JPH05259079A - 半導体成長方法および半導体レーザの製造方法 - Google Patents
半導体成長方法および半導体レーザの製造方法Info
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- JPH05259079A JPH05259079A JP8815992A JP8815992A JPH05259079A JP H05259079 A JPH05259079 A JP H05259079A JP 8815992 A JP8815992 A JP 8815992A JP 8815992 A JP8815992 A JP 8815992A JP H05259079 A JPH05259079 A JP H05259079A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 再現性・制御性良く高結晶品質の化合物半導
体自然超格子を形成する。さらに、制御性良く選択的に
自然超格子を形成し、高性能の半導体レーザを作製す
る。 【構成】 結晶中に自然超格子の形成された３元以上の
元素から成るＩＩＩ−Ｖ化合物半導体中を分子線エピタ
キシャル法（ＭＢＥ法）で成長するにあたり、基板をＭ
ＢＥ真空チャンバ中に保持し、外部より光導入窓を通し
て基板表面に光を照射する。或いは同様の構成で、真空
チャンバ内に電子線発生源を設置して基板表面に電子線
を照射する。光照射の場合はフォトマスク、電子線の場
合は電子線走査により基板面内に照射選択性をもたせ
る。また、この選択性を利用して高出力半導体レーザ、
光集積半導体レーザなどの高機能半導体レーザを作製す
る。
体自然超格子を形成する。さらに、制御性良く選択的に
自然超格子を形成し、高性能の半導体レーザを作製す
る。 【構成】 結晶中に自然超格子の形成された３元以上の
元素から成るＩＩＩ−Ｖ化合物半導体中を分子線エピタ
キシャル法（ＭＢＥ法）で成長するにあたり、基板をＭ
ＢＥ真空チャンバ中に保持し、外部より光導入窓を通し
て基板表面に光を照射する。或いは同様の構成で、真空
チャンバ内に電子線発生源を設置して基板表面に電子線
を照射する。光照射の場合はフォトマスク、電子線の場
合は電子線走査により基板面内に照射選択性をもたせ
る。また、この選択性を利用して高出力半導体レーザ、
光集積半導体レーザなどの高機能半導体レーザを作製す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体膜の性質を制御するための製造方法、さらにはこの
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの性能
改善の為の製造方法に関する。
導体膜の性質を制御するための製造方法、さらにはこの
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの性能
改善の為の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＩＩ−Ｖ族化合物単結晶薄膜の成長方
法として分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）が従来技
術としてある。この方法によると、例えば（００１）Ｇ
ａＡｓ基板上にＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐを成長した場合、その
成長条件に依存して［−１１１］方向或いは［１−１
１］方向に１分子層毎の超格子（自然超格子と呼ばれ
る）のできることがあることが知られている（ジャーナ
ル・オブ・クリスタル・グロウス 第１０５巻 ｐ．１
１６−１２３（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ
Ｇｒｏｗｔｈ ｖｏｌ．１０５，ｐｐ１１６−１２
３，１９９０））。また結晶の組成を一義的に定めて
も、この自然超格子の形成状態に対応して、そのエネル
ギギャップが変化する。ＭＢＥ法による成長条件とエネ
ルギギャップの関係の一例を図４に示す。
法として分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）が従来技
術としてある。この方法によると、例えば（００１）Ｇ
ａＡｓ基板上にＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐを成長した場合、その
成長条件に依存して［−１１１］方向或いは［１−１
１］方向に１分子層毎の超格子（自然超格子と呼ばれ
る）のできることがあることが知られている（ジャーナ
ル・オブ・クリスタル・グロウス 第１０５巻 ｐ．１
１６−１２３（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ
Ｇｒｏｗｔｈ ｖｏｌ．１０５，ｐｐ１１６−１２
３，１９９０））。また結晶の組成を一義的に定めて
も、この自然超格子の形成状態に対応して、そのエネル
ギギャップが変化する。ＭＢＥ法による成長条件とエネ
ルギギャップの関係の一例を図４に示す。
【０００３】これは、ＭＢＥ法により成長したＧａ0.5
Ｉｎ0.5Ｐのエネルギギャップ値の成長温度依存性であ
る。Ｖ族／ＩＩＩ族分子線フラックス比１０の場合を示
