JPH09116236A

JPH09116236A - 半導体装置作製法

Info

Publication number: JPH09116236A
Application number: JP29626395A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Miyazawa; 誠一宮澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-10-19
Filing date: 1995-10-19
Publication date: 1997-05-02

Abstract

(57)【要約】【課題】平坦部とグレーティングを含むＤＦＢレーザな
どにおいて、平坦部、加工部を問わず良好なクリーニン
グ状態を得られる半導体装置作製法である。【解決手段】半導体装置作製法は、Ｖ族元素を有する半
導体層５上に半導体膜９、１０を再成長する際の清浄化
工程を含む。清浄化工程において、平坦部での欠陥の発
生を防ぐため、再成長される下側の半導体層５を作製す
る時のＡｓ／Ｐ供給比よりも大きな供給比でＡｓとＰ８
を照射しながら表面を清浄化する。下地層、特に平坦領
域に対応した表面のＶ族抜けを防ぎ、良好な界面を提供
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体膜の成長法
に関し、特に加工を施した半導体膜上へ再成長する半導
体装置作製法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信等において光源に使用される半導
体レーザは、発振波長の安定化が必要とされる。この
為、半導体レーザの導波路付近に周期的凹凸（グレーテ
ィング）を形成し、このグレーティングによる波長選択
を利用して発振波長を安定化させている。この様な構成
を施した半導体レーザが、一般的に、分布帰還型半導体
レーザ（ＤＦＢレーザ）、分布反射型半導体レーザ（Ｄ
ＢＲレーザ）と呼ばれている。

【０００３】図５をもって、多電極ＤＦＢレーザの作製
法について述べる。ＤＦＢ型の半導体レーザを作製する
ためには少なくとも２回の成長が必要である。図５
（ａ）は、まず最初の成長工程を説明する。１０１は基
板であるところのｎ−ＩｎＰ基板である。この上に、１
０２のクラッド層となるＳｉ−ｄｏｐｅｄＩｎＰ層を
１．５μｍ成長している。このクラッド層１０２の上
に、１０３の活性層であるＩｎＧａＡｓＰを０．ｌμｍ
成長している。活性層１０３は、波長が１．５３μｍに
なるようにＩｎＧａＡｓＰの組成を制御している。この
上に、１０４の光ガイド層となるＩｎＧａＡｓＰを０．
２５μｍ厚で形成する。光ガイド層１０４の波長は、
１．３μｍとしている。

【０００４】ここで一旦成長を中断し、波長選択の為の
グレーティング層を形成する。グレーティングの形成方
法としては、二光束干渉露光が用いられるのが一般的で
ある。この露光法により２４０ｎｍ周期のグレーティン
グｇをエッチングして形成する。図５（ｂ）はグレーテ
ィングｇを形成した後の図である。多電極ＤＦＢレーザ
を作製するため、１０５、１０７に対応した部分にはグ
レーティングｇを形成し、１０６にはグレーティングを
形成していない。この上に、図５（ｃ）に示す様に再成
長を施す。図５（ｃ）は波長可変多電極ＤＦＢレーザの
断面図である。動作としては、１０８、１０９の領域に
おいてブラッグ波長を選択し、１１０の位相制御領域で
発振波長の詳細な制御をしている。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】この様な構成を作
製する場合、最もレーザ特性を劣化させる工程は再成長
の工程である。図５（ｂ）の様に、一度成長を中断し大
気中にて加工した半導体膜には、表面に酸化膜が形成さ
れる。この酸化膜を取るために、真空中で加熱し酸化膜
を表面から除去する。その際、基板温度を上げると、表
面からＩｎ，Ｇａ，Ａｓ，Ｐなどの構成元素が再蒸発し
欠陥が形成され、レーザ特性の劣化を招く。そこで、一
般的に、酸化膜を除去する際、構成元素、特にＶ族元素
が再蒸発しないように、あらかじめＡｓ，Ｐの供給を行
う。このＡｓ，Ｐ元素の供給量は、最表面に出ている膜
を成長する時に使用される量で供給するのが一般的であ
る。その結果、酸化膜が除去された表面は欠陥が少なく
良好な特性を持った半導体レーザが形成されていると指
摘されている。しかしながら、成長時のこのＶ族供給条
件はグレーティング部の再成長には適しているが、平坦
部てはＶ族元素の抜けが発生して適した条件とは言えな
い。この結果、平坦部のしきい電流密度がグレーティン
グ部に対して高くなり、多電極レーザとして良好な特性
が得られない。

