JPH04105384A - 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
無秩序化されることが知られている。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エ
レクトロニクスレターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ）の１９８６年、第２２巻、１１１７頁に
報告されている。この半導体レーザの製造方法は、ｎ型
Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板上にｎ型クラッド層を約１μｍと、
Ｇ　ａ　Ａ　ｓ量子井戸層とＡβ。２　Ｇ　ａ　ｏ、ｓ
　Ａ　ｓバリア層とからなる量子井戸活性層と、厚さ約
１μｍのｐ型りラッド層と、厚さ約１０００人のＧａＡ
ｓキャップ層とをそれぞれ順次形成し、その後ｎ型クラ
ッド層の途中までメサ状エツチングし、Ｚｎを全面に拡
散させて量子井戸構造を選択的に無秩序化する製造方法
となっている。

また、不純物を導入することにより量子井戸構造が無秩
序化されることを利用した量子井戸構造を有するウィン
ドウストライプ半導体レーザの製造方法の一例がジャパ
ニーズ・ジャーナル・オブ・アプライドフィジックス（
Ｊｐｎ、Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ）の１９８５年、第２
４巻、Ｌ６４７頁に報告されている。この半導体レーザ
の製造方法においては、ｐ型ＧａＡｓ基板上にｐ型りラ
ッド層を約３μｍとｐ型カイト層を約０．１μｍと、Ｇ
ａＡｓ量子井戸ＨとＡ　１１１２　Ｇ　ａ　ａ、ｓ　Ａ
　Ｓバリア層とからなる量子井戸活性層と、厚さ約０．
１μｍのｎ型ガイド層と、厚さ約１μｍのｎ型クラッド
層と、厚さ約１μｍのＧａＡｓキャップ層とをそれぞれ
順次形成し、その後長方形状マスクを用いてＺｎ拡散を
ｐ型りラッド層まで行い不純物導入領域を形成し、量子
井戸活性層を選択的に無秩序化して埋め込み構造及びウ
ィンドウ領域を形成する。次に、上記長方形状マスクに
合わせてＳｉＯ□ストライプ電極を形成し、Ｚｎ拡散を
施こした部分をへき関することによりウィンドウ構造半
導体レーザが完成する。

〔発明が解決しようとする課題〕

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Ｚｎ拡散領域がストライプの横方向に全面的に拡がっ
ており、しかもこの領域は高濃度であるため抵抗が小さ
い。そのため、量子井戸構造をう回してこの領域を流れ
るもれ電流が大きく、閾値電流が増大するという問題点
があった。

また、ｐ側コンタクト電極はメサの上面にのみ形成する
必要があるが、メサストライプ幅が狭くなると通常のフ
ォトリソグラフィ法では形成が困難となり、複雑な製造
プロセス工程を要するという問題点があった。

次に、上述した従来のウィンドウ構造の半導体レーザの
製造方法では、ウィンドウ領域の長さはへき開によって
決るので数１０μｍ必要となる。

ところがウィンドウ領域はＺｎ拡散のために正孔濃度が
高く自由キャリア吸収が大きいため、ウィンドウ領域が
数１０μｍもあるという閾値電流が上昇し、微分量子効
率低減するという問題点があった。また、へき開のバラ
ツキのためにウィンドウ領域の長さの制御性が悪いとい
う問題点があった。本発明の目的は、もれ電流が低減で
き、低閾値電流で発振し、しかもコンタクト電極の形成
が容易である半導体レーザの製造方法を提供することに
ある。

また、本発明の目的はウィンドウ領域の吸収損失が小さ
く、しかもウィンドウ領域の長さを制御性よく形成出来
る半導体レーザの製造方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は２つあり、その１つは、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であって、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
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、この工程の後に少くとも量子井戸活性
層に達するまでエツチング除去された溝領域にはさまれ
たストライプ状の発光領域を形成する工程とこの工程の
後に少くとも絶縁膜を含む相互拡散促進層を全面に形成
する工程とこの工程の後に成長表面部分の相互拡散促進
層のみを除去する工程と、この工程の後に熱処理をほど
こし、前記溝領域にのみ半導体変成層を形成し、ストラ
イプ側面近傍の量子井戸活性層を部分的に無秩序化する
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
法である。