す。破線が光照射のない従来法による結果である。エネ
ルギギャップ値は、成長温度に応じて約１．８４ｅＶか
ら約１．９１ｅＶの値をとる。この関係は成長装置の違
いや、基板配置や原料配置の構成、或いは、原料が固体
の場合と気体の場合の違い等に応じて変化する。
Ｉｎ0.5Ｐのエネルギギャップ値の成長温度依存性であ
る。Ｖ族／ＩＩＩ族分子線フラックス比１０の場合を示
す。破線が光照射のない従来法による結果である。エネ
ルギギャップ値は、成長温度に応じて約１．８４ｅＶか
ら約１．９１ｅＶの値をとる。この関係は成長装置の違
いや、基板配置や原料配置の構成、或いは、原料が固体
の場合と気体の場合の違い等に応じて変化する。
【０００４】また一方、ＡｌＧａＩｎＰ系の高出力ウィ
ンドウ型可視光（波長６８０ｎｍ帯）半導体レーザ（特
願昭６２−１７１５２５号）においては、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ系半導体のエネルギギャップが、不純物の存在により
異なることを利用している。つまり、半導体レーザの共
振器端面を含むその近傍にのみ亜鉛等の不純物を拡散し
て、この領域のエネルギギャップを大きくし、この領域
での光吸収を抑制することにより端面の臨界光出力を増
加させている。
ンドウ型可視光（波長６８０ｎｍ帯）半導体レーザ（特
願昭６２−１７１５２５号）においては、ＡｌＧａＩｎ
Ｐ系半導体のエネルギギャップが、不純物の存在により
異なることを利用している。つまり、半導体レーザの共
振器端面を含むその近傍にのみ亜鉛等の不純物を拡散し
て、この領域のエネルギギャップを大きくし、この領域
での光吸収を抑制することにより端面の臨界光出力を増
加させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術によれ
ば、次に述べるが如くいくつかの問題点をもつ。まず第
１に、「従来の技術」の項で述べたように、成長条件と
半導体膜のエネルギギャップの関係が成長装置により異
なるなど再現性に乏しいこと、またある特定の自然超格
子の形成状態を与えるための成長条件或いはエネルギギ
ャップを与えるための成長条件の許容範囲が狭いことな
どの問題がある。また、第２には、一定の成長条件を与
えると、自然超格子の形成状態、或いはエネルギギャッ
プの値は、半導体膜の面内で場所によらずほぼ一定とな
り、面内で空間的にそれらの分布をつくることは困難で
ある。
ば、次に述べるが如くいくつかの問題点をもつ。まず第
１に、「従来の技術」の項で述べたように、成長条件と
半導体膜のエネルギギャップの関係が成長装置により異
なるなど再現性に乏しいこと、またある特定の自然超格
子の形成状態を与えるための成長条件或いはエネルギギ
ャップを与えるための成長条件の許容範囲が狭いことな
どの問題がある。また、第２には、一定の成長条件を与
えると、自然超格子の形成状態、或いはエネルギギャッ
プの値は、半導体膜の面内で場所によらずほぼ一定とな
り、面内で空間的にそれらの分布をつくることは困難で
ある。
【０００６】このため、従来技術によるウィンドウ型半
導体レーザに見られるように、活性領域の一部にバンド
ギャップエネルギの異なる領域を形成するには、不純物
拡散などの方法をとらねばならず、この場合、不純物拡
散による結晶品質劣化、制御性・再現性不良などの問題
を伴っていた。従来技術は以上述べたが如く、いくつか
の欠点を有していた。
導体レーザに見られるように、活性領域の一部にバンド
ギャップエネルギの異なる領域を形成するには、不純物
拡散などの方法をとらねばならず、この場合、不純物拡
散による結晶品質劣化、制御性・再現性不良などの問題
を伴っていた。従来技術は以上述べたが如く、いくつか
の欠点を有していた。
【０００７】そこで本発明の目的は、結晶成長や材料の
性質を利用して上述の欠点を除き、より制御性・再現性
よくＩＩＩ−Ｖ化合物半導体膜の特性を制御する製造方
法を与え、かつまた、このＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を用
いた半導体レーザの性能改善のための製造方法を与える
ものである。
性質を利用して上述の欠点を除き、より制御性・再現性
よくＩＩＩ−Ｖ化合物半導体膜の特性を制御する製造方
法を与え、かつまた、このＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を用
いた半導体レーザの性能改善のための製造方法を与える
ものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の要旨とすると
ころは、３元以上の元素から成るＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体中に、ＩＩＩ族或いはＶ族の副格子上に１分子層毎
の超格子、つまり自然超格子を含む半導体膜をＭＢＥ法
で形成する過程において、その成長温度を約６５０℃以
下とし、かつ成長基板上に光を照射することである。ま
た、同様な自然超格子をＭＢＥ法で形成する過程におい
て、その成長温度を約６５０℃以下とし、かつ成長基板
上に電子線を照射することが第２の要旨である。さら
に、自然超格子形成領域を含む半導体レーザ素子作製の
結晶成長にあたって、基板面内に選択的に光或いは電子
