JPH02253685A - 化合物半導体の結晶成長方法 - Google Patents
化合物半導体の結晶成長方法Info
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- Semiconductor Lasers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、半導体レーザの高光出力化および高信頼性
化を目的とした共振器端面上への化合物半導体の結晶成
長方法に関するものである。
化を目的とした共振器端面上への化合物半導体の結晶成
長方法に関するものである。
従来の半導体レーザの共振器端面上への化合物半導体結
晶からなる窓層、もしくは端面保護層(以降、総じて窓
層と呼ぶ)の形成技術についていくつかの例を用いて説
明する。
晶からなる窓層、もしくは端面保護層(以降、総じて窓
層と呼ぶ)の形成技術についていくつかの例を用いて説
明する。
特開昭52−74292号公報においては、ANGaA
s系半導体レーザの信頼性向上を目的として共振器端面
を前記半導体レーザの活性層よりもA1組成の大きな組
成からなるAlGaAs結晶層で覆い、さらにその上を
絶縁膜で覆うことを提案している。
s系半導体レーザの信頼性向上を目的として共振器端面
を前記半導体レーザの活性層よりもA1組成の大きな組
成からなるAlGaAs結晶層で覆い、さらにその上を
絶縁膜で覆うことを提案している。
また、特開昭59−39082号公報におl、Nでは・
、ANGaAs系半導体レーザの共振器端面をZn5e
単結晶薄膜でコートすることは、端面を絶縁膜でコート
するよりも信頼性を向上する上で極めて効果的であるこ
とを示している。
、ANGaAs系半導体レーザの共振器端面をZn5e
単結晶薄膜でコートすることは、端面を絶縁膜でコート
するよりも信頼性を向上する上で極めて効果的であるこ
とを示している。
さらに、特開昭61−258489号公報においては、
A4’GaAs系、In(GaAJ’)P系またはIn
GaAsP系からなる半導体レーザの共振器端面にZn
5e単結晶層を形成することが、信頼性の向上に効果的
であることを提案している。
A4’GaAs系、In(GaAJ’)P系またはIn
GaAsP系からなる半導体レーザの共振器端面にZn
5e単結晶層を形成することが、信頼性の向上に効果的
であることを提案している。
上記いずれの従来例も、半導体レーザの共振器端面発光
領域が発光動作中に外気中の酸素や水蒸気等と反応する
ことにより劣化することを、窓層で覆うことにより抑制
する乙とで信頼性を向上しようとするものである。
領域が発光動作中に外気中の酸素や水蒸気等と反応する
ことにより劣化することを、窓層で覆うことにより抑制
する乙とで信頼性を向上しようとするものである。
また、特に特開昭61−258489号公報の例では、
半導体レーザを構成する結晶と窓層結晶との格子定数を
整合させるために窓層結晶の組成を制御するものである
。
半導体レーザを構成する結晶と窓層結晶との格子定数を
整合させるために窓層結晶の組成を制御するものである
。
第4図は従来技術による窓構造を有するAlGaAs系
結晶からなる半導体レーザの共振器端面近傍の断面図で
ある。この図において、1はp型(以後、p−と略す)
GaAs基板、2はpA l 0.5 G a (1,
@ A s第1クラッド層、3はpA I g8、@G
a 、)、1.BA s活性層、4はn型(以後、n
−と略す) A l 6. 、 G a 6. 、 A
s第2クラッド層、5はn−GaAsコンタクト層、
6はA l o、 。
結晶からなる半導体レーザの共振器端面近傍の断面図で
ある。この図において、1はp型(以後、p−と略す)
GaAs基板、2はpA l 0.5 G a (1,
@ A s第1クラッド層、3はpA I g8、@G
a 、)、1.BA s活性層、4はn型(以後、n
−と略す) A l 6. 、 G a 6. 、 A
s第2クラッド層、5はn−GaAsコンタクト層、
6はA l o、 。
Ga、)、、As窓層、そして7はこの窓層6との界面
に残留した酸化異物である。
に残留した酸化異物である。
また、第5図はこの状態での活性層3と窓層6の端面付
近のバッド図を表現しており、この図において、1oは
価電子帯、11は伝導帯、12は界面準位、13は表面
準位、モして14はフェルミ・レベルを表しており、界
面近傍およヒDtR面近傍において価電子帯1oと伝導
帯11は、界面準位12および表面準位13によるフェ
ルミ・レベル・ピンニング効果によりバンド・ベンゾ、
イノグしている。
近のバッド図を表現しており、この図において、1oは
価電子帯、11は伝導帯、12は界面準位、13は表面
準位、モして14はフェルミ・レベルを表しており、界
面近傍およヒDtR面近傍において価電子帯1oと伝導
帯11は、界面準位12および表面準位13によるフェ
ルミ・レベル・ピンニング効果によりバンド・ベンゾ、
イノグしている。
