JPH0483332A - Growth method of compound semiconductor crystal - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
有機金属気相成長法を適用して化合物半導体結晶を成長
させる方法の改良に関し、
各原料ガスの熱分解温度の違いに依って発生する混晶化
合物半導体結晶に於ける混晶組成の結晶面内での不均一
性を改善することを目的とし、化合物半導体結晶を構成
する各元素に対応する各原料ガスのうち或る熱分解温度
特性をもつ少なくとも一種類の原料ガスに対して同等の
熱分解温度特性をもつ他の元素の原料ガスが存在しない
場合に於いて、該他の元素の或る原料ガスに対してその
熱分解温度特性と逆のそれをもった該他の元素の原料ガ
スの少なくとも一種類を混合した混合ガスを半導体結晶
基板上に供給する有機金属気相成長法にて前記化合物半
導体結晶を成長させる工程が含まれてなるよう構成する
。[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding the improvement of the method of growing compound semiconductor crystals by applying metal-organic vapor phase epitaxy, the present invention relates to the improvement of the method of growing compound semiconductor crystals by applying metal-organic vapor phase epitaxy. In order to improve the heterogeneity of the mixed crystal composition within the crystal plane, at least one type of raw material gas having a certain thermal decomposition temperature characteristic is used, which corresponds to each element constituting the compound semiconductor crystal. If there is no raw material gas of another element that has the same thermal decomposition temperature characteristics as the raw material gas of the other element, The method further comprises the step of growing the compound semiconductor crystal by an organometallic vapor phase epitaxy method in which a mixed gas containing at least one of the raw material gases of the other element is supplied onto the semiconductor crystal substrate. .
本発明は、有機金属気相成長（ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉ
ｃ ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ｅｐｉしａ ｘ
ｙ ： ＭＯＶＰＥ）法を適用して化合物半導体結晶を
成長させる方法の改良に関する。The present invention is directed to metalorganic vapor phase epitaxy (metalorganic vapor phase epitaxy).
c vapor phase epi x
The present invention relates to an improvement in a method for growing compound semiconductor crystals by applying the MOVPE (MOVPE) method.
現在、ＭＯＶＰＥ法を適用して化合物半導体結晶を成長
させる場合、約５〜７． ５ （ｃｍ） （２〜３〔
吋〕）φもの大面積結晶基板を用いることができ、例え
ば、液相成長（ｌｉｑｕｉｄ ｐｈａｓｅ ｅｐｉ
ｔａｘｙ：ＬＰＥ）法など他の成長技術にはない優れた
量産性が期待されている。因に、ＬＰＥ法では２０ （
ａｎ） Ｘ３０ Ｃ閣〕の結晶基板を用いている。Currently, when growing compound semiconductor crystals using the MOVPE method, the growth rate is about 5 to 7. 5 (cm) (2~3 [
]) A large-area crystal substrate as large as φ can be used, for example, liquid phase epitaxy (liquid phase epitaxy)
It is expected to have excellent mass productivity, which is not found in other growth techniques such as the taxi (LPE) method. Incidentally, in the LPE method, 20 (
An) X30 C cabinet] crystal substrate is used.
ところで、ＭＯＶＰＥ法の量産性を向上させる為、結晶
成長室の形状を最適化したり、結晶成長室内を流れる原
料ガスの流れを制御したり、成長結晶膜の膜厚、混晶の
組成、ドーピング濃度などの均一性を結晶面内で高めた
りすることについて多くの試みがなされてきた。このう
ち、結晶成長室の形状を最適化することで、結晶膜の膜
厚及びドーピング濃度については、かなり満足すべき均
一性が実現されたのであるが、混晶の組成については、
未だ充分な均一性は得られていない。By the way, in order to improve the mass productivity of the MOVPE method, it is necessary to optimize the shape of the crystal growth chamber, control the flow of raw material gas inside the crystal growth chamber, and improve the thickness of the grown crystal film, the composition of the mixed crystal, and the doping concentration. Many attempts have been made to improve the uniformity of crystals, etc. within the crystal plane. By optimizing the shape of the crystal growth chamber, we were able to achieve fairly satisfactory uniformity in the thickness and doping concentration of the crystal film, but with regard to the composition of the mixed crystal,
Sufficient uniformity has not yet been obtained.
従って、化合物半導体装置を製造するに際し、より高い
量産性を実現するには、混晶に於ける組成の結晶面内均
一性を向上しなければならない。Therefore, in order to achieve higher mass productivity when manufacturing compound semiconductor devices, it is necessary to improve the in-plane uniformity of the composition of the mixed crystal.
一般に、ＭＯＶＰＥ法に依る混晶の化合物半導体結晶を
成長させる場合、該化合物半導体結晶を構成する各元素
の原料には、一種の元素に対処して一種の原料ガスを供
給するようにしている。Generally, when growing a mixed crystal compound semiconductor crystal using the MOVPE method, one kind of raw material gas is supplied for each element constituting the compound semiconductor crystal.
