JPH04260386A - 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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- JPH04260386A JPH04260386A JP2175891A JP2175891A JPH04260386A JP H04260386 A JPH04260386 A JP H04260386A JP 2175891 A JP2175891 A JP 2175891A JP 2175891 A JP2175891 A JP 2175891A JP H04260386 A JPH04260386 A JP H04260386A
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Landscapes
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体装置の製造
方法に係り，特に，光半導体装置の製造方法に関する。
方法に係り，特に，光半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】近年，光通信システムの高度化に伴い，よ
り高速でより長距離の光伝送を可能とする化合物半導体
装置が要求されている。そのため，複数の化合物半導体
の超薄膜の積層からなる量子井戸構造を活性層に採用し
た半導体発光装置が開発されてきている。
り高速でより長距離の光伝送を可能とする化合物半導体
装置が要求されている。そのため，複数の化合物半導体
の超薄膜の積層からなる量子井戸構造を活性層に採用し
た半導体発光装置が開発されてきている。
【０００３】図８は半導体レーザの一例を示す断面図で
，１はｎ−ＩｎＰ基板，２は光導波層，３は多重量子井
戸構造，４は光閉じ込め層，５はコンタクト層，６は埋
込み層，７は保護層，８はｐ電極，９はｎ電極を表す。
，１はｎ−ＩｎＰ基板，２は光導波層，３は多重量子井
戸構造，４は光閉じ込め層，５はコンタクト層，６は埋
込み層，７は保護層，８はｐ電極，９はｎ電極を表す。
【０００４】多重量子井戸構造３の効果を十分に発揮す
るには，有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ
−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔ
ａｘｙ ）などの技術を用いて極めて急峻なヘテロ界面
を有する多重量子井戸構造の活性層を成長することが必
要であるのは勿論のこと，多重量子井戸構造３の上下に
配置される光導波層２や光閉じ込め層４も極めて結晶性
の良好なることが必要である。
るには，有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ
−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔ
ａｘｙ ）などの技術を用いて極めて急峻なヘテロ界面
を有する多重量子井戸構造の活性層を成長することが必
要であるのは勿論のこと，多重量子井戸構造３の上下に
配置される光導波層２や光閉じ込め層４も極めて結晶性
の良好なることが必要である。
【０００５】
【従来の技術】このような構造を実現するプロセスとし
てＭＯＶＰＥ法を用いる場合，通常，基板１に光導波層
２，多重量子井戸構造３，光閉じ込め層４を連続成長す
る。
てＭＯＶＰＥ法を用いる場合，通常，基板１に光導波層
２，多重量子井戸構造３，光閉じ込め層４を連続成長す
る。
【０００６】図７（ａ）， （ｂ）は，それぞれ，従来
例を説明するための成長断面図と成長タイムチャートで
，１はｎ−ＩｎＰ基板，２は光導波層，３は量子井戸層
と障壁層が交互に積層された多重量子井戸構造，４は光
閉じ込め層を表す。光導波層２は，例えばｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ からなり， 多重量子井戸構造３の量子井戸層
は，例えばＩｎＧａＡｓ，障壁層は，例えばＩｎＧａＡ
ｓＰ からなる。光閉じ込め層４は，例えばｐ−ＩｎＰ
からなる。
例を説明するための成長断面図と成長タイムチャートで
，１はｎ−ＩｎＰ基板，２は光導波層，３は量子井戸層
と障壁層が交互に積層された多重量子井戸構造，４は光
閉じ込め層を表す。光導波層２は，例えばｎ−ＩｎＧａ
