JP2009081192A - Method for fabricating semiconductor optical device and method for growing III-V compound semiconductor crystal - Google Patents
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Abstract
【課題】N及びAsのためのV族構成元素およびIII族構成元素を少なくとも含むIII−V化合物半導体層の表面形態を引き継ぐこと無く、III−V化合物半導体層上に成長される半導体層表面の平坦性を向上できる。
【解決手段】成長期間t5〜t6では、TEGa及びTBAsを交互に成長炉11に供給して、GaAs障壁層をGaInNAs層上に成長する。具体的には、第2のIII−V化合物半導体層19の成長では、時刻t5において、ガリウム原料の供給を開始すると共に、時刻t51において、ガリウム原料の供給を停止する。次いで、時刻t52においてヒ素原料の供給を開始すると共に、時刻t53においてヒ素原料の供給を停止する。V族原料を供給する第1工程と、III族原料を供給する第2工程とを繰り返すことによって、第2のIII−V化合物半導体層19が成長される。
【選択図】図2
A surface of a semiconductor layer grown on a III-V compound semiconductor layer without taking over the surface morphology of the III-V compound semiconductor layer containing at least a group V constituent element and a group III constituent element for N and As. Flatness can be improved.
A in the growth period t 5 ~t 6, it was fed to the growth reactor 11 to TEGa and TBAs alternately grown GaAs barrier layer GaInNAs layer. Specifically, in the growth of the second III-V compound semiconductor layer 19, at time t 5, and it starts the supply of the gallium source, at time t 51, to stop the supply of the gallium source. Then, it starts the supply of the arsenic starting material at time t 52, to stop the supply of the arsenic starting material at time t 53. The second III-V compound semiconductor layer 19 is grown by repeating the first step of supplying the group V source and the second step of supplying the group III source.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、半導体光素子を作製する方法、及びIII−V化合物半導体結晶を成長する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a semiconductor optical device and a method for growing a III-V compound semiconductor crystal.
非特許文献1には、GaInNAs系多重量子井戸構造を形成する方法が記載されている。GaInNAs系多重量子井戸構造では、量子井戸構造からの発光効率の低下を避けるために、通常に成長されたGaAs障壁層に代えて、量子井戸層の歪みを緩和するためにGaAsP層をGaAs障壁層中に配置した。
Non-Patent
特許文献1には、化合物半導体の結晶成長方法が記載されている。この結晶成長方法では、第1のIII−V族化合物半導体上に、少なくとも一種類の窒素以外のV族元素と窒素とを共にV族組成として含む第2のIII−V族化合物半導体の窒素原料に対する反応性を制御する第3のIII−V族化合物半導体からなる中間層を形成している。この後に、引き続いて第2の化合物半導体を形成する。これによって、 III−(N、V)族化合物半導体結晶を半導体基板に成長する際に、界面における窒素のパイルアップを抑制する。
有機金属気相成長法で、III−V化合物半導体の薄膜層を成長するとき、そのIII−V化合物半導体の組成比に応じて構成元素の原料ガスの供給を切替えて、所望の組成のIII−V化合物半導体を成長する。非常に薄い複数の半導体層を積み重ねた積層構造の一例には、量子井戸構造があり、この構造の形成では、組成の異なる半導体層を交互に成長する。量子井戸構造では、個々の半導体層において表面の良好な平坦性と半導体層の境界での組成の急峻な変化とが求められる。 When a thin film layer of a III-V compound semiconductor is grown by metal organic vapor phase epitaxy, the supply of the constituent element source gas is switched according to the composition ratio of the III-V compound semiconductor, and the desired composition of III-V V compound semiconductor is grown. An example of a stacked structure in which a plurality of very thin semiconductor layers are stacked is a quantum well structure. In forming this structure, semiconductor layers having different compositions are alternately grown. In the quantum well structure, excellent flatness of the surface of each semiconductor layer and a sharp change in composition at the boundary of the semiconductor layer are required.
一例として、GaAs障壁層とGaInNAs井戸層と含む2重量子井戸構造の成長を説明する。この成長では、TEGa(トリエチルガリウム)、TMIn(トリメチルインジウム)、TBAs(ターシャリーブチルアルシン)、DMHy(ジメチルヒドラジン)が原料として用いられる。GaAsバッファ層を成長する。この後に、必要な場合には、成長を中断し、この成長中断中には、Asの蒸発を抑えるためにTBAsだけを供給している。引き続いて、TEGa、TMIn、TBAsおよびDMHyを同時に供給してGaInNAs井戸層を成長する。この後に、必要な場合には、TBAsだけを供給しながら成長の中断を行う。次いで、TEGa及びTBAsを供給しGaAs障壁層を成長する。その後に、同様に成長の中断を行ってから、第2番目のGaInNAs井戸層を成長する。必要な場合には成長の中断を行い、この後に、GaAsキャップ層を成長する。これにより2重量子井戸構造が完成される。TEGa及びTBAs等の供給量は必要に応じて変更される。 As an example, the growth of a double quantum well structure including a GaAs barrier layer and a GaInNAs well layer will be described. In this growth, TEGa (triethylgallium), TMIn (trimethylindium), TBAs (tertiary butylarsine), and DMHy (dimethylhydrazine) are used as raw materials. A GaAs buffer layer is grown. Thereafter, if necessary, the growth is interrupted, and during this growth interruption, only TBAs are supplied in order to suppress the evaporation of As. Subsequently, a GaInNAs well layer is grown by supplying TEGa, TMIn, TBAs and DMHy simultaneously. After this, if necessary, the growth is interrupted while supplying only TBAs. Next, TEGa and TBAs are supplied to grow a GaAs barrier layer. Thereafter, the growth is interrupted in the same manner, and then the second GaInNAs well layer is grown. If necessary, the growth is interrupted, and then a GaAs cap layer is grown. Thereby, a double quantum well structure is completed. The supply amounts of TEGa and TBAs are changed as necessary.
しかしながら、GaInNAsに代表される希釈窒素系III−V化合物半導体を成長するとき、井戸層といった薄膜層を成長する成長界面においてエピタキシャル表面の平坦性が損なわれている。このため、これまでのガス供給量の切替えによる手法では、この量子井戸構造を有する半導体光素子が良好な特性を示さない。 However, when a diluted nitrogen-based III-V compound semiconductor typified by GaInNAs is grown, the flatness of the epitaxial surface is impaired at the growth interface where a thin film layer such as a well layer is grown. For this reason, the semiconductor optical device having this quantum well structure does not exhibit good characteristics in the conventional method of switching the gas supply amount.
