JPH06275540A - 薄膜成長方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
薄膜成長方法および半導体装置の製造方法Info
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- JPH06275540A JPH06275540A JP6563493A JP6563493A JPH06275540A JP H06275540 A JPH06275540 A JP H06275540A JP 6563493 A JP6563493 A JP 6563493A JP 6563493 A JP6563493 A JP 6563493A JP H06275540 A JPH06275540 A JP H06275540A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、化合物半導体結晶の成長方法に関
し、特に広範囲な成長温度条件下で様々な組成の化合物
半導体結晶、特に混晶の成長を実現できる薄膜成長方法
およびかかる薄膜成長方法を使った化合物半導体装置の
製造方法に関する。 【構成】化合物半導体結晶の原料として、化合物半導体
結晶の少なくとも一の構成元素を含むアルキル化合物の
アミン付加物を供給し、かかる原料の分解により化合物
半導体結晶を成長させる。
し、特に広範囲な成長温度条件下で様々な組成の化合物
半導体結晶、特に混晶の成長を実現できる薄膜成長方法
およびかかる薄膜成長方法を使った化合物半導体装置の
製造方法に関する。 【構成】化合物半導体結晶の原料として、化合物半導体
結晶の少なくとも一の構成元素を含むアルキル化合物の
アミン付加物を供給し、かかる原料の分解により化合物
半導体結晶を成長させる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一般に半導体装置の製造
に関し、特に原子層エピタキシーにより、化合物半導体
の混晶を形成するのに適した薄膜成長方法に関する。
に関し、特に原子層エピタキシーにより、化合物半導体
の混晶を形成するのに適した薄膜成長方法に関する。
【0002】半導体装置をはじめとする電子デバイスの
機能、性能を追求する上で、結晶性の高い半導体結晶が
要求されている。特に、化合物半導体は、直接遷移や高
電子移動度を特徴とするバンド構造を有するため、様々
な高性能半導体装置の主要部に使われている。かかる高
性能半導体装置は、レーザダイオードや発光ダイオード
等の光半導体装置、HEMTやRBT等の高速半導体装
置、さらにキャリアを限定された領域に閉じ込めること
により生じる量子効果を使った量子半導体装置を含む。
特に、化合物半導体装置は一般に混晶を形成するため、
前記量子効果を形成する様々な量子構造を形成すること
ができる。
機能、性能を追求する上で、結晶性の高い半導体結晶が
要求されている。特に、化合物半導体は、直接遷移や高
電子移動度を特徴とするバンド構造を有するため、様々
な高性能半導体装置の主要部に使われている。かかる高
性能半導体装置は、レーザダイオードや発光ダイオード
等の光半導体装置、HEMTやRBT等の高速半導体装
置、さらにキャリアを限定された領域に閉じ込めること
により生じる量子効果を使った量子半導体装置を含む。
特に、化合物半導体装置は一般に混晶を形成するため、
前記量子効果を形成する様々な量子構造を形成すること
ができる。
【0003】
【従来の技術】このような化合物半導体結晶は、一般に
基板結晶上にエピタキシャル層として成長され、かかる
エピタキシャル成長を行う結晶成長方法としてMBE法
やMOCVD法が一般的に使われている。かかる従来の
化合物半導体結晶の成長方法においては、成長しようと
する化合物半導体結晶を構成する原子、例えばGaやA
l等のIII族元素の原子と、As等のV族元素の原子
とを基板表面に同時に供給し、各原子をそれぞれの席
(サイト)に堆積させている。一方、かかる従来の結晶
成長方法では、III族元素とV族元素が同時に基板上
に供給されることに伴い、例えばIII族元素のGaが
V族元素のAsの席に入ってしまう等の欠陥の形成をさ
けることが出来ない。かかる欠陥を積極的に利用する試
みもあるが、一方で、かかる欠陥が生じないように、G
aとAsの原子層を一層ずつ交互に成長させてエピタキ
シャル層を形成する試みもなされている。
基板結晶上にエピタキシャル層として成長され、かかる
エピタキシャル成長を行う結晶成長方法としてMBE法
やMOCVD法が一般的に使われている。かかる従来の
化合物半導体結晶の成長方法においては、成長しようと
する化合物半導体結晶を構成する原子、例えばGaやA
l等のIII族元素の原子と、As等のV族元素の原子
とを基板表面に同時に供給し、各原子をそれぞれの席
(サイト)に堆積させている。一方、かかる従来の結晶
成長方法では、III族元素とV族元素が同時に基板上
に供給されることに伴い、例えばIII族元素のGaが
V族元素のAsの席に入ってしまう等の欠陥の形成をさ
けることが出来ない。かかる欠陥を積極的に利用する試
みもあるが、一方で、かかる欠陥が生じないように、G
aとAsの原子層を一層ずつ交互に成長させてエピタキ
シャル層を形成する試みもなされている。
【0004】原子層エピタキシー(ALE)はかかる単
原子層成長を実現する手段であり、エピタキシャル層上
に気相原料を供給した場合に、単原子層が成長した後で
結晶成長が実質的に停止するいわゆるセルフリミティン
グ効果を利用している。すなわち、原子層エピタキシー
では、基板上にGa層が1原子層成長した後でGaの供
給を停止し、結晶成長に使われる反応容器をフラッシュ
した後でAsを供給してAs層を先に成長されたGa原
子層上に1原子層だけ成長させ、上記の工程を繰り返す
ことにより結晶層をエピタキシャル成長させる。GaA
s層をエピタキシャル成長させる場合は、Gaの原料と
してトリメチルガリウム〔(CH3 )3Ga;TMG〕
を使い、Asの原料としてアルシン〔AsH3 〕を使
う。これらの気相原料は基板表面で熱分解され、Gaあ
るいはAsの原子を放出する。前記セルフリミティング
効果の結果、Ga層およびAs層はいずれも各工程にお
いて1原子層ずつしか成長しない。原子層エピタキシー
については、例えば米国特許第4,058,430を参
照。かかる原子層エピタキシーは前記GaAs以外の他
の材料系、例えはInAsにおいても報告されている。
InAsを原子層エピタキシーで成長させる場合はIn
の原料としてトリメチルインジウム〔(CH3)3 I
n;TMI〕を使う。
原子層成長を実現する手段であり、エピタキシャル層上
に気相原料を供給した場合に、単原子層が成長した後で
結晶成長が実質的に停止するいわゆるセルフリミティン
グ効果を利用している。すなわち、原子層エピタキシー
では、基板上にGa層が1原子層成長した後でGaの供
給を停止し、結晶成長に使われる反応容器をフラッシュ
した後でAsを供給してAs層を先に成長されたGa原
子層上に1原子層だけ成長させ、上記の工程を繰り返す
ことにより結晶層をエピタキシャル成長させる。GaA
s層をエピタキシャル成長させる場合は、Gaの原料と
してトリメチルガリウム〔(CH3 )3Ga;TMG〕
を使い、Asの原料としてアルシン〔AsH3 〕を使
う。これらの気相原料は基板表面で熱分解され、Gaあ
るいはAsの原子を放出する。前記セルフリミティング
効果の結果、Ga層およびAs層はいずれも各工程にお
いて1原子層ずつしか成長しない。原子層エピタキシー
については、例えば米国特許第4,058,430を参
照。かかる原子層エピタキシーは前記GaAs以外の他
の材料系、例えはInAsにおいても報告されている。
InAsを原子層エピタキシーで成長させる場合はIn
の原料としてトリメチルインジウム〔(CH3)3 I
n;TMI〕を使う。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】かかる原子層エピタキ
シーにおいては、前記セルフリミティング効果が現れる
ために最適な成長条件、特に温度条件が存在し、かかる
最適温度条件を越えると前記単原子層成長が成立しなく
なる。しかも、かかる原子層エピタキシーに最適な成長
温度は成長される結晶の材料系により異なり、このため
に、従来は、最適成長温度が異なる材料系を使った混晶
の成長が困難である問題点があった。例えば、GaAs
をTMGおよびアルシンを使った原子層エピタキシーで
成長させる場合の最適温度は約500°Cであるのに対
し、TMIおよびアルシンからInAsを成長させる最
適温度は約350°Cである。このような場合には、混
晶を得ようとして結晶成長を500°Cで行うとInの
単原子層成長が成立しなくなり、厚いInAs層が単一
の成長工程で形成されてしまう。一方、成長温度を35
0°Cに設定すると、GaAs層の成長速度が非常に低
下し、実質的な結晶成長が生じなくなる。かかる最適成
長条件の差に起因して、従来の原子層エピタキシー技術
では化合物半導体結晶の混晶を成長させることが困難で
あった。また、トリエチルガリウム〔(C2 H5 )3 G
a;TEG〕とアルシンを使うと、GaAs層の成長は
約350°で行うことが出来るものの、この系では明瞭
なセルフリミティング効果が得られず、このため、TM
Iとアルシンを使った原子層エピタキシーと組み合わせ
ても好ましい単原子成長は得られない。
シーにおいては、前記セルフリミティング効果が現れる
ために最適な成長条件、特に温度条件が存在し、かかる
最適温度条件を越えると前記単原子層成長が成立しなく
なる。しかも、かかる原子層エピタキシーに最適な成長
温度は成長される結晶の材料系により異なり、このため
に、従来は、最適成長温度が異なる材料系を使った混晶
の成長が困難である問題点があった。例えば、GaAs
をTMGおよびアルシンを使った原子層エピタキシーで
成長させる場合の最適温度は約500°Cであるのに対
し、TMIおよびアルシンからInAsを成長させる最
適温度は約350°Cである。このような場合には、混
晶を得ようとして結晶成長を500°Cで行うとInの
単原子層成長が成立しなくなり、厚いInAs層が単一
の成長工程で形成されてしまう。一方、成長温度を35
0°Cに設定すると、GaAs層の成長速度が非常に低
下し、実質的な結晶成長が生じなくなる。かかる最適成
長条件の差に起因して、従来の原子層エピタキシー技術
