JPH058568B2 - - Google Patents
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- JPH058568B2 JPH058568B2 JP60018743A JP1874385A JPH058568B2 JP H058568 B2 JPH058568 B2 JP H058568B2 JP 60018743 A JP60018743 A JP 60018743A JP 1874385 A JP1874385 A JP 1874385A JP H058568 B2 JPH058568 B2 JP H058568B2
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- H10P14/3441—Conductivity type
- H10P14/3444—P-type
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、回折格子を有するGaInAsP層上に
InP層をエピタキシヤル成長させる気相成長方法
に関する。
InP層をエピタキシヤル成長させる気相成長方法
に関する。
回折格子を有する光デバイスの一つである
DFB（分布帰還型）レーザは、従来のフアブリペ
ロー型のレーザが両へき開面をミラーとして用い
るのに対し、回折格子での光の回折による帰還を
利用している。このため、発振波長は回折格子の
周期と実効屈折率により決まり、温度変動による
発振波長の変化率も１〔Å／度〕以下と小さい。
従つて、フアブリペロー型レーザより制御性及び
安定性とも優れており、DFBレーザは今後の半
導体レーザ、特に単一モード発振を要求される半
導体レーザの主流をなすものとして注目されてい
る。
DFB（分布帰還型）レーザは、従来のフアブリペ
ロー型のレーザが両へき開面をミラーとして用い
るのに対し、回折格子での光の回折による帰還を
利用している。このため、発振波長は回折格子の
周期と実効屈折率により決まり、温度変動による
発振波長の変化率も１〔Å／度〕以下と小さい。
従つて、フアブリペロー型レーザより制御性及び
安定性とも優れており、DFBレーザは今後の半
導体レーザ、特に単一モード発振を要求される半
導体レーザの主流をなすものとして注目されてい
る。
DFBレーザは発振波長に応じた周期の回折格
子を含んでおり、回折格子上にこの回折格子を保
存したまま結晶成長させることが必要である。一
例として、GaInAsP混晶とInP結晶とのヘテロ接
合DFBレーザについて説明すると、組成1.3〔μm〕
帯レーザの場合、回折格子の周期は１次の回折光
を利用する場合2000〔Å〕程度である。
子を含んでおり、回折格子上にこの回折格子を保
存したまま結晶成長させることが必要である。一
例として、GaInAsP混晶とInP結晶とのヘテロ接
合DFBレーザについて説明すると、組成1.3〔μm〕
帯レーザの場合、回折格子の周期は１次の回折光
を利用する場合2000〔Å〕程度である。
DFBレーザの構造としては、第７図ａに示す
如くInP基板７１上に回折格子７１ａを設けたも
のと、同図ｂに示す如くGaInAsP層７５上に回
折格子７５ａを設けたものとがある。第７図ｂに
示す構造についてその製造方法を説明する。ま
ず、Ｎ−InP基板７１上にＮ−InPクラツド層７
２、Ｎ−GaInAsP活性層７３、Ｐ−InPバツフア
層７４及びＰ−GaInAsP光ガイド層７５を順次
成長させ、光ガイド層７５の表面に回折格子７５
ａを設ける。次いで、Ｐ−InPクラツド層７８及
びＰ−GaInAsPコンタクト層７９に成長させる。
その後、電極を取着することによつて、DFBレ
ーザが完成することになる。
如くInP基板７１上に回折格子７１ａを設けたも
のと、同図ｂに示す如くGaInAsP層７５上に回
折格子７５ａを設けたものとがある。第７図ｂに
示す構造についてその製造方法を説明する。ま
ず、Ｎ−InP基板７１上にＮ−InPクラツド層７
２、Ｎ−GaInAsP活性層７３、Ｐ−InPバツフア
層７４及びＰ−GaInAsP光ガイド層７５を順次
成長させ、光ガイド層７５の表面に回折格子７５
ａを設ける。次いで、Ｐ−InPクラツド層７８及
びＰ−GaInAsPコンタクト層７９に成長させる。
その後、電極を取着することによつて、DFBレ
ーザが完成することになる。
しかしながら、この種の方法にあつては次のよ
うな問題があつた。即ち、回折格子７５ａを有す
るＰ−GaInAsP光ガイド層７５上にInPクラツド
層７８を成長する際に、回折格子７５ａが変形し
たり、消失することがある。そして、回折格子の
変形や消失は、レーザの発振閾値の低下等の特性
劣化を招く大きな要因となる。
うな問題があつた。即ち、回折格子７５ａを有す
るＰ−GaInAsP光ガイド層７５上にInPクラツド
層７８を成長する際に、回折格子７５ａが変形し
たり、消失することがある。そして、回折格子の
変形や消失は、レーザの発振閾値の低下等の特性
劣化を招く大きな要因となる。
InP層上に設けた回折格子の消失を防ぐ方法と
しては、LPE（液相エピタキシヤル）法の場合、
GaAsカバー或いはGaAsPカバーを回折格子付ウ