ＡｓＰ からなり， 多重量子井戸構造３の量子井戸層
は，例えばＩｎＧａＡｓ，障壁層は，例えばＩｎＧａＡ
ｓＰ からなる。光閉じ込め層４は，例えばｐ−ＩｎＰ
からなる。
【０００７】一般に良好な結晶を成長するのに最適な成
長温度は結晶の組成や構造に依存するが，従来技術にお
いては図７（ｂ） に見るように，光導波層２と多重量
子井戸構造３と光閉じ込め層４をすべて同一の成長温度
Ｔｇ で成長していた。それは，成長温度を変更するた
め成長を中断すると，その結晶界面で結晶性の乱れの生
じる場合が多く，そのため各層の結晶性を若干犠牲にし
ても成長を中断せずに行なえる実用上の温度としてＴｇ
を定めていた。
長温度は結晶の組成や構造に依存するが，従来技術にお
いては図７（ｂ） に見るように，光導波層２と多重量
子井戸構造３と光閉じ込め層４をすべて同一の成長温度
Ｔｇ で成長していた。それは，成長温度を変更するた
め成長を中断すると，その結晶界面で結晶性の乱れの生
じる場合が多く，そのため各層の結晶性を若干犠牲にし
ても成長を中断せずに行なえる実用上の温度としてＴｇ
を定めていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題に
鑑み，各層の結晶性と成長温度の関係を詳細に検討し，
さらに成長の中断が結晶界面に及ぼす影響も詳細に検討
し，各層の結晶性と界面近傍の結晶性をともに良好なら
しめる成長方法を提供することを目的とする。
鑑み，各層の結晶性と成長温度の関係を詳細に検討し，
さらに成長の中断が結晶界面に及ぼす影響も詳細に検討
し，各層の結晶性と界面近傍の結晶性をともに良好なら
しめる成長方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】図１（ａ）， （ｂ）は
，第１の実施例を説明するための成長断面図と成長タイ
ムチャート，図２は多重量子井戸構造の断面図，図３（
ａ）， （ｂ）は，第２の実施例を説明するための成長
断面図と成長タイムチャートである。
，第１の実施例を説明するための成長断面図と成長タイ
ムチャート，図２は多重量子井戸構造の断面図，図３（
ａ）， （ｂ）は，第２の実施例を説明するための成長
断面図と成長タイムチャートである。
【００１０】上記課題は，化合物半導体基板１に光導波
層２を第１の温度で成長した後，第２の温度に降温して
，該第２の温度で量子井戸層３ａと障壁層３ｂが交互に
積層されてなる多重量子井戸構造３の活性層を成長する
工程を有する光半導体装置の製造方法によって解決され
る。
層２を第１の温度で成長した後，第２の温度に降温して
，該第２の温度で量子井戸層３ａと障壁層３ｂが交互に
積層されてなる多重量子井戸構造３の活性層を成長する
工程を有する光半導体装置の製造方法によって解決され
る。
【００１１】また，前記光導波層２及び前記多重量子井
戸構造３はＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体からなり，前記
降温はＶ族元素を含みかつ実質的にＩＩＩ族元素を含ま
ない雰囲気下で行う光半導体装置の製造方法によって解
決される。
戸構造３はＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体からなり，前記
降温はＶ族元素を含みかつ実質的にＩＩＩ族元素を含ま
ない雰囲気下で行う光半導体装置の製造方法によって解
決される。
【００１２】また，前記化合物半導体基板１はＩｎＰで
あり，前記光導波層２はＩｎＧａＡｓＰであり，前記量
子井戸層３ａはＩｎＧａＡｓであり，前記障壁層３ｂは
ＩｎＧａＡｓＰであって，前記光導波層２上にＩｎＰ層
２ａを連続成長した後，前記第２の温度に降温する光半
導体装置の製造方法によって解決される。
あり，前記光導波層２はＩｎＧａＡｓＰであり，前記量
子井戸層３ａはＩｎＧａＡｓであり，前記障壁層３ｂは
ＩｎＧａＡｓＰであって，前記光導波層２上にＩｎＰ層
２ａを連続成長した後，前記第２の温度に降温する光半
導体装置の製造方法によって解決される。
【００１３】
【作用】通常，光導波層２に良好な結晶性を実現する第
１の温度は，良好な多重量子井戸構造３を実現する第２
の温度より高く，光導波層２の成長から多重量子井戸構
造３の成長に移る時，第１の温度から第２の温度への降
温を早急に行えば，成長結晶の界面付近の結晶性は実用
に耐えることが実験的に示される。
１の温度は，良好な多重量子井戸構造３を実現する第２
