JP3298572B2 - 光半導体装置の製造方法 - Google Patents
光半導体装置の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光半導体装置に関
し、特に成長阻止マスクを用いる選択的有機金属気相成
長（ＭＯＶＰＥ：Metal-organic vapor phase epitax
y）法により半導体基板上に直接光導波路を形成する半
導体光導波路の製造方法に関する。
し、特に成長阻止マスクを用いる選択的有機金属気相成
長（ＭＯＶＰＥ：Metal-organic vapor phase epitax
y）法により半導体基板上に直接光導波路を形成する半
導体光導波路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】成長阻止マスクを用いる選択的有機金属
気相成長法により半導体基板上に直接光導波路を形成す
る半導体光導波路の従来の製造方法については、１９９
７年１月のジャーナルオフクリスタルグロース、第１７
０巻、第６３４−６３８頁（Journal of Crystal Growt
h, Vol.170、１９９７年１月、pp.634-638）にＫ．クド
ウ（K.Kudo et al.）らにより発表された論文に記載さ
れている。
気相成長法により半導体基板上に直接光導波路を形成す
る半導体光導波路の従来の製造方法については、１９９
７年１月のジャーナルオフクリスタルグロース、第１７
０巻、第６３４−６３８頁（Journal of Crystal Growt
h, Vol.170、１９９７年１月、pp.634-638）にＫ．クド
ウ（K.Kudo et al.）らにより発表された論文に記載さ
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来、ＩｎＰ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ系光導波路を選択ＭＯＶＰＥ成長により形成し
た場合、十分に平坦なＩｎＧａＡｓＰ層を形成するのが
困難であるという問題があった。その主な理由は、半導
体基板の表面上での原料種のマイグレーション長が短い
ため、成長阻止マスク上に飛来した原料種がマスク開口
部の中央にまで到達しないうちに成長が起こるためであ
る。この結果、開口部の成長阻止マスクに近い部分、即
ち、形成される光導波路の側面近傍の膜厚が中央部より
も大きくなる。
ａＡｓＰ系光導波路を選択ＭＯＶＰＥ成長により形成し
た場合、十分に平坦なＩｎＧａＡｓＰ層を形成するのが
困難であるという問題があった。その主な理由は、半導
体基板の表面上での原料種のマイグレーション長が短い
ため、成長阻止マスク上に飛来した原料種がマスク開口
部の中央にまで到達しないうちに成長が起こるためであ
る。この結果、開口部の成長阻止マスクに近い部分、即
ち、形成される光導波路の側面近傍の膜厚が中央部より
も大きくなる。
【０００４】また、従来は、種々の組成のＩｎＧａＡｓ
Ｐに対し、それぞれ平坦化に最適な成長条件が異なるた
めに原料種のマイグレーションを大きくするための成長
条件に余裕度が少ないという問題があった。
Ｐに対し、それぞれ平坦化に最適な成長条件が異なるた
めに原料種のマイグレーションを大きくするための成長
条件に余裕度が少ないという問題があった。
【０００５】そこで、本発明の目的は、上記の問題点を
解決し、ＭＯＶＰＥ選択成長によって直接形成する、半
導体レーザの活性層などの半導体光導波路の平坦性を向
上させることにより良好な結晶性を実現する手段を提供
することである。
解決し、ＭＯＶＰＥ選択成長によって直接形成する、半
導体レーザの活性層などの半導体光導波路の平坦性を向
上させることにより良好な結晶性を実現する手段を提供
することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の光半導体装置の
製造方法は、半導体層からなる光導波路を、選択的有機
金属気相成長法によって直接半導体基板上に形成する光
半導体装置の製造方法において、前記光導波路の成長に
おけるV族原料の供給を連続的に行なう一方、III族原料
の供給をパルス的に行ない、前記III族原料の供給時間
は1パルスあたり1〜5原子層成長に相当する時間である
ことを特徴とする。他の本発明の光半導体装置の製造方
法は、Ｇａを含んだ層を含む１以上のIII−Ｖ族化合物
半導体層からなる光導波路を、選択的有機金属気相成長
法によって直接半導体基板上に形成する光半導体装置の
製造方法において、前記Ｇａを含んだ層の成長において
のみ、V族原料の供給を連続的に行なう一方、III族原料
の供給をパルス的に行ない、前記III族原料の供給時間
は1パルスあたり1〜5原子層成長に相当する時間である
ことを特徴とする。また、他の本発明の光半導体装置の
製造方法は、原料供給を停止する時間を１秒以上とする
ことを特徴とする。さらに他の本発明の光半導体装置の
製造方法は、前記光導波路が横単一モード光導波路であ
ることを特徴とする。
製造方法は、半導体層からなる光導波路を、選択的有機
