JPH02168690A - 可視光半導体レーザ装置及び化合物半導体結晶の成長方法 - Google Patents

可視光半導体レーザ装置及び化合物半導体結晶の成長方法

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JPH02168690A
JPH02168690A JP6878489A JP6878489A JPH02168690A JP H02168690 A JPH02168690 A JP H02168690A JP 6878489 A JP6878489 A JP 6878489A JP 6878489 A JP6878489 A JP 6878489A JP H02168690 A JPH02168690 A JP H02168690A
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gaas substrate
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弘喜 浜田
Masayuki Shono
昌幸 庄野
Masaharu Honda
正治 本多
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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Al2Ga I nP (アルミニウムーガリ
ウム−インジウム・燐)を主成分とする可視光半導体レ
ーザ装置に関する。
また本発明は、化合物半導体、特にGaInP結晶ある
いはAQGa I nP結晶を成長させる方法に関する
(ロ)従来の技術 MOCVD法〈有機金属化学気相成長法〉は、G a 
r n P結晶成長のための一つの有効な方法である。
しかし、この方法により成長したGaInP結晶には、
しばしば多くの結晶欠陥が1!51察される。例えば、
(1001面を表面とするG a A s (ガリウム
・砒素)基板上に、GaInP結晶をMOCVD法によ
り成長させると、成長表面に、断面が楕円球状の隆起(
ヒロック)からなる結晶欠陥が1cm2当り6,000
個程度発生ずる。
先行技術としてのJournal of Crysta
l Growthl 7 (19721、189−20
6には、CVD法によりG a A s基板上にGaA
sを成長させる際に、基板として、その面方位をflo
o>面から[+10]方向に2°〜5゛傾けたものを用
いることにより、成長結晶表面における、不所望なビラ
ミ・ノド状ヒロックの発生を大きく減少し得ることが記
載されている。
また、JoIIrnal of (、rystal G
rowth、 68 (1984)、483−4894
.:は、MOCVD法を用イテ製造したAlGaInP
系半導体レーザ装置が記載されている。第11図にその
構造を示す。
図において、(21)はn型GaAsからなる基板で、
その−主面(21a)には(100)面から(1101
方向に2°傾斜した面が用いられている。
(22)は基板(21)の−主面(21a)上に0.7
μm厚みで積層されたn型GaAsからなるバッファ層
5(23)は該バッファ層(22)上に1.4μm厚み
で積層されたn型(Ag3.3G ao、7) 0.4
I n。、Pからなるn型クラッド層、(24)は該n
型クラ・ノド層(23)上に0,23μmLi−みで積
層されたアンドープGao、5lno、sPからなる活
性層、(25)は該活性層(24)上に1.4μm厚み
で積層されたp型(A12o、3Gao7) o、sI
 no、qP  からなるp型りラ・ノド層、(26)
は該p型りラッドM+25j上に1゜0μm厚みで積層
されたp型G a A Sからなるキャップ層である。
(27)は上記キャップ層(26)上に積層されたSi
O□からなるブロック層で、キャップ層(26)に達す
る幅20〜23μmのストライプ講(28)を有する。
 +291は露出したキャップ# (26)上及びブロ
ックM (27+上に、Zn膜、A u膜がこの順に被
着されたA u / Z n電極からなるp型電極、(
30)は上記基板(21)の他主面+21b+上に、N
 i fPA、G c膜、Au膜がこの順に被着された
A u 、/’ G c / Ni電極からなるn型電
極である。
(ハ)発明が解決しようとする課題 斯るJournal of Crystal Grow
th、68 (1984)483−489に記載された
従来装置では、製造された各装置毎の発振しきい値電流
のばらつきが大きく、製造歩留りが悪いといった問題が
あった。
そこで本発明者らは斯る従来装置において各半導体を積
層した後、最上部のキャップ層表面を調べたところ、結
晶欠陥(ヒロック)が多く観察された。
即ち、Journal of Crystal Gro
