(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に２本のストライプ状の成長マスクを形成し、この成長マスクに挟まれた領域に、少なくともＩｎＧａＡｓＰ層を含むダブルへテロ構造の光導波路をＶ族原料としてホスフィン（ＰＨ３）を含む有機金属気相成長法を用いて、選択的に成長させる半導体レーザの製造方法において、
前記Ｖ族の圧力を、１３．３Ｐａ乃至４００Ｐａとしたことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項２】
前記有機金属気相成長法は、常圧有機金属気相成長法であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項３】
半導体基板上に２本のストライプ状の成長マスクを形成し、この成長マスクに挟まれた領域に、少なくともＩｎＧａＡｓＰ層を含むダブルへテロ構造の光導波路をＶ族原料としてホスフィン（ＰＨ３）を含む常圧有機金属気相成長法を用いて、選択的に成長させる半導体レーザの製造方法において、
成長温度を、５６０℃乃至６００℃としたことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザの製造方法に係わり、特に、ＩＩＩ族原料種の表面マイグレーションを促進することにより、多重量子井戸構造を含むダブルへテロ構造部の品質を向上させた半導体レーザの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の半導体レーザの製造方法は、例えば、特開平６−１０４５２７号公報に示されるように、狭幅選択成長技術を用いて、基板をエッチングすることなく製造することを特徴としている。従来、ダブルヘテロ構造部（以下、「ＤＨ」と略す）の選択成長を行う際には、高温、高Ｖ族圧下で成長を行っていた。常圧の有機金属気相成長（以下、「ＭＯＶＰＥ」と略す。）法において、ＤＨ構造部選択成長の際、高温、高Ｖ族圧下では、ＩＩＩ族原料種の表面マイグレーション長は短くなり、開口領域の内、マスク端近傍が開口領域中央付近よりも膜厚が厚くなり、図６に示すように、断面形状が平坦化せず、又、組成も変動するためＭＱＷ品質が劣化し、素子特性が悪化するという問題があった。
【０００３】
図７は、後述する評価方法に基づいて、成長温度６２５℃、Ｖ族（ＰＨ３）圧力８２５Ｐａ（６．２Ｔｏｒｒ）でのIｎのＬ（１１１）ＢとL（１００）の関係をグラフ化したものであるが、表面マイグレーション長は、１０００ｎｍ（１μｍ）程度であることがわかる。この結果は、開口幅Ｗｏが２．０μｍ以下では、IｎＰの選択成長断面形状の平坦化が可能であることを示している。
【０００４】
しかし、この成長条件でマスク幅Ｗｍ＝５〜５０μｍ、開口幅Ｗｏ＝１．５〜４μｍのパターニング基板上にIｎＰ／IｎＧａＡｓＰ／IｎＰ積層構造を選択成長すると、略全パターンにおいて、IｎＧａＡｓＰの断面形状は、マスク近傍と比較して開口領域中央での膜厚が薄くなっていた。これは、IｎＧａＡｓＰ成長中のＩＩＩ族原料種の表面マイグレーション長が１μｍよりもさらに短くなっていることを示している。また、結晶膜中のＩＩＩ族組成比率（Ｇａ／ＩＩＩ）も開口領域内で変動しており、結晶品質も悪化している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を改良し、特に、ＩＩＩ族原料種の表面マイグレーションを促進することにより、ＤＨ構造部の断面形状を平坦化し、以て、多重量子井戸構造を含むダブルへテロ構造部の品質を向上せしめた新規な半導体レーザの製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した目的を達成するため、基本的には、以下に記載されたような技術構成を採用するものである。
【０００７】
即ち、本発明に係わる半導体レーザの製造方法の第１態様は、
半導体基板上に２本のストライプ状の成長マスクを形成し、この成長マスクに挟まれた領域に、少なくともＩｎＧａＡｓＰ層を含むダブルへテロ構造の光導波路をＶ族原料としてホスフィン（ＰＨ３）を含む有機金属気相成長法を用いて、選択的に成長させる半導体レーザの製造方法において、
前記Ｖ族の圧力を、１３．３Ｐａ乃至４００Ｐａとしたことを特徴とするものであり、
又、第２態様は、
