JPH0521355A - Vapor growing method - Google Patents

Vapor growing method

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JPH0521355A
JPH0521355A JP16828291A JP16828291A JPH0521355A JP H0521355 A JPH0521355 A JP H0521355A JP 16828291 A JP16828291 A JP 16828291A JP 16828291 A JP16828291 A JP 16828291A JP H0521355 A JPH0521355 A JP H0521355A
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JP
Japan
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layer
phosphorus
composition
semiconductor layer
torr
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Application number
JP16828291A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuhiro Kushibe
光弘 櫛部
Masahisa Funamizu
将久 船水
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH0521355A publication Critical patent/JPH0521355A/en
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Abstract

PURPOSE:To easily control concentration of As or Se in solid state by measuring a hydride material supplying amount, a ratio of As or Se and a ratio of phosphorus in a formed compound semiconductor layer, and setting the hydride material supplying amount to the semiconductor layer to be formed by a proportional relation. CONSTITUTION:Gallium organic metal compound, indium organic metal compound, phosphorus hydride (phosphine) and arsenic hydride (arsine) are introduced as material gases into a reaction vessel 31 to grow a GaxIn1-xAsyP1-y on a substrate 32. In this case, the hydride supplying amount [PH3] and [As2H3], and the ratio (y) of arsenic and the ratio (1-y) of the phosphorus in the formed semiconductor layer are measured. Then, a proportional coefficient C to be decided by a formula is obtained. In the formula, alpha is As or Se, a is 2 or 3. The hydride supplying amount [PH3] and [AsH3] to the layer to be formed, are set based on the coefficient C. Thus, an epitaxial layer having a desired composition can be formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、燐を含む III−Ｖ族化
合物半導体の有機金属気相成長方法に係り、特に、ヘテ
ロ接合，組成が連続的に変化する層，或いは不純物濃度
が結晶中で変化する結晶層の成長に適した気相成長方法
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal-organic vapor phase epitaxy method of a III-V group compound semiconductor containing phosphorus, and particularly to a heterojunction, a layer whose composition changes continuously, or an impurity concentration in a crystal. The present invention relates to a vapor phase growth method suitable for the growth of a crystal layer that changes with temperature.

【０００２】[0002]

【従来の技術】半導体レーザやヘテロバイポーラトラン
ジスタ等においては、結晶中で組成が連続的に変化する
構造を用いることにより、その特性が改善されることが
知られている。近年、このような構造の半導体デバイス
をＧａＩｎＡｓＰ結晶を用いて形成することが試みられ
ている。2. Description of the Related Art It is known that the characteristics of semiconductor lasers, hetero-bipolar transistors and the like are improved by using a structure in which the composition continuously changes in a crystal. In recent years, it has been attempted to form a semiconductor device having such a structure using a GaInAsP crystal.

【０００３】ＧａＩｎＡｓＰ結晶を用いて半導体デバイ
スを作製する際は、この結晶の組成を、ＩｎＰ基板或い
はＧａＡｓ基板にほぼ格子整合するようにコントロール
する必要がある。しかし、ＧａＩｎＡｓＰ結晶は蒸気圧
の高いＶ族元素を複数含むため、組成のコントロールが
難しい。このため、上記高性能半導体デバイスを形成す
るために、ＧａＩｎＡｓＰ結晶の組成を、連続的に変え
るのではなくて、中間の何点かの格子整合する組成で、
組成を不連続に変えることが試みられている。また、中
間の各組成の成長条件を直線補完することにより、全体
として必要なだけ組成を変化させ、なおかつ大きな格子
不整合の無い結晶を成長することが試みられている。When manufacturing a semiconductor device using a GaInAsP crystal, it is necessary to control the composition of this crystal so that it is substantially lattice-matched to an InP substrate or a GaAs substrate. However, since the GaInAsP crystal contains a plurality of group V elements having a high vapor pressure, it is difficult to control the composition. Therefore, in order to form the above-mentioned high-performance semiconductor device, the composition of the GaInAsP crystal is not continuously changed, but the composition of lattice matching at some intermediate points is used.
Attempts have been made to change the composition discontinuously. Further, it has been attempted to linearly complement the growth conditions of each intermediate composition to change the composition as necessary as a whole and to grow a crystal having no large lattice mismatch.

【０００４】しかしながら、この種の方法では、変化さ
せる組成の途中の組成の結晶を成長する条件を何点も、
詳細に調べなければならない。このため、効率が悪く実
用上大きな問題となる。また、結晶中の組成を思ったよ
うに変えることはできず、所望の結晶を得ることができ
ない、という問題があった。However, in this type of method, there are several conditions for growing a crystal having a composition in the middle of the composition to be changed,
I have to investigate in detail. For this reason, the efficiency is low and it poses a serious problem in practical use. Further, there is a problem that the composition in the crystal cannot be changed as desired and a desired crystal cannot be obtained.

【０００５】また、燐よりも蒸気圧の低いＶ族，VI族元
素は、燐よりも吸着効率が高いために、低濃度に添加す
ることが難しかった。燐原料ガスの供給量を増やせば添
加効率が下がることは知られているが、その下がり方が
明確でなく、燐原料の供給量を変えることで、添加量を
制御することは難しかった。Further, it has been difficult to add V group and VI group elements, which have a lower vapor pressure than phosphorus, at a low concentration because they have higher adsorption efficiency than phosphorus. It is known that if the supply amount of the phosphorus source gas is increased, the addition efficiency decreases, but it is not clear how to decrease it, and it was difficult to control the addition amount by changing the supply amount of the phosphorus source gas.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このように従来の気相
成長方法においては、組成が連続的に変化する層を含む
半導体デバイスを形成しようとすると、作業量が多く、
効率も悪く、実用性が極めて低い。また、狙った通りの
設計でデバイスが形成できないといった問題があった。As described above, in the conventional vapor phase growth method, a large amount of work is required to form a semiconductor device including a layer whose composition continuously changes.
Poor efficiency and extremely low practicality. In addition, there is a problem that the device cannot be formed with the intended design.

【０００７】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、ＧａＩｎＡｓＰ系等の
燐を含む III−Ｖ化合物半導体層に、燐よりも蒸気圧の
低いＶ，VI族元素を低濃度に制御性良く添加することの
できる気相成長方法を提供することにある。The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to provide a III-V compound semiconductor layer containing phosphorus, such as GaInAsP, having a vapor pressure lower than V, VI. It is an object of the present invention to provide a vapor phase growth method capable of adding a group element to a low concentration with good controllability.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、ＡｌＧ
ａＩｎＡｓＰ結晶や、Ｓｅ又はＴｅをドーピングしたＩ
ｎＰ結晶のように、燐と、燐よりも蒸気圧の低いＶ又は
VI族元素αとを含む化合物半導体層を成長する際に、燐
の結晶中への取り込まれが原料供給量の１／２乗に比例
し、燐よりも蒸気圧の低い元素Ａの取り込まれが原料供
給量に比例することを利用して結晶成長を行うことにあ
る。The essence of the present invention is AlG
aInAsP crystal or I doped with Se or Te
As with nP crystals, phosphorus and V, which has a lower vapor pressure than phosphorus, or
During the growth of the compound semiconductor layer containing the group VI element α, the incorporation of phosphorus into the crystal is proportional to the 1/2 power of the raw material supply, and the incorporation of element A having a vapor pressure lower than that of phosphorus does not occur. The purpose of this is to grow crystals by utilizing the fact that it is proportional to the amount of raw material supplied.

