JPH0334536A - Manufacture of iii-v compound semiconductor element - Google Patents
Manufacture of iii-v compound semiconductor elementInfo
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- JPH0334536A JPH0334536A JP1169646A JP16964689A JPH0334536A JP H0334536 A JPH0334536 A JP H0334536A JP 1169646 A JP1169646 A JP 1169646A JP 16964689 A JP16964689 A JP 16964689A JP H0334536 A JPH0334536 A JP H0334536A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明は、■−V族化合物半導体素子の製造方法に係り
、より具体的には、マグネシウムでドープされたp型■
−v族化合物半導体層を有機金属気相成長により形成す
る工程を含む■−■族化合物半導体素子の製造方法に関
する。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for manufacturing a ■-V group compound semiconductor device, and more specifically, a p-type compound semiconductor device doped with magnesium.
The present invention relates to a method for manufacturing a ①-① group compound semiconductor device, which includes a step of forming a -v group compound semiconductor layer by organometallic vapor phase epitaxy.
(従来の技術)
有機金属気相成長(MOCVD)法によりp型■−V族
化合物半導体を作る場合、p型ドーパントとして、通常
、亜鉛が用いられている。亜鉛は、GaAs用のドーパ
ントとしては、はぼ良好なドーピング特性を示すもので
あるが、InP。(Prior Art) When producing a p-type ■-V group compound semiconductor by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), zinc is usually used as a p-type dopant. Zinc shows very good doping properties as a dopant for GaAs, but InP.
GalnAIP等リンを含む■−V族化合物半導体用の
ドーパントとして使用する場合には、取り込まれ率が低
いばかりでなく、活性化率も低い。When used as a dopant for a ■-V group compound semiconductor containing phosphorus, such as GalnAIP, not only the incorporation rate is low but also the activation rate is low.
その上、拡散速度が速すぎ、制御性にも劣っている。Moreover, the diffusion rate is too fast and the controllability is poor.
そこで、亜鉛に代わるp型ドーパントとして、ベリリウ
ムやマグネシウムを使用することが試みられている。し
かしながら、ベリリウムは、分子線エピタキシャル成長
法においては、p型ドーパントとして良好な特性を示す
ものの、その有機化合物は、強い毒性を示すために、M
OCVD法への適用は、回避しなければならない。Therefore, attempts have been made to use beryllium or magnesium as a p-type dopant in place of zinc. However, although beryllium exhibits good properties as a p-type dopant in molecular beam epitaxial growth, its organic compound exhibits strong toxicity, so M
Application to OCVD methods must be avoided.
マグネシウムの有機化合物は、有機ベリリウム化合物の
ような毒性の問題は少ない。そのような有機マグネシウ
ムとして、ジメチルマグネシウム、ジエチルマグネシウ
ム等のアルキルマグネシウム化合物が考えられるが、こ
れらアルキルマグネシウム化合物は、自己会合性が非常
に強く、MOCVD法に必要な有効な蒸気圧を持たない
。また、比較的蒸気圧の高いシクロペンタ環を有するビ
スシクロペンタジェニルマグネシウム(C92Mg)が
用いられているが、装置内に残留するメモリー効果(反
応管に付着したドープ源が以降の処理中に再び反応系に
入り込む)のために、ドーピングの制御が非常に困難で
あり、素子に通常要求される0、1μm内での3桁以上
の濃度変化を実現するような急峻性は確保できない。さ
らに、蒸気圧を高めるために、シクロペンタ環にメチル
基を導入したビスメチルシクロペンタジェニルマグネシ
ウム((CH3)2 C1)2 Mg)を用いた例もあ
るが、濃度変化の充分な急峻性は得られていない。Organic compounds of magnesium have fewer toxicity problems than organic beryllium compounds. As such organic magnesium, alkylmagnesium compounds such as dimethylmagnesium and diethylmagnesium can be considered, but these alkylmagnesium compounds have very strong self-association properties and do not have the effective vapor pressure necessary for MOCVD. In addition, biscyclopentadienylmagnesium (C92Mg), which has a cyclopenta ring and has a relatively high vapor pressure, is used; It is very difficult to control doping, and it is not possible to ensure the steepness of a concentration change of three orders of magnitude or more within 0.1 μm, which is normally required for devices. Furthermore, there is an example of using bismethylcyclopentagenylmagnesium ((CH3)2C1)2Mg), which has a methyl group introduced into the cyclopenta ring, in order to increase the vapor pressure, but the concentration change is not sufficiently steep. Not obtained.
(発明が解決しようとする課題)
以上述べたように、従来使用されていたマグネシウムの
ドープ源は、メモリー効果が高く、急峻なドーピングが
困難であった。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, the conventionally used magnesium doping sources have a high memory effect, making it difficult to do steep doping.
従って、本発明は、自己会合性が弱く、メモリー効果の
ない有機マグネシウム化合物をマグネシウムドープ源と
して用いることによって、有機金属気相成長法により制
御性に優れたp型ドーピングをおこなうことができる■
−v族化合物半導体素子の製造方法を提供することを目
的とする。Therefore, the present invention makes it possible to perform p-type doping with excellent controllability by organometallic vapor phase epitaxy by using an organomagnesium compound with weak self-association and no memory effect as a magnesium doping source.
