JP3066601B2 - 化合物半導体装置の製造方法 - Google Patents
化合物半導体装置の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 化合物半導体装置の製造方法に関し、 光通信素子のコルゲーションのような微細な凹凸部を
有するInP基板上に、この凹凸を維持しながら他の層を
適正に成長させることを可能とした、有機金属気相成長
法を用いた化合物半導体装置の製造方法を提供すること
を目的とし、 凹凸部を有するInP結晶基板上に、有機金属気相成長
法を用いて、In1-xGaxAs1-yPyまたはIn1-xGax-yAlyAs
（ただし、０≦ｘ≦1,0≦ｙ≦１）の層をエピタキシャ
ル成長させる際に、上記基板上に、上記凹凸の高さより
小さい膜厚を有し、且つ上記In1-xGaxAs1-yPyまたはIn
1-xGax-yAlyAs層とな異なる組成のInuGa1-uAs、InuGa
1-uAsvP1-vまたはIn1-uGau-vAlvAs層（ただし、０≦ｕ
≦１、０≦ｖ≦１）から成り、上記In1-xGaxAs1-yPyま
たはIn1-xGax-yAlyAs層のエピタキシャル成長温度での
上記基板凹凸部の熱変形を防止する化合物半導体の層
を、上記In1-xGaxAs1-yPyまたはIn1-xGax-yAlyAs層のエ
ピタキシャル成長温度より低い温度でエピタキシャル成
長させた後に、この熱変形防止層上に上記In1-xGaxAs
1-yPyまたはIn1-xGax-yAlyAs層のエピタキシャル成長を
行なうように構成する。
有するInP基板上に、この凹凸を維持しながら他の層を
適正に成長させることを可能とした、有機金属気相成長
法を用いた化合物半導体装置の製造方法を提供すること
を目的とし、 凹凸部を有するInP結晶基板上に、有機金属気相成長
法を用いて、In1-xGaxAs1-yPyまたはIn1-xGax-yAlyAs
（ただし、０≦ｘ≦1,0≦ｙ≦１）の層をエピタキシャ
ル成長させる際に、上記基板上に、上記凹凸の高さより
小さい膜厚を有し、且つ上記In1-xGaxAs1-yPyまたはIn
1-xGax-yAlyAs層とな異なる組成のInuGa1-uAs、InuGa
1-uAsvP1-vまたはIn1-uGau-vAlvAs層（ただし、０≦ｕ
≦１、０≦ｖ≦１）から成り、上記In1-xGaxAs1-yPyま
たはIn1-xGax-yAlyAs層のエピタキシャル成長温度での
上記基板凹凸部の熱変形を防止する化合物半導体の層
を、上記In1-xGaxAs1-yPyまたはIn1-xGax-yAlyAs層のエ
ピタキシャル成長温度より低い温度でエピタキシャル成
長させた後に、この熱変形防止層上に上記In1-xGaxAs
1-yPyまたはIn1-xGax-yAlyAs層のエピタキシャル成長を
行なうように構成する。
本発明は、化合物半導体装置の製造方法に関し、詳し
くは、InP結晶基板上に形成した回折格子（コルゲーシ
ョン）等の微細な凹凸部の熱変形を防止して半導体素子
を成長させるたの有機金属気相成長法（MOVPE法）を用
いた化合物半導体装置の製造方法に関する。
くは、InP結晶基板上に形成した回折格子（コルゲーシ
ョン）等の微細な凹凸部の熱変形を防止して半導体素子
を成長させるたの有機金属気相成長法（MOVPE法）を用
いた化合物半導体装置の製造方法に関する。
近年の光通信素子の量産化の要求に伴ない量産化に適
した結晶成長法であるMOVPE法による光通信素子の成長
技術の確立が要請されている。特に、分布帰還型レーザ
ダイオード（DFB−LD）あるいは光導波路型素子のMOVPE
法による成長が要求されているが、たとえば、DFB−LD
では結晶基板上のコルゲーション形状が非常に重要なデ
バイスパラメータであり、このためコルゲーションを変
形させずに結晶を成長する必要がある。すなわち、石英
ファイバーの光分散特性によって、光通信に用いられる
光の波長は1.3あるいは1.5μｍに選ばれ、光半導体素子
はInP結晶基板上に結晶成長したInGaAsP半導体膜よりな
る。さて、光通信の大容量化に伴い、光パルスの単１モ
ード化が図られ、レーザ、また光導波路半導体素子の内
部に回折格子（コルゲーション）を形成する技術が開発
されてきた。回折格子を内部に有する素子中を伝搬する
光は回折格子によって回折され、特定の波長の光だけが
素子中を伝搬することができる。こうした素子において
は、光と回折格子の結合の強さ、すなわち、回折格子の
形状が素子中の光の伝搬特性を決定する最も基本的なパ
ラメータである。そのために設計通りに作製した回折格
子上に回折格子を変形させることなく必要な素子構造を
