(57)【要約】【課題】Ｖ族として窒素を含むIII−Ｖ化合物半導体を成長するためのプロセスウインドウを広げることが可能な結晶成長方法を提供する。【解決手段】Ｖ族として窒素および他の元素を含むIII−Ｖ化合物半導体層を成長する方法では、III−Ｖ化合物半導体層を成長するための有機窒素原料Ｇ４をヒータ５９を用いて加熱して、有機窒素原料Ｇ４の少なくとも一部分を分解させる。有機窒素原料Ｇ４の少なくとも一部分を分解させた後に、分解された原料を有機金属気相成長炉５１の反応室５７に供給してIII−Ｖ化合物半導体層を基板Ｗ上に成長する。有機窒素原料は、ジメチルヒドラジン、モノメチルヒドラジン、およびターシャリブチルヒドラジンの少なくともいずれかを含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｖ族として窒素および他の元素を含むIII−Ｖ化合物半導体を成長する方法であって、
III−Ｖ化合物半導体層を成長するための原料のうちの有機窒素原料を加熱して、前記有機窒素原料の少なくとも一部分を分解させる工程と、
前記有機窒素原料の少なくとも一部分を分解させた後に、前記原料を有機金属気相成長炉の反応室に供給して前記III−Ｖ化合物半導体層を成長する工程と
を備える、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記有機窒素原料は、ジメチルヒドラジン、モノメチルヒドラジン、およびターシャリブチルヒドラジンの少なくともいずれかを含む、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項３】
前記III−Ｖ化合物半導体は、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＰＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかである、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された方法。
【請求項４】
前記III−Ｖ化合物半導体層を成長する工程における成長の温度は前記加熱の温度と異なり、
前記加熱の温度は摂氏５００度以上である、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された方法。
【請求項５】
前記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り、
当該方法は、前記量子井戸構造のための障壁層を成長する工程を更に含む、ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項６】
前記有機金属気相成長炉は、少なくとも前記有機窒素原料を加熱するためのヒータを含む、ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載された方法。
【請求項７】
前記有機金属気相成長炉は、前記有機窒素原料のための供給ラインを加熱するためのヒータを含む、ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載された方法。
【請求項８】
前記III−Ｖ化合物半導体層を成長するに先だって、窒素以外の元素をＶ族として含む別のIII−Ｖ化合物半導体層を成長する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III−Ｖ化合物半導体を成長する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、結晶成長する方法が記載されている。この結晶成長する方法では、第１のIII−Ｖ族化合物半導体の上方に、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族化合物半導体を成長する。第１のIII−Ｖ族化合物半導体上に、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た後、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、半導体基板にIII−（Ｎ、Ｖ）族化合物半導体結晶を成長させる際、界面における窒素のパイルアップの抑制、界面非発光準位の低減、界面付近の窒素組成の均一化が図られる。
【０００３】
非特許文献１には、有機金属気相成長法で窒素原料としてジメチルヒドラジンを用いてＧａＩｎＮＡｓを成長する方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−１８５４９７号公報
【非特許文献１】Jap. J. Appl. Phys. (1997) 36, pp2671-2675
