InP GaAs
InP GaAs
InP GaAs
AuGeNi/Au
InP GaAs
(a) (b) (c) (d)
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
-3 -2 -1 0 1 2 3
Current (mA)
6 5 0 ℃
6 2 5 ℃ 6 0 0 ℃
5 7 5 ℃ n-GaAs
50 µmf
n-InP
-5 0 5 10
5600 Pa 10000 Pa
Current density (kA/cm2)
-2.5
3000 Pa 600 °C 1h
Voltage (V)
2.5 -2-1.5-1-0.5 0 0.5 1 1.5 2 -10
特性となった。またアニール温度よる温度依存性が明らかに見られ、温度上昇ととも に立ち上がり電圧および抵抗が低くなることが確認された。
次にアニール温度、時間を 600 ℃、１時間とした場合の荷重依存性による電流−電 圧特性を図 4.5 に示す。アニール時の荷重は 3000 Pa、5600 Pa、10000 Pa の３通り行い、
実際に VCSEL 動作時に流す電流密度を考慮して 10 kA/cm2まで測定した。荷重が増す に従い、温度依存性と同様に立ち上がり電圧及び抵抗が小さくなる傾向が確認された。
特に、3000 Pa、5600 Pa に大きな違いがあり、アニール時における荷重が直接接着の 効果を高めていることがわかる。
図図図
図 4444....555 5 電電電電流流ー流流ー電ーー電電電圧圧圧圧特特性特特性性性のののの荷荷重荷荷重依重重依依依存存存存性性性性
4444....4444....222 2 結結結結晶晶評晶晶評価評評価価価
図 4.6 にアニール温度 600 ℃、１時間、荷重 10000 Pa で接着した場合の断面透過型 電子顕微鏡（TEM）像を示す。この図より GaAs と InP の界面には隙間がなく、かつ GaAs の As と InP の In の格子が連続的に接着されていることがわかる。また GaAs と InP 間には 3.7 %の格子不整合があるにもかかわらず、ヘテロエピタキシャル成長に良 く見られる 60 度転位は観察されず、観測されたのは刃状転位（矢印部分）のみで、貫 通転位の存在は確認されなかった。
一般に結晶基板の表面モホロジーは数＋Åあることから、隙間のない界面が得られ たことは、アニールによって界面付近の結晶の格子の再配列が行われ、GaAs と InP が 化学結合を形成したと考えられる。
図図図
図 4444....6666 断 断断断面面面面ＴＴＥＴＴＥＥＥＭＭＭＭ写写真写写真真真
格子の再配列が行われるよりは、接着して再構築されたほうが表面エネルギーが小さ いこと、また In 原子の表面モビリティが高いため、GaAs 層はそのままで InP 層側の 結晶の再配列が成され、界面付近の原子の相互拡散が起こらないと論じている。この ことは化学結合を有する直接接着を行うためには In 原子が必要であることと等価であ ると考えられるが、GaAs/Si や GaAs/GaAs 等の接着も、既に報告されていることから27)、 III-V 族半導体どうしの直接接着のメカニズムはまだはっきりとした定説がないと言わ ざる得ない。しかしながら、InP/GaAs において、上述の接着のメカニズムが正しいと 仮定すると、接着する際の InP 側の結晶の再配列により InP 側の結晶の内部に何らか の結晶性の変化が見られることが予想される。そこで接着界面からの距離をパラメー タとして、InP 側の層のエッチピット密度（EPD）を測定することにした。接着条件は アニール温度 600 ℃、時間 1ｈである。サンプルは、InP 基板に光学波長の 1/4 の厚さ で MOCVD 法によりエピタキシャル成長して作製された InP/InGaAsP 層（バンドギャ ップ波長 lg＝1.4μｍ組成）（厚さ InP 122 nm、InGaAsP 112 nm）を 10 ペアを積層し た DBR 構 造 で あ る 。 EPD は 、 InP と InGaAsP 層 を ２ 種 類 の 選 択 エ ッ チ ン グ 液
（HCl:H3PO4=1:1 と H2SO4:H2O2:H2O＝3:1:1）を用いて１ペアずつエッチングしながら InP 層を表面に出し、HBr:H3PO4=1:2 の混合溶液を用いてエッチピットを露出させ計数し た。図 4.7 はこのときの表面写真で（a）は界面からの距離が 1.78μｍ（7.5 ペア）、
（b）は 0.38μｍ（1.5 ペア）で荷重は 5600 Pa、アニール温度 600 ℃、１ｈの条件で サンプル内ほぼ同一箇所のものである。接着界面から 1.8μm 程度では 1.5×104 cm-2で あるが、界面に近づくにつれ、徐々に EPD の増加が見られ、0.4μｍで 5×104 cm-2と
GaA s InP
10 nm
刃刃刃
刃状状転状状転位転転位位位
104
0 0.5 1 1.5 2
10000 Pa 5600 Pa
EPD density (cm-2)
depth d (µm) 105
106 107
GaAs Sub.
InP
d InGaAsP
（（（
（aaaa））））111....771 788788μμｍμμｍｍｍ （（bb（（b）b）））000....330 388388μμｍμμｍｍｍ 図
図 図
図 444....774 7 7 HHBHHBrrrr 系BB 系エ系系エエエッッチッッチンチチンンンググググ後後の後後の表のの表表表面面面面写写真写写真真真
なっていることがわかった。
図 4.8 に接着界面からの距離ｄとアニール時の荷重をパラメータとしたときの InP 層 の EPD の関係を示す。接着界面からの距離が短くなるにつれ、わずかにであるが上昇 傾向にあることがわかる。特に、荷重 10000 Pa の場合、接着界面からの距離が 0.15μ ｍ程度のところで EPD が測れない程多数発生していて、結晶界面が上部の結晶に影響 を与えていることが明らかとなった。また基板そのものの EPD は 104 cm-2程度である から、0.8μｍÅ以上離れていれば、EPD の増加は観測されず、再構成による影響の及 ぶ範囲は界面から 0.8μｍ程度であることがわかった。
図 図 図
図 444....884 88 E EPEEPPPDDDD のの界のの界面界界面面面かかかかららのららの距のの距距距離離と離離と荷とと荷荷荷重重重重依依存依依存性存存性性性