JPH04324689A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ系半導
体レーザの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＡｌＧａＩｎＰは０．６μｍ帯の波長を
有し、可視光半導体レーザの材料として用いられている
。

【０００３】図１は斯るＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ
を示し、例えば第３８回応用物理学関係連合講演会予稿
集，３０ｐ−Ｄ−１０，１００１頁に記載されている。

【０００４】図において、（１）はｎ型ＧａＡｓからな
る基板で、（１００）面から［０１１］方向に傾斜した
面を主面に持つ。

【０００５】（２）はｎ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐから
なるバッファ層、（３）はｎ型（ＡｌｙＧａ１−ｙ）０
．５Ｉｎ０．５Ｐからなるｎ型クラッド層、（４）はア
ンドープ（ＡｌｘＧａ１−ｘ）０．５Ｉｎ０．５Ｐから
なる活性層、（５）はｐ型（ＡｌｙＧａ１−ｙ）０．５
Ｉｎ０．５Ｐからなるｐ型クラッド層、（６）はｐ型Ｇ
ａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるコンタクト層で、これら
の層は周知のＭＯＣＶＤ法を用いて、基板（１）の主面
上に順次積層される。

【０００６】（７）はレーザ共振器方向に延在するスト
ライプ状のリッジで、コンタクト層（６）の表面からｐ
型クラッド層（５）内まで選択的にエッチング除去して
形成される。

【０００７】（８）はｎ型ＧａＡｓからなるブロック層
で、露出したｐ型クラッド層（５）上及びレーザ共振器
端面近傍のコンタクト層（６）上に形成される。即ち、
斯る半導体レーザは、レーザ共振器の内部に電流注入領
域（Ａ）、端面近傍に電流非注入領域（Ｂ）が形成され
た構造となる。

【０００８】（９）はブロック層（８）上及び露出した
コンタクト層（６）上に形成されたｐ型ＧａＡｓからな
るキャップ層である。

【０００９】（１０）はキャップ層（９）上に形成され
たｐ側電極、（１１）は基板（１）の他主面に形成され
たｎ側電極である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この種ＡｌＧａＩｎＰ
系半導体レーザにおいては、ＡｌＧａＡｓ系半導体レー
ザに比べ最高発振温度等の温度依存特性が低く、これが
実用化に対して大きな問題となっている。これは、活性
層とｐ型クラッド層との間の障壁差が小さく、活性層内
にキャリア（特に電子）を有効に閉じ込めることができ
ないためである。

【００１１】斯る障壁差を大きくする方法として、ｐ型
クラッド層のＡｌ組成比を大きくしてバンドギャップを
拡大する方法と、クラッド層のキャリア濃度を高くする
方法がある。

【００１２】しかし乍ら、ＡｌＧａＩｎＰにおいては、
Ｇａに対するＡｌ組成比ｙが０．７のときバンドギャッ
プは最大となり、さらにＡｌ組成比を大きくしても、こ
れ以上のバンドギャップを得ることはできない。

【００１３】そこで、クラッド層のバンドギャップを大
きくすると共に、そのキャリア濃度を大きくすることが
望まれるが、層中に取り込まれるドーパントの量はある
点で飽和する傾向にあり、このときのキャリア濃度では
、十分なキャリア閉じ込めの効果が得られなかった。

【００１４】従って、本発明は、ｐ型クラッド層による
活性層へのキャリアの閉じ込めを向上させ、半導体レー
ザの最高発振温度等の温度依存特性を改善することを技
術的課題とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、ｎ型半導体基
板の主面上に、夫々ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体から
なるｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を含む発
振層を形成する第１の積層工程と、上記発振層上にｎ型
のブロック層を形成する第２の積層工程と、上記ブロッ
ク層上にｐ型のキャップ層を形成する第３の積層工程を
含み、上記第１の積層工程と上記第３の積層工程の後に
、得られた積層基板を夫々熱処理する熱処理工程を有す
ることを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明方法によれば、２回の熱処理工程を行う
ことによって、ｐ型クラッド層のキャリア濃度を全体的
に更に高くすることができる。

【００１７】

【実施例】本発明方法の一実施例を図２乃至図８を参照
して説明する。本実施例にて作製される半導体レーザの
構造は、図１と同じであり、同じものには同番号を付し
、説明を省略する。

【００１８】図２は第１の工程を示す。斯る工程では、
基板（１）の（１００）面から［０１１］方向に５度傾
斜した一主面（１ａ）上に、バッファ層（２）、ｎ型ク
ラッド層（３）、活性層（４）、ｐ型クラッド層（５）
、コンタクト層（６）、保護層（１２）を、減圧ＭＯＣ
ＶＤ法で順次積層する。各層の組成、層厚及びドーパン
トは表１に示す通りである。