の温度より高く，光導波層２の成長から多重量子井戸構
造３の成長に移る時，第１の温度から第２の温度への降
温を早急に行えば，成長結晶の界面付近の結晶性は実用
に耐えることが実験的に示される。
【００１４】また，第１の温度から第２の温度へ降温す
る時の雰囲気を，Ｖ族元素を含みかつＩＩＩ 族元素を
含まない雰囲気とすれば，界面付近の結晶性は良好に保
たれる。これは次のように考えられる。界面付近の結晶
性が劣化するのは結晶成長を中断して降温する間にＶ族
元素が成長結晶の表面から抜け出ることが主原因である
から，Ｖ族元素が成長結晶の表面から抜け出ることを防
ぎかつ成長を中断して降温するため，Ｖ族元素を含みか
つＩＩＩ 族元素を含まない雰囲気とするのである。
る時の雰囲気を，Ｖ族元素を含みかつＩＩＩ 族元素を
含まない雰囲気とすれば，界面付近の結晶性は良好に保
たれる。これは次のように考えられる。界面付近の結晶
性が劣化するのは結晶成長を中断して降温する間にＶ族
元素が成長結晶の表面から抜け出ることが主原因である
から，Ｖ族元素が成長結晶の表面から抜け出ることを防
ぎかつ成長を中断して降温するため，Ｖ族元素を含みか
つＩＩＩ 族元素を含まない雰囲気とするのである。
【００１５】また，第１の温度で光導波層２を成長した
後ＩｎＰ層２ａを連続成長し，その後第２の温度に降温
するようにすれば，ＩｎＰ層２ａが第２の温度への降温
する間に光導波層２からＶ族元素が抜け出ることを防ぐ
役割を果たし，しかも降温中に，Ｐとその他のＶ族元素
を含む混合ガスを流す必要はなくなり，Ｐの原料ガスの
みを流す単純な工程で降温することができる。
後ＩｎＰ層２ａを連続成長し，その後第２の温度に降温
するようにすれば，ＩｎＰ層２ａが第２の温度への降温
する間に光導波層２からＶ族元素が抜け出ることを防ぐ
役割を果たし，しかも降温中に，Ｐとその他のＶ族元素
を含む混合ガスを流す必要はなくなり，Ｐの原料ガスの
みを流す単純な工程で降温することができる。
【００１６】ＩｎＰ層２ａはトンネル電流が流れる程度
に薄く形成すれば，活性層へのキャリア注入効率が下が
ることがなく，性能上の問題はない。
に薄く形成すれば，活性層へのキャリア注入効率が下が
ることがなく，性能上の問題はない。
【００１７】
【実施例】図４（ａ）， （ｂ）は光導波層２の成長温
度と結晶性の関係をみるために行った第１の予備実験の
成長断面図と室温ＰＬ（フォトルミネッセンス）強度を
示す図である。ｎ−ＩｎＰ基板１にＭＯＶＰＥ法により
ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ の光導波層２， ＩｎＧａＡｓＰ
の活性層１０， ｐ−ＩｎＰ の光閉じ込め層４を連
続成長し，図４（ａ） に示す成長断面を持つダブルヘ
テロ（ＤＨ）型のレーザ素子を形成した。そして，結晶
性を示す量として室温ＰＬ強度を調べた。室温ＰＬ強度
が大きい程結晶性は良い。
度と結晶性の関係をみるために行った第１の予備実験の
成長断面図と室温ＰＬ（フォトルミネッセンス）強度を
示す図である。ｎ−ＩｎＰ基板１にＭＯＶＰＥ法により
ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ の光導波層２， ＩｎＧａＡｓＰ
の活性層１０， ｐ−ＩｎＰ の光閉じ込め層４を連
続成長し，図４（ａ） に示す成長断面を持つダブルヘ
テロ（ＤＨ）型のレーザ素子を形成した。そして，結晶
性を示す量として室温ＰＬ強度を調べた。室温ＰＬ強度
が大きい程結晶性は良い。
【００１８】その結果，ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ の光導波
層２の組成が室温ＰＬ波長１．３ μｍよりＩｎＰ（室
温ＰＬ波長０．９２μｍ）に近い組成領域では６００
℃に達しない低温成長では良好な結晶性を有する結晶の
成長は難しかった。
層２の組成が室温ＰＬ波長１．３ μｍよりＩｎＰ（室
温ＰＬ波長０．９２μｍ）に近い組成領域では６００
℃に達しない低温成長では良好な結晶性を有する結晶の
成長は難しかった。
【００１９】図４（ｂ） は室温ＰＬ波長１．１ μｍ
のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ の光導波層２を成長した時の成
長温度と室温ＰＬ強度の関係を示す。図４（ｂ） から
，良好な結晶性を得るためには６００ ℃以上の成長温
度が必要で，６００ ℃に達しない低温下の成長では室
