JPH03224215A - 有機金属気相成長装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、組成制御性の高い有機金属気相成長装置に関
するものである。

［従来技術； 有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法は、高周波誘導加熱
によって加熱されたりアクタ内に所望の原料ガスを送り
込み、熱分解反応によって前記リアクタ内に配置された
半導体基板上に所望の半導体層をエビタキャル成長させ
る成長法であり、その特徴として、大面積にわたり組成
・膜厚の良好なエピタキシャル層を容易に得ることがで
きる特徴を有する。この基本的な装置を第３図に示す。

図において、１０は石英製のりアクタ、１１は高周波誘
導加熱用コイル、１２はＩ　ｎＧａのような半導体基板
、２０はＡｓＨ，原料供給系、３０はＰＨ３原料供給系
、４０はＨｌＳ、原料供給系、５０は有機金属系のトリ
メチルインジウム（ＴＭＩ）原料供給系、６０はトリエ
チルガリウム（ＴＥＧ）原料供給系、７０はＰ型ドーパ
ントとなるディエチルジインク（ＤＥＺ）原料供給系、
８０は原料供給系配管、９０は原料供給圧力補正用配管
である。１００は石英製のりアクタ１０内を真空状態に
保持するロータリポンプ、１０１はロータリボノブ１０
０内の油等の汚染物質を石英製のりアクタｌＯ側に逆流
しないようにするトラップ装置である。ここでＡｓＨ，
原料供給系２０は、ＡｓＨ＝ガスを収納したＡ５Ｈ３ボ
ンへ２１、このガスの流用制御を行うマスフローコント
ローラ２２、及び原料供給系管路８０と原料供給圧力補
正用配管９０とにそれぞれ接続し、マスフローコントロ
ーラ２２からのガスの流れをリアクタ１０内に導入・非
導入するバルブ２３．２４とで構成され、原料供給圧力
補正用配管９０を介して、マスフローコントローラ２２
によって流量制御されたＡｓＨ３を石英製リアクタ１０
に導くようになっている。またＰＨ，原料供給系３０及
びＨｌｓ、原料供給系４０も同様に、ＰＨ３ボンベ３１
、Ｈｌｓ、ボンへ４１、マスフローコントローラ３２．
４２、バルブ３３．３４．４３．４４により構成され、
同様にして各原料を石英製リアクタ１０に導くようにな
っている。またＴＭＩ原料供給系５０は図示しない水素
ガス供給源からの水素を流量制御するマスフローコント
ローラ５１．ＴＭＩ原料を収納したバブリング装置５２
、原料供給系配管８０及び原料供給圧力補正用配管９０
にそれぞれ接続されたバブル５３．５４とで構成され、
マスフローコントローラ５１で流量制御された水素をハ
フリング装置５２内に導き、ここで水素をＴＭ＋原料内
でバブリングさせることによって、水素中にＴＭＩ原料
が包含したガスを作成し、この作成されたガスをバルブ
５３を介してリアクタ１０内に導くようになっている。

ＴＥＧ原料供給系６０及びＤＥＺ原料供給系７０も同様
にしてマスフローコントローラ６１．７１．バブリング
装置６２．７２、バブル６３．６４．７３．７４とで構
成されている。原料供給系配管８０及び原料供給圧力補
正用配管９０にはそれぞれマスフローコントローラ８１
・９１を介して水素及び窒素の混合ガスが所定量供給さ
れ、各原料供給系に接続されたバブルの開閉によってこ
れら配管に生ずる圧力の変化を吸収するように構成され
ている。なお１１０は各マスフローコントローラ及びバ
ルブを制御するためのコンピュータである。

このような装置において、半導体基板１２上に有機金属
膜を気相成長させるには、まず初め、ロータリポンプ１
００を動作させてリアクタ１０内を所定の真空圧力状態
にするとともに、高周波誘導加熱用コイル１１に通電し
、リアクタ１０内の半導体基板１２を所定温度、例えば
６５０℃に加熱しておく。この状態で前記ＡｓＨｓ原料
供給系２０、ＰＨ３原料供給系３０、Ｈｚ　Ｓ　−原料
供給系４０、ＴＭＩ原料供給系５０、ＴＥＧ原料供給系
６０、ＤＥＺ原料供給系７０を各マスフローコントロー
ラによって流、量制御し、各系統のバルブ及び原料供給
系配管８０を介して石英製リアクタ１０に導かれる０石
英製リアクタ１０に導かれた混合原料ガスはここで熱分
解反応し、半導体基板１２上にエピタキシャル成長によ
る所定組成比の有機金属膜が積層される。エピタキシャ
ル成長による有機金属膜の組成比を変化させるには、予
めコンピュータ１１０に記憶されたプログラムによって
、前記マスフローコントローラの流量及び各ノ１ルブを
制御することによってなされる。混合原料ガスが熱分解
反応した残りのガスは、ロータリポンプ１００を介して
、図示しない排気ガス処理装置に排出される。