【０００９】即ち、本発明（請求項１）は、III 族元素
と燐及び燐よりも蒸気圧の低いＶ族又はVI族元素αを含
む半導体層を、III 族有機金属化合物と燐の水素化合物
及び元素αの水素化合物を用いて成長形成する有機金属
気相成長方法において、予め水素化物原料の供給量［Ｐ
Ｈ3 ］，［αＨａ］（ａ＝２又は３）と、形成された化
合物半導体層中の元素αの割合ｙ及び燐の割合（１−
ｙ）とを測定して、 ｛［αＨａ］／ｙ｝／｛［ＰＨ3 ］1/2 ／（１−ｙ）｝＝Ｃ …（１）That is, according to the present invention (claim 1), a semiconductor layer containing a group III element and phosphorus and a group V or VI element α having a vapor pressure lower than that of phosphorus is used as a group III organic metal compound and a phosphorus hydrogen compound. And a metal-organic vapor phase epitaxy method in which a hydrogen compound of the element α is used for growth and formation, the supply amount [P
H 3 ], [αHa] (a = 2 or 3), and the ratio y of the element α and the ratio of phosphorus (1-
y) and are measured as {[αHa] / y} / {[PH 3 ] 1/2 / (1-y)} = C (1)

【００１０】で定まる比例係数Ｃを求め、この比例係数
Ｃを元に、形成すべき化合物半導体層に対する水素化物
原料供給量［ＰＨ3 ］，［αＨａ］をそれぞれ設定する
ことを特徴とする。It is characterized in that the proportional coefficient C determined by is determined, and based on the proportional coefficient C, the hydride source material supply amounts [PH 3 ] and [αHa] to the compound semiconductor layer to be formed are set respectively.

【００１１】また、本発明（請求項２）は、アルミニウ
ム，ガリウム，インジウムの内の少なくとも一種類と燐
及び燐よりも蒸気圧の低いＶ族又はVI族元素αを含む第
１の化合物半導体層Ａｌz Ｇａx Ｉｎ1-x-z Ａy Ｐ1-y
（Ｏ≦ｚ，ｘ≦１，０＜ｙ＜１）と、第１の化合物半導
体層とは組成比が異なる第２の化合物半導体層Ａｌq Ｇ
ａr Ｉｎ1-r-q Ａs Ｐ1-s （０≦ｑ，ｒ≦１，Ｏ＜ｓ＜
１）とを、III族有機金属化合物と燐の水素化合物及び
元素αの水素化合物を用いて成長形成する有機金属気相
成長方法において、第１の化合物半導体層を形成すると
きの水素化物原料供給量［ＰＨ3 ］1 ，［αＨａ］
1 （ａ＝２又は３）と、第２の化合物半導体層を形成す
るときの水素化物原料供給量［ＰＨ3 ］2 ，［αＨａ］
2 （ａ＝２又は３）との間に略、 ｛［αＨａ］1 ／ｙ｝／｛（［ＰＨ3 ］1 ）1/2 ／（１−ｙ）｝ ＝｛［αＨａ］2 ／ｓ｝／｛（［ＰＨ3 ］2 ）1/2 ／（１−ｓ）｝…（２） の関係を保持させながら、水素化物原料を供給すること
を特徴とする。The present invention (claim 2) provides a first compound semiconductor layer containing at least one of aluminum, gallium and indium, and phosphorus and a group V or VI element α having a vapor pressure lower than that of phosphorus. Al z Ga x In 1-xz A y P 1-y
(O ≦ z, x ≦ 1, 0 <y <1) and the second compound semiconductor layer Al q G having a composition ratio different from that of the first compound semiconductor layer.
a r In 1-rq A s P 1-s (0 ≦ q, r ≦ 1, O <s <
In the metal-organic vapor phase epitaxy method in which (1) and (3) are grown using a group III organometallic compound, a hydrogen compound of phosphorus and a hydrogen compound of the element α, supply of a hydride raw material when forming the first compound semiconductor layer Quantity [PH 3 ] 1 , [αHa]
1 (a = 2 or 3) and the supply amount of hydride raw material [PH 3 ] 2 , [αHa] when the second compound semiconductor layer is formed.
2 (a = 2 or 3), {[αHa] 1 / y} / {([PH 3 ] 1 ) 1/2 / (1-y)} = {[αHa] 2 / s} / {([PH 3 ] 2 ) 1/2 /(1-s)}...(2) while maintaining the relationship.

【００１２】ここで、上述の（１）（２）式は、本発明
者らの鋭意研究及び実験により確認されたものである。
具体的には、有機金属気相成長法において、原料ガスと
してＴＭＩ，ＴＭＧａ又はＴＥＧａ，ＰＨ3 ，ＡｓＨ3
を用い、ＧａＩｎＡｓＰを成長し、燐の水素化物［ＰＨ
3 ］，砒素の水素化物原料供給量［ＡｓＨ3 ］と成長結
晶中の砒素の割合ｙ，燐の割合（１−ｙ）との関係を調
べたところ、図１に示すように、［ＰＨ3 ］1/2 ／（１
−ｙ）と［ＡｓＨ3 ］／ｙとが比例関係にあることを見
出した。The above equations (1) and (2) have been confirmed by the inventors' earnest research and experiments.
Specifically, in the metal-organic vapor phase epitaxy method, TMI, TMGa or TEGa, PH 3 , AsH 3 is used as a source gas.
Is used to grow GaInAsP and phosphorus hydride [PH
3], it was examined a relationship between hydride material supply amount of arsenic and [AsH 3] ratio y of arsenic in the grown crystal, the ratio of phosphorus (1-y), as shown in FIG. 1, [PH 3 ] 1/2 / (1
-Y) and the [AsH 3] / y is found that a proportional relationship.

【００１３】また、このような条件は、成長温度５５０
〜６７０℃とし、また供給する原料ガスとキャリアガス
の流速を、成長基板直上で４０ｃｍ／ｓｅｃ以上とする
ことで確実に実現できる。また、Ａｓの代わりにＳｅ，
Ｓ，Ｔｅを用いても同様の結果が得られた。なお、
（１）（２）式の関係が成り立つためには、同一の温度
で結晶成長を行う必要がある。比例定数Ｃの値は、成長
速度が一定であれば一定となる。Ｃの値は、固相のIII
族組成に殆ど依存しない。Ｃの値は、結晶中の転位密度
が、１０6 ｃｍ-2以下であれば略一定である。Further, such a condition is that the growth temperature is 550.
It can be surely realized by setting the temperature to ˜670 ° C. and the flow rates of the source gas and the carrier gas to be supplied to 40 cm / sec or more just above the growth substrate. Also, instead of As, Se,
Similar results were obtained using S and Te. In addition,
In order for the relationships of the expressions (1) and (2) to hold, it is necessary to perform crystal growth at the same temperature. The value of the proportional constant C is constant if the growth rate is constant. The value of C is III of the solid phase.
Almost independent of family composition. The value of C is such that the dislocation density in the crystal is 10 6 If it is less than cm -2 , it is almost constant.

【００１４】[0014]

【作用】本発明によれば、（１）式又は（２）式の関係
が成立するように、水素化物原料供給量をコントロール
することにより、所望の組成のエピタキシャル層を形成
できる。つまり、固相の組成を自由に変化させることが
できる。また、燐濃度を変えることにより、固相中の元
素αの濃度をコントロールすることができる。According to the present invention, the epitaxial layer having a desired composition can be formed by controlling the supply amount of the hydride raw material so that the relation of the formula (1) or the formula (2) is established. That is, the composition of the solid phase can be freely changed. Further, the concentration of the element α in the solid phase can be controlled by changing the phosphorus concentration.

