JPH0214320B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0214320B2 JPH0214320B2 JP57168455A JP16845582A JPH0214320B2 JP H0214320 B2 JPH0214320 B2 JP H0214320B2 JP 57168455 A JP57168455 A JP 57168455A JP 16845582 A JP16845582 A JP 16845582A JP H0214320 B2 JPH0214320 B2 JP H0214320B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- melt
- crystal growth
- inp
- atmosphere containing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
- C30B19/12—Liquid-phase epitaxial-layer growth characterised by the substrate
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、InPを基板とするエピタキシヤル成
長に関するものである。
長に関するものである。
InGaAsP系半導体は、光通信用発光受光素子
の材料として広く用いられている。こうした発
光・受光素子は一般に液相または気相エピタキシ
ヤル成長法により結晶成長を行つて得たウエハよ
り作製することが多い。ところで、半導体レーザ
の発振光の横モードあるいは縦モード制御のため
に、また、受光素子においてはフイルタ効果（波
長選択性）をもたせるために、従来から様々な構
造が提案されている。このような素子の構造は、
複雑に加工した基板上に結晶成長を行つて得られ
るが、結晶成長の際、この基板はメルトが充分に
溶融する間高温下に放置されることとなる。この
結果、InPあるいはInGaAsPを用いた基板におい
ては、特にＰ成分が解離して基板の表面が荒れた
り、複雑に加工された部分が変形するという問題
があつた。
の材料として広く用いられている。こうした発
光・受光素子は一般に液相または気相エピタキシ
ヤル成長法により結晶成長を行つて得たウエハよ
り作製することが多い。ところで、半導体レーザ
の発振光の横モードあるいは縦モード制御のため
に、また、受光素子においてはフイルタ効果（波
長選択性）をもたせるために、従来から様々な構
造が提案されている。このような素子の構造は、
複雑に加工した基板上に結晶成長を行つて得られ
るが、結晶成長の際、この基板はメルトが充分に
溶融する間高温下に放置されることとなる。この
結果、InPあるいはInGaAsPを用いた基板におい
ては、特にＰ成分が解離して基板の表面が荒れた
り、複雑に加工された部分が変形するという問題
があつた。
例えば、分布帰還型レーザ（以後DFBレーザ
と略す）では、縦モードの単一化を達成するのに
発光層又は発光層に近接した層に周期的凹凸を光
の進行方向に沿つて形成し、この凹凸により発振
波長の選択性を持たせている。具体的に述べる
と、ｎ型InP基板上に周期2360Å、高さ約1000Å
の周期的凹凸を形成し、この上にｎ型InGaAsP
層（λg＝1.3μｍ、λg：禁制帯幅に対応する波長）
を厚さ0.1μｍ、非ドープInGaAsP層（λg＝1.55μ
ｍ）を0.1μｍ、非ドープInGaAsP層（λg＝1.3μ
ｍ）を0.1μｍ、ｐ型InP層を約2μｍ形成したウエ
ハを用いてレーザを作製し、電流を注入すれば
1.55μｍで単一縦モード発振するレーザが得られ
る。この発振の閾値は主として凹凸の高さに依存
するが、結晶成長の際に高温下に約１時間放置し
ておく為に、この凹凸の表面が荒れたり、変形し
たり、最悪時は凹凸が消滅してしまう事が多かつ
た。これは、Ｐ成分を十分に含む雰囲気中に放置
しても同様のことが起ることから、表面からＰが
解離するという現象だけでなく、凹凸のある部分
の表面エネルギーを最小にするような固相−気相
下での反応が起つて、凸部分のIn、Ｐが凹部分に
移動するという現象も同時に起つているものと考
えられる。また、前述した受光素子についても同
様の問題が起つていた。
と略す）では、縦モードの単一化を達成するのに
発光層又は発光層に近接した層に周期的凹凸を光
の進行方向に沿つて形成し、この凹凸により発振
波長の選択性を持たせている。具体的に述べる
と、ｎ型InP基板上に周期2360Å、高さ約1000Å
の周期的凹凸を形成し、この上にｎ型InGaAsP
