JPH0464456B2 - - Google Patents

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JPH0464456B2
JPH0464456B2 JP59281563A JP28156384A JPH0464456B2 JP H0464456 B2 JPH0464456 B2 JP H0464456B2 JP 59281563 A JP59281563 A JP 59281563A JP 28156384 A JP28156384 A JP 28156384A JP H0464456 B2 JPH0464456 B2 JP H0464456B2
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junction
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    • H10P14/3441—Conductivity type
    • H10P14/3442—N-type

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Description

【図面の簡単な説明】
第１図および第２図は本発明の液相成長法によ
るGeドープAlyGa1-yAsの特性を示すグラフ、第
３図Ａ，Ｂは本発明の液相成長の一実施例を示す
グラフアイトボートの断面図、第３図ＣはGa溶
液の加熱方法の一例を示すグラフ。第４図は本発
明の一実施例により成長した結晶の断面模式図、
第５図Ａ〜Ｃは本発明の液相成長の他の実施例を
示すグラフアイトボートの断面図、第６図は本発
明の他の実施例により成長した結晶の断面模式
図、第７図は従来のAlGaAsのｐ−ｎ接合を説明
するための結晶の断面模式図である。 図中、１１……ｎ形GaAs基板、１２……ｎ形
AlxGa1-xAs層、１３……Zn拡散によりできたｐ
形AlxGa1-xAs層、１４……ｐ形AlyGa1-yAs層、
１５……ｐ−ｎ接合界面、１６……当初のｐ形層
とｎ形層の接合界面、３０，５０……グラフアイ
トボート、３１，５１……ふた、３２，５２……
スライダ、３３，５３……基板ホルダー、３４，
５４−１，５４−２……Ga溶液、３５，５５…
…基板、３６，５６，５７……成長したAlGaAs
層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ｐまたはｎ形AlyGa1-yAs（０≦ｙ＜１）層を
    有する基板を、ゲルマニウム（Ge）を不純物と
    して含みアルミニウム（Al）および砒素（As）
    を含有するガリウム（Ga）溶液と接触させるこ
    とにより、上記基板上に結晶層を液相成長させる
    にあたり、 上記ガリウム溶液のAl量を適宜変化させるこ
    とにより、上記基板上にｐ形AlyGa1-yAs（０≦ｙ
    ＜１）層またはｎ形AexGa1-xAs（０＜ｘ＜１）
    層（ここで、ｘとｙとは０≦ｙ＜Ｘ＜１の関係に
    ある）を液相成長させることを特徴とする化合物
    半導体液相成長法。 ２ 基板上に、ｐ形AlyGa1-yAs（０≦ｙ＜１）層
    とｎ形AexGa1-xAs（０＜ｘ＜１）層とを継続的
    に液相成長させてｐ−ｎ接合を形成することを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載の化合物半導
    体液相成長法。 【特許請求の範囲】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーザなどに有用な、アルミ
    ニウムガリウム砒素系化合物半導体の液相成長法
    による製造方法に関するものである。 〔従来の技術〕 溶融ガリウム（Ga）溶液に、高温でガリウム
    砒素（GaAs）、アルミニウム（Al）および不純
    物を溶解させ、アルミニウムガリウム砒素
    （AlGaAs）の飽和溶液を作り、この飽和Ga溶液
    をGaAsまたはAlGaAs基板上に接触させ、徐冷
    することによりAlGaAs結晶を成長させる化合物
    半導体液相成長法においては、このGa溶液に溶
    解させる不純物としてゲルマニウム（Ge）を使
    用した場合、従来はｐ形AlGaAsしか形成できな
    かつた。 化合物半導体の液相成長法において、ｐ−ｎ接
    合を形成するには、一般にｐ形不純物とｎ形不純