線を照射することが本発明の第３の要旨である。自然超
格子形成の結晶成長に際し、基板に光或いは電子線を照
射することが重要である。
ころは、３元以上の元素から成るＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体中に、ＩＩＩ族或いはＶ族の副格子上に１分子層毎
の超格子、つまり自然超格子を含む半導体膜をＭＢＥ法
で形成する過程において、その成長温度を約６５０℃以
下とし、かつ成長基板上に光を照射することである。ま
た、同様な自然超格子をＭＢＥ法で形成する過程におい
て、その成長温度を約６５０℃以下とし、かつ成長基板
上に電子線を照射することが第２の要旨である。さら
に、自然超格子形成領域を含む半導体レーザ素子作製の
結晶成長にあたって、基板面内に選択的に光或いは電子
線を照射することが本発明の第３の要旨である。自然超
格子形成の結晶成長に際し、基板に光或いは電子線を照
射することが重要である。
【０００９】結晶成長中に自然超格子を形成させ本発明
の効果を利用させ得るＩＩＩ−Ｖ化合物は、結晶中でＩ
ＩＩ族原子とＶ族原子間の結合長が互いに異なる２種以
上の組をもつもので、ＧａＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎＰ，Ａ
ｌＩｎＰ，ＡｌＩｎＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＡｌＧａＩｎ
Ａｓ，ＧａＩｎＰＡｓ，ＧａＡｓＳｂ，ＧａＩｎＡｓＳ
ｂ等多数あり、いずれの場合にも適用される。
の効果を利用させ得るＩＩＩ−Ｖ化合物は、結晶中でＩ
ＩＩ族原子とＶ族原子間の結合長が互いに異なる２種以
上の組をもつもので、ＧａＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎＰ，Ａ
ｌＩｎＰ，ＡｌＩｎＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＡｌＧａＩｎ
Ａｓ，ＧａＩｎＰＡｓ，ＧａＡｓＳｂ，ＧａＩｎＡｓＳ
ｂ等多数あり、いずれの場合にも適用される。
【００１０】
【作用】結晶中でＩＩＩ族原子とＶ族原子間の結合長が
互いに異なる２種以上の組をもつ３元以上のＩＩＩ−Ｖ
化合物混晶は、その結晶成長条件に応じて［−１１１］
方向又は［１−１１］方向に構成原子が交互に並ぶこと
により、自然超格子が形成され、それにより、結晶の性
質、特にエネルギギャップの変化することが知られてい
る。図４は［従来の技術］の項で述べたように、ＭＢＥ
法により成長したＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐのエネルギギャップ
の成長温度依存性である。破線は、光照射或いは電子線
照射のない場合である。結晶中ＩＩＩ族又はＶ族の副格
子上に乱雑に原子の配列されている時は、大きなエネル
ギギャップ値をとり、自然超格子の秩序性が高いときに
エネルギギャップは小さな値をとる。また、自然超格子
はある温度条件のもとで、基板表面上の原子ステップが
拡がる形で成長する場合に秩序性高く形成されると考え
られている。（第３８回応用物理学関係連合講演会３０
ａ−ＺＧ−５，１９９１年）。図４中高温領域でエネル
ギギャップが大きくなるのは、結晶成長時大きな原子の
運動エネルギのため、結晶中原子の秩序性が維持でき
ず、副格子上の配列が乱雑になるためと考えられてい
る。また、一方、破線で示されるように低温領域でエネ
ルギギャップが大きくなるのは、結晶成長時、基板表面
での原子の易動度が小さく、十分に長くステップの伸び
る成長が行われず、自然超格子秩序領域が拡がりにくく
なるためと考えられている。ここで、前述の低温領域の
成長条件において、成長中、同時に基板上に光を照射す
ると、基板表面上で、原料分子或いは構成原子の易動度
が増加し、このような条件下でもステップの伸びる成長
が起こり易くなる。このために自然超格子が形成され
て、エネルギギャップは小さくなる。その結果光の照射
下ではＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐのエネルギギャップは図４の実
線で示されたような成長温度依存性を示す。また、成長
中、同時に基板表面に電子線を照射すると、同様の現象
が起こり、Ｇａ0. 5Ｉｎ0.5Ｐのエネルギギャップの成長
温度依存性は概略、図４の実線の如きとなる。また、光
照射或いは電子線照射により、基板表面分子又は原子の
易動度を高めると、低温でも高品質の結晶が得られると
いう利点がある。電子線照射の場合は、光照射の場合と
較べ、電子線を高速で走査して、直線微細なパターンを
基板上に描画できるという利点を持っている。作用につ
いては、ＧａＩｎＰの例で説明したが、一般にＡｌＧａ
ＩｎＰその他ＡｌＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎＰＡｓ等他の
材料についても同様の結果が得られる。
互いに異なる２種以上の組をもつ３元以上のＩＩＩ−Ｖ
化合物混晶は、その結晶成長条件に応じて［−１１１］
方向又は［１−１１］方向に構成原子が交互に並ぶこと
により、自然超格子が形成され、それにより、結晶の性
質、特にエネルギギャップの変化することが知られてい