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a -V group compound semiconductor device.
[発明の構成]
(課題を解決するための手段)
本発明による■−V族化合物半導体素子の製造方法は、
マグネシウムでドープされたp型m−V族化合物半導体
層を有機金属気相成長により形成するに際し、マグネシ
ウムのドープ源として、マグネシウムおよび酸素の双方
を含む有機金属化合物を用いることを特徴とする。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The method for manufacturing a ■-V group compound semiconductor device according to the present invention includes:
When forming a p-type m-V group compound semiconductor layer doped with magnesium by organometallic vapor phase epitaxy, the present invention is characterized in that an organometallic compound containing both magnesium and oxygen is used as a magnesium doping source.
(作用)
本発明者らが種々の有機マグネシウム化合物についてお
こなった研究によれば、C92Mgのメモリー効果は、
有機マグネシウム化合物に共通の本質的な問題ではなく
、ある種シクロペンタ環を有するマグネシウム化合物に
特有の問題であることが、多くの有機マグネシウム化合
物を用いたドーピングにより確認された。なかでも、酸
素を含有する有機マグネシウム化合物例えば、ビス(2
,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナ
ート−o、o’ >マグネシウム(Mg(thd)z)
、ビス(2,4−ペンタンジオナート−〇、O’ )マ
グネシウム(Mg (AcAc)2 ) 、CH3C5
H4Mg (CO) 3等は、メモリー効果が確認され
ず、良好なドーピング特性を示した。(Effect) According to research conducted by the present inventors on various organomagnesium compounds, the memory effect of C92Mg is as follows:
It has been confirmed through doping using many organomagnesium compounds that this is not an essential problem common to organomagnesium compounds, but rather a problem specific to magnesium compounds having a certain type of cyclopenta ring. Among them, oxygen-containing organomagnesium compounds such as bis(2
,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate-o,o'>Magnesium (Mg(thd)z)
, bis(2,4-pentanedionato-〇,O')magnesium (Mg(AcAc)2), CH3C5
H4Mg (CO) 3 and the like showed good doping characteristics with no memory effect observed.
酸素を含むマグネシウムドープ源は、酸素による汚染が
懸念され従来は、用いられていなかった。Magnesium dope sources containing oxygen have not been used in the past due to concerns about oxygen contamination.
特にアルミニウムを含む化合物では、Al−0結合が非
常に強いため、酸素が多量に混入し、酸素を含む化合物
は、マグネシウムドープ源としては適さないと考えられ
ていた。ところが、酸素を含む有機マグネシウム化合物
であっても、構造によっては酸素の混入を回避できるこ
とが判明した。In particular, in compounds containing aluminum, the Al-0 bond is very strong, so a large amount of oxygen is mixed in, and it has been thought that compounds containing oxygen are not suitable as magnesium dope sources. However, it has been found that even in organomagnesium compounds containing oxygen, contamination with oxygen can be avoided depending on the structure.
すなわち、β−ジケトン化合物であるMg(AcAc)
2およびMg(thd)2はそれぞれ次の式で示される
が、
Mg
(AcAc)2
Mg(thd)2
このようなβ−ジケトン化合物などのある種の環状化合
物は、電子の局在によりMg−0間の結合が他の結合に
比べ切れやすく、ドーピングの際の酸素の混入を避ける
ことができる。またこれら化合物は、シクロペンタ環を
持たないので、メモリー効果も生じない。That is, Mg(AcAc) which is a β-diketone compound
2 and Mg(thd)2 are each represented by the following formula, Mg(AcAc)2 Mg(thd)2 Certain cyclic compounds such as β-diketone compounds have Mg- Bonds between 0 are more easily broken than other bonds, and mixing of oxygen during doping can be avoided. Furthermore, since these compounds do not have a cyclopenta ring, no memory effect occurs.
かくして、本発明では、マグネシウムでドープされたp
型■−v故事導体層を形成する際に、マグネシウムのド
ープ源として、マグネシウムおよび酸素の双方を含有す
る有機金属化合物を用いることにより、急峻なドーピン
グを再現性よくおこなうことができる。Thus, in the present invention, the magnesium-doped p
By using an organometallic compound containing both magnesium and oxygen as a magnesium doping source when forming a conductor layer of type 2-v, steep doping can be performed with good reproducibility.
(実施例)。(Example).
以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.
