JP2004356167A

JP2004356167A - 結晶成長方法、半導体レーザーの製造方法、および結晶成長装置

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Publication number: JP2004356167A
Application number: JP2003148903A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Nishida; 哲朗西田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】良好な結晶品質を有する化合物半導体の結晶膜を同一基板内において異なる膜厚で形成する結晶成長方法を提供する。
【解決手段】本発明の結晶成長方法は、成長室１０内に収容される基板搭載部材５０に所与の基板６０を搭載すること、成長室５０内で基板６０を加熱しながら、基板６０上に化合物半導体を結晶成長させること、を含み、基板搭載部材５０の基板６０を搭載する面側には温度分布付加領域５２が設けられており、温度分布付加領域５２を介して基板６０を加熱することによって基板６０の結晶成長面に所定の温度分布を生じさせながら化合物半導体の結晶成長を行う。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶成長方法、半導体レーザーの製造方法、および結晶成長装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
近年のネットワークにおける情報量の増大に対応するため、１本の光ファイバに波長の異なる光信号を多重化して伝送する波長分割多重（ＷＤＭ）方式の通信技術に関する研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
かかるＷＤＭ方式の光通信においては、伝送装置の小型化および高集積化のために複数の波長を出力可能な光送信機が必要とされる。この光送信機には、光源として一般的に半導体レーザーが用いられる。このため、同一基板上に複数の異なる波長を出射可能な複数の半導体レーザーを製造するための技術として、例えば、基板表面に面積の異なる凹部や凸部をパターニング等により形成して、その上に化合物半導体の結晶成長を行う方法や、基板表面に開口部の面積が異なる酸化物マスクを形成して、かかる開口部に化合物半導体を選択的に結晶成長させる方法などにより、素子間の活性層の膜厚を変化させて発光波長を異ならせる技術が提案されている。
【０００４】
しかし、前者の方法では、さらにデバイスを構成する化合物半導体の結晶品質を左右する素子形成面上に凹凸を設けるため、品質の高い化合物半導体結晶を得ることが難しく、また、後者の方法においても、酸化物マスクを形成することで基板表面に加工ダメージを与えるおそれがあり、このように従来の方法では品質が高く、かつ異なる発光波長を有する半導体レーザーを同一基板上に複数形成することが難しかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、良好な結晶品質を有する化合物半導体の結晶膜を同一基板内において異なる膜厚で形成する結晶成長方法、およびこれを用いた半導体レーザーの製造方法を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、上記結晶成長方法に好適な結晶成長装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
１．結晶成長方法
本発明の結晶成長方法は、成長室内に収容される基板搭載部材に所与の基板を搭載すること、前記成長室内で前記基板を加熱しながら、該基板上に化合物半導体を結晶成長させること、を含み、前記基板搭載部材の前記基板を搭載する面側には温度分布付加部が設けられており、前記温度分布付加部を介して前記基板を加熱することによって前記基板の結晶成長面に所定の温度分布を生じさせながら前記化合物半導体の結晶成長を行う。
【０００８】
本発明でいう「基板搭載部材」とは、基板を搭載可能な領域を有する部材を意味し、専用部材に限られない。「基板搭載部材」としては、例えば、サセプタや基板ホルダーと呼ばれるものが含まれる。以下に示される各発明においても同様である。
【０００９】
本発明によれば、基板の結晶成長面上に化合物半導体を結晶成長させる際に、基板搭載部材の温度分布付加部を介して基板の裏面から加熱を行うと、基板の結晶成長面に温度分布付加部の上部を中心に傾斜した温度分布（温度勾配）を生じさせることができる。
【００１０】
ここで、化合物半導体の結晶成長においては、一般に結晶成長速度が基板の結晶成長面の温度に依存して変化しやすい。すなわち、本発明によれば、温度分布付加部によって基板の結晶成長面に温度分布が生じた状態で結晶成長を行うため、基板面内において成長速度が異なることにより、作製された化合物半導体の結晶膜が、基板の結晶成長面の温度分布に応じた膜厚分布を有することになる。このため、本発明によれば、同一基板内において、異なる膜厚が連続的に分布した化合物半導体の結晶膜を形成することができる。
【００１１】
さらに、本発明では、上述した膜厚分布を生じさせるために、化合物半導体を結晶成長する基板の結晶成長面に特別な加工を施さないため、結晶成長面の表面状態を良好に維持したまま結晶成長を行うことができる。このため、本発明によれば、基板上に良好な結晶品質の化合物半導体の結晶膜を結晶成長により形成することができる。
【００１２】
本発明の結晶成長方法は、以下の態様を採り得る。
