(57)【要約】【課題】  基板表面に形成する結晶を良好に安定して形成でき、特性の優れた半導体レーザ素子を高い生産効率で得ることができるＭＯＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】  チャンバー（３７）内に、基板（２２）を支持する基板支持手段（２１）及び基板を加熱する第１の加熱手段（２３）を備え、さらに、高周波加熱をする第２の加熱手段（２８）と、これを収容するためにチャンバーの側壁の外側に連接して設けた収容室（３０）と、第２の加熱手段を、チャンバーの内部と収容室（３０）との間で移動させる移動手段（３５Ａ）とを備え、収容室内部の圧力をチャンバーとは独立して制御可能なように構成した。【選択図】      図１
2006005062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部の圧力を制御可能としたチャンバーの内部に、基板を支持する基板支持手段及び前記基板を加熱する第１の加熱手段を備え、前記チャンバー内に導入された原料ガスを熱分解して前記基板上に結晶構造膜を形成するＭＯＣＶＤ装置において、
高周波加熱をする第２の加熱手段と、
該第２の加熱手段を収容する、前記チャンバーの一側壁の外側に該側壁と連接して設けた収容室と、
前記第２の加熱手段を、前記チャンバーの内部と前記収容室との間で移動させる移動手段とを備えると共に、前記収容室内部の圧力を前記チャンバーとは独立して制御可能なように構成して成ることを特徴とするＭＯＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ等の発光素子を構成する化合物半導体結晶等の薄膜を、ＭＯＣＶＤ装置を用いて形成する成膜技術は周知である。
この化合物半導体結晶をＭＯＣＶＤ装置で形成する際には、その結晶が成長する前に基板表面の酸化物を除去する必要があり、従来、基板を６５０℃以上の高温域にまで昇温することでその除去を行っていた。
【０００３】
そのため、過剰な熱負荷により基板表面がダメージを受け、結晶が良好に成長できず劣化してしまう場合があった。
このように結晶が劣化すると、これを用いた高出力の半導体レーザ素子においては、発光するレーザの所定特性が得られなかったり、素子の寿命が極端に短くなったり、信頼性が低下するという問題があった。
【０００４】
一方、比較的低温の環境下で結晶の形成等を行えるＭＯＣＶＤ装置が特許文献１において提案されている。
このＭＯＣＶＤ装置は、真空チャンバーの蓋やその近傍に設けられた高周波パワー印可手段に高周波電力を印可し、チャンバー内部の原料ガスをプラズマ状態にして基板上に結晶膜を形成するものである。
【０００５】
この高周波パワー印可手段を用いて上述した結晶成長前の基板表面の洗浄を行うことも可能であり、その場合、基板を過度の高温にさらすことなく洗浄を行うことができるので、その表面に形成する結晶が劣化することはない。
【特許文献１】特開２００３−５９９１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された装置では、原料ガスを真空チャンバー内に導入する部分（蓋あるいはその近傍）に高周波パワー印可手段の電極を配置しているので、真空チャンバー内の原料ガスの流れを、印可する電界分布によって安定して良好に制御することが設計的にも構造的にも極めて難しいものであった。そのため、良好な結晶が形成されにくく、これを用いた半導体レーザ素子は、所定の特性が得られないという問題があった。
【０００７】
また、高周波パワー印可手段の電極が配置されていることで、蓋の構造が複雑となり、定期的に行うチャンバーのメンテナンスが容易ではなく、生産効率を低下させる要因となるものであった。
【０００８】
一方、特許文献１に記載されたように５００℃以下の比較的低温下で結晶化を行うと結晶構造膜が良好に形成され難い場合があるので、結晶化はできるだけ５００℃以上の高温下で行うことが望まれている。
【０００９】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、基板表面に形成する結晶を良好に安定して形成でき、特性の優れた半導体レーザ素子を高い生産効率で得ることができる、ＭＯＣＶＤ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本願発明は手段として次の構成を有する。
即ち、請求項１に係る発明は、内部の圧力を制御可能としたチャンバー（３７）の内部に、基板（２２）を支持する基板支持手段（２１）及び前記基板（２２）を加熱する第１の加熱手段（２３）を備え、前記チャンバー（３７）内に導入された原料ガスを熱分解して前記基板（２２）上に結晶構造膜を形成するＭＯＣＶＤ装置において、
高周波加熱をする第２の加熱手段（２８）と、該第２の加熱手段（２８）を収容する、前記チャンバー（３７）の一側壁の外側に該側壁と連接して設けた収容室（３０）と、前記第２の加熱手段（２８）を、前記チャンバー（３７）の内部と前記収容室（３０）との間で移動させる移動手段（３５Ａ）とを備えると共に、前記収容室（３０）内部の圧力を前記チャンバー（３７）とは独立して制御可能なように構成して成ることを特徴とするＭＯＣＶＤ装置（６０）である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、良好な結晶膜が形成でき、結晶膜の製造における生産効率を向上させ、特性の優れた半導体レーザ素子を得ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図３を用いて説明する。
