JPH0621563A

JPH0621563A - 面発光型半導体レーザの製造方法

Info

Publication number: JPH0621563A
Application number: JP4052643A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Mori; 克己森
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1991-04-22
Filing date: 1992-03-11
Publication date: 1994-01-28
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: JP3298137B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる埋込み層
（電流狭窄層）を有し界面準位の発生を抑制できる面発
光型半導体レーザの製造方法を提供する。【構成】基板１０２上に複数層の半導体層を形成する
工程と、そのうち少なくともクラッド層１０５を含む層
部分をマスクを用いてエッチングして、少なくとも１本
の柱状の半導体層を形成する工程と、柱状の半導体層の
周囲に、II−VI族化合物半導体をエピタキシャル成長さ
せて埋込み層１０９を形成する工程と、その前工程とし
て層表面の洗浄処理工程を含む。洗浄処理は、層形成さ
れた基板を硫化アンモニウムおよび／またはセレン化ア
ンモニウムの水溶液に浸して半導体層表面に硫化物層も
しくはセレン化合物層を形成後加熱処理を行って前記硫
化物層もしくはセレン化合物層を除去すること、あるい
はイオウ、硫化物、セレンおよびセレン化合物の少くと
も１種を含有する雰囲気中で基板を処理して表面の汚染
層を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板の主面に対して垂
直方向にレーザ光を出射する面発光型半導体レーザの製
造方法に関する。

【０００２】

【技術の背景】本願出願人は、面発光型半導体レーザの
製造方法として、特願平２−２４２０００号において次
のような方法を提案している。

【０００３】この方法においては、まず、ｎ型ＧａＡｓ
基板に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ／ＡｌＡｓ多層反射膜、ｎ型
ＡｌＧａＡｓクラッド層、ｐ型ＧａＡｓ活性層、ｐ型Ａ
ｌＧａＡｓクラッド層およびｐ型ＡｌＧａＡｓキャップ
層を順次エピタキシャル成長させる。

【０００４】次に、フォトレジストを用い、半径５μｍ
程度の円形パターンを作製する。そして、塩素ガスを用
いたドライエッチングにより例えばクラッド層の中間に
達するまでエッチングした後水洗，乾燥させ、その後半
絶縁性ＺｎＳＳｅなどのII-VI 族化合物半導体によって
埋込み層を形成する。

【０００５】ついで、誘電体多層膜、ｎ型オーミック電
極およびｐ型オーミック電極の形成等のいくつかの工程
を経て面発光型半導体レーザが製造される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような製
造方法では、エッチング後に埋め込むＺｎＳＳｅ埋込み
層とＧａＡｓ活性層との界面にエッチングによるダメー
ジや汚染による多数の界面準位が発生してしまい、この
界面準位に起因する光学的損失やキャリアの注入損失が
大きく、デバイスとして十分なものを得にくくなるとい
った新たな課題が発生した。

【０００７】そこで、本発明はこのような問題点を解決
し、光共振器を構成する半導体層と埋込み層との間の界
面準位の発生を防ぎあるいは減少でき、その結果光学的
損失ならびにキャリヤの注入損失などが抑制され、十分
な特性を持つデバイスを容易に得ることができる面発光
型半導体レーザの製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上のような問題点を解
決するため、本発明の第１の面発光型半導体レーザの製
造方法は、基板に垂直な方向に光を出射する面発光型半
導体レーザの製造方法において、半導体もしくは誘電体
からなる基板上に光共振器を構成する複数層の半導体層
を形成する工程と、前記半導体層上にフォトレジストマ
スクを形成し、前記半導体層のうち少なくともクラッド
層を含む層部分を前記フォトレジストマスクを用いてエ
ッチングして、１本または複数本の柱状の半導体層を形
成する工程と、前記柱状の半導体層の周囲に、II−VI族
化合物半導体をエピタキシャル成長させて埋込み層を形
成する工程と、を含み、前記柱状の半導体層の周囲を前
記II−VI族化合物半導体により埋め込む埋込み層の形成
工程の前工程として、半導体層が形成された基板を硫化
アンモニウムおよび／またはセレン化アンモニウムの水
溶液に浸して半導体層表面に硫化物層もしくはセレン化
合物層を形成し、その後加熱処理を行って前記硫化物層
もしくはセレン化合物層を除去する清浄処理工程を含む
ことを特徴とする。