温ＰＬ強度が低下し，それに対応して結晶性が低下し，
素子の発光効率も低下する。特に，分布帰還型レーザ（
ＤＦＢ−ＬＤ）のように平板のＩｎＰ基板上に微細な凹
凸をプロセス加工し，結晶表面にダメージ層を有する結
晶基板を用いる場合は，低温成長による素子特性の劣化
は著しく，高温成長によってのみ実用に耐える結晶成長
が可能となった。
のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ の光導波層２を成長した時の成
長温度と室温ＰＬ強度の関係を示す。図４（ｂ） から
，良好な結晶性を得るためには６００ ℃以上の成長温
度が必要で，６００ ℃に達しない低温下の成長では室
温ＰＬ強度が低下し，それに対応して結晶性が低下し，
素子の発光効率も低下する。特に，分布帰還型レーザ（
ＤＦＢ−ＬＤ）のように平板のＩｎＰ基板上に微細な凹
凸をプロセス加工し，結晶表面にダメージ層を有する結
晶基板を用いる場合は，低温成長による素子特性の劣化
は著しく，高温成長によってのみ実用に耐える結晶成長
が可能となった。
【００２０】一方，室温ＰＬ波長が１．５ μｍの組成
のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ は６００ ℃の成長温度で良好
な結晶性を有する結晶の成長が可能であった。図５（ａ
）， （ｂ）は多重量子井戸構造３の成長温度と結晶性
の関係をみるために行った第２の予備実験の成長断面図
と室温ＰＬ強度を示す図である。ｎ−ＩｎＰ基板１にＭ
ＯＶＰＥ法により，室温ＰＬ波長１．６５μｍ組成の厚
さ６ｎｍのＩｎＧａＡｓ量子井戸層と室温ＰＬ波長１．
３μｍ組成の厚さ１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ 障壁層と
が交互に３〜１０周期積層した多重量子井戸構造３を連
続成長し，その上にｐ−ＩｎＰの光閉じ込め層４を連続
成長した。
のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ は６００ ℃の成長温度で良好
な結晶性を有する結晶の成長が可能であった。図５（ａ
）， （ｂ）は多重量子井戸構造３の成長温度と結晶性
の関係をみるために行った第２の予備実験の成長断面図
と室温ＰＬ強度を示す図である。ｎ−ＩｎＰ基板１にＭ
ＯＶＰＥ法により，室温ＰＬ波長１．６５μｍ組成の厚
さ６ｎｍのＩｎＧａＡｓ量子井戸層と室温ＰＬ波長１．
３μｍ組成の厚さ１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ 障壁層と
が交互に３〜１０周期積層した多重量子井戸構造３を連
続成長し，その上にｐ−ＩｎＰの光閉じ込め層４を連続
成長した。
【００２１】図５（ａ） は成長断面図であり，図５（
ｂ） は成長温度に対する室温ＰＬ強度の関係を示す。 この図から成長温度が５６０ 〜５８０ ℃の時最も結
晶性がよく，成長温度がその範囲より高くても低くても
結晶性は劣化することがわかる。
ｂ） は成長温度に対する室温ＰＬ強度の関係を示す。 この図から成長温度が５６０ 〜５８０ ℃の時最も結
晶性がよく，成長温度がその範囲より高くても低くても
結晶性は劣化することがわかる。
【００２２】この事実は次のように説明される。一般に
良好な結晶性を得るためには高温成長が望ましいが，多
重量子井戸構造ではそのヘテロ界面に別の事情が存在す
る。即ち，ＩｎＧａＡｓ量子井戸層のＶ族原子（Ａｓ）
やＩｎＧａＡｓＰ 障壁層のＶ族原子（Ｐ）などは蒸気
圧が高く，ヘテロ界面を形成する際，下地結晶表面のＶ
族原子と次の結晶層を形成するために供給するＶ族原子
のミキシングが生じ，その結果，ヘテロ界面の組成の急
峻な変化がだれてしまう。このようなミキシングは成長
温度の上昇とともに顕著になる。この予備実験に見るよ
うに，成長温度が６００ ℃以上では多重量子井戸構造
３の完全性が損なわれてしまう。
良好な結晶性を得るためには高温成長が望ましいが，多
重量子井戸構造ではそのヘテロ界面に別の事情が存在す
る。即ち，ＩｎＧａＡｓ量子井戸層のＶ族原子（Ａｓ）
やＩｎＧａＡｓＰ 障壁層のＶ族原子（Ｐ）などは蒸気
圧が高く，ヘテロ界面を形成する際，下地結晶表面のＶ
族原子と次の結晶層を形成するために供給するＶ族原子
のミキシングが生じ，その結果，ヘテロ界面の組成の急
峻な変化がだれてしまう。このようなミキシングは成長
温度の上昇とともに顕著になる。この予備実験に見るよ