例えば、光通信用素子を構成するのに不可欠な■−■族
化合物半導体であるＩ ｎＣｙａＡｓＰ混晶からなる化
合物半導体結晶を成長させる場合、例えば、水素ガスで
希釈したトリメチルインジウム（ＴＭ Ｉ ｎ ：
（ＣＨ３） ３ １ ｎ）、トリエチルガリウム（ＴＥ
Ｃａ ： （Ｃ，Ｈｓ ）：ｌ Ｇａ）、アルシン（
Ａ ｓ Ｈ：ｌ ） 、ホスフィ７（ＰＨ３）など、−
元素に対して一種類の原料ガスを結晶基数上に供給する
ようにしている。これ等の原料ガスは約６００Ｃ’Ｃ）
に加熱された結晶基板の近傍で或る有限の時間を費やし
て熱分解されることで結晶の成長に寄与し得るかたちに
変化し、そして、熱分解した原料ガスの気相中での組成
に依り、成長する化合物半導体結晶の混晶組成は定まる
。For example, when growing a compound semiconductor crystal made of InCyaAsP mixed crystal, which is a ■-■ group compound semiconductor essential for constructing optical communication devices, for example, trimethylindium (TM In:
(CH3) 3 1 n), triethylgallium (TE
Ca: (C,Hs):lGa), arsine (
As H:l), phosphine 7 (PH3), etc.
One type of raw material gas for each element is supplied on the crystal base. These raw material gases are approximately 600C'C)
It takes a certain amount of time to be thermally decomposed in the vicinity of the crystal substrate heated to Therefore, the mixed crystal composition of the compound semiconductor crystal to be grown is determined.
第７図は通常のＭＯＶＰＥ法を実施するＭＯＶＰＥ装百
を説明する為の要部切断側面説明図を表している。FIG. 7 shows a cutaway side view of essential parts for explaining a MOVPE system for carrying out a normal MOVPE method.
図に於いて、１は結晶成長室、２は原料ガス導入口、３
はガス排気口、４は回転カーボン・サセプタ、５は回転
カーボン・サセプタ支持棒、６は高周波加熱コイル、７
は結晶基板をそれぞれ示している。In the figure, 1 is a crystal growth chamber, 2 is a raw material gas inlet, and 3 is a crystal growth chamber.
is a gas exhaust port, 4 is a rotating carbon susceptor, 5 is a rotating carbon susceptor support rod, 6 is a high frequency heating coil, 7
indicate crystal substrates, respectively.
このＭＯＶＰＥ装置に於いて、原料ガス導入口２から送
入された原料ガスは、加熱されでいる結晶基板７の表面
に向かって流れ、その近傍で熱分解し、表面に沿って流
れて結晶成長を行ない、その後、ガス排気口３から排出
される。In this MOVPE apparatus, the raw material gas introduced from the raw material gas inlet 2 flows toward the surface of the crystal substrate 7 which is already heated, is thermally decomposed in the vicinity, and flows along the surface to grow crystals. After that, the gas is discharged from the gas exhaust port 3.
第７図に見られるＭＯ’ＶＰＥ装置に依って結晶成長を
行う場合、各原料ガスの熱分解温度が高いと、原料ガス
の流れの上流、即ち、原料ガス導入口２に近い側では各
原料ガスの熱分解は少なく、且つ、下流に流れるにつれ
て各原料ガスの熱分解は多くなる。When crystal growth is performed using the MO'VPE apparatus shown in FIG. 7, if the thermal decomposition temperature of each raw material gas is high, each raw material gas is The thermal decomposition of the gas is small, and the thermal decomposition of each raw material gas increases as it flows downstream.
一般に、各原料ガスの熱分解温度は各原料ガス毎に異な
り、各原料ガスはそれぞれの熱分解温度に応じて上流か
ら下流へと流れるにつれて熱分解してゆくものである。Generally, the thermal decomposition temperature of each raw material gas is different for each raw material gas, and each raw material gas is thermally decomposed as it flows from upstream to downstream according to its respective thermal decomposition temperature.
従って、熱分解した原料ガスの気相組成は、結晶基板７
上の場所に依って相違したものとなり、混晶の化合物半
導体結晶に於ける混晶組成は、上流の部分から下流の部
分にかけて変化したものとなる。Therefore, the gas phase composition of the thermally decomposed raw material gas is
The composition differs depending on the location above, and the mixed crystal composition in the mixed crystal compound semiconductor crystal changes from the upstream portion to the downstream portion.