【００１９】

【表１】

【００２０】ここで、保護層（１２）は、後にこの上に
形成されるキャップ層（９）と同じくｐ型ＧａＡｓであ
り、キャップ層（９）形成後、キャップ層（９）と一体
化されるので、図１では省略されているものである。

【００２１】図３は第２の工程を示す。斯る工程では、
第１の工程で得られた積層基板を、ヒータ（１３）を備
えた加熱装置（１４）内に移し、Ｎ２／Ｈ２＝９／１の
雰囲気中で、５２０℃、１０分間の熱処理を行う。

【００２２】このとき、積層基板はその積層側表面を下
にして、加熱装置（１４）内に配されたＧａＡｓ基台（
１５）上に載置する。これは、熱処理中、積層側表面の
保護層（１２）からＡｓの蒸発を防止するためである。

【００２３】図４は第３の工程を示す。斯る工程では、
積層体の積層側表面に、厚さ０．６μｍ、幅３〜４μｍ
のストライプ状のＳｉＯ２膜（１６）を設け、これをマ
スクとして、保護層（１２）を硫酸系エッチング液で、
コンタクト層（６）及びｐ型クラッド層（５）を４７％
のＨＢｒ液で、エッチング部分のｐ型クラッド層（５）
の厚さが０．２μｍになるまでエッチングし、ストライ
プ状のリッジ（７）を形成する。更に、ＳｉＯ２膜（１
６）の端部を夫々２０μｍずつ除去し、露出した保護層
（１２）を硫酸系エッチング液で除去する。

【００２４】図５は第４の工程を示す。斯る工程では、
減圧ＭＯＣＶＤ法を用い、積層表面上に、厚さ０．８μ
ｍのＳｅドープｎ型ＧａＡｓからなるブロック層（８）
の成長を行う。すると、ブロック層（８）は、残存する
ＳｉＯ２膜（１６）がマスクとなり、露出したｐ型クラ
ッド層（５）及びコンタクト層（６）上のみに選択的に
積層される。しかる後、露出しているＳｉＯ２膜（１６
）をＨＦ液で除去する。

【００２５】図６は第５の工程を示す。斯る工程では、
減圧ＭＯＣＶＤ法を用い、露出した保護層（１２）及び
ブロック層（８）上に、厚さ２〜３μｍのＺｎドープｐ
型ＧａＡｓからなるキャップ層（９）を積層する。

【００２６】図７は第６の工程を示す。斯る工程では、
第５の工程で得られた積層基板を再び加熱装置（１４）
内に移し、Ｎ２／Ｈ２＝９／１の雰囲気中で、５５０℃
、１０分間の熱処理を行う。このときも、積層基板はそ
の積層側表面を下にして、加熱装置（１４）内に配され
たＧａＡｓ基台（１５）上に載置する。

【００２７】図８は第７の工程を示す。斯る工程では、
キャップ層（９）上にＣｒ，Ａｕを順次蒸着したｐ側電
極（１０）、基板（１）の他主面（１ｂ）上にＣｒ，Ｓ
ｎ，Ａｕを順次蒸着したｎ側電極（１１）を夫々形成す
ることによって、発振波長６３５ｎｍの半導体レーザが
作製される。

【００２８】斯る実施例装置の種々の素子特性を調べた
。その結果を表２に示す。また、比較のため、本実施例
装置の作製方法において、第２，第６の熱処理工程を省
略して作製した比較装置１、第６の熱処理工程のみを省
略して作製した比較装置２、第２の熱処理工程のみを省
略して作製した比較装置３についても夫々同様に素子特
性を調べた。その結果を表２に併記する。

【００２９】

【表２】

【００３０】ここで、発振しきい値は周囲温度２０℃の
時の値、最高発振温度及び最大光出力は夫々連続発振が
行える最高周囲温度及び出力の値を示す。また、特性温
度は３０℃以下での発振しきい値の温度依存性を示すも
ので、値が大きいほど温度依存性が少なく、発振安定性
が良いことを示している。

【００３１】表２から、本実施例装置は比較装置に比べ
、各素子特性で優れていることが分かる。この理由を以
下に説明する。

【００３２】先ず、第２の工程の熱処理温度を変化させ
、種々の熱処理を行った後、ｐ型クラッド層（５）のキ
ャリア濃度を調べた。その結果を図９に示す。

【００３３】熱処理前のキャリア濃度は７×１０１７ｃ
ｍ−３であり、熱処理によって、キャリア濃度が高くな
っていることが分かる。これは、ｐ型クラッド層（５）
中に添加されたＺｎの活性化率が上がったからである。 特に、熱処理温度が４５０〜６５０℃では、１．６〜２
．０×１０１８ｃｍ−３と高いキャリア濃度が得られ、
このときのｐ型クラッド層（５）中のＺｎ濃度を調べた
ところ、略１００％の活性化率であることが判明した。

