JPH0680860B2 - 半導体結晶の製造方法 - Google Patents
半導体結晶の製造方法Info
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- JPH0680860B2 JPH0680860B2 JP28036185A JP28036185A JPH0680860B2 JP H0680860 B2 JPH0680860 B2 JP H0680860B2 JP 28036185 A JP28036185 A JP 28036185A JP 28036185 A JP28036185 A JP 28036185A JP H0680860 B2 JPH0680860 B2 JP H0680860B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、発振光モード安定性、高光出力及び低閾値
電流で動作する埋め込みヘテロ構造を有する半導体レー
ザ（BHレーザ）素子や光導波路などの半導体結晶の製造
方法に関する。
電流で動作する埋め込みヘテロ構造を有する半導体レー
ザ（BHレーザ）素子や光導波路などの半導体結晶の製造
方法に関する。
〔従来の技術〕 BHレーザは光導波方向に沿つて棒状活性領域の周囲を活
性領域の禁制帯幅より広く、かつ屈折率が小さな半導体
結晶で囲んだ構造を有し、注入キヤリアおよび導波光の
両者の閉じ込めにおいてきわめて優れている。
性領域の禁制帯幅より広く、かつ屈折率が小さな半導体
結晶で囲んだ構造を有し、注入キヤリアおよび導波光の
両者の閉じ込めにおいてきわめて優れている。
従来のBHレーザの製造方法について極めて簡略化したAl
GaAs化合物半導体から成る例について示す。すなわち、
第３図（ａ）において、ｎ形GaAs基板11上にｎ形クラツ
ドAlaGa1-aAs層12、GaAs活性層131、ｐ形クラツドAlbGa
1-bAs層14を連続エピタキシヤル成長により多層ヘテロ
構造を作り、その後エツチング工程で第３図（ｂ）に示
すようなメサ形ストライプ構造を作り、さらにエピタキ
シヤル成長によりｎ形クラツドAlcGa1-cAs層151を成長
し第３図の（ｃ）の構造を得るものである。
GaAs化合物半導体から成る例について示す。すなわち、
第３図（ａ）において、ｎ形GaAs基板11上にｎ形クラツ
ドAlaGa1-aAs層12、GaAs活性層131、ｐ形クラツドAlbGa
1-bAs層14を連続エピタキシヤル成長により多層ヘテロ
構造を作り、その後エツチング工程で第３図（ｂ）に示
すようなメサ形ストライプ構造を作り、さらにエピタキ
シヤル成長によりｎ形クラツドAlcGa1-cAs層151を成長
し第３図の（ｃ）の構造を得るものである。
ところで、従来の技術による上記方法ではエツチング工
程をはさみ一連のエピタキシヤル成長を最低２回行う必
要があり、第１のエピタキシヤル成長後のメサエツチン
グ工程ではメサエツチング側壁を含んだエツチング面の
不純物等による汚染、さらに第２のエピタキシヤル高温
過程による第１のエピタキシヤル結晶層の熱劣化等が生
じるためBHレーザの特性の低下および劣化の原因、さら
には製作再現性の悪い主原因となつていた。光導波路を
作成する場合でも同じような問題があつた。
程をはさみ一連のエピタキシヤル成長を最低２回行う必
要があり、第１のエピタキシヤル成長後のメサエツチン
グ工程ではメサエツチング側壁を含んだエツチング面の
不純物等による汚染、さらに第２のエピタキシヤル高温
過程による第１のエピタキシヤル結晶層の熱劣化等が生
じるためBHレーザの特性の低下および劣化の原因、さら
には製作再現性の悪い主原因となつていた。光導波路を
作成する場合でも同じような問題があつた。
本発明の目的は低い閾値電流で動作し、発振光モードの
安定した高い光出力が得られるBHレーザや光導波路を製
造するに際し、エピタキシヤル成長を１回の工程のみで
行い、かつ基本的にはエツチング工程を必要としない製
造方法を提供することにある。
安定した高い光出力が得られるBHレーザや光導波路を製
造するに際し、エピタキシヤル成長を１回の工程のみで
行い、かつ基本的にはエツチング工程を必要としない製
造方法を提供することにある。
この発明の要旨とするところは、超格子層の上下に、該
超格子の実効的禁制帯幅（Eg1）に較べ、禁制帯幅大な
る結晶層（禁制帯幅Eg2）を配したいわゆるダブル・ヘ
テロ構造ウエハの面内の一部にマスクを設け、そのウエ
ハ全面にEg1＜光子エネルギー＜Eg2なる光子エネルギー
を持つレーザによる照射を行い、照射部の超格子をほぼ
混晶化に導くことを特徴とする半導体結晶の製造方法で
ある。
