JPH053440B2 - - Google Patents
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- JPH053440B2 JPH053440B2 JP61310889A JP31088986A JPH053440B2 JP H053440 B2 JPH053440 B2 JP H053440B2 JP 61310889 A JP61310889 A JP 61310889A JP 31088986 A JP31088986 A JP 31088986A JP H053440 B2 JPH053440 B2 JP H053440B2
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は半導体結晶の製造方法に関するもの
である。
である。
（従来の技術）
GaAs基板に格子整合したGa0.5In0.5Ｐは可視半
導体レーザ用の材料として有望なAlGaInP系の
基本とする結晶であり、半導体レーザの活性層と
なる。この半導体レーザの活性層として原子配列
がGaInGan…などを（100）面の族副格子上に
GaとInが交互に規則的に並んでいる構造などの
超格子構造を用い電気光学的性質に新しい自由度
をつけ加えることができる。
導体レーザ用の材料として有望なAlGaInP系の
基本とする結晶であり、半導体レーザの活性層と
なる。この半導体レーザの活性層として原子配列
がGaInGan…などを（100）面の族副格子上に
GaとInが交互に規則的に並んでいる構造などの
超格子構造を用い電気光学的性質に新しい自由度
をつけ加えることができる。
従来、有機金属気相成長法（MOVPE法）は成
長温度575〜675℃、／比10〜40の範囲で結晶
成長中の原料ガス流量を一定に保ち成長が行なわ
れていた。この方法によりGaAs基板に格子整合
したGa0.5In0.5Ｐ結晶を成長すると、結晶中の
族格子中のGaおよびInの格子配列は乱雑であり、
規則的な配列はみられなかつた（ジヤーナル・オ
ブ・クリスタルグロース62巻648−650頁、1983
年）。すなわち、MOVPE成長時の原理用ガス流
量を変化させない限り、Ga0.5In0.5Ｐ結晶中の
族格子中のGaおよびInの配列は乱雑なものであ
つた。
長温度575〜675℃、／比10〜40の範囲で結晶
成長中の原料ガス流量を一定に保ち成長が行なわ
れていた。この方法によりGaAs基板に格子整合
したGa0.5In0.5Ｐ結晶を成長すると、結晶中の
族格子中のGaおよびInの格子配列は乱雑であり、
規則的な配列はみられなかつた（ジヤーナル・オ
ブ・クリスタルグロース62巻648−650頁、1983
年）。すなわち、MOVPE成長時の原理用ガス流
量を変化させない限り、Ga0.5In0.5Ｐ結晶中の
族格子中のGaおよびInの配列は乱雑なものであ
つた。
（発明が解決しようとする問題点）
したがつて、結晶の平均的なGa組成が0.5であ
り、超格子構造を有するGa0.5In0.5Ｐ結晶を成長
する場合、MOVPE成長時にガリウムおよびイン
ジウムの有機金属ガスを交互に流す等、成長中に
ガス流量を変化させる必要があつた。
り、超格子構造を有するGa0.5In0.5Ｐ結晶を成長
する場合、MOVPE成長時にガリウムおよびイン
ジウムの有機金属ガスを交互に流す等、成長中に
ガス流量を変化させる必要があつた。
例えば（100）基板上にGaPおよびInPを各10
Åずつ成長する際に、MOVPE成長中の族原料
ガスの切り換えを急峻に行なうことに限界があ
り、超格子構造に乱れが生じていた。この様に超
格子構造の乱れた結晶を用いて半導体素子を作つ
た場合、所望の特性が得られなくなる。この傾向
は半導体レーザでは特に著しく現われる。
Åずつ成長する際に、MOVPE成長中の族原料
ガスの切り換えを急峻に行なうことに限界があ
り、超格子構造に乱れが生じていた。この様に超
格子構造の乱れた結晶を用いて半導体素子を作つ
た場合、所望の特性が得られなくなる。この傾向
は半導体レーザでは特に著しく現われる。
また、成長面に垂直な超格子構造をもつ結晶を
成長することは、成長時の原料ガスの切り換えの
みでは行なえず、不可能であつた。
成長することは、成長時の原料ガスの切り換えの
みでは行なえず、不可能であつた。
しかし、これまで、成長時の原料ガス流量を一
定に保つたままで超格子構造をもつGaXIn1-XＰ
結晶を成長させる方法は提供されていなかつた。
