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JP2000133599A - 結晶成長方法及び、これを用いた半導体レーザの製造方法 - Google Patents

結晶成長方法及び、これを用いた半導体レーザの製造方法

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Publication number
JP2000133599A
JP2000133599A JP30268698A JP30268698A JP2000133599A JP 2000133599 A JP2000133599 A JP 2000133599A JP 30268698 A JP30268698 A JP 30268698A JP 30268698 A JP30268698 A JP 30268698A JP 2000133599 A JP2000133599 A JP 2000133599A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
inp
layer
crystal growth
temperature
ingaasp
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP30268698A
Other languages
English (en)
Inventor
Koji Nakamura
幸治 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
Priority to JP30268698A priority Critical patent/JP2000133599A/ja
Publication of JP2000133599A publication Critical patent/JP2000133599A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Led Devices (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 DFBレーザーやDBRレーザ等のグレーテ
ィングを有する半導体レーザーにおいて、InP基板上
におけるグレーティングの凹部分に、格子接合する結晶
の成長方法を提供する。 【解決手段】 有機金属気相結晶成長法(MOVPE法)を
利用した装置を使用して、InP基板上の結晶成長を開
始させる昇温中もしくは昇温してから微量の、アルシン
とフォスフィンとTEGを流してInGaAsPを成長
させる事により、グレーティング形状を保存し、かつグ
レーティングの凹部分に格子接合する結晶成長をさせる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、結晶成長方法に
関するものである。詳細には、グレーティング等の微細
パターンを有するInP基板上に、有機金属気相結晶成
長法(MOVPE法)を用いて結晶を成長させる方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、グレーティング等の微細パターン
を有するInP基板の凹凸形状上に、InAsP吸収性
回折格子層を形成することによってDFBレーザに関し
ては、高出力、および狭スペクトル線幅動作が得られて
いた。有機金属気相結晶成長法(MOVPE法)でInP基
板上に形成したグレーティングの凹部分に、結晶成長中
に微量のアルシンとフォスフィンを流してInAsPを
成長させるという方法が知られている。その詳しい事
は、鬼頭他、 "Formation of InAlP layer on corrugat
ed InP substrate by MOVPE for buried grating of D
FB lasers",9th International Conference on Indium
Phosphide and Related Materials (IPRM'97),ThB
5,pp.606-609,1997に記載されている。
【0003】上記文献では形成した成長基板を用いて、
利得結合型DFBレーザを作製している。この時の、ア
ルシンとフォスフィンの分圧は、それぞれ、2.7X1
0−3Torr、4.1X10−3Torrとなってい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法では、有機
金属気相結晶成長法(MOVPE法)を行なう反応容器内で
InP基板上に形成したグレーティングの凹部分に、I
nAsP層が成長する。ところが、このInAsP層は
InPと格子整合しない組成である。そのため、グレー
ティングの凹部分に結晶格子の歪みを内在させるという
問題があった。
【0005】さらに、従来の方法では、前記反応容器内
が水素雰囲気中で高温になると、InPからP原子の熱
脱離が起こる。Pが熱脱離することによりPと結合して
いたInが表面マイグレートする。ここで基板にグレー
ティングのような微細な凹凸があると自然とポテンシャ
ルの低い凹部分にIn原子が集まり、脱離してくるPと
再結合する。したがってPの熱脱離を抑制させるために
蒸気圧の低いAsを導入しInAsP層を形成させる。