では化合物半導体結晶の混晶を成長させることが困難で
あった。また、トリエチルガリウム〔(C2 H5 )3 G
a;TEG〕とアルシンを使うと、GaAs層の成長は
約350°で行うことが出来るものの、この系では明瞭
なセルフリミティング効果が得られず、このため、TM
Iとアルシンを使った原子層エピタキシーと組み合わせ
ても好ましい単原子成長は得られない。
【0006】一方、従来より、InGaAs層中にIn
とGaの秩序構造が生じるとキャリアの合金散乱が減少
し、キャリア移動度が大きく増大することが知られてい
る(Nakata el al., J.Crysta
l Growth 115,1991,504−50
8)。このような秩序構造を有するInGaAs層をn
型にドープされたInAlAs層と組み合わせることに
より、両結晶層間のヘテロ接合界面に形成される2次元
電子ガスについて、161,000cm2 /V・sに達
する電子移動度が報告されている。一方、このような秩
序構造は、結晶成長が行われる温度における熱力学的平
衡の結果出現するものであり、結晶中におけるIn原子
とGa原子の分布は、結晶成長が極低温で行われないと
完全な秩序状態にはならない。しかし、勿論このような
極低温での結晶成長は不可能である。
とGaの秩序構造が生じるとキャリアの合金散乱が減少
し、キャリア移動度が大きく増大することが知られてい
る(Nakata el al., J.Crysta
l Growth 115,1991,504−50
8)。このような秩序構造を有するInGaAs層をn
型にドープされたInAlAs層と組み合わせることに
より、両結晶層間のヘテロ接合界面に形成される2次元
電子ガスについて、161,000cm2 /V・sに達
する電子移動度が報告されている。一方、このような秩
序構造は、結晶成長が行われる温度における熱力学的平
衡の結果出現するものであり、結晶中におけるIn原子
とGa原子の分布は、結晶成長が極低温で行われないと
完全な秩序状態にはならない。しかし、勿論このような
極低温での結晶成長は不可能である。
【0007】原子層エピタキシーを使うと、原子層を一
層ずつ堆積することにより、熱力学的な平衡に頼らず
に、人工的に、実質的に完全な秩序構造を有する結晶層
を形成できる可能性がある。このような人工的な秩序構
造は人工超格子構造と考えることができ、このような構
造中では、キャリアの合金散乱は実質的に完全に除去可
能であると考えられる。かかる人工超格子構造を有する
InGaAs混晶では、106 cm2 /V・sに達する
電子移動度が予測されている。しかし、先にも説明した
ように、従来の原子層エピタキシー技術では混晶の成長
が困難であり、このためかかる人工超格子構造を有する
結晶層を成長させることが出来なかった。
層ずつ堆積することにより、熱力学的な平衡に頼らず
に、人工的に、実質的に完全な秩序構造を有する結晶層
を形成できる可能性がある。このような人工的な秩序構
造は人工超格子構造と考えることができ、このような構
造中では、キャリアの合金散乱は実質的に完全に除去可
能であると考えられる。かかる人工超格子構造を有する
InGaAs混晶では、106 cm2 /V・sに達する
電子移動度が予測されている。しかし、先にも説明した
ように、従来の原子層エピタキシー技術では混晶の成長
が困難であり、このためかかる人工超格子構造を有する
結晶層を成長させることが出来なかった。
【0008】
【課題を解決する手段】本発明は上記の課題を、基板上
に、成長させようとする結晶層の構成元素を含む化合物
のアミン付加物を原料として供給する工程と;前記化合
物のアミン付加物を分解する工程と;前記分解工程によ
り放出された前記結晶層の構成元素を堆積し、前記基板
上に前記結晶層を成長させる工程を含むことを特徴とす
る、半導体装置の製造方法により、または複数の構成元
素よりなる化合物半導体材料の結晶層を含む化合物半導
体装置の製造方法において、基板上に、成長させようと
する結晶層の構成元素のうちの少なくとも第1の構成元
素の原料を、前記第1の構成元素を含む化合物のアミン
付加物として供給する工程と;前記化合物のアミン付加
物を、前記基板近傍において分解する工程と;前記分解
工程により放出された前記第1の構成元素を堆積し、前
記基板上に前記結晶層を成長させる工程を含むことを特
徴とする、化合物半導体装置の製造方法により解決す
る。
に、成長させようとする結晶層の構成元素を含む化合物
のアミン付加物を原料として供給する工程と;前記化合
物のアミン付加物を分解する工程と;前記分解工程によ
り放出された前記結晶層の構成元素を堆積し、前記基板
上に前記結晶層を成長させる工程を含むことを特徴とす
る、半導体装置の製造方法により、または複数の構成元
素よりなる化合物半導体材料の結晶層を含む化合物半導
体装置の製造方法において、基板上に、成長させようと
する結晶層の構成元素のうちの少なくとも第1の構成元
素の原料を、前記第1の構成元素を含む化合物のアミン
付加物として供給する工程と;前記化合物のアミン付加
物を、前記基板近傍において分解する工程と;前記分解
工程により放出された前記第1の構成元素を堆積し、前
記基板上に前記結晶層を成長させる工程を含むことを特
徴とする、化合物半導体装置の製造方法により解決す
る。
【0009】
【作用】本発明によれば、成長させたい結晶層の原料と
して、結晶層の構成元素を含む化合物のアミン付加物を
使うことにより、原料の化学的安定性を増加させること
ができる。換言すると、前記化合物のアミン付加物を使
うことにより、従来の化合物を使った場合よりも原料の
分解温度が上昇し、従来より高い成長温度においても原
子層エピタキシーによる単原子層結晶成長が可能にな
る。その結果、原子層エピタキシーが可能な温度範囲が
実質的に拡大され、従来は困難であった様々な混晶の原
子層エピタキシーによる結晶成長が可能になる。かかる
混晶の原子層エピタキシーの結果、ほぼ完全に秩序化し
た結晶構造を有する人工超格子構造が得られる。かかる
人工超格子構造を有する化合物半導体結晶層は、原子配
列がほぼ完全に規則的であるため、キャリアの合金散乱
が生じることがなく、非常に大きな電子移動度を実現す
ることが可能である。また、かかる人工超格子構造は、
原子半径の異なった原子が無秩序に配列する構造と比べ
て格子の歪みを最小化することができ、このため、基板
上に形成された場合に広い組成範囲にわたり、実質的に
格子欠陥を生じることなく、基板結晶と格子整合するこ
とが可能である。かかる特徴を利用して、発光波長を広
い波長範囲から選択できるレーザダイオードを形成する
ことが可能である。
して、結晶層の構成元素を含む化合物のアミン付加物を
使うことにより、原料の化学的安定性を増加させること
ができる。換言すると、前記化合物のアミン付加物を使
うことにより、従来の化合物を使った場合よりも原料の
分解温度が上昇し、従来より高い成長温度においても原
子層エピタキシーによる単原子層結晶成長が可能にな
る。その結果、原子層エピタキシーが可能な温度範囲が
実質的に拡大され、従来は困難であった様々な混晶の原
子層エピタキシーによる結晶成長が可能になる。かかる
混晶の原子層エピタキシーの結果、ほぼ完全に秩序化し
た結晶構造を有する人工超格子構造が得られる。かかる
人工超格子構造を有する化合物半導体結晶層は、原子配
列がほぼ完全に規則的であるため、キャリアの合金散乱
が生じることがなく、非常に大きな電子移動度を実現す
ることが可能である。また、かかる人工超格子構造は、
原子半径の異なった原子が無秩序に配列する構造と比べ
て格子の歪みを最小化することができ、このため、基板
上に形成された場合に広い組成範囲にわたり、実質的に
格子欠陥を生じることなく、基板結晶と格子整合するこ
とが可能である。かかる特徴を利用して、発光波長を広
い波長範囲から選択できるレーザダイオードを形成する
ことが可能である。
【0010】特に、アルキル化合物のアミン付加物は、
通常のMOCVDやALEで使われるTEGやTMG、
あるいはTMI等の有機原料と異なり、空気中で自然発
火することがなく、取扱いやすい。これは、半導体装置
を量産する上で大きな利点となる。また、アラン(Al
H3 )のアミン付加物(AlH3 ・NR3 )は、通常の
アランと異なり、TMGやTEGあるいはTMIとの反
応性が低く、このため、TMGやTEGあるいはTMI
およびそのアミン付加物と同時に使用することが可能で
あり、通常のMBE法によりAlを含む混晶系を成長さ
せる場合に対しても使用可能である。
通常のMOCVDやALEで使われるTEGやTMG、
あるいはTMI等の有機原料と異なり、空気中で自然発
火することがなく、取扱いやすい。これは、半導体装置
を量産する上で大きな利点となる。また、アラン(Al
H3 )のアミン付加物(AlH3 ・NR3 )は、通常の
アランと異なり、TMGやTEGあるいはTMIとの反
応性が低く、このため、TMGやTEGあるいはTMI
およびそのアミン付加物と同時に使用することが可能で
あり、通常のMBE法によりAlを含む混晶系を成長さ
せる場合に対しても使用可能である。
【0011】
【実施例】以下、本発明を実施例について、詳細に説明
する。以下の説明はIII−V族化合物半導体の混晶、
特に人工超格子構造を有するInGaAs結晶の原子層
エピタキシーによる成長について説明するが、本発明は
勿論かかる特定の材料系に限定されるものではない。
する。以下の説明はIII−V族化合物半導体の混晶、
特に人工超格子構造を有するInGaAs結晶の原子層
エピタキシーによる成長について説明するが、本発明は
勿論かかる特定の材料系に限定されるものではない。
【0012】図1は、本発明による薄膜成長方法で使わ
れる結晶成長装置10の構成を示す。結晶成長装置10
自体は、従来より原子層エピタキシーの技術で使われて
いたものである。
れる結晶成長装置10の構成を示す。結晶成長装置10
自体は、従来より原子層エピタキシーの技術で使われて
いたものである。
【0013】図1を参照するに、結晶成長装置10は真
空ポンプ12およびバルブ13により排気されて内部で
結晶成長を行う反応容器11と、前記反応容器11中
に、成長させたい化合物半導体結晶の原料を気体として
供給する原料供給系21とを備えている。反応容器11
中には、ロッド14の先端に取りつけられたサセプタ1
5が設けられ、サセプタ15上には基板16が保持され
る。前記化合物半導体結晶の結晶成長は基板16上にお
いてなされる。さらに、成長温度を制御するため、反応
