JPH11126945A - 歪み半導体結晶の製造方法、これを用いた半導体レーザの製造方法 - Google Patents
歪み半導体結晶の製造方法、これを用いた半導体レーザの製造方法Info
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- JPH11126945A JPH11126945A JP29192397A JP29192397A JPH11126945A JP H11126945 A JPH11126945 A JP H11126945A JP 29192397 A JP29192397 A JP 29192397A JP 29192397 A JP29192397 A JP 29192397A JP H11126945 A JPH11126945 A JP H11126945A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 理論的な臨界膜厚に近い強歪みＭＱＷ活性層
を作製することにより、低しきい値化、高出力化、高速
変調等、半導体レーザ特性の大幅な性能向上を実現す
る。 【解決手段】 結晶構成原子に比べ、原子半径の十分大
きなサーファクタント原子を用いた結晶成長により、歪
み半導体結晶を形成する。サーファクタントは結晶成長
中の表面エネルギを変化させ、成長種の拡散長を増大す
る。これにより、結晶中への点欠陥などの導入を防ぎ、
歪み緩和なく、強歪みＭＱＷ活性層が作製できる。な
お、サーファクタント原子は十分大きいため、結晶中に
取り込まれず、高品質な歪み半導体結晶が得られる。こ
れにより、高信頼な特性の半導体レーザが実現できる。
を作製することにより、低しきい値化、高出力化、高速
変調等、半導体レーザ特性の大幅な性能向上を実現す
る。 【解決手段】 結晶構成原子に比べ、原子半径の十分大
きなサーファクタント原子を用いた結晶成長により、歪
み半導体結晶を形成する。サーファクタントは結晶成長
中の表面エネルギを変化させ、成長種の拡散長を増大す
る。これにより、結晶中への点欠陥などの導入を防ぎ、
歪み緩和なく、強歪みＭＱＷ活性層が作製できる。な
お、サーファクタント原子は十分大きいため、結晶中に
取り込まれず、高品質な歪み半導体結晶が得られる。こ
れにより、高信頼な特性の半導体レーザが実現できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、歪み半導体結晶の
製造方法、これを用いた半導体レーザの製造方法であ
り、詳しくはデジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）
・光磁気（ＭＯ）ディスク等の光ディスク用光源等とし
て用いられるＡｌＧａＩｎＰ系可視光発光素子、および
光通信等として用いられるＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
系、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の発光素子の製造方法に
関する。
製造方法、これを用いた半導体レーザの製造方法であ
り、詳しくはデジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）
・光磁気（ＭＯ）ディスク等の光ディスク用光源等とし
て用いられるＡｌＧａＩｎＰ系可視光発光素子、および
光通信等として用いられるＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
系、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の発光素子の製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、結晶成長技術の進歩により種々の
化合物半導体を用いた光デバイスが作製されＤＶＤ等の
光ディスクの大容量化や光通信の高速化・大容量化に大
きく貢献している。これら光デバイスの性能向上、例え
ば高出力化、低しきい値化などのために、量子井戸（Ｍ
ＱＷ）活性層に臨界膜厚範囲内の歪みを導入する歪みＭ
ＱＷ活性層の技術が多く用いられている。１例をあげる
と、ジャーナル・オブ・カンタム・エレクトロニクス誌
に掲載された上野らの論文（Ｙ．Ｕｅｎｏ ｅｔａ
ｌ．，Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，
Ｖｏｌ．２９，ｐ．１８５１（１９９３））に、ＡｌＧ
ａＩｎＰ系可視光半導体レーザに歪みＭＱＷ活性層（圧
縮歪み）を導入して、しきい値低減等の特性改善を行っ
た例が報告されている。このように歪みＭＱＷ活性層
は、光デバイス性能向上の上で重要である。しかしなが
ら、従来の結晶成長方法では、臨界膜厚に近い強歪みを
導入し歪みの効果を最大限引き出そうとした場合、欠陥
導入などによる歪み緩和のため、強歪みを得られない問
題があった。これに対し、阿南らは、特開平７−２２３
１２号公報において低温成長またはＴｅ、Ｓｂ等を用い
たサーファクタント成長により強歪みが得られる方法を
開示している。
化合物半導体を用いた光デバイスが作製されＤＶＤ等の
光ディスクの大容量化や光通信の高速化・大容量化に大
きく貢献している。これら光デバイスの性能向上、例え
ば高出力化、低しきい値化などのために、量子井戸（Ｍ
ＱＷ）活性層に臨界膜厚範囲内の歪みを導入する歪みＭ
ＱＷ活性層の技術が多く用いられている。１例をあげる
と、ジャーナル・オブ・カンタム・エレクトロニクス誌
に掲載された上野らの論文（Ｙ．Ｕｅｎｏ ｅｔａ
ｌ．，Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，
Ｖｏｌ．２９，ｐ．１８５１（１９９３））に、ＡｌＧ