【０００９】さらに、本発明の第２の面発光型半導体レ
ーザの製造方法は、基板に垂直な方向に光を出射する面
発光型半導体レーザの製造方法において、半導体もしく
は誘電体からなる基板上に光共振器を構成する複数層の
半導体層を形成する工程と、前記半導体層上にフォトレ
ジストマスクを形成し、前記半導体層のうち少なくとも
クラッド層を含む層部分を前記フォトレジストマスクを
用いてエッチングして、１本または複数本の柱状の半導
体層を形成する工程と、前記柱状の半導体層の周囲に、
II−VI族化合物半導体をエピタキシャル成長させて埋込
み層を形成する工程と、を含み、前記柱状の半導体層の
周囲を前記II−VI族化合物半導体により埋め込む埋込み
層の形成工程の前工程として、イオウ、硫化物、セレン
およびセレン化合物の少くとも１種を含有する雰囲気中
で、半導体層が形成された基板を処理して半導体層表面
の汚染層を除去する清浄処理工程を含むことを特徴とす
る。

【００１０】

【作用】本発明においては、光共振器を構成する柱状の
半導体層の周囲をII-VI 属化合物半導体により埋込む埋
込み層の形成工程の前処理として、半導体層表面に形成
されたダメージや酸化膜等の汚染層を除去する清浄処理
工程を含むことにより、半導体層と埋込み層との間の界
面準位の発生を効果的に抑制することができる。その結
果、界面準位に起因する光学的損失ならびにキャリアの
注入損失を抑えることができる。

【００１１】そして、第１の発明においては、半導体層
が形成された基板を硫化アンモニウムおよび／またはセ
レン化アンモニウムの水溶液に浸漬して半導体層上に硫
化物層もしくはセレン化合物層を形成し、その後加熱処
理によって前記硫化物層もしくはセレン化合物層を蒸発
させて除去することにより、半導体層表面の汚染層を除
去することができる。

【００１２】また、第２の発明においては、イオウ、硫
化物、セレンおよびセレン化合物の少なくとも１種を含
む高温雰囲気中に半導体層が形成された基板を置くこと
により、半導体層上に硫化物あるいはセレン化物が形成
され、これが蒸発することにより汚染層を除去すること
ができる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。

【００１４】（第１実施例）本発明の第１実施例とし
て、清浄処理工程において硫化アンモニウム水溶液を用
いた製造方法について述べる。

【００１５】図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の製造方法
を用いた場合の面発光型半導体レーザの製造工程を説明
するための模式的な断面図である。また、図２は、図１
に示す製造工程により作製された面発光型半導体レーザ
発光部の断面を模式的に示す斜視図である。

【００１６】まず、図１に示す製造工程について説明す
る。

【００１７】（ａ）（１０２）ｎ型ＧａＡｓ基板に、
（１０３）ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型ＡｌＡｓ層と
ｎ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ層からなり波長８７０ｎｍ付
近の光に対し９８％以上の反射率を持つ３０ペアの（１
０４）分布反射型多層膜ミラー、（１０５）ｎ型Ａｌ
_0.1Ｇａ_0.9Ａｓクラッド層、（１０６）ｐ型ＧａＡｓ
活性層、（１０７）ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド
層、（１０８）ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓコンタクト層
を順次有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法と記
す）でエピタキシャル成長させる（図１（ａ））。この
時の成長温度は７００℃、成長圧力は１５０Ｔｏｒｒ
で、ＩＩＩ族原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウ
ム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ｖ族原料と
してＡｓＨ₃（アルシン）、ｎ型ドーパントとしてＨ₂
Ｓｅ（セレン化水素）、ｐ型ドーパントとしてＤＥＺｎ
（ジエチル亜鉛）を用いた。

