JPS6134987A

JPS6134987A - 半導体レ−ザの製造方法

Info

Publication number: JPS6134987A
Application number: JP59153971A
Authority: JP
Inventors: Junichi Nishizawa; 潤一西澤; Kaoru Mototani; 本谷　薫
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1984-07-26
Filing date: 1984-07-26
Publication date: 1986-02-19
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPH0728079B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］本発明は半導体レーザの製造方法に関する。

［先行技術とその問題点］従来から半導体の薄膜結晶を得るための気相エピタキシ
ー技術として、有機金属気相成長法（以下、　ＭＯ−Ｃ
ＶＤ法と呼ぶ）、分子線エピタキシー法（以下、　ＭＢ
Ｅ法と呼ぶ）、原子層エピタキシー（以下。

ＡＬＥ法と呼ぶ）などが知られている。しかし、ＭＯ−
ＣＶＤ法はソースとして■族、■・族元素を水素ガス等
をキャリアとして、同時に反応室へ導入し、熱分解によ
って成長させるため、成長層の品質が悪い。また、単分
子層オーダーの制御が困難である等の欠点がある。

一方、超高真空を利用した結晶成長法としてよく知られ
るＭＢＥ法は、物理吸着を第一段階とするために、結晶
の品質は化学反応を利用した気相成長法に劣る。ＧａＡ
ｓのような■−■族間放間合物半導体を成長する時には
、■族、■族元素をソースとして用い、ソース源自体を
成長室の中に設置している。このため、ソース源を加熱
して得られる放出ガスと蒸発量の制御、および、ソース
の補給が困難であり、成長速度を長時間一定に保つこと
が困難である。また、蒸発物の排気など真空装置が複雑
になる。更には、化合物半導体の化学量論的組成（スト
イキオメトリ−）を精密に制御することが困難で、・結
局、高品質の結晶を得ることができない欠点がある。

更にＡＬＥ法は、Ｔ、５ｕｎｔｏｌａらがＵ、Ｓ、Ｐ、
　Ｎ（１４０５８４３０（１９７７）で説明しているよ
うに、半導体元素をパルス状に供給し、基板に付着させ
ることにより結晶を原子層ずつ成長させるものであるが
、半導体の単結晶を成長させることができない。即ち、
単結晶の薄膜を形成させるために、同じグループのＭ、
Ｐｅ５ｓａらが用いた方法は、ＡＬＥ法でなく、１９８
４年の米真空協会の論文集（Ｊ、Ｖａｃ、Ｓｃｉ、Ｔｅ
ｃｈｎｏｌ、Ａ２（１９８４）４１８）に発表している
ように前記ＭＢＥ法によるものである。

このように、ＭＯ−ＣＶＤ法やＭＢＥ法では化学量論的
組成を満足する高品質の結晶を単分子層オーダーで形成
することが困難な一方、ＡＬＥ法では単結晶が得られな
い欠点があった。

［発明の目的］本発明は上記従来技術の欠点を除き、化学量論的組成を
制御することにより結晶成長層の品質を改善し、単分子
層の精度で成長膜を形成することにより、高品質の半導
体レーザを製造する方法を提供することを目的とする。

［発明の概要］このため、本発明は超高真空に排気した成長槽内で基板
を加熱する戸共に光を照射し、その基板上に成長させた
い成分元素を含むガスを外部から導入することにより、
成長膜厚を分子層単位の精度で制御し、化学量論的組成
を満たす単結晶を成長させ、高品質の半導体レーザが得
られるようにしたことを特徴としている。

［発明の実施例］以下、本発明の実施例を半導体としてＧａＡｇを用いた
場合を例にとり説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る半導体レーザ製造装置
の構成図を示したもので、１は成長槽で材質はステンレ
ス等の金属、２はゲートバルブ、３は成長槽１を超高真
空に排気するための排気装置、４はＧａＣｆＡ３または
ＴＭＧ（トリメチルガリウム）等のＧａを含むガスを導
入するノズル、５はＡｓＨｓを導入するノズル、６はＴ
ＭＡ（トリメチルアルミニウム）等のＡＱを含むガスを
導入するノズル、７はＰＨ３等のＰを含むガスを導入す
るノズル、８はＧａＡｓとＧａ　Ｉ−ｘｌｌｘＡｓ　ｔ
　−ｙＰｙへのｎ型不純物となるＨ２Ｓ等のＳを含むガ
スを導入するノズル、９はノズル８と同様にｐ型の不純
物となるＴＭＺ（トリメチル亜鉛）等のＺｎを含むガス
を導入するノズル、１０，１１，１２゜１３．１４．１
５は前記ノズルを開閉するバルブでガス源１６（ＧａＣ
Ｑ３等）、　１７（ＡｓＨｓ　）、　１８（ＴＭＡ）、
１９（ＰＨ３・等）、２０　（ＤＭＺ等）、２１（Ｈ２
Ｓ等）との間に設けられる。

