JPH04263418A - 多波長レーザーの作製方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、同一基板上に複数の発
振波長の異なるレーザーが整列した多波長レーザーの作
製方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】オプトエレクトロニクス用をはじめとし
て各種システムの高度化，高機能化にともない、その主
要部品である半導体素子には高集積化が要求されている
。その一例として多波長レーザーがあげられる。たとえ
ばエレクトロニクスレターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
　Ｌｅｔｔｅｒｓ　）２６巻１３号（１９９０年）９４
０頁にあるように、半導体薄膜で活性層を積層する際に
、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）装置内の半導体基板を
回転させずに意図的に厚さを変化させる技術が開発され
ている。この薄膜成長方法で形成した薄膜では、必ず基
板の一方から他方に向かって一定の割合で厚さが変化し
ており、これを用いて多重量子井戸（ＭＱＷ）を作製し
てレーザーの活性層とした場合、その発振波長も同様に
一方から他方に向かって変化している。すなわち、一列
に並んだレーザーの発振波長を交互に変化させる、一素
子のみ変化させる、一定波長から一旦短い波長となり再
度長くする等の変化は困難であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の欠点を
改善するために提案されたもので、その目的は、半導体
基板に光を照射しながら半導体薄膜を選択的に成長もし
くは組成制御する方法を用いることにより、成長する薄
膜の厚さもしくは組成を部分的に変化させることにより
、異なった発振波長のレーザーが任意の順番に並んだ多
波長レーザーの作製方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は有機金属分子線エピタキシ法を用いて、レ
ーザー構造を成長するにおいて、基板上の一部にレーザ
ー光を照射しながら単結晶基板上にＩＩＩ−Ｖ族半導体
薄膜からなる活性層を成長させる際に、前記レーザー光
を複数本の線上を走査するにおいて、走査する線毎に走
査速度を変化させて成長を行い、少なくとも走査した線
の一部を用いて複数本からなるレーザーの一部を作製す
ることを特徴とする多波長レーザーの作製方法を発明の
要旨とするものである。さらに、本発明は有機金属分子
線エピタキシ法を用いて、レーザー構造を成長するにお
いて、基板上の一部にレーザー光を照射しながら単結晶
基板上にＩＩＩ−Ｖ族半導体薄膜からなる活性層を成長
させる際に、前記レーザー光を複数本の線上を走査する
において、走査する線毎にレーザー光強度を変化させて
成長を行い、少なくとも走査した線の一部を用いて複数
本からなるレーザーの一部を作製することを特徴とする
多波長レーザーの作製方法を発明の要旨とするものであ
る。

【０００５】

【作用】本発明は有機金属分子線エピタキシ法を用いて
、光を照射しながら単結晶基板上に半導体薄膜を成長さ
せる方法において、光を走査する速度を走査する線毎に
変化させる、もしくは強度を変化させる方法で活性層を
成長することによって、所望の波長が、所望の順番に並
んだ多波長レーザーを容易に形成しうる作用を有する。

【０００６】本発明はＩｎＰ膜やＧａＡｓ膜の成長にお
いて、一定の成長温度条件下で光照射することにより膜
の成長速度が部分的に増加すること、およびＩｎＧａＡ
ｓ膜やＩｎＧａＡｓＰ膜の成長において、膜の成長速度
が基板温度の上昇に伴って一定もしくは減少する成長条
件下において、基板面上の一部に光照射して基板温度を
部分的に増加させることにより、光照射部の成長速度と
Ｇａ組成ともに非照射部に比べ減少することを見いだし
たことによる。

【０００７】すなわち、これを詳細に説明すると次のよ
うである。有機金属分子線エピタキシャル装置を用いて
、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ薄膜を成長させた場合の
成長速度とＩｎＧａＡｓ中のＧａ組成の基板温度依存性
の関係を図１及び図２に示す。

【０００８】図１は横軸に基板温度、縦軸にＩｎＧａＡ
ｓの成長速度をとり、図２は横軸に基板温度、縦軸には
Ｉｎ１−ｘ　Ｇａｘ　Ａｓ中のＧａの組成ｘを示してい
る。原料にはトリメチルインジウム，トリメチルガリウ
ムとアルシンを用い、基板温度以外の成長条件は一定と
した。 図１と図２より、基板温度が５００℃から５５０℃で成
長速度とＧａ組成はほぼ一定である。５５０℃以後で成
長速度とＧａ組成はともに減少し始め、６００℃以上で
成長速度とＧａ組成はともに一定となる。この結果は、
他の成長条件を一定とし、基板温度のみを適当な値まで
に変化させることで成長速度，組成が制御可能であるこ
とを示す。従って、基板温度が５００℃以上で６００℃
未満の範囲では、基板面内の一部に光照射し、基板温度
を部分的に６００℃以上に増加させると、光照射部の成
長速度とＧａ組成はともに非照射部に比べ減少するので
、パターン形成とＧａ組成の変化が可能となる。