うに，成長温度が６００ ℃以上では多重量子井戸構造
３の完全性が損なわれてしまう。
【００２３】図６に第１の予備実験と第２の予備実験の
結果をまとめて，光導波層と多重量子井戸構造の成長温
度と結晶性の関係を定性的に示す。従来は図６に示す光
導波層に対する曲線と多重量子井戸構造に対する曲線の
交叉する付近の温度でもって光導波層と多重量子井戸構
造の連続成長を行い，各層の結晶性はある程度犠牲にし
ていた。
結果をまとめて，光導波層と多重量子井戸構造の成長温
度と結晶性の関係を定性的に示す。従来は図６に示す光
導波層に対する曲線と多重量子井戸構造に対する曲線の
交叉する付近の温度でもって光導波層と多重量子井戸構
造の連続成長を行い，各層の結晶性はある程度犠牲にし
ていた。
【００２４】次に，光導波層と多重量子井戸構造の各層
の結晶性をともに良好にして，図８に示したような断面
構造を有する光半導体装置を製造する本発明のプロセス
について説明する。
の結晶性をともに良好にして，図８に示したような断面
構造を有する光半導体装置を製造する本発明のプロセス
について説明する。
【００２５】第１の実施例
図１（ａ）， （ｂ）は第１の実施例を説明するための
成長断面図と成長タイムチャートであり，以下，これら
の図を参照しながら説明する。
成長断面図と成長タイムチャートであり，以下，これら
の図を参照しながら説明する。
【００２６】化合物半導体基板１として，ｎ−ＩｎＰ（
１００）方位基板を用いる。化合物半導体基板１は結晶
成長に先立ち，フッ酸系の酸溶液，および硫酸系の酸溶
液で前処理を行う。結晶成長はＭＯＶＰＥ法で行い，成
長原料にはＩｎの原料としてトリメチルインジウム（Ｔ
ＭＩｎ），Ｇａの原料としてトリエチルガリウム（ＴＥ
Ｇａ），Ｐの原料としてホスフィン（ＰＨ３ ），Ａｓ
の原料としてアルシン（ＡｓＨ３ ）を用いる。また，
原料を運ぶキャリアガスとしては水素を用い，結晶成長
室に供給するガスの総流量は室温常圧換算で毎分１〜１
０リットルとする。ドーピングガスとしては，ｎ型に対
してはシラン（ＳｉＨ４ ），ｐ型に対してはジメチル
亜鉛（ＤＭＺｎ）を用いる。
１００）方位基板を用いる。化合物半導体基板１は結晶
成長に先立ち，フッ酸系の酸溶液，および硫酸系の酸溶
液で前処理を行う。結晶成長はＭＯＶＰＥ法で行い，成
長原料にはＩｎの原料としてトリメチルインジウム（Ｔ
ＭＩｎ），Ｇａの原料としてトリエチルガリウム（ＴＥ
Ｇａ），Ｐの原料としてホスフィン（ＰＨ３ ），Ａｓ
の原料としてアルシン（ＡｓＨ３ ）を用いる。また，
原料を運ぶキャリアガスとしては水素を用い，結晶成長
室に供給するガスの総流量は室温常圧換算で毎分１〜１
０リットルとする。ドーピングガスとしては，ｎ型に対
してはシラン（ＳｉＨ４ ），ｐ型に対してはジメチル
亜鉛（ＤＭＺｎ）を用いる。
【００２７】成長圧力は０．１ 〜１気圧とし，成長速
度はＩＩＩ 族元素の原料供給量で制御して毎時０．５
〜１μｍとする。Ｖ族元素の原料供給量とＩＩＩ 族
元素の原料供給量の供給比（Ｖ族原子数／ＩＩＩ 族原
子数）はＩｎＰ で２００， ＩｎＧａＡｓ で５０，
ＩｎＧａＡｓＰ で１００ 〜２００ 程度とする。
度はＩＩＩ 族元素の原料供給量で制御して毎時０．５
〜１μｍとする。Ｖ族元素の原料供給量とＩＩＩ 族
元素の原料供給量の供給比（Ｖ族原子数／ＩＩＩ 族原
子数）はＩｎＰ で２００， ＩｎＧａＡｓ で５０，
ＩｎＧａＡｓＰ で１００ 〜２００ 程度とする。
【００２８】まず，ｎ−ＩｎＰ（１００）方位基板１を
ＰＨ３ 雰囲気下で約６２０ ℃まで昇温する。この時
，基板１からＰ原子の熱脱離を防ぐために，ＰＨ３ 分
圧はＩｎＰ結晶のＰ元素の蒸気圧よりも高く設定し，２
０ｓｃｃｍ以上流す。
ＰＨ３ 雰囲気下で約６２０ ℃まで昇温する。この時
，基板１からＰ原子の熱脱離を防ぐために，ＰＨ３ 分
圧はＩｎＰ結晶のＰ元素の蒸気圧よりも高く設定し，２
０ｓｃｃｍ以上流す。
【００２９】基板１が昇温され，６２０ ℃（Ｔ１ ）
に安定した段階でＰＨ３ ガスの供給を停止し，同時に
室温ＰＬ波長１．１ μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ の光
導波層２のＶ族原料であるＰＨ３ とＡｓＨ３ の供給
を開始し１秒後にＩＩＩ 族原料であるＴＭＩｎとＴＥ
Ｇａおよびｎ型ドーパントであるＳｉＨ４ の供給を開
始し，光導波層２の成長を行う。 光導波層２の膜厚は０．１５μｍ，キャリア濃度は５×