金属気相成長法によって直接半導体基板上に形成する光
半導体装置の製造方法において、前記光導波路の成長に
おけるV族原料の供給を連続的に行なう一方、III族原料
の供給をパルス的に行ない、前記III族原料の供給時間
は1パルスあたり1〜5原子層成長に相当する時間である
ことを特徴とする。他の本発明の光半導体装置の製造方
法は、Ｇａを含んだ層を含む１以上のIII−Ｖ族化合物
半導体層からなる光導波路を、選択的有機金属気相成長
法によって直接半導体基板上に形成する光半導体装置の
製造方法において、前記Ｇａを含んだ層の成長において
のみ、V族原料の供給を連続的に行なう一方、III族原料
の供給をパルス的に行ない、前記III族原料の供給時間
は1パルスあたり1〜5原子層成長に相当する時間である
ことを特徴とする。また、他の本発明の光半導体装置の
製造方法は、原料供給を停止する時間を１秒以上とする
ことを特徴とする。さらに他の本発明の光半導体装置の
製造方法は、前記光導波路が横単一モード光導波路であ
ることを特徴とする。
【０００７】次に、本発明の原理について、図面を用い
て説明する。図６は、本発明の原理を説明するためのＭ
ＯＶＰＥ選択成長マスクおよび、選択成長形状の模式図
である。(100)InP基板３０１上[011]方向へ一対のスト
ライプマスク３０２を間隔１．５μｍで形成する。この
１．５μｍの領域へ、ＭＯＶＰＥ選択成長によりＩｎＰ
３０３の成長を行う。このとき選択成長層３０３は、上
面が（１００）面、側面が（１１１）B面といった極め
て平滑な結晶面で囲まれたリッジ形状となる。したがっ
て、この構造を光導波路として用いた場合、散乱損失の
少ない理想的な導波路構造を実現できる。しかしなが
ら、選択成長層をInGaAsP層とした場合は、図７（ｂ）
に示すように上面が平滑な（１００）面ではなく、中央
で窪んだ非平坦な形状となってしまう。通常InP／InGaA
sP系光導波路では、InGaAsPをコア層としInPをクラッド
層とするため、図７（ｂ）のような構造では良好な光導
波路にならない。InPとInGaAsPとで、選択成長形状が異
なる理由は次のとおりである。SiO2マスクあるいは（１
１１）B面に到着した原料は、エピタキシャル成長せず
（１００）上面へマイグレーションする。（１００）上
面へ到達した原料はそこでエピタキシャル成長し消費さ
れる。In原料は（１００）面でのマイグレーション長が
十分に長いため、（１００）面上に均一に分布する。一
方、Ga原料の（１００）面でのマイグレーション長は短
いため、SiO2および（１１１）B面から（１００）上面
に到達した原料は（１００）面の中央まで十分に到達で
きず、側面近傍での分布が多くなる。したがって、InP
を選択成長した場合は平坦な（１００）上面が形成され
るのに対し、InGaAsPを選択成長した場合は平坦な（１
００）上面が形成されない。
て説明する。図６は、本発明の原理を説明するためのＭ
ＯＶＰＥ選択成長マスクおよび、選択成長形状の模式図
である。(100)InP基板３０１上[011]方向へ一対のスト
ライプマスク３０２を間隔１．５μｍで形成する。この
１．５μｍの領域へ、ＭＯＶＰＥ選択成長によりＩｎＰ
３０３の成長を行う。このとき選択成長層３０３は、上
面が（１００）面、側面が（１１１）B面といった極め
て平滑な結晶面で囲まれたリッジ形状となる。したがっ
て、この構造を光導波路として用いた場合、散乱損失の
少ない理想的な導波路構造を実現できる。しかしなが
ら、選択成長層をInGaAsP層とした場合は、図７（ｂ）
に示すように上面が平滑な（１００）面ではなく、中央
で窪んだ非平坦な形状となってしまう。通常InP／InGaA
sP系光導波路では、InGaAsPをコア層としInPをクラッド
層とするため、図７（ｂ）のような構造では良好な光導
波路にならない。InPとInGaAsPとで、選択成長形状が異
なる理由は次のとおりである。SiO2マスクあるいは（１
１１）B面に到着した原料は、エピタキシャル成長せず
（１００）上面へマイグレーションする。（１００）上
面へ到達した原料はそこでエピタキシャル成長し消費さ
れる。In原料は（１００）面でのマイグレーション長が
十分に長いため、（１００）面上に均一に分布する。一
方、Ga原料の（１００）面でのマイグレーション長は短
いため、SiO2および（１１１）B面から（１００）上面
に到達した原料は（１００）面の中央まで十分に到達で
きず、側面近傍での分布が多くなる。したがって、InP
を選択成長した場合は平坦な（１００）上面が形成され
るのに対し、InGaAsPを選択成長した場合は平坦な（１
００）上面が形成されない。
【０００８】そこでInGaAsP層をＭＯＶＰＥ選択成長に
よって形成する場合、原料の供給を間欠的（パルス的）
に行うパルスモード選択成長を行うと、原料の供給を停
止している間の時間でマイグレーションを促進すること
ができるため、平坦な（１００）上面を得ることができ
る（図７（ａ））。マイグレーションが促進される理由
は、次のとおりである。パルス的に原料を供給する場
合、原料供給停止状態から原料供給を再開する瞬間には