超格子の実効的禁制帯幅（Eg1）に較べ、禁制帯幅大な
る結晶層（禁制帯幅Eg2）を配したいわゆるダブル・ヘ
テロ構造ウエハの面内の一部にマスクを設け、そのウエ
ハ全面にEg1＜光子エネルギー＜Eg2なる光子エネルギー
を持つレーザによる照射を行い、照射部の超格子をほぼ
混晶化に導くことを特徴とする半導体結晶の製造方法で
ある。
この発明によるBHレーザあるいは光導波路の極めて簡略
化した代表的製造工程を第１図（ａ）〜（ｄ）に示す。
第１図（ａ）は基板と各エピタキシヤル成長層の断面図
であり、この構造のエピタキシヤル層はMolecular Beam
Epitaxy（MBE）法やMatalorganic Chemical Vapor Dep
osition（MOCVD）法などで容易に得ることができる。
化した代表的製造工程を第１図（ａ）〜（ｄ）に示す。
第１図（ａ）は基板と各エピタキシヤル成長層の断面図
であり、この構造のエピタキシヤル層はMolecular Beam
Epitaxy（MBE）法やMatalorganic Chemical Vapor Dep
osition（MOCVD）法などで容易に得ることができる。
AlGaAs系化合物半導体から成る例について示せば、第１
図（ａ）において、ｎ形GaAs基板11上にｎ形AlaGa1-aAs
クラツド層12、AlAs/GaAs超格子活性層132、ｐ形AlbGa
1-bAsクラツド層14を連続エピタキシヤル成長で多層ヘ
テロ構造を作る。ここで活性層132はクラツド層14、ク
ラツド層12の半導体より実効的な禁制帯幅が小さな超格
子による層である。
図（ａ）において、ｎ形GaAs基板11上にｎ形AlaGa1-aAs
クラツド層12、AlAs/GaAs超格子活性層132、ｐ形AlbGa
1-bAsクラツド層14を連続エピタキシヤル成長で多層ヘ
テロ構造を作る。ここで活性層132はクラツド層14、ク
ラツド層12の半導体より実効的な禁制帯幅が小さな超格
子による層である。
まず本発明の製造方法の概念を示す。第１図（ｂ）は前
記エピタキシヤル層上にマスク15を設けたエピタキシヤ
ル層の断面図である。このマスクの材質はレーザ光を吸
収しない性質の物であれば何でもよいが、ｐ形AlbGa1-b
Asクラツド層14に対しては、例えばCr,Auの順に蒸着し
た金属のマスクを用いれば、マスクとしてのみならず、
オーミツク電極としてそのそのまま用いることができ
る。第１図（ｃ）はマスク15を設けたエピタキシヤル基
板の上部より基板全面をレーザ光Ｌでアニールしている
状態を説明する断面図である。このレーザ光の光子エネ
ルギーELは、ｐ形クラツドAlbGa1-bAs層14の半導体の禁
制帯幅のエネルギーをE14、AlAs/GaAs超格子活性層132
のそれをE132、またレーザ光でアニールされ合金化した
後のAldGa1-dAs化合物半導体層152のそれをE152とする
ならばE132＜EL＜152E14の関係があり、かつレーザ光
の全光出力はAlAs/GaAs超格子活性層132を合金化しAldG
a1-dAs化合物半導体層152とするに十分かつ適当なもの
とする。
記エピタキシヤル層上にマスク15を設けたエピタキシヤ
ル層の断面図である。このマスクの材質はレーザ光を吸
収しない性質の物であれば何でもよいが、ｐ形AlbGa1-b
Asクラツド層14に対しては、例えばCr,Auの順に蒸着し
た金属のマスクを用いれば、マスクとしてのみならず、
オーミツク電極としてそのそのまま用いることができ
る。第１図（ｃ）はマスク15を設けたエピタキシヤル基
板の上部より基板全面をレーザ光Ｌでアニールしている
状態を説明する断面図である。このレーザ光の光子エネ
ルギーELは、ｐ形クラツドAlbGa1-bAs層14の半導体の禁
制帯幅のエネルギーをE14、AlAs/GaAs超格子活性層132
のそれをE132、またレーザ光でアニールされ合金化した
後のAldGa1-dAs化合物半導体層152のそれをE152とする
ならばE132＜EL＜152E14の関係があり、かつレーザ光
の全光出力はAlAs/GaAs超格子活性層132を合金化しAldG
a1-dAs化合物半導体層152とするに十分かつ適当なもの
とする。
第１図（ｄ）はレーザ光によるアニールが完了したエピ
タキシヤル基板の断面図であり、BHレーザや導波路の構
造が完成している。実際のレーザ光によるアニールはレ
ーザ光を単にエピタキシヤル基板表面上に全面照射する
のみでよいため、BHレーザとそれにつづく導波路を基本
的には１工程で得ることができる。
タキシヤル基板の断面図であり、BHレーザや導波路の構
造が完成している。実際のレーザ光によるアニールはレ
ーザ光を単にエピタキシヤル基板表面上に全面照射する