ａＩｎＰ系可視光半導体レーザに歪みＭＱＷ活性層（圧
縮歪み）を導入して、しきい値低減等の特性改善を行っ
た例が報告されている。このように歪みＭＱＷ活性層
は、光デバイス性能向上の上で重要である。しかしなが
ら、従来の結晶成長方法では、臨界膜厚に近い強歪みを
導入し歪みの効果を最大限引き出そうとした場合、欠陥
導入などによる歪み緩和のため、強歪みを得られない問
題があった。これに対し、阿南らは、特開平７−２２３
１２号公報において低温成長またはＴｅ、Ｓｂ等を用い
たサーファクタント成長により強歪みが得られる方法を
開示している。
【０００３】しかしながら、阿南らの方法には以下の問
題点がある。サーファクタント原子は結晶成長中に表面
に浮遊し、基板の表面エネルギを変調することで成長種
の拡散長を増大させ、点欠陥などの低減を図り、強歪み
が導入できるように機能すると考えられる。ところが、
阿南らの提案したＴｅ原子及びＳｂ原子をサーファクタ
ントとして用いた場合、結晶構成原子のＩｎ原子と原子
番号が近くほぼ同等の原子半径を有するため、結晶成長
中に結晶中に取り込まれ、サーファクタントとして十分
機能しない、或いは結晶性を損なう問題点があると考え
られる。
題点がある。サーファクタント原子は結晶成長中に表面
に浮遊し、基板の表面エネルギを変調することで成長種
の拡散長を増大させ、点欠陥などの低減を図り、強歪み
が導入できるように機能すると考えられる。ところが、
阿南らの提案したＴｅ原子及びＳｂ原子をサーファクタ
ントとして用いた場合、結晶構成原子のＩｎ原子と原子
番号が近くほぼ同等の原子半径を有するため、結晶成長
中に結晶中に取り込まれ、サーファクタントとして十分
機能しない、或いは結晶性を損なう問題点があると考え
られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した従来技術の欠点を改良し、特に、結晶構成原子より
も原子半径の十分大きなサーファクタント原子（例え
ば、Ｂｉ、Ｔｌ、Ｐｔ等）を用いた結晶成長により、結
晶中へのサーファクタント原子の取り込みの無い高品質
な歪み半導体結晶の製造方法とこれを用いた半導体レー
ザの製造方法を提供するものである。
した従来技術の欠点を改良し、特に、結晶構成原子より
も原子半径の十分大きなサーファクタント原子（例え
ば、Ｂｉ、Ｔｌ、Ｐｔ等）を用いた結晶成長により、結
晶中へのサーファクタント原子の取り込みの無い高品質
な歪み半導体結晶の製造方法とこれを用いた半導体レー
ザの製造方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。即ち、本発明に係る歪み
半導体結晶の製造方法は基板の格子定数とは異なる格子
定数を有する薄膜半導体を上下から別の格子定数を有す
る半導体で挟み込んでなる歪み半導体結晶において、結
晶構成原子よりも原子半径の大きな原子を含むサーファ
クタントを用いた結晶成長方法により作成することを特
徴とする。また、結晶成長方法が、有機金属気相成長法
（ＭＯＶＰＥ）、分子線エピタキシー法、ガスソース分
子線エピタキシー法、ケミカルビームエピタキシー法、
気相エピタキシー法のいずれかであることを特徴とす
る。さらに、サーファクタントが、周期律表第６列以上
の原子またはその化合物で構成されることを特徴とす
る。結晶材料は、ＧａＡｓ基板、ＧａＡｓＰ基板または
ＧａＰ基板上に形成されたＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ
またはＡｌＩｎＰを含む多層構造であること、ＧａＡｓ
基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓまたは
ＡｌＧａＩｎＡｓを含む多層構造であること、またはＩ
ｎＰ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓＰを含む多層構造
であることを特徴とする。
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。即ち、本発明に係る歪み
半導体結晶の製造方法は基板の格子定数とは異なる格子
定数を有する薄膜半導体を上下から別の格子定数を有す
る半導体で挟み込んでなる歪み半導体結晶において、結
晶構成原子よりも原子半径の大きな原子を含むサーファ
クタントを用いた結晶成長方法により作成することを特
徴とする。また、結晶成長方法が、有機金属気相成長法
（ＭＯＶＰＥ）、分子線エピタキシー法、ガスソース分
子線エピタキシー法、ケミカルビームエピタキシー法、
気相エピタキシー法のいずれかであることを特徴とす
る。さらに、サーファクタントが、周期律表第６列以上
の原子またはその化合物で構成されることを特徴とす
る。結晶材料は、ＧａＡｓ基板、ＧａＡｓＰ基板または
ＧａＰ基板上に形成されたＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ
またはＡｌＩｎＰを含む多層構造であること、ＧａＡｓ
基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓまたは
ＡｌＧａＩｎＡｓを含む多層構造であること、またはＩ
ｎＰ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓＰを含む多層構造
であることを特徴とする。
【０００６】又、本発明に係る半導体レーザの製造方法
は、基板の格子定数とは異なる格子定数を有する薄膜半
導体を上下から別の格子定数を有する半導体で挟み込ん
でなる歪み半導体結晶の結晶構成原子よりも原子半径の
大きな原子を含むサーファクタントを用いた結晶成長に
より作成することを特徴とする。また、結晶成長方法
が、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）、分子線エピ