【００１５】本発明の気相成長方法においては、一つの
組成で、気相の原料供給量と固相の組成を調べることに
より、全固相組成域で必要な原料供給量を類推できるよ
うになる。このため、超格子膜のように、成膜後に膜組
成を測定して組成決定することが難しい場合にも、固相
の組成を決定できるようになる。また、この関係がIII
族組成によらず、Ｖ族原料供給量のみにより、固相のＶ
族の組成が決められるので、固相中のＶ族組成を自由に
変えられるようになる。従って、グレーデッドインデッ
クスレーザダイオード（ＧＲＩＮ−ＬＤ）やグレーデッ
ドベースヘテロバイポーラトランジスタ、アバランシェ
ダイオードの光吸収層とアバランシェ層の間のバンドギ
ャップの連続的に大きくなっている層、レーザのコンタ
クト層のように低抵抗層から高バンドギャップ層まで連
続的にバンドギャップを変えたい構造のように、結晶中
の組成が連続的に変化している構造を用いることにより
高性能化しているデバイスを作製した場合、設計通りに
固相の組成が形成できるようになり、高性能のデバイス
の作成が可能になる。In the vapor phase growth method of the present invention, the raw material supply amount in the vapor phase and the solid phase composition can be investigated with one composition so that the required raw material supply amount in the entire solid phase composition range can be estimated. Become. Therefore, even when it is difficult to measure the film composition after film formation to determine the composition, such as a superlattice film, the composition of the solid phase can be determined. Also, this relationship is III
The solid phase V
Since the composition of the group is determined, the group V composition in the solid phase can be freely changed. Therefore, such as a graded index laser diode (GRIN-LD), a graded base hetero-bipolar transistor, a layer in which the band gap between the light absorption layer and the avalanche layer of an avalanche diode is continuously increased, and a contact layer of a laser. When a device with high performance is manufactured by using a structure in which the composition in the crystal continuously changes, such as a structure in which the band gap is continuously changed from the low resistance layer to the high band gap layer. The solid phase composition can be formed as designed, and high-performance devices can be created.

【００１６】[0016]

【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.

【００１７】図２は、本発明の第１の実施例方法を使用
して作成した半導体レーザの概略構造を示す断面図であ
る。図中２０１はＳｎ添加のｎ−ＩｎＰ（ｎ＝２×１０
18ｃｍ-3）の（００１）基板であり、このＩｎＰ基板２
０１上にバッファ層を兼ねた厚さ１．５μｍのＳｉ添加
のｎ−ＩｎＰクラッド層２０２（ｎ＝２×１０18ｃ
ｍ-3）が形成されている。さらに、クラッド層２０２上
には、１．０μｍ帯の発光が可能なＧａ0.11Ｉｎ0.88Ａ
ｓ0.23Ｐ0.77から１．２μｍ帯の発光が可能なＧａ0.21
Ｉｎ0.79Ａｓ0.45Ｐ0.55まで組成をリニアに変化させ
た、厚さ０．１μｍの下部組成グレーテッド層２０３が
形成されている。FIG. 2 is a sectional view showing the schematic structure of a semiconductor laser manufactured by using the method of the first embodiment of the present invention. In the figure, 201 is Sn-added n-InP (n = 2 × 10
18 cm −3 ) (001) substrate, and this InP substrate 2
No. 01, a Si-doped n-InP clad layer 202 (n = 2 × 10 18 c) having a thickness of 1.5 μm and also serving as a buffer layer.
m -3 ) is formed. Further, Ga 0.11 In 0.88 A capable of emitting light in the 1.0 μm band is formed on the clad layer 202.
Ga 0.21 that can emit light in the 1.2 μm band from s 0.23 P 0.77
A lower composition graded layer 203 having a thickness of 0.1 μm and having a composition changed linearly to In 0.79 As 0.45 P 0.55 is formed.

【００１８】グレーテッド層２０３上には、１．５５μ
ｍ帯の発光が可能である組成のＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩ
ｎＡｓからなるＭＱＷ活性層２０４が形成されている。
活性層２０４は、厚さ１０ｎｍのＧａＩｎＡｓＰバリア
層６層と厚さ４ｎｍのＧａＩｎＡｓ井戸層５層とで形成
した。この活性層２０４には、Ｚｎを均一に１×１０17
ｃｍ-3で添加した。活性層２０４上には、厚さ０．１μ
ｍの上部組成グレーデッド層２０５が形成されている。1.55 μ on the graded layer 203
GaInAsP / GaI having a composition capable of emitting light in the m band
An MQW active layer 204 made of nAs is formed.
The active layer 204 was formed of a GaInAsP barrier layer 6 layer having a thickness of 10 nm and a GaInAs well layer 5 layer having a thickness of 4 nm. Zn is uniformly applied to the active layer 204 by 1 × 10 17
Added at cm -3 . A thickness of 0.1 μm is formed on the active layer 204.
m upper composition graded layer 205 is formed.

【００１９】上部グレーテッド層２０５は、下部グレー
デッド層２０３と対称に１．２μｍ帯の発光が可能なＧ
ａ0.21Ｉｎ0.79Ａｓ0.45Ｐ0.55から１．０μｍ帯の発光
が可能なＧａ0.11Ｉｎ0.89Ａｓ0.23Ｐ0.77まで組成を変
化させている。上部グレーテッド層２０５上には、１．
０μｍ帯の発光が可能な組成のＧａ0.11Ｉｎ0.89Ａｓ
0.23Ｐ0.77光ガイド層２０６が０．１μｍの厚さに形成
されている。この光ガイド層２０６の上には、回折格子
が形成されている。The upper graded layer 205 is symmetrical with the lower graded layer 203 and can emit light in the 1.2 μm band.
The composition is changed from a 0.21 In 0.79 As 0.45 P 0.55 to Ga 0.11 In 0.89 As 0.23 P 0.77 capable of emitting light in the 1.0 μm band. On the upper graded layer 205:
Ga 0.11 In 0.89 As having a composition capable of emitting light in the 0 μm band
0.23 P 0.77 The light guide layer 206 is formed to a thickness of 0.1 μm. A diffraction grating is formed on the light guide layer 206.

【００２０】下部グレーデッド層２０３，活性層２０
４，上部グレーデッド層２０５，光ガイド層２０６及び
クラッド層２０２には、幅１〜１．５μｍ，深さ１．５
μｍ以上のメサストライプが形成されている。メサの両
側は厚さ１．３μｍ以上のＦｅ添加の高抵抗ＩｎＰ埋め
込み層２０７，Ｓｉ添加の電流阻止層２０８（ｎ＝６×
１０18cm-3）で順次埋め込まれている。メサ上部及び埋
め込み層上部には厚さ２．０μｍのＺｎ添加のｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層２０９（ｐ＝５×１０18cm-3）、Ｚｎ添加
のＧａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓコンタクト層２１０が形成され
ている。Lower graded layer 203, active layer 20
4, the upper graded layer 205, the light guide layer 206, and the cladding layer 202 have a width of 1 to 1.5 μm and a depth of 1.5.
Mesa stripes of μm or more are formed. On both sides of the mesa, an Fe-added high-resistance InP buried layer 207 having a thickness of 1.3 μm or more and a Si-added current blocking layer 208 (n = 6 ×
10 18 cm -3 ). Zn-added p-In having a thickness of 2.0 μm is formed on the upper portion of the mesa and the upper portion of the buried layer.
A P clad layer 209 (p = 5 × 10 18 cm −3 ) and a Zn-added Ga 0.47 In 0.53 As contact layer 210 are formed.

【００２１】そして、基板２０１の下面にｎ型電極２１
１としてＡｕ／ＡｕＧｅが、コンタクト層２１０上には
ｐ型電極２１２としてＡｕ／ＡｕＺｎが設けられてい
る。なお、この素子は素子容量低減のためにｎ−ＩｎＰ
クラッド層２０２から上の素子全体をメサ幅８〜１０μ
ｍのメサ構造とした。Then, the n-type electrode 21 is formed on the lower surface of the substrate 201.
1, Au / AuGe is provided, and Au / AuZn is provided as the p-type electrode 212 on the contact layer 210. Note that this element uses n-InP to reduce the element capacitance.
The entire element above the cladding layer 202 has a mesa width of 8 to 10 μm.
It has a mesa structure of m.