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
Ｖ族として窒素および他の元素を含むIII−Ｖ化合物半導体として、例えばＧａＩｎＮＡｓがある。このＧａＩｎＮＡｓを有機金属気相成長法で結晶成長する場合、その窒素原料にジメチルヒドラジンを用いることが一般的である。しかし、ＧａＩｎＮＡｓへの窒素の取り込み効率は極端に小さく、他の原料の１００倍程度の量が必要とされる。
【０００５】
例えば、その一例として、１パーセントの窒素組成、９９パーセントの砒素組成であるＧａＩｎＮＡｓ井戸層を成長する場合、ＧａＩｎＮＡｓのＶ族原子である窒素（Ｎ）と砒素（Ａｓ）との組成比は、Ｎ：Ａｓ＝１：９９である。これに対して、窒素の原料ガス（ジメチルヒドラジン：ＵＤＭＨｙ）と砒素の原料ガス（ターシャリーブチルアルシン：ＴＢＡ）の供給モル数比は、ＵＤＭＨｙ：ＴＢＡ＝１００：１としなければならない。
【０００６】
ところが、大きな供給モル数比のＶ族となる２種の原料ガスを成長炉に供給した場合、大量のＵＤＭＨｙが反応室に供給される。これ故に、安定した有機金属気相成長を実現することが容易ではない。プロセスウインドウが小さく、成長条件の最適化が容易ではない。また、２種の原料ガスが一様に混合しにくくなる現象も発生し、この結果、窒素濃度プロファイルにパイルアップが生じる。さらには、ＧａＩｎＮＡｓの成長中にＵＤＭＨｙに起因するＣＨ３基が結晶中に混入される。この不純物がＧａＩｎＮＡｓ中に多く含まれるので、結晶特性を劣化させる。このため、良好な特性のＧａＩｎＮＡｓが得られない。このような現象は、ＧａＩｎＮＡｓだけでなく、Ｖ族として窒素を含むIII−Ｖ化合物半導体に現れる。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の事項を鑑みて為されたものであり、Ｖ族として窒素を含むIII−Ｖ化合物半導体層を成長するためのプロセスウインドウを広げることが可能な、III−Ｖ化合物半導体を成長する方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面は、Ｖ族として窒素および他の元素を含むIII−Ｖ化合物半導体層を成長する方法である。この方法は、（ａ）III−Ｖ化合物半導体層を成長するための原料のうちの有機窒素原料を加熱して、前記有機窒素原料の少なくとも一部分を分解させる工程と、（ｂ）前記有機窒素原料の少なくとも一部分を分解させた後に、前記原料を有機金属気相成長炉の反応室に供給して前記III−Ｖ化合物半導体層を成長する工程とを備える。
【０００９】
この方法によれば、分解した有機窒素原料を反応室に供給するので、結晶への窒素の取り込みが促進される。また、結晶成長のために供給される窒素原料の量を低減できる。さらに、有機窒素原料が事前に分解されるので、結晶中に取り込まれる炭素および水素等の不純物が少なくなる。
【００１０】
本発明に係る方法では、前記有機窒素原料は、ジメチルヒドラジン、モノメチルヒドラジン、およびターシャリブチルヒドラジンの少なくともいずれかを含むことができる。この方法によれば、これらの有機窒素原料に好適に適用される。
【００１１】
本発明に係る方法では、前記III−Ｖ化合物半導体は、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＰＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかであることができる。この方法は、例えば、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＰＡｓ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂといった、窒素および他のＶ族元素を含むIII−Ｖ化合物半導体に好適に適用される。
【００１２】
本発明に係る方法では、前記III−Ｖ化合物半導体層を成長する工程における成長の温度は前記加熱の温度と異なり、前記加熱の温度は摂氏５００度以上であることがこのましい。この方法によれば、原料分解の温度を成長の温度と別個に設定可能である。また、摂氏５００度以上の加熱の温度が、有機窒素原料の分解に好ましい。
【００１３】
本発明に係る方法では、前記成長の温度は前記加熱の温度より小さいことが好ましい。比較的高い温度を原料加熱に用いると、有機金属窒素原料の分解に好ましい。また、比較的低い温度を成長に用いると、分解された窒素の取り込みに好ましい。
【００１４】
本発明に係る方法では、前記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り、当該方法は、前記量子井戸構造のための障壁層を成長する工程を更に含むことができる。この方法によれば、結晶品質に優れた量子井戸構造を作製することができる。