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、半導体光素子を作製する方法及びIII−V化合物半導体結晶を成長する方法を提供することを目的とする。これらの方法によれば、窒素およびヒ素のためのV族構成元素およびIII族構成元素を少なくとも含むIII−V化合物半導体層の表面形態を改善することができ、III−V化合物半導体層上に成長される半導体層表面の平坦性を向上できる。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a method for producing a semiconductor optical device and a method for growing a III-V compound semiconductor crystal. According to these methods, the surface morphology of the III-V compound semiconductor layer containing at least a group V constituent element and a group III constituent element for nitrogen and arsenic can be improved and grown on the III-V compound semiconductor layer. The flatness of the surface of the semiconductor layer to be formed can be improved.
本発明の一側面は、半導体光素子を作製する方法である。この方法は、(a)窒素およびヒ素のためのV族構成元素およびIII族構成元素を少なくとも含む原料を成長炉に供給して第1のIII−V化合物半導体層を成長する工程と、(b)前記第1のIII−V化合物半導体層上に前記成長炉で第2のIII−V化合物半導体層を成長する工程とを備える。前記第2のIII−V化合物半導体層を成長する工程は、前記第2のIII−V化合物半導体層のためのV族原料およびIII族原料のいずれか一方を供給する第1工程と、前記第2のIII−V化合物半導体層のためのV族原料およびIII族原料のいずれか他方を供給する第2工程と、前記第1工程および前記第2工程を繰り返す工程とを含む。 One aspect of the present invention is a method for fabricating a semiconductor optical device. This method includes (a) supplying a raw material containing at least a group V constituent element and a group III constituent element for nitrogen and arsenic to a growth reactor to grow a first III-V compound semiconductor layer; ) Growing a second III-V compound semiconductor layer in the growth furnace on the first III-V compound semiconductor layer. The step of growing the second III-V compound semiconductor layer includes a first step of supplying one of a group V material and a group III material for the second III-V compound semiconductor layer, A second step of supplying one of the group V material and the group III material for the III-V compound semiconductor layer, and a step of repeating the first step and the second step.
窒素およびヒ素のためのV族構成元素およびIII族構成元素を少なくとも含むIII−V化合物半導体層の成長では三次元成長が起こりやすく、このため、このIII−V化合物半導体層の成長表面の平坦性が損なわれやすい。故に、このIII−V化合物半導体層上に別のIII−V化合物半導体層を引き続き成長すると、該別のIII−V化合物半導体層の成長において、下地のIII−V化合物半導体層の成長表面における表面モフォロジが引き継がれ、この結果、第2のIII−V化合物半導体層の平坦性も損なわれる。しかしながら、第2のIII−V化合物半導体層を成長する工程において、第2のIII−V化合物半導体層のためのV族原料の供給と、第2のIII−V化合物半導体層のためのIII族原料の供給と交互に繰り返すので、第2のIII−V化合物半導体層の成長において、第1のIII−V化合物半導体層の成長表面における表面モフォロジが改善される。 In the growth of a III-V compound semiconductor layer containing at least a group V constituent element and a group III constituent element for nitrogen and arsenic, three-dimensional growth is likely to occur. Therefore, the flatness of the growth surface of the III-V compound semiconductor layer Is easily damaged. Therefore, when another III-V compound semiconductor layer is continuously grown on this III-V compound semiconductor layer, the surface of the growth surface of the underlying III-V compound semiconductor layer in the growth of the other III-V compound semiconductor layer. The morphology is inherited, and as a result, the flatness of the second III-V compound semiconductor layer is also impaired. However, in the step of growing the second III-V compound semiconductor layer, the supply of the group V raw material for the second III-V compound semiconductor layer and the group III for the second III-V compound semiconductor layer are performed. Since it is alternately repeated with the supply of the raw material, the surface morphology at the growth surface of the first III-V compound semiconductor layer is improved in the growth of the second III-V compound semiconductor layer.
本発明に係る方法における好適な一例では、前記第1のIII−V化合物半導体層は量子井戸構造のための井戸層であることができる。井戸層の表面の形態からこの井戸層上の層の表面形態への影響が低減される。また、また、前記第2のIII−V化合物半導体層は量子井戸構造のための障壁層であることができる。障壁層の表面形態は、この障壁層の下層からの影響を受けにくい。 In a preferred example of the method according to the present invention, the first III-V compound semiconductor layer may be a well layer for a quantum well structure. The influence of the surface form of the well layer on the surface form of the layer on the well layer is reduced. In addition, the second III-V compound semiconductor layer may be a barrier layer for a quantum well structure. The surface form of the barrier layer is not easily affected by the lower layer of the barrier layer.
本発明に係る方法は、前記第2のIII−V化合物半導体層の成長では、前記第1工程と前記第2工程との間に第1の中断工程を含むことができる。前記第1の中断工程では、前記V族原料およびIII族原料を供給しない。この方法によれば、マイクレーション等のための時間が、第1工程において半導体表面に供給された原料ガスの構成物に提供される。 The method according to the present invention may include a first interruption step between the first step and the second step in the growth of the second III-V compound semiconductor layer. In the first interruption step, the Group V material and Group III material are not supplied. According to this method, the time for the microphone or the like is provided to the constituent of the source gas supplied to the semiconductor surface in the first step.
本発明に係る方法では、前記第2のIII−V化合物半導体層の成長では、前記第2工程と前記第1工程との間に第2の中断工程を含むことができる。前記第2の中断工程では、前記V族原料およびIII族原料を供給しないこの方法によれば、マイクレーション等のための時間が、第2工程において半導体表面に供給された原料ガスの構成物に提供される。 In the method according to the present invention, the growth of the second III-V compound semiconductor layer may include a second interruption step between the second step and the first step. In the second interruption step, according to this method in which the group V raw material and the group III raw material are not supplied, the time for the microphone or the like is reduced to the constituents of the raw material gas supplied to the semiconductor surface in the second step. Provided.
本発明に係る方法では、前記成長炉では、分子線ビームエピタキシ法を用いることができる。或いは、本発明に係る方法では、前記成長炉では有機金属気相成長法を用いることができる。この有機金属気相成長法では、窒素以外のV族原料としては、V族水素化物およびV族有機化合物の少なくともいずれか一方が用いられる。V族水素化物およびV族有機化合物の少なくともいずれかを用いることによって、第2のIII−V化合物半導体層の成長において、第1のIII−V化合物半導体層の成長表面からの表面モフォロジの引き継ぎを低減できる。 In the method according to the present invention, molecular beam epitaxy can be used in the growth furnace. Alternatively, in the method according to the present invention, metal organic vapor phase epitaxy can be used in the growth furnace. In this organometallic vapor phase growth method, at least one of a group V hydride and a group V organic compound is used as the group V raw material other than nitrogen. By using at least one of group V hydride and group V organic compound, in the growth of the second III-V compound semiconductor layer, it is possible to take over the surface morphology from the growth surface of the first III-V compound semiconductor layer. Can be reduced.