第1図は、本発明の■−v族化合物半導体素子を製造す
るために使用されるマルチチャンバ方式のMOCVD装
置を示している。この装置は、石英製の反応管11.1
2および13を有し、それぞれの上部に位置するガス導
入口から必要な原料ガスが取り入れられる。これら反応
管11.12および13は一つのチャンバ14にその上
蓋を貫通して垂直に取り付けられている。基板15は、
グラファイト製サセプタ16上に設置され、各反応管1
1.12.13の開口に対向するように配置されて外部
の高周波コイル17により高温に加熱される。サセプタ
16は、石英製ホルダ18に取り付けられ、磁性流体シ
ールを介した駆動軸19により各反応管11.12.1
3の下を例えば0.1秒程度の高速度で移動できるよう
になっている。駆動は、外部に設置したコンピュータ制
御されたモータによりおこなわれる。サセプタ16の中
央部には、熱電対20が置かれ、基板直下の温度をモニ
タする。そのコード部分は、回転による捩れを防止する
ためにスリップリングが用いられている。反応ガスは、
上部噴出口21からの水素ガスのダウンフローの速い流
れにより押し出され、互いの混合が極力抑制されて排気
口22からロータリーポンプにより排気される。FIG. 1 shows a multi-chamber type MOCVD apparatus used for manufacturing the ■-v group compound semiconductor device of the present invention. This device consists of a reaction tube 11.1 made of quartz.
2 and 13, and the necessary raw material gas is taken in from the gas inlets located at the top of each. These reaction tubes 11, 12 and 13 are vertically attached to one chamber 14 through its upper cover. The substrate 15 is
Each reaction tube 1 is installed on a graphite susceptor 16.
1.12.13, and is heated to a high temperature by an external high frequency coil 17. The susceptor 16 is attached to a quartz holder 18 and is connected to each reaction tube 11.12.1 by means of a drive shaft 19 via a magnetic fluid seal.
3 at a high speed of about 0.1 seconds, for example. The drive is performed by an externally installed computer-controlled motor. A thermocouple 20 is placed in the center of the susceptor 16 to monitor the temperature directly below the substrate. A slip ring is used in the cord portion to prevent twisting due to rotation. The reaction gas is
The hydrogen gas is pushed out by the fast downward flow from the upper jet port 21, and the hydrogen gas is exhausted from the exhaust port 22 by the rotary pump while mixing with each other is suppressed as much as possible.
このようなMOCVD装置を用いることにより、各反応
管11.12.13を通して所望の原料ガスを流し、基
板15をコンピュータ制御されたモータで移動させるこ
とにより、任意の積層周期、任意の組成をもって多層構
造を基板15上に作製することができる。この方式では
、ガス切り換え方式では得られない鋭い濃度変化が容易
に実現できる。また、この方式では、急峻なヘテロ界面
を作るために反応ガスを高速で切り換える必要がないた
め、原料ガスであるNH3やPH3の分解速度が遅いと
いう問題をガス流速を低く設定することにより解決する
ことができる。By using such an MOCVD apparatus, a desired raw material gas is flowed through each reaction tube 11, 12, 13, and the substrate 15 is moved by a computer-controlled motor, thereby forming a multilayer film with an arbitrary lamination period and an arbitrary composition. Structures can be fabricated on substrate 15. With this method, sharp concentration changes that cannot be obtained with the gas switching method can be easily achieved. In addition, with this method, there is no need to switch the reaction gas at high speed to create a steep hetero-interface, so the problem of slow decomposition speed of the raw material gases NH3 and PH3 can be solved by setting the gas flow rate low. be able to.
さて、この第1図に示すMOCVD装置を用い、第2図
ないし第8図に示す■−v族化合物半導体素子を作製し
た。用いた原料は、■族金属の有機化合物としてトリメ
チルガリウム(TMG) 、トリメチルアルミニウム(
TMA) 、)リエチルホウ素(TEB)、トリメチル
インジウム(TMI)を用い、V族水素化物としてホス
フィン(PH3) 、アルシン(A s H3) 、ア
ンモニア(NH3)を使用し、ドープ源としてはシラン
(SiH4)、Mg(thd)2を使用した。Using the MOCVD apparatus shown in FIG. 1, the ■-v group compound semiconductor devices shown in FIGS. 2 to 8 were fabricated. The raw materials used were trimethylgallium (TMG) and trimethylaluminum (organic compounds of group II metals).
TMA),) ethylboron (TEB), and trimethylindium (TMI) were used, phosphine (PH3), arsine (A s H3), and ammonia (NH3) were used as group V hydrides, and silane (SiH4) was used as a doping source. ), Mg(thd)2 were used.
第2図は、上記方法により、基板温度750℃、反応管
内圧力25Torr、成長速度3μm/時、反応管内流
速70cm/秒で作製したm−v族化合物半導体素子の
概略断面図である。この素子は、p型GaAs基板(1
xlO19cm−3)を有し、その上に、p型GaAs
バッファ層32 (0,5pm、1xlO18cm−3
) 、p型1 n 6.g (G a I−、XAlx
)o、v;4層33(1μm11X1o18cm−3)
n型1 n(4S(G a 1−XA I X )o、
5 P層34 (1μm。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an m-v group compound semiconductor device manufactured by the above method at a substrate temperature of 750° C., a reaction tube internal pressure of 25 Torr, a growth rate of 3 μm/hour, and a reaction tube flow rate of 70 cm/sec. This device consists of a p-type GaAs substrate (1
xlO19cm-3), on which p-type GaAs
Buffer layer 32 (0.5pm, 1xlO18cm-3
), p-type 1 n 6. g (G a I-, XAlx
) o, v; 4 layers 33 (1μm11X1o18cm-3)