【００２２】さて、本実施例におけるレーザ素子の結晶
は、有機金属気相成長法により形成した。本実施例に用
いた気相成長装置は、図３に示すように、反応容器３１
内に試料３２を載置する誘導ヒータを兼ねた試料台３３
を配置し、容器３１の周囲に高周波導波管を設置したも
のである。そして、容器３１内に導入される各種原料ガ
スは、流量制御器（ＭＦＣ）により流量を制御できるよ
うになっている。The crystal of the laser device in this embodiment was formed by the metal organic chemical vapor deposition method. As shown in FIG. 3, the vapor phase growth apparatus used in this example has a reaction container 31.
Sample stand 33 also serving as an induction heater for mounting the sample 32 therein
And a high-frequency waveguide is installed around the container 31. The flow rate of various raw material gases introduced into the container 31 can be controlled by a flow rate controller (MFC).

【００２３】結晶の成長温度は６２０℃とし、成長圧力
は２００Torrとした。成長原料として、トリメチルイン
ジウム（ＴＭＩ），トリメチルガリウム（ＴＭＧａ），
アルシン（ＡｓＨ3 ），フォスフィン（ＰＨ3 ），シラ
ン（ＳｉＨ4 ），ジメチルジンク（ＤＭＺ）を用いた。The crystal growth temperature was 620 ° C. and the growth pressure was 200 Torr. Trimethyl indium (TMI), trimethyl gallium (TMGa),
Arsine (AsH 3 ), phosphine (PH 3 ), silane (SiH 4 ), and dimethyl zinc (DMZ) were used.

【００２４】ｎ−クラッド層２０２，埋め込み層２０
７，電流阻止層２０８，ｐ−クラッド層２０９成長中の
原料供給量は、ＴＭＩの分圧が５×１０-3Torr、フォス
フィンの分圧が２Torrとなるようにした。N-clad layer 202, buried layer 20
7, the current blocking layer 208, and the p-cladding layer 209 were fed so that the raw material supply amount was 5 × 10 −3 Torr partial pressure of TMI and 2 Torr partial pressure of phosphine.

【００２５】光ガイド層２０６成長中のＴＭＩ，ＴＭＧ
供給量は、それぞれ５×１０-4Torrと４．５×１０-3To
rrとした。フォスフィンとアルシンの供給量は、それぞ
れ２Torrと１．８×１０-2Torrとした（図１中の点
Ａ）。Optical guide layer 206 TMI and TMG during growth
The supply amount is 5 × 10 -4 Torr and 4.5 × 10 -3 To, respectively.
It was rr. The supply amounts of phosphine and arsine were 2 Torr and 1.8 × 10 -2 Torr, respectively (point A in FIG. 1).

【００２６】上部グレーデッド層２０５及び下部グレー
デッド層２０３は、組成を１．０μｍで発光可能なＧａ
0.11Ｉｎ0.89Ａｓ0.23Ｐ0.77から、１．２μｍ帯で発光
可能なＧａ0.21Ｉｎ0.79Ａｓ0.45Ｐ0.55に組成を変える
につれて、III 族原料のＴＭＧとＴＭＩの濃度はそれぞ
れ、５×１０-4Torrと４．５×１０-3Torrから１×１０
-3Torrと４×１０-3Torrにリニアに変えた。フォスフィ
ンとアルシンについては、２Torrと１．８×１０-2Torr
から２Torrと４．９×１０-2Torrに式（２）に従って結
晶中の組成がリニアに変わるように変えた（図１中の点
Ａから点Ｂ迄フォスフィンの供給条件を変えた）。この
ときの結晶の成長速度は、１．８μｍであった。The upper graded layer 205 and the lower graded layer 203 are Ga capable of emitting light with a composition of 1.0 μm.
As the composition was changed from 0.11 In 0.89 As 0.23 P 0.77 to Ga 0.21 In 0.79 As 0.45 P 0.55 capable of emitting light in the 1.2 μm band, the concentrations of group III raw material TMG and TMI were 5 × 10 −4 Torr and 5 × 10 −4 Torr, respectively. 4.5 × 10 -3 Torr to 1 × 10
It was changed to linearly -3 Torr and 4 × 10 -3 Torr. For phosphine and arsine, 2 Torr and 1.8 × 10 -2 Torr
To 2 Torr and 4.9 × 10 -2 Torr so that the composition in the crystal changed linearly according to the equation (2) (the phosphine supply condition was changed from point A to point B in FIG. 1). The crystal growth rate at this time was 1.8 μm.

【００２７】本実施例の半導体レーザに用いた結晶の組
成をオージェスペクトロスコピーによって測定した結
果、所定の組成に制御されていることが確認できた。ま
た、本実施例の半導体レーザ素子のファーフィールドパ
ターンを測定したところ、対称な、副次的な構造の殆ど
無いパターンが得られた。一方、組成グレーデッド層の
組成変化を階段状に不連続に変えたところ、ファーフィ
ールドパターンに細かい構造が多数現れた。これは、組
成グレーデッド層中で不連続に組成を変えているため
に、組成を不連続に変えた、ヘテロ界面での反射率が大
きくなっているためである。As a result of measuring the composition of the crystal used in the semiconductor laser of this example by Auger spectroscopy, it was confirmed that the composition was controlled to a predetermined composition. Further, when the far-field pattern of the semiconductor laser device of this example was measured, a symmetrical pattern having almost no secondary structure was obtained. On the other hand, when the composition change of the composition graded layer was changed discontinuously in a stepwise manner, many fine structures appeared in the far field pattern. This is because the composition is discontinuously changed in the composition graded layer, so that the reflectance at the hetero interface where the composition is discontinuously increased.

【００２８】このように本実施例方法によれば、燐及び
砒素を含む各層を、式（２）で与えられる水素化物原料
供給量の元に成長形成しているので、各層の組成を制御
性良く設定することができる。従って、半導体レーザ素
子の各層を設計通りの組成に形成することができ、素子
特性の向上をはかることが可能となる。As described above, according to the method of this embodiment, since each layer containing phosphorus and arsenic is grown and formed based on the supply amount of the hydride raw material given by the equation (2), the composition of each layer can be controlled. Can be set well. Therefore, each layer of the semiconductor laser device can be formed with the composition as designed, and the device characteristics can be improved.

【００２９】図４は、本発明の第２の実施例方法を使用
して作成した半導体レーザの活性層付近の構造を示す断
面図である。本実施例におけるレーザ素子の結晶も、先
の実施例と同様に有機金属気相成長法により形成した。
結晶の成長温度は６４０℃とし、成長圧力は７０Torrと
した。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure near the active layer of a semiconductor laser produced by using the method of the second embodiment of the present invention. The crystal of the laser device in this embodiment was also formed by the metal organic chemical vapor deposition method as in the previous embodiment.
The crystal growth temperature was 640 ° C., and the growth pressure was 70 Torr.

【００３０】成長原料としては、トリメチルインジウム
（ＴＭＩ），トリエチルガリウム（ＴＥＧａ），アルシ
ン（ＡｓＨ3 ），フォスフィン（ＰＨ3 ）、シラン（Ｓ
ｉＨ4 ），ジメチルジンク（ＤＭＺ）を用いた。As a growth material, trimethylindium (TMI), triethylgallium (TEGa), arsine (AsH 3 ), phosphine (PH 3 ), silane (S).
iH 4), was used dimethyl zinc (DMZ).