タキシー法、ガスソース分子線エピタキシー法、ケミカ
ルビームエピタキシー法、気相エピタキシー法のいずれ
かであることを特徴とする。さらに、サーファクタント
が、周期律表第６列以上の原子またはその化合物で構成
されることを特徴とする。結晶材料は、ＧａＡｓ基板、
ＧａＡｓＰ基板またはＧａＰ基板上に形成されたＧａＩ
ｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰを含む多層構造
であること、ＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎＧａＡ
ｓ、ＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓを含む多層構
造であること、または、ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎ
ＧａＡｓＰを含む多層構造であることを特徴とする。
は、基板の格子定数とは異なる格子定数を有する薄膜半
導体を上下から別の格子定数を有する半導体で挟み込ん
でなる歪み半導体結晶の結晶構成原子よりも原子半径の
大きな原子を含むサーファクタントを用いた結晶成長に
より作成することを特徴とする。また、結晶成長方法
が、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）、分子線エピ
タキシー法、ガスソース分子線エピタキシー法、ケミカ
ルビームエピタキシー法、気相エピタキシー法のいずれ
かであることを特徴とする。さらに、サーファクタント
が、周期律表第６列以上の原子またはその化合物で構成
されることを特徴とする。結晶材料は、ＧａＡｓ基板、
ＧａＡｓＰ基板またはＧａＰ基板上に形成されたＧａＩ
ｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰを含む多層構造
であること、ＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎＧａＡ
ｓ、ＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓを含む多層構
造であること、または、ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎ
ＧａＡｓＰを含む多層構造であることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の歪み半導体結晶の製造方
法を用いて作製したＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザ
の構造図を図１に、従来のＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体
レーザの構造図を図３に示す。まず、図１を用いて本発
明の歪み半導体結晶の製造方法およびそれを用いた半導
体レーザの製造方法の実施の形態について説明する。こ
こでは、結晶成長方法としてＭＯＶＰＥ法を、結晶材料
としてＡｌＧａＩｎＰ系を用いて説明するが、他の結晶
成長方法、結晶材料についても同様に適用できる。図１
の半導体レーザは３回のＭＯＶＰＥ成長（その内２回
は、ｎ−ＧａＡｓブロック層の選択成長とｐ−ＧａＡｓ
の全面成長というＧａＡｓ系の成長。
法を用いて作製したＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザ
の構造図を図１に、従来のＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体
レーザの構造図を図３に示す。まず、図１を用いて本発
明の歪み半導体結晶の製造方法およびそれを用いた半導
体レーザの製造方法の実施の形態について説明する。こ
こでは、結晶成長方法としてＭＯＶＰＥ法を、結晶材料
としてＡｌＧａＩｎＰ系を用いて説明するが、他の結晶
成長方法、結晶材料についても同様に適用できる。図１
の半導体レーザは３回のＭＯＶＰＥ成長（その内２回
は、ｎ−ＧａＡｓブロック層の選択成長とｐ−ＧａＡｓ
の全面成長というＧａＡｓ系の成長。
【０００８】サーファクタントを用いた結晶成長により
強歪みＭＱＷ活性層を作製するのは１回目のダブルヘテ
ロ構造成長である。）で作製される。１回目のダブルヘ
テロ（ＤＨ）成長において、（００１）１５度オフ（オ
フ方向は［１１０］）ＧａＡｓ基板上に、ｎ−ＧａＡｓ
バッファ層、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、歪みＭＱ
Ｗ活性層（ＭＱＷはＧａＩｎＰとＡｌＧａＩｎＰの多層
構造）、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｐ−ＧａＩｎ
Ｐヘテロバッファ層をこの順に含む多層構造を成長す
る。
強歪みＭＱＷ活性層を作製するのは１回目のダブルヘテ
ロ構造成長である。）で作製される。１回目のダブルヘ
テロ（ＤＨ）成長において、（００１）１５度オフ（オ
フ方向は［１１０］）ＧａＡｓ基板上に、ｎ−ＧａＡｓ
バッファ層、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、歪みＭＱ
Ｗ活性層（ＭＱＷはＧａＩｎＰとＡｌＧａＩｎＰの多層
構造）、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、ｐ−ＧａＩｎ
Ｐヘテロバッファ層をこの順に含む多層構造を成長す
る。
【０００９】この際、サーファクタントを用いた結晶成
長により、ほぼ理論値で予測される臨界膜厚近くの強歪
みの歪みＭＱＷ活性層を作製する。サーファクタントに
