JPH10326749A

JPH10326749A - 化合物半導体の製造方法

Info

Publication number: JPH10326749A
Application number: JP7220598A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Tomomura; 好隆友村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 1998-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】窒素とともに少なくとももう１つのＶ族元素
を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の混晶層を分子線エピ
タキシャル成長させる場合に、結晶性を低下させること
なく高窒素組成の混晶層を得ることができる化合物半導
体の製造方法を提供する。【解決手段】化合物半導体の製造方法においては、原
料分子の平均自由工程が基板と分子線源との間の距離よ
り大きくなるように真空排気された結晶成長室内で原料
分子線を基板に照射することによって窒素とともに少な
くとももう１つのＶ族元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体結晶が成長させられ、その際に窒素原料として窒素
化合物が用いられ、その窒素化合物の分子は基板の表面
に到達した後に分解して窒素原子のみが半導体結晶中に
取込まれることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分子線エピタキシ
ャル成長（ＭＢＥ）法、ガスソースＭＢＥ（ＧＳＭＢ
Ｅ）法、化学線エピタキシャル成長（ＣＢＥ）法、有機
金属分子線エピタキシャル成長（ＭＯＭＢＥ）法などに
おけるように、原料分子の平均自由工程が基板と分子線
源との間の距離より大きくなるように真空排気された結
晶成長室内で原料分子線を基板に照射することによっ
て、窒素とともに少なくとももう１つのＶ族元素を含む
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、オプトエレクトロニクス用材料と
して、窒素とともに少なくとももう１つのＶ族元素を含
むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が注目されている。なぜな
らば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、その混晶の組成を
変化させることによって、その結晶格子定数やエネルギ
バンドギャップを広い範囲で制御できるからである。中
でも、ＧａＩｎＮＡｓ系半導体は、ＧａＡｓと格子整合
が可能になる組成において１．３μｍまたは１．５５μ
ｍの波長を含む帯域の光を伝送する光ファイバ通信用レ
ーザの活性層のために望まれるバンドギャップを有し、
かつ、ＡｌＧａＡｓ系またはＩｎＧａＰ系の半導体との
組合せによって伝導帯の大きなバンドオフセットが得ら
れることから、温度が上昇しても必要な電流があまり増
大しないという改善された温度特性を有する通信用半導
体レーザを実現し得る材料として期待されている（たと
えば、応用物理、第６５巻（１９９６）第１４８頁参
照）。

【０００３】従来、ＧａＩｎＮＡｓ系半導体などのよう
に窒素とともに他のＶ族元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体の形成に用いられる分子線エピタキシャル成長
（ＭＢＥ）法、ガスソースＭＢＥ（ＧＳＭＢＥ）法、化
学線エピタキシャル成長（ＣＢＥ）法、有機金属分子線
エピタキシャル成長（ＭＯＭＢＥ）法など（以下、これ
らの方法をＭＢＥ法と総称する）による結晶成長におい
ては、結晶中への窒素の取込み効率への観点から、窒素
分子（Ｎ₂）またはアンモニア（ＮＨ₃）のプラズマか
ら得られる活性窒素（窒素ラジカル）が用いられている
（特開平６−３３４１６８号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、窒素原料とし
て窒素ラジカルを用いるＭＢＥ法によれば、窒素ととも
に他のＶ族元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶
成長においては、窒素濃度の増大とともにその半導体の
結晶性が低下するという問題がある。たとえば、Ｇａ
_0.75Ｉｎ_0.25Ｎ_0.005Ａｓ_0.995の混晶を単一量子井戸
（ＳＱＷ）の活性層に用いた半導体レーザにおいて、７
７Ｋで波長１．１１３μｍの光のレーザ発振が報告され
ているが（Electronics Letters, Vol.32, 1996, p.158
5 参照）、光ファイバ通信に利用される１．３μｍまた
は１．５５μｍの波長を含む帯域における光のレーザ発
振が実現されていない。

【０００５】すなわち、ＧａＡｓに格子整合し得るＧａ
ＩｎＮＡｓ系混晶において、１．３μｍ以上の発振波長
に相当するエネルギバンドギャップを得るためには、Ｖ
族元素中の窒素の含有量を上記のような従来例における
０．５原子％より大きな約２．５原子％以上にする必要
があるが、従来の窒素ラジカルを用いたＭＢＥ法で成長
させられた半導体においては、窒素含有量の増大に伴っ
て結晶性が低下することがわかってきた。

【０００６】この原因は、窒素源として窒素ラジカルを
用いた場合に、窒素ラジカルの反応性の高さまたはその
高いエネルギに起因して結晶欠陥が誘発されるからであ
ると考えられる。すなわち、窒素ラジカルの反応性の高
さに基づいて、窒素はＩＩＩ族元素との結合を容易に形
成して結晶内へ高い効率で取込まれるが、同時に窒素以
外のＶ族元素と結合した窒素化合物分子も形成されてし
まい、この窒素化合物分子も結晶中に取込まれることに
よってアンチサイトのＶ族元素（ＩＩＩ族元素が占める
べき格子位置を占めたＶ族元素）や格子間原子のような
結晶欠陥を誘発すると考えられる。このとき、Ｎ−Ｎの
結合が生成してもＮ₂分子は高い蒸気圧を有していて結
晶中へのその取込み率は小さく、窒素以外のＶ族元素と
窒素との結合が形成された場合に結晶性の低下の問題が
生じる。

【０００７】また、窒素ラジカルから放出されたエネル
ギによって、既に形成された結晶成長表面近傍のＩＩＩ
族元素と窒素以外のＶ族元素との結合（たとえば、Ｇａ
−Ａｓ結合）が解離させられて、比較的蒸気圧の高いＶ
族元素が脱離して空孔が発生することが考えられる。こ
のとき、ＩＩＩ族元素と窒素との結合は強くて安定であ
るので、特にＩＩＩ族元素との結合強度が窒素に比べて
小さい他のＶ族元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に
おいて結晶性の低下の問題が生じる。

【０００８】したがって、窒素ラジカルを用いるＭＢＥ
法によって窒素とともに他のＶ族元素を含むＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体の結晶を成長させる場合、結晶中の窒素
濃度を増大させようとして窒素ラジカルの供給量を増大
させれば、高品質の結晶を得ることが難しくなるという
問題がある。

【０００９】以上のような従来技術における課題に鑑
み、本発明は、窒素とともに少なくとももう１つのＶ族
元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体においても優れた
結晶性を実現し得る化合物半導体の製造方法を提供する
ことを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様によ
る化合物半導体の製造方法は、原料分子の平均自由工程
が基板と分子線源との間の距離より大きくなるように真
空排気された結晶成長室内で原料分子線を基板に照射す
ることによって窒素とともに少なくとももう１つのＶ族
元素をも含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶が成長させ
られるときに、窒素の原料として窒素化合物が用いら
れ、その窒素化合物の分子は基板の表面に到達した後に
分解して窒素原子のみが半導体結晶中に取込まれること
を特徴としている。

