JPH03268473A - 光半導体装置の製造方法 - Google Patents

光半導体装置の製造方法

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JPH03268473A
JPH03268473A JP6911190A JP6911190A JPH03268473A JP H03268473 A JPH03268473 A JP H03268473A JP 6911190 A JP6911190 A JP 6911190A JP 6911190 A JP6911190 A JP 6911190A JP H03268473 A JPH03268473 A JP H03268473A
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JP
Japan
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layer
quantum well
well structure
active layer
liquid phase
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JP6911190A
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Soichi Nishiyama
聡一 西山
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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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】 (概要) 光半導体装置の製造方法に係り、特に光半導体装置のコ
ンタクト層の形成方法に関し。
量子井戸構造を有する活性層の特性を損なわずにコンタ
クト層を形成する方法の提供を目的とし。
量子井戸構造を有する活性層を埋め込んだ後。
該活性層の上部にInPのクラッド層とGaInAsの
コンタクト層を順次、550℃以下の液相成長により〔
産業上の利用分野〕 本発明は光半導体装置の製造方法に係り、特に光半導体
装置のコンタクト層の形成方法に関する。
近年の結晶成長の発展に伴い、理想的に急峻なヘテロ界
面を有する量子井戸構造の作製が可能となった。量子効
果を十分に活用し得る素子を作製するに際しては2作製
された量子井戸構造をその後の素子作製の各高温処理過
程において、熱的に劣化させてはならない。
すなわち、量子井戸構造を含む化合物半導体素子の作製
に際しては、各作製過程の温度と時間を量子井戸構造の
熱的劣化が無視できる程度にするように設定する必要が
ある。
〔従来の技術〕
従来の量子井戸構造を含む化合物半導体素子の作製では
9例えばInGaAsP InGaAsP量子井戸構造
を活性層に有するレーザ素子を作製する場合、量子井戸
構造の上にのクラッド層を作製し、メサエッチングし、
それから液相成長により埋め込み層の作製を行い、さら
に液相成長によりクラッド層とコンタクト層の作製を行
っていた。この時のコンタクト層には、 InGaAs
Pの結晶を用いていた。
液相成長の温度と時間は9例えば600℃と3時間であ
った。
ところが、こうして作製された素子内の量子井戸構造の
各ヘテロ界面は、原子の熱的な拡散によって組成の急峻
性が低下し、その結果、各量子井戸内に形成される量子
準位が量子井戸構造作製直後に比べて広がり、完成した
素子から十分な量子効果の特性を引き出せないといった
問題があった。
量子井戸構造の熱的な拡散を防ぐため、熱的劣化が無視
できるとされている500℃以下の温度で液相成長を行
えばよいのであるが、コンタクト層に用いるInGaA
sPの結晶はInPの上に600℃成長でも成長時間3
0秒で0.2μm程度しか成長せず。
それ以上の速度で成長を行うと成長面が荒れてしまうと
いった問題があった。
もし、コンタクト層に用いるInGaAsPの結晶を5
00℃で成長を行うとすると、クラッド層と格子整合す
る組成の燐(P)の量は極めて微量となり。
成長とともにすぐ枯渇し、必要とするコンタクト層の厚
さを得るためには極めて多数回Pの補給と成長を続けな
ければならないので、実際上不可能に近い。
〔発明が解決しようとする課題〕
従って、量子効果が十分に発揮される量子井戸構造を活
性層に有する光半導体装置1例えばレーザ素子が作製で
きないという問題があった。
本発明は、600℃に達しない低温で液相成長を行って
、必要な厚さのコンタクト層を形成し、しかも急峻なヘ
テロ界面を有する量子井戸構造を活性層とする光半導体
装置を実現するための製造方法を提供することを目的と
する。
〔課題を解決するための手段] 上記課題は、量子井戸構造を有する活性層3を埋め込ん
だ後、該活性層3の上部にInPのクラッド層8とGa
1nAsのコンタクト層9を順次、550℃以下の液相
成長により形成する光半導体装置の製造方法によって解
決される。
〔作用〕