【００１８】（ｂ）上記エピタキシャル成長後、（１０
８）ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓコンタクト層の表面に熱
ＣＶＤ法により（１１２）ＳｉＯ₂層を形成した後、反
応性イオンビームエッチング法（以下、ＲＩＢＥ法と記
す）により、図示しないハードベイクレジストで覆われ
た円柱状の発光部を残して（１０５）ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ
_0.9Ａｓクラッド層の途中までエッチングする。この
際、エッチングガスには塩素とアルゴンの混合ガスを用
い、ガス圧１×１０^-3Ｔｏｒｒ、引出し電圧４００Ｖで
行った。

【００１９】次に、ハードベイクレジストを取り除いた
後、層形成された基板に対し１０重量％の硫化アンモニ
ウム水溶液中で６０秒間浸潤処理を行い、半導体層表面
に（１１４）硫化物層を形成する。次に、これを流水で
５分間洗浄し、余分な硫化アンモニウム液を洗い流した
後、窒素ブロー処理により層形成された基板を乾燥させ
る。（図１（ｂ））（ｃ）続いて、ＭＯＣＶＤ法で（１０９）ＺｎＳ_0.06Ｓ
ｅ_0.94層からなる埋込み層を形成する。その時、層形成
された基板は２００℃以上に加熱されるため、埋め込み
層形成前に前記（１１４）硫化物層が蒸発して酸化物等
のない清浄界面が得られ、清浄処理が達成される。そし
て、清浄な界面上に（１０９）ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層
（埋込層）が形成されることとなる（図１（ｃ））。

【００２０】このＭＯＣＶＤ工法では、通常、成長温度
は５５０℃、成長圧力は４０Ｔｏｒｒであり、ＩＩ族原
料にＤＭＺｎ（ジメチル亜鉛），ＶＩ族原料にＤＭＳｅ
（ジメチルセレン）およびＤＥＳ（ジエチルサルファイ
ド）を用いた。この工程では、（１０５）ｎ型Ａｌ_0.4
Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層の上部のみに単結晶の（１０
９）ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層が成長し、（１１２）ＳｉＯ
₂層の上部には何も成長しない。

【００２１】（ｄ）さらに、（１１２）ＳｉＯ₂層を除
去した後表面に４ペアのＳｉＯ₂／α−Ｓｉ（アモルフ
ァスシリコン）からなる誘電体多層膜を電子ビーム蒸着
により形成し、ついでＣＦ₄を用いた反応性イオンエッ
チング法（ＲＩＥ）で、発光部の径よりやや小さい領域
を残して取り去ることにより、（１１１）誘電体多層膜
を形成する（図１（ｄ））。波長８７０ｎｍでの（１１
１）誘電体多層膜の反射率は９４％である。

【００２２】（ｅ）しかる後、（１１１）誘電体多層膜
周囲の表面に（１１０）ｐ型オーミック電極を蒸着し、
次に（１０２）基板裏面に（１０１）ｎ型オーミック電
極を蒸着し、窒素雰囲気中において４２０℃でアロイン
グし、面発光型半導体レーザ１００を完成する（図１
（ｅ））。

【００２３】本実施例の製造方法によれば、埋込層を形
成する前工程として硫化物による汚染の除去および硫化
物層自体の除去による清浄処理が行われることにより、
半導体層表面を清浄な状態とすることができるため、以
前の製造方法で避けられなかったＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体とＩＩ−ＶＩ族化合物半導体との界面での多数の界
面準位の発生を大幅に減少させることができる。その結
果、界面準位に起因する光学的損失やキャリアの注入損
失が抑えられる。