    物をそれぞれ添加した溶液から形成するか、また
    はｐ形およびｎ形伝導性の両方を示す両性不純物
    を添加して形成する方法があり、GaAsの液相成
    長法では珪素（Si），Geは両性不純物であるとさ
    れている。しかしながら、AlGaAsの場合にはGe
    は上記のようにｐ形のみしか従来は形成しないと
    されていた。 一方、GaAsの液相成長法では、不純物として
    Siを使用することによつて、ｎ形GaAsとｐ形
    GaAsを成長させることができ、こうして同一不
    純物によりｐ−ｎ接合を形成することにより、液
    相成長中や成長後の高温処理によつてもｐ−ｎ接
    合界面が移動しない良質のｐ−ｎ接合が設計どお
    り形成できた。しかし、Alが含まれるAlGaAsの
    液相成長法では、不純物Siはｐ形、ｎ形を示す
    が、高いキヤリア濃度とならないため実際には使
    用されていない。 上記の理由から、従来AlGaAsのホモｐ−ｎ接
    合、ヘテロｐ−ｎ接合を液相成長法により形成す
    るときは、ｎ形不純物およびｐ形不純物を使用す
    る方法によつている。この方法は第７図に示すよ
    うに、ｎ形GaAs基板１１上にｎ形不純物Teをド
    ープしたｎ形AlGa1-xAs層１２をエピタキシヤル
    成長させ、次にｐ形不純物Znをドープしたｐ形
    AlyGa1-yAs層１４を同じくエピタキシヤル成長
    させている。しかしながら、ｐ形AlyGa1-yAs層
    １４の結晶成長中に不純物Znの拡散による移動
    がおきて、ｐ−ｎ接合面が当初の接合面１６から
    ｎ形AlxGa1-xAs層１２中へと移動する。移動し
    た接合面１５を破線で示す。このため、ｎ形
    AlxGa1-xAs層１２とｐ形AlyGa1-yAs層１４の
    ヘテロ界面１６とｐ−ｎ接合界面１５がずれてし
    まう。この現象はｘ≠ｙのヘテロ接合のとき問題
    で、ヘテロｐ−ｎ接合を作つたつもりが、実はｐ
    形AlxGa1-xAs層１３とｎ形AlxGa1-xAs層１２
    とのホモｐ−ｎ接合となるため、発光素子などと
    したときキヤリアのとじ込め効果、少数キヤリア
    の注入効率が減少し、発光効率が悪くなる。ま
    た、トランジスタの場合では、Znをドープした
    ｐ形AlGaAsをベースとすると、ｎ形エミツタ、
    コレクタ側にZnが拡散してベース巾が広くなり、
    周波数特性が低下するという問題を生ずる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記において、ｐ形およびｎ形不純物として同
    一のGeなどの不純物を使用すると拡散係数が小
    さくしかも、Al組成によりｐ形かｎ形かが変る
    ためｐ−ｎ接合界面の熱処理による移動がほとん
    どおこらない利点を示す。 本発明は、同一不純物Geを使用して、ｐ形
    AlyGa1-yAs（０≦ｙ＜１）とｎ形AlxGa1-xAs
    （０＜ｘ＜１）のｐ−ｎ接合が形成でき、しかも
    形成されるｐ−ｎ接合界面が液相成長中や成長後
    の熱処理によつて移動しない、良質のｐ−ｎ接合
    を設計どおり形成することができる化合物半導体
    液相成長法を提供せんとするものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明者らは、従来ｐ形AlGaAsを作るのに使
    用されていたGe不純物について注目し、該不純
    物の詳細なドーピング実験を行つた結果、
    AlGaAsの液相成長法において、結晶成長温度、
    Ga溶液中へのGeの添加量を一定にしたとき、Al
    の添加量つまり成長するAlyGa1-yAsのｙが増加
    するにつれて、成長するAlyGa1-yAsが従来知ら
    れているｐ形からｎ形に変わることを見出して本
    発明を完成した。 すなわち、本発明の化合物半導体の液相成長法
    は、ｐまたはｎ形AlyGa1-yAs（０≦ｙ＜１）層を
    有する基板を、ゲルマニウム（Ge）を不純物と
    して含みアルミニウム（Al）および砒素（As）
    を含有するガリウム（Ga）溶液と接触させるこ
    とにより、上記基板上に結晶層を液相成長させる
    にあたり、 上記ガリウム溶液のAl量を適宜変化させるこ
    とにより、上記基板上にｐ形AlyGa1-yAs（０≦ｙ