定に保つたままで超格子構造をもつGaXIn1-XＰ
結晶を成長させる方法は提供されていなかつた。
本発明の目的は上記の問題を解決した、
MOVPE成長時の原料ガス流量を一定流量に保つ
た状態で、超格子構造をもつたGa0.5In0.5Ｐ結晶
を成長する方法を提供することである。
MOVPE成長時の原料ガス流量を一定流量に保つ
た状態で、超格子構造をもつたGa0.5In0.5Ｐ結晶
を成長する方法を提供することである。
（問題を解決するための手段）
本発明においては、GaAs基板に格子整合する
Ga0.5In0.5Ｐ結晶の成長をMOVPE法により行な
い、該結晶成長時の温度および原料ガスの族対
族の正味のガス流量比（／比）およびｐ型
ドーピングによる正孔濃度の組み合わせを下記に
述べる様に変化させるこにより結晶性をそこなう
ことなく、平均的な組成としてはGaAs基板に格
子整合したままで、超格子構造を有するGa0.5
In0.5Ｐ結晶を成長させ、上記成長温度および／
比の組み合わせにより超格子構造を変化させる
ことを特徴とするGaInPの結晶成長法を示す。
Ga0.5In0.5Ｐ結晶の成長をMOVPE法により行な
い、該結晶成長時の温度および原料ガスの族対
族の正味のガス流量比（／比）およびｐ型
ドーピングによる正孔濃度の組み合わせを下記に
述べる様に変化させるこにより結晶性をそこなう
ことなく、平均的な組成としてはGaAs基板に格
子整合したままで、超格子構造を有するGa0.5
In0.5Ｐ結晶を成長させ、上記成長温度および／
比の組み合わせにより超格子構造を変化させる
ことを特徴とするGaInPの結晶成長法を示す。
Ga0.5In0.5Ｐ結晶成長時の温度および原料ガス
の／比およびｐ型ドーピングによる正孔濃度
の組み合わせは以下の様に変化させる。成長温度
（℃）をＸ軸、／比をＹ軸、Eg（eV）をＺ軸
とした時、 （700、60、1.90）（700、230、1.86）、（700、
410、1.85）、 （750、60、1.91）、（650、230、1.85）、（600、
230、1.87） の各点を通る曲面上でEg＜1.9eVとなる条件
（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を満たすように前記成長温度、前
記族原料ガス流量、前記族原料ガス流量を定
めると共に、正孔濃度が１×1018cm-3以下となる
ように前記ドーパント原料ガス流量を定める。
の／比およびｐ型ドーピングによる正孔濃度
の組み合わせは以下の様に変化させる。成長温度
（℃）をＸ軸、／比をＹ軸、Eg（eV）をＺ軸
とした時、 （700、60、1.90）（700、230、1.86）、（700、
410、1.85）、 （750、60、1.91）、（650、230、1.85）、（600、
230、1.87） の各点を通る曲面上でEg＜1.9eVとなる条件
（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を満たすように前記成長温度、前
記族原料ガス流量、前記族原料ガス流量を定
めると共に、正孔濃度が１×1018cm-3以下となる
ように前記ドーパント原料ガス流量を定める。
（作用）
MOVPE法により成長する超格子構造をもつ
GaAs上のGa0.5In0.5Ｐ結晶は以下の様に成長でき
る。
GaAs上のGa0.5In0.5Ｐ結晶は以下の様に成長でき
る。
図１にGaAs基板に格子整合したGa0.5In0.5Ｐ結
晶のEgと成長温度、／比、正孔濃度との関
係を示す。Ｘ軸に成長温度、Ｙ軸に／比、Ｚ
軸にエネルギーギヤツプを表わす。また図１中の
ｐは正孔濃度を表わす。ここで、Ga0.5In0.5Ｐ結
晶の成長時の／比および正孔濃度は次の様に
変化させる。
晶のEgと成長温度、／比、正孔濃度との関
係を示す。Ｘ軸に成長温度、Ｙ軸に／比、Ｚ
軸にエネルギーギヤツプを表わす。また図１中の
ｐは正孔濃度を表わす。ここで、Ga0.5In0.5Ｐ結
晶の成長時の／比および正孔濃度は次の様に
変化させる。
Ga0.5In0.5Ｐ結晶成長時の族のInの原料にト
リメチルインジウムあるいはトリエチルガリウム
を用い、Gaの原料にトリメチルガリウムあるい
はトリエチルガリウムを用い、InおよびGaの原
料ガスをそれぞれ一定値に固定し、反応管中に共
存させて流し、族原料にホスフイン（PH3）を
用い、PH3の流量を変化させることにより／
比を変化させる。ここで、族流量とは、Gaお
よびInのそれぞれの原料ガスの正味の流量を加え