【００１５】
本発明に係る方法では、前記有機金属気相成長炉は、前記有機窒素原料のための供給ラインを加熱するためのヒータを含むことができる。この方法によれば、有機窒素原料のために好適な温度で加熱を行うことができる。
【００１６】
本発明に係る方法では、前記有機金属気相成長炉は、少なくとも前記有機窒素原料とを加熱するためのヒータを含むことができる。
【００１７】
本発明に係る方法は、（ｃ）前記III−Ｖ化合物半導体層を成長するに先だって、窒素以外の元素をＶ族として含む別のIII−Ｖ化合物半導体層を成長する工程を更に備えることができる。この方法によれば、窒素以外の元素をＶ族として含むIII−Ｖ化合物半導体の成長から、Ｖ族として窒素および他の元素を含むIII−Ｖ化合物半導体層の成長への切替の際に、大量の有機窒素原料の供給を行うことがない。
【００１８】
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。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、Ｖ族として窒素を含むIII−Ｖ化合物半導体層を成長するためのプロセスウインドウを広げることが可能な、III−Ｖ化合物半導体を成長する方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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III−Ｖ化合物半導体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。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、Ｖ族として窒素および他の元素を含むIII−Ｖ化合物半導体を成長する方法を概略的に示す図面である。基板１１を準備する。基板１１は、III−Ｖ化合物半導体基板であり、また第１導電型を有する。基板１１は、例えばＳｉドープＧａＡｓからなる。必要な場合には、基板１１上にはバッファ層が形成される。バッファ層は、例えばｎ型ＧａＡｓからなる。
【００２２】
図１（ａ）に示されるように、基板１１上にクラッド層１３を形成する。クラッド層１３は、第１導電型III−Ｖ化合物半導体からなり、第１導電型III−Ｖ化合物半導体は、例えばｎ型ＡｌＧａＡｓ半導体である。クラッド層１３の成長は、例えば有機金属気相成長炉に有機ガリウム原料、有機アルミニウム原料および有機ヒ素原料を用いて行われる。
【００２３】
図１（ｂ）に示されるように、クラッド層１３上に活性層１５を形成する。活性層１５は、量子井戸構造を有する。活性層１５は、Ｖ族として窒素および他の元素を含む第１のIII−Ｖ化合物半導体からなる第１の半導体層１７ａ、１７ｂと、第２のIII−Ｖ化合物半導体からなる第２の半導体層１９、２１ａ、２１ｂを含む。第１の半導体層１７ａ、１７ｂのIII−Ｖ化合物半導体材料は、例えばＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＰＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかであることができる。また、これらの第１のIII−Ｖ化合物半導体と好適に組み合わせることができる第２のIII−Ｖ化合物半導体として、ＧａＡｓ、ＧａＮＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｓＳｂ等を用いることができる。
【００２４】
本実施例では、第１の半導体層１７ａ、１７ｂは井戸層である。第２の半導体層１９は、井戸層１７ａと井戸層１７ｂとの間に設けられており、障壁層として機能する。第２の半導体層２１ａ、２１ｂは、その厚さが第２の半導体層１９と同じ程度であれば、障壁層として機能する。また、第２の半導体層２１ａは、その厚さが第２の半導体層１９より十分に厚ければ、光閉じ込め層として機能する。光閉じ込め層および障壁層のバンドギャップは、クラッド層１３のバンドギャップより小さい。井戸層１７ａ、１７ｂのバンドギャップは、光閉じ込め層および障壁層のバンドギャップより小さい。
【００２５】
