JPH0567848A - 光半導体装置の製造方法 - Google Patents
光半導体装置の製造方法Info
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- JPH0567848A JPH0567848A JP3226125A JP22612591A JPH0567848A JP H0567848 A JPH0567848 A JP H0567848A JP 3226125 A JP3226125 A JP 3226125A JP 22612591 A JP22612591 A JP 22612591A JP H0567848 A JPH0567848 A JP H0567848A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は光半導体装置の製造方法に関し、ド
ライエッチングで回折格子を作製し有機金属気相成長法
により結晶成長を行う場合にも、良好な素子特性の製品
を安定して製造することができる光半導体装置の製造方
法を提供することを目的とする。 【構成】 ＩｎＰ結晶基板上に回折格子、ガイド層、Ｉ
ｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰ活性層、およびＩｎＰ
クラッド層を順次形成した後、該ＩｎＰクラッド層上
に、ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰの下層と、該活
性層よりもバンドギャップが広いＩｎＧａＡｓＰまたは
ＩｎＰの上層とから成るダブルヘテロ構造を形成し、該
ダブルヘテロ構造の下層（ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａ
ＡｓＰ）のフォトルミネッセンス発光強度により、後工
程の実行の可否を決定するように構成する。
ライエッチングで回折格子を作製し有機金属気相成長法
により結晶成長を行う場合にも、良好な素子特性の製品
を安定して製造することができる光半導体装置の製造方
法を提供することを目的とする。 【構成】 ＩｎＰ結晶基板上に回折格子、ガイド層、Ｉ
ｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰ活性層、およびＩｎＰ
クラッド層を順次形成した後、該ＩｎＰクラッド層上
に、ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰの下層と、該活
性層よりもバンドギャップが広いＩｎＧａＡｓＰまたは
ＩｎＰの上層とから成るダブルヘテロ構造を形成し、該
ダブルヘテロ構造の下層（ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａ
ＡｓＰ）のフォトルミネッセンス発光強度により、後工
程の実行の可否を決定するように構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光半導体装置の製造方
法に関する。光通信システムの超高速化に伴い、特定波
長の光を選択的に伝播させる回折格子を内部に備えた光
半導体装置が開発されてきた。典型的な回折格子の利用
例としては分布帰還型レーザ（Distributed Feedback L
aser: DFB-LD) が挙げられる。
法に関する。光通信システムの超高速化に伴い、特定波
長の光を選択的に伝播させる回折格子を内部に備えた光
半導体装置が開発されてきた。典型的な回折格子の利用
例としては分布帰還型レーザ（Distributed Feedback L
aser: DFB-LD) が挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】このような回折格子の作製法としては、
当初のウェットエッチングに代わって、回折格子高さを
精密に制御できるドライエッチングが用いられるように
なってきており、また結晶成長法も、当初の液相成長法
に代わって、結晶組成や結晶膜厚を精密に制御できる有
機金属気相成長法が用いられるようになってきた。
当初のウェットエッチングに代わって、回折格子高さを
精密に制御できるドライエッチングが用いられるように
なってきており、また結晶成長法も、当初の液相成長法
に代わって、結晶組成や結晶膜厚を精密に制御できる有
機金属気相成長法が用いられるようになってきた。
【０００３】ＩｎＰ基板上に回折格子を作製するには、
ＩｎＰ結晶基板表面を例えばエタンガスプラズマを用い
た反応性イオンエッチング（ReactiveIon Etching: RI
E)等のドライエッチングにより加工することにより、回
折格子高さに対応する高さの周期的な凹凸を形成する。
従来、この回折格子高さとしては液相成長法で用いられ
てきた４０ｎｍ程度の高さが用いられている。そして、
この回折格子としての周期的凹凸上に、有機金属気相成
長法により光半導体装置に必要な各結晶層を成長させて
いる。
ＩｎＰ結晶基板表面を例えばエタンガスプラズマを用い
た反応性イオンエッチング（ReactiveIon Etching: RI
E)等のドライエッチングにより加工することにより、回
折格子高さに対応する高さの周期的な凹凸を形成する。
従来、この回折格子高さとしては液相成長法で用いられ
てきた４０ｎｍ程度の高さが用いられている。そして、
この回折格子としての周期的凹凸上に、有機金属気相成
長法により光半導体装置に必要な各結晶層を成長させて
いる。
【０００４】一般に、光半導体装置を構成する各結晶層
の成長は、周期的凹凸で構成される回折格子上に活性層
を含む結晶層を形成する１回目の成長と、これにより形
成された積層構造をメサ加工した後に、このメサの両側