図１は、本発明のＭＯＣＶＤ装置の実施例を説明する第１の図であり、
図２は、本発明のＭＯＣＶＤ装置の実施例を説明する第２の図である。
図３は、本発明のＭＯＣＶＤ装置の実施例を用いて製造する半導体レーザ素子の一例を示す断面図である。
【００１３】
まず実施例のＭＯＣＶＤ装置６０の構成を、図１を用いて説明する。
この装置は、内部の圧力を所望の圧力に制御可能な成長室（チャンバー）３７を有している。
この成長室３７内部には、基板２２を支持する基板支持台２１が設けられている。この基板支持台２１の内部には、基板２２を加熱するヒータ２３が埋設されている。
ヒータ２３は、ヒータ電源２４と接続されており、基板２２を所望の温度に加熱する。
【００１４】
成長室３７の天井板２５は開閉可能とされており、この天井板２５には、成長室３７内部に原料ガスを供給するガス供給装置３４と、キャリアガス供給装置２７からの固体原料をガス化して成長室３７内部に供給する気化器２６が取り付けられている。
【００１５】
成長室３７の一側面の外側には、ゲートバルブ２９を介して電極収納室３０がこの壁に連接するように設けられている。成長室３７と電極収容室３０とには、それぞれ圧力制御装置３８，３９が設けられており、それぞれの室内部の圧力を任意に制御可能である。もちろん成長室３７及び電極収容室３０の内部のガスをそれぞれ外部に排気することができる。
この電極収納室３０の成長室３７とは反対側には伸縮可能なベローズ３１を介してフランジ３５が設けられている。このフランジ３５は、当図の左右矢印方向に、駆動装置３５Ａにより往復移動可能とされている。
このフランジ３５には、成長室３７側に延在する電極固定シャフト３２が固定されており、その先端に高周波電極２８が取り付けられている。
一方、フランジ３５の成長室３７の反対側には、電流導入端子３６が設けられ、この端子３６と高周波電源３３とが電気的に接続されている。
【００１６】
上述したフランジ３５の往復移動により、高周波電極２８は、成長室３７内とその外部である電極収容室３０との間を移動する。この電極２８が電極収納室３０に退避させた場合、ゲートバルブ２９を閉じることで成長室３７と電極収納室３０とは空間的には遮断される。高周波電極２８を電極収容室３０に退避させた状態については図２に示す。
【００１７】
上述した構成のＭＯＣＶＤ装置６０で半導体レーザ素子７０の半導体結晶膜を形成する工程について説明する。
まず、結晶膜形成前の基板２２の表面を洗浄する工程について説明する。
予め、高周波電極２８を電極収納室３０に退避収容しゲートバルブ２９は開放しておく（図２の状態）。
天井板２５を開けて基板支持台２１に基板２２を載置し、天井板２５を閉じる。
次に排気装置３８により成長室３７内及び電極収納室３０内の空気を所定の圧力になるまで排気する。
高周波電極２８を成長室３７内の基板２２と対向する位置に移動させる（図１の状態）。
ゲートバルブ２９を閉じ、成長室３７内がさらに低い所望の圧力になるように排気装置３８で排気する。
次に、ヒータ２３により基板２２を加熱する。この時の加熱温度は、５００℃を越えないようにする。４００℃〜５００℃であることが好ましい。
基板２２がこの所定の温度になったら、ガス供給装置３４からＡｒ（アルゴン）ガスを成長室３７内に導入し、高周波電極２８により高周波加熱を行う。
【００１８】
この時の各設定条件は、概ね以下のように設定することが望ましい。
即ち、印可周波数は、１ＭＨｚ〜３ＧＨｚ，印可電力は、１０Ｗ〜１００Ｗ，成長室３７内の圧力は、１３．３Ｐａ〜１３３Ｐａ，印可時間は、５分〜１５分である。
【００１９】
これにより、基板２２の表面の酸化膜を良好に除去し、洗浄することができる。
また、結晶膜形成前の基板２２が５００℃を越える温度下に置かれることがないので、過剰の熱負荷で受けるダメージがなく、以降の工程において基板２２の表面に極めて良質の結晶膜を形成することができる。
【００２０】
次に、結晶の形成工程について説明する。
上述した表面の洗浄工程の後、成長室３７及び電極収納室３０の圧力をほぼ真空まで減圧すると共に基板２２の温度を約１００℃まで降温する。
高周波電極２８を電極収納室３０に退避させ、その後、再びゲートバルブ２９を閉じる（図２の状態）。このように、圧力をほぼ真空まで減圧することで、洗浄した基板表面が再び汚染されることがない。
【００２１】
次に、成長室３７の圧力を所定の圧力（例えば、６ｋＰａ）に昇圧すると共に、ヒータ２３を加熱して基板２２の温度を７００℃まで昇温する。
この環境下で、Ａｌ（アルミニウム），Ｇａ（ガリウム）等のIII族元素材料を
気化器２６から成長室２１内に導入すると共に、Ａｓ（ヒ素），Ｐ（リン）等のＶ族元素材料を、ガス供給装置３４から成長室３７内に導入することで、基板２
２の表面に化合物半導体結晶を成長させ成膜することができる。
導入する材料を換えて、別の材質の結晶膜を順次積層形成することはもちろん可能である。
【００２２】