【００２４】また、このように作成した本実施例の面発
光型半導体レーザ（１００）は、埋込みに用いたＺｎＳ
_0.06Ｓｅ_0.94層が１ＧΩ以上の抵抗を有し、（１０９）
埋込み層への注入電流のもれが起こらないため、極めて
有効な電流狭窄が達成される。また、（１０９）埋込み
層は多層構造にする必要がないため容易に成長させるこ
とができ、バッチ間の再現性も高い。さらに、ＧａＡｓ
に比べ屈折率が十分小さいＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層を用い
て（１０６）活性層を埋め込んだ埋込み型の屈折率導波
路構造により、より効果的な光の閉じ込めが実現され
る。

【００２５】図３は、本実施例の面発光型半導体レーザ
の製造方法により製造された面発光型半導体レーザ（１
００）の駆動電流と発振光出力との関係を示す図であ
る。この装置によれば、しきい値１ｍＡと極めて低い値
を得ることができ、また、室温において連続発振が達成
された。さらに、外部微分子量効率も高く、界面準位に
起因する光学的損失やキャリアの注入損失の抑制がレー
ザの特性向上に貢献している。

【００２６】また、界面準位の抑制により信頼性が大幅
に向上したため、温度条件６０℃においても十分な信頼
性を確保することができた。

【００２７】（第２実施例）本発明の第２実施例とし
て、硫化物としてジエチルサルファイドを用いて清浄処
理工程を行った製造方法について述べる。

【００２８】図４は、本実施例の面発光型半導体レーザ
の製造方法を用いた場合の製造工程を模式的に説明する
ための断面図である。

【００２９】本実施例の（２００）半導体レーザは、
（２０７）ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層の途中
までをエッチングして柱状部を形成し、リブ導波路型構
造にした点で前記第１実施例と異なる。

【００３０】（ａ）（２０２）ｎ型ＧａＡｓ基板に、
（２０３）ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型ＡｌＡｓ層と
ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ層からなり波長８７０ｎｍ付
近の光に対し９８％以上の反射率を持つ３０ペアの（２
０４）分布反射型多層膜ミラー、（２０５）ｎ型Ａｌ
_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層、（２０６）ｐ型ＧａＡｓ
活性層、（２０７）ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド
層、（２０８）ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓコンタクト層
をＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長させる（図４
（ａ））。この時の成長温度は７００℃、成長圧力は１
５０Ｔｏｒｒで、ＩＩＩ族原料にＴＭＧ（トリメチルガ
リウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ｖ族原
料にＡｓＨ₃、ｎ型ドーパントにＨ₂Ｓｅ、ｐ型ドーパ
ントにＤＥＺｎ（ジエチル亜鉛）を用いた。

【００３１】（ｂ）エピタキシャル成長後、（２０８）
ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓコンタクト層の表面に熱ＣＶ
Ｄ法により（２１２）ＳｉＯ₂層を形成した後、ＲＩＢ
Ｅ法により、（２１３）ハードベイクレジストで覆われ
た円柱状の発光部を残して（２０７）ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ
_0.6Ａｓクラッド層の中間までエッチングする。この
際、エッチングガスには塩素とアルゴンの混合ガスを用
い、ガス圧１×１０^-3Ｔｏｒｒ、引出し電圧４００Ｖで
行った。（図４（ｂ））（ｃ）次に、（２１３）ハードベイクレジストを取り除
いた後、水素をキャリアガスとしてジエチルサルファイ
ドによる清浄処理を行い、表面の酸化層を取り除いて、
清浄な表面を露出させる。

【００３２】ここで、ジエチルサルファイドを用いた清
浄処理条件は次のように設定した。水素ガス流量：１ＳＬＭジエチルサルファイド流量：１００μｍｏｌ／分処理圧力：２×１０⁴Ｐａ処理温度：６００℃ 処理時間：１５分引き続き、同一処理装置内で基板を外気にふれさせない
でＭＯＣＶＤ法でＺｎＳ−ＺｎＳｅ歪超格子層からなる
（２０９）埋込み層を形成する（図４（ｃ））。ここ
で、ＺｎＳとＺｎＳｅとの１層あたりの層厚は共に５ｎ
ｍと設定した。