第１図は本発明の詳細な説明する為のＩｎＧａＡｓＰ結
晶に於けるＶ族組成の結晶面内での組成分布を表す線図
であり、ここで、この図を借りて前記問題を更に説明し
よう。尚、図の縦軸は固相中のＰ組成を、また、横軸は
基板中央からの距離をそれぞれ採っである。FIG. 1 is a diagram showing the composition distribution in the crystal plane of the V group composition in an InGaAsP crystal for explaining the present invention in detail. Here, let us further explain the above problem with reference to this diagram. . In the figure, the vertical axis represents the P composition in the solid phase, and the horizontal axis represents the distance from the center of the substrate.
このデータは、〜′族元素の原料としてＡｓ−Ｈ。This data uses As-H as the raw material for ~' group elements.
ガス及びＰＨ３ガスをそれぞれ用い、成長温度を良質な
結晶が得られるとされている６００（’Ｃ〕としてＩ
ｎＧａＡｓ Ｐ結晶を成長させて得られたものである。Gas and PH3 gas were used, and the growth temperature was set to 600 ('C), which is said to yield high-quality crystals.
It was obtained by growing an nGaAs P crystal.
通常、ＰＨ，ガスの熱分解温度はＡ ｓ Ｈ３ガスのそ
れに比較して高く、熱分解した■族原料ガスの気相中で
の組成は、上流側から下流側に向かってＰ組成が大にな
るよう変化する。従って、成長したＩ ｎＧａＡｓ Ｐ
結晶中でのＰ組成は上流側から下流側に向かって増加す
ることになる。Normally, the thermal decomposition temperature of PH gas is higher than that of A s H3 gas, and the composition of the thermally decomposed Group II raw material gas in the gas phase is such that the P composition increases from the upstream side to the downstream side. Change to become. Therefore, the grown I nGaAs P
The P composition in the crystal increases from the upstream side to the downstream side.
本発明は、各原料ガスの熱分解温度の違いに依って発生
する混晶化合物半導体結晶に於ける混晶組成の結晶面内
での不均一性を改善しようとする。The present invention attempts to improve the nonuniformity of the mixed crystal composition within the crystal plane in a mixed crystal compound semiconductor crystal that occurs due to the difference in thermal decomposition temperature of each raw material gas.
〔課題を解決するための手段］
本発明の原理についてＩｎＧａＡｓＰ結晶の成長を例に
して説明する。[Means for Solving the Problems] The principle of the present invention will be explained using the growth of InGaAsP crystal as an example.
第１図については、先に説明した通り、ＰＩ（。Regarding FIG. 1, as explained earlier, PI(.
ガスとＡＳＨ３ガスとを用いる場合であって、ＰＨ３ガ
スの熱分解温度がＡｓＨ，ガスの熱分解温度よりも高い
ことから、熱分解した〜′族原料ガスの気相中での組成
が上流側から下流側に向かってＰ組成が大になるように
変化し、従って、得られたＩｎＧａＡｓＰ結晶中でのＰ
組成が上流側から下流側に向かって増加した様子が表さ
れている。When using gas and ASH3 gas, the thermal decomposition temperature of PH3 gas is higher than the thermal decomposition temperature of AsH gas, so the composition of the thermally decomposed ~' group raw material gas in the gas phase is on the upstream side. The P composition changes toward the downstream side from
It is shown that the composition increases from the upstream side to the downstream side.
第２図も本発明の詳細な説明する為のＩ ｎＣｙａＡｓ
Ｐ結晶に於ける■族組成の結晶面内での組成分布を表す
線図であり、第１図と同様、図の縦軸は固相中のＰ組成
を、また、横軸は基板中央からの距離をそれぞれ採っで
ある。FIG. 2 also shows I nCyaAs for detailed explanation of the present invention.
This is a diagram showing the composition distribution of the group II composition in the crystal plane in a P crystal, and as in Figure 1, the vertical axis of the diagram represents the P composition in the solid phase, and the horizontal axis represents the distribution from the center of the substrate. The distances are taken for each.
このデータは、■族元素の原料としてＡｓＨ：ｌガス並
びにターシャリ・ブチル・ホスフィン（ｔｅｒｔｉａｒ
ｙ ｂｕｔｙｌ ｐｈｏｓｐｈｉｎｅ：ｔＢＰ）ガ
スをそれぞれ用い、成長温度を第１図の場合と同様に６
００（’Ｃ）として１ｎＧａＡｓＰ結晶を成長させて得
られたものである。This data indicates that AsH:l gas and tertiary butyl phosphine (tertiary butyl phosphine) are used as raw materials for group
y butyl phosphine (tBP) gas was used, and the growth temperature was set to 6.
It was obtained by growing a 1nGaAsP crystal as 00('C).
