JPH02178918A - 化合物半導体結晶層の製造方法 - Google Patents

化合物半導体結晶層の製造方法

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JPH02178918A
JPH02178918A JP33488888A JP33488888A JPH02178918A JP H02178918 A JPH02178918 A JP H02178918A JP 33488888 A JP33488888 A JP 33488888A JP 33488888 A JP33488888 A JP 33488888A JP H02178918 A JPH02178918 A JP H02178918A
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JP
Japan
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layer
growth
surface temperature
susceptor
gaas
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JP33488888A
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Yukie Nishikawa
幸江 西川
Shigeya Narizuka
重弥 成塚
Yoshihiro Kokubu
国分 義弘
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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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】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は有機金属化学気相成長法(以下MOCVD法と
略称する)によりIr+1−x−yGaxAlyP層(
0≦x≦1゜O≦y≦1)を成長形成する方法に係り、
特に半導体レーザなと可視光発光素子を作成するのに適
した化合物半導体結晶層の製造方法に関する。
(従来の技術) 近年、MOCVD法によりGaAs基板上にInGaA
IP層を形成することが可能になっており、この技術を
利用した可視半導体レーザや、LEDが注目されている
MOCVD法で用いられる結晶成長炉を第1図に断面図
で示す。この結晶成長炉は、例えば石英で形成された反
応管1】と、これに■族原料ガス及び■族原料ガスを導
入するガス導入口12と、基板を保持し回転加熱を施す
ためのサセプタ13と、前記石英反応管11に外囲し対
向する前記サセプタ13を加熱する高周波加熱コイル1
4を備えて構成されている。そして、前記サセプタ13
上にて加熱されたGaAs基板10に対しガス導入口1
2から原料ガスが導入され、この原料ガスは前記GaA
s基板10に到達すると分解し、結晶成長が行なわれる
叙上の従来用いられている結晶成長方法においては、結
晶成長中、サセプタの温度を所定の一定値に保持するよ
うに高周波加熱コイルの出力がコントロールされていた
(発明が解決しようとする課題) 従来の方法による化合物半導体結晶層の製造では、結晶
成長中サセプタの温度は所定の一定値に保持されるが、
結晶の表面温度は成長厚の増大に伴い低下することを発
明者らは見出した。これは、GaAsの場合、成長層厚
1μmにつき約0.1℃の低下であるが、In1−x−
yGax−yGaxAlyP層(O≦x≦1゜0≦y≦
1−)では顕著に大きく、実験的に5〜10℃の表面温
度低下が測定された。
一方、InGaA]、Pのバンドギャップの値は混晶組
成が同一の場合においても、成長条件、特に成長温度に
よって大幅に変化することが判明しており、結晶層の成
長厚方向にバンドギャップの変動が生じていた。このた
め、発振波長の安定した長寿命の半導体レーザを作成す
ることが困難であった。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、成長厚方向に均一なバンドギャップ
を有するInGaA]、P結晶をGaAs基板」二に再
現性良く成長することができ、発振波長の安定した長寿
命の半導体レーザの作成等に有効な化合物半導体結晶層
の製造方法を提供することにある。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明の骨子は、InGaAIP層の成長表面の温度を
一定に保ち、層内で均一なバンドギャップを有するIn
GaA]、P層を成長することにある。
即ち本発明は、GaAs基板」二にInGaAIP層を
成長する際に成長時間と共にサセプタ温度を」二昇させ
ることにより、成長中のInGaA]、P層の表面温度
を一定に保ち、膜内で一定のバンドギャップを持つ結晶
成長を可能とした方法である。
(作 用) 本発明による結晶成長方法によれば、InGaAIP層
において、パン1−ギャップが成長の厚さ方向に一定の
値を持つ膜を作成することが可能となる。
このため、InGaAIP系半導体レーザ装置の特性と
して、発振波長の、制御化、安定化がはかれた。
(実施例) まず、本発明の達成に至る経緯につき説明する。