本発明に係る方法では、例示すれば、前記第1のIII−V化合物半導体層は、GaInNAs、GaNAs、GaNPAs、GaInNPAs、GaInNAsSb、GaNAsSb、GaNPAsSb、GaInNPAsSbのいずれかを含むことができる。 In the method according to the present invention, for example, the first III-V compound semiconductor layer may include any one of GaInNAs, GaNAs, GaNPAs, GaInNPAs, GaInNAsSb, GaNAsSb, GaNPAsSb, and GaInNPAsSb.
本発明に係る方法は、窒素およびヒ素のためのV族構成元素およびIII族構成元素を少なくとも含む原料を成長炉に供給して第3のIII−V化合物半導体層を前記第2のIII−V化合物半導体層上に成長する工程を更に備えることができる。前記第3のIII−V化合物半導体層は前記量子井戸構造の井戸層である。この方法によれば、第1のIII−V化合物半導体層の表面からの表面モフォロジの引き継ぐことなく、第3のIII−V化合物半導体層を第2のIII−V化合物半導体層上に成長できる。 In the method according to the present invention, a raw material containing at least group V constituent elements and group III constituent elements for nitrogen and arsenic is supplied to a growth reactor to form a third III-V compound semiconductor layer in the second III-V. A step of growing on the compound semiconductor layer can be further provided. The third III-V compound semiconductor layer is a well layer having the quantum well structure. According to this method, the third III-V compound semiconductor layer can be grown on the second III-V compound semiconductor layer without taking over the surface morphology from the surface of the first III-V compound semiconductor layer.
本発明に係る方法は、前記量子井戸構造が完成した後に、前記第1のIII−V化合物半導体層をアニールする工程を更に備えることができる。この方法によれば、アニールによって光学的特性の向上が提供される。 The method according to the present invention may further include a step of annealing the first III-V compound semiconductor layer after the quantum well structure is completed. According to this method, the optical properties are improved by annealing.
本発明の別の側面は、III−V化合物半導体結晶を成長する方法である。この方法は、窒素およびヒ素のためのV族構成元素およびIII族構成元素を少なくとも含むIII−V化合物半導体層上に、V族構成元素として窒素を含まないIII−V化合物半導体結晶を成長する工程を備える。前記III−V化合物半導体結晶を成長する工程は、前記III−V化合物半導体結晶のためのV族原料およびIII族原料のいずれか一方を供給する第1工程と、前記III−V化合物半導体結晶のためのV族原料およびIII族原料のいずれか他方を供給する第2工程と、前記第1工程および前記第2工程を繰り返す工程とを含む。 Another aspect of the present invention is a method for growing a III-V compound semiconductor crystal. This method is a step of growing a III-V compound semiconductor crystal containing no nitrogen as a group V constituent element on a III-V compound semiconductor layer containing at least a group V constituent element and a group III constituent element for nitrogen and arsenic. Is provided. The step of growing the III-V compound semiconductor crystal includes a first step of supplying one of a group V material and a group III material for the III-V compound semiconductor crystal, and a step of growing the III-V compound semiconductor crystal. A second step of supplying one of the group V raw material and the group III raw material and a step of repeating the first step and the second step.
第2のIII−V化合物半導体層を成長する工程において、第2のIII−V化合物半導体層のためのV族原料の供給と、第2のIII−V化合物半導体層のためのIII族原料の供給と交互に繰り返すので、第2のIII−V化合物半導体層の成長において、第1のIII−V化合物半導体層の成長表面における表面モフォロジが改善される。 In the step of growing the second III-V compound semiconductor layer, supply of the group V raw material for the second III-V compound semiconductor layer, and supply of the group III raw material for the second III-V compound semiconductor layer Since it repeats alternately with supply, in the growth of the second III-V compound semiconductor layer, the surface morphology at the growth surface of the first III-V compound semiconductor layer is improved.
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。 The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the present invention, which proceeds with reference to the accompanying drawings.
以上説明したように、本発明によれば、半導体光素子を作製する方法及びIII−V化合物半導体結晶を成長する方法が提供され、これらの方法によれば、窒素およびヒ素のためのV族構成元素およびIII族構成元素を少なくとも含むIII−V化合物半導体層の表面形態を引き継ぐこと無く、III−V化合物半導体層上に成長される半導体層表面の平坦性を向上できる。 As described above, according to the present invention, a method for fabricating a semiconductor optical device and a method for growing a III-V compound semiconductor crystal are provided. According to these methods, a group V configuration for nitrogen and arsenic is provided. The flatness of the surface of the semiconductor layer grown on the III-V compound semiconductor layer can be improved without taking over the surface morphology of the III-V compound semiconductor layer containing at least the element and the group III constituent element.
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の半導体光素子を作製する方法及びIII−V化合物半導体結晶を成長する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。 The knowledge of the present invention can be easily understood by considering the following detailed description with reference to the accompanying drawings shown as examples. Subsequently, embodiments of the method for producing a semiconductor optical device and the method for growing a III-V compound semiconductor crystal of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals.
図1は、本発明の実施の形態における主要な工程におけるエピタキシャルウエハの層構造を模式的に示す図面である。図2は、本発明の実施の形態における主要な原料の供給におけるシーケンスを示す図面である。例示するエピタキシャル結晶成長では、例えば有機金属気相成長法を用いて量子井戸構造を作製する。量子井戸構造は、GaAs障壁層およびGaInNAs井戸層を含む二重量子井戸構造である。二重量子井戸構造の形成は例示であり、これの数以上の井戸層を含む量子井戸構造を本実施の形態と同様に作製できる。原料として、例えばトリエチルガリウム(TEGa)、トリメチルインジウム(TMIn)、ターシャリーブチルアルシン(TBAs)、ジメチルヒドラジン(DMHy)を用いる。 FIG. 1 is a drawing schematically showing a layer structure of an epitaxial wafer in main steps in an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a drawing showing a sequence in supplying main raw materials in the embodiment of the present invention. In the exemplified epitaxial crystal growth, a quantum well structure is formed using, for example, a metal organic chemical vapor deposition method. The quantum well structure is a double quantum well structure including a GaAs barrier layer and a GaInNAs well layer. The formation of the double quantum well structure is an exemplification, and a quantum well structure including a number of well layers equal to or greater than this number can be produced in the same manner as in this embodiment. For example, triethylgallium (TEGa), trimethylindium (TMIn), tertiary butylarsine (TBAs), or dimethylhydrazine (DMHy) is used as a raw material.