第２の本発明は、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、この工程の後に少くとも量子井戸活性層に達す
るまでエツチング除去された溝領域に囲まれた矩形状の
発光領域を形成する工程と、この工程の後に少くとも絶
縁膜を含む相互拡散促進層を全面に形成する工程と、こ
の工程の後に熱処理をほどこし、前記溝領域に半導体変
成層を形成し、少くとも共振器端面となる側面近傍の量
子井戸活性層を部分的に無秩序化す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である。

〔作用〕

埋め込み構造の形成には量子井戸活性層の側面を無秩序
化することが簡便で有効な手法であるが、このとき不純
物を用いるとこの層が高濃度となるため、この層を通っ
て流れる漏れ電流の発生や吸収損失の増大などが生じ望
ましくない。しかし本発明の半導体レーザの製造方法に
よれば、相互拡散促進層より格子欠陥が導入されること
により量子井戸構造が無秩序化されるので上述の様な問
題は生じない。ただしこの場合、成長表面からも格子欠
陥が導入されると、発光領域の活性層にも影響がおよび
発光効率の低下をまねいたり、また電極部のコンタクト
抵抗の増大を生じる。しかしながら本発明の半導体レー
ザの製造方法によれば、以下に記すように発光効率の低
下やコンタクト抵抗の増大をまねくことなく良好な埋め
込み構造を形成することが出来、しかも、ストライプ幅
が狭くてもコンタクト電極を容易に形成することが出来
る。まず溝領域の面積はウェーノ・−全体に比べて著し
く小さいので、１回の工程でフナ）　ｌ／シストを平坦
に塗布することができる。この後、上記フォトレジスト
をドライエツチング法等により平行にエツチングするこ
とにより、成長表面のみを露出させることが筒便な製造
プロセス工程で実現できる。したがって、あらかじめ全
面に付着させておいた絶縁膜の成長表面部分のみをエツ
チング除去することが可能となる。この後に熱処理をほ
どこすと、絶縁膜中より空孔等の格子欠陥が導入される
ため、半導体変成層が形成され、量子井戸活性層の側面
は無秩序化して埋め込み構造が形成される。この時、絶
縁膜は溝領域にのみ形成されているので成長表面からの
欠陥の導入は生じない。

従って発光効率の低下及びコンタクト抵抗の増大等をま
ねくことなしに良好な埋め込み構造を形成することが出
来る。この後に、電極を形成すればストライプ上部にコ
ンタクト電極を形成することが出来る。次に共振器端面
に相互拡散促進層を形成し熱処理により格子欠陥を導入
することにより、共振器端面近傍の量子井戸活性層を無
秩序化し、ウィンドウ領域を形成することが出来る。こ
の時ウィンドウ領域には不純物は導入されないので吸収
損失の増大は起こらず、閾値の増大、量子効率の低下な
どの問題は生じない。またウィンドウ領域の長さは格子
欠陥の拡散距離で決まるため、熱処理条件により制御性
良く形成することが出来る。

〔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ための各製
造工程における半導体レーザ結晶の断面図である。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１〜３×１０”ｃｍ−３でＡｕ組成比Ｘが０．
５〜０．７であるＡρｘ　Ｇ　ａ　１−ｘ　Ａ　ｓから
なるｎ型クラッド層２を約１μｍ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１×１０１７０−
３でｎ型のＡ　１２１３Ｇ　ａ　ｍ？　Ａ　ｓ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×１０１７ｃｍ−３でｐ型のＡ　Ｉ
Ｉ　Ｑ、３０　ａ　ｏ−ｒ　Ａ　Ｓ閉じ込め層約１００
０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のクラブト層として不純物濃度
が１〜３　Ｘ　Ｌ　Ｏ”ａｍ−３でＡ１組成比Ｘが０５
〜０．７であるＡ　Ｉ！　ｘ　Ｇ　ａ　＋−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上に不純物濃度が約ＩＸ　１０　”Ｃｍ−３
でｐ型のＧａＡｓキー？ツブ層５を約１０００〜５００
０人形成する。

