JPH0510319B2 - - Google Patents

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JPH0510319B2
JPH0510319B2 JP26975986A JP26975986A JPH0510319B2 JP H0510319 B2 JPH0510319 B2 JP H0510319B2 JP 26975986 A JP26975986 A JP 26975986A JP 26975986 A JP26975986 A JP 26975986A JP H0510319 B2 JPH0510319 B2 JP H0510319B2
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JP
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preheating
growth
diffraction grating
gas
substrate
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JP26975986A
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JPS63129094A (ja
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Masatoshi Suzuki
Yukitoshi Kushiro
Shigeyuki Akiba
Hideaki Tanaka
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KDDI Corp
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Kokusai Denshin Denwa KK
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Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は、気相エピタキシヤル成長法に係わ
り、特に回折格子が形成されている半導体層上に
半導体薄膜を結晶成長する気相エピタキシヤル成
長方法に関するものである。
(従来技術とその問題点) 気相エピタキシヤル成長法は、膜厚の均一性、
制御性、不純物濃度の制御性に優れた半導体多層
薄膜の結晶成長法の一つであり、大面積ウエーハ
を提供することができる。
一方、分布帰還形(DFB)レーザや分布反射
型(DBR)レーザ等は基板上に周期的な凹凸を
有する回折格子が形成されており、これらの半導
体レーザ用のウエーハは、従来主に液相エピタキ
シヤル成長法を用いて作成されている。しかし近
年は膜厚の均一性の向上及び有効ウエーハ面積の
増大等の観点から、上述のウエーハを気相エピタ
キシヤル成長法を用いて作製する試みがなされて
いる。
第1図は従来のDFBレーザの断面図であり、
1は回折格子付きn+−InP基板、2は周期的な凹
凸が基板1に形成されている回折格子、3はn+
−InP基板1の上に結晶成長されるInGaAsP導波
路層、4はInGaAsP活性層、5はp−InPクラツ
ド層、6はp−InGaAsPコンタクト層である。
以下の説明ではInP基板1に回折格子2が形成さ
れ、かつ回折格子2の上に少なくともInGaAsP
導波路層3の半導体薄膜を結晶成長する場合を例
にとり説明する。
気相エピタキシヤル成長法を用いて、回折格子
が形成されたInP基板1上にInGaAsP導波路3等
の半導体多層薄膜を形成する場合、通常の700℃
程度の成長温度でPH3(フオスフイン)ガス雰囲
気内で、基板1を成長温度まで昇温するための予
熱を行うと、In及びPのマストランスポート現象
により回折格子2が消滅してしまうことが知られ
ている。従つて、気相エピタキシヤル成長法によ
り、回折格子2を内蔵した多層エピタキシヤルウ
エーハを作製する場合には、回折格子2を保存し
つつ、いかに良質の結晶を得るかが重要な問題と
なる。
回折格子2上への気相成長法の一つとして、マ
ストランスポート現象を抑制するために成長温度
を500℃程度まで下げ、回折格子2の凸部のPの
平衡圧以上のPの分圧を与えるPH3ガス雰囲気中
で基板1の予熱を行い、その後結晶成長を行う方
法がある(西部,他,「Hydride VPE法によ
1.3μmDFBレーザ用ウエーハの作製」昭和60年春
季第32回応用物理学関連連合講演会講演予稿集
1a−2−77、参照)。この方法、回折格子2の保
存に関しては、比較的高い再現性が得られるもの
の、成長温度が通常の温度より200℃程度低いた
め、成長層の結晶性が劣化する問題がある。
回折格子2上への気相成長法の別な方法とし
て、成長温度は通常の成長温度700℃前後に保ち
つつ、基板1の予熱をPH3及びAsH3(アルシン)
の混合ガス雰囲気中で行う方法がある(岩本他
「HydrideVPE法によるDFBレーザの作製」昭和
59年春季第31回応用物理学関連連合講演会講演予
