JP3396323B2 - High resistance compound semiconductor layer, crystal growth method thereof, and semiconductor device using the high resistance compound semiconductor layer - Google Patents
High resistance compound semiconductor layer, crystal growth method thereof, and semiconductor device using the high resistance compound semiconductor layerInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、高抵抗化合物半導体
層とその結晶成長法,及び該層を用いた半導体装置に関
し、特に、有機金属化学気相成長法により形成した高抵
抗化合物半導体層とその結晶成長法,及び該層を用いた
半導体装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high resistance compound semiconductor layer, a crystal growth method thereof, and a semiconductor device using the layer, and more particularly to a high resistance compound semiconductor layer formed by a metal organic chemical vapor deposition method. The present invention relates to the crystal growth method and a semiconductor device using the layer.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、基板材料がInPからなるInP
系の光デバイス及び電子デバイスに用いる化合物半導体
層の材料として、3元化合物のAlInAsが注目を集
めている。そして、上記AlInAsのような化合物半
導体層を結晶成長させる代表的な方法としては、分子線
エピタキシー(以下、MBEと称す)法と、有機金属化
学気相成長(以下、MOCVDと称す)法とがあり、例
えばJournal of CrystalGrowth 131(1993) P.186 〜192
"Electrical properties and deep levels ofInGaAs l
ayers grown by metalorganic chemical vapor deposit
ion"(S.Naritsuka,T.Tada,A.Wagai,S.Fujita and Y.Ash
izawa)に示されているように、上記MBE法を用いてア
ンドープAlInAs層の結晶成長を行うと、該アンド
ープAlInAs層が高抵抗化し、また、上記MOCV
D法によりアンドープAlInAs層を結晶成長する
と、該アンドープAlInAs層がn型の伝導を示すも
のとなることが知られている。2. Description of the Related Art Recently, InP whose substrate material is InP
A ternary compound, AlInAs, has been attracting attention as a material for a compound semiconductor layer used for optical devices and electronic devices of the system. Then, as a typical method for crystal-growing a compound semiconductor layer such as AlInAs, there are a molecular beam epitaxy (hereinafter referred to as MBE) method and a metal organic chemical vapor deposition (hereinafter referred to as MOCVD) method. Yes, for example, Journal of Crystal Growth 131 (1993) P.186-192
"Electrical properties and deep levels of InGaAs l
ayers grown by metalorganic chemical vapor deposit
ion "(S.Naritsuka, T.Tada, A.Wagai, S.Fujita and Y.Ash
izawa), when the crystal growth of the undoped AlInAs layer is performed by using the MBE method, the undoped AlInAs layer has a high resistance, and the MOCV
It is known that when the undoped AlInAs layer is crystal-grown by the D method, the undoped AlInAs layer exhibits n-type conduction.
【0003】図14は、上記MOCVD法により成長温
度620〜700℃で成膜したアンドープAlInAs
層のエネルギバンド図であり、図において、Ec,E
v,ESD,EA ,EDDはそれぞれ伝導帯,価電子帯,浅
いドナー,浅いアクセプタ,深いドナーの各エネルギレ
ベルを示している。ここで、図14に示したようなドナ
ーレベルESD,EDD,及びアクセプタレベルEA は、上
記アンドープAlInAs層が真性半導体であれば存在
しないものであるが、真性半導体は理想的な半導体であ
り、これを形成することは非常に困難を極めるものであ
り、このアンドープAlInAs層を、MOCVD法を
用いた通常の形成方法により形成すると、意図せず導入
される不純物により、上記ドナーESD,EDD,及びアク
セプタレベルEA が形成されてしまうものである。FIG. 14 shows an undoped AlInAs film formed by the MOCVD method at a growth temperature of 620 to 700 ° C.
FIG. 3 is an energy band diagram of a layer, in which Ec, E
v, ESD, EA, and EDD represent the energy levels of the conduction band, valence band, shallow donor, shallow acceptor, and deep donor, respectively. Here, the donor level ESD, EDD, and the acceptor level EA as shown in FIG. 14 do not exist if the undoped AlInAs layer is an intrinsic semiconductor, but the intrinsic semiconductor is an ideal semiconductor. Is extremely difficult to form, and when this undoped AlInAs layer is formed by a usual forming method using the MOCVD method, the donors ESD, EDD, and the acceptor due to impurities introduced unintentionally are formed. The level EA is formed.
【0004】そして、上記アンドープAlInAs層に
おける伝導帯と、価電子帯とのエネルギギャップEc−
Evは室温で1.45eVとなり、各ドナーレベルES
D,EDD,及びアクセプタレベルEA は以下に示すよう
になる。まず、浅いドナーレベルESDは、Si,Se等
の不純物により形成されたものであり、このレベルESD
と上記伝導帯レベルEcとの差は、Ec−ESD≒5me
Vとなる。また、浅いアクセプタレベルEA は、Zn等
の不純物により形成されたものであり、このレベルEA
と上記価電子帯レベルEvとの差は、Ev−EA ≒20
meVとなる。さらに、深いドナーレベルEDDは、酸素
により形成されたものであり、このレベルEDDと上記伝
導帯レベルEcとの差Ec−EDDは、0.3,0.4
5,0.5eVと数多くの値をもつものとなる。Then, the energy gap Ec- between the conduction band and the valence band in the undoped AlInAs layer.
Ev is 1.45 eV at room temperature, and each donor level ES
D, EDD, and acceptor level EA are as shown below. First, the shallow donor level ESD is formed by impurities such as Si and Se.
And the above conduction band level Ec is Ec-ESD≈5 me
It becomes V. The shallow acceptor level EA is formed by impurities such as Zn, and this level EA
And the valence band level Ev is Ev-EA ≈ 20
It becomes meV. Further, the deep donor level EDD is formed by oxygen, and the difference Ec-EDD between this level EDD and the conduction band level Ec is 0.3,0.4.
It has many values of 5,0.5 eV.
【0005】このように、アンドープAlInAs層を
MOCVD法により成長温度620〜700℃で成膜し
た場合、浅いアクセプタが少ないために、該アンドープ
AlInAs層のフェルミレベルは伝導帯近傍に位置す
ることとなり、浅いドナー及び深いドナーのうちの上記
伝導帯レベルに近いエネルギレベルを形成するドナーか
ら電子が室温で励起されて、キャリア濃度1016cm-3
(ホール測定)のn型の伝導を示すものとなる。As described above, when the undoped AlInAs layer is formed by MOCVD at the growth temperature of 620 to 700 ° C., the Fermi level of the undoped AlInAs layer is located near the conduction band because there are few shallow acceptors. Electrons are excited at room temperature from a donor forming an energy level close to the conduction band level of the shallow donor and the deep donor, and the carrier concentration is 10 16 cm −3.
(Hall measurement) shows n-type conduction.
【0006】ところで、上記InP系の光デバイス,及
び電子デバイスにおける電流ブロック層,あるいは高抵
抗バッファ層等には、その抵抗率が5×104 Ω・cm
程度のものをよく用いるものであり、また一般的に、抵
抗率が103 〜108 Ω・cmオーダの化合物半導体を
高抵抗化合物半導体と呼ぶものである。しかるに、MO
CVD法により結晶成長させた上記キャリア濃度1016
cm-3のアンドープAlInAs層は、その抵抗率が1
Ω・cm以下となるため、高抵抗化合物半導体であるこ
とが必須条件とされる上記電流ブロック層,あるいは高
抵抗バッファ層等には用いることができない。By the way, the resistivity of the current blocking layer, the high resistance buffer layer, or the like in the above InP-based optical device and electronic device is 5 × 10 4 Ω · cm.
A compound semiconductor having a resistivity of the order of 10 3 to 10 8 Ω · cm is generally called a high resistance compound semiconductor. However, MO
The above carrier concentration 10 16 which was crystal-grown by the CVD method
The cm -3 undoped AlInAs layer has a resistivity of 1
Since it is Ω · cm or less, it cannot be used for the current blocking layer, the high resistance buffer layer, or the like, which is required to be a high resistance compound semiconductor.
【0007】そこで、MOCVD法により形成する際化
合物半導体を高抵抗化するために、該化合物半導体に、
深いアクセプタ準位を有しているFeをドーピングする
ことが知られており、例えば特開平1−241817号
公報には、AlGaAs層にFeを含有させて該AlG
aAs層を高抵抗化することが記載され、また、Jpn.J.
Appl.Phys.Vol.31(1992)pp,L376-L378 Part2,No.4A,1 A
pril 1992 "Highly Resistive Iron-Doped AlInAs Laye
rs Grown by Metalorganic Chemical Vapor Depositio
n"(H.Ishikawa,M.Kamada,H.Kawai and K.Kaneko) に
は、残留キャリア濃度が1〜2×1015cm-3でn型の
伝導を示すアンドープAlInAs層に、濃度が2×1
017 atoms・cm-3のFeをドーピングすることによ
り、その抵抗率が104 〜106 Ω・cmオーダとなる
高抵抗AlInAs層が得られることが示されている。
即ち、従来の高抵抗AlInAs層は、MBE法を用い
て結晶成長を行うか、もしくはMOCVD法によりFe
をドーピングして結晶成長を行うかのいずれかの方法に
より得ていたものである。Therefore, in order to increase the resistance of the compound semiconductor when it is formed by the MOCVD method, the compound semiconductor is
It is known to dope Fe having a deep acceptor level. For example, in JP-A-1-241817, the AlGaAs layer is made to contain Fe and the AlG layer is made to contain Fe.
It has been described to increase the resistance of the aAs layer, and Jpn.J.
Appl.Phys.Vol.31 (1992) pp, L376-L378 Part2, No.4A, 1 A
pril 1992 "Highly Resistive Iron-Doped AlInAs Laye
rs Grown by Metalorganic Chemical Vapor Depositio
n "(H.Ishikawa, M.Kamada, H.Kawai and K.Kaneko) has a concentration of 2 in the undoped AlInAs layer showing a residual carrier concentration of 1 to 2 × 10 15 cm -3 and n-type conductivity. × 1
It has been shown that by doping Fe with 0 17 atoms · cm −3 , a high resistance AlInAs layer having a resistivity of the order of 10 4 to 10 6 Ω · cm can be obtained.
That is, the conventional high-resistivity AlInAs layer is either crystal-grown using the MBE method or Fe-grown by the MOCVD method.
It was obtained by any one of the methods of doping and crystal growing.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】従来の高抵抗化合物半
導体層は、以上のような結晶成長法により形成されてお
り、MBE法を用いてアンドープの化合物半導体の結晶
成長を行うことにより、該化合物半導体を高抵抗化する
ことができるが、このMBE法を用いることによって高
抵抗化できる理由は未だ不明であり、かつ該MBE法は
リン系の化合物半導体には適用し難いものである。一
方、MOCVD法を用いた場合は、絶縁膜上への選択成
長等のように面方位依存性を利用した成長を行うことが
でき、かつ、これはリン系および砒素系の化合物半導体
の双方に対しその適用が容易なものであるが、アンドー
プの化合物半導体の結晶成長を行うと、該化合物半導体
がn型の伝導を示してしまうという問題がある。これを
補償するためには、上記化合物半導体にFeをドーパン
トとしてドーピングを行うと高抵抗化することができる
が、上記ドーピングされたFeは、該化合物半導体に隣
接して形成されるp型半導体に非常に早い速度で拡散す
ることが一般的に知られており、この拡散したFeは化
合物半導体結晶の電気的,光学的特性を劣化させ、これ
を用いる電子デバイス及び光学デバイスの信頼性を低下
させてしまうこととなる。従って、上記化合物半導体に
Feをドーピングして高抵抗化する結晶成長法,及びこ
の成長法により得た高抵抗化合物半導体層を備えた電子
デバイス,及び光学デバイスは実用的ではないという問
題点があった。The conventional high-resistance compound semiconductor layer is formed by the crystal growth method as described above, and by performing crystal growth of an undoped compound semiconductor using the MBE method, the compound Although it is possible to increase the resistance of a semiconductor, the reason why the resistance can be increased by using the MBE method is still unknown, and the MBE method is difficult to apply to a phosphorus-based compound semiconductor. On the other hand, when the MOCVD method is used, it is possible to perform growth utilizing the plane orientation dependency such as selective growth on an insulating film, and this is applied to both phosphorus-based and arsenic-based compound semiconductors. On the other hand, the application thereof is easy, but there is a problem that, when crystal growth of an undoped compound semiconductor is performed, the compound semiconductor exhibits n-type conduction. In order to compensate for this, it is possible to increase the resistance by doping the compound semiconductor with Fe as a dopant. However, the doped Fe is added to the p-type semiconductor formed adjacent to the compound semiconductor. It is generally known that it diffuses at a very high speed, and this diffused Fe deteriorates the electrical and optical characteristics of the compound semiconductor crystal, and reduces the reliability of electronic devices and optical devices using the same. Will be lost. Therefore, there is a problem that the crystal growth method for doping the compound semiconductor with Fe to increase the resistance, and the electronic device and the optical device provided with the high resistance compound semiconductor layer obtained by this growth method are not practical. It was
【0009】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、MOCVD法により、InP系
の電子デバイス及び光学デバイスに用いる化合物半導体
層を再現性良く高抵抗化して結晶成長させることがで
き、かつこの成長により得られる高抵抗化合物半導体層
が含有する不純物の,他の化合物半導体層への拡散を抑
制して、該高抵抗化合物半導体層を備えた電子デバイス
及び光学デバイスのデバイス特性を劣化させることのな
いものとできる,高抵抗化合物半導体層とその結晶成長
法,及び該層を用いた半導体装置を得ることを目的とす
るものである。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and the MOCVD method is used to grow a compound semiconductor layer used for InP-based electronic devices and optical devices with high reproducibility and high resistance. And a device of an electronic device and an optical device including the high resistance compound semiconductor layer by suppressing the diffusion of impurities contained in the high resistance compound semiconductor layer obtained by this growth into another compound semiconductor layer. An object of the present invention is to obtain a high-resistance compound semiconductor layer and a crystal growth method thereof, which can prevent deterioration of characteristics, and a semiconductor device using the layer.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】この発明(請求項1)に
係る高抵抗化合物半導体層は、Inを含む有機金属、A
lを含む有機金属、Asを含む水素化合物または有機金
属を原料として気相成長させた化合物半導体混晶からな
り、該化合物半導体混晶中のp型不純物の濃度を、該化
合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央
に位置させる濃度としたものである。A high resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 1) is an organic metal containing In, A
It is composed of a compound semiconductor mixed crystal obtained by vapor-phase growth of an organic metal containing 1 or a hydrogen compound containing As, or an organic metal, and the concentration of p-type impurities in the compound semiconductor mixed crystal is determined by the Fermi of the compound semiconductor mixed crystal. The level is a concentration that is located approximately in the center of the forbidden band.
【0011】また、この発明(請求項2)に係る高抵抗
化合物半導体層は、上記3種類の原料をもって気相成長
させた化合物半導体混晶からなり、該化合物半導体混晶
中の浅いアクセプタ準位を形成する不純物の濃度を、該
化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中
央に位置させるに必要な濃度としたものである。The high-resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 2) is composed of a compound semiconductor mixed crystal vapor-grown with the above three kinds of raw materials, and has a shallow acceptor level in the compound semiconductor mixed crystal. The concentration of the impurities that form the is set to a concentration required to position the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal at approximately the center of the forbidden band.
【0012】また、この発明(請求項3)に係る高抵抗
化合物半導体層は、上記3種類の原料をもって気相成長
させた化合物半導体混晶からなり、該化合物半導体混晶
中のIV族元素のアクセプタ不純物の濃度を、該化合物半
導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置
させる濃度としたものである。The high-resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 3) is composed of a compound semiconductor mixed crystal vapor-grown with the above-mentioned three kinds of raw materials, and contains a group IV element of the compound semiconductor mixed crystal. The concentration of the acceptor impurities is set to a concentration at which the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located in the approximate center of the forbidden band.
【0013】また、この発明(請求項4)に係る高抵抗
化合物半導体層は、上記IV族元素のアクセプタ不純物を
炭素としたものである。In the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 4), carbon is used as the acceptor impurity of the group IV element.
【0014】また、この発明(請求項5)に係る高抵抗
化合物半導体層は、上記3種類の原料をもって気相成長
させた化合物半導体混晶からなり、該化合物半導体混晶
中のII族元素のアクセプタ不純物の濃度を,該化合物半
導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置
させる濃度としたものである。The high-resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 5) is composed of a compound semiconductor mixed crystal vapor-grown with the above-mentioned three kinds of raw materials, and contains a group II element of the compound semiconductor mixed crystal. The concentration of the acceptor impurities is set so that the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located in the approximate center of the forbidden band.