を埋め込む結晶を形成する２回目の成長と、その上にコ
ンタクト層までの結晶層を形成する３回目の成長とによ
って行われ、最後に上下の電極層を形成して光半導体装
置を完成する。
の成長は、周期的凹凸で構成される回折格子上に活性層
を含む結晶層を形成する１回目の成長と、これにより形
成された積層構造をメサ加工した後に、このメサの両側
を埋め込む結晶を形成する２回目の成長と、その上にコ
ンタクト層までの結晶層を形成する３回目の成長とによ
って行われ、最後に上下の電極層を形成して光半導体装
置を完成する。
【０００５】図２に、分布帰還型レーザ（DFB-LD）の製
造において、ｎ−ＩｎＰ結晶基板上に上記１回目の成長
で形成する結晶の一例を示す。まずｎ−ＩｎＰ基板１上
に回折格子として作用する周期的凹凸２をドライエッチ
ングにより形成した後、有機金属気相成長法により、上
記回折格子２上に発光波長１．１μｍの組成のｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰガイド層３、発光波長１．５５μｍの組成の
ＩｎＧａＡｓＰ活性層４、およびｐ−ＩｎＰクラッド層
５を順次形成する。
造において、ｎ−ＩｎＰ結晶基板上に上記１回目の成長
で形成する結晶の一例を示す。まずｎ−ＩｎＰ基板１上
に回折格子として作用する周期的凹凸２をドライエッチ
ングにより形成した後、有機金属気相成長法により、上
記回折格子２上に発光波長１．１μｍの組成のｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰガイド層３、発光波長１．５５μｍの組成の
ＩｎＧａＡｓＰ活性層４、およびｐ−ＩｎＰクラッド層
５を順次形成する。
【０００６】分布帰還型レーザを作製するには、図３に
示すように、上記１回目の成長により形成された積層構
造（基板１からクラッド層５まで）をエッチングして回
折格子の周期に対して垂直方向に延びたメサＭを形成し
た後、メサＭの両側を埋めるｐ−ＩｎＰ層８およびｎ−
ＩｎＰ層９、その上のｐ−ＩｎＰ層１０、コンタクト層
１１および上下の電極１２、１３を形成する。ここで例
えば、メサ幅は約１．３μｍ、共振器長は９００μｍで
ある。
示すように、上記１回目の成長により形成された積層構
造（基板１からクラッド層５まで）をエッチングして回
折格子の周期に対して垂直方向に延びたメサＭを形成し
た後、メサＭの両側を埋めるｐ−ＩｎＰ層８およびｎ−
ＩｎＰ層９、その上のｐ−ＩｎＰ層１０、コンタクト層
１１および上下の電極１２、１３を形成する。ここで例
えば、メサ幅は約１．３μｍ、共振器長は９００μｍで
ある。
【０００７】しかし、本発明者が図２に示す構造を有す
る分布帰還型レーザを上記従来の方法で作製したとこ
ろ、発振しきい値電流密度や発光効率等の素子特性がウ
ェットエッチングと液相成長を用いて作製した素子より
も劣ることが分かった。
る分布帰還型レーザを上記従来の方法で作製したとこ
ろ、発振しきい値電流密度や発光効率等の素子特性がウ
ェットエッチングと液相成長を用いて作製した素子より
も劣ることが分かった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ドライエッ
チングで回折格子を作製し有機金属気相成長法により結
晶成長を行う場合にも、良好な素子特性の製品を安定し
て製造することができる光半導体装置の製造方法を提供
することを目的とする。
チングで回折格子を作製し有機金属気相成長法により結
晶成長を行う場合にも、良好な素子特性の製品を安定し
て製造することができる光半導体装置の製造方法を提供
することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
よれば、（１）ＩｎＰ結晶基板の表面を加工して、特定
波長の光を選択的に伝播させるための回折格子として周
期的凹凸を形成する工程、（２）上記回折格子上に、ガ
イド層、ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰ活性層、お
よびＩｎＰクラッド層を順次形成する工程、（３）上記
ＩｎＰクラッド層上に、ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡ
ｓＰの下層と、該活性層よりもバンドギャップが広いＩ
ｎＧａＡｓＰまたはＩｎＰの上層とから成るダブルヘテ
ロ構造を形成する工程、および（４）該ダブルヘテロ構
造の下層を構成するＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰ
のフォトルミネッセンス発光強度を実測し、得られた実
測値を判別指標値として、所定の光半導体装置を完成さ
せるために必要な後工程の実行の可否を決定する工程、
を含むことを特徴とする光半導体装置の製造方法によっ
て達成される。
よれば、（１）ＩｎＰ結晶基板の表面を加工して、特定
波長の光を選択的に伝播させるための回折格子として周
期的凹凸を形成する工程、（２）上記回折格子上に、ガ
イド層、ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰ活性層、お
よびＩｎＰクラッド層を順次形成する工程、（３）上記
ＩｎＰクラッド層上に、ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡ
ｓＰの下層と、該活性層よりもバンドギャップが広いＩ
ｎＧａＡｓＰまたはＩｎＰの上層とから成るダブルヘテ
ロ構造を形成する工程、および（４）該ダブルヘテロ構
造の下層を構成するＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰ
のフォトルミネッセンス発光強度を実測し、得られた実