作製する必要がある。
した結晶成長法であるMOVPE法による光通信素子の成長
技術の確立が要請されている。特に、分布帰還型レーザ
ダイオード（DFB−LD）あるいは光導波路型素子のMOVPE
法による成長が要求されているが、たとえば、DFB−LD
では結晶基板上のコルゲーション形状が非常に重要なデ
バイスパラメータであり、このためコルゲーションを変
形させずに結晶を成長する必要がある。すなわち、石英
ファイバーの光分散特性によって、光通信に用いられる
光の波長は1.3あるいは1.5μｍに選ばれ、光半導体素子
はInP結晶基板上に結晶成長したInGaAsP半導体膜よりな
る。さて、光通信の大容量化に伴い、光パルスの単１モ
ード化が図られ、レーザ、また光導波路半導体素子の内
部に回折格子（コルゲーション）を形成する技術が開発
されてきた。回折格子を内部に有する素子中を伝搬する
光は回折格子によって回折され、特定の波長の光だけが
素子中を伝搬することができる。こうした素子において
は、光と回折格子の結合の強さ、すなわち、回折格子の
形状が素子中の光の伝搬特性を決定する最も基本的なパ
ラメータである。そのために設計通りに作製した回折格
子上に回折格子を変形させることなく必要な素子構造を
作製する必要がある。
また、化合物半導体装置の製造において、素子のメサ
構造部を形成し、次にこのメサ構造部の溝部分に他の層
を成長させたり、あるいは素子の段差部を形成し、次の
この段差部上に他の層を成長させたりすることが一般に
必要となる。その際、メサ構造部や段差部の特に角部分
（電流ブロック層となる）が次の層の成長温度で熱変形
し電流のリークパスとなる。このような変形も素子の動
作不良の原因となるのでやはり防止する必要がある。
構造部を形成し、次にこのメサ構造部の溝部分に他の層
を成長させたり、あるいは素子の段差部を形成し、次の
この段差部上に他の層を成長させたりすることが一般に
必要となる。その際、メサ構造部や段差部の特に角部分
（電流ブロック層となる）が次の層の成長温度で熱変形
し電流のリークパスとなる。このような変形も素子の動
作不良の原因となるのでやはり防止する必要がある。
これらの熱変形のうち、素子機能な致命的な影響を及
ぼすDFB−LDのコルゲーションの熱変形を例として更に
詳しく説明する。
ぼすDFB−LDのコルゲーションの熱変形を例として更に
詳しく説明する。
従来のInPコルゲーション基板上への光素子のMOVPE波
長においては、第２図に示したように、InP基板２を約6
00℃まで昇温し、InGaAsP四元混晶ガイド層３からInGaA
sP活性層４、InPクラッド層５、InGaAsPコレクタ層６ま
での多層膜成長を行なっていた。
長においては、第２図に示したように、InP基板２を約6
00℃まで昇温し、InGaAsP四元混晶ガイド層３からInGaA
sP活性層４、InPクラッド層５、InGaAsPコレクタ層６ま
での多層膜成長を行なっていた。
ところが約450℃以上の温度領域においてはコルゲー
ション１は熱変形を受け、ガイド層３の成長温度である
約600℃まで昇温したときには、第３図（ａ）に示した
形状のコルゲーション１′が第３図（ｂ）に示したよう
に熱的に変形（１″）してしまう。その結果設計通りの
回折格子効果が実現されなかった。そこで熱変形が余り
生じない低温下でのガイド層の成長が行なわれたが、MO
VPE法では約500℃以下ではＰとASの混った混晶、すなわ
ちInGaAsP四元混晶の組成制御が困難であり、今度は再
現性よくガイド層を成長することができなかった。
ション１は熱変形を受け、ガイド層３の成長温度である
約600℃まで昇温したときには、第３図（ａ）に示した
形状のコルゲーション１′が第３図（ｂ）に示したよう
に熱的に変形（１″）してしまう。その結果設計通りの
回折格子効果が実現されなかった。そこで熱変形が余り
生じない低温下でのガイド層の成長が行なわれたが、MO
VPE法では約500℃以下ではＰとASの混った混晶、すなわ
ちInGaAsP四元混晶の組成制御が困難であり、今度は再
現性よくガイド層を成長することができなかった。
従って、当初に作製したコルゲーションの形状を維持
したままで光通信素子結晶をMOVPE法で成長できず、素
子歩留りが悪いといった問題が生じていた。
したままで光通信素子結晶をMOVPE法で成長できず、素
子歩留りが悪いといった問題が生じていた。
また、一般にメサ構造部や段差部の上に次の層を成長
させる場合についても、熱変形によって前記のような素
子動作不良を生ずる恐れがあった。
させる場合についても、熱変形によって前記のような素
子動作不良を生ずる恐れがあった。