【００１３】
（Ａ）前記温度分布付加部は、前記基板を搭載した際に該基板と接触する凸領域を有し、前記凸領域から前記温度分布付加部の他の領域に優先して前記基板に熱が加えられることにより前記基板の結晶成長面に所定の温度分布を生じさせることができる。
【００１４】
かかる態様によれば、凸領域を通じて基板が加熱することにより、基板の結晶成長面には、凸領域の上に対応する部分を中心とした温度勾配を有する温度分布が生じる。従って、かかる態様によれば、この温度分布が生じた状態で基板の結晶成長面上に化合物半導体を結晶成長して形成することで、基板の結晶成長面における温度分布に対応した膜厚分布を有する化合物半導体の結晶膜を良好な品質で形成することができる。
【００１５】
（Ｂ）前記凸領域の周囲には、少なくとも前記温度分布付加部を構成する材料より熱伝導率の低い材料で形成された熱遮断領域が存在することができる。
【００１６】
かかる態様によれば、熱遮断領域が形成された部分の上部には熱が伝わりにくいため、基板の結晶成長面における温度分布を比較的容易に制御することができる。また、かかる態様によれば、基板搭載部材の凸領域の周囲が埋められていることにより、基板搭載部材の上における基板の安定性および取扱性を向上させることができる。
【００１７】
（Ｃ）前記温度分布付加部は、該温度分布付加部を構成する材料より熱伝導率の高い材料が凹部内に埋め込まれて形成された高熱伝導領域を有し、前記高熱伝導領域から前記温度分布付加部の他の領域に優先して前記基板に熱が与えられることにより前記基板の結晶成長面に所定の温度分布を生じさせることができる。
【００１８】
かかる態様によれば、凹部内に温度分布付加部よりも熱伝導率の高い材料を埋め込んで高熱伝導領域を設けることにより、材料間の熱伝導率の差を利用して高熱伝導領域から優先的に基板に熱を付与することができるので、基板の結晶成長面側に高熱伝導領域の上部を中心とした温度傾斜を有する温度分布を生じさせることができる。これにより、かかる温度分布が生じた状態で結晶成長を行うことによって、所望の膜厚分布を有する化合物半導体の結晶膜を良好な品質で形成することができる。
【００１９】
（Ｄ）前記化合物半導体の結晶成長速度が、前記基板の結晶成長面の温度に依存して変化する結晶成長方法を用いることができる。このような結晶成長方法としては、例えば、有機金属気相成長法あるいは分子線エピタキシー法を用いることができる。
【００２０】
（Ｅ）本発明の結晶成長方法は、発光波長の異なる複数の半導体レーザーを同一基板上に形成するための製造方法であって、上記いずれかの結晶成長方法を用いて化合物半導体を結晶成長することを含む半導体レーザーの製造方法に適用することができる。
【００２１】
一般に、半導体レーザーにおいては活性層の膜厚により発光波長が変化することが知られている。このため、かかる態様によれば、同一基板内において、異なる膜厚が連続的に分布した活性層を形成することができ、発光波長の異なる複数の半導体レーザーを同一基板上に形成することができる。
【００２２】
２．結晶成長装置
（１）本発明の第１の結晶成長装置は、所与の基板上に化合物半導体を結晶成長させる成長室と、前記成長室内に収容され、前記基板が搭載される基板搭載部材と、を含み、前記基板搭載部材の基板搭載面は、前記基板を加熱した際に前記基板の結晶成長面に対して所定の温度分布を生じさせるための温度分布付加領域が形成されている。
【００２３】
本発明によれば、基板搭載部材の基板搭載面に温度分布付加領域が設けられた構成により上記した化合物半導体の結晶成長方法と同様の効果を実現することができる。なお、温度分布付加領域は、上記結晶成長方法の発明における温度分布付加部に対応する構成である。
【００２４】
本発明の第１の結晶成長装置は、以下の態様を採り得る。
【００２５】
（Ａ）前記温度分布付加領域には、前記基板を搭載した際に該基板と接触する凸領域が、前記基板搭載部材の基板搭載面を加工することにより形成されており、前記凸領域から前記温度分布付加領域の他の領域に優先して前記基板に熱を付与可能とされていることができる。
【００２６】
（Ｂ）前記温度分布付加領域は、前記凸領域の周囲に少なくとも前記基板搭載部材を構成する材料より熱伝導率の低い材料で覆われた熱遮断領域を有することができる。
【００２７】
（Ｃ）前記温度分布付加領域は、前記温度分布付加領域の他の領域に優先して前記基板に熱を付与可能とする高熱伝導領域を有しており、前記高熱伝導領域は、前記基板搭載部材の基板搭載面に形成された凹部内に該基板搭載部材を構成する材料より熱伝導率の高い材料が埋め込まれて形成されていることができる。
【００２８】
（２）本発明の第２の結晶成長装置は、所与の基板上に化合物半導体を結晶成長させる成長室と、前記成長室内に収容され、前記基板が搭載される基板搭載部材と、前記基板搭載部材と前記基板との間に介装され、前記基板を加熱した際に該基板の結晶成長面に対して所定の温度分布を生じさせるための温度分布付加部材と、を含む。
【００２９】
本発明によれば、第１の結晶成長装置の場合とは異なり、基板搭載部材とは、別個の部材として基板と基板搭載部材との間に介装される温度分布付加部材を設けることにより、上記した化合物半導体の結晶成長方法と同様の効果を実現することができる。なお、温度分布付加部材は、上記結晶成長方法の発明における温度分布付加部に対応する構成である。
【００３０】
本発明の第２の結晶成長装置は、以下の態様を採り得る。
【００３１】
（Ａ）前記温度分布付加部材は、前記基板の搭載時に該基板と接触する凸領域を有し、前記凸領域から前記温度分布付加部材の他の領域に優先して前記基板に熱を付与可能とされていることができる。