既に述べたGaAs基板上にMOCVD法により■−■
族化合物半導体の結晶層を成長させる際、成長結晶の表
面温度が層厚の増加に伴って低下することを発明者らは
認めた。そして、GaAsに比しIn、−x−yGax
AlyP層(0≦x≦1,0≦y≦1)の場合はさらに
顕著に認められた。かかる結晶成長に伴なう表面温度の
低下は、GaAsの熱伝導率がSiなどと比較すると小
さいことに起因すると考えられる。In1.−x−yG
axAlyPはGaAsよりもさらに熱伝導率が小さい
ために表面温度の低下も大きい(第4図参照)値を示す
ものと考えられる。
一方、InGaA]、Pのバンドギャップの値は混晶組
成が同一の場合においても、成長条件、特に成長温度に
よって大幅に変化することが判明している。第2図にG
aAsに格子整合するInGaPのバンドギャップの成
長時の表面温度依存性を示す。この図から、バンドギャ
ップ値が最小となる成長11F+’を度が存在すること
がわかる。このようにバンドギャップが変動した場合の
電子線回折像を1[4すると、表面温度が740°Cよ
りも低い場合にはエクストラスポットが観察され(1,
1]、 )方向に2倍周期の超格子構造を持っているこ
とがわかった。
以上のような事実から、InGaA]、P層の成長を行
う場合、サセプタ温度を一定に保っていても、成長に伴
い表面温度が急激に下っていくために、成長層の厚さ方
向にバンドギャップが変化してしまう。このようにして
成長したInGaA]−PJFJからのフォトルミネッ
センスの半値幅は、層内でバンドギャップの不均一があ
るために非常にブロー1〜であり、成長層の厚さにより
ピーク波長が異なっていた。このため、レーザ素子とし
てその特性を考えた場合、発振波長が不安定であり、再
現性が悪く制御が困難であった。また、InGaPを活
性層とした場合、パン1〜ギヤツプの値が1.91.e
V以外の値を示したときには、フォトルミネッセンスに
よる発光強度も芳しくなく、寿命特性も著しく劣化して
いた。
以下、本発明の一実施例につき図面を参照して説明する
本発明の一実施例に係る半導体レーザの概略の構造を第
3図に断面図で示す。この第3図に示されるように、n
−GaAs基板31」二に、n−GaAsバッファ層3
2 、 n−TnGaA]、Pクラッド層33. In
GaP活性層34゜p −If n Ci a A ]
−[’クラッド層35. p−InGaPキャップ層3
6が順次積層形成されており、このキャップ層36はそ
の一部スドライブ状部がp−GaAsコンタ98M38
に接し、他の部分はn−GaAsブロック層37で被覆
され、かつ、このブロック層37は前記キャブ層36に
接した前記p−GaAsコンタクI・層38の連続部で
被覆されている。さらに、前記p−GaAsコンタク1
〜層38上にはP+−riaAsコンタク1へ層39が
積層被覆されている。
まず、第3図に示したような構造の各層をサセプタ温度
を一定に保って成長を行なった場合における成長表面の
温度の変化を調べた。第4図に成長層のJソさと相対的
な表面温度の低下の関係を示す。表面温度は、反応管の
」三方から、放射温度計を用いて測定した。図に示すよ
うに、n −InGaA]、PとアンドープのInGa
Pの表面温度の降下が一番犬きく、IILm成長を行な
うと表面の温度は約10℃下っていた。同じ組成であっ
てもInGaA]、Pにおいては、p型とn型で表面温
度の下がり方が異なっており、p−InGaAIPでは
]μm成長すると表面の温度は5℃下っていた。GaA
sの場合は、丁、n G a A 1− Pにくらべ表
面温度の変化は小さく、1μm成長を行うと約0.1°
C下っていた。また、GaAsではn型とP型で差はな
かった。
第3図に示したような構造のレーザにおいて、n−バッ
ファ層の厚さを0.5μm、n、、p各りラッド層の厚
さを]−μm、活性層の厚さを0.1μm。
p−GaAsコンタク1−層の厚さを3 pm、 n−
GaAsブロック層の厚さを1μmとして、サセプタ温
度を一定にして成長を行った。成長を行う前のGaAs
基板の表面温度は740°Cであったが、p−InGa
AIPクラッド層の成長を終った時、このクラッド層の
表面温度は約16℃低下し、724℃になっていた。こ
のように成長したウェハの活性層のフォトルミネッセン
ス(以下円、と略称する)のスペク1−ルを第5図に示
す。この図に示ずところによると、PLのピーク波長は
66011 m (1,、88eV)であり、L P 
E rAにて成長した結晶のバンドギャップが1.9]
、eVであるのにくらべ長波長にシフトしていた。PL
の強度も弱く、半値幅も広いことがわかる。また、活性
層の電子線回折像を観察すると、超格子構造を持ってい
ることがわかった。これらの現象は、成長と共に表面温
度が低下してバンドギャップの不均一を生じていること
が原因である。レーザ素子の特性としては、発振波長か
665〜675μmとばらつき制御性に欠けていた。寿
命特性も芳しくなく、著しい劣化を示した。
次に叙」−と同し構造のレーザを本発明による方法で成
長を行なった。つまり、表面温度を740°Cと一定に
保つために、n−InGaAIPクラッド層とInGa
P活性層を成長するときには、1μmの成長に対して]
O’Cずつサセプタ温度を一定の割合で上昇させた。p
−工nGaA]、Pクラッド層を成長するときには5°
C/ 1 μm+ p及びn−GaAs層を成長するき
