JPH0582454A - 半導体エピタキシヤル層の製造方法 - Google Patents
半導体エピタキシヤル層の製造方法Info
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- JPH0582454A JPH0582454A JP24386591A JP24386591A JPH0582454A JP H0582454 A JPH0582454 A JP H0582454A JP 24386591 A JP24386591 A JP 24386591A JP 24386591 A JP24386591 A JP 24386591A JP H0582454 A JPH0582454 A JP H0582454A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 InＰ基板上に形成するInx Ga1-x Asy Ｐ1-y
層に関し、トラップ濃度の少ない製造方法を提供するこ
とを目的とする。 【構成】 InＰ基板上に有機金属気相エピタキシャル成
長法によりInx Ga1-x As y Ｐ1-y 層の成長を行う際に、
InＰ基板温度を610 ℃以上に保持することを特徴として
半導体エピタキシャル層の製造方法を構成する。
層に関し、トラップ濃度の少ない製造方法を提供するこ
とを目的とする。 【構成】 InＰ基板上に有機金属気相エピタキシャル成
長法によりInx Ga1-x As y Ｐ1-y 層の成長を行う際に、
InＰ基板温度を610 ℃以上に保持することを特徴として
半導体エピタキシャル層の製造方法を構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は１μm 帯の光通信に使用
される半導体レーザを構成し、InＰ基板上にエピタキシ
ャル成長して形成するInx Ga1-x Asy Ｐ1-y 層の製造方
法に関する。
される半導体レーザを構成し、InＰ基板上にエピタキシ
ャル成長して形成するInx Ga1-x Asy Ｐ1-y 層の製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは発振波長により各種の化
合物半導体が使用されているが、発振波長が１μm 帯の
ものはInＰを基板とし、これにInx Ga1-x Asy Ｐ1-y 層
をエピタキシャル成長させ、この層を発振源としてレー
ザが構成されている。すなわち、図２に示すようにｎ+
- InＰ基板１の上に有機金属気相エピタキシャル成長法
（ＭＯＶＰＥ）法によりｎ+ - InＰよりなるバッファ層
２，Inx Ga1-x Asy Ｐ1-y 層３，ｎ- InＰ層４と順次に
形成した後、亜鉛(Zn)をｎ-InＰ層４の中に拡散してｐ
+ 層５を作り、これによりｐ+ ｎ接合ダイオードが形成
されている。
合物半導体が使用されているが、発振波長が１μm 帯の
ものはInＰを基板とし、これにInx Ga1-x Asy Ｐ1-y 層
をエピタキシャル成長させ、この層を発振源としてレー
ザが構成されている。すなわち、図２に示すようにｎ+
- InＰ基板１の上に有機金属気相エピタキシャル成長法
（ＭＯＶＰＥ）法によりｎ+ - InＰよりなるバッファ層
２，Inx Ga1-x Asy Ｐ1-y 層３，ｎ- InＰ層４と順次に
形成した後、亜鉛(Zn)をｎ-InＰ層４の中に拡散してｐ
+ 層５を作り、これによりｐ+ ｎ接合ダイオードが形成
されている。
【０００３】こゝで、エピタキシャル成長したInx Ga
1-x Asy Ｐ1-y 半導体層の性質はこの層を構成するAsの
組成比により一義的に決まるもので、この化合物半導体
のエネルギーダイヤグラムは図３のように表すことがで
きる。すなわち、Asの組成をｙで表すと、ｙの値が０の
場合は充満帯８と伝導帯９との間にある禁止帯10のエネ
ルギーギャップは約1.3eＶと大きいが、ｙの値が増すに
従ってエネルギーギャップは次第に1.0eＶ以下にまで減
少する。また、禁止帯には同図でＥt1とＥt2で表される
不純物準位が存在している。
1-x Asy Ｐ1-y 半導体層の性質はこの層を構成するAsの
