JPH02159785A - 半導体レーザの製造方法 - 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） 本発明は高性能半導体レーザの製造方法に関し、特に選
択的に無秩序化された量子井戸構造を有する半導体レー
ザの製造方法に関する。

（従来の技術） 従来から、不純物を導入することにより量子井戸構造が
無秩序化することが知られているが、これを利用した量
子井戸構造を有する半導体レーザの製造方法の一例につ
いては発明者らにより昭和６３年秋季応用物理学会学術
講演会予稿集Ｐ８６３５ＰＺＣ１８に記載されている。

この半導体レーザの製造方法は、第２図に示すように、
ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型クラッド層２を約１１１ｍ
と、ｎ型光閉じ込め層約１０００人と厚さ約１００人の
ＧａＡｓ量子井戸層とＰ型光閉じ込め層約１０００人と
からなる量子井戸活性層３と、厚さ約１１１ｍのＰ型ク
ラッド層４と厚さ約１０００人のＧａＡｓキャップ層５
とをそれぞれ順次形成し、その後５ｉ０２膜６をマスク
としＺｎをｎ型クラッド層２に達するまで拡散し、その
後同じ５ｉ０２膜６をマスクとして不純物導入領域７の
下側まで基板に垂直にエツチングする製造方法となって
いる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上述した従来の半導体レーザの製造方法で
は、量子井戸活性層両わきの不純物導入により無秩序化
された層が薄いため、レーザ発振光の導波機構は、量子
井戸活性層と空気との屈折率差で決定される。しかしな
から量子井戸活性層と空気との屈折率差が約３：１と大
きいため、光の閉じ込めが強く高次モードが立ちやすい
という問題点があった。また、量子井戸活性層両わきの
無秩序化した層を厚くするために拡散時間を長くすると
、不純物導入領域が基板に垂直方向にも深くなるので、
エツチング深さも増大する。一般にドライエツチングで
はエツチング量が増えると、マスク自身もエツチングさ
れるため、マスクの端部が薄くなり、いわゆるマスク後
退と呼ばれる現象が生じ良好なエツチング形状が得られ
ないという問題点があった。

本発明の目的は、基本モードで安定した発振可能であり
、しかもストライプ形状が良好な半導体レーザの製造方
法を提供することにある。

（問題を解決するための手段） 本発明は、量子井戸活性層と量子井戸活性層が無秩序化
されてある構造とを持つ埋め込み構造の半導体レーザの
製造方法において、半導体基板上に第１のクランド層を
形成する工程と、この第１のクラッド層を形成する工程
と、この第１のクラッド層の上１に少なくとも１つの量
子井戸を含む量子井戸活性層を形成する工程と、この量
子井戸活性層の上に第２のクラッド層を形成する工程と
、発振領域となるストライプ以外の前記第２のクラッド
層の上から不純物を導入して領域の前記量子井戸活性層
を選択的に無秩序化する工程と、この工程の前記ストラ
イプ近傍以外の不純物を導入した層を選択的にエツチン
グ除去する工程と、この工程の後に前記不純物を押込み
拡散せしめる熱処理の工程とを有することを特徴とする
半導体レーザの製造方法である。

（作用） 押込み拡散をほどこすことにより、量子井戸活性層両わ
き無秩序化領域を厚くすることが出来る。そのためレー
ザ発振光の導波モードはストライプ外側の空気の影響を
受けず量子井戸活性層と無秩序化領域の屈折率差で決定
されるので、安定な基本モード発振が得られる。

また、押込み拡散はストライプエツチング後に行うので
、エツチングすべき不純物導入領域の深さは小さく出来
る。そのためエツチング時のマスクの後退も小さく良好
なストライプ形状が得られる。

（実施例） 次に本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。第１図は本発明の一実施例を説明するだめの半導
体レーザの断面図である。まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１上
に第１のクラッド層として不純物濃度が１〜３　Ｘ　１
０１Ｂ１０１ＢでＡＩ組成比Ｘが０．５−０．７である
ＡｌｘＧａニーＸＡｓからなるｎ型クラッド層２を約１
１１ｍ形成する。

