JPH057053A - 歪量子井戸レーザの製造方法 - Google Patents
歪量子井戸レーザの製造方法Info
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- JPH057053A JPH057053A JP60591A JP60591A JPH057053A JP H057053 A JPH057053 A JP H057053A JP 60591 A JP60591 A JP 60591A JP 60591 A JP60591 A JP 60591A JP H057053 A JPH057053 A JP H057053A
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- JP
- Japan
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- layer
- well
- grown
- hydrogen plasma
- quantum well
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- Pending
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- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は、ウエル層とバリア層の界面が
原子層オーダーで急峻な界面となる歪量子井戸レーザの
製造方法を提供することにある。 【構成】水素プラズマビームを半導体基板表面に４５°
以下の低入射角度（約１０°）で照射すると半導体基板
表面の原子層オーダーでの凹凸のエッチングして平坦化
することが可能となる。これは２０ｅＶ程度の低エネル
ギーを有する水素プラズマ粒子の運動エネルギーにより
半導体基板表面の凸部の１原子層のみが離脱し原子層オ
ーダーの凹凸がエッチングされことによるものと考がえ
られる。これを歪量子井戸レーザのウエル層とバリア層
の界面に応用する。すなわち、１．３μｍ組成の４元バ
リア層１４及びＩｎＧａＡｓウエル層１３を成長後、一
度成長を中断し、３０分間２０ｅＶ程度の水素プラズマ
ビームを照射し、界面を原子層オーダーで平坦化する。
その結果ウエル厚が３０オングストローム程度と薄くて
も歪みの効果がデバイス特性に充分に反映される。
原子層オーダーで急峻な界面となる歪量子井戸レーザの
製造方法を提供することにある。 【構成】水素プラズマビームを半導体基板表面に４５°
以下の低入射角度（約１０°）で照射すると半導体基板
表面の原子層オーダーでの凹凸のエッチングして平坦化
することが可能となる。これは２０ｅＶ程度の低エネル
ギーを有する水素プラズマ粒子の運動エネルギーにより
半導体基板表面の凸部の１原子層のみが離脱し原子層オ
ーダーの凹凸がエッチングされことによるものと考がえ
られる。これを歪量子井戸レーザのウエル層とバリア層
の界面に応用する。すなわち、１．３μｍ組成の４元バ
リア層１４及びＩｎＧａＡｓウエル層１３を成長後、一
度成長を中断し、３０分間２０ｅＶ程度の水素プラズマ
ビームを照射し、界面を原子層オーダーで平坦化する。
その結果ウエル厚が３０オングストローム程度と薄くて
も歪みの効果がデバイス特性に充分に反映される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は量子効果デバイスの製造
方法に関する。
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】発光領域に量子井戸構造を有する量子井
戸レーザにおいて、ウエル層の材料の格子定数を格子整
合条件からずらすことによりウエルに２軸性の歪を導入
する歪量子井戸レーザは量子サイズ効果に加えて歪の効
果によりバンド構造が変化するため新しい物性を生み出
すことが可能となりデバイス特性改善を図る手段として
注目されている。このような歪量子井戸レーザの製造方
法の第一の従来例として１．５５μｍ帯ＩｎＧａＡｓ／
ＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸レーザを減圧有機金属気相成
長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて作製した例が平成２年度春
季応物関連講演会予稿集、３０ａ−ＳＡ−９に報告され
ている。この報告例では歪の効果により正孔の有効質量
が減少し、価電子帯の状態密度関数が小さくなることか
ら閾値キャリア密度が低減され、ＩｎＡｓ組成ｘ＝０．
６２のブロードコンタクト型歪量子井戸レーザにおいて
閾値電流密度Ｊth＝３９８Ａ／ｃｍ2 という低い値が得
られている。
戸レーザにおいて、ウエル層の材料の格子定数を格子整
合条件からずらすことによりウエルに２軸性の歪を導入
する歪量子井戸レーザは量子サイズ効果に加えて歪の効
果によりバンド構造が変化するため新しい物性を生み出
すことが可能となりデバイス特性改善を図る手段として
注目されている。このような歪量子井戸レーザの製造方
法の第一の従来例として１．５５μｍ帯ＩｎＧａＡｓ／
ＩｎＧａＡｓＰ歪量子井戸レーザを減圧有機金属気相成
長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて作製した例が平成２年度春
