JPH02194587A - 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） 本発明は光情報処理、光通信などの分野で用いられる高
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１／−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が第４
９回（昭和６３年秋季）応用物理学会堂１イτｆ講演会
講演予稿集の第３分冊８６３頁５ｐ−ＺＣ−１８に「Ｇ
ａ、Ａｓ／ＡｌＧａＡｓイ氏閾イ直量子月−戸レーザｊ
と題して報告されている。この半導体！２・−・甲の製
、’３−７ノ法は、第２図に示すように、まずｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１上にｎ型クラッド層２を約１１１ｍとｎ型ガ
イド層３を約１ｏｏｏ人と厚さ約１００人のＧａＡｓか
らなる活性層４とＰ型ガイド層５を約１０００人と厚さ
約１ｐｍのＰ型クラッド層６と厚さ約１０００人のＧａ
ＡｓからなるＰ型キャップ層７とをそれぞれ順次形成す
る（第２図（ａ））。その後、ホトリソグラフィ技術に
よってホトレジストから成るマスク８を形成し、これを
マスクにしてメサストライプ９を形成する（第２図（ｂ
））。次にＳｉ膜を真空蒸着しく第２図（Ｃ））リフト
オフ法によってメサストライプ上のＳｉ膜を除去した後
拡散の保護膜１１としてＳｉＮ膜を全面に形成して８５
０°Ｃで１時間程度熱処理をほどこすことによりＳｉ拡
散を行ない（第２図（ｄ））、メサストライプの底部の
量子井戸活性層のみを選択的に無秩序化し、Ｐ型及びｎ
型電極を形成する（第２図（ｅ））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
は拡散の保護膜を全面に形成しているため、高温熱処理
時にメサストライプ側部のＧａ原子が保護膜中に外部拡
散し、逆に保護膜から空孔などの結晶欠陥が量子井戸活
性層に導入され、レーザの発光効率が低下するという問
題点があった。

またメサストライプ上部でもＧａ原子の保護膜中への外
部拡散及びＧａＡ、ｓキャップ層と保護膜との反応が高
温熱処理時に生じ、電極との接触抵抗が大きいという問
題点があった。またこれらの問題点を避けるため、保護
膜を全く用いずに、ヒ素原子の脱離をふせぐ程度のヒ素
圧力の下で熱処理を行うとＳｉが全く拡散せず、従って
埋め込み構造を形成出来ないという問題点があった。

本発明の目的は、発光効率の低下をまねくことなく埋め
込み構造を形成することが可能であり、電極との接触抵
抗も小さい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
れで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、第１導電型の半導体基板上に第１導電
型のクラッド層を形成する工程と、この第１導電型クラ
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導電型のクラッド層を形成する工程と、選択エツチン
グのためのストライプ用マスクを前記第２導電型クラッ
ド層の上に形成する工程と、このストライプ用マスクを
用いて前記第２導電型クラッド層の一部をエツチングす
る事によってメサストライプを形成する工程と、このエ
ツチング工程の後に第１導電型の不純物を蒸着する工程
と、この工程の後に保護膜を蒸着する工程と、この蒸着
工程の後に前記ストライプ用マスクのみを除去すること
によって前記ストライプ用マスク上の不純物と保護膜と
を除去する工程とこの後に熱処理をほどこすことによっ
て前記メサストライプの底部のみに前記不純物を拡散し
てこの領域の量子井戸活性層を選択的に無秩序化する工
程を含むことを特徴とする半導体レーザの製造方法であ
る。

（作用） メサストライプ側面及び上部には保護膜がないので高温
熱処理時においてもこの部分でＧａ原子の外部拡散及び
空孔などの結晶欠陥の導入が起こらず、レーザの発光効
率の低下をまねくことがない。またストライプ底部の不
純物を蒸着した部分には保護膜があるので、従来どおり
安定な条件で不純物の拡散が起こり、埋め込み構造を形
成することが出来る。また、メサストライプ上部には高
温熱処理時に保護膜がないのでキャップ層との反応も起
こらず、電極との接触抵抗が低減できる。

（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の半導体レーザの製造
方法を示したものである。まず第１図（ａ）に示す様に
ｎ型ＧａＡ、ｓ基板上１にｎ型クラッド層２（ｎ−Ａｌ
ｘｃＧａｌ−ｘＡｓ、　０．４５≦Ｘｅ≦０．８５．厚
さ０．８〜３１１ｍ）、ｎ型ガイド層３（ｎ−ＡＩＸｇ
Ｇａｌ−ｘｇＡ、ｓ　Ｘｇ＜Ｘｃ、厚さ５００〜３００
０人典型的には１０００人）、活性層４（ＧａＡｓ、厚
さ５０〜２００人）、Ｐ型ガイド層（ｐ４Ｎ、ｘｇＧａ
ｌ−ｘｇＡｓ厚さ５００〜３０００人典型的には１００
人）、Ｐ型クラッド層（ｐ−ＡｌｘｅＧａｌ−ｘｅＡｓ
、厚さ０．８〜３ｐｙｎ）、Ｐ型キャップ層（ｐ−Ｇａ
Ａｓ、厚さ１０００〜５０００人）を結晶成長する。次
に第１図（ｂ）に示す様にホトリソグラフィ技術によっ
てホトレジストから成るマスク８を形成してこれをマス
クにしてメサストライプを形成する。メサストライプの
幅は１〜１０ｐｍ典型的には２〜３ｐｍ、深さに関して
はメサストライプ底部から活性層４までの距離が１００
０〜５０００Ａ程度になるのが好ましい。Ｐ型ガイド層
５のＡＩ組成が０．３５以下の場合にはＨＦ系のエツチ
ング液を用いるとＡＩ組成が高いＰ型クラッド層６のみ
をエツチングして、Ｐ型ガイド層５に達するとエツチン
グが自動的に停止させる事が出来るため利用すると便利
である。この場合には、ＨＦ系のエツチング液を用いる
前にあらかじめＰ型キャップ層７を別のエツチングで除
去しておく必要がある。

又、エツチング方法としてリアクティブイオンビームエ
ツチング（ＲＩＢＥ）法等のドライエツチングを用いて
も良い。この場合にはエツチング深さが精密に制御出来
るため、狙ったところにエツチングを止める事が出来て
又サイドエツチングも少ないため狭いストライプ幅（〜
ｌｐｍ）形成する事が容易である。

次に第１”ａ　（ｃ）に示す様にＳｉ膜１０（厚さ〜５
００Ａ）を形成する。この形成方法として真空蒸着法が
好ましい。なぜなら図に示す様にＳｉ膜１０が断切れを
伴って形成されるためである。スパッタ蒸着法の様に側
面のまわり込みが大きい方法によると、図に示した様な
ｌ断切れは生じずに側面にＳｉが蒸着されてこの部分に
８ｉが拡散するためにメサストライプ９の上にＰ型電極
１４を形成した際に活性層４からなるｐｎ接合が短絡さ
れる可能性があり好ましくない。この工程に引き続いて
拡散時の保護膜１１（例えば５ｉ０２膜厚さ５００〜３
０００Ａ）を形成する。この形成方法としても真空蒸着
法が好ましい。なぜなら第１図（Ｃ）に示す様に保護膜
１１が断切れを伴って形成されるためメサストライプの
側面には形成されないからである。

次に第１図（ｄ）に示す様にリフトオフによってメサス
トライプ９の上のＳｉ膜１０及び保護膜１１を除去する
。マスクがポジ型レジストの場合にはアセトン等の有機
溶剤を用いて容易にリフトオフが出来る。次に８５０°
Ｃで１時間程度熱処理をほどこすことによりＳｉ拡散を
行う。拡散は例えばＧａＡｓ粉末あるいはＡｓ粉末とと
もにサンプルを真空封入し、ヒ素のＧａＡｓに対する平
衡蒸気圧以上のヒ素圧下で行えばヒ素原子の脱離をふせ
ぐことか出来る。

このときメサストライプ９の底部のみにＳｉ膜１０があ
るため、ここのみにＳｉ拡散領域１２が形成され、この
領域の活性層４の量子井戸が無秩序化し、埋め込み構造
が形成される。また、メサストライプ９の側面、及び上
部には保護膜がないので、Ｇａ原子の外部拡散や空孔な
どの結晶欠陥の導入はおこらず、またＰ型キャップ層７
と保護膜との反応もおこりえない。従って、活性層４の
発光特性の劣化をまねくことなく良好な埋め込み構造が
形成出来、またＰ側オーミック電極の形成も容易になる
。

次に第１図（ｅ）に示すようにＳｉ膜１０および保護膜
１１をドライエツチング等で除去した後に絶、縁膜１３
を形成する。次にメサストライプ９の上部の絶縁膜１３
のみを除去する。これは通常のホトリソグラフィ技（］
：ｆによってバターニングする。次にＰ型室（〉１４お
よびｎ型電極１５を形成して完成する。

以上述べた実施例では活性層を単層構造としたがこれに
限らず多重量子井戸構造等の多層構造どしても良い。又
、本実施例では材料系として、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ
系を用いたがこれに限らずＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系、
ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＰ系等の材料においても適用可
能である事は言うまでも無い。又、以上述べた実施例で
は拡散する元素とし７てＳｉを用いたがこれに限らすＺ
ｎ、　Ｍｇ、　Ｇａ等の不純物が利用可能である。ただ
しＺｎ、Ｍｇ等のＰ型不純物ではＰ型基板上にレーザ構
造を形成する必要がある。又Ｇａが最近本発明人らによ
ってＡｌＧａＡｓ中に導入するとｎ型不純物としてふる
まう事がわかっているためｎ型半導体基板上のレーザ構
造に適用出来ると考えられる。

また上記実施例において、拡散時の保護膜は５ｉ０２膜
としたがこれにかぎらず、真空蒸着可能な他の保護膜、
例えばＡｌ２Ｏ３膜であっても本発明は適用できる。ま
た上記実施例において拡散は真空封大で行うとしたがこ
れにかぎらず、例えば水素雰囲気中の開管法でｆａ、ｃ
ｅ　ｔｏ　ｆａｃｅ法（つ、：１−、”とＧａＡｓ基板
を対向かぜＡｓ原子の脱離を防ぐ方法）で行う場合、ま
たアルシンを含んだガス雰囲気中で行う場合でも本発明
は適用できる。

また上記実施例においては、Ｓｉ膜１０および保護膜１
１を除去した後に絶縁膜１３を形成するとしたが、これ
にかぎらずＳｉ膜１０および保護膜１１を除去せずその
上から絶縁膜１３を形成する場合にも本発明は適用でき
る。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、発光効率の低下
をまねくことなく埋め込み構造を形成することが可能で
あり、電極との接触抵抗も小さい半導体レーザが得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施例による半導体
レーザ製造方法を説明するための工程図、第２図（ａ）
〜（ｅ）は従来の製造方法による工程図である。 図中、１はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型クラッド層、３
はｎ型ガイド層、４は活性層、５はＰ型ガイド層、６は
Ｐ型りラッド層、７はＰ型キャップ層、８はマスク、９
はメサストライプ、１０はＳｉ膜、１１は保護膜、１２
はＳｉ拡散領域、１３は絶縁膜、１．４はＰ梨型極、１
５はｎ型電極である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、第１導電型の半導体基板上に第１導電型のクラ
   ッド層を形成する工程と、この第１導電型クラッド層の
   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導電型
   のクラッド層を形成する工程と、前記第２導電型クラッ
   ド層の所定の部分にストライプ用マスクを形成する工程
   と、このストライプ用マスクを用いて前記第２導電型ク
   ラッド層の一部をエッチングする事によってメサストラ
   イプを形成する工程と、第１導電型の不純物を蒸着する
   工程と、この工程の後に保護膜を蒸着する工程と、前記
   ストライプ用マスクを除去することによって前記ストラ
   イプ用マスク上に蒸着された不純物と保護膜とを除去す
   る工程と続いて熱処理をほどこすことによって前記メサ
   ストライプの底部のみに前記不純物を拡散してこの領域
   の量子井戸活性層を選択的に無秩序化する工程とを備え
   てなることを特徴とする半導体レーザの製造方法。