た量である。正孔濃度ｐ≦１×1018cm-3以下の場
合には、成長温度600から750℃の範囲、／比
60から450の範囲内でGaAs基板に格子整合した
Ga0.5In0.5Ｐエネルギーギヤツプ（Eg）は1.84か
ら1.91eVまで連続的に変化する。成長温度／
比、Egの三者の関係は、／比410・成長温
度650〜700℃における1.84eVを底面とした曲面
を描く。
リメチルインジウムあるいはトリエチルガリウム
を用い、Gaの原料にトリメチルガリウムあるい
はトリエチルガリウムを用い、InおよびGaの原
料ガスをそれぞれ一定値に固定し、反応管中に共
存させて流し、族原料にホスフイン（PH3）を
用い、PH3の流量を変化させることにより／
比を変化させる。ここで、族流量とは、Gaお
よびInのそれぞれの原料ガスの正味の流量を加え
た量である。正孔濃度ｐ≦１×1018cm-3以下の場
合には、成長温度600から750℃の範囲、／比
60から450の範囲内でGaAs基板に格子整合した
Ga0.5In0.5Ｐエネルギーギヤツプ（Eg）は1.84か
ら1.91eVまで連続的に変化する。成長温度／
比、Egの三者の関係は、／比410・成長温
度650〜700℃における1.84eVを底面とした曲面
を描く。
上述のごとく、MOVPE法によるGaAs上の
Ga0.5In0.5Ｐの成長温度および／比およびｐ
型ドーピングによる正孔濃度の組み合わせによ
り、Ga0.5In0.5ＰのEgが変化する。尚、上記の曲
面は、EgをＺ、成長温度をＸ、／比をＹと
すると、Ga0.5In0.5ＰのEgと成長温度と／比
の関係は、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の点が （700、60、1.90）、（700、230、1.86）、（700、
410、1.85）、（750、230、1.90）、（650、230、
1.85）、（600、230、1.87）の各点を通る曲面であ
る。上記の括弧（Ｘ、Ｙ、Ｚ）はそれぞれＸ；成
長温度、Ｙ；／比、Ｚ；エネルギーギヤツプ
（Eg）を表わし、ＸおよびＺの単位はそれぞれ℃
およびeVである。上記のGa0.5In0.5Ｐの1.9V未満
のEgに対して、以下のごとく超格子構造をもつ
た結晶が得られる。
Ga0.5In0.5Ｐの成長温度および／比およびｐ
型ドーピングによる正孔濃度の組み合わせによ
り、Ga0.5In0.5ＰのEgが変化する。尚、上記の曲
面は、EgをＺ、成長温度をＸ、／比をＹと
すると、Ga0.5In0.5ＰのEgと成長温度と／比
の関係は、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の点が （700、60、1.90）、（700、230、1.86）、（700、
410、1.85）、（750、230、1.90）、（650、230、
1.85）、（600、230、1.87）の各点を通る曲面であ
る。上記の括弧（Ｘ、Ｙ、Ｚ）はそれぞれＸ；成
長温度、Ｙ；／比、Ｚ；エネルギーギヤツプ
（Eg）を表わし、ＸおよびＺの単位はそれぞれ℃
およびeVである。上記のGa0.5In0.5Ｐの1.9V未満
のEgに対して、以下のごとく超格子構造をもつ
た結晶が得られる。
MOVPE成長時の成長温度および／比
あるいはＶ族原料ガスのPH3圧力のおよびに
より、Ga0.5In0.5Ｐ結晶成長表面における族原
子GaおよびInの平均的な拡散距離が変化する、
など成長機構が変化する。また、Ga0.5In0.5Ｐ結
晶の非混和領域の存在によつて、結晶中のGaと
Inの配列状態は成長温度を強く相関をもつ。上記
の要因で、MOVPE成長時の温度あるいは／
比により、Ga0.5In0.5Ｐ結晶の族副格子上のGa
とInの配列状態、すなわち、配列の乱雑さが変化
する。ここで、GaAs基板に格子整合したGa0.5
In0.5ＰのGaとInの配列状態とEgは一意的に対応
をもつ。族副格子上のGaとInの配列が乱雑な
結晶のEgは1.9eVであり、GaとInが超格子構造
を有する結晶のEgは1.9eV以下1.8eVまで、結晶
中の超格子構造に対応して変化する。例えば、
（011）面GaAs基板上に成長した、Eg＝1.85eVを
もつGa0.5In0.5Ｐ結晶は、図２に示す様に（110）
平面にGa面とIn面が２列ずつ並んだ超格子配列
を有する。
あるいはＶ族原料ガスのPH3圧力のおよびに
より、Ga0.5In0.5Ｐ結晶成長表面における族原
子GaおよびInの平均的な拡散距離が変化する、