これまでの工程は成長室において分子線エピタキシー（
ＭＥＥ）法等により行う。次に成長した基板上にＳｉＯ
２，ＳｉＮ等の絶縁膜あるいはフォトレジストを約３０
００人〜５μｍ形成し、フォトリングラフィ法により幅
約３μｍ〜１０μｍ２間隔１μｍ〜１００μｍの平行な
２本のストライプ状領域を除去し、マスク６を形成する
。

その後このマスク６を用いてＣＩ！２プラズマによる反
応性イオンビームエツチング（ＲＩＥＥ）法等のドライ
エツチング技術により、少くとも量子井戸活性層３が露
出するまでエツチングを行い、溝領域７を形成する（第
１図（ａ））。この時この溝領域７にはさまれたストラ
イプ状の発光領域８が形成される。この後に５ｉＣｈま
たはＳｉＮ膜等の絶縁膜９を全面に形成し、その後フォ
トレジスト１０を溝領域７が埋まるように全面に塗布す
る。

この時溝領域７の面積はウエーノ・全体に対して著しく
小さいためフォトレジスト１０の粘性によりフォトレジ
スト１０はほぼ平坦に塗布される（第１図（ｂ））。こ
の後に酸素イオン１１を用し・た反応性イオンビームエ
ッチンク（ＲＩ　Ｅ）等のドライエツチング技術を用い
、成長表面が露出するまでフォトレジスト１０をエツチ
ング除去する（第１図（Ｃ））。この後、成長表面に露
出した絶縁膜９のみを除去する。この工程の後に例えば
フェイス・トウ・フェイス法等を用い、７００℃〜９０
０℃とで熱処理をほどこす。この工程により絶縁膜９中
がら空孔等の欠陥が導入され、溝領域７の部分のみに半
導体変成層１２が形成され、発光領域８の側面近傍の量
子井戸活性層は無秩序化され、埋め込み構造が形成され
る（第１図（ｄ））。この時、絶縁膜は成長表面には存
在しないので成長表面からは欠陥が導入されず発光効率
の低減、電極コンタクト抵抗の増大等の問題は生じない
。この後にｎ側電極１３としてＣＦ　／　Ａ　ｕを全面
に形成した後に、フォトリングラフィ法によりストライ
プ状の発光領域８以外のＣｔ　／　Ａ　ｕをエツチング
除去する。最後にｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面にｎ側電極
１４としてＡ　ｕ　Ｇ　ｅ　Ｎ　ｉ　／　Ａ　ｕ　Ｎ　
ｉを形成し、第１図（ｅ）に示す半導体レーザが完成す
る。

次に、もう１つの本発明の実施例について説明する。第
２図（ａ）　、　（ｂ）は本発明の一実施例を説明する
ための半導体レーザの斜視図及び断面図である。まず、
先の実施例と同様に、各半導体層を成長する。次に成長
した半導体層の表面にＳ　ｉＯ２１ＳｉＮ等の絶縁膜あ
るいはフォトレジストを約３０００人〜５μｍ形成し、
フォトリングラフィ法により幅約３μｍ〜１０μｍの矩
形状の領域を除去し、マスクを形成する。その後このマ
スクを用いて（１２プラズマによる反応性イオンビーム
エツチング（ＲＩＢＥ）法等のドライエツチング技術に
より少くとも量子井戸活性層が露出するまでエツチング
を行い、溝領域７を形成する。この時この溝領域７に囲
まれた矩形状の発光領域８と、共振器端面１５を同時に
形成することが出来る。