本発明は、光通信素子のコルゲーションのような微細
な凹凸を形成したInP基板上に、この凹凸を維持しなが
ら他の層を適正に成長させることを可能とした、有機金
属気相成長法を用いた化合物半導体装置の製造方法を提
供することを目的とする。
な凹凸を形成したInP基板上に、この凹凸を維持しなが
ら他の層を適正に成長させることを可能とした、有機金
属気相成長法を用いた化合物半導体装置の製造方法を提
供することを目的とする。
上記の目的は、本発明によれば、凹凸部を有するInP
結晶基板上に、有機金属気相成長法を用いて、In1-xGax
As1-yPyまたはIn1-xGax-yAlyAs（ただし、０≦ｘ≦1,0
≦ｙ≦１）の層をエピタキシャル成長させる際に、上記
基板上に、上記凹凸の高さより小さい膜厚を有し、且つ
上記In1-xGaxAs1-yPyまたはIn1-xGax-yAlyAs層とな異な
る組成のInuGa1-uAs、InuGa1-uAsvP1-vまたはIn1-uGa
u-vAlvAs層（ただし、０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１）から成
り、上記In1-xGaxAs1-yPyまたはIn1-xGax-yAlyAs層のエ
ピタキシャル成長温度での上記基板凹凸部の熱変形を防
止する化合物半導体の層を、上記In1-xGaxAs1-yPyまた
はIn1-xGax-yAlyAs層のエピタキシャル成長温度より低
い温度でエピタキシャル成長させた後に、この熱変形防
止層上に上記In1-xGaxAs1-yPyまたはIn1-xGax-yAlyAs層
のエピタキシャル成長を行なうことを特徴とする化合物
半導体装置の製造方法によって達成される。
結晶基板上に、有機金属気相成長法を用いて、In1-xGax
As1-yPyまたはIn1-xGax-yAlyAs（ただし、０≦ｘ≦1,0
≦ｙ≦１）の層をエピタキシャル成長させる際に、上記
基板上に、上記凹凸の高さより小さい膜厚を有し、且つ
上記In1-xGaxAs1-yPyまたはIn1-xGax-yAlyAs層とな異な
る組成のInuGa1-uAs、InuGa1-uAsvP1-vまたはIn1-uGa
u-vAlvAs層（ただし、０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１）から成
り、上記In1-xGaxAs1-yPyまたはIn1-xGax-yAlyAs層のエ
ピタキシャル成長温度での上記基板凹凸部の熱変形を防
止する化合物半導体の層を、上記In1-xGaxAs1-yPyまた
はIn1-xGax-yAlyAs層のエピタキシャル成長温度より低
い温度でエピタキシャル成長させた後に、この熱変形防
止層上に上記In1-xGaxAs1-yPyまたはIn1-xGax-yAlyAs層
のエピタキシャル成長を行なうことを特徴とする化合物
半導体装置の製造方法によって達成される。
本発明においては、表面に回折格子としてのコルゲー
ションを形成したInP基板上に、熱変形防止層としてInx
Ga1-xAs（但し、０≦ｘ≦１）の層を成長させると特に
有利である。
ションを形成したInP基板上に、熱変形防止層としてInx
Ga1-xAs（但し、０≦ｘ≦１）の層を成長させると特に
有利である。
この場合、第１段階として、コルゲーションが実質的
に熱変形しない約450℃以下の温度T1にInP結晶基板を昇
温し、この基板上に熱変形防止層としてInxGa1-xAs（０
≦ｘ≦１）三元混晶層を回折格子コルゲーションの高さ
（通常は20〜50nm）より薄い膜厚、望ましくは１〜5nm
程度の膜厚で薄膜成長し、少なくともInとGaの原料の供
給を停止することによって成長を中断する。
に熱変形しない約450℃以下の温度T1にInP結晶基板を昇
温し、この基板上に熱変形防止層としてInxGa1-xAs（０
≦ｘ≦１）三元混晶層を回折格子コルゲーションの高さ
（通常は20〜50nm）より薄い膜厚、望ましくは１〜5nm
程度の膜厚で薄膜成長し、少なくともInとGaの原料の供
給を停止することによって成長を中断する。
次に第２段階として、続いて上記基板をInGaAsP四元
混晶成長に都合のよい温度である約600℃に昇温し、そ
の温度で上記In1-xGaxAs熱変形防止層上にInGaAsP四元
混晶ガイド層で始まる光通信素子構造を成長する。
混晶成長に都合のよい温度である約600℃に昇温し、そ
の温度で上記In1-xGaxAs熱変形防止層上にInGaAsP四元
混晶ガイド層で始まる光通信素子構造を成長する。
上記の場合、コルゲーションが変形しない温度でInxG
a1-xAs薄膜の成長を行なっている。本発明者が実験的に