クラッド層１３上に第２の半導体層２１ａ（例えば、光閉じ込め層または障壁層）を形成する。有機金属位相成長炉に有機金属原料を供給して第２の半導体層２１ａを成長する。第２の半導体層２１ａがＧａＡｓであるとき、有機金属気相成長炉に有機ガリウム原料および有機ヒ素原料を供給して第２の半導体層２１を成長する。第１の半導体層１７ａは、Ｖ族として窒素および他の元素を含む第１のIII−Ｖ化合物半導体からなる。この後に、第２の半導体層２１上に第１の半導体層１７ａを形成する。有機金属気相成長炉に有機ガリウム原料、有機インジウム原料、有機窒素原料および有機ヒ素原料を供給して、第１の半導体層１７ａ（つまり、井戸層）を成長する。この井戸層の成長を具体的に説明する。まず、第１の半導体層１７ａの成長のための窒素原料の供給が開始される。有機金属原料の有機窒素原料を反応炉に供給するに先立って該原料を温度ＴＨで加熱して、有機窒素原料の少なくとも一部分を分解させる。有機窒素原料の少なくとも一部分を分解させた後に、第１の半導体層１７ａの成長のための有機金属原料を有機金属気相成長炉の反応室に供給して、第１の半導体層１７ａを温度ＴＧで成長する。
【００２６】
第１の半導体層１７ａ上に第２の半導体層１９（つまり、障壁層）を形成する。第２の半導体層１９が、Ｖ族として窒素および他の元素を含むとき、第１の半導体層１７ａの成長と同様に、有機窒素原料は、加熱分解した後に反応室に供給されることが好ましい。第２の半導体層１９がＧａＡｓであるとき、有機金属位相成長炉に有機ガリウム原料および有機ヒ素原料を供給して第２の半導体層１９を成長する。
【００２７】
次いで、第１の半導体層１７ｂを第２の半導体層１９上に形成する。第１の半導体層１７ｂの成長は、例えば第１の半導体層１７ａの成長と同様に行われることができる。この後に、第２の半導体層２１ｂを第１の半導体層１７ｂ上に形成する。第２の半導体層２１ｂの成長は、例えば第２の半導体層２１ａの成長と同様に行われることができる。さらに必要な場合には、第１の半導体層および第２の半導体層の成長が繰り返される。
【００２８】
この方法によれば、分解した有機窒素原料を反応室に供給するので、結晶への窒素の取り込みが促進される。また、結晶成長のために供給される窒素原料の量を低減できる。さらに、有機窒素原料が事前に分解されるので、結晶中に取り込まれる炭素および水素等の不純物が少なくなる。
【００２９】
有機窒素原料はヒドラジン系原料であり、例えばジメチルヒドラジン、モノメチルヒドラジンおよびターシャリブチルヒドラジンの少なくともいずれかを含むことができる。また、有機ガリウム原料として、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を用いることができる。有機インジウム原料として、例えば、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を用いることができる。有機アルミニウム原料として、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いることができる。有機ヒ素原料として、例えばターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡｓ）またはＡｓＨ３を用いることができる。
【００３０】
第１の半導体層１７ａ、１７ｂのための第１のIII−Ｖ化合物半導体の成長の温度ＴＧは加熱の温度ＴＨと異なり、加熱の温度ＴＨは摂氏５００度以上であることが好ましい。この方法によれば、原料分解のための温度ＴＨを成長の温度ＴＧと別個に設定可能である。摂氏５００度以上の加熱の温度ＴＨが、有機窒素原料の分解に好ましい。さらに好ましくは、加熱の温度ＴＨは、例えば摂氏６００度以上である。また、加熱の温度ＴＨは、例えば摂氏８００度以下である。
【００３１】
成長の温度ＴＧは加熱の温度ＴＨより小さいことが好ましい。比較的高い温度ＴＨを原料加熱に用いると、有機窒素原料の分解に好ましい。また、比較的低い温度ＴＧを成長に用いると、分解された窒素の取り込みに好ましい。
【００３２】
図１（ｃ）に示されるように、活性層１５上にクラッド層１７を形成する。クラッド層１７は、第２導電型III−Ｖ化合物半導体からなり、第２導電型III−Ｖ化合物半導体は、例えばｐ型ＡｌＧａＡｓ半導体である。クラッド層１７の成長は、例えば有機金属気相成長炉に有機ガリウム原料、有機アルミニウム原料および有機ヒ素原料を用いて行われる。
【００３３】
次いで、図１（ｃ）に示されるように、クラッド層１７上にキャップ層１９を形成する。キャップ層１９は、第２導電型III−Ｖ化合物半導体からなり、第２導電型III−Ｖ化合物半導体は、例えばｐ型ＧａＡｓ半導体である。キャップ層１９の成長は、例えば有機金属気相成長炉に有機ガリウム原料および有機ヒ素原料を用いて行われる。
【００３４】
これらの工程により半導体レーザのといった半導体発光素子が作製される。図２は、半導体レーザの構造を示す図面である。半導体レーザ３１は、基板３３と、バッファ層３５と、第１導電型クラッド層３７と、活性層３９と、第２導電型クラッド層４７と、第２導電型キャップ層４９とを含む。活性層３９は第１導電型クラッド層３７と第２導電型クラッド層４７との間に設けられている。第２導電型クラッド層４７上には、第２導電型キャップ層４９が設けられている。活性層３９は、井戸層４１ａ、４１ｂと、障壁層４３と、光閉じ込め層４５ａ、４５ｂとを含む。半導体レーザの構造の一例は、