n-type 1 n(4S(G a 1-XA I X ) o,
5 P layer 34 (1 μm.
1xlO17cm−3)が形成され、層34の上に、n
型QaAsコンタクト層35 (2μm、1x1017
cm −3)が形成されている。素子両面にはそれぞ
れオーミック電極36および37が形成されている。こ
れらオーミック電極は、電源38に接続されるものであ
る。1xlO17cm-3) is formed and on top of layer 34, n
Type QaAs contact layer 35 (2μm, 1x1017
cm −3) is formed. Ohmic electrodes 36 and 37 are formed on both sides of the element, respectively. These ohmic electrodes are connected to a power source 38.
得られたウェハをへき関し、ダイオードを作製したとこ
ろ、アイデイアリティーファクターは1にほど近く、良
好な1−V特性を示した。また、pn接合界面付近のM
gのSIMS分析をおこなったところ、9層中では一定
濃度であり、n層への拡散はみられず、接合界面では1
00大中に103以上の急峻な濃度変化が見られた。キ
ャリア濃度は、9層中でI X 101Bの一定値が確
保できた。When the obtained wafer was separated and a diode was fabricated, the identification factor was close to 1 and good 1-V characteristics were exhibited. In addition, M near the p-n junction interface
When SIMS analysis of
A sharp change in concentration of 103 or more was observed in 0.00. A constant carrier concentration of I x 101B was ensured in the nine layers.
第3図は、本発明の方法によって製造された半導体レー
ザ装置の概略構造を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a schematic structure of a semiconductor laser device manufactured by the method of the present invention.
このレーザ装置は、n型GaAs基板41を有し、この
基板41上には、n型GaAsバッファ層42およびn
型1nGaPバッファ層43が形成されている。バッフ
ァ層53上には、n型I nGaAIP系クラッド層り
4.1nGaP活性層45、およびp型1nGaAIP
系りラッド層46.47.48からなるダブルへテロ接
合構造部が形成されている。ここで、クラッド層47は
、低A1組成であり、エツチング停止層として作用する
。This laser device has an n-type GaAs substrate 41, on which an n-type GaAs buffer layer 42 and an n-type GaAs buffer layer 42 and an n-type GaAs buffer layer 42 are formed.
A type 1nGaP buffer layer 43 is formed. On the buffer layer 53, an n-type InGaAIP cladding layer 4.1nGaP active layer 45 and a p-type InGaAIP cladding layer 45 are formed.
A double heterojunction structure is formed of the series rad layers 46, 47, and 48. Here, the cladding layer 47 has a low Al composition and acts as an etch stop layer.
また、クラッド層48は、ストライプ状に加工されてお
り、これによりp型クラッド層にストライプ状リブが形
成されている。クラッド層48上には、p型1nGaA
IP系中間バンドギャップ層49が形成されている。ダ
ブルへテロ接合部の側面には、n型GaAs電流阻止層
51が形成され、その上には、p型GaAsコンタクト
層52が形成されている。さらに、コンタクト層52の
上面に金属電極53が被着形成され、基板41の下面に
金属電極54が被着形成されている。この構造では、電
流狭搾は、中間バンドギャップ層49と電流阻止層51
によりおこなわれ、先導波は、ストライプ状のメサに形
成されたクラッド層48によりおこなわれる。Further, the cladding layer 48 is processed into a striped shape, thereby forming striped ribs in the p-type cladding layer. On the cladding layer 48, p-type 1nGaA
An IP intermediate bandgap layer 49 is formed. An n-type GaAs current blocking layer 51 is formed on the side surface of the double heterojunction, and a p-type GaAs contact layer 52 is formed thereon. Further, a metal electrode 53 is formed on the upper surface of the contact layer 52, and a metal electrode 54 is formed on the lower surface of the substrate 41. In this structure, current confinement is achieved by the intermediate bandgap layer 49 and the current blocking layer 51.
The leading wave is generated by a cladding layer 48 formed in a striped mesa.
こうして得られたウェハをへき関して共振器長250μ
mのレーザ素子を作製したところ、しきい値組流40m
A、微分量子効率片面当り20%と良好な特性が得られ
た。光出力は、駆動電流にしたがって10mW以上まで
直線的に増大し、キンクのない良好な電流−光出力特性
を示した。また遠視野像、近視野像ともに単峰であり、
良好なモード制御が行なわれていることが分かった。動
作電圧は2.1vと低く、さらに、10000時間とい
うきわめて長寿命が得られた。このように、良好なドー
ピングを制御性よく行なうことにより、低しきい値、高
出力および高信頼性を同時に達成するような半導体レー
ザを再現性よく得ることができた。The wafer thus obtained was separated and the cavity length was 250μ.
When a laser device of m was fabricated, the threshold current was 40 m.