る。図４は［従来の技術］の項で述べたように、ＭＢＥ
法により成長したＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐのエネルギギャップ
の成長温度依存性である。破線は、光照射或いは電子線
照射のない場合である。結晶中ＩＩＩ族又はＶ族の副格
子上に乱雑に原子の配列されている時は、大きなエネル
ギギャップ値をとり、自然超格子の秩序性が高いときに
エネルギギャップは小さな値をとる。また、自然超格子
はある温度条件のもとで、基板表面上の原子ステップが
拡がる形で成長する場合に秩序性高く形成されると考え
られている。（第３８回応用物理学関係連合講演会３０
ａ−ＺＧ−５，１９９１年）。図４中高温領域でエネル
ギギャップが大きくなるのは、結晶成長時大きな原子の
運動エネルギのため、結晶中原子の秩序性が維持でき
ず、副格子上の配列が乱雑になるためと考えられてい
る。また、一方、破線で示されるように低温領域でエネ
ルギギャップが大きくなるのは、結晶成長時、基板表面
での原子の易動度が小さく、十分に長くステップの伸び
る成長が行われず、自然超格子秩序領域が拡がりにくく
なるためと考えられている。ここで、前述の低温領域の
成長条件において、成長中、同時に基板上に光を照射す
ると、基板表面上で、原料分子或いは構成原子の易動度
が増加し、このような条件下でもステップの伸びる成長
が起こり易くなる。このために自然超格子が形成され
て、エネルギギャップは小さくなる。その結果光の照射
下ではＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐのエネルギギャップは図４の実
線で示されたような成長温度依存性を示す。また、成長
中、同時に基板表面に電子線を照射すると、同様の現象
が起こり、Ｇａ0. 5Ｉｎ0.5Ｐのエネルギギャップの成長
温度依存性は概略、図４の実線の如きとなる。また、光
照射或いは電子線照射により、基板表面分子又は原子の
易動度を高めると、低温でも高品質の結晶が得られると
いう利点がある。電子線照射の場合は、光照射の場合と
較べ、電子線を高速で走査して、直線微細なパターンを
基板上に描画できるという利点を持っている。作用につ
いては、ＧａＩｎＰの例で説明したが、一般にＡｌＧａ
ＩｎＰその他ＡｌＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎＰＡｓ等他の
材料についても同様の結果が得られる。
【００１１】
【実施例】次に図面を参照して本発明の実施例を説明す
ることにより、本発明の構成を一層具体的に示す。図１
は本発明の実施例を模式的に示した図である。ＧａＡｓ
基板上にＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ をＭＢＥ法により成長する
場合について示す。ＧａＡｓ基板３をモリブデン製ブロ
ック２上に載置する。これを超高真空チャンバ１内に配
置する。ＧＡ，Ｉｎ，Ｐ等の分子線源を複数個の分子線
セル８に装填し、ここより原料分子線４として基板３の
表面１１上に照射する。基板３は、ヒータ５により加熱
する。一方、Ａｒ+ レーザを光源とするレーザ光１０
を、コリメートレンズ９を通して、基板上に選択的に光
を照射すべくパターンの描かれたマスク７にあてる。こ
のマスクパターンをレンズ６により真空チャンバ１への
光導入部の窓１２を通して基板３の表面１１に結像させ
基板表面にマスク７のパターンに対応して光を照射させ
る。この時基板温度を５００℃、Ｖ／ＩＩＩ比を１０と
すると、図４からわかるように、光照射部のエネルギギ
ャップは１．８４５ｅＶ、光の照射されない部分のエネ
ルギギャップは１．８７５ｅＶとなり、両者の間で３０
ｍｅＶのエネルギギャップ差が生ずる。光照射用の光源
としては、Ａｒ+ レーザでなくても、多のＨｅ−Ｎｅレ
ーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、ＡｒＦレーザ、ＸｅＦレーザ
等レーザの種類を問わない。
ることにより、本発明の構成を一層具体的に示す。図１
は本発明の実施例を模式的に示した図である。ＧａＡｓ
基板上にＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ をＭＢＥ法により成長する
場合について示す。ＧａＡｓ基板３をモリブデン製ブロ
ック２上に載置する。これを超高真空チャンバ１内に配
置する。ＧＡ，Ｉｎ，Ｐ等の分子線源を複数個の分子線
セル８に装填し、ここより原料分子線４として基板３の
表面１１上に照射する。基板３は、ヒータ５により加熱
する。一方、Ａｒ+ レーザを光源とするレーザ光１０
を、コリメートレンズ９を通して、基板上に選択的に光
を照射すべくパターンの描かれたマスク７にあてる。こ
のマスクパターンをレンズ６により真空チャンバ１への
光導入部の窓１２を通して基板３の表面１１に結像させ
基板表面にマスク７のパターンに対応して光を照射させ
る。この時基板温度を５００℃、Ｖ／ＩＩＩ比を１０と
すると、図４からわかるように、光照射部のエネルギギ
ャップは１．８４５ｅＶ、光の照射されない部分のエネ
ルギギャップは１．８７５ｅＶとなり、両者の間で３０
ｍｅＶのエネルギギャップ差が生ずる。光照射用の光源
としては、Ａｒ+ レーザでなくても、多のＨｅ−Ｎｅレ
ーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、ＡｒＦレーザ、ＸｅＦレーザ
等レーザの種類を問わない。
【００１２】第２の実施例を図２に示す。光の照射機構
がなく、電子線の照射機構を備えている点が第１の実施
例と異なるが、他は第１の実施例と同じである。電子線
の照射機構は図２中電子線源１３、加速電極１５、偏向
電極１４より成る。ここより出射された電子線１２は基
板表面１１に達し、偏向電極１４にかける電圧を変化さ
せることによりその面上で走査される。Ｇａ0.5Ｉｎ0.5
Ｐの成長温度が５００℃の時成長速度に対し、十分に高
速で走査させることにより、電子線照射部のみ、そのエ
ネルギギャップ値を１．８４５ｅＶと低めることができ
る。この場合、第１の実施例の場合と較べてより微細な
パターンを形成できる。電子線の加速電圧としては例え
ば２ｋＶとする。第１及び第２の実施例ではＧａＩｎＰ
について述べたが、一般にＡｌＧａＩｎＰでもよく、ま
た他の化合物混晶ＡｌＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎＰＡｓ，
ＧａＡｓＳｂ等にも同様に本発明は適用される。また、
第１、第２の実施例では分子線源として固体元素を用い
た場合を示したが、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ），
トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ），フォスフィン（Ｐ
Ｈ3 ）等の組合せのように有機金属蒸気や水素化物を原
料とした場合を第３の実施例となる。この場合、光照射
或いは電子線照射をするものとしエネルギギャップと成
長温度の関係は図４と若干異なるが、同様の作用による
効果が得られる。第１乃至第３の実施例において、本発
明の効果の得られる成長温度は、結晶の組成、分子線源
原料種等により差はあるが６５０℃以下でその効果が得
られる。
がなく、電子線の照射機構を備えている点が第１の実施
例と異なるが、他は第１の実施例と同じである。電子線
の照射機構は図２中電子線源１３、加速電極１５、偏向
電極１４より成る。ここより出射された電子線１２は基
板表面１１に達し、偏向電極１４にかける電圧を変化さ
せることによりその面上で走査される。Ｇａ0.5Ｉｎ0.5
Ｐの成長温度が５００℃の時成長速度に対し、十分に高
速で走査させることにより、電子線照射部のみ、そのエ
ネルギギャップ値を１．８４５ｅＶと低めることができ
る。この場合、第１の実施例の場合と較べてより微細な
パターンを形成できる。電子線の加速電圧としては例え
ば２ｋＶとする。第１及び第２の実施例ではＧａＩｎＰ
について述べたが、一般にＡｌＧａＩｎＰでもよく、ま
た他の化合物混晶ＡｌＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎＰＡｓ，
ＧａＡｓＳｂ等にも同様に本発明は適用される。また、
第１、第２の実施例では分子線源として固体元素を用い
た場合を示したが、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ），
トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ），フォスフィン（Ｐ
Ｈ3 ）等の組合せのように有機金属蒸気や水素化物を原
料とした場合を第３の実施例となる。この場合、光照射
或いは電子線照射をするものとしエネルギギャップと成
長温度の関係は図４と若干異なるが、同様の作用による
効果が得られる。第１乃至第３の実施例において、本発
明の効果の得られる成長温度は、結晶の組成、分子線源
原料種等により差はあるが６５０℃以下でその効果が得
られる。
【００１３】第４の実施例を図２に示す。波長６８０ｎ
ｍで発振する高出力ウィンドウレーザをレーザ光の出射
方向と平行な側面よりみた模式図である。ｎ型ＧａＡｓ
基板２１の上にｎ−ＧａＡｓバッファ層を約１μｍＭＢ
Ｅ法により積層させる。続いて、ＭＢＥ法により、図中
素子の両端のレーザ光出射面２９から約３０μｍ内側の
領域を成長時光照射部３０として、この部分にのみ光を
照射し、その他の部分には光を照射せずに、順にｎ−
（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２３を約１
μｍ、アンドープＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層２４を約０．
１μｍ、ｐ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ２５を約
１μｍ積層する。具体的な手法としては、第１の実施例
で示した方法をとる。ただし、ここでは成長温度を５０
０℃、Ｖ／ＩＩＩ比を１０とすることにより、光照射部
と非照射部のエネルギギャップ差が３０ｍｅＶ程度とな
るようにした。ひきつづいて厚さ約１μｍのｐ−ＧａＡ
ｓキャップ層を形成し、ウェーハ全体の厚さを１００μ
ｍとする。さらに成長時光照射部３０以外のｐ−ＧａＡ
ｓキャップ層２６の表面にのみＳｉＯ2 絶縁膜３１を形
成し、その上にｐ−電極２７を形成する。一方、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板２１の裏面にはｎ−電極２８を形成する。こ