【００３３】（ｄ）（２１２）ＳｉＯ₂層を除去後、さ
らに、表面に４ペアのＳｉＯ₂／α−Ｓｉ（アモルファ
スシリコン）からなる（２１１）誘電体多層膜を電子ビ
ーム蒸着により形成し、ＲＩＥ法を用いたドライエッチ
ングで、発光部の径よりやや小さい領域を残して取り去
る（図４（ｄ））。波長８７０ｎｍでの（２１１）誘電
体多層膜の反射率は９４％である。

【００３４】（ｅ）しかる後、（２１１）誘電体多層膜
以外の表面に（２１０）ｐ型オーミック電極を蒸着し、
次に（２０２）基板裏面に（２０１）ｎ型オーミック電
極を蒸着し、窒素雰囲気中において４２０℃でアロイン
グし、面発光型半導体レーザを完成する（図４
（ｅ））。

【００３５】本実施例の製造方法によれば、埋込層を形
成する前工程として層表面の硫化物除去による清浄処理
が行われ、また基板を外気にふれさせないで清浄処理に
引き続き、埋め込み工程が行える。その結果、ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体とＩＩ−ＶＩ族化合物半導体との界面
での多数の界面準位の発生を大幅に抑えることができ、
界面準位に起因する光学的損失やキャリアの注入損失が
抑えられる。

【００３６】また、このように作成した本実施例の（２
００）面発光型半導体レーザは、埋込みに用いたＺｎＳ
−ＺｎＳｅ歪超格子層が１ＧΩ以上の抵抗を有し、（２
０９）埋込み層への注入電流のもれが起こらないため、
極めて有効な電流狭窄が達成される。また、（２０９）
埋込み層はＧａＡｓに比べ屈折率が十分小さい層を用い
ており、（２０６）活性層を埋め込んだ埋込み型の屈折
率導波路構造により、より効果的な光の閉じ込めが実現
される。

【００３７】また、図５は、本実施例の面発光型半導体
レーザの製造方法により製造された（２００）面発光型
半導体レーザの駆動電流と発振出力との関係を示す図で
ある。この装置によれば、しきい値１ｍＡと極めて低い
値を得ることができ、また室温において連続発振が達成
される。さらに、外部微分子量効率も高く、界面準位に
起因する光学的損失やキャリアの注入損失の抑制がレー
ザの特性向上に貢献している。

【００３８】また、界面準位の抑制により信頼性が大幅
に向上したため、温度条件６０℃においても十分な信頼
性を確保することができた。

【００３９】（第３実施例）図６（ａ）〜（ｇ）は第３
実施例における（３００）半導体レーザの製造工程を示
す断面図であり、図７はこの実施例により製造された
（３００）半導体レーザの発光部の断面を示す斜視図で
ある。

【００４０】本実施例の（３００）半導体レーザは、
（３０７）ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層を、互
いに分離溝で分離された複数の柱状部によって形成した
点で、前記第１実施例および第２実施例と異なる。

【００４１】以下、本実施例の製造工程について、図６
（ａ）〜（ｇ）にしたがって説明する。

【００４２】（ａ）まず、（３０２）ｎ型ＧａＡｓ基板
上に、（３０３）ｎ型ＧａＡｓバッファ層を形成し、さ
らに、ｎ型Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ
_0.8Ａｓ層からなり波長７８０ｎｍを中心に±３０ｎｍ
の光に対して９８％以上の反射率を持つ２５ペアの（３
０４）半導体多層膜ミラーを形成する。続いて、（３０
５）ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層、（３０６）
ｐ型Ａｌ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ活性層、（３０７）ｐ型Ａｌ
_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層、（３０８）ｐ型Ａｌ_0.15
Ｇａ_0.85Ａｓコンタクト層を、順次、ＭＯＣＶＤ法でエ
ピタキシャル成長させる（図６（ａ））。本実施例で
は、このときの成長条件を、成長温度を７２０℃、成長
圧力を１５０Ｔｏｒｒとするとともに、III 族原料とし
てはＴＭＧａ（トリメチルガリウム）およびＴＭＡｌ
（トリメチルアルミニウム）の有機金属を、Ｖ族原料と
してはＡｓＨ₃、ｎ型ドーパントにＨ₂Ｓｅ、ｐ型ドー
パントにＤＥＺｎ（ジエチル亜鉛）を、それぞれ用い
る。