は、結晶構成原子であるＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐよ
りも原子半径の十分大きい原子、またはその化合物を利
用する。サーファクタント原子としては、周期律表第６
列以上の原子、例えばＢｉ、Ｔｌ、Ｐｔ等が望ましい。
本例では、ビスマス（Ｂｉ）、タリウム（Ｔｌ）の有機
金属化合物であるトリメチルビスマス（ＴＭＢｉ）、ト
リメチルタリウム（ＴＭＴｌ）等を用いた。
長により、ほぼ理論値で予測される臨界膜厚近くの強歪
みの歪みＭＱＷ活性層を作製する。サーファクタントに
は、結晶構成原子であるＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｐよ
りも原子半径の十分大きい原子、またはその化合物を利
用する。サーファクタント原子としては、周期律表第６
列以上の原子、例えばＢｉ、Ｔｌ、Ｐｔ等が望ましい。
本例では、ビスマス（Ｂｉ）、タリウム（Ｔｌ）の有機
金属化合物であるトリメチルビスマス（ＴＭＢｉ）、ト
リメチルタリウム（ＴＭＴｌ）等を用いた。
【００１０】サーファクタント原子は、その大きな原子
半径のために、結晶成長中の表面エネルギを変化させ、
成長種の表面拡散長を増大させる効果があると考えられ
る。このため、結晶中への点欠陥などの導入を防ぎ、理
論値で予測させる臨界膜厚近くまでの強歪みが導入可能
となる。なお、サーファクタント原子は、結晶構成原子
に比べ原子半径が十分大きいものを用いるため、結晶中
にはほとんど取り込まれず結晶表面を浮遊または偏析し
ながら、結晶表面の表面エネルギを変調し続けると考え
られる。このため、結晶中に取り込まれて結晶欠陥とな
る懸念はない。サーファクタントの供給方法としては、
結晶成長前に結晶表面に堆積させ結晶成長中には供給し
ない事前供給の方法、あるいは他の原料と同時に結晶成
長中に同時に供給する同時供給の方法のどちらでも効果
がある。
半径のために、結晶成長中の表面エネルギを変化させ、
成長種の表面拡散長を増大させる効果があると考えられ
る。このため、結晶中への点欠陥などの導入を防ぎ、理
論値で予測させる臨界膜厚近くまでの強歪みが導入可能
となる。なお、サーファクタント原子は、結晶構成原子
に比べ原子半径が十分大きいものを用いるため、結晶中
にはほとんど取り込まれず結晶表面を浮遊または偏析し
ながら、結晶表面の表面エネルギを変調し続けると考え
られる。このため、結晶中に取り込まれて結晶欠陥とな
る懸念はない。サーファクタントの供給方法としては、
結晶成長前に結晶表面に堆積させ結晶成長中には供給し
ない事前供給の方法、あるいは他の原料と同時に結晶成
長中に同時に供給する同時供給の方法のどちらでも効果
がある。
【００１１】本発明の図１の半導体レーザでは、このよ
うに高品質な強歪みＭＱＷ活性層を容易に実現できるた
め、低しきい値化、高出力化などの性能向上が実現可能
で、良好な半導体レーザを作製できる。このように本発
明に係る歪み半導体結晶の製造方法は、基板の格子定数
とは異なる格子定数を有する薄膜半導体を上下から別の
格子定数を有する半導体で挟み込んでなる歪み半導体結
晶において、結晶構成原子よりも原子半径の大きな原子
を含むサーファクタントを用いた結晶成長方法により作
製することを特徴とする。
うに高品質な強歪みＭＱＷ活性層を容易に実現できるた
め、低しきい値化、高出力化などの性能向上が実現可能
で、良好な半導体レーザを作製できる。このように本発
明に係る歪み半導体結晶の製造方法は、基板の格子定数
とは異なる格子定数を有する薄膜半導体を上下から別の
格子定数を有する半導体で挟み込んでなる歪み半導体結
晶において、結晶構成原子よりも原子半径の大きな原子
を含むサーファクタントを用いた結晶成長方法により作
製することを特徴とする。
【００１２】また、結晶成長方法が、有機金属気相成長
法（ＭＯＶＰＥ法）、分子線エピタキシー法、ガスソー
ス分子線エピタキシー法、ケミカルビームエピタキシー
法、気相エピタキシー法のいずれかであることを特徴と
する。さらに、サーファクタントが、周期律表第６列以
上の原子またはその化合物で構成されることを特徴とす
る。
法（ＭＯＶＰＥ法）、分子線エピタキシー法、ガスソー
ス分子線エピタキシー法、ケミカルビームエピタキシー
法、気相エピタキシー法のいずれかであることを特徴と
する。さらに、サーファクタントが、周期律表第６列以
上の原子またはその化合物で構成されることを特徴とす
る。
【００１３】結晶材料は、ＧａＡｓ基板、ＧａＡｓＰ基
板またはＧａＰ基板上に形成されたＧａＩｎＰ、ＡｌＧ
ａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰを含む多層構造であること、
ＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡ
ｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓを含む多層構造であること、
または、ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓＰを含
む多層構造であることを特徴とする。
板またはＧａＰ基板上に形成されたＧａＩｎＰ、ＡｌＧ
ａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰを含む多層構造であること、
ＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡ
ｓまたはＡｌＧａＩｎＡｓを含む多層構造であること、
または、ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓＰを含