【００３１】ｎ−ＩｎＰ基板４０１上にはバッファ層を
兼ねたｎ−ＩｎＰクラッド層 402が形成されている。ク
ラッド層４０２のキャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3とし
た。クラッド層４０２上には、光ガイド層を兼ねたグレ
ーデッド層４０３が積層されている。組成グレーデッド
層４０３の組成は、Ｇａ0.15Ｉｎ0.85Ａｓ0.3 Ｐ0.7か
ら、Ｇａ0.21Ｉｎ0.79Ａｓ0.45Ｐ0.55まで変化させた。An n-InP clad layer 402 which also serves as a buffer layer is formed on the n-InP substrate 401. The carrier concentration of the clad layer 402 was 5 × 10 18 cm −3 . On the clad layer 402, a graded layer 403 which also serves as an optical guide layer is laminated. Composition The composition of the graded layer 403 was changed from Ga 0.15 In 0.85 As 0.3 P 0.7 to Ga 0.21 In 0.79 As 0.45 P 0.55 .

【００３２】このとき、ＴＥＧａとＴＭＩの供給量はそ
れぞれ、８×１０-4Torrと４．５×１０-3Torrから、
１．１×１０-3Torrと４．１×１０-3Torrまで、直線的
に変化させた。ＰＨ3 とＡｓＨ3 の供給量は、式（２）
に従いそれぞれ、１．５Torrと２×１０-2Torrから、
０．６Torrと２．７×１０-2Torrまで変化させた。At this time, the amounts of TEGa and TMI supplied are 8 × 10 −4 Torr and 4.5 × 10 −3 Torr, respectively.
The linear change was made up to 1.1 × 10 −3 Torr and 4.1 × 10 −3 Torr. The supply amount of PH 3 and AsH 3 are of the formula (2)
From 1.5 Torr and 2 × 10 -2 Torr, respectively,
It was changed to 0.6 Torr and 2.7 × 10 -2 Torr.

【００３３】組成グレーデッド層４０３上には、活性層
４０４が形成されている。活性層４０４は、厚さ４ｎｍ
のＩｎＡｓ0.75Ｐ0.25井戸層４０５の５層と、厚さ１０
ｎｍのＧａ0.21Ｉｎ0.79Ａｓ0.45Ｐ0.55障壁層４０６の
６層とから形成した。ＩｎＡｓＰ井戸層４０５を形成す
る際には、ＴＭＩは５×１０-3Torrとして供給した。Ｐ
Ｈ3 とＡｓＨ3 の供給量は、組成グレーデッド層４０３
の成長条件と式（２）の関係を保つようにそれぞれ０．
６Torrと１．１×１０-3Torrとして供給した。障壁層４
０６を形成する際には、ＴＭＩとＴＥＧａを４．１×１
０-3Torrと１．１×１０-3Torrとして供給した。ＰＨ3
とＡｓ3 の供給量は、組成グレーデッド層４０３の成長
条件と式（２）の関係を保つようにそれぞれ０．６Torr
と２．７×１０-2Torrとして供給した。An active layer 404 is formed on the composition graded layer 403. The active layer 404 has a thickness of 4 nm
InAs 0.75 P 0.25 well layer 405 with 5 layers
nm Ga 0.21 In 0.79 As 0.45 P 0.55 barrier layer 406. When forming the InAsP well layer 405, TMI was supplied as 5 × 10 −3 Torr. P
H 3 And AsH 3 The supply amount of the composition graded layer 403
So that the relationship between the growth conditions of Eq.
Supplied as 6 Torr and 1.1 × 10 −3 Torr. Barrier layer 4
When forming 06, TMI and TEGa are 4.1 × 1
It was supplied as 0 -3 Torr and 1.1 x 10 -3 Torr. PH 3
The supply amounts of As and As 3 are each 0.6 Torr so as to maintain the relationship of the growth condition of the composition graded layer 403 and the formula (2).
And 2.7 × 10 -2 Torr.

【００３４】活性層４０４の上には、組成グレーデッド
層４０７が積層されている。組成グレーデッド層４０７
の組成は、Ｇａ0.21Ｉｎ0.79Ａｓ0.45Ｐ0.55から、Ｇａ
0.15Ｉｎ0.85Ａｓ0.3 Ｐ0.7 まで変化させた。このと
き、ＴＥＧとＴＭＩの供給量はそれぞれ、１．１×10-3
Torrと４．１×１０-3Torrから、８×１０-4Torrと４．
５×１０-3Torrまで、直線的に変化させた。ＰＨ3 とＡ
ｓＨ3 の供給量は、式（２）に従いそれぞれ、０．６To
rrと２．７×１０-2Torrから、１．５Torrと２×１０-2
Torrまで変化させた。A composition graded layer 407 is laminated on the active layer 404. Composition graded layer 407
The composition of Ga 0.21 In 0.79 As 0.45 P 0.55 is
It was changed to 0.15 In 0.85 As 0.3 P 0.7 . At this time, the supply amounts of TEG and TMI are 1.1 × 10 -3 , respectively.
From Torr and 4.1 × 10 -3 Torr to 8 × 10 -4 Torr and 4.
It was changed linearly up to 5 × 10 −3 Torr. PH 3 and A
The supply amount of sH 3 is 0.6To according to the equation (2).
From rr and 2.7 × 10 -2 Torr, 1.5 Torr and 2 × 10 -2
I changed it to Torr.

【００３５】組成グレーデッド層４０７上には、ＧａＩ
ｎＡｓＰ光ガイド層４０８とｐ−ＩｎＰクラッド層４０
９が積層されている。光ガイド層４０８とｐ−クラッド
層４０９の間には、回折格子が形成されている。ｐ−ク
ラッド層４０９のキャリア濃度は、１×１０18ｃｍ-3と
した。クラッド層４０９上には、厚さ０．１μｍのコン
タクト組成グレーデッド層４１０が形成され、更にその
上に厚さ０．６μｍのＧａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓコンタクト
層４１１が形成されている。On the composition graded layer 407, GaI
nAsP optical guide layer 408 and p-InP clad layer 40
9 are stacked. A diffraction grating is formed between the light guide layer 408 and the p-clad layer 409. The carrier concentration of the p-clad layer 409 was set to 1 × 10 18 cm −3 . A contact composition graded layer 410 having a thickness of 0.1 μm is formed on the cladding layer 409, and a Ga 0.47 In 0.53 As contact layer 411 having a thickness of 0.6 μm is further formed thereon.

【００３６】グレーデッド層４１０の組成は、ＩｎＰか
ら、Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓまで、ＩｎＰに格子整合する
ようにを変えられている。このとき、ＴＭＩとＴＥＧａ
の供給量はそれぞれ、５．２×１０-3Torrと０Torrか
ら、２．８×１０-3Torrと２．５×１０-3Torrまで、直
線的に変化させた。ＰＨ3 とＡｓＨ3 の供給量は、式
（２）に従いそれぞれ、２Torrと０Torrから、０Torrと
０．０６Torrまで変化させた。The composition of graded layer 410 has been varied from InP to Ga 0.47 In 0.53 As to be lattice matched to InP. At this time, TMI and TEGa
The supply amount of each was linearly changed from 5.2 × 10 −3 Torr and 0 Torr to 2.8 × 10 −3 Torr and 2.5 × 10 −3 Torr. The supply amounts of PH 3 and AsH 3 were changed from 2 Torr and 0 Torr to 0 Torr and 0.06 Torr, respectively, according to the equation (2).