【００４３】（ｂ）次に、表面に常圧熱ＣＶＤ法により
（３１２）ＳｉＯ₂層を形成し、さらにその上にフォト
レジストを塗布し、高温で焼きしめて（３１３）ハード
ベークレジストを形成する。さらに、この（３１３）ハ
ードベークレジスト上に、ＥＢ蒸着法により、ＳｉＯ₂
層を形成する。

【００４４】次に、ＲＩＥ法を用いて、基板上に形成し
た各層を、以下のようにしてエッチングする。

【００４５】初めに、（３１３）ハードベークレジスト
上に形成したＳｉＯ₂層上に、通常用いられるフォトリ
ソグラフィー工程を施し、必要なレジストパターンを形
成し、このパターンをマスクとして、ＲＩＥ法によりＳ
ｉＯ₂層をエッチングする。このエッチングは、例え
ば、ＣＦ₄ガスを用いて、ガス圧を４．５Ｐａ、入力を
ＲＦパワー１５０Ｗ、サンプルホルダーの温度を２０℃
にコントロールすることにより、行うことができる。

【００４６】次に、このＳｉＯ₂層をマスクにして、Ｒ
ＩＥ法により、（３１３）ハードベークレジストをエッ
チングする。このエッチングは、例えば、酸素ガスを用
いて、ガス圧を４．５Ｐａ、入力パワーを１５０Ｗ、サ
ンプルホルダーの温度を２０℃にコントロールすること
により、行うことができる。このとき、ＳｉＯ₂層上に
初めに形成したレジストパターンも同時にエッチングさ
れる。

【００４７】次に、パターン状に残っているＳｉＯ₂層
とエピタキシャル層上に形成した（３１２）ＳｉＯ₂層
とを同時にエッチングするために、再びＣＦ₄ガスを用
いてエッチングを行う。

【００４８】以上のように、薄いＳｉＯ₂層をマスクに
して、ドライエッチングの一方法であるＲＩＥ法を（３
１３）ハードベークレジストに用いることにより、必要
なパターン形状を持ちながら、さらに基板に対して垂直
な側面を持った（３１３）ハードベークレジストを作成
することができる（図６（ｂ））。

【００４９】（ｃ）続いて、この垂直な側面を持った
（３１３）ハードベークレジストをマスクにして、ＲＩ
ＢＥ法を用いて、柱状の発光部を残して、（３０７）ｐ
型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層の途中までエッチン
グを行う（図６（ｃ））。この際、本実施例では、エッ
チングガスには塩素とアルゴンとの混合ガスを用い、ガ
ス圧力を５×１０^-4Ｔｏｒｒ、プラズマ引出し電圧を４
００Ｖ、エッチング試料上でのイオン電流密度を４００
μＡ／ｃｍ²として、サンプルホルダーの温度を２０℃
に保って行うこととする。

【００５０】ここで、（３０７）ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5
Ａｓクラッド層の途中までしかエッチングしないのは、
活性層の水平方向の注入キャリアと光の閉じ込めを、屈
折率導波型のリブ導波路構造にして、活性層内の光の一
部を活性層水平方向に伝達できるようにするためであ
る。

【００５１】また、レジストとして垂直な側面を持った
（３１３）ハードベークレジストを使用し、さらに、エ
ッチング方法としてエッチング試料に対して垂直にイオ
ンをビーム状に照射してエッチングを行うＲＩＢＥ法を
使用することにより、近接した（３２０）発光部を、基
板に垂直な（３１４）分離溝で分離させることができる
とともに、面発光型半導体レーザの特性向上に必要な垂
直光共振器を作成することが可能となっている。