【００３２】
（Ｂ）前記温度分布付加部材は、前記凸領域の周囲に少なくとも前記温度分布付加部材を構成する材料より熱伝導率の低い材料で覆われた熱遮断領域を有することができる。
【００３３】
（Ｃ）前記温度分布付加部材は、前記温度分布付加部材の他の領域に優先して前記基板に熱を付与可能とする高熱伝導領域を有しており、前記高熱伝導領域は、前記温度分布付加部材に形成された凹部内に該温度分布付加部材を構成する材料より熱伝導率の高い材料が埋め込まれて形成されている。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施の形態に係るＭＯＣＶＤ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置１０００について説明する。図１は、ＭＯＣＶＤ装置１０００を模式的に示す図である。
【００３６】
ＭＯＣＶＤ装置（結晶成長装置）１０００は、成長室１０と、第１〜第３原料室２０，２２，２４とを有する。成長室１０には、基板６０の温度を制御するためのヒーター４０が設けられている。そして、このヒーター４０の上には、基板６０を搭載するサセプタ（基板搭載部材）５０が設けられている。また、第１〜第３原料室２０，２２，２４のそれぞれと、成長室１０とは、ガス供給ライン３０により接続されている。ＭＯＣＶＤ装置１０００は、ガス供給ライン３０に主としてキャリアガスたる水素（Ｈ_２）ガスが供給されている。ＭＯＣＶＤ装置１０００には、これら図示した構成のほかに排気手段などが必要に応じて設けられる。
【００３７】
第１原料室２０には、ガリウム原料２０ａが充填されている。ガリウム原料２０ａとしては、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を挙げることができる。
【００３８】
第２原料室２２には、アルミニウム原料２２ａが充填されている。アルミニウム原料２２ａとしては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）を挙げることができる。
【００３９】
第３原料室２４には、砒素原料２４ａが充填されている。砒素原料２４ａとしては、例えば、ターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡｓ）を挙げることができる。
【００４０】
また、必要に応じて、砒素原料としてのアルシン（ＡｓＨ_３）ガスが充填された第４原料室２６を設けてもよい。
【００４１】
サセプタ５０は、主として熱伝導性の良好な金属あるいは合金を材料として形成されており、図２に示すように、基板６０の搭載面に温度分布付加領域（温度分布付加部）５２が形成されている。温度分布付加領域５２は、例えば、サセプタ５０の基板搭載面が周期的な凸領域５４を有するようにパターニング加工することにより形成される。パターニングの態様としては、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すように、柱状パターン（図３（Ａ））や、ストライプパターン（図３（Ｂ））や、格子パターン（図３（Ｃ））など種々のパターンを採用することができる。温度分布付加領域５２として例えば、凸領域５４を設けた場合には、図４に示されるように、サセプタ５０に基板６０を搭載した際に、凸領域５４が基板６０と接触することになる。そして、このような状態においてヒーター４０から基板搭載部材５０を介して基板を加熱すると、凸領域５４とその周囲の雰囲気ガスとの熱伝導率の差によって、基板６０の裏面側から与えられる熱は、優先的に凸領域５４から基板６０の内部に伝わっていくことになる。このため、基板６０の表面（結晶成長面）においては、図４に示すように、凸領域５４の上部を中心とした温度勾配を有する温度分布が生じる。ここで、図３において示した凸領域５４のパターニングの態様に照らして基板６０の表面の温度分布を観察すると、例えば、図５に示される等温度分布図のように、凸領域５４上部の周囲に向かって等位温度領域が傾斜的に広がった温度分布を生じるものと考えられる。
【００４２】
また、化合物半導体の結晶成長の速度は、図６に示すように、基板６０の結晶成長面の温度に依存するため、基板６０上に温度分布に対応した膜厚分布を有する化合物半導体の結晶膜を形成するためには、基板６０の結晶成長面の温度に結晶成長速度が依存する結晶成長方法を用いて形成すればよい。このような結晶成長方法として、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）は好適である。また、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）も同様に、基板６０の結晶成長面の温度に結晶成長温度が依存する結晶成長方法として例示できる。かかるＭＢＥ法を用いた場合は、後述にて説明する。また、結晶成長の際に基板６０の裏面側から与えられる熱量は、基板６０の結晶成長面の温度が結晶成長速度の急激に変化する温度領域に入るように制御することが好ましい。
【００４３】