測値を判別指標値として、所定の光半導体装置を完成さ
せるために必要な後工程の実行の可否を決定する工程、
を含むことを特徴とする光半導体装置の製造方法によっ
て達成される。
【００１０】
【作用】本発明者は、良好な素子特性が得られないの
は、ドライエッチングで回折格子を作製する際に生じる
ＩｎＰ結晶基板表層部のダメージ層が、有機金属気相成
長法では結晶成長開始前に損傷回復せず、素子に注入さ
れた電流がそのダメージ層で非発光再結合してしまうた
めであると予想した。そして、ドライエッチングのの深
さ（すなわちエッチングにより作製された回折格子の高
さ）と、成長した結晶の結晶性および素子特性との相関
を調べたところ、極めて明瞭な相関があることを見出し
た。
は、ドライエッチングで回折格子を作製する際に生じる
ＩｎＰ結晶基板表層部のダメージ層が、有機金属気相成
長法では結晶成長開始前に損傷回復せず、素子に注入さ
れた電流がそのダメージ層で非発光再結合してしまうた
めであると予想した。そして、ドライエッチングのの深
さ（すなわちエッチングにより作製された回折格子の高
さ）と、成長した結晶の結晶性および素子特性との相関
を調べたところ、極めて明瞭な相関があることを見出し
た。
【００１１】本発明においては、この相関に基づいて、
１回目成長を完了した段階という素子製造過程のかなり
早い段階で、最終的に得られる素子特性の良否を判別
し、素子特性良好と見込まれるものについては以降の工
程を実行するが、不良見込み品については以降の工程を
実行しない。図１に、本発明において上記判別を行うた
めに採用した、１回目成長段階での典型的な構造を示
す。図１の１回目成長構造は、図２に示した従来の１回
目成長構造のｐ−ＩｎＰクラッド層５の上に更に、Ｉｎ
ＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰの下層６とこれよりもバ
ンドギャップの広いＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＰの上層
７とから成るダブルヘテロ構造を設けたものである。こ
の１回目成長構造において、下層６を結晶性評価層とし
て用いる。すなわち、ｎ−ＩｎＰ基板１からこの結晶性
評価層６へのキャリア拡散はなく、したがって層６のフ
ォトルミネッセンス発光強度は純粋に層６の結晶性の良
否を反映することが期待される。
１回目成長を完了した段階という素子製造過程のかなり
早い段階で、最終的に得られる素子特性の良否を判別
し、素子特性良好と見込まれるものについては以降の工
程を実行するが、不良見込み品については以降の工程を
実行しない。図１に、本発明において上記判別を行うた
めに採用した、１回目成長段階での典型的な構造を示
す。図１の１回目成長構造は、図２に示した従来の１回
目成長構造のｐ−ＩｎＰクラッド層５の上に更に、Ｉｎ
ＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰの下層６とこれよりもバ
ンドギャップの広いＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＰの上層
７とから成るダブルヘテロ構造を設けたものである。こ
の１回目成長構造において、下層６を結晶性評価層とし
て用いる。すなわち、ｎ−ＩｎＰ基板１からこの結晶性
評価層６へのキャリア拡散はなく、したがって層６のフ
ォトルミネッセンス発光強度は純粋に層６の結晶性の良
否を反映することが期待される。
【００１２】図１の構造において、ドライエッチングに
よって作製した回折格子の高さと、結晶性評価層として
用いたＩｎＧａＡｓＰ層の室温フォトルミネッセンス発
光強度および完成素子のレーザ発振しきい値電流との関
係を図４に示す。図４から、結晶性評価層６のフォトル
ミネッセンス発光強度と完成素子の発振しきい値は共
に、回折格子高さ約２５ｎｍを境にして明瞭に異なる２
水準の値を取ることが分かる。すなわち、回折格子高さ
が約２５ｎｍを超えると、フォトルミネッセンス発光強
度は飛びをもって低下し、逆に発振しきい値電流は飛び
をもって増加する。回折格子高さが約２５ｎｍ以下の領
域および以上の領域では、フォトルミネッセンス発光強
度および発振しきい値は共に、それぞれの水準値でほぼ
一定の値に安定している。
よって作製した回折格子の高さと、結晶性評価層として
用いたＩｎＧａＡｓＰ層の室温フォトルミネッセンス発
光強度および完成素子のレーザ発振しきい値電流との関
係を図４に示す。図４から、結晶性評価層６のフォトル
ミネッセンス発光強度と完成素子の発振しきい値は共
に、回折格子高さ約２５ｎｍを境にして明瞭に異なる２
水準の値を取ることが分かる。すなわち、回折格子高さ
が約２５ｎｍを超えると、フォトルミネッセンス発光強
度は飛びをもって低下し、逆に発振しきい値電流は飛び
をもって増加する。回折格子高さが約２５ｎｍ以下の領
域および以上の領域では、フォトルミネッセンス発光強
度および発振しきい値は共に、それぞれの水準値でほぼ
一定の値に安定している。
【００１３】このように、１回目成長構造に設けた結晶
性評価層６のフォトルミネッセンス発光強度と、完成素
子の発振しきい値電流との間に明瞭な相関がある。この
相関を利用して、１回目成長完了段階で最終的な素子特
性の良否を判別することができる。１回目成長を終えた
段階で結晶性評価層６のフォトルミネッセンス発光強度
を測定し、測定値が所定の基準値に満たない場合には次
の工程に進めないといった選別を行う。これにより、不
良見込み品について以降の工程を無駄に実行することな
く、良好な素子特定を得られる見込みのあるもののみを
最終製品素子とすることができる。
性評価層６のフォトルミネッセンス発光強度と、完成素