このようなＭＯＣＶＤ法は近年盛んに行われている。特
に、光通信用光源として重要であるＧａＩｎＡｓＰ／Ｉ
ｎＰ系においてＭＯＣＶＤ法は有効な成長法である。Ｇ
ａ　ＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ系において分離閉じ込めヘテロ
（ＳＣＨ）構造の多重量子井戸レーザが作製され、動特
性において量子井戸レーザに期待される特性の改善が得
られている。

［従来技術の課題］ 従来のＭＯＣＶＤ装置は、一つの原料に対し、−個の流
量制御器を備えていた。

一方、このＭＯＣＶＤ法を用い作成できる半導体レーザ
素子の一つに、Ａ　Ａ　ｘＧａ＋−、Ａｓ／ＧａＡｓ系
がある。この材料系の場合、エピタキシャル成長温度で
はＡ　ｉ　Ｘｃａ＋−ｘＡｓｌｉとＧａＡｓＦｉとでは
、格子不整合が殆ど無い。従って、ＧａＡｓ層、Ａ　１
　、Ｇａ、−、Ａｓ層、ＧａＡｓ層、Ａ　１　ｖＧａ＋
−ＪＳ層、ＧａＡｓ層、＾’　ｚＧａ＋−ｚＡｓｌｉｉ
・・・と言った複数層をエピタキシャル成長する場合、
それぞれのエピタキシャル成長界面でガス切り換えのた
め生しる組成の異なるＮＣ遷移層）が存在するが、互い
に隣合う組成の格子不整合が非常に小さいので、レーザ
特性への影響が殆ど生しない。

しかしながら、Ｇａｘｌｎ＋−ｘＡｓｙＰ＋−ｙ／Ｉｎ
Ｐ系では、遷移層が数〜数十人程度存在すると、Ｇａ１
ｎＡｓＰ系の結晶性が劣化し、レーザ特性に影響を及ぼ
す。特に、量子井戸レーザ素子のように、−層の厚さが
数十〜数百人と非常に薄い場合には、更に顕著になる。

また組成の異なるＧａｌｎＡｓＰ層を、一つのますフロ
ーコントローラで制御した場合、流量に関し大きなグイ
ナミノクレンジが必要となり、精度上から組成制御性が
問題となる。従って、これまでのＭＯＣＶＤ装置では、
Ｇａ１ｎＡｓＰ／ＴｎＰ系に関しては、複雑な層構造の
エピタキシャル成長ができず、ＳＣＨ構造に限られ、し
きい値電流密度の低減を実現することができなかった。

［課題を解決するための手段］ 本発明はかかる点に迄みなされたもので、その目的は、
優れた特性を有する半導体レーザが作製可能なＭＯＣＶ
Ｄ装置を提供することにあり、その具体的な構成は、複
数の原料供給系によって作成された有機金属を含む混合
原料ガスをリアクタ内に導き、リアクタ内で前記混合原
料ガスを熱分解反応させることによって半導体層をエピ
タキシャル成長させる有機金属気相成長装置において、
少なくとも一つの前記原料供給系が複数の流量側ｍ器を
備えていることを特徴とする有機金属気相成長装置であ
る。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図に示す。図において第３図で
説明したと同一のｌＯ〜１１０は、それぞれ第３図に示
す場合と同一物を示し、その機能も同一である。しかし
ながらＨｇ５ａ原料供給系４０及びＤＥＺ原料供給系７
０を除く各原料供給系２０〜６０は次の点において異な
っている。即ち、Ａ　ｓ　Ｈｓ原料供給系管路は、マス
フローコントローラ２２を２個備え、さらに各マスフロ
ーコントローラ２２には供給系配管８０と原料供給圧力
補正用配管９０とにそれぞれバルブ２３・２４を備えて
いる。ＰＨ３原料供給系３０は、マスフローコントロー
ラ３２を３個備えており、各マスフローコントローラ３
２には、供給系配管８０と原料供給圧力補正用配管９０
とにそれぞれバルブ３３・３４を備えている。しかしな
がら、図面には図を簡単にするため、各装置等を重ねて
表示している（以下の説明においても同し）、ＴＭＩ原
料供給系５０は、３個のマスフローコントローラ５１を
備え、各マスフローコントローラ５１には、それぞれバ
ブリング装置５２が接続され、各バブリング装置５２に
は原料供給系管路８０と原料供給圧力補正用配管９０と
にそれぞれ接続されたバルブ５３・５４とを備えている
。同様にして、ＴＥＧＩ料供給糸供給系６０個のマスフ
ローコントローラ６１．２個のバブリング装置６２、及
び各バブリング装置６２に接続されたバルブ６３・６４
とを備えている。