通常、ｔＢＰガスの熱分解温度はＡ ｓ Ｈｘガスのそ
れに比較して低く、熱分解した■族原料ガスの気相中で
の組成は上流側から下流側に向かってＡｓ組成が大にな
るよう変化する。従って、成長したＩ ｎＧａＡｓ Ｐ
結晶中でのｐＨｉ成は上流側から下流側に向かって減少
することになる。Normally, the thermal decomposition temperature of tBP gas is lower than that of As Hx gas, and the composition of the thermally decomposed Group II raw material gas in the gas phase is such that the As composition increases from the upstream side to the downstream side. Change. Therefore, the grown I nGaAs P
The pHi formation in the crystal decreases from the upstream side to the downstream side.
前記したように、Ａｓｈ、ガスの熱分解温度に対し、Ｐ
Ｈ３ガスの熱分解温度は高く且つｔＢＰガスの熱分解温
度は低いので、このような特性を利用すると、組成が均
一な混晶化合物半導体結晶を得ることができる。As mentioned above, for the thermal decomposition temperature of Ash and gas, P
Since the thermal decomposition temperature of H3 gas is high and the thermal decomposition temperature of tBP gas is low, by utilizing these characteristics, it is possible to obtain a mixed crystal compound semiconductor crystal with a uniform composition.
このようなことから、本発明に依る化合物半導体結晶の
成長方法に於いては、
（１）化合物半導体結晶（例えばＩｎＧａＡｓＰなど）
を構成する各元素に対応する各原料ガスのうち或る熱分
解温度特性をもつ少な（とも一種類の原料ガス（例えば
ＡｓＨ，ガス）に対して同等の熱分解温度特性をもつ他
の元素の原料ガスが存在しない場合に於いて、
該他の元素の或る原料ガス（例えばＰＨ，ガス）に対し
てその熱分解温度特性と逆のそれをもった該他の元素の
原料ガスの少なくとも一種類（例えば有機Ｐガスである
ｔＢＰ）を混合した混合ガスを半導体結晶基板（例えば
ｎ型ＩｎＰ結晶基板１１）上に供給する有機金属気相成
長法にて前記化合物半導体結晶を成長させる工程
が含まれてなるか、或いは、
（２）前記（１）に於いて、前記有機金属気相成長法に
て成長させる化合物半導体結晶がＡｓ及びＰを含むもの
であること
を特徴とするか、或いは、
（３）前記（１）に於いて、前記有機金属気相成長法に
て成長させる化合物半導体結晶がＩｎＧａＡｓＰである
こと
を特徴とするか、或いは、
（４）前記（１）に於いて、前記或る熱分解温度をもつ
少な（とも一種類の原料ガスがＡＳＨ３ガスであること
を特徴とするか、或いは、
（５）前記（１）に於いて、前記或る熱分解温度をもつ
少なくとも一種類の原料ガスがＰＨ，ガスであること
を特徴とするか、或いは、
（６）前記（１）に於いて、前記或る熱分解温度をもつ
少なくとも一種類の原料ガスが有機Ｐガスであること
を特徴とするか、或いは、
（７）前記（１）に於いて、前記他の元素の原料ガスで
ある混合ガスがＰＨ，ガスと有機Ｐガスの混合ガスであ
ること
を特徴とするか、或いは、
（８）前記（６）或いは（７）に於いて、前記有機Ｐガ
スがターシャリ・ブチル・ボスフィン・ガスであること
を特徴とする。For these reasons, in the method for growing compound semiconductor crystals according to the present invention, (1) Compound semiconductor crystals (for example, InGaAsP, etc.)
Among the raw material gases corresponding to each element constituting the element, there are a few that have certain thermal decomposition temperature characteristics (for one type of raw material gas (e.g., AsH, gas), other elements that have the same thermal decomposition temperature characteristics). In the case where the raw material gas does not exist, at least one of the raw material gases of the other element has thermal decomposition temperature characteristics opposite to that of the raw material gas (for example, PH, gas) of the other element. The step includes growing the compound semiconductor crystal by an organometallic vapor phase epitaxy method in which a mixed gas of various types (for example, tBP, which is an organic P gas) is supplied onto a semiconductor crystal substrate (for example, an n-type InP crystal substrate 11). (2) In (1) above, the compound semiconductor crystal grown by the organometallic vapor phase epitaxy method contains As and P; or (3) ) In the above (1), the compound semiconductor crystal grown by the organometallic vapor phase epitaxy is InGaAsP, or (4) in the above (1), or (5) in (1) above, at least one type of gas having a certain thermal decomposition temperature; The raw material gas is a PH gas, or (6) in the above (1), the at least one type of raw material gas having a certain thermal decomposition temperature is an organic P gas. (7) In (1) above, the mixed gas that is the raw material gas of the other element is a mixed gas of PH gas and organic P gas, or (8) In the above (6) or (7), the organic P gas is tertiary butyl bosphine gas.