【００３４】次に、第５の工程の後で、ｐ型クラッド層
（５）のキャリア濃度を調べたところ、ブロック層（８
）が形成された直下のｐ型クラッド層（５）ではキャリ
ア濃度の変化は見られなかったが、ブロック層（８）の
形成されていない部分、即ち端面を除くリッジ（７）の
直下のｐ型クラッド層（５）ではキャリア濃度の低下が
見られた。

【００３５】更に、第６の工程の後で、ｐ型クラッド層
（５）のキャリア濃度を調べると、ブロック層（８）が
形成された直下のｐ型クラッド層（５）ではキャリア濃
度の変化は見られず、第５の工程後、キャリア濃度の低
下が見られたブロック層（８）の形成されていない部分
のキャリア濃度が第２の工程後の値まで回復しているこ
とが分かった。

【００３６】また、第２の工程のみを省略した比較装置
３のｐ型クラッド層（５）のキャリア濃度を調べたとこ
ろ、ブロック層（８）の形成されていない部分、即ち端
面を除くリッジ（７）の直下のｐ型クラッド層（５）で
は略１００％の活性化率が得られていたが、ブロック層
（８）が形成された直下のｐ型クラッド層（５）では熱
処理前のキャリア濃度しか得られていなかった。

【００３７】これらの現象が起こる理由は詳細には分か
らないが、以上の現象から考察すると、本実施例装置で
はｐ型クラッド層（５）全体にわたって高いキャリア濃
度が得られているのに対し、比較装置では全体的あるい
は部分的にキャリア濃度の低い部分があるので、十分は
キャリアの閉じ込めができず、高温時あるいは高出力時
の素子特性が低下したものと考えられる。

【００３８】また、本実施例では、基板（１）の成長面
に（１００）面から［０１１］方向に５度傾斜した面を
用いたが、これは、（１００）面から［０１１］方向に
５度傾斜した面を成長面に用いることによって、ｐ型ク
ラッド層（５）に添加されるアクセプタの量が増加する
ため、これを活性化させると、より高いキャリア濃度が
得られるからである。

【００３９】本発明方法における効果は、本実施例にア
クセプタとして用いられたＺｎに限ることなく、Ｍｇに
おいても図１０に示す如く、４５０〜６００℃の熱処理
によって、キャリア濃度を７×１０１７ｃｍ−３から２
×１０１８ｃｍ−３に高くすることができる。但し、斯
る熱処理の温度は、熱処理時にｐ型クラッド層（５）中
のアクセプタが活性層（４）内に拡散しないように、で
きるだけ低くするのが好ましく、具体的には５５０℃以
下で行うのが好ましい。

【００４０】また、本実施例では、レーザ共振器の端面
近傍に電流非注入領域を設けた半導体レーザを示したが
、勿論、端面近傍にも電流が注入される半導体レーザで
も本実施例と同様の効果を得ることができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明方法によれば、ｎ型半導体基板の
主面上に、夫々ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体からなる
ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層を含む発振層
を形成する第１の積層工程と、上記発振層上にｎ型のブ
ロック層を形成する第２の積層工程と、上記ブロック層
上にｐ型のキャップ層を形成する第３の積層工程を含む
半導体レーザの製造方法において、上記第１の積層工程
と上記第３の積層工程の後に、得られた積層基板を夫々
熱処理する熱処理工程を行うことによって、ｐ型クラッ
ド層のキャリア濃度を全体的に更に高くすることができ
るので、活性層とｐ型クラッド層の間の障壁差を大きく
することができ、半導体レーザの温度依存特性を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの一例を示す斜
視断面図である。

【図２】本発明方法の一実施例における第１工程を示す
断面図である。

【図３】本発明方法の一実施例における第２工程を示す
模式図である。

【図４】本発明方法の一実施例における第３工程を示す
斜視図である。

【図５】本発明方法の一実施例における第４工程を示す
斜視図である。

【図６】本発明方法の一実施例における第５工程を示す
斜視図である。

【図７】本発明方法の一実施例における第６工程を示す
模式図である。

【図８】本発明方法の一実施例における第７工程を示す
斜視図である。

【図９】アクセプタとしてＺｎを用いたとき、熱処理温
度に対して得られるｐ型クラッド層のキャリア濃度を示
す特性図である。

【図１０】アクセプタとしてＭｇを用いたとき、熱処理
温度に対して得られるｐ型クラッド層のキャリア濃度を
示す特性図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ｎ型半導体基板の主面上に、夫々Ａｌ
   ＧａＩｎＰ系化合物半導体からなるｎ型クラッド層、活
   性層、ｐ型クラッド層を含む発振層を形成する第１の積
   層工程と、上記発振層上にｎ型のブロック層を形成する
   第２の積層工程と、上記ブロック層上にｐ型のキャップ
   層を形成する第３の積層工程を含み、上記第１の積層工
   程と上記第３の積層工程の後に、得られた積層基板を夫
   々熱処理する熱処理工程を有することを特徴とする半導
   体レーザの製造方法。