には0.1℃/1μmの割合でサセプタ温度を上昇させ
ていった。このように本発明の方法を用いることにより
、表面温度を常に74.0℃に保つことができる。この
ことは放射温度計を用いて成長表面の温度を測定するこ
とにより確かめられた。このようにして成長したウェハ
における活性層の円7スベク1ヘルは第6図に示すよう
に、ピーク波長は、660 μm(1,91eV)であ
り、LPE法にて成長した結晶と同等の広いバンドギャ
ップが得られた。PLスペク1−ルの半値幅も狭く、強
度も従来の方法で成長したウェハに比べ10倍以上大き
い値を示した。また、活性層の電子線回折像から、超格
子構造を持っていないこともわかった。レーザの発振波
長は650μmで安定しており、良好な特性を示した。
寿命特性も、飛躍的に向上した。本実施例では、半導体
レーザについて述べたが、本発明はLEDなど他の発光
素子にも適用が可能である。
なお、本発明は上述した実施例方法に限定されるもので
はなく、その他のIII −V族材料系においても、通
常の成長条件では表面温度の変化によリl換内にバンド
ギャップの不均一を生しるような材料に対し適用しうる
ちのである。
〔発明の効果〕
成上の如く、本発明によれば、InGaAIP層につい
てそのパン1−ギャップの値が、成長の厚さ方向に対し
て常に一定の値を示す膜を作成することが可能になる。
したがって、この方法を用いてInGaAIP系半導体
レーザを作成すると発振波長の安定化を図ることができ
るとともに、寿命特性の向」−を可能にするなどの顕著
な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例に使用した成長装置の要部
を示す断面図、第2図はGaAsに格子整合するInG
aPの基板表面温度とバンドギャップとの関係を示す特
性図、第3図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザ
素子の構造を示す断面図、第4図は成長層の厚さと表面
温度の降下との関係を示す特性図、第5図は従来の方法
で成長した膜のフ第1ヘルミネッセンススペク1−ルの
波長と強度との相関を示す特性図、第6図は本発明によ
る方法で成長した膜のフ第1−ルミネッセンススペクト
ルの波長と強度との相関を示す特性図である。 10−−−−−− GaAs基板 1.1−−−−m−反応管 1.2−−−−−−ガス導入口 1.3−−−−−−サセプタ 1.4−−−一−−高周波加熱コイル 32−−−−−− n−GaAsバッファ層33−−−
−−− n−InGaA]、Pクララド層34−−−−
−=InGaP活性層 35−−−−−−p−InGaAIPクラット層36−
−−−一−p−InGaPキャンプ層37−一−−−−
n−GaAsブロック層38−一−−−−p−GaAs
コンタクト層39−−−−−−p+−GaAsコンタク
ト層代理人 弁理士 大 胡 典 夫 停 へ S  火 ll)+T+ 巴 。乙に、へ、、%、、A/)/ (η′v) V軒 2a 士w ’r’= ’ ti’w、v

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 結晶成長用反応炉内のサセプタにGaAs基板を載置し
    、この反応炉内にIII族原料とV族原料の各ガスを導入
    するとともにサセプタを加熱して前記GaAs基板上に
    有機金属化学気相成長法によりIn_1_−_x_−_
    yGa_xAl_yP層(0≦x≦1、0≦y≦1)を
    成長形成する化合物半導体結晶層の製造方法において、
    前記In_1_−_x_−_yGa_xAl_yP層(
    0≦x≦1、0≦y≦1)の成長中における表面温度を
    所定に保つようにサセプタ温度を成長時間と共に上昇さ
    せることを特徴とする化合物半導体結晶層の製造方法。
JP33488888A 1988-12-28 1988-12-28 化合物半導体結晶層の製造方法 Pending JPH02178918A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04281585A (ja) * 1991-03-11 1992-10-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd バーコード検出装置
US5190891A (en) * 1990-06-05 1993-03-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for fabricating a semiconductor laser device in which the p-type clad layer and the active layer are grown at different rates
JPH0554167A (ja) * 1991-08-22 1993-03-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd バーコード検出装置
US5298456A (en) * 1991-09-27 1994-03-29 Nippon Electric Co Method of manufacturing semiconductor laser

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