成長炉11に基板13をセットする。基板13は、例えば半導体基板である。以下の説明では、半導体基板としてGaAs基板を用いる。成長炉の温度を上昇させ、図2における時刻t0においてヒ素原料の供給を開始する。図1(a)に示されるように、基板13の主面13a上にバッファ層15を成長するために、例えば、摂氏600度に成長炉11の温度を上昇させる。時刻t1において、ヒ素原料に加えてガリウム原料の供給を開始する。時刻t2において、ガリウム原料の供給を停止する。具体的には、成長期間t1〜t2では、TEGa及びTBAsを成長炉11に供給して、GaAs基板上にGaAsバッファ層を成長する。GaAsバッファ層の厚さは、例えば200nmである。成長中断期間t2〜t3では、III族原料を供給すること無く、ヒ素原料のみを供給する。必要な場合には、例えば温度、圧力の変更を行うことができる。
A
次いで、図1(b)に示されるように、窒素およびヒ素のためのV族構成元素およびIII族構成元素を少なくとも含む原料を成長炉11に供給して第1のIII−V化合物半導体層17をIII−V化合物半導体領域15上に成長する。III−V化合物半導体層17は、窒素およびヒ素のためのV族構成元素およびIII族構成元素を少なくとも含んでおり、また希釈窒素系III−V化合物半導体と呼ばれることがある。好適な一例では、第1のIII−V化合物半導体層17は量子井戸構造のための井戸層であることができる。そして、バッファ層15として成長したGaAs層は、例えば量子井戸構造のための障壁層または光ガイド層であることができる。バッファ層15の主面15a上に第1のIII−V化合物半導体層17を成長するために、例えば、摂氏500度に成長炉11の温度を変更する。時刻t3において、ヒ素原料に加えて、窒素原料及びIII族原料の供給を開始する。III族原料には、ガリウム原料およびインジウム原料が含まれる。時刻t4において、窒素原料、ガリウム原料及びインジウム原料の供給を停止する。具体的には、成長期間t3〜t4では、TEGa、TMIn、DMHy及びTBAsを成長炉11に供給して、GaAs層上にGaInNAs層を成長する。GaInNAs層の厚さは、例えば6nmである。GaInNAs層の成長温度の範囲は、例えば摂氏450度から摂氏600度である。
Next, as shown in FIG. 1B, a raw material containing at least a group V constituent element and a group III constituent element for nitrogen and arsenic is supplied to the
本実施の形態では、例示すれば、第1のIII−V化合物半導体層は、例えばGaInNAs、GaNAs、GaNPAs、GaInNPAs、GaInNAsSb、GaNAsSb、GaNPAsSb、GaInNPAsSbのいずれかを含むことができる。 In the present embodiment, for example, the first III-V compound semiconductor layer can include, for example, any one of GaInNAs, GaNAs, GaNPAs, GaInNPAs, GaInNAsSb, GaNAsSb, GaNPAsSb, and GaInNPAsSb.
成長中断期間t4〜t5では、ヒ素、窒素原料及びIII族原料を供給すること無く、キャリアガスのみを供給する。キャリアガスは、例えば水素である。必要な場合には、例えば温度、圧力の変更を行うことができる。 In the growth interruption period t 4 to t 5 , only the carrier gas is supplied without supplying the arsenic, the nitrogen raw material and the group III raw material. The carrier gas is, for example, hydrogen. If necessary, for example, temperature and pressure can be changed.
図1(c)に示されるように、引き続き、第1のIII−V化合物半導体層17の主面17a上に第2のIII−V化合物半導体層19を成長する。好適な実施例では、第2のIII−V化合物半導体層19は量子井戸構造のための障壁層であることができる。時刻t5〜t6の期間が、障壁層を形成するために提供される。成長期間t5〜t6では、TEGa及びTBAsを交互に成長炉11に供給して、GaAs障壁層をGaInNAs層上に成長する。GaAs層の厚さは、全体で、例えば20nmである。GaAs層の成長温度の範囲は、例えば摂氏400度から摂氏550度である。
As shown in FIG. 1C, the second III-V
具体的には、第2のIII−V化合物半導体層19の成長では、図2に示されるように、時刻t5において、ガリウム原料の供給を開始すると共に、時刻t51において、ガリウム原料の供給を停止する。時刻t51〜t52では、キャリアガスのみを供給する。次いで、時刻t52においてヒ素原料の供給を開始すると共に、時刻t53においてヒ素原料の供給を停止する。続けて、時刻t54において、ガリウム原料の供給を開始すると共に、時刻t55において、ガリウム原料の供給を停止する。同様にして、時刻t56、t57、t58、t59、t61、t6においてガスの供給を切り替える。このように、第2のIII−V化合物半導体層19のためのV族原料およびIII族原料のいずれか一方を供給する第1工程と、第2のIII−V化合物半導体層19のためのV族原料およびIII族原料のいずれか他方を供給する第2工程とを繰り返すことによって、第2のIII−V化合物半導体層19が成長される。本実施の形態では、第2のIII−V化合物半導体層19は、連続的な原料供給により成長されていない。このような原料の供給は、成長炉のバルブを切り替えることにより行うことができる。
Specifically, in the growth of the second III-V
一般に、希釈窒素系III−V化合物半導体層(例えば、本実施例におけるGaInNAs層)の成長では三次元成長が起こりやすく、このため、希釈窒素系III−V化合物半導体表面の平坦性が損なわれやすい。故に、希釈窒素系III−V化合物半導体からなる下地の井戸層上に別のIII−V化合物半導体からなる半導体層、例えば障壁層を連続的な原料供給により成長すると、障壁層の成長において下地の井戸層の表面における表面モフォロジが引き継がれ、この結果、障壁層の平坦性も損なわれる。 In general, in the growth of a diluted nitrogen-based III-V compound semiconductor layer (for example, the GaInNAs layer in this embodiment), three-dimensional growth is likely to occur. Therefore, the flatness of the diluted nitrogen-based III-V compound semiconductor surface is easily impaired. . Therefore, when a semiconductor layer made of another III-V compound semiconductor, for example, a barrier layer, is grown on the underlying well layer made of a diluted nitrogen-based III-V compound semiconductor by continuous material supply, the underlying layer is grown in the growth of the barrier layer. The surface morphology at the surface of the well layer is inherited, and as a result, the flatness of the barrier layer is also impaired.
しかしながら、第2のIII−V化合物半導体層19を成長する際に、第2のIII−V化合物半導体層19のためのV族原料の供給と、第2のIII−V化合物半導体層19のためのIII族原料の供給と交互に繰り返すので、第2のIII−V化合物半導体層の成長において、第1のIII−V化合物半導体層17の成長表面における表面モフォロジが改善される。
However, when the second III-V
成長中断期間t6〜t7では、ヒ素原料、窒素原料及びIII族原料を供給すること無く、キャリアガスのみを供給する。ヒ素原料の供給を追加してもよい。必要な場合には、この期間に、温度、圧力等を変更できる。 In growth interruption period t 6 ~t 7, without supplying arsenic raw material, a nitrogen source and group III source, to supply only the carrier gas. An arsenic feed may be added. If necessary, the temperature, pressure, etc. can be changed during this period.