【００３７】コンタクト組成グレーデッド層４１０及び
ＧａＩｎＡｓコンタクト層４１１のキャリア濃度は、そ
れぞれ、２×１０18ｃｍ-3，１×１０19ｃｍ-3とした。
本実施例のレーザ素子は活性層４０４のメサ幅１．２μ
ｍのメサ構造をしており、メサの両側は、ＩｎＰのｐ／
ｎ／ｐ逆接合埋め込み層４１２で埋め込まれている。ｐ
領域のキャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3、ｎ領域のキャ
リア濃度は２×１０16ｃｍ-3とした。そして、コンタク
ト層４１１上にｐ型電極４１３を電極幅３μｍで形成
し、ＩｎＰ基板４０１の下面にｎ型電極４１４を形成し
た。Contact composition The carrier concentrations of the graded layer 410 and the GaInAs contact layer 411 were 2 × 10 18 cm −3 and 1 × 10 19 cm −3 , respectively.
In the laser device of this embodiment, the mesa width of the active layer 404 is 1.2 μm.
It has a mesa structure of m, and both sides of the mesa are p / P of InP.
It is filled with an n / p reverse junction burying layer 412. p
The carrier concentration in the region was 1 × 10 18 cm −3 , and the carrier concentration in the n region was 2 × 10 16 cm −3 . Then, a p-type electrode 413 was formed on the contact layer 411 with an electrode width of 3 μm, and an n-type electrode 414 was formed on the lower surface of the InP substrate 401.

【００３８】図４に示す半導体レーザの活性層４０４の
井戸層４０６は、ＩｎＡｓＰで形成されており、格子整
合する基板がないので、良質な膜厚を形成できず成長条
件と成長した結晶の組成の関係を決定することが難し
い。このため一般に、量子井戸構造の活性層を形成する
際には、ＩｎＰに略格子整合するＧａＩｎＡｓＰで活性
層の井戸層を構成するか或いは、Ｖ族元素が一種類で原
料供給量に結晶組成が比例するＧａＩｎＡｓによって活
性層を構成することが行われている。また、ＩｎＰに格
子整合しないＧａＩｎＡｓＰを成長する際には、燐組成
が１０％程度を越えることは難しかった。Since the well layer 406 of the active layer 404 of the semiconductor laser shown in FIG. 4 is formed of InAsP and there is no substrate that is lattice-matched, a high quality film cannot be formed and the growth conditions and the composition of the grown crystal. Difficult to determine the relationship. Therefore, in general, when forming an active layer having a quantum well structure, the well layer of the active layer is made of GaInAsP that is substantially lattice-matched to InP, or a single V-group element is used and the crystal composition depends on the amount of raw material supplied. The active layer is made of proportional GaInAs. Further, when growing GaInAsP that is not lattice-matched to InP, it was difficult for the phosphorus composition to exceed about 10%.

【００３９】これに対し本実施例の結晶成長方法によれ
ば、ＩｎＰ基板結晶に格子整合するＧａＩｎＡｓＰ結晶
の原料供給条件から、ＩｎＡｓＰ結晶の組成を決定でき
る。このため、容易に、精度良くＩｎＡｓＰの組成を決
定することができる。On the other hand, according to the crystal growth method of this embodiment, the composition of the InAsP crystal can be determined from the raw material supply conditions of the GaInAsP crystal lattice-matched to the InP substrate crystal. Therefore, the composition of InAsP can be easily and accurately determined.

【００４０】本実施例の半導体レーザでは、設計通りに
活性層の発光波長を略１．５５μｍにコントロールする
ことができた。さらに、本実施例の半導体レーザは閾値
電流が０．８ｍＡと極めて低かった。これは、活性層４
０４の井戸層４０５がＩｎＰに格子整合するＧａＩｎＡ
ｓやＧａＩｎＡｓよりもバンドギャップが小さいため
に、伝導帯障壁が充分大きく取れたことによる。また、
通常の歪量子井戸に用いるＧａＩｎＡｓと比較して、同
じバンドギャップのＩｎＡｓＰは真空準位からの深さが
深いので、ＩｎＰクラッド層４０１，４０９、ＩｎＰ埋
め込み層４１２やＧａＩｎＡｓＰ障壁層４０６に対し
て、伝導帯障壁がより大きく取れることによる。さら
に、ＩｎＰ基板上で形成しているので、ＧａＩｎＡｓよ
りも大きな圧縮歪を活性層中に導入することができる。
ＩｎＡｓＰはＧａＩｎＡｓと比較して柔らかく、また転
移の発生に対してもその広がりを抑制することができる
材料であるので、大きな圧縮歪を導入しても良質な結晶
が形成され得るのである。In the semiconductor laser of this example, the emission wavelength of the active layer could be controlled to about 1.55 μm as designed. Further, the semiconductor laser of this example had an extremely low threshold current of 0.8 mA. This is the active layer 4
04 well layer 405 is GaInA lattice-matched to InP
This is because the conduction band barrier is sufficiently large because the band gap is smaller than that of s and GaInAs. Also,
Since InAsP having the same bandgap has a deeper depth from the vacuum level than GaInAs used for a normal strained quantum well, the InP cladding layers 401 and 409, the InP buried layer 412, and the GaInAsP barrier layer 406 are This is because the conduction band barrier can be made larger. Furthermore, since it is formed on the InP substrate, a compressive strain larger than that of GaInAs can be introduced into the active layer.
Since InAsP is a material that is softer than GaInAs and can suppress the spread of dislocation even when it occurs, a good quality crystal can be formed even if a large compressive strain is introduced.

【００４１】また、本実施例の半導体レーザ素子の高速
応答特性を測定したところ、２５ＧＨｚと極めて高速な
応答が可能であった。これは、前述したように、活性層
中に大きな圧縮歪を導入できたことと、コンタクト組成
グレーデッド層４１０を用いているので、コンタクト層
の部分でのキャリアのパイルアップが防止できているた
めである。When the high-speed response characteristics of the semiconductor laser device of this example were measured, a very high-speed response of 25 GHz was possible. This is because, as described above, a large compressive strain can be introduced into the active layer, and since the contact composition graded layer 410 is used, pile up of carriers in the contact layer portion can be prevented. Is.

【００４２】図５は、本発明の第３の実施例方法を使用
して作成したアバランシェダイオードの構造を示す断面
図を示す。キャリア濃度２×１０18ｃｍ-3のｎ−ＩｎＰ
基板５０１上に、厚さ０．２μｍ，キャリア濃度５×１
０15ｃｍ-3の低濃度ＩｎＰバッファ層５０２、キャリア
濃度２×１０14cm-3，厚さ２μｍのＧａ0.47Ｉｎ0.53Ａ
ｓ光吸収層５０３、組成がＩｎＰからＧａＩｎＡｓまで
変化しているキャリア濃度５×１０15ｃｍ-3，厚さ０．
５μｍのグレーデッドバンドギャップ変化層５０４、キ
ャリア濃度１×１０17ｃｍ-3，厚さ０．５μｍのＩｎＰ
電界緩和層５０５、キャリア濃度２×１０16ｃｍ-3，厚
さ１．５μｍのＩｎＰアバランシェ層５０６が成長形成
されている。そして、アバランシェ層５０６内に、Ｃｄ
を添加したｐ型不純物拡散領域５０７と、Ｂｅを添加し
たｐ型拡散ガードリング５０８が形成されている。FIG. 5 is a sectional view showing the structure of an avalanche diode manufactured by using the method of the third embodiment of the present invention. N-InP with a carrier concentration of 2 × 10 18 cm -3
On substrate 501, thickness 0.2 μm, carrier concentration 5 × 1
0 15 cm -3 low concentration InP buffer layer 502, carrier concentration 2 × 10 14 cm -3 , thickness 2 μm Ga 0.47 In 0.53 A
The light absorption layer 503, the composition of which changes from InP to GaInAs, the carrier concentration is 5 × 10 15 cm −3 , and the thickness is 0.
5 μm graded band gap changing layer 504, carrier concentration 1 × 10 17 cm −3 , thickness 0.5 μm InP
An electric field relaxation layer 505, an InP avalanche layer 506 having a carrier concentration of 2 × 10 16 cm −3 and a thickness of 1.5 μm are grown and formed. Then, in the avalanche layer 506, Cd
A p-type impurity diffusion region 507 added with and a p-type diffusion guard ring 508 added with Be are formed.

