JPH0350882A - 化合物半導体結晶の製造方法および半導体レーザの製造方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明ｆ＆ＡｌＩｎＰ結晶の製造方法およびＡｌＧａ１
ｎＰ系の可視光半導体レーザ装置の製造方法に関するも
のである。

従来の技術 ＧａＡＳ基板に格子整合した単結晶ＡＩＧａＩｎＰは可
視光半導体レーザの材料として重要である。従来この系
は有機金属結晶成長法が主に用いられてきた力丈　成長
時の基板温度が６００〜７００℃と比較的高い温度が必
要である。これらの温度領域において（よ　ｐ型あるい
はｎ型の不純物をドーピングしないで成長した場合、通
常は成長室内の残留シリコンが取り込まれてｎ型の導電
性を示す。また　成長時の７／９比を変えることにより
ｐ型にすることもできるがいずれにしてもｐ型またはｎ
形の導電性を示し　半導体レーザ装置において有効な電
流ブロック層として使える程度の高抵抗層を成長させる
のは困難であも　従って、電流ブロック層としてｐｎｐ
ｎサイリスタ構造を採用することが多い。しかしこの構
造のレーザ素子を作製するに（よ　レーザの活性層等の
成長層とブロック層とを別々の結晶成長方法で作成する
必要があり、少なくとも２回の結晶成長工程が必要であ
る。従って、工程が複雑になり歩留まりが低下したり、
結晶再成長界面での結晶性が悪くなり易い等の問題点か
あっ九 発明が解決しようとする課題 本発明の目的（よ　特別な工夫を必要とせずに簡単番；
ｔｏ’〜１０６Ω・ｃｍの比抵抗を有する高抵抗ＡＩＧ
ａＩｎＰ結晶を得る結晶成長法を提供することである。

また　本発明は上記の高抵抗層を電流ブロック層として
用いることにより、結晶成長工程が１種類の方法で済む
製造工程の簡単な構造の可視光半導体レーザを提供する
。

課題を解決するための手段 本発明ｔよ　ＡＩＧａＩｎＰ系の結晶成長が５００℃程
度の低温で可能なガスソースＭＢＥ成長法を用ｔ、％　
　通常の成長温度（４５０〜５５０℃）よりもさらに５
０〜１００℃低い温度で成長するもので、半導体レーザ
の特に電流ブロック層の形成に好適な方を提供するもの
である。

作用 Ｖ族のみをガスソース化して半導体基板上に供給するガ
スソースＭＢＥ成長法で（よ　アルシン（ＡｓＨ３）や
フォスフイン（ＰＨ２）などの水素化合物を原料として
用いる。これらのガス原料に（よ不純物として酸点　シ
ラン（ＳｉＨ３）等が数ｐｐｍ含まれている。ＧａＡｓ
で（上　酸素は成長中に結晶に取り込まれると禁制帯中
に深い準位を作ることがわかっている。いっぽう、シラ
ンが分解されてできるＳｌはＰ監　Ｎ型どちらにもなり
得る両性の不純物であるが６００℃以上の通常の成長温
度であれば浅いドナー準位を形成しＮ型不純物として働
く。また　成長中に結晶に取り込まれる不純物として成
長室内に残留している炭素がある。

本発明者らの検討の結ＪｌｊＡＩＧａＩｎＰ結晶をガス
ソースＭＢＥ法によって低温で成長した場合＆へ　これ
らの不純物が浅い準位を作らず深い準位をつくることが
高抵抗化の一原因であると考えられる。そして、また低
温（Ｈｅ温度）でのＡｌＩｎＰ結晶のフォトルミネッセ
ンス測定によれば成長温度が低くなるにしたがって深い
準位の発光が増加する傾向にあることがわかっｋ　この
準位＋ｔ　　ｒ帯のエネルギーレベルよりも約０．５ｅ
Ｖ低いところにある。室温においてはこれらの深い準位
がキャリアを捕捉するために高抵抗になると考えられる
。

