(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機金属気相成長法もしくは有機金属を用いたガスソースＭＢＥ法に係る化合物半導体結晶成長装置において、
スリット状の開口部を有し、該開口部を結晶成長時に結晶を成長させる基板の結晶成長面内で移動可能とした遮蔽板を、結晶成長用原料供給部と該基板との間に配置したことを特徴とする化合物半導体結晶成長装置。
【請求項２】
前記遮蔽板は２枚配置され、該２枚の遮蔽板の開口部は同一の方向に開口されており、該２枚の遮蔽板は該基板の結晶成長面内で逆方向に移動可能としたことを特徴とする請求項１記載の結晶成長装置。
【請求項３】
該開口部は一方向に複数設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の結晶成長装置。
【請求項４】
有機金属気相成長法もしくは有機金属を用いたガスソースＭＢＥ法に係る化合物半導体結晶成長装置において、
開口部のある遮蔽板を基板の結晶成長面内で動かすことにより成長させる結晶の膜厚を前記結晶成長面内で局所的に変えることを特徴とする化合物半導体結晶成長方法。
【請求項５】
開口部のある遮蔽板２枚を互いに逆方向に動かすことにより開口幅を連続的に変化させることを特徴とする請求項４記載の結晶成長方法。
【請求項６】
遮蔽板を動かす速さを変えることにより膜厚を調整することを特徴とする請求項４または５記載の結晶成長方法。
【請求項７】
開口部のある遮蔽板を動かす際に原料の供給量を開口部の場所により変化させて膜厚を調整することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の結晶成長方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は結晶成長装置及び方法に係り、例えば、多波長面発光レーザアレイ用の結晶成長に好適な結晶成長装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
結晶として多波長面発光レーザアレイ用結晶を例にとり従来の技術を説明する。
【０００３】
面発光レーザ基板表面から光を放射する構造であるため２次元アレイ化が容易であり、また低放射角であるためファイバとの結合性が良いなどの特徴がある。
【０００４】
今日、光通信の大容量化により複数の波長で伝送する波長多重のシステムが求められている。面発光レーザは高密度なアレイ化が容易なため、発振波長の異なる素子を複数局所的に集積したアレイ素子が実現されれば波長多重システム用の光源として有望となると考えられる。
【０００５】
従来の多波長面発光レーザアレイとしては、▲１▼結晶成長装置の特徴であるウエハ面内の成長速度の違いを用いて作製されるもの、▲２▼ウエハに予めパターンを作製し、その大きさの違いで成長速度に差をつけて作製されるもの、▲３▼基板に温度差をつけて成長速度や成長膜の脱離速度に差をつけるもの、等が報告されている。
【０００６】
▲１▼のウエハの面内分布を用いたものでは局所的に作製することは不可能であり、▲２▼、▲３▼は成長前にウエハへの加工プロセスを必要とするため歩留まりや信頼性で問題がある。
【０００７】
通常の分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）では成長速度の制御に遮蔽板を用いている。しかし、この技術は、微小領域の膜厚分布を目的とした構成では無く、また、遮蔽板をウエハ近傍に設置しても分子の表面での拡散が小さいため微小領域で膜厚分布を制御するためには遮蔽板を細かく動かす必要があり技術的に難しく、また分子線の量は原料の蒸発量を変えることにより行うため時間がかかるという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は加工プロセスを必要とせずに成長の途中で短時間でウエハ面内に局所的に膜厚の分布をつけることが可能であり、位置と膜厚の制御性良く例えば多波長面発光レーザアレイを作製することができる結晶成長装置及び方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、有機金属気相成長法もしくは有機金属を用いたガスソースＭＢＥ法に係る化合物半導体結晶成長装置において、スリット状の開口部を有し、該開口部を結晶成長時に結晶を成長させる基板の結晶成長面内で移動可能とした遮蔽板を、結晶成長用原料供給部と該基板との間に配置したことを特徴とする化合物半導体結晶成長装置である。
【００１０】
ここで、前記遮蔽板は２枚配置され、該２枚の遮蔽板の開口部は同一の方向に開口されており、該２枚の遮蔽板は該基板の結晶成長面内で逆方向に移動可能とすることが好ましい。
