JPH012386A - 半導体レ−ザの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、活性層の上側に、超格子構造を無秩序化す
る技術を用いで、屈折率導波機構及び内部電流狭窄層を
設ける半導体レーザの製造方法に関する。

（従来の技術） 従来より、超格子構造を利用した各種の電子デバイスの
研究及び開発か進められでいる。中でも、量子井戸構造
の半導体レーザは発振波長の制御が出来ること、低しき
い値であること、しきい値電流が周囲温度に対して安定
していること、その他の特徴を有しでいるため注目され
ている。

この超格子構造に対し不純物を拡散したり、或いはイオ
ン注入を行うと、無秩序化して混晶化することが知られ
ている。

このような超格子構造（ＭＱＷと称する）を無秩序化す
る技術を用いて屈折率導波機構及び内部電流狭窄層を作
り付ける半導体レーザの製造技術が文献：（「ジャパニ
ーズ　ジャーナル　オブアフライト　フイジクス（Ｊａ
ｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ　
　Ｐｈｙｓｉｃｓ）Ｊ　　２６．　　（８）、１９８６
．　　ｐｐ、　　Ｌ６９０−１６９２）に開示されてい
る。この発明の説明に先立ちこの文献開示の従来の半導
体レーザの製造技術につき第３図を参照して篇単に説明
する。

第３図（Ａ）〜（Ｃ）は従来の半導体レーザの製造工程
図である。ｎ−ＧａＡｓ基板１０上に、土として、ｎ　
　Ａｊ２ｏ、Ｇａｏ５Ａｓクラッド層１２、ＧａＡｓと
Ａｌ１．２　Ｇａａ８Ａｓとの超格子構造からなるアン
ドープ活性層１４、ｐ−Ａβ。２Ｇａｏ、ａＡＳ光導波
層１６、ＧａＡｓとＡβ。、４Ｇａｏ、ｅＡＳとからな
るｐ型の超格子構造からなる光導波層１８を分子線エピ
タキシャル法（ＭＢＥ法）によって順次成長させ（第３
図（Ａ））　、光導波層１８のストライプ状（ストライ
プ方向は図示の面に垂直な方向とする）の中央領域１８
ａ外の他の領域＋ｓｂに対しＳｉイオンの注入を行う（
第３図（Ｂ））。続いて、Ｓ１イオン注入復の光導波層
１８上にｐ　Ａｆｆｏ、４Ｇａｏ、ｅ　Ａｓクラッド層
２０及びｐ−ＧａＡｓ層２２を順次に分子線エピタキシ
ャル法によって再成長させ、然る後、８５０℃の温度で
アニールを行って注入したＳ１イオンを活性化させると
共に、光導波層１日中に拡散させて領域＋８ｂの超格子
を無秩序化させる。この高温アニールにより無秩序化し
た領域＋８ｂは電流狭窄層２４となり、無秩序化されな
かったストライプ状の中央領域１８ａか屈折率導波機構
としての超格子光導波路２６となる。その後、キャップ
層２２の上側及び基板１０の下側にそれぞれ所要の電極
２８及び３０ヲ設けて第３図（Ｃ）に示すような構造の
半導体レーザを形成する。

このようにしで、エツチング工程を用いずにストライプ
構造の埋込み型超格子先導波路を得ることが出来、この
ような埋込み型超格子光導波路を具える半導体レーザは
横暴木モートが高出力まで確保出来ると共に、完全にブ
レーナ構造となるという利点かある。

（発明か解決しようとする問題点） しかしながら、この従来方法では、Ｓ１イオンの注入量
か３　ｘ　１０　”ｃ　ｍ、−２という大きな値である
ため、イオン注入を行った超格子構造の光導波層の領域
の表面、従って、再成長されたクラット層等の結晶層と
の界面が劣化しているので、これがイオン注入されでい
ない光導波層の中央領域上のクラッド層等の結晶層の結
晶品質に影響を及ぼし、これがため、動作特性の信頼性
が低下するという問題点があった。

また、このようにイオン注入量が多いと下側の活性層に
までイオンが到達してこれを損傷する恐れがあり、ざら
には、注入イオンによって超格子が損傷してしまって無
秩序化が抑制されてしまう恐れもあるため、半導体レー
ザ構造の最適設計に制約か生じるという問題点があった
。