次いで、図1(d)に示されるように、窒素およびヒ素のためのV族構成元素およびIII族構成元素を少なくとも含む原料を成長炉11に供給して、第3のIII−V化合物半導体層21を第2のIII−V化合物半導体層19の主面19a上に成長する。この方法によれば、第1のIII−V化合物半導体層17の表面17aからの表面モフォロジの引き継ぐことなく、第3のIII−V化合物半導体層21を第2のIII−V化合物半導体層19上に成長できる。第3のIII−V化合物半導体層21は、窒素およびヒ素のためのV族構成元素およびIII族構成元素を少なくとも含んでおり、希釈窒素系III−V化合物半導体と呼ばれることがある。好適な一例では、第3のIII−V化合物半導体層21は量子井戸構造のための井戸層であることができる。時刻t7において、ヒ素原料に加えて、窒素原料及びIII族原料の供給を開始する。III族原料には、ガリウム原料およびインジウム原料が含まれる。時刻t8において、窒素原料、ガリウム原料及びインジウム原料の供給を停止する。具体的には、成長期間t7〜t8では、TEGa、TMIn、DMHy及びTBAsを成長炉11に供給して、GaAs障壁層上にGaInNAs層を成長する。GaInNAs層の厚さは、例えば6nmである。
Next, as shown in FIG. 1D, a raw material containing at least a group V constituent element and a group III constituent element for nitrogen and arsenic is supplied to the
本実施の形態では、第3のIII−V化合物半導体層21は、例えばGaInNAs、GaNAs、GaNPAs、GaInNPAs、GaInNAsSb、GaNAsSb、GaNPAsSb、GaInNPAsSbのいずれかを含むことができる。
In the present embodiment, the third III-V
成長中断期間t8〜t9では、窒素原料及びIII族原料を供給すること無く、ヒ素原料のみを供給する。必要な場合には、この期間に、温度、圧力等を変更できる。 In growth interruption period t 8 ~t 9, without supplying nitrogen source and group III source, supplies only arsenic raw material. If necessary, the temperature, pressure, etc. can be changed during this period.
追加の井戸層及び障壁層の成長を行うときは、図1(b)及び図1(c)に示されたIII−V化合物半導体層19の成長と同様に、原料の交互供給により障壁層のためのIII−V化合物半導体層を成長する。
When the additional well layer and the barrier layer are grown, similarly to the growth of the III-V
追加の井戸層を成長しないときは、次いで、図1(d)に示されるように、III−V化合物半導体からなるキャップ層23を第3のIII−V化合物半導体層21の主面21a上に成長する。好適な一例では、キャップ層23は量子井戸構造のための障壁層または光ガイド層であることができる。井戸層上にキャップ層を成長するために、例えば、摂氏600度に成長炉11の温度を上昇させる。時刻t9において、ヒ素原料に加えて、ガリウム原料の供給を開始する。時刻t10において、ガリウム原料の供給を停止する。具体的には、成長期間t9〜t10では、TEGa及びTBAsを成長炉11に供給して、GaInNAs井戸層上にGaAs層を成長する。このGaAs層の厚さは、例えば100nmである。
When an additional well layer is not grown, a
必要な場合には、この後にさらに結晶成長を行うことができる。成長中断期間t10〜t11において窒素原料及びIII族原料を供給すること無く、ヒ素原料のみを供給する。本実施例では、成長炉11の温度を下げる。成長炉11の温度が十分に下げられた後に、エピタキシャル基板E1を成長炉11から取り出す。
If necessary, further crystal growth can be performed after this. In the growth interruption period t 10 to t 11 , only the arsenic raw material is supplied without supplying the nitrogen raw material and the group III raw material. In this embodiment, the temperature of the
量子井戸構造が完成した後に、第1及び第3のIII−V化合物半導体層17、21をアニールすることができる。アニール温度は、例えば摂氏650度である。この方法によれば、アニールによって光学的特性が向上される。 After the quantum well structure is completed, the first and third III-V compound semiconductor layers 17 and 21 can be annealed. The annealing temperature is, for example, 650 degrees Celsius. According to this method, optical characteristics are improved by annealing.
以下の事項は、本発明の効果を引き出すために適用される技術事項であるが、図2に示されるように、交互の原料供給の間に原料の供給を中断する工程を配置する必要がある。この工程により、意図しない原料供給の重なりを防ぐことができる。 The following items are technical items applied to bring out the effects of the present invention. However, as shown in FIG. 2, it is necessary to arrange a process for interrupting the supply of raw materials between the alternating supply of raw materials. . By this step, it is possible to prevent unintended overlap of raw material supply.
例えば、第2のIII−V化合物半導体層19の成長では、第1工程(例えば、図2における工程S1)と第2工程(例えば、図2における工程S2)との間に第1の中断工程(例えば、図2における工程S3)を含む必要がある。この時間は、例えば5秒以上であることが好ましい。この時間に、第1工程で供給された原料を成長炉から一掃するとともに、第1工程において半導体表面に供給された原料ガスの構成物をマイクレーションさせる。また、この時間は、例えば60秒以下であることが好ましい。必要以上の長い成長中断時間を設けると、表面に供給された構成物が表面から脱離してしまうからである。
For example, in the growth of the second III-V
また、第2のIII−V化合物半導体層19の成長では、第2工程(例えば、図2における工程S2)と第1工程(例えば、図2における工程S1)との間に第2の成長中断工程(例えば、図2における工程S4)を含むことが必要である。
この時間に、第1工程で供給された原料を成長炉から一掃するとともに、第1工程において半導体表面に供給された原料ガスの構成物をマイクレーションさせる。また、この時間は、例えば60秒以下であることが好ましい。必要以上の長い成長中断時間を設けると、表面に供給された構成物が表面から脱離してしまうからである。
In the growth of the second III-V
At this time, the raw material supplied in the first step is swept away from the growth furnace, and the constituents of the raw material gas supplied to the semiconductor surface in the first step are micronized. Further, this time is preferably 60 seconds or less, for example. This is because if the growth interruption time longer than necessary is provided, the components supplied to the surface are detached from the surface.
第1の中断工程のみを成長シーケンスに組み入れることができる。或いは、第2の中断工程のみを成長シーケンスに組み入れることができる。 Only the first interruption step can be incorporated into the growth sequence. Alternatively, only the second interruption step can be incorporated into the growth sequence.