このように、本実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置１０００によれば、温度分布付加領域５２によって基板６０の結晶成長面に温度分布が生じた状態で結晶成長を行うことができるため、基板６０の面内において成長速度が異なることにより、作製される化合物半導体の結晶膜が、基板６０の結晶成長面の温度分布に応じた膜厚分布を有することになる。このため、ＭＯＣＶＤ装置１０００によれば、同一基板６０内において、異なる膜厚が連続的に分布した化合物半導体の結晶膜を形成することができる。さらに、ＭＯＣＶＤ装置１０００では、上述した膜厚分布を生じさせるために、化合物半導体を結晶成長する基板６０の結晶成長面に特別な加工を施さないため、結晶成長面の表面状態を良好に維持したまま結晶成長を行うことができる。このため、本実施の形態に係るＭＯＣＶＤ装置１０００によれば、基板６０上に良好な結晶品質の化合物半導体の結晶膜を結晶成長により形成することが可能となる。
【００４４】
［第２の実施形態］
以下では、第１の実施形態で説明したＭＯＣＶＤ装置１０００を用いた化合物半導体の結晶成長方法を説明する。
【００４５】
図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、本実施の形態に係る化合物半導体の結晶成長工程を模式的に示す断面図である。
【００４６】
（１）まず、図７（Ａ）に示すように、化合物半導体を結晶成長するための基板６０を用意する。基板６０は、例えば、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板、サファイア基板などが挙げられる。この基板６０の材質は、その上に結晶成長する化合物半導体の種類に応じて適宜選択すればよい。ここでは、原料としてＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体を結晶成長するものとしてＧａＡｓ基板が選択される。
【００４７】
（２）次に、図７（Ｂ）に示すように、基板６０をサセプタ５０の上に形成された温度分布付加領域５２の上に搭載して成長室５０に収容し、ヒーター４０を用いて所定の温度になるまで基板６０を加熱する。このとき、サセプタ５０と基板６０とは、温度分布付加領域５２の凸領域５４において接触しており、ヒーター４０からサセプタ５０を通じて基板６０に与えられる熱は、この凸領域５４を介して基板６０に流入する。
【００４８】
（３）次に、図７（Ｃ）に示すように、基板６０上に化合物半導体を結晶成長して所望の化合物半導体からなる結晶成長部１００を形成する。このとき、凸領域５４とその周囲の雰囲気ガスの層との熱伝導率の差によって、基板６０の結晶成長面には、図４に示されるような温度分布を生じている。従って、本実施の形態の結晶成長方法では、この温度分布に対応した結晶成長速度で化合物半導体の結晶成長が進行していくので、基板６０の面内において凸領域５４の上部が厚くなるような膜厚分布を持たせながら結晶成長部１００を形成することができる。
【００４９】
なお、ＭＯＣＶＤ法による化合物半導体の結晶成長機構は、以下の通りである。まず、第１〜第４原料室２０，２２，２４に充填されている原料２０ａ，２２ａ，２４ａは、それぞれ、キャリアガスとしての水素（Ｈ_２）によりバブリングされながら、ガス供給ライン３０を通じて成長室１０に輸送される。そして、それぞれの原料２０ａ，２２ａ，２４ａは、成長室１０において熱分解され、図７（Ｃ）に示すように、基板６０の上に堆積して結晶成長していく。なお、図７（Ｃ）に示す化合物半導体の結晶成長の際、第４の原料室２６に充填されたアルシンガスを、キャリアガスの水素とともに成長室１０に導入してもよい。
【００５０】
［第３の実施形態］
以下では、第２の実施形態で説明した結晶成長部１００を基板６０上に形成した後に、半導体レーザーとして加工を行い、ストライプレーザーまたは面発光型レーザーを形成するための製造工程を説明する。
【００５１】
１．ストライプレーザーの製造工程
図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、ストライプレーザーを形成する場合の結晶成長部１００の断面を模式的に示した図である。
【００５２】
ストライプレーザーを形成する場合の結晶成長部１００は、図８（Ｂ）に示すように、例えば、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層１１０、例えば、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなるｎ型クラッド層１２０、例えば、ＡｌＧａＡｓバリア層／ＧａＡｓ井戸層／ＡｌＧａＡｓバリア層からなる量子井戸構造（単一量子井戸であってもよいし、多重量子井戸であってもよい）を有する活性層１３０、例えば、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなるｐ型クラッド層１４０、および例えば、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１５０を順次積層したものにより構成される。なお、活性層１３０は、上述した量子井戸構造を有するものに限らず、例えば、ｐ型ＧａＡｓからなる単層であってもよい。
【００５３】
ここで、図９に示すように、半導体レーザーの発光波長は、活性層（量子井戸構造の場合は、井戸層）１３０の膜厚に依存する。また、上述したように、本実施の形態の製造方法においては、結晶成長部１００を構成する化合物半導体の各層１１０〜１５０が基板１０の表面の温度分布に応じた膜厚分布をもって形成される。このため、図８（Ｂ）に示すように、活性層１３０の膜厚が異なる領域では、発光波長の異なる半導体レーザーを得ることができる。
【００５４】
そこで、本実施の形態に係る製造方法では、以下のようにして基板１０上に発光波長の異なる複数のストライプレーザーを形成することができる。
【００５５】