【００１１】
また、該開口部は一方向に複数設けられていることが好ましい。
本発明は、有機金属気相成長法もしくは有機金属を用いたガスソースＭＢＥ法に係る化合物半導体結晶成長装置において、
開口部のある遮蔽板を基板の結晶成長面内で動かすことにより成長させる結晶の膜厚を前記結晶成長面内で局所的に変えることを特徴とする結晶成長方法である。
【００１２】
ここで、開口部のある遮蔽板２枚を互いに逆方向に動かすことにより開口幅を連続的に変化させることが好ましい。
【００１３】
また、遮蔽板を動かす速さを変えることにより膜厚を調整することが好ましい。
【００１４】
さらに、開口部のある遮蔽板を動かす際に原料の供給量を開口部の場所により変化させて膜厚を調整するが好ましい。
【００１５】
なお、遮蔽板と成長面との距離は１ｃｍ以下が好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施形態例１）
本発明の第１実施形態例を説明する。図１は面発光レーザの構成である。ｎ型のＩｎＰ（１００）基板１上に、中間に傾斜組成のＡｌＧａＩｎＡｓ中間層１０ｎｍを挟んだ低屈折率の光学長λ／４（λ＝１５５０ｎｍ）のｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓと高屈折率の光学長λ／４のｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓの５０．５ぺアのｎ型ＤＢＲ２を成長後、光学長λの活性層を含むＡｌＧａＩｎＡｓのスペーサ層３を成長させ、その後膜厚１ｎｍの変調層をウエハ内で膜厚を変化させて成長させた。
【００１７】
図２に変調層４を成長させるときの過程を示す。ウエハ２１はサセプタ２２に下向きに装着されており、変調層４の成長時に、開口部２３のある遮蔽板２４をウエハ２１から５０μｍ離して結晶原料供給部２５とウエハ２１（結晶を成長させる基体）との間に配置した。１０μｍの幅の開口部２３が２０秒間に２ｍｍ動く間にＧａ、Ａｌ、Ｉｎを含む原料の全流量を１０ｓｃｃｍから１００ｓｃｃｍに、引き続き２ｍｍ動く間に１００ｓｃｃｍから１０ｓｃｃｍに繰り返し線形的に変化させた。
【００１８】
ウエハ２１全体に開口部２３を移動させて成長した後、ウエハ２１を９０°回転し、今度は１ｍｍを２０秒で動かしながら原料２０ｓｃｃｍを流す操作と止める操作とを繰り返した。ウエハ２１全体に開口部２３を移動させて成長した後、遮蔽板２４をウエハ２１の表面付近から離し、通常の成長状態に戻した。
【００１９】
引き続きウエハ２１全体に、中間に傾斜組成のＡｌＧａＩｎＡｓ中間層１０ｎｍを挟んだ低屈折率の光学長λ／４のｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓと高屈折率の光学長λ／４のｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓの４０ペアのｐ型ＤＢＲ４を成長させた。
【００２０】
図３に面発光レーザの反射スぺクトルを示す。ここで示す様に変調層の膜厚１を変えることで発振波長に対応した反射率の低下の部分つまり共振波長が変化することがわかる。
【００２１】
図４は、変調層４の厚さ１と発振波長を示す。膜厚１をアレイ内で変化させることで等間隔の発振波長を有した多波長面発光レーザアレイの作製が可能である。
【００２２】
次に、ウエハ２１表面にＡｕＺｎＮｉからなるリング電極を作製し、１０μｍφの径でメサを作製した後ＳｉＮｘで表面を保護し、上側にＣｒ／Ａｕよりなる配線電極、下側にＡｕＧｅＮｉからなる電極を形成した。
【００２３】
図５は作製した２５０μｍ間隔の２×５素子の多波長面発光レーザアレイ模式図と作製した素子の発振波長を示す。１５４２ｎｍから１５６０ｎｍまで２ｎｍ間隔で制御良く配置されていることがわかる。
【００２４】
図６は作製したアレイ素子の注入電流に対する光出力を示す。１０素子とも同じ良好な閾値電流及び光出力であることがわかった。
【００２５】
（実施形態例２）
本発明の第２実施形態例を説明する。図１と同様な面発光レーザの構成である。
【００２６】
ｐ型のＩｎＰ（３１１）Ｂ基板１上に、中間に傾斜組成のＡｌＧａＩｎＡｓ中間層１０ｎｍを挟んだ低屈折率の光学長λ／４（λ＝１５５０ｎｍ）のｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓと高屈折率の光学長λ／４のｐ−ＡｌＧａＩｎＡｓの５０．５ペアのｐ型ＤＢＲ２を成長後、光学長λの活性層を含むＡｌＧａＩｎＡｓのスペーサ層３を成長させ、その後膜厚１ｎｍの変調層４をウエハ内で膜厚を変化させて成長させた。
【００２７】