【００１１】すなわち、結晶成長表面における窒素化合
物の解離と吸着によって窒素原子が結晶中に取込まれ
る。したがって、窒素ラジカルではなくて安定な窒素化
合物を窒素原料として用いることによって、窒素化合物
の分解の際に窒素以外のＶ族元素と窒素との反応を抑制
することが可能である。また、結晶成長表面において窒
素化合物の分解によって窒素が結晶中に取込まれる際の
反応によって放出されるエネルギは窒素ラジカルが放出
するエネルギより小さくされ得るので、結晶成長表面近
傍におけるＩＩＩ族元素と窒素以外のＶ族元素との結合
の解離を抑制することが可能となり、安定した結晶成長
を実現することができる。

【００１２】窒素化合物としては、窒素の水素化物が好
ましく用いられ得る。窒素の水素化物の結合解離エネル
ギはＮ₂分子に比べて小さいので、結晶成長表面におけ
る水素化物の解離と窒素の吸着が比較的低温で行なわれ
得る。したがって、成長させられる化合物半導体におけ
る窒素とその他のＶ族元素との組成比の制御が容易にな
る。また、窒素の水素化物の解離によって生じるＨ₂分
子は結晶成長表面から容易に脱離するので、結晶中への
不要な不純物の取込みが生じることもない。さらに、結
晶成長表面に炭素（Ｃ）などの不純物が存在する場合に
は、その不純物が水素化物を形成して結晶成長表面から
脱離することによる清浄化の効果も期待され得る。

【００１３】窒素の水素化物としては、ＮＨ₃が好まし
く用いられ得る。ＮＨ₃は窒素の水素化物の中で最も安
定であり、解離と吸着によって窒素原子が結晶中に取込
まれるときに、窒素とそれ以外のＶ族元素との相互反応
による結晶欠陥の発生を最小限に抑制することができ
る。

【００１４】窒素化合物として窒素の水素化物が用いら
れる場合には、結晶成長の間に基板は５００〜７５０℃
の範囲内の温度に保持されることが好ましい。また、窒
素化合物としてＮＨ₃を用いる場合には、そのＮＨ₃を
３５０〜５００℃の範囲内の温度に加熱した後に基板に
照射することが好ましい。

【００１５】なお、窒素の水素化物として、ヒドラジン
（Ｎ₂Ｈ₄）もＮＨ₃と同様に好ましく用いられ得る。

【００１６】また、窒素化合物として、窒素のアルキル
化合物も好ましく用いられ得る。窒素のアルキル化合物
は一般に窒素の水素化物より小さな結合解離エネルギを
有している。その結果、結晶成長表面における窒素化合
物の解離が容易となり、結晶中への窒素の取込み効率が
高められ得る。また、窒素のアルキル化合物の分解によ
って生じるアルキル基は高い蒸気圧を有する炭化水素で
あるので、結晶成長表面から容易に脱離して結晶中に取
込まれることがないので、高純度の結晶を得ることがで
きる。

【００１７】なお、窒素のアルキル化合物として、ヒド
ラジンのアルキル化物も同様に好ましく用いられ得る。

【００１８】さらに、窒素のアルキル化合物としてアル
キルアミン系化合物も好ましく用いられ得る。安定なア
ルキルアミン系化合物を用いる場合、結晶成長表面にお
ける解離と吸着によって窒素原子が結晶中へ取込まれる
際に、窒素とそれ以外のＶ族元素との相互反応による結
晶欠陥の発生を最小限に抑制することができる。窒素の
化合物としてアルキルアミン系化合物を用いる場合に
は、結晶成長の間に基板は４００〜７５０℃の範囲内の
温度に保持されることが好ましい。

【００１９】基板は閃亜鉛鉱型の結晶構造を有する化合
物半導体であることが好ましく、その表面は｛１００｝
面から｛１１１｝Ａ面方向に向かう所定オフ角度を有す
ることが好ましい。このような化合物半導体基板の表面
では窒素化合物の分解が促進され、窒素ラジカルに比べ
て反応性の低い窒素化合物を用いても結晶中への窒素の
高い取込み効率を実現することができる。特に、化合物
半導体基板の表面のオフ角度は５〜１５°の範囲内にあ
ることが好ましい。

【００２０】Ｖ族元素を基板上に供給するとき、窒素化
合物分子を基板に照射する工程と他のＶ族元素を基板に
照射する工程とが重複することなく交互に行なわれるこ
とが好ましい。窒素原料とそれ以外のＶ族元素の原料の
基板への供給を個別に独立して行なうことによって、窒
素と他のＶ族元素との相互作用を低減させることができ
る。したがって、結晶中への窒素の取込み効率が改善さ
れるとともに、窒素ラジカルではない窒素原料を用いる
ことでは十分には抑制できない窒素と他のＶ族元素との
反応の十分な抑制も可能になる。

【００２１】窒素原料としては、１００ｋＪ／ｍｏｌよ
り小さな生成ギブスエネルギを有する窒素化合物がより
好ましく用いられ得る。１００ｋＪ／ｍｏｌより小さな
生成ギブスエネルギを有する窒素化合物を用いることに
よって、窒素化合物の分解の際に、窒素以外のＶ族元素
と窒素との反応をより効果的に抑制することができる。
また、結晶成長表面において、窒素化合物の分解によっ
て窒素が結晶中に取込まれる際の反応に起因するＩＩＩ
族元素と窒素元素以外のＶ族元素との結合の解離がより
効果的に抑制され、高品質の結晶を得ることが可能にな
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下において、本発明の実施の形
態が、種々の実施例を通して詳細に説明される。

【００２３】（実施例１）本発明の第１の実施例では、
窒素原料としてＮＨ₃を用いかつ他の元素の原料として
固体原料を用いたＭＢＥ法によって、ＧａＡｓ基板に格
子整合する組成を有するＧａＩｎＮＡｓとＡｌＧａＡｓ
との組合せによる単一量子井戸（ＳＱＷ）構造が作製さ
れた。

【００２４】図１において、このようなＧａＩｎＮＡｓ
／ＡｌＧａＡｓ−ＳＱＷからなる量子井戸構造が模式的
な断面図で示されている。この量子井戸構造において
は、ジャスト｛１００｝結晶表面を有するＧａＡｓ基板
１上に、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓからなる厚さ１μｍの下
部クラッド層２、ＧａＩｎＮＡｓ混晶からなる厚さ６ｎ
ｍの量子井戸層３、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓからなる厚さ
０．２μｍの上部クラッド層４、およびＧａＡｓからな
る厚さ０．１μｍのキャップ層５がＭＢＥ法によって順
次成長させられた。