図１０は、基板１０上に発光波長の異なる複数のストライプレーザーを形成するための製造工程を模式的に示す断面図である。
【００５６】
まず、上述の第２の実施形態で説明した（１）〜（３）の工程により結晶成長部１００を形成した後に、必要に応じて、図１０（Ａ）に示すように、基板１０の裏面側を研磨して所与の厚さにする。
【００５７】
次に、図１０（Ｂ）に示すように、ｎ型バッファ層１１０、ｎ型クラッド層１２０、活性層１３０、ｐ型クラッド層１４０、およびｐ型コンタクト層１５０を素子となる領域ごとに分離し、各素子間およびｐ型コンタクト層１５０の上に例えば、ＳｉＯ_２からなる絶縁層１６０を公知の手法を用いて形成し、これにストライプパターンの貫通孔１６５を形成する。
【００５８】
そして、図１０（Ｃ）に示すように、ｐ型コンタクト層１５０および絶縁層１６０の上に、例えば、蒸着法を用いて金属膜からなるｐ型電極１７０を形成する。ｐ型電極１７０としては、例えば、Ｃｒ膜、ＡｕＺｎ膜、Ａｕ膜などの積層膜を用いることができる。続いて、基板１０の裏面に金属膜からなるｎ型電極１８０を形成する。ｎ型電極１８０としては、例えば、Ｃｒ膜、ＡｕＧｅ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜などの積層膜を用いることができる。
【００５９】
このように、本実施の形態に係る製造工程を用いることにより、例えば、図１１に示すように、発光波長の異なる複数のストライプレーザー２０１〜２０４が同一基板１０の上に形成された光源を実現することができる。
【００６０】
２．面発光型レーザーの製造工程
図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）は、面発光型レーザーを形成する場合の結晶成長部１００の断面を模式的に示した図である。
【００６１】
面発光型レーザーの場合の結晶成長部１００は、図１２（Ｂ）に示すように、基板６０上に例えば、ｎ型ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層１１０、ｎ型ＤＢＲミラー１１５、例えば、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなるｎ型コンファインメント層１２０、例えば、ＡｌＧａＡｓバリア層／ＧａＡｓ井戸層／ＡｌＧａＡｓバリア層からなる量子井戸構造（単一量子井戸であってもよいし、多重量子井戸であってもよい）を有する活性層１３０、例えば、ｐ型ＡｌＧａＡｓからなるｐ型コンファインメント層１４０、ｐ型ＤＢＲミラー１４５、例えば、ｐ型ＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層１５０を順次積層して形成することができる。なお、ｎ型ＤＢＲミラー１１５は、例えば、ｎ型ＧａＡｓとｎ型ＡｌＧａＡｓとが交互に積層された多層反射膜ミラーを用いることができる。また、ｐ型ＤＢＲミラー１４５は、例えば、ｐ型ＧａＡｓとｐ型ＡｌＧａＡｓとが交互に積層された多層反射膜ミラーを用いることができる。また、活性層１３０は、上述した量子井戸構造を有するものに限らず、例えば、ｐ型ＧａＡｓからなる単層であってもよい。
【００６２】
ここで、面発光型レーザーの場合においても、上述したストライプレーザーの場合と同様に、発光波長が活性層（量子井戸構造の場合は、井戸層）１３０の膜厚に依存するので、図１２（Ｂ）に示すように、活性層１３０の膜厚が異なる領域では、発光波長の異なる半導体レーザーを得ることができる。また、面発光型レーザーの場合は、レーザーの縦モードの長さ（共振器長）が発光波長に対応する必要があるが、本実施の形態の製造方法では、活性層１３０のみならず、その上下に配置されるＤＢＲミラー１１５、１４５などの各層に対しても同様の膜厚分布を生じさせることができるため、自己整合的に縦モードの長さを発光波長に対応させることができる。
【００６３】
そこで、本実施の形態に係る製造方法では、以下のようにして基板６０上に発光波長の異なる複数の面発光型レーザーを形成することができる。
【００６４】
図１３は、基板６０上に発光波長の異なる複数の面発光型レーザーを形成するための製造工程を模式的に示す断面図である。
【００６５】
まず、上述の第２の実施形態で説明した（１）〜（３）の工程により結晶成長部１００を形成した後に、必要に応じて、図１３（Ａ）に示すように、基板６０の裏面側を研磨して所与の厚さにする。
【００６６】
次に、図１３（Ｂ）に示すように、ｎ型バッファ層１１０、ｎ型ＤＢＲミラー１１５、ｎ型コンファインメント層１２０、活性層１３０、ｐ型コンファインメント層１４０、ｐ型ＤＢＲミラー１４５、およびｐ型コンタクト層１５０を素子となる領域ごとに分離する。さらに、必要に応じて、ｎ型コンファインメント層１２０〜ｐ型コンタクト層１５０をエッチングして電流狭窄構造とすることができる。
【００６７】
そして、図１３（Ｃ）に示すように、各素子間を絶縁層１６０で絶縁分離した後に、少なくともｐ型コンタクト層１５０の上に、例えば、蒸着法を用いて金属膜からなるｐ型リング電極１７０を形成する。ｐ型リング電極１７０としては、例えば、Ｃｒ膜、ＡｕＺｎ膜、Ａｕ膜などの積層膜を用いることができる。続いて、基板１０の裏面に金属膜からなるｎ型電極１８０を形成する。ｎ型電極１８０としては、例えば、Ｃｒ膜、ＡｕＧｅ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜などの積層膜を用いることができる。
【００６８】
このように、本実施の形態に係る製造工程を用いることにより、図１４に示すような半導体レーザーアレイ３００のように、発光波長の異なる複数の面発光型レーザー３０１〜３０４を同一基板６０の上に形成することができる。