容器11の外周部には、サセプタ15に対応して、コイ
ル17が設けられる。
空ポンプ12およびバルブ13により排気されて内部で
結晶成長を行う反応容器11と、前記反応容器11中
に、成長させたい化合物半導体結晶の原料を気体として
供給する原料供給系21とを備えている。反応容器11
中には、ロッド14の先端に取りつけられたサセプタ1
5が設けられ、サセプタ15上には基板16が保持され
る。前記化合物半導体結晶の結晶成長は基板16上にお
いてなされる。さらに、成長温度を制御するため、反応
容器11の外周部には、サセプタ15に対応して、コイ
ル17が設けられる。
【0014】一方、原料供給系21はH2 等のキャリア
ガスを供給されるキャリアガスライン22を備え、ライ
ン22を介して供給されたキャリアガスは、前記化合物
半導体結晶の原料、特にInとGaの原料を保持する原
料容器23a1 ,23a2 に供給されてこれをバブリン
グする。容器23a1 ,23a2 は所定の温度に保持さ
れており、前記バブリングの結果、容器23a1 ,23
a2 中には気体状原料が形成される。形成された気体状
原料はキャリアガスと共に、容器23a1 ,23a2 に
それぞれ対応して設けられたマスフローコントローラ2
3b1 ,23b 2 およびこれに対応する切替バルブ24
1 ,242 を通って反応容器11に供給される。容器2
3a1 および容器23a2 の温度およびバブリングを生
じるキャリアガスの流量を制御することにより、反応容
器11に供給されるInとGaの流量を正確に制御する
ことが可能である。また、バルブ241 ,242 および
これを含む配管系をフラッシュするために、容器23a
1 ,23a2 にはマスフローコントローラ23c1 ,2
3c2 をそれぞれ備えたバイパスラインが設けられてい
る。さらに、As原料を供給するため、アルシン(As
H3 )の容器25が設けられ、容器25はアルシンガス
を、マスフローコントローラ26および前記切替バルブ
242 を介して反応容器11に供給する。図1の結晶成
長装置は原子層エピタキシーによる結晶層の成長を提供
するものであり、原子層エピタキシー動作時には、バル
ブ241 ,242 が外部の制御装置(図示せず)により
制御され、In,Ga,Asの各原料が、例えばIn,
As,Ga,Asの順で、しかも間にH2 によるフラッ
シングを挟んで、繰り返し供給される。勿論、成長され
る化合物半導体層の組成に応じて、キャリアガスライン
に別の原料容器を設けてもよい。
ガスを供給されるキャリアガスライン22を備え、ライ
ン22を介して供給されたキャリアガスは、前記化合物
半導体結晶の原料、特にInとGaの原料を保持する原
料容器23a1 ,23a2 に供給されてこれをバブリン
グする。容器23a1 ,23a2 は所定の温度に保持さ
れており、前記バブリングの結果、容器23a1 ,23
a2 中には気体状原料が形成される。形成された気体状
原料はキャリアガスと共に、容器23a1 ,23a2 に
それぞれ対応して設けられたマスフローコントローラ2
3b1 ,23b 2 およびこれに対応する切替バルブ24
1 ,242 を通って反応容器11に供給される。容器2
3a1 および容器23a2 の温度およびバブリングを生
じるキャリアガスの流量を制御することにより、反応容
器11に供給されるInとGaの流量を正確に制御する
ことが可能である。また、バルブ241 ,242 および
これを含む配管系をフラッシュするために、容器23a
1 ,23a2 にはマスフローコントローラ23c1 ,2
3c2 をそれぞれ備えたバイパスラインが設けられてい
る。さらに、As原料を供給するため、アルシン(As
H3 )の容器25が設けられ、容器25はアルシンガス
を、マスフローコントローラ26および前記切替バルブ
242 を介して反応容器11に供給する。図1の結晶成
長装置は原子層エピタキシーによる結晶層の成長を提供
するものであり、原子層エピタキシー動作時には、バル
ブ241 ,242 が外部の制御装置(図示せず)により
制御され、In,Ga,Asの各原料が、例えばIn,
As,Ga,Asの順で、しかも間にH2 によるフラッ
シングを挟んで、繰り返し供給される。勿論、成長され
る化合物半導体層の組成に応じて、キャリアガスライン
に別の原料容器を設けてもよい。
【0015】従来の原子層エピタキシーにおいては、容
器23a1 ,23a2 にはIn,Gaの原料としてTM
GやTMIが格納されていた。しかし、先にも説明した
ように、TMGとTMIは原子層エピタキシーに最適な
成長温度が異なるため、図1の結晶成長装置を使ってG
aとInが交互に配列したInGaAsの混晶を形成す
ることは出来なかった。
器23a1 ,23a2 にはIn,Gaの原料としてTM
GやTMIが格納されていた。しかし、先にも説明した
ように、TMGとTMIは原子層エピタキシーに最適な
成長温度が異なるため、図1の結晶成長装置を使ってG
aとInが交互に配列したInGaAsの混晶を形成す
ることは出来なかった。
【0016】次に、本発明の第1実施例を説明する。本
発明の第1実施例は、組成がInAs結晶層を、GaA
s基板上に原子層エピタキシーにより、従来よりも高い
成長温度で成長させるプロセスに関する。
発明の第1実施例は、組成がInAs結晶層を、GaA
s基板上に原子層エピタキシーにより、従来よりも高い
成長温度で成長させるプロセスに関する。
【0017】本実施例では、図1の結晶成長装置中の原
料容器23a1 または23a2 中に、従来のTMIの代
わりにTMIのアミン付加物、すなわちトリメチルイン
ジウムジメチルエチルアミンアダクト〔(CH3 )3 I
n・N(CH3 )2 C2 H5);TMIDEA〕を格納
し、H2 ガスのバブリングによりTMIDEAの蒸気を
マスフローコントローラ23b1 または23b2 および
バルブ241 または242 を介して反応容器11に供給
している。
料容器23a1 または23a2 中に、従来のTMIの代
わりにTMIのアミン付加物、すなわちトリメチルイン
ジウムジメチルエチルアミンアダクト〔(CH3 )3 I
n・N(CH3 )2 C2 H5);TMIDEA〕を格納
し、H2 ガスのバブリングによりTMIDEAの蒸気を
マスフローコントローラ23b1 または23b2 および
バルブ241 または242 を介して反応容器11に供給
している。
【0018】本実施例で使用するTMIDEAは、TM
IおよびジメチルエチルアミンN(CH3 )2 (C2 H
5 )より、エタノール中における下記の反応
IおよびジメチルエチルアミンN(CH3 )2 (C2 H
5 )より、エタノール中における下記の反応
【0019】
【化1】
【0020】により形成され、神奈川県愛甲郡愛川町の
株式会社トリケミカル研究所よりトリメチルインジウム
ジメチルエチル付加物として入手可能である。
株式会社トリケミカル研究所よりトリメチルインジウム
ジメチルエチル付加物として入手可能である。
【0021】上記化合物は純粋な(CH3 )3 InとN
(CH3 )2 (C2 H5 )とを等量ずつ混合し、濃縮お
よび蒸留することにより得られ、単一の沸点(80°
C)で特徴づけられる。これは合成反応の生成物が単一
の化合物であることを示しており、しかも得られた反応
生成物の沸点は、上記反応方程式左辺のいずれの化合物
の沸点((CH3 )3 Inで135.8°C;N(CH
3 )2 (C2 H5 )で37.5°C)に対しても異なっ
ている。しかも、上記混合系では上記反応式以外の副反
応は考えられない。これらの状況から、上記合成過程で
は上記反応方程式が右辺側に進行し、TMIDEAが合
成されたものと考えられる。
(CH3 )2 (C2 H5 )とを等量ずつ混合し、濃縮お
よび蒸留することにより得られ、単一の沸点(80°
C)で特徴づけられる。これは合成反応の生成物が単一
の化合物であることを示しており、しかも得られた反応
生成物の沸点は、上記反応方程式左辺のいずれの化合物
の沸点((CH3 )3 Inで135.8°C;N(CH
3 )2 (C2 H5 )で37.5°C)に対しても異なっ
ている。しかも、上記混合系では上記反応式以外の副反
応は考えられない。これらの状況から、上記合成過程で
は上記反応方程式が右辺側に進行し、TMIDEAが合
成されたものと考えられる。
【0022】TMIDEAはTMIに比べて化学的に安
定であり、このことは平衡蒸気圧に端的に表れている。
すなわち、TMIの80°Cにおける平衡蒸気圧が約2
5Torrであるのに対し、TMIDEAのそれは80
°Cにおいて9Torrにしかならない。かかる安定化
は、TMI中のInとこれに付加されるジメチルエチル
アミン中のNの相互作用によるものと考えられている。
定であり、このことは平衡蒸気圧に端的に表れている。
すなわち、TMIの80°Cにおける平衡蒸気圧が約2
5Torrであるのに対し、TMIDEAのそれは80
°Cにおいて9Torrにしかならない。かかる安定化
は、TMI中のInとこれに付加されるジメチルエチル
アミン中のNの相互作用によるものと考えられている。
【0023】本発明者は、前記図1に示した結晶成長装
置を使い、TMIDEAおよびアルシンを交互に供給し
てInAs結晶層の原子層エピタキシーによる成長実験
を行った。基板16には(100)面方位を有するGa
Asを使い、反応容器1の圧力を15Torr、結晶層
の成長温度を460°Cとし、容器23a1 におけるT
MIDEAのバブリング温度を19.2°Cに設定し
た。これに伴い、TMIDEAの流量は100SCCM
に、またアルシンの流量も100SCCMに設定した。
通常のMOCVD法の場合と全く同じく、これらの気相
原料は基板表面近傍での熱分解作用を受けて成長させた
い結晶層の構成元素を放出し、これらの放出された元素
は基板結晶あるいはその上に成長している結晶層の所定
の席に入る。
置を使い、TMIDEAおよびアルシンを交互に供給し
てInAs結晶層の原子層エピタキシーによる成長実験
を行った。基板16には(100)面方位を有するGa
Asを使い、反応容器1の圧力を15Torr、結晶層
の成長温度を460°Cとし、容器23a1 におけるT
MIDEAのバブリング温度を19.2°Cに設定し
た。これに伴い、TMIDEAの流量は100SCCM
に、またアルシンの流量も100SCCMに設定した。
通常のMOCVD法の場合と全く同じく、これらの気相