む多層構造であることを特徴とする。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の歪み半導体結晶の製造方法と
それを用いた半導体レーザの製造方法の具体例を図面を
参照しながら詳細に説明する。図１は本発明に係る歪み
半導体結晶の製造方法を示す図であって、図１には、基
板の格子定数とは異なる格子定数を有する薄膜半導体１
１０を上下から別の格子定数を有する半導体１２０、１
３０で挟み込んでなる歪み半導体結晶において、結晶構
成原子よりも原子半径の大きな原子を含むサーファクタ
ントを用いた結晶成長方法により作製した半導体結晶の
製造方法が示されている。
それを用いた半導体レーザの製造方法の具体例を図面を
参照しながら詳細に説明する。図１は本発明に係る歪み
半導体結晶の製造方法を示す図であって、図１には、基
板の格子定数とは異なる格子定数を有する薄膜半導体１
１０を上下から別の格子定数を有する半導体１２０、１
３０で挟み込んでなる歪み半導体結晶において、結晶構
成原子よりも原子半径の大きな原子を含むサーファクタ
ントを用いた結晶成長方法により作製した半導体結晶の
製造方法が示されている。
【００１５】本発明では、結晶成長方法としてＭＯＶＰ
Ｅ法を、結晶材料としてＡｌＧａＩｎＰ系およびＩｎＧ
ａＡｓＰ系を用いて説明するが、他の結晶成長方法、結
晶材料についても同様に適用できる。また、基板として
（００１）１５度オフ方位の基板を例としてあげるが、
他の方位についても同様な効果が得られる。まず、図１
について説明する。図１の半導体レーザは３回のＭＯＶ
ＰＥ成長で作製される。１回目のＤＨ成長において、
（００１）１５度オフ（オフ方向は［１１０］）ＧａＡ
ｓ基板２００上に、０．３μｍ厚のｎ−ＧａＡｓバッフ
ァ層１７０、１．５μｍ厚のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層１３０、歪みＭＱＷ活性層（ＧａＩｎＰウェル３ｎ
ｍ、５枚、＋１．０％圧縮歪みとＡｌＧａＩｎＰバリア
が４ｎｍ、無歪みの多層構造）１１０、０．２μｍ厚の
ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２０、ｐ−ＧａＩｎＰ
エッチングストッパ層１４０、１．３μｍ厚のｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層１５０、ｐ−ＧａＩｎＰヘテロバ
ッファ層１６０をこの順に成長する。歪みＭＱＷ活性層
はレーザの発振波長が６６０ｎｍ程度になるように調整
してある。
Ｅ法を、結晶材料としてＡｌＧａＩｎＰ系およびＩｎＧ
ａＡｓＰ系を用いて説明するが、他の結晶成長方法、結
晶材料についても同様に適用できる。また、基板として
（００１）１５度オフ方位の基板を例としてあげるが、
他の方位についても同様な効果が得られる。まず、図１
について説明する。図１の半導体レーザは３回のＭＯＶ
ＰＥ成長で作製される。１回目のＤＨ成長において、
（００１）１５度オフ（オフ方向は［１１０］）ＧａＡ
ｓ基板２００上に、０．３μｍ厚のｎ−ＧａＡｓバッフ
ァ層１７０、１．５μｍ厚のｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層１３０、歪みＭＱＷ活性層（ＧａＩｎＰウェル３ｎ
ｍ、５枚、＋１．０％圧縮歪みとＡｌＧａＩｎＰバリア
が４ｎｍ、無歪みの多層構造）１１０、０．２μｍ厚の
ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２０、ｐ−ＧａＩｎＰ
エッチングストッパ層１４０、１．３μｍ厚のｐ−Ａｌ
ＧａＩｎＰクラッド層１５０、ｐ−ＧａＩｎＰヘテロバ
ッファ層１６０をこの順に成長する。歪みＭＱＷ活性層
はレーザの発振波長が６６０ｎｍ程度になるように調整
してある。
【００１６】この際、サーファクタントとして、ビスマ
スの有機金属原料であるトリメチルビスマス（ＴＭＢ
ｉ）を他の有機金属原料と同時に供給した。Ｂｉは結晶
構成原子に比べ十分大きな原子半径を持つため、結晶表
面エネルギを変化させ、結晶成長種の表面拡散長を増大
させる効果を持つ。この結果、結晶中への点欠陥などの
導入を防ぎ、臨界膜厚に近い強歪みＧａＩｎＰ／ＡｌＧ
ａＩｎＰ ＭＱＷ活性層を歪みの緩和なく作製できる。
また、結晶構成原子よりも原子半径の十分大きい原子を
サーファクタントとして用いるため、サーファクタント
原子の結晶中への取り込まれが無く、高品質な結晶性を
維持できる。
スの有機金属原料であるトリメチルビスマス（ＴＭＢ
ｉ）を他の有機金属原料と同時に供給した。Ｂｉは結晶
構成原子に比べ十分大きな原子半径を持つため、結晶表
面エネルギを変化させ、結晶成長種の表面拡散長を増大
させる効果を持つ。この結果、結晶中への点欠陥などの
導入を防ぎ、臨界膜厚に近い強歪みＧａＩｎＰ／ＡｌＧ
ａＩｎＰ ＭＱＷ活性層を歪みの緩和なく作製できる。
また、結晶構成原子よりも原子半径の十分大きい原子を
サーファクタントとして用いるため、サーファクタント
原子の結晶中への取り込まれが無く、高品質な結晶性を
維持できる。
【００１７】その後、通常の埋込リッジ型半導体レーザ
と同様に第２回目の結晶成長でリッジ側面及びリッジ外
部にｎ−ＧａＡｓブロック層１８０を、第３回目の結晶
成長で全面にｐ−ＧａＡｓキャップ層１９０を成長し
た。最後に、裏面研磨・電極形成工程・劈開・端面コー
ティングの通常のレーザ作製プロセスを経て、本発明の
半導体レーザを作製した。なお、図１では端面コーティ
ング膜は省略している。
と同様に第２回目の結晶成長でリッジ側面及びリッジ外
部にｎ−ＧａＡｓブロック層１８０を、第３回目の結晶
成長で全面にｐ−ＧａＡｓキャップ層１９０を成長し
た。最後に、裏面研磨・電極形成工程・劈開・端面コー
ティングの通常のレーザ作製プロセスを経て、本発明の
半導体レーザを作製した。なお、図１では端面コーティ