【０００６】従って、本発明の目的は、平坦部とグレー
ティングを含むＤＦＢレーザなどにおいて、平坦部、加
工部を問わず良好なクリーニング（清浄化）状態を得る
半導体装置作製法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の上記請求項１
は、平坦部での欠陥の発生を防ぐため、クリーニング時
のＡｓ／Ｐの供給比がグレーティング等を形成した最上
層（酸化膜の下の層。以後、下地層とも記述する）を作
製する時の供給比よりも大きくなっているクリーニング
工程を含んでいることを特徴としている。即ち、この半
導体装置作製法は、Ｖ族元素を有する半導体層上に半導
体膜を再成長する際の清浄化工程において、該再成長さ
れる下側の半導体層を作製する時のＡｓ／Ｐ供給比より
も大きな供給比でＡｓとＰを照射しながら表面を清浄化
する工程を含むことを特徴とする。

【０００８】この結果、下地層、特に平坦領域に対応し
た表面のＶ族抜けを防ぎ、良好な界面を提供できる。こ
の例は第１実施例に記述する。尚、ここで議論するＡｓ
／Ｐ比とは、Ａｓ，Ｐ原材料の供給比である。これらの
材料はマスフローまたは分子線フラックスモニターなど
で測定できる。

【０００９】本発明の上記請求項２は、ＡｓまたはＰの
少なくともどちらか一系統の原料供給源を２本にして供
給することにより、クリーニング条件から成長条件への
移行時間を改善する。即ち、この半導体装置作製法は、
清浄化工程において、該清浄化に要するＡｓまたはＰの
どちらか少なくとも一方の材料源が複数存在し、その材
料源の一部が清浄化に使用され、それとは異なる一部が
清浄化に続いて開始される成長に使用されることを特徴
とする。

【００１０】この結果、再成長界面においてＶ族抜けの
低減を更に図るとともに、再成長膜への不純物の取り込
みを改善し、良好な再成長膜の作製法を提供するもので
ある。この例は第２実施例に記述する。

【００１１】本発明の上記請求項３は、Ａｓ／Ｐ原料供
給比が下地層を作製する時の比よりも大きくなるクリー
ニング条件下において、Ａｓ，Ｐ材料と同時に原子状水
素を供給したことを特徴とする半導体装置作製法であ
る。この結果、クリーニング温度を低下でき、再成長界
面においてＶ族抜けの低減を更に図ることができ、グレ
ーティング部、平坦部等を問わず良好な膜が形成でき、
低しきい電流密度の多電極ＤＦＢレーザなどの作製法を
提供するものである。この例は第３実施例に記述する。

【００１２】

【発明の実施の形態】

第１実施例本発明の第１の実施例について記述する。多電極ＤＦＢ
レーザの平坦部領域でのＶ族元素の再蒸発を押さえるた
め、Ａｓ／Ｐ供給比を下地層を成長した時よりも大きく
する工程を含む事により、レーザ特性の劣化を防ぐ方法
を提供するものである。

【００１３】図１をもって説明する。１は基板であると
ころのｎ−ＩｎＰ層である。この上にクラッド層である
２のｎ型のＳｉ−ｄｏｐｅｄＩｎＰ層を１．５μｍ形
成する。さらに、３の下部光ガイド層であるｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰを０．２５μｍ形成している。この層３の組成
は、波長１．１７μｍに合わせて作製した。４は活性層
である。活性層４は、多重量子井戸（ＭＱＷ）層で、６
０ÅのＩｎＧａＡｓと１００ÅのＩｎＧａＡｓＰとによ
り５周期形成されでいる。５は上部光ガイド層であるｐ
−ＩｎＧａＡｓＰである。組成は、波長１．１７μｍに
合うように制御している。本実施例で使用したこの上部
光ガイド層５の成長条件は、ＣｈｅｍｉｃａｌＢｅａ
ｍＥｐｉｔａｘｙ（ＣＢＥ）法を利用し、基板温度５
２０°Ｃで成長している。供給原料としては、水素を稀
釈ガスとしたトリメチルインジウム（ＴＭＩ）１０％を
５ｓｃｃｍ、水素を稀釈ガスとしたトリエチルガリウム
（ＴＥＧ）５％を３．５ｓｃｃｍとし、Ｖ族ガスとして
は、ホスフィン（ＰＨ₃）を７．７ｓｃｃｍ、アルシン
（ＡｓＨ₃）を０．３ｓｃｃｍ加えて成長している。