原料は基板表面近傍での熱分解作用を受けて成長させた
い結晶層の構成元素を放出し、これらの放出された元素
は基板結晶あるいはその上に成長している結晶層の所定
の席に入る。
【0024】本実施例においては、通常の原子層エピタ
キシーと同様に、TMIDEAとアルシンとは、間にH
2 による0.5秒間のフラッシングを挟んで交互に供給
され、その際、TMIDEAの供給時間を変化させてセ
ルフリミティング効果を調べた。アルシンの供給時間は
10秒間に設定した。1サイクル分の成長条件を表1に
示す。
キシーと同様に、TMIDEAとアルシンとは、間にH
2 による0.5秒間のフラッシングを挟んで交互に供給
され、その際、TMIDEAの供給時間を変化させてセ
ルフリミティング効果を調べた。アルシンの供給時間は
10秒間に設定した。1サイクル分の成長条件を表1に
示す。
【0025】
【表1】
【0026】図2は上記の過程を30周期繰り返した場
合に得られた(100)面方位を有するInAs結晶層
について、1サイクル当たりに得られる厚さを示す。図
中、厚さを分子層単位で示し、また横軸は時間Xを示
す。この図からわかるように、TMIDEAの供給時間
Xを2秒程度にすると1サイクルで1分子層のInAs
が成長するが、それ以上供給時間を増加させてもInA
s層の膜厚は増加しない。即ち、TMIDEAとアルシ
ンを使ったInAsの原子層エピタキシーでは、従来の
典型的な上限温度である400°Cを越える温度におい
ても非常に明瞭なセルフリミティング効果が得られてい
るのがわかる。
合に得られた(100)面方位を有するInAs結晶層
について、1サイクル当たりに得られる厚さを示す。図
中、厚さを分子層単位で示し、また横軸は時間Xを示
す。この図からわかるように、TMIDEAの供給時間
Xを2秒程度にすると1サイクルで1分子層のInAs
が成長するが、それ以上供給時間を増加させてもInA
s層の膜厚は増加しない。即ち、TMIDEAとアルシ
ンを使ったInAsの原子層エピタキシーでは、従来の
典型的な上限温度である400°Cを越える温度におい
ても非常に明瞭なセルフリミティング効果が得られてい
るのがわかる。
【0027】次に、本発明の第2実施例を説明する。
【0028】本実施例では、GaAs結晶層を原子層エ
ピタキシーにより成長させる際に、Gaの原料としてト
リエチルガリウムジメチルエチルアミンアダクト〔(C
2 H 5 )3 Ga・N(CH3 )2 C2 H5 ;TEGDE
A〕を使う。すなわち、本実施例では図1の結晶成長装
置中の原料容器23a1 又は23a2 中にTMIDEA
を格納し、H2 ガスのバブリングによりTEGDEAの
蒸気をマスフローコントローラ23b1 または23b2
およびバルブ241 または242 を介して反応容器11
に供給している。
ピタキシーにより成長させる際に、Gaの原料としてト
リエチルガリウムジメチルエチルアミンアダクト〔(C
2 H 5 )3 Ga・N(CH3 )2 C2 H5 ;TEGDE
A〕を使う。すなわち、本実施例では図1の結晶成長装
置中の原料容器23a1 又は23a2 中にTMIDEA
を格納し、H2 ガスのバブリングによりTEGDEAの
蒸気をマスフローコントローラ23b1 または23b2
およびバルブ241 または242 を介して反応容器11
に供給している。
【0029】TEGDEAは、n−ペンタン中における
TEGおよびジメチルエチルアミンN(CH3 )2 (C
2 H5 )の反応
TEGおよびジメチルエチルアミンN(CH3 )2 (C
2 H5 )の反応
【0030】
【化2】
【0031】により形成され、前記株式会社トリケミカ
ル研究所よりトリエチルガリウム・ジメチルエチルアミ
ン付加物として入手可能である。上記反応式右辺の化合
物は単一の沸点を72°Cに有しており、単一の化合物
であることを示している。一方、上記反応式の左辺側の
化合物はそれぞれ142.6°Cおよび37.5°Cの
沸点を有する。上記合成反応の反応生成物を定量分析し
た結果、次表のような分析結果を得た
ル研究所よりトリエチルガリウム・ジメチルエチルアミ
ン付加物として入手可能である。上記反応式右辺の化合
物は単一の沸点を72°Cに有しており、単一の化合物
であることを示している。一方、上記反応式の左辺側の
化合物はそれぞれ142.6°Cおよび37.5°Cの
沸点を有する。上記合成反応の反応生成物を定量分析し
た結果、次表のような分析結果を得た
【0032】
【表2】
【0033】表2中、計算値として示してあるのはトリ
エチルガリウム・ジメチルエチルアミン付加物(C10H
26NGa)の換算分析値である。計算値と分析値の一致
は良好であり、合成反応の生成物が実際にトリエチルガ
リウムジメチルエチルアミン付加物であることを示して
いる。
エチルガリウム・ジメチルエチルアミン付加物(C10H
26NGa)の換算分析値である。計算値と分析値の一致
は良好であり、合成反応の生成物が実際にトリエチルガ
リウムジメチルエチルアミン付加物であることを示して
いる。
【0034】TMIDEAの場合と同様に、TEGDE
AもTEGに比べて化学的に安定であり、このことは平
衡蒸気圧に端的に表れている。すなわち、TEGの72
°Cにおける平衡蒸気圧が約50Torrであるのに対
し、TEGDEAのそれはわずかに0.15Torrに
しかならない。かかる安定化も、前記第1実施例の場合
と同様に、TEG中のGaとこれに付加されるヂメチル
メエルアミンアダクト中のNの相互作用によるものと考
えられる。
AもTEGに比べて化学的に安定であり、このことは平
衡蒸気圧に端的に表れている。すなわち、TEGの72
°Cにおける平衡蒸気圧が約50Torrであるのに対
し、TEGDEAのそれはわずかに0.15Torrに
しかならない。かかる安定化も、前記第1実施例の場合
と同様に、TEG中のGaとこれに付加されるヂメチル
メエルアミンアダクト中のNの相互作用によるものと考
えられる。
【0035】次に、前記図1に示した結晶成長装置を使
い、TEGDEAおよびアルシンを交互に供給してGa
As結晶層を原子層エピタキシーにより成長させる実験
を行った結果を説明する。本実施例の実験でも、反応容
器1の圧力を15Torr、結晶層の成長温度を460
°Cとし、容器23a1 におけるTEGDEAのバブリ
ング温度を17°Cに設定した。また、基板16として
(100)面方位を有するGaAs単結晶を使った。本
実施例の実験では、アルシンの流量を第1実施例の場合
と同じく100SCCMに設定し、TEGDEAの流量
を変化させてセルフリミティング効果を調べた。通常の
原子層エピタキシーと同様に、TEGDEAとアルシン
とは交互に、間にH2 による0.5秒間のフラッシング
を挟んで供給された。その際、TEGDEAの供給時間
を6秒間に、またアルシンの供給時間は10秒間に設定
した。1サイクル分の成長条件を下の表3に示す。
い、TEGDEAおよびアルシンを交互に供給してGa
As結晶層を原子層エピタキシーにより成長させる実験
を行った結果を説明する。本実施例の実験でも、反応容
器1の圧力を15Torr、結晶層の成長温度を460
°Cとし、容器23a1 におけるTEGDEAのバブリ
ング温度を17°Cに設定した。また、基板16として
(100)面方位を有するGaAs単結晶を使った。本
実施例の実験では、アルシンの流量を第1実施例の場合
と同じく100SCCMに設定し、TEGDEAの流量
を変化させてセルフリミティング効果を調べた。通常の
原子層エピタキシーと同様に、TEGDEAとアルシン
とは交互に、間にH2 による0.5秒間のフラッシング
を挟んで供給された。その際、TEGDEAの供給時間
を6秒間に、またアルシンの供給時間は10秒間に設定
した。1サイクル分の成長条件を下の表3に示す。
【0036】
【表3】
【0037】図3は上記の過程を第1実施例の場合と同
じく354周期繰り返した場合に得られる(100)面
方位を有するGaAs結晶層の厚さを、1サイクル当た
りの厚さとして示す。ただし、厚さは分子層単位で示し
てある。図中、横軸はTEGDEAの供給量Xを示す。
この図からわかるように、TEGDEAの供給量を20
0SCCM程度にすると1サイクルの成長で1分子層の
GaAsが得られるが、それ以上供給量を増加してもG
aAs層の膜厚は増加しない。即ち、TEGDEAとア
ルシンを使ったGaAsの原子層エピタキシーでは、従
来の典型的な成長温度である400°Cを越える温度に
おいても非常に明瞭なセルフリミティング効果が得られ
ているのがわかる。
じく354周期繰り返した場合に得られる(100)面
方位を有するGaAs結晶層の厚さを、1サイクル当た
りの厚さとして示す。ただし、厚さは分子層単位で示し
てある。図中、横軸はTEGDEAの供給量Xを示す。
この図からわかるように、TEGDEAの供給量を20
0SCCM程度にすると1サイクルの成長で1分子層の
GaAsが得られるが、それ以上供給量を増加してもG
aAs層の膜厚は増加しない。即ち、TEGDEAとア
ルシンを使ったGaAsの原子層エピタキシーでは、従
来の典型的な成長温度である400°Cを越える温度に
おいても非常に明瞭なセルフリミティング効果が得られ
ているのがわかる。
【0038】次に、本発明の第3実施例による光半導体
装置を、図4を参照しながら説明する。
装置を、図4を参照しながら説明する。
【0039】図4は本実施例による光半導体装置の構造
を示す。光半導体装置はn型GaAs基板41上に形成
され、基板41上にはn型GaAsバッファ層42が通
常のMOCVD法により形成される。バッファ層42上
には、(GaAs)1 (InAs)1 の組成で表され超
格子構造を有する非ドープInGaAs層43が、以下
に詳細に説明する原子層エピタキシーにより活性層とし
て形成されている。さらに、活性層43上にはp型Ga
As層44が通常のMOCVD法によるエピタキシャル
成長で形成されている。さらに、基板41の下主面およ
びGaAs層44の上主面には、オーミック接合する電
極45,46が形成されている。そこで、図4の装置に
おいて電極45,46からキャリアを注入すると、キャ
リアは活性層43中に滞留し、キャリアが再結合すると
発光が生じる。即ち、図4の構造は光半導体装置として
作用する。特に、活性層43の両対向端にへき開等によ
りミラーを形成すると、図4の構造は半導体レーザとし
て作用する。また、図4の構造中、活性層43はその上
下を大きなバンドギャップを有するGaAs層42およ