組成比により一義的に決まるもので、この化合物半導体
のエネルギーダイヤグラムは図３のように表すことがで
きる。すなわち、Asの組成をｙで表すと、ｙの値が０の
場合は充満帯８と伝導帯９との間にある禁止帯10のエネ
ルギーギャップは約1.3eＶと大きいが、ｙの値が増すに
従ってエネルギーギャップは次第に1.0eＶ以下にまで減
少する。また、禁止帯には同図でＥt1とＥt2で表される
不純物準位が存在している。
【０００４】こゝで、InＰレーザの発光波長は、このレ
ーザ光を伝播する光ファイバの伝送損失を少なくする必
要から1.3 μm または1.55μm の波長帯域が使用される
が、この帯域のレーザ光を発振するためには図３のエネ
ルギーダイヤグラムにおいてｙの値が0.03〜0.36の領域
と0.66〜0.98の領域の組成のものが使用されている。
ーザ光を伝播する光ファイバの伝送損失を少なくする必
要から1.3 μm または1.55μm の波長帯域が使用される
が、この帯域のレーザ光を発振するためには図３のエネ
ルギーダイヤグラムにおいてｙの値が0.03〜0.36の領域
と0.66〜0.98の領域の組成のものが使用されている。
【０００５】然し、この組成をとるInx Ga1-x Asy Ｐ
1-y 半導体層でＥt1とＥt2で表される不純物準位の何れ
かは同図で1/2 Ｅg で表したミッドギャップ(Mid-gap)
と交叉しているか、或いは接近していると云う問題があ
る。こゝで、ミッドギャップ付近に存在する不純物準位
はレーザ光の発振動作において、伝導体９にある電子と
充満帯８にある正孔との再結合中心として働き、発光効
率を低下させたり、漏れ電流を増加させるために、不純
物準位のトラップ濃度を少なくすることが必要である。
1-y 半導体層でＥt1とＥt2で表される不純物準位の何れ
かは同図で1/2 Ｅg で表したミッドギャップ(Mid-gap)
と交叉しているか、或いは接近していると云う問題があ
る。こゝで、ミッドギャップ付近に存在する不純物準位
はレーザ光の発振動作において、伝導体９にある電子と
充満帯８にある正孔との再結合中心として働き、発光効
率を低下させたり、漏れ電流を増加させるために、不純
物準位のトラップ濃度を少なくすることが必要である。
【０００６】然し、ミッドギャップ近傍の不純物準位の
トラップ濃度とInx Ga1-x Asy Ｐ1- y 層の成長条件との
関係については今まで充分な研究は行われていない。
トラップ濃度とInx Ga1-x Asy Ｐ1- y 層の成長条件との
関係については今まで充分な研究は行われていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ミッドギャップ付近に
存在する不純物準位は再結合中心として働き発光効率を
低下させたり、漏れ電流を増加させることが知られてい
る。そのため、この不純物準位のトラップ濃度を減少さ
せることが必要であり、これを実現することが課題であ
る。
存在する不純物準位は再結合中心として働き発光効率を
低下させたり、漏れ電流を増加させることが知られてい
る。そのため、この不純物準位のトラップ濃度を減少さ
せることが必要であり、これを実現することが課題であ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題はInＰ基板上
に有機金属気相エピタキシャル成長法によりInx Ga1- x
Asy Ｐ1-y 層の成長を行う際に、InＰ基板温度を610 ℃
以上に保持することを特徴として半導体エピタキシャル
層の製造方法を構成することにより解決することができ
る。
に有機金属気相エピタキシャル成長法によりInx Ga1- x
Asy Ｐ1-y 層の成長を行う際に、InＰ基板温度を610 ℃
以上に保持することを特徴として半導体エピタキシャル
層の製造方法を構成することにより解決することができ
る。
【０００９】
【作用】先に図３に示したようにＭＯＶＰＥ法により成
長したInx Ga1-x Asy Ｐ1-y 層の中にはＥt1とＥt2の不
純物準位が存在しており、1.3 μm の発振波長を生ずる