【００２５】ＭＢＥ原料のＡｌ、Ｇａ、およびＩｎの各
々に関しては、固体金属原料をクヌーセンセルを用いて
加熱することによって分子線が基板表面上に照射され
た。Ａｓに関しては、固体のＡｓ原料をクラッキングセ
ルを用いて加熱することによって、Ａｓ₂ビームが基板
表面上に照射された。窒素原料としては、１００％のＮ
Ｈ₃ガスが用いられた。ＮＨ₃はそれが分解されない３
５０℃にガスソースセルによって加熱され、そのガスソ
ースセルからＮＨ₃ビームが基板表面に照射された。Ｎ
Ｈ₃を１００℃以上に加熱することによって、結晶成長
面上においてＮＨ ₃分子の拡散が促進され、結晶成長面
の平坦性が向上する。しかし、ＮＨ₃をガスソースセル
によって５００℃以上に加熱すれば、ＮＨ₃が結晶成長
表面に到達する前に熱分解によってＮ₂が生成し、結晶
中への窒素の取込み効率が低下する。したがって、ＮＨ
₃は１００〜５００℃の範囲内の温度に加熱されること
が好ましい。

【００２６】ＡｌＧａＡｓ層２，４とＧａＡｓ層５の成
長の際には、基板が５８０℃の温度に保持され、分子線
強度としてＡｌ＝２×１０^-7Ｔｏｒｒ（ＧａＡｓ層の形
成の場合は不要）、Ｇａ＝５×１０^-7Ｔｏｒｒ、そして
Ａｓ＝５×１０^-6Ｔｏｒｒが用いられた。この場合の結
晶成長速度は、厚さ方向において約０．５μｍ／ｈであ
った。

【００２７】ＧａＩｎＮＡｓ混晶層３の形成において
は、基板が５８０℃の温度に保持され、表１に例示され
ているように目的とする組成にほぼ比例する分子線強度
を用いて結晶成長が行なわれた。

【００２８】

【表１】

【００２９】図２において、第１実施例によって作製さ
れたＧａＩｎＮＡｓ／ＡｌＧａＡｓ−ＳＱＷからなる量
子井戸構造におけるＰＬ（フォトルミネセンス）発光強
度の窒素組成依存性が、ＭＢＥ法においてＮＨ₃の代わ
りに窒素ラジカルを用いて作製された量子井戸構造との
比較において示されている。図２のグラフにおいて、横
軸はＧａＩｎＮＡｓ活性層３に含まれるＶ族元素中の窒
素含有量（原子％）を表わし、縦軸はＰＬ発光強度（任
意単位）で表わしている。黒丸印を含む曲線２Ａは第１
実施例による量子井戸構造におけるＰＬ発光強度を表わ
し、白角印を含む曲線２Ｂは窒素ラジカルを利用して形
成された従来の量子井戸構造におけるＰＬ発光強度を表
わしている。

【００３０】図２から明らかなように、ＮＨ₃を利用し
て作製された量子井戸構造においては、３．５原子％程
度の高い窒素含有量を有していても十分な強度のＰＬ発
光を生じ得ることが確認された。他方、窒素ラジカルを
利用して作製された量子井戸構造においては、窒素含有
量が約２原子％を超えれば急激にＰＬ発光強度が低下し
た。また、約２原子％以下の低い窒素濃度の範囲におい
ても、ＮＨ₃を利用して作製された量子井戸構造は、窒
素ラジカルを利用して作製されたものに比べてＰＬ発光
強度が改善されることが明らかになった。

【００３１】第１実施例における以上の結果から明らか
なように、本発明によれば、比較的高い窒素濃度範囲ま
で高品質のＧａＩｎＮＡｓ混晶を得ることができる。ま
た、このような高濃度の窒素を含みかつ高品質のＧａＩ
ｎＮＡｓ層を活性層として用いた半導体レーザを作製す
ることにより、１．３μｍまたは１．５５μｍの波長を
含む帯域の光を低電流で射出することができ、かつ長寿
命で高性能の光通信用半導体レーザを提供することがで
きる。

【００３２】ところで、図２においては窒素原料として
窒素の水素化物のうちのＮＨ₃が利用されたが、窒素の
他の水素化物としてヒドラジン（Ｎ₂Ｈ₄）やアジ化水
素（Ｎ₃Ｈ）を用いることも可能である。表２に示され
ているように、ヒドラジンやアジ化水素はＮＨ₃に比べ
て小さな結合解離エネルギを有していて結晶成長表面上
で分解しやすいので、結晶内への窒素の取込み効率が高
められ得る。

【００３３】

【表２】

【００３４】しかし、表３に示されているように、ＮＨ
₃は、窒素の水素化物の中で最も小さな生成ギブスエネ
ルギを有していて安定である。したがって、高品質結晶
を得るという観点からは、ＮＨ₃は、解離と吸着によっ
て窒素原子が結晶中へ取込まれる際に、窒素とそれ以外
のＶ族元素との相互反応による結晶欠陥の発生を最小限
に抑制し得るという点で好ましい。

【００３５】

【表３】

【００３６】なお、図２においては基板温度が５８０℃
に保持されたが、ＮＨ₃を窒素原料として用いる場合に
は、５００〜７５０℃の範囲内の基板温度を用いること
ができる。基板温度が５００℃より低くなれば結晶成長
表面上でのＮＨ₃の分解効率が急激に低下し、窒素を含
む混晶を成長させることが困難になる。他方、基板温度
が７５０℃を超えれば、一般にＡｓやＰなどの窒素以外
のＶ族元素の脱離が増大し、結晶欠陥が増大するととも
に結晶表面の荒れを生じて、高品質の結晶を得ることが
困難になる。

【００３７】また、図２においてはＳＱＷ構造のクラッ
ド層としてＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層が用いられたが、Ｇ
ａＡｓ基板に格子整合するＩｎＧａＰのクラッド層を用
いてもよい。また、基板としてジャスト｛１００｝面を
有するＧａＡｓ基板が用いられたが、｛１００｝面に対
して所定のオフ角を有する基板表面が用いられてもよ
い。

【００３８】（実施例２）本発明の第２の実施例におい
ては、量子井戸層３の形成条件が変更されたことを除け
ば実施例１の場合と同様に図１に示されているような量
子井戸構造が作製された。

【００３９】すなわち、第２実施例においては、窒素原
料として、ＮＨ₃に代えてジメチルアミンが用いられ
た。ジメチルアミンの蒸気は、ＮＨ₃の場合と同様に、
ガスソースセルを用いて基板表面上に照射された。ガス
ソースセルは、そのセル上へのジメチルアミン蒸気の再
凝縮を防止するために、５０〜１５０℃の範囲内の温度
に加熱された。この範囲内の温度に加熱されたガスソー
スセルから放射されたジメチルアミンの蒸気は、基板表
面上に至るまでに分解させられることはない。