び44で挟まれているため、特に層43の厚さが小さい
場合には量子準位を含んだ量子井戸層を形成する。
を示す。光半導体装置はn型GaAs基板41上に形成
され、基板41上にはn型GaAsバッファ層42が通
常のMOCVD法により形成される。バッファ層42上
には、(GaAs)1 (InAs)1 の組成で表され超
格子構造を有する非ドープInGaAs層43が、以下
に詳細に説明する原子層エピタキシーにより活性層とし
て形成されている。さらに、活性層43上にはp型Ga
As層44が通常のMOCVD法によるエピタキシャル
成長で形成されている。さらに、基板41の下主面およ
びGaAs層44の上主面には、オーミック接合する電
極45,46が形成されている。そこで、図4の装置に
おいて電極45,46からキャリアを注入すると、キャ
リアは活性層43中に滞留し、キャリアが再結合すると
発光が生じる。即ち、図4の構造は光半導体装置として
作用する。特に、活性層43の両対向端にへき開等によ
りミラーを形成すると、図4の構造は半導体レーザとし
て作用する。また、図4の構造中、活性層43はその上
下を大きなバンドギャップを有するGaAs層42およ
び44で挟まれているため、特に層43の厚さが小さい
場合には量子準位を含んだ量子井戸層を形成する。
【0040】ところで、従来より、1.3μm帯の波長
で発振する半導体レーザが要望されていた。かかる波長
は通常のGaAsレーザダイオードで得られる発振波長
よりも長く、このためかかる長波長で発振する半導体レ
ーザではバンドギャップの小さい材料を活性層に使用す
る必要がある。このために、活性層としてGaAsとI
nAsの混晶を使うことが検討されているが、必要なバ
ンドギャップを得ようとすると、混晶中のInの量が多
くなりすぎ、GaAs基板との格子整合が成立しなくな
る。すなわち、活性層中に格子の不整合に伴う歪みが蓄
積し、このため発光が生じなくなっていた。
で発振する半導体レーザが要望されていた。かかる波長
は通常のGaAsレーザダイオードで得られる発振波長
よりも長く、このためかかる長波長で発振する半導体レ
ーザではバンドギャップの小さい材料を活性層に使用す
る必要がある。このために、活性層としてGaAsとI
nAsの混晶を使うことが検討されているが、必要なバ
ンドギャップを得ようとすると、混晶中のInの量が多
くなりすぎ、GaAs基板との格子整合が成立しなくな
る。すなわち、活性層中に格子の不整合に伴う歪みが蓄
積し、このため発光が生じなくなっていた。
【0041】図5は、図4の構造で活性層43として使
われるInGaAs量子井戸層の組成とフォトルミネッ
センス波長PLの関係を、半導体装置の温度を300K
に保持した場合について示す。図5よりわかるように、
フォトルミネッセンス波長PLはIn含有量が増大する
と共に長波長側にずれるが、従来は格子不整合の結果I
n含有量を0.4を越えて増加させることができず、従
ってPL波長も1.2μmより長くすることができなか
った。また、この関係から、1.3μm帯の発光を得る
ためには活性層43としてIn0.5 Ga0.5 Asの組成
が必要であることがわかる。
われるInGaAs量子井戸層の組成とフォトルミネッ
センス波長PLの関係を、半導体装置の温度を300K
に保持した場合について示す。図5よりわかるように、
フォトルミネッセンス波長PLはIn含有量が増大する
と共に長波長側にずれるが、従来は格子不整合の結果I
n含有量を0.4を越えて増加させることができず、従
ってPL波長も1.2μmより長くすることができなか
った。また、この関係から、1.3μm帯の発光を得る
ためには活性層43としてIn0.5 Ga0.5 Asの組成
が必要であることがわかる。
【0042】本実施例では活性層43中においてGa原
子とIn原子を原子層エピタキシーを使って交互に、非
常に高い秩序度で配列しているため、活性層43の組成
は先にも説明したように(InAs)1 (GaAs)1
であらわされ、このため層43中に50%に達する高い
含有量でInが含まれる場合でも、基板との格子整合が
成立し、1.3μm帯の発光が可能になる。
子とIn原子を原子層エピタキシーを使って交互に、非
常に高い秩序度で配列しているため、活性層43の組成
は先にも説明したように(InAs)1 (GaAs)1
であらわされ、このため層43中に50%に達する高い
含有量でInが含まれる場合でも、基板との格子整合が
成立し、1.3μm帯の発光が可能になる。
【0043】図6は、図4の光半導体装置40中で使わ
れる活性層43において得られたフォトルミネッセンス
を示す。測定は図5の場合と同様に300Kで行われた
が、図中に示すように、1.3μm帯を中心に明瞭なフ
ォトルミネッセンスが観測されるのがわかる。これは、
活性層43が人工超格子構造(InAs)1 (GaA
s)1 に対応して組成In0.5 Ga0.5 Asを有するこ
とにより、1.3μm帯に対応するバンドギャップを有
していることを示すと同時に、活性層43を構成する結
晶がバンド間遷移により発光するに充分な、低い欠陥密
度を有していることをも示している。先にも説明したよ
うに、これは活性層43中に人工超格子構造が形成さ
れ、その結果InGaAs結晶の格子定数が、結晶中に
InとGaが無秩序に分布している場合よりも小さくな
り、GaAs基板との間に格子整合が成立する結果であ
ると考えられる。
れる活性層43において得られたフォトルミネッセンス
を示す。測定は図5の場合と同様に300Kで行われた
が、図中に示すように、1.3μm帯を中心に明瞭なフ
ォトルミネッセンスが観測されるのがわかる。これは、
活性層43が人工超格子構造(InAs)1 (GaA
s)1 に対応して組成In0.5 Ga0.5 Asを有するこ
とにより、1.3μm帯に対応するバンドギャップを有
していることを示すと同時に、活性層43を構成する結
晶がバンド間遷移により発光するに充分な、低い欠陥密
度を有していることをも示している。先にも説明したよ
うに、これは活性層43中に人工超格子構造が形成さ
れ、その結果InGaAs結晶の格子定数が、結晶中に
InとGaが無秩序に分布している場合よりも小さくな
り、GaAs基板との間に格子整合が成立する結果であ
ると考えられる。
【0044】以下、本実施例の光半導体装置の製造方法
を説明する。
を説明する。
【0045】本実施例では、先の実施例と同様に図1の
結晶成長装置を使用する。すなわち、原料容器23a1
にTMIを格納し、原料容器23a2 にTEGDEAを
格納する。また基板41をサセプタ15上に基板16と
して取りつける。さらに、図1には図示していない別の
原料容器にTEGを格納する。
結晶成長装置を使用する。すなわち、原料容器23a1
にTMIを格納し、原料容器23a2 にTEGDEAを
格納する。また基板41をサセプタ15上に基板16と
して取りつける。さらに、図1には図示していない別の
原料容器にTEGを格納する。
【0046】まず、基板温度を460°C、反応容器1
1の内圧を15Torrに設定し、まずTEGを25S
CCMの流量で反応容器11に供給すると同時に、アル
シンを100SCCMの流量で供給して、基板41上に
バッファ層42を5000Åの厚さに成長させる。ただ
し、TEGは17°Cでバブリングする。バッファ層4
2が形成されると、容器23a1 に格納されているTM
Iと、容器23a2 に格納されているTEGDEAと、
容器25に格納されているAsとを、間にH2によるフ
ラッシングを挟みながら順次供給し、組成(GaAs)
1 (InAs) 1 の結晶層を活性層43として成長させ
る。
1の内圧を15Torrに設定し、まずTEGを25S
CCMの流量で反応容器11に供給すると同時に、アル
シンを100SCCMの流量で供給して、基板41上に
バッファ層42を5000Åの厚さに成長させる。ただ
し、TEGは17°Cでバブリングする。バッファ層4
2が形成されると、容器23a1 に格納されているTM
Iと、容器23a2 に格納されているTEGDEAと、
容器25に格納されているAsとを、間にH2によるフ
ラッシングを挟みながら順次供給し、組成(GaAs)
1 (InAs) 1 の結晶層を活性層43として成長させ
る。
【0047】より具体的には、基板温度と反応容器内圧
をそれぞれ460°Cと15Torrに保持したまま、
まず配管系および反応容器11をH2 によりフラッシュ
し、次いで反応容器11に容器25からアルシンを供給
して基板41上にAs層を1原子層形成する。次に、再
び配管系および反応容器11をH2 によりフラッシュし
た後、容器23a1 からTMIを反応容器11に供給
し、前記As層上にIn層を1原子層形成する。さら
に、配管系および反応容器11をH2 により再びフラッ
シュした後、容器25からAsを供給して前記In層上
にAs層を1原子層形成する。次に、再び配管系および
反応容器11をH2 により再びフラッシュした後、容器
23a2 からTEGDEAを反応容器11に供給し、前
記As層上にGa層を1原子層形成する。さらに、上記
の過程を繰り返し実行することにより人工超格子構造を
有するInGaAs活性層43が得られる。
をそれぞれ460°Cと15Torrに保持したまま、
まず配管系および反応容器11をH2 によりフラッシュ
し、次いで反応容器11に容器25からアルシンを供給
して基板41上にAs層を1原子層形成する。次に、再
び配管系および反応容器11をH2 によりフラッシュし
た後、容器23a1 からTMIを反応容器11に供給
し、前記As層上にIn層を1原子層形成する。さら
に、配管系および反応容器11をH2 により再びフラッ
シュした後、容器25からAsを供給して前記In層上
にAs層を1原子層形成する。次に、再び配管系および
反応容器11をH2 により再びフラッシュした後、容器
23a2 からTEGDEAを反応容器11に供給し、前
記As層上にGa層を1原子層形成する。さらに、上記
の過程を繰り返し実行することにより人工超格子構造を
有するInGaAs活性層43が得られる。
【0048】上記の過程において、TMIは19.2°
Cに保持され、一方TEGDEAは17°Cに保持され
る。下の表4に、活性層43の成長条件を1サイクルに
ついてまとめて示す。
Cに保持され、一方TEGDEAは17°Cに保持され
る。下の表4に、活性層43の成長条件を1サイクルに
ついてまとめて示す。
【0049】
【表4】