エハに覆うことにより行われている。しかし、気
相成長を２つ以上の成長室を持つたシステムで行
う場合、ウエハを成長室間で移動しなければなら
ないので、上記のカバーを用いることは系を複雑
にし、しかも回折格子と云う微細な凹凸表面上に
活性層を成長しなければならないので、モホロジ
ーや結晶品質の低下を招き易い。他の方法では、
回折格子を設けたInP層を表面に露出した状態
で、水素雰囲気中にホスフインを混合したガス流
で保持しているものもある。この方法によれば、
２次の回折格子（周期4500Å、深さ1500Å）の場
合、620〔℃〕、90分の熱処理では、回折格子を保
存するために最低限10-3気圧のホスフインが必要
であるとされている。しかし、回折格子の前処理
等による表面の酸化膜等の状態が異なり、再現性
に乏しいと云う欠点がある。
しては、LPE（液相エピタキシヤル）法の場合、
GaAsカバー或いはGaAsPカバーを回折格子付ウ
エハに覆うことにより行われている。しかし、気
相成長を２つ以上の成長室を持つたシステムで行
う場合、ウエハを成長室間で移動しなければなら
ないので、上記のカバーを用いることは系を複雑
にし、しかも回折格子と云う微細な凹凸表面上に
活性層を成長しなければならないので、モホロジ
ーや結晶品質の低下を招き易い。他の方法では、
回折格子を設けたInP層を表面に露出した状態
で、水素雰囲気中にホスフインを混合したガス流
で保持しているものもある。この方法によれば、
２次の回折格子（周期4500Å、深さ1500Å）の場
合、620〔℃〕、90分の熱処理では、回折格子を保
存するために最低限10-3気圧のホスフインが必要
であるとされている。しかし、回折格子の前処理
等による表面の酸化膜等の状態が異なり、再現性
に乏しいと云う欠点がある。
また、GaInAsP層上に設けた回折格子の消失
を防ぐ方法としても、InP層の場合と同様に
GaAsカバー、GaAsPカバー或いはInPカバーを
用いるものや、水素ベースのホスフイン、アルシ
ン雰囲気中で燐圧、砒素圧を加える方法がある。
しかし、InP層の回折格子に比べ、GaInAsP層の
回折格子は熱変形を抑えることが極めて困難であ
る。
を防ぐ方法としても、InP層の場合と同様に
GaAsカバー、GaAsPカバー或いはInPカバーを
用いるものや、水素ベースのホスフイン、アルシ
ン雰囲気中で燐圧、砒素圧を加える方法がある。
しかし、InP層の回折格子に比べ、GaInAsP層の
回折格子は熱変形を抑えることが極めて困難であ
る。
本発明の目的は、回折格子を有するGaInAsP
層上に、回折格子の変形を招くことなくInP層を
エピタキシヤル成長させることができ、DFBレ
ーザの製造等に好適する気相成長方法を提供する
ことにある。
層上に、回折格子の変形を招くことなくInP層を
エピタキシヤル成長させることができ、DFBレ
ーザの製造等に好適する気相成長方法を提供する
ことにある。
本発明の骨子は、回折格子の熱変形を生じない
ような温度で回折格子を埋込む程度の薄いInP層
を成長させ、それに続き昇温して再びInP層を制
御性の良い条件で成長させることにある。
ような温度で回折格子を埋込む程度の薄いInP層
を成長させ、それに続き昇温して再びInP層を制
御性の良い条件で成長させることにある。
即ち本発明は、回折格子を有するGaInAsP層
上にInP層を気相成長させるための気相成長方法
において、前記GaInAsP層を最上層に有するウ
エハを成長温度に昇温するまでの間、該ウエハを
前記回折格子が熱変形を起こさず且つ回折格子上
にInP層が堆積し得る400〜500〔℃〕の温度で水
素雰囲気中に保持したのち、上記ウエハ保持温度
と同じ温度で少なくとも回折格子を埋めるのに必
要な膜厚の第１のInP層をエピタキシヤル成長さ
せ、次いで前記ウエハを上記成長温度より高い温
度に昇温してその温度でさらに第２のInP層をエ
ピタキシヤル成長させるようにした方法である。
上にInP層を気相成長させるための気相成長方法
において、前記GaInAsP層を最上層に有するウ
エハを成長温度に昇温するまでの間、該ウエハを
前記回折格子が熱変形を起こさず且つ回折格子上
にInP層が堆積し得る400〜500〔℃〕の温度で水
素雰囲気中に保持したのち、上記ウエハ保持温度
と同じ温度で少なくとも回折格子を埋めるのに必
要な膜厚の第１のInP層をエピタキシヤル成長さ
せ、次いで前記ウエハを上記成長温度より高い温
度に昇温してその温度でさらに第２のInP層をエ
ピタキシヤル成長させるようにした方法である。
本発明によれば、GaInAsP層上の回折格子が
InP層で埋まるまでは低い温度でInPを成長させ
ているので、この間に回折格子が変形することは
ない。そして、回折格子が一旦InPで埋込まれた
のちは通常の成長条件（上記成長温度より高い温
度、良質の結晶が得られ、成長速度が速い条件）
でInP層を成長させても、回折格子が変形するこ
とはない。このため、GaInAsP層上の回折格子
を熱変形させることなく、その上に制御性良く
InP層を気相成長させることが可能となる。従つ
て、DFBレーザの製造に適用した場合、発振閾
値低下等の素子特性の向上をはかり得る。