この本発明の実施例では、有機金属気相成長法による結晶成長において、窒素以外のV族原料としては、V族水素化物およびV族有機化合物の少なくともいずれか一方が用いられる。V族水素化物およびV族有機化合物の少なくともいずれかを用いても、希釈窒素系III−V化合物半導体層の成長において、下地の希釈窒素系III−V化合物半導体層の表面からの表面モフォロジの引き継ぎを低減できる。例えば、ヒ素原料としてTBAsに限定されることなく、アルシン(AsH3)であってもよい。 In this embodiment of the present invention, at the time of crystal growth by metal organic vapor phase epitaxy, at least one of group V hydrides and group V organic compounds is used as the group V raw material other than nitrogen. Even when at least one of Group V hydride and Group V organic compound is used, surface morphology is inherited from the surface of the underlying diluted nitrogen III-V compound semiconductor layer in the growth of the diluted nitrogen III-V compound semiconductor layer. Can be reduced. For example, arsine (AsH 3 ) may be used without being limited to TBAs as an arsenic raw material.
(実施例)
有機金属気相成長法において、多重量子井戸構造を作製した。予備的な実験において、GaInNAs井戸層を成長した後に以下のステップを行った:
(1)5秒間の第1の原料パージ期間
(2)5秒間のIII族原料供給期間(TEGaを供給)
(3)5秒間の第2の原料パージ期間
(4)5秒間のV族原料供給期間(TBAsを供給)。
これらの4ステップを行うことにより、厚さ0.28nmのGaAsが成長された。
(Example)
In the metalorganic vapor phase epitaxy, a multiple quantum well structure was fabricated. In preliminary experiments, after growing a GaInNAs well layer, the following steps were performed:
(1) First source purge period of 5 seconds (2) Group III source supply period of 5 seconds (TEGa supply)
(3) Second material purge period of 5 seconds (4) Group V material supply period of 5 seconds (TBAs supplied)
By performing these four steps, GaAs having a thickness of 0.28 nm was grown.
この予備実験に基づいて、本発明の実施の形態の原料供給シーケンスを用いて、多重量子井戸構造を成長して、量子井戸構造でのフォトルミネッセンス(PL)スペクトルを測定した。 Based on this preliminary experiment, a multi-quantum well structure was grown using the raw material supply sequence of the embodiment of the present invention, and a photoluminescence (PL) spectrum in the quantum well structure was measured.
比較のために、図3に示されるシーケンスを用いて、同様な構造の量子井戸構造を作製した。図3を参照しながら、作製のシーケンスを簡単に説明する。 For comparison, a quantum well structure having a similar structure was fabricated using the sequence shown in FIG. The manufacturing sequence will be briefly described with reference to FIG.
成長炉11にGaAs基板をセットする。図3における時刻s0においてヒ素原料の供給を開始する。成長期間s1〜s2では、TEGa及びTBAsを成長炉11に供給して、実施の形態と同様にGaAs基板上にGaAsバッファ層を成長する。GaAsバッファ層の厚さは、例えば200nmである。成長中断期間s2〜s3では、III族原料を供給すること無く、ヒ素原料のみを供給する。成長期間s3〜s4では、TEGa、TMIn、DMHy及びTBAsを成長炉11に供給して、GaAsバッファ層上にGaInNAs層を成長する。GaInNAs層の厚さは、例えば約6nmである。成長中断期間s4〜s5では、窒素原料及びIII族原料を供給すること無く、ヒ素原料のみを供給する。引き続き、成長期間s5〜s6では、TEGa及びTBAsを同時に成長炉11に供給して、GaAs障壁層をGaInNAs層上に成長する。GaAs層の厚さは、例えば20nmである。成長中断期間s6〜s7では、窒素原料及びIII族原料を供給すること無く、ヒ素原料のみを供給する。次いで、成長期間s7〜s8では、TEGa、TMIn、DMHy及びTBAsを成長炉11に供給して、GaAs障壁層上にGaInNAs層を成長する。GaInNAs層の厚さは、例えば6nmである。成長中断期間s8〜s9では、窒素原料及びIII族原料を供給すること無く、ヒ素原料のみを供給する。この後に、成長期間s9〜s10では、TEGa及びTBAsを成長炉11に供給して、GaInNAs井戸層上にGaAs層を成長する。このGaAs層の厚さは、例えば100nmである。成長中断期間s10〜s11において窒素原料及びIII族原料を供給すること無く、ヒ素原料のみを供給する。成長炉11の温度が十分に下げられた後に、エピタキシャル基板を成長炉11から取り出す。
A GaAs substrate is set in the
本実施の形態及び比較実験に従う量子井戸構造は、GaAs基板上に形成された以下の層を含む:
GaAsバッファ層:200nm
GaInNAs井戸層:6nm
GaAs障壁層:20nm
GaInNAs井戸層:6nm
GaAsキャップ層:100nm。
The quantum well structure according to the present embodiment and the comparative experiment includes the following layers formed on a GaAs substrate:
GaAs buffer layer: 200 nm
GaInNAs well layer: 6 nm
GaAs barrier layer: 20 nm
GaInNAs well layer: 6 nm
GaAs cap layer: 100 nm.
図4は、量子井戸構造のPLスペクトル強度と量子井戸構造に含まれる井戸層の数と関係を示す図面である。特性線CAは、本実施の形態に従う量子井戸構造の特性を示す。特性線CBは、比較のための量子井戸構造の特性を示す。
井戸層の数 特性線CA 特性線CB
井戸層1個:1 、1
井戸層2個:1.87、0.95
井戸層3個:2.75、0.8
が具体的な値である。
FIG. 4 is a drawing showing the relationship between the PL spectrum intensity of a quantum well structure and the number of well layers included in the quantum well structure. Characteristic line C A indicates the characteristics of the quantum well structure according to the present embodiment. Characteristic line C B shows the characteristics of the quantum well structure for comparison.
Number of well layers Characteristic line C A Characteristic line C B
1 well layer: 1, 1
2 well layers: 1.87, 0.95
3 well layers: 2.75, 0.8
Is a concrete value.
本実施形態に従う特性線CAを比較実験に係る特性性CBと比べると、特性線CAは以下の事項を示す。井戸層の数を増加させても発光効率の劣化は観察されず、井戸層の数の増加に従ってほぼ比例して発光強度も増加している。つまり、2層目以上のGaInNAs井戸層の結晶性が保持されている。この特性図は、2個および3個の井戸層を含む多重量子井戸構造について良好なPL発光特性が得られることを示している。これらの結果から、4以上の井戸層の数を含む多重量子井戸構造においても、同様の効果が得られると考えられる。 Compared with the characteristics of C B according to the characteristic line C A according to this embodiment to the comparative experiment, the characteristic line C A indicates the following. Even when the number of well layers is increased, the light emission efficiency is not deteriorated, and the light emission intensity increases in proportion to the increase in the number of well layers. That is, the crystallinity of the second or higher GaInNAs well layer is maintained. This characteristic diagram shows that good PL emission characteristics can be obtained for a multiple quantum well structure including two and three well layers. From these results, it is considered that the same effect can be obtained even in a multiple quantum well structure including the number of well layers of 4 or more.