    ＜１）層またはｎ形AlxGa1-xAs（０＜ｘ＜１）層
    （ここで、ｘとｙとは０≦ｙ＜ｘ＜１の関係にあ
    る）を液相成長させることを特徴とする。 本発明の液相成長法は、GaAs基板または
    AlGaAs基板上にｎ形AlxGa1-xAs（０＜ｘ＜１）
    層を形成してもよく、また基板上に形成したｐ形
    AlyGa1-yAs（０≦ｙ＜１）層にｎ形AlxGa1-xAs
    （０＜ｘ＜１）層を形成してもよく、更にはｐ−
    ｎ接合が複数形成されるようにｐ形、ｎ形を多段
    に形成してもよい。 以下に、本発明をより具体的に説明する。 従来液相成長法でｐ形AlyGa1-yAsをうると
    き、所定量のGaAsとAlを含有するGa溶液（溶
    融液）中にGa1ｇにつきGeを約0.01ｇ程度入れて
    いた。本発明者らは、このGeの添加量を従来よ
    りも少くした条件、例えばGa1ｇにつき0.005ｇ
    とか、0.002ｇとしたときについて、AlyGa1-yAs
    をGaAs基板上にAl組成すなわちｙの値を種々変
    化させて、800℃の飽和温度で液相成長させたと
    ころ、第１図に示すようにGeの添加量が同一で
    も、Al組成ｙを増加させると、すなわちGa溶液
    へのAlの添加量を増加させると、結晶成長する
    AlyGa1-yAsが従来知られているｐ形から今まで
    形成されていなかつたｎ形に変ることを見出し
    た。このｐ，ｎ反転のｙの値は、不純物Geの添
    加量の減少により減少する。第１図に示すよう
    に、Ge0.002ｇのとき0.005ｇの添加量のときより
    もAlAsのモル分率は小さい。また、第２図に示
    すように、Ga溶液中のGe添加量を一定としたと
    き、ｐ，ｎ反転のｙの値は飽和温度の上昇により
    減少する。なお、飽和温度はほぼ結晶成長温度に
    等しいため成長温度と考えてもよい。 以上述べた液相成長法で、不純物としてGeを
    添加したAlyGa1-yAsの成長特性から、Ga溶液中
    のGeの添加量およびAlの添加量、さらにはGa溶
    液の飽和温度（ほぼ成長温度に等しい）の条件を
    選定することにより、同一不純物Geを添加して
    ｎ形およびｐ形AlyGa1-yAsを成長させることが
    できる。 上記の説明からわかるように、ｐ形AlyGa1-y
    As（０≦ｙ＜１）とｎ形AlxGa1-xAs（０＜ｘ＜
    １）においてＸとｙとは０≦ｙ＜ｘ＜１との関係
    にある。 Ga溶液へのGeの添加量は特に限定されず、従
    来のGa1ｇに対して0.01ｇ添加する量でもよい
    が、好ましくは0.001〜0.008ｇの添加量でｐ，ｎ
    反転が顕著に認められる。第１図の結果からわか
    るように、Geの添加量をｎ形層とｐ形層とで変
    えることにより、AlyGa1-yAsのホモｐ−ｎ接合
    も可能である。 本発明によれば、ｐ形AlyGa1-yAsとｎ形
    AlxGa1-xAsとを継続的に液相成長させてｐ−ｎ
    接合を形成することができる。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図面により説明する。 実施例 １ 第３図Ａに示すような、ふた３１、Ga溶液だ
    めをもつスライダー３２および基板ホルダ３３か
    らなるグラフアイトボート３０に、GaAs基板３
    ５およびGa1ｇ、GaAs0.018ｇ、Al0.0026ｇ、
    Ge0.002ｇからなる原料を入れ、H2ガス雰囲気中
    で第３図Ｃに示す如き温度プログラムで、まず
    T1＝830℃まで昇温して原料をGaに溶解させた
    Ga溶液３４を作り、次にT2＝800℃まで降温さ
    せて、飽和Ga溶液とする。しかるのち、この800
    ℃からΔT＝0.3℃／分の速度で徐冷を開始して、
    数℃降温したところでスライダ３２を操作して、
    第３図Ｂに示すようにGa溶液３４をGaAs基板３
    ５上に接触させると、過飽和のAlyGa1-yAs（ｙ
    ＝0.7）層３６が基板３５上に成長する。このよ
    うにして、適当な厚さ（３〜5μm）に層３６を成
    長させた後、例えば第３図Ａの配置にもどすこと
    によつてGa溶液をスライダ３４により取除き、
    冷却して、基板３５を取出す。 こうしてできた結晶は、第４図に示すように、
    GaAs基板３５上にエピタキシヤル成長したｎ形