１０１７ｃｍ−３程度とする。
に安定した段階でＰＨ３ ガスの供給を停止し，同時に
室温ＰＬ波長１．１ μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ の光
導波層２のＶ族原料であるＰＨ３ とＡｓＨ３ の供給
を開始し１秒後にＩＩＩ 族原料であるＴＭＩｎとＴＥ
Ｇａおよびｎ型ドーパントであるＳｉＨ４ の供給を開
始し，光導波層２の成長を行う。 光導波層２の膜厚は０．１５μｍ，キャリア濃度は５×
１０１７ｃｍ−３程度とする。
【００３０】次に，光導波層２の成長をＴＭＩｎとＴＥ
Ｇａの原料供給停止によって終了し，Ｖ族元素を含むガ
スの雰囲気下で多重量子井戸構造３の成長温度である５
８０ ℃（Ｔ２ ）に降温する。この成長中断時間があ
まり長いと，結晶表面近傍の結晶性が低下するため，降
温に要する時間は短くする必要がある。実験結果によれ
ば，中断時間が１０分程度であれば素子特性の劣化は見
られなかった。
Ｇａの原料供給停止によって終了し，Ｖ族元素を含むガ
スの雰囲気下で多重量子井戸構造３の成長温度である５
８０ ℃（Ｔ２ ）に降温する。この成長中断時間があ
まり長いと，結晶表面近傍の結晶性が低下するため，降
温に要する時間は短くする必要がある。実験結果によれ
ば，中断時間が１０分程度であれば素子特性の劣化は見
られなかった。
【００３１】基板１が降温され，５８０ ℃に安定した
段階で，多重量子井戸構造３の成長を開始する。図２に
多重量子井戸構造３の断面図を示す。１．５５μｍ発光
レーザを想定し，室温ＰＬ波長１．６５μｍ組成の厚さ
６ｎｍのＩｎＧａＡｓ量子井戸層と室温ＰＬ波長１．３
μｍ組成の厚さ１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ 障壁層を
順次成長し，ＩｎＧａＡｓ量子井戸層とＩｎＧａＡｓＰ
障壁層の成長を交互に繰り返して，ＩｎＧａＡｓ量子
井戸層３ａ， ３ｃ・・・３ｍ， ＩｎＧａＡｓＰ 障
壁層３ｂ， ３ｄ・・・３ｎからなる多重量子井戸構造
３を形成する。繰り返しの周期は３〜１０とし，不純物
ドーピングは行わない。
段階で，多重量子井戸構造３の成長を開始する。図２に
多重量子井戸構造３の断面図を示す。１．５５μｍ発光
レーザを想定し，室温ＰＬ波長１．６５μｍ組成の厚さ
６ｎｍのＩｎＧａＡｓ量子井戸層と室温ＰＬ波長１．３
μｍ組成の厚さ１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ 障壁層を
順次成長し，ＩｎＧａＡｓ量子井戸層とＩｎＧａＡｓＰ
障壁層の成長を交互に繰り返して，ＩｎＧａＡｓ量子
井戸層３ａ， ３ｃ・・・３ｍ， ＩｎＧａＡｓＰ 障
壁層３ｂ， ３ｄ・・・３ｎからなる多重量子井戸構造
３を形成する。繰り返しの周期は３〜１０とし，不純物
ドーピングは行わない。
【００３２】多重量子井戸構造３の成長が終了した後，
そのままの温度で厚さ０．５ μｍのｐ−ＩｎＰの光閉
じ込め層４を成長する。キャリア濃度は５×１０１７ｃ
ｍ−３程度とする。ＩｎＰは５５０ ℃よりも高温の成
長であれば良好な結晶が得られるから， 多重量子井戸
構造３の成長が終了して光閉じ込め層４の成長に入る時
，成長温度を変える必要はない。
そのままの温度で厚さ０．５ μｍのｐ−ＩｎＰの光閉
じ込め層４を成長する。キャリア濃度は５×１０１７ｃ
ｍ−３程度とする。ＩｎＰは５５０ ℃よりも高温の成
長であれば良好な結晶が得られるから， 多重量子井戸
構造３の成長が終了して光閉じ込め層４の成長に入る時
，成長温度を変える必要はない。
【００３３】この後は公知のプロセスにより，例えば，
図８に示した構造の半導体レーザを形成する。メサエッ
チを行った後埋込み層６を成長し，光閉じ込め層４の上
部にＺｎをドープしてコンタクト層５を形成し，埋め込
み層６の上に保護層７，コンタクト層５に接続するｐ電
極８，基板１に接続するｎ電極９を形成した。
図８に示した構造の半導体レーザを形成する。メサエッ
チを行った後埋込み層６を成長し，光閉じ込め層４の上
部にＺｎをドープしてコンタクト層５を形成し，埋め込
み層６の上に保護層７，コンタクト層５に接続するｐ電
極８，基板１に接続するｎ電極９を形成した。
【００３４】この半導体レーザのしきい値電流密度Ｊｔ
ｈは１．７ ｋＡ／ｃｍ ２ であった。一方，すべて
の層の成長温度を５８０ ℃として従来法で作成した半
導体レーザのしきい値電流密度Ｊｔｈは２．３ ｋＡ／