のみでよいため、BHレーザとそれにつづく導波路を基本
的には１工程で得ることができる。
次に実施例について詳細に説明する。
第２図に実施例としてこの発明の方法で作つたBHレーザ
の断面図を示す。
の断面図を示す。
第２図の構造は第１図（ａ）と同等のエピタキシヤル基
板をMBE法により成長させ、その後Chemical Vapor Depo
sition（CVD）法によりSiO2層16を形成したものであ
る。つまりまず、Siをドープしたｎ形GaAs基板11上にSi
を1018cm-3ドープしたｎ形クラツドAl0.37Ga0.63層12を
2.0μｍ成長し、引き続いてAlAs13Å、Siを３×1017cm
-3ドープしたGaAs22Åｎ形の超格子152を29周期、厚さ
0.1μｍ成長し、最後にBeを５×1017cm-3ドープしたｐ
形Al0.37Ga0.67Asクラツド層14を厚さ1.5μｍ成長し、
その後ストライプ状にマスクとなるオーミツク電極17を
Cr,Auの順に蒸着した。また、ウエハ表面全体には表面
状態が素子特性に影響しない様に、CVD法でSiO2層16を
厚さ0.2μｍ形成した。
板をMBE法により成長させ、その後Chemical Vapor Depo
sition（CVD）法によりSiO2層16を形成したものであ
る。つまりまず、Siをドープしたｎ形GaAs基板11上にSi
を1018cm-3ドープしたｎ形クラツドAl0.37Ga0.63層12を
2.0μｍ成長し、引き続いてAlAs13Å、Siを３×1017cm
-3ドープしたGaAs22Åｎ形の超格子152を29周期、厚さ
0.1μｍ成長し、最後にBeを５×1017cm-3ドープしたｐ
形Al0.37Ga0.67Asクラツド層14を厚さ1.5μｍ成長し、
その後ストライプ状にマスクとなるオーミツク電極17を
Cr,Auの順に蒸着した。また、ウエハ表面全体には表面
状態が素子特性に影響しない様に、CVD法でSiO2層16を
厚さ0.2μｍ形成した。
次に第１図（ｃ）と同様に波長6943Å、出力4Wのルビー
レーザでアニールした。レーザ光によるアニールは、途
中で何度かレーザの光出力を弱め、合金化が進んだAlGa
As化合物半導体層からのPL法による観測でその発光（P
L）が1.8eV程度のエネルギーを持つ波長になつた時に終
了した。この発光はAlの組成比で0.3に相当し、超格子
が完全には混晶化していないことを示しているが、キヤ
リアの閉じ込めには十分である。また超格子活性層131
の活性領域の幅は2.0μｍとした。
レーザでアニールした。レーザ光によるアニールは、途
中で何度かレーザの光出力を弱め、合金化が進んだAlGa
As化合物半導体層からのPL法による観測でその発光（P
L）が1.8eV程度のエネルギーを持つ波長になつた時に終
了した。この発光はAlの組成比で0.3に相当し、超格子
が完全には混晶化していないことを示しているが、キヤ
リアの閉じ込めには十分である。また超格子活性層131
の活性領域の幅は2.0μｍとした。
こうして完成したウエハのストライプ領域の上部のみを
通常のリソグラフイ法でSiO2層を取り除き、その後表裏
のオーミツクコンタクト15,17を取り、ヘキ開法により
キヤビテイ長200μｍのBHレーザ素子とした。完成したB
Hレーザは閾値電流20mA以下で発振し、また基本モー
ド、直流動作での発振力が30mW程度のBHレーザが再現性
良く得られる。
通常のリソグラフイ法でSiO2層を取り除き、その後表裏
のオーミツクコンタクト15,17を取り、ヘキ開法により
キヤビテイ長200μｍのBHレーザ素子とした。完成したB
Hレーザは閾値電流20mA以下で発振し、また基本モー
ド、直流動作での発振力が30mW程度のBHレーザが再現性
良く得られる。
以上、実施例においてはAlGaAs化合物から成るダブルヘ
テロBHレーザについて述べたが、本製造方法は、他の材
料たとえばInP-InGaAsP系にも適用できることはもちろ
んである。また、実施例においてｎ形とある所をｐ形
に、ｐ形とある所をｎ形と変えた構造においても本製造
方法によりBHレーザが達成できることは明らかである。
テロBHレーザについて述べたが、本製造方法は、他の材
料たとえばInP-InGaAsP系にも適用できることはもちろ
んである。また、実施例においてｎ形とある所をｐ形
に、ｐ形とある所をｎ形と変えた構造においても本製造
方法によりBHレーザが達成できることは明らかである。
〔発明の効果〕 以上の様に、本発明によれば、BHレーザ用ウエハの作製
には、１回の連続エピタキシヤル成長に引き続いてウエ
ハ面内の一部にオーミツク電極によるマスクを設け、そ
の後ウエハ全面をレーザ光によりアニールするのみでよ