見い出した結果によれば、400℃程度の低温成長でもInx
Ga1-xAs薄膜はコルゲーション上の全面にエピタキシャ
ル成長する。従ってコルゲーション上にInxGa1-xAs保護
膜を作製した状態がこの第１段階で作られる。
a1-xAs薄膜の成長を行なっている。本発明者が実験的に
見い出した結果によれば、400℃程度の低温成長でもInx
Ga1-xAs薄膜はコルゲーション上の全面にエピタキシャ
ル成長する。従ってコルゲーション上にInxGa1-xAs保護
膜を作製した状態がこの第１段階で作られる。
本発明者が実験的に見い出した結果によればこのInxG
a1-xAs保護膜をかぶせたコルゲーションは熱変形を受け
にくく、厚さ3nmの保護膜の場合でさえ、600℃程度の高
温下でもその形状は変化しない。
a1-xAs保護膜をかぶせたコルゲーションは熱変形を受け
にくく、厚さ3nmの保護膜の場合でさえ、600℃程度の高
温下でもその形状は変化しない。
従って低温下でInxGa1-xAs薄膜を成長したあとて通常
の成長温度である約600℃に昇温し、InGaAsP四元混晶ガ
イド層を成長することにより、コルゲーションの変形な
く、しかもInGaAsP層の組成制御を精度よく行なって光
通信素子結晶を成長できる。
の成長温度である約600℃に昇温し、InGaAsP四元混晶ガ
イド層を成長することにより、コルゲーションの変形な
く、しかもInGaAsP層の組成制御を精度よく行なって光
通信素子結晶を成長できる。
熱変形防止層の厚さを回折格子コルゲーションの高さ
より小さくするのは、コルゲーションによる回折作用を
確保するためである。他の微細凹凸部たとえばメサ構造
や段差部についても、その凹凸プロファイルを熱変形防
止層の形として残したい場合には、回折格子コルゲーシ
ョンの場合と同様に、対象とする凹凸高さより小さい厚
さで熱変形防止層を成長させる。
より小さくするのは、コルゲーションによる回折作用を
確保するためである。他の微細凹凸部たとえばメサ構造
や段差部についても、その凹凸プロファイルを熱変形防
止層の形として残したい場合には、回折格子コルゲーシ
ョンの場合と同様に、対象とする凹凸高さより小さい厚
さで熱変形防止層を成長させる。
一般に熱変形防止層の厚さは、凹凸部の熱変形を防止
できる厚さであればよく、予め実験により適当に設定す
ることができる。
できる厚さであればよく、予め実験により適当に設定す
ることができる。
望ましくは、熱変形防止層の厚さは、この層とInP基
板との格子定数の違いによる格子不整合転位が発生する
臨界膜厚より薄くする。本発明者が実験的に見出した結
果によれば、最も格子不整合の大きなGaAs保護膜の場
合、その厚さを3nm程度に薄くすることによって、格子
不整合転位の発生をおさえられる。
板との格子定数の違いによる格子不整合転位が発生する
臨界膜厚より薄くする。本発明者が実験的に見出した結
果によれば、最も格子不整合の大きなGaAs保護膜の場
合、その厚さを3nm程度に薄くすることによって、格子
不整合転位の発生をおさえられる。
更に望ましくは、製造された化合物半導体装置で発生
させもしくはこの装置に入射させる光の波長よりも短波
長側に吸収端波長を有するように（例えば十分薄く）形
成する。これは、下記の理由による。
させもしくはこの装置に入射させる光の波長よりも短波
長側に吸収端波長を有するように（例えば十分薄く）形
成する。これは、下記の理由による。
すなわち、InxGa1-xAs熱変形防止層（但し、０≦ｘ≦
１）の組成として、基板InP結晶に格子整合した組成を
用いると、光素子で発生させるレーザ光や光素子への入
射光がこの熱変形防止層でかなり吸収され好ましくな
い。そのような不都合を避けるためには、基板InP結晶
に格子整合しない組成のInxGa1-xAs熱変形防止層を用い
ることが有利である。ところが本発明者の実験によれ
ば、このような格子不整合層を熱変形防止層として用い
た場合、例えば第７図に模式的に示したように、レーザ
発振しきい値の増大など素子特性の劣化が生じ、用途に
よっては障害になる場合がある。そこで、このような不
都合を回避するには、InGaAs熱変形防止層は基板である
InPとガイドであるInGaAsPではさまれた量子井戸となる
ように、十分に薄くし、量子サイズ効果によってその吸
収端波長をバルクうのInGaAsよりも短波長のものとし、
半導体光素子の活性層から出た光や素子に入射される光
の波長よりも吸収端が短波長にくるようにすることが有
効である。
１）の組成として、基板InP結晶に格子整合した組成を
用いると、光素子で発生させるレーザ光や光素子への入
射光がこの熱変形防止層でかなり吸収され好ましくな