A. Good characteristics with a differential quantum efficiency of 20% per side were obtained. The optical output increased linearly to 10 mW or more according to the drive current, showing good current-light output characteristics without kinks. In addition, both the far-field and near-field images are unimodal,
It was found that good mode control was performed. The operating voltage was as low as 2.1V, and furthermore, an extremely long life of 10,000 hours was obtained. In this way, by performing good doping with good controllability, it was possible to obtain a semiconductor laser with good reproducibility that simultaneously achieves a low threshold value, high output power, and high reliability.
第4図は、上記と同様、本発明の方法によって得た半導
体レーザ装置の断面図であり、電流狭搾をp型GaAs
コンタクト層50により行なっている点が第3図のレー
ザ装置具なっている。FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor laser device obtained by the method of the present invention, similar to the above.
The laser device shown in FIG. 3 is achieved by the contact layer 50.
また、本発明の方法によって第5図に示す構造のレーザ
装置も同様に製造できる。Furthermore, a laser device having the structure shown in FIG. 5 can be similarly manufactured by the method of the present invention.
第6図ないし第8図は、本発明の方法により製造された
他の化合物半導体素子の断面図を示すものである。これ
ら素子はGaAIBNP系材料で構成されている。これ
ら素子を作製するために、基板温度850ないし115
0℃、圧力0.3気圧、原料ガスの総流量1リットル/
分、成長速度1μm/時となるようにガス流量を調整し
た。具体的な各原料ガスの流量は、TEB1xlO=モ
ル/分、TMA5xlO−7モル/分、T M G 5
xlo−7モル/分、ホスフィン5xlO=モル/分
、アンモニア1xlO−3モル/分であった。なお、G
aAIN/BP超格子層を作製する際の代表的な積層周
期は20入、窒化物層とホウ化物層の暑さの比は1:1
であり、以下の実施例では、特段の指摘がない限り、こ
の値に設定した。これ以外の値でも実施できるが、発光
層のBPに対するGaAINの層厚の比が1より小さく
なると、バンド構造が直接遷移型から間接遷移型に変化
し、発光効率が低下する。また、積層周期についても上
記値に限るものではないが、50入を越えると、電子、
正孔の局在が顕著になり、導電性が低下するので、50
Å以下の周期に設定することが望ましい。6 to 8 show cross-sectional views of other compound semiconductor devices manufactured by the method of the present invention. These elements are composed of GaAIBNP-based materials. In order to fabricate these devices, the substrate temperature is 850 to 115°C.
0℃, pressure 0.3 atm, total flow rate of raw material gas 1 liter/
The gas flow rate was adjusted so that the growth rate was 1 μm/hour. The specific flow rates of each source gas are TEB1xlO=mol/min, TMA5xlO-7 mol/min, TMG 5
xlo-7 mol/min, phosphine 5xlO=mol/min, ammonia 1xlO-3 mol/min. In addition, G
The typical stacking period for fabricating the aAIN/BP superlattice layer is 20 layers, and the heat ratio of the nitride layer and boride layer is 1:1.
In the following examples, this value was set unless otherwise specified. Although values other than this can be used, if the ratio of the layer thickness of GaAIN to BP of the light emitting layer becomes smaller than 1, the band structure changes from a direct transition type to an indirect transition type, and the luminous efficiency decreases. Also, the stacking period is not limited to the above value, but if it exceeds 50, electrons,
Since hole localization becomes noticeable and conductivity decreases, 50
It is desirable to set the period to less than Å.
さて、第6図には、別の半導体レーザ装置の断面が示さ
れている。このレーザ装置は、n型GaP基板71を有
し、その上に、n型GaPバッファ層72、n型BPバ
ッファ層73が形成されている。バッファ層73上には
n型G a xA 1l−XN/BP多層膜クラッド層
74、アンドープGaxAt、−xN/BP多層膜活性
層75、およびp型Ga X A 1l−8N/BP多
層クラッド層76からなるダブルへテロ接合部が形成さ
れている。なお、りラッド層76上にはその中央部にス
トライプ状部を残すようにn型BP電流阻止層77が形
成されている。電流阻止層77上およびクラッド層76
のストライプ状露出面を覆ってp型BPコンタクト層7
8が形成されている。さらに、コンタクト層78の上面
には金属電極79が、および基板71の下面には金属電
極80が、それぞれ被着形成されている。この構造では
、コンタクト層78の下方凸部の周辺に電流阻止層77
を形成しているので、電流狭搾及び先導波が自己整合的
に実現できる。Now, FIG. 6 shows a cross section of another semiconductor laser device. This laser device has an n-type GaP substrate 71, on which an n-type GaP buffer layer 72 and an n-type BP buffer layer 73 are formed. On the buffer layer 73 are an n-type Ga x A 11-XN/BP multilayer cladding layer 74 , an undoped GaxAt, -xN/BP multilayer active layer 75 , and a p-type Ga x A 11-8N/BP multilayer cladding layer 76 . A double heterojunction is formed. Note that an n-type BP current blocking layer 77 is formed on the RAD layer 76 so as to leave a stripe-shaped portion in the center thereof. On current blocking layer 77 and cladding layer 76
The p-type BP contact layer 7 covers the exposed striped surface of the p-type BP contact layer 7.