層（λg＝1.3μｍ、λg：禁制帯幅に対応する波長）
を厚さ0.1μｍ、非ドープInGaAsP層（λg＝1.55μ
ｍ）を0.1μｍ、非ドープInGaAsP層（λg＝1.3μ
ｍ）を0.1μｍ、ｐ型InP層を約2μｍ形成したウエ
ハを用いてレーザを作製し、電流を注入すれば
1.55μｍで単一縦モード発振するレーザが得られ
る。この発振の閾値は主として凹凸の高さに依存
するが、結晶成長の際に高温下に約１時間放置し
ておく為に、この凹凸の表面が荒れたり、変形し
たり、最悪時は凹凸が消滅してしまう事が多かつ
た。これは、Ｐ成分を十分に含む雰囲気中に放置
しても同様のことが起ることから、表面からＰが
解離するという現象だけでなく、凹凸のある部分
の表面エネルギーを最小にするような固相−気相
下での反応が起つて、凸部分のIn、Ｐが凹部分に
移動するという現象も同時に起つているものと考
えられる。また、前述した受光素子についても同
様の問題が起つていた。
従来は、上述の問題を防ぐため、PH3ガスを使
用したり、あるいはInP結晶を基板へのカバとし
て用いたりしていたが、微細加工した基板の変形
を再現性よく防ぐことは困難であつた。
用したり、あるいはInP結晶を基板へのカバとし
て用いたりしていたが、微細加工した基板の変形
を再現性よく防ぐことは困難であつた。
本発明は、上記固相−気相下での輸送現象を抑
え、結晶開始時にも微細加工した部分の変形が起
らぬようにした結晶成長方法を提供するものであ
る。
え、結晶開始時にも微細加工した部分の変形が起
らぬようにした結晶成長方法を提供するものであ
る。
本発明の特徴は、蒸気圧の高い第１の元素とし
てＰを一つの構成元素とするInPからなり表面に
微細加工を有する基板上に所望の半導体を成長さ
せるエピタキシヤル結晶成長法において、結晶成
長開始前に前記InPの基板を前記第１の元素と該
第１の元素より飽和蒸気圧の低い第２の元素とし
てAsを含む雰囲気中に収容しておくことにある。
てＰを一つの構成元素とするInPからなり表面に
微細加工を有する基板上に所望の半導体を成長さ
せるエピタキシヤル結晶成長法において、結晶成
長開始前に前記InPの基板を前記第１の元素と該
第１の元素より飽和蒸気圧の低い第２の元素とし
てAsを含む雰囲気中に収容しておくことにある。
以下本発明を詳細に説明する。
図は結晶成長用黒鉛ボートの断面を示したもの
である。ボートはメルト溜め１，２，３，４及び
底部に直径0.5〜１mmφの孔を多数有するカーボ
ン・バスケツト５を収容する空洞６が形成された
ボート本体７と、InP基板８を収容しボート本体
７と密着してスライド可能な基板ホルダ９より成
る。ここでカーボン・バスケツト５にはInP及び
InAsを溶けこませたSn融液１０を入れる。各成
分は、例えばSn5ｇに対し、InP150mg、InAs50mg
とする。又、メルト溜め１，２，３，４には成長
組成に応じた融液を仕込む。例えば、１１はｎ型
InGaAsP層（λg＝1.3μｍ）用の融液、１２は非
ドープInGaAsP層（λg＝1.55μｍ）用の融液、１
３は非ドープInGaAsP層（λg＝1.3μｍ）用の融
液、１４はｐ型InP層用の融液である。さて、実
際の結晶成長プロセスでは、基板、融液等を全て
ボートに仕込んだ後、これを石英管内に入れ、
H2ガスを流しながら温度を約620℃に上げて30分
間程放置し、融液１１〜１４が十分に均一になつ
た後温度を降下させ、基板８を融液と順次接触さ
せて所望の成分、膜厚の結晶成長を行う。さて、
基板と融液が接触する前は、基板８はカーボン・
バスケツト５の下に保持されている。Sn融液１
０から蒸発したＰ成分は、バスケツト下部の孔を
通つて基板ホルダ９に達しInP基板表面からＰ成
分が散逸してしまうのを保護する役を果す。更
に、同じSn融液からAs成分も蒸発しているが、
このAs成分は基板表面にIn、Ｐ、Asより成る薄
膜を形成させ、これによつて固相−気相下での反
応による凸部分のIn、Ｐの凹部分への移動といつ
た現象を妨げている。
である。ボートはメルト溜め１，２，３，４及び
底部に直径0.5〜１mmφの孔を多数有するカーボ
ン・バスケツト５を収容する空洞６が形成された
ボート本体７と、InP基板８を収容しボート本体
７と密着してスライド可能な基板ホルダ９より成
る。ここでカーボン・バスケツト５にはInP及び
InAsを溶けこませたSn融液１０を入れる。各成
分は、例えばSn5ｇに対し、InP150mg、InAs50mg
とする。又、メルト溜め１，２，３，４には成長
組成に応じた融液を仕込む。例えば、１１はｎ型
InGaAsP層（λg＝1.3μｍ）用の融液、１２は非
ドープInGaAsP層（λg＝1.55μｍ）用の融液、１