【００４３】本実施例におけるレーザ素子の結晶は、有
機金属気相成長法により形成した。結晶の成長温度は６
４０℃とし、成長圧力は７０Torrとした。成長原料とし
て、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルガリ
ウム（ＴＥＧａ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）、フォスフィ
ン（ＰＨ3 ）、セレン化水素（Ｈ2 Ｓｅ）を用いた。Ｉ
ｎＰ電界緩和層５０５を成長する際には、ＴＭＩ、ＰＨ
3 、Ｈ2 Ｓｅの供給量は、各々、２×１０-2Torr、２To
rr、２×１０-7Torrとした。ＩｎＰアバランシェ層５０
６を成長する際には、ＴＭＩ，ＰＨ3 の供給量は２×１
０-2Torr，２Torrとした。ＩｎＰアバランシェ層５０６
のキャリア濃度を下げるために、Ｈ2Ｓｅの供給量は、
５×１０-8Torrまで下げた。The crystal of the laser device in this embodiment was formed by the metal organic chemical vapor deposition method. Crystal growth temperature is 6
The temperature was 40 ° C. and the growth pressure was 70 Torr. Trimethyl indium (TMI), triethyl gallium (TEGa), arsine (AsH 3 ), phosphine (PH 3 ), and hydrogen selenide (H 2 Se) were used as growth raw materials. I
When growing the nP electric field relaxation layer 505, TMI, PH
3 and H 2 Se are supplied at 2 × 10 -2 Torr and 2 To, respectively.
rr was set to 2 × 10 −7 Torr. InP avalanche layer 50
When growing 6, the supply amount of TMI and PH 3 is 2 × 1
It was set to 0 -2 Torr and 2 Torr. InP avalanche layer 506
In order to reduce the carrier concentration of H 2 Se, the supply amount of H 2 Se is
Lowered to 5 × 10 -8 Torr.

【００４４】低濃度ＩｎＰバッファ層５０２を成長する
際に、ＴＭＩの供給量は２×１０-2Torrとした。Ｈ2 Ｓ
ｅの供給量を下げて、キャリア濃度を所定の値まで下げ
ようとすると、極めて低濃度のＨ2 Ｓｅガスをごく微量
供給しなければならず、Ｈ2 Ｓｅガスの容器への吸着，
分解或いは供供装置の零点の変動等で、不安定となる。
そこで、Ｈ2 Ｓｅの供給量は、ＩｎＰアバランシェ層５
０６成長の際と同じ５×１０-8Torrとし、ＰＨ3 の供給
量を式（２）に従い３２Torrに増やすことで所定のキャ
リア濃度を得た。When growing the low concentration InP buffer layer 502, the supply amount of TMI was set to 2 × 10 -2 Torr. H 2 S
If the carrier concentration is reduced to a predetermined value by reducing the supply amount of e, it is necessary to supply an extremely low concentration of H 2 Se gas, which causes adsorption of H 2 Se gas to the container.
It becomes unstable due to disassembly or fluctuation of the zero point of the equipment.
Therefore, the amount of H 2 Se supplied is set to the InP avalanche layer 5
The same carrier concentration as in the case of 06 growth was set to 5 × 10 −8 Torr, and the supply amount of PH 3 was increased to 32 Torr according to the equation (2) to obtain a predetermined carrier concentration.

【００４５】グレーデッドバンデギャップ変化層５０４
を成長する際には、組成がＧａ0.47Ｉｎ0.53ＡｓからＩ
ｎ迄変化しているのに応じて、ＴＭＩとＴＥＧａの供給
量はそれぞれ、１×１０-2Torrと９．４×１０-3Torrか
ら、２×１０-2Torrと０Torrまで、直線的に変化させ
た。ＰＨ3 とＡｓＨ3 の供給量は、式（２）に従いそれ
ぞれ、０Torrと０．３Torrから、２Torrと０Torrまで変
化させた。Graded Bande Gap Change Layer 504
The composition of Ga 0.47 In 0.53 As to I
The amount of supply of TMI and TEGa varies linearly from 1 × 10 -2 Torr and 9.4 × 10 -3 Torr to 2 × 10 -2 Torr and 0 Torr, respectively. Changed. The supply amounts of PH 3 and AsH 3 were changed from 0 Torr and 0.3 Torr to 2 Torr and 0 Torr, respectively, according to the equation (2).

【００４６】このように本実施例では、低濃度ＩｎＰバ
ッファー層５０２成長の際に、式（２）に従いＰＨ3 供
給量を増やしたので、Ｈ2 Ｓｅ原料ガスの濃度を上げる
ことができ、従来不安定であった、キャリア濃度コント
ロールの長期的安定性を上げることができた。As described above, in this embodiment, when the low-concentration InP buffer layer 502 is grown, the PH 3 supply amount is increased according to the equation (2), so that the concentration of the H 2 Se source gas can be increased, It was unstable, and the long-term stability of carrier concentration control could be improved.

【００４７】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では、半導体レーザ素子の作
成に用いる結晶の組成コントロール、アバランシェフォ
トダイオードのキャリア濃度コントロール成長方法につ
いて述べたが、グレーデッドベースヘテロバイポーラト
ランジスタ，発光ダイオード，吸収型光変調素子等を作
成するための結晶成長への適用も可能である。また、実
施例では、ＡｓとＰの含まれる結晶、ＳｅとＰの含まれ
る結晶の結晶成長について述べたが、ＴｅとＰの含まれ
る結晶、ＳｂとＰの含まれる結晶の結晶成長への適用も
可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。The present invention is not limited to the above embodiments. In the examples, the composition control of the crystal used for the production of the semiconductor laser device and the carrier concentration control growth method of the avalanche photodiode were described. However, in order to produce the graded base hetero bipolar transistor, the light emitting diode, the absorption type light modulation device, etc. Can also be applied to crystal growth. Further, in the examples, the crystal growth of the crystal containing As and P, the crystal containing Se and P was described, but the invention is applied to the crystal growth of the crystal containing Te and P and the crystal containing Sb and P. Is also possible. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【００４８】[0048]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、蒸
気圧の高い元素を複数含む結晶の有機金属気相成長方法
において、成長時に組成コントロールの方法が不明確、
或いは組成コントロールを行うために極めて複雑な方法
を取る必要があったものが、極めて容易に行えるように
なる。このため、従来制御の困難であった、Ｖ族元素の
組成を連続的に所定の組成で変化させることが可能にな
る。また、VI族元素については、極めて低濃度からの濃
度制御が可能となる。このため、デバイス中のバンドギ
ャップ，不純物濃度，ひいてはキャリア濃度と電位分布
を自由に設計できるようになり、良好な特性を有する半
導体素子を実現することができる。特に、歪量子井戸構
造を含む半導体レーザ素子の作成においては、従来困難
であった、ＩｎＡｓＰ活性層の量子井戸構造の作成が可
能となり、半導体レーザ素子の、閾値電流の低減、高速
変調特性の改善等が実現でき、その有用性は絶大であ
る。As described above in detail, according to the present invention, in the metalorganic vapor phase epitaxy method of a crystal containing a plurality of elements having a high vapor pressure, the method of composition control during growth is unclear,
Alternatively, although it was necessary to take an extremely complicated method for controlling the composition, it becomes possible to perform the method very easily. Therefore, it becomes possible to continuously change the composition of the group V element to a predetermined composition, which has been difficult to control conventionally. Further, the concentration of the group VI element can be controlled from an extremely low concentration. Therefore, it becomes possible to freely design the band gap, the impurity concentration, and eventually the carrier concentration and the potential distribution in the device, and it is possible to realize a semiconductor element having good characteristics. In particular, in the production of a semiconductor laser device including a strained quantum well structure, it is possible to produce a quantum well structure of an InAsP active layer, which has been difficult in the past, and it is possible to reduce the threshold current and improve the high-speed modulation characteristic of the semiconductor laser device. Etc. can be realized, and their usefulness is immense.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の原理を説明するためのもので、原料供
給量と成長した結晶の組成との関係を示す特性図、FIG. 1 is a characteristic diagram for explaining the principle of the present invention, showing the relationship between the amount of raw material supply and the composition of grown crystals;