（作用〕
前記手段を採ることに依り、或る元素に対応する原料ガ
スの熱分解温度特性と他の元素に対応する原料ガスの熱
分解温度特性とが相違している場合であっても、該他の
元素に対応する原料ガスの熱分解温度特性と逆のそれを
もつ少なくとも一種類の原料ガスを混合し、実質的に原
料ガスの熱分解温度特性を補正して混晶化合物半導体結
晶を成長させることができ、その結果、結晶基板面内に
於ける組成分布は著しく均一化される。(Operation) By adopting the above means, even if the thermal decomposition temperature characteristics of the raw material gas corresponding to a certain element are different from the thermal decomposition temperature characteristics of the raw material gas corresponding to another element, At least one type of raw material gas having a thermal decomposition temperature characteristic opposite to that of the raw material gas corresponding to the other element is mixed, and the thermal decomposition temperature characteristic of the raw material gas is substantially corrected to produce a mixed compound semiconductor crystal. As a result, the composition distribution within the plane of the crystal substrate is made extremely uniform.
第３図はＭＯＶＰＥ法を適用することに依って成長させ
た光通信に用いる分布帰還型（ｄ ｉ ｓ ｔ。FIG. 3 shows a distributed feedback type (distributed feedback type) used for optical communication grown by applying the MOVPE method.
ｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ：ＤＦＢ）レーザ
・ダイオードに於ける諸手導体層の要部切断正面図を表
している。2 shows a cutaway front view of essential parts of various conductive layers in a (rebutted feedback: DFB) laser diode.
図に於いて、１１はｎ型ＩｎＰ結晶基板、１２は回折格
子、１３はｎ型１ ｎＧａＡｓ Ｐ光ガイド層、１４は
ノン・ドープＩｎＧａＡｓＰ活性層、１５はｐ型１ｎＰ
クラッド層をそれぞれ示している。In the figure, 11 is an n-type InP crystal substrate, 12 is a diffraction grating, 13 is an n-type 1 nGaAsP optical guide layer, 14 is a non-doped InGaAsP active layer, and 15 is a p-type 1nP
Each cladding layer is shown.
このような構成を得るには、干渉露光法など通常の技術
を適用してｎ型１ｎＰ結晶基板１１の表面に回折格子１
２を形成し、その上にＭＯＶＰＥ法を通用してｎ型１
ｎＧａＡｓ Ｐ光ガイド層１３とノン・ドープＩｎＧａ
ＡｓＰ活性層１４とｐ型ｌｎＰクラット層１５とを順に
成長させる。To obtain such a configuration, a diffraction grating 1 is formed on the surface of the n-type 1nP crystal substrate 11 by applying a normal technique such as interference exposure method.
2 is formed, and an n-type 1 is formed on it using the MOVPE method.
nGaAs P optical guide layer 13 and non-doped InGa
An AsP active layer 14 and a p-type lnP crat layer 15 are grown in order.
この後、通常のメサ・エツチング法を適用して表面のρ
型１ｎＰクラッド層１５からｎ型１ｎＰ結晶基板１１の
表面、或いは、その中にまで達するメサ・エツチングを
行って、ストライプのメサを形成し、次いで、そのメサ
に於ける両側をＩｎＰ結晶で埋め込み、次いで、略平坦
化された表面にＰ型１ ｎＧａＡｓ Ｐコンタクト層を
形成し、ｐ側電極及びｎ側電極を形成して完成する。After this, the normal mesa etching method is applied to etch the surface ρ.
Mesa etching is performed from the type 1nP cladding layer 15 to the surface or inside of the n-type 1nP crystal substrate 11 to form a striped mesa, and then both sides of the mesa are filled with InP crystal. Next, a P-type 1 nGaAs P contact layer is formed on the substantially planarized surface, and a p-side electrode and an n-side electrode are formed to complete the process.
さて、図示の構成に於いて、各半導体層の膜厚や混晶組
成は最も基本的な素子パラメータであって、再現性良（
、しかも、結晶面内の均一性を良好に実現しなければな
らない。Now, in the configuration shown in the figure, the film thickness and mixed crystal composition of each semiconductor layer are the most basic device parameters, and have good reproducibility (
Moreover, good uniformity within the crystal plane must be achieved.
前記各半導体層のうち、例えば、室温発光波長約１．１
Ｃμｍ、）組成のｎ型１ｎＧａＡｓＰ光ガイド層１３を
成長させる場合を本発明一実施例として説明しよう。Among the semiconductor layers, for example, the room temperature emission wavelength is about 1.1.
As an embodiment of the present invention, a case will be described in which an n-type 1nGaAsP optical guide layer 13 having a composition of Cμm, ) is grown.