ング膜は省略している。
【００１８】従って、本発明の図１の半導体レーザで
は、歪みＭＱＷの効果を十分に引きです事が可能で、そ
れにより低しきい値化、高出力化、偏光特性の改善など
の性能向上が可能となり、良好なＤＶＤ（デジタル・バ
ーサタイル・ディスク）−ＲＡＭ（ランダム・アクセス
・メモリー）用の可視光半導体レーザを実現できる。具
体的には、従来の弱歪みＭＱＷ活性層レーザの動作電流
（＠６０℃、３０ｍＷ）１２０ｍＡに比べ、１００ｍＡ
を下回る良好な高温高出力特性を有するレーザが作製で
きた。しかも、サーファクタント原子の取り込まれが無
いため、高信頼性なレーザが作製可能である。
は、歪みＭＱＷの効果を十分に引きです事が可能で、そ
れにより低しきい値化、高出力化、偏光特性の改善など
の性能向上が可能となり、良好なＤＶＤ（デジタル・バ
ーサタイル・ディスク）−ＲＡＭ（ランダム・アクセス
・メモリー）用の可視光半導体レーザを実現できる。具
体的には、従来の弱歪みＭＱＷ活性層レーザの動作電流
（＠６０℃、３０ｍＷ）１２０ｍＡに比べ、１００ｍＡ
を下回る良好な高温高出力特性を有するレーザが作製で
きた。しかも、サーファクタント原子の取り込まれが無
いため、高信頼性なレーザが作製可能である。
【００１９】なお、図３は従来のＡｌＧａＩｎＰ可視光
半導体レーザの構造図である。また、本発明の歪み半導
体結晶の製造方法を用いた半導体レーザのもう１つの具
体例として、図２に示すＩｎＧａＡｓＰ長波長系半導体
レーザを用いて説明する。図２の半導体レーザは３回の
ＭＯＶＰＥ成長を用いて作製される。１回目のＤＨ成長
において２本の平行なストライプマスクを用いて、（０
０１）ＩｎＰ基板３７０上に選択成長により、ｎ−Ｉｎ
Ｐクラッド層３３０、歪ＭＱＷ活性層３１０、ｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層３２０をこの順に成長する。
半導体レーザの構造図である。また、本発明の歪み半導
体結晶の製造方法を用いた半導体レーザのもう１つの具
体例として、図２に示すＩｎＧａＡｓＰ長波長系半導体
レーザを用いて説明する。図２の半導体レーザは３回の
ＭＯＶＰＥ成長を用いて作製される。１回目のＤＨ成長
において２本の平行なストライプマスクを用いて、（０
０１）ＩｎＰ基板３７０上に選択成長により、ｎ−Ｉｎ
Ｐクラッド層３３０、歪ＭＱＷ活性層３１０、ｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層３２０をこの順に成長する。
【００２０】歪ＭＱＷ活性層３１０は、組成の異なるＩ
ｎＧａＡｓＰウェル及びＩｎＧａＡｓＰバリアより構成
される。歪ＭＱＷ活性層３１０は、レーザの発振波長が
１．３〜１．５μｍ帯になるように調整してある。この
際、サーファクタントとして、先ほどと同様にトリメチ
ルビスマス（ＴＭＢｉ）を他の有機金属原料と同時に供
給した。
ｎＧａＡｓＰウェル及びＩｎＧａＡｓＰバリアより構成
される。歪ＭＱＷ活性層３１０は、レーザの発振波長が
１．３〜１．５μｍ帯になるように調整してある。この
際、サーファクタントとして、先ほどと同様にトリメチ
ルビスマス（ＴＭＢｉ）を他の有機金属原料と同時に供
給した。
【００２１】これにより、活性層となる歪みＭＱＷ層に
＋１．５％以下の強圧縮歪みの導入が可能となった。そ
の後、２回目の結晶成長でｐ−ＩｎＰブロック層３４
０、ｎ−ＩｎＰブロック層３４５を、３回目の結晶成長
でｐ−ＩｎＰクラッド層３５０、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャ
ップ層３６０を順次形成した。最後に素子容量低減のた
めの２本の平行な溝形成をウェットエッチングにより行
い、裏面研磨・電極形成・劈開・端面コーティング等の
通常のレーザ作製プロセスを経て、図２の本発明のレー
ザを作製した。図２の半導体レーザでは、活性層に＋
１．５％以下の強圧縮歪みＭＱＷ構造を用いることによ
り、従来に比べ、低しきい値、高出力、高速変調特性を
実現する事ができた。
＋１．５％以下の強圧縮歪みの導入が可能となった。そ
の後、２回目の結晶成長でｐ−ＩｎＰブロック層３４
０、ｎ−ＩｎＰブロック層３４５を、３回目の結晶成長
でｐ−ＩｎＰクラッド層３５０、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャ
ップ層３６０を順次形成した。最後に素子容量低減のた
めの２本の平行な溝形成をウェットエッチングにより行
い、裏面研磨・電極形成・劈開・端面コーティング等の
通常のレーザ作製プロセスを経て、図２の本発明のレー
ザを作製した。図２の半導体レーザでは、活性層に＋
１．５％以下の強圧縮歪みＭＱＷ構造を用いることによ
り、従来に比べ、低しきい値、高出力、高速変調特性を
実現する事ができた。
【００２２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の歪み半導体
結晶の製造方法によれば、結晶構成原子よりも原子半径
の十分大きなサーファクタント原子を用いることで、容
易に理論的な臨界膜厚近くまでの強歪み半導体結晶を作
製できる。また、上記を用いた半導体レーザの製造方法
によれば、従来に比べ、低しきい値、高出力化、高速変
調化、高偏光特性等の性能改善が実現できる。
結晶の製造方法によれば、結晶構成原子よりも原子半径
の十分大きなサーファクタント原子を用いることで、容
易に理論的な臨界膜厚近くまでの強歪み半導体結晶を作
製できる。また、上記を用いた半導体レーザの製造方法
によれば、従来に比べ、低しきい値、高出力化、高速変
調化、高偏光特性等の性能改善が実現できる。
【図１】本発明の歪み半導体結晶の製造方法を用いて作
製したＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザの構造を示す