うして成長時光照射部３０にのみ電流を注入して励起領
域３２とし、レーザ光出射面２９近傍端面から約３０μ
ｍ内側迄の領域を非励起領域３３とする。このようにし
て、レーザ光出射面２９近傍のみエネルギギャップを、
レーザ発振光の光子エネルギよりも大きくすることによ
り端面付近の光吸収を減じたウィンドウ構造を形成す
る。このような半導体レーザは端面の光損傷の閾値が高
いため、高信頼の高出力レーザとなる。このようにして
形成した成長時光照射部の結晶品質は成長温度が低いに
も拘らず優れている。また、ウィンドウ領域形成にあた
り、不純物拡散等の方法を用いていないため、その素子
製作の再現生および信頼生が高い。
ｍで発振する高出力ウィンドウレーザをレーザ光の出射
方向と平行な側面よりみた模式図である。ｎ型ＧａＡｓ
基板２１の上にｎ−ＧａＡｓバッファ層を約１μｍＭＢ
Ｅ法により積層させる。続いて、ＭＢＥ法により、図中
素子の両端のレーザ光出射面２９から約３０μｍ内側の
領域を成長時光照射部３０として、この部分にのみ光を
照射し、その他の部分には光を照射せずに、順にｎ−
（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層２３を約１
μｍ、アンドープＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層２４を約０．
１μｍ、ｐ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ２５を約
１μｍ積層する。具体的な手法としては、第１の実施例
で示した方法をとる。ただし、ここでは成長温度を５０
０℃、Ｖ／ＩＩＩ比を１０とすることにより、光照射部
と非照射部のエネルギギャップ差が３０ｍｅＶ程度とな
るようにした。ひきつづいて厚さ約１μｍのｐ−ＧａＡ
ｓキャップ層を形成し、ウェーハ全体の厚さを１００μ
ｍとする。さらに成長時光照射部３０以外のｐ−ＧａＡ
ｓキャップ層２６の表面にのみＳｉＯ2 絶縁膜３１を形
成し、その上にｐ−電極２７を形成する。一方、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板２１の裏面にはｎ−電極２８を形成する。こ
うして成長時光照射部３０にのみ電流を注入して励起領
域３２とし、レーザ光出射面２９近傍端面から約３０μ
ｍ内側迄の領域を非励起領域３３とする。このようにし
て、レーザ光出射面２９近傍のみエネルギギャップを、
レーザ発振光の光子エネルギよりも大きくすることによ
り端面付近の光吸収を減じたウィンドウ構造を形成す
る。このような半導体レーザは端面の光損傷の閾値が高
いため、高信頼の高出力レーザとなる。このようにして
形成した成長時光照射部の結晶品質は成長温度が低いに
も拘らず優れている。また、ウィンドウ領域形成にあた
り、不純物拡散等の方法を用いていないため、その素子
製作の再現生および信頼生が高い。
【００１４】第５の実施例として、第４の実施例におい
て、非励起領域３３を数１００μｍ程度と長くし、か
つ、長くした非励起領域上のｐ−電極２７の部分を励起
領域３２上のｐ−電極２７の部分と電気的に分離した光
変調器・半導体レーザ集積素子を示す。この電気的に分
離された領域を変調領域と名付ける。この変調領域に、
電圧印加或いは電流印加することにより、半導体レーザ
光出力の強度変調をする。また、変調領域に回折格子を
設けると半導体レーザの発振波長を制御することがで
き、さらにこの領域の印加電圧を変えることにより、発
振波長も可変にすることができる。励起領域及び非励起
領域の形成法は、第４の実施例で述べたが如くすればよ
い。
て、非励起領域３３を数１００μｍ程度と長くし、か
つ、長くした非励起領域上のｐ−電極２７の部分を励起
領域３２上のｐ−電極２７の部分と電気的に分離した光
変調器・半導体レーザ集積素子を示す。この電気的に分
離された領域を変調領域と名付ける。この変調領域に、
電圧印加或いは電流印加することにより、半導体レーザ
光出力の強度変調をする。また、変調領域に回折格子を
設けると半導体レーザの発振波長を制御することがで
き、さらにこの領域の印加電圧を変えることにより、発
振波長も可変にすることができる。励起領域及び非励起
領域の形成法は、第４の実施例で述べたが如くすればよ
い。
【００１５】第４及び第５の実施例において光照射の代
わりに電子線を照射したものを第６及び第７の実施例と
する。電子線照射部の成長方法としては、第２の実施例
の方法をとる。既述の如く、電子線を用いると微細なパ
ターンを形成できるので、第７の実施例において光変調
領域に、電子線で回折格子を直接形成できるなど、さら
なる利点をもつ。
わりに電子線を照射したものを第６及び第７の実施例と
する。電子線照射部の成長方法としては、第２の実施例
の方法をとる。既述の如く、電子線を用いると微細なパ
ターンを形成できるので、第７の実施例において光変調
領域に、電子線で回折格子を直接形成できるなど、さら
なる利点をもつ。
【００１６】第４乃至第７の実施例ではＡｌＧａＩｎＰ
系より成る波長６８０ｎｍの可視光半導体レーザにて説
明したが、ＡｌＧａＩｎＡｓ系、ＧａＩｎＰＡｓ系等他
の材料系にも適用できる。