【図２】本発明の第１の実施例方法による半導体レーザ
素子の概略構造を示す断面図、FIG. 2 is a sectional view showing a schematic structure of a semiconductor laser device according to a first embodiment method of the present invention,

【図３】第１の実施例方法に使用した気相成長装置を示
す概略構成図、FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a vapor phase growth apparatus used in the method of the first embodiment,

【図４】第２の実施例方法による半導体レーザ素子の概
略構造を示す断面図。FIG. 4 is a sectional view showing a schematic structure of a semiconductor laser device according to a second embodiment method.

【図５】第３の実施例方法によるアバランシェフォトダ
イオードの概略構造を示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing a schematic structure of an avalanche photodiode according to the third embodiment method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

３１…反応管、 ３２…試料、 ３３…試料台、 ３４…ヒータ、 ２０１…ｎ−ＩｎＰ基板、 ２０２…ｎ−Ｉｎ
Ｐクラッド層、 ２０３…下部組成グレーデッド層、 ２０４…ＭＱＷ活
性層、 ２０５…上部組成グレーデッド層、 ２０６…光ガイド
層、 ２０７…ＩｎＰ埋め込み層、 ２０８…Ｓｉ添加
の電流阻止層、 ２０９…ｐ−ＩｎＰクラッド層、 ２１０…コンタク
ト層、 ２１１…ｎ型電極、 ２１２…ｐ型電
極。31 ... Reaction tube, 32 ... Sample, 33 ... Sample stand, 34 ... Heater, 201 ... n-InP substrate, 202 ... n-In
P-cladding layer, 203 ... Lower composition graded layer, 204 ... MQW active layer, 205 ... Upper composition graded layer, 206 ... Optical guide layer, 207 ... InP buried layer, 208 ... Si-added current blocking layer, 209 ... P -InP clad layer, 210 ... Contact layer, 211 ... N-type electrode, 212 ... P-type electrode.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】III 族元素と燐及び燐よりも蒸気圧の低い
Ｖ族又はVI族元素αを含む化合物半導体層を、III 族有
機金属化合物と燐の水素化合物及び元素αの水素化合物
を用いて成長形成する有機金属気相成長方法において、 予め前記水素化物原料の供給量［ＰＨ3 ］，［αＨａ］
（ａ＝２又は３）と、形成された化合物半導体層中の元
素αの割合ｙ及び燐の割合（１−ｙ）とを測定して、 ｛［αＨａ］／ｙ｝／｛［ＰＨ3 ］1/2 ／（１−ｙ）｝＝Ｃ で定まる比例係数Ｃを求め、この比例係数Ｃを元に、形
成すべき化合物半導体層に対する水素化物原料供給量
［ＰＨ3 ］，［αＨａ］をそれぞれ設定することを特徴
とする気相成長方法。1. A compound semiconductor layer containing a group III element and phosphorus and a group V or VI element α having a vapor pressure lower than that of phosphorus, using a group III organometallic compound, a hydrogen compound of phosphorus and a hydrogen compound of element α. in metal-organic chemical vapor deposition method for growing form Te, the supply amount of advance the hydride material [PH 3], [αHa]
(A = 2 or 3) and the ratio y of the element α and the ratio (1-y) of phosphorus in the formed compound semiconductor layer are measured to obtain {[αHa] / y} / {[PH 3 ] 1/2 / (1-y)} = C to obtain a proportional coefficient C, and based on this proportional coefficient C, the hydride source material supply amounts [PH 3 ] and [αHa] to the compound semiconductor layer to be formed are set respectively. A vapor phase growth method characterized by: 【請求項２】アルミニウム，ガリウム，インジウムの内
の少なくとも一種類と燐及び燐よりも蒸気圧の低いＶ族
又はVI族元素αを含む第１の化合物半導体層 Ａｌz Ｇａx Ｉｎ1-x-z Ａy Ｐ1-y （Ｏ≦ｚ，ｘ≦１，
０＜ｙ＜１）と、 第１の化合物半導体層とは組成比が異なる第２の化合物
半導体層 Ａｌq Ｇａr Ｉｎ1-r-q Ａs Ｐ1-s （０≦ｑ，ｒ≦１，
Ｏ＜ｓ＜１）とを、 III 族有機金属化合物と燐の水素化合物及び元素αの水
素化合物を用いて成長形成する有機金属気相成長方法に
おいて、 第１の化合物半導体層を形成するときの水素化物原料供
給量［ＰＨ3 ］1 ， ［αＨａ］1 （ａ＝２又は３）と、第２の化合物半導体
層を形成するときの水素化物原料供給量［ＰＨ3 ］2 ，
［αＨａ］2 （ａ＝２又は３）との間に略、 ｛［αＨａ］1 ／ｙ｝／｛（［ＰＨ3 ］1 ）1/2 ／（１−ｙ）｝ ＝｛［αＨａ］2 ／ｓ｝／｛（［ＰＨ3 ］2 ）1/2 ／（１−ｓ）｝ の関係を保持させながら、水素化物原料を供給すること
を特徴とする気相成長方法。2. A first compound semiconductor layer Al z Ga x In 1-xz A containing at least one of aluminum, gallium, and indium, and phosphorus and a group V or group VI element α having a vapor pressure lower than that of phosphorus. y P 1-y (O ≦ z, x ≦ 1,
0 <y <1) and the second compound having a composition ratio different from the first compound semiconductor layer semiconductor layer Al q Ga r In 1-rq A s P 1-s (0 ≦ q, r ≦ 1,
In the metal-organic vapor phase epitaxy method in which O <s <1) is grown and formed using a Group III organometallic compound, a hydrogen compound of phosphorus and a hydrogen compound of the element α, when forming the first compound semiconductor layer, Supply amount of hydride raw material [PH 3 ] 1 , [αHa] 1 (a = 2 or 3), and supply amount of hydride raw material [PH 3 ] 2 when forming the second compound semiconductor layer,
Between [αHa] 2 (a = 2 or 3), {[αHa] 1 / y} / {([PH 3 ] 1 ) 1/2 / (1-y)} = {[αHa] 2 / s} / {([PH 3 ] 2 ) 1/2 The vapor phase growth method characterized in that the hydride source is supplied while maintaining the relationship of / (1-s)}. 【請求項３】燐よりも蒸気圧の低いＶ族又はVI族の元素
αがＡｓ若しくはＳｅであり、元素αの水素化合物原料
がＡｓＨ3 若しくはＨ2 Ｓｅであることを特徴とする請
求項１又は２に記載の気相成長方法。3. The element α of group V or VI whose vapor pressure is lower than that of phosphorus is As or Se, and the hydrogen compound raw material of the element α is AsH 3 or H 2 Se. Or the vapor growth method described in 2.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5973042A (en) * 1993-04-23 1999-10-26 Mitsubishi Chemical Corporation Highly water-absorptive polymers having enhanced gel strength
JP2005276928A (en) * 2004-03-23 2005-10-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor laser

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