この発明の目的は、上述の従来の問題点に鑑み、超格子
屈折率導波機構を埋込んだ構造の、信頼性の優れた半導
体レーザの製造方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明の半導体レーザの
製造方法によれば、次のような手段を講じる。

先ず、基板の上側に設けた活性層の上側に超格子光導波
層を設け、その中央領域の表面にストライプ状のマスク
を設ける。

次に、この超格子光導波層の表面のマスクの両側に低圧
有機金属気相成長法によって不純物拡散源層を設ける。

次に、この中央領域外の超格子光導波層の領域中の超格
子を無秩序化させるためこの不純物拡散源層から不純物
の熱拡散を行う。

（作用） このような方法であると、超格子構造の光導波層のスト
ライプ状中央領域外の領域の表面に適当な濃度の不純物
拡散源層を設け、熱処理を適切に行うことによってこの
不純物拡散源層の下側の光導波層領域の超格子を不純物
熱拡散によって無秩序化して電流狭窄層とすると共に、
無秩序化されない中央領域が超格子屈折率導波機構とな
る。

従って、イオン注入の場合のような界面の劣化、活性層
の損傷及び超格子の損傷か起る恐れが無く、半導体レー
ザの設計の自由度か増大すると共（こ、信頼性も向上す
る。

（実施例） 以下、図面を参照して、この発明の実施例につき説明す
る。

第１図（Ａ　）〜（Ｅ）はこの発明の半導体レーザの製
造工程図であり、第２図（Ａ）及び（８）は半導体レー
ザの要部拡大断面図である。尚、これら図は、この発明
が理解出来る程度に概略的に示しであるにすぎず、従っ
て、各構成成分の寸法、形状、配ＭＵ係、数値的条件及
びその他の条件は以下の説明及び図示例にのみ限定され
るものではない。また、各図は製造工程の主要段階にお
けるウェハの断面図として示しであるが、一部分を除き
、断面を表わすハツチング等を省略して示しである。

以下説明する実施例では、−例としてＧａＡｓ基板上に
ＡｎＧａＡｓ系の層を形成する例につき説明する。

失す、基板４０としてｎ−ＧａＡＳ基板を用い、この基
板４０上に、通常の有機金属気相成長法や分子線エピタ
キシャル法によって、下側クラッド層４２、活性層４４
、光導波層４６、超格子光導波層４８を順次に成長させ
る（第１図（Ａ））。この場合、下側クラッド層４２を
ｌｕｍの層厚のｎ−ハβＸＧａｐ−、Ａｓ層とし、活゛
注層４４を不純物の添加かない、すなわち、アンドープ
のＡβｙ　Ｇ　ａ　＋□ＡＳの障壁層（層厚を約６ｎｍ
とする）４４ａとＧａＡｓの量子井戸層（層厚を約８０
ｎｍとする）４４ｂｌＦｒ含む多重量子井戸構造の活性
層とする。これら量子井戸層４４ｂの数及び障壁層４４
ａの厚みは発振しきい値電流か小さくなるように設定し
、量子井戸幅は発振波長によって決める。

さらに、光導波層４６を層厚が約１１００ｎのｐ−Ａρ
ｙＧａ＋−ｙＡｓ層とする。また、超格子光導波層４８
をｐ型の層であって、第２図（Ａ）の拡大断面図で示し
であるように、ＡｆｆｚＧａ、−、ＡｓのＩＩＩ壁層４
７とＧａＡｓの量子井戸層４９とて構成し、その平均組
成がＡβｙＧａ＋−、Ａｓとなるように両層４７及び４
９の層厚の比を設定しく例えば両層の層厚を約６ｎｍに
する）、キャリア濃度を例えばＩ　Ｘ　Ｉ　Ｑｌａｃｍ
−３程度として全体で約５００ｎｍＯ層厚となるように
成長させる。

また、この量子井戸幅は、発振波長で超格子の屈折率が
平均組成の屈折率よりも大きくなるようにし、かつ、活
性層４４の屈折率よりも小ざくなるように設定するのが
好適である。