成長基板表面に原料が存在しないため、成長基板表面と
よどみ層との間の原料濃度勾配が通常の連続成長時と比
べて大きい。濃度勾配が大きいと、原料の拡散速度が大
きくなるため、未分解な状態で基板表面に到達する原料
の割合が大きくなる。原料が未分解な状態では直ちに成
長層に取り込まれず、分解が進行する間は（１００）面
でマイグレーションすることになる。その結果、連続成
長に比べてパルスモード成長では原料種のマイグレーシ
ョン長が大きくなり、InGaAsP層においても平坦な（１
００）上面を形成することが可能となる。
よって形成する場合、原料の供給を間欠的（パルス的）
に行うパルスモード選択成長を行うと、原料の供給を停
止している間の時間でマイグレーションを促進すること
ができるため、平坦な（１００）上面を得ることができ
る（図７（ａ））。マイグレーションが促進される理由
は、次のとおりである。パルス的に原料を供給する場
合、原料供給停止状態から原料供給を再開する瞬間には
成長基板表面に原料が存在しないため、成長基板表面と
よどみ層との間の原料濃度勾配が通常の連続成長時と比
べて大きい。濃度勾配が大きいと、原料の拡散速度が大
きくなるため、未分解な状態で基板表面に到達する原料
の割合が大きくなる。原料が未分解な状態では直ちに成
長層に取り込まれず、分解が進行する間は（１００）面
でマイグレーションすることになる。その結果、連続成
長に比べてパルスモード成長では原料種のマイグレーシ
ョン長が大きくなり、InGaAsP層においても平坦な（１
００）上面を形成することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】先ず、図２を用いてパルスモード選択成長
について具体的に説明する。図２はInGaAsP層を連続選
択成長で形成した場合とパルスモード選択成長で形成し
た場合について、成長膜厚と平坦性の関係を調べた結果
を示している。横軸に選択成長膜厚、縦軸に非平坦度
（大きいほど平坦性が悪い）を表わしている。この実験
では、成長温度６５０℃、成長圧力２００ｈPa、V族原
料としてアルシン（AsH3）、ホスフィン（PH3）、III族
原料としてトリメチルインジウム（TMIn）、トリエチル
ガリウム（TEGa）を用い、AsH3、PH3を連続供給しなが
ら、TMIn、TEGaをパルス的に供給した。供給時間は２秒
間（1原子層の成長時間に相当）、待機時間を１秒間と
した。その結果、大幅に平坦性が改善した。図８はInGa
AsP層のパルスモード選択成長におおける、１パルスあ
たりのIII族原料供給量と平坦性の関係を調べた結果を
示している。横軸は１パルスあたりの成長原子層（Ｍ
Ｌ：ｍｏｎｏ ｌａｙｅｒ）数、縦軸に図２で用いた非
平坦度を示している。その結果、１パルスあたりのIII
族原料供給量が１〜５原子層付近で最も平坦性がよくな
ることがわかる。図９は成長待機時間と平坦性の関係を
調べた結果を示している。横軸は成長待機時間、縦軸に
図２で用いた非平坦度を示しており１パルスあたりのII
I族原料供給量をパラメータとして図示している。その
結果、待機時間を長くするほど平坦性は改善し、1秒前
後でその効果が飽和することが分かった。
について具体的に説明する。図２はInGaAsP層を連続選
択成長で形成した場合とパルスモード選択成長で形成し
た場合について、成長膜厚と平坦性の関係を調べた結果
を示している。横軸に選択成長膜厚、縦軸に非平坦度
（大きいほど平坦性が悪い）を表わしている。この実験
では、成長温度６５０℃、成長圧力２００ｈPa、V族原
料としてアルシン（AsH3）、ホスフィン（PH3）、III族
原料としてトリメチルインジウム（TMIn）、トリエチル
ガリウム（TEGa）を用い、AsH3、PH3を連続供給しなが
ら、TMIn、TEGaをパルス的に供給した。供給時間は２秒
間（1原子層の成長時間に相当）、待機時間を１秒間と
した。その結果、大幅に平坦性が改善した。図８はInGa
AsP層のパルスモード選択成長におおける、１パルスあ
たりのIII族原料供給量と平坦性の関係を調べた結果を
示している。横軸は１パルスあたりの成長原子層（Ｍ
Ｌ：ｍｏｎｏ ｌａｙｅｒ）数、縦軸に図２で用いた非
平坦度を示している。その結果、１パルスあたりのIII
族原料供給量が１〜５原子層付近で最も平坦性がよくな
ることがわかる。図９は成長待機時間と平坦性の関係を
調べた結果を示している。横軸は成長待機時間、縦軸に
図２で用いた非平坦度を示しており１パルスあたりのII
I族原料供給量をパラメータとして図示している。その
結果、待機時間を長くするほど平坦性は改善し、1秒前
後でその効果が飽和することが分かった。
【００１１】以上のように、本発明の実施の形態は、半
導体光導波路をＭＯＶＰＥ選択成長法によって直接形成
する結晶成長法において、図１のように原料の供給を間
欠的（パルス的）に行う。III−V族化合物層のＭＯＶＰ
Ｅ選択成長を行う場合の最良の例として、成長温度を６
００〜７００℃、成長圧力を３０〜１０００ｈＰａ、Ｖ
族原料としてAsH3、PH3等の水素化物またはターシャリ