Asの組成が0.03〜0.36の領域においてはy ＝0.1 の付近
で不純物準位Ｅt2がミッドギャップに交叉している。ま
た、Asの組成が0.66〜0.98の領域においてはy ＝0.7 の
付近で不純物準位Ｅt1がミッドギャップに交叉してい
る。
長したInx Ga1-x Asy Ｐ1-y 層の中にはＥt1とＥt2の不
純物準位が存在しており、1.3 μm の発振波長を生ずる
Asの組成が0.03〜0.36の領域においてはy ＝0.1 の付近
で不純物準位Ｅt2がミッドギャップに交叉している。ま
た、Asの組成が0.66〜0.98の領域においてはy ＝0.7 の
付近で不純物準位Ｅt1がミッドギャップに交叉してい
る。
【００１０】こゝで、ｙの値が0.1 付近および0.7 付近
の組成をとるInx Ga1-x Asy Ｐ1-y 層においては勿論、
不純物準位Ｅt2およびＥt1が再結合中心として働いてい
るが、これより多少外れた0.03〜0.36および0.66〜0.98
の領域においても再結合中心として働いていると思われ
る。
の組成をとるInx Ga1-x Asy Ｐ1-y 層においては勿論、
不純物準位Ｅt2およびＥt1が再結合中心として働いてい
るが、これより多少外れた0.03〜0.36および0.66〜0.98
の領域においても再結合中心として働いていると思われ
る。
【００１１】すなわち、前者について言えば、ｙの値が
0.1 より少なくなるに従って伝導帯にある電子の捕獲量
は増加し、充満帯にある正孔の捕獲量は減少する。また
ｙの値が0.1 より大きくなるに従って伝導帯にある電子
の捕獲量は減少し、充満帯にある正孔の捕獲量は増加す
るが、この0.03〜0.36の範囲では不純物準位Ｅt2は再結
合中心として働いている。そこで、発光効率を増加させ
るには再結晶中心として働くＥt2のトラップ濃度を減少
させることが必要である。
0.1 より少なくなるに従って伝導帯にある電子の捕獲量
は増加し、充満帯にある正孔の捕獲量は減少する。また
ｙの値が0.1 より大きくなるに従って伝導帯にある電子
の捕獲量は減少し、充満帯にある正孔の捕獲量は増加す
るが、この0.03〜0.36の範囲では不純物準位Ｅt2は再結
合中心として働いている。そこで、発光効率を増加させ
るには再結晶中心として働くＥt2のトラップ濃度を減少
させることが必要である。
【００１２】発明者はInx Ga1-x Asy Ｐ1-y 半導体に存
在する不純物準位のトラップ濃度を減少する方法とし
て、この化合物半導体を構成する５族元素の欠如を補充
することが必要であると考えた。すなわち、この４元化
合物を構成する元素の沸点はInは約2000℃, Gaは2403
℃,Asは613 ℃で昇華(28 気圧),Ｐは280.5 ℃であり、
５族元素であるAsとＰは３族元素であるInやGaに較べる
と遙かに低い。
在する不純物準位のトラップ濃度を減少する方法とし
て、この化合物半導体を構成する５族元素の欠如を補充
することが必要であると考えた。すなわち、この４元化
合物を構成する元素の沸点はInは約2000℃, Gaは2403
℃,Asは613 ℃で昇華(28 気圧),Ｐは280.5 ℃であり、
５族元素であるAsとＰは３族元素であるInやGaに較べる
と遙かに低い。
【００１３】そこで、発明者は化合物半導体を構成する
AsとＰの欠如の補充がトラップ濃度を減少させる方法と
考えた。すなわち、ＭＯＶＰＥ法によるInx Ga1-x Asy
Ｐ1-y 層の成長過程において、成長層よりAsおよびＰ成
分が蒸発して欠陥を生じ、これにより不純物準位のトラ
ップ濃度が増加していると考えた。
AsとＰの欠如の補充がトラップ濃度を減少させる方法と
考えた。すなわち、ＭＯＶＰＥ法によるInx Ga1-x Asy
Ｐ1-y 層の成長過程において、成長層よりAsおよびＰ成
分が蒸発して欠陥を生じ、これにより不純物準位のトラ
ップ濃度が増加していると考えた。
【００１４】通常、Inx Ga1-x Asy Ｐ1-y 層やInＰ層の
エピタキシャル成長に当たってはAsおよびＰ成分の蒸発
を防ぐ観点から、基板温度を600 ℃以下の温度例えば57