次に、第１図（Ｂ）に示すように、活性層４４の上側に
設けた超格子光導波層４８の中央領域４８ａの表面にス
トライプ状のマスク５０を設ける。この実施例では、超
格子光導波層４８上に適当な方法で５Ｌ３Ｎ４膜を設け
、然る後、この５ｉ３Ｎａ膜をホトリップラフィ技術を
用いて所定の幅例えば約３ｕｍ程度にパターニングして
図の紙面に垂直な方向に延在するストライプ状のマスク
５０ヲ形成する。

次に、超格子光導波層４８の表面のマスク５０の両側に
、従ってこのマスク５０が形成されている超格子光導波
層４８の中央領域４８ａ外の側部領域４８ｂの表面上に
、低圧（減圧）有機金属気相成長法を用い、適当な条件
下で、高濃度に不純物を添加した不純物拡散源層５２を
選択成長させる（第１図（Ｃ））。この実施例では、不
純物をＳｉとし、不純物拡散源層５２の層厚を例えば約
３０ｎｍとし、Ｓｉの濃度を約５ｘｌＯ”ｃｍ−３とす
るのが好適である。

次に、中央領域外４８ａの超格子光導波層４８の超格子
を無秩序化させるため、不純物拡散源層５２からＳｉイ
オ、ンの熱拡散を行う。このため、これらマスク５０及
び不純物拡散源層５２を被覆するキャップ層（例えば５
１３Ｎａ層）５４を設けた後、ウェハ全体に対し、例え
ば電気炉によって、約８５０℃の温度で３０分間程度、
高温アニールを行なう（第１図（Ｄ））。又、電気炉の
代りにランプ、レーザ又はその他の任意好適な手段によ
って熱処理を行うことも可能である。この熱拡散処理に
よって、不純物拡散源層５２から不純物であるＳ１イオ
ンが超格子光導波層４８の側部領戚４８ｂ中をほとんど
下方方向に拡散して行き、この領域４８ｂの超格子４８
ａ及び４８ｂを無秩序化して混晶化する。この無秩序化
した超格子の側部領域４８ｂが電流狭窄層（この実施例
では、超格子の無秩序化したｎ　　Ａ　Ｒ’／　Ｇ　ａ
　＋　−ｖ　Ａ　８層）５６となる。一方、この不純物
は横方向には実質的に熱拡散しないので、中央領ｔｆｔ
４８ａは実質的に何等の影響を受け、超格子のまま残存
し、従って、この中央領域４８ａの部分が超格子屈折率
光導波機構すなわち超格子光導波路５８となる。尚、こ
の部分の様子を第２図（Ｂ）に拡大しで示しである。

次に、ドライエツチング等の適当な方法で、キャップ層
５６、マスク５０及び不純物拡散源層５２を除去した後
、有機金属気相成長法や分子線エピタキシャル法等の好
適な手段によって、電流狭窄層５６及び超格子光導波路
５８の上側に上側クラッド層６０及びコンタクト層６２
ヲ順次に成長させる。この上側クラッド層６０及びコン
タクト層６２を設計に応じた好適な厚みの＋）　　Ａ　
Ｊ２　ｘ　Ｇ　ａ　ｒ−１１Ａ　８層及びｐ−０８４３
層とするのが良く、例えば上側クラッド層６０の層厚を
約１ｕｍとする。その後に、例えば蒸着法によって、コ
ンタクト層６２上にｎ型の上側電極６４及び基板４０の
下面にｐ型の下側電極６６をそれぞれ形成して半導体レ
ーザを完成する（第１図（Ｅ））。

上述した説明からも明らかなように、この発明によれば
、イオン注入の代わりに、超格子構造の光導波層の表面
の所要箇所に不純物拡散源を有機金属気相成長法によっ
て設け、この拡散源から不純物の熱拡散を行って超格子
を無秩序化して屈折率導波機構を作りつけると共に、電
流狭窄層を形成する方法であるので、電流狭窄層とその
上側の層との界面の劣化は起らず、従って、不純物の拡
散されない領域の結晶の品質は高品質に保持されるため
長寿命化し、信頼′けが高まる。さらに、この発明の方
法であると、不純物の熱拡散に起因する超格子や活性層
の損傷は生じないので、レーザ構造の設計の最適化を図
ることが出来る。

また、・この発明で得られる半導体レーザは、超格子屈
折率導波機構及び内部電流狭窄層を具えた半導体レーザ
であるので、従来と同様、横基本モードが高出力まで確
保出来ると共に、ブレーナ構造である。

