JPH04275478A - 面発光半導体レーザの製造方法 - Google Patents

面発光半導体レーザの製造方法

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JPH04275478A
JPH04275478A JP3699391A JP3699391A JPH04275478A JP H04275478 A JPH04275478 A JP H04275478A JP 3699391 A JP3699391 A JP 3699391A JP 3699391 A JP3699391 A JP 3699391A JP H04275478 A JPH04275478 A JP H04275478A
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semiconductor
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film
light emitting
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Noboru Hamao
浜尾 昇
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    • H01S2301/00Functional characteristics
    • H01S2301/17Semiconductor lasers comprising special layers
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    • HELECTRICITY
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    • H01S5/2068Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion obtained by radiation treatment or annealing

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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光交換または光情報処理
装置等で利用される半導体レーザに関し、特に半導体基
板に垂直方向にレーザ発振光が出射される面発光レーザ
に関する。
【0002】
【従来の技術】格子欠陥あるいは不純物を導入すること
により量子井戸活性層の側面を無秩序化し埋め込み構造
を形成した面発光レーザが知られており、その製造方法
の一例が特願平2−164402号明細書に報告されて
いる。
【0003】この面発光レーザの製造方法においては、
まずn型GaAs基板上にn型のGaAsとAlAsを
交互に約20周期程度積層したn型半導体多層反射膜と
In0.2 GA0.8 As約100A(オングスト
ローム、以下Aとかく)からなる量子井戸活性層と、p
型のGaAsとAlAsを交互に約20周期程度積層し
たp型半導体多層反射膜とを順次形成する。
【0004】この後に反応性イオンビームエッチング(
RIBE)法により溝領域に囲まれた円柱状の発光領域
を形成し、次にこの溝領域にのみSiO2 膜を形成す
る。この後に熱処理を施し、発光領域側面の量子井戸活
性層を無秩序化し、埋め込み構造を形成する製造方法と
なっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
面発光レーザの製造方法においては、側面の半導体変成
層が発光領域の表面に露出している。一般にSiO2 
膜やSiN膜を相互拡散促進層に用いた場合には熱処理
する格子欠陥の導入とともにSi原子も拡散するためp
型半導体多層反射膜側面の半導体変成層もn型の導電性
を示す。従って、発光領域表面に露出した半導体変成層
とp側電極が接触し、この半導体変成層を通って流れる
漏れ電流が生じるという問題点があった。
【0006】また、上記問題点を回避するため、p型半
導体多層反射膜の側面には半導体変成層が形成されない
ように、p型半導体多層反射膜側面のSiO2 膜を除
去すればよいが、ウェットエッチングではサイドエッチ
ングが大きく制御性が悪いためp型半導体多層反射膜の
側面のSiO2 膜のみをエッチングするのは困難であ
る。 また、反応性イオンエッチング(RIE)等のドライエ
ッチングを用いてp型半導体多層反射膜側面のSiO2
 膜をエッチングすると、活性層側面のSiO2 膜界
面にもイオン衝撃によるダメージ等が入り、熱処理時に
SiO2 膜がはがれ、そのため量子井戸の無秩序化が
出来ないという問題点があった。
【0007】本発明の目的は、半導体変成層を通して流
れる漏れ電流が生ぜず、そのため閾値電流が小さい面発
光半導体レーザの製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は第1導電型の半
導体基板上に、第1導電型の半導体多層反射膜を形成す
る工程と、この工程の後に少くとも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、第2導電型の半導