【００４０】量子井戸層３が形成される間、基板は５０
０℃の温度に保持され、分子線強度はＧａ＝５×１０^-7
Ｔｏｒｒ、Ｉｎ＝３．８×１０^-7Ｔｏｒｒ、Ａｓ＝２．
５×１０^-6Ｔｏｒｒ、およびジメチルアミン＝２．１×
１０^-7Ｔｏｒｒに設定された。このようにして形成され
た量子井戸層３におけるＩＩＩ族元素中のＩｎ含有量は
７．１原子％であり、Ｖ族元素中の窒素含有量は２．５
原子％であった。

【００４１】図３においては、第２実施例による量子井
戸構造におけるＰＬ発光スペクトル強度が、窒素ラジカ
ルを利用して作製された量子井戸構造との比較において
示されている。すなわち、図３の横軸は量子井戸構造か
ら射出される光の波長（ｎｍ）を表わし、縦軸はＰＬ発
光強度（任意単位）を表わしている。曲線３Ａはジメチ
ルアミンを利用して作製された量子井戸構造に対応し、
曲線３Ｂは窒素ラジカルを利用して作製された量子井戸
構造に対応している。

【００４２】図３から明らかなように、窒素ラジカルで
はなくてジメチルアミンを用いるＭＢＥ法によって形成
された量子井戸層３を含む量子井戸構造は１．３μｍの
波長近傍において高いピーク強度と小さな半値幅を有す
るＰＬ光を射出することができ、高品質のＧａＩｎＮＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓ−ＳＱＷ構造を得ることができる。す
なわち、第２実施例におけるように窒素原料としてジメ
チルアミンを用いるＭＢＥ法によっても、高品質のＧａ
ＩｎＮＡｓ混晶を得ることができる。

【００４３】なお、第２実施例の以上の説明では窒素を
含むアルキル化物としてジメチルアミンが用いられた
が、この他に実施例１において述べられたＮＨ₃、ヒド
ラジン、アジ化水素などのような窒素の水素化物におけ
る水素原子をアルキル基で置換したメチルアミン、メチ
ルヒドラジン、アジ化メチルなどのようなアルキル化物
も同様に用いられ得る。窒素の水素化物における水素原
子をアルキル基で置換することにより、表４に例示され
ているように、窒素の水素化物に比べて生成ギブスエネ
ルギをほとんど変化させることなく、窒素化合物の結合
解離エネルギを小さくすることが可能になる。その結
果、結晶成長表面上における窒素と他のＶ族元素との反
応を増大させることなく窒素化合物の解離の効率を向上
させることができ、窒素の結晶中への取込み効率が改善
されるとともに、結晶成長温度を低くすることが可能に
なる。

【００４４】

【表４】

【００４５】窒素を含むアルキル化物の中でも、アルキ
ルアミン系化合物はＮＨ₃と同様に安定な化合物であ
り、解離と吸着によって窒素原子が結晶中へ取込まれる
際に、窒素と他のＶ族元素との相互反応による結晶欠陥
の発生を最小限に抑制することができる。

【００４６】なお、図３においてはジメチルアミンを用
いて量子井戸３を形成する間に基板が５００℃に保持さ
れたが、窒素原料としてアルキルアミン系化合物を用い
る場合には、基板を４００〜７５０℃の範囲内の温度に
保持することによって高品質の量子井戸層３を成長させ
ることが可能である。すなわち、アルキルアミン系化合
物を用いる場合には、それがＮＨ₃に比べて分解しやす
いことに起因して、比較的低い温度の基板表面上に量子
井戸層３を成長させることが可能になり、同じ温度の基
板表面上においては窒素の結晶中へのより高い取込み効
率を得ることができる。

【００４７】また、図３においてはＳＱＷ構造における
クラッド層２，４としてＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ層が用い
られたが、ＧａＡｓ基板に格子整合するＩｎＧａＰが用
いられてもよい。さらに、基板表面としてジャスト｛１
００｝結晶面が用いられたが、｛１００｝面に対して所
定のオフ角度を有する基板表面が用いられてもよい。

【００４８】（実施例３）本発明の第３の実施例におい
ては、ＧａＰ基板のジャスト｛１００｝面上にＧａＩｎ
ＮＰ混晶層が成長させられた。その基板は５５０℃の温
度に保持され、ＰＨ₃をガスソースセルにて８００℃で
クラッキングして、Ｐ₂ビームが基板表面上に照射され
た。他の元素のＧａ、ＩｎおよびＮに関しては、実施例
１の場合と同じ原料とセルが用いられた。

【００４９】このＧａＩｎＮＰ混晶層は、ＧａＰ基板と
格子整合し得る組成（ＩＩＩ族元素中のＩｎ＝５原子
％、Ｖ族元素中のＮ＝３原子％）で、１μｍの厚さまで
成長させられた。このときの分子線の条件は、Ｇａ＝
５．０×１０^-7Ｔｏｒｒ、Ｉｎ＝２．６×１０^-8Ｔｏｒ
ｒ、Ｐ₂（ＰＨ₃）＝５．０×１０^-6Ｔｏｒｒ、そして
ＮＨ₃＝３．９×１０^-7Ｔｏｒｒであった。

【００５０】得られたＧａＩｎＮＰ層をＸ線回折によっ
て評価した結果、｛４００｝回折スペクトルの半値幅
は、極めて小さくて良好な値である１５秒であった。こ
のように、本発明によれば、高品質のＧａＩｎＮＰ混晶
層を得ることもできる。

【００５１】なお、第３実施例における以上の説明では
窒素源としてＮＨ₃が用いられたが、実施例１および実
施例２に例示された他の窒素原料を用いることも可能で
あることは言うまでもない。

【００５２】（実施例４）本発明の第４の実施例におい
て、閃亜鉛鉱型結晶構造を有するＧａＡｓ基板のジャス
ト｛１００｝面から｛１１１｝面方向に向かう種々のオ
フ角度を有する種々の表面上に厚さ１μｍのＧａＩｎＮ
Ａｓ混晶層が、表１中の条件２のもとに成長させられ
た。得られたＧａＩｎＮＡｓ混晶層において、基板表面
のオフ角度とＶ族元素中の窒素含有量との関係が、ＰＬ
発光のピークエネルギとＸ線回折ピーク位置とを利用し
て調べられ、その結果が図４において示されている。

【００５３】図４のグラフにおいて、横軸はＧａＡｓ基
板のジャスト｛１００｝面から｛１１１｝面を経て〈０
１１〉方向へ向かうオフ角度（度数）を表わし、縦軸は
ＧａＩｎＮＡｓ混晶層におけるＶ族元素中の窒素組成
（原子％）を表わしている。図４からわかるように、得
られたＧａＩｎＮＡｓ混晶層における窒素含有量は、基
板表面が｛１１１｝Ａ面方向へ向かうオフ角を有する場
合に増大するが、｛１１１｝Ｂ面方向に向かうオフ角を
有する場合には増大しない。この理由は、おそらく、
｛１１１｝Ａ面方向に向かうオフ角の場合に基板表面に
形成されるＩＩＩ族原子からなるステップにおける窒素
化合物の分解効率が、｛１１１｝Ｂ面方向に向かうオフ
角の場合に基板表面に形成されるＶ族原子からなるステ
ップにおけるそれに比べて高いからであると考えられ
る。