ブチルアルシン（TBAs）、ターシャリブチルホスフィン
（TBP）等の有機Ｖ族原料を用い、III族原料として有機
金属原料を用いる。パルス成長法は、V族原料を連続的
に供給する一方、III族原料を１パルスあたり１原子層
に相当する量を供給し、待機時間（III族供給停止時
間）を1秒以上とする。
導体光導波路をＭＯＶＰＥ選択成長法によって直接形成
する結晶成長法において、図１のように原料の供給を間
欠的（パルス的）に行う。III−V族化合物層のＭＯＶＰ
Ｅ選択成長を行う場合の最良の例として、成長温度を６
００〜７００℃、成長圧力を３０〜１０００ｈＰａ、Ｖ
族原料としてAsH3、PH3等の水素化物またはターシャリ
ブチルアルシン（TBAs）、ターシャリブチルホスフィン
（TBP）等の有機Ｖ族原料を用い、III族原料として有機
金属原料を用いる。パルス成長法は、V族原料を連続的
に供給する一方、III族原料を１パルスあたり１原子層
に相当する量を供給し、待機時間（III族供給停止時
間）を1秒以上とする。
【００１２】本発明では、このように原料の供給をパル
ス的に行うことによって、成長基板面上での原料種のマ
イグレーションが促進され、平坦な光導波路構造を実現
することができる。
ス的に行うことによって、成長基板面上での原料種のマ
イグレーションが促進され、平坦な光導波路構造を実現
することができる。
【００１３】（実施例１）図１（ａ）に示すように、
（１００）n-InP基板上に熱化学気相堆積法（熱ＣＶ
Ｄ：Chemical Vapor Deposition）で１００ｎｍ厚のＳ
ｉＯ２を堆積させた後、［０１１］方向に幅５μｍの一
対のストライプマスクを間隔１．５μｍでパターニング
形成する。このパターン基板を用いて、ＭＯＶＰＥによ
り、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長１．
２９μｍ）ダブルヘテロ構造を選択成長により形成し
た。成長条件は、成長温度６５０℃、成長圧力２００ｈ
Pa、成長速度０．６０μｍ／ｈ、V/III比２００とし
た。またＩｎＧａＡｓＰ層の成長をパルスモードで行っ
た（図１（ｂ））。パルスモード成長は、成長時間を２
秒、Ｖ族待機時間を１秒とする３秒を１サイクルとし
た。
（１００）n-InP基板上に熱化学気相堆積法（熱ＣＶ
Ｄ：Chemical Vapor Deposition）で１００ｎｍ厚のＳ
ｉＯ２を堆積させた後、［０１１］方向に幅５μｍの一
対のストライプマスクを間隔１．５μｍでパターニング
形成する。このパターン基板を用いて、ＭＯＶＰＥによ
り、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長１．
２９μｍ）ダブルヘテロ構造を選択成長により形成し
た。成長条件は、成長温度６５０℃、成長圧力２００ｈ
Pa、成長速度０．６０μｍ／ｈ、V/III比２００とし
た。またＩｎＧａＡｓＰ層の成長をパルスモードで行っ
た（図１（ｂ））。パルスモード成長は、成長時間を２
秒、Ｖ族待機時間を１秒とする３秒を１サイクルとし
た。
【００１４】（実施例２）選択成長によって形成する多
層構造を歪み多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi-Quantu
m Well）とし、それを活性層とする埋め込み型半導体レ
ーザに応用した例を示す。図３に半導体レーザの製造工
程順断面図を示す。（１００）n-InP基板１０１上に熱
化学気相堆積法（熱ＣＶＤ：Chemical Vapor Depositio
n）で１００ｎｍ厚のＳｉＯ2を堆積させた後、［０１
１］方向に幅５μｍの一対のストライプマスク１０２を
間隔１．５μｍでパターニング形成する。この１．５μ
ｍの領域へ歪みＭＱＷ構造１０３の選択成長を行う（図
３（ａ））。層構造は、ｎ−ＩｎＰバッファ層（１００
ｎｍ厚、ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）、０．７％の圧縮歪み
を導入したＩｎＧａＡｓＰ層を井戸層、バンドギャップ
波長１．１３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ層を障壁層とし
た、６周期の歪みＭＱＷ構造および、ｐ−ＩｎＰ層（２
００ｎｍ厚、ｐ＝７×１０17ｃｍ-3）とした。成長条件
は、成長温度６５０℃、成長圧力２００ｈPa、成長速度
０．６０μｍ／ｈ、V/III比２００とし成長時間を２
秒、Ｖ族待機時間を１秒とする３秒を１サイクルとする
パルスモード選択成長とした。またＭＯＶＰＥ選択成長
により形成した歪みＭＱＷ構造ＤＨ構造を、顕微フォト
ルミネセンス（マイクロＰＬ）測定により評価した。マ
イクロＰＬは、２μｍ径に集光してされたＡｒレーザ光
（波長５１４．５ｎｍ）を励起光源として測定した。そ
の結果ＰＬピーク波長は、１．３１μｍであった。にＰ
Ｌスペクトル半値幅の励起光密度依存性を示している。
図中、実線がパルスモード選択成長により形成した歪み
ＭＱＷ構造の測定結果であり、比較のため連続モード選
択成長により形成した歪みＭＱＷ構造の測定結果を波線