【００６９】
上述したように、本実施の形態の製造方法を用いれば、基板６０の結晶成長面に特殊な加工を施さないので基板６０の表面に加工ダメージのない状態で、所与の膜厚分布を有するように化合物半導体を結晶成長することができる。このため、本実施の形態に係る製造方法によれば、良好な品質の化合物半導体結晶からなる活性層を有し、かつ発光波長の異なる複数のストライプレーザー２０１〜２０４や面発光型レーザー３０１〜３０４を同一基板上に形成することができる。
【００７０】
なお、以上に説明した第２及び第３の実施形態においては、結晶成長部１００をＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓを主要な材料とした層により形成する場合について説明したが、これらに限定されるものではなく、例えば、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ａｌ、Ｎ、Ｐなどを構成元素として含む公知のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料を結晶成長部１００を構成する層の材料として用いることができる。
【００７１】
［第４の実施形態］
以下、本発明の第４の実施形態として上述した第１〜第３の実施形態に関する変形例を説明する。
【００７２】
４−１．変形例１
まず、基板１０の裏面側に設けられる温度分布付加領域の態様は、基板１０に凸部２０を設けるようにパターニングする場合に限られず、例えば、図１５（Ａ）や図１５（Ｂ）に示すような態様を用いることができる。
【００７３】
まず、図１５（Ａ）に示す態様では、温度分布付加領域を構成するサセプタ５０の基板搭載面に形成された凸領域５４の周囲に例えば、ＳｉＯ_２（酸化シリコン）からなる熱遮断領域５６を形成している。この熱遮断領域５６は、結晶成長を行うためのＭＯＣＶＤ装置１０００内における基板６０の安定性や基板６０の取扱いの利便性などを考慮して必要に応じて設ければよい。この熱遮断領域５６の材料としては、ＳｉＯ_２の他に、例えば、ＳｉＣ（炭化シリコン）、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）などが挙げられるが、少なくともサセプタ５０を構成する材料より熱伝導率の低い材料であればよく、上述したものに限定されない。
【００７４】
また、図１５（Ｂ）に示す態様では、温度分布付加領域としてサセプタ５０を構成する材料より熱伝導率の高い材料をサセプタ５０の基板搭載面側に形成した凹部内に埋め込んで形成された高熱伝導領域５８を設けることにより、この高熱伝導領域５８を通じて熱を基板６０に与えて基板６０の結晶成長面側に温度分布を生じさせることができる。このような高熱伝導領域５８に用いることができる材料としては、例えば、Ｗ（タングステン）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）などが挙げられる。さらに、かかる高熱伝導領域５８を用いる態様では、サセプタ５０に形成された凹部内に異なる熱伝導率の材料を埋め込んでおくことで、それぞれの高熱伝導領域５８の上部において異なる膜厚分布を有する結晶成長部を形成することができる。かかる場合の結晶性成長工程は、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示される。
【００７５】
まず、図１６（Ａ）に示すように、熱伝導率の異なる材料を用いて形成された高熱伝導領域５８ａ、５８ｂを有するサセプタ５０の上に基板６０を搭載する。次に、図１６（Ｂ）に示すように、高熱伝導領域５８ａ、５８ｂを通じて基板６０を加熱しながら、化合物半導体の結晶成長を行い、結晶成長部１００を形成する。このとき、基板６０の結晶成長面における高熱伝導領域５８ａの上部と、高熱伝導領域５８ｂの上部とでは、高熱伝導領域５８ａ、２２ｂの熱伝導率の違いにより異なる温度分布が生じるため、その上に形成された領域１０１、１０２においては、異なる膜厚分布が生じることになる。これにより、領域１０１、１０２に対して上述した手法を用いてストライプレーザーや面発光型レーザーを形成することにより、さらに多種類の発光波長を有する半導体レーザーを同一基板１０上に形成することが可能となる。また、かかる場合においては、例えば、図１７（Ａ）または図１７（Ｂ）に示すように（図１７（Ａ）は、ストライプレーザーの場合、図１７（Ｂ）は、面発光型レーザーの場合を示す）、領域１０１、１０２のそれぞれに少なくともひとつずつの半導体レーザーを形成しておけば、同一基板６０上に発光波長の異なる複数の半導体レーザーを形成することができる。
【００７６】
４−２．変形例２
図１８は、第１の実施形態で説明したＭＯＣＶＤ装置１０００に代えて第２の実施形態で説明した結晶成長方法や第３の実施形態で説明した半導体レーザーの製造方法に適用することができるＭＢＥ（分子線エピタキシー）装置２０００を模式的に示す図である。
【００７７】
ＭＢＥ装置２０００は、成長室１０とこれとゲートバルブ１４によって接続された準備室１２を備える。成長室１０には、所定の位置に基板ホルダー（基板搭載部材）５１が配置され、基板ホルダー５１に基板６０が搭載可能とされている。また、成長室１０には、基板ホルダー５１の内部側から基板ホルダー５１を介して基板６０を加熱するためのヒーター４０が設けられている。なお、ＭＢＥ装置２０００には、図示を省略するが、成長室１０や準備室１２を真空状態とするための減圧手段（排気手段）などが設けられる。