子の発振しきい値電流との間に明瞭な相関がある。この
相関を利用して、１回目成長完了段階で最終的な素子特
性の良否を判別することができる。１回目成長を終えた
段階で結晶性評価層６のフォトルミネッセンス発光強度
を測定し、測定値が所定の基準値に満たない場合には次
の工程に進めないといった選別を行う。これにより、不
良見込み品について以降の工程を無駄に実行することな
く、良好な素子特定を得られる見込みのあるもののみを
最終製品素子とすることができる。
【００１４】本発明の望ましい態様においては、上記２
水準のフォトルミネッセンス発光強度自体を基準値とし
て良否判別を行う。すなわち、（Ａ）前記工程（１）と
同様な操作により、複数のＩｎＰ基板表面または単一の
ＩｎＰ基板表面の複数領域に、それぞれ高さの異なる回
折格子を形成した後、前記工程（２）および（３）と同
様な操作によりそれぞれ回折格子およびダブルヘテロ構
造を形成することによって、回折格子高さの異なる複数
の参照試料を作製し、（Ｂ）上記の各参照試料につい
て、ダブルヘテロ構造下層のＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧ
ａＡｓＰのフォトルミネッセンス発光強度を実測し、
（Ｃ）得られた実測値と対応する回折格子高さとの関係
から、上記フォトルミネッセンス発光強度が上記回折格
子高さに応じて取る高低２水準の値を求めて参照値と
し、（Ｄ）前記工程（４）において、前記判別指標値が
高水準の参照値に対応する場合には前記後工程を実行
し、対応しない場合（＝低水準の参照値に対応するか、
高低両水準の参照値の中間にある場合）には該後工程を
実行しない。
水準のフォトルミネッセンス発光強度自体を基準値とし
て良否判別を行う。すなわち、（Ａ）前記工程（１）と
同様な操作により、複数のＩｎＰ基板表面または単一の
ＩｎＰ基板表面の複数領域に、それぞれ高さの異なる回
折格子を形成した後、前記工程（２）および（３）と同
様な操作によりそれぞれ回折格子およびダブルヘテロ構
造を形成することによって、回折格子高さの異なる複数
の参照試料を作製し、（Ｂ）上記の各参照試料につい
て、ダブルヘテロ構造下層のＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧ
ａＡｓＰのフォトルミネッセンス発光強度を実測し、
（Ｃ）得られた実測値と対応する回折格子高さとの関係
から、上記フォトルミネッセンス発光強度が上記回折格
子高さに応じて取る高低２水準の値を求めて参照値と
し、（Ｄ）前記工程（４）において、前記判別指標値が
高水準の参照値に対応する場合には前記後工程を実行
し、対応しない場合（＝低水準の参照値に対応するか、
高低両水準の参照値の中間にある場合）には該後工程を
実行しない。
【００１５】本発明の更に望ましい態様においては、上
記２水準のフォトルミネッセンス発光強度のうち、高水
準値が得られる範囲の高さで回折格子を作製する。すな
わち、（Ａ）前記工程（１）と同様な操作により、複数
のＩｎＰ基板表面または単一のＩｎＰ基板表面の複数領
域に、それぞれ高さの異なる回折格子を形成した後、前
記工程（２）および（３）と同様な操作によりそれぞれ
回折格子およびダブルヘテロ構造を形成することによっ
て、回折格子高さの異なる複数の参照試料を作製し、
（Ｂ）上記の各参照試料について、ダブルヘテロ構造下
層のＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰのフォトルミネ
ッセンス発光強度を実測し、（Ｃ）得られた実測値と対
応する回折格子高さとの関係から、上記フォトルミネッ
センス発光強度が高水準および低水準の値を取る回折格
子高さの範囲をそれぞれ求め、（Ｄ）前記工程（１）に
おいて、上記フォトルミネッセンス発光強度が前記高水
準の値となる範囲の高さの回折格子を形成する。より具
体的には、フォトルミネッセンス発光強度が２水準の値
の間で遷移する境界となる回折格子高さよりも小さい高
さの回折格子を作製する。図４の実験例の場合、回折格
子高さ約２５ｎｍがこの境界となるので、約２５ｎｍを
超えない高さ（例えば２０ｎｍ）の回折格子を作製す
る。
記２水準のフォトルミネッセンス発光強度のうち、高水
準値が得られる範囲の高さで回折格子を作製する。すな
わち、（Ａ）前記工程（１）と同様な操作により、複数
のＩｎＰ基板表面または単一のＩｎＰ基板表面の複数領
域に、それぞれ高さの異なる回折格子を形成した後、前
記工程（２）および（３）と同様な操作によりそれぞれ
回折格子およびダブルヘテロ構造を形成することによっ
て、回折格子高さの異なる複数の参照試料を作製し、
（Ｂ）上記の各参照試料について、ダブルヘテロ構造下
層のＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰのフォトルミネ
ッセンス発光強度を実測し、（Ｃ）得られた実測値と対
応する回折格子高さとの関係から、上記フォトルミネッ
センス発光強度が高水準および低水準の値を取る回折格
子高さの範囲をそれぞれ求め、（Ｄ）前記工程（１）に
おいて、上記フォトルミネッセンス発光強度が前記高水
準の値となる範囲の高さの回折格子を形成する。より具
体的には、フォトルミネッセンス発光強度が２水準の値
の間で遷移する境界となる回折格子高さよりも小さい高
さの回折格子を作製する。図４の実験例の場合、回折格
子高さ約２５ｎｍがこの境界となるので、約２５ｎｍを
超えない高さ（例えば２０ｎｍ）の回折格子を作製す
る。
【００１６】更に本発明によれば、回折格子の高さと関
連して厚さを設定すべき光半導体装置構成層を、前記工
程（１）で形成する周期的凹凸の高さに適合させた厚さ
に形成することができる。すなわち、設計段階で、まず