【００５４】なお、｛１１１｝Ａ面とは陽イオン原子で
終端された｛１１１｝面を意味し、｛１１１｝Ｂ面とは
陰イオン原子で終端された｛１１１｝面を意味する。こ
こで、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の場合には、陽イオン
原子とはＩＩＩ族元素を意味し、陰イオン原子とはＶ族
元素を意味する。

【００５５】図４の結果から、｛１００｝面から｛１１
１｝Ａ面に向かう３〜２０°のオフ角度を有する基板表
面を用いることによって、成長させられる混晶層内への
窒素の取込み効率の向上が期待され得る。特に、５〜１
５°のオフ角度の場合に、窒素のより高い取込み効率が
期待され得る。

【００５６】次に、ＧａＡｓ基板表面のオフ角度が種々
に変化させられたことを除けば、実施例１の場合と同様
に図１に示されているような量子井戸構造が表１中の条
件２のもとに作製された。こうして得られた量子井戸構
造のＰＬ発光強度とオフ角度との関係が図５において示
されている。

【００５７】図５において、横軸は図４の場合と同様に
基板表面のオフ角度を表わしているが、縦軸はＰＬ発光
強度（任意単位）を表わしている。図５に示されている
ように、基板表面のオフ角度が５〜１５°の範囲内にあ
る場合に、ＰＬ発光強度の増大が得られる。この理由と
して、基板表面のオフ角度の影響によって混晶層成長中
の窒素の取込み効率が改善されるとともに混晶層の結晶
性が向上したからであると考えられる。他方、基板表面
のオフ角度が２０°以上になれば、量子井戸構造のＰＬ
発光強度は逆に低下する傾向にある。この理由として
は、基板表面のオフ角が２０°以上になれば、その基板
表面が荒れた状態になるからであると考えられる。以上
のことから、基板表面のオフ角度を｛１００｝面から
｛１１１｝Ａ面に向かう５〜１５°の範囲内に設定する
ことによって、量子井戸構造のＰＬ発光強度を向上させ
ることができる。

【００５８】なお、第４実施例において、窒素を原料と
して、ＮＨ₃以外に実施例１および実施例２に例示され
ている他の窒素化合物も同様に用い得ることは言うまで
もない。

【００５９】（実施例５）本発明の第５の実施例におい
ては、量子井戸層３の成長の間に窒素原料（ＮＨ ₃）と
ヒ素原料（Ａｓ₂）が５００℃の基板表面上に同時に供
給されることなく交互に供給されたことを除けば、実施
例１の場合と同様に図１に示されているような量子井戸
構造が作製された。図６は、ＧａＡｓ基板の｛１００｝
面上の原料供給のシーケンスを表わすタイミングチャー
トである。図６からわかるように、ＧａＩｎＮＡｓ量子
井戸層３の成長の間、ＩＩＩ族元素であるＧａとＩｎに
関しては常時に基板表面上に分子線が照射された。しか
し、Ｖ族元素に関しては、基板表面上にヒ素原料（Ａｓ
₂）が１１．５秒間供給された後に１秒間のインターバ
ルを経てから窒素原料（ＮＨ₃）が３．３秒間供給さ
れ、このシーケンスが１秒間のインターバルを挟んで複
数回繰返された。

【００６０】このとき、原料分子線の強度はＧａ＝２．
５×１０^-7Ｔｏｒｒ、Ｉｎ＝２．５×１０^-8Ｔｏｒｒ、
Ａｓ₂＝２．５×１０^-6Ｔｏｒｒ、およびＮＨ₃＝５×
１０ ^-6Ｔｏｒｒに設定された。このような分子線強度に
よって、窒素原料とヒ素原料の供給シーケンスの１周期
の間に、ほぼ３分子層のＧａＩｎＮＡｓ層が成長させら
れる。

【００６１】図６に示されているような原料供給におい
て、窒素原料の供給の間にはＧａとＩｎと窒素が結晶中
に取込まれ、ヒ素原料の供給の間にはＧａとＩｎとＡｓ
が結晶中に取込まれる。そのとき、１周期の原料供給シ
ーケンスにおいて成長する混晶層の厚さを０．５〜５分
子層程度の範囲内に設定すれば、ほぼ均一組成の混晶を
得ることが可能である。また、窒素原料とヒ素原料の分
子線強度や供給時間を適切に調節することによって混晶
組成を制御することが可能である。

【００６２】第５実施例におけるような原料供給法によ
れば、窒素原料と窒素以外のＶ族元素の原料とが独立に
供給されるので、結晶中への窒素の取込みに関して他の
Ｖ族元素との競合を避けることができ、結晶中への窒素
の取込み効率を向上させることが可能になる。その結
果、実施例５による量子井戸構造においては、窒素とそ
の他のＶ族元素とが同時に基板表面上に供給されること
によって作製された量子井戸層を含むものに比べてＰＬ
発光強度が増大し、すなわち高品質のＧａＩｎＮＡｓ／
ＡｌＧａＡｓ−ＳＱＷ構造を得ることができた。

【００６３】なお、第５実施例においても、窒素を原料
としてＮＨ₃以外に実施例１および実施例２に例示され
た他の窒素化合物をも用い得ることは言うまでもない。
また、第５実施例においても、基板のジャスト｛１０
０｝表面以外にオフ角度を有する基板表面を用い得るこ
とも言うまでもない。

【００６４】（実施例６）本発明の第６の実施例におい
ては、ガスセルにおけるＮＨ₃の加熱温度が種々に変え
られたことを除けば、実施例１の場合と同様に、図１に
示されているような量子井戸構造が作製された。ガス供
給ラインからガスセルに供給されたＮＨ₃は、ガスセル
内部の加熱部分を通過して所望の温度に加熱された後
に、結晶成長表面上に供給された。ＧａＩｎＮＡｓ層３
の成長中における各分子線の強度は、ＮＨ₃ガスの加熱
温度が３５０℃の条件のもとにおいて、ＩＩＩ族元素中
のＩｎの含有量が７．１原子％でＶ族元素中の窒素含有
量が２．５原子％になるように固定された。このように
して作製された量子井戸構造において、ＮＨ₃ガスの加
熱温度とＰＬ発光特性との関係が図７において示されて
いる。

【００６５】図７のグラフにおいて、横軸はＮＨ₃ガス
の加熱温度（℃）を表わし、左側の縦軸はＰＬ発光強度
（任意単位）を表わし、そして右側の縦軸はＰＬ発光強
度ピークにおける波長（ｎｍ）を表わしている。また、
破線の曲線７ＡはＰＬ発光波長を表わし、実線の曲線７
ＢはＰＬ発光強度を表わしている。