２２は基板加熱用のヒーターで、石英ガラスに封入した
Ｗ（タングステン）線であり、配線は図示省略しである
。２３は測温用の熱電対である。、２４は基板照射用の
光源で、水銀ランプ、エキシマレーザ。

アルゴンイオンレーザ等が使用できる。２５は光照射用
の窓、２６は成長槽内の圧力を測定するための圧力計、
２７はＧａＡｓ基板である。

この構成で、　ＧａＡｓの成長は、先ず、ゲートバルブ
２を開けて超高真空排気装置３により成長槽１内を１０
”−７〜１Ｏ−８ｐａｓｃａｌ（以下、Ｐａと略す）程
度に排気する。次に、ＧａＡｓ基板２７を例えば３００
〜８００’Ｃにヒーター２２により加熱した後に、　Ｔ
ＭＧを成長槽１内の圧力が１０−１〜１Ｏ−７Ｐａとな
る範囲で０．５〜１０秒間バルブ８を開けて導入する。

次に、そのＴＭＧを成長槽１内より排気後、ＡｓＨ３１
，３を成長槽１内の圧力が１０−　”　〜１０−　”Ｐ
ａとなる範囲で２−２００秒間バルブ５を開けて導入す
る。これにより１分子層が成長できる。

一方、Ｇａ　１−ｘＡｌｘＡｓ　ｓ　−ｙＰｙの成長は
ＧａＡｓの成長と同じように■族のＧａとＡＱを導入し
た後に、Ｖ族のＡｓとＰを導入することによって１分子
層が成長できる。

また、不純物の添加は、ｎ型ではＧａと同時に■族を含
むガス、ｎ型ではＡｓと同時に、■族を含むガスを導入
することによってそれぞれｐ、　ｎ型の不純物添加を行
なうことができる。

ここで、レーザダイオードのヘテロ接合としてのＧａ　
１−ｘｌｌｘＡｓ　５−ｙｐｙの組成は、ＧａＡｓとの
格子定数の補償を行なうため、ｘ＝０．３ではｙを０．
０１程度とすれば良いし、場合によっては、Ｐを含まな
いＧａ　１−ｘＡｊｌｘＡｓでも良い。

また、基板の加熱は、ヒーター２２による加熱を説明し
たが、赤外線ランプ加熱源とし、これを成長槽１の外に
設けるようにしてもよい。更に、基板の加熱と同時に、
Ｈｇランプ２４による光を成長層に照射するようにして
もよい。そうした場合には。

成長温度を４００℃程度に低下できるので、不純物のオ
ートドーピング乃至は相互拡散を制御することができる
ようになる。

このように、■−■族ないしはその混晶成分元素を含む
ガスを交互に導入し、化学反応によって結晶成長を進行
させることにより、化学量論的組成を完全なものとする
結晶成長層を１分子層毎に成長させることができ、従来
方法では得られないような高品質の半導体レーザが製造
できるようになる。

第２図は上述第１図の装置を用いて製造する半導体レー
ザの製造過程を示したもので、同図（ａ）の３０はｎ”
（ρ＝ＩＸ１０−３Ω−１２１）のＧａＡｓ基板である
。

この基板３０上に、口形（ｎ＝＝ＩＸ１０”　”　ａｍ
−’　）Ｇａ１−ｘＡｆｆｉｘＡｓｘ　−ｙＰｙ層３１
をヘテロエピタキシャル成長させる（ｂ）。次いで、そ
の上にアンドロープの口形ＧａＡｓ層３２を成長させる
（Ｃ）。更にその上にｐ層のＧａ１−ｘＡｌｘＡｓｌ−
ｙＰｙ層３３を成長させる（ｄ）。

このときの成長層の厚さは、Ｇａｙ　−ｘＡｌｘＡｓｔ
　−ｙｐｙ層３１．３３を０．５ｐｍ、アンドープの口
形ＧａＡｓ層３２を５００〜ｘｏｏｏＡ程度に形・成す
る。このダブルヘテロ構造の半導体のｐ層へＳｉ０２ま
たは５ｉ　３Ｎ　４等の絶縁膜３４を全面に形成したの
ち、開口部を設ける（ｅ）、次いで、その露出したｐ形
Ｇａ１−ｘＡｌｘＡｓｈ−ｙＰｙ層３３へＺｎによる不
純物拡散を行ない。

ｐ＋層３５を形成する（ｆ）、そのｐ÷層３５へＡｕ−
Ｚｎ。

Ａｇ　−Ｚｎ等の合金を蒸着してｐ十電極３６を形成す
る（ｇ）。次に、ｎ子基板３０を１００μｍ程度まで薄
くして。

Ａｎ−Ｇｅ、　Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金によりｎ十電極３
７を形成する（ｈ）。このようにしてできたウェハを１
００μｍ×２００μｍ程度に壁間し、ボンディング等に
よりパッケージ化することにより、レーザダイオードが
製造できる。