この場合に於ける諸条件を例示すると、使用装置：縦型
ＭＯＶＰＥ装置
ｎ型１ｎＰ結晶基板寸法：約５０Ｃｍｍｌφ基板回転速
度＝６０〔回／分］
成長温度：約６００（”Ｃ）
成長圧カニ７６（Ｔｏｒｒ）
ガスの総流量：６〔β〕
■族元素の原料： ＴＭ ｌ ｎ及びＴＥＧａ成長速度
：約ＩＣｕｍ／時間］
■族／■族比：約１５０
ＰＨ，ガスとｔＢＰガスの供給混合比＝４対６である。To illustrate the various conditions in this case, equipment used: Vertical MOVPE device n-type 1nP crystal substrate size: Approximately 50 Cmmlφ substrate rotation speed = 60 [times/min] Growth temperature: Approximately 600 ("C) Growth pressure crab 76 (Torr) Total flow rate of gas: 6 [β] Raw material of group ■ element: TM l n and TEGa growth rate: approximately ICum/hour] Group ■/group ratio: approximately 150 PH, supply mixing ratio of gas and tBP gas =4 to 6.
第４図は本発明を適用して成長させたＩ ｎＧａＡｓＰ
光ガイド層１３に於ける室温発光波長の面内分布均一性
を表す線図であり、図の縦軸には室温発光波長を、また
、横軸には基板中央からの距離をそれぞれ採っである。Figure 4 shows InGaAsP grown by applying the present invention.
It is a diagram showing the uniformity of the in-plane distribution of the room temperature emission wavelength in the light guide layer 13, in which the vertical axis of the figure is the room temperature emission wavelength, and the horizontal axis is the distance from the center of the substrate. .
図から明らかなように、発光波長の面内分布は約−！＝
３ （ｎｍ３程度であり、その均一性は著しく向上して
いる。As is clear from the figure, the in-plane distribution of the emission wavelength is approximately -! =
3 (about nm3), and its uniformity has been significantly improved.
ここで、比較の為、本発明を適用しない場合について説
明しよう。Here, for comparison, a case where the present invention is not applied will be explained.
第５図は本発明の実施例と同じ（ＩｎＧａＡｓＰ光ガイ
ド層１３をＡｓＨ，ガスーＩ−ＰＨ，ガスの手段で成長
させた場合に於ける室温発光波長の面内分布均一性を表
す線図であり、図の縦軸には室温発光波長を、また、横
軸には基板中央からの距離をそれぞれ採っである。FIG. 5 is a diagram showing the uniformity of the in-plane distribution of the room temperature emission wavelength when the InGaAsP light guide layer 13 is grown using AsH, gas-I-PH, or gas means, which is the same as the example of the present invention. The vertical axis of the figure represents the room temperature emission wavelength, and the horizontal axis represents the distance from the center of the substrate.
この場合、原料ガスの熱分解温度の相違に起因して、Ｉ
ｎＧａＡｓ Ｐ光ガイド層１３の室温発光波長は、Ｉ
ｎＰ結晶基板１１の中央部分から端部分に向かって短波
長側に変化している。この場合に於ける発光波長の面内
分布は約±１６．ｎｍ）である。In this case, due to the difference in the thermal decomposition temperature of the raw material gas, I
The room temperature emission wavelength of the nGaAs P optical guide layer 13 is I
The wavelength changes from the center to the end of the nP crystal substrate 11 toward shorter wavelengths. In this case, the in-plane distribution of the emission wavelength is approximately ±16. nm).
第６図は、同じく、ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１３をＡ
ｓＨ３ガス＋ｔＢＰガスの手段で成長させた場合に於け
る室温発光波長の面内分布均一性を表す線図であり、第
５図と同様、図の縦軸には室温発光波長を、また、横軸
には基板中央からの距離をそれぞれ採っである。FIG. 6 similarly shows that the InGaAsP light guide layer 13 is
This is a diagram showing the uniformity of the in-plane distribution of room temperature emission wavelength when grown using sH3 gas + tBP gas, and similarly to Fig. 5, the vertical axis of the figure indicates the room temperature emission wavelength, and the horizontal axis indicates the room temperature emission wavelength. The distance from the center of the board is measured on each axis.
この場合、原料ガスの熱分解温度の相違に起因して、Ｉ
ｎＧａＡｓ Ｐ光ガイド層１３の室温発光波長は、Ｉ
ｎＰ結晶基板１１の中央部分から端部分に向かって長波
長側に変化している。この場合に於ける発光波長の面内
分布は約±１０ｊｎｍ〕である。In this case, due to the difference in the thermal decomposition temperature of the raw material gas, I
The room temperature emission wavelength of the nGaAs P optical guide layer 13 is I
The wavelength changes from the center to the end of the nP crystal substrate 11 toward longer wavelengths. In this case, the in-plane distribution of the emission wavelength is about ±10j nm].