8 is formed. Further, a metal electrode 79 and a metal electrode 80 are formed on the upper surface of the contact layer 78 and the lower surface of the substrate 71, respectively. In this structure, a current blocking layer 77 is provided around the lower convex portion of the contact layer 78.
, current narrowing and leading wave can be realized in a self-aligned manner.
さて、第6図のレーザ装置は、次のように製造する。第
1図のMOCVD装置を用いて、前述の条件で、まず、
n型GaP基板71(Siドープ、1xlO1Bcm−
3)上に、n型GaPバッファ層72(Si ドープ、
lX1018cm−31μm)、n型BPバッファ層7
3(Siドープ、1x1017cm−31μm)、n型
G ao、4A t、、6N / B P多層膜クラッ
ド層74(Siドープ、1 x 1018cm−31μ
m)、アンドープG a 6.5’ A 160.sN
/BP多層活性層75 (0,1um) 、およびp
型c a、、+A I、、6N / B P多層膜クラ
ッド層76(Mgドープ、1x1018cm−31μm
)のダブルへテロウェハを成長させた。続いて、クラッ
ド層76上に、シランガスの熱分解および写真蝕刻によ
り、幅5μmのストライブ状に5i02膜マスクを形成
し、n型BP電流阻止層77(Siドープ、1x101
8cm−31um)をクラッド層76の上面のみにMO
CVD法により選択成長させた後、5i02膜を除去し
た。ついで、電流阻止層77上およびストライプ状に残
されたクラッド層76上にp型BPコンタクト層7g(
Mgドープ、1x1018cm−31μm)を成長させ
た。Now, the laser device shown in FIG. 6 is manufactured as follows. Using the MOCVD apparatus shown in FIG. 1 and under the conditions described above, first,
N-type GaP substrate 71 (Si doped, 1xlO1Bcm-
3) On top, an n-type GaP buffer layer 72 (Si doped,
lx1018cm-31μm), n-type BP buffer layer 7
3 (Si-doped, 1x1017cm-31μm), n-type Gao, 4At,,6N/BP multilayer cladding layer 74 (Si-doped, 1x1018cm-31μm)
m), undoped Ga 6.5' A 160. sN
/BP multilayer active layer 75 (0,1um), and p
Type ca,,+A I,,6N/BP multilayer cladding layer 76 (Mg doped, 1x1018cm-31μm
) was grown on double hetero wafers. Subsequently, a 5i02 film mask in the form of stripes with a width of 5 μm is formed on the cladding layer 76 by thermal decomposition of silane gas and photolithography, and an n-type BP current blocking layer 77 (Si doped, 1×101
8cm-31um) on only the top surface of the cladding layer 76.
After selective growth using the CVD method, the 5i02 film was removed. Next, a p-type BP contact layer 7g (
Mg-doped, 1x1018 cm-31 μm) was grown.
その後、通常の電極取り付は方法により、コンタクト層
78上にA u / Z n電極79を、そして基板7
1の下面にA u / G e電極80を被着形成する
ことによって第6図の構造のレーザ用ウェハを得た。After that, a normal electrode mounting method is used to place an A u /Z n electrode 79 on the contact layer 78 and then on the substrate 7 .
A laser wafer having the structure shown in FIG. 6 was obtained by depositing an A u/G e electrode 80 on the lower surface of the wafer 1.
得られたウェハをへき関して共振器長300μmのレー
ザ素子を作製したところ、液体窒素温度で、パルス幅1
00μ秒のパルス動作にて!i 色光レーザ発振を確認
した。その際、しきい値電流密度は、約50kA/cm
2を示した。また、100時間以−上安定に動作した。When the resulting wafer was separated and a laser device with a cavity length of 300 μm was fabricated, the pulse width was 1 at liquid nitrogen temperature.
With 00 μs pulse operation! i Colored laser oscillation was confirmed. At that time, the threshold current density is approximately 50 kA/cm
2 was shown. Moreover, it operated stably for more than 100 hours.
第7図は、第6図の半導体素子の変形例である。FIG. 7 shows a modification of the semiconductor device shown in FIG. 6.
第6図と同様のダブルへテロ接合部のクラッド層76は
、凸型に加工され、等偏向に横方向の屈折率差を付C)
ることにより横モード制御を行なうものである。クラッ
ド層76上には、凸部の少なくとも一部を除いてn型B
P電流阻止層77が形成されている。その他の構造は、
第6図のものと同様である。第7図の構造では、第2導
電型クラッド層76凸部の周辺に電流阻止層77を形成
しているので、電流狭搾および屈折率型先導波が自己整
合的に実現できる。The cladding layer 76 of the double heterojunction similar to that shown in FIG. 6 is processed into a convex shape, and has a lateral refractive index difference with equal polarization C)
By doing so, transverse mode control is performed. On the cladding layer 76, an n-type B
A P current blocking layer 77 is formed. Other structures are
It is similar to that in FIG. In the structure shown in FIG. 7, since the current blocking layer 77 is formed around the convex portion of the second conductivity type cladding layer 76, current confinement and refractive index type leading wave can be realized in a self-aligned manner.