本装置を実際に使用するには、まず初め、従来と同様に
、高周波誘導加熱用コイル１１に通電し、リアクタ１０
内の半導体基板１２を所定温度、例えば６５０℃に加熱
しておく。この状態で前記ＡＳＨ１原料供給系２０、Ｐ
Ｈ３原料供給系３０、Ｈｚ　Ｓ−原料供給系４０、ＴＭ
［原料供給系５０、ＴＥＧ原料供給系６０、ＤＥＺ原料
供給系７０の何れか１つ又は複数の各マスフローコント
ローラによって流量制御し、各系統の１つのバルブを介
して、各原料供給系２０〜７０からリアクタ１０内に所
定混合比の混合原料ガスを供給し、従来と同様にリアク
タ１０内でＭＯＣＶＤ反応をさせる。

この状態でリアクタ１０に供給する原料組成を変化させ
るときは予め他の使用していないマスフローコントロー
ラを介して供給しようとする各原料供給系の流量を個々
に制御して原料供給圧力補正用配管９０に接続した各バ
ルブを介して排出させておき、この状態で各原料供給系
のバルブを開閉制御することにより、これまで供給して
いた原料を原料供給圧力補正用配管９０側に排出させる
とともに、前記原料供給圧力補正用配管９０側に排出さ
れていた原料を供給系配管８０側に切り換える。これに
より予め調整された適性な量の各原料を瞬時に切り換え
ることができる。従って極めて短時間にして適性な量お
よび混合比の原料ガスをリアクタ１０内に供給すること
ができる。これらの制御は予めプログラミングさせたコ
ンピュータ１１０により各層を形成する毎に順次行われ
る。

第２図は下記表の条件に基づき本装置により製造された
半導体レーザ素子を示す。図において、１２１はｎ−１
ｎＰ基板、１２２はｎ−１ｎＰバツフア一層、１２３は
量子井戸活性層、１２４及び１２５はそれぞれ活性層１
２３よりバンドギャップの大きな四元層からなるノンド
ープ閉じ込め層、１２６はｐ−１ｎＰクラッド層、１２
７はｐ−Ｇａ１ｎＡｓＰコンタクト層である。閉し込め
層１２４及び１２５の組成は活性層１２３に近い方から
バンドギャップ波長に換算して１．１．１．０５１．０
．０．９５μｍとした。また、量子井戸活性層１２３は
バンドギャップ波長に換算して１．３２μｍ組成の量子
井戸（厚さ１５０人）、バンドギャップ波長に換算して
１．１μｍＭｉ成の障壁層（厚さ１ ５０人）から成っている。

表 この得られた半導体レーザ素子のしきい値電流密度は井
戸数５．共振器長８９０μｍの全面電極型の構造で０．
４１ＫＡ／Ｃｍ”とこれまで報告のあった中で最も低い
値を実現した。

［発明の効果コ 本発明は上記のように、複数の原料供給系によって作成
された有機金属を含む混合原料ガスをリアクタ内に導き
、リアクタ内で前記混合原料ガスを熱分解反応させるこ
とによって、リアクタ内に配置された半導体基板上に半
導体層をエピタキシャル成長させる有機金属気相成長装
置において、少なくとも１つの原料供給系にそれぞれ独
立に設定可能な流量制御器を複数個設置したことを特徴
とする有機金属気相成長装置である。このため、短時間
して厳密な組成の制御切り換えを必要とする混晶半導体
の超薄膜へテロ接合を単原子オーダの界面急峻性をもっ
て製作することが可能となり、優れた特性を有する複雑
なレーザ構造の半導体素子を提供することができる優れ
た効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のＭＯＣＶＤ装置、第２図は
本発明の装置を用いて作製された半導体レーザ素子の構
造模式図、第３図は従来のＭＯＣＶＤ装置を示す構成図
である。 １０は石英製のりアクタ、１１は高周波誘導加熱用コイ
ル、１２は半導体基板、２０はＡｓＨ３原料供給系、３
０はＰＨ３原料供給系、４０はＨ，Ｓ。 原料供給系、５０は有機金属系のトリメチルインジウム
（ＴＭＩ）原料供給系、６０はトリエチルガリウム（Ｔ
ＥＧ）原料供給系、７０はＤＥＺ原料供給系、８０は原
料供給系配管、９０は原料供給圧力補正用配管である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の原料供給系によって作成された有機金属を
   含む混合原料ガスをリアクタ内に導き、リアクタ内で前
   記混合原料ガスを熱分解反応させることによって、リア
   クタ内に配置された半導体基板上に半導体層をエピタキ
   シャル成長させる有機金属気相成長装置において、少な
   くとも一つの前記原料供給系が複数の流量制御器を備え
   ていることを特徴とする有機金属気相成長装置。
2. （２）一つの原料供給系に設けられた複数の流量制御器
   には、それぞれの流量制御器によって流量制御された原
   料ガスをリアクタ内に導入・非導入するバルブが設けら
   れていることを特徴とする請求項１記載の有機金属気相
   成長装置。