【0015】また、この発明(請求項6)に係る高抵抗
化合物半導体層は、上記II族元素のアクセプタ不純物
を、ドーピングにより上記化合物半導体混晶に取り込ま
れたベリリウムあるいはマグネシウムとしたものであ
る。In the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 6), beryllium or magnesium incorporated into the compound semiconductor mixed crystal by doping is used as the acceptor impurity of the group II element.
【0016】また、この発明(請求項7)に係る高抵抗
化合物半導体層は、上記IV族元素またはII族元素のアク
セプタ不純物に加え、上記化合物半導体混晶中に該アク
セプタ不純物の濃度の10倍以上の濃度の深いドナー準
位を形成する不純物を含むものとしたものである。ま
た、この発明(請求項8)に係る高抵抗化合物半導体層
は、上記深いドナー準位を形成する不純物を、ドーピン
グにより上記化合物半導体混晶中に取り込まれた酸素と
したものである。The high-resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 7) has, in addition to the acceptor impurities of the group IV element or the group II element, 10 times the concentration of the acceptor impurities in the compound semiconductor mixed crystal. The impurities containing the deep donor level having the above concentration are contained. In the high-resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 8), the impurity forming the deep donor level is oxygen taken into the compound semiconductor mixed crystal by doping.
【0017】また、この発明(請求項9)に係る高抵抗
化合物半導体層は、Inを含む有機金属、Alを含む有
機金属、Gaを含む有機金属、Asを含む水素化合物を
原料として気相成長させた化合物半導体混晶からなり、
該化合物半導体混晶中の深いドナー及びアクセプタ準位
を形成する不純物の濃度を,該化合物半導体混晶のフェ
ルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度とし
たものである。Further, the high-resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 9) is vapor-phase grown using an organic metal containing In, an organic metal containing Al, an organic metal containing Ga, and a hydrogen compound containing As as a raw material. Made of mixed compound semiconductor mixed crystal,
The concentration of impurities forming a deep donor and acceptor level in the compound semiconductor mixed crystal is set to a concentration at which the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located in the approximate center of the forbidden band.
【0018】また、この発明(請求項10)に係る高抵
抗化合物半導体層は、上記深いドナー及びアクセプタ準
位を形成する不純物を、ドーピングにより上記化合物半
導体混晶中に取り込まれた酸素としたものである。In the high-resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 10), the impurities forming the deep donor and acceptor levels are oxygen incorporated into the compound semiconductor mixed crystal by doping. Is.
【0019】また、この発明(請求項11)に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、Inを含む有機金
属、Alを含む有機金属、Asを含む水素化合物または
有機金属を原料とし、有機金属化学気相成長法により所
定の低温度で結晶成長させて、得られる化合物半導体混
晶中に、該化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制
帯幅のほぼ中央に位置させる濃度の不純物を取り込ませ
るようにしたものである。The crystal growth method for a high-resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 11) uses an organic metal containing In, an organic metal containing Al, a hydrogen compound containing As, or an organic metal as a raw material. Crystals are grown at a predetermined low temperature by a metal chemical vapor deposition method, and an impurity having a concentration that causes the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal to be located at approximately the center of the forbidden band is added to the obtained compound semiconductor mixed crystal. It is designed to be imported.
【0020】また、この発明(請求項12)に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、Inを含む有機金
属、Alを含む有機金属、Asを含む水素化合物または
有機金属を原料とし、有機金属化学気相成長法により所
定の低温度で結晶成長させて、得られる化合物半導体混
晶中に、該化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制
帯幅のほぼ中央に位置させる濃度のp型不純物を取り込
ませるようにしたものである。The crystal growth method for a high-resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 12) uses an organic metal containing In, an organic metal containing Al, a hydrogen compound containing As, or an organic metal as a raw material. Crystal growth is performed at a predetermined low temperature by the metal chemical vapor deposition method, and in the obtained compound semiconductor mixed crystal, the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located at approximately the center of its forbidden band width. It is designed to take in impurities.
【0021】また、この発明(請求項13)に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記3種類の原料を
用い、有機金属化学気相成長法により所定の低温度で気
相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に、該化合
物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯幅のほぼ中央
に位置させる濃度の浅いアクセプタ準位を形成する不純
物を取り込ませるようにしたものである。Further, in the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 13), the above-mentioned three kinds of raw materials are used to perform vapor phase growth at a predetermined low temperature by metal organic chemical vapor deposition method. Then, the compound semiconductor mixed crystal to be obtained is made to incorporate an impurity forming a shallow acceptor level in which the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located at approximately the center of the band gap. .
【0022】また、この発明(請求項14)に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記3種類の原料を
用い、有機金属化学気相成長法により所定の低温度で気
相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に、該化合
物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯幅のほぼ中央
に位置させる濃度のIV族元素のアクセプタ不純物を取り
込ませるようにしたものである。また、この発明(請求
項15)に係る高抵抗化合物半導体層の結晶成長法は、
上記IV族元素のアクセプタ不純物を、炭素としたもので
ある。Further, in the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention (Claim 14), the above-mentioned three kinds of raw materials are used to perform vapor phase growth at a predetermined low temperature by metal organic chemical vapor deposition method. Then, the compound semiconductor mixed crystal thus obtained is made to incorporate a group IV element acceptor impurity having a concentration such that the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located at approximately the center of the band gap. Further, the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 15) is
The acceptor impurity of the group IV element is carbon.
【0023】また、この発明(請求項16)に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記3種類の原料を
用い、有機金属化学気相成長法により化合物半導体混晶
を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物半導
体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置さ
せる濃度のp型不純物をドーピングするようにしたもの
である。Further, in the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 16), the compound semiconductor mixed crystal is crystal-grown by metal organic chemical vapor deposition using the above three kinds of raw materials. Further, at the time of this crystal growth, p-type impurities are doped at a concentration such that the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located in the approximate center of the forbidden band.
【0024】また、この発明(請求項17)に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記3種類の原料を
用い、有機金属化学気相成長法により化合物半導体混晶
を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物半導
体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置さ
せる濃度の浅いアクセプタ準位を形成する不純物をドー
ピングするようにしたものである。Further, in the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 17), the compound semiconductor mixed crystal is grown by metal organic chemical vapor deposition using the above three kinds of raw materials. At the time of this crystal growth, the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located at approximately the center of the forbidden band, and an impurity forming a shallow acceptor level is doped.
【0025】また、この発明(請求項18)に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記3種類の原料を
用い、有機金属化学気相成長法により化合物半導体混晶
を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物半導
体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置さ
せる濃度のIV族元素のアクセプタ不純物をドーピングす
るようにしたものである。Further, in the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 18), the compound semiconductor mixed crystal is crystal-grown by metal organic chemical vapor deposition using the above three kinds of raw materials. Further, during the crystal growth, the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is doped with an acceptor impurity of a group IV element at a concentration so as to be located in the approximate center of the forbidden band.
【0026】また、この発明(請求項19)に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記ドーピングする
IV族元素のアクセプタ不純物を、炭素としたものであ
る。In the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 19), the above-mentioned doping is performed.
The acceptor impurity of the group IV element is carbon.
【0027】また、この発明(請求項20)に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記3種類の原料を
用い、有機金属化学気相成長法により化合物半導体混晶
を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物半導
体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置さ
せる濃度のII族元素のアクセプタ不純物をドーピングす
るようにしたものである。Further, in the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 20), the compound semiconductor mixed crystal is crystal-grown by the metal organic chemical vapor deposition method using the above three kinds of raw materials. In addition, during the crystal growth, the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is doped with an acceptor impurity of a Group II element at a concentration so as to be located in the approximate center of the forbidden band.
【0028】また、この発明(請求項21)に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記ドーピングする
II族元素のアクセプタ不純物を、ベリリウムあるいはマ
グネシウムとしたものである。Further, in the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 21), the above doping is performed.
Beryllium or magnesium is used as the acceptor impurity of the group II element.
【0029】また、この発明(請求項22)に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記II族元素のアク
セプタ不純物に加え、深いドナー準位を形成する不純物
をドーピングするようにしたものである。In the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 22), impurities for forming a deep donor level are doped in addition to the acceptor impurities of the group II element. Is.
【0030】また、この発明(請求項23)に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記深いドナー準位
を形成する不純物を酸素としたものである。Further, in the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 23), oxygen is used as the impurity forming the deep donor level.
【0031】また、この発明(請求項24)に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記酸素のドーピン
グ量を、上記アクセプタ不純物のドーピング量の10倍
以上としたものである。Further, in the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 24), the doping amount of oxygen is 10 times or more the doping amount of the acceptor impurity.
【0032】また、この発明(請求項25)に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、Inを含む有機金
属、Alを含む有機金属、Asを含む水素化合物または
有機金属、Gaを含む有機金属を原料とし、有機金属化
学気相成長法により化合物半導体混晶を結晶成長させ、
かつ、この結晶成長時に該化合物半導体混晶のフェルミ
準位をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の深いド
ナー及びアクセプタ準位を形成する不純物をドーピング
するようにしたものである。The crystal growth method for a high-resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 25) is an organic metal containing In, an organic metal containing Al, a hydrogen compound or organic metal containing As, an organic metal containing Ga. Using metal as a raw material, crystal growth of compound semiconductor mixed crystal by metal organic chemical vapor deposition,
At the time of this crystal growth, the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located in the approximate center of the forbidden band, and the impurities for forming the deep donor and acceptor levels are doped.
【0033】また、この発明(請求項26)に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記深いドナー及び
アクセプタ準位を形成する不純物を、酸素としたもので
ある。In the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 26), oxygen is used as the impurity forming the deep donor and acceptor levels.
【0034】また、この発明(請求項27)に係る半導
体装置は、電流ブロック層を、請求項1ないし10のい
ずれかに記載の高抵抗化合物半導体層をi層とする,p
−n−i−n構造としたものである。In a semiconductor device according to the present invention (claim 27), the current blocking layer is the high resistance compound semiconductor layer according to any one of claims 1 to 10, and the p layer is p.
It has a -n-i-n structure.
【0035】また、この発明(請求項28)に係る半導
体装置は、上記半導体装置(請求項27)を長波長レー
ザダイオードとしたものである。A semiconductor device according to the present invention (claim 28) is a semiconductor device (claim 27) which is a long wavelength laser diode.
【0036】また、この発明(請求項29)に係る半導
体装置は、上記半導体装置(請求項27)を変調器とし
たものである。A semiconductor device according to the present invention (claim 29) is the semiconductor device (claim 27) used as a modulator.
【0037】また、この発明(請求項30)に係る半導
体装置は、上記半導体装置(請求項27)をレーザダイ
オードと変調器と導波路とフォトダイオードとを集積し
た複合デバイスとしたものである。A semiconductor device according to the present invention (claim 30) is a compound device in which the semiconductor device (claim 27) is integrated with a laser diode, a modulator, a waveguide and a photodiode.
【0038】また、この発明(請求項31)に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、請求項11ないし1
5のいずれかに記載の高抵抗化合物半導体層の結晶成長
法において、上記所定の低温度で結晶成長させる前に、
基板温度を該成長温度よりも高い温度に昇温させるよう
にしたものである。Further, the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 31) is defined by claims 11 to 1.
5. In the crystal growth method for a high resistance compound semiconductor layer according to any one of 5 above, before crystal growth at the predetermined low temperature,
The substrate temperature is raised to a temperature higher than the growth temperature.
【0039】また、この発明(請求項32)に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、請求項11ないし1
5のいずれかに記載の高抵抗化合物半導体層の結晶成長
法において、マスクに付着するポリの核となる原料種を
除去する効果を持つエッチングガスを添加しながら結晶
成長させるようにしたものである。Further, the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 32) is defined by claims 11 to 1.
In the crystal growth method of a high resistance compound semiconductor layer according to any one of 5), crystal growth is performed while adding an etching gas having an effect of removing a raw material species which becomes a nucleus of poly adhered to a mask. .
【0040】また、この発明(請求項33)に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、請求項32に記載の
高抵抗化合物半導体層の結晶成長法において、上記エッ
チングガスを、HClガスあるいはCl2 ガスとしたも
のである。The crystal growth method for a high resistance compound semiconductor layer according to the present invention (claim 33) is the same as the crystal growth method for a high resistance compound semiconductor layer according to claim 32, wherein the etching gas is HCl gas or Cl2 gas was used.
【0041】[0041]
【作用】この発明に係る高抵抗化合物半導体層,及びそ
の結晶成長法においては、上記3種類の原料を用い、有
機金属化学気相成長法により所定の低温度で結晶成長さ
せて、得られる化合物半導体混晶中に,該化合物半導体
混晶のフェルミ準位をその禁制帯幅のほぼ中央に位置さ
せる濃度のp型不純物を取り込ませるようにしたから、
アンドープの状態でn型の伝導を示すAlInAs混晶
をそのドナー濃度を相殺させて高抵抗化することがで
き、これにより、気相成長により,これに隣接して積層
される化合物半導体層への不純物拡散の少ない高抵抗A
lInAs層を得ることができる。In the high resistance compound semiconductor layer and the crystal growth method thereof according to the present invention, a compound obtained by crystal growth at a predetermined low temperature by the metal organic chemical vapor deposition method using the above three kinds of raw materials Since a p-type impurity having a concentration that positions the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal at approximately the center of the forbidden band is incorporated into the semiconductor mixed crystal,
The AlInAs mixed crystal exhibiting n-type conductivity in the undoped state can be made to have a high resistance by offsetting the donor concentration thereof, and by vapor phase epitaxy, the compound semiconductor layer adjacent to this can be formed. High resistance A with little impurity diffusion
An lInAs layer can be obtained.
【0042】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層,及びその結晶成長法においては、上記3種類の原料
を用い、有機金属化学気相成長法により所定の低温度で
気相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に,該化
合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯幅のほぼ中
央に位置させる濃度の浅いアクセプタ準位を形成する不
純物を取り込ませるようにしたから、アンドープの状態
でn型の伝導を示すAlInAs混晶をその浅いドナー
の濃度を相殺させて高抵抗化することができ、これによ
り、気相成長により,これに隣接して積層される化合物
半導体層への不純物拡散の少ない高抵抗AlInAs層
を得ることができる。Further, in the high resistance compound semiconductor layer and the crystal growth method thereof according to the present invention, the above three kinds of raw materials are used, and vapor phase growth is performed at a predetermined low temperature by metal organic chemical vapor deposition method, Impurities forming a shallow concentration of the acceptor level, which locates the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal in the approximate center of the forbidden band, are incorporated into the obtained compound semiconductor mixed crystal, so that the undoped state The AlInAs mixed crystal exhibiting n-type conductivity can be made to have a high resistance by offsetting the concentration of the shallow donor, so that the vapor phase epitaxy causes impurities in the compound semiconductor layer to be stacked adjacent thereto. It is possible to obtain a high resistance AlInAs layer with little diffusion.
【0043】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層,及びその結晶成長法においては、上記3種類の原料
を用い、有機金属化学気相成長法により所定の低温度で
気相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に,該化
合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯幅のほぼ中
央に位置させる濃度のIV族元素のアクセプタ不純物を取
り込ませるようにしたから、アンドープの状態でn型の
伝導を示すAlInAs混晶を,その浅いドナーの濃度
を相殺することにより高抵抗化することができ、これに
より、気相成長により,これに隣接して積層される化合
物半導体層への不純物拡散の少ない高抵抗AlInAs
層を得ることができる。Further, in the high resistance compound semiconductor layer and the crystal growth method thereof according to the present invention, the above three kinds of raw materials are used, and vapor phase growth is performed at a predetermined low temperature by metal organic chemical vapor deposition method, In the obtained compound semiconductor mixed crystal, the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal was made to take in the acceptor impurities of the group IV element at a concentration so that the compound semiconductor mixed crystal was positioned in the approximate center of the band gap. The AlInAs mixed crystal exhibiting type conductivity can be made to have a high resistance by offsetting the concentration of the shallow donor, and as a result, by vapor phase epitaxy, impurities to the compound semiconductor layer stacked adjacent thereto can be increased. High resistance AlInAs with little diffusion
Layers can be obtained.
【0044】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層,及びその結晶成長法においては、上記3種類の原料
を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導体
混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物
半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位
置させる濃度の,p型不純物をドーピングするようにし
たから、アンドープの状態でn型の伝導を示すAlIn
As混晶をその浅いドナーの濃度を相殺させて高抵抗化
することができ、これにより、気相成長により,これに
隣接して積層される化合物半導体層への不純物拡散の少
ない高抵抗AlInAs層を得ることができる。Further, in the high resistance compound semiconductor layer and the crystal growth method thereof according to the present invention, the compound semiconductor mixed crystal is crystal-grown by the metal organic chemical vapor deposition method using the above three kinds of raw materials, and During the crystal growth, p-type impurities are doped at a concentration such that the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located in the approximate center of the forbidden band. Therefore, AlIn showing n-type conductivity in the undoped state is formed.