回折格子高さを高水準のフォトルミネッセンス発光強度
が得られる範囲の高さに設定し、この回折格子高さに合
わせて、所定の各結晶層の厚さを設定することができ
る。
連して厚さを設定すべき光半導体装置構成層を、前記工
程（１）で形成する周期的凹凸の高さに適合させた厚さ
に形成することができる。すなわち、設計段階で、まず
回折格子高さを高水準のフォトルミネッセンス発光強度
が得られる範囲の高さに設定し、この回折格子高さに合
わせて、所定の各結晶層の厚さを設定することができ
る。
【００１７】すなわち、回折格子を内部に有する光半導
体装置の設計において、活性層から回折格子の領域に漏
れ出る光と、回折格子の結合の大きさが非常に重要な設
計パラメータとなる。そこで、まずその結合の大きさを
設定し、次に回折格子形状や素子構造を設計することに
なる。従来は、結晶成長で作製する素子構造を決定した
後、最後にその構造に対して光と回折格子の結合が設計
通りになるように回折格子の高さを種々変化させて素子
構造の最適化を図っていた。本発明に従えば、上記に説
明したように、良好な素子特性を得るための回折格子高
さには上記のように上限値が存在するため、結局設計手
順として従来とはむしろ逆の順序をとるべきである。
体装置の設計において、活性層から回折格子の領域に漏
れ出る光と、回折格子の結合の大きさが非常に重要な設
計パラメータとなる。そこで、まずその結合の大きさを
設定し、次に回折格子形状や素子構造を設計することに
なる。従来は、結晶成長で作製する素子構造を決定した
後、最後にその構造に対して光と回折格子の結合が設計
通りになるように回折格子の高さを種々変化させて素子
構造の最適化を図っていた。本発明に従えば、上記に説
明したように、良好な素子特性を得るための回折格子高
さには上記のように上限値が存在するため、結局設計手
順として従来とはむしろ逆の順序をとるべきである。
【００１８】以下に、実施例によって本発明を更に詳細
に説明する。
に説明する。
【００１９】
【実施例】図１および図３を参照して、本発明に従って
分布帰還型レーザを作製する手順の一例を説明する。ま
ず図１を参照して、１回目成長完了までの手順を説明す
る。ＩｎＰ基板１の表面全体にホトレジストを塗布し、
２光束干渉露光法等によって該レジストを回折格子形状
に対応させて露光した後、現像することによって、回折
格子形状の反転パターンのレジストパターンを基板１上
に形成する。
分布帰還型レーザを作製する手順の一例を説明する。ま
ず図１を参照して、１回目成長完了までの手順を説明す
る。ＩｎＰ基板１の表面全体にホトレジストを塗布し、
２光束干渉露光法等によって該レジストを回折格子形状
に対応させて露光した後、現像することによって、回折
格子形状の反転パターンのレジストパターンを基板１上
に形成する。
【００２０】上記レジストパターンをマスクとして、メ
タンガスまたはエタンガスを用いた反応性イオンエッチ
ングによりドライエッチングを行い、基板１表面に回折
格子としての周期的凹凸２を形成する。通常、このドラ
イエッチングは、反応性ガスのプラズマエッチングによ
り、室温下で行う。その場合の典型的なエッチング条件
の一例としては、エタンガス流量２０ｓｃｃｍ程度、加
速電圧１００Ｖ程度である。
タンガスまたはエタンガスを用いた反応性イオンエッチ
ングによりドライエッチングを行い、基板１表面に回折
格子としての周期的凹凸２を形成する。通常、このドラ
イエッチングは、反応性ガスのプラズマエッチングによ
り、室温下で行う。その場合の典型的なエッチング条件
の一例としては、エタンガス流量２０ｓｃｃｍ程度、加
速電圧１００Ｖ程度である。
【００２１】エッチング完了後、有機溶剤によるレジス
ト除去処理を行い、更に基板結晶表面の微量の残留レジ
ストを除去するために酸素プラズマで表面のクリーニン
グを行う。その後、硫酸系処理液で結晶表面の酸化膜を
除去してから、有機金属気相成長装置の成長室に結晶基
板１をセットし、各結晶層の成長を行う。典型的な成長
条件の一例は、成長速度約１μｍ／時間、成長温度約６
００℃、成長圧力約０．１気圧等であり、成長原料とし
ては例えばトリメチルインジウム（Ｉｎ源）、トリエチ
ルガリウム（Ｇａ源）、アルシン（Ａｓ源）、フォスフ
ィン（Ｐ源）等を用いる。
ト除去処理を行い、更に基板結晶表面の微量の残留レジ
ストを除去するために酸素プラズマで表面のクリーニン
グを行う。その後、硫酸系処理液で結晶表面の酸化膜を
除去してから、有機金属気相成長装置の成長室に結晶基
板１をセットし、各結晶層の成長を行う。典型的な成長
条件の一例は、成長速度約１μｍ／時間、成長温度約６
００℃、成長圧力約０．１気圧等であり、成長原料とし
ては例えばトリメチルインジウム（Ｉｎ源）、トリエチ
ルガリウム（Ｇａ源）、アルシン（Ａｓ源）、フォスフ
ィン（Ｐ源）等を用いる。
【００２２】各結晶層の構造は、例えば１．５５μｍで
発振する分布帰還型レーザを作製する場合、上記のよう
なドライエッチングによりｎ−ＩｎＰ結晶基板１上に高
さ約２５ｎｍの回折格子２を形成し、その上に有機金属
気相成長法により、室温発光波長１．１μｍの組成を有
するｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層３を約０．１μｍ、室
温発光波長１．５７μｍの組成を有するＩｎＧａＡｓＰ
活性層４を約０．１μｍ、ｐ−ＩｎＰクラッド層５を約
０．４μｍ、室温発光波長１．３μｍの組成を有するｐ
−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層（結晶性評価層）６を約
０．０５μｍ、ｐ−ＩｎＰキャップ層７を約０．１μｍ
順次成長させる。層６と７によりダブルヘテロ構造が構