【００１４】この５に示した光ガイド層をエッチングす
ることにより、図１（ｂ）の６に示すグレーティングを
形成する。グレーティング６の形成方法としては、Ｈｅ
−Ｃｄレーザを利用した二光束干渉露光にて約２４０ｎ
ｍのグレーティングピッチを形成する。この様に形成し
たグレーティング６は大気中で加工されるため、表面に
図１（ｂ）の７で示す酸化膜が形成される。よって、再
成長時にはクリーニングを行う必要がある。このクリー
ニングの善し悪しが、直接、デバイス特性に影響してく
る。本実施例では、従来使用されていた成長条件と同じ
Ｖ族供給量ではなく、Ａｓの割合を増加させたることに
より特性の改善を図った．。これは次の様な考え方に基
づく。

【００１５】平坦部のデバイス特性が悪いのは、平坦部
から構成元素が抜けて欠陥を形成していることにある。
特にＰ（燐）は、蒸気圧が高く特性劣化の主原因と考え
られる。そこで、Ｐに比べてＩｎＧａＡｓＰ表面で安定
で再蒸発しにくいＡｓによって表面を覆うことを考え
る。Ａｓの割合を増加させＡｓにて結晶表面を複うと、
表面から離脱しやすいＰの抜けを防ぐことが可能とな
る。この結果、結晶表面での欠陥が低減でき良好な再成
長ができると判断される。図１（ｂ）の８に示す様にク
リーニング時はＡｓとＰを同時に供給する。本実施例に
おけるクリーニング時のＡｓ／Ｐの供給比はＯ．５であ
る。クリーニングの具体的条件は、Ｐの原料であるＰＨ
₃の供給量を２ｓｃｃｍとし、Ａｓの原料であるＡｓＨ₃
を１ｓｃｃｍとしている。図１中、５に示した下地層
（ＩｎＧａＡｓＰ膜）の作製条件がＰＨ₃＝７．７ｓｃ
ｃｍ、ＡｓＨ₃＝０．３ｓｃｃｍであることから、Ａｓ
／Ｐ供給比は０．０３９であるが、クリーニング条件と
しては、それよりも大きなＡｓ／Ｐ供給比の値０．５を
選んでＡｓＨ₃の割合を多くしている。

【００１６】図２では、しきい値のＡｓ／Ｐ比依存の結
果を表わす。本実施例の成長法ではＡｓ／Ｐ供給比はＡ
ｓＨ₃（アルシン）とＰＨ₃（フォスフィン）の供給比で
ある。縦軸は、平坦領域およびグレーティング領域に対
応した半導体レーザのしきい電流密度である。図１
（ａ）の５で示したＩｎＧａＡｓＰ成長時の条件、Ａｓ
／Ｐ供給比０．０３９の条件においてクリーニングした
場合は、平坦部のしきい電流密度が２．９ｋＡ／ｃｍ²
程度になる。一方、今回の条件であるＡｓ／Ｐ比０．５
で作製すると、平坦部のしきい電流密度が１．９ｋＡ／
ｃｍ²となり、３割程度の改善が見られた。