など成長機構が変化する。また、Ga0.5In0.5Ｐ結
晶の非混和領域の存在によつて、結晶中のGaと
Inの配列状態は成長温度を強く相関をもつ。上記
の要因で、MOVPE成長時の温度あるいは／
比により、Ga0.5In0.5Ｐ結晶の族副格子上のGa
とInの配列状態、すなわち、配列の乱雑さが変化
する。ここで、GaAs基板に格子整合したGa0.5
In0.5ＰのGaとInの配列状態とEgは一意的に対応
をもつ。族副格子上のGaとInの配列が乱雑な
結晶のEgは1.9eVであり、GaとInが超格子構造
を有する結晶のEgは1.9eV以下1.8eVまで、結晶
中の超格子構造に対応して変化する。例えば、
（011）面GaAs基板上に成長した、Eg＝1.85eVを
もつGa0.5In0.5Ｐ結晶は、図２に示す様に（110）
平面にGa面とIn面が２列ずつ並んだ超格子配列
を有する。
（実施例）
以下、MOVPE法により成長したGa0.5In0.5Ｐ
結晶の成長時の原料ガス流量を一定に保つたまま
超格子構造を得た例を示す。
結晶の成長時の原料ガス流量を一定に保つたまま
超格子構造を得た例を示す。
基板に（001）面GaAs基板を用いた。族原
料にトリメチルインジウムおよびトリエチルガリ
ウムを用い、それぞれ2.16×10-5mol／分および
2.64mol／分の流量に固定した。族原料にホス
フイン（PH3）を用い、PH3の流量を変化させる
ことにより（Ｖ族流量）／（族流量）の比66、
120、230、410の各々の値に設定した。成長温度
は600℃、650℃、700℃、750℃で行なつた。また
ｐ型ドーパントとしてシクロペンタジエニルマグ
ネシウムを原料としたMg、およびジメチルジン
グを原料としてたZnを用いた。成長した点を図
１中に示す。上記の／比、成長温度およびド
ーピング原料の流量を組み合わせて成長した
Ga0.5In0.5Ｐ結晶の点は、図１中の曲面上によく
乗つている。また、上記Ga0.5In0.5Ｐ結晶の透過
電子線回折像観察より、Eg＝1.91eVの結晶はGa
とInの族副格子中での配列が乱雑であつた。ま
た、Eg＝1.85eVの結晶では、図２と等しい族
副格子中で（110）平面に平行したGa面をIn面が
２面ずつ並んだ超格子構造が得られた。
料にトリメチルインジウムおよびトリエチルガリ
ウムを用い、それぞれ2.16×10-5mol／分および
2.64mol／分の流量に固定した。族原料にホス
フイン（PH3）を用い、PH3の流量を変化させる
ことにより（Ｖ族流量）／（族流量）の比66、
120、230、410の各々の値に設定した。成長温度
は600℃、650℃、700℃、750℃で行なつた。また
ｐ型ドーパントとしてシクロペンタジエニルマグ
ネシウムを原料としたMg、およびジメチルジン
グを原料としてたZnを用いた。成長した点を図
１中に示す。上記の／比、成長温度およびド
ーピング原料の流量を組み合わせて成長した
Ga0.5In0.5Ｐ結晶の点は、図１中の曲面上によく
乗つている。また、上記Ga0.5In0.5Ｐ結晶の透過
電子線回折像観察より、Eg＝1.91eVの結晶はGa
とInの族副格子中での配列が乱雑であつた。ま
た、Eg＝1.85eVの結晶では、図２と等しい族
副格子中で（110）平面に平行したGa面をIn面が
２面ずつ並んだ超格子構造が得られた。
上記の／比と成長温度および正孔濃度とエ
ネルギーギヤツプと超格子構造の関係は再現性よ
く得られた。また、上記の範囲内でGa0.5In0.5Ｐ
の電気的および光学的性質はそこなわれなかつ
た。
ネルギーギヤツプと超格子構造の関係は再現性よ
く得られた。また、上記の範囲内でGa0.5In0.5Ｐ
の電気的および光学的性質はそこなわれなかつ
た。
（本発明の効果）
本方法により、超格子構造をもつGa0.5In0.5Ｐ
結晶を得ることができる。これを半導体レーザ活
性層に用いることなどにより、半導体素子の電気
的、光学的性質に新しい自由度をつけ加えること
ができる。
結晶を得ることができる。これを半導体レーザ活
性層に用いることなどにより、半導体素子の電気
的、光学的性質に新しい自由度をつけ加えること
ができる。
第１図はGaAs基板に格子整合したGa0.5In0.5Ｐ
の成長温度および／比およびフオトルミネツ
センス測定から求めたエネルギーギヤツプの関係
を示す。第２図は（001）面に成長したGa0.5In0.5
Ｐの超格子構造の１例を模式的に表した図であ
る。
の成長温度および／比およびフオトルミネツ
センス測定から求めたエネルギーギヤツプの関係