以上説明したように、本実施の形態によれば、井戸層の数が増加しても発光効率が低下しない多重量子井戸構造を形成できる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to form a multiple quantum well structure in which the light emission efficiency does not decrease even when the number of well layers increases.
一方、特性線CBは以下の事項を示す。比較実験のための原料供給シーケンスを用いると、井戸層の数を増加させて発光効率の向上を期待したにも関わらず、PL強度は井戸層の数の増加に伴い次第に低下した。 On the other hand, the characteristic line C B indicates the following. When the raw material supply sequence for the comparative experiment was used, the PL intensity gradually decreased with the increase in the number of well layers although the increase in the light emission efficiency was expected by increasing the number of well layers.
GaInNAsといった希釈窒素系III−V化合物半導体結晶は、エピタキシャル成長において3次元的な成長が起こりやすく、GaInNAs表面の平坦性は、GaAs結晶の表面の平坦性に比べて劣っている。故に、2番目以降のGaInNAs井戸層の下地半導体層(つまり、障壁層)は、第1番目のGaInNAs井戸層の平坦性をそのまま受け継いでいる。2番目以降のGaInNAs井戸層は、あまり良好でない平坦性を有する障壁層上に成長される。このため、2番目以降のGaInNAs井戸層の結晶性を損ねているということが明らかにされた。 Diluted nitrogen-based III-V compound semiconductor crystals such as GaInNAs are likely to grow three-dimensionally during epitaxial growth, and the flatness of the GaInNAs surface is inferior to the flatness of the surface of the GaAs crystal. Therefore, the underlying semiconductor layer (that is, the barrier layer) of the second and subsequent GaInNAs well layers inherits the flatness of the first GaInNAs well layer as it is. The second and subsequent GaInNAs well layers are grown on a barrier layer having poor flatness. For this reason, it has been clarified that the crystallinity of the second and subsequent GaInNAs well layers is impaired.
本実施の形態では、井戸層と井戸層に挟まれた障壁層を成長するときに、原料を交互に供給して成長する原子層エピタキシー(ALE)もしくはマイグレーションエンハンストエピタキシー(MEE)を採用している。このALE(もしくはMEE)による成長では、GaInNAs層の成長で生じた表面の非平坦性を回復させる。III族原料とV族原料を交互に供給することにより、表面でのマイグレーションが促進され、GaInNAs成長で生じた表面ラフネスを平坦化する。これにより、2番目以降のGaInNAs井戸層も、良好な平坦性の下地障壁層上に成長される。このように、本実施の形態に係る障壁層の成長方法によれば、GaInNAs成長で生じた表面ラフネスはGaAs障壁層の成長によって回復され、この結果、GaAs障壁層の表面は平坦化される。したがって、井戸層を繰り返し成長しても、下地の障壁層の表面の平坦性は同じように良好である。原料を交互に供給する成長の半導体層(例えば、GaAs障壁層)は、下地GaInNAs層表面の形態の影響を低減する。また、原料を交互に供給する成長の半導体層は、該半導体層の下地の表面形態を引き継ぐことなく、良好な結晶表面を引き続く成長のために提供する。 In this embodiment, when growing a well layer and a barrier layer sandwiched between well layers, atomic layer epitaxy (ALE) or migration enhanced epitaxy (MEE) in which raw materials are alternately supplied and grown is employed. . In the growth by ALE (or MEE), the surface non-planarity generated by the growth of the GaInNAs layer is recovered. By alternately supplying the group III material and the group V material, the migration at the surface is promoted, and the surface roughness generated by the GaInNAs growth is flattened. Thereby, the second and subsequent GaInNAs well layers are also grown on the base barrier layer having good flatness. As described above, according to the growth method of the barrier layer according to the present embodiment, the surface roughness generated by the GaInNAs growth is recovered by the growth of the GaAs barrier layer, and as a result, the surface of the GaAs barrier layer is flattened. Therefore, even if the well layer is repeatedly grown, the surface flatness of the underlying barrier layer is equally good. A grown semiconductor layer (eg, a GaAs barrier layer) that alternately supplies raw materials reduces the influence of the morphology of the underlying GaInNAs layer surface. In addition, the growth semiconductor layer in which the raw materials are alternately supplied provides a good crystal surface for subsequent growth without taking over the surface form of the base of the semiconductor layer.
図5は、半導体レーザといった半導体発光素子を作製する方法における主要な工程を示す図面である。工程S101において、SiドープのGaAs基板を準備する。結晶成長には、有機金属気相成長(MOVPE)法を用いる。Ga原料ガスとしてはTEGaを用いる。Al原料ガスとしては、TMAl(トリメチルアルミニウム)を用いる。In原料ガスとしては、TMInを用いる。As原料ガスとしてはTBAsを用いる。N原料ガスとしては、DMHyを用いる。必要な場合は、厚さ200nmのn型のGaAsバッファ層をGaAs基板上に成長する。工程S103において、GaAsバッファ層上に、厚さ1.5μmのn型のAlGaAsクラッド層を成長する。工程S105において、AlGaAsクラッド層上に活性層を成長させた。具体的には、工程S105−1において厚さ140nmのアンドープのGaAsガイド層を成長し、工程S105−2において、厚さ7nmのアンドープのGaInNAs井戸層を成長する。工程S105−3において厚さ8nmのアンドープのGaAs障壁層を成長する。この成長は、本実施の形態に従って、原料の交互供給により行われる。工程S105−4において、厚さ7nmのアンドープのGaInNAs井戸層を成長し、工程S105−5において厚さ140nmのアンドープのGaAsガイド層を成長する。さらに、工程S107において、活性層上に、厚さ1.5μmのp型のAlGaAsクラッド層を成長する。工程S109において、AlGaAsクラッド層上に、p型のGaAsコンタクト層を成長する。必要な場合には、工程S111において、有機金属気相成長炉内においてターシャルブチルアルシンを供給した状態で20分間のアニールを行う。アニール温度は摂氏650度である。工程S113においてアノード電極およびカソード電極を形成する。このようにして発光ダイオードおよび半導体レーザを作製することができる。 FIG. 5 is a drawing showing main steps in a method of manufacturing a semiconductor light emitting element such as a semiconductor laser. In step S101, a Si-doped GaAs substrate is prepared. For the crystal growth, a metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) method is used. TEGa is used as the Ga source gas. TMAl (trimethylaluminum) is used as the Al source gas. TMIn is used as the In source gas. TBAs is used as the As source gas. DMHy is used as the N source gas. If necessary, an n-type GaAs buffer layer having a thickness of 200 nm is grown on the GaAs substrate. In step S103, an n-type AlGaAs cladding layer having a thickness of 1.5 μm is grown on the GaAs buffer layer. In step S105, an active layer was grown on the AlGaAs cladding layer. Specifically, an undoped GaAs guide layer having a thickness of 140 nm is grown in step S105-1, and an undoped GaInNAs well layer having a thickness of 7 nm is grown in step S105-2. In step S105-3, an undoped GaAs barrier layer having a thickness of 8 nm is grown. This growth is performed by alternately supplying raw materials according to the present embodiment. In step S105-4, an undoped GaInNAs well layer having a thickness of 7 nm is grown, and in step S105-5, an undoped GaAs guide layer having a thickness of 140 nm is grown. In step S107, a p-type AlGaAs cladding layer having a thickness of 1.5 μm is grown on the active layer. In step S109, a p-type GaAs contact layer is grown on the AlGaAs cladding layer. If necessary, in step S111, annealing is performed for 20 minutes while supplying tertiary butylarsine in a metal organic chemical vapor deposition reactor. The annealing temperature is 650 degrees Celsius. In step S113, an anode electrode and a cathode electrode are formed. In this manner, a light emitting diode and a semiconductor laser can be manufactured.