【００１７】この様に、クリーニング時のＡｓ／Ｐ比を
ＩｎＧａＡｓＰ５の成長時の条件より大きくすることに
より、平坦部のしきい電流密度を低減することができ
る。また、Ａｓ／Ｐ比を増大することは、グレーティン
グ部の改善にもなっており、Ａｓ／Ｐ比を増大する工程
が平坦領域のしきい電流密度を改善し、平坦部とグレー
ティングを有する多電極ＤＦＢには有効であることが分
かる。尚、本工程では、クリーニング後、Ａｓ／Ｐ比
を、再成長する膜の比に変えて安定するまで待ち、図１
（ｃ）に示す様に、９のＢｅ−ｄｏｐｅｄＩｎＰ膜を
１．５μｍ形成し、続いて電極コンタクト層であるＢｅ
−ｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓ層１０を０．３μｍ成長し
ている。以上の様に、Ａｓ／Ｐ比を増加させた工程を含
めることにより、平坦部のＶ族抜けを改善し、良好な再
成長界面および多電極レーザを作製することが可能とな
る。

【００１８】第２実施例第２実施例は、クリーニング後、なるべく早く成長を開
始することがＶ族の抜けを防ぎ、成長界面に欠陥を作ら
ない点に注目した方法である。クリーニング条件と再成
長時のＡｓ，Ｐの供給条件は異なることが多い。よっ
て、供給条件の切り替えに時間がかかると再成長界面に
欠陥が発生する。本実施例ではこれを防ぐ方法を提案す
る。そのためには、瞬時に所望のＡｓ，Ｐを供給する為
にクリーニングに必要なラインを設けることである。

【００１９】図３をもって説明する。１１は真空装置の
外壁である。この中に基板である１２を置く。基板１２
は、たとえば、グレーティングを形成したＩｎＰ基板で
ある。Ａｓ原子は、ＩｎＧａＡｓＰのみでなくＩｎＰ膜
のクリーニングにおいてもＶ族分子の再蒸発を防ぐ効果
を持つ。各分子は１３に示す様にセル２０から基板１２
に供給される。本実施例でのセル２０とは、ＡｓＨ₃，
ＰＨ₃ガスを分解する働きをする所である。この分解に
より、基板表面にはＡｓ，Ｐが原子または分子状で供給
される。

【００２０】Ｖ族分子の再蒸発を防ぐ方法として、たと
えば図３に示す様にＡｓＨ₃，ＰＨ₃の供給ライン１８，
１９、１６，１７を２本ずつにしておく。１６のＰＨ₃
ラインと１８のＡｓＨ₃ラインにてクリーニング条件を
設定し、１９のＡｓＨ₃ラインと１７のＰＨ₃ラインで、
クリーニングに続いて形成する膜の成長条件を実現して
おけばよい。この結果、ＡｓＨ₃ラインとＰＨ₃ラインが
それぞれ１本の場合に比べ切り替えが速く、時間的ロス
が少なく、界面に欠陥の少ない膜が形成できる。

【００２１】なお、ラインは、図３に示した様に各材料
毎に、かならず２本ある必要はない。ＡＨ₃またはＰＨ₃
のどちらかの供給条件が、クリーニングに続いて開始さ
れる再成長膜の条件と一致していれば、一方が１本でも
問題はない。また、ＡＨ₃、ＰＨ₃の各ラインが、材料毎
に常に１つのセルを通して供給される必要もない。個々
のライン毎にセル２０が設けられてもよい。要は、クリ
ーニング後の再成長が時間的ロスなく始められることに
より、Ｖ族を始めとする供給材料の再蒸発がなく良好な
再成長ができればよい。ただし、ＡｓとＰを同一セルで
供給するのは望ましくない。ＡｓとＰを同一のセルを通
して基板１２に照射すると、クリーニングの後にＡｓが
セル内に残り、再成長する膜に、例えばＡｓを必要とし
ないＩｎＰ膜の成長が続くと、成長したＩｎＰ膜に意図
しないＡｓが取り込まれて組成がずれたり、バンドギャ
ップエネルギが小さくなって吸収層として働いたり、デ
メリットが発生するからである。

【００２２】本実施例の様に、ＡｓセルとＰセルを独立
に設置し、かつ供給ラインを複数設けることにより、瞬
時にクリーニング条件と成長条件が切り替えられ、良好
な再成長界面が形成される。かつ、再成長膜へ不純物が
取り込まれず良質な再成長膜が形成できる。この方法を
用いれば、さらに良好な多電極波長可変ＤＦＢレーザが
実現できる。