を示す。第２図は（001）面に成長したGa0.5In0.5
Ｐの超格子構造の１例を模式的に表した図であ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 反応管中にGaAs基板を設置し、族元素を
含んでいる原料ガスおよびドーパンド原料ガスを
前記反応管内に導入して所定の成長温度の下で前
記GaAs基板上に該基板に格子整合したGa0.5In0.5
Ｐ結晶を有機金属気相成長法により形成する結晶
成長方法において、成長温度をＸ軸、Ｖ族元素と
族元素の比（以下／比を記す）をＹ軸、室
温におけるエネルギーギヤツプEgをＺ軸とし、
各々の数値の組を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で表示したと
き、 （700、60、1.90）（700、230、1.86）、（700、
410、1.85）、 （750、60、1.91）、（650、230、1.85）、（600、
230、1.87） の各点を通る曲面上でEg＜1.9eV未満の点（Ｘ、
Ｙ、Ｚ）となるように前記成長温度、前記族元
素を含む原料ガスの流量、前記Ｖ族元素を含む原
料ガスの流量を定めると共に、正孔濃度が１×
1018cm-3以下となるように前記ドーパント原料ガ
スの流量を定め、ガリウム及びインジウムの有機
金属ガスを反応管中に共存させて流すことによ
り、Ga0.5In0.5Ｐ結晶中の族原子GaおよびInの
族副格子上の配列が規則的に配列した超格子構
造を形成せしめることを特徴とするGa0.5In0.5Ｐ
結晶の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31088986A JPS63162598A (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | Ｇａ↓０．↓５Ｉｎ↓０．↓５Ｐ結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31088986A JPS63162598A (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | Ｇａ↓０．↓５Ｉｎ↓０．↓５Ｐ結晶の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63162598A JPS63162598A (ja) | 1988-07-06 |
| JPH053440B2 true JPH053440B2 (ja) | 1993-01-14 |
Family
ID=18010600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31088986A Granted JPS63162598A (ja) | 1986-12-25 | 1986-12-25 | Ｇａ↓０．↓５Ｉｎ↓０．↓５Ｐ結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63162598A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0460937B1 (en) * | 1990-06-05 | 1994-10-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for fabricating a semiconductor laser device |
-
1986
- 1986-12-25 JP JP31088986A patent/JPS63162598A/ja active Granted
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH=1983 * |
| JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH=1986 * |
| PAPER PRESENTED AT INT SYMP GAAS AND RELATED COMPOUNDS KARUIZAWA JAPAN=1985 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63162598A (ja) | 1988-07-06 |
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