この発明は上述した実施例にのみ限定されるのものでは
なく多くの変形及び変更を行い得る０例えば、上述した
実施例ではＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＡｓ系の層を形成
する例につき説明したが、この発明は、ＧａＡｓ基板上
にＩ　ｎＧａＡｌＰ系の層を具える構造、ＩｎＰ基板上
にＩｎＧａＡｌＡｓ系の層或いはＩｎＧａＡｓＰ系の層
を具える構造の半導体レーザにも適用して好適である。

ざらに、製造すべき半導体の積層構造は、実施例で説明
した構造に限定されるものではなく、少なくとも活性層
の上側に超格子屈折率導波機構と電流狭窄層とを具えた
構造であれば良い。

さらに、各層の導電型は設計に応じてｎ型或いはｐ型と
設定することが出来、これに対応して熱拡散すべき不純
物の８１以外のＺｎとがその他の任意適当な不純物を選
択することか出来る。

また、マスク材料としてＳｉ３Ｎ、を用いで例につき説
明したが、設計に応じた任意好適な材料を用いることが
出来る。

また、上述した実施例での数値例は、単なる好適例にす
ぎず、従って、層構造、材料、導電型、その他の所要な
条件を考慮して設計上任意好適な値に設定することが出
来る。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の半導体
レーザの製造方法によれば、不純物をイオン注入する代
わりに、不純物拡散源を設け、この不純物拡散源から不
純物を熱拡散させることによって超格子を無秩序化する
方法であるので、無秩序化した層領域の上側への成長層
の結晶品質を高品質に保持出来ると共、不純物熱拡散に
よる各層の損傷が起らないので、半導体レーザの設計自
由度が大きくなる。また、このように結晶品質の劣化及
び層の損傷の恐れが無いので、レーザ素子の長寿命化従
って信頼性の向上を図ることか出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｅ）はこの発明の半導体レーザの製造
方法の一実施例を説明するための製造工程図、 第２図（Ａ）及び（Ｂ）は、第１図に示した製造工程段
階でのウェハ構造の要部拡大断面図、第３図（Ａ）〜（
Ｃ）は従来の半導体レーザの製造工程図である。 ４０・・・基板、　　　　　　４２・・・下側クラッド
層４４・・・活性層、　　　　　４４ａ・・・障壁層４
４ｂ−・・量子井戸層、　　４６・・・光導波層４７・
・・（超格子光導波層の）ｌｌｌ壁層４８・・・超格子
光導波層、　４８ａ・・・中央領域４８ｂ・・・側部領
域 ４９・・・（超格子光導波層の）ｊ１子井戸層５０・・
・マスク、　　　　　５２・・・不純物拡散層５４・・
・キャップ層 ５６・・・電流狭窄層 （無秩序化された超格子の側部領域） ５８・・・超格子屈折率導波機構（超格子光導波路又は
無秩序化されなかった超格子の中央領域）６０・・・上
側クラッド層、　６２・・・コンタクト層６４・・・上
側電極、　　　　６６・・・下側電極。 特許出願人　　　　沖電気工業株式会社４４ａ：ｊｉ”
４層　　４４ｂ量子量子層この発明の製造工程図 第１図 ５６　　電流狭窄層 ５日　　超格子先導波路（屈折率光導波機構）ｆΔ ６０　　上側クラッド層　　６２　　コンタクト層６４
　　上側電極　　　　　６６　　下側電極この発明の製
造工程図 第１図 ４７１１！壁層 ４９　　量子井戸層 要部拡大断面図 第２図 ／ｌｌ’Ｄ　　　Ｉｔ’ｄ　　　Ｉｇｂｌ　　　　　　
　（

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）活性層の上側に、超格子構造を無秩序化する技術
   を用いて、屈折率導波機構及び内部電流狭窄層を設けて
   半導体レーザを製造するに当り、活性層の上側に設けた
   超格子光導波層の中央領域の表面にストライプ状のマス
   クを設け、 前記超格子光導波層の表面の前記マスクの両側に低圧有
   機金属気相成長法によって不純物拡散源層を設け、 前記中央領域外の超格子光導波層の超格子を無秩序化さ
   せるため前記不純物拡散源層から不純物の熱拡散を行う ことを特徴とする半導体レーザの製造方法。