【００２３】第３実施例本発明の第３の実施例について記述する。多電極ＤＦＢ
レーザの平坦部でのＶ族元素の再蒸発を押さえるため、
Ａｓ／Ｐ供給比を下地層を形成した時よりも大きくした
Ａｓ，Ｐ材料を供給すると共に、原子状水素（即ち、反
応性が大きいラジカル水素）をも同時に供給するクリー
ニング工程を含む事により、より低温で酸化膜を除去
し、レーザ特性の劣化を防ぐ方法を提供するものであ
る。

【００２４】図４をもって説明する。２１は基板である
ところのｎ−ＩｎＰ層てある。この上に、クラッド層で
ある２２のｎ型のＳｉ−ｄｏｐｅｄＩｎＰ層を１．５
μｍ形成する。さらに、２３の下部光ガイド層であるｎ
−ＩｎＧａＡｓＰを０．２５μｍ形成している。この層
２３の組成は、波長１．３μｍに合わせて作製した。２
４は活性層である。活性層２４はＩｎＧａＡｓＰ層で、
波長が１．５３μｍに一致している。２５は上部光ガイ
ド層であるｐ−ＩｎＧａＡｓＰである。組成は、波長
１．３μｍに合うように制御している。本実施例で使用
したこの上部光ガイド層２５の成長条件は、ＣＢＥ法を
利用し、基板温度５００°Ｃで成長している。供給原料
としては、水素を稀釈ガスとしたトリメチルインジウム
（ＴＭＩ）ｌ０％を５ｓｃｃｍ、水素を稀釈ガスとした
トリエチルガリウム（ＴＥＧ）５％を３．５ｓｃｃｍと
し、Ｖ族ガスとしては、ホスフィン（ＰＨ₃）を２．５
６ｓｃｃｍ，、アルシン（ＡｓＨ₃）を０．１ｓｃｃｍ
加えて成長している。従って、Ａｓ／Ｐ供給比は０．０
３９である。

【００２５】この２５に示した光ガイド層をエッチング
することにより、図４（ｂ）の２６で示す様にグレーテ
ィングを形成する。グレーティング２６の形成方法とし
ては、Ｈｅ−Ｃｄレーザを利用した二光束干渉露光にて
約２４１ｎｍのグレーティングピッチを形成している。
この様に形成したグレーティング２６は、大気中で加工
されるので表面に図４（ｂ）の２７に示す酸化膜が形成
されるため、クリーニングを行う。このクリーニング
を、より低温で行うために、図４（ｂ）に示す様にＡｓ
Ｈ₃，ＰＨ₃と同時に原子状水素２９を供給する。原子状
水素２９は、還元作用が強く酸化膜２７を低温で分解
し、２５に示すＩｎＧａＡｓＰ表面から除去してくれ
る。原子状水素２９の条件としては、水素を２ｓｃｃｍ
供給し、１３００°Ｃに加熱したタングステンフィラメ
ントを通すことにより供給する。Ａｓ／Ｐ供給比は０．
３で（上の０．０３９より大きくなっている）、ＡｓＨ
₃の量は１．５ｓｃｃｍでＰＨ₃の量は５ｓｃｃｍであ
る。この原子状水素２９をＡｓ，Ｐ（２８で示す）と同
時に供給することにより、従来及び上記実施例に比べク
リーニング温度が５０°Ｃ近く低下した。この結果、平
坦部とグレーティング両領域からのＶ族材料蒸発が更に
抑制され、両領域でしきい電流密度が全体的に改善され
た。

【００２６】以上説明したように、Ａｓ／Ｐ供給比の増
大による、平坦領域とグレーティング領域のしきい電流
密度の均一化（特に平坦領域のしきい電流密度が低下し
て均一化される）に加え、原子状水素追加による低温化
による平坦部、グレーティング部を問わないしきい電流
密度の全体的な低減により、均一で低しきい電流密度の
ＤＦＢレーザが実現可能となった。尚、クリーニング後
は、図４中の３０に示すように、Ｂｅ−ｄｏｐｅｄＩ
ｎＰ膜を１．５μｍ形成し、続いて電極コンタクト層で
あるＢｅ−ｄｏｐｅｄＩｎＧａＡｓ層３１を０．４μ
ｍ成長している。