第7図の素子を作製するには、第1図のMOCVD装置
を用い、第6図の素子作製条件と同じ条件で、同様のダ
ブルへテロウェハを成長させた後、クラッド層76上に
、シランガスの熱分解と写真蝕刻により幅5μmのスト
ライブ状に5i02膜マスクを形成し、クラッド層76
をエツチングして幅3μmのストライプ状メサを形成し
た。ついで、n型BP電流阻止層77(Siドープ、1
x1018cm−31μm)をクラッド層76の上面の
みにMOCVD法により選択成長させた。しかる後、5
i02膜を除去し、p型BPコンタクト層78(Mgド
ープ、1x1018cm−31,5μm)を成長させた
。その後、電極取り付けをおこなって、第7図に示す構
造のレーザ用ウェハを得た。To manufacture the device shown in FIG. 7, a similar double hetero wafer was grown using the MOCVD apparatus shown in FIG. 1 under the same conditions as the device manufacturing conditions shown in FIG. A 5i02 film mask is formed in a stripe shape with a width of 5 μm by thermal decomposition and photolithography, and the cladding layer 76 is
A striped mesa with a width of 3 μm was formed by etching. Next, an n-type BP current blocking layer 77 (Si doped, 1
x 1018 cm-31 μm) was selectively grown only on the upper surface of the cladding layer 76 by MOCVD. After that, 5
The i02 film was removed and a p-type BP contact layer 78 (Mg doped, 1×10 18 cm −31.5 μm) was grown. Thereafter, electrodes were attached, and a laser wafer having the structure shown in FIG. 7 was obtained.
得られたウェハをへき開して共振器長300μmのレー
ザ素子を作製したところ、液体窒素温度で、パルス幅1
00μ秒のパルス動作にて緑色光レーザ発振を確認した
。その際、しきい値電流密度は、約70kA/cm2を
示した。しきい値電流密度はやや高いが、単一峰の遠視
野像が確認され、良好な横モード制御がおこなわれてい
ることが判明した。また、100時間以上安定に動作し
た。When the resulting wafer was cleaved to fabricate a laser device with a cavity length of 300 μm, the pulse width was 1 at liquid nitrogen temperature.
Green light laser oscillation was confirmed with a pulse operation of 00 microseconds. At that time, the threshold current density was approximately 70 kA/cm2. Although the threshold current density was somewhat high, a single-peak far-field pattern was confirmed, indicating that good transverse mode control was performed. It also operated stably for over 100 hours.
第8図は、本発明の方法によって製造される発光素子(
L E D)の断面図である。p型GaP基板91上に
、p型GaPバッファ層92、p型BPバッファ層93
が順次形成され、この上にp型G a A I N /
B P超格子層94、アンドープのGaAIN/BP
超格子層95、n型GaAIN/BP超格子層96が順
次積層形成され、さらにこの上にn型GaNコンタクト
層97が形成されている。素子ウェハの両面にオーミッ
ク電極98.99が可成されている。このLEDも上記
と同様に製造することができる。FIG. 8 shows a light emitting device (
LE D) is a cross-sectional view. A p-type GaP buffer layer 92 and a p-type BP buffer layer 93 are formed on a p-type GaP substrate 91.
are sequentially formed, and p-type Ga A I N /
BP superlattice layer 94, undoped GaAIN/BP
A superlattice layer 95 and an n-type GaAIN/BP superlattice layer 96 are sequentially laminated, and an n-type GaN contact layer 97 is further formed thereon. Ohmic electrodes 98 and 99 are formed on both sides of the device wafer. This LED can also be manufactured in the same manner as above.
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本
発明はこれら実施例に限定されるべきものではない。例
えば、上記実施例では、Mgのドープ源としてMg(t
hd)2を使用したが、Mg (AcAc)2 ) 、
CH3C5H,s Mg (CO)3等も使用できる。Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, the present invention should not be limited to these embodiments. For example, in the above embodiment, Mg(t
hd)2 was used, but Mg(AcAc)2),
CH3C5H, s Mg (CO)3, etc. can also be used.
また、本発明は、GaAs系、InP系、GaAl系、
InGaAsP系、I nGaA I P系、InGa
AlAs系、I nGaAs系、InAlAs系その他
各種の■−v族化合物半導体材料で構成される半導体レ
ーザ、LED、FET、HBT等種々の素子の作製に適
用できる。Further, the present invention is applicable to GaAs-based, InP-based, GaAl-based,
InGaAsP system, InGaA IP system, InGa
It can be applied to the production of various elements such as semiconductor lasers, LEDs, FETs, and HBTs made of AlAs-based, InGaAs-based, InAlAs-based, and other various ■-v group compound semiconductor materials.