成される。共振器長は約９００μｍとする。
発振する分布帰還型レーザを作製する場合、上記のよう
なドライエッチングによりｎ−ＩｎＰ結晶基板１上に高
さ約２５ｎｍの回折格子２を形成し、その上に有機金属
気相成長法により、室温発光波長１．１μｍの組成を有
するｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層３を約０．１μｍ、室
温発光波長１．５７μｍの組成を有するＩｎＧａＡｓＰ
活性層４を約０．１μｍ、ｐ−ＩｎＰクラッド層５を約
０．４μｍ、室温発光波長１．３μｍの組成を有するｐ
−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層（結晶性評価層）６を約
０．０５μｍ、ｐ−ＩｎＰキャップ層７を約０．１μｍ
順次成長させる。層６と７によりダブルヘテロ構造が構
成される。共振器長は約９００μｍとする。
【００２３】上記１回目成長を完了した段階で、ｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ層６のフォトルミネッセンス発光強度を測
定し、所定の基準値を満たすことを確認してから以降の
工程に進む。図３を参照して、２回目および３回目の成
長工程を含む以降の工程を説明する。
ｎＧａＡｓＰ層６のフォトルミネッセンス発光強度を測
定し、所定の基準値を満たすことを確認してから以降の
工程に進む。図３を参照して、２回目および３回目の成
長工程を含む以降の工程を説明する。
【００２４】ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層６およびｐ−ＩｎＰ
層７を選択エッチングにより除去した後、ストライプ状
のＳｉＯ2 マスク（図示せず）を用いて基板１からクラ
ッド層５までの積層構造をエッチングしてメサＭを形成
し、その後電流狭窄層の成長を行う。この２回目の成長
では、メサＭを埋め込むｐ−ＩｎＰ層８およびｎ−Ｉｎ
Ｐ層９を成長させる。その後、ＳｉＯ2 マスクを除去
し、３回目成長として、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０を約
１μｍ、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１１を約０．
３μｍ成長させ、最後にコンタクト層１１の上と基板１
の下面にそれぞれ電極１２と１３を形成して素子構造を
完成する。
層７を選択エッチングにより除去した後、ストライプ状
のＳｉＯ2 マスク（図示せず）を用いて基板１からクラ
ッド層５までの積層構造をエッチングしてメサＭを形成
し、その後電流狭窄層の成長を行う。この２回目の成長
では、メサＭを埋め込むｐ−ＩｎＰ層８およびｎ−Ｉｎ
Ｐ層９を成長させる。その後、ＳｉＯ2 マスクを除去
し、３回目成長として、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０を約
１μｍ、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１１を約０．
３μｍ成長させ、最後にコンタクト層１１の上と基板１
の下面にそれぞれ電極１２と１３を形成して素子構造を
完成する。
【００２５】以上の工程により、波長約１．５５μｍの
単一モードで発振する分布帰還型レーザが得られる。な
お、本実施例においては結晶性評価に用いるダブルヘテ
ロ構造（層６および７）を、２回目成長開始前に除去し
たが、特に素子特性に影響を及ぼさない限り除去しなく
ともよい。また、除去する場合でも、必ずしも２回目成
長開始前に除去する必要はなく、２回目成長完了後３回
目成長前のＳｉＯ2 マスク除去時にダブルヘテロ構造部
も除去するようにしてもよい。
単一モードで発振する分布帰還型レーザが得られる。な
お、本実施例においては結晶性評価に用いるダブルヘテ
ロ構造（層６および７）を、２回目成長開始前に除去し
たが、特に素子特性に影響を及ぼさない限り除去しなく
ともよい。また、除去する場合でも、必ずしも２回目成
長開始前に除去する必要はなく、２回目成長完了後３回
目成長前のＳｉＯ2 マスク除去時にダブルヘテロ構造部
も除去するようにしてもよい。
【００２６】また本実施例では分布帰還型レーザ（DFB-
LD）に本発明を適用した場合を説明したが、もちろん本
発明はこれに限定されるものではなく、分布ブラッグ反
射型レーザ (DBR-LD) や光導波路等、回折格子を内部に
有する他の光半導体装置に適用しても同様な効果が得ら
れる。
LD）に本発明を適用した場合を説明したが、もちろん本
発明はこれに限定されるものではなく、分布ブラッグ反
射型レーザ (DBR-LD) や光導波路等、回折格子を内部に
有する他の光半導体装置に適用しても同様な効果が得ら
れる。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ドライエッチングで回折格子を作製し有機金属気相成長
法により結晶成長を行う場合にも、良好な素子特性を有
する光半導体装置を安定して製造することができる。
ドライエッチングで回折格子を作製し有機金属気相成長
法により結晶成長を行う場合にも、良好な素子特性を有
する光半導体装置を安定して製造することができる。
【図１】本発明の方法による１回目成長完了段階での積
層構造を示す断面図である。
層構造を示す断面図である。
【図２】従来の方法による１回目成長完了段階での積層
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図３】分布帰還型レーザ（DFB-LD）の素子構造を示す
断面図である。
断面図である。