で示している。いずれも励起光密度が増加するに従っ
て、ＰＬ半値幅が増大している。これはバンドフィリン
グ効果と熱効果によるものである。しかしながら、いず
れの励起光密度においても、パルスモード選択成長によ
り形成したＤＨ構造のＰＬスペクトル半値幅の方が５〜
１０ｍｅＶ狭い。これはＩｎＧａＡｓＰ相の平坦性を反
映して、パルスモード成長品は良質な結晶性を有するこ
とを意味している。次に歪みＭＱＷ構造の上面にのみ図
３（ｂ）のようにＳｉＯ2マスク１０４を形成し、これ
を選択成長マスクとして電流ブロック層１０５、１０
６、１０７による埋め込み選択成長を行う。なおｐ−Ｉ
ｎＰ層１０７は、再成長界面にｐｎ接合ができるのを防
止するために設けている層であるが、本発明の構成にお
いて必ずしも必要なものではない。
層構造を歪み多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi-Quantu
m Well）とし、それを活性層とする埋め込み型半導体レ
ーザに応用した例を示す。図３に半導体レーザの製造工
程順断面図を示す。（１００）n-InP基板１０１上に熱
化学気相堆積法（熱ＣＶＤ：Chemical Vapor Depositio
n）で１００ｎｍ厚のＳｉＯ2を堆積させた後、［０１
１］方向に幅５μｍの一対のストライプマスク１０２を
間隔１．５μｍでパターニング形成する。この１．５μ
ｍの領域へ歪みＭＱＷ構造１０３の選択成長を行う（図
３（ａ））。層構造は、ｎ−ＩｎＰバッファ層（１００
ｎｍ厚、ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）、０．７％の圧縮歪み
を導入したＩｎＧａＡｓＰ層を井戸層、バンドギャップ
波長１．１３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ層を障壁層とし
た、６周期の歪みＭＱＷ構造および、ｐ−ＩｎＰ層（２
００ｎｍ厚、ｐ＝７×１０17ｃｍ-3）とした。成長条件
は、成長温度６５０℃、成長圧力２００ｈPa、成長速度
０．６０μｍ／ｈ、V/III比２００とし成長時間を２
秒、Ｖ族待機時間を１秒とする３秒を１サイクルとする
パルスモード選択成長とした。またＭＯＶＰＥ選択成長
により形成した歪みＭＱＷ構造ＤＨ構造を、顕微フォト
ルミネセンス（マイクロＰＬ）測定により評価した。マ
イクロＰＬは、２μｍ径に集光してされたＡｒレーザ光
（波長５１４．５ｎｍ）を励起光源として測定した。そ
の結果ＰＬピーク波長は、１．３１μｍであった。にＰ
Ｌスペクトル半値幅の励起光密度依存性を示している。
図中、実線がパルスモード選択成長により形成した歪み
ＭＱＷ構造の測定結果であり、比較のため連続モード選
択成長により形成した歪みＭＱＷ構造の測定結果を波線
で示している。いずれも励起光密度が増加するに従っ
て、ＰＬ半値幅が増大している。これはバンドフィリン
グ効果と熱効果によるものである。しかしながら、いず
れの励起光密度においても、パルスモード選択成長によ
り形成したＤＨ構造のＰＬスペクトル半値幅の方が５〜
１０ｍｅＶ狭い。これはＩｎＧａＡｓＰ相の平坦性を反
映して、パルスモード成長品は良質な結晶性を有するこ
とを意味している。次に歪みＭＱＷ構造の上面にのみ図
３（ｂ）のようにＳｉＯ2マスク１０４を形成し、これ
を選択成長マスクとして電流ブロック層１０５、１０
６、１０７による埋め込み選択成長を行う。なおｐ−Ｉ
ｎＰ層１０７は、再成長界面にｐｎ接合ができるのを防
止するために設けている層であるが、本発明の構成にお
いて必ずしも必要なものではない。
【００１５】最後にＳｉＯ2マスクを除去し、ｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層１０８、ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ１０９キャッ
プ層の成長を行い（図３（ｃ））、電極形成工程を経た
後、図３（ｄ）のような半導体レーザとした。この素子
を３００μｍ長に切り出し、前端面に反射率３０％、高
端面には反射率９０％の反射膜をコーティングし、素子
特性の評価を行った。その結果、２インチウエハ全面か
ら得られた１５，３６６個の素子について、室温でのレ
ーザ発振閾値電流の平均値が３．７５ｍＡ（標準偏差±
０．１２ｍＡ）、スロープ効率の平均値０．６１２Ｗ／
Ａ（標準偏差±０．０２２Ｗ／Ａ）、８５℃では閾値電
流の平均値が１０．２ｍＡ（標準偏差±０．７５ｍ
Ａ）、スロープ効率０．５０５Ｗ／Ａ（標準偏差±０．
０４１Ｗ／Ａ）であった。
Ｐクラッド層１０８、ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ１０９キャッ
プ層の成長を行い（図３（ｃ））、電極形成工程を経た
後、図３（ｄ）のような半導体レーザとした。この素子
を３００μｍ長に切り出し、前端面に反射率３０％、高
端面には反射率９０％の反射膜をコーティングし、素子
特性の評価を行った。その結果、２インチウエハ全面か
ら得られた１５，３６６個の素子について、室温でのレ
