JPH0716078B2 - Ｇａ▲下０．５▼Ｉｎ▲下０．５▼Ｐ結晶の成長方法 - Google Patents
Ｇａ▲下０．５▼Ｉｎ▲下０．５▼Ｐ結晶の成長方法Info
- Publication number
- JPH0716078B2 JPH0716078B2 JP60270339A JP27033985A JPH0716078B2 JP H0716078 B2 JPH0716078 B2 JP H0716078B2 JP 60270339 A JP60270339 A JP 60270339A JP 27033985 A JP27033985 A JP 27033985A JP H0716078 B2 JPH0716078 B2 JP H0716078B2
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- crystal
- energy gap
- growth temperature
- iii
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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。
（従来の技術） GaAs基板に格子整合したGa0.5In0.5Pは可視光半導体レ
ーザ用の材料として有望なAlGaInP系の基本となる結晶
であり、半導体レーザの活性層となる。そのため、レー
ザの発振波長を決定する上でエネルギーギャップを制御
することは重要である。
ーザ用の材料として有望なAlGaInP系の基本となる結晶
であり、半導体レーザの活性層となる。そのため、レー
ザの発振波長を決定する上でエネルギーギャップを制御
することは重要である。
従来GaxIn1-xP（０ｘ１）のエネルギーギャップはI
II族元素のGaおよびInの比ｘによって決まっており、Ga
As基板に格子整合したGa0.5In0.5P結晶のエネルギーギ
ャップは1.90eVであった。
II族元素のGaおよびInの比ｘによって決まっており、Ga
As基板に格子整合したGa0.5In0.5P結晶のエネルギーギ
ャップは1.90eVであった。
（発明が解決しようとする問題点） 半導体レーザの発振波長を変化させたい場合にはGaxIn
1-xPのGa組成比ｘを変化させてGaxIn1-xPのエネルギー
ギャップを変化させていた。
1-xPのGa組成比ｘを変化させてGaxIn1-xPのエネルギー
ギャップを変化させていた。
ところが、該Ga組成比ｘの変化に伴いGaxIn1-xPの格子
定数が変化し、GaAs基板とGaxIn1-xPの間に格子のずれ
が生じる。この様な格子のずれを有する半導体結晶をレ
ーザ素子化した場合、該レーザ素子の信頼性が著しく低
下していた。
定数が変化し、GaAs基板とGaxIn1-xPの間に格子のずれ
が生じる。この様な格子のずれを有する半導体結晶をレ
ーザ素子化した場合、該レーザ素子の信頼性が著しく低
下していた。
しかし、これまでGaAs基板に格子整合したまま、GaとIn
の固相組成比を一定に保ちGaxIn1-xP結晶のエネルギー
ギャップを変化させる方法は提供されていなかった。
の固相組成比を一定に保ちGaxIn1-xP結晶のエネルギー
ギャップを変化させる方法は提供されていなかった。
本発明の目的は上記の問題を解決した、Ga組成比を0.5
に固定したGa0.5In0.5P結晶のエネルギーギャップを変
化させる、エネルギーギャップの制御方法を提供するこ
とである。
に固定したGa0.5In0.5P結晶のエネルギーギャップを変
化させる、エネルギーギャップの制御方法を提供するこ
とである。
（問題点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MOCVD法により行ない、該結晶成長時の温
度および原料ガスのＶ族対III族の正味のガス流量比の
組み合わせを変化させることにより結晶性をそこなうこ
となく、GaAs基板に格子整合したままでGa0.5In0.5Pの
エネルギーギャップを1.9eVから1.85eVまで変化させ
る、Ga0.5In0.5Pの結晶のエネルギーギャップの制御法
を示す。
結晶の成長をMOCVD法により行ない、該結晶成長時の温
度および原料ガスのＶ族対III族の正味のガス流量比の
組み合わせを変化させることにより結晶性をそこなうこ
となく、GaAs基板に格子整合したままでGa0.5In0.5Pの
エネルギーギャップを1.9eVから1.85eVまで変化させ
る、Ga0.5In0.5Pの結晶のエネルギーギャップの制御法
を示す。
（作用） MOCVD法により成長するGaAs上のGa0.5In0.5Pのエネルギ
ーギャップは以下のごとく制御できる。
ーギャップは以下のごとく制御できる。
Ga0.5In0.5P結晶の成長のIII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インジウムを用い、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
する。Ｖ族原料にホスフィン（PH3）を用い、PH3の流量
を変化させることにより（Ｖ族流量）／（III族流量）
の比を500以下で変化させ、また、成長温度を550℃から
800℃まで変化させる。ここで、III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。
インジウムあるいはトリエチルインジウムを用い、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
する。Ｖ族原料にホスフィン（PH3）を用い、PH3の流量
を変化させることにより（Ｖ族流量）／（III族流量）
の比を500以下で変化させ、また、成長温度を550℃から
800℃まで変化させる。ここで、III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。
図にこのときの成長温度およびV/III比およびエネルギ
ーギヤップの関係を示す。Ｘ軸に成長温度,Y軸にV/III