体多層反射膜を形成する工程と、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
発光領域を形成する工程と、少な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、熱処理を施こし
該相互拡散促進層との界面近傍の半導体層に半導体変成
層を形成し、該発光領域側面の量子井戸活性層を部分的
に無秩序化する工程と、少なくとも第2導電型の半導体
多層反射膜側面の相互拡散促進層を含み、かつ該量子井
戸活性層側面近傍以外の相互拡散促進層をエッチング除
去する工程と、少なくとも第2導電型の半導体多層反射
膜側面の該半導体変成層の一部を除去する工程とを有す
ることを特徴とする面発光半導体レーザの製造方法であ
る。
【0009】
【作用】本発明の面発光半導体レーザの製造方法によれ
ば、第2導電型の半導体多層反射膜側面の半導体変成層
の少なくとも一部はエッチング除去されているので、第
2導電型の電極層から半導体変成層を通じ、活性層を迂
回して流れる電流経路は生じない。従って漏れ電流の発
生をまねくことなく埋め込み構造を形成することが出来
る。本発明では半導体変成層を形成後、漏れ電流経路と
なる、発光領域の側面の一部の半導体変成層を除去する
ので、制御性、再現性が良好である。
【0010】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照にし
て詳細に説明する。図1から図5は本発明の一実施例を
説明するための面発光半導体レーザの製造工程の断面図
である。
【0011】まずn型GaAs基板1上にn型AlAs
層2及びn型GaAs層3を各々厚さλ/(4nr )
(λ:活性層の禁止帯幅でほぼ決まるレーザ発振波長;
nr 半導体各層の屈折率)だけ形成する。この後に上
記工程を繰り返し約20周期程度積層することによりn
型半導体多層反射膜4を形成する。
【0012】次にこのn型半導体多層反射膜4の上にn
型クラッド層5としてn型Alx Ga1−x As(
x=0.3〜0.7)層を約500A(オングストロー
ム)〜1μm形成する。このn型クラッド層5の上に例
えば厚さ約100AのIny Ga1−y As(y=
0.05〜0.5)量子井戸層と厚さ約30〜200A
のGaAs閉じ込め層からなる量子井戸活性層6を形成
する。この量子井戸活性層6の上にp型クラッド層7と
してp型Alz Ga1−z As(z≒0.3〜0.
7)層を約500A〜1μm形成する。このp型クラッ
ド層7の上にp型AlAs層8とp型GaAs層9を各
々厚さλ/(4nr )(λ:活性層の禁止帯幅でほぼ
決まるレーザ発振波長;nr ;半導体各層の屈折率)
だけ形成し、上記工程を繰り返し約10〜20周期程度
積層することによりp型半導体多層反射膜10を形成す
る。このp型半導体多層反射膜10の上にキャップ層1
1としてp型GaAsを約500〜5000A形成する
。これまでの工程は例えば分子線エピタキシー(MBE
)法等の結晶成長方法を用いて行なう。
【0013】次に成長した基板上にSiO2 、SiN
等の絶縁膜あるいはフォトレジストを約3000A〜5
μm形成し、フォトリソグラフィ法により内径1μm〜
100μm、外径約10μm〜150μm程度のドーナ
ツ状の領域を除去し、同心円状のマスク12を形成する
。 その後このマスク12を用いてCl2 プラズマによる
反応性イオンビームエッチング(RIBE)法等のドラ
イエッチング技術により、少くとも量子井戸活性層6が
露出するまでエッチングを行い溝領域13を形成する。 こうして図1に示されるようにこの溝領域13に囲まれ
た円柱状の発光領域14が形成される。
【0014】この後にSiO2 またはSiN膜等の絶
縁膜15を全面に形成し、この工程の後に例えばフェイ
ス・トゥ・フェイス法等を用い、700℃〜900℃で
熱処理をほどこす。この工程により絶縁膜15中から空
孔等の欠陥が導入され溝領域13の部分のみに半導体変
成層16が形成され、発光領域14の側面の量子井戸活
性層は無秩序化され、図2のような埋め込み構造が形成
される。
【0015】この後にフォトレジストを溝領域13が埋
まるように全面に塗布する。この時、溝領域13はウェ
ーハー全体に対して著しく小さいため、フォトレジスト
の粘性によりフォトレジストはほぼ平坦に塗布される。 この後に酸素イオンを用いた反応性イオンエッチング(
RIE)等のドライエッチング技術を用い、p型半導体
多層反射膜10の側面が露出するまでフォトレジストを
エッチング除去する。
【0016】この後に露出した成長表面及びp型半導体
多層反射膜10の側面の絶縁膜15をCF4 ガスを用
いた反応性イオンエッチング(RIE)等のドライエッ
チング技術を用いて図3のように除去する。このとき量
子井戸活性層6と絶縁膜15との界面にイオン衝撃が入
り密着性が悪くなっても、この後のプロセス工程では高
温熱処理はないので、絶縁膜15がはがれるという問題
は生じない。
【0017】この後に露出した成長表面及びp型半導体
多層反射膜10の側面に形成された半導体変成層16を
例えばリン酸と過酸化水素と水との混合液からなるエッ
チング液を用いてエッチング除去し、図4のような断面
となる。この工程により半導体変成層16は成長表面か
ら分離されるので、この半導体変成層16を通る電流経