vthl 7 (19721,189−206に記載さ
れているGaAs基板の成長面として(+00>面から
[110]方向に2゛〜5゜傾斜面を用いることは、C
VD法によるGaAs結晶の成長において有効であり、
M OCV D法によるARGa I nP系半導体結
晶の成長にとっては有効ではない。
したがって、本発明はMOCVD法を用いて、G a 
A s基板上に結晶欠陥の少ないAQGa I nP系
半導体結晶を成長させる方法を提供すると共に、製造さ
れる装置毎の発振しきい値電流のばらつきが小さく、製
造歩留りの良いAQGa I nP系半導体レーザ装置
を提供するものである。
(ニ)課題を解決するための手段 本発明装置は、GaAs基板と、該G a A s基板
の一主面上に積層されたG a I n Pバッファ層
と、該Ga1nPバッファ層上に積層された活性層を含
むA6Ga r nP系半導体層と、を備えた可視光半
導体レーザ装置であって、上記課題を解決するため、上
記GaAs基板の一主面に+100+面から[θ111
方向に5°以上傾斜した面を用いることを特徴とする。
また、本発明は方法における特徴は、MOCVD法にお
けるGa1nP結晶あるいはAρG a InP結晶成
長用のGaAs基板として、その面方位を(1001面
から[011J方向に5°以上傾けたものを用いること
を特徴とする。
(ホ)作用 本発明方法によれば、GaAs1E板上に成長したI 
nGaP結晶のヒロックは、l cm 2 当り100
個程度に激減する。この理由は、特定方位に傾いた基板
結晶面の作用により、MOCVD法の成長初期において
、ヒロックの原因となるG aのドロップレットの発生
が大幅に低減するためと考えられる。
本発明方法は、Aρを小量含むI nGaAρPGa1
nP結晶適用され得る。
また本発明装置によれば、GaAs基板上に積層される
Ga1nPからなるバッファ層は上述の如く、結晶欠陥
(ヒロック〉の少ない良質なものとなる。通常エピタキ
シャル成長における成長層の結晶性は下層の結晶性に大
きく影響される。したがって本発明装置においてバッフ
ァ層上に積層されるApGarnP系の各半導体層は結
晶性良く形成される。
(へ) 実施例 第1図に本発明の方法を実施するための装置のブロック
図を示す。この装置自体は周知であり、器 G a A s基板(1)は、反応界−:(2j内にお
いて、サセプタ(3)上に固定される。サセプタ(3)
は成長時に8〜10rpmの速度で回転駆動される。流
水路(4)が容器(2)の外壁に密着して容器(2)を
冷却し、一方、容器(2)を収り巻<RFコイル(5)
がサセプタ(3)の加熱を可能にする。容器(2)の排
気は、フィルタ(6)を介してロータリポンプ(7)の
作用で行われる。容器(2)に導入される反応ガス発生
は、TMGa(hリメチルガリウム)液槽(8)やTM
In(トリメチルインジウム)液1f9>に、夫々定流
量器(10)を通じてH2(水素ガス)を流し込み、バ
ブリングすることにより達成される。その他の反応ガス
やキャリアガスとしてPH,(フォスフイン)やH2が
夫々定流量器(10)を通じて反応容器(2)に適宜導
入される。
断る装置において、基板(1)の温度を640℃に保持
し、P H3ガス/(TMGaガス+TMInガス)−
500の流量比で各ガス容器(2)内に導入すると共に
、容器内圧力を70Torrに維持して減圧MOCVD
法により、約1.2μの厚さのInGaP結晶成長を行
った。尚、成員開始前の基板加熱時に、周知の如く、ア
ルシンガスを流し4基板からのAうの散逸を防止するの
が良い。
上記成長に際し、基板面方位を各種選択した場合の、成
長結晶に対する結晶欠陥(ヒロック)密度(IC2当り
のヒロック数)の測定結果、並びにアルゴンレーザ(波
長約5145人)励起によるフォトルミネッセンス測定
結果を下表に示す。
この測定結果より、本実施例によれば、欠陥が非常に少
なく、結晶性の良好なInGaP結晶を得られることが
判る。
本実施例において、成長条件は適宜変更でき、例えば成
長温度は620°C〜670℃の範囲で適当である。し
かし、基板面方位の(100)面から[011)方向へ
の傾斜角は5°以上、好ましくは5°〜7°の範囲に設
定されねばならず、さもなければ、結晶欠陥密度の減少
に対する十分な効果を得られない。
本発明方法は、InGap結晶の成員のみならず、AR
を少量含むInGaAρP結晶の成長にも有効に適用さ
れ得る。
本発明方法によって、良質のI n G a P結晶あ
るいはInGaAJP結晶を作成できるため、斯る結晶
を用いたダブルへテロ接合レーザダイオドを実現できる
。第2図にその一実施例を示す。
図において、(11)はキャリア濃度±−2X1011
j cm −Jのn型GaAsからなる基板で、その−
主面(Ila)を研摩により(+00)面から[011
]方向に5゛以−ヒ、例えば5゛傾斜したものである。