ｃｍ ２ であり， すべての層の成長温度を６２０
℃として従来法で作成した半導体レーザのしきい値電流
密度Ｊｔｈは２．１ ｋＡ／ｃｍ ２ であった。
ｈは１．７ ｋＡ／ｃｍ ２ であった。一方，すべて
の層の成長温度を５８０ ℃として従来法で作成した半
導体レーザのしきい値電流密度Ｊｔｈは２．３ ｋＡ／
ｃｍ ２ であり， すべての層の成長温度を６２０
℃として従来法で作成した半導体レーザのしきい値電流
密度Ｊｔｈは２．１ ｋＡ／ｃｍ ２ であった。
【００３５】このように，本発明の方法を採用すること
により，光半導体発光装置の特性を向上することができ
る。 第２の実施例 図３（ａ）， （ｂ）は第２の実施例を説明するための
成長断面図と成長タイムチャートであり，以下，これら
の図を参照しながら説明する。
により，光半導体発光装置の特性を向上することができ
る。 第２の実施例 図３（ａ）， （ｂ）は第２の実施例を説明するための
成長断面図と成長タイムチャートであり，以下，これら
の図を参照しながら説明する。
【００３６】第２の実施例では，光導波層２の成長を終
わった段階でそのままの温度６２０ ℃（Ｔ１ ）で連
続してＩｎＰ層２ａを成長する。その後ＰＨ３ の雰囲
気下で多重量子井戸構造３の成長温度である５８０ ℃
（Ｔ２ ）に降温する。そこ以外の工程は第１の実施例
と同じである。
わった段階でそのままの温度６２０ ℃（Ｔ１ ）で連
続してＩｎＰ層２ａを成長する。その後ＰＨ３ の雰囲
気下で多重量子井戸構造３の成長温度である５８０ ℃
（Ｔ２ ）に降温する。そこ以外の工程は第１の実施例
と同じである。
【００３７】ＩｎＰ表面はＩｎＧａＡｓＰ 表面より安
定であるので，界面近傍の結晶性が第１の実施例の場合
より良好な結晶が成長できる。ただし，ＩｎＰ層２ａの
厚さは電子が容易にトンネリングできる厚さ， 即ち数
ｎｍ程度に設定する必要がある。この程度に薄く形成す
れば，活性層へのキャリア注入効率が下がることがなく
，性能上の問題はない。
定であるので，界面近傍の結晶性が第１の実施例の場合
より良好な結晶が成長できる。ただし，ＩｎＰ層２ａの
厚さは電子が容易にトンネリングできる厚さ， 即ち数
ｎｍ程度に設定する必要がある。この程度に薄く形成す
れば，活性層へのキャリア注入効率が下がることがなく
，性能上の問題はない。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
結晶性に優れた光導波層と結晶性に優れかつヘテロ界面
が極めて急峻な多重量子井戸構造とを同時に有する化合
物半導体装置が実現できる。本発明は半導体発光装置あ
るいは半導体導波路の高品質化に寄与するものである。
結晶性に優れた光導波層と結晶性に優れかつヘテロ界面
が極めて急峻な多重量子井戸構造とを同時に有する化合
物半導体装置が実現できる。本発明は半導体発光装置あ
るいは半導体導波路の高品質化に寄与するものである。
【図１】（ａ）， （ｂ）は第１の実施例を説明するた
めの成長断面図と成長タイムチャートである。
めの成長断面図と成長タイムチャートである。
【図２】多重量子井戸構造の断面図である。
【図３】（ａ）， （ｂ）は第２の実施例を説明するた
めの成長断面図と成長タイムチャートである。
めの成長断面図と成長タイムチャートである。
【図４】（ａ）， （ｂ）は第１の予備実験の成長断面
図と室温ＰＬ強度である。
図と室温ＰＬ強度である。
【図５】（ａ）， （ｂ）は第２の予備実験の成長断面
図と室温ＰＬ強度である。
図と室温ＰＬ強度である。
【図６】光導波層と多重量子井戸構造の成長温度と結晶
性の関係である。
性の関係である。
【図７】（ａ）， （ｂ）は従来例を説明するための成
長断面図と成長タイムチャートである。
長断面図と成長タイムチャートである。
【図８】半導体レーザの一例を示す断面図である。
１は化合物半導体基板であってｎ−ＩｎＰ基板２は光導
波層であってｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層２ａはＩｎＰ層 ３は多重量子井戸構造であって多重量子井戸活性層３ａ
， ３ｃ， ３ｍは量子井戸層であってＩｎＧａＡｓ層
３ｂ， ３ｄ， ３ｎは障壁層であってＩｎＧａＡｓＰ
層４は光閉じ込め層であってｐ−ＩｎＰ層５はコンタク
ト層 ６は埋込み層 ７は保護層 ８はｐ電極 ９はｎ電極
波層であってｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層２ａはＩｎＰ層 ３は多重量子井戸構造であって多重量子井戸活性層３ａ