前記有機金属気相成長法は、常圧有機金属気相成長法であることを特徴とするものであり、
又、第３態様は、
半導体基板上に２本のストライプ状の成長マスクを形成し、この成長マスクに挟まれた領域に、少なくともＩｎＧａＡｓＰ層を含むダブルへテロ構造からなる光導波路をＶ族原料としてホスフィン（ＰＨ３）を含む常圧有機金属気相成長法を用いて、選択的に成長させる半導体レーザの製造方法において、
成長温度を、５６０℃乃至６００℃としたことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体レーザの製造方法を、図１を参照して説明する。
【０００９】
直径２インチの（１００）ｎ型IｎＰ基板１上［０１１］方向に、マスク幅Ｗｍ（０〜５０μｍ）、開口幅Ｗｏ（０〜５μｍ）の一対のＳｉＯ２ストライプマスクを全面に形成し、開口領域２に常圧ＭＯＶＰＥ炉を用いて、ＭＱＷ層を含むＤＨ構造部３を選択成長させる。次に、ＤＨ構造部３頂上のみに、成長阻止のためのＳｉＯ２膜をセルフアライン的に形成し、ＤＨ構造部３両脇のチャネル領域４にｐ型IｎＰ電流ブロック層５、ｎ型IｎＰ電流ブロック層６を順次選択埋め込み成長する。最後に、上記ＳｉＯ２膜を除去して、IｎＰクラッド層７を埋め込み成長する。
【００１０】
上記ＤＨ構造部３成長の際、供給されるＩＩＩ族原料種の表面マイグレーションを促進して断面形状の平坦化、及び、活性層の品質向上を図る。
【００１１】
【実施例】
以下に、本発明に係わる半導体レーザの製造方法の具体例を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
（第１の具体例）
図１は、本発明に係わる半導体レーザの製造方法の第１の具体例の構造を示す図であって、これらの図には、
半導体基板上に２本のストライプ状の成長マスクを形成し、この成長マスクに挟まれた領域に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるダブルへテロ構造の光導波路を有機金属気相成長法を用いて、選択的に成長させる半導体レーザの製造方法において、
前記Ｖ族の圧力を、１３．３Ｐａ乃至４００Ｐａとしたことを特徴とするもの半導体レーザの製造方法が示されている。
【００１３】
以下に、第１の具体例を更に詳細に説明する。
【００１４】
先ず、図２（ａ）で示すように、（１００）ｎ型IｎＰ基板８上に、［０１１］方向にマスク幅Ｗｍ、開口幅Ｗｏの一対のＳｉＯ２ストライプマスク９を周期Ｌｐで形成し、図２（ｂ）で示すように、開口領域１０に多重量子井戸構造（以下、「ＭＱＷ構造」と略す）部１１を含むダブルへテロ構造（以下、「ＤＨ構造」と略す）部１２を、常圧有機金属気相成長法（以下、「常圧ＭＯＶＰＥ法」と略す）により選択成長する。このとき、Ｗｍ＝０〜２００μｍで、特に０〜５０μｍが望ましく、Ｗｏ＝０〜１０μｍで、特に０〜５μｍが望ましく、Ｌｐ＝０〜１０００μｍで、特に１００〜５００μｍが望ましい。また、ＭＱＷ構造部１１は、例えば、ウエル層１３が０．７％圧縮歪み、膜厚５ｎｍ、層数７のバンドギャップ波長１．２７μｍのIｎＧａＡｓＰ層、バリア層１４が膜厚８ｎｍ、バンドギャップ波長１．１３μｍのIｎＧａＡｓＰ層で、ＭＱＷ構造部１１の上下に膜厚６０ｎｍ、バンドギャップ波長１．１３μｍのIｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層１５を配している。
【００１５】
次に、図２（ｃ）に示すように、上記ＳｉＯ２ストライプマスク９を除去して、ＤＨ構造部１２頂上のみにＳｉＯ２ストライプマスク１６をセルフアライン的に形成し、図２（ｄ）に示すように、ＤＨ構造部１２両脇のチャネル領域１７にIｎＰ電流ブロック層１８を常圧ＭＯＶＰＥ法により選択埋め込み成長する。IｎＰ電流ブロック層１８の構造は、例えば、ｐ型IｎＰ電流ブロック層１８１（キャリア濃度５ｘ１０１７cｍ-３、膜厚０．４μｍ）、ｎ型IｎＰ電流ブロック層１８２（キャリア濃度３ｘ１０１８cｍ-３、膜厚０．６μｍ）の積層構造である。次に、図２（ｅ）に示すように、上記ＳｉＯ２ストライプマスク１６を除去して、基板全体を覆うIｎＰクラッド層１９、及び、IｎＧａＡｓ電極コンタクト層２０を常圧ＭＯＶＰＥ法により埋め込み成長する。
【００１６】