A high resistance AlInAs layer can be obtained by offsetting the concentration of the shallow donor in the As mixed crystal to increase the resistance, and by vapor phase growth, the impurity diffusion into the compound semiconductor layer adjacent to this is small. Can be obtained.
【0045】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層,及びその結晶成長法においては、上記3種類の原料
を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導体
混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物
半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位
置させる濃度の,浅いアクセプタ準位を形成する不純物
をドーピングするようにしたから、アンドープの状態で
n型の伝導を示すAlInAs混晶を,その浅いドナー
の濃度を相殺することにより高抵抗化することができ、
これにより,これに隣接して積層される化合物半導体層
への不純物拡散の少ない高抵抗AlInAs層を得るこ
とができる。Further, in the high resistance compound semiconductor layer and the crystal growth method thereof according to the present invention, the compound semiconductor mixed crystal is crystal-grown by the metal organic chemical vapor deposition method using the above three kinds of raw materials, and Since the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located at the approximate center of the forbidden band at the time of this crystal growth, an impurity forming a shallow acceptor level is doped, so that the n-type of the undoped state is formed. The AlInAs mixed crystal exhibiting conductivity can be made to have a high resistance by offsetting the concentration of the shallow donor,
As a result, it is possible to obtain a high-resistance AlInAs layer in which the impurity diffusion into the compound semiconductor layer laminated adjacent thereto is small.
【0046】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層,及びその結晶成長法においては、上記3種類の原料
を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導体
混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物
半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位
置させる濃度の,IV族元素のアクセプタ不純物をドーピ
ングするようにしたから、アンドープの状態でn型の伝
導を示すAlInAs混晶を,その浅いドナーの濃度を
相殺することにより高抵抗化することができ、これによ
り,これに隣接して積層される化合物半導体層への不純
物拡散の少ない高抵抗AlInAs層を得ることができ
る。Further, in the high resistance compound semiconductor layer and the crystal growth method thereof according to the present invention, the compound semiconductor mixed crystal is crystal-grown by the metal organic chemical vapor deposition method using the above three kinds of raw materials, and During this crystal growth, the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is doped with an acceptor impurity of a group IV element at a concentration that positions the compound semiconductor compound crystal near the center of the forbidden band, so that n-type conduction occurs in the undoped state. The AlInAs mixed crystal shown can be made to have a high resistance by offsetting the concentration of the shallow donor, thereby obtaining a high resistance AlInAs layer with less impurity diffusion into the compound semiconductor layer laminated adjacent thereto. be able to.
【0047】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層,及びその結晶成長法においては、上記3種類の原料
を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導体
混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物
半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位
置させる濃度の,II族元素のアクセプタ不純物をドーピ
ングするようにしたから、アンドープの状態でn型の伝
導を示すAlInAs混晶を,その浅いドナーの濃度を
相殺することにより高抵抗化することができ、これによ
り,これに隣接して積層される化合物半導体層への不純
物拡散の少ない高抵抗AlInAs層を得ることができ
る。Further, in the high resistance compound semiconductor layer and the crystal growth method thereof according to the present invention, the compound semiconductor mixed crystal is crystal-grown by the metal organic chemical vapor deposition method using the above three kinds of raw materials, and During this crystal growth, the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is doped with an acceptor impurity of a group II element at a concentration that positions it in the approximate center of the forbidden band, so that n-type conduction is achieved in the undoped state. The AlInAs mixed crystal shown can be made to have a high resistance by offsetting the concentration of the shallow donor, thereby obtaining a high resistance AlInAs layer with less impurity diffusion into the compound semiconductor layer laminated adjacent thereto. be able to.
【0048】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層,及びその結晶成長法においては、上記II族元素のア
クセプタ不純物に加え、深いドナー準位を形成する不純
物をドーピングするようにしたから、上記AlInAs
混晶を,そのフェルミ準位の制御範囲を拡大することに
より高抵抗化することができ、これにより,これに隣接
して積層される化合物半導体層への不純物拡散の少ない
高抵抗AlInAs層を得ることができる。Further, in the high-resistance compound semiconductor layer and the crystal growth method thereof according to the present invention, in addition to the acceptor impurity of the group II element, the impurity forming the deep donor level is doped. AlInAs
By increasing the control range of the Fermi level of the mixed crystal, it is possible to increase the resistance thereof, thereby obtaining a high-resistance AlInAs layer with less impurity diffusion into the compound semiconductor layer laminated adjacent thereto. be able to.
【0049】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層,及びその結晶成長法においては、Inを含む有機金
属、Alを含む有機金属、Asを含む水素化合物または
有機金属、Gaを含む有機金属を原料にして、有機金属
化学気相成長法により化合物半導体混晶を結晶成長さ
せ、かつ、この結晶成長時に該化合物半導体混晶中に深
いドナー及びアクセプタ準位を形成する不純物をドーピ
ングするようにしたから、得られる化合物半導体混晶に
おける深いドナー及びアクセプタの準位の数が増大し
て,その禁制帯中央近傍に多数のエネルギ準位が形成さ
れた状態で、上記深いドナー及びアクセプタ準位を形成
する不純物がドーピングされることとなり、、その結
果、そのフェルミ準位がその禁制帯のほぼ中央に位置し
て、高抵抗化がなされることとなる。Further, in the high resistance compound semiconductor layer and the crystal growth method thereof according to the present invention, an organic metal containing In, an organic metal containing Al, a hydrogen compound or organic metal containing As, or an organic metal containing Ga is used. As a raw material, a compound semiconductor mixed crystal was crystal-grown by a metal organic chemical vapor deposition method, and at the time of this crystal growth, impurities forming deep donor and acceptor levels were doped in the compound semiconductor mixed crystal. From the above, the number of deep donor and acceptor levels in the obtained compound semiconductor mixed crystal is increased, and the deep donor and acceptor levels are formed in the state where a large number of energy levels are formed near the center of the forbidden band. As a result, the Fermi level is located almost in the center of the forbidden band and the resistance is increased. It becomes a.
【0050】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層の結晶成長法においては、請求項11ないし15のい
ずれかに記載の高抵抗化合物半導体層の結晶成長法にお
いて、上記所定の低温度で結晶成長させる前に、基板温
度を該成長温度よりも高い温度に昇温させるようにした
ので、マスクに付着するポリを抑制する効果を持つリン
原子(又は水素原子)の,ホスフィンからの分解が促進
され、これにより高抵抗化合物半導体層を厚く成長させ
ることができる。Further, in the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention, in the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to any one of claims 11 to 15, the crystal is grown at the predetermined low temperature. Before the growth, the substrate temperature was raised to a temperature higher than the growth temperature, so that decomposition of phosphorus atoms (or hydrogen atoms), which has the effect of suppressing poly adhering to the mask, from phosphine is promoted. As a result, the high resistance compound semiconductor layer can be grown thick.
【0051】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層の結晶成長法においては、請求項11ないし15のい
ずれかに記載の高抵抗化合物半導体層の結晶成長法にお
いて、マスクに付着するポリの核となる原料種を除去す
る効果を持つエッチングガスを添加しながら結晶成長さ
せるようにしたので、高抵抗化合物半導体層を成長させ
ることのできる温度範囲を広げることができる。Further, in the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention, in the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to any one of claims 11 to 15, a nucleus of poly adhered to the mask is used. Since the crystal growth is performed while adding the etching gas having the effect of removing the raw material species to be grown, the temperature range in which the high resistance compound semiconductor layer can be grown can be widened.
【0052】また、この発明に係る半導体装置において
は、電流ブロック層を、請求項1ないし10のいずれか
に記載の高抵抗化合物半導体層をi層とする,p−n−
i−n構造としたので、電流ブロック層をさらに高抵抗
化させることができる。In the semiconductor device according to the present invention, the current blocking layer is the high resistance compound semiconductor layer according to any one of claims 1 to 10 as an i layer, pn-
Since the in-n structure is adopted, the resistance of the current blocking layer can be further increased.
【0053】[0053]
実施例1.以下、この発明の第1の実施例を図について
説明する。図1(a) は、本発明の第1の実施例による高
抵抗化合物半導体層の結晶成長法により得た高抵抗Al
InAs層のエネルギバンド図であり、図において、E
c,Ev,ESD,EA ,EDDはそれぞれ伝導帯,価電子
帯,浅いドナー,浅いアクセプタ,深いドナーの各エネ
ルギレベルを示し、NSD,NA ,NDDはそれぞれ浅いド
ナー,浅いアクセプタ,深いドナーの各レベルの濃度を
示す。Example 1. Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A shows a high resistance Al obtained by a crystal growth method of a high resistance compound semiconductor layer according to the first embodiment of the present invention.
It is an energy band diagram of an InAs layer, and in the figure, E
c, Ev, ESD, EA, and EDD represent the energy levels of the conduction band, valence band, shallow donor, shallow acceptor, and deep donor, respectively, and NSD, NA, and NDD represent shallow donor, shallow acceptor, and deep donor, respectively. Indicates the level concentration.
【0054】また、図1(b) は、その層構造を簡略化し
て示した半導体レーザの断面図であり、これは、n−I
nP層1、活性層2、およびp−InP層3を形成し、
上記3つの層1,2,3をメサ状にエッチングし、その
エッチングした部分に、電流ブロック層となる高抵抗A
lInAs層4を埋め込み形成したのち、上記p−In
P層3及び高抵抗AlInAs層4上に、さらにp−I
nP層3を形成してなるものである。FIG. 1 (b) is a sectional view of a semiconductor laser showing its layer structure in a simplified form.
nP layer 1, active layer 2, and p-InP layer 3 are formed,
The above three layers 1, 2 and 3 are etched in a mesa shape, and the etched portion has a high resistance A which becomes a current block layer.
After the lInAs layer 4 is embedded and formed, the p-In layer is formed.
On the P layer 3 and the high resistance AlInAs layer 4, p-I
The nP layer 3 is formed.
【0055】次に、上記高抵抗AlInAs層4の結晶
成長法について説明する。まず、結晶成長を行う装置と
して縦型MOCVD炉を用いる。そして、原料にはトリ
メチルインジウム(TMI),トリメチルアルミニウム
(TMA),アルシン(AS H3 )(10%)を用い、
これら材料ガスをそれぞれ流量19cc/min ,2.5cc
/min ,170cc/min で反応炉中に流す。そして、成
長温度は、通常の成長温度である約600℃〜700℃
よりも低温の500℃として気相成長させる。Next, the crystal growth method of the high resistance AlInAs layer 4 will be described. First, a vertical MOCVD furnace is used as an apparatus for crystal growth. And trimethylindium (TMI), trimethylaluminum (TMA), arsine (ASH3) (10%) are used as raw materials,
Flow rate of these material gases is 19cc / min and 2.5cc respectively
/ Min, 170cc / min in the reactor. The growth temperature is about 600 ° C to 700 ° C, which is a normal growth temperature.
Vapor phase growth is performed at a temperature lower than 500 ° C.
【0056】図4は、AlInAsの成長温度を650
℃から50℃ずつ順次下げて気相成長させ、各成長温度
で得られた上記AlInAsの抵抗率を調べた結果を示
したものであるが、この結果から判るように、上記50
0℃の低温で結晶を気相成長させることにより、抵抗率
5×104 Ω・cmの高抵抗AlInAs層4を得るこ
とができるものである。FIG. 4 shows the growth temperature of AlInAs at 650.
The results of examining the resistivity of the AlInAs obtained at each growth temperature by sequentially lowering the temperature from 50 ° C. by 50 ° C. are shown.
High-resistance AlInAs layer 4 having a resistivity of 5 × 10 4 Ω · cm can be obtained by vapor-phase growing a crystal at a low temperature of 0 ° C.
【0057】次に、成長温度を下げることにより高い抵
抗率が得られるメカニズムについて詳述する。図2は、
化合物半導体の成長温度に対する該化合物半導体中の不
純物濃度の変化、つまり、不純物濃度の成長温度依存性
をSIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy) により
分析した結果を示した図であり、この図2から、上記成
長温度500℃で結晶成長させると深いドナーである酸
素の濃度がやや増加するとともに、p型不純物でありア
クセプタ種である炭素(C)の濃度が高くなることがわ
かる。Next, the mechanism by which a high resistivity is obtained by lowering the growth temperature will be described in detail. Figure 2
FIG. 3 is a diagram showing the results of analysis by SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy) of changes in the impurity concentration in the compound semiconductor with respect to the growth temperature of the compound semiconductor, that is, the growth temperature dependence of the impurity concentration. It can be seen that when the crystal is grown at the growth temperature of 500 ° C., the concentration of oxygen, which is a deep donor, slightly increases, and the concentration of carbon (C), which is a p-type impurity and an acceptor species, also increases.
【0058】そして、図3は、浅いアクセプタの濃度N
A と、フェルミレベル,Ec−EFとの関係を示す図で
あり、これは、通常の成長温度の約600℃〜700℃
で、上記炭素と同じように浅いアクセプタレベルEA の
準位をもつZnをドーピングしてAlInAsを結晶成
長させ、Zn濃度を増加させた場合の上記AlInAs
のフェルミレベルの変化を調べてグラフに表したもので
ある。この図3における実線lから、上記アクセプタ濃
度NA が2×1016cm-3から3×1017cm-3の範囲で
は、上記フェルミレベル,Ec−EF が430〜600
meVまで緩やかに変化していることがわかる。但し、
従来例の説明でJournal of Crystal Growth 131(1993)
P.186 〜192 を引用して述べたように、本来アンドープ
AlInAs中には酸素が形成する深いドナーレベルE
DDが多く存在するものであるが、上記図3においては、
上記アクセプタ濃度NA の増加によるフェルミレベル,
Ec−EF の変化をわかりやすくするために、そのうち
の1つのドナーレベルである, Ec−EDD=500me
V,ドナー濃度NDD≒3×1017cm-3、の準位について
示したものであり、このときのアンドープAlInAs
の濃度NSD−NA は約1×1016cm-3である。ここで、
上記ドナーレベル, Ec−EDD=500meVより浅い
準位のドナーが多く存在したとしても、上記フェルミレ
ベル,Ec−EF の階段的変化が、その準位の数だけ増
加するだけであり、AlInAsを高抵抗化するうえで
のアクセプタ濃度NA の制御性は損なわれることはない
ものである。なお、深いドナー濃度NDDを増加させる
と、アクセプタ濃度NA とフェルミレベル, Ec−EF
との関係は上記図3の実線lから破線mで示したように
なり、これは、アクセプタ濃度NA の制御範囲を広げる
こととなる。FIG. 3 shows the shallow acceptor concentration N.
It is a figure which shows the relationship between A, Fermi level, and Ec-EF, and this is about 600 degreeC-700 degreeC of normal growth temperature.
Then, as in the case of carbon, Zn having a level of a shallow acceptor level EA is doped to grow AlInAs and crystallize AlInAs to increase the Zn concentration.
This is a graph showing changes in the Fermi level of. From the solid line 1 in FIG. 3, in the range of the acceptor concentration NA from 2 × 10 16 cm −3 to 3 × 10 17 cm −3 , the Fermi level and Ec-EF are from 430 to 600.
It can be seen that the change is gentle up to meV. However,
Journal of Crystal Growth 131 (1993)
As described with reference to P.186 to 192, the deep donor level E formed by oxygen is originally formed in undoped AlInAs.
Although there are many DDs, in FIG. 3 above,
Fermi level due to increase in acceptor concentration NA,
In order to make the change of Ec-EF easy to understand, one of them is the donor level, Ec-EDD = 500me.
The graph shows the levels of V and the donor concentration N dd ≈3 × 10 17 cm -3 , and the undoped AlInAs at this time.
The concentration of NSD-NA is about 1 × 10 16 cm -3 . here,
Even if there are many donors with a level shallower than the above donor level, Ec-EDD = 500 meV, the step change in the above Fermi level, Ec-EF only increases by the number of the levels, and AlInAs is increased. The controllability of the acceptor concentration NA for making resistance is not impaired. When the deep donor concentration N DD is increased, the acceptor concentration NA and the Fermi level, Ec-EF
The relationship between and is as shown by the solid line 1 to the broken line m in FIG. 3, which expands the control range of the acceptor concentration NA.