【００６６】曲線７Ａからわかるように、ＮＨ₃ガスの
加熱温度が５００℃以上になれば、発光強度ピークにお
ける波長が短くなる。この理由としては、５００℃以上
の加熱温度のもとではＮＨ₃が分解して安定なＮ₂分子
が形成されるので、結晶成長表面において窒素原子の取
込み量が減少し、ＧａＩｎＮＡｓ層中の窒素含有量が低
下するからであると考えられる。

【００６７】他方、曲線７Ｂからわかるように、ＮＨ₃
ガスを１００℃以上に加熱することによってＰＬ発光強
度が増大し、特に、３５０〜５００℃の加熱温度範囲内
において発光強度の著しい増大が得られる。しかし、Ｎ
Ｈ₃ガスを５００℃以上の温度に加熱すれば、その温度
の上昇に伴ってＰＬ発光強度は急激に低下する。

【００６８】ＮＨ₃ガスの加熱に起因して発光強度が増
大する理由としては、おそらく、ＮＨ₃分子が有する熱
エネルギが増大して、結晶成長表面におけるＮＨ₃分子
のマイグレーションが促進されるからであると考えられ
る。特に、ＮＨ₃ガスの加熱温度が３５０〜５００℃の
範囲内にあるときに、ＮＨ₃分子のマイグレーションに
よる効果が顕著になるものと考えられる。他方、ＮＨ₃
ガスの加熱温度が５００℃以上の場合に発光強度が低下
する理由としては、結晶中への窒素の取込み率の減少に
伴って、ＧａＡｓ基板との格子整合条件からのずれに起
因する結晶欠陥が発生するからであると考えられる。

【００６９】以上を要約すれば、ＰＬ発光波長とＧａＩ
ｎＮＡｓ層の結晶性の観点から、ＮＨ₃ガスの加熱温度
は５００℃以下であることが好ましい。また、ＧａＩｎ
ＮＡｓ層の結晶性の観点から、ＮＨ₃ガスの加熱温度は
１００℃以上であることが好ましく、３５０℃以上であ
ることがさらに好ましい。

【００７０】なお、第６実施例における以上の説明で
は、窒素以外の原料として固体原料が用いられたが、Ａ
ｓ原料としてターシャリブチルアルシン（ＴＢＡｓ）や
トリスジメチルアミノアルシン（ＴＤＭＡＡｓ）などを
用いることもでき、ＩＩＩ族元素原料としてＧａやＩｎ
の有機金属化合物などを用いることもできる。

【００７１】（実施例７）本発明の第７の実施例におい
ては、窒素とともに他のＶ族元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体の混晶層が、窒素原料としてモノメチルヒド
ラジン（ＭＭＨｙ）を用いて成長させられた。

【００７２】まず、ＧａＡｓ基板の｛１００｝面上に、
種々の基板温度のもとでＭＭＨｙを用いてＧａＡｓＮ混
晶層を成長させることによって、その混晶層における窒
素含有量の基板温度依存性が調べられた。このとき、Ｇ
ａ原料は実施例１の場合と同様に供給されたが、Ａｓ原
料はターシャリブチルアルシン（ＴＢＡｓ）を６００℃
に加熱することによってＡｓ₂分子線として供給され
た。他の結晶成長条件は、ＧａＡｓＮ層中への窒素の取
込み効率が最も高くなってＶ族元素中の窒素含有量がほ
ぼ飽和する１０原子％になるように設定された。また、
ＭＭＨｙの代わりにＮＨ₃を用いたこと以外は同じ条件
のもとにおいてもＧａＡｓＮ層が成長させられた。こう
して得られたＧａＡｓＮ層中の窒素含有量と基板温度と
の関係が図８に示されている。

【００７３】図８のグラフにおいて、横軸は基板温度
（℃）を表わし、縦軸はＧａＡｓＮ層におけるＶ族元素
中の窒素組成（原子％）を表わしている。そして、実線
の曲線８Ａと破線の曲線８Ｂは、それぞれＭＭＨｙを用
いた場合とＮＨ₃を用いた場合におけるＧａＡｓＮ層中
の窒素組成を表わしている。

【００７４】曲線８Ａからわかるように、ＭＭＨｙを用
いた場合には基板温度が約３５０℃以上でＧａＡｓＮ層
が成長し、基板温度の上昇に伴って窒素含有量が増大し
て、約６００℃以上で飽和する傾向がある。他方、曲線
８Ｂからわかるように、ＮＨ ₃を用いた場合には、約４
５０℃以上でＧａＡｓＮ層が成長し、基板温度の上昇に
伴って窒素含有量が増大して、約７００℃で飽和する傾
向がある。すなわち、図８の結果から、窒素とともに他
のＶ族元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の混晶層の
成長において、窒素原料としてＭＭＨｙを用いることに
よって、ＮＨ₃を用いた場合に比べて低い温度でその混
晶層を成長させ得ることがわかる。

【００７５】なお、図８では種々のヒ素原料を用い得る
ことをも例示するためにＴＢＡｓを用いた場合が示され
たが、ヒ素原料として実施例１の場合と同様に固体原料
を用いた場合でも、図８に示されているような傾向はほ
とんど変わらない。

【００７６】次に、窒素原料としてＮＨ₃またはＭＭＨ
ｙを用いかつ量子井戸層３の成長の間に基板が５００℃
に保持されたことを除けば、実施例１の場合と同様に図
１に示されているような量子井戸構造が作製された。こ
のときＧａＩｎＮＡｓ層３の組成としては、１．３μｍ
の発光波長を得るために、ＩＩＩ族元素中のＩｎ含有量
が７．１原子％であってＶ族元素中のＮ含有量が２．５
原子％になるように、各原料分子線の条件が最適化され
た。こうして得られた量子井戸構造におけるＰＬ発光強
度が図９に示されている。図９のグラフにおいて、横軸
は量子井戸構造のＰＬ発光波長（ｎｍ）を表わし、縦軸
はＰＬ発光強度（任意単位）を表わしている。そして、
実線の曲線９Ａと破線の曲線９Ｂとは、それぞれＭＭＨ
ｙを用いた場合とＮＨ₃を用いた場合におけるＰＬ発光
強度を示している。図９の結果から明らかなように、５
００℃の基板温度のもとでは、ＮＨ₃でなくてＭＭＨｙ
を用いて作製された量子井戸構造において高いピークと
狭い半値幅を有するＰＬ発光が得られ、高品質のＧａＩ
ｎＮＡｓ量子井戸３が形成されていることがわかる。し
かし、基板温度が約６００℃以上の条件のもとでは、Ｍ
ＭＨｙではなくてＮＨ₃を用いて作製された半導体レー
ザの方が、良好なＰＬ発光特性を示した。

