JPH01268114A - 異種接合形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は異種の結晶を連続的に成長させる異種接合形成
方法ζ二関する。

峻）従来の技術 光情報処理用光源として、最近可視光半導体レーザの重
要性が増している。斯る半導体レーザはキャリア及び光
を閉じ込め、効率良い発光を得るため、活性層を、当該
活性層よりも広いエネルギーギャップを持つクラッド層
で挾む、所謂ダブルへテロ構造が多く用いられている（
ＩＥｌｌｉｉＥ、Ｊ。

ｑｕａｎｔ；ｕｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、ｑＥ−１７，１
７４（１９８１）　）　。

第１図は斯るダブルへテロ構造を有するｌ／Ｇａ’　ｌ
　ｎ　ｐ系の可視光半導体レーザを示し、（１）はｎ型
ＧａＡ１）１基板、（２）は基板（ｔ）の−主面に積層
されたｎ型ＧａＡｓのバッファ層、（３）は該バッファ
層（２）の上Ｃ二積層されたｎ型（Ａｌｙ−Ｇａ１−ｙ
）ｏ　。

５Ｉｎ０．５Ｐのｎ型クラッド層、（４）は該ｎ型クラ
ッド層（３）の上に積層された（ＡｌｘＯａｌ−Ｘ）０
．５Ｉｎ０．５Ｆの活性層、（５）は該活性層（４）の
上（二積層されたＰ型（Ａｊ’７Ｇａ１−”ｙ）　ｏ、
５Ｉｎｏ、５Ｐ　　のＰ型クラッド層、（６）は該Ｐ型
クラッド層（５）の上に、電流の経路を除いて形成され
たｎ型ＧＡＬＡθのブロック層、（７）は該ブロック層
（６）の上及びＰ型クラッド層（５）上のブロック層（
６）が形成されてい力い部分ｌ：被着された電極である
。斯る半導体レーザでは上記Ｘ及びｙをＯ≦ｘ、　＜　
ｙ≦１の範囲で適宜選択することによって、波長０５８
〜０．６８μｍのレーザ光を発する可視光半導体ｌ／−
ザとなる。例えば、活性層（４）ＣＸ　＝　ＯのＧａ０
．５Ｉｎ０．５Ｐ、両クラッド層（３）、（５）にｙ　
−０，５の（ＡＩＤ、５０ａ０．５）０　、５Ｉｎｏ　
、　ｓｐ　ｆそれぞれ用いると、波長０６６８μｍのレ
ーザ光が得られる。

斯る半導体レーザな有機金属化学的気相成長（Ｍ　ＯＯ
’Ｖ　Ｄ　）法等で作製Ｊ−る場合、−船釣に各層によ
って、表面状態あるいは電気的光学的特性が最適となる
成長条件が存在する。例えば、成長圧力が６０Ｔｏｒｒ
の減圧ＭＯＯＶＤ法を用いた場合、原料ガスに（ＯＨＭ
）５Ｇａ％　（ＯＨ３）３Ｉｎ、、ＰＲ１＋　　を用い
、Ｉ族元素と■族元素の供給比がＶ／Ｉ＝５００の条件
で、ＧａＡｌ１）基板上Ｃ：、ｏａｏ、５工ｎｎ、５Ｐ
を結晶成長する時は、成長温度が６５０”Ｃで最も良好
な結晶が得られる。これに対して、原料ガ、＜　ｉｎ　
？　（ＯＨ５）　！ＹＡｌ、（ａＨ３）５Ｇａ、（ＯＨ
ｇ）ｇＩｎ、ｐｕｓを用い、同じ＜Ｖ／Ｉ＝５０Ｄの条
件でＧ　ａ　Ａ　８基板ｈＣ（ＡＪｏ、　５ｏａｎ、５
）０．５Ｉｎ０．５Ｐを結晶成長する」ｈ自、最も良好
な結晶は成長温度が７００℃付近で得られる。

Ｉ７かし、減圧ＭＯＯＶＤ法等の成長法では一般に成長
温度な瞬時（二変えることは、で唇ない。このため、層
毎に成長温度を変えようとすると、温度が安定するまで
時間がかかり、この間に結晶表面からＰが離脱する結果
、界面が劣化するという問題が生じる。

そこで、従来はそれぞれの層の最適な成長温度からずら
した温度、例えば６８０℃で一定にして各層の成長を行
っていｆ′ｒ、。

（ハ）発明が解決１〜ようとする課題 然るに、従来の方法では、各層が最適な成長温度で成長
σれないため、最良の結晶が得られず、その結果しきい
値電流密度の低減化等半導体レーザの特性向上の妨げに
なるという問題を有１〜でいる。