従って、洗浄する表面は、基板２２自体の表面に限るものではなく、結晶膜を積層する場合は、すでに積層した最外面の膜の表面を洗浄することになり、上述したＭＯＣＶＤ装置６０は、この場合にももちろん好適に用いることができる。
【００２３】
製造する半導体レーザがリッジ型高出力半導体レーザである場合、リッジ部形成後の電流ブロック層を、上述した実施例のＭＯＣＶＤ装置６０を用いた製造方法で成長形成させると、その成長前の基板洗浄処理を５００℃を越えない温度で行うのでリッジ部表面及び断面の形状が荒れることがなく、ウエハー面内で均一なリッジ部を形成することができる。
従って、ウエハー面内で均一な特性の半導体レーザ用結晶を成長させることができ、特性の極めて優れ、高い信頼性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
【００２４】
上述した実施例のＭＯＣＶＤ装置６０を用いて基板２２に成長させる結晶膜は、上述した実施例のものに限らず、半導体レーザ素子においてＭＯＣＶＤ装置を用いて形成することが周知の結晶膜について適用できるものである。
【００２５】
例えば、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）用の半導体レーザ素子を製作する場合、ガス供給装置２４から、ＡｓＨ３（アルシン），ＳｉＨ４（シラン）を導入し、気化器２６から、ＴＭＧ（トリメチルガリウム），ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム），ＤＭＺｎ（ジメチルジンク）を導入し、ＧａＡｓやＡｌＧａＡｓの結晶を良好に成長形成させることができる。
【００２６】
また、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）用の半導体レーザ素子を製作する場合、ガス供給装置２４から、ＡｓＨ3（アルシン），ＳｉＨ4（シラン），ＰＨ3（ホスフィン）を導入し、気化器２６から、ＴＭＧ（トリメチルガリウム），ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム），ＤＭＺｎ（ジメチルジンク），ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）を導入し、ＧａＡｓ，ＡｌＩｎＧａＰあるいはＩｎＧａＰの結晶を良好に成長形成させることができる。
いずれの場合も、ＤＭＺｎは、ｐ型ドーピング用ドーパメントとして、ＳｉＨ4はｎ型ドーパメントとして用いられる。
【００２７】
図３は、実施例のＭＯＣＶＤ装置６０を用いて製造したリッジ型半導体レーザ素子７０の一例を示す断面図である。
ＧａＡｓ基板４２の一方の面に、ｎ−クラッド層４３，活性層４４，ｐ−クラッド層４５，電流狭窄層４６，ｐ−コンタクト層４７，ｐ電極層４８，ｐ型キャップ層５０等が積層されると共に、エッチング等により所定のリッジ部４９が形成されている。また、反対側の面にはｎ電極層４１が設けられている。
これら各層の形成時に、実施例のＭＯＣＶＤ装置を用いることができる。
【００２８】
上述したように、実施例のＭＯＣＶＤ装置を用いれば、結晶構造膜形成前の基板表面の洗浄を５００℃以下の高周波加熱で行った後に、結晶構造膜の形成を５００℃以上の高温環境下で行うことができる。従って、膜形成前の基板に過度の熱によるダメージを与えることがなく、膜の形成をヒータによる高温下で行えるので、良好な結晶構造膜を形成することができ、特性や信頼性に優れた半導体レーザ素子を得ることができる。
これは、高周波加熱のための電極を、チャンバー内部と外部とに移動可能にすると共に、外部に退避させた場合に収容する収容部を設けて、チャンバー内とその収容部内との圧力を独立して制御可能に構成したことによる。
また、この電極の退避をチャンバーの側壁を介して行うように構成したので、チャンバーの開閉蓋の構造が簡単になり、そのメンテナンスが極めて容易になる。
【００２９】
本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のＭＯＣＶＤ装置の実施例を説明する第１の図である。
【図２】本発明のＭＯＣＶＤ装置の実施例を説明する第２の図である。
【図３】本発明のＭＯＣＶＤ装置の実施例を用いて製造する半導体レーザ素子の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
２１  基板支持台
２２，４２  基板
２３  ヒータ
２４  ヒータ電源
２５  天井板
２６  気化器
２７  キャリアガス供給装置
２８  高周波電極
２９  ゲートバルブ
３０  電極収納室
３１  ベローズ
３２  電極固定シャフト
３３  高周波電源
３４  ガス供給装置
３５  フランジ
３５Ａ  移動手段
３６  電流導入端子
３７  成長室（チャンバー）
３８，３９  排気装置
４１  ｎ電極層
４３  ｎ−クラッド層
４４  活性層
４５  ｐ−クラッド層
４６  電流狭窄層
４７  ｐ−コンタクト層
４８  ｐ電極層
４９  リッジ部
５０  ｐ型キャップ層
６０  ＭＯＣＶＤ装置
７０  半導体レーザ素子
【図１】
2006005062.tif 000003
【図２】
2006005062.tif 000004
【図３】
2006005062.tif 000005