次に、このｎ型クラッド層２上に不純物濃度が約Ｉ　Ｘ
　１０１７ｃｍ−３でｎ型のＡｌＯ，３Ｇａｏ、７ＡＳ
閉じ込め層約１０００人と厚さ約１００人のＧａＡｓ量
子井戸層と不純物濃度が約Ｉ　Ｘ　１０１？ｃｍ−３で
ｐ型のＡＩ。、３ＧａＯ，７Ａｓ閉じ込め層約１０００
人とからなる量子井戸活性層３を形成する。

この量子井戸活性層３の上に第２のクラッド層として不
純物濃度が１〜３　Ｘ　１０１８ｃ１０ｌ８でＡ１組成
比Ｘが０．５−Ｑ、７であるＡｌｘＧａ１−ｘＡｓから
なるｐ型クラッド層４を約１μｍ形成する。このＰ型ク
ラッド層４の上に不純物濃度が約ｌＸ１０１９ｃｍ−３
でｐ型のＧａＡｓキャップ層５を約１０００〜５０００
Ａ形成する。以上の膜厚及びドーピング濃度は一例であ
って、求められる特性等に応じて適当に変化させる事が
できる。

これまでの成長工程は分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法
等を用いて行う。次に成長した基板全面に５ｉ０２膜６
を厚さ３０００人〜５０００Å形成する。この５ｉ０２
膜６をフォトリソグラフィ法により幅約２〜１０ｐｍの
ストライプ状に加工し、その後不純物としてＺｎを温度
的５００６Ｃ〜７００°Ｃでｎ型クラッド層２に達する
まで拡散し、不純物導入領域７を形成する（第１図（ａ
））。

この時Ｚｎは５ｉ０２膜６の内側にも０．５〜ｌｐｍ拡
散するので不純物導入領域７は第１図（ａ）で斜線をほ
どこした部分のようになる。不純物導入領域７の部分の
量子井戸活性層３は無秩序化し、混晶となるので量子井
戸活性層３はストライプ状の埋め込み構造となる。その
後、５ｉ０２膜６を再びマスクとし、Ｃ１２プラズマに
よる反応性イオンビームエツチング（ＲＩＢＥ）法によ
り不純物導入領域７の下側まで基板に垂直にエツチング
し、この部分の不純物導入領域を削除する（第１図（ｂ
））。

その結果不純物導入領域７は量子井戸活性層３の近傍の
みに限られるため、この領域を通して流れるもれ電流は
著しく低減する。このときのエツチングマスクは、不純
物導入領域７を形成する際に用いた５ｉ０２膜６である
ので、上記工程をセルファラインに行え、そのため歩留
り良く形成できる。

その後閑管法によりヒ素雰囲気中で約６００°Ｃ〜１０
００°Ｃで熱処理をほばすことによりＺｎの押し込み拡
散を行い、押し込み拡散領域８はを形成する。（第１図
（Ｃ））この時、上記５ｉ０２膜６はつけたままでもよ
いが、５ｉ０２膜６と半導体層との熱膨張係数の相違に
起因する熱歪の導入を避けるためには除去した方が望ま
しい。この工程により量子井戸活性層３の両わきの無秩
序化領域は厚くなり、そのためレーザ発振光の導波モー
ドはストライプ外側の空気の影響を受けず、量子井戸活
性層と無秩序化領域の屈折率差で決定されるので、安定
な基本モード発振が得られる。また押し込み拡散により
拡散フロントの結晶欠陥が低減し良好なｐｎ接合が得ら
れるため、不純物導入領域７を通して流れるもれ電流は
さらに低減する。また、押込み拡散はストライプエツチ
ング後に行うので、エツチングすべき不純物導入領域７
の深さは浅さく出来る。そのためエツチング時のマスク
の後退も小さく良好なストライプ形状が得られる。