しかしながら、窓層6の形成において最も重要なポイン
1−は、窓層6と活性層3との界面状態であり、いかに
良質な窓層6を形成しようとも、窓層6を成長した界面
に多くの界面準位12を発生させては逆に端面の劣化を
促進してしまうことになる。従来の技術においては、こ
の点についての開示は得られない。例えばJarnal
of Vacuum 5cienee and Te
chnology、1B(5)、p1422−p143
3にも述べられているように、GaAs系、InP系の
結晶の(110)へき開端面の表面準位は、完全に清浄
な状態においては、バンド・ギヤ・ツブ内には位置せず
、価電子帯、伝導帯のバンド中に入り、深い準位にはな
らないが、表面酸化や異物付着等の表面汚染によりバン
ド・ギャップ中に深い準位を形成するとされている。し
かしながら、従来技術においては、超高真空中で半導体
レーザの共振器端面を効率良く形成する方法は未だ実現
されておらず、窓層を結晶成長する前にいかに成長面を
清浄化するかが窓層形成時の重要課題であった。
1−は、窓層6と活性層3との界面状態であり、いかに
良質な窓層6を形成しようとも、窓層6を成長した界面
に多くの界面準位12を発生させては逆に端面の劣化を
促進してしまうことになる。従来の技術においては、こ
の点についての開示は得られない。例えばJarnal
of Vacuum 5cienee and Te
chnology、1B(5)、p1422−p143
3にも述べられているように、GaAs系、InP系の
結晶の(110)へき開端面の表面準位は、完全に清浄
な状態においては、バンド・ギヤ・ツブ内には位置せず
、価電子帯、伝導帯のバンド中に入り、深い準位にはな
らないが、表面酸化や異物付着等の表面汚染によりバン
ド・ギャップ中に深い準位を形成するとされている。し
かしながら、従来技術においては、超高真空中で半導体
レーザの共振器端面を効率良く形成する方法は未だ実現
されておらず、窓層を結晶成長する前にいかに成長面を
清浄化するかが窓層形成時の重要課題であった。
この発明は、上述のような状況にかんがみてなされたも
ので、窓層を結晶成長する際の成長向の清浄化を効率良
く行い、界面準位の少ない良好な窓層を形成することが
できる化合物半導体の結晶成長方法を実現することを目
的としている。
ので、窓層を結晶成長する際の成長向の清浄化を効率良
く行い、界面準位の少ない良好な窓層を形成することが
できる化合物半導体の結晶成長方法を実現することを目
的としている。
この発明に係る化合物半導体の結晶成長方法は、分子線
エビタキシー法により、III−V族化合物半導体から
なる半導体レーザの共振器端面に化合物半導体からなる
薄膜を新たに窓Imとして結晶成長する場合、窓層の成
長前に超高真空の分子線エビタキンー装置内で窓層を成
長する半導体レーザを高温に加熱し、半導体レーザを成
す化合物半導体結晶を構成する■族元素とともに、In
、Sb。
エビタキシー法により、III−V族化合物半導体から
なる半導体レーザの共振器端面に化合物半導体からなる
薄膜を新たに窓Imとして結晶成長する場合、窓層の成
長前に超高真空の分子線エビタキンー装置内で窓層を成
長する半導体レーザを高温に加熱し、半導体レーザを成
す化合物半導体結晶を構成する■族元素とともに、In
、Sb。
Si、Sn、Be元素のうちのいずれか、もしくは複数
の元素を半導体し・−ザの窓層を成長する面にあらかじ
め照射し、その後に窓層を成長するものである。
の元素を半導体し・−ザの窓層を成長する面にあらかじ
め照射し、その後に窓層を成長するものである。
乙の発明においては、窓層を結晶成長する際の成長面の
清浄化を効率良く行うことから、端面準位の少ない良好
な窓層が形成できる。すなわち、大気中で窓層を形成し
ようとする半導体レーザの共振器端面をへき開により形
成し、すぐに分子線エビクキシー装置内にセ・ソトする
場き、端面の汚染の原因は主に酸化もしくは水分の付着
である。
清浄化を効率良く行うことから、端面準位の少ない良好
な窓層が形成できる。すなわち、大気中で窓層を形成し
ようとする半導体レーザの共振器端面をへき開により形
成し、すぐに分子線エビクキシー装置内にセ・ソトする
場き、端面の汚染の原因は主に酸化もしくは水分の付着
である。
そこで、窓層の成長面には半導体レーザを構成する■族
元素を当てて高温に加熱することにより、サーマル・エ
ツチングしながら、酸素原子との親和力が強く、その酸
化生成物の蒸気圧がniL記半導体レーザを構成する結
晶材料の酸化物の蒸気圧よりも大きな特性を有する元素
を同時に照射する乙とにより、共振器端面に吸着した酸
素を除去し、かつその照射元素に窓層界面で深い準位を
形成せず、浅い不純物準位を形成する元素を用いること
により、窓層界面に深い界面準位が発生することを大幅
に抑制する。
元素を当てて高温に加熱することにより、サーマル・エ
ツチングしながら、酸素原子との親和力が強く、その酸
化生成物の蒸気圧がniL記半導体レーザを構成する結