【００７８】
また、成長室１０には、その内壁に沿うように液体シュラウド１０ａが設けられていて、この液体シュラウド１０ａ内に例えば、液体窒素などの冷却媒体が流されて、成長室１０内を冷却しながら結晶成長が行われる。この液体シュラウド１０ａには、複数の貫通孔が設けられており、かかる貫通孔には、各種化合物半導体の原料（例えば、Ｇａ、Ａｌ、Ａｓ、など）が収容された分子線セル７１〜７４が挿入されて固定されている。分子線セル７１〜７４は、それぞれ個別に設けられた加熱手段（図示省略）により加熱可能とされ、内部に収容された化合物半導体の原料を蒸発（昇華）させて基板６０側に分子線を照射可能とされている。また、分子線セル７１〜７４に対しては、それぞれに対応して設けられた開閉可能なセル側シャッター８１〜８４が設けられて基板６０に照射する分子線の種類を切替可能とされている。そして、成長室１０内の基板ホルダー５１に搭載された基板６０の結晶成長面側には、結晶成長工程に応じて開閉可能な基板側シャッター８５が設けられており、これらのシャッター８１〜８５を開閉しながら、所望の化合物半導体の結晶膜を結晶成長して形成することができる。
【００７９】
ところで、本例におけるＭＢＥ装置２０００では、基板ホルダー５１は、主として熱伝導性の良好な金属あるいは合金を材料として形成され、図１９に示されるように、基板搭載面に温度分布付加領域５２を有しており、第１の実施形態のＭＯＣＶＤ装置１０００の場合と同様に基板に所与の温度分布を生じさせるように基板搭載面が加工されている（図３〜図５参照）。このため、本例におけるＭＢＥ装置２０００においても、第１の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置１０００の場合と同様に、基板ホルダー５１の温度分布付加領域５２を通じて基板６０を加熱して、基板６０の結晶成長面に温度分布付加領域５２に応じた温度分布を付与しながら化合物半導体の結晶成長を行うことができる。
【００８０】
４−３．変形例３
本例では、第１の実施形態で説明したＭＯＣＶＤ装置１０００のサセプタ５０や、本実施の形態で説明したＭＢＥ装置２０００の基板ホルダー５１のように基板搭載面に直接加工を施して温度分布付加領域を設けるのではなく、例えば、図２０に示すように、ＭＯＣＶＤ装置１０００の場合には、サセプタ５０と基板６０との間に介装され、また例えば、図２１に示すように、ＭＢＥ装置２０００の場合には、基板ホルダー５１と基板６０との間に介装される温度分布付加部材５９を個別に設けた構成を採用することができる。温度分布付加部材５９は、サセプタ５０や基板ホルダー５１と同様の材料により形成することができる。また、この温度分布付加部材５９には、サセプタ５０や基板ホルダー５１に形成されていた温度分布付加領域５２に対応する加工が施されており（図３を参照）、この温度分布付加領域５２が基板６０と接触して結晶成長時に基板６０の結晶成長面に所定の温度分布を生じさせることができる（図４、図５を参照）。そして、本例のように、温度分布付加領域５２が形成される部材を温度分布付加部材５９として個別に設けることによって、この温度分布付加部材５９を必要に応じて取り替えて用いることにより、容易に多種多様な膜厚分布状態で化合物半導体を結晶成長することができるようになる。
【００８１】
以上に、本発明に好適な実施の形態について説明したが、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において各種の態様をとりうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置を模式的に示す図である。
【図２】第１の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置のサセプタを模式的に示す図である。
【図３】サセプタの基板搭載面のパターンを説明するための図である。
【図４】基板の結晶成長面の温度分布を説明するための図である。
【図５】基板の結晶成長面の温度分布を説明するための図である。
【図６】基板温度と結晶成長速度の関係を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る化合物半導体の結晶成長工程を示す断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るストライプレーザーを形成する場合の層構造を示す断面図である。
【図９】活性層の膜厚と発光波長との関係を説明するための図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係るストライプレーザーの製造工程を示す断面図である。
【図１１】複数のストライプレーザーが形成された光源を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る面発光型レーザーを形成する場合の層構造を示す断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る面発光型レーザーの製造工程を示す断面図である。
【図１４】複数の面発光型レーザーが形成された半導体レーザーアレイを示す図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係るサセプタの基板搭載面の変形例を示す断面図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態に係る化合物半導体の結晶成長工程の変形例を示す断面図である。