， ３ｃ， ３ｍは量子井戸層であってＩｎＧａＡｓ層
３ｂ， ３ｄ， ３ｎは障壁層であってＩｎＧａＡｓＰ
層４は光閉じ込め層であってｐ−ＩｎＰ層５はコンタク
ト層 ６は埋込み層 ７は保護層 ８はｐ電極 ９はｎ電極
Claims (3)
- 【請求項１】 化合物半導体基板（１） に光導波層
（２） を第１の温度で成長した後，第２の温度に降温
して，該第２の温度で量子井戸層（３ａ）と障壁層（３
ｂ）が交互に積層されてなる多重量子井戸構造（３）
の活性層を成長する工程を有することを特徴とする光半
導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記光導波層（２） 及び前記多重量
子井戸構造（３） はＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体から
なり，前記降温はＶ族元素を含みかつ実質的にＩＩＩ
族元素を含まない雰囲気下で行うことを特徴とする請求
項１記載の光半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記化合物半導体基板（１） はＩｎ
Ｐであり，前記光導波層（２） はＩｎＧａＡｓＰであ
り，前記量子井戸層（３ａ）はＩｎＧａＡｓであり，前
記障壁層（３ｂ）はＩｎＧａＡｓＰであって，前記光導
波層（２） 上にＩｎＰ層（２ａ）を連続成長した後，
前記第２の温度に降温することを特徴とする請求項２記
載の光半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2175891A JPH04260386A (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | 光半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2175891A JPH04260386A (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | 光半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04260386A true JPH04260386A (ja) | 1992-09-16 |
Family
ID=12063965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2175891A Withdrawn JPH04260386A (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | 光半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04260386A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002368339A (ja) * | 2001-06-08 | 2002-12-20 | Oki Electric Ind Co Ltd | メサ埋め込み型半導体レーザの製造方法 |
| JP2007329191A (ja) * | 2006-06-06 | 2007-12-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体レーザを作製する方法 |
-
1991
- 1991-02-15 JP JP2175891A patent/JPH04260386A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002368339A (ja) * | 2001-06-08 | 2002-12-20 | Oki Electric Ind Co Ltd | メサ埋め込み型半導体レーザの製造方法 |
| JP2007329191A (ja) * | 2006-06-06 | 2007-12-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体レーザを作製する方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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