その後５ｉＯＪ９を全面に形成し、フォトリングラフィ
法によりストライプの上部のみ５ｉ０２膜９を除去する
。その後にＰ側電極１０としてＣｒ／Ａｎを、裏面研磨
後ｎ側電極１１としてＡｎＧｅＮｉ／ＡｎＮｉをそれぞ
れ形成した後、最後にストライプと垂直方向にへき関し
て共振器端面を形成し第１図（ｄ）に示す半導体レーザ
が完成する。

上記実施例において不純物種はＺｎとしたが、これにか
ぎらず例えばＳｉなどの他の不純物でも本発明は適用で
きる。

また、拡散及びエツチングマスクは５ｉ０２膜としたが
これにかぎらず例えばＳｉ３Ｎ４などの他の膜及びこれ
らの積層膜を用いても本発明は適用できる。

上記実施例において押し込み拡散は閉管法によりヒ素雰
囲気中で行うとしたが、これにかぎらず他の熱処理方法
、例えばＳｉ３Ｎ４膜をキャップとし、熱処理雰囲気を
水素雰囲気や窒素雰囲気などの不活性ガス中などで行い
開管法で行う場合にも本発明は適用出来る。

また、量子井戸活性層は単一量子井戸としたが、これに
限らず多重量子井戸であっても本発明は適用できる。

上記実施例においてエツチング時のマスクは拡散時に用
いた５ｉ０２膜をそのまま用いたが、これに限らず、拡
散に用いた５ｉ０２膜を除去し、他のマスク、例えばフ
ォトレジストを用いても本発明は適用出来る。この場合
にはフォトレジストを厚さ約ｌｐｍ前後塗布することが
出来るのでドライエツチング時のマスクの後退によるエ
ツチング形状の劣化は避けられる。また、拡散時のマス
クも薄く出来るので拡散時に導入される熱歪も軽減出来
る。−方、拡散マスクをそのままエツチングマスクとし
て用いる実施例の場合には、目合せなしで、拡散とエツ
チングを行なう事が出来る特長がある。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、不純物の押込み
拡散を行うので量子井戸活性層側わきの無秩序化領域を
厚くできるため、基本モードで安定に発振し、しかもス
トライプ形状が良好な半導体レーザが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための半導体レー
ザの断面図、第２図は従来の製造方法による半導体レー
ザの断面図である。 図中、１・・・ｎ型ＧａＡｓ基板、２・・・ｎ型クラッ
ド層、３・・・量子井戸活性層、４・・・Ｐ型クラッド
層、５・・・ＧａＡｓキャップ層、６・・・ＳｉＯ２膜
、７・・・不純物導入領域、８・・・押し込み拡散領域
、９・・・５ｉ０２膜、１０・・・Ｐ側電極、１１・・
・ｎ側電極である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１及び第２のクラッド層にはさまれた量子井戸活性層
   から成るストライプ状構造とこの量子井戸活性層で発振
   領域を除く部分が不純物の導入により無秩序化されてあ
   る構造とを持つ埋め込み構造の半導体レーザの製造方法
   において、半導体基板上に第１のクラッド層を形成する
   工程と、この第１のクラッド層の上に少なくとも１つの
   量子井戸を含む量子井戸活性層を形成する工程と、この
   量子井戸活性層の上に第２のクラッド層を形成する工程
   と、第２のクラッド層上に所定の領域を覆うマスクを形
   成する工程と、前記マスクにより覆われていない第２の
   クラッド層の上から不純物を導入することにより前記量
   子井戸活性層のうちで発振領域を除く部分を選択的に無
   秩序化する工程と、この工程の後に前記の不純物導入層
   の一部を選択的に除去することによりクラッド層と量子
   井戸活性層とを含み、両側に前記の不純物導入層を有す
   るストライプ状構造を形成させる工程と、この工程の後
   に熱処理を行うことにより前記不純物を押込み拡散せし
   める工程とを有することを特徴とする半導体レーザの製
   造方法。