InP層で埋まるまでは低い温度でInPを成長させ
ているので、この間に回折格子が変形することは
ない。そして、回折格子が一旦InPで埋込まれた
のちは通常の成長条件（上記成長温度より高い温
度、良質の結晶が得られ、成長速度が速い条件）
でInP層を成長させても、回折格子が変形するこ
とはない。このため、GaInAsP層上の回折格子
を熱変形させることなく、その上に制御性良く
InP層を気相成長させることが可能となる。従つ
て、DFBレーザの製造に適用した場合、発振閾
値低下等の素子特性の向上をはかり得る。
以下、本発明の詳細を図示の実施例によつて説
明する。
明する。
第６図ａ〜ｃは本発明の一実施例方法に使用し
たハイドライド気相成長装置の概略構成を示すも
ので、第６図ａは縦断面図、第６図ｂは横断面
図、第６図ｃは同図ａの矢視Ａ−Ａ断面拡大図で
ある。図中３０は石英ガラス等からなる反応管で
あり、この反応管３０内の反応室は仕切り板３１
により上下対称に仕切られている。反応管３０の
右端部近傍には排気口３４が設けられている。ま
た、３５は気相成長に供される試料、３６は試料
３５を上室３２及び下室３３間で滑らかに移動す
るための操作棒、３７，３８は抵抗加熱炉であ
る。なお、加熱炉３７により加熱される領域（原
料メタル等が収容される領域）を高温領域、加熱
炉３８により加熱される領域（試料が収容される
領域）を低温領域とする。
たハイドライド気相成長装置の概略構成を示すも
ので、第６図ａは縦断面図、第６図ｂは横断面
図、第６図ｃは同図ａの矢視Ａ−Ａ断面拡大図で
ある。図中３０は石英ガラス等からなる反応管で
あり、この反応管３０内の反応室は仕切り板３１
により上下対称に仕切られている。反応管３０の
右端部近傍には排気口３４が設けられている。ま
た、３５は気相成長に供される試料、３６は試料
３５を上室３２及び下室３３間で滑らかに移動す
るための操作棒、３７，３８は抵抗加熱炉であ
る。なお、加熱炉３７により加熱される領域（原
料メタル等が収容される領域）を高温領域、加熱
炉３８により加熱される領域（試料が収容される
領域）を低温領域とする。
上室３２の左方（ガス導入側）には、族原料
であるガリウムメタル４１及びインジウムメタル
４２が収容されている。反応管３０の左端部に
は、上記メタル４１，４２に塩化水素ガスを流す
ためのキヤリアガス導入パイプ４３，４４がそれ
ぞれ接続されている。また、上室３２にはＶ族原
料となるホスフイン、アルシン及びＮ型ドーピン
グガスの硫化水素を流すための導入パイプ４５及
びＰ型ドーピングガスのジエチル亜鉛を流すため
の導入パイプ４６が接続されている。また、下室
３３にも上記４１，〜，４６に対応してガリウム
メタル５１、インジウムメタル５２、塩化水素ガ
スの導入パイプ５３，５４、ホスフイン、アルシ
ン及びＮ型ドーピングガスの硫化水素を流す導入
パイプ５５、Ｐ型ドーピングガスのジエチル亜鉛
を流す導入パイプ５６が設けられている。
であるガリウムメタル４１及びインジウムメタル
４２が収容されている。反応管３０の左端部に
は、上記メタル４１，４２に塩化水素ガスを流す
ためのキヤリアガス導入パイプ４３，４４がそれ
ぞれ接続されている。また、上室３２にはＶ族原
料となるホスフイン、アルシン及びＮ型ドーピン
グガスの硫化水素を流すための導入パイプ４５及
びＰ型ドーピングガスのジエチル亜鉛を流すため
の導入パイプ４６が接続されている。また、下室
３３にも上記４１，〜，４６に対応してガリウム
メタル５１、インジウムメタル５２、塩化水素ガ
スの導入パイプ５３，５４、ホスフイン、アルシ
ン及びＮ型ドーピングガスの硫化水素を流す導入
パイプ５５、Ｐ型ドーピングガスのジエチル亜鉛
を流す導入パイプ５６が設けられている。
この装置でInP層を成長させる場合は、インジ
ウムメタル４２，５２に水素で希釈した９〔％〕
の塩化水素を流し、Ｖ族原料導入パイプ４５，５
５から水素で希釈した10〔％〕のホスフインガス
を流す。そして、インジウムメタル４２，５２と
反応した塩化インジウムと熱分解したホスフイン
との化学反応により、InP層を成長させる。
GaInAsP層を成長させる場合も、InP層を成長さ
せる場合と同様に、ガリウムメタル４１，５１及
びインジウムメタル４２，５２にそれぞれ独立に
塩化水素ガスを流し、Ｖ族原料導入パイプ４５，
５５から水素で希釈した10〔％〕のホスフインガ
スとアルシンガスとを流す。InP層の成長及び
GaInAsP層の成長共に、水素キヤリアガスを用
い、総流量1.5〔／分〕とした。
ウムメタル４２，５２に水素で希釈した９〔％〕
の塩化水素を流し、Ｖ族原料導入パイプ４５，５
５から水素で希釈した10〔％〕のホスフインガス
を流す。そして、インジウムメタル４２，５２と
反応した塩化インジウムと熱分解したホスフイン
との化学反応により、InP層を成長させる。
GaInAsP層を成長させる場合も、InP層を成長さ
せる場合と同様に、ガリウムメタル４１，５１及
びインジウムメタル４２，５２にそれぞれ独立に
塩化水素ガスを流し、Ｖ族原料導入パイプ４５，
５５から水素で希釈した10〔％〕のホスフインガ
スとアルシンガスとを流す。InP層の成長及び