【００７７】このように、ＮＨ₃とＭＭＨｙとによる効
果が異なる理由としては、基板温度が低い場合には結晶
成長表面上におけるＮＨ₃の分解効率が減少するので、
未分解のＮＨ₃分子が結晶成長を阻害して結晶性の低下
を生じるからであると考えられる。他方、基板温度が高
くてＮＨ₃とＭＭＨｙとのいずれもが容易に分解可能な
条件のもとでは、比較的反応性が低くて結晶成長表面に
おいて欠陥を誘発しにくいＮＨ₃を用いた場合に、良好
な結晶性が得られるからであると考えられる。

【００７８】なお、第７実施例の以上の説明において
は、ヒドラジン系の化合物としてＭＭＨｙが用いられた
が、ヒドラジン（Ｎ₂Ｈ₄）やジメチルヒドラジン（Ｄ
ＭＨｙ）なども、同様の基板温度範囲において好ましい
窒素源として用いることができる。ただし、ＤＭＨｙを
用いる場合には結晶中に炭素が不純物として取込まれる
ことがあるので、ＤＭＨｙに比べて少ないアルキル基を
含むＭＭＨｙやアルキル基を含まないＮ₂Ｈ₄は、結晶
中への不純物炭素の取込みを抑制することができるとい
う点でより好ましい。

【００７９】（実施例８）本発明の第８の実施例におい
ては、量子井戸層３の形成条件が変更されたことを除け
ば、実施例１の場合と同様に図１に示されているような
量子井戸構造が作製された。すなわち、第８実施例にお
いては、窒素原料として表５に示されているような異な
る生成エネルギを有する種々の原料が用いられ、量子井
戸層３が形成される間に基板はそれぞれの窒素原料を用
いた場合において最適な温度に保持された。量子井戸層
３におけるＩＩＩ族元素中のＩｎ含有量が７．１原子％
であってＶ族元素中の窒素含有量が２．５原子％になる
ように、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、および窒素原料の分子線強
度が設定された。

【００８０】

【表５】

【００８１】図１０においては、第８実施例による量子
井戸構造におけるＰＬ発光スペクトル強度と窒素原料の
生成ギブスエネルギとの関係が示されている。すなわ
ち、図１０の横軸は量子井戸層３の形成に用いられた窒
素原料の２９８Ｋにおける生成ギブスエネルギ（ｋＪ／
ｍｏｌ）を表わし、縦軸はＰＬ発光強度（任意単位）を
表している。図１０から明らかなように、窒素ラジカル
に比べて小さな生成ギブスエネルギを有する窒素原料を
用いることにより、ＰＬ発光強度が増大する傾向にあ
る。特に、約１００ｋＪ／ｍｏｌより小さな生成ギブス
エネルギを有する窒素原料を用いることによって、高い
ＰＬ発光強度を有する高品質のＧａＩｎＮＡｓ／ＡｌＧ
ａＡｓ−ＳＱＷ構造を得ることができる。

【００８２】なお、第８実施例の以上の説明において
は、基板表面としてジャスト｛１００｝結晶面が用いら
れたが、オフ角度を有する基板表面が用いられた場合で
も、図１０に示されている傾向はほとんど変わらない。
さらに、クラッド層２，４としてＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ
層が用いられたが、ＧａＡｓ基板に格子整合し得るＧａ
ＩｎＰが用いられた場合にも図１０に示されている傾向
はほとんど変わらない。

【００８３】（実施例９）本発明の第９の実施例におい
ては、実施例１の場合と同様に窒素原料としてＮＨ₃を
用いかつ他の元素の原料として固体原料を用いたＭＢＥ
法によって形成されたＧａＩｎＮＡｓ−ＳＱＷの活性層
を含む半導体レーザが作製された。

【００８４】図１１において、このようなＧａＩｎＮＡ
ｓ−ＳＱＷ構造を含む半導体レーザが模式的な断面図で
示されている。この半導体レーザにおいては、ジャスト
｛１００｝結晶表面を有するｎ型ＧａＡｓ基板１上に、
ｎ型ＧａＡｓからなる厚さ０．５μｍのバッファ層６、
ｎ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓからなる厚さ１μｍのｎ型ク
ラッド層７、ｎ型ＧａＡｓからなる厚さ０．１５μｍの
ｎ型ガイド層８、ノンドープＧａ_0.929Ｉｎ_0.071Ｎ
_0.025Ａｓ_0.975からなるＳＱＷ層９、ｐ型ＧａＡｓか
らなる厚さ０．１５μｍのｐ型ガイド層１０、ｐ型Ａｌ
_0.3Ｇａ_0.7Ａｓからなる厚さ０．５μｍのｐ型クラッ
ド層１１、およびｐ型ＧａＡｓからなる厚さ０．１μｍ
のコンタクト層１２がＭＢＥ法によって順次成長させら
れた。なお、これらの層の成長の際に、基板温度、ＮＨ
₃ガス加熱温度等については、実施例１の場合と同様の
条件が用いられた。また、Ｇａ_0.929Ｉｎ_0.071Ｎ
_0.025Ａｓ_0.975−ＳＱＷ層９の成長においては、表１
中の条件２に示される成長条件が採用された。

【００８５】このようにして、各半導体層が成長させら
れて積層された後に、ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓクラッ
ド層１１とｐ型ＧａＡｓコンタクト層１２の一部がウェ
ットエッチングによってメサストライプ状にエッチング
除去され、ポリアミドからなる絶縁層１３がそのエッチ
ング除去された部分を覆うように形成された。さらに、
上部電極１４と下部電極１５が形成され、図１１に示さ
れているようなリッジストライプ型の半導体レーザが作
製された。

【００８６】この半導体レーザでは、共振器端面にλ／
２コーティングが施された状態で室温において１．３μ
ｍの波長の光の連続発振が確認され、その発振しきい値
は１５ｍＡで、効率は０．３５Ｗ／Ａであった。また、
従来の半導体レーザの特性温度は約５０Ｋであるが、こ
の実施例の半導体レーザにおいては室温から８５℃の範
囲において特性温度が１７０Ｋに向上していた（すなわ
ち、温度の上昇に伴うレーザ発振に必要な電流の増大が
少なくなった）。さらに、この実施例の半導体レーザを
６０℃において１０ｍＷの出力で駆動することによって
信頼性試験を行なった結果、５０００時間以上の寿命
（駆動電流が初期電流から２０％増大するまでの時間）
が確認された。

【００８７】このように、本発明による化合物半導体の
製造方法を利用することにより、特性温度が高くて発振
しきい値が低くかつ高信頼性で高性能の光通信用半導体
レーザを得ることができる。なお、第９実施例において
は窒素原料としてＮＨ₃が用いられたが、他の実施例に
示されたジメチルアミンやＭＭＨｙなどのように１００
ｋＪ／ｍｏｌより小さな生成ギブスエネルギを有する窒
素化合物を用いても同様の性能を有する半導体レーザを
得ることができる。また、ＧａＩｎＮＡｓ活性層の組成
を変えることによって、１．５５μｍの波長帯において
も同様に優れた性能を有する半導体レーザを得ることが
できる。