量子井戸構造を有する素子において、量子井戸構造を形
成後、その量子井戸構造をほとんど損なわない範囲で熱
処理するためには温度と時間に次の制限が課せられる。
Dart  =Cd Eo  e x p  (Es 
 /kT)Eo  =EC(I   ACa  )ここ
で。
L:素子に含まれる量子井戸の最小の井戸幅。
単位は、I X 10−@cm。
L、clt:量子井戸構造作製開始時刻t。から素子作
製全過程終了時刻t1に渡る時間積分、単位は1時間。
C4:量子井戸構造の中で第2の半導体層を構成するV
族元素に占めるAs原子の割合と第1の半導体層を構成
するV族元素に占めるAs原子の割合の差、単位は1゜ k:ボルツマン定数。
T:素子作製過程の時刻tにおける温度、単位はK。
また。
Ep−to、oxto−3(e V ) 。
E□=1.1     (eV) EC=6.3 x106 (eV)。
A=0.52 である。
この式は、特願平1−170370号にて提案されてお
り、実験的に得られたものである。
この式を見ればわかるように、温度が高いと時間は短く
制限され、量子井戸の井戸幅が小さいと温度は低く時間
は短く制限される。
ところで、 InGaAsP 4元系の組成を選ぶこと
により、 InPのクラッド層の上にInGaAsP 
4元系を平衡状態で格子整合するように成長することが
できる。これはコンタクト層の形成に従来用いられてい
る方法であるが、実用的な厚さのコンタクト層を得よう
とすれば成長温度を少なくとも600℃にする必要があ
り、液相成長時の高温でのトータル時間を上述の式の制
限内に抑えることは極めて困難となる。
本発明は、 InPのクラッド層の上にInGaAs 
3元系を若干の格子不整のある非平衡状態であっても液
相成長し、しかも500℃程度の液相成長により実用的
な厚さのコンタクト層が得られる。という新しい知見に
基づいている。
例えば、80人の最小井戸幅を有する量子井戸構造では
成長温度を500℃とすれば上述の式により制限時間は
5時間程度となり、制限時間内にInPのクラッド層の
上に実用的に十分な厚さのInGaAs3元系のコンタ
クト層が形成できるのである。
しかし、成長温度が550℃を超えると、量子井戸構造
を損なわずにInGaAs 3元系のコンタクト層を形
成することが困難となる。
〔実施例〕
第1図(a)乃至(d)は実施例を説明するための工程
を示す断面図であり、さらに第2図はガイド層の構造、
第3図は活性層の構造、第4図は第1のクラッド層の構
造、第5図はキャンプ層の構造を示し、以下、これらの
図を参照しながら説明する。
第1図(a)参照 半導体基板1上に、MOCVD法により、ガイド層2.
活性層3.第1のクラッド層4.キャップ層5を順次形
成する。
半導体基板lはSnドープ(I X 10 ’ ”cm
−3)の厚さ270 μmのn−InP基板である。
第2図参照 ガイド層2は2a、 2bの2層からなる。各層の諸元
は次の如くである。
符号  材料  PL  型 キャリア濃度 厚さ2a
   InGaAsP 1.10 n  7 XIO”
 (Si) 0.122b   InGaAsP 1.
10 n  1 xio”    0.03符号  材
料  PL  型 キャリア濃度 厚さ4a     
 InP     O,92p    I  XIO”
       0.034b   InP   O,9
2P  5 XIO”(Zn)  0.32第3図参照 活性層3はInGaAsP/InGaAs 5対と上下
のInGaAsP層からなる多重量子井戸構造を有し、
各層の諸元は次の如くである。
符号  材料 3a   InGaAsP 3b   InGaAsP 3c   InGaAs 以下、 3a層まで す。
3 t    TnGaAsP PL  型 キャリア濃度 厚さ 1.30 n  I XIO”    3001.30
 n  I XIO”    1301.56 n  
I XIO”    80InGaAsP/InGaA
sを4対繰り返1.30  n   I XIO”  
   300第4図参照 第1のクラッド層4は4a、 4bの2層からなる。
各層の諸元は次の如くである。
第5図参照 キャップ層5は5a、 5bの2層からなる。各層の諸
元は次の如くである。
符号  材料  PL  型 キャリア濃度 厚さ5a
   InGaAsP 1.40 T)  5 XIO
”(Zn)  0.105b   InP   O,9
2p  5 XIO”(Zn)  0.15第2図乃至
第5図において。
PL:組成の波長換算(単位はμm)。
型:伝導型の別(pまたはn) キャリア濃度二単位はcm−”、括弧はドーパント。
厚さ:単位はμm、ただし、活性層は人。
である。
第1図(b)参照 キャップ層5上にストライプ状の5in2マスク6を形
成し2メサエツチングを行う。
第1図(c)参照 メサの側面を埋め込んで、電流ブロック層7を形成する
。電流ブロック層7は7a、 7b、 7c、 7dの
4層からなり、480℃の液相成長で形成する。各層の
材料、厚さ等は次の如くである。
符号  材料  PL  型 キャリア濃度 厚さ7a