稿集31pc−15、参照)。この方法の2成長室ハイ
ドライド気相成長装置を用いた場合の従来の予熱
方法を第2図に示す。図において、1は回折格子
付きInP基板、7はInP用成長室(第1の成長
室)、8はInGaAsP又はInGaAsP用成長室(第2
の成長室)、10は基板ホルダー、11はガスの
排気口である。
同図において、成長室7の右方(ガス導入側)
には族原料であるインジウム(In)メタルが収
容されており、成長室8の右方にはインジウムメ
タル及びガリウム(Ga)メタルがそれぞれ収容
されている。そして、成長室7及び8にHClガス
導入し、InCl、GaClの形で族原料を移送する
構造となつている。また、n型,p型のドーピン
グ用ガスとしては、H2SガスあるいはZn(C2H52
(通常DEZガスと称されている)を導入する。基
板1の予熱をPH3ガスとAsH3ガスの混合ガス雰
囲気中で行うと回折格子は残存するが、低温基板
1がはじめからAsH3に接すると、Asが基板1に
付着し成長層に荒れが生じる。これを壁けるため
に、第2図の従来例では、まずPH3ガス雰囲気の
成長7に基板1を移動し、一定時間経過後AsH3
を徐々に加えて回折格子2を保存する予熱方法が
とられている。なお、図中のH2ガスはキヤリア
ガスである。このような従来の方法においては、
基板1を成長室7に移動してからAsH3ガスを付
加するため、AsH3ガスの流れ始めにおいて、
PH3ガスとAsH3ガスの混合比が不安定な過渡状
態に基板1がさらされる。このような過渡状態に
おいて、PH3,AsH3の混合比を調整することは
極めて難しく回折格子2の保存に関する再現性が
著しく損なわれる。
従来の結晶成長ではAsH3を流し始めた過渡状
態において、AsH3ガス流れの応答時間が遅く
PH3に対するAsH3の混合比が小さくほとんど
PH3ガス雰囲気の状態で基板温度が上昇すると、
第3図aに示すように、回折格子2はほとんど消
失してしまう。一方、AsH3ガス流れの応答時間
が速く、過剰にAsH3が付加されたPH3・AsH3
合ガス雰囲気内で予熱が行われると、Asが基板
1に付着し、第3図bに示すように成長層が荒れ
てしまい良質の多層エピタキシヤル層が得られな
い。なお、両者のちようど中間の回折格子保存に
適切な混合状態が過渡状態でも起こり得る可能性
があるが、その頻度は非常に小さい。
上述した様に、従来例では基板1がPH3
AsH3の混合比が変動する制御困難な過渡状態に
させられるため、回折格子2を保存しつつ良質な
成長層を再現性良く得ることが困難であつた。
(発明の目的と特徴) 本発明は、上述したような従来技術の欠点を解
決するためになされたもので、半導体層に形成さ
れている回折格子を保存し、かつ良質な成長層を
形成することができる気相エピタキシヤル成長方
法を提供することを目的とする。
本発明の特徴は、回折格子付き半導体層の半導
体層温度を第1の予熱ガスを用いて結晶成長すべ
き成長温度よりも低い温度まで予熱し、次に第2
の予熱ガスを用いて成長温度まで半導体層温度を
予熱した後半導体層上に半導体薄膜を結晶成長す
ることにある。
(発明の構成) 以下に図面を用いて本発明を詳細に説明する。
なお、以下の説明も第1図に示すようなn+−InP
基板1に回折格子2が形成されているDFBレー
ザ構造のウエーハの結晶成長を例に取り説明する
が、基板の導電型に左右されることなくp型また
は半絶縁性のInP基板に回折格子2が形成されて
いる場合、あるいは他の半導体素子構造にも適用
できる。
第4図は本発明によるた回折格子付き基板1の
上に半導体多層薄膜を結晶成長する場合の工程図
を示したものである。
(1) 第1のステツプ 予熱領域A(予熱室9)に第1の予熱ガス
PH3をキヤリアガスH2とともに流入させ予熱
領域A内の温度を約700℃にする。この場合、
Pの分圧は1×10-2気圧以上に設定したが予熱
領域A内の温度を650℃前後にすればPの分圧
は1×10-3気圧程度まで下げることができる。
予熱領域(図では第1の成長室7)に第2の
予熱ガスであるPH3とAsH3とをH2キヤリアガ
スと共に第4図aの如く流入し約700℃にする。
この時のPの分圧は1×10-2気圧以上でAs分
圧は4×10-3気圧以上に設定した。この予熱領
域BをPH3/AsH3の混合比が変動しない定常
状態でかつ結晶成長温度の約700℃にしておく
ことが本発明の特徴のひとつである。
第4図bの如く回折格子付き基板1を基板ホ
ルダー10にのせて予熱領域Aに入れ、基板1
を約600〜650℃まで予熱する。
すなわち、本発明では第1のステツプとし
て、基板1に形成されている回折格子2が消滅
せず、かず、かつ後述する第2の予熱ガス雰囲
気中でも基板1にAsが付着しない温度まで予
め予熱しておくものである。
なお、本発明者らの実験結果によれば、約
700℃になつている予熱領域Aに約1分間基板
1を入れておくことにより、上述の所望の温度
が得られた。
(2) 第2のステツプ 基板ホルダー10を第4図cの如く予熱領域
Aから予熱領域B(第1の成長室7)に移動す
る。
基板1を次に結晶成長する半導体薄膜
(InGaAsP導波路層3)の成長温度の約700℃
まで予熱する。
なお、基板1が成長温度に達した状態では、