【0050】上記のサイクルを約12回繰り返すことに
より、組成が(GaAs)1 (InAs)1 であらわさ
れる活性層43が約70Åの厚さで形成され、さらにこ
のようにして形成された活性層43上にGaAsキャッ
プ層44を、TEGを使った通常のMOCVD法により
約500Åの厚さで形成する。キャップ層44の成長条
件はバッファ層42の成長条件と同一に設定すればよ
い。さらに、このようにして形成された層状半導体構造
の上主面および下主面上にオーミック電極45,46を
スパッタで形成することにより、本実施例による半導体
装置が完成する。先にも説明したように、本実施例によ
る半導体装置はキャリアを電極45,46から注入する
ことによりレーザダイオードとして動作する。
より、組成が(GaAs)1 (InAs)1 であらわさ
れる活性層43が約70Åの厚さで形成され、さらにこ
のようにして形成された活性層43上にGaAsキャッ
プ層44を、TEGを使った通常のMOCVD法により
約500Åの厚さで形成する。キャップ層44の成長条
件はバッファ層42の成長条件と同一に設定すればよ
い。さらに、このようにして形成された層状半導体構造
の上主面および下主面上にオーミック電極45,46を
スパッタで形成することにより、本実施例による半導体
装置が完成する。先にも説明したように、本実施例によ
る半導体装置はキャリアを電極45,46から注入する
ことによりレーザダイオードとして動作する。
【0051】次に、本発明の第4の実施例による光半導
体装置の製造方法を説明する。
体装置の製造方法を説明する。
【0052】本実施例による光半導体装置は図4の光半
導体装置と同様な構成を有する。本実施例では、活性層
43を成長させるのに、TMIDEAとTEGDEAと
を同時に使い、下の表5に示す条件で原子層エピタキシ
ーを行う。
導体装置と同様な構成を有する。本実施例では、活性層
43を成長させるのに、TMIDEAとTEGDEAと
を同時に使い、下の表5に示す条件で原子層エピタキシ
ーを行う。
【0053】
【表5】
【0054】本実施例においても、TMIDEAは1
9.2°Cに、TEGDEAは17°Cに保持される。
図7は表5の条件下で形成された活性層を有する光半
導体装置について300Kで得られたフォトルミネッセ
ンススペクトルを示す。この図から明らかなように、波
長が約1.3μmのところで顕著なスペクトルがあらわ
れており、本実施例による光半導体装置は1.3μm帯
で効率の良い発光が可能であるのがわかる。
9.2°Cに、TEGDEAは17°Cに保持される。
図7は表5の条件下で形成された活性層を有する光半
導体装置について300Kで得られたフォトルミネッセ
ンススペクトルを示す。この図から明らかなように、波
長が約1.3μmのところで顕著なスペクトルがあらわ
れており、本実施例による光半導体装置は1.3μm帯
で効率の良い発光が可能であるのがわかる。
【0055】次に、本発明の第5の実施例によるレーザ
ダイオード50を、図8を参照しながら説明する。
ダイオード50を、図8を参照しながら説明する。
【0056】図8を参照するに、本実施例によるレーザ
ダイオードは1〜2×1017cm-3の不純物濃度を有す
るn型GaAs基板51上に構成され、基板51上には
5×1017cm-3の不純物濃度を有するGaAs層52
がバッファ層としてエピタキシャル成長される。さら
に、バッファ層52上には不純物濃度が5×1017cm
-3のn型InGaP層53が、下側クラッド層として、
厚さ約1000nmでエピタキシャル成長される。さら
に、クラッド層53上には厚さ約90nmの非ドープG
aAs層54がエピタキシャル成長される。層52〜5
4は通常のMBEあるいはMOCVD法により形成され
る。また、非ドープ層54中には、層53との境界に沿
ってn型ドーパントを含む遷移領域54aが形成され
る。
ダイオードは1〜2×1017cm-3の不純物濃度を有す
るn型GaAs基板51上に構成され、基板51上には
5×1017cm-3の不純物濃度を有するGaAs層52
がバッファ層としてエピタキシャル成長される。さら
に、バッファ層52上には不純物濃度が5×1017cm
-3のn型InGaP層53が、下側クラッド層として、
厚さ約1000nmでエピタキシャル成長される。さら
に、クラッド層53上には厚さ約90nmの非ドープG
aAs層54がエピタキシャル成長される。層52〜5
4は通常のMBEあるいはMOCVD法により形成され
る。また、非ドープ層54中には、層53との境界に沿
ってn型ドーパントを含む遷移領域54aが形成され
る。
【0057】GaAs層54上には、前記第3実施例で
説明したのと同じInGaAs活性層55が、先に説明
したTEGDEAとTMIを使った原子層エピタキシー
法により形成される。また、層55はTEGDEAとT
MIDEAを使った原子層エピタキシーにより形成して
もよい。この場合は、前記の原子層エピタキシーにおい
てTMIのかわりにTMIDEAを使い、Inの単原子
層の成長を図2で説明した成長条件で実行すればよい。
説明したのと同じInGaAs活性層55が、先に説明
したTEGDEAとTMIを使った原子層エピタキシー
法により形成される。また、層55はTEGDEAとT
MIDEAを使った原子層エピタキシーにより形成して
もよい。この場合は、前記の原子層エピタキシーにおい
てTMIのかわりにTMIDEAを使い、Inの単原子
層の成長を図2で説明した成長条件で実行すればよい。
【0058】さらに、活性層55上には非ドープGaA
s層56が約90nmの厚さでエピタキシャル成長さ
れ、さらに不純物濃度が5×1017cm-3のp型InG
aP層57が約150nmの厚さで層56上にエピタキ
シャル成長される。その際、非ドープGaAs層56中
には、GaAs層54の場合と同様に、p型InGaP
層57との境界に添ってp型ドーパントを含む遷移領域
56aが形成される。層57上には、不純物濃度が約1
×1018cm-3のp型GaAs層58が約10nmの厚
さにエピタキシャル成長され、さらにその上に不純物濃
度が1×1018cm-3のp型InGaP層59が約10
00nmの厚さでエピタキシャル成長される。層59上
には不純物濃度が3×1019cm-3以上の高濃度p型G
aAs層60が、コンタクト層として約500nmの厚
さでエピタキシャル成長される。さらに、基板61の下
主面に電極層61を形成し、またコンタクト層62の上
主面に電極層62を形成する。さらに、このようにして
形成された層状半導体構造の両対向端をへき開すること
により、ミラーm1 ,m2 が形成される。
s層56が約90nmの厚さでエピタキシャル成長さ
れ、さらに不純物濃度が5×1017cm-3のp型InG
aP層57が約150nmの厚さで層56上にエピタキ
シャル成長される。その際、非ドープGaAs層56中
には、GaAs層54の場合と同様に、p型InGaP
層57との境界に添ってp型ドーパントを含む遷移領域
56aが形成される。層57上には、不純物濃度が約1
×1018cm-3のp型GaAs層58が約10nmの厚
さにエピタキシャル成長され、さらにその上に不純物濃
度が1×1018cm-3のp型InGaP層59が約10
00nmの厚さでエピタキシャル成長される。層59上
には不純物濃度が3×1019cm-3以上の高濃度p型G
aAs層60が、コンタクト層として約500nmの厚
さでエピタキシャル成長される。さらに、基板61の下
主面に電極層61を形成し、またコンタクト層62の上
主面に電極層62を形成する。さらに、このようにして
形成された層状半導体構造の両対向端をへき開すること
により、ミラーm1 ,m2 が形成される。
【0059】本実施例のレーザダイオードでは、人工超
格子構造(InAs)1 (GaAs)1 を有する活性層
55を、先に説明したようにInやGaのアルキル化合
物のアミン付加物を使った原子層エピタキシーにより形
成することにより、1.3μm帯の波長でも効率的に発
振するレーザダイオードを形成することが可能である。
格子構造(InAs)1 (GaAs)1 を有する活性層
55を、先に説明したようにInやGaのアルキル化合
物のアミン付加物を使った原子層エピタキシーにより形
成することにより、1.3μm帯の波長でも効率的に発
振するレーザダイオードを形成することが可能である。
【0060】さらに、前記各実施例で使うTMIDEA
やTEGDEA等のIII族元素のアルキル化合物のア
ミン付加物は、原子層エピタキシー以外に、通常のMO
CVD法により結晶層を成長させる場合においても有効
である。この場合は、例えば図1の装置において容器2
3a1 あるいは23a2 に格納されたTMIDEAやT
EGDEAを、容器25から供給されるアルシンと同時
に反応容器11へ供給し、GaAsやInAsあるいは
これらの混晶よりなる結晶層を形成することが可能であ
る。特に、TMIDEAやTEGDEA等のアミン付加
物は、TMIやTEGと異なり空気中で自然発火しない
ため、半導体装置の量産工程において取扱やすく、この
ため半導体装置の製造コストを低減することが可能にな
る。通常のMOCVD法に適用する場合には、基板温度
は前記原子層エピタキシーに最適な温度に限定されるこ
とがなく、より高い温度で大きな堆積速度で結晶層を成
長させることが可能である。
やTEGDEA等のIII族元素のアルキル化合物のア
ミン付加物は、原子層エピタキシー以外に、通常のMO
CVD法により結晶層を成長させる場合においても有効
である。この場合は、例えば図1の装置において容器2
3a1 あるいは23a2 に格納されたTMIDEAやT
EGDEAを、容器25から供給されるアルシンと同時
に反応容器11へ供給し、GaAsやInAsあるいは
これらの混晶よりなる結晶層を形成することが可能であ
る。特に、TMIDEAやTEGDEA等のアミン付加
物は、TMIやTEGと異なり空気中で自然発火しない
ため、半導体装置の量産工程において取扱やすく、この
ため半導体装置の製造コストを低減することが可能にな
る。通常のMOCVD法に適用する場合には、基板温度
は前記原子層エピタキシーに最適な温度に限定されるこ
とがなく、より高い温度で大きな堆積速度で結晶層を成
長させることが可能である。
【0061】また、本発明による薄膜成長方法は多結晶
層を成長させるのにも有用である。以下、かかる多結晶
成長を目的とした本発明の第5実施例を説明する。
層を成長させるのにも有用である。以下、かかる多結晶