そこで本発明は、各層の成長温度を一定にして結晶成長
を行う場合においても、各層毎に良好な結晶が得られる
異種接合形成方法を提供するものである。

に）課題を解決するための手段 本発明は、融点のそ才］−ぞれ異なる結晶を連続して成
長する有機金属化学的気相成長法により異種接合を形成
する異種接合形成方法であって、上述のｎ題に一解決す
るため、成長ずべき結晶の成長温度を一定とし、融点が
高い結晶を成長する時の成長圧力を、融点が低い結晶を
成長する時の成長圧力よりも低くすることを特徴とする
。

（ホ）作　用 本発明は上述の如く、融点が高い結晶を成長する時のＦ
トカを低くすることによって、低い成長温圧ＭＯＯＶＤ
装置の一実施例を示し、（１０１は反応管、旧］及び（
１２ばそれぞれ反応管（１０１）：原料ガスを送り込む
有機金属原料ライン及び水素化物原料ライン、（１３は
異種接合を形成する基板の交換を行う予備室、（Ｉ射よ
反応管０１刀内の出力を測定するプレッシャーゲージ、
（ｌｊｉｌ′ｉ反応管（１０）内を減圧するロータリー
ボング、（１６）は水素又は窒素を所望流量流Ｊこと（
二よって反応管０（））内の圧力を調整する圧力調節ラ
イン、＋１７）は圧力調節ライン（１６１を流れるガス
流量を調節するマスフローコントローラ（ｕＦｃ）、Ｑ
ＩＣはプレッシャーゲージ１４１及びＭＦＯ（］７）ｌ
二連側する圧力コントローラであり、プレッシャーゲー
ジロ滲で測定した圧力に応じて圧力コントローラ０８１
がＭＦＯ（１７）を１）作させ、反応管稚内の圧力が所
望の圧力口々るように圧力調節ライン（１６１を流れる
ガス流量を調節する構造どなっている。また、斯る装置
の圧力変化に要する時間は数秒程度であり、温度変化（
−要する数分に較べ極めて短く従って界面の劣化が生じ
るものでば〃い。

斯る装置を用い、第６図に示す異種接合半導体を作製す
る。即ち、成長温度を６５０℃に一定して、５ａＡｓ基
板Ｃ１！ｌ上＋Ｚ　（Ａｆ　０．５Ｇａ０．５）０．５
Ｉｎ０．５Ｐ　　ｍを成長圧力１ＱＴｏｒｒで積層する
。次いで圧力調節ライン０（］に流すガス流量を増して
成長圧力を６０Ｔｏｒｒに変え、　（Ａｚｏ、５Ｇａ０
．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ（Ｊ上（−１Ｇａ１）．５Ｉ
ｎＯ，！５Ｐ（２Ｉ）を形成するっ 斯る方法で作製した半導体のＧａ　０．５Ｉｎ０．５Ｐ
（２ｉＪ層の１０Ｋにおける低温フォトルミネッセンス
（Ｐ　Ｌ）特性を下表に示す。また比較のため、従来方
法、即ち成長温度を６８０℃、成長圧力を６０　Ｔｏｒ
ｒ　　と一定にして同じ構造の異種接合半導体を作製し
、そのＰＬ特性も調べ、本発明方法と比較した。

表 表から明らかな如く、本発明方法を用いて作製し次異種
接合半導体のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ（２１）は従来方
法を用いて作製したものに比べＰＬ強度比で１゜５倍に
なシ、半値巾も狭くなっており、従来のものよりも結晶
性の優れた結晶が得られていることがわかる。

ここで注目すべき点は先述のＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ＋
２１）及び（ＡＪ　０．５０ａ０．５）ｏ、５Ｉｎｏ、
５Ｐ（ｉ！Ｉの最適な成長温度が共（二〇ＲＡ８基板住
９上に積層する場合のものであったということである。

即ち、先述の最適な成長温度は下地層に結晶性の良い結
晶基板を用いた場合のものであり、下地層の結晶性が悪
ければ、最適な成長温度で成長させたとしても結晶性の
良いものは得られない。この点を考慮して、本発明方法
を用いて作製した異種接合半導体の（Ａｇ、５Ｇａ０．
５）　ｏ、５Ｉｎｏ、ｓＰ　（２Ｇを評価すると、その
成長温度が最適温度の７００℃からずれ、従来方法の６
８０℃よシも低い６５０℃であつ゛ても、その上に積層
したＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｆ圓の結晶性が従来のものよ
りも優れていることから本発明方法の（Ａｊ’ｏ、５Ｇ
ａｏ、ｓ）Ｇ、５Ｉｎ０．５Ｐ艶においても従来のもの
よシも結晶性が優れているといえる。また、これは、そ
の成長条件の違いから、成長圧力を低くしたこと？＝よ
って、低い成長温度でも原子が活性化し、結晶性の良い
結晶が形成されたためであると思われる。