GaInAsP層の成長共に、水素キヤリアガスを用
い、総流量1.5〔／分〕とした。
次に、上記装置を用いたDFBレーザの製造方
法について説明する。
法について説明する。
第１図ａ〜ｃはDFBレーザ製造工程を示す断
面図である。基板１１としては、スズドープの
InP基板で、１００面から＜０１１＞方向に3゜オ
フしたものを用いた。キヤリア濃度は１〜３×
1018〔cm-3〕である。このInP基板１１を前記反応
管３０内の操作棒３６の先端の基板ホルダーに装
置し、炉の温度を高温領域820〔℃〕、低温領域670
〔℃〕に昇温する。InP基板１１からの燐の蒸発
を抑えるために、基板１１の置かれている低温領
域の温度が350〔℃〕を越えると同時にホスフイン
ガスを15〔c.c.／分〕を流す。そして、第１図ａに
示す如く基板１１の上に、Ｎ−InPクラツド層１
２（キヤリア濃度〜７×1017cm-3、膜厚３〜
5μm）、アンドープのGaInAsP活性層１３（キヤ
リア濃度〜１×1016cm-3、組成1.3μm、膜厚
0.1μm）、Ｐ−InPバツフア層１４（キヤリア濃度
〜７×1017cm-3、膜厚0.05μm）、Ｐ−GaInAsP光
ガイド層１５（キヤリア濃度〜７×1017cm-3、組
成1.1〜1.2μm、膜厚0.2μm）及びＰ−InP保護層
１６（キヤリア濃度７×1017cm-3、膜厚〜0.5μm）
を順次成長させる。ここで、最上層のＰ−InP保
護層１６はGaInAsP光ガイド層１５の表面の保
護のために成長させる。
面図である。基板１１としては、スズドープの
InP基板で、１００面から＜０１１＞方向に3゜オ
フしたものを用いた。キヤリア濃度は１〜３×
1018〔cm-3〕である。このInP基板１１を前記反応
管３０内の操作棒３６の先端の基板ホルダーに装
置し、炉の温度を高温領域820〔℃〕、低温領域670
〔℃〕に昇温する。InP基板１１からの燐の蒸発
を抑えるために、基板１１の置かれている低温領
域の温度が350〔℃〕を越えると同時にホスフイン
ガスを15〔c.c.／分〕を流す。そして、第１図ａに
示す如く基板１１の上に、Ｎ−InPクラツド層１
２（キヤリア濃度〜７×1017cm-3、膜厚３〜
5μm）、アンドープのGaInAsP活性層１３（キヤ
リア濃度〜１×1016cm-3、組成1.3μm、膜厚
0.1μm）、Ｐ−InPバツフア層１４（キヤリア濃度
〜７×1017cm-3、膜厚0.05μm）、Ｐ−GaInAsP光
ガイド層１５（キヤリア濃度〜７×1017cm-3、組
成1.1〜1.2μm、膜厚0.2μm）及びＰ−InP保護層
１６（キヤリア濃度７×1017cm-3、膜厚〜0.5μm）
を順次成長させる。ここで、最上層のＰ−InP保
護層１６はGaInAsP光ガイド層１５の表面の保
護のために成長させる。
次いで、上記試料を反応管３０から取出し、Ｐ
−InP保護層１６を塩酸による湿式エツチングに
より除去し、GaInAsP光ガイド層１５の清浄な
面を露出させる。その後、第１図ｂに示す如くこ
の光ガイド層１５の清浄な表面上に周期2000
〔Å〕、深さ300〜600〔Å〕の回折格子１５ａを２
光束干渉露光法により形成する。
−InP保護層１６を塩酸による湿式エツチングに
より除去し、GaInAsP光ガイド層１５の清浄な
面を露出させる。その後、第１図ｂに示す如くこ
の光ガイド層１５の清浄な表面上に周期2000
〔Å〕、深さ300〜600〔Å〕の回折格子１５ａを２
光束干渉露光法により形成する。
次いで、上記試料を再び前記反応管３０内に入
れ、第１図ｃに示す如く回折格子１５ａを有する
GaInAsP光ガイド層１５上にＰ−InP層１７，１
８（キヤリア濃度２×1018cm-3、膜厚1.5μm）を
後述する方法により成長させ、さらにその上にＰ
−GaInAsPコンタクト層１９（キヤリア濃度５
×1018cm-3、組成1.3μm、膜厚0.5μm）を成長さ
せる。これ以降は、Ｎ−InP基板１１の下面及び
コンタクト層１９の上面に電極を形成することに
よつて、DFBレーザが完成することになる。
れ、第１図ｃに示す如く回折格子１５ａを有する
GaInAsP光ガイド層１５上にＰ−InP層１７，１
８（キヤリア濃度２×1018cm-3、膜厚1.5μm）を
後述する方法により成長させ、さらにその上にＰ
−GaInAsPコンタクト層１９（キヤリア濃度５
×1018cm-3、組成1.3μm、膜厚0.5μm）を成長さ
せる。これ以降は、Ｎ−InP基板１１の下面及び
コンタクト層１９の上面に電極を形成することに
よつて、DFBレーザが完成することになる。
ここで、回折格子１５ａ上へのInP結晶成長に
ついて、詳しく説明する。
ついて、詳しく説明する。
本発明者等は、GaInAsP層（組成1.15〜
1.18μm）上に設けた回折格子（周期2000Å、深
さ300〜600Å）を、燐圧も砒素圧もかけずに水素
雰囲気中で熱処理して、熱処理温度と回折格子の
変形度合いとの関係を調べた。水素キヤリアガス
の総流量は1.5〔／分〕に固定し、熱処理時間は
０〜100分の間に選んだ。熱処理前の回折格子の
深さ、熱処理後の回折格子の深さを、それぞれ
d0，d1とし、回折格子の熱変形の度合いΔを％単