【図１７】本発明の第４の実施形態に係る化合物半導体の結晶成長工程の変形例を適用した半導体レーザーを示す断面図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係るＭＢＥ装置を模式的に示す図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態に係るＭＢＥ装置の基板ホルダーを模式的に示す図である。
【図２０】本発明の第４の実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置の温度分布付加部材を説明するための図である。
【図２１】本発明の第４の実施形態に係るＭＢＥ装置の温度分布付加部材を説明するための図である。
【符号の説明】
１０成長室、５０サセプタ（基板搭載部材）、５１基板ホルダー（基板搭載部材、５２温度分布付加領域、５４凸領域、５６熱遮断領域、５８高熱伝導領域、５９温度分布付加部材、６０基板、１００結晶成長部、２０１，２０２，２０３，２０４ストライプレーザー（半導体レーザー）、３０１，３０２，３０３，３０４面発光型レーザー（半導体レーザー）、３００半導体レーザーアレイ、１０００ＭＯＣＶＤ装置（結晶成長装置）、２０００ＭＢＥ装置（結晶成長装置）

Claims

成長室内に収容される基板搭載部材に所与の基板を搭載すること、
前記成長室内で前記基板を加熱しながら、該基板上に化合物半導体を結晶成長させること、
を含み、
前記基板搭載部材の前記基板を搭載する面側には温度分布付加部が設けられており、
前記温度分布付加部を介して前記基板を加熱することによって前記基板の結晶成長面に所定の温度分布を生じさせながら前記化合物半導体の結晶成長を行う、結晶成長方法。
請求項１において、
前記温度分布付加部は、前記基板を搭載した際に該基板と接触する凸領域を有し、
前記凸領域から前記温度分布付加部の他の領域に優先して前記基板に熱が加えられることにより前記基板の結晶成長面に所定の温度分布を生じさせる、結晶成長方法。
請求項２において、
前記凸領域の周囲には、少なくとも前記温度分布付加部を構成する材料より熱伝導率の低い材料で形成された熱遮断領域が存在する、結晶成長方法。
請求項１において、
前記温度分布付加部は、該温度分布付加部を構成する材料より熱伝導率の高い材料が凹部内に埋め込まれて形成された高熱伝導領域を有し、
前記高熱伝導領域から前記温度分布付加部の他の領域に優先して前記基板に熱が与えられることにより前記基板の結晶成長面に所定の温度分布を生じさせる、結晶成長方法。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記化合物半導体の結晶成長速度が、前記基板の結晶成長面の温度に依存して変化する結晶成長方法を用いる、結晶成長方法。
請求項５において、
前記結晶成長方法は、有機金属気相成長法あるいは分子線エピタキシー法である、結晶成長方法。
発光波長の異なる複数の半導体レーザーを同一基板上に形成するための製造方法であって、
請求項１〜６のいずれかに記載された結晶成長方法を用いて化合物半導体を結晶成長することを含む、半導体レーザーの製造方法。
所与の基板上に化合物半導体を結晶成長させる成長室と、
前記成長室内に収容され、前記基板が搭載される基板搭載部材と、
を含み、
前記基板搭載部材の基板搭載面は、前記基板を加熱した際に前記基板の結晶成長面に対して所定の温度分布を生じさせるための温度分布付加領域が形成されている、結晶成長装置。
請求項８において、
前記温度分布付加領域には、前記基板を搭載した際に該基板と接触する凸領域が、前記基板搭載部材の基板搭載面を加工することにより形成されており、
前記凸領域から前記温度分布付加領域の他の領域に優先して前記基板に熱を付与可能とされている、結晶成長装置。
請求項９において、
前記温度分布付加領域は、前記凸領域の周囲に少なくとも前記基板搭載部材を構成する材料より熱伝導率の低い材料で覆われた熱遮断領域を有する、結晶成長装置。
請求項８において、
前記温度分布付加領域は、前記温度分布付加領域の他の領域に優先して前記基板に熱を付与可能とする高熱伝導領域を有しており、
前記高熱伝導領域は、前記基板搭載部材の基板搭載面に形成された凹部内に該基板搭載部材を構成する材料より熱伝導率の高い材料が埋め込まれて形成されている、結晶成長装置。
所与の基板上に化合物半導体を結晶成長させる成長室と、
前記成長室内に収容され、前記基板が搭載される基板搭載部材と、
前記基板搭載部材と前記基板との間に介装され、前記基板を加熱した際に該基板の結晶成長面に対して所定の温度分布を生じさせるための温度分布付加部材と、
を含む、結晶成長装置。
請求項１２において、
前記温度分布付加部材は、前記基板の搭載時に該基板と接触する凸領域を有し、前記凸領域から前記温度分布付加部材の他の領域に優先して前記基板に熱を付与可能とされている、結晶成長装置。
請求項１３において、
前記温度分布付加部材は、前記凸領域の周囲に少なくとも前記温度分布付加部材を構成する材料より熱伝導率の低い材料で覆われた熱遮断領域を有する、結晶成長装置。
請求項１２において、
前記温度分布付加部材は、前記温度分布付加部材の他の領域に優先して前記基板に熱を付与可能とする高熱伝導領域を有しており、
前記高熱伝導領域は、前記温度分布付加部材に形成された凹部内に該温度分布付加部材を構成する材料より熱伝導率の高い材料が埋め込まれて形成されている、結晶成長装置。
請求項８〜１５のいずれかにおいて、
有機金属気相成長法あるいは分子線エピタキシー法により前記化合物半導体を結晶成長する、結晶成長装置。