３は非ドープInGaAsP層（λg＝1.3μｍ）用の融
液、１４はｐ型InP層用の融液である。さて、実
際の結晶成長プロセスでは、基板、融液等を全て
ボートに仕込んだ後、これを石英管内に入れ、
H2ガスを流しながら温度を約620℃に上げて30分
間程放置し、融液１１〜１４が十分に均一になつ
た後温度を降下させ、基板８を融液と順次接触さ
せて所望の成分、膜厚の結晶成長を行う。さて、
基板と融液が接触する前は、基板８はカーボン・
バスケツト５の下に保持されている。Sn融液１
０から蒸発したＰ成分は、バスケツト下部の孔を
通つて基板ホルダ９に達しInP基板表面からＰ成
分が散逸してしまうのを保護する役を果す。更
に、同じSn融液からAs成分も蒸発しているが、
このAs成分は基板表面にIn、Ｐ、Asより成る薄
膜を形成させ、これによつて固相−気相下での反
応による凸部分のIn、Ｐの凹部分への移動といつ
た現象を妨げている。
以上のように、高温にInP基板を放置する際
に、Ｐ成分に加えて蒸気圧の若干低いAs成分も
含む雰囲気を用いることにより、基板表面の保護
を良好に行うことができる。As成分による基板
表面の保護膜は極く薄く、又基板へ直接成長する
層はAsを含んでいるため、結晶成長の際に再配
列が行われるので、この膜が成長層全体に与える
影響はほとんどない。こうした基板の保護は、Ｐ
成分だけ或はAs成分だけでは十分に行うことは
できず、Ｐ及びAsの両成分を用いることにより、
はじめて可能となるものである。
に、Ｐ成分に加えて蒸気圧の若干低いAs成分も
含む雰囲気を用いることにより、基板表面の保護
を良好に行うことができる。As成分による基板
表面の保護膜は極く薄く、又基板へ直接成長する
層はAsを含んでいるため、結晶成長の際に再配
列が行われるので、この膜が成長層全体に与える
影響はほとんどない。こうした基板の保護は、Ｐ
成分だけ或はAs成分だけでは十分に行うことは
できず、Ｐ及びAsの両成分を用いることにより、
はじめて可能となるものである。
例えば、深さ800Å、周期2400Åの回折格子を
形成したInP基板を用いて上記実験を行つた場
合、As成分がない場合には深さが50Å以下に変
形してしまつたが、As成分を加えて行つた場合
には深さ300Å程度の回折格子が再現性よく得ら
れた。
形成したInP基板を用いて上記実験を行つた場
合、As成分がない場合には深さが50Å以下に変
形してしまつたが、As成分を加えて行つた場合
には深さ300Å程度の回折格子が再現性よく得ら
れた。
以上の実施例では、As及びＰ成分をSn融液中
に溶解させたが、Sn以外の金属、例えば、In又
はGa又はPb又はBi又はCd又はZn或はこれ等を
組み合わせた金属の融液を用い、この中にAs及
びＰ成分を溶解させて用いてもよい。
に溶解させたが、Sn以外の金属、例えば、In又
はGa又はPb又はBi又はCd又はZn或はこれ等を
組み合わせた金属の融液を用い、この中にAs及
びＰ成分を溶解させて用いてもよい。
又、溶液中から蒸発してくるAs及びＰ成分を
用いる代りに、InPxAs1-x或はIn1-yGayPxAs1-x等
の単結晶ウエハを基板のカバとして用いれば、こ
のカバ用結晶からAs及びＰ成分が解離してくる
ので、上記金属融液を用いたのと同様の効果が得
られる。
用いる代りに、InPxAs1-x或はIn1-yGayPxAs1-x等
の単結晶ウエハを基板のカバとして用いれば、こ
のカバ用結晶からAs及びＰ成分が解離してくる
ので、上記金属融液を用いたのと同様の効果が得
られる。
更に別の一方法としては、As或はＰの化合物
ガス、例えばAsH3、PH3等のガスを用いてもよ
い。この場合にはAsH3、PH3は高温で分解し、
As4、P4等を発生するので、同様の効果が得られ
る。
ガス、例えばAsH3、PH3等のガスを用いてもよ
い。この場合にはAsH3、PH3は高温で分解し、
As4、P4等を発生するので、同様の効果が得られ
る。
こうした方法は単独で用いても、又併用しても
かまわない。例えば、Sn融液中にAs、Ｐを溶か
した溶液を用いると同時に、PH3、AsH3ガスを
流して、両方から発生するAs、Ｐ成分を用いる
といつた方法でもよい。
かまわない。例えば、Sn融液中にAs、Ｐを溶か
した溶液を用いると同時に、PH3、AsH3ガスを
流して、両方から発生するAs、Ｐ成分を用いる
といつた方法でもよい。
又、同様の保護法はＰを含む基板のみならず、
例えばAs或はＳ等を含む基板に対しても適用可
能である。
例えばAs或はＳ等を含む基板に対しても適用可
能である。
以上の説明のように、本発明では遊離しやすい
元素を含む基板を該元素並びに蒸気圧の低い元素