位で Δ＝（d1／d0）×100 と表わすと、熱処理時間を変えたとき、熱処理温
度Ｔ〔℃〕と回折格子の保存度合いΔ〔％〕との関
係は第３図に示すようになる。回折格子は回折格
子上に結晶成長させるのに要する最小時間の40分
の熱処理では、500〔℃〕以下で完全に保存され
る。回折格子の表面は550〔℃〕以下の熱処理温度
では殆ど変形しないが、550〔℃〕を越えると砒
素、燐の蒸発のために表面が荒れる。そして、熱
処理温度600〔℃〕では20分以上で表面の荒れが顕
著となり、熱処理温度650〔℃〕以上では10分で既
に表面が荒れることが判明した。組成の異なる
GaInAsP層（1.15〜1.3μm）上に形成した周期
2000〔Å〕、4000〔Å〕の回折格子について熱処理
時間を40分に固定して500〔℃〕、550〔℃〕で回折
格子の変形度合いを調べたのが第４図ａ，ｂであ
る。ａが回折格子の周期が2000〔Å〕、ｂが周期
4000〔Å〕の場合を示している。この図から長波
長の組成を持つGaInAsPの方が回折格子が保存
し易いことが判る。また、回折格子の周期が大き
い方が保存し易いことが判る。
1.18μm）上に設けた回折格子（周期2000Å、深
さ300〜600Å）を、燐圧も砒素圧もかけずに水素
雰囲気中で熱処理して、熱処理温度と回折格子の
変形度合いとの関係を調べた。水素キヤリアガス
の総流量は1.5〔／分〕に固定し、熱処理時間は
０〜100分の間に選んだ。熱処理前の回折格子の
深さ、熱処理後の回折格子の深さを、それぞれ
d0，d1とし、回折格子の熱変形の度合いΔを％単
位で Δ＝（d1／d0）×100 と表わすと、熱処理時間を変えたとき、熱処理温
度Ｔ〔℃〕と回折格子の保存度合いΔ〔％〕との関
係は第３図に示すようになる。回折格子は回折格
子上に結晶成長させるのに要する最小時間の40分
の熱処理では、500〔℃〕以下で完全に保存され
る。回折格子の表面は550〔℃〕以下の熱処理温度
では殆ど変形しないが、550〔℃〕を越えると砒
素、燐の蒸発のために表面が荒れる。そして、熱
処理温度600〔℃〕では20分以上で表面の荒れが顕
著となり、熱処理温度650〔℃〕以上では10分で既
に表面が荒れることが判明した。組成の異なる
GaInAsP層（1.15〜1.3μm）上に形成した周期
2000〔Å〕、4000〔Å〕の回折格子について熱処理
時間を40分に固定して500〔℃〕、550〔℃〕で回折
格子の変形度合いを調べたのが第４図ａ，ｂであ
る。ａが回折格子の周期が2000〔Å〕、ｂが周期
4000〔Å〕の場合を示している。この図から長波
長の組成を持つGaInAsPの方が回折格子が保存
し易いことが判る。また、回折格子の周期が大き
い方が保存し易いことが判る。
本実施例方法では、上記の実験結果を利用し
て、回折格子上のInP結晶成長を下記の如く行
う。
て、回折格子上のInP結晶成長を下記の如く行
う。
前記第１図ｂに示す試料を前記反応管３０内に
入れ、水素キヤリアガスのみを流した状態で炉の
温度を高温領域720〔℃〕、低温領域500〔℃〕に昇
温し、炉の温度プロフアイルが定常になつた約30
分後に試料を保持している室（例えば上室３２）
とは異なる成長室（例えば下室３３）にInPの成
長ガスを流す。即ち、インジウムメタル５２に塩
化水素（９％水素希釈）を17〔c.c.／分〕、Ｖ族原料
導入パイプ５５からホスフイン（10％水素希釈）
を15〔c.c.／分〕、ジエチル亜鉛（200ppm水素希釈）
を10〔c.c.／分〕導入する。塩化水素ガスがインジ
ウムメタル５２と十分反応し、成長室（下室３
３）のガス組成が定常になる約10分後、試料を
InP成長ガスを流している成長室（下室３３）に
移動すると同時に、それまで試料を水素雰囲気中
で待機していた室（上室３２）にホスフインを75
〔c.c.／分〕流し、多めにして速やかに室（上室３
２）中にホスフインが充満するようにする。この
状態で、第２図ａに示す如くＰ−InP薄膜層（第
１のInP層）１７を回折格子１５ａ上に0.1〔μm〕
程度成長させる。これにより、GaInAsP層１５
上の回折格子１５ａはInP薄膜層１７で埋込まれ
ることになる。なお、上記InP薄膜層１７の成長
時間は、上記のエピタキシヤル条件で約２分で十
分である。
入れ、水素キヤリアガスのみを流した状態で炉の
温度を高温領域720〔℃〕、低温領域500〔℃〕に昇
温し、炉の温度プロフアイルが定常になつた約30
分後に試料を保持している室（例えば上室３２）
とは異なる成長室（例えば下室３３）にInPの成
長ガスを流す。即ち、インジウムメタル５２に塩
化水素（９％水素希釈）を17〔c.c.／分〕、Ｖ族原料
導入パイプ５５からホスフイン（10％水素希釈）
を15〔c.c.／分〕、ジエチル亜鉛（200ppm水素希釈）
を10〔c.c.／分〕導入する。塩化水素ガスがインジ
ウムメタル５２と十分反応し、成長室（下室３
３）のガス組成が定常になる約10分後、試料を
InP成長ガスを流している成長室（下室３３）に
移動すると同時に、それまで試料を水素雰囲気中
で待機していた室（上室３２）にホスフインを75
〔c.c.／分〕流し、多めにして速やかに室（上室３
２）中にホスフインが充満するようにする。この