【0059】即ち、化合物半導体を高抵抗化するために
は、該化合物半導体のフェルミレベルをその禁制帯のほ
ぼ中央にする必要があり、禁制帯幅が1.45eVのA
lInAsを高抵抗化する場合、そのフェルミレベルを
約0.45〜1.0eVにすると良く、上述のように成
長温度を500℃にすることにより、酸素による深いド
ナー濃度NDDがやや増えるとともに、浅いアクセプタ準
位を形成する炭素の結晶中に取り込まれる量が増加して
炭素濃度が増大し、この炭素濃度の増大が浅いドナー濃
度NSDからアクセプタ濃度NA を引いた濃度を減少させ
て上記AlInAsのフェルミレベルを下げることとな
る。そして、上記炭素によるアクセプタ濃度NA が2×
1016cm-3程度になると、AlInAsのフェルミレベ
ルが430meVとなり、これにより該AlInAsと
して、抵抗率5×104 Ω・cmの高抵抗AlInAs
混晶が得られることとなる。That is, in order to increase the resistance of the compound semiconductor, it is necessary to set the Fermi level of the compound semiconductor to approximately the center of its forbidden band, and the forbidden band width is 1.45 eV.
When increasing the resistance of lInAs, the Fermi level is preferably set to about 0.45 to 1.0 eV. By setting the growth temperature to 500 ° C. as described above, the deep donor concentration N DD due to oxygen is slightly increased and the depth is shallow. The amount of carbon that forms the acceptor level is taken into the crystal to increase the carbon concentration, and this increase in the carbon concentration decreases the concentration obtained by subtracting the acceptor concentration NA from the shallow donor concentration NSD to decrease the Fermi of AlInAs. The level will be lowered. And the acceptor concentration NA by the above carbon is 2 ×
At about 10 16 cm −3 , the Fermi level of AlInAs becomes 430 meV, and as a result, the AlInAs has a high resistance AlInAs with a resistivity of 5 × 10 4 Ω · cm.
Mixed crystals will be obtained.
【0060】以上のように、本実施例1においては、T
MI,TMA,AsH3 を原料とし、MOCVD装置を
用いて、成長温度500℃で結晶を気相成長させるよう
にしたので、上記結晶中に取り込まれる,浅いアクセプ
タ準位を形成するp型不純物の炭素の量が増加し、アク
セプタ濃度NA が増大することにより、結晶のフェルミ
レベルが下がることとなり、これにより、気相成長によ
り形成されるAlInAs混晶のフェルミレベルをその
禁制帯のほぼ中央である0.5eV近傍に位置させて、
高抵抗のAlInAsとすることができる。このため、
この気相成長による高抵抗AlInAsを、図1(b) に
示したような半導体レーザの電流ブロック層4に用いた
場合にも、従来のFeドープ高抵抗AlInAsのよう
に、隣接するp−InP層3に不純物拡散が生じてデバ
イス特性の劣化を招くということのない、高抵抗AlI
nAs層4を得ることができる。As described above, in the first embodiment, T
Since MI, TMA, and AsH3 are used as raw materials and the MOCVD apparatus is used to grow the crystal in a vapor phase at a growth temperature of 500 ° C., carbon of p-type impurity that forms a shallow acceptor level is taken into the crystal. And the acceptor concentration NA increase, the Fermi level of the crystal decreases, which causes the Fermi level of the AlInAs mixed crystal formed by vapor phase growth to be at the center of the forbidden band. Located near 0.5 eV,
High resistance AlInAs can be used. For this reason,
Even when the high resistance AlInAs obtained by the vapor phase growth is used for the current blocking layer 4 of the semiconductor laser as shown in FIG. 1B, as in the conventional Fe-doped high resistance AlInAs, the adjacent p-InP is formed. High resistance AlI which does not cause impurity diffusion in the layer 3 to cause deterioration of device characteristics.
The nAs layer 4 can be obtained.
【0061】なお、本実施例1では結晶成長の原料とし
て、TMI,TMA,AsH3 を用いたが、Inを含む
有機金属、Alを含む有機金属、Asを含む水素化合物
または有機金属を用いるものであれば良く、例えば上記
TMI,TMAに代えて、各々エチル基を有するTE
I,TEAを用いても、また、AsH3 に代えてTBA
を用いても良いことは言うまでもない。Although TMI, TMA, and AsH3 were used as raw materials for crystal growth in Example 1, an organic metal containing In, an organic metal containing Al, a hydrogen compound containing As, or an organic metal was used. It is sufficient if, for example, TE having an ethyl group is used in place of the above TMI and TMA.
Even if I and TEA are used, TBA is used instead of AsH3.
Needless to say, may be used.
【0062】実施例2.上記実施例1では、AlInA
s混晶を気相成長させるときの成長温度を、通常の成長
温度600℃〜700℃より低い温度とすることによ
り、結晶中に自然に導入される,浅いアクセプタ準位を
形成する炭素の濃度を増大させて高抵抗化するようにし
たものであるが、本実施例2は、アクセプタ原料をバブ
ラーから反応管に導入して高抵抗化するようにしたもの
である。Example 2. In the above Example 1, AlInA
Concentration of carbon that forms a shallow acceptor level that is naturally introduced into the crystal by setting the growth temperature when vapor-depositing the s mixed crystal to a temperature lower than the normal growth temperature of 600 ° C to 700 ° C. However, in Example 2, the acceptor raw material was introduced from the bubbler into the reaction tube to increase the resistance.
【0063】図5は、AlInAsにアクセプタ原料で
あるZnをドーピングしたときの、該AlInAsにお
ける抵抗率のZn濃度依存性を調べたグラフであり、こ
の図5から、n型の伝導を示すアンドープAlInAs
に対し、徐々にドーピング量を増やしてZn濃度を増加
させていくと、抵抗率も徐々に増加し、Zn濃度が5×
1017cm-3あたりになったときに高抵抗のAlInAs
となり、さらに、Zn濃度を高めると、p型の伝導を示
すAlInAsとなることがわかる。FIG. 5 is a graph for examining the Zn concentration dependence of the resistivity of AlInAs when Zn, which is an acceptor raw material, is examined. From FIG. 5, undoped AlInAs exhibiting n-type conduction is shown.
On the other hand, when the doping amount is gradually increased to increase the Zn concentration, the resistivity also gradually increases and the Zn concentration becomes 5 ×.
High resistance AlInAs around 10 17 cm -3
Therefore, it can be seen that when the Zn concentration is further increased, AlInAs showing p-type conduction is obtained.
【0064】しかるに、アクセプタ種としてZnを用い
て結晶成長させたZnドープAlInAsは、これを例
えば図6に示したような半導体レーザにおける電流ブロ
ック層4’に用いた場合、該ZnドープAlInAs高
抵抗層4’からこれに隣接している他の層へZnが拡散
し(、または逆の現象が起こり)、該層4’中に含まれ
るZnが減少(または増加)してその抵抗率が下がるこ
とにより、活性層2の両側の抵抗率が下がって活性層わ
きを流れるレーザ発振に寄与しない電流成分が増加して
レーザ特性を悪くするものとなってしまう。However, when Zn-doped AlInAs crystal-grown using Zn as the acceptor species is used for the current blocking layer 4'in a semiconductor laser as shown in FIG. 6, for example, the Zn-doped AlInAs high resistance is obtained. Zn diffuses from the layer 4 ′ to another layer adjacent thereto (or the opposite phenomenon occurs), and Zn contained in the layer 4 ′ decreases (or increases) and its resistivity decreases. As a result, the resistivity on both sides of the active layer 2 is lowered, and the current component that flows through the active layer and does not contribute to laser oscillation is increased to deteriorate the laser characteristics.
【0065】そこで、本実施例2においては、ドーパン
トとして、Znに比べて拡散しにくく、かつ上記実施例
1における炭素と同様、浅いアクセプタ準位を形成する
p型不純物であるベリリウムを用いるようにした。Therefore, in the second embodiment, beryllium, which is a p-type impurity that is less likely to diffuse than Zn and forms a shallow acceptor level as in the case of the first embodiment, is used as the dopant. did.
【0066】即ち、上記実施例1と同じくMOCVD法
により結晶成長させるAlInAsの原料にTMI,T
MA,AsH3 を用い、これに加えて、Beを含む有機
金属であるBe(CH3 C5 H4 )2 (ビスメチルシク
ロペンタジエニルベリリウム)をバブラーから反応管に
導入し、成長温度600℃で、Beを濃度2×1016cm
-3から3×1017cm-3の範囲でドーピングすることによ
り、該気相成長により形成される結晶のフェルミレベル
を0.5eV近傍で制御することができ、これにより、
高抵抗AlInAsを得ることができる。なお、上記B
eを含む有機金属にDEBe(ジエチルベリリウム)を
用いてベリリウムをドーピングしても、上記フェルミレ
ベルを0.5eV近傍にして、高抵抗AlInAs層を
得ることができることは言うまでもない。That is, as in the first embodiment, TMI, T is used as the raw material of AlInAs for crystal growth by the MOCVD method.
MA, AsH3 was used, and in addition thereto, Be (CH3C5H4) 2 (bismethylcyclopentadienylberyllium), which is an organic metal containing Be, was introduced into the reaction tube from a bubbler, and the Be was grown at a growth temperature of 600 ° C. The concentration is 2 × 10 16 cm
By doping in the range of −3 to 3 × 10 17 cm −3 , the Fermi level of the crystal formed by the vapor phase growth can be controlled in the vicinity of 0.5 eV.
High resistance AlInAs can be obtained. The above B
It is needless to say that even if the organic metal containing e is doped with beryllium using DEBe (diethyl beryllium), a high resistance AlInAs layer can be obtained by setting the Fermi level to around 0.5 eV.
【0067】実施例3.この発明の第3の実施例は、マ
グネシウムをドーパントに用いて、上記実施例2に示し
たように、MOCVD法により成長温度600℃でAl
InAs混晶を気相成長させるものである。このときの
Mgを含む有機金属には、Mg(CH3 C5 H4 )2
(ビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウム)を用
い、ドーピングするMg濃度は、2×1016cm-3から3
×1017cm-3の範囲とした。Example 3. In the third embodiment of the present invention, magnesium is used as a dopant, and as shown in the second embodiment, Al is grown by MOCVD at a growth temperature of 600 ° C.
It is a vapor phase growth of InAs mixed crystal. At this time, the organic metal containing Mg includes Mg (CH3 C5 H4) 2
(Bismethylcyclopentadienylmagnesium) is used, and the doping Mg concentration is 2 × 10 16 cm −3 to 3
The range was × 10 17 cm -3 .
【0068】本実施例3においても、拡散係数が小さ
く、浅いアクセプタ準位を形成するp型不純物であるマ
グネシウムを、気相成長させる結晶中にそのフェルミレ
ベルがそのバンドギャップのほぼ中央になるようにドー
ピングしたので、デバイス特性を劣化させない高抵抗A
lInAs層を得ることができる。Also in the third embodiment, the Fermi level of magnesium, which is a p-type impurity having a small diffusion coefficient and forming a shallow acceptor level, is set to be substantially at the center of the band gap in the crystal grown by vapor phase growth. Has high resistance A, which does not deteriorate device characteristics.
An lInAs layer can be obtained.
【0069】なお、本実施例3,及び上記実施例2にお
いて、AlInAsを高抵抗化できるのは、ドーピング
する浅いアクセプタ準位を形成するp型不純物が、浅い
ドナーと相殺してそのフェルミレベルを下げることによ
るものであり、ドーピング方法によるものではないた
め、上記マグネシウム,あるいはベリリウムを一般的に
知られているドーピング方法を用いてドーピングするこ
とができ、用いるドーピング方法を問わず同様の効果を
得ることができ、さらに、拡散係数がこの2つのp型不
純物よりも小さい炭素を、上記実施例1のように、成長
温度を下げることにより自然に取り込ませるのではな
く、ドーピングにより結晶中に導入するようにしても良
いものである。In Embodiments 3 and 2 above, the resistance of AlInAs can be increased because the p-type impurity forming the shallow acceptor level for doping cancels out the Fermi level of the shallow donor. Since it is due to the lowering, not the doping method, the above-mentioned magnesium or beryllium can be doped by using a generally known doping method, and the same effect can be obtained regardless of the doping method used. Further, carbon having a diffusion coefficient smaller than those of the two p-type impurities is introduced into the crystal by doping, rather than being spontaneously incorporated by lowering the growth temperature as in Example 1 above. It is good to do so.
【0070】実施例4.上記実施例1〜3では、深いド
ナー準位を形成する酸素を、MOCVD装置内の残留酸
素及びH2 Oを利用して自然に結晶中に取り込ませてい
たが、本実施例4は、酸素ガスを用いて、ドーピングに
より結晶中の酸素濃度を制御するようにしたものであ
る。即ち、Heベースの100ppm酸素ガスをMOC
VD装置の反応管内にTMA,TMI,AH3 ,Be
(CH3 C5 H4 )2 とともに導入し、酸素及びBeド
ープAlInAs層を気相成長する。このとき、酸素ド
ーピング量に対して深いドナー濃度は1/10程度にな
るため、ベリリウムのドーピング量の10倍以上の量で
酸素ドーピングを行う。Example 4. In the above-mentioned Examples 1 to 3, oxygen forming a deep donor level was naturally incorporated into the crystal by utilizing residual oxygen and H2O in the MOCVD apparatus. Is used to control the oxygen concentration in the crystal by doping. That is, 100 ppm oxygen gas based on He is MOC
TMA, TMI, AH3, Be in the reaction tube of the VD device
It is introduced together with (CH3 C5 H4) 2 to vapor-deposit oxygen and Be-doped AlInAs layers. At this time, since the deep donor concentration is about 1/10 with respect to the oxygen doping amount, oxygen doping is performed with an amount 10 times or more the beryllium doping amount.
【0071】本実施例4においては、ドーピングにより
結晶中の酸素濃度を高めるようにしたので、これにより
気相成長により形成されるAlInAs混晶のフェルミ
レベルの制御範囲を拡大することができ、高抵抗AlI
nAs層を得ることができる効果がある。なお、アクセ
プタ種としてベリリウムを用いた場合について説明した
が、これはベリリウムに限らず、上記実施例3のように
マグネシウム、あるいは炭素を用いても同じ効果を得る
ことができる。In Example 4, since the oxygen concentration in the crystal was increased by doping, the control range of the Fermi level of the AlInAs mixed crystal formed by vapor phase growth can be expanded, and the high concentration can be obtained. Resistance AlI
There is an effect that the nAs layer can be obtained. Although the case where beryllium is used as the acceptor species has been described, this is not limited to beryllium, and the same effect can be obtained by using magnesium or carbon as in the third embodiment.
【0072】実施例5.また、酸素ガスのかわりに、H
2 Oガス,あるいはAlO(CH3 )3 〔メトキシアル
ミニウム〕をH2 でバブリングして酸素を導入してもよ
く、該メトキシアルミニウムの蒸気圧は、20℃で0.
14mmHgとTMAの蒸気圧(9.2mmHg)より非常
に小さいので、AlInAsの組成には影響を及ぼさな
い。本実施例5においても、上記実施例4と同様の効果
を得ることができる。Example 5. Also, instead of oxygen gas, H
2 O gas or AlO (CH3) 3 [methoxyaluminum] may be bubbled with H2 to introduce oxygen, and the vapor pressure of the methoxyaluminum at 0.degree.
Since it is much smaller than the vapor pressure of TMA (9.2 mmHg) and 14 mmHg, it does not affect the composition of AlInAs. Also in the fifth embodiment, the same effect as in the fourth embodiment can be obtained.
【0073】実施例6.上記実施例1〜5では、浅いア
クセプタレベルEA を形成するp型不純物を導入するこ
とにより、気相成長により成長されるAlInAs混晶
のフェルミレベルをそのバンドギャップのほぼ中央に位
置させるようにしたものであるが、本実施例6は、Ga
を加えることにより、図7に示したように、酸素が形成
する深いドナーレベルEDDの数を増大させて該AlIn
As混晶を高抵抗化するようにしたものである。Example 6. In Examples 1 to 5 described above, the Fermi level of the AlInAs mixed crystal grown by vapor phase epitaxy is positioned approximately at the center of the band gap by introducing the p-type impurity that forms the shallow acceptor level EA. In the sixth embodiment, Ga is
As shown in FIG. 7, the number of deep donor level ED D formed by oxygen is increased by adding Al.
The As mixed crystal has a high resistance.
【0074】即ち、InP系の光デバイス,あるいは電
子デバイスに多く用いるInP基板に格子整合する組成
のAlInAs混晶の酸素レベルET は、0.3,0.