い。そのような不都合を避けるためには、基板InP結晶
に格子整合しない組成のInxGa1-xAs熱変形防止層を用い
ることが有利である。ところが本発明者の実験によれ
ば、このような格子不整合層を熱変形防止層として用い
た場合、例えば第７図に模式的に示したように、レーザ
発振しきい値の増大など素子特性の劣化が生じ、用途に
よっては障害になる場合がある。そこで、このような不
都合を回避するには、InGaAs熱変形防止層は基板である
InPとガイドであるInGaAsPではさまれた量子井戸となる
ように、十分に薄くし、量子サイズ効果によってその吸
収端波長をバルクうのInGaAsよりも短波長のものとし、
半導体光素子の活性層から出た光や素子に入射される光
の波長よりも吸収端が短波長にくるようにすることが有
効である。
熱変形防止層を成長させる温度は一般に450℃以下と
すれば、この層の成長中のInP基板の凹凸部の熱変形を
防止できる。
すれば、この層の成長中のInP基板の凹凸部の熱変形を
防止できる。
熱変形防止層としては、前記のIn1-xGaxAsの代りに、
これにAlを添加したIn1-xGax-yAlyAs（０≦ｘ≦1,0≦ｙ
≦１）を用いても同様の効果が得られる。
これにAlを添加したIn1-xGax-yAlyAs（０≦ｘ≦1,0≦ｙ
≦１）を用いても同様の効果が得られる。
〔実施例１〕 本発明に従って、第１図に示した発光波長1.55μｍの
DFB−LDを作製する例を説明する。
DFB−LDを作製する例を説明する。
第３図（ａ）に示すようなコルゲーションを有するｎ
型InP基板２上への成長を行なう。コルゲーション１
は干渉露光法により作製し、コルゲーション周期は約24
0nm、高さは20〜50nmの程度とする。
型InP基板２上への成長を行なう。コルゲーション１
は干渉露光法により作製し、コルゲーション周期は約24
0nm、高さは20〜50nmの程度とする。
上記の基板２を硫酸系処理液で前処理したあとMOVPE
装置にセットし、成長を行なう。
装置にセットし、成長を行なう。
結晶成長に際し、成長圧力は約0.1気圧、反応室に導
入する主なガスのH2の流量は５〜10slm程度とする。
入する主なガスのH2の流量は５〜10slm程度とする。
第１段階としてH2ガスに2ccm程度PH3ガスを加えたガ
スを反応室に流しながら10分程度以下の時間で基板温度
を約400℃に昇温する。ここにPH3ガスは基板表面からの
Ｐの脱離をふせぐために微量流している。
スを反応室に流しながら10分程度以下の時間で基板温度
を約400℃に昇温する。ここにPH3ガスは基板表面からの
Ｐの脱離をふせぐために微量流している。
温度が安定したら、PH3ガスの導入を停止し、続い
て、例えばGaAsの原料である（C2H5）3GaとAsH3の導入
を行ない熱変形防止層としてGaAs薄膜７を成長する。こ
の膜７はInGaAsP四元混晶層のバンドギャップより大き
なバンドギャップを有するInGaAsP膜であればどのよう
な組成でもよい。またこの薄膜７の膜厚はコルゲーショ
ン１の高さより薄く、しかもInP基板２との格子不整
合に起因する不整合転移が発生する臨界膜厚より薄くす
るのがよい。実験によれば数分子層程度のGaAs薄膜が都
合よい。
て、例えばGaAsの原料である（C2H5）3GaとAsH3の導入
を行ない熱変形防止層としてGaAs薄膜７を成長する。こ
の膜７はInGaAsP四元混晶層のバンドギャップより大き
なバンドギャップを有するInGaAsP膜であればどのよう
な組成でもよい。またこの薄膜７の膜厚はコルゲーショ
ン１の高さより薄く、しかもInP基板２との格子不整
合に起因する不整合転移が発生する臨界膜厚より薄くす
るのがよい。実験によれば数分子層程度のGaAs薄膜が都
合よい。
第２段階として上記GaAs薄膜７のIII族原料の供給を
停止し、結晶成長を止め、InGaAsPガイド層３からInGaA
sP活性層４、InPクラッド層５、InGaAsPコレクタ層６ま
での成長温度である約600℃へ約10分以下の時間で基板
を昇温する。昇温中はH2ガスにAsH3ガスを2ccm程度混合
したガスを反応室に供給する。ここにAsH3ガスは結晶表
面からのAsの脱離をふせぐために流す。
停止し、結晶成長を止め、InGaAsPガイド層３からInGaA
sP活性層４、InPクラッド層５、InGaAsPコレクタ層６ま
での成長温度である約600℃へ約10分以下の時間で基板
を昇温する。昇温中はH2ガスにAsH3ガスを2ccm程度混合
したガスを反応室に供給する。ここにAsH3ガスは結晶表
面からのAsの脱離をふせぐために流す。
次にAsH3ガスの供給を停止し、続いてｎ型InGaAsP四