また、有機金属気相成長法によるGaInNAs井戸層の成長を説明してきたけれども、分子ビームエピタキシー(MBE)法を用いる成長においても、同様の効果を得ることができる。MBE法では、例えば、Ga原料として金属ガリウム、In原料として金属インジウム、窒素原料として窒素ラジカル、As原料として金属ヒ素を用いることができる。 Moreover, although the growth of the GaInNAs well layer by the metal organic vapor phase epitaxy has been described, the same effect can be obtained in the growth using the molecular beam epitaxy (MBE) method. In the MBE method, for example, metal gallium can be used as the Ga material, metal indium can be used as the In material, nitrogen radicals can be used as the nitrogen material, and metal arsenic can be used as the As material.
以上説明したように、本実施の形態によれば、窒素およびヒ素のためのV族構成元素およびIII族構成元素を少なくとも含むIII−V化合物半導体層を有する半導体積層においてIII−V化合物半導体層とこれに隣接する半導体層との間の界面における平坦性を向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the III-V compound semiconductor layer in the semiconductor stack including the III-V compound semiconductor layer containing at least the group V constituent element and the group III constituent element for nitrogen and arsenic The flatness at the interface between the adjacent semiconductor layers can be improved.
また、本実施の形態によれば、窒素およびヒ素のためのV族構成元素およびIII族構成元素を少なくとも含むIII−V化合物半導体層の表面形態を引き継ぐこと無く、III−V化合物半導体層上に成長される半導体層表面の平坦性を向上できる。 Further, according to the present embodiment, the surface form of the III-V compound semiconductor layer including at least the group V constituent element and the group III constituent element for nitrogen and arsenic is not inherited on the III-V compound semiconductor layer. The flatness of the surface of the grown semiconductor layer can be improved.
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。本実施の形態では、半導体レーザ、発光ダイオードといった半導体光素子について説明されているけれども、半導体光素子は、これに限定されることなく、半導体センサー、太陽電池等でもよい。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。 While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. In this embodiment, a semiconductor optical device such as a semiconductor laser or a light emitting diode is described. However, the semiconductor optical device is not limited to this, and may be a semiconductor sensor, a solar cell, or the like. We therefore claim all modifications and changes that come within the scope and spirit of the following claims.
11…成長炉、13…基板、13a…基板の主面、15…バッファ層、17…第1のIII−V化合物半導体層、19…第2のIII−V化合物半導体層、21…第3のIII−V化合物半導体層、23…キャップ層
DESCRIPTION OF
Claims (10)
窒素およびヒ素のためのV族構成元素およびIII族構成元素を少なくとも含む原料を成長炉に供給して第1のIII−V化合物半導体層を成長する工程と、
前記第1のIII−V化合物半導体層上に前記成長炉で第2のIII−V化合物半導体層を成長する工程と
を備え、
前記第2のIII−V化合物半導体層を成長する工程は、
前記第2のIII−V化合物半導体層のためのV族原料およびIII族原料のいずれか一方を供給する第1工程と、
前記第2のIII−V化合物半導体層のためのV族原料およびIII族原料のいずれか他方を供給する第2工程と、
前記第1工程および前記第2工程を繰り返す工程と
を含む、ことを特徴とする方法。 A method for producing a semiconductor optical device, comprising:
Supplying a raw material containing at least a group V constituent element and a group III constituent element for nitrogen and arsenic to a growth reactor to grow a first III-V compound semiconductor layer;
Growing a second III-V compound semiconductor layer in the growth furnace on the first III-V compound semiconductor layer,
The step of growing the second III-V compound semiconductor layer includes:
A first step of supplying one of a group V material and a group III material for the second III-V compound semiconductor layer;
A second step of supplying one of a group V material and a group III material for the second III-V compound semiconductor layer;
And repeating the first step and the second step.
前記第2のIII−V化合物半導体層は量子井戸構造のための障壁層である、ことを特徴とする請求項1に記載された方法。 The first III-V compound semiconductor layer is a well layer for a quantum well structure;
The method according to claim 1, wherein the second III-V compound semiconductor layer is a barrier layer for a quantum well structure.
前記第1の中断工程では、前記V族原料およびIII族原料を供給しない、ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載された方法。 The growth of the second III-V compound semiconductor layer includes a first interruption step between the first step and the second step,
5. The method according to claim 1, wherein in the first interruption step, the group V material and the group III material are not supplied.
前記第2の中断工程では、前記V族原料およびIII族原料を供給しない、ことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された方法。 The growth of the second III-V compound semiconductor layer includes a second interruption step between the second step and the first step,
6. The method according to claim 1, wherein in the second interruption step, the group V raw material and the group III raw material are not supplied.
窒素およびヒ素のためのV族構成元素およびIII族構成元素を少なくとも含むIII−V化合物半導体層上に、V族構成元素として窒素を含まないIII−V化合物半導体結晶を成長する工程を備え、
前記III−V化合物半導体結晶を成長する工程は、
前記III−V化合物半導体結晶のためのV族原料およびIII族原料のいずれか一方を供給する第1工程と、
前記III−V化合物半導体結晶のためのV族原料およびIII族原料のいずれか他方を供給する第2工程と、
前記第1工程および前記第2工程を繰り返す工程と
を含む、ことを特徴とする方法。 A method for growing a III-V compound semiconductor crystal, comprising:
A step of growing a III-V compound semiconductor crystal containing no nitrogen as a group V constituent element on a III-V compound semiconductor layer containing at least a group V constituent element and a group III constituent element for nitrogen and arsenic;
The step of growing the III-V compound semiconductor crystal comprises:
A first step of supplying one of a group V material and a group III material for the III-V compound semiconductor crystal;
A second step of supplying one of a group V material and a group III material for the III-V compound semiconductor crystal;
And repeating the first step and the second step.
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| JPS6385098A (en) * | 1986-09-26 | 1988-04-15 | Nec Corp | Vapor growth method for iii-v compound semiconductor |
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