状態で、第２図ａに示す如くＰ−InP薄膜層（第
１のInP層）１７を回折格子１５ａ上に0.1〔μm〕
程度成長させる。これにより、GaInAsP層１５
上の回折格子１５ａはInP薄膜層１７で埋込まれ
ることになる。なお、上記InP薄膜層１７の成長
時間は、上記のエピタキシヤル条件で約２分で十
分である。
次いで、上記試料を予めホスフインを流してお
いた室（上室３２）に移動し、ホスフイン流量を
15〔c.c.／分〕に絞り、炉を高温領域820〔℃〕低温
領域670〔℃〕に更に昇温を開始し、温度が安定す
る約20分後に、試料をホスフイン中で待機してい
た室（上室３２）とは異なる成長室（下室３３）
にInP成長ガスを流す。即ち、インジウムメタル
５２に塩化水素（９％水素希釈）を25〔c.c.／分〕、
Ｖ族原料導入パイプ５５からホスフイン（10％水
素希釈）を23〔c.c.／分〕、ジエチル亜鉛（200ppm
水素希釈）を30〔c.c.／分〕流す。成長ガスの組成
が定常になる約10分後、試料をInP成長ガスを流
している成長室（下室３３）に移動し、第２図ｂ
に示す如くＰ−InP層（第２のInP層）１８を成
長する。この成長条件では、InPの成長速度は
0.12〔μm／分〕である。
いた室（上室３２）に移動し、ホスフイン流量を
15〔c.c.／分〕に絞り、炉を高温領域820〔℃〕低温
領域670〔℃〕に更に昇温を開始し、温度が安定す
る約20分後に、試料をホスフイン中で待機してい
た室（上室３２）とは異なる成長室（下室３３）
にInP成長ガスを流す。即ち、インジウムメタル
５２に塩化水素（９％水素希釈）を25〔c.c.／分〕、
Ｖ族原料導入パイプ５５からホスフイン（10％水
素希釈）を23〔c.c.／分〕、ジエチル亜鉛（200ppm
水素希釈）を30〔c.c.／分〕流す。成長ガスの組成
が定常になる約10分後、試料をInP成長ガスを流
している成長室（下室３３）に移動し、第２図ｂ
に示す如くＰ−InP層（第２のInP層）１８を成
長する。この成長条件では、InPの成長速度は
0.12〔μm／分〕である。
ここで、Ｐ−InP層を２回に分けて成長させる
うちで、第１のInP層１７は回折格子１５ａを完
全に覆い熱変形を防ぐ目的で成長させるのであ
り、その膜厚は回折格子１５ａが埋まる程度であ
れば十分である。但し、成長温度は回折格子１５
ａの熱変形の起こらない程度で行う必要がある
が、低温になるにつれてInP層の成長速度が小さ
くなり表面も荒れてくる。InP層の成長はインジ
ウムメタルと塩化水素との反応を利用しており、
この反応を起こさせるために、炉の高温領域は
700〔℃〕より下げることは困難であるから、InP
層の成長温度を下げることは炉の高温領域と低温
領域との温度差を大きくすることを意味する。
520〔℃〕以下で成長させたInP層の表面は荒れる
が、回折格子１５ａ上に〜0.1〔μm〕のInP薄膜１
７を成長した後に、670〔℃〕でInP層１８を1.5
〔μm〕成長させれば表面モホロジーは良好で結晶
性も問題ない。第１回目のInP層１７の成長温度
は400〔℃〕以上で可能であり、成長ガス、即ちイ
ンジウムメタルに流す塩化水素、ホスフイン流量
を各々1000〔ppm〕としたときのInP層の成長速
度は成長温度に対して第５図のようになる。第２
回目に成長させるInP層１８は結晶性の良い、且
つ膜厚制御性・再現性の良好な条件で行うことが
重要である。
うちで、第１のInP層１７は回折格子１５ａを完
全に覆い熱変形を防ぐ目的で成長させるのであ
り、その膜厚は回折格子１５ａが埋まる程度であ
れば十分である。但し、成長温度は回折格子１５
ａの熱変形の起こらない程度で行う必要がある
が、低温になるにつれてInP層の成長速度が小さ
くなり表面も荒れてくる。InP層の成長はインジ
ウムメタルと塩化水素との反応を利用しており、
この反応を起こさせるために、炉の高温領域は
700〔℃〕より下げることは困難であるから、InP
層の成長温度を下げることは炉の高温領域と低温
領域との温度差を大きくすることを意味する。
520〔℃〕以下で成長させたInP層の表面は荒れる
が、回折格子１５ａ上に〜0.1〔μm〕のInP薄膜１
７を成長した後に、670〔℃〕でInP層１８を1.5
〔μm〕成長させれば表面モホロジーは良好で結晶
性も問題ない。第１回目のInP層１７の成長温度
は400〔℃〕以上で可能であり、成長ガス、即ちイ
ンジウムメタルに流す塩化水素、ホスフイン流量
を各々1000〔ppm〕としたときのInP層の成長速
度は成長温度に対して第５図のようになる。第２
回目に成長させるInP層１８は結晶性の良い、且
つ膜厚制御性・再現性の良好な条件で行うことが
重要である。
このように、GaInAsP光ガイド層１５上に設
けた回折格子１５ａを水素雰囲気中500〔℃〕で保
持しておき、成長温度を２段階に分けて成長する
方法をとると、回折格子界面をきれいに埋込むこ
とができる。これに対し、GaInAsP層にホスフ
イン、アルシンをそれぞれ5000〔ppm〕流してお
き、40分保持した後、500〜600〔℃〕でInP層を
成長させると、熱変形により回折格子が再現性良
く保存されないのみならず、回折格子界面付近に
InPクラツド層、GaInAsP光ガイド層のいずれも