   InP   O,92P  2 XIO”(Zn
)  0.27b   InP   O,92T)  
5 XIO”(Zn)  0.67c   InP  
 O,92n  3 XIO”(Te)  0.67d
   InP   O,92P  5 XIO”(Zn
)  0.4第1図(d)参照 マスク6とキャップ層5を除去し、第1のクラッド層4
上に第2のクラッド層8.コンタクト層9を480℃の
液相成長で形成する。各層の材料。
厚さ等は次の如くである。
符号  材料  PL  型 キャリア濃度 厚さ8 
 1nP   O,92p2 XIO”(Zn)  1
.09   InGaAs 1.661)  I XI
O”(Zn)  0.5第1図(c)、 (d)におい
て。
PL二組成の波長換算(単位はμm)。
型:伝導型の別(pまたはn)。
キャリア濃度二単位はc13.括弧はドーパント。
厚さ:単位はμm である。
このようにして、厚さ0.5 μmのコンタクト層を多
重量子井戸構造を損なうことなく形成することができた
第6図はGa−In−As系の液相線を示す。この図は
例として470℃と480℃の液相線を示しており。
この図からGaInAsのコンタクト層を成長する時の
液相の組成と成長温度をきめることができる。
第7図はGa1nAsの成長時間と成長膜厚の関係を示
す。Ga1nAsはInPとは若干の格子不整をもち。
完全平衡状態を保つものでないが、 InPの上に成長
できることを確認した。
第7図は液相線が470℃の組成の液相からInPの上
にGa1nAsを465℃(過冷却度5℃)で成長した
例であり、この図から成長温度Tgを465℃2成長温
度30秒で約0.5μm厚のGa1nAsのコンタクト
層をInPの上に形成できることがわかる。
多重量子井戸構造の界面が、熱処理のtv族元素の相互
拡散により、どの程度熱変成しているかをPL波長の測
定から評価した。
第1図(a)に示した工程直後の多重量子井戸構造のP
L波長は1.474 p mで、第1図(d)に示した
コンタクト層形成後のPL波長は1.473μmであり
、はとんど変化のないことがわかった。
比較のため、従来の多重量子井戸構造の熱処理後のPL
波長の変化の例を下に示す。
熱処理条件   熱処理後   熱処理前640″C,
1h   1.430 μm   1.464 μm6
00 :C,1h   1.444 um   1.4
66 ttm500″C,2h   1.460 um
   1.465 um実施例を従来例と比較して見る
とき、実施例ではV族元素の相互拡散による多重量子井
戸構造の界面熱変成は無視できて、量子効果の発揮され
る半導体レーザが得られることがわかる。
しかし1本発明においても成長温度が550℃を超える
と、量子井戸構造を損なわずにTnGaAs 3元系の
コンタクト層を形成することが困難となる。
なお、実施例は半導体レーザについて説明したが2本発
明は量子井戸構造を有するその他の光半導体装置9例え
ば波長変換器等にも使用できることは勿論である。
(発明の効果〕 以上説明したように1本発明によれば、量子井戸構造の
活性層を含む化合物半導体素子に対して。
低温成長によるGa1nAsコンタクト層を形成するこ
とによって、量子井戸構造の特性を損なわずに量子効果
を十分活用できるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)乃至(d)は実施例を説明するための図で
製造工程を示す断面図。 第2図はガイド層の構造を説明するための図。 第3図は活性層の構造を説明するための図。 第4図は第1のクラッド層の構造を説明するための図。 第5図はキャップ層の構造を説明するための図。 第6図はGa−In−As系の液相線を示す図。 第7図は成長時間と成長膜厚の関係を示す図である。 図において。 1は半導体基板 2、2a、 2bはガイド層。 3、3a、 3b、 3c、 3s、 3tは活性層。 4、4a、 4bはクラッド層であって第1のクラッド
層。 5、5a、 5bはキャップ層。 6はタスク。 7、7a、 7b、 7c、 7dは電流ブロック層。 8はクラッド層であって第2のクラッド層。 9はコンタクト層 (1)) 活性層の構伍 第3 図 (C) 第1のクラ、臼1の溝這 第 4 図 Nタフ1層の嘴ε 第 5 図 (d) ¥ 胤 砕I 男 1  図 Asの組成 爪表時間 (e) 爪1長時間と成長膜厚の関係 第 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 量子井戸構造を有する活性層(3)を埋め込んだ後、該
    活性層(3)の上部にInPのクラッド層(8)とGa
    InAsのコンタクト層(9)を順次、550℃以下の
    液相成長により形成することを特徴とする光半導体装置
    の製造方法。
JP6911190A 1990-03-19 1990-03-19 光半導体装置の製造方法 Pending JPH03268473A (ja)

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