元混晶層の原料を反応室へ供給しガイド層に続く結晶の
層すなわちInGaAsP活性層４、ｐ型InPクラッド層５、ｐ
型InGaAsPコレクタ層６を成長させる。
元混晶層の原料を反応室へ供給しガイド層に続く結晶の
層すなわちInGaAsP活性層４、ｐ型InPクラッド層５、ｐ
型InGaAsPコレクタ層６を成長させる。
本発明によってコルゲーションの変形はほぼ完全に防
止できるがInxGa1-xAs薄膜をＰをわずかに混ぜたInGaAs
P薄膜に置き換えた場合でも同様の効果が得られる。
止できるがInxGa1-xAs薄膜をＰをわずかに混ぜたInGaAs
P薄膜に置き換えた場合でも同様の効果が得られる。
また、成長方法としては、有機金属気相成長法の他、
分子線エピタキシャル成長法（MBE）を用いても同様の
効果が得られる。
分子線エピタキシャル成長法（MBE）を用いても同様の
効果が得られる。
〔実施例２〕 本発明の望ましい態様に従い、第１図に示した発光波
長1.55μｍのDFB−LDを作製する例を説明する。本実施
例では、基板InP結晶との格子不整合の程度が大きいGaA
s熱変形防止層でも、素子特性劣化を生じないように特
にその厚さを考慮した。
長1.55μｍのDFB−LDを作製する例を説明する。本実施
例では、基板InP結晶との格子不整合の程度が大きいGaA
s熱変形防止層でも、素子特性劣化を生じないように特
にその厚さを考慮した。
ｎ型InP（100）基板上に干渉露光法によって高さ約40
0Å、ピッチ約2400Åの回折格子形状を作製する。
0Å、ピッチ約2400Åの回折格子形状を作製する。
この結晶基板上に、例えばMOVPE法によって素子構造
を成長する。
を成長する。
第１段階で結晶基板はH2とPH3の混合ガスの雰囲気中
で約400℃に昇温する。成長室の圧力は約0.1気圧、H2流
量は約５／分、PH3流量は基板からの脱リンが生じな
い範囲で減らすのが、回折格子の変形防止に対して有効
であり、約10cc/分の程度とする。
で約400℃に昇温する。成長室の圧力は約0.1気圧、H2流
量は約５／分、PH3流量は基板からの脱リンが生じな
い範囲で減らすのが、回折格子の変形防止に対して有効
であり、約10cc/分の程度とする。
昇温は約10分以下で行ない、設定成長温度に達したあ
と、InGaAs熱変形防止層の成長を行なう。In,Ga,Asの原
料は例えばIn（CH3）3,Ga（C2H5）3,AsH3とする。良好
なInGaAs成長を実現するするためにV/III比は約100以上
とし、InGaAs膜厚を約20Å成長する。この程度の薄膜で
回折格子形状の熱変形は完全に防止される。
と、InGaAs熱変形防止層の成長を行なう。In,Ga,Asの原
料は例えばIn（CH3）3,Ga（C2H5）3,AsH3とする。良好
なInGaAs成長を実現するするためにV/III比は約100以上
とし、InGaAs膜厚を約20Å成長する。この程度の薄膜で
回折格子形状の熱変形は完全に防止される。
次の段階で上記結晶を約600℃に昇温する。昇温雰囲
気はH2とAsH3の混合ガスとし、AsH3流量は約5cc/分とす
る。
気はH2とAsH3の混合ガスとし、AsH3流量は約5cc/分とす
る。
InGaAsPガイド層の成長温度に達したあと、InGaAsPガ
イド層、続いてInGaAsP活性層、InPクラッド層等の成長
を行なう。
イド層、続いてInGaAsP活性層、InPクラッド層等の成長
を行なう。
本構造は全てInP基板に格子整合した結晶のみからな
り、ひずみのない構造となっており、またレーザ発光光
がInGaAs熱変形防止層で吸収されない。
り、ひずみのない構造となっており、またレーザ発光光
がInGaAs熱変形防止層で吸収されない。
〔実施例３〕 次に、本発明に従って、第４図に示したレーザ素子の
メサ埋め込み成長を作製する例を示す。
メサ埋め込み成長を作製する例を示す。
埋め込み型レーザ素子は、第１図に示したメサ構造10
をメサエッチングし、その両側をｐ−ｎ−ｐ（ｐ型InP
層9,9′、ｎ型InP層８、）あるいは高抵抗のInP層で埋
め込むことによって作製する。通常メサ幅は２μｍ、メ
サ高さは３μｍの程度とする。
をメサエッチングし、その両側をｐ−ｎ−ｐ（ｐ型InP
層9,9′、ｎ型InP層８、）あるいは高抵抗のInP層で埋
め込むことによって作製する。通常メサ幅は２μｍ、メ
サ高さは３μｍの程度とする。
上記メサエッチングを施した結晶を硫酸系処理液で前
処理したあと、MOVPE装置にセットし、埋め込み成長を
行う。
処理したあと、MOVPE装置にセットし、埋め込み成長を
行う。
上記結晶をPH3雰囲気で600℃程度まで昇温し、埋め込