系より成る波長６８０ｎｍの可視光半導体レーザにて説
明したが、ＡｌＧａＩｎＡｓ系、ＧａＩｎＰＡｓ系等他
の材料系にも適用できる。
【００１７】
【発明の効果】このように、本発明の方法をとることに
より、再現性・制御性よくかつ容易に低成長温度で高結
晶品質の自然超格子ができる。また結晶面内に容易にか
つ制御性よく自然超格子の形成領域と非形成領域を選択
的に形成できる。さらに高信頼の高出力ウィンドウレー
ザ素子を容易に形成できると共に、光変調器・半導体レ
ーザ集積素子が形成できる。
より、再現性・制御性よくかつ容易に低成長温度で高結
晶品質の自然超格子ができる。また結晶面内に容易にか
つ制御性よく自然超格子の形成領域と非形成領域を選択
的に形成できる。さらに高信頼の高出力ウィンドウレー
ザ素子を容易に形成できると共に、光変調器・半導体レ
ーザ集積素子が形成できる。
【図１】本発明の第１の実施例であるＭＢＥ成長方法を
示した説明図である。
示した説明図である。
【図２】本発明の第２の実施例であるＭＢＥ成長方法を
示した説明図である。
示した説明図である。
【図３】本発明の第４の実施例により製作した素子の模
式的側面図である。
式的側面図である。
【図４】ＧａＩｎＰ結晶のバンドギャップエネルギと成
長条件の関係を示す図である。
長条件の関係を示す図である。
１ 超高真空チャンバ ２ モリブデンブロック ３ 基板 ４ 原料分子線 ５ 加熱ヒータ ６ レンズ ７ マスク ８ 分視線セル ９ コリメートレンズ １０ Ａｒ+ レーザ光 １１ 基板表面 １２ 光導入部の窓 １３ 電子線源 １４ 偏向電極 １５ 加速電極 ２１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２２ ｎ−ＧａＡｓバッファ層 ２３ ｎ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド
層 ２４ アンドープＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層 ２５ ｐ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド
層 ２６ ｐ−ＧａＡｓキャップ層 ２７ ｐ−電極 ２８ ｎ−電極 ２９ レーザ光出射面 ３０ 成長時光照射部 ３１ ＳｉＯ2 膜 ３２ 励起領域 ３３ 非励起領域
層 ２４ アンドープＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ活性層 ２５ ｐ−（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド
層 ２６ ｐ−ＧａＡｓキャップ層 ２７ ｐ−電極 ２８ ｎ−電極 ２９ レーザ光出射面 ３０ 成長時光照射部 ３１ ＳｉＯ2 膜 ３２ 励起領域 ３３ 非励起領域
Claims (8)
- 【請求項１】 ３元以上の元素から成るＩＩＩ−Ｖ化合
物半導体中に、ＩＩＩ族またはＶ族の副格子上に１分子
層毎の超格子を含む半導体膜を分子線エピタキシャル法
で形成する工程において、半導体結晶の成長温度を６５
０℃以下とし、かつ成長基板上に光または電子線を照射
することを特徴とする半導体成長方法。 - 【請求項２】 光または電子線の照射領域と非照射領域
とを成長基板上に選択的に設けたことを特徴とする請求
項１に記載の半導体成長方法。 - 【請求項３】 ＩＩＩ族原子として、ガリウム、アルミ
ニウム又はインジウムのうちの２つ以上の元素を含む請
求項１又は２に記載の半導体成長方法。 - 【請求項４】 ＩＩＩ族元素の原料を有機金属化合物と
することを特徴とする請求項１，２又は３に記載の半導
体成長方法。 - 【請求項５】 ３元以上の元素から成るＩＩＩ−Ｖ化合
物半導体中に、ＩＩＩ族またはＶ族の副格子上に１分子
層毎の超格子を含む半導体膜を分子線エピタキシャル法
で形成する工程において、半導体結晶の成長温度を６５
０℃以下とし、かつ成長基板上に光または電子線を照射
し、光または電子線の照射領域と非照射領域とを成長基
板上に選択的に設け、光または電子線の照射領域を半導
体レーザの励起領域とし、非照射領域を半導体レーザの
非励起領域としたことを特徴とする半導体レーザの製造
方法。 - 【請求項６】 ストライプ両端に接する端面の両方また
は片方の近傍を非励起領域とし、他のストライプ部を励
起領域とした請求項５に記載の半導体レーザの製造方
法。 - 【請求項７】 ＩＩＩ族原子として、ガリウム、アルミ
ニウム又はインジウムのうちの２つ以上の元素を含む請
求項６に記載の半導体レーザの製造方法。 - 【請求項８】 ＩＩＩ族元素の原料を有機金属化合物と
することを特徴とする請求項５，６又は７に記載の半導
体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8815992A JPH05259079A (ja) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | 半導体成長方法および半導体レーザの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8815992A JPH05259079A (ja) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | 半導体成長方法および半導体レーザの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05259079A true JPH05259079A (ja) | 1993-10-08 |