比,Z軸にエネルギーギヤップを示す。
ーギヤップの関係を示す。Ｘ軸に成長温度,Y軸にV/III
比,Z軸にエネルギーギヤップを示す。
成長温度600℃から750℃の範囲,V/III比60から450の範
囲内でGaAs基板に格子整合したGa0.5In0.5Pのフォトル
ミネッセンス測定によるエネルギーギヤップは1.84eVか
ら1.91eVまで連続的に変化し、V/III比410,成長温度650
〜700℃における1.84eVを底面とした放物曲面を描く。
囲内でGaAs基板に格子整合したGa0.5In0.5Pのフォトル
ミネッセンス測定によるエネルギーギヤップは1.84eVか
ら1.91eVまで連続的に変化し、V/III比410,成長温度650
〜700℃における1.84eVを底面とした放物曲面を描く。
上述のごとく、MOCVD法によるGaAs上のGa0.5In0.5Pの成
長温度およびV/III比の組み合わせにより、Ga0.5In0.5P
のフォトルミネッセンス測定より得られるエネルギーギ
ヤップを制御できる。
長温度およびV/III比の組み合わせにより、Ga0.5In0.5P
のフォトルミネッセンス測定より得られるエネルギーギ
ヤップを制御できる。
尚、上記の曲面はフォトルミネッセンス測定より求めた
エネルギーギヤップをｚ成長温度をx,V/IIIをｙとする
と、Ga0.5In0.5Pのエネルギーギャップと成長温度とV/I
IIの関係は、（x,y,z）の点が（700,60,1.895），（70
0,230,1.86），（700,410,1.85），（750,230,1.89
5），（650,230,1.86），（600,230,1.865）の各点を通
る。
エネルギーギヤップをｚ成長温度をx,V/IIIをｙとする
と、Ga0.5In0.5Pのエネルギーギャップと成長温度とV/I
IIの関係は、（x,y,z）の点が（700,60,1.895），（70
0,230,1.86），（700,410,1.85），（750,230,1.89
5），（650,230,1.86），（600,230,1.865）の各点を通
る。
の式で表される。ここで、x1，y1，z1,a,b,cは上記の６
点から求まる定数である。ｘおよびｚの単位はそれぞれ
℃およびeVである。
点から求まる定数である。ｘおよびｚの単位はそれぞれ
℃およびeVである。
Ga0.5In0.5Pのエネルギーギャップをその組成比を変え
ずに変化させることができる理由について説明する。
ずに変化させることができる理由について説明する。
MOVPE成長時の成長温度およびV/III比あるいはＶ族
原料ガスのPH3の流量により、Ga0.5In0.5P結晶成長表面
におけるIII族原子CaおよびInの平均的な拡散距離が変
化する。即ち成長機構が変化する。また、Ga0.5In0.5P
結晶では結晶中のGaとInの配列状態は成長温度と強く相
関をもつ。
原料ガスのPH3の流量により、Ga0.5In0.5P結晶成長表面
におけるIII族原子CaおよびInの平均的な拡散距離が変
化する。即ち成長機構が変化する。また、Ga0.5In0.5P
結晶では結晶中のGaとInの配列状態は成長温度と強く相
関をもつ。
上記の要因で、MOVPE成長時の成長温度あるいV/III比に
より、Ga0.5In0.5P結晶のIII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、Ga
As基板に格子整合したGa0.5In0.5PのGaとInの配列状態
とエネルギーギャップEgは一意的に対応をもつ。III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から
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、（001）面GaAs基板上に成長した、Eg＝1.85eV
をもつGa0.5In0.5P結晶は、（11）面のGa面と（1
1）面のIn面が交互に並んで配列した超格子構造を有す
る。この様な超格子構造を有する事により、結晶のエネ
ルギーバンド構造がGaとInが乱雑な配列をもつ結晶と比
較して、変化し、Ga0.5In0.5P結晶のエネルギーギャッ
プが小さくなる。上記のごとく、エネルギーギャップを
Ga組成比を一定に保ったまま変化させる事ができる。
より、Ga0.5In0.5P結晶のIII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、Ga
As基板に格子整合したGa0.5In0.5PのGaとInの配列状態
とエネルギーギャップEgは一意的に対応をもつ。III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から
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、（001）面GaAs基板上に成長した、Eg＝1.85eV
をもつGa0.5In0.5P結晶は、（11）面のGa面と（1
1）面のIn面が交互に並んで配列した超格子構造を有す
る。この様な超格子構造を有する事により、結晶のエネ
ルギーバンド構造がGaとInが乱雑な配列をもつ結晶と比
較して、変化し、Ga0.5In0.5P結晶のエネルギーギャッ
プが小さくなる。上記のごとく、エネルギーギャップを
Ga組成比を一定に保ったまま変化させる事ができる。
（実施例） 以下、MOCVD法により成長したGaAs上のGa0.5In0.5P結晶
のGaおよびInの組成比を変えずにエネルギーギャップを
変化させた例を示す。
のGaおよびInの組成比を変えずにエネルギーギャップを
変化させた例を示す。
III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/minおよび2.64
×10-5mol/minの流量に固定した。Ｖ族原料にホスフィ
ン（PH3）を用い、PH3の流量を変化させることにより
（Ｖ族流量）／（III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
℃で行なった。上記のV/III比と成長温度を組み合わせ