第５図及び第６図について説明した手段に依って得られ
る面内分布均一性は、何れも、本発明に依った場合と比
較すると問題にならないことが明瞭に看取される。It can be clearly seen that the in-plane distribution uniformity obtained by the means described with reference to FIGS. 5 and 6 is not a problem when compared with the case according to the present invention.
［発明の効果］
本発明に依る化合物半導体結晶の成長方法に於いては、
化合物半導体結晶を構成する各元素に対応する各原料ガ
スのうち或る熱分解温度特性をもつ少なくとも一種類の
原料ガスに対して同等の熱分解温度特性をもつ他の元素
の原料ガスが存在しない場合に於いて、酸性の元素の或
る原料ガスに対してその熱分解温度特性と逆のそれをも
つ酸性の元素の原料ガスの少なくとも一種類を混合した
混合ガスを半導体結晶基板上に供給する有機金属気相成
長法にて前記化合物半導体結晶を成長させるようにして
いる。[Effects of the Invention] In the compound semiconductor crystal growth method according to the present invention,
Among the raw material gases corresponding to each element constituting the compound semiconductor crystal, at least one type of raw material gas having a certain thermal decomposition temperature characteristic does not have a raw material gas of another element having the same thermal decomposition temperature characteristic. In this case, a mixed gas containing at least one kind of raw material gas of an acidic element having thermal decomposition temperature characteristics opposite to that of a certain raw material gas of an acidic element is supplied onto the semiconductor crystal substrate. The compound semiconductor crystal is grown using an organic metal vapor phase epitaxy method.
前記構成を採ることに依り、或る元素に対応する原料ガ
スの熱分解温度特性と他の元素に対応する原料ガスの熱
分解温度特性とが相違している場合であっても、酸性の
元素に対応する原料ガスの熱分解温度特性と逆のそれを
もつ少なくとも一種類の原料ガスを混合し、実質的に原
料ガスの熱分解温度特性を補正して混晶化合物半導体結
晶を成長させることができ、その結果、結晶基板面内に
於ける組成分布は著しく均一化される。By adopting the above configuration, even if the thermal decomposition temperature characteristics of the raw material gas corresponding to a certain element and the thermal decomposition temperature characteristics of the raw material gas corresponding to another element are different, the acidic element It is possible to grow a mixed crystal compound semiconductor crystal by mixing at least one type of raw material gas having a thermal decomposition temperature characteristic opposite to that of the raw material gas corresponding to the above, and substantially correcting the thermal decomposition temperature characteristic of the raw material gas. As a result, the composition distribution within the plane of the crystal substrate becomes significantly uniform.
第１図は本発明の詳細な説明する為のＩｎＧａＡｓＰ結
晶に於けるＶ族組成の結晶面内での組成分布を表す線図
、第２図も本発明の詳細な説明する為のＩｎＧａＡｓＰ
結晶に於けるＶ族組成の結晶面内での組成分布を表す線
図、第３図はＭＯＶＰＥ法を適用することに依って成長
させた光通信に用いるＤＦＢレーザ・ダイオードに於け
る諸手導体層の要部切断正面図、第４図は本発明を適用
して成長させたＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１３に於ける
室温発光波長の面内分布均一性を表す線図、第５図は本
発明の実施例と同しく Ｉ ｎｃａＡｓＰ光ガイド層１
３をＡｓＨ３ガス＋ＰＨ，ガスの手段で成長させた場合
に於ける室温発光波長の面内分布均一性を表す線図、第
６図は、同しく、ＩｎＧａＡｓ Ｐ光ガイド層１３をＡ
ｓＨ：ｌガス＋しＢＰガスの手段で成長させた場合に於
ける室温発光波長の面内分布均一性を表す線図、第７図
は通常のＭ ＯＶ Ｐ Ｅ法を実施するＭ ＯＶ Ｐ
Ｅ装置を説明する為の要部切断側面説明図を表している
。
図に於いて、
１は結晶成長室、
２は原料ガス導入口、
３はガス排気口、
４は回転カーボン・サセプタ、
５は回転カーボン・サセプタ支持棒、
６は高周波加熱コイル、
７は結晶基板、
１１はｎ型１ｎＰ結晶基板、
１２は回折格子、
１３はｎ型１ｎＧａＡｓＰ光ガイド層、１４はノン・ド
ープｌ ｎＧａＡｓ Ｐ活性層、１５はＰ型１ｎＰクラ
ッド層
をそれぞれ示している。FIG. 1 is a diagram showing the composition distribution of group V composition within the crystal plane in an InGaAsP crystal for explaining the present invention in detail, and FIG.