ーザ発振閾値電流の平均値が３．７５ｍＡ（標準偏差±
０．１２ｍＡ）、スロープ効率の平均値０．６１２Ｗ／
Ａ（標準偏差±０．０２２Ｗ／Ａ）、８５℃では閾値電
流の平均値が１０．２ｍＡ（標準偏差±０．７５ｍ
Ａ）、スロープ効率０．５０５Ｗ／Ａ（標準偏差±０．
０４１Ｗ／Ａ）であった。
【００１６】（実施例３）他の実施例として電界吸収型
光変調器へ適用した例を示す。図５にその製造工程順に
断面図を示している。図５（ａ）にあるように、（１０
０）ｎ−ＩｎＰ基板２０１上［０１１］方向へ、一対の
８μｍ幅ＳｉＯ2マスク２０２を間隔１．５μｍで形成
する。次に、１．５μｍの開口領域へｎ−ＩｎＰ層（１
００ｎｍ厚、ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）０．４５％圧縮歪
が導入されたＩｎＧａＡｓＰ井戸層（６ｎｍ）およびバ
ンドギャップ波長１．２０μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ障
壁層（６ｎｍ）８周期からなる歪ＭＱＷ構造、ｐ−Ｉｎ
Ｐ層（１００ｎｍ、ｐ＝７×１０17ｃｍ-3）からなる多
層構造２０３をＭＯＶＰＥ選択成長により形成する。こ
こで、歪みＭＱＷ構造は第一の実施の形態で用いたのと
同様なパルスモード選択成長を採用した。この構造に対
しマイクロＰＬによって結晶評価を行ったところ、ＰＬ
ピーク波長は１．５２μｍであり、ＰＬスペクトル半値
幅は２２ｍｅＶと極めて狭い値を示した。第一の実施例
で得られたＰＬスペクトル半値幅よりも狭い値が得られ
た理由は、ＭＱＷの周期が８層と多いため井戸層一層あ
たりのキャリア密度が低く、バンドフィリング効果が小
さいためである。つぎに図５（ｂ）に示すように、Ｓｉ
Ｏ2マスクの一部を除去し、マスク開口幅を５μｍとし
た後、ｐ−ＩｎＰクラッド層２０４（１５００ｎｍ、ｐ
＝１×１０18ｃｍ-3）、ｐ＋−ＩｎＧａＡｓキャップ層
２０５（３００ｎｍ、ｐ＝６×１０18ｃｍ-3）の選択成
長を行った。この構造に電極形成プロセスを行い、素子
長２００μｍに切り出し、両端面に反射率０．１％以下
の無反射膜をコーティングして図５（ｃ）の様な電界吸
収型半導体光変調器とした。２インチウエハ全面から選
られた２７．６８４個の素子について評価したところ、
波長１．５５２μｍの入射こうに対する、駆動電圧１ボ
ルトでの消光比は、平均値１５．２２ｄＢ（標準偏差±
０．９５ｄＢ）、駆動電圧２ボルトでの消光比は、平均
値２２．１３ｄＢ（標準偏差±１．５３ｄＢ）また挿入
損失はの平均値は３．２２ｄＢ（標準偏差±０．２８ｄ
Ｂ）と、高消光比、低挿入損失が確認された。これは、
パルスモード選択成長により形成した歪みＭＱＷ吸収層
の結晶性が良好で、非常に狭いＰＬスペクトル半値幅が
実現されているため、低電圧で大きな消光比を得るため
に歪みＭＱＷ吸収層のバンドギャップ波長（１．５２μ
ｍ）を入射光波長（１．５５２μｍ）に近づけてもゼロ
バイアス時の吸収損（挿入損失）を低く抑えることがで
きるためである。
光変調器へ適用した例を示す。図５にその製造工程順に
断面図を示している。図５（ａ）にあるように、（１０
０）ｎ−ＩｎＰ基板２０１上［０１１］方向へ、一対の
８μｍ幅ＳｉＯ2マスク２０２を間隔１．５μｍで形成
する。次に、１．５μｍの開口領域へｎ−ＩｎＰ層（１
００ｎｍ厚、ｎ＝１×１０18ｃｍ-3）０．４５％圧縮歪
が導入されたＩｎＧａＡｓＰ井戸層（６ｎｍ）およびバ
ンドギャップ波長１．２０μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ障
壁層（６ｎｍ）８周期からなる歪ＭＱＷ構造、ｐ−Ｉｎ
Ｐ層（１００ｎｍ、ｐ＝７×１０17ｃｍ-3）からなる多
層構造２０３をＭＯＶＰＥ選択成長により形成する。こ
こで、歪みＭＱＷ構造は第一の実施の形態で用いたのと
同様なパルスモード選択成長を採用した。この構造に対
しマイクロＰＬによって結晶評価を行ったところ、ＰＬ
ピーク波長は１．５２μｍであり、ＰＬスペクトル半値
幅は２２ｍｅＶと極めて狭い値を示した。第一の実施例
で得られたＰＬスペクトル半値幅よりも狭い値が得られ
た理由は、ＭＱＷの周期が８層と多いため井戸層一層あ
たりのキャリア密度が低く、バンドフィリング効果が小
さいためである。つぎに図５（ｂ）に示すように、Ｓｉ
Ｏ2マスクの一部を除去し、マスク開口幅を５μｍとし
た後、ｐ−ＩｎＰクラッド層２０４（１５００ｎｍ、ｐ
＝１×１０18ｃｍ-3）、ｐ＋−ＩｎＧａＡｓキャップ層
２０５（３００ｎｍ、ｐ＝６×１０18ｃｍ-3）の選択成
長を行った。この構造に電極形成プロセスを行い、素子
長２００μｍに切り出し、両端面に反射率０．１％以下
の無反射膜をコーティングして図５（ｃ）の様な電界吸
収型半導体光変調器とした。２インチウエハ全面から選
られた２７．６８４個の素子について評価したところ、
波長１．５５２μｍの入射こうに対する、駆動電圧１ボ
ルトでの消光比は、平均値１５．２２ｄＢ（標準偏差±
０．９５ｄＢ）、駆動電圧２ボルトでの消光比は、平均
値２２．１３ｄＢ（標準偏差±１．５３ｄＢ）また挿入