み成長した場合、第５図に示すように、メサの頭と底の
形状が昇温前のものから変形してしまう。そこで回折格
子上の成長と同じく、In1-xGaxAs変形保護膜でメサの両
サイドを覆ったあとに、埋め込み層の成長をおこなう。
（第６図） 本発明によってメサ形状の変形はほぼ防止される。
み成長した場合、第５図に示すように、メサの頭と底の
形状が昇温前のものから変形してしまう。そこで回折格
子上の成長と同じく、In1-xGaxAs変形保護膜でメサの両
サイドを覆ったあとに、埋め込み層の成長をおこなう。
（第６図） 本発明によってメサ形状の変形はほぼ防止される。
以上の各実施例において、熱変形防止層としてIn1-xG
axAs変形保護膜の場合を例に示したが、同様の効果は熱
変形防止層として、In1-xGax-yAlyAs膜を用いても得ら
れる。この材料を用いた場合は変形保護膜の格子定数を
InPのものと揃えながら、自由に変形保護膜の屈折率、
あるいはバンドギャップ幅を変えられる利点がある。
axAs変形保護膜の場合を例に示したが、同様の効果は熱
変形防止層として、In1-xGax-yAlyAs膜を用いても得ら
れる。この材料を用いた場合は変形保護膜の格子定数を
InPのものと揃えながら、自由に変形保護膜の屈折率、
あるいはバンドギャップ幅を変えられる利点がある。
In1-xGax-yAlyAs膜を用いる場合は原料として例え
ば、Alの原料に（CH3）3Alを使う。
ば、Alの原料に（CH3）3Alを使う。
In1-xGaxAs変形保護膜の場合と同様に約400℃以下の
温度で昇温時に流すPH3の導入を停止し、In1-xGax-yAly
As原料の成長室への導入を行い熱変形防止層としてのIn
1-xGax-yAlyAs薄膜の成長を行う。このとき、x,y値を調
節し、バンドギャップをInPより大きく、しかも、格子
定数をInPと同じにするのがよい。熱変形防止層の形成
後、少なくともIn,Ga,Alの原料供給を停止し、In1-xGax
Asの場合と同じく、微量AsH3雰囲気のものとで約600℃
への昇温を行い、ガイド層の成長を行う。
温度で昇温時に流すPH3の導入を停止し、In1-xGax-yAly
As原料の成長室への導入を行い熱変形防止層としてのIn
1-xGax-yAlyAs薄膜の成長を行う。このとき、x,y値を調
節し、バンドギャップをInPより大きく、しかも、格子
定数をInPと同じにするのがよい。熱変形防止層の形成
後、少なくともIn,Ga,Alの原料供給を停止し、In1-xGax
Asの場合と同じく、微量AsH3雰囲気のものとで約600℃
への昇温を行い、ガイド層の成長を行う。
以上に説明したように、本発明によれば有機金属気相
成長法によって、InP基板上に形成したコルゲーション
等の微細な凹凸部の熱変形を生じさせることなく、再現
性よく光通信素子等の結晶を成長でき、光通信素子の量
産化に寄与するところが大きい。
成長法によって、InP基板上に形成したコルゲーション
等の微細な凹凸部の熱変形を生じさせることなく、再現
性よく光通信素子等の結晶を成長でき、光通信素子の量
産化に寄与するところが大きい。
特に、上記熱変形を防止する層の厚さを、本発明の望
ましい態様に従って十分薄くすることにより、熱変形防
止効果と素子特性とを同時に高水準で得ることができ
る。
ましい態様に従って十分薄くすることにより、熱変形防
止効果と素子特性とを同時に高水準で得ることができ
る。
第１図は、本発明に従って作製したDFB−LDの例を示す
断面図、 第２図は、従来の方法で作製したDFB−LDの例を示す断
面図、 第３図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ（ａ）形成され
たままの回折格子コルゲーションおよび（ｂ）熱変形し
た回折格子コルゲーションを示す断面図、 第４図は、メサ埋め込み構造を有するレーザ素子の例を
示す断面図、 第５図は、第４図のメサ埋め込み構造を従来の方法で作
製した場合のメサのプロファイルの変形状態を示す断面
図、 第６図は、第４図のメサ埋め込み構造を本発明に従って
作製した状態を示す断面図、および 第７図は、InP基板に格子整合しないGaAs熱変形防止層
の厚さとレーザ発信しきい値電流密度との関係を示すグ
ラフである。 １……従来法で成長したあとのコルゲーション、 ２……InP基板、３……InGaAsPガイド層、 ４……InGaAsP活性層、または量子井戸活性層、 ５……InPクラッド層、 ６……InGaAsPコンタクト層、 １′……形成されたままのコルゲーション、 １″……従来法の場合の昇温後のコルゲーション、 １……本発明により成長したあとのコルゲーション、 ７……InxGa1-xAs薄膜熱変形防止層。