AsH3ガスを徐々に減少していつて完全に止め
ても良い。
(3) 第3のステツプ 第4図dの如く、基板ホルダー10を予熱領
域Bから第2の成長室8へ移動し、基板1の上
にInGaAsP導波路層3を結晶成長する。
なお、第2の成長室8にはInGaAsP導波路
層3のガスを予め流入させておく必要がある。
以下の手順も同様に成長すべき半導体層のガス
を予め流入させておく必要があるが、説明を省
略する。
第4図eの如く、基板ホルダー10を
AsH3,PH3,H2ガス雰囲気の成長室7へ移動
し、成長室8内のInGaAsP活性層4用の成長
ガスが安定するまで待機する。
第4図fの如く、基板ホルダー10を成長室
8へ移動し、InGaAsP活性層4を結晶成長す
る。
同様にしてp−InPクラツド層5及びp−
InGaAsPコンタクト層6を順次結晶成長する
ことにより、第1図に示ウエーハを作製する。
以上のように本発明は回折格子付き基板1を2
段階に予熱したのち半導体多層薄膜を結晶するこ
とにより、回折格子の形状を変形することなくか
つ良質の結晶成長をすることができる。
第5図は結晶成長したInGaAsP導波路層3の
フオトルミネツセンススペクトルを従来例と本発
明とで比較した特性図であり、実線12は従来の
気相エピタキシヤル成長法により結晶成長したも
のを10倍に拡大した場合、破線13は本発明の成
長法により結晶成長した場合をそれぞれ示してい
る。
図から明らかなように、本発明により成長した
成長層はフオトルミネツセンス強度が強く、かつ
スペクトル半値幅も狭くなつており良質の結晶層
が得られていることがわかる。また、本発明の製
造方法により作製した第1図のDFBレーザのウ
エハを用いて動作試験をしたところ、室温で連続
発振が確認された。
なお、上述の説明では、基板1に回折格子2が
形成されている場合を例にとり説明したが、基板
1に回折格子2が必ずしも形成されている必要は
なく、例えばInGaAsP導波路3あいはInGaAs半
導体層に形成されているる場合にも適用すること
ができる。さらに、ハイドライド気相成長に限ら
ず気相成長一般の例えば有機金属熱分解気相成長
あるいはクロライド気相成長等にも適用すること
ができる。また、回折格子2の形状に左右される
ことなく、中心付近で位相反転しているものある
いは左右で形状が異なつていても本発明を適用す
ることができる。
(発明の効果) 以上のように、本発明は回折格子付き半導体層
を予め結晶成長すべき成長温度よりも若干低い温
度に第1の予熱ガスで予熱し、次に結晶成長温度
まで第2の予熱ガスで予熱したのち、結晶成長す
ることにより、回折格子の周期的な凹凸を良好に
保存しつつ、かつ良質の成長層を有するウエーハ
を作製することができる。従つて、DFBレーザ
あるいは外部光変調器付DFBレーザ等をはじめ
とする回折格子内蔵型の光集積回路用を大面積に
わたり再現性良く作製することが可能となり、そ
の効果は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のDFBレーザの断面図、第2図
は従来の2成長室ハイドライド気相成長装置によ
る基板予熱方法を示す図、第3図は従来の結晶成
長法により成長されたDFBレーザのウエーハ断
面図、第4図a〜fは本発明による気相エピタキ
シヤル成長法の工程図、第5図は本発明と従来と
の成長法を用いて回折格子上に成長した
InGaAsP導波路層のフオトルミネツセンススペ
クトル図である。 1……回折格子付きn+−InP基板、2……回折
格子、3……InGaAsP導波路層、4……
InGaAsP活性層、5……p−InPクラツド層、6
……p−InGaAsPコンタクト層、7……第1の
成長室(予熱領域B)、8……第2の成長室、9
……予熱室(予熱領域A)、10……基板ホルダ
ー、11……ガス排気口。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 周期的な凹凸を有する回折格子が形成されて
    いる半導体層上に半導体薄膜を結晶成長する気相
    エピタキシヤル成長法において、 予熱領域Aには第1の予熱ガスを流入し予熱領
    域Bには第2の予熱ガスを流入しておいた状態で
    該半導体層を該予熱領域Aに移動して前記回折格
    子が消滅せずかつ前記第2の予熱ガスの成分が前
    記半導体層上に付着しない所望の温度まで予熱す
    る第1のステツプと、前記半導体層を前記予熱領
    域Aから前記予熱領域Bに移動して前記半導体薄
    膜の成長温度とほぼ等しい温度まで予熱する第2
    のステツプと、結晶成長すべき前記半導体薄膜の
    ガスが注入されている成長室へ前記半導体層を移
    動し前記回折格子上に前記半導体薄膜を結晶成長
    する第3のステツプとを含むことを特徴とする気
    相エピタキシヤル成長方法。
JP26975986A 1986-11-14 1986-11-14 気相エピタキシヤル成長方法 Granted JPS63129094A (ja)

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