つまり微量のP原子と、As原子が存在するためにPの
脱離が抑制される。
【0006】ここで、前記処理基板を使った半導体レー
ザのバンドギャップ波長を長波長に設計しようとすれ
ば、InAsP層のAsの組成を高くしなければならな
い。しかし、Asの組成を高くすると、結晶格子の歪み
量も増えることになりAsの組成を高くしようとしても
限界が生じる。つまり前記処理基板を使った半導体レー
ザのバンドギャップ波長にも限界が生じるという問題が
あった。
【0007】この発明は、グレーティングの凹部分に結
晶格子の歪みを内在させない結晶成長方法を提供するこ
とを目的とする。さらに、この発明は、In、Ga、A
s、Pの各原料比を制御することによって半導体レーザ
のバンドギャップ波長をより広い範囲から選択すること
ができる。
【0008】
【課題を解決するための手段】よってこの発明は、上記
に記載したような課題を解決するため、InP基板上に
形成したグレーティングの凹部分に、有機金属気相結晶
成長法(MOVPE法)を行なう反応容器内においてP原
料、As原料、Ga原料を用い、InPと格子整合する
InGaAsP層の形成を行うものである。また、In
GaAsP層の各原料比を制御することによって、より
幅広いバンドギャップ波長帯での四元組成を得るもので
ある。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いてこの発明の実
施形態について説明する。なお以下の説明では、この実
施形態の結晶成長方法を用いて、リッジ導波路型レーザ
ーを製作した場合について説明する。すなわち図1は、
この実施形態の結晶成長方法を用いて製作したリッジ導
波路型レーザの断面図である。あわせて、リッジ導波路
型レーザの製作プロセスを図2を用いて説明する。
【0010】まず、時刻t0において有機金属気相結晶
成長法(MOVPE法)を行なう反応容器にグレーティング
を形成した、1-1.InP基板をセットする。次に、
ヒーターに通電して昇温し、時刻t1においてInP基
板温度が結晶成長温度約500℃程度になったところ
で、3種類の原料ガスすなわち、アルシン(AsH3)、フ
ォスフィン(PH3)TEGを前記反応容器内に導入す
る。この場合、原料ガスを各2〜20sccm程度導入
するのが良い。ここでTEGは、グレーティングの凹部
の体積の分量の組成にあわせたGaの分量だけ導入する
のが良い。
【0011】さらに、前記反応容器内のInP基板を昇
温し、時刻t2において、600℃程度になった時点
で、膜を適当な厚さになるまで形成させるため、原料を
導入したままその温度を維持する。時刻t3において1
-2.InGaAsP埋込み層が形成される。さらに、
時刻t3より1-3.InP 又は、InGaAsP層を
成長し、時刻t4より1-4.活性層、1-5.p-In
Pクラッド層を成長させる。次に1-6p-InGaAs
コンタクト層を成長させる。
【0012】以上のように製作した、基板を使って、図
3(a)に示すように、3-1.リッジ形成用マスクを
形成してエッチングをした後の形態を示す。次に、図3
(b)に示すように3-2.絶縁膜を形成し、3-3.p
側オーミック電極、3-4.n側オーミック電極を形成
する。こうして、電極まで形成されたリッジ導波路型レ
ーザが作成される。
【0013】前述した通り、反応容器内が水素雰囲気中
で高温になるとInP基板からP原子の熱脱離が起こ
る。Pが熱脱離することによりPと結合していたInが
表面マイグレートする。ここで基板にグレーティングの
ような凹凸があると、自然とポテンシャルの低い凹にI
n原子が集まり、脱離してくるPと再結合する。
【0014】そして、Pの熱脱離を抑制させるために蒸
気圧の低いAsを導入しInAsP層を形成させる。こ
のとき、微量のP原子と、As原子が存在するために、
Pの脱離は抑制されるが、Pの蒸気圧は高いためにP抜
けが起こる。そしてInは、表面マイグレートするが、
P圧があるためその移動距離は減少するものの凹部で多
くが再結合する。この再結合時にAsやPと結合しIn
AsPとなる。
【0015】この時、アルシン(AsH3)、フォスフィン
(PH3)の比によってInAsP層の組成が変わり、ア
ルシン(AsH3)、フォスフィン(PH3)の量により、グ
レーティング形状と成長層の形状が決定する。
【0016】このように、微量のアルシン(AsH3)と、
フォスフィン(PH3)を導入しただけでは、成長層とし
てInAsP層が形成されるが、このInAsPは、I
nPとは格子整合しない組成であり、埋込み層のバンド
ギャップ波長を長波長の組成に設計しようとすればAs
の組成を高くしなければならない。Asの組成を高くす
ると、結晶格子の歪み量も増えることになりAsの組成
を高くしようとしても限界が生じる。この結果、バンド
ギャップ波長にも限界が生じてしまうことになり構造設
計の自由度が制約される。
【0017】一方、本発明は、微量のアルシン(AsH3)
と、フォスフィン(PH3)の他に、微量のTEGを導入
することにより、InAsPでは為し得なかったInP
と格子整合する、InGaAsP層を形成させることが
可能となり、構造設計の自由度が増す。つまり、バンド
ギャップ波長を変えたいときは、所望のバンドギャップ
波長になるように、アルシン(AsH3)と、フォスフィン
(PH3) 、TEGの各原料比を制御すれば、Asのとき