成長を目的とした本発明の第5実施例を説明する。
【0062】本実施例では、多結晶層を成長させるにあ
たり、GaAs基板上にSiO2 層を堆積し、このSi
O2 層上にTEGDEAとアルシンの熱分解によるGa
As多結晶層を成長させる。先の実施例と同じく、結晶
成長には図1に示す装置を使い、基板温度を350°C
に、また反応容器11の内圧を15Torrに設定す
る。以下の表6は、本実施例による多結晶GaAs層の
成長に使われる成長条件をまとめたものである。
たり、GaAs基板上にSiO2 層を堆積し、このSi
O2 層上にTEGDEAとアルシンの熱分解によるGa
As多結晶層を成長させる。先の実施例と同じく、結晶
成長には図1に示す装置を使い、基板温度を350°C
に、また反応容器11の内圧を15Torrに設定す
る。以下の表6は、本実施例による多結晶GaAs層の
成長に使われる成長条件をまとめたものである。
【0063】
【表6】
【0064】上記の成長例はTEGDEAとアルシンを
交互に供給する原子層エピタキシーを使ったものである
が、多結晶GaAs層の成長は原子層エピタキシーに限
定されるものでなく、通常のMOCVD法あるいはMB
E法においてTEGDEAやTMIDEAをアルシンと
組み合わせて使うことによっても可能である。
交互に供給する原子層エピタキシーを使ったものである
が、多結晶GaAs層の成長は原子層エピタキシーに限
定されるものでなく、通常のMOCVD法あるいはMB
E法においてTEGDEAやTMIDEAをアルシンと
組み合わせて使うことによっても可能である。
【0065】さらに、本発明によるアミン付加化合物を
気相原料として使う薄膜成長方法は、アラン(Al
H3 )を使ってAlを含む化合物半導体層を成長させる
場合にも有用である。従来、MBE法でAlを含む化合
物半導体層を成長させる場合には、トリメチルアルミニ
ウム((CH3 )3 Al);TMA)がAlの原料とし
て使われているが、TMAをMBE法で使った場合には
成長した化合物半導体薄膜中に炭素や酸素が混入し易い
問題点が指摘されており、このため、Al原料の代替物
として前記アランの使用が提案されている。ところが、
アランは不安定な化合物であり、TMG,TEGあるい
はTMIと組み合わせると気相反応を生じてしまうた
め、混晶系の結晶層を形成するのに使用することが出来
なかった。これに対し、アランのアミン付加物(AlH
3 ・NR;R=(CH3 )3 ,(CH3)2 ・C
2 H5 ,・・・)はアミン付加物の効果により安定化さ
れており、これをTMGDEAやTEGDEA、あるい
はTMIDEAと組み合わせても気相反応が生じること
がなく、基板表面上に安定した混晶化合物半導体の膜成
長を行うことが可能になる。これは、特に原子層エピタ
キシーではない通常のMBE法によりAlとGaを含ん
だ混晶を成長させる場合に特に有用である。
気相原料として使う薄膜成長方法は、アラン(Al
H3 )を使ってAlを含む化合物半導体層を成長させる
場合にも有用である。従来、MBE法でAlを含む化合
物半導体層を成長させる場合には、トリメチルアルミニ
ウム((CH3 )3 Al);TMA)がAlの原料とし
て使われているが、TMAをMBE法で使った場合には
成長した化合物半導体薄膜中に炭素や酸素が混入し易い
問題点が指摘されており、このため、Al原料の代替物
として前記アランの使用が提案されている。ところが、
アランは不安定な化合物であり、TMG,TEGあるい
はTMIと組み合わせると気相反応を生じてしまうた
め、混晶系の結晶層を形成するのに使用することが出来
なかった。これに対し、アランのアミン付加物(AlH
3 ・NR;R=(CH3 )3 ,(CH3)2 ・C
2 H5 ,・・・)はアミン付加物の効果により安定化さ
れており、これをTMGDEAやTEGDEA、あるい
はTMIDEAと組み合わせても気相反応が生じること
がなく、基板表面上に安定した混晶化合物半導体の膜成
長を行うことが可能になる。これは、特に原子層エピタ
キシーではない通常のMBE法によりAlとGaを含ん
だ混晶を成長させる場合に特に有用である。
【0066】さらに、本発明によるアルキル化合物のア
ミン付加物を使った薄膜成長方法は、II−VI族化合
物半導体層の原子層エピタキシーについても適用可能で
ある。この場合はII族元素の気相原料として(C
H3 )2 Hg,(CH3 )2 Cd,(CH3 )2 Zn,
(CH3 )2 Be,(C3 H7 )2 Be,(CH3 )2
Mg,(C2 H5 )2 Hg,(C2 H5 )2 Cd,(C
2 H5 )2 Zn,(C2 H 5 )2 Be,(C4 H9 )2
Be等のアミン付加物を使用すればよい。また、VI族
元素の気相原料に対してもアルキル化合物のアミン付加
物を使用することが可能である。VI族元素の原料の例
としては、例えば(CH3 )2 Se,(CH 3 )2 T
e,(C2 H5 )2 Se,(C2 H5 )2 Teのアミン
付加物の使用が可能である。
ミン付加物を使った薄膜成長方法は、II−VI族化合
物半導体層の原子層エピタキシーについても適用可能で
ある。この場合はII族元素の気相原料として(C
H3 )2 Hg,(CH3 )2 Cd,(CH3 )2 Zn,
(CH3 )2 Be,(C3 H7 )2 Be,(CH3 )2
Mg,(C2 H5 )2 Hg,(C2 H5 )2 Cd,(C
2 H5 )2 Zn,(C2 H 5 )2 Be,(C4 H9 )2
Be等のアミン付加物を使用すればよい。また、VI族
元素の気相原料に対してもアルキル化合物のアミン付加
物を使用することが可能である。VI族元素の原料の例
としては、例えば(CH3 )2 Se,(CH 3 )2 T
e,(C2 H5 )2 Se,(C2 H5 )2 Teのアミン
付加物の使用が可能である。
【0067】さらに、アミン付加物を含んだ気相原料は
V族元素およびIV族元素についても使用可能である。
V族元素の気相原料としては、(CH3 )3 As,(C
H3)3 P,(CH3 )3 Sb,(C2 H5 )3 As,
(C2 H5 )3 P,(C2 H 5 )3 Sb,(C2 H5 )
3 AsH2 ,(C2 H5 )3 PH2 ,(C3 H7 )3S
b,(C4 H9 )AsH2 ,(C4 H9 )PH2 ,(C
4 H9 )SbH2 ,(C4 H9 )(CH3 )Sbのアミ
ン付加物が使用可能である。また、IV族元素の気相原
料としては、(CH3 )4 Si,(CH3 )4 Ge,
(CH3 )4 Pb,(CH3 )4 Sn,(C3 H7 )4
Sn,(C2 H5 )4 Si,(C2 H5 ) 4 Ge,(C
2 H5 )4 Pb,(C2 H5 )4 Sn,(C4 H9 )4
Snのアミン付加物が使用可能である。さらに、これら
のアルキル化合物に付加されるアミン付加物としては、
N(CH3 )3 ,N(CH3 )2 (C2 H5 )等のアル
キルアミン化合物が使われる。
V族元素およびIV族元素についても使用可能である。
V族元素の気相原料としては、(CH3 )3 As,(C
H3)3 P,(CH3 )3 Sb,(C2 H5 )3 As,
(C2 H5 )3 P,(C2 H 5 )3 Sb,(C2 H5 )
3 AsH2 ,(C2 H5 )3 PH2 ,(C3 H7 )3S
b,(C4 H9 )AsH2 ,(C4 H9 )PH2 ,(C
4 H9 )SbH2 ,(C4 H9 )(CH3 )Sbのアミ
ン付加物が使用可能である。また、IV族元素の気相原
料としては、(CH3 )4 Si,(CH3 )4 Ge,
(CH3 )4 Pb,(CH3 )4 Sn,(C3 H7 )4
Sn,(C2 H5 )4 Si,(C2 H5 ) 4 Ge,(C
2 H5 )4 Pb,(C2 H5 )4 Sn,(C4 H9 )4
Snのアミン付加物が使用可能である。さらに、これら
のアルキル化合物に付加されるアミン付加物としては、
N(CH3 )3 ,N(CH3 )2 (C2 H5 )等のアル
キルアミン化合物が使われる。
【0068】一般に本発明では、化合物半導体薄膜を形
成するにあたり、式MR1 ・NR2で表されるアルキル
化合物のアミン付加物を使用する。ただし、Mは化合物
半導体薄膜の構成元素を表し、R1 は水素またはアルキ
ル基を、またR2 は式 R2 =HX ・(Cm H2m+1)k ・(Cp H2p+1)h ・(Cq H2q+1)u (x,k,h,uは0を含む整数で、関係x+k+h+
u=3を満足する)で表されるアルキル化合物を表す。
成するにあたり、式MR1 ・NR2で表されるアルキル
化合物のアミン付加物を使用する。ただし、Mは化合物
半導体薄膜の構成元素を表し、R1 は水素またはアルキ
ル基を、またR2 は式 R2 =HX ・(Cm H2m+1)k ・(Cp H2p+1)h ・(Cq H2q+1)u (x,k,h,uは0を含む整数で、関係x+k+h+
u=3を満足する)で表されるアルキル化合物を表す。
【0069】以上本発明を好ましい実施例について説明
したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載の要旨内で様々な変形、変更
が可能である。
したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載の要旨内で様々な変形、変更
が可能である。
【0070】
【発明の効果】本発明によれば、化合物半導体を構成す
る原料を、アミン付加物を付加することにより安定化で
き、その結果原子層エピタキシーを実行するための最適
温度範囲が拡大する。これに伴い、従来は原子層エピタ
キシーの最適温度が異なるために不可能あるいは困難で
あった、二またはそれ以上の元素の混晶の、原子層エピ
タキシーによる成長が可能になる。さらに原料化合物の
化学的安定性が増加することにより、本発明では、原料
と空気との反応による発火の問題が解消され、原子層エ
ピタキシーに限らず一般的に化合物半導体装置の製造の
際の安全性が改善される。また、これに伴い、半導体装
置の製造コストを低下させることが可能になる。さら
に、本発明では、化合物半導体原料の化学的安定性が改
善された結果、アランのように他の気相原料と気相反応
を生じてしまうような原料と組み合わせて半導体薄膜を
気相成長させることが可能になり、混晶を形成する元素
の組み合わせの自由度が増大する。
る原料を、アミン付加物を付加することにより安定化で
き、その結果原子層エピタキシーを実行するための最適