45,0.05eVであるが、該AlInAs混晶にG
aを加えて、上記AlInAs混晶と同じくInP基板
に格子整合する組成(Aly Ga1-y )xIn1-x As
(x=0.48,0≦y≦1)のAlGaInAs混晶
とした場合、酸素が形成するレベルは、さらに深く、か
つ増えることとなり、Ec−ET ≒0.4eVからEA
−ET =0.14eVまでの多くのレベルが形成され
る。従って、上記AlGaInAs混晶に酸素をドーピ
ングすると、該AlGaInAs混晶には深いドナー,
及び深いアクセプタが存在するため、結晶のフェルミレ
ベルはそのバンドギャップ中央に位置することとなり、
これにより高抵抗AlGaInAs層を容易に得ること
ができる。That is, the oxygen level ET of the AlInAs mixed crystal having a composition that is lattice-matched to the InP substrate that is often used for InP-based optical devices or electronic devices has an oxygen level ET of 0.3,0.
45,0.05 eV, but G in the AlInAs mixed crystal
The composition (AlyGa1-y) xIn1-xAs that lattice-matches the InP substrate in the same manner as the above AlInAs mixed crystal by adding a.
When the AlGaInAs mixed crystal of (x = 0.48, 0 ≦ y ≦ 1) is used, the level of oxygen formation is deeper and increases, and Ec-ET ≈0.4 eV to EA
Many levels are formed up to -ET = 0.14 eV. Therefore, when the AlGaInAs mixed crystal is doped with oxygen, the AlGaInAs mixed crystal has a deep donor,
And because there is a deep acceptor, the Fermi level of the crystal is located in the center of the band gap,
This makes it possible to easily obtain a high resistance AlGaInAs layer.
【0075】なお、上記AlGaInAs混晶は、In
P基板に格子整合する組成(AlyGa1-y )xIn1-x
As(x=0.48,0≦y≦1)のものであるが、
格子整合する組成のAlGaInAs層に限らず、本実
施例6の結晶成長法により、高抵抗AlGaInAs層
を得ることができるものである。The above AlGaInAs mixed crystal is In
Composition (AlyGa1-y) xIn1-x lattice-matched to P substrate
As (x = 0.48, 0 ≦ y ≦ 1),
A high resistance AlGaInAs layer can be obtained not only by the AlGaInAs layer having a composition that lattice-matches but also by the crystal growth method of the sixth embodiment.
【0076】実施例7.この発明の第7の実施例は、高
抵抗化合物半導体層を用いた長波長半導体レーザを作製
するものである。本実施例を説明する前に、まず従来の
長波長半導体レーザの構造とその製造方法について説明
する。図8は、従来の長波長半導体レーザの構造とその
製造方法を説明するための図である。図において、10
0はn−InP基板,1はn−InP基板100の上に
形成されたn−InP層,2はn−InP層1とp−I
nP層3との間に挟まれた活性層,200はp−InP
層3a上に形成されたp−InGaAsPコンタクト
層,10は電流狭窄構造を実現するためのFeドープI
nP高抵抗層であり、Fe濃度を1016cm-3とすること
で、108 Ωcm程度の抵抗率が得られ、現在もっとも利
用されている高抵抗層である。Example 7. The seventh embodiment of the present invention is to manufacture a long wavelength semiconductor laser using a high resistance compound semiconductor layer. Before describing the present embodiment, first, a structure of a conventional long wavelength semiconductor laser and a manufacturing method thereof will be described. FIG. 8 is a diagram for explaining a structure of a conventional long wavelength semiconductor laser and a manufacturing method thereof. In the figure, 10
0 is an n-InP substrate, 1 is an n-InP layer formed on the n-InP substrate 100, 2 is an n-InP layer 1 and p-I.
An active layer sandwiched between the nP layer 3 and 200 is p-InP
The p-InGaAsP contact layer 10 formed on the layer 3a is Fe-doped I for realizing a current confinement structure.
It is an nP high resistance layer, and by setting the Fe concentration to 10 16 cm −3 , a resistivity of about 10 8 Ωcm can be obtained, and it is the most used high resistance layer at present.
【0077】次にこの長波長半導体レーザの製造方法に
ついて説明する。まず、n−InP基板100上にMO
CVD法を用いて、n−InP層20,アンドープ層3
0,p−InP層40を順次成長した後、スパッタによ
りSiO2 膜を成膜し、通常のホトレジスト技術を用い
てSiO2 ストライプ50を形成する(図8(a) )。Next, a method of manufacturing this long wavelength semiconductor laser will be described. First, MO is formed on the n-InP substrate 100.
Using the CVD method, the n-InP layer 20 and the undoped layer 3
After sequentially growing the 0, p-InP layer 40, an SiO2 film is formed by sputtering, and an SiO2 stripe 50 is formed by using a normal photoresist technique (FIG. 8 (a)).
【0078】次いでSiO2 ストライプ50をマスクと
してウェットエッチングにより図8(b) のようなメサを
形成した後、MOCVD法によりFe−InP層10を
メサ両側に選択埋め込み成長する(図8(c) )。Next, a mesa as shown in FIG. 8 (b) is formed by wet etching using the SiO2 stripe 50 as a mask, and then the Fe--InP layer 10 is selectively embedded and grown on both sides of the mesa by MOCVD (FIG. 8 (c)). .
【0079】そして、SiO2 ストライプ50をHFで
除去した後、再びMOCVD法を用いてp−InP層3
a,p−InGaAsPコンタクト層200を順次成長
する(図8(d) )。Then, after removing the SiO 2 stripes 50 with HF, the p-InP layer 3 is again formed by MOCVD.
An a, p-InGaAsP contact layer 200 is sequentially grown (FIG. 8 (d)).
【0080】このようにして形成した長波長半導体レー
ザは、図8(d) に示すように、活性層2の両側を高抵抗
層であるFe−InP層10で埋め込んだことにより、
注入電流を活性層2に集中させるとともに、Fe−In
P層10の屈折率が活性層2より小さいため、活性層3
に光を効率よく閉じ込めることができ、レーザの特性を
向上させることができるが、以下に示す問題点がある。As shown in FIG. 8D, the long-wavelength semiconductor laser thus formed has the Fe-InP layer 10, which is a high resistance layer, buried on both sides of the active layer 2 so that
The injected current is concentrated in the active layer 2 and the Fe-In
Since the refractive index of the P layer 10 is smaller than that of the active layer 2, the active layer 3
Although the light can be efficiently confined in the laser and the characteristics of the laser can be improved, there are the following problems.
【0081】図9は、Fe−InP層とp−InP(ド
ーパントZn)層とが隣りあった時の結晶中のそれぞれ
のドーパント(Fe,Zn)の分布をSIMS分析した
結果である。図において、横軸は表面からの深さ、縦軸
はFe及びZnの濃度である。実線及び点線はそれぞれ
Fe及びZnのプロファイルを示す。この図から、Fe
は、Zn−InP層の中へ10μm程度拡散し、その時
のFe濃度は、FeのInP中の固溶限界に近い1017
cm-3程度であることがわかる。FIG. 9 shows the result of SIMS analysis of the distributions of the respective dopants (Fe, Zn) in the crystal when the Fe-InP layer and the p-InP (dopant Zn) layer were adjacent to each other. In the figure, the horizontal axis is the depth from the surface, and the vertical axis is the concentrations of Fe and Zn. The solid and dotted lines show the profiles of Fe and Zn, respectively. From this figure, Fe
Diffuses into the Zn—InP layer by about 10 μm, and the Fe concentration at that time is close to the solid solution limit of Fe in InP 10 17
It can be seen that it is about cm -3 .
【0082】即ち、上述の長波長半導体レーザ(図8
(d) )に示すレーザ構造の場合、Fe−InP層10か
らのp−InP層3及び活性層3へのFeの拡散と、p
−InP層4からの活性層3へのZnの拡散とによりレ
ーザの電気的,光学的特性が劣化する。That is, the long-wavelength semiconductor laser (see FIG.
In the laser structure shown in (d), diffusion of Fe from the Fe-InP layer 10 to the p-InP layer 3 and the active layer 3, and p
-Diffusion of Zn from the InP layer 4 to the active layer 3 deteriorates the electrical and optical characteristics of the laser.
【0083】以下本実施例の長波長半導体レーザについ
て説明する。まず、成長温度500°CでMOCVD法
により結晶成長したアンドープAlInAs層の電気的
特性について示す。n−InP基板上にアンドープAl
0.48In0.52As層を成長温度500°Cで3μm成長
したのち、さらにn及びp−InP層を成長温度650
°Cでそれぞれ0.5μm成長してp−n−i−n構造
を作製した。これをメサ型に加工して電流電圧特性をn
−i−n構造及びp−i−n構造と比較した。図1に、
それぞれの構造の電流電圧特性を示す。n−i−n構造
では、電子のみがアンドープAlInAs層に注入され
るので、抵抗率は2×108 Ωcmと高抵抗であるのに対
し、p−i−n構造では、n及びp−InP層からそれ
ぞれ電子とホールとがアンドープAlInAs層に注入
されて再結合するため、抵抗率は1Ωcm以下になった。
一方、p−n−i−n構造では、p−InP層とアンド
ープAlInAs層との間のn−InP層によりアンド
ープAlInAs層へのホールの注入が抑えられるた
め、1×1010Ωcm以上の高い抵抗率が得られた。The long wavelength semiconductor laser of this embodiment will be described below. First, the electrical characteristics of an undoped AlInAs layer grown by MOCVD at a growth temperature of 500 ° C. will be described. Undoped Al on n-InP substrate
A 0.48In0.52As layer is grown at a growth temperature of 500 ° C. for 3 μm, and then n and p-InP layers are grown at a growth temperature of 650.
Each was grown at 0.5 ° C. for 0.5 μm to form a p-n-i-n structure. This is processed into a mesa type and the current-voltage characteristic is n
It was compared with the -i-n structure and the p-i-n structure. In Figure 1,
The current-voltage characteristics of each structure are shown. In the n-i-n structure, only electrons are injected into the undoped AlInAs layer, so that the resistivity is as high as 2 × 10 8 Ωcm, whereas in the p-i-n structure, n and p-InP are formed. Electrons and holes were injected into the undoped AlInAs layer from the layers and recombined, so that the resistivity became 1 Ωcm or less.
On the other hand, in the p-n-i-n structure, the injection of holes into the undoped AlInAs layer is suppressed by the n-InP layer between the p-InP layer and the undoped AlInAs layer, so that it is higher than 1 × 10 10 Ωcm. The resistivity was obtained.
【0084】従って、長波長LDの電流ブロック層とし
てAlInAs層を用いるためには埋め込み構造をp−
n−i−n構造にする必要がある。ただし、電子デバイ
スにおいて電子又はホールを単独で利用する際の高抵抗
層として用いる場合はこの限りでない。Therefore, in order to use the AlInAs layer as the current blocking layer of the long wavelength LD, the buried structure is p-type.
It is necessary to have an n-i-n structure. However, this is not the case when it is used as a high resistance layer when electrons or holes are used alone in an electronic device.
【0085】次に、電流ブロック層としてAlInAs
層を用い、埋め込み構造をp−n−i−n構造とした長
波長LD製造プロセスについて図11に示す。n−In
P基板100上にn−InP層(1μm,1×1018cm
-3)1,活性層(0.1μm)2,p−InP層(0.
5μm,1×1018cm-3)3を成長温度600°CでM
OCVD法を用いて順次成長する(図11(a) )。表面
にSiO2 膜をスパッタで成膜し、通常の写真製版技術
を用いて(110)方向にSiO2 ストライプ50を形
成する。次にHBr系のエッチング液を用いてメサを形
成する(図11(b) )。再びMOCVD法を用いて成長
温度500°CでアンドープAlInAs層(3μm,
高抵抗)6を成長した後、成長温度600°Cでn−I
nP電流ブロック層(0.5μm,1×1018cm-3)7
をSiO2 ストライプ5上にポリ結晶を成長させること
なく選択成長する(図11(c) )。SiO2 ストライプ
5をHF系エッチング液で除去した後、p−InP層
(1μm,1×1018cm-3)3a,p−InGaAsコ
ンタクト層(1μm,1×1019cm-3)200を再びM
OCVD法で成長して長波長LD構造を作製する(図1
1(d))。Next, as a current blocking layer, AlInAs is used.
FIG. 11 shows a long-wavelength LD manufacturing process in which a layer is used and the buried structure is a p-n-i-n structure. n-In
N-InP layer (1 μm, 1 × 10 18 cm) on P substrate 100
-3 ) 1, active layer (0.1 μm) 2, p-InP layer (0.
5 μm, 1 × 10 18 cm −3 ) 3 at a growth temperature of 600 ° C.
Sequential growth is performed using the OCVD method (FIG. 11 (a)). A SiO2 film is formed on the surface by sputtering, and a SiO2 stripe 50 is formed in the (110) direction by using a normal photoengraving technique. Next, a mesa is formed using an HBr-based etching solution (FIG. 11 (b)). Using the MOCVD method again, the undoped AlInAs layer (3 μm,
(High resistance) 6 and then n−I at a growth temperature of 600 ° C.
nP current blocking layer (0.5 μm, 1 × 10 18 cm −3 ) 7
Is selectively grown on the SiO2 stripe 5 without growing a polycrystal (FIG. 11 (c)). After the SiO2 stripe 5 were removed by HF series etching solution, p-InP layer (1μm, 1 × 10 18 cm -3) 3a, p-InGaAs contact layer (1μm, 1 × 10 19 cm -3) 200 again M
A long-wavelength LD structure is produced by growing by the OCVD method (FIG. 1).
1 (d)).
【0086】この製法におけるポイントは図11(c) の
プロセスである。この時の成長温度プロファイルを図1
2に示す。通常は、上記実施例1で説明したように高抵
抗アンドープAlInAs層4の成長温度である500
°Cにリン圧で昇温してから成長を開始する(プロファ
イルa)。しかしこの場合、アンドープAlInAs層
4は1μm程度(時間にして約1時間)しか選択成長す
ることができない。それ以上の膜厚を成長しようとする
とSiO2 ストライプ50上にポリAlInAs結晶が
析出する。レーザを高速動作させるためには、レーザの
寄生容量を減らす必要があり、そのためにはアンドープ
AlInAs層4をできるだけ厚くする必要がある。例
えばレーザ出力の伝送レートが2.5〜10Gb/sで
あれば、アンドープAlInAs層4の膜厚は3μm程
度必要である。The point of this manufacturing method is the process shown in FIG. 11 (c). Figure 1 shows the growth temperature profile at this time.
2 shows. Normally, the growth temperature of the high resistance undoped AlInAs layer 4 is 500, as described in the first embodiment.
Growth is started after the temperature is raised to ° C by the phosphorus pressure (profile a). However, in this case, the undoped AlInAs layer 4 can be selectively grown only about 1 μm (about 1 hour in time). If an attempt is made to grow a film thickness greater than that, poly-AlInAs crystals are deposited on the SiO2 stripes 50. In order to operate the laser at high speed, it is necessary to reduce the parasitic capacitance of the laser, and for that purpose, it is necessary to make the undoped AlInAs layer 4 as thick as possible. For example, if the transmission rate of the laser output is 2.5 to 10 Gb / s, the film thickness of the undoped AlInAs layer 4 needs to be about 3 μm.
【0087】そこで1度アンドープAlInAs層の成
長温度よりも高い基板温度(例えば600°C)に昇温
した後、500°Cまで降温して成長を行うと、アンド
ープAlInAs層4は3μm程度までSiO2 ストラ
イプ5の上にポリAlInAs結晶が析出することな
く、埋め込み成長ができる(プロファイルb)。Then, once the substrate temperature (for example, 600 ° C.) higher than the growth temperature of the undoped AlInAs layer is raised, the temperature is lowered to 500 ° C. to grow the undoped AlInAs layer 4 up to about 3 μm SiO 2 Buried growth can be performed without depositing a poly-AlInAs crystal on the stripe 5 (profile b).
【0088】これは成長前にホスフィンから分解したリ
ン原子(又は水素原子)が、SiO2 ストライプ5を全
面に覆うことにより、ポリAlInAs結晶がSiO2
膜に付着することを抑制するためである。また、アンド
ープAlInAs層4成長前のホスフィンを流している
温度を高くすることによりホスフィンの分解を促進する
ことができるため、図12の(a) と比較して(b) のプロ
ファイルの方がアンドープInInAs層4の膜を厚く
選択成長できる。This is because the phosphorus atom (or hydrogen atom) decomposed from phosphine before the growth covers the entire surface of the SiO2 stripe 5, so that the polyAlInAs crystal is changed to SiO2.
This is to prevent adhesion to the film. Further, since the decomposition of phosphine can be promoted by increasing the temperature at which the phosphine is flowing before the growth of the undoped AlInAs layer 4, the profile of (b) is more undoped than that of (a) of FIG. The InInAs layer 4 can be selectively grown thick.
