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Info
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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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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
、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。
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。
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。
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。
/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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
−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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
。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。
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。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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)
- 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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6911190A JPH03268473A (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | 光半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6911190A JPH03268473A (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | 光半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03268473A true JPH03268473A (ja) | 1991-11-29 |
Family
ID=13393193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6911190A Pending JPH03268473A (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | 光半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03268473A (ja) |
-
1990
- 1990-03-19 JP JP6911190A patent/JPH03268473A/ja active Pending
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