晶材料の酸化物の蒸気圧よりも大きな特性を有する元素
を同時に照射する乙とにより、共振器端面に吸着した酸
素を除去し、かつその照射元素に窓層界面で深い準位を
形成せず、浅い不純物準位を形成する元素を用いること
により、窓層界面に深い界面準位が発生することを大幅
に抑制する。
この発明の一実施例について、以下図面を用いて詳細に
説明する。
説明する。
第1図はこの発明による窓層形成過程の概念を模式的に
表現して説明するための図で、窓層成長面の界面の清浄
化を示すものである。第4図と同様の母体レーザ構造の
自然酸化膜を有するへき開による共振器端面にAs元素
とともにBe元素を照射している。これにより、例えば
端面の最表面にAN−020の形で付着している酸素原
子は、蒸気圧の高いBe−021の形で取り除かれ、余
剰のBe元素22は母体結晶中に取込まれ、浅いアクセ
プタとなると考えられる。
表現して説明するための図で、窓層成長面の界面の清浄
化を示すものである。第4図と同様の母体レーザ構造の
自然酸化膜を有するへき開による共振器端面にAs元素
とともにBe元素を照射している。これにより、例えば
端面の最表面にAN−020の形で付着している酸素原
子は、蒸気圧の高いBe−021の形で取り除かれ、余
剰のBe元素22は母体結晶中に取込まれ、浅いアクセ
プタとなると考えられる。
第2図は、第1図のようにして清浄化された端面に窓層
を形成した状態でのバンド図を表現しており、上述の効
果により界面準位12の密度が下がり、窓層界面におけ
るバンド・ベンディングも小さくなっている。これによ
り、第5図に示したような界面準位12の多い状態に比
べ、レーザ光の窓層界面での吸収が小さくなり、この界
面光吸収によるC OD (Catastrophic
0ptical Damage)の発生もさらに抑制
される。
を形成した状態でのバンド図を表現しており、上述の効
果により界面準位12の密度が下がり、窓層界面におけ
るバンド・ベンディングも小さくなっている。これによ
り、第5図に示したような界面準位12の多い状態に比
べ、レーザ光の窓層界面での吸収が小さくなり、この界
面光吸収によるC OD (Catastrophic
0ptical Damage)の発生もさらに抑制
される。
第3図の(a)、(b)、(C)は窓構造以外同一の構
造からなる半導体レーザについて、(a)窓層のないも
の、(b)従来の方法による窓層を有するもの、(C)
第1図に示したこの発明による方法で窓層を形成したも
のについての光出力−電流特性を実験事実に基づいて示
したものである。図中の−はCODレベルを表しており
、ある条件下では、。
造からなる半導体レーザについて、(a)窓層のないも
の、(b)従来の方法による窓層を有するもの、(C)
第1図に示したこの発明による方法で窓層を形成したも
のについての光出力−電流特性を実験事実に基づいて示
したものである。図中の−はCODレベルを表しており
、ある条件下では、。
(a)では約30mW、(b)では約60nnW、(c
)では90fflW以上であった。
)では90fflW以上であった。
以上説明したように、この発明は、分子線エピタキシー
法により、I−V族化合物半導体からなる半導体し・−
ザの共振器端面に化合物半導体からなる薄膜を新たに窓
層として結晶成長する場合、窓層の成長前に超高真空の
分子線エピタキシー装置内で窓層を成長する半導体レー
ザを高温に加熱し、半導体レーザを成す化合物半導体結
晶を構成する■族元素とともに、In、Sb、Si、S
n。
法により、I−V族化合物半導体からなる半導体し・−
ザの共振器端面に化合物半導体からなる薄膜を新たに窓
層として結晶成長する場合、窓層の成長前に超高真空の
分子線エピタキシー装置内で窓層を成長する半導体レー
ザを高温に加熱し、半導体レーザを成す化合物半導体結
晶を構成する■族元素とともに、In、Sb、Si、S
n。
Be元素のうちのいずれか、もしくは複数の元素を半導
体レーザの窓層を成長する面にあらかじめ照射し、その
後に窓層を成長するので、成長面を効率的に清浄し、界
面順位の少ない窓層を形成するうえで極めて効果がある
。
体レーザの窓層を成長する面にあらかじめ照射し、その
後に窓層を成長するので、成長面を効率的に清浄し、界
面順位の少ない窓層を形成するうえで極めて効果がある
。
第1図はこの発明による窓層形成方法の一実施例を説明
する図であり、第2図はそれによる窓層付近のバンド図
を表す図、第3図は窓構造以外は同一の構造からなる半
導体レーザについて、(a)窓層のないもの、(b)従
来方法による窓層を有するもの、(C)この発明による
窓層を有するものの各々の光出力−電流特性を示す図、
第4図は従来技術による窓構造の半導体レーザの一例の
端面近傍を示す断面図、第5図はその状態のバンド図を
表す図である。 図におイテ、1はp −G a A s基板、2はpA
l o、 sG a g、 5A s第1クラッド層、
3はpA e 6.5G a 6. g5A S活性層
、4はn−Al1o、sGag、5As第2クラッド層