0 ℃に保って成長が行われている。然し、発明者はＭＯ
ＶＰＥ法でInx Ga1-x Asy Ｐ1-y 層を形成する場合は逆
に基板温度を高めて行うほうが、ソースガスの分解を促
進しエピタキシャル成長領域が過飽和となることにより
AsおよびＰ成分の蒸発を防げるのではないかと考え、In
0.84Ga0.16As0.36Ｐ0.64の組成を選び、基板温度を変え
てＭＯＶＰＥ法により化合物半導体層を形成しＩＣＴＳ
（Isothermal Capacitance Transient Spectroscopy)法
により不純物準位Ｅt2のトラップ濃度を測定した。
エピタキシャル成長に当たってはAsおよびＰ成分の蒸発
を防ぐ観点から、基板温度を600 ℃以下の温度例えば57
0 ℃に保って成長が行われている。然し、発明者はＭＯ
ＶＰＥ法でInx Ga1-x Asy Ｐ1-y 層を形成する場合は逆
に基板温度を高めて行うほうが、ソースガスの分解を促
進しエピタキシャル成長領域が過飽和となることにより
AsおよびＰ成分の蒸発を防げるのではないかと考え、In
0.84Ga0.16As0.36Ｐ0.64の組成を選び、基板温度を変え
てＭＯＶＰＥ法により化合物半導体層を形成しＩＣＴＳ
（Isothermal Capacitance Transient Spectroscopy)法
により不純物準位Ｅt2のトラップ濃度を測定した。
【００１５】図１はこの結果であって、基板温度を570
℃に保ってエピタキシャル成長させた化合物半導体層で
不純物準位Ｅt2のトラップ濃度は6.2 ×1013cm-3である
のに対し、基板温度を615 ℃としてエピタキシャル成長
させた場合のトラップ濃度は検出限界である２×1011cm
-3以下であり、基板温度を650 ℃とする場合も変わらな
かった。このことは発明者の予測が正しいことを意味す
る。そこで、本発明は基板温度を610 ℃以上の温度に保
ってＭＯＶＰＥを行うことにより不純物準位のトラップ
濃度を少なくし、これにより半導体レーザの発光効率を
高め、また電力消費を少なくするものである。
℃に保ってエピタキシャル成長させた化合物半導体層で
不純物準位Ｅt2のトラップ濃度は6.2 ×1013cm-3である
のに対し、基板温度を615 ℃としてエピタキシャル成長
させた場合のトラップ濃度は検出限界である２×1011cm
-3以下であり、基板温度を650 ℃とする場合も変わらな
かった。このことは発明者の予測が正しいことを意味す
る。そこで、本発明は基板温度を610 ℃以上の温度に保
ってＭＯＶＰＥを行うことにより不純物準位のトラップ
濃度を少なくし、これにより半導体レーザの発光効率を
高め、また電力消費を少なくするものである。
【００１６】
【実施例】図２に示すようにｎ+ InＰ基板１の上にＭＯ
ＶＰＥ法を用い、基板温度を610℃としてｎ+ InＰより
なるバッファ層２，ｎ-In0.84Ga0.16As0.36Ｐ0.64層
３，ｎ- InＰ層４と順次にエピタキシャル成長させた。
こゝで、ｎ-In0.84Ga0.16As0.36Ｐ0.64層３とｎ- InＰ
層４の厚さはそれぞれ２μm である。次に、Znをｎ- In
Ｐ層４の中に拡散させてｐ+ ｎ接合ダイオードを形成
し、ＩＣＴＳ法によりｎ-In0.84Ga0.16As0.36Ｐ0.64層
３の中の不純物準位Ｅt2のトラップ濃度を測定した結
果、ＩＣＴＳ装置の検出限界である２×1011cm-3以下で
あった。
ＶＰＥ法を用い、基板温度を610℃としてｎ+ InＰより
なるバッファ層２，ｎ-In0.84Ga0.16As0.36Ｐ0.64層
３，ｎ- InＰ層４と順次にエピタキシャル成長させた。
こゝで、ｎ-In0.84Ga0.16As0.36Ｐ0.64層３とｎ- InＰ
層４の厚さはそれぞれ２μm である。次に、Znをｎ- In
Ｐ層４の中に拡散させてｐ+ ｎ接合ダイオードを形成
し、ＩＣＴＳ法によりｎ-In0.84Ga0.16As0.36Ｐ0.64層
３の中の不純物準位Ｅt2のトラップ濃度を測定した結
果、ＩＣＴＳ装置の検出限界である２×1011cm-3以下で
あった。
【００１７】一方、従来のように基板温度を570 ℃とし