温度範囲が拡大する。これに伴い、従来は原子層エピタ
キシーの最適温度が異なるために不可能あるいは困難で
あった、二またはそれ以上の元素の混晶の、原子層エピ
タキシーによる成長が可能になる。さらに原料化合物の
化学的安定性が増加することにより、本発明では、原料
と空気との反応による発火の問題が解消され、原子層エ
ピタキシーに限らず一般的に化合物半導体装置の製造の
際の安全性が改善される。また、これに伴い、半導体装
置の製造コストを低下させることが可能になる。さら
に、本発明では、化合物半導体原料の化学的安定性が改
善された結果、アランのように他の気相原料と気相反応
を生じてしまうような原料と組み合わせて半導体薄膜を
気相成長させることが可能になり、混晶を形成する元素
の組み合わせの自由度が増大する。
【図1】本発明で使われる結晶成長装置を示す図であ
る。
る。
【図2】TMIDEAを使った原子層エピタキシーによ
る、(100)InAs層の成長およびこれに伴うセル
フリミティング効果を示す図である。
る、(100)InAs層の成長およびこれに伴うセル
フリミティング効果を示す図である。
【図3】TEGDEAを使った原子層エピタキシーによ
る、(100)GaAs層の成長およびこれに伴うセル
フリミティング効果を示す図である。
る、(100)GaAs層の成長およびこれに伴うセル
フリミティング効果を示す図である。
【図4】本発明の一実施例による光半導体装置の構成を
示す図。
示す図。
【図5】InGaAs層の組成と発光波長の関係を示す
図。
図。
【図6】TEGDEAを使った原子層エピタキシーによ
り形成された、組成(InAs)1 (GaAs)1 を有
するInGaAs層が示すフォトルミネッセンススペク
トルを示す図である。
り形成された、組成(InAs)1 (GaAs)1 を有
するInGaAs層が示すフォトルミネッセンススペク
トルを示す図である。
【図7】TMIDEAとTEGDEAとを使った原子層
エピタキシーで形成された、組成(InAs)1 (Ga
As)1 を有するInGaAs層が示すフォトルミネッ
センススペクトルを示す図である。
エピタキシーで形成された、組成(InAs)1 (Ga
As)1 を有するInGaAs層が示すフォトルミネッ
センススペクトルを示す図である。
【図8】本発明の一実施例によるレーザダイオードの構
成を示す図である。
成を示す図である。
11 反応容器 12 真空ポンプ 13 バルブ 14 指示ロッド 15 サセプタ 16 基板 21 原料供給系 22 パージライン 23a1 ,23a2 ,25・・・ 原料容器 23b1 ,23b2 ,23c1 ,23c2 ,26・・・
マスフローコントローラ 241 ,242 バルブ 41,51 基板 42,52 バッファ層 43,55 活性層 44,60 キャップ層 53,57 InGaPクラッド層 54,56 GaAsクラッド層 45,46,61,62 電極層 m1 ,m2 ミラー
マスフローコントローラ 241 ,242 バルブ 41,51 基板 42,52 バッファ層 43,55 活性層 44,60 キャップ層 53,57 InGaPクラッド層 54,56 GaAsクラッド層 45,46,61,62 電極層 m1 ,m2 ミラー
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年6月6日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0030
【補正方法】変更
【補正内容】
【0030】
【化2】 (C2 H5 )3 Ga+N(CH2 )2 (C2 H5 ) ==> (C2 H5 )3 Ga・N(CH3 )2 (C2 H5 ) (n−C5 H11)
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/812 33/00 A 7376−4M H01S 3/18
Claims (16)
- 【請求項1】 基板上に、成長させようとする結晶層の
構成元素を含む化合物のアミン付加物を、原料として供
給する工程と;前記化合物のアミン付加物を分解する工
程と;前記分解工程により放出された前記結晶層の構成
元素を堆積し、前記基板上に前記結晶層を成長させる工
程とを含むことを特徴とする、薄膜成長方法。 - 【請求項2】 複数の構成元素よりなる化合物半導体材
料の結晶層を含む化合物半導体装置の製造方法におい
て、 基板上に、成長させようとする結晶層の構成元素のうち
の少なくとも第1の構成元素の原料を、前記第1の構成
元素を含む化合物のアミン付加物として供給する工程
と;前記化合物のアミン付加物を、前記基板近傍におい
て分解する工程と;前記分解工程により放出された前記
第1の構成元素を堆積し、前記基板上に前記結晶層を成
長させる工程とを含むことを特徴とする、化合物半導体
装置の製造方法。 - 【請求項3】 さらに、前記化合物半導体材料を構成す
る第2の構成元素を含む原料を前記基板上に供給する工
程と;前記第2の構成元素を含む原料を、前記基板近傍
において分解する工程と;前記分解工程により放出され
た前記第2の構成元素を堆積し、前記基板上に前記結晶
層を成長させる工程とを含み;前記第1の構成元素の原
料を供給する工程と、前記第2の構成元素の原料を供給
する工程とは、間に前記基板近傍から前記第1の構成元
素の原料と前記第2の構成元素元素の原料とを排除する
パージ工程を挟んで交互に実行されることを特徴とする
請求項2記載の化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 さらに、前記化合物半導体材料を構成す
る第3の構成元素を含む原料を、前記基板上に供給する
工程と;前記第3の構成元素を含む原料を、前記基板近
傍において分解する工程と;前記分解工程により放出さ
れた前記第3の構成元素を堆積し、前記基板上に前記結
晶層を成長させる工程とを含み;前記第1の構成元素の
原料を供給する工程と、前記第2の構成元素の原料を供
給する工程と、前記第3の構成元素の原料を供給する工
程とは、間に前記基板近傍から前記第1の構成元素の原
料と、前記第2の構成元素の原料と、前記第3の構成元
素の原料のいずれをも排除するパージ工程を挟んで交互
に実行されることを特徴とする請求項3記載の化合物半
導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 前記第1および第3の構成元素はIII
族元素よりなり、前記第2の構成元素はV族元素よりな
ることを特徴とする請求項4記載の化合物半導体装置の
製造方法。 - 【請求項6】 前記第1の構成元素を基板上に堆積する
工程と、前記第2の構成元素を基板上に堆積する工程
と、前記第2の構成元素を基板上に堆積する工程とは、
実質的に同一の基板温度で実行されることを特徴とする
請求項4記載の化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記アルキル化合物のアミン付加物は、
ジメチルエチルアミンよりなることを特徴とする請求項
2記載の化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】 前記第1の構成元素はIII族元素であ
ることを特徴とする請求項2記載の化合物半導体装置の
製造方法。 - 【請求項9】 前記第1の構成元素はGaを含むことを
特徴とする請求項8記載の化合物半導体装置の製造方
法。 - 【請求項10】 前記第1の構成元素はInを含むこと
を特徴とする請求項8記載の化合物半導体装置の製造方
法。 - 【請求項11】 前記第1の構成元素はAlを含むこと
を特徴とする請求項8記載の化合物半導体装置の製造方
法。 - 【請求項12】 前記第1の構成元素の原料は、トリエ
チルガリウムのアミン付加物と、トリメチルインジウム
のアミン付加物と、アランのアミン付加物とを含むこと
を特徴とする請求項2記載の化合物半導体装置の製造方
法。 - 【請求項13】 前記第1の構成元素はII族元素であ
り、前記第1の構成元素の原料は、(CH3 )2 Hg,
(CH3 )2 Cd,(CH3 )2 Zn,(CH3 )2 B
e,(C3 H7 )2 Be,(CH3 )2 Mg,(C2 H
5 )2 Hg,(C2 H5 )2 Cd,(C2 H5 )2 Z
n,(C2 H5 )2 Be,および(C4H9 )2 Beよ
りなる化合物群より選択された化合物のアミン付加物を
含むことを特徴とする請求項2記載の化合物半導体装置
の製造方法。 - 【請求項14】 前記第1の構成元素はIII族元素で
あり、前記第1の構成元素の原料は、(CH3 )3 A
l,(CH3 )3 Ga,(CH3 )3 In,(C
2 H5 )2 Al,(C2 H5 )2 Ga,(C2 H5 )2
Inよりなる化合物群より選択された化合物のアミン付
加物を含むことを特徴とする請求項2記載の化合物半導
体装置の製造方法。 - 【請求項15】 前記第1の構成元素はIV族元素であ
り、前記第1の構成元素の原料は、(CH3 )4 Si,
(CH3 )4 Ge,(CH3 )4 Pb,(CH3 )4 S
n,(C3 H7 )4 Sn,(C2 H5 )4 Si,(C2
H5 )4 Ge,(C2 H5 )4 Pb,(C2 H5 )4 S
n,(C4 H9 )4 Snよりなる化合物群より選択され
た化合物のアミン付加物を含むことを特徴とする請求項
2記載の化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項16】 前記第1の構成元素はV族元素であ
り、前記第1の構成元素の原料は、(CH3 )3 As,
(CH3 )3 P,(CH3 )3 Sb,(C2 H 5 )3 A
s,(C2 H5 )3 P,(C2 H5 )3 Sb,(C2 H
5 )3 AsH2,(C2 H5 )3 PH2 ,(C3 H7 )
3 Sb,(C4 H9 )AsH2 ,(C4H9 )PH2 ,
(C4 H9 )SbH2 ,(C4 H9 )(CH3 )Sbの
アミン付加物よりなる化合物群より選択された化合物の
アミン付加物を含むことを特徴とする請求項2記載の化
合物半導体装置の製造方法。
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Cited By (1)
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