異なる組成を有する領域が形成される。この領域
ができると、横方向の屈折率差が小さくなり、レ
ーザの発振閾値の低減化の支障になり、酸化膜ス
トライプ構造で閾値電流密度が６〔KA／cm2〕と
高く室温CW発振しない。しかし、本実施例方法
により成長したウエハからDFBレーザを試作し
たところ、同じ酸化膜ストライプ構造で室温CW
発振し、閾値電流密度も２〜３〔KA／cm2〕の良
好なものが得られた。
けた回折格子１５ａを水素雰囲気中500〔℃〕で保
持しておき、成長温度を２段階に分けて成長する
方法をとると、回折格子界面をきれいに埋込むこ
とができる。これに対し、GaInAsP層にホスフ
イン、アルシンをそれぞれ5000〔ppm〕流してお
き、40分保持した後、500〜600〔℃〕でInP層を
成長させると、熱変形により回折格子が再現性良
く保存されないのみならず、回折格子界面付近に
InPクラツド層、GaInAsP光ガイド層のいずれも
異なる組成を有する領域が形成される。この領域
ができると、横方向の屈折率差が小さくなり、レ
ーザの発振閾値の低減化の支障になり、酸化膜ス
トライプ構造で閾値電流密度が６〔KA／cm2〕と
高く室温CW発振しない。しかし、本実施例方法
により成長したウエハからDFBレーザを試作し
たところ、同じ酸化膜ストライプ構造で室温CW
発振し、閾値電流密度も２〜３〔KA／cm2〕の良
好なものが得られた。
かくして本実施例方法によれば、回折格子１５
ａを有するGaInAsP光ガイド層１５上にInPクラ
ツド層１７，１８を良好に形成することができ、
且つ回折格子１５ａの熱変形を防止することがで
きる。このため、DFBレーザの発振閾値の低下
をはかり得、素子特性の著しい向上をはかり得
る。また、回折格子の再現性が良いことから、チ
ツプ間及びウエハ間の特性のバラツキを小さくで
きる等の利点もある。
ａを有するGaInAsP光ガイド層１５上にInPクラ
ツド層１７，１８を良好に形成することができ、
且つ回折格子１５ａの熱変形を防止することがで
きる。このため、DFBレーザの発振閾値の低下
をはかり得、素子特性の著しい向上をはかり得
る。また、回折格子の再現性が良いことから、チ
ツプ間及びウエハ間の特性のバラツキを小さくで
きる等の利点もある。
なお、本発明は上述した実施例方法に限定され
るものではない。例えば、前記第１のInP層を成
長させる際の成長温度は500〔℃〕に限るものでは
なく、400〜500〔℃〕の範囲で適宜選択すればよ
い。同様に、第２のInP層を成長させる際の成長
温度も適宜変更可能である。また、前記気相成長
装置の構造は前記第６図に何等限定されるもので
はなく、仕様に応じて適宜変更可能である。さら
に、GaInAsP層に設けた回折格子上のInP層のハ
イドライド気相成長に限らず、気相成長一般、例
えば有機金属熱分解気相成長法、クロライド気相
成長法等に適用することも可能である。その他、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して
実施することができる。
るものではない。例えば、前記第１のInP層を成
長させる際の成長温度は500〔℃〕に限るものでは
なく、400〜500〔℃〕の範囲で適宜選択すればよ
い。同様に、第２のInP層を成長させる際の成長
温度も適宜変更可能である。また、前記気相成長
装置の構造は前記第６図に何等限定されるもので
はなく、仕様に応じて適宜変更可能である。さら
に、GaInAsP層に設けた回折格子上のInP層のハ
イドライド気相成長に限らず、気相成長一般、例
えば有機金属熱分解気相成長法、クロライド気相
成長法等に適用することも可能である。その他、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して
実施することができる。
第１図乃至第６図はそれぞれ本発明の一実施例
方法を説明するためのもので第１図ａ〜ｃは
DFBレーザの製造工程を示す断面図、第２図ａ，
ｂは第１及び第２のInP層の製造工程を示す断面
図、第３図は熱処理温度と回折格子の保存度合い
との関係を示す特性図、第４図ａ，ｂは
GaInAsPの組成と回折格子の保存度合いとの関
係を示す特性図、第５図はInP層の成長速度の温
度依存性を示す特性図、第６図ａ〜ｃは該実施例
方法に使用したハイドライド気相成長装置の概略
構成を示す断面図、第７図ａ，ｂは従来のDFB
レーザの構造を示す断面図である。 １１…Ｎ−InP基板、１２…Ｎ−InPクラツド
層、１３…GaInAsP活性層、１４…Ｐ−InPバツ
フア層、１５…Ｐ−GaInAsP光ガイド層、１５
ａ…回折格子、１６…Ｐ−InP保護層、１７…Ｐ
−InP薄膜層（第１のInP層）、１８…Ｐ−InP層
（第２のInP層）、１９…Ｐ−GaInAsPコンタクト
層、３０…反応管、３２，３３…反応室、３５…
試料、３６…操作棒、３７，３８…抵抗加熱炉、
４１，５１…ガリウムメタル、４２，５２…イン
ジウムメタル、４３，４４，４５，４６，５３，
５４，５５，５６…ガス導入パイプ。
方法を説明するためのもので第１図ａ〜ｃは
DFBレーザの製造工程を示す断面図、第２図ａ，