図７に変調層４を成長するときの過程を示す。ウエハ２１はサセプタ２２に下向きに装着されており、変調層４の成長時に２ｍｍ間隔で幅２ｍｍの繰り返し開口部のある遮蔽板２４ａ，２４ｂが２枚重なった遮蔽装置をウエハ２１から５０μｍ離して配置した。
【００２８】
遮蔽板２４ａ，２４ｂの２枚を互いに反対方向に移動させることで変化する実際の開口部の幅を、原料を１００ｓｃｃｍ流しながら０ｍｍから２ｍｍに２０秒で変化させた。
【００２９】
その後、ウエハ２１を９０°回転し、今度も２枚の遮蔽板２４ａ，２４ｂで形成される開口部を、原料を１０ｓｃｃｍ流しながら０ｍｍから２ｍｍに２０秒で変化させた。
【００３０】
遮蔽板２４ａ，２４ｂをウエハ表面付近から離して通常の成長状態に戻した後、引き続きウエハ全体に、中間に傾斜組成のＡｌＧａＩｎＡｓ中間層１０ｎｍを挟んだ低屈折率の光学長λ／４のｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓと高屈折率の光学長λ／４のｎ−ＡｌＧａＩｎＡｓの４０ぺアのｎ型ＤＢＲ４を成長させた。
【００３１】
次に、ウエハ表面にＡｕＧｅＮｉからなるリング電極を作製し、１０μｍφの径でメサを作製した後ＳｉＮｘで表面を保護し、上側にＣｒ／Ａｕよりなる配線電極、下側にＡｕＺｕＮｉからなる電極を形成した。
【００３２】
図８は作製した２５０μｍ間隔の５×５素子の多波長面発光レーザアレイを上から見た図であり、作製した素子の発振波長を同時に示す。１５３５ｎｍから１５５９ｎｍまで１ｎｍ間隔で制御良く配置されていることがわかる。２５素子とも実施態様例１と同じく良好な閾値電流及び光出力であることがわかった。
【００３３】
（実施態様例３）
上記実施態様例では有機金属気相成長法で行ったが、同じ方法を、表面での拡散の大きい有機金属を用いたガスソースＭＢＥにおいても取り入れることができる。
【００３４】
図９はガスソースＭＢＥを示す正面図であり、（ａ）は通常の成長時の状態を示し、（ｂ）は遮蔽板を導入した状態を示している。
【００３５】
噴出セル８１ａ，８１ｂが結晶原料供給部であり、噴出セル８１ａ，８１ｂの噴出口とウエハ２１との間に、移動可能な遮蔽板２４ａ，２４ｂが配置されている。
【００３６】
本装置においても実施態様例２と同様、成長の途中で短時間でウエハ面内に局所的に膜厚の分布をつけることが可能である。
【００３７】
本発明は以上述べた実施態様例の他に例えば次ぎのような各種の変形例も可能である。
【００３８】
例えば、材料系もＡｌＧａＩｎＡｓ限らずＡｌＧａＡｓ系、ＧａＩｎＡｓＰ系、ＧａＡｌＩｎＡｓＳｂ系、ＡｌＧａＩｎＮ系にも適用できる。さらに本方法による結晶成長時における膜厚変調技術は面発光レーザに限らず他の光、電子デバイスにも適用できる。また、遮蔽板を複数用いて移動する方向を変えることでウエハを回転して向きを変えなくても―度に２次元的な膜厚分布を形成できる。また、遮蔽板とウエハを同時回転させることで原料の流れる方向での膜厚分布の影響を低減できる。さらに、ウエハ遮蔽板の距離を離すことで遮蔽の影響をなくした成長が可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、加工プロセスを必要とせずに成長の途中で短時間でウエハ面内に局所的に膜厚の分布をつけることが可能となる。
そのため、例えば、位置と膜厚の制御性良く多波長面発光レーザアレイを作製することが可能となる。また、例えば、アレイ内の素子と発振波長を制御良く対応させた、素子特性や素子寿命等の良好な特性の多波長面発光レーザアレイを実現することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】面発光レーザの構成を示す概念的断面図である。
【図２】変調層の成長を説明するための図である。
【図３】面発光レーザ構造の反射スぺクトルを示すグラフである。
【図４】変調層の厚さと発振波長の関係を示すグラフである。
【図５】２×５多波長面発光レーザアレイの斜視図である。
【図６】注入電流対光出力を示すグラフである。
【図７】変調層の成長を説明するための図である。
【図８】５×５多波長面発光レーザアレイの平面図である。
【図９】ＭＢＥ装置の概念的正面図である。
【符号の説明】
１  基板
２  ＤＢＲ層、
３  スペーサ層、
４  変調層、
５  ＤＢＲ層、
２１  ウエハ、
２２  サセプタ、
２３  開口部、
２４  遮蔽板、
２４ａ，２４ｂ  遮蔽板、
２５  結晶原料供給部、
８１ａ，８１ｂ  原料供給部。
【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】
0003615453.tif 000008
【図８】
0003615453.tif 000009
【図９】
0003615453.tif 000010