・基板３３：ＳｉドープＧａＡｓ、３５０マイクロメートル
・バッファ層３５：ｎ型ＧａＡｓ、２００ナノメートル
・第１導電型クラッド層３７：ｎ型ＡｌＧａＡｓ、１．５マイクロメートル
・活性層３９
井戸層４１ａ、４１ｂ：
Ｇａ０．６６Ｉｎ０．３４Ｎ０．０１Ａｓ０．０９、７ナノメートル
障壁層４３：
ＧａＡｓ、８ナノメートル
光閉じ込め層４５ａ、４５ｂ：ＧａＡｓ、１４０ナノメートル
・第２導電型クラッド層４７：ｐ型ＡｌＧａＡｓ、１．５マイクロメートル
・第２導電型キャップ層４９：ｐ型ＧａＡｓ、２００ナノメートル
である。半導体レーザ３１は上記の方法により作製される。これ故に、半導体レーザ３１の井戸層のＧａ０．６６Ｉｎ０．３４Ｎ０．０１Ａｓ０．０９に含まれる水素、炭素といった不純物（これらは原料に由来する）の量は、有機窒素原料を分解なしに反応炉へ供給する方法により作製されたＧａＩｎＮＡｓに比べて少ない。したがって、ＧａＩｎＮＡｓの結晶品質は向上され、この結果、半導体レーザの特性、信頼性が良好になる。
【００３５】
図１を参照しながら説明された方法は、例えば図３または図４に示された気相成長装置を用いて行われる。図３は気相成長装置の一例を概略的に示す図面である。気相成長装置５１では、ライン５３ａ〜５３ｄは、混合部５５において合流して単一の供給路５５ａになり、この供給路５５ａが反応室５７の一端５７ａに接続される。反応室５７の他端５７ｂは排気路５７ｃを介して排気系に接続されている。反応室５７内には、基板Ｗを搭載するためのサセプタ５８が設けられている。単一の供給路５５ａから供給されたガスは、反応室５７内を流れて、設定された成長温度ＴＧのサセプタ５８上の基板Ｗ上に到達する。このガスの一部は反応により基板Ｗ上に堆積物とこの結果生じる反応生成物を生成する。ガスの残りは、反応生成物と共に、排気路５７ｃから排気される。ライン５３ａは、例えば有機ガリウム原料Ｇ１を供給する。ライン５３ｂは、例えば有機インジウム原料Ｇ２を供給する。ライン５３ｃは、例えば有機ヒ素原料Ｇ３を供給する。ライン５３ｄは、例えば有機窒素原料Ｇ４を供給する。ライン５３ｄには、有機窒素原料Ｇ４を温度ＴＨで加熱するためにヒータ６１が設けられている。有機窒素原料Ｇ４は、反応炉５７に供給されるに先立ってヒータ５９により加熱されることにより分解される。
【００３６】
図４は気相成長装置の別の例を概略的に示す図面である。気相成長装置６１では、ライン６３ａ〜６３ｄは、それぞれ、加熱用配管６５ａ〜６５ｄの一端に接続される。加熱用配管６５ａ〜６５ｄの他端は反応室６７の一端６７ａに接続される。加熱用配管６５ａ〜６５ｄの周囲には、ヒータ６９が設けられている。ヒータ６９は加熱温度ＴＨで原料ガスＧ１〜Ｇ４を加熱する。反応室６７の他端６７ｂは排気路６７ｃを介して排気系に接続されている。反応室６７内には、基板Ｗを搭載するためのサセプタ６８が設けられている。加熱用配管６５ａ〜６５ｄから供給されたガスは、反応室６７内を流れて、設定された成長温度ＴＧのサセプタ６８上の基板Ｗ上に到達する。このガスの一部は反応により基板Ｗ上に堆積物とこの結果生じる反応生成物を生成する。ガスの残りは、反応生成物と共に、排気路６７ｃから排気される。ライン６３ａは、例えば有機ガリウム原料Ｇ１を供給する。ライン６３ｂは、例えば有機インジウム原料Ｇ２を供給する。ライン６３ｃは、例えば有機ヒ素原料Ｇ３を供給する。ライン５３ｄは、例えば有機窒素原料Ｇ４を供給する。ライン６３ａ〜６３ｄには、有機金属原料Ｇ１〜Ｇ４を温度ＴＨで加熱するためにヒータ６９が設けられている。有機原料Ｇ１〜Ｇ４は、反応炉６７に供給されるに先立ってヒータ６９により加熱されることにより、少なくとも一部が分解される。分解された原料は、反応室６７の一端６７ａを介して基板Ｗ上に供給される。
【００３７】
気相成長装置５１、６１では、ジメチルヒドラジン(ヒドラジン系)原料を反応炉 (リアクタ) ５７、６７に供給する直前に配管５３ｄ、６５ｄの途中で加熱を行い、事前に熱分解をさせる。分解は、例えば
２（ＣＨ３）ＮＨＮＨ２  →  ２（ＣＨ３）ＮＨ２  ＋  Ｎ２  ＋  Ｈ２
（摂氏１５０度から摂氏３２０度）
という反応式で表される。このような熱分解をさせる手法は、既に説明したように、上記の２通りある。
【００３８】