よりも幅広いバンドギャップ波長帯での四元組成を得る
ことができる。
【0018】ただし各流量は使用するMOVPE装置
や、成長条件に依存するため、その絶対量を記すことは
できないが、2〜20sccm程度とし、所望の組成の
InGaAsP埋込み層が得られるような値に設定す
る。そして、成長基板温度500℃程度から流し始め
る。
【0019】なおこの発明は、上記の実施例に限定され
るものではない。たとえば上記の実施例では、As原子
とP原子とGa原子それぞれの使用材料をアルシン(As
H3)、フォスフィン、TEGに関して述べたが、これに
変わる他の材料でも応用可能である。成長基板温度50
0℃前後から、各原料を導入する。また各流量は、使用
するMOVPE装置に依存する。ただし一例として、ア
ルシン(AsH3)1x10−3〜5x10−2Torr,
フォスフィン(PH3)1x10−1〜5x10−1To
rr、TEG5x10−4〜4x10−3Torr程度
流すのが良い。この時、基板温度に応じて結晶成長の反
応率が変わるため、流量を変えても良い。
【0020】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明はグ
レーティングを形成したInP基板上に、有機金属気相結
晶成長法(MOVPE法)を用いて、InPと格子整合又は、歪
みを低減させたInGaAsP層を形成することができる。
【0021】前記InGaAsP層は、形成時にIn、
Ga、As、P各原料の比を制御することによって、よ
り幅広いバンドギャップ波長帯を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を適用した、InP基板上へリッジ導
波路型レーザ製作時の結晶成長させたときの断面図であ
る。
【図2】この発明を適用した、InP基板上への、リッ
ジ導波路型レーザ製作の際の結晶成長の製作プロセス図
である。
【図3】図3の(a)は、この発明を適用した基板を使
って、リッジ形成用マスクを施した図である。図3の
(b)は、図3の(a)に、リッジ導波路型レーザに形成
するための電極を施した図である。
【図4】従来のInP基板上への結晶成長の断面構造図
である。
【符号の説明】
1-1. InP基板 1-2. InGaAsP埋込み層 1-3. InP又はInGaAsP 1-4. 活性層 1-5. p−InP 1-6. p-InGaAsP 2-1. InP基板 2-2. InAsP埋込み層 2-3. InPまたは、InGaAsP 2-4. 活性層 2-5. p−InP 2-6. p-InGaAsP 3 - 1.リッジ形成用マスク 3 - 2.p側オーミック電極 3 - 3.n側オーミック電極 3 - 4.n側電極 3 - 5.InP基板 3 - 6.グレーティング部 3 - 7.InGaAsコンタクト層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K030 AA05 AA08 AA11 BA08 BA11 BA24 BB01 BB12 CA04 JA10 LA11 LA12 5F045 AA04 AB12 AB17 AB18 AC01 AC09 AD09 AD10 AF04 AF12 BB12 CA12 DA63 EE12 5F073 AA64 AA74 CA12 DA05 DA35 EA29

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 微細パターンを有するInP基板上への
    有機金属気相結晶成長法(MOVPE法)を用いて行なう結
    晶成長方法において、 反応容器内で、この容器内の温度を制御しながら、P原
    料、As原料、Ga原料を拡散させて、前記InP基板
    上に前記InP基板と格子整合するInGaAsP結晶
    を成長させることを特徴とする結晶成長方法。
  2. 【請求項2】 グレーティング構造を有する半導体レー
    ザの製造方法において、 前記グレーティング構造の凹部分に、請求項1記載の結
    晶成長方法を用いて、前記InGaAsP結晶を成長さ
    せることを特徴とする半導体レーザの製造方法。
  3. 【請求項3】 グレーティング構造を有する半導体レー
    ザの製造方法において、 前記グレーティング構造の凹部分に、請求項1記載の結
    晶成長方法を用いて、前記InGaAsP結晶を成長さ
    せる際に、P、As、Gaの各原料の比を変えて、所望
    のバンドギャップを得ることを特徴とする半導体レーザ
    の製造方法。
JP30268698A 1998-10-23 1998-10-23 結晶成長方法及び、これを用いた半導体レーザの製造方法 Pending JP2000133599A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003174191A (ja) * 2001-06-25 2003-06-20 Toshiba Corp 半導体発光素子及びその製造方法
JP2008227367A (ja) * 2007-03-15 2008-09-25 Oki Electric Ind Co Ltd 分布帰還型半導体レーザ素子

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