A diagram showing the composition distribution in the crystal plane of the V group composition in a crystal. Figure 3 shows the various conductor layers in a DFB laser diode used for optical communication grown by applying the MOVPE method. FIG. 4 is a diagram showing the in-plane distribution uniformity of the room temperature emission wavelength in the InGaAsP light guide layer 13 grown by applying the present invention, and FIG. Same as the example IncaAsP light guide layer 1
FIG. 6 is a diagram showing the uniformity of the in-plane distribution of the room temperature emission wavelength when InGaAs P light guide layer 13 is grown using AsH3 gas + PH gas.
sH: A diagram showing the uniformity of the in-plane distribution of room temperature emission wavelength when grown using l gas + BP gas. Figure 7 is a diagram showing the uniformity of the in-plane distribution of room temperature emission wavelength when grown using sH:l gas + BP gas.
E shows a cutaway side view of essential parts for explaining the device. In the figure, 1 is a crystal growth chamber, 2 is a source gas inlet, 3 is a gas exhaust port, 4 is a rotating carbon susceptor, 5 is a rotating carbon susceptor support rod, 6 is a high-frequency heating coil, and 7 is a crystal substrate , 11 is an n-type 1nP crystal substrate, 12 is a diffraction grating, 13 is an n-type 1nGaAsP optical guide layer, 14 is a non-doped 1nGaAsP active layer, and 15 is a P-type 1nP cladding layer.
Claims (8)
原料ガスのうち或る熱分解温度特性をもつ少なくとも一
種類の原料ガスに対して同等の熱分解温度特性をもつ他
の元素の原料ガスが存在しない場合に於いて、 該他の元素の或る原料ガスに対してその熱分解温度特性
と逆のそれをもった該他の元素の原料ガスの少なくとも
一種類を混合した混合ガスを半導体結晶基板上に供給す
る有機金属気相成長法にて前記化合物半導体結晶を成長
させる工程 が含まれてなることを特徴とする化合物半導体結晶の成
長方法。(1) Among the raw material gases corresponding to each element constituting the compound semiconductor crystal, at least one type of raw material gas having a certain thermal decomposition temperature characteristic is used as a raw material gas of another element having the same thermal decomposition temperature characteristic. In the case where there is no such material, a mixed gas containing at least one type of raw material gas of the other element having thermal decomposition temperature characteristics opposite to that of the raw material gas of the other element is used as a semiconductor. 1. A method for growing a compound semiconductor crystal, the method comprising the step of growing the compound semiconductor crystal by a metal organic vapor phase epitaxy method in which the compound semiconductor crystal is supplied onto a crystal substrate.
導体結晶がＡｓ及びＰを含むものであること を特徴とする請求項１記載の化合物半導体結晶の成長方
法。(2) The method for growing a compound semiconductor crystal according to claim 1, wherein the compound semiconductor crystal grown by the organometallic vapor phase epitaxy method contains As and P.
導体結晶がＩｎＧａＡｓＰであること を特徴とする請求項１記載の化合物半導体結晶の成長方
法。(3) The method for growing a compound semiconductor crystal according to claim 1, wherein the compound semiconductor crystal grown by the organometallic vapor phase epitaxy method is InGaAsP.
の原料ガスがＡｓＨ＿３ガスであることを特徴とする請
求項１記載の化合物半導体結晶の成長方法。(4) The method for growing a compound semiconductor crystal according to claim 1, wherein the at least one source gas having a certain thermal decomposition temperature characteristic is AsH_3 gas.
の原料ガスがＰＨ＿３ガスであること を特徴とする請求項１記載の化合物半導体結晶の成長方
法。(5) The method for growing a compound semiconductor crystal according to claim 1, wherein the at least one type of source gas having a certain thermal decomposition temperature characteristic is PH_3 gas.
の原料ガスが有機Ｐガスであること を特徴とする請求項１記載の化合物半導体結晶の成長方
法。(6) The method for growing a compound semiconductor crystal according to claim 1, wherein the at least one source gas having a certain thermal decomposition temperature characteristic is an organic P gas.
３ガスと有機Ｐガスの混合ガスであることを特徴とする
請求項１記載の化合物半導体結晶の成長方法。(7) The mixed gas that is the raw material gas for the other elements has a PH_
2. The method for growing a compound semiconductor crystal according to claim 1, wherein the mixed gas is a mixture of three gases and an organic P gas.
ン・ガスであること を特徴とする請求項６或いは７記載の化合物半導体結晶
の成長方法。(8) The method for growing a compound semiconductor crystal according to claim 6 or 7, wherein the organic P gas is tertiary butyl phosphine gas.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19629190A JPH0483332A (en) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | Growth method of compound semiconductor crystal |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP19629190A JPH0483332A (en) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | Growth method of compound semiconductor crystal |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0483332A true JPH0483332A (en) | 1992-03-17 |
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ID=16355362
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| JP19629190A Pending JPH0483332A (en) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | Growth method of compound semiconductor crystal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0483332A (en) |
-
1990
- 1990-07-26 JP JP19629190A patent/JPH0483332A/en active Pending
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