【図４】回折格子高さに対する、結晶性評価用ｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰ層のフォトルミネッセンス発光強度および完
成素子（分布帰還型レーザ）の発振しきい値電流の変化
を示すグラフである。
ＧａＡｓＰ層のフォトルミネッセンス発光強度および完
成素子（分布帰還型レーザ）の発振しきい値電流の変化
を示すグラフである。
１…ｎ−ＩｎＰ結晶基板 ２…ドライエッチングによって基板１表面に作製した回
折格子 ３…回折格子２上に作製するｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド
層 ４…ＩｎＧａＡｓＰ活性層 ５…ｐ−ＩｎＰクラッド層 ６…結晶性評価用のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層 ７…ｐ−ＩｎＰキャップ層 ８…ｐ−ＩｎＰ埋め込み層 ９…ｎ−ＩｎＰ埋め込み層 １０…ｐ−ＩｎＰクラッド層 １１…ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 １２…電極 １３…電極 Ｍ…メサ
折格子 ３…回折格子２上に作製するｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド
層 ４…ＩｎＧａＡｓＰ活性層 ５…ｐ−ＩｎＰクラッド層 ６…結晶性評価用のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層 ７…ｐ−ＩｎＰキャップ層 ８…ｐ−ＩｎＰ埋め込み層 ９…ｎ−ＩｎＰ埋め込み層 １０…ｐ−ＩｎＰクラッド層 １１…ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 １２…電極 １３…電極 Ｍ…メサ
Claims (4)
- 【請求項１】 （１）ＩｎＰ結晶基板の表面を加工し
て、特定波長の光を選択的に伝播させるための回折格子
として周期的凹凸を形成する工程、 （２）上記回折格子上に、ガイド層、ＩｎＧａＡｓまた
はＩｎＧａＡｓＰ活性層、およびＩｎＰクラッド層を順
次形成する工程、 （３）上記ＩｎＰクラッド層上に、ＩｎＧａＡｓまたは
ＩｎＧａＡｓＰの下層と、該活性層よりもバンドギャッ
プが広いＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＰの上層とを形成し
てダブルヘテロ構造を形成する工程、および（４）該ダ
ブルヘテロ構造の下層を構成するＩｎＧａＡｓまたはＩ
ｎＧａＡｓＰのフォトルミネッセンス発光強度を実測
し、得られた実測値を判別指標値として、所定の光半導
体装置を完成させるために必要な後工程の実行の可否を
決定する工程、 を含むことを特徴とする光半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 （Ａ）前記工程（１）と同様な操作によ
り、複数のＩｎＰ基板表面または単一のＩｎＰ基板表面
の複数領域に、それぞれ高さの異なる回折格子を形成し
た後、前記工程（２）および（３）と同様な操作により
それぞれ回折格子およびダブルヘテロ構造を形成するこ
とによって、回折格子高さの異なる複数の参照試料を作
製し、 （Ｂ）上記の各参照試料について、ダブルヘテロ構造下
層のＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰのフォトルミネ
ッセンス発光強度を実測し、 （Ｃ）得られた実測値と対応する回折格子高さとの関係
から、上記フォトルミネッセンス発光強度が上記回折格
子高さに応じて取る高低２水準の値を求めて参照値と
し、 （Ｄ）前記工程（４）において、前記判別指標値が高水
準の参照値に対応する場合には前記後工程を実行し、対
応しない場合には該後工程を実行しないことを特徴とす
る請求項１記載の光半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 （Ａ）前記工程（１）と同様な操作によ
り、複数のＩｎＰ基板表面または単一のＩｎＰ基板表面
の複数領域に、それぞれ高さの異なる回折格子を形成し
た後、前記工程（２）および（３）と同様な操作により
それぞれ回折格子およびダブルヘテロ構造を形成するこ
とによって、回折格子高さの異なる複数の参照試料を作
製し、 （Ｂ）上記の各参照試料について、ダブルヘテロ構造下
層のＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰのフォトルミネ
ッセンス発光強度を実測し、 （Ｃ）得られた実測値と対応する回折格子高さとの関係
から、上記フォトルミネッセンス発光強度が高水準およ
び低水準の値を取る回折格子高さの範囲をそれぞれ求
め、 （Ｄ）前記工程（１）において、上記フォトルミネッセ
ンス発光強度が前記高水準の値となる範囲の高さの回折
格子を形成することを特徴とする請求項１記載の光半導
体装置の製造方法。 - 【請求項４】 回折格子の高さと関連して厚さを設定す
べき光半導体装置構成層を、前記工程（１）で形成する
周期的凹凸の高さに適合させた厚さに形成することを特
徴とする請求項３記載の光半導体装置の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3226125A JPH0567848A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 光半導体装置の製造方法 |