【００５２】（ｄ）次に、（３１３）ハードベークレジ
ストを取り除いた後、セレン化水素ガス（Ｈ₂Ｓｅ）を
用いて清浄処理を行い、表面の汚染物質、特に酸化物を
取り除いて清浄な表面を露出させる。

【００５３】そのための工程は、まず光共振器の作製の
終わった基板を、埋め込み層の形成を行うＭＯＣＶＤ装
置に入れる。次に、埋め込み層の形成を行う前に、装置
内にセレン化水素ガス（水素ガスによって濃度１０％に
希釈したもの）を導入し、基板表面を常温（室温）でセ
レン化水素ガスにさらす。ＩＳＬＭのガス流量で１０分
間さらして表面の汚染物を取り除き、さらに表面にセレ
ン化合物層の薄膜を作成する。その後、セレン化水素ガ
スの導入をやめ、高真空状態として余分なセレン化水素
ガスを除去した後、基板を大気にさらすことなく、同一
装置内で基板を２００℃以上に加熱し、セレン化合物層
を脱離させ、清浄な表面を露出させる。その後、ＭＯＣ
ＶＤ法により、II-VI 族化合物半導体による埋込み層を
成長させる。このときの成長条件は、成長温度を２７５
℃、成長圧力を７０Ｔｏｒｒとする。II-VI 族化合物半
導体としては、例えばII族原料としてII族有機化合物お
よびVI族有機化合物からなる付加体であるＤＭＺｎ−Ｄ
ＭＳｅ付加体（ジメチル亜鉛とジメチルセレンとの付加
体）を使用し、また、VI族原料としてVI族水素化物であ
るＨ₂Ｓｅ（セレン化水素）およびＨ₂Ｓ（硫化水素）
を使用する。これにより、エッチングされた部分の上部
には（３０９）単結晶のＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層が成長
し、（３１２）ＳｉＯ₂層の上部には（３１６）多結晶
のＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層が成長する（図６（ｄ））。

【００５４】（ｅ）その後、（３１５）レジストを表面
全体に厚く塗布し、表面を平坦化する（図６（ｅ））。
そして、ＲＩＢＥ法により、（３１２）ＳｉＯ₂層が露
出するまでエッチングをする。このとき、（３１５）レ
ジストのエッチングレートと（３１６）多結晶のＺｎＳ
_0.06Ｓｅ_0.94層のエッチングレートとはほぼ同じであ
り、また、（３１２）ＳｉＯ₂層はエッチングストップ
層となるため、エッチング後の表面を平坦にすることが
できる。

【００５５】（ｆ）さらに、ＳｉＯ₂層を、通常のウエ
ットエッチングにより除去した後、表面に４ペアの（３
１１）ＳｉＯ₂／α−Ｓｉ誘電体多層膜ミラーを電子ビ
ーム蒸着により形成し、ＲＩＥ法を用いたドライエッチ
ングで、発光部の径よりやや小さい領域を残して取り去
る（図６（ｆ））。（３１１）誘電体多層膜ミラーの、
波長７８０ｎｍでの反射率は、９４％である。

【００５６】（ｇ）しかる後、（３１１）誘電体多層膜
ミラー以外の表面に（３１０）ｐ型オーミック電極を蒸
着し、さらに、（３０２）ｎ型ＧａＡｓ基板側に（３０
１）ｎ型オーミック電極を蒸着する（図６（ｇ））。こ
こで、出射側の（３１０）ｐ型オーミック電極は、各
（３２０）発光部の各（３０８）コンタクト層に導通す
るように形成される。そして、最後に、Ｎ₂雰囲気中
で、４２０℃でアロイングを行う。

【００５７】以上の工程により、図７に示したような
（３００）面発光型半導体レーザを得ることができる。

【００５８】本実施例の製造方法によれば、埋込層を形
成する前工程として層表面の清浄処理を行なうことによ
り、半導体層表面を清浄な状態とすることができるた
め、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体との界面での多数の界面準位の発生を大幅に抑える
ことができる。その結果、界面準位に起因する光学的損
失やキャリアの注入損失が抑えられる。