Family
ID=13935148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8815992A Withdrawn JPH05259079A (ja) | 1992-03-12 | 1992-03-12 | 半導体成長方法および半導体レーザの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05259079A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07288365A (ja) * | 1994-02-24 | 1995-10-31 | Nec Corp | ヘテロ接合半導体デバイス |
| JPH07326576A (ja) * | 1994-05-30 | 1995-12-12 | Nec Corp | ３−５族化合物半導体の薄膜成長方法 |
| WO2003038956A1 (fr) * | 2001-10-29 | 2003-05-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Procede de production d'un element emetteur de lumiere |
| JP2007067323A (ja) * | 2005-09-02 | 2007-03-15 | Showa Denko Kk | 半導体層形成方法および発光ダイオード |
| JP2007243072A (ja) * | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 半導体光増幅器複合半導体レーザー装置 |
| JP2010153564A (ja) * | 2008-12-25 | 2010-07-08 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| CN114654097A (zh) * | 2022-02-24 | 2022-06-24 | 苏州大学 | 基于分子束外延原位激光干涉光刻方法 |
-
1992
- 1992-03-12 JP JP8815992A patent/JPH05259079A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07288365A (ja) * | 1994-02-24 | 1995-10-31 | Nec Corp | ヘテロ接合半導体デバイス |
| JPH07326576A (ja) * | 1994-05-30 | 1995-12-12 | Nec Corp | ３−５族化合物半導体の薄膜成長方法 |
| WO2003038956A1 (fr) * | 2001-10-29 | 2003-05-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Procede de production d'un element emetteur de lumiere |
| US6884648B2 (en) | 2001-10-29 | 2005-04-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for fabricating semiconductor light emitting device |
| US6958493B2 (en) | 2001-10-29 | 2005-10-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for fabricating semiconductor light emitting device |
| JP2007067323A (ja) * | 2005-09-02 | 2007-03-15 | Showa Denko Kk | 半導体層形成方法および発光ダイオード |
| JP2007243072A (ja) * | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 半導体光増幅器複合半導体レーザー装置 |
| JP2010153564A (ja) * | 2008-12-25 | 2010-07-08 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| CN114654097A (zh) * | 2022-02-24 | 2022-06-24 | 苏州大学 | 基于分子束外延原位激光干涉光刻方法 |
| CN114654097B (zh) * | 2022-02-24 | 2023-03-07 | 苏州大学 | 基于分子束外延原位激光干涉光刻方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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