、5はn −G a A sコンタクト層、6はA l
g、、G a (、、、A s窓層、7酸化異物、1
oは価電子帯、11は伝導帯、12は界面準位、13は
表面準位、14はフェルミ・レベル、20はAl−0,
21はB e −0,22は余剰のBe元素である。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人 大 岩 増 雄 (外2名)第 図 第 図 (a) 電流 第 図 (b) (C) 電志 11胤
する図であり、第2図はそれによる窓層付近のバンド図
を表す図、第3図は窓構造以外は同一の構造からなる半
導体レーザについて、(a)窓層のないもの、(b)従
来方法による窓層を有するもの、(C)この発明による
窓層を有するものの各々の光出力−電流特性を示す図、
第4図は従来技術による窓構造の半導体レーザの一例の
端面近傍を示す断面図、第5図はその状態のバンド図を
表す図である。 図におイテ、1はp −G a A s基板、2はpA
l o、 sG a g、 5A s第1クラッド層、
3はpA e 6.5G a 6. g5A S活性層
、4はn−Al1o、sGag、5As第2クラッド層
、5はn −G a A sコンタクト層、6はA l
g、、G a (、、、A s窓層、7酸化異物、1
oは価電子帯、11は伝導帯、12は界面準位、13は
表面準位、14はフェルミ・レベル、20はAl−0,
21はB e −0,22は余剰のBe元素である。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人 大 岩 増 雄 (外2名)第 図 第 図 (a) 電流 第 図 (b) (C) 電志 11胤
Claims (1)
- 分子線エピタキシー法により、III−V族化合物半導体
からなる半導体レーザの共振器端面に、化合物半導体か
らなる薄膜を新たに窓層として結晶成長する場合、前記
窓層の成長前に超高真空の分子線エピタキシー装置内で
前記窓層を成長する前記半導体レーザを高温に加熱し、
前記半導体レーザを成す化合物半導体結晶を構成するV
族元素とともに、In、Sb、Si、Sn、Be元素の
うちのいずれか、もしくは複数の元素を前記半導体レー
ザの窓層を成長する面にあらかじめ照射し、その後に前
記窓層を成長することを特徴とする化合物半導体の結晶
成長方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7571889A JPH0831661B2 (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 化合物半導体の結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7571889A JPH0831661B2 (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 化合物半導体の結晶成長方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02253685A true JPH02253685A (ja) | 1990-10-12 |
JPH0831661B2 JPH0831661B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=13584316
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7571889A Expired - Lifetime JPH0831661B2 (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 化合物半導体の結晶成長方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0831661B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004538652A (ja) * | 2001-08-09 | 2004-12-24 | コムラーセ アクティエボラーグ | 無汚染レーザーミラーおよびそれらの不動態化を得る方法 |
-
1989
- 1989-03-27 JP JP7571889A patent/JPH0831661B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004538652A (ja) * | 2001-08-09 | 2004-12-24 | コムラーセ アクティエボラーグ | 無汚染レーザーミラーおよびそれらの不動態化を得る方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0831661B2 (ja) | 1996-03-27 |
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