    （ｎ＝1.5×1017cm-3）のAlyGa1-yAs（ｙ＝0.7）層
    ３６を有するものである。本例において、基板３
    ５はGaAsに限らずｐ形AlyGa1-yAs（０＜ｙ＜
    １）でもよい。 実施例 ２ 第５図は、本発明の他の実施例を示す図で、ふ
    た５１，Ga溶液だめをもつスライダー５２およ
    び基板ホルダ５３からなるグラフアイトボート５
    ０に、ｐ形GaAs基板５５、Ga溶液54−１（Ga1
    ｇ，GaAs0.037ｇ，Al0.00048ｇ，Ge0.002ｇを入
    れたもの）、Ga溶液54−２（Ga1ｇ，GaAs0.0018
    ｇ，Al0.0026ｇ，Ge0.002ｇを入れたもの）を第
    ３図Ｃの温度プログラムによつて、まずH2中で
    T1＝830℃まで昇温させて原料をGaに溶解させ
    たGa溶液54−１および54−２を作る。次に温度
    をT2＝800℃まで降温させて、飽和Ga溶液とす
    る。しかるのち、800℃からΔT＝0.3℃／分の速
    度で徐冷を開始して、数℃降温したところで、ス
    ライダー５２を操作して、Ga溶液54−１をまず
    ｐ形GaAs基板５５上に第５図Ｂに示すようにし
    て接触させると、過飽和のAlyGa1-yAs（ｙ＝0.2）
    層５６が基板５５上に成長する。次に、適当な厚
    さ（例えば数μm）に層５６が成長した後、スラ
    イダー５２を操作してGa溶液を54−２を前記
    AlyGa1-yAs層５６第５図Ｃのように接触させる
    と、過飽和のAlxGa1-xAs（ｘ＝0.7）層５７が前
    記層５６上に成長する。層５７が成長した後、
    Ga溶液54−２を層５６上から、スライダー５２
    の操作により取除き、冷却したのち基板５５を取
    出す。 このようにしてできた結晶は第６図に示すよう
    に、ｐ形GaAs基板５５上にエピタキシヤル成長
    したｐ形（ｐ＝３×1017cm-3）のAlyGa1-yAs（ｙ
    ＝0.2）層５６とｎ形（ｎ＝1.5×1017cm-3）の
    AlxGa1-xAs（ｘ＝0.7）層５７のヘテロｐ−ｎ接
    合５８を有する層を形成する。 上記で得られた結晶は、電子顕微鏡の測定によ
    ると、ヘテロ界面とｐ−ｎ接合界面はよく一致し
    ていた。 以上２層を結晶成長したものの例を示したが、
    同様にしてもつと多層の成長も可能である。 〔効果〕 本発明では１種類の不純物Geを添加すること
    により、ｐ形およびｎ形のAlGaAs結晶を液相形
    成法により形成できることにより、ｎ形の
    AlxGa1-xAsとｐ形のAlyGa1-yAsのヘテロ接合
    とｐ−ｎ接合界面が一致した設計どおりのヘテロ
    ｐ−ｎ接合を形成することができる。このこと
    は、AlGaAs／GaAs，AlGaAs／AlGaAsなどの
    組合せでヘテロｐ−ｎ接合を有する半導体レー
    ザ、発光ダイオード、発光素子およびトランジス
    タとしても、結晶成長中および成長後の高温処理
    でもｐ−ｎ接合位置とヘテロ接合位置が変化しな
    いため、高効率の少数キヤリア注入、高効率のキ
    ヤリアとじ込めができ、発光素子の場合では発光
    効率の高効率化、発光素子では暗電流の低下、ト
    ランジスタでは高増巾率および高周波化をはかる
    ことができる。 例えば、第７図に示す従来例のものでは、ヘテ
    ロ接合の位置とｐ−ｎ接合の位置がずれたダイオ
    ードが形成される。そのためヘテロｐ−ｎ接合に
    より例えば電子のｐ形層への注入効率をあげると
    ころが、従来例ではホモ接合になつてしまつてい
    るため、注入効率の改善がなされず、発光ダイオ
    ードとしたとき発光効率があがらない。 上記に対し、第６図に示す本発明によるヘテロ
    ｐ−ｎ接合では、ヘテロ接合界面とｐ−ｎ接合界
    面が一致しているため、設計どおり少数キヤリア
    の注入効率をあげることができ、発光ダイオード
    としたとき発光効率を向上させることができる。 上記したとおり、本発明では１種類の不純物
    Geを用いることにより、ｐ−ｎ接合が得られ、
    しかもこのｐ−ｎ接合が安定しているため、上記
    の種々の優れた効果を奏する。
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