実施例 （実施例１） 以下、第１図を用いて本発明の第１の実施例について説
明する。まず、本発明の実施例に用いたガスソースＭＢ
Ｅ装置の構成概略図を第３図に示す。本装置（よ　液体
窒素シュラウド３０１を備えたステンレス製の真空容器
３０２、真空排気のためのポンプ系イオンポンプ３０３
、油拡散ポンプ３０４、固体ソース用分子線源セル３０
５、ガスソース用クラッキングセル３０６、ガスソース
供給系３０７、セル加熱用電源３０８等から構成されて
いる。な抵　分子線源セル３０５はそれぞれＧａ、　　
Ｉｎ、Ｇａ、Ａｓ単独の分子源セルを有している。ガス
ソースを用いて結晶成長する場合に（上　イオンポンプ
３０３は用いないで油拡散ポンプ３０４のみで排気する
。各セルから分子線が照射される位置にＧａＡｓ基板３
０９が配置され加熱用ヒータ３１０によって成長時の基
板温度が制御されも　基板とセルの間には分子線を遮断
するためのシャッター３１１がある。

Ａ　Ｉ＋　　Ｉ　ｎｌ　　Ｇ　ａ、　　Ａ　ｓ単体の分
子線源セル３０５とフォスフイン（ＰＨ，）ガスの導入
部とフォスフインを分解してＰ２にするためのクラッキ
ングセル３０６とを備えた上述のガスソースＭＢＥ装置
を用いて、面方位が１００で、比抵抗が１０７Ω・ｃｍ
以上の半絶縁性のＧａＡｓ基板上にアンドープのＡ　ｌ
　ｘ　Ｉ　ｎ　Ｉ−ｙＰ結晶を成長させ九　第１装置成
長したＡｌつＩｒｚ−ｘＰ結晶の比抵抗値と成長温度と
の関係を示し九　組成比はｘ＝０．５でＧａＡｓ基板に
対し　　Ｏ，１％以内の範囲で格子整合（＜１００＞方
向）がとれていも　４５０℃以下の成長温度では１０’
Ω・ｃｍ以上の比抵抗を有する高抵抗層が得られた　表
面モルフォロジー（ヨ３５０℃までは鏡面であっため丈
　それ以下の成長温度では鏡面を得るのが難しくなる。

まｒ、５００℃以上の成長温度で；よ　１０３Ω・ｃｍ
台まで比抵抗は下がり、Ｐ型の導電性を示し九　以上　
示したようへ　成長温度以外の成長条件を変えることな
く、容易に１０６Ω・ｃｍ以上の高抵抗層が得られるこ
七がわかっ九　この比抵抗値は半導体レーザなどにおい
て、有効な電流ブロック層として利用でき　る。

