板上に結晶成長を行なう事により、良
好な結晶性と高い発光効率を有する半導体積層構造を実
現できる。また、その結晶成長方法を行うにあたり結晶
成長時の砒素圧及び基板温度を特定の範囲で選ぶことに
より、良好な結晶が成長できる。
に半導体積層構造も製作する場合、０．５°から２°の
範囲て傾斜した基板上に結晶成長を行なう事により、良
好な結晶性と高い発光効率を有する半導体積層構造を実
現できる。また、その結晶成長方法を行うにあたり結晶
成長時の砒素圧及び基板温度を特定の範囲で選ぶことに
より、良好な結晶が成長できる。
第１図は本発明の一実施例として示した半導体レーザの
斜視図であり、第２図は、１ｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ
のダブルへテロ構造の室温におけるＰＬピーク強度の基
板温度依存性を示すグラフであり、第３図は、ＰＬ発光
強度のＰＬ励起強度依存性を示したグラフである。 図において、 ＋０１ ・・−５ｎドープｎ型１ｎＰ基板（Ｈｌｌ）Ｂ
而（ｊｏｏ）方向へｌ°傾斜） １０２ ・・・Ｓｉドープｎ型Ｉｎ。、５２Ａｌ。、４
８Ａｓバツフア一層＋０３ ・０．１２μｍ厚アンドー
プｌｎｏ、５３Ｇａｏ、４７Ａｓ活性層 ＋０１１ｉ ・・・５ｊ０２ １０７・・・電極 である。
斜視図であり、第２図は、１ｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ
のダブルへテロ構造の室温におけるＰＬピーク強度の基
板温度依存性を示すグラフであり、第３図は、ＰＬ発光
強度のＰＬ励起強度依存性を示したグラフである。 図において、 ＋０１ ・・−５ｎドープｎ型１ｎＰ基板（Ｈｌｌ）Ｂ
而（ｊｏｏ）方向へｌ°傾斜） １０２ ・・・Ｓｉドープｎ型Ｉｎ。、５２Ａｌ。、４
８Ａｓバツフア一層＋０３ ・０．１２μｍ厚アンドー
プｌｎｏ、５３Ｇａｏ、４７Ａｓ活性層 ＋０１１ｉ ・・・５ｊ０２ １０７・・・電極 である。
Claims (2)
- （１）基板面方位が、（１１１）Ｂ面より任意の方向へ
０．５゜から２゜の範囲で傾斜したＩｎＰ基板上に砒素
を含むIII−Ｖ族化合物半導体結晶が積層されている事
を特徴とする半導体積層構造。 - （２）基板面方位が（１１１）Ｂ面であるＩｎＰ基板上
に砒素を含むIII−Ｖ族化合物結晶を成長させる方法に
おいて、基板面方位が任意の方向に０．５゜から２゜の
範囲で傾斜した基板上に基板温度が５３０℃から５７０
℃であり、かつ砒素のフラックス強度が２．０〜３．０
×１０＾−＾５Ｔｏｒｒの条件のもとで分子線エピタキ
シー法により結晶成長させる事を特徴とする半導体結晶
の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10084488A JPH01270599A (ja) | 1988-04-22 | 1988-04-22 | 半導体積層構造及びその半導体結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10084488A JPH01270599A (ja) | 1988-04-22 | 1988-04-22 | 半導体積層構造及びその半導体結晶の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01270599A true JPH01270599A (ja) | 1989-10-27 |
Family
ID=14284628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10084488A Pending JPH01270599A (ja) | 1988-04-22 | 1988-04-22 | 半導体積層構造及びその半導体結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01270599A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0701008A2 (en) | 1994-09-08 | 1996-03-13 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Epitaxy for growing compound semiconductors and an InP substrate for epitaxial growth |
| JP2014165222A (ja) * | 2013-02-21 | 2014-09-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 長波長帯面発光レーザ |
-
1988
- 1988-04-22 JP JP10084488A patent/JPH01270599A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0701008A2 (en) | 1994-09-08 | 1996-03-13 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Epitaxy for growing compound semiconductors and an InP substrate for epitaxial growth |
| US5647917A (en) * | 1994-09-08 | 1997-07-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Epitaxy for growing compound semiconductors and an InP substrate for epitaxial growth |
| JP2014165222A (ja) * | 2013-02-21 | 2014-09-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 長波長帯面発光レーザ |
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