【0089】以上のように500°Cという低温でAl
InAs層を、SiO2 ストライプ5上にポリAlIn
As結晶を付着させずに選択埋め込み成長するために
は、成長前の温度プロファイルを制御することが極めて
重要である。As described above, Al at a low temperature of 500 ° C.
The InAs layer is formed on the SiO2 stripe 5 by poly-AlIn.
In order to perform selective burying growth without attaching As crystals, it is extremely important to control the temperature profile before growth.
【0090】本実施例の製造方法で作製した長波長LD
の光出力/注入電流特性を図13に示す。該長波長LD
はしきい値電流8mAで発振し、良好な特性が得られて
いることがわかる。Long-wavelength LD manufactured by the manufacturing method of this embodiment
FIG. 13 shows the optical output / injection current characteristics of the. The long wavelength LD
Oscillates at a threshold current of 8 mA, and it can be seen that good characteristics are obtained.
【0091】このような本実施例7においては、電流ブ
ロック層としてアンドープAlInAs層を用い、埋め
込み構造をp−n−i−n構造とした長波長LDの製造
プロセスにおいて、アンドープAlInAs層4の選択
埋め込み成長を、成長温度(500°C)よりも高い基
板温度に昇温した後、500°Cまで降温して行うよう
にしたので、アンドープAlInAs層4成長前のホス
フィンを流す温度が高くなり、ホスフィンからのリン原
子(又は水素原子)への分解が促進され、該リン原子
(又は水素原子)がSiO2 ストライプ5の全面を覆
い、ポリAlInAs結晶がSiO2 膜に付着するのを
抑制することができる。このためアンドープAlInA
s層4の膜を厚く選択成長でき、レーザを高速動作させ
ることのできる長波長LDを得ることができる。In the seventh embodiment as described above, the undoped AlInAs layer 4 is selected in the manufacturing process of the long wavelength LD in which the unblocked AlInAs layer is used as the current blocking layer and the buried structure is the p-n-i-n structure. The embedded growth is performed by raising the substrate temperature to a temperature higher than the growth temperature (500 ° C.) and then decreasing the temperature to 500 ° C. Therefore, the temperature at which the phosphine flows before the growth of the undoped AlInAs layer 4 becomes high, The decomposition of phosphine into phosphorus atoms (or hydrogen atoms) is promoted, the phosphorus atoms (or hydrogen atoms) cover the entire surface of the SiO2 stripe 5, and it is possible to suppress the adhesion of polyAlInAs crystals to the SiO2 film. . Therefore, undoped AlInA
The s-layer 4 film can be selectively grown thick, and a long-wavelength LD capable of operating the laser at high speed can be obtained.
【0092】また、アンドープAlInAs層4にはF
e−InP層中のFeのような非常に拡散しやすいドー
パントが含まれていない。従って、p型InP層のp型
ドーパントにZnよりも拡散しにくいBeを用いること
によって、活性層3中に拡散してくる不純物量を抑える
ことができるため、長波長LDを設計通りの不純物プロ
ファイルに製作することができる。なお、本実施例では
マスクとしてSiO2 膜を用いたが、これはSiO1-x
Nx (0<x ≦1)膜を用いても同じ効果が得られる。Further, the undoped AlInAs layer 4 has F
It does not contain very diffusible dopants such as Fe in the e-InP layer. Therefore, by using Be, which is more difficult to diffuse than Zn, as the p-type dopant of the p-type InP layer, the amount of impurities diffused into the active layer 3 can be suppressed, so that the long-wavelength LD has an impurity profile as designed. Can be manufactured. In this embodiment, a SiO2 film is used as a mask, but this is SiO1-x.
The same effect can be obtained by using an Nx (0 <x≤1) film.
【0093】実施例8.上記実施例7ではアンドープA
lInAs層4の成長前の温度プロファイルを変えるこ
とにより、アンドープAlInAs層4の埋め込み層厚
を厚くすることを述べた。この場合、選択埋め込み成長
できる温度は、上記実施例1で説明したように500±
25°Cと非常に狭い。本実施例は、成長中にエッチン
グガスを微量添加することによりその成長温度範囲を広
げるものである。Example 8. In Example 7 above, undoped A
It has been described that the buried layer thickness of the undoped AlInAs layer 4 is increased by changing the temperature profile before the growth of the lInAs layer 4. In this case, the temperature at which the selective burying growth can be performed is 500 ±, as described in the first embodiment.
Very narrow at 25 ° C. In this embodiment, the growth temperature range is expanded by adding a trace amount of etching gas during growth.
【0094】以下本実施例の長波長半導体レーザについ
て説明する。図11(c) のアンドープAlInAs層4
成長中に、HClガス(又はCl2ガス)を5〜20CC/
minほど添加しながら成長を行う。この際、昇温プロフ
ァイルは図12の(a) ,(b) のどちらでもかまわない。
HClはSiO2 ストライプ50に付着するポリAlI
nAs結晶の核となる原料種を除去する効果があるた
め、選択埋め込み成長できる温度範囲を475〜600
°Cまで広げることができる。The long wavelength semiconductor laser of this embodiment will be described below. Undoped AlInAs layer 4 of FIG. 11 (c)
HCl gas (or Cl2 gas) 5-20 CC /
Grow while adding about min. At this time, the heating profile may be either (a) or (b) in FIG.
HCl is poly AlI attached to the SiO2 stripe 50.
Since it has the effect of removing the raw material species that become the nuclei of the nAs crystal, the temperature range in which selective burying growth is possible is 475 to 600
Can be expanded up to ° C.
【0095】また図11(c) の構造からSiO2 ストラ
イプ50を除去する際に、アンドープAlInAs層4
の表面露出部分、即ちSiO2 ストライプ50とアンド
ープAlInAs層6とが接触している部分は酸化され
やすいものとなる。そして、この酸化されている領域が
広いとp−InP層3aが平坦に成長しない。そこでp
−InP層3aを成長する前にHClガスを流して、酸
化した表面層をうすくライトエッチングすることによ
り、p−InP層8を平坦に成長することができる。When removing the SiO 2 stripes 50 from the structure of FIG. 11C, the undoped AlInAs layer 4 is removed.
The exposed portion of the surface, that is, the portion where the SiO2 stripe 50 is in contact with the undoped AlInAs layer 6 is easily oxidized. If the oxidized region is wide, the p-InP layer 3a will not grow flat. Then p
Before the -InP layer 3a is grown, HCl gas is caused to flow, and the oxidized surface layer is lightly etched so that the p-InP layer 8 can be grown flat.
【0096】このような本実施例8においては、電流ブ
ロック層としてアンドープAlInAs層を用い、埋め
込み構造をp−n−i−n構造とした長波長LDの製造
プロセスにおいて、アンドープAlInAs層4の選択
埋め込み成長を、HClガス(又はCl2 ガス)を5〜
20CC/minほど添加しながら行うようにしたので、HC
lがSiO2 ストライプ50に付着するポリAlInA
s結晶の核となる原料種を除去することとなり、選択埋
め込み成長できる温度範囲を475〜600°Cまで広
げることができる。このため成長温度をシビアに制御し
なくても、アンドープInInAs層4の膜を厚く選択
成長した,高速動作させることのできる長波長LDを得
ることができる。In the eighth embodiment, the undoped AlInAs layer 4 is selected in the manufacturing process of the long wavelength LD in which the unblocked AlInAs layer is used as the current blocking layer and the buried structure is the p-n-i-n structure. Buried growth is performed by adding HCl gas (or Cl2 gas) 5 to 5
Since it was done while adding about 20 CC / min, HC
Poly AlInA attached to the SiO2 stripe 50
By removing the raw material seed that becomes the nucleus of the s crystal, the temperature range in which the selective burying growth can be performed can be expanded to 475 to 600 ° C. Therefore, even if the growth temperature is not severely controlled, it is possible to obtain a long-wavelength LD capable of operating at high speed, in which the film of the undoped InInAs layer 4 is selectively grown thick.
【0097】また、アンドープAlInAs層4にはF
e−InP層中のFeのような非常に拡散しやすいドー
パントが含まれていない。従って、p型InP層のp型
ドーパントにZnよりも拡散しにくいBeを用いること
によって、活性層3中に拡散してくる不純物量を抑える
ことができるため、長波長LDを設計通りの不純物プロ
ファイルに作製することができる。Further, the undoped AlInAs layer 4 has F
It does not contain very diffusible dopants such as Fe in the e-InP layer. Therefore, by using Be, which is more difficult to diffuse than Zn, as the p-type dopant of the p-type InP layer, the amount of impurities diffused into the active layer 3 can be suppressed, so that the long-wavelength LD has an impurity profile as designed. Can be manufactured.
【0098】なお、上記実施例7,8では、長波長LD
単体について述べたが、動作電圧を逆にすることにより
構成される単体変調器、あるいはLDと、変調器と、導
波路と、PDとを集積した複合デバイスの埋め込み層に
適用してもよく、上記と同様の効果が得られる。In the seventh and eighth embodiments, the long wavelength LD
Although the single unit is described, it may be applied to a single modulator configured by reversing the operating voltage, or an embedded layer of a composite device in which an LD, a modulator, a waveguide, and a PD are integrated, The same effect as above can be obtained.
【0099】[0099]
【発明の効果】この発明によれば、Inを含む有機金
属、Alを含む有機金属、Asを含む水素化合物及び有
機金属を原料とし、有機金属化学気相成長法により所定
の低温度で気相成長させて、得られる化合物半導体混晶
中に該化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯の
ほぼ中央に位置させる濃度の不純物が導入されるように
したので、アンドープの状態でn型の伝導を示すAlI
nAs混晶を,そのドナー濃度が相殺されることにより
高抵抗化することができ、その結果、気相成長法を用い
て,これに隣接する化合物半導体層への不純物拡散が抑
えられた高抵抗化合物半導体層を再現性よく形成するこ
とができる効果がある。According to the present invention, an organic metal containing In, an organic metal containing Al, a hydrogen compound containing As, and an organic metal are used as raw materials, and a vapor phase is formed at a predetermined low temperature by a metal organic chemical vapor deposition method. By growing the compound semiconductor mixed crystal, an impurity having a concentration that locates the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal in the approximate center of the forbidden band was introduced. AlI showing conduction
The resistance of the nAs mixed crystal can be increased by canceling out the donor concentration thereof, and as a result, high resistance in which impurity diffusion into the compound semiconductor layer adjacent to the nAs mixed crystal is suppressed by using the vapor phase growth method. There is an effect that the compound semiconductor layer can be formed with good reproducibility.
【0100】この発明によれば、Inを含む有機金属、
Alを含む有機金属、Asを含む水素化合物及び有機金
属を原料とし、有機金属化学気相成長法により所定の低
温度で気相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に
該化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ
中央に位置させる濃度の,p型不純物が導入されるよう
にしたので、アンドープの状態でn型の伝導を示すAl
InAs混晶を,そのドナー濃度が相殺されることによ
り高抵抗化することができ、その結果、気相成長法を用
いて,これに隣接する化合物半導体層への不純物拡散が
抑えられた高抵抗化合物半導体層を再現性よく形成する
ことができる効果がある。According to the present invention, an organic metal containing In,
A compound semiconductor mixed crystal is obtained by subjecting an organic metal containing Al, a hydrogen compound containing As, and an organic metal as a raw material to vapor phase growth at a predetermined low temperature by a metal organic chemical vapor deposition method to obtain a compound semiconductor mixed crystal. Since a p-type impurity having a concentration that positions the Fermi level of Al in the vicinity of the forbidden band is introduced, Al that exhibits n-type conduction in the undoped state is introduced.
The resistance of the InAs mixed crystal can be increased by canceling out the donor concentration, and as a result, high resistance in which impurity diffusion into the compound semiconductor layer adjacent to the InAs mixed crystal is suppressed by using the vapor phase growth method. There is an effect that the compound semiconductor layer can be formed with good reproducibility.
【0101】また、この発明によれば、上記3種類の原
料を用い、有機金属化学気相成長法により所定の低温度
で気相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に、該
化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中
央に位置させる濃度の,浅いアクセプタ準位を形成する
不純物が導入されるようにしたので、アンドープの状態
でn型の伝導を示すAlInAs混晶を,その浅いドナ
ーの濃度が相殺されることにより高抵抗化することがで
き、その結果、気相成長法を用いて,これに隣接する化
合物半導体層への不純物拡散が抑えられた高抵抗化合物
半導体層を再現性良く得ることができる効果がある。Further, according to the present invention, the above-mentioned three kinds of raw materials are used to carry out vapor phase growth at a predetermined low temperature by a metal organic chemical vapor deposition method, and the compound semiconductor is mixed in the compound semiconductor mixed crystal obtained. Impurities that form a shallow acceptor level with a concentration that positions the Fermi level of the mixed crystal at approximately the center of the forbidden band were introduced, so that an AlInAs mixed crystal exhibiting n-type conduction in the undoped state was selected. The resistance of the shallow donor can be offset to increase the resistance, and as a result, the high resistance compound semiconductor in which the impurity diffusion into the compound semiconductor layer adjacent to the compound semiconductor layer is suppressed by using the vapor phase growth method. The layer can be obtained with good reproducibility.
【0102】また、この発明によれば、上記3種類の原
料を用い、有機金属化学気相成長法により所定の低温度
で気相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に、該
化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中
央に位置させる濃度の,IV族元素のアクセプタ不純物が
導入されるようにしたので、アンドープの状態でn型の
伝導を示すAlInAs混晶を,その浅いドナーの濃度
が相殺されることにより高抵抗化することができ、その
結果、気相成長法を用いて,これに隣接する化合物半導
体層への不純物拡散が抑えられた高抵抗化合物半導体層
を再現性良く得ることができる効果がある。According to the present invention, the compound semiconductor is mixed in the compound semiconductor mixed crystal obtained by vapor-depositing the above-mentioned three kinds of raw materials by a metalorganic chemical vapor deposition method at a predetermined low temperature. Since a group IV element acceptor impurity having a concentration that positions the Fermi level of the mixed crystal at approximately the center of the forbidden band is introduced, an AlInAs mixed crystal exhibiting n-type conduction in an undoped state is The resistance of the shallow donor can be increased by offsetting the concentration of the shallow donor, and as a result, a high resistance compound semiconductor layer in which impurity diffusion into the compound semiconductor layer adjacent to the compound semiconductor layer is suppressed by the vapor phase growth method. There is an effect that can be obtained with good reproducibility.
【0103】また、この発明によれば、上記3種類の原
料を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導
体混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合
物半導体混晶中に、該化合物半導体混晶のフェルミ準位
をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の,p型不純
物をドーピングするようにしたので、アンドープの状態
でn型の伝導を示すAlInAs混晶を,その浅いドナ
ーの濃度が相殺されることにより高抵抗化することがで
き、その結果、気相成長法を用いて,これに隣接する化
合物半導体層への不純物拡散が抑えられた高抵抗化合物
半導体層を再現性良く得ることができる効果がある。According to the present invention, the compound semiconductor mixed crystal is crystal-grown by the metalorganic chemical vapor deposition method using the above-mentioned three kinds of raw materials, and during the crystal growth, the compound semiconductor mixed crystal is grown. Since the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is doped with a p-type impurity at a concentration that is located approximately in the center of the forbidden band, an AlInAs mixed crystal exhibiting n-type conduction in an undoped state is The resistance of the shallow donor can be increased by offsetting the concentration of the shallow donor, and as a result, a high resistance compound semiconductor layer in which impurity diffusion into the compound semiconductor layer adjacent to the compound semiconductor layer is suppressed by the vapor phase growth method. There is an effect that can be obtained with good reproducibility.
【0104】また、この発明によれば、上記3種類の原
料を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導
体混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合
物半導体混晶中に、該化合物半導体混晶のフェルミ準位
をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の,浅いアク
セプタ準位を形成する不純物をドーピングするようにし
たので、アンドープの状態でn型の伝導を示すAlIn
As混晶を,その浅いドナーの濃度が相殺されることに
より高抵抗化することができ、その結果、気相成長法を
用いて,これに隣接する化合物半導体層への不純物拡散
が抑えられた高抵抗化合物半導体層を再現性良く得るこ
とができる効果がある。Further, according to the present invention, the compound semiconductor mixed crystal is crystal-grown by the metalorganic chemical vapor deposition method using the above three kinds of raw materials, and at the time of this crystal growth, the compound semiconductor mixed crystal is formed in the compound semiconductor mixed crystal. Since the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located near the center of the forbidden band, the impurity forming the shallow acceptor level is doped, so that AlIn that exhibits n-type conductivity in the undoped state is obtained.