（実施例２） 実施例１の高抵抗Ａ　ｌｉ、ｓＩ　ｎｓ、ｓｐ結晶を電
流ブロック層として用いた可視光半導体レーザの実施例
を第２図を用いて説明する。面方位１００のｎ型ＧａＡ
ｓ基板（キャリア濃度：２ｘｌＯ”ｃｍ−’　）　　１
０１上にｎ−ＧａＡｓバッファー層１０２、　ｎ−Ａ　
Ｉ　ｓ、ｓＩ　ｎｓ、ｓＰクラッド層１０３、アンドー
プＧａ＠、ｓＩ　ｎ＠、ｓｐ活性層１０４、　ｐ−Ａｌ
　ｓ、ｓ　Ｉ　ｎ　ｓ、ｓＰツク９フ層１０５、１）　
　Ｇａｓ、ｓ■ｎ＠、ｓｐコンタクト層１０６の各層を
実施例１で述べたガスソースＭＢＥ法によって、それぞ
れに必要なソースのセルシャッターの開閉により順次成
長させ？、：ｏＧａＡｓバッファー層のみはガスソース
を用いない通常のＭＢＥ法で基板温度６００℃で成長さ
せ九　ｎ型ドーパントととしてはＳｌ、ｎ型ドーパント
ととしてはＢｅを用い九　各層の成長膜厚（よ　それぞ
れ０．２μ亀１．０μ亀０、　０８μｒｎ、　　０．　
８ｐｍ　　０．　２μｍ（！：Ｌ、ｎ型胤　およびｐ型
層のキャリア濃度はそれぞれ１　ｘ　１　（１”ｃｍ−
１３ｘ　１０”ｃｍ−’とし九以上の各層を基板温度５
００℃で成長し　直ちに基板温度を４００℃に降温し　
アンドープの高抵抗Ａ　ｌ　ｓ、ｓ　Ｉ　ｎ＠、ｓＰ層
１０７を実施例１の方法により、　０．５μｍ成長させ
九　ＭＢＥ成長後、ウェハーを取り出よ　通常のフォト
リソグラフィーにより電極ストライプ部の高抵抗ＡＩ＠
、６Ｉｎｌ＋、ｓＰ層１０７を塩酸系エツチング液を用
い選択エツチングして除去し九　ストライプ幅は約７μ
ｍであ７ｈｐ電極にはＡｕ、／Ｚｎ１０８、ｎ電極には
Ａｕ／Ｇｅ１０９を用いた 以上のようにして、成長工程が１回ですへ　かつ簡単な
フォトリソグラフィー工程のみによって、電流狭窄型の
可視光半導体レーザが得られ九発明の効果 本発明で（上　成長時の基板温度を通常の成長温度より
も低くするだけで簡単に１０６Ω・ｃｍ以上の高抵抗Ａ
　Ｉ　＠、ｓ　Ｉｎ　ｓ、ｉｐ層が得られる。さらに　
この高抵抗層を電流ブロック層として用いた可視光半導
体レーザは　作製工程が簡単なため歩留まりがよく、従
って廉価に作製できも

【図面の簡単な説明】

第１図はガスソースＭＢＥ法によって（１００）ＧａＡ
ｓ基板上に成長したＡ　ｌｉ、ｓＩ　ｒｚ、ｓＰ結晶の
比抵抗値の成長温度（一基板温度）依存性を示すは　第
２図は成長温度４００℃で成長した高抵抗Ａ　ｌ　ｓ、
ａ　Ｉ　ｎｓ、ｓＰを電流ブロック層として用いた半導
体レーザの構造医　第３図は本発明に用いるガスソース
ＭＢ装置の概略図である。 １０１＝ｎ−ＧａＡｓ基＆　　１０２−−ｎ−ＧａＡｓ
バッファ　　Ｎ、　　１０３＝−ｎ−ＡｌＩｎＰクラッ
ド＃　１０４・・・アンドープＧａＩｎ’Ｐ活性Ａ　　
１０５・・・ｐ−ＡｌＩｎＰクラッド慝　１０６・＝ｐ
−ＧａＩｎＰクラッド意　１０７・・・高抵抗ＡｌＩｎ
Ｐ電流ブロック恩　１０８　・・・Ａｕ／Ｚｎ電Ｋ　　
１０９・・Ａ　ｕ　／　Ｇ　ｅ電機　３０１・　・液体
窒素シュラウド、　３０２・・・真空容態　３０３・・
・イオンポンプ、　３０４・・・油拡散ポンプ、　３０
５・・固体ソース用分子線源セ／ｋ　３０６・・・ガス
ソース用りラッキングセノＬ／、　３０７・・・ガスソ
ース供給ム　３０８・・・セル加熱用型？、　　３０９
・・・ＧａＡｓ基板、　３１０・・・基板加熱用ヒー久
　３１１・・・シャッター。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空装置内に配置した半導体基板上に薄膜材料の
   うちＶ族のみをガスソース化して供給するガスソース分
   子線エピタキシャル成長法を用い、７族原料をアルミニ
   ウムとインジウム、Ｖ族原料をフォスフィンとしたＡｌ
   ＩｎＰの結晶成長において、成長時の基板温度が４５０
   ℃以下であることを特徴とした化合物半導体結晶成長法
   。
2. （２）電流ブロック層として、特許請求の範囲第１項記
   載の成長方法によるＡｌＩｎＰ結晶を用いることを特徴
   とした半導体レーザの製造方法。