【００８８】なお、以上の実施例において説明されたＭ
ＢＥ法は、前述のようにＧＳＭＢＥ法、ＣＢＥ法、ＭＯ
ＭＢＥ法などを含む広い概念として用いられており、Ｖ
族元素原料としてはＡｓＨ₃などのガスを用いることも
でき、ＩＩＩ族元素原料としてはトリメチルガリウム
（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、
またはトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）などの有機金
属を用いることもできる。要するに、原料分子の平均自
由工程が基板と分子線源との間の距離以上になるように
真空排気された結晶成長室内で原料分子線を基板上に照
射することによって化合物半導体結晶を成長させる広義
のＭＢＥ法を用いれば、各原料分子は結晶成長表面上の
みで反応を起こすので、種々の原料が本発明に適用可能
である。

【００８９】また、以上の種々の実施例において、窒素
と他のＶ族元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とし
て、Ｖ族元素中のＮ濃度≦３．５原子％であってＧａＡ
ｓ基板に格子整合し得るＧａＩｎＮＡｓ混晶やＮ濃度＝
３原子％であってＧａＰ基板に格子整合し得るＧａＩｎ
ＮＰ混晶が用いられたが、本発明は、他の種々の窒素濃
度を有するＧａＩｎＮＡｓやＧａＩｎＮＰの混晶はもち
ろんのこと、窒素とともにそれ以外のＶ族元素であるＡ
ｓ、Ｐ、Ｓｂ、およびＢｉの少なくとも１つを含み、Ｉ
ＩＩ族元素としてＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、およびＴｌの
少なくとも１つを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の混晶
層の成長に適用することができる。

【００９０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、窒素と
ともに少なくとも１以上の他のＶ族元素を含むＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体の混晶層のＭＢＥ成長において、結晶
欠陥を発生させることなく高品質の混晶層を得ることが
可能となる。したがって、このような高品質の混晶層を
利用することによって高性能のオプトエレクトロニクス
デバイスを提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１において作製された量子井戸
構造を説明するための概略的な断面図である。

【図２】本発明の実施例１において作製された量子井戸
構造における量子井戸層中の窒素濃度とＰＬ発光強度と
の関係を示すグラフである。

【図３】本発明の実施例２において作製された量子井戸
構造のＰＬ発光スペクトルを示すグラフである。

【図４】本発明の実施例４において作製されたＧａＩｎ
ＮＡｓ膜の窒素組成と基板表面の｛１００｝面からのオ
フ角度との関係を示すグラフである。

【図５】本発明の実施例４において作製された量子井戸
構造におけるＰＬ発光強度と基板表面のオフ角度との関
係を示すグラフである。

【図６】本発明の実施例５によるＧａＩｎＮＡｓ混晶層
の成長の際における原料供給シーケンスを説明するため
のタイミングチャートである。

【図７】本発明の実施例６による量子井戸構造におい
て、ＮＨ₃原料ガスの加熱温度とＰＬ発光の波長および
強度との関係を示すグラフである。

【図８】本発明の実施例７において形成されたＧａＡｓ
Ｎ層に含まれる窒素組成と基板温度との関係を示すグラ
フである。

【図９】実施例７によって作製された量子井戸構造にお
けるＰＬ発光の波長と強度との関係を示すグラフであ
る。

【図１０】本発明の実施例８において作製された量子井
戸構造のＰＬ発光強度と窒素原料の生成ギブスエネルギ
との関係を示すグラフである。

【図１１】本発明の実施例９において作製された半導体
レーザを示す模式的な断面図である。

【符号の説明】

１ＧａＡｓ基板２ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層３ＧａＩｎＮＡｓ−ＳＱＷ層４ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層５ＧａＡｓキャップ層６ｎ型ＧａＡｓバッファ層７ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層８ｎ型ＧａＡｓガイド層９ＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層１０ｐ型ＧａＡｓガイド層１１ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１２ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１３ポリアミド絶縁層１４上部電極１５下部電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料分子の平均自由工程が基板と分子線
源との間の距離より大きくなるように真空排気された結
晶成長室内で原料分子線を基板に照射することによって
窒素とともに少なくとももう１つのＶ族元素を含むＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体結晶が成長させられるときに、窒
素の原料として窒素化合物が用いられ、前記窒素化合物
の分子は前記基板の表面に到達した後に分解して窒素原
子のみが前記半導体結晶中に取込まれることを特徴とす
る化合物半導体の製造方法。
【請求項２】前記窒素原料として、窒素の水素化物が
用いられることを特徴とする請求項１に記載の化合物半
導体の製造方法。
【請求項３】前記窒素の水素化物として、アンモニア
が用いられることを特徴とする請求項２に記載の化合物
半導体の製造方法。
【請求項４】前記半導体結晶の成長の間に前記基板が
５００〜７００℃の範囲内の温度に保持されることを特
徴とする請求項３に記載の化合物半導体の製造方法。
【請求項５】前記アンモニアは３５０〜５００℃の範
囲内の温度に加熱された後に前記基板に照射されること
を特徴とする請求項３または４に記載の化合物半導体の
製造方法。
【請求項６】前記窒素の水素化物として、ヒドラジン
が用いられることを特徴とする請求項２に記載の化合物
半導体の製造方法。
【請求項７】前記窒素原料として、窒素のアルキル化
物が用いられることを特徴とする請求項１に記載の化合
物半導体の製造方法。
【請求項８】前記窒素のアルキル化物として、アルキ
ルアミン系化合物が用いられることを特徴とする請求項
７に記載の化合物半導体の製造方法。
【請求項９】前記半導体結晶の成長の間に前記基板が
４００〜７５０℃の範囲内の温度に保持されることを特
徴とする請求項８に記載の化合物半導体の製造方法。
【請求項１０】前記窒素原料として、ヒドラジンのア
ルキル化物が用いられることを特徴とする請求項２に記
載の化合物半導体の製造方法。
【請求項１１】前記基板は閃亜鉛鉱型の結晶構造を有
する化合物半導体からなり、前記基板は｛１００｝面か
ら｛１１１｝Ａ面方向に向かう所定のオフ角度を有する
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれかの項に記
載の化合物半導体の製造方法。
【請求項１２】前記オフ角度は５〜１５°の範囲内に
あることを特徴とする請求項１１に記載の化合物半導体
の製造方法。
【請求項１３】Ｖ族元素を前記基板上に供給すると
き、窒素原料を基板に照射する工程と窒素以外のＶ族元
素を基板に照射する工程とが重複することなく交互に行
なわれることを特徴とする請求項１から１２のいずれか
の項に記載の化合物半導体の製造方法。
【請求項１４】前記窒素原料として、１００ｋＪ／ｍ
ｏｌより小さな生成ギブスエネルギを有する窒素化合物
が用いられることを特徴とする請求項１から１３のいず
れかの項に記載の化合物半導体の製造方法。