い為、エツチングで側壁を露出したときなどに生じる外
部からの不純物による汚染やたび重なるエピタキシヤル
高温過程による結晶層の熱劣化等による特性の低下や劣
化の心配もなく極めて容易にBHレーザや光導波路を製造
できる効果を有するものである。
には、１回の連続エピタキシヤル成長に引き続いてウエ
ハ面内の一部にオーミツク電極によるマスクを設け、そ
の後ウエハ全面をレーザ光によりアニールするのみでよ
い為、エツチングで側壁を露出したときなどに生じる外
部からの不純物による汚染やたび重なるエピタキシヤル
高温過程による結晶層の熱劣化等による特性の低下や劣
化の心配もなく極めて容易にBHレーザや光導波路を製造
できる効果を有するものである。
第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明によるBHレーザの主要な
工程を工程順に示す基板の断面図、第２図は本発明の実
施例としてAlGaAs化合物半導体から成るBHレーザを共振
器面より見た断面構造を示す図、第３図（ａ），
（ｂ），（ｃ）は従来形BHレーザの主要な工程を工程順
に示す基板の断面図である。 11……ｎ形GaAs基板、12……ｎ形クラツドAlaGa1-aAs
層、131……GaAs活性層、132……AlAs/GaAs超格子活性
層、14……ｐ形クラツドAlbGa1-bAs層、15……マスク
（オーミツクコンタクト用金属マスク）、151……ｎ形
クラツドAlcGa1-cAs層、152……ｎ形クラツドAldGa1-dA
s層または同等の禁制帯幅、屈折率を持ちレーザ光によ
りアニールされた超格子層、16……SoO2層、17……オー
ミツクコンタクト層
工程を工程順に示す基板の断面図、第２図は本発明の実
施例としてAlGaAs化合物半導体から成るBHレーザを共振
器面より見た断面構造を示す図、第３図（ａ），
（ｂ），（ｃ）は従来形BHレーザの主要な工程を工程順
に示す基板の断面図である。 11……ｎ形GaAs基板、12……ｎ形クラツドAlaGa1-aAs
層、131……GaAs活性層、132……AlAs/GaAs超格子活性
層、14……ｐ形クラツドAlbGa1-bAs層、15……マスク
（オーミツクコンタクト用金属マスク）、151……ｎ形
クラツドAlcGa1-cAs層、152……ｎ形クラツドAldGa1-dA
s層または同等の禁制帯幅、屈折率を持ちレーザ光によ
りアニールされた超格子層、16……SoO2層、17……オー
ミツクコンタクト層
Claims (1)
- 【請求項１】超格子層の上下に、該超格子の実効的禁制
帯幅（Eg1）に較べ、禁制帯幅大なる結晶層（禁制帯幅E
g2）を配したいわゆるダブル・ヘテロ構造ウエハの面内
の一部にマスクを設け、そのウエハ全面にEg1＜光子エ
ネルギー＜Eg2なる光子エネルギーを持つレーザによる
照射を行い、照射部の超格子をほぼ混晶化に導くことを
特徴とする半導体結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28036185A JPH0680860B2 (ja) | 1985-12-13 | 1985-12-13 | 半導体結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28036185A JPH0680860B2 (ja) | 1985-12-13 | 1985-12-13 | 半導体結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62139380A JPS62139380A (ja) | 1987-06-23 |
| JPH0680860B2 true JPH0680860B2 (ja) | 1994-10-12 |
Family
ID=17623933
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28036185A Expired - Lifetime JPH0680860B2 (ja) | 1985-12-13 | 1985-12-13 | 半導体結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0680860B2 (ja) |
-
1985
- 1985-12-13 JP JP28036185A patent/JPH0680860B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62139380A (ja) | 1987-06-23 |
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