IｎＰクラッド層１９の構造は、例えば、ｐ型IｎＰ（キャリア濃度１ｘ１０１８cｍ-３、膜厚４．５μｍ）であり、IｎＧａＡｓ電極コンタクト層２０の構造は、例えば、ｐ型IｎＧａＡｓ（キャリア濃度１ｘ１０１９cｍ-３、膜厚０．５μｍ）である。ただし、この構造は一例を示したのみで、デバイスの用途によってその最適構造は当然異なる。
【００１７】
本発明では、上記ＤＨ構造部１２成長の際、断面形状の平坦化、及び活性層の品質向上を図る目的で、供給されるＩＩＩ族原料種の表面マイグレーションを促進する成長条件で成長する。
【００１８】
ここでいう「表面マイグレーション長」とは、基板に供給されるＩＩＩ族原料種が基板に取り込まれる、或いは、成長に寄与するまでに（１００）面上を移動できる距離を意味している。また、実験的には、図３に示すような手法により定量的に評価できる。つまり、ｎ型（１００）IｎＰ基板２１上に［１１０］方向にＳｉＯ２ストライプマスク２２をマスク幅Ｗｍ＝１〜６０μｍで形成し、その基板上にIｎＰ層２３を２０００オングストローム選択成長する。成長後の断面形状を観察すると、IｎＰがマスク端から順に（１１１）Ｂ面２４、（１００）面２５、（３１１）面等の緩やかな高次面２６、（１００）面２７を形成する。このうち、（１１１）Ｂ面２４の長さ：Ｌ（１１１）Ｂとその隣の（１００）面２５の長さ：L（１００）を測定し、Ｌ（１１１）ＢとL（１００）の関係を、例えば、図７に示すようにグラフ化する。この時、Ｌ（１１１）Ｂが０になるときのL（１００）の値が実効的なＩＩＩ族原料種、即ち、Iｎの（１００）面上の表面マイグレーション長に相当する。
【００１９】
図３では、IｎＰを成長した場合に関して説明しているが、IｎＧａＡｓＰ、或いはIｎＧａＡｓを成長し上記と同様の測定をすることでIｎとＧａとの混在状態、或いはＧａ単独の（１００）面上の表面マイグレーション長に関しても評価できる。
【００２０】
ＤＨ構造部１２の選択成長の際、ＩＩＩ族原料種の動きを図４に示す。ＳｉＯ２ストライプマスク９直上に供給されたＩＩＩ族原料種２８は、気相拡散、マスク上の表面マイグレーション等により、開口領域１０に供給される。そのため、マスク端近傍でのＩＩＩ族原料種２８の供給濃度は、開口境域中央での供給濃度より高い状態になる。ＩＩＩ族原料種の半導体表面上の表面マイグレーション長が長くなる条件で成長すると、供給されたＩＩＩ族原料種は、マスク端近傍のみで基板に取り込まれることなく、均等に取り込まれるため、マスク端近傍と開口領域中央付近とで膜厚がほぼ等しくなり、開口領域で均一な組成が形成できる。
【００２１】
次に、図２のダブルへテロ構造部１２の製造方法について具体的に示す。
【００２２】
常圧ＭＯＶＰＥ狭幅選択成長において、供給されるＩＩＩ族原料種の表面マイグレーションを促進して、ＤＨ構造部の断面形状を平坦化するためには、成長中の実効的なＶ族圧力を低くすればよい。例えば、Ｖ族原料であるフォスフィン（phosphine：ＰＨ３）の従来のＶ族圧力が８００Ｐａ（６．０Ｔｏｒｒ）程度であれば、８０Ｐａ（０．６Ｔｏｒｒ）程度まで約１／１０に低くすればよい。その際、もう一つのＶ族原料であるアルシン（arsine：ＡｓＨ３）は、所望の組成比率（Ａｓ／Ｖ）になるように供給圧力を調整する。その他の成長条件は、ＩＩＩ族原料として、トリメチルインジウム（tri-ｍethyl-indiuｍ：ＴＭＩ）、トリジメチルガリウム（tri-ｍethyl-Galliuｍ：TＭＧ）を用いており、成長温度６２５℃、成長圧力は常圧である。
【００２３】
実際、前記したような評価方法により評価したIｎの（１００）面上の表面マイグレーション長の結果を図５に示しているが、約１／１０程度にＶ族圧を低くすることで、マイグレーション長が、略２倍になっていることがわかる。なお、この実験での成長条件は、ＩＩＩ族原料としてＴＭＩ、Ｖ族原料としてＰＨ３を用いており、成長温度６２５℃、成長速度１．７μｍ／h、成長圧力は常圧である。
【００２４】
上記説明では、Ｖ族の圧力が８０Ｐａであったが、１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜４００Ｐａ（３．０Ｔｏｒｒ）の範囲でも、本発明の目的を達成することが出来る。しかし、１３．３Ｐａ以下では、Ｖ族圧力不足による、Ｖ族原料再蒸発のため、結晶欠陥が発生し、ダブルヘテロ構造部の品質が悪くなり、また、４００Ｐａを超えると、Ｖ族圧力過多により、ＩＩＩ族原料種の（１００）面上表面マイグレーションを阻害するため、平坦形状が形成出来ないばかりでなく、組成も不均一になり、本発明の目的を達成することが出来なかった。