季応物関連講演会予稿集、３０ａ−ＳＡ−９に報告され
ている。この報告例では歪の効果により正孔の有効質量
が減少し、価電子帯の状態密度関数が小さくなることか
ら閾値キャリア密度が低減され、ＩｎＡｓ組成ｘ＝０．
６２のブロードコンタクト型歪量子井戸レーザにおいて
閾値電流密度Ｊth＝３９８Ａ／ｃｍ2 という低い値が得
られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、歪量子
井戸レーザにおいてはウエル層の格子定数を格子整合条
件からずらすためにその組成を変えると禁制帯幅も変化
するため発振波長もそれにともなって変わって来る。従
って、所望の発振波長、例えば長波長帯半導体レーザで
は１．３μｍ或は１．５５μｍを得るためにはウエル層
の厚みを変化させる必要がある。一例として長波長帯歪
量子井戸レーザとしては理論的に様々なレーザ特性の改
善が予測されている１．５５μｍ帯ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＧａＡｓＰ量子井戸レーザを考えると、ウエルに２軸性
の圧縮歪みを導入するためにＩｎＡｓ組成Ｘを大きくす
ると１．５５μｍの発振波長を得るためにはウエル幅を
薄くする必要があり、Ｘ＝０．６及び０．７のときそれ
ぞれ４．５ｎｍ、２．８ｎｍとなる。このような薄いウ
エル層においてはウエルとバリアの界面において１〜２
原子層程度の揺らぎがあっても層厚の変化としては１０
％程度と大きなものとなる。その結果レーザ特性として
は理論的に予測された特性が得られないという問題点が
あった。
井戸レーザにおいてはウエル層の格子定数を格子整合条
件からずらすためにその組成を変えると禁制帯幅も変化
するため発振波長もそれにともなって変わって来る。従
って、所望の発振波長、例えば長波長帯半導体レーザで
は１．３μｍ或は１．５５μｍを得るためにはウエル層
の厚みを変化させる必要がある。一例として長波長帯歪
量子井戸レーザとしては理論的に様々なレーザ特性の改
善が予測されている１．５５μｍ帯ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＧａＡｓＰ量子井戸レーザを考えると、ウエルに２軸性
の圧縮歪みを導入するためにＩｎＡｓ組成Ｘを大きくす
ると１．５５μｍの発振波長を得るためにはウエル幅を
薄くする必要があり、Ｘ＝０．６及び０．７のときそれ
ぞれ４．５ｎｍ、２．８ｎｍとなる。このような薄いウ
エル層においてはウエルとバリアの界面において１〜２
原子層程度の揺らぎがあっても層厚の変化としては１０
％程度と大きなものとなる。その結果レーザ特性として
は理論的に予測された特性が得られないという問題点が
あった。
【０００４】
【発明の目的】本発明の目的は、ウエル層とバリア層の
界面が原子層オーダーで急峻な界面となる歪井戸レーザ
の製造方法を提供することにある。
界面が原子層オーダーで急峻な界面となる歪井戸レーザ
の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明による歪量子井戸
レーザの製造方法は、歪量子井戸構造を有する半導体レ
ーザの製造方法であって、活性層であるウエル層とバリ
ア層の成長切り換え時に、成長層表面に対する角度が４
５°以下の水素プラズマビームを成長層に照射する工程
を含むことを特徴とする構成である。
レーザの製造方法は、歪量子井戸構造を有する半導体レ
ーザの製造方法であって、活性層であるウエル層とバリ
ア層の成長切り換え時に、成長層表面に対する角度が４
５°以下の水素プラズマビームを成長層に照射する工程
を含むことを特徴とする構成である。
【０００６】
【作用】水素プラズマビームを半導体基板表面に４５°
以下の角度（約１０°）で照射すると半導体基板表面の
原子層オーダーでの凹凸をエッチングして平坦化するこ
とが可能となる。このことは反射型高速電子線回折（Ｒ
ＨＥＥＤ）パターンにおいてラウエリング上に鋭いスポ
ットが観察されることにより確認されている。これは２
０ｅＶ程度の低エネルギーを有する水素プラズマ粒子の
運動エネルギーにより半導体基板表面の凸部の１原子層
のみが離脱し原子層オーダーの凹凸がエッチングされる
ことによるものと考えられる。
以下の角度（約１０°）で照射すると半導体基板表面の
原子層オーダーでの凹凸をエッチングして平坦化するこ
とが可能となる。このことは反射型高速電子線回折（Ｒ
ＨＥＥＤ）パターンにおいてラウエリング上に鋭いスポ
ットが観察されることにより確認されている。これは２
０ｅＶ程度の低エネルギーを有する水素プラズマ粒子の
運動エネルギーにより半導体基板表面の凸部の１原子層
のみが離脱し原子層オーダーの凹凸がエッチングされる
ことによるものと考えられる。
【０００７】水素プラズマビームを４５°以下の低い角
度で照射するのは水素プラズマ粒子の運動エネルギーの
内、基板に対して水平方向の成分が垂直方向の成分より
も大きくなるようにしなければ基板の垂直方向へのエッ
チングが起ってしまうからである。また、２０ｅＶ程度
の低エネルギーの水素プラズマビームを照射するのも過
度のエッチングがおこるのを防ぐ為で、この程度の低エ
ネルギーであれば基板上の１原子のみエッチングするの
に適当だからである。
度で照射するのは水素プラズマ粒子の運動エネルギーの
内、基板に対して水平方向の成分が垂直方向の成分より
も大きくなるようにしなければ基板の垂直方向へのエッ