て成長したGa0.5In0.5P結晶の室温におけるフォトルミ
ネッセンス測定より求めたエネルギーギャップは図中に
・印で示したごとく、図中の曲面上によくのる点であっ
た。また、二結晶Ｘ線回折法により求めた、上記のGa
0.5In0.5PのGaとInの組成はGaAs基板に格子整合するも
のから0.3％以内のずれであり、該ずれは小さいもので
あった。
リウムを用い、それぞれ2.16×10-5mol/minおよび2.64
×10-5mol/minの流量に固定した。Ｖ族原料にホスフィ
ン（PH3）を用い、PH3の流量を変化させることにより
（Ｖ族流量）／（III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
℃で行なった。上記のV/III比と成長温度を組み合わせ
て成長したGa0.5In0.5P結晶の室温におけるフォトルミ
ネッセンス測定より求めたエネルギーギャップは図中に
・印で示したごとく、図中の曲面上によくのる点であっ
た。また、二結晶Ｘ線回折法により求めた、上記のGa
0.5In0.5PのGaとInの組成はGaAs基板に格子整合するも
のから0.3％以内のずれであり、該ずれは小さいもので
あった。
上記のV/III比と成長温度とエネルギーギャップの関係
は再現性よく得られた。また、上記の範囲内でGa0.5In
0.5Pの電気的および光学的性質はそこなわれなかった。
そして、成長温度700℃,V/III比400において成長したGa
0.5In0.5Pをダブルヘテロ構造（DH）レーザの活性層に
用い、発振波長6890Åで室温におけるCW発振が達せられ
た。また、成長温度700℃,V/III比66において成長したG
a0.5In0.5Pを活性層としたDHレーザで、発振波長6700Å
の室温CW発振が達せられた。
は再現性よく得られた。また、上記の範囲内でGa0.5In
0.5Pの電気的および光学的性質はそこなわれなかった。
そして、成長温度700℃,V/III比400において成長したGa
0.5In0.5Pをダブルヘテロ構造（DH）レーザの活性層に
用い、発振波長6890Åで室温におけるCW発振が達せられ
た。また、成長温度700℃,V/III比66において成長したG
a0.5In0.5Pを活性層としたDHレーザで、発振波長6700Å
の室温CW発振が達せられた。
（発明の効果） 本方法によりGaAs基板に格子整合したGa0.5In0.5P結晶
のフォトルミネッセンス測定により得られるエネルギー
ギャップをGa0.5In0.5Pの組成を変化させることなく制
御できる。また、それに伴いAlGaInP系半導体レーザの
発振波長を制御できる。
のフォトルミネッセンス測定により得られるエネルギー
ギャップをGa0.5In0.5Pの組成を変化させることなく制
御できる。また、それに伴いAlGaInP系半導体レーザの
発振波長を制御できる。
図はGaAs基板に格子整合したGa0.5In0.5Pの成長温度お
よびV/III比およびフォトルミネッセンス測定から求め
たピークエネルギーの関係を示す。
よびV/III比およびフォトルミネッセンス測定から求め
たピークエネルギーの関係を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】所望のエネルギーギャップになるように成
長温度および原料ガスのＶ族元素とIII族元素の比を、
（700,60,1.895），（700,230,1.86），（700,410,1.8
5），（750,230,1.895），（650,230,1.86），（600,23
0,1.865）の各点を通る式 を満足するように組合せて有機金属熱分解法によりGaAs
基板上に格子整合したGa0.5In0.5P結晶を成長させるこ
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 |
|---|---|---|---|
| JP60270339A JPH0716078B2 (ja) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | Ｇａ▲下０．５▼Ｉｎ▲下０．５▼Ｐ結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60270339A JPH0716078B2 (ja) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | Ｇａ▲下０．５▼Ｉｎ▲下０．５▼Ｐ結晶の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62128521A JPS62128521A (ja) | 1987-06-10 |
| JPH0716078B2 true JPH0716078B2 (ja) | 1995-02-22 |
Family
ID=17484875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60270339A Expired - Lifetime JPH0716078B2 (ja) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | Ｇａ▲下０．５▼Ｉｎ▲下０．５▼Ｐ結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0716078B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6091690A (ja) * | 1983-10-25 | 1985-05-23 | Nec Corp | 半導体複合発光素子 |
-
1985
- 1985-11-29 JP JP60270339A patent/JPH0716078B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62128521A (ja) | 1987-06-10 |
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