【０００９】また成長速度と組成を変化させるに必要な
光強度は、非照射部分の基板温度あるいはＩＩＩ族原料
に対するＶ族原料の供給比（Ｖ／ＩＩＩ比）によって変
化する。非照射部分の基板温度が高い方が、あるいはＶ
／ＩＩＩ比が小さい方が、成長速度と組成を変化せしめ
るに必要な光強度はより小さい。

【００１０】図３にはＧａＡｓ（またはＩｎＰ）膜成長
時にレーザー光を照射した部分としない部分の成長速度
の差のレーザー走査速度への依存性を示す。レーザーの
走査速度を大きくするに従い差が小さくなることがわか
る。すなわち数本の線状のパターンを描画するにおいて
レーザーの走査速度を走査する線毎に変化させることに
より線毎に成長速度を変化させることが可能である。

【００１１】図４にはＧａＡｓ（またはＩｎＰ）膜成長
時にレーザー光を照射した部分としない部分の成長速度
の差のレーザー光強度への依存性を示す。レーザーの光
強度を大きくするに従い差が大きくなることがわかる。 すなわち数本の線状のパターンを描画するにおいてレー
ザーの光強度を走査する線毎に変化させることにより線
毎に成長速度を変化させることが可能である。

【００１２】図５にはＩｎＧａＡｓ（またはＩｎＧａＡ
ｓＰ）膜成長時にレーザー光を照射した部分としない部
分の成長速度の差、およびＩｎＧａＡｓ（またはＩｎＧ
ａＡｓＰ）中のＧａ成分のレーザー走査速度への依存性
を示す。レーザーの走査速度を大きくするに従い成長速
度の差が小さくなり、またＧａ成分が増加することがわ
かる。すなわち数本の線状のパターンを描画するにおい
て、レーザーの走査速度を走査する線毎に変化させるこ
とにより線毎に成長速度を変化させることが可能であり
、同時に組成の変化も得られる。

【００１３】図６にはＩｎＧａＡｓ（またはＩｎＧａＡ
ｓＰ）膜成長時にレーザー光を照射した部分としない部
分の成長速度の差、およびＩｎＧａＡｓ（またはＩｎＧ
ａＡｓＰ）中のＧａ成分のレーザー光強度への依存性を
示す。レーザーの光強度を大きくするに従い成長速度の
差が大きくなり、またＧａ成分が減少することがわかる
。すなわち数本の線状のパターンを描画するにおいて、
レーザーの光強度を走査する線毎に変化させることによ
り線毎に成長速度を変化させることが可能であり、同時
に組成の変化も得られる。

【００１４】多重量子井戸等を作製する際に、本発明方
法を井戸成長時もしくは障壁成長時において用いること
により、部分的に厚さや組成の異なった多重量子井戸等
を得ることができる。この方法をレーザーの活性層成長
時に用いることにより、場所により厚さや組成の異なっ
た量子井戸構造を有するレーザー用結晶が得られる。次
にこの結晶を用いて、例えば図７に示すようなレーザー
構造を作製する。

【００１５】図７において、１は基板、２は下方クラッ
ド、３は活性層、４は上方クラッド、５，６は電極を示
す。（ａ）図はレーザー照射（レーザーの走査速度を変
化させるか、光強度を変化させる）で活性層を形成した
後、結晶成長工程終了後（ｂ）図のように完成したウエ
ハとし、電極を付着後、（ｃ）図のようにフォトリソグ
ラフィとエッチングにより素子間を分離し、リッジレー
ザーを作製する。各素子は井戸層や障壁層の厚さや組成
が少なくとも１つが異なっており、そのため各レーザー
の発振波長は異なる。すなわち、レーザー照射部分や非
照射部分を用いてレーザー構造を作製することにより、
活性層の構造が異なる、すなわち、発振波長の異なるレ
ーザーが並んだ多波長レーザーを作製することが可能で
ある。図７においてはリッジ型のレーザーを示したが埋
め込み等、必要に応じた構造とすることが可能である。

【００１６】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。なお
、実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱し
ない範囲で、種々の変更あるいは改良を行い得ることは
言うまでもない。

【００１７】（実施例１）有機金属分子線エピタキシャ
ル装置を用いて、ｎ型ＧａＡｓ基板の上にｎ型ＧａＡｓ
、ｎ型ＡｌＧａＡｓを成長し、次にＧａＡｓとＡｌＧａ
Ａｓを基板温度４８０℃で交互に成長させる際に、Ｇａ
Ａｓ成長時に２Ｗのアルゴンレーザー光（５１４．５　
ｎｍ）を２００ｍｍ／秒で１ｃｍの区間を走査し、この
走査した線から１ｍｍ離れた場所を１８０ｍｍ／秒で１
ｃｍの区間を走査した。次にｐ型ＡｌＧａＡｓ、ｐ型Ｇ
ａＡｓを成長し、これのレーザー照射部および非照射部
を用いて３本のレーザーが並んだレーザーを作製した。 各々のレーザーは約５０ｎｍ発振波長が異なっていた。