を共に含む雰囲気中に基板を収容しておくことに
より、基板の変形及び荒れを効果的に防止するこ
とができ、その工業的価値は大である。
元素を含む基板を該元素並びに蒸気圧の低い元素
を共に含む雰囲気中に基板を収容しておくことに
より、基板の変形及び荒れを効果的に防止するこ
とができ、その工業的価値は大である。
図は本発明を適用したカーボンボートの断面図
である。 １，２，３，４……メルト溜め、５……カーボ
ン・バスケツト、６……空洞、７……ボート本
体、８……InP基板、９……基板ホルダ、10……
Sn融液、１１，１２，１３，１４……結晶成長
用融液。
である。 １，２，３，４……メルト溜め、５……カーボ
ン・バスケツト、６……空洞、７……ボート本
体、８……InP基板、９……基板ホルダ、10……
Sn融液、１１，１２，１３，１４……結晶成長
用融液。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ InPからなり表面に微細加工を有する基板上
へのエピタキシヤル結晶成長を行う工程の前に、
ＰとAsを含む雰囲気中に前記基板を収容してお
く工程を有する結晶成長方法。 ２ 前記ＰとAsを含む雰囲気は、前記Ｐと前記
AsをSn、In、Ga、Pb、Bi、CdもくくはZn又は
これらの組合わせの金属融液中に溶解させ、該溶
液から蒸発してくる前記Ｐと前記Asを用いて形
成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の結晶成長方法。 ３ 前記Ｐと前記Asを含む雰囲気は、前記Ｐと
前記Asを含む化合物半導体からの解離による前
記Ｐと前記Asを用いて形成されることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の結晶成長方法。 ４ 前記Ｐと前記Asを含む雰囲気は、前記Ｐと
前記Asを含む化合物ガスから分解してくる前記
Ｐと前記Asを用いて形成されることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16845582A JPS5957999A (ja) | 1982-09-29 | 1982-09-29 | 結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16845582A JPS5957999A (ja) | 1982-09-29 | 1982-09-29 | 結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5957999A JPS5957999A (ja) | 1984-04-03 |
| JPH0214320B2 true JPH0214320B2 (ja) | 1990-04-06 |
Family
ID=15868422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16845582A Granted JPS5957999A (ja) | 1982-09-29 | 1982-09-29 | 結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5957999A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59190299A (ja) * | 1983-04-07 | 1984-10-29 | Agency Of Ind Science & Technol | 燐化インジウム結晶の熱変形防止方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5559716A (en) * | 1978-10-30 | 1980-05-06 | Nec Corp | Liquid phase growing method of 3-5 group compound semiconductor |
| JPS571888A (en) * | 1980-05-31 | 1982-01-07 | Bridgestone Tire Co Ltd | Fiber reinforced hose and its manufacture |
-
1982
- 1982-09-29 JP JP16845582A patent/JPS5957999A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5957999A (ja) | 1984-04-03 |
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