また、本発明は上述の１／（）ａＩｎＰ系の結晶に限ら
ず他の結晶（二おいても同様な効果を奏する。即ち、本
発明方法を用いれば、成長温度を変えるとと々く、結晶
性の優れ九異種接合が形成できる。

次（二、本発明方法を用いてＡＪＧＩＬＩコＰ系半導体
レーザを作製する場合の製造方法を説明する。

第４図は、第１図も；示したＪ１ｊ’Ｇ＆工ｎｐ系半導
体レーザにおいて、Ｘ−０％　ｙ”０．５とした時の製
造方法の一実施例である。本実施例では第２図Ｃ二示し
た減圧ＭＯＯＶＤ装置を用い、成長温度を６５０℃Ｃ：
固定して各層の成長を行う。また、各層の原料ガス及び
Ｉ族元素とＶ族元素の供給比は従来方法と同じである。

即ち、本実施例では、先ず成長圧力Ｙ１０ＴＯｒｒ　　
として、ｎ型ＧＩＬＡ８基板（１）の−主面上にｎ型□
ａＡａのバッファ層（２）、ｎ型（ＡＩ！ｏ、５Ｇａｏ
、すＥｌ　、　５１ｎ０．５Ｐのｎ型クラッド層（３）
を順次積層する（同図（ａ））。次に圧力調整ラインａ
ｅに流す水素又は窒素の流量を増して成長圧力’ｌ　６
　Ｄ　Ｔ　ｏｒｒ　　（Ｈ変え、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５
Ｐの活性層（４）音形成する（同図ＣＤ））　ｏ再び圧
力調整ラインＬｌｂｌに流す水素又は窒累の流量を減じ
て成長圧力を１０ＴｏｒｒｌＨ戻し、Ｐ型（ＡＩ！ｏ　
、　５Ｇａｏ、ｓ）ｏ、５ｒｎｏ、ｓｐのＰ型クラッド
層（５）、ｎ型ＧｌｊＡｌｉのブロック層（６）を順次
積層する（同図（０））。しかる後、プロ、り層（６）
をフォトリングラフィ法等を用いてストライプ状にエツ
チングし、電流経路を形成する（同図（ａ））。最後；
：成長圧力１）Ｑ　’］”　Ｏｒｒ　　としてＰ型Ｇａ
Ａｇのコンタクト層（７）を積層しく同図（ｅ））　、
該コンタク）層（７）及びｎ型ＧＩＬＡ１）基板（１）
の他主面にそれぞれ電極を形成する（同図（ｆ））。

本発明者が斯る実施例によってＡ／ＧＩＬＩｎＰ系半導
体レーザ全半導体レーザ方法で作製したものと特性を比
較したところ、しきい値電流密度は従来方法が４　ＫＡ
／ｄ、本発明方法が２ＫＡ／−であった。

即ち本発明方法を用いると従来方法に較べしきい値電流
密度を大幅に低減することができ、レーザ特性の改善が
図れる。

（ト）発明の効果 本発明方法は上述の説明からも明らか表ように、同じ成
長温度で成長させる場合（二融点の高い結晶を成長さぜ
る時の成長圧力を、融点の低い結晶を成長する時の成長
圧力よりも低くすることによって、低い成長温度でも原
子が活性化するため、結晶性の良い結晶が成長できる。

したがって本発明によれば成長温度を変えることなく結
晶成長４で行う場合においても各結晶とも結晶性良く成
長し、良好な異種接合が形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＡＩＧａＴｒ口〕系半導体レーザの構造を示す
断面図、第２図は本発明方法に用いる減圧ＭＯ（３ＶＤ
装置の構成を示す模式図、第６図は本発明方法を用いて
作製した異種接合半導体の断面図、第４図（ａ）乃至同
図（ｆ）は本発明方法を用いて、第１図に示すＡ／’Ｇ
ａ、］：ｎｐ系の半導体レーザな作製する場合の一実施
例を示す工程別断面図である０ （１）・・・ｎ型（）ａＡ８基板、（２）・・・バッフ
ァ層、（３）・・・ｎ型クラッド層、（４）・・・活性
層、（５）・・・Ｐ型クラッド層、（６）・・・ブロッ
ク層、（７）・・・ギヤ、プ層、（８）、（９）・・・
電極。 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）融点のそれぞれ異なる結晶を連続して成長する有
   機金属化学的気相成長法により異種接合を形成する異種
   接合形成方法であつて、成長すべき結晶の成長温度を一
   定とし、融点が高い結晶を成長する時の成長圧力を、融
   点が低い結晶を成長する時の成長圧力よりも低くするこ
   とを特徴とした異種接合形成方法。