以上は最も簡単なダブルヘテロ形のレーザダイオードの
製造について説明したが、他の構造のものも前記結晶成
長法により実現できることは言う迄もない。

第３図は本発明の別の実施例であって、いわゆる量子井
戸型の半導体レーザの製造過程を示したものである。４
０はｎ”Ｃｐ＝１ｘｔｏ”　Ω・ａｍ）のＧａＡｓ基板
である（ａ）。この基板４０上にｎ（ｎ＝ＩＸ１０″”
ｃｍ−’）形Ｇａｔ　−ｘＡ（ｌｘＡｓｔ　−ｙＰｙ層
４１を０．５μｍ、前述第１図の装置を用いてエピタキ
シャル成長させる（ｂ）。その上にアンドープのＧａ５
−ｘＡｌｘＡｓ　１−ｙｐｙ層４２を形成しくｃ）、更
にその上にＧａＡｓ層４３を成長する（ｄ）。これらの
成長層４２．４３の厚さは約１ｏｏＡで、これを交互に
繰り返し成長させる（ｅ）。更に、この成長層４２．４
３を繰り返しに１゜組のヘテロ層４５成長させる（ｆ）
。更に、その１０組のヘテロ層４５の上！ｃｐ”（ｐ＝
１ｘ１０１ｓ　Ｃａ１−’　）形Ｇａ　１−ｘＡａｘＡ
ｓ　５−ｙＰｙ層４６を形成し、その上にｐ”　（ｎ−
＝ＩＸ１０１９ｃ１１１−３　）形ＧａＡｓＭ４”ｌを
形成する（ｇ）。このようにして分子層エピタキシャル
成長法によって成長させたウェハのｐ＋形ＧａＡｓ層４
７上へ、ＳｉＯ２またはＳｉ　ｓ　Ｎ　４膜４８を付着
させて開孔しくｈ）、ｐ中層４７へはＡｕ−Ｚｎ、　Ａ
ｇ−Ｚｎ等、ｎ子基板４０へはＡｕ−Ｇｅ、　Ａｕ−Ｇ
ｅ−Ｎｉ等の合金によりオーミックコンタクト４９．５
０を形成する（１）。これにより、量子井戸型の半導体
レーザが製造できる。

尚１以上の実施例においては、半導体のヘテロ接合とし
て、ＧａＡｓとＧａ　１−ｘＡｌｘＡｓ　ｓ　−ｙＰｙ
の組合せについて説明をしてきたが、ＩｎＰとＩｎＧａ
Ａｓ等のｍ−ｖ族の混晶、　ＨｇＴｅとＨｇＣｄＴｅの
ようなｎ−■族のヘテロ接合でも良いことは言う迄もな
い。

また、ダイオードの構造は、ジャンクションストライプ
のものを説明したが、他の構造でも良いことは言う迄も
ない。

［発明の効果］以上のように本発明によれば、ダブルヘテロ構造の半導
体の結晶膜を分子層単位の精度で結晶性良く成長させる
ことができることから、高品質の半導体レーザを製造で
きるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る結晶成長装置の構成図
、第２図および第３図は第１図の装置により製造される
半導体レーザの製造過程説明図で、第２図（ａ）〜（ｈ
）はダブルヘテロ形半導体レーザの製造過程説明図、第
３図（ａ）〜（ｉ）は量子井戸型半導体レーザの製造過
程説明図である。 ■・・・金属、２・・・ゲートバルブ、３・・・排気装
置、４，５，６，７，８，９・・・ノズル、１０〜１５
・・・バルブ。１６〜２１・・・ガス源、２２・・・ヒーター、２３・
・・熱電対、２４・・・光源、２５・・・窓。第７図第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）真空に排気する成長槽内に外部より結晶成分元素
を含むガスを導入し、基板上に半導体の結晶を成長させ
る方法において、前記成長槽内を超高真空に排気すると
共に、前記基板を加熱し、結晶成長させたい成分元素を
含むガスを所定量導入して１分子層ずつ成長させること
により化学量論的組成を満たすダブルヘテロ構造のエピ
タキシャル成長層を形成することを特徴とする半導体レ
ーザの製造方法。
（２）特許請求の範囲第１項記載において、前記ダブル
ヘテロ構造のエピタキシャル成長層を繰り返し成長させ
る半導体レーザの製造方法。
（３）特許請求の範囲第１項記載において、前記ヘテロ
構造がＧａＡｓとＧａ＿１＿−＿ｘＡｌ＿ｘＡｓより成
る半導体レーザの製造方法。
（４）特許請求の範囲第１項記載において、前記ヘテロ
構造がＧａＡｓとＧａ＿１＿−＿ｘＡｌ＿ｘＡｓ＿１＿
−＿ｙＰ＿ｙよる成る半導体レーザの製造方法。
（５）特許請求の範囲第１項記載において、前記基板に
光を照射しながらエピタキシャル成長させる半導体レー
ザの製造方法。