チングが起ってしまうからである。また、２０ｅＶ程度
の低エネルギーの水素プラズマビームを照射するのも過
度のエッチングがおこるのを防ぐ為で、この程度の低エ
ネルギーであれば基板上の１原子のみエッチングするの
に適当だからである。
【０００８】一方、分子線エピタキシャル成長（ＭＢ
Ｅ）法により例えば１．５５μｍ帯ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＧａＡｓＰ歪量子井戸レーザを作製する場合、ＩｎＧａ
ＡｓＰバリア層を成長した後の成長層表面には原子層オ
ーダーの凹凸が存在する。そこでバリア層を成長した
後、低エネルギーの水素プラズマビームを基板との成す
角度が１０°程度の低い角度で照射し、原子層オーダー
の凹凸を除去する。その後平坦な基板上にＩｎＧａＡｓ
ウエル層を成長し、バリア層を再び成長する前に再度水
素プラズマビームの照射を行い平坦化する。多重量子井
戸構造の場合には以上の工程を繰り返すことにより原子
層オーダーで平坦な量子井戸構造が実現できる。
Ｅ）法により例えば１．５５μｍ帯ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＧａＡｓＰ歪量子井戸レーザを作製する場合、ＩｎＧａ
ＡｓＰバリア層を成長した後の成長層表面には原子層オ
ーダーの凹凸が存在する。そこでバリア層を成長した
後、低エネルギーの水素プラズマビームを基板との成す
角度が１０°程度の低い角度で照射し、原子層オーダー
の凹凸を除去する。その後平坦な基板上にＩｎＧａＡｓ
ウエル層を成長し、バリア層を再び成長する前に再度水
素プラズマビームの照射を行い平坦化する。多重量子井
戸構造の場合には以上の工程を繰り返すことにより原子
層オーダーで平坦な量子井戸構造が実現できる。
【０００９】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。
説明する。
【００１０】図１は本発明の一実施例を説明する為の歪
量子井戸レーザの製造方法の工程説明図である。まず、
ｎ型ＩｎＰ（００１）基板１０の酸化膜の除去を行った
後、ＭＢＥ法により基板温度５５０℃においてＳｉを１
×１０18ｃｍ-3ドープしたＩｎＰバッファ層１１を２０
００オングストローム成長した後、１．３μｍ組成のＩ
ｎＧａＡｓＰ光ガイド層１２を７０ｎｍ成長した（図１
（ａ））。この後、成長層表面に２０ｅＶのエネルギー
をもった水素プラズマビームを成長層表面に対して１０
°傾むけて３０分間照射して表面の平坦化を行った（図
１（ｂ））。次にＩｎ0.71Ｇａ0.29Ａｓウエル層１３を
３ｎｍ成長した後、再び水素プラズマビームを２０分間
照射した（図１（ｃ））。この後、１．３μｍ組成のＩ
ｎＧａＡｓＰバリア層１４を１５ｎｍ成長した。このバ
リア層とウエル層を４回繰り返し成長し４ウエルの歪量
子井戸構造を作製して活性層とした。その後１．３μｍ
組成のＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１５を７０ｎｍ、Ｂｅ
を２×１０18ｃｍ-3ドープしたＩｎＰクラッド層１６を
１．５μｍ、Ｂｅを１×１０19ｃｍ-3ドープしたＩｎＧ
ａＡｓコンタクト層１７を１００ｎｍ成長し、さらに電
極（図示省略）を形成して歪量子井戸レーザとした（図
１（ｄ））。
量子井戸レーザの製造方法の工程説明図である。まず、
ｎ型ＩｎＰ（００１）基板１０の酸化膜の除去を行った
後、ＭＢＥ法により基板温度５５０℃においてＳｉを１
×１０18ｃｍ-3ドープしたＩｎＰバッファ層１１を２０
００オングストローム成長した後、１．３μｍ組成のＩ
ｎＧａＡｓＰ光ガイド層１２を７０ｎｍ成長した（図１
（ａ））。この後、成長層表面に２０ｅＶのエネルギー
をもった水素プラズマビームを成長層表面に対して１０
°傾むけて３０分間照射して表面の平坦化を行った（図
１（ｂ））。次にＩｎ0.71Ｇａ0.29Ａｓウエル層１３を
３ｎｍ成長した後、再び水素プラズマビームを２０分間
照射した（図１（ｃ））。この後、１．３μｍ組成のＩ
ｎＧａＡｓＰバリア層１４を１５ｎｍ成長した。このバ
リア層とウエル層を４回繰り返し成長し４ウエルの歪量
子井戸構造を作製して活性層とした。その後１．３μｍ
組成のＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１５を７０ｎｍ、Ｂｅ
を２×１０18ｃｍ-3ドープしたＩｎＰクラッド層１６を
１．５μｍ、Ｂｅを１×１０19ｃｍ-3ドープしたＩｎＧ
ａＡｓコンタクト層１７を１００ｎｍ成長し、さらに電
極（図示省略）を形成して歪量子井戸レーザとした（図
１（ｄ））。
【００１１】歪量子井戸構造形成過程で水素プラズムビ
ーム照射を行った結果、ウエル層１３とバリア層１４の
界面は原子層オーダーで平坦化され、歪の効果がレーザ
特性に充分反映されるようになった。
ーム照射を行った結果、ウエル層１３とバリア層１４の
界面は原子層オーダーで平坦化され、歪の効果がレーザ
特性に充分反映されるようになった。
【００１２】本実施例ではＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ
Ｐ系材料を用いたがＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系材料
等歪系であれば他の材料を用いてもよい。