損失はの平均値は３．２２ｄＢ（標準偏差±０．２８ｄ
Ｂ）と、高消光比、低挿入損失が確認された。これは、
パルスモード選択成長により形成した歪みＭＱＷ吸収層
の結晶性が良好で、非常に狭いＰＬスペクトル半値幅が
実現されているため、低電圧で大きな消光比を得るため
に歪みＭＱＷ吸収層のバンドギャップ波長（１．５２μ
ｍ）を入射光波長（１．５５２μｍ）に近づけてもゼロ
バイアス時の吸収損（挿入損失）を低く抑えることがで
きるためである。
【００１７】以上の実施例では、成長阻止マスクとし
て、ＳｉＯ2を用いて説明したが、マスクとしては他の
種類のシリコン酸化膜や、シリコン窒化膜、その他の膜
であっても、本発明の趣旨を満たすものであれば、かま
わないのは言うまでもない。
て、ＳｉＯ2を用いて説明したが、マスクとしては他の
種類のシリコン酸化膜や、シリコン窒化膜、その他の膜
であっても、本発明の趣旨を満たすものであれば、かま
わないのは言うまでもない。
【００１８】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明におい
ては、原料ガスを間欠的に供給することにより、供給さ
れた原料の半導体表面上でのマイグレーションが、供給
待機中に促進される。このため、光導波路を直接形成す
るＭＯＶＰＥ選択成長において、原料の供給を間欠的に
供給するパルスモード選択成長を採用することにより、
平坦な導波路構造断面を実現できる。
ては、原料ガスを間欠的に供給することにより、供給さ
れた原料の半導体表面上でのマイグレーションが、供給
待機中に促進される。このため、光導波路を直接形成す
るＭＯＶＰＥ選択成長において、原料の供給を間欠的に
供給するパルスモード選択成長を採用することにより、
平坦な導波路構造断面を実現できる。
【００１９】また、パルスモード選択成長により形成さ
れたＭＱＷ構造は、ＰＬスペクトル半値幅が狭いことが
示すように、良好な結晶性を有する。このためパルスモ
ード選択成長により形成したＭＱＷ構造を半導体レーザ
の活性層に用いることにより、低閾値、高効率動作を行
うことが可能となる。
れたＭＱＷ構造は、ＰＬスペクトル半値幅が狭いことが
示すように、良好な結晶性を有する。このためパルスモ
ード選択成長により形成したＭＱＷ構造を半導体レーザ
の活性層に用いることにより、低閾値、高効率動作を行
うことが可能となる。
【００２０】また、パルスモード選択成長により形成さ
れたＭＱＷ構造は、ＰＬスペクトル半値幅が狭いため、
バンドギャップ波長を入射光波長に近づけても挿入損失
が増大しない。このため、デチューニング量を小さくし
て、低駆動電圧で大きな消光比を実現することができる
（デチューニング量＝入射光波長−変調器吸収層のバン
ドギャップ波長）。このため、パルスモード選択成長に
より形成したＭＱＷ構造を電界吸収型半導体光変調器に
用いることにより、低駆動電圧、高消光比、低挿入損失
を実現することが可能となる。
れたＭＱＷ構造は、ＰＬスペクトル半値幅が狭いため、
バンドギャップ波長を入射光波長に近づけても挿入損失
が増大しない。このため、デチューニング量を小さくし
て、低駆動電圧で大きな消光比を実現することができる
（デチューニング量＝入射光波長−変調器吸収層のバン
ドギャップ波長）。このため、パルスモード選択成長に
より形成したＭＱＷ構造を電界吸収型半導体光変調器に
用いることにより、低駆動電圧、高消光比、低挿入損失
を実現することが可能となる。
【図１】本発明の実施の形態を説明するための図。
【図２】本発明の作用を説明するための特性曲線図。
【図３】本発明の実施の形態を説明するための図。
【図４】本発明の作用を説明するための特性曲線図。
【図５】第２の発明の実施の形態を説明するための図。
【図６】本発明の作用を説明するための図。
【図７】本発明の作用を説明するための図。
【図８】本発明の作用を説明するための特性曲線図。
【図９】本発明の作用を説明するための特性曲線図。
１． （１００）ｎ−ＩｎＰ基板 ２． ＳｉＯ2マスク ３． ＩｎＧａＡｓＰ層 ４． ＩｎＰ層 １０１． （１００）ｎ−ＩｎＰ基板 １０２． ＳｉＯ2マスク １０３． ＭＱＷ １０４． ＳｉＯ2マスク １０５． ｐ−ＩｎＰ １０６． ｎ−ＩｎＰ １０７． ｐ−ＩｎＰ １０８． ｐ−ＩｎＰ １０９． ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ １１０． ＳｉＯ2 １１１． ｐ−電極 １１２． ｎ−電極 ２０１． （１００）ｎ−ＩｎＰ基板 ２０２． ＳｉＯ2マスク ２０３． ＭＱＷ ２０４． ｐ−ＩｎＰ ２０５． ｐ＋−ＩｎＧａＡｓ ２１０． ＳｉＯ2 ２１１． ｐ−電極 ２１２． ｎ−電極 ３０１． （１００）ｎ−ＩｎＰ基板 ３０２． ＳｉＯ2マスク ３０３． ＩｎＰ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−335241（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−105383（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−34927（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−34930（ＪＰ，Ａ) 英国特許出願公開2162862（ＧＢ，Ａ) Ｙ．