さらに、MOCVD原料としては、Ga原料としてトリ
エチルガリウム(TEG) 、A I原料としてトリエ
チルアルミニウム(TEA) 、B原料としてトリメチ
ルホウ素(TMB)あるいはジボラン(B2H6)を使
用しても全く同様に実施できる。またN原料としてもヒ
ドラジンのほかに、Ga (C2H5)* NH3、G
a (CH3)3N・ (CH3)3等窒素を含むアダ
クトである有機金属化合物も利用できる。その他、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。Further, as the MOCVD raw materials, triethyl gallium (TEG) can be used as the Ga raw material, triethyl aluminum (TEA) can be used as the AI raw material, and trimethyl boron (TMB) or diborane (B2H6) can be used as the B raw material. In addition to hydrazine, Ga (C2H5)* NH3, G
Organometallic compounds that are nitrogen-containing adducts such as a (CH3)3N.(CH3)3 can also be used. In addition, various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.
[発明の効果]
以上述べたように、本発明によりMOCVD法によりマ
グネシウムでドープされたp型■−V族化合物半導体層
を有機金属気相成長により形成するに際し、マグネシウ
ムのドープ源としてマグネシウムおよび酸素の双方を含
む有機金属化合物を用いることにより、急峻なマグネシ
ウムドーピングが制御性よくおこなえ、低しきい値、高
出力、高信頼性を同時に達成する■−V族化合物半導体
素子を再現性よく型環することができる。[Effects of the Invention] As described above, when forming a p-type ■-V group compound semiconductor layer doped with magnesium by the MOCVD method according to the present invention by organometallic vapor phase epitaxy, magnesium and oxygen are used as a doping source for magnesium. By using an organometallic compound containing both of can do.
第1図は、本発明を実施する上で好適な有機金属気相成
長装置を示す図、第2図ないし第8図は、本発明の方法
によって製造されたそれぞれ異なる■−v族化合物半導
体素子を示す図。
11.12.13・・・反応管、15,31゜41.7
1.91・・・基板FIG. 1 is a diagram showing an organometallic vapor phase growth apparatus suitable for carrying out the present invention, and FIGS. 2 to 8 show different ■-V group compound semiconductor devices manufactured by the method of the present invention. Diagram showing. 11.12.13...Reaction tube, 15,31°41.7
1.91...Substrate
Claims (2)
物半導体層を有機金属気相成長により形成する工程を含
むIII−V族化合物半導体素子の製造方法において、マ
グネシウムのドープ源として、マグネシウムおよび酸素
の双方を含む有機金属化合物を用いることを特徴とする
III−V族化合物半導体素子の製造方法。(1) In a method for manufacturing a III-V compound semiconductor device including a step of forming a p-type III-V compound semiconductor layer doped with magnesium by organometallic vapor phase epitaxy, magnesium and oxygen are used as a doping source for magnesium. characterized by using an organometallic compound containing both
A method for manufacturing a III-V group compound semiconductor device.
ラメチル−3、5−ヘプタンジオナート−0、0′)マ
グネシウムである請求項1記載の製造方法。(2) The method according to claim 1, wherein the organometallic compound is bis(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate-0,0')magnesium.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16964689A JP2774581B2 (en) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | (III) —Method of manufacturing Group V compound semiconductor device |
| DE69023956T DE69023956T2 (en) | 1989-06-16 | 1990-06-14 | Method for producing a III-V compound semiconductor component. |
| EP90306527A EP0403293B1 (en) | 1989-06-16 | 1990-06-14 | Method of manufacturing III-V group compound semiconductor device |
| US07/538,937 US5079184A (en) | 1989-06-16 | 1990-06-15 | Method of manufacturing iii-iv group compound semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP16964689A JP2774581B2 (en) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | (III) —Method of manufacturing Group V compound semiconductor device |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0334536A true JPH0334536A (en) | 1991-02-14 |
| JP2774581B2 JP2774581B2 (en) | 1998-07-09 |
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ID=15890339
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2774581B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007082661A (en) * | 2005-09-21 | 2007-04-05 | Kintaro Co Ltd | Standing-up aid |
| JP2009004422A (en) * | 2007-06-19 | 2009-01-08 | Anritsu Corp | Method of screening quality of semiconductor laser and its quality screening device |
| CN115087766A (en) * | 2020-02-14 | 2022-09-20 | 国立大学法人东海国立大学机构 | Gallium nitride vapor phase growth device and manufacturing method |
-
1989
- 1989-06-30 JP JP16964689A patent/JP2774581B2/en not_active Expired - Lifetime
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| US11869767B2 (en) | 2020-02-14 | 2024-01-09 | National University Corporation Tokai National Higher Education And Research System | Gallium nitride vapor phase epitaxy apparatus used in vapor phase epitaxy not using organic metal as a gallium raw material and manufacturing method therefor |
| CN115087766B (en) * | 2020-02-14 | 2024-04-30 | 国立大学法人东海国立大学机构 | Gallium nitride vapor phase growth device and manufacturing method |
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