(12)はバッファ層、(13)はn型クラッド層、(
14)は活性層、(15)はp型クラッド層、(16)
はキャップ層で、これらの層は成長温度620〜670
℃例えば670℃1反応室内圧カフ0Torrの減圧M
OCVD法を用いて、基板m)の−主面(lla)上に
順次積層される。下表にこれらの層の他の形成条件を示
す。
(17)はキャップ層(16)上にスパッタ法を用いて
M層されたSiOxからなるブロック層で、キャップ層
(16)に達する幅6μmのストライプ渭(18)がエ
ツチング形成されている。
(19)は露出したキャップ層(16)上及びブロック
層(17)上にCr1i、AuFMがこの順に真空蒸着
されたA u / Cr電極からなるn型電極、(2Q
)は基板(11)の他主面+1lb)上にCrM、 S
 nJI5t、 A u膜がこの順に真空蒸着されたA
 u / S n / (: r電極からなるn型電極
である。これらの電極は4゜OoCの熱処理によって、
キャップ層(16)あるいは基板(11)とオーミック
接触する。
また、装置の動作電圧の増加を抑える目的で、p型クラ
ッド層(15)とキャップ層(16)の間にC+ ao
、5lno、sPからなる周知の中間層を設けてらよい
以上の構造を有する本実施例装置を25個作製し、室温
、パルス駆動で動作させた時の発振しきい値電流を測定
した。その結果を第3図(alに示す、また比較例とし
て、基板(11)の−主面(I Ia)を(10G)面
から[1101方向に2゛傾斜した面とし、バッファ層
(12)をGaAsとし、他は本実施例装置と同じ構造
の比較装置を25個作製し、同様な測定を行った。その
結果を第3図(b)に示す。
第3図(al及び(b)から、本実施例装置では、比較
装置に比べて、発振しきい値電流のばらつきが少ないこ
とがわかる。また5本実施例装置と比較装置でMOCV
D法による各半導体層の形成の後、各キャップ層表面を
a京したところ、比較装置で100CI−10000f
[!!I/cn”発生していたヒロックが本実施例装置
では100個/cI112以下であった。これより本実
施例装置の発振しきい値?lf流にばらつきが少ないの
は、このヒロックが少なくなったこと、即ち形成される
半導体層の結晶性が向上したことによるものと考えられ
る。
本実施例装置では基板(11)の−主面(lla)に。
(100)面から[0111方向に5゛傾斜した面を用
いたが、斯る傾斜角は5°以上であればよく、好Jしく
は5〜7゛である。即ち、傾斜角が5°以下では形成さ
れる半導体層の結晶性の向上に十分な効果が得られず、
7°以上では傾斜面の形成に時間がかかり、製造上実用
的でないからである。
また、本発明はブロック層にSiO□を用いるオキサイ
ドストライプ型のレーザに限らず、各種構造の半導体レ
ーザ装置に適用できることは勿論である。
(ト)発明の効果 本発明によれば、GaAs基板上にInGaP結晶結晶
をMOCVD法により成長させる方法において、結晶欠
陥の非電に少ない、結晶性に優れた結晶成長を行うこと
ができる。
また、これを利用して、GaAs基板の上に先ずGa 
I nPからなるバッファ層を形成し、この上にA Q
 G a I n P系からなる各半導体層を形成する
ことによって、各半導体層の結晶性が向上する。したが
って本発明により製造されたA (! GaInP系半
導体レーザ装置では、発振しきい値電流のばらつきが小
さくなり、装置の製造歩留りが向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法を実施するための装置のブロック
図、第2図は本発明装置の一実施例を示す断面図、第3
図(a)及び同図(blは本発明の実施例装置及び比較
装置の発振しきい値電流を夫々測定した特性図、 第4図は従来装置を示す断面図 である。 第1図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)GaAs基板と、該GaAs基板の一主面上に積
    層されたGaInPバッファ屑と、該GaInPバッフ
    ァ層上に積層された活性層を含むAlGaInP系半導
    体層と、を備え、上記GaAs基板の一主面に(100
    )面から[011]方向に5°以上傾斜した面を用いる
    ことを特徴とする可視光半導体レーザ装置。
  2. (2)MOCVD法によりGaAs基板上にGaInP
    結晶あるいはAlGaInP結晶を成長させる際に、前
    記基板として、その面方位を(100)面から[011
    ]方向に、5°以上傾けたものを用いることを特徴とす
    る化合物半導体結晶の成長方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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