【００２７】上記実施例の説明は、ＣＢＥ法を中心に行
ってきたが、同じ真空装置を用いるＭＢＥ、ＭＯＭＢＥ
などにも適用できる。また、Ａｓ，Ｐ材料として主にＡ
ｓＨ₃、ＰＨ₃を扱ってきたが、かならずしもこれに限定
されない。金属Ａｓ、Ｐおよびターシャルブチルアルシ
ン（ＴＢＡ）、ターシャルブチルホスフィン（ＴＢＰ）
などでも使用できる。この場合のＡｓ／Ｐ比は、金属Ａ
ｓ，Ｐであれば、分子線フラックスモニター（ＢＦＭ）
の比であり、ＴＢＡ，ＴＢＰであれば、ＢＦＭの比でも
よく、流量比でもよい。要は、クリーニング時のＡｓ／
Ｐ供給比が、相対的に、下地層を作製する時よりも大き
ければ、表面をＡｓ原子で覆うことが可能となり、Ｐの
再蒸発が少なく良好なクリーニングができ、平坦部と加
工部に特性の差がない多電極ＤＦＢレーザが作製でき
る。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、クリーニング時の
Ａｓ／Ｐの供給比がクリーニング時の下地層を作製する
時の供給比よりも大きくなるクリーニング工程を含むこ
とにより、特に平坦領域に対応した領域のＶ族抜けを防
ぎ、良好な界面を提供できる。この結果、平坦領域とグ
レーティング領域を同時に持つ多電極ＤＦＢレーザの様
なデバイスの特性が改善される。

【００２９】本発明の第２の実施例において、少なくと
もＡｓまたはＰのどちらか一系統の原料供給源を２本に
して供給することにより、供給比の切り換えが速くで
き、再成長界面におけるＶ族抜けの低減を更に図るとと
もに、再成長膜への不純物の取り込みが改善でき、良好
な界面を得ることができる。

【００３０】本発明の第３の実施例において、下地層を
作製する時の比よりも大きなＡｓ／Ｐ原料供給比を供給
すると共に、原子状水素を同時に供給することにより、
クリーニング温度を下げられ、再成長界面においてＶ族
抜けの低減を更に図ることができ、良好な界面が得られ
る。この結果、平坦領域とグレーティング領域を同時に
持つ多電極ＤＦＢレーザの様なデバイスの特性が更に改
善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の工程説明図。

【図２】本発明の第１実施例の効果の説明図。

【図３】本発明の第２実施例の説明図。

【図４】本発明の第３実施例の工程説明図。

【図５】従来例の工程説明図。

【符号の説明】

１、１３、２１、１０１基板２、２２、１０２クラッド層３、５、２３、２５、１０４ガイド層４、２４、１０３活性層６、２６、ｇグレーティング７、２７酸化膜８、２８Ａｓ，Ｐ９、３０半導体膜１０、３１コンタクト層１１真空装置１３分子１６、１７ＰＨ₃供給ライン１８、１９ＡｓＨ₃供給ライン２０セル２９原子状水素１０５、１０７グレーティング領域１０６グレーティングのない領域１０８、１０９活性領域１１０位相制御領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｖ族元素を有する半導体層上に半導体膜を
再成長する際の清浄化工程において、該再成長される下
側の半導体層を作製する時のＡｓ／Ｐ供給比よりも大き
な供給比でＡｓとＰを照射しながら表面を清浄化する工
程を含むことを特徴とする半導体装置作製法。
【請求項２】清浄化工程において、該清浄化に要するＡ
ｓまたはＰのどちらか少なくとも一方の材料源が複数存
在し、その材料源の一部が清浄化に使用され、それとは
異なる一部が清浄化に続いて開始される成長に使用され
ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置作製法。
【請求項３】清浄化工程において、Ａｓ、Ｐと共に原子
状水素を供給しながら清浄化する工程を含むことを特徴
とする請求項１記載の半導体装置作製法。
【請求項４】前記Ｖ族元素を有する半導体層上の少なく
とも一部に加工が施されることを特徴とする請求項１記
載の半導体装置作製法。