Ｓａｋａｔａ ｅｔ．ａｌ．，11 ｔｈ ＩＯＯＣ ａｎｄ 23ｒｄ ＥＣ ＯＣ，1997年 ９月22日，Ｖｏｌ．１, ｐｐ．99−102 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/14 G02F 1/00 - 1/025 G02F 1/29 - 3/02 H01L 21/205 H01L 21/31 H01S 5/00 - 5/50
Claims (4)
- 【請求項１】半導体層からなる光導波路を、選択的有機
金属気相成長法によって直接半導体基板上に形成する光
半導体装置の製造方法において、前記光導波路の成長に
おけるV族原料の供給を連続的に行なう一方、III族原料
の供給をパルス的に行ない、前記III族原料の供給時間
は1パルスあたり1〜5原子層成長に相当する時間である
ことを特徴とするIII−V族化合物光半導体装置の製造方
法。 - 【請求項２】Ｇａを含んだ層を含む１以上のIII−Ｖ族
化合物半導体層からなる光導波路を、選択的有機金属気
相成長法によって直接半導体基板上に形成する光半導体
装置の製造方法において、前記Ｇａを含んだ層の成長に
おいてのみ、V族原料の供給を連続的に行なう一方、III
族原料の供給をパルス的に行ない、前記III族原料の供
給時間は1パルスあたり1〜5原子層成長に相当する時間
であることを特徴とする光半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】前記III族原料の供給を停止する時間を１
秒以上とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の
光半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】前記光導波路が横単一モード光導波路であ
ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の
光半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33743199A JP3298572B2 (ja) | 1997-09-30 | 1999-11-29 | 光半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33743199A JP3298572B2 (ja) | 1997-09-30 | 1999-11-29 | 光半導体装置の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9266645A Division JP3045115B2 (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 光半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000187127A JP2000187127A (ja) | 2000-07-04 |
| JP3298572B2 true JP3298572B2 (ja) | 2002-07-02 |
Family
ID=18308575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33743199A Expired - Fee Related JP3298572B2 (ja) | 1997-09-30 | 1999-11-29 | 光半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3298572B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017139263A (ja) * | 2016-02-01 | 2017-08-10 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
-
1999
- 1999-11-29 JP JP33743199A patent/JP3298572B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｙ．Ｓａｋａｔａ ｅｔ．ａｌ．，１１ｔｈ ＩＯＯＣ ａｎｄ ２３ｒｄ ＥＣＯＣ，１９９７年 ９月２２日，Ｖｏｌ．１，ｐｐ．９９−１０２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000187127A (ja) | 2000-07-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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