The resistance of the As mixed crystal can be increased by offsetting the concentration of the shallow donor, and as a result, diffusion of impurities into the compound semiconductor layer adjacent to the As mixed crystal can be suppressed by using the vapor phase growth method. The high resistance compound semiconductor layer can be obtained with good reproducibility.
【0105】また、この発明によれば、上記3種類の原
料を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導
体混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合
物半導体混晶中に、該化合物半導体混晶のフェルミ準位
をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度のIV族元素の
アクセプタ不純物をドーピングするようにしたので、ア
ンドープの状態でn型の伝導を示すAlInAs混晶
を,その浅いドナーの濃度が相殺されることにより高抵
抗化することができ、その結果、気相成長法を用いて,
これに隣接する化合物半導体層への不純物拡散が抑えら
れた高抵抗化合物半導体層を再現性良く得ることができ
る効果がある。According to the present invention, the compound semiconductor mixed crystal is crystal-grown by the metalorganic chemical vapor deposition method using the above three kinds of raw materials, and the compound semiconductor mixed crystal is grown in the compound semiconductor mixed crystal during the crystal growth. Since the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is doped with an acceptor impurity of a group IV element at a concentration that locates the Fermi level at approximately the center of the forbidden band, an AlInAs mixed crystal exhibiting n-type conduction in an undoped state is formed. , By reducing the concentration of the shallow donor, it is possible to increase the resistance. As a result, using the vapor phase epitaxy method,
There is an effect that a high-resistance compound semiconductor layer in which the diffusion of impurities into the adjacent compound semiconductor layer is suppressed can be obtained with good reproducibility.
【0106】また、この発明によれば、上記3種類の原
料を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導
体混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合
物半導体混晶中に、該化合物半導体混晶のフェルミ準位
をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の,II族元素
のアクセプタ不純物をドーピングするようにしたので、
アンドープの状態でn型の伝導を示すAlInAs混晶
を,その浅いドナーの濃度が相殺されることにより高抵
抗化することができ、その結果、気相成長法を用いて,
これに隣接する化合物半導体層への不純物拡散が抑えら
れた高抵抗化合物半導体層を再現性良く得ることができ
る効果がある。According to the present invention, the compound semiconductor mixed crystal is crystal-grown by the metalorganic chemical vapor deposition method using the above-mentioned three kinds of raw materials, and during the crystal growth, the compound semiconductor mixed crystal is formed in the compound semiconductor mixed crystal. Since the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located at approximately the center of the forbidden band, the group II element acceptor impurity is doped,
The AlInAs mixed crystal exhibiting n-type conduction in the undoped state can be made to have a high resistance by offsetting the concentration of the shallow donor, and as a result, by using the vapor phase growth method,
There is an effect that a high-resistance compound semiconductor layer in which the diffusion of impurities into the adjacent compound semiconductor layer is suppressed can be obtained with good reproducibility.
【0107】また、この発明によれば、上記II族元素の
アクセプタ不純物に加え、深いドナー準位を形成する不
純物をドーピングするようにしたので、上記AlInA
s混晶のフェルミ準位の制御範囲が拡大することによ
り、これがより高抵抗化することとなり、その結果、気
相成長法を用いて,これに隣接する化合物半導体層への
不純物拡散が抑えられた高抵抗化合物半導体層をより一
層再現性良く得ることができる効果がある。Further, according to the present invention, in addition to the acceptor impurities of the group II element, impurities forming a deep donor level are doped, so that the AlInA
By expanding the control range of the Fermi level of the s mixed crystal, the resistance becomes higher, and as a result, the diffusion of impurities into the compound semiconductor layer adjacent thereto can be suppressed by using the vapor phase growth method. There is an effect that a high resistance compound semiconductor layer can be obtained with higher reproducibility.
【0108】また、この発明によれば、Inを含む有機
金属、Alを含む有機金属、Asを含む水素化合物また
は有機金属、Gaを含む有機金属を原料とし、有機金属
化学気相成長法により化合物半導体混晶を結晶成長さ
せ、かつ、この結晶成長時に該化合物半導体混晶中に深
いドナー及びアクセプタ準位を形成する不純物をドーピ
ングするようにしたので、得られる化合物半導体混晶
は、深いドナー及びアクセプタの準位の数が増大し,そ
の禁制帯中央近傍に多数のエネルギ準位が形成された状
態で、上記深いドナー及びアクセプタ準位を形成する不
純物がドーピングされることにより,そのフェルミ準位
がその禁制帯のほぼ中央に位置したものとなり、その結
果、これに隣接する化合物半導体層への不純物拡散が抑
えられた高抵抗化合物半導体層を再現性良く得ることが
できる効果がある。Further, according to the present invention, an organic metal containing In, an organic metal containing Al, a hydrogen compound or organic metal containing As, or an organic metal containing Ga is used as a raw material, and a compound is prepared by a metal organic chemical vapor deposition method. Since the semiconductor mixed crystal is crystal-grown and the compound semiconductor mixed crystal is doped with impurities that form a deep donor and acceptor level during the crystal growth, the obtained compound semiconductor mixed crystal has a deep donor and acceptor level. With the number of acceptor levels increasing and a large number of energy levels formed near the center of the forbidden band, the Fermi level of the deep donor and acceptor levels is doped by doping with impurities. Is located almost in the center of the forbidden band, and as a result, a high resistance compound in which diffusion of impurities into the compound semiconductor layer adjacent to this is suppressed. There is an effect that it is possible to obtain a conductive layer with good reproducibility.
【0109】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層の結晶成長方法においては、請求項11ないし15の
いずれかに記載の高抵抗化合物半導体層を結晶成長する
方法において、上記所定の低温度で結晶成長させる前
に、基板温度を該成長温度よりも高い温度に昇温させる
ようにしたので、マスクに付着するポリを抑制する効果
を持つリン原子(又は水素原子)の,ホスフィンからの
分解が促進され、これにより高抵抗化合物半導体層を厚
く成長させることができる効果がある。Further, in the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention, in the method of crystal growth of the high resistance compound semiconductor layer according to any one of claims 11 to 15, at the predetermined low temperature. Since the substrate temperature is raised to a temperature higher than the growth temperature before crystal growth, the decomposition of phosphorus atoms (or hydrogen atoms) from the phosphine, which has the effect of suppressing poly adhering to the mask, is prevented. This is promoted, which has the effect of allowing the high-resistance compound semiconductor layer to grow thick.
【0110】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層の結晶成長方法においては、請求項11ないし15の
いずれかに記載の高抵抗化合物半導体層を結晶成長する
方法において、マスクに付着するポリの核となる原料種
を除去する効果を持つエッチングガスを添加しながら結
晶成長させるようにしたので、高抵抗化合物半導体層を
成長させることのできる温度範囲を広げることができる
効果がある。Further, in the crystal growth method of the high resistance compound semiconductor layer according to the present invention, in the method of crystal growth of the high resistance compound semiconductor layer according to any one of claims 11 to 15, a method of depositing poly on the mask is used. Since the crystal growth is performed while adding the etching gas having the effect of removing the raw material species serving as the nuclei, there is an effect that the temperature range in which the high resistance compound semiconductor layer can be grown can be widened.
【0111】また、この発明に係る半導体装置において
は、電流ブロック層を、請求項1ないし10のいずれか
に記載の高抵抗化合物半導体層をi層とする,p−n−
i−n構造としたので、電流ブロック層をさらに高抵抗
化させることができる効果がある。In the semiconductor device according to the present invention, the current blocking layer has the high resistance compound semiconductor layer according to any one of claims 1 to 10 as an i layer, pn-
Since it has the in-n structure, there is an effect that the resistance of the current blocking layer can be further increased.
【図1】 この発明の第1の実施例による高抵抗AlI
nAs層のエネルギバンド図、及び該高抵抗AlInA
s層を備えた半導体レーザの断面図。FIG. 1 is a high resistance AlI according to a first embodiment of the present invention.
Energy band diagram of nAs layer and the high resistance AlInA
Sectional drawing of the semiconductor laser provided with an s layer.
【図2】 上記実施例1における不純物濃度の成長温度
依存性を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the growth temperature dependence of the impurity concentration in the first embodiment.
【図3】 上記実施例1におけるアクセプタ濃度と、フ
ェルミレベルとの関係を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an acceptor concentration and a Fermi level in Example 1 described above.
【図4】 上記実施例1におけるAlInAs混晶の室
温での抵抗率の成長温度依存性を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the growth temperature dependence of the resistivity of the AlInAs mixed crystal in Example 1 at room temperature.
【図5】 この発明の実施例2,3を説明するための,
ZnドープAlInAs混晶の抵抗率のZn濃度依存性
を示す図。FIG. 5 is a view for explaining Embodiments 2 and 3 of the present invention,
The figure which shows the Zn concentration dependence of the resistivity of a Zn dope AlInAs mixed crystal.
【図6】 上記実施例2,3を説明するための,Znド
ープAlInAs層を備えた半導体レーザの断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor laser including a Zn-doped AlInAs layer for explaining the above-mentioned Examples 2 and 3.
【図7】 この発明の第6の実施例による高抵抗AlG
aInAs層のエネルギバンド図。FIG. 7 is a high resistance AlG according to a sixth embodiment of the present invention.
Energy band diagram of aInAs layer.
【図8】 従来の高抵抗埋め込み層を用いた長波長半導
体LDの製造方法を説明するための図。FIG. 8 is a diagram for explaining a conventional method for manufacturing a long wavelength semiconductor LD using a high resistance buried layer.
【図9】 Fe−InP層とp−InP(ドーパントZ
n)層とが隣りあった時の結晶中のそれぞれのドーパン
ト(Fe,Zn)の分布をSIMS分析した結果を示す
図。FIG. 9: Fe-InP layer and p-InP (dopant Z
The figure which shows the result of SIMS analysis of the distribution of each dopant (Fe, Zn) in a crystal | crystallization when it was adjacent to the (n) layer.
【図10】 この発明の第7の実施例を説明するため
の,AlInAs層の上下構造の違いによる電流電圧特
性を示す図。FIG. 10 is a diagram showing current-voltage characteristics due to the difference in the upper and lower structures of the AlInAs layer for explaining the seventh embodiment of the present invention.
【図11】 上記実施例7による長波長半導体レーザ装
置の製造方法を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the long wavelength semiconductor laser device according to the seventh embodiment.
【図12】 上記実施例7におけるAlInAs埋め込
み層成長前の温度プロファイルを示す図。FIG. 12 is a diagram showing a temperature profile before growing an AlInAs burying layer in Example 7;
【図13】 上記実施例7による長波長半導体レーザの
光出力−注入電流特性を示す図。FIG. 13 is a diagram showing optical output-injection current characteristics of the long wavelength semiconductor laser according to the seventh embodiment.
【図14】 従来のAlInAs層のエネルギバンド
図。FIG. 14 is an energy band diagram of a conventional AlInAs layer.
1 n−InP、2 活性層、3,3a p−InP、
4 高抵抗AlInAs層(電流ブロック層)、4’
ZnドープAlInAs高抵抗層(電流ブロック層)、
10 FeドープInP高抵抗層(電流ブロック層)、
20 n−InP層、30 アンドープ層、40 p−
InP層、50 SiO2 ストライプ、100 n−I
nP基板、200 p−InGaAsPコンタクト層、
Ec 伝導帯レベル、Ev 価電子帯レベル、ESD 浅
いドナーレベル、EA 浅いアクセプタレベル、EDD
深いドナーレベル、NSD 浅いドナー濃度、NDD 深い
ドナー濃度、NA アクセプタ濃度。1 n-InP, 2 active layer, 3,3 ap-InP,
4 High resistance AlInAs layer (current blocking layer), 4 '
Zn-doped AlInAs high resistance layer (current blocking layer),
10 Fe-doped InP high resistance layer (current blocking layer),
20 n-InP layer, 30 undoped layer, 40 p-
InP layer, 50 SiO2 stripe, 100 n-I
nP substrate, 200 p-InGaAsP contact layer,
Ec conduction band level, Ev valence band level, ESD shallow donor level, EA shallow acceptor level, EDD
Deep donor level, NSD shallow donor concentration, NDD deep donor concentration, NA acceptor concentration.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 園田 琢二 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電 機株式会社 光・マイクロ波デバイス開 発研究所内 (56)参考文献 特開 平4−72720(JP,A) 特開 平3−22519(JP,A) 特開 平3−218008(JP,A) 特開 平3−148112(JP,A) 特開 昭61−48917(JP,A) 特開 平1−138784(JP,A) 特開 平1−241817(JP,A) 特開 昭59−124170(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 C30B 25/00 C30B 29/40 502 H01S 5/30 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Takuji Sonoda 4-1-1, Mizuhara, Itami City, Hyogo Prefecture Mitsubishi Electric Corp. Optical & Microwave Device Development Laboratory (56) Reference JP-A-4-72720 (JP) , A) JP 3-22519 (JP, A) JP 3-218008 (JP, A) JP 3-148112 (JP, A) JP 61-48917 (JP, A) JP 1-138784 (JP, A) JP-A-1-241817 (JP, A) JP-A-59-124170 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/205 C30B 25/00 C30B 29/40 502 H01S 5/30
Claims (33)
なる半導体装置における高抵抗化合物半導体層におい
て、 Inを含む有機金属、Alを含む有機金属、Asを含む
水素化合物または有機金属を原料として気相成長させた
化合物半導体混晶からなり、該化合物半導体混晶中に
は、該化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯の
ほぼ中央に位置させる濃度の,p型不純物が含まれてい
ることを特徴とする高抵抗化合物半導体層。1. A high-resistance compound semiconductor layer in a semiconductor device in which compound semiconductor layers having different compositions are stacked, wherein an organic metal containing In, an organic metal containing Al, a hydrogen compound containing As, or an organic metal is used as a raw material. It is composed of a phase-grown compound semiconductor mixed crystal, and the compound semiconductor mixed crystal contains a p-type impurity having a concentration that positions the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal in the approximate center of the forbidden band. A high resistance compound semiconductor layer characterized by the above.
なる半導体装置における高抵抗化合物半導体層におい
て、 Inを含む有機金属、Alを含む有機金属、Asを含む
水素化合物または有機金属を原料として気相成長させた
化合物半導体混晶からなり、該化合物半導体混晶中に
は、該化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯の
ほぼ中央に位置させる濃度の,浅いアクセプタ準位を形
成する不純物が含まれていることを特徴とする高抵抗化
合物半導体層。2. A high-resistance compound semiconductor layer in a semiconductor device in which compound semiconductor layers having different compositions are stacked, and an organic metal containing In, an organic metal containing Al, a hydrogen compound containing As, or an organic metal is used as a raw material. Impurities that form a phase-grown compound semiconductor mixed crystal and that form a shallow acceptor level in the compound semiconductor mixed crystal in a concentration that positions the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal in the approximate center of the forbidden band A high-resistance compound semiconductor layer, which comprises:
なる半導体装置における高抵抗化合物半導体層におい
て、 Inを含む有機金属、Alを含む有機金属、Asを含む
水素化合物または有機金属を原料として気相成長させた
化合物半導体混晶からなり、該化合物半導体混晶中に
は、該化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯の
ほぼ中央に位置させる濃度の,IV族元素のアクセプタ不
純物が含まれていることを特徴とする高抵抗化合物半導
体層。3. In a high-resistance compound semiconductor layer in a semiconductor device in which compound semiconductor layers having different compositions are stacked, an organic metal containing In, an organic metal containing Al, a hydrogen compound containing As, or an organic metal is used as a raw material. It is composed of a phase-grown compound semiconductor mixed crystal, and the compound semiconductor mixed crystal contains a group IV element acceptor impurity in a concentration such that the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located approximately in the center of the forbidden band. A high resistance compound semiconductor layer characterized in that
において、 上記IV族元素のアクセプタ不純物が、炭素であることを
特徴とする高抵抗化合物半導体層。4. The high resistance compound semiconductor layer according to claim 3, wherein the acceptor impurity of the group IV element is carbon.
なる半導体装置における高抵抗化合物半導体層におい
て、 Inを含む有機金属、Alを含む有機金属、Asを含む
水素化合物または有機金属を原料として気相成長させた
化合物半導体混晶からなり、該化合物半導体混晶中に
は、該化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯の
ほぼ中央に位置させる濃度の,II族元素のアクセプタ不
純物が含まれていることを特徴とする高抵抗化合物半導
体層。5. A high-resistivity compound semiconductor layer in a semiconductor device in which compound semiconductor layers having different compositions are stacked, wherein an organic metal containing In, an organic metal containing Al, a hydrogen compound containing As, or an organic metal is used as a raw material. It is composed of a phase-grown compound semiconductor mixed crystal, and the compound semiconductor mixed crystal contains a group II element acceptor impurity in a concentration such that the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located at approximately the center of the forbidden band. A high resistance compound semiconductor layer characterized in that
において、 上記II族元素のアクセプタ不純物が、ドーピングにより
上記化合物半導体混晶中に取り込まれたベリリウムある
いはマグネシウムであることを特徴とする高抵抗化合物
半導体層。6. The high-resistance compound semiconductor layer according to claim 5, wherein the acceptor impurity of the group II element is beryllium or magnesium incorporated in the compound semiconductor mixed crystal by doping. Resistive compound semiconductor layer.