【００１８】（実施例２）有機金属分子線エピタキシャ
ル装置を用いて、ｎ型ＧａＡｓ基板の上にｎ型ＧａＡｓ
、ｎ型ＡｌＧａＡｓを成長し、次にＧａＡｓとＡｌＧａ
Ａｓを基板温度４８０℃で交互に成長させる際に、Ｇａ
Ａｓ成長時に２Ｗのアルゴンレーザー光（５１４．５　
ｎｍ）を２００ｍｍ／秒で１ｃｍの区間を走査し、この
走査した線から１ｍｍ離れた場所を１．８Ｗで２００ｍ
ｍ／秒で１ｃｍの区間を走査した。次にｐ型ＡｌＧａＡ
ｓ、ｐ型ＧａＡｓを成長し、これのレーザー照射部およ
び非照射部を用いて３本のレーザーが並んだレーザーを
作製した。各々のレーザーは約４０ｎｍ発振波長が異な
っていた。

【００１９】（実施例３）有機金属分子線エピタキシャ
ル装置を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板の上にｎ型ＩｎＰを成
長し、次にＩｎＧａＡｓとＩｎＰを基板温度５３０℃で
交互に成長させる際に、ＩｎＧａＡｓ成長時に２Ｗのア
ルゴンレーザー光（５１４．５　ｎｍ）を２００ｍｍ／
秒で１ｃｍの区間を走査し、この走査した線から１ｍｍ
離れた場所を１８０ｍｍ／秒で１ｃｍの区間を走査した
。次にｐ型ＩｎＰを成長し、これのレーザー照射部およ
び非照射部を用いて３本のレーザーが並んだレーザーを
作製した。各々のレーザーは約４５ｎｍ発振波長が異な
っていた。

【００２０】（実施例４）有機金属分子線エピタキシャ
ル装置を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板の上にｎ型ＩｎＰを成
長し、次にＩｎＧａＡｓとＩｎＰを基板温度５３０℃で
交互に成長させる際に、ＩｎＧａＡｓ成長時に１．９Ｗ
のアルゴンレーザー光（５１４．５　ｎｍ）を２００ｍ
ｍ／秒で１ｃｍの区間を走査し、この走査した線から１
ｍｍ離れた場所を１．７Ｗで２００ｍｍ／秒で１ｃｍの
区間を走査し、この走査した線から１ｍｍ離れた場所を
２．１Ｗで２００ｍｍ／秒で１ｃｍの区間を走査した。 次にｐ型ＩｎＰを成長し、これのレーザー照射部および
非照射部を用いて４本のレーザーが並んだレーザーを作
製した。各々のレーザーは約６０ｎｍ発振波長が異なっ
ていた。

【００２１】

【発明の効果】叙上のように本発明の成長方法を用いれ
ば、所望の波長が所望の順番に並んだ多波長レーザーが
形成できる。そのため本発明の作製方法を用いることに
より、従来のキーデバイスとして期待されている多波長
レーザーアレイをはじめとした光素子や光・電子集積回
路（ＯＥＩＣ）の形成に有用である。また、本発明方法
は実施例で示した活性層が多重量子井戸構造でなく、バ
ルクの場合でも適用しうることは当然である。

【図面の簡単な説明】

【図１】有機金属分子線エピタキシャル装置を用いて、
ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ薄膜を成長させた場合の成
長速度と基板温度との関係を示す。

【図２】ＩｎＧａＡｓ膜中のＧａ組成と温度との関係を
示す。

【図３】ＧａＡｓやＩｎＰにおけるレーザー走査速度と
光非照射部に対する照射部の成長速度の関係を示す。

【図４】ＧａＡｓやＩｎＰにおけるレーザー光強度と光
非照射部に対する照射部の成長速度の関係を示す。

【図５】ＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰにおけるレーザ
ー走査速度と光非照射部に対する照射部の成長速度の関
係およびレーザー走査速度とＧａ組成の関係を示す。

【図６】ＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰにおけるレーザ
ー光強度と光非照射部に対する照射部の成長速度の関係
およびレーザー光強度とＧａ組成の関係を示す。

【図７（ａ），（ｂ），（ｃ）】本発明方法における工
程を示す。

【符号の説明】 １　　基板 ２　　下方クラッド ３　　活性層 ４　　上方クラッド ５　　電極 ６　　電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　有機金属分子線エピタキシ法を用いて
   、レーザー構造を成長するにおいて、基板上の一部にレ
   ーザー光を照射しながら単結晶基板上にＩＩＩ−Ｖ族半
   導体薄膜からなる活性層を成長させる際に、前記レーザ
   ー光を複数本の線上を走査するにおいて、走査する線毎
   に走査速度を変化させて成長を行い、少なくとも走査し
   た線の一部を用いて複数本からなるレーザーの一部を作
   製することを特徴とする多波長レーザーの作製方法。
2. 【請求項２】　　有機金属分子線エピタキシ法を用いて
   、レーザー構造を成長するにおいて、基板上の一部にレ
   ーザー光を照射しながら単結晶基板上にＩＩＩ−Ｖ族半
   導体薄膜からなる活性層を成長させる際に、前記レーザ
   ー光を複数本の線上を走査するにおいて、走査する線毎
   にレーザー光強度を変化させて成長を行い、少なくとも
   走査した線の一部を用いて複数本からなるレーザーの一
   部を作製することを特徴とする多波長レーザーの作製方
   法。