この後に５ｉＯｚまたはＳｉＮ膜等の絶縁膜９を全面に
形成する。その後前記実施例と同様にして成長表面に露
出した絶縁膜９のみを除去し、熱処理をほどこすことに
より、溝領域７の部分のみに半導体変成層１２を形成す
る。この時矩形状の発光領域８の側面と共振器端面１５
の近傍の童子井戸活性層が無秩序化され、埋め込み構造
とウィンドウ領域１６を同時に形成することが出来る。

この時ウィンドウ領域１６は格子欠陥の導入により形成
されているため、不純物導入による自由キャリア損失の
増大等の問題は生じない。またウィンドウ領域１６の長
さは熱処理条件により制御性良く形成することが出来る
。さらに共振器端面１５の片側の絶縁膜９の厚さをλ／
４ｎ（λ：量子井戸活性層の禁止帯幅でほぼ決るレーザ
発振波長。

ｎ：絶縁膜の屈折率）とすればこの共振器端面は無反射
となるので、この共振器端面をレーザ光出射側とすれば
高出力光が得られる。

最後に前記実施例と同様にして電極を形成し、出射側の
共振器端面が露出するようにへき開するか或は共振器端
面前方の半導体層をエツチング除去することによりウィ
ンドウ型半導体レーザが完成する。

上記実施例において量子井戸活性層は単一量子井戸とし
たがこれにかぎ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材料系はＧ　ａ　Ａ　ｓ　／　Ａ　
ｌｌＧａＡｓ系としたがこれに限らず他の材料系２例え
ばＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系においても本発明は適用で
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によればもれ電流が低減で
き、低閾値電流で発振し、しかもコンタクト電極の形成
が容易である半導体レーザが簡便な製造プロセス工程で
得られる。また、本発明によればウィンドウ領域の吸収
損失が小さくしかもウィンドウ領域の長さを制御性よく
形成出来る半導体レーザが簡便なプロセス工程で得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１区は第１の本発明の一実施例を説明するための半導
体レーザの製造途中における断面図である。第２図（ａ
）　、　（ｂ）は第２の本発明の一実施例を説明するた
めの半導体レーザの斜視図及び断面図である。図中、ｌ
はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型クラッド層、３は量子井
戸活性層、４はｐ型りラッド層、５はＧ　ａ　Ａ　ｓキ
ャップ層、６はマスク、７は溝領域、８は発光領域、９
は絶縁膜、１０はフォトレジスト、１１は酸素イオン、
１２は半導体変成層、１３はｐ側電極、１４はｎ側電極
、１５は共振器端面、１６はウィンドウ領域である。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋 （ｄ） に） 党　１　図 尤　　１　　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）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、この工程の後に、
   少くとも量子井戸活性層に達するまでエッチング除去さ
   れた溝領域にはさまれたストライプ状の発光領域を形成
   する工程と、この工程の後に、少くとも絶縁膜を含む相
   互拡散促進層を全面に形成する工程と、この工程の後に
   、成長表面部分の相互拡散促進層のみを除去する工程と
   、この工程の後に、熱処理をほどこし、前記溝領域にの
   み半導体変成層を形成し、ストライプ側面近傍の量子井
   戸活性層を部分的に無秩序化する工程とを少くとも有す
   ることを特徴とする半導体レーザの製造方法。
2. （２）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、こ
   の工程の後に、少くとも量子井戸活性層に達するまでエ
   ッチング除去された溝領域に囲まれた矩形上の発光領域
   を形成する工程と、この工程の後に、少くとも絶縁膜を
   含む相互拡散促進層を全面に形成する工程と、この工程
   の後に、熱処理をほどこし、前記溝領域に半導体変成層
   を形成し、少くとも共振器端面となる側面近傍の量子井
   戸活性層を部分的に無秩序化する工程とを少くとも有す
   ることを特徴とする半導体レーザの製造方法。