Ｐ系材料を用いたがＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系材料
等歪系であれば他の材料を用いてもよい。
【００１３】本実施例では固体ソースのＭＢＥ法を用い
たが、水素プラズマビームを用いることが出来ればガス
ソースＭＢＥ法等他の成長法を用いてもよい。
たが、水素プラズマビームを用いることが出来ればガス
ソースＭＢＥ法等他の成長法を用いてもよい。
【００１４】本実施例では半導体基板として（００１）
面を用いたが、他の面方位を用いても良い。
面を用いたが、他の面方位を用いても良い。
【００１５】
【発明の効果】本発明による歪量子井戸レーザの製造方
法によれば、ウエル層とバリア層の界面が原子層オーダ
ーで平坦であるため、ウエル層が非常に薄い歪量子井戸
構造も界面の揺らぎのない状態で実現でき、歪みの効果
がデバイス特性に充分反映され、閾値電流２ｍＡ、内部
量子効率７５％、内部損失５ｃｍ-1、特性温度７５Ｋ程
度の良好な特性が得られる。
法によれば、ウエル層とバリア層の界面が原子層オーダ
ーで平坦であるため、ウエル層が非常に薄い歪量子井戸
構造も界面の揺らぎのない状態で実現でき、歪みの効果
がデバイス特性に充分反映され、閾値電流２ｍＡ、内部
量子効率７５％、内部損失５ｃｍ-1、特性温度７５Ｋ程
度の良好な特性が得られる。
【図１】本発明の一実施例を説明する歪量子井戸レーザ
の製造方法の工程説明図である。
の製造方法の工程説明図である。
１０ ｎ型ＩｎＰ（００１）基板 １１ ＳｉドープＩｎＰバッファ層 １２ １．３μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層 １３ Ｉｎ0.71Ｇａ0.29Ａｓウエル層 １４ １．３μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰバリア層 １５ １．３μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層 １６ ＢｅドープＩｎＰクラッド層 １７ ＢｅドープＩｎＧａＡｓコンタクト層
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 歪量子井戸構造で成る活性層を少なくと
も含む半導体層を多層積層する結晶成長工程を少なくと
も有する半導体レーザの製造方法に於て、活性層である
ウエル層とバリア層の成長切り換え時に、成長層表面と
なす角度が４５°以下の水素プラズマビームを成長層表
面に照射する工程を含むことを特徴とする歪量子井戸レ
ーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60591A JPH057053A (ja) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | 歪量子井戸レーザの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60591A JPH057053A (ja) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | 歪量子井戸レーザの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH057053A true JPH057053A (ja) | 1993-01-14 |
Family
ID=11478367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60591A Pending JPH057053A (ja) | 1991-01-08 | 1991-01-08 | 歪量子井戸レーザの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH057053A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5685904A (en) * | 1995-04-28 | 1997-11-11 | Lucent Technologies Inc. | Method of making multi-quantum well lasers |
| US7876799B2 (en) | 2007-12-07 | 2011-01-25 | Mitsubishi Electric Corporation | Integrated semiconductor optical device |
-
1991
- 1991-01-08 JP JP60591A patent/JPH057053A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5685904A (en) * | 1995-04-28 | 1997-11-11 | Lucent Technologies Inc. | Method of making multi-quantum well lasers |
| US7876799B2 (en) | 2007-12-07 | 2011-01-25 | Mitsubishi Electric Corporation | Integrated semiconductor optical device |
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