【００２５】
（第２の具体例）
第２の具体例では、ＤＨ構造部成長中の成長温度を結晶成長可能な範囲で低温化することにより、ＩＩＩ族原料種の半導体表面上の表面マイグレーション長を長くするものである。Ｖ族原料のひとつであるＰＨ３の分解効率は、温度依存性が大きく、従来の成長温度である６２５℃と比較して５０℃低い５７５℃ではその分解効率は約１／１０になる。したがって、成長温度を低くすると成長中の実効的なＶ族圧力を低くすることができ、ＩＩＩ族原料種の表面マイグレーション長を長くすることができる。なお、この際、もう一つのＶ族原料であるＡＳＨ３は、所望の組成比率（Ａｓ／Ｖ）になるように供給圧力を調整する。
【００２６】
実験によれば、温度範囲を５６０℃〜６００℃の範囲でも、上記と同様に、ＩＩＩ族原料種の表面マイグレーション長を長くすることができる。５６０℃以下の場合、供給原料の分解が十分でなく、結晶成長が出来なかった。また、６００℃を超えた温度では、Ｖ族原料（特に、フォスフィン：ＰＨ３）の分解が促進し、実効的なＶ族圧力が高くなり、ＩＩＩ族原料種の表面マイグレーションを阻害するため、平坦形状が形成できなく、また、組成も不均一であった。
【００２７】
（第３の具体例）
第３の具体例として、上記例で示した成長温度、Ｖ族圧力をともに変更して成長することで、ＩＩＩ族原料種の表面マイグレーション長を長くするように構成してもよい。
【００２８】
なお、上記説明では、ｎ型IｎＰ基板上の素子構造について述べたが、ｐ型IｎＰ基板上の素子特性に関してもその導電型を変更するだけであり、同様の効果が期待できることは明らかである。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係わる半導体レーザの製造方法は、上述のように構成したので、以下のような効果を奏する。
【００３０】
第１の効果は、ＤＨ構造部の断面形状を平坦化できることにある。その理由は、ＤＨ構造部成長の際、マスク端近傍は、選択成長の効果でＩＩＩ族原料種の供給濃度の高い状態であるにもかかわらず、Ｖ族圧力を低くし、ＩＩＩ族原料種の表面マイグレーション長が長くなる条件で成長しているため、それらのＩＩＩ族原料種は、マスク端近傍のみで成長層に取り込まれることなく、マスク端近傍と開口領域中央付近とで略均等に取り込まれる。このため、平坦な（１００）面を形成しやすい。
【００３１】
第２の効果は、素子特性の高品質化が実現できることにある。その理由は、膜厚が均一化することで、結晶膜中でのＩＩＩ族組成比率（Ｇａ／ＩＩＩ）も開口領域内で均一化でき、結晶品質が向上するためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体レーザの製造方法の実施の形態を説明する断面図である。
【図２】本発明の半導体レーザの製造方法の各工程を示す断面図である。
【図３】表面マイグレーション長の評価について説明する図である。
【図４】ＤＨ部を成長させている状態を示す図である。
【図５】第１の具体例の表面マイグレーション長を示すグラフである。
【図６】従来技術において、ＤＨ部を成長させている状態を示す図である。
【図７】従来技術での表面マイグレーション長を示すグラフである。
【符号の説明】
１  ｎ型ＩｎＰ基板
２、１０  開口領域
３、１２  ダブルヘテロ構造部
４、１７  チャンネル領域
５  ｐ型ＩｎＰ電流ブロック層
６  ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層
７  ｐ型ＩｎＰクラッド層
８  （１００）ｎ−ＩｎＰ基板
９、１６  ＳｉＯ２ストライプマスク
１１  ＭＱＷ構造部
１３  ウェル層
１４  バリア層
１５  ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層
１８  ＩｎＰ電流ブロック層
１８１  ｐ−ＩｎＰ層
１８２  ｎ−ＩｎＰ層
１９  ＩｎＰクラッド層
２０  ＩｎＧａＡｓ電極コンタクト層
２８  ＩＩＩ族原料種
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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