てｐ+ ｎ接合ダイオードを形成したものについてＩＣＴ
Ｓ法により測定したｎ-In0.84Ga0.16As0.36Ｐ0.64層３
の中の不純物準位Ｅt2のトラップ濃度は６×1013cm-3で
あり、これに較べて２桁以上低減することができた。
てｐ+ ｎ接合ダイオードを形成したものについてＩＣＴ
Ｓ法により測定したｎ-In0.84Ga0.16As0.36Ｐ0.64層３
の中の不純物準位Ｅt2のトラップ濃度は６×1013cm-3で
あり、これに較べて２桁以上低減することができた。
【００１８】
【発明の効果】本発明の実施によりInx Ga1-x Asy Ｐ
1-y エピタキシャル層の成長に当たって不純物準位のト
ラップ濃度を減らすことができ、これにより半導体レー
ザの発光効率が向上すると共に電力消費を少なくするこ
とができ、従って半導体レーザの寿命を延長することが
可能となった。
1-y エピタキシャル層の成長に当たって不純物準位のト
ラップ濃度を減らすことができ、これにより半導体レー
ザの発光効率が向上すると共に電力消費を少なくするこ
とができ、従って半導体レーザの寿命を延長することが
可能となった。
【図１】ｎ-In0.84Ga0.16As0.36Ｐ0.64層の成長温度と
トラップ濃度の関係図である。
トラップ濃度の関係図である。
【図２】半導体レーザの構成を示す模式図である。
【図３】Inx Ga1-x Asy Ｐ1-y 化合物半導体層のエネル
ギーダイアグラムである。
ギーダイアグラムである。
１ ｎ+ InＰ基板 ３ ｎ-Inx Ga1-x Asy Ｐ1-y 層 ４ ｎ- InＰ層
Claims (1)
- 【請求項１】 InＰ基板上に有機金属気相エピタキシャ
ル成長法によりInx Ga1-x Asy Ｐ1-y 層の成長を行う際
に、該InＰ基板温度を610 ℃以上に保持して行うことを
特徴とする半導体エピタキシャル層の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24386591A JPH0582454A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 半導体エピタキシヤル層の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24386591A JPH0582454A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 半導体エピタキシヤル層の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0582454A true JPH0582454A (ja) | 1993-04-02 |
Family
ID=17110129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24386591A Withdrawn JPH0582454A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 半導体エピタキシヤル層の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0582454A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8870676B2 (en) | 2010-12-27 | 2014-10-28 | Sri Sports Limited | Golf club |
-
1991
- 1991-09-25 JP JP24386591A patent/JPH0582454A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8870676B2 (en) | 2010-12-27 | 2014-10-28 | Sri Sports Limited | Golf club |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981203 |