抵抗化合物半導体層において、 上記IV族元素またはII族元素のアクセプタ不純物に加
え、該アクセプタ不純物の濃度の10倍以上の濃度の深
いドナー準位を形成する不純物が含まれていることを特
徴とする高抵抗化合物半導体層。7. The high-resistance compound semiconductor layer according to claim 3, wherein, in addition to the acceptor impurities of the group IV element or the group II element, the concentration is 10 times or more as deep as the concentration of the acceptor impurities. A high-resistance compound semiconductor layer, which contains an impurity forming a donor level.
において、 上記深いドナー準位を形成する不純物が、ドーピングに
より上記化合物半導体混晶中に取り込まれた酸素である
ことを特徴とする高抵抗化合物半導体層。8. The high resistance compound semiconductor layer according to claim 7, wherein the impurity forming the deep donor level is oxygen taken into the compound semiconductor mixed crystal by doping. Resistive compound semiconductor layer.
なる半導体装置における高抵抗化合物半導体層におい
て、 Inを含む有機金属、Alを含む有機金属、Gaを含む
有機金属、Asを含む水素化合物または有機金属を原料
として気相成長させた化合物半導体混晶からなり、該化
合物半導体混晶中には、該化合物半導体混晶のフェルミ
準位をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の,深い
ドナー及びアクセプタ準位を形成する不純物が含まれて
いることを特徴とする高抵抗化合物半導体層。9. A high-resistivity compound semiconductor layer in a semiconductor device in which compound semiconductor layers having different compositions are laminated, wherein an organic metal containing In, an organic metal containing Al, an organic metal containing Ga, a hydrogen compound containing As, or It is composed of a compound semiconductor mixed crystal vapor-grown from an organic metal as a raw material, and the compound semiconductor mixed crystal contains a deep donor having a concentration such that the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located at approximately the center of the forbidden band. And a high-resistance compound semiconductor layer containing impurities forming an acceptor level.
層において、 上記深いドナー及びアクセプタ準位を形成する不純物
は、ドーピングにより上記化合物半導体混晶中に取り込
まれた酸素であることを特徴とする高抵抗化合物半導体
層。10. The high-resistance compound semiconductor layer according to claim 9, wherein the impurity forming the deep donor and acceptor levels is oxygen incorporated into the compound semiconductor mixed crystal by doping. High resistance compound semiconductor layer.
てなる半導体装置における高抵抗化合物半導体層を結晶
成長する方法において、 Inを含む有機金属、Alを含む有機金属、Asを含む
水素化合物または有機金属を原料とし、有機金属化学気
相成長法により所定の低温度で結晶成長させて、得られ
る化合物半導体混晶中に、該化合物半導体混晶のフェル
ミ準位をその禁制帯幅のほぼ中央に位置させる濃度の,
不純物を取り込ませることを特徴とする高抵抗化合物半
導体層の結晶成長法。11. A method of crystal-growing a high-resistance compound semiconductor layer in a semiconductor device comprising compound semiconductor layers having different compositions, wherein an organic metal containing In, an organic metal containing Al, a hydrogen compound containing As, or an organic material containing As. Using a metal as a raw material, crystal growth is performed at a predetermined low temperature by a metal organic chemical vapor deposition method, and in a compound semiconductor mixed crystal obtained, the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is set at approximately the center of the band gap. Of the concentration to be placed,
A crystal growth method for a high-resistance compound semiconductor layer, which is characterized by incorporating impurities.
てなる半導体装置における高抵抗化合物半導体層を結晶
成長する方法において、 Inを含む有機金属、Alを含む有機金属、Asを含む
水素化合物または有機金属を原料とし、有機金属化学気
相成長法により所定の低温度で結晶成長させて、得られ
る化合物半導体混晶中に、該化合物半導体混晶のフェル
ミ準位をその禁制帯幅のほぼ中央に位置させる濃度の,
p型不純物を取り込ませることを特徴とする高抵抗化合
物半導体層の結晶成長法。12. A method of crystal-growing a high-resistance compound semiconductor layer in a semiconductor device comprising a stack of compound semiconductor layers having different compositions, comprising: an organic metal containing In, an organic metal containing Al, a hydrogen compound containing As, or an organic material containing As. Using a metal as a raw material, crystal growth is performed at a predetermined low temperature by a metal organic chemical vapor deposition method, and in a compound semiconductor mixed crystal obtained, the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is set at approximately the center of the band gap. Of the concentration to be placed,
A crystal growth method for a high-resistance compound semiconductor layer, characterized by incorporating p-type impurities.
てなる半導体装置における高抵抗化合物半導体層を結晶
成長する方法において、 Inを含む有機金属、Alを含む有機金属、Asを含む
水素化合物または有機金属を原料とし、有機金属化学気
相成長法により所定の低温度で結晶成長させて、得られ
る化合物半導体混晶中に、該化合物半導体混晶のフェル
ミ準位をその禁制帯幅のほぼ中央に位置させる濃度の,
浅いアクセプタ準位を形成する不純物を取り込ませるこ
とを特徴とする高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。13. A method of crystal-growing a high-resistance compound semiconductor layer in a semiconductor device comprising compound semiconductor layers having different compositions, comprising: an organic metal containing In, an organic metal containing Al, a hydrogen compound containing As, or an organic material containing As. Using a metal as a raw material, crystal growth is performed at a predetermined low temperature by a metal organic chemical vapor deposition method, and in a compound semiconductor mixed crystal obtained, the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is set at approximately the center of the band gap. Of the concentration to be placed,
A crystal growth method for a high-resistance compound semiconductor layer, characterized by incorporating impurities forming a shallow acceptor level.
てなる半導体装置における高抵抗化合物半導体層を結晶
成長する方法において、 Inを含む有機金属、Alを含む有機金属、Asを含む
水素化合物または有機金属を原料とし、有機金属化学気
相成長法により所定の低温度で気相成長させて、得られ
る化合物半導体混晶中に,該化合物半導体混晶のフェル
ミ準位をその禁制帯幅のほぼ中央に位置させる濃度の,
IV族元素のアクセプタ不純物を取り込ませることを特徴
とする高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。14. A method of crystal-growing a high-resistance compound semiconductor layer in a semiconductor device comprising compound semiconductor layers having different compositions, wherein an organic metal containing In, an organic metal containing Al, a hydrogen compound containing As, or an organic compound containing As. The Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal obtained by vapor-depositing a metal as a raw material at a predetermined low temperature by a metalorganic chemical vapor deposition method at a predetermined low temperature, and the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is almost at the center of the band gap. Of the concentration to be placed in
A crystal growth method for a high-resistance compound semiconductor layer, which is characterized in that acceptor impurities of group IV elements are incorporated.
体層の結晶成長法において、 上記IV族元素のアクセプタ不純物が、炭素であることを
特徴とする高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。15. The crystal growth method of a high resistance compound semiconductor layer according to claim 14, wherein the acceptor impurity of the group IV element is carbon.
てなる半導体装置における高抵抗化合物半導体層を結晶
成長する方法において、 Inを含む有機金属、Alを含む有機金属、Asを含む
水素化合物または有機金属を原料とし、有機金属化学気
相成長法により化合物半導体混晶を結晶成長させ、か
つ、この結晶成長時に該化合物半導体混晶のフェルミ準
位をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の,p型不
純物をドーピングすることを特徴とする高抵抗化合物半
導体層の結晶成長法。16. A method of crystal-growing a high-resistance compound semiconductor layer in a semiconductor device in which compound semiconductor layers having different compositions are stacked, comprising: an organic metal containing In, an organic metal containing Al, a hydrogen compound containing As, or an organic material containing As. Using a metal as a raw material, a compound semiconductor mixed crystal is crystal-grown by a metal organic chemical vapor deposition method, and at a concentration such that the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located in the approximate center of the forbidden band during the crystal growth, A crystal growth method for a high-resistance compound semiconductor layer, which comprises doping with a p-type impurity.
てなる半導体装置における高抵抗化合物半導体層を結晶
成長する方法において、 Inを含む有機金属、Alを含む有機金属、Asを含む
水素化合物または有機金属を原料とし、有機金属化学気
相成長法により化合物半導体混晶を結晶成長させ、か
つ、このこの結晶成長時に該化合物半導体混晶のフェル
ミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の,浅
いアクセプタ準位を形成する不純物をドーピングするこ
とを特徴とする高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。17. A method of crystal-growing a high resistance compound semiconductor layer in a semiconductor device comprising compound semiconductor layers having different compositions, wherein an organic metal containing In, an organic metal containing Al, a hydrogen compound containing As, or an organic compound containing As. Using a metal as a raw material, a compound semiconductor mixed crystal is crystal-grown by a metal organic chemical vapor deposition method, and at the time of this crystal growth, a Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located at approximately the center of the forbidden band. , A method for crystal growth of a high-resistance compound semiconductor layer, which is characterized by doping an impurity that forms a shallow acceptor level.
てなる半導体装置における高抵抗化合物半導体層を結晶
成長する方法において、 Inを含む有機金属、Alを含む有機金属、Asを含む
水素化合物または有機金属を原料とし、有機金属化学気
相成長法により化合物半導体混晶を結晶成長させ、か
つ、この結晶成長時に該化合物半導体混晶のフェルミ準
位をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の,IV族元
素のアクセプタ不純物をドーピングすることを特徴とす
る高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。18. A method of crystal-growing a high-resistance compound semiconductor layer in a semiconductor device comprising compound semiconductor layers having different compositions, wherein an organic metal containing In, an organic metal containing Al, a hydrogen compound containing As, or an organic material containing As. Using a metal as a raw material, a compound semiconductor mixed crystal is crystal-grown by a metal organic chemical vapor deposition method, and at a concentration such that the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located in the approximate center of the forbidden band during the crystal growth, A crystal growth method for a high-resistance compound semiconductor layer, characterized by doping an acceptor impurity of a group IV element.
体層の結晶成長法において、 上記ドーピングするIV族元素のアクセプタ不純物が、炭
素であることを特徴とする高抵抗化合物半導体層の結晶
成長法。19. The crystal growth method of a high resistance compound semiconductor layer according to claim 18, wherein the acceptor impurity of the group IV element to be doped is carbon. .
てなる半導体装置における高抵抗化合物半導体層を結晶
成長する方法において、 Inを含む有機金属、Alを含む有機金属、Asを含む
水素化合物または有機金属を原料とし、有機金属化学気
相成長法により化合物半導体混晶を結晶成長させ、か
つ、この結晶成長時に該化合物半導体混晶のフェルミ準
位をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の,II族元
素のアクセプタ不純物をドーピングすることを特徴とす
る高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。20. A method of crystal-growing a high resistance compound semiconductor layer in a semiconductor device comprising compound semiconductor layers having different compositions, wherein an organic metal containing In, an organic metal containing Al, a hydrogen compound containing As or an organic compound containing As. Using a metal as a raw material, a compound semiconductor mixed crystal is crystal-grown by a metal organic chemical vapor deposition method, and at a concentration such that the Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located in the approximate center of the forbidden band during the crystal growth, A crystal growth method for a high-resistance compound semiconductor layer, characterized by doping an acceptor impurity of a group II element.
体層の結晶成長法において、 上記ドーピングするII族元素のアクセプタ不純物が、ベ
リリウムあるいはマグネシウムであることを特徴とする
高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。21. The crystal of a high resistance compound semiconductor layer according to claim 20, wherein the acceptor impurity of the group II element to be doped is beryllium or magnesium. Growth method.
載の高抵抗化合物半導体層の結晶成長法において、 上記II族元素またはIV族元素のアクセプタ不純物に加
え、深いドナー準位を形成する不純物をドーピングする
ことを特徴とする高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。22. The crystal growth method for a high resistance compound semiconductor layer according to claim 18, further comprising an impurity forming a deep donor level in addition to the acceptor impurities of the group II element or the group IV element. A crystal growth method for a high-resistance compound semiconductor layer characterized by doping.
体層の結晶成長法において、 上記深いドナー準位を形成する不純物が、酸素であるこ
とを特徴とする高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。23. The crystal growth method of a high resistance compound semiconductor layer according to claim 22, wherein the impurity forming the deep donor level is oxygen. .
体層の結晶成長法において、 上記酸素のドーピング量は、上記アクセプタ不純物のド
ーピング量の10倍以上であることを特徴とする高抵抗
化合物半導体層の結晶成長法。24. The high resistance compound semiconductor layer according to claim 23, wherein the doping amount of oxygen is 10 times or more the doping amount of the acceptor impurity. Layer crystal growth method.
てなる半導体装置における高抵抗化合物半導体層を結晶
成長する方法において、 Inを含む有機金属、Alを含む有機金属、Asを含む
水素化合物または有機金属、Gaを含む有機金属を原料
とし、有機金属化学気相成長法により結晶成長させ、か
つ、この結晶成長時に該化合物半導体混晶のフェルミ準
位をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の,深いド
ナー及びアクセプタ準位を形成する不純物をドーピング
することを特徴とする高抵抗化合物半導体層の結晶成長
法。25. A method of crystal-growing a high-resistance compound semiconductor layer in a semiconductor device comprising compound semiconductor layers having different compositions, comprising: an organic metal containing In, an organic metal containing Al, a hydrogen compound containing As, or an organic material containing As. A metal or an organic metal containing Ga is used as a raw material, and a crystal is grown by a metal organic chemical vapor deposition method, and at the time of this crystal growth, a Fermi level of the compound semiconductor mixed crystal is located at approximately the center of the forbidden band. , A method for crystal growth of a high-resistance compound semiconductor layer, which comprises doping impurities forming deep donor and acceptor levels.
体層の結晶成長法において、 上記深いドナー及びアクセプタ準位を形成する不純物
が、酸素であることを特徴とする高抵抗化合物半導体層
の結晶成長法。26. The crystal of a high resistance compound semiconductor layer according to claim 25, wherein the impurity forming the deep donor and acceptor levels is oxygen. Growth method.
てなる半導体装置において、 電流ブロック層を、請求項1ないし10のいずれかに記
載の高抵抗化合物半導体層をi層とする,p−n−i−
n構造としたことを特徴とする半導体装置。27. A semiconductor device in which compound semiconductor layers having different compositions are laminated, wherein the current blocking layer is the high resistance compound semiconductor layer according to any one of claims 1 to 10 as an i-layer, pn -I-
A semiconductor device having an n structure.
て、 該半導体装置が、長波長レーザダイオードであることを
特徴とする半導体装置。28. The semiconductor device according to claim 27, wherein the semiconductor device is a long-wavelength laser diode.
て、 該半導体装置が、変調器であることを特徴とする半導体
装置。29. The semiconductor device according to claim 27, wherein the semiconductor device is a modulator.
て、 該半導体装置が、レーザダイオードと変調器と導波路と
フォトダイオードとを集積した複合デバイスであること
を特徴とする半導体装置。30. The semiconductor device according to claim 27, wherein the semiconductor device is a composite device in which a laser diode, a modulator, a waveguide, and a photodiode are integrated.
載の高抵抗化合物半導体層の結晶成長法において、 上記所定の低温度で結晶成長させる前に、基板温度を該
成長温度よりも高い温度に昇温させることを特徴とする
高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。31. The crystal growth method for a high resistance compound semiconductor layer according to claim 11, wherein the substrate temperature is set to a temperature higher than the growth temperature before crystal growth is performed at the predetermined low temperature. A method for growing a crystal of a high resistance compound semiconductor layer, which comprises raising the temperature.
載の高抵抗化合物半導体層の結晶成長法において、 マスクに付着するポリの核となる原料種を除去する効果
を持つエッチングガスを添加しながら結晶成長させるこ
とを特徴とする高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。32. The crystal growth method for a high resistance compound semiconductor layer according to claim 11, while adding an etching gas having an effect of removing a raw material species which becomes a nucleus of poly adhered to the mask. A crystal growth method for a high-resistance compound semiconductor layer, which comprises crystal growth.
体層の結晶成長法において、 上記エッチングガスが、HClガスあるいはCl2 ガス
であることを特徴とする高抵抗化合物半導体層の結晶成
長法。33. The crystal growth method of a high resistance compound semiconductor layer according to claim 32, wherein the etching gas is HCl gas or Cl 2 gas.
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