| US07/937,122 US5327450A (en) | 1991-09-05 | 1992-08-31 | Optical semiconductor device and process of prodcuing same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3226125A JPH0567848A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 光半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0567848A true JPH0567848A (ja) | 1993-03-19 |
Family
ID=16840236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3226125A Withdrawn JPH0567848A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 光半導体装置の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5327450A (ja) |
| JP (1) | JPH0567848A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7977129B2 (en) | 2009-02-02 | 2011-07-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method for manufacturing semiconductor optical device |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3977920B2 (ja) * | 1998-05-13 | 2007-09-19 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| US6133589A (en) * | 1999-06-08 | 2000-10-17 | Lumileds Lighting, U.S., Llc | AlGaInN-based LED having thick epitaxial layer for improved light extraction |
| WO2001024326A1 (en) | 1999-09-29 | 2001-04-05 | Optical Technologies Italia S.P.A. | Method for producing a fiber laser |
| FI20000820L (fi) * | 2000-04-06 | 2001-10-07 | Nokia Networks Oy | Kanavakorjaimen optimointi |
| US6657723B2 (en) * | 2000-12-13 | 2003-12-02 | International Business Machines Corporation | Multimode planar spectrographs for wavelength demultiplexing and methods of fabrication |
| JP2004119467A (ja) * | 2002-09-24 | 2004-04-15 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59213190A (ja) * | 1983-05-18 | 1984-12-03 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体レ−ザの製造方法 |
| JPS60102788A (ja) * | 1983-11-09 | 1985-06-06 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 分布帰環形半導体レ−ザ |
| JPH0666509B2 (ja) * | 1983-12-14 | 1994-08-24 | 株式会社日立製作所 | 分布帰還型半導体レ−ザ装置 |
| US4740987A (en) * | 1986-06-30 | 1988-04-26 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Distributed-feedback laser having enhanced mode selectivity |
| JPS63156386A (ja) * | 1986-12-19 | 1988-06-29 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置の製造方法 |
-
1991
- 1991-09-05 JP JP3226125A patent/JPH0567848A/ja not_active Withdrawn
-
1992
- 1992-08-31 US US07/937,122 patent/US5327450A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7977129B2 (en) | 2009-02-02 | 2011-07-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method for manufacturing semiconductor optical device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5327450A (en) | 1994-07-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981203 |