ｂは第１及び第２のInP層の製造工程を示す断面
図、第３図は熱処理温度と回折格子の保存度合い
との関係を示す特性図、第４図ａ，ｂは
GaInAsPの組成と回折格子の保存度合いとの関
係を示す特性図、第５図はInP層の成長速度の温
度依存性を示す特性図、第６図ａ〜ｃは該実施例
方法に使用したハイドライド気相成長装置の概略
構成を示す断面図、第７図ａ，ｂは従来のDFB
レーザの構造を示す断面図である。 １１…Ｎ−InP基板、１２…Ｎ−InPクラツド
層、１３…GaInAsP活性層、１４…Ｐ−InPバツ
フア層、１５…Ｐ−GaInAsP光ガイド層、１５
ａ…回折格子、１６…Ｐ−InP保護層、１７…Ｐ
−InP薄膜層（第１のInP層）、１８…Ｐ−InP層
（第２のInP層）、１９…Ｐ−GaInAsPコンタクト
層、３０…反応管、３２，３３…反応室、３５…
試料、３６…操作棒、３７，３８…抵抗加熱炉、
４１，５１…ガリウムメタル、４２，５２…イン
ジウムメタル、４３，４４，４５，４６，５３，
５４，５５，５６…ガス導入パイプ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 回折格子を有するGaInAsP層上にInP層を気
相成長させる方法において、前記GaInAsP層を
最上層に有するウエハを成長温度に昇温するまで
の間、該ウエハを前記回折格子が熱変形を起こさ
ず且つ回折格子上にInP層が堆積し得る400〜500
〔℃〕の温度で水素雰囲気中に保持する工程と、
次いで上記ウエハ保持温度と同じ温度で少なくと
も回折格子を埋めるのに必要な膜厚の第１のInP
層をエピタキシヤル成長する工程と、次いで前記
ウエハを上記成長温度より高い温度に昇温してそ
の温度でさらに第２のInP層をエピタキシヤル成
長する工程とを含むことを特徴とする気相成長方
法。 ２ 前記第２のInP層の成長温度を、600〜700
〔℃〕に設定したことを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の気相成長方法。 ３ 前記回折格子は、DFBレーザの光ガイド層
に形成されたものであることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の気相成長方法。 ４ 前記第１及び第２のInP層を成長する手段と
して、ハイドライド気相成長装置を用いたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の気相成長
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60018743A JPS61179525A (ja) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | 気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60018743A JPS61179525A (ja) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | 気相成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61179525A JPS61179525A (ja) | 1986-08-12 |
| JPH058568B2 true JPH058568B2 (ja) | 1993-02-02 |
Family
ID=11980134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60018743A Granted JPS61179525A (ja) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | 気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61179525A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3977920B2 (ja) * | 1998-05-13 | 2007-09-19 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP6031783B2 (ja) * | 2012-03-12 | 2016-11-24 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP2016219667A (ja) * | 2015-05-22 | 2016-12-22 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
-
1985
- 1985-02-04 JP JP60018743A patent/JPS61179525A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61179525A (ja) | 1986-08-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |