JPH0371685A - 半導体レーザ素子の製造方法 - 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〕 本発明は半導体レーザ素子に係り、特に光デイスクメモ
リ用の短波長レーザ光源として好適なＡＱＧａ　Ｉ　ｎ
Ｐ半導体レーザ素子に関する。

〔従来の技術〕

従来、横モード制御構造を有するＡＱＧａ　Ｉ　ｎＰ半
導体レーザについては、エレクトロニクス・レタース２
３　（１９８７年）第９３８頁から第９３９頁（Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ、　Ｉ、ｅｔｔ、　２３　（１９８７）　ｐ
ｐ９３８−９３９）において論じられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ光導波層中のキャ
リア濃度が最大でも２〜３Ｘ１０１７ｃｍ′−３と低く
、素子抵抗が約１０Ωと高いため、レーザ発振最高温度
及び信頼性を十分得ることができないという問題があっ
た。

本発明の目的はｐ型ＡｆｌＧａ　Ｉ　ｎＰ混晶の有効キ
ャリア濃度を高くでき、素子抵抗を低減できる素子構造
及びその製造方法を提供することにある。

また、レーザ発振最高温度及び信頼性を向上させること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、ｎ型不純物を水素化合物の形で含むｎ型混
晶をｐ型ＡｌＧａＩｎＰ混晶上に積層させることにより
達成できる。

また、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ混晶キャリア濃度をさらに向
上させるためには、アニール効果が有効である。すなわ
ち、上記の目的とする多層をエピタキシャル成長した後
、続いて同じ成長炉において温度範囲２００〜９００℃
、特に７００〜９００℃範囲で時間１０〜６０分の範囲
でアニルを行なうと良い。

〔作用〕

ｎ型不純物が水素化合物としてドーピングされるｎ型混
晶をｐ型ＡｕＧａＩｎＰ混晶の上部に成長することによ
り、該ｎ型混晶中に分解され吸蔵されている水素分子が
ｐ型ＡｆｉＧａ　Ｉ　ｎＰ混晶中へ拡散していく。この
水素分子の拡散により、ｐ型ＡＲＧａｌｎＰ混晶中にお
いて格子間サイトに位置していたｎ型不純物Ｚｎの拡散
が促進され、格子サイトに置換してイオン化し、活性化
率が向上する。この効果を有効に得るためには、ｎ型混
晶中にドーピングする水素化合物ｎ型不純物量はできる
だけ多いことが望ましい。

また、ｐ型ＡｆｆＧａ　Ｉ　ｎＰ混晶の上部にｎ型混晶
を成長した後、さらにアニールすることがキャリア濃度
を向上するのに有効である。これは温度範囲２００り９
００℃、特に６００〜９００℃の範囲でｎ型不純物の拡
散距離が大きくなり格子間サイトに位置していた不純物
が格子サイトに置換してイオン化することによると考え
られる。

なお、ｎ型混晶はｐ型ＡｌＧａＩｎＰ混晶に直接積層さ
れている必要はなく、ｎ型混晶中の水素分子が透過でき
る厚さの膜が介在していても良い。

以上の作用により、従来ｐ型Ａ　Ｑ　Ｇ　ａ　Ｉ　ｎ　
Ｐに対して最大２〜３Ｘ１０１７ｃｍ−３のキャリア濃
度しか得られなかったのに対して、約３倍の６〜９Ｘ　
１×１０１０　ｃ　ｍ−’のキャリア濃度が得られるこ
とがわかった。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第３
図は本実施例の作製工程を示す概略図である。第３図（
ａ）において、まずｐ−ＧａＡｓ基板１上にｐ−ＧａＡ
ｓバッファ層２（ｄ＝０．５〜１．０μｍ、ｎ＾＝Ｉ×
１０１７ｃｍ−’、ｐＧ　ａ　（１，ｓｌ　Ｉ　ｎ　ｏ
、ａｓ　Ｐ層３　（ｄ＝０．１〜０．２μｍ、ｎ＾＝Ｉ
×１０１７ａｍ−３）、ｐ　　（ＡｌｘＧａ１−ｘＧ　
ａｌ−ｘ）　ｙ、ｓｘ　Ｉ　ｎｏ、、、Ｐクラッド層４
（ｄ＝０．６〜０．９ｐｍ、　ｎ＾：：２〜３×１０１
７ｃｍ−’）、ｐ−Ｇａ、、、ＩＩ　ｎｏ、、、Ｐ薄膜
層５（ｄ　＝Ｏ，ＯＯ２〜０．００６　ａｍ、　ｎ＾＝
８　Ｘ　１×１０１０〜Ｉ　Ｘ　１×１０１０ｃｍ−”
）　、　ｎ−Ａ　ＱｅＬＧ　ａ□−ａＡ　ｓ（０＜　ａ
　＜　１　）或はｎ　　（Ａ　Ｑ　ＸＧ　ａｘ−ｘ）　
ａ、ｓｘ　Ｉｎ。、。Ｐ　（０＜　ｘ　＜　１　）キャ
ップ層１４　（ｄ＝０゜５〜１　μｍ、　ｎｏ＝　Ｉ　
Ｘ　１×１０１０〜５　Ｘ　１×１０１００ｍ３）を順
次有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）　、分子線エピタキ
シー（ＭＢＥ）或はガスソース分子線エピタキシー（Ｍ
ＯＭＢＥ）法により成長温度６５０〜７００℃において
エピタキシャル成長する。このとき、ｎ型不純物はＳｅ
であリセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）の水素化合物として導
入し、ｐ型不純物はＺｎでありジメチル会えん（ＤＭＺ
；ｄｉｍｅｔｈｙｌ　ｚｉｎｃ）の有機金属化合物の形
で導入している。続いて同じ成長炉において、温度７０
０〜９００℃の範囲で１０〜３０分間アニールを行う。

このときの雰囲気は、キャップ層１４の材料がｎ−ＡＱ
ａＧａ、−、ｚＡｓの時はヒ素雰囲気を用い、ｎ　　（
ＡＩｉｌｘ、Ｇａｚ−ｘ）　ａ、ｓｚＩ　ｎ、、ｓＰの
時はリン雰囲気を用いる１次に、第３図（ｂ）において
、成長炉よりエピタキシャル成長したウェハを取り出し
、硫酸系、リン酸系或はハロゲン酸系溶液によりｎ−Ａ
　Ｑ、Ｇ　ａｉ、Ａ　ｓ或はｎ−（Ａ　Ｑ　ｘＧ　ａ　
１−Ｘ）　０．５１Ｉｎ０．４９Ｐ層から成るキャップ
層１４をエツチング除去する。次に、第３図（ｃ）にお
いて、５ｉｎ２絶縁膜１５（ｄ＝ｏ、２〜０．３μｍ）
を形成しリソグラフィーによりレジスト膜１６をパター
ニングする。さらに、第３図（ｄ）において弗酸系溶液
によりＳｉＯ□絶縁膜１５をエツチングしこれをマスク
としてハロゲン酸系溶液により層３，４．５をエツチン
グ除去し、順メサ状のリッジストライプを形成する。

次にレジスト１６を除いた後、Ｓ　ｉ　Ｏ，絶縁膜マス
ク１５を残したまま、ｎ−ＧａＡｓ光吸収兼電流狭窄Ｎ
６　（ｄ＝０．６〜１．２μｍ、ｎｏ＝２〜４Ｘ　１．
×１０１０　ｃ　ｍ−３）を選択成長し、リッジ段差を
平坦に埋め込む。（第３図（ｅ））その後、Ｓ　ｉ　Ｏ
２絶縁膜マスク１５を除去し、ｐ−（Ａ　Ｑ　ｘＧ　ａ
　、−ｘ）　１１．ｓＬ　Ｉ　ｎａ、＊＊　Ｐクラッド
層７（ｄ＝０．２〜０．５　μｍ、ｎ＾＝２〜３×１０
１７ｃｍ−３）、アンドープ（Ａ　Ｑ　ｘＧ　ａ　Ｌ−
Ｘ）　ａ、５ｘＩｎ０．４９Ｐ活性Ｎ８　（ｄ　＝　０
　、０３〜０　、０８　ｔｔ　ｍ　。

ｙ＝ｏ）ｎ　　（Ａ（ＩｘＧａｔ−ｘ）ｏ、５ｚＩｎｏ
、＊ｓＰクラッド層９　（ｄ＝０．８〜１．０μｍ、ｎ
ｏ＝７〜９　Ｘ　１０１７ｃ　ｍ−’）　ｎ　　Ｇ　ａ
ｌ、’、、、Ｉ　ｎ０．５１Ｐ層１０（ｄ＝０．１〜０
．２μｍ、ｎＤ＝１〜２×１×１０１０ｃｍ−３）ｎ−
ＧａＡｓキャップ層１１（ｄ＝１．０〜３．０μｍ、ｎ
ｏ＝４〜６×１０１７ｃｍ−３）を順次エピタキシャル
成長し、続いて同じ成長炉において温度７００〜９０℃
の範囲で１０〜３０分アニールを行う（第３図（５））
。

次に、第３図（ｇ）において、ｎ電極１２及びｐ電極１
３を蒸着し、骨間スクライブすることにより第１図の素
子を切り出す。

本実施例において、従来ではｐ　− （Ａ　Ｑ　ｘＧ　ａ　ｚ−ｘ）　ｏ、ｓｌ　Ｉ　ｎ　Ｏ
，。Ｐクラッド層４及び７のキャリア濃度を最大２〜３
×１０１７ｃｍ””でしかなかったのに対し、このキャ
リア濃度を最大６〜９×１０１７ｃｍ−’に高めること
が可能であった。このため、ｐ　（Ａ　ＱｘＧ　ａｘ−
ｘ）　ｏ、ｓｌｌ　ｎ０．４９Ｐクララド層の抵抗率を
低減できるので素子抵抗を従来の８〜１０Ωであったの
を４〜５Ωに小さくすることができた。本素子の閾値電
流は２０〜５０ｍＡであり、レーザ発振最高温度を１０
０〜１２０℃に向上させることができた。また、素子の
信頼性に関しては、素子の両端面に非対称コーティング
を施した場合、温度５０℃における２０ｍＷの定光出力
動作を１０００時間以上続けても顕著な劣化は見られな
かった。

実施例２ 本発明の他の実施例を第２図を用いて説明する。

本実施例では逆メサ状のりッジストライプを形成する以
外は、実施例１と全く同様の方法により作製する０本素
子では実施例１の素子と同様の効果が得られた。さらに
、光出力１〜１０ｍＷの範囲において非点隔差は２〜４
μｍであった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、Ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ混晶のキャリア濃
度が６〜９×１０１７ｃｍ−と従来の３倍近く向上でき
るので低抵抗率のｐ型ＡＱＧａ　Ｉ　ｎＰ混晶を得るこ
とができ、素子抵抗を４〜ＳΩに小さくできる効果があ
る。このため、素子のレーザ発振最高温度を１００〜１
２０℃に向上させることができ、素子の信頼性において
は素子の両端面に非対称コーティングを施した場合、温
度５０℃で２０ｍＷの定光出力動作で１０００時間以上
経過しても顕著な劣化は見られなかった。

なお、素子構造は上記実施例に限らないことはいうまで
もない、また、素子の導電型を逆にしても良い。さらに
は、−例としてＡｌＧａＩｎＰ混晶系の半導体レーザに
ついて説明したが、主にＰを含むＩ　ｎＧａＡｓＰｅ　
ＡＱＧａ　ＩｎＰ系についても同様のことが言える。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、各々本発明の実施例１及び実施例
２の縦断面図、第３図は本発明の素子作製の一例を示す
プロセス工程図である。 １−　Ｐ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、２−　Ｐ　−Ｇ　ａ
　Ａ　ｓバラフッ層−３’：’　Ｐ　　Ｇ　ａａ、ｓｔ
　ｒ　ｎａ、０Ｐ層・４−　ｐ　　（Ａ　Ｑ　ｘＧ　ａ
ｘ−ｘ）　ａ、ｓｌ　Ｉ　ｎａ、＊ｓ　Ｐクララド層、
５−　ｐ　−Ｇ　ａ０．５１Ｉｎｏ４．Ｐ薄膜層、６・
・・ｎ−ＧａＡｓ光吸収兼電流狭窄層、７・・・ｐ−（
Ａ　Ｑ　ｘＧ　ａ　、−ｘ）　ａ、ｓｔ　Ｉ　ｎａ、＊
ｓ　Ｐクララド層、８−　（Ａ　Ｑ　ｘＧ　ａｚ−ｘ）
　ｏ、ｓｚ　Ｉ　ｎｏ、＋ｓ　Ｐ活性層、９−ｎ　　（
ＡＩ２ｘＧａｘ−ｘ）ｏ、５ｚＩｎｏ、ｎｓＰクラッド
層、１０　・・・ｎ　　Ｇ　ａｏ、ｓ□Ｉ　ｎ＋１．４
９　Ｐ　Ｍ−工１・・・ｎ−ＧａＡｓキャップ層、１２
・・・ｎ電極、１３−ｐｌｔ！、１４−ｎ−ＡＱ、Ｇａ
１−αＡｓＳキャラ層或はｎ　　　（Ａ　ＱｘＧ　ａｌ
−ｘ）　ｏ、ｓｚ　Ｉ　ｎ。、、、Ｐキャップ層、１５
・・・５ｉｎ２絶縁膜、１６・・・レジスト。 ／ｒ　　し／スＦ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＡｌＧａＩｎＰ半導体レーザ素子において、ｐ型Ａ
   ｌＧａＩｎＰ半導体層の上部に少なくともｎ型不純物が
   水素化合物の形で導入されたｎ型半導体層を設けてある
   ことを特徴とする半導体レーザ素子。 ２、半導体基板上にバンドギャップの小さい半導体発光
   活性層を、下側に設けたバンドギャップの大きいｐ型ク
   ラッド層と上側に設けたバンドギャップの大きいｎ型ク
   ラッド層によりはさみ込むか、或は該半導体活性層を下
   側に設けたｎ型クラッド層と上側に設けたｐ型クラッド
   層によりはさみ込みさらに上側のｐ型クラッド層上部に
   ｎ型半導体層を積層して形成されるダブルヘテロ構造に
   関してｎ型半導体層にドーピングされる不純物を水素化
   合物の形で導入し気相成長法により該ダブルヘテロ構造
   をエピタキシャル成長して設けることを特徴とするＡｌ
   ＧａＩｎＰ半導体レーザ素子の製造方法。 ３、特許請求の範囲第２項記載の半導体レーザ素子の製
   造方法において、ｐ型基板上においてリッジ状ストライ
   プ構造が形成される基板と同じ導電型のクラッド層に対
   し、不純物をドープする濃度を８×１０＾１＾７〜５×
   １０＾１＾９ｃｍ＾−＾３の範囲とし、リッジ状ストラ
   イプ構造が形成された後に積層される同じ導電型のクラ
   ッド層にドープする不純物濃度よりも高くすることを特
   徴とする半導体素子の製造方法。 ４、特許請求の範囲第３項記載の半導体レーザ素子の製
   造方法において、積層されるｎ型混晶半導体即ちｎ型（
   Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘ）＿０＿．＿５＿１Ｉｎ＿０
   ＿．＿４＿９Ｐ（０＜ｘ≦１）層或はｎ型Ａｌ＿αＧａ
   ＿１＿−＿αＡｓ（０≦α≦１）層に対してｎ型不純物
   をドーピングして上記リッジ状ストライプ構造のｐ型Ａ
   ｌＧａＩｎｐクラッド層のキャリア濃度を５×１０＾１
   ＾７〜１×１０＾１＾９ｃｍ＾−＾３の範囲とすること
   を特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 ５、特許請求の範囲第３項記載の半導体レーザ素子に製
   造方法において、ｐ型半導体基板を用いてｐ型クラッド
   層を積層しさらにｎ型混晶半導体を積層した後、リッジ
   状ストライプ構造を設ける以前において温度２００〜９
   ００℃の範囲で熱処理を行うことを特徴とする半導体レ
   ーザ素子の製造方法。 ６、特許請求の範囲第４項記載の半導体レーザ素子の製
   造方法において、上記リッジ状ストライプ構造ｐ型（Ａ
   ｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘ）＿０＿．＿５＿１Ｉｎ＿０＿
   ．＿４＿９Ｐクラッド層と上記ｎ型混晶半導体層の間に
   ｐ型Ｇａ＿０＿．＿５＿１Ｉｎ＿０＿．＿４＿９Ｐ薄膜
   層を形成し、該ｐ型Ｇａ＿０＿．＿５＿１Ｉｎ＿０＿．
   ＿４＿９Ｐ薄膜層の膜厚を２〜１０ｎｍの範囲とし、ｐ
   型の不純物のドーピング濃度を１×１０＾１＾０〜５×
   １０＾１＾３ｃｍ＾−＾３の範囲とすることを特徴とす
   る半導体レーザ素子の製造方法。