斜視図である。
製したＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザの構造を示す
斜視図である。
【図２】本発明の歪み半導体結晶の製造方法を用いて作
製したＩｎＧａＡｓＰ長波長系半導体レーザの斜視図で
ある。
製したＩｎＧａＡｓＰ長波長系半導体レーザの斜視図で
ある。
【図３】従来のＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体レーザの斜
視図である。
視図である。
１１０・・ＭＱＷ活性層、１２０・・ｐ−ＡｌＧａＩｎ
Ｐクラッド層、１３０・・ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層、１４０・・ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストッパ層、
１５０・・ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、１６０・・
ｐ−ＧａＩｎＰヘテロバッファ層、１７０・・ｎ−Ｇａ
Ａｓバッファ層、１８０・・ｎ−ＧａＡｓブロック層、
１９０・・ｐ−ＧａＡｓキャップ層、２００・・ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板、２１０・・ｐ電極、２２０・・ｎ電極、２
５０・・サーファクタントを用いて結晶成長し、ＭＱＷ
活性層に強歪みを導入した部分、２６０・・サーファク
タントを用いないで結晶成長した部分、３１０・・歪Ｍ
ＱＷ活性層（組成の異なるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡ
ｓＰでウェル／バリアで構成される）、３２０・・ｐ−
ＩｎＰクラッド層、３３０・・ｎ−ＩｎＰクラッド層、
３４０・・ｐ−ＩｎＰブロック層、３４５・・ｎ−Ｉｎ
Ｐブロック層、３５０・・ｐ−ＩｎＰクラッド層、３６
０・・ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層、３７０・・ｎ−Ｉ
ｎＰ基板、３４５・・ＳｉＯ2 、３８０・・ｐ電力、３
８５・・ｎ電極、３９０・・サーファクタントを用いて
結晶成長し、ＭＱＷ活性層に強歪みを導入した部分（斜
線部）。
Ｐクラッド層、１３０・・ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層、１４０・・ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストッパ層、
１５０・・ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、１６０・・
ｐ−ＧａＩｎＰヘテロバッファ層、１７０・・ｎ−Ｇａ
Ａｓバッファ層、１８０・・ｎ−ＧａＡｓブロック層、
１９０・・ｐ−ＧａＡｓキャップ層、２００・・ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板、２１０・・ｐ電極、２２０・・ｎ電極、２
５０・・サーファクタントを用いて結晶成長し、ＭＱＷ
活性層に強歪みを導入した部分、２６０・・サーファク
タントを用いないで結晶成長した部分、３１０・・歪Ｍ
ＱＷ活性層（組成の異なるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡ
ｓＰでウェル／バリアで構成される）、３２０・・ｐ−
ＩｎＰクラッド層、３３０・・ｎ−ＩｎＰクラッド層、
３４０・・ｐ−ＩｎＰブロック層、３４５・・ｎ−Ｉｎ
Ｐブロック層、３５０・・ｐ−ＩｎＰクラッド層、３６
０・・ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層、３７０・・ｎ−Ｉ
ｎＰ基板、３４５・・ＳｉＯ2 、３８０・・ｐ電力、３
８５・・ｎ電極、３９０・・サーファクタントを用いて
結晶成長し、ＭＱＷ活性層に強歪みを導入した部分（斜
線部）。
Claims (12)
- 【請求項１】 基板の格子定数とは異なる格子定数を有
する薄膜半導体を上下から別の格子定数を有する半導体
で挟み込んでなる歪み半導体結晶において、結晶構成原
子よりも原子半径の大きな原子を含むサーファクタント
を用いた結晶成長方法により作製することを特徴とする
歪み半導体結晶の製造方法。 - 【請求項２】 前記結晶成長方法が、有機金属気相成長
法、分子線エピタキシー法、ガスソース分子線エピタキ
シー法、ケミカルビームエピタキシー法、気相エピタキ
シー法のいずれかであることを特徴とする請求項１記載
の歪み半導体結晶の製造方法。 - 【請求項３】 前記サーファクタントが、周期律表第６
列以上の原子またはその化合物で構成されることを特徴
とする請求項１又は２記載の歪み半導体結晶の製造方
法。 - 【請求項４】 前記歪み半導体結晶の結晶材料がＧａＡ
ｓ基板、ＧａＡｓＰ基板またはＧａＰ基板上に形成され
たＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰを含む
多層構造であることを特徴とする請求項１、２又は３記
載の歪み半導体結晶の製造方法。 - 【請求項５】 前記歪み半導体結晶の結晶材料がＧａＡ
ｓ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓまた
はＡｌＧａＩｎＡｓを含む多層構造であることを特徴と
する請求項１、２又は３記載の歪み半導体結晶の製造方
法。 - 【請求項６】 前記歪み半導体結晶の結晶材料がＩｎＰ
基板上に形成されたＩｎＧａＡｓＰを含む多層構造であ
ることを特徴とする請求項１、２又は３記載の歪み半導
体結晶の製造方法。 - 【請求項７】 基板の格子定数とは異なる格子定数を有