熱分解の加熱温度ＴＨは、摂氏６００度以上であることが好ましく、少なくとも摂氏５００度以上である。ジメチルヒドラジンの分解は２段階から構成され、第１段階では摂氏２００度の温度あたりで分解する。第２段階では、摂氏６００度の温度あたりで分解する。一方、ＧａＩｎＮＡｓといった、窒素および他のＶ族元素を含むIII−Ｖ化合物半導体の結晶成長では、反応炉の温度ＴＧを摂氏６００度程度にまで高くすることできない。上記のIII−Ｖ化合物半導体のための成長温度は、摂氏４００度から摂氏５００度程度であり、摂氏６００度程度になると、窒素が結晶中に取り込まれなくなる。しかしながら、窒素原料を反応炉に供給する前に、窒素原料を分解するように事前加熱することにより、ジメチルヒドラジンの窒素を結晶（例えば、ＧａＩｎＮＡｓ）中に取り込まれやすい形態に変化させることができる。この結果、ＧａＩｎＮＡｓへの窒素の取り込み効率が増加され、結晶成長に必要な窒素原料が少なくなり、有機金属気相成長法を用いたＧａＩｎＮＡｓの成長が安定になる。また、有機窒素原料に起因するメチル基などの混入を防げるので、取り込まれる不純物濃度も低減できる。この結果、窒素の取り込み効率が大幅に増加されるので、結晶成長に必要な窒素原料の供給量が少なくできる。
【００３９】
また、窒素原料の供給量と他の有機金属原料の供給量との供給比率が大きいことに起因する、結晶成長の不安定が生じない。したがって、より良好な結晶特性を有するＧａＩｎＮＡｓ結晶が得られる。さらに、窒素の取り込み効率が増加するので、窒素原料の供給量もこれまでに比べて大幅に低減（例えば、約１００分の１程度）できるので、排ガス処理装置に対する負担を軽減できる。これは、有機金属気相成長炉のコスト、安全性にも大きな利点をもたらす。本実施例によれば、窒素原料のモル供給量と他のＶ族原料のモル供給量との比、（窒素供給モル数：ｍｏｌ／分）／（他のＶ族原料のモル供給量：ｍｏｌ／分）は５以下にできる。また、好ましくは、（窒素供給モル数）／（他のＶ族原料のモル供給量）は３以下である。
【００４０】
Ｖ族として窒素および他の元素を含むIII−Ｖ化合物半導体の成長の窒素原料には、ヒドラジン系原料が用いられる。例えばＧａ０．６６Ｉｎ０．３４Ｎ０．０１Ａｓ０．９９の成長では、窒素の組成がヒ素の組成に比べて非常に小さいけれども、窒素原料の供給量は、ヒ素原料の供給量の約１００倍となる。この理由は、平衡状態での窒素の固溶度が極端に小さいことに因る。ところが、このような大きな供給モル数比で複数のＶ族原料ガスを反応炉に供給した場合、大量のジメチルヒドラジンが反応炉内の反応に供給されるので、安定した結晶成長を行う条件の設定が容易ではなく、またプロセスウインドウが非常に小さい。また、反応炉に供給された原料ガスが均等に混合しにくくなり、窒素濃度がパイルアップ（集中、あるいは偏析）する。
【００４１】
しかしながら、上記ような製造に関する技術的課題の発生は、本実施の形態のように、原料ガスを反応炉に供給するに先立って少なくとも有機窒素原料ガスを加熱することにより低減される。
【００４２】
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。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。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１（ａ）、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、Ｖ族として窒素および他の元素を含むIII−Ｖ化合物半導体を成長する方法を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、半導体レーザの構造を示す図面である。
【図３】図３は気相成長装置の一例を概略的に示す図面である。
【図４】図４は気相成長装置の別の例を概略的に示す図面である。
【符号の説明】
【００４４】
１１…基板、１３…クラッド層、１５…活性層、１７ａ、１７ｂ…第１の半導体層、１９、２１ａ、２１ｂ…第２の半導体層、ＴＨ…加熱の温度、ＴＧ…成長の温度、３１…半導体レーザ、３３…基板、３５…バッファ層、３７…第１導電型クラッド層、３９…活性層、４１ａ、４１ｂ…井戸層、４３…障壁層、４５ａ、４５ｂ…光閉じ込め層、４７…第２導電型クラッド層、４９…第２導電型キャップ層、５１…気相成長装置、５３ａ〜５３ｄ…ライン、５７…反応室、５９…ヒータ、Ｇ１…有機ガリウム原料、Ｇ２…有機インジウム原料、Ｇ３…有機ヒ素原料、Ｇ４…有機窒素原料、６１…気相成長装置、６３ａ〜６３ｄ…ライン、６５ａ〜６５ｄ…加熱用配管、６７…反応室、６９…ヒータ、Ｗ…基板  
【図１】
2007250881.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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