路は遮断され、漏れ電流は生じない。
【0018】この後に例えばポリイミド等の耐熱性有機
物質を平坦化層17として用い、溝領域13を埋め、成
長表面を平坦化し、前述と同様に酸素イオンを用いた反
応性イオンエッチング(RIE)により、成長表面の半
導体層を露出させる。この後に成長表面の全面にSiN
膜18を約1000A〜5000A形成し、フォトリソ
グラフィ法により発光領域14近傍のSiN膜18をエ
ッチング除去する。
【0019】この後にp側電極19としてAuを全面に
形成し、最後にn型GaAs基板1の裏面の発光領域1
4以外の部分にn側電極20としてAuGeNi/Au
Niを形成し、図5に示す面発光半導体レーザが完成す
る。本実施例の素子では漏れ電流が著しく低減でき発振
しきい値を下げることができた。
【0020】上記実施例においては絶縁膜15を全面に
つけたまま熱処理するとしたが、これに限らず変形例と
して以下のようにしてもよい。すなわち熱処理前に成長
表面の絶縁膜15のみを上記実施例に示したのと同じ方
法で除去する。この後に熱処理を行うと、半導体変成層
16は成長表面には形成されない。熱処理の後に上記実
施例と同様にしてp型半導体多層反射膜10の側面の絶
縁膜15の一部エッチング除去する。この後に例えば塩
酸あるいはフッ酸などのAlxGa1−x As(x〜
0.4)層のみをエッチングし、GaAsはエッチング
しない選択性のあるエッチング溶液を用いて、露出した
半導体変成層16のAlAs層のみをエッチング除去す
る。
【0021】この工程により図6に示した形状となり半
導体変成層は分断されるため、漏れ電流は生じない。ま
たこのとき成長表面に露出したGaAsからなるキャッ
プ層11はエッチングされないため、層方向の成長膜厚
は変化しないので光学的成長層厚を変更することなく漏
れ電流をなくすことができる。
【0022】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、これに限らず多重量子井戸であって
も本発明は適用できる。
【0023】また上記実施例において材料系はGaAs
/AlGaAs系としたが、これに限らず他の材料系、
例えばInGaAs/InP系においても本発明は適用
できる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、漏
れ電流の発生を招くことなく埋め込み構造が形成するこ
とが出来るため発振閾値電流の小さい面発光半導体レー
ザが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を説明するための面発光半導
体レーザの一製造工程を示す断面図であり、図1から図
5までが全工程を示している。
【図2】本発明の一実施例の製造工程を説明するための
断面図である。
【図3】本発明の一実施例の製造工程を説明するための
断面図である。
【図4】本発明の一実施例の製造工程を説明するための
断面図である。
【図5】本発明の一実施例の製造工程を説明するための
断面図である。
【図6】本発明の実施例の変形例を説明するための一工
程断面図である。
【符号の説明】
1  n型GaAs基板 2  n型AlAs層 3  n型GaAs層 4  n型半導体多層反射膜 5  n型クラッド層 6  量子井戸活性層 7  P型クラッド層 8  P型AlAs層 9  P型GaAs層 10  P型半導体多層反射膜 11  キャップ層 12  マスク 13  溝領域 14  発光領域 15  絶縁膜 16  半導体変成層 17  平坦化層 18  SiN膜 19  P側電極 20  n側電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  第1導電型の半導体基板上に、第1導
    電型の半導体多層反射膜を形成する工程と、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、
    第2導電型の半導体多層反射膜を形成する工程と、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
    溝領域に囲まれた発光領域を形成する工程と、少なくと
    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
    、熱処理を行ない該相互拡散促進層との界面近傍の半導
    体層に半導体変成層を形成し、該発光領域側面の量子井
    戸活性層を部分的に無秩序化する工程と、少なくとも第
    2導電型の半導体多層反射膜側面の相互拡散促進層を含
    み、かつ該量子井戸活性層側面近傍以外の相互拡散促進
    層をエッチング除去する工程と、少なくとも第2導電型
    の半導体多層反射膜側面の該半導体変成層の一部を除去
    する工程とを有することを特徴とする面発光半導体レー
    ザの製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN111682401A (zh) * 2020-08-14 2020-09-18 江西铭德半导体科技有限公司 一种vcsel芯片及其制造方法

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