する薄膜半導体を上下から別の格子定数を有する半導体
で挟み込んでなる歪み半導体結晶の結晶構成原子よりも
原子半径の大きな原子を含むサーファクタントを用いた
結晶成長方法により半導体レーザーを製造することを特
徴とする半導体レーザの製造方法。 - 【請求項８】 前記結晶成長方法が、有機金属気相成長
法、分子線エピタキシー法、ガスソース分子線エピタキ
シー法、ケミカルビームエピタキシー法、気相エピタキ
シー法のいずれかであることを特徴とする請求項７記載
の半導体レーザの製造方法。 - 【請求項９】 前記サーファクタントが、周期律表第６
列以上の原子またはその化合物で構成されることを特徴
とする請求項７又は８記載の半導体レーザの製造方法。 - 【請求項１０】 前記歪み半導体結晶の結晶材料がＧａ
Ａｓ基板、ＧａＡｓＰ基板またはＧａＰ基板上に形成さ
れたＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰを含
む多層構造であることを特徴とする請求項７、８又は９
記載の半導体レーザの製造方法。 - 【請求項１１】 前記歪み半導体結晶の結晶材料がＧａ
Ａｓ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓま
たはＡｌＧａＩｎＡｓを含む多層構造であることを特徴
とする請求項７、８又は９記載の半導体レーザの製造方
法。 - 【請求項１２】 前記歪み半導体結晶の結晶材料がＩｎ
Ｐ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓＰを含む多層構造で
あることを特徴とする請求項７、８又は９記載の半導体
レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29192397A JP3239821B2 (ja) | 1997-10-24 | 1997-10-24 | 歪み半導体結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29192397A JP3239821B2 (ja) | 1997-10-24 | 1997-10-24 | 歪み半導体結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11126945A true JPH11126945A (ja) | 1999-05-11 |
| JP3239821B2 JP3239821B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=17775224
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29192397A Expired - Fee Related JP3239821B2 (ja) | 1997-10-24 | 1997-10-24 | 歪み半導体結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3239821B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003051644A (ja) * | 2001-08-02 | 2003-02-21 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体装置、半導体受光装置、半導体発光装置、半導体レーザ装置および面発光型半導体レーザ装置 |
| JP2008244074A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Sharp Corp | 窒化物半導体発光素子の製造方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4963301B2 (ja) * | 2008-05-15 | 2012-06-27 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体発光素子の製造方法 |
-
1997
- 1997-10-24 JP JP29192397A patent/JP3239821B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003051644A (ja) * | 2001-08-02 | 2003-02-21 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体装置、半導体受光装置、半導体発光装置、半導体レーザ装置および面発光型半導体レーザ装置 |
| JP2008244074A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Sharp Corp | 窒化物半導体発光素子の製造方法 |
| US7807491B2 (en) | 2007-03-27 | 2010-10-05 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing nitride semiconductor light-emitting device |
| JP4668225B2 (ja) * | 2007-03-27 | 2011-04-13 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体発光素子の製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3239821B2 (ja) | 2001-12-17 |
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