断面図、 第２図は、従来の方法で作製したDFB−LDの例を示す断
面図、 第３図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ（ａ）形成され
たままの回折格子コルゲーションおよび（ｂ）熱変形し
た回折格子コルゲーションを示す断面図、 第４図は、メサ埋め込み構造を有するレーザ素子の例を
示す断面図、 第５図は、第４図のメサ埋め込み構造を従来の方法で作
製した場合のメサのプロファイルの変形状態を示す断面
図、 第６図は、第４図のメサ埋め込み構造を本発明に従って
作製した状態を示す断面図、および 第７図は、InP基板に格子整合しないGaAs熱変形防止層
の厚さとレーザ発信しきい値電流密度との関係を示すグ
ラフである。 １……従来法で成長したあとのコルゲーション、 ２……InP基板、３……InGaAsPガイド層、 ４……InGaAsP活性層、または量子井戸活性層、 ５……InPクラッド層、 ６……InGaAsPコンタクト層、 １′……形成されたままのコルゲーション、 １″……従来法の場合の昇温後のコルゲーション、 １……本発明により成長したあとのコルゲーション、 ７……InxGa1-xAs薄膜熱変形防止層。
Claims (2)
- 【請求項１】凹凸部を有するInP結晶基板上に、有機金
属気相成長法を用いて、In1-xGaxAs1-yPyまたはIn1-xGa
x-yAlyAs（ただし、０≦ｘ≦1,0≦ｙ≦１）の層をエピ
タキシャル成長させる際に、上記基板上に、上記凹凸の
高さより小さい膜厚を有し、且つ上記In1-xGaxAs1-yPy
またはIn1-xGax-yAlyAs層とな異なる組成のInuGa1-uA
s、InuGa1-uAsvP1-vまたはIn1-uGau-vAlvAs層（ただ
し、０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１）から成り、上記In1-xGax
As1-yPyまたはIn1-xGax-yAlyAs層のエピタキシャル成長
温度での上記基板凹凸部の熱変形を防止する化合物半導
体の層を、上記In1-xGaxAs1-yPyまたはIn1-xGax-yAlyAs
層のエピタキシャル成長温度より低い温度でエピタキシ
ャル成長させた後に、この熱変形防止層上に上記In1-xG
axAs1-yPyまたはIn1-xGax-yAlyAs層のエピタキシャル成
長を行うことを特徴とする化合物半導体装置の製造方
法。 - 【請求項２】前記基板凹凸部の熱変形を防止する化合物
半導体の層を、前記製造された化合物半導体装置で発生
させもしくは該装置に入射させる光の波長よりも短波長
側に吸収端波長を有するように形成することを特徴とす
る請求項１記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1-241809 | 1989-09-20 | ||
| JP24180989 | 1989-09-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03179731A JPH03179731A (ja) | 1991-08-05 |
| JP3066601B2 true JP3066601B2 (ja) | 2000-07-17 |
Family
ID=17079826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02247467A Expired - Fee Related JP3066601B2 (ja) | 1989-09-20 | 1990-09-19 | 化合物半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3066601B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106711764B (zh) * | 2015-11-16 | 2019-07-05 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | GaN基激光器和超辐射发光二极管及其制备方法 |
-
1990
- 1990-09-19 JP JP02247467A patent/JP3066601B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03179731A (ja) | 1991-08-05 |
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