【００５９】また、このように作成した本実施例の（３
００）面発光型半導体レーザは、埋込みに用いたＺｎＳ
_0.06Ｓｅ_0.94層が１ＧΩ以上の抵抗を有し、（３０９）
埋込み層への注入電流のもれが起こらないため、極めて
有効な電流狭窄が達成される。また、（３０９）埋込み
層は多層構造にする必要がないため容易に成長させるこ
とができ、バッチ間の再現性も高い。さらに、ＧａＡｓ
に比べ屈折率が十分小さいＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層を用
い、（３０６）活性層を埋め込んだ埋込み型の屈折率導
波路構造により、より効果的な光の閉じ込めが実現され
る。

【００６０】ここで、本実施例の（３００）半導体レー
ザでは、ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94で埋め込んだ（３１４）分
離溝上にも（３１１）誘電体多層膜ミラーを作成するこ
ととしたので、発光部に挟まれた領域にも垂直共振器構
造が形成され、したがって、（３１４）分離溝にもれた
光も有効にレーザ発振に寄与し、また、漏れた光を利用
するので（３２０）発光部の位相に同期した発光とな
る。

【００６１】なお、今までに述べた実施例では活性層に
ＧａＡｓを用いているが、本発明は活性層にＡｌ_XＧａ
_1-XＡｓ（０≦Ｘ≦０．４）を用いた場合にももちろん
十分な効果が得られる。特に、Ａｌ混晶比Ｘが大きいと
きの界面準位抑制や界面欠陥抑制には効果的である。

【００６２】またその他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、
特にＩｎＧａＡｓＰ系など光通信用に用いられる化合物
半導体を用いた場合には、面発光型半導体レーザの単色
性も有効に作用し高度な光通信技術にも対応するものに
なる。

【００６３】もちろん、他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
を用いても有効な結果が得られる。また、埋込み層もＺ
ｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94混晶やＺｎＳ−ＺｎＳｅ超格子に限ら
ず、他のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、例えばＺｎＳｅや
ＺｎＳやＣｄＴｅおよびその混晶またはこれらの材料系
による超格子を埋込み層に選んでも同様の効果が得られ
る。

【００６４】また、基板もＧａＡｓにこだわる必要はな
く、ＳｉやＩｎＰ等の半導体基板やサファイア基板のよ
うな誘電体基板でも同様な効果が得られる。

【００６５】また、本実施例では、１つのレーザ構造に
対して１つの表面処理について記述したが、本発明はこ
れに限定されず、結晶成長装置などとのかねあいで、他
の処理方法あるいは複数の処理方法を組み合わせて用い
ても同様の効果が得られる。

【００６６】

【発明の効果】本発明の面発光型半導体レーザの製造方
法を用いることにより、次に示すような効果が得られ
る。

【００６７】（１）ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体との間の再成長界面での界面準位の
発生を抑えることができる。また、製造工程などで発生
するダメージなどによる準位を大幅に減少させることが
できる。

【００６８】その結果、界面準位に起因する光学的損失
ならびにキャリアの注入損失を抑えることができる。

【００６９】また、界面準位に起因する電子−正孔の無
効再結晶をも抑えることができる。つまり、面発光型半
導体レーザに注入された電流はほとんど損失なく活性層
に注入され、光に変換されることとなるため高効率特性
が得られる。そのため、１ｍＡという低しきい値電流で
かつ高微分子量効率を持つ面発光型半導体レーザが容易
に得られる。

【００７０】（２）ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体との界面に生じる欠陥が抑制され
る。その結果、欠陥を起点として生じるダークラインデ
ィフェクトの発生を抑えることが可能となり、寿命特性
が向上する。特に、活性層にＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓを用
いた場合では従来のものに比べ１０倍以上の寿命特性を
得られる。

【００７１】（３）清浄処理方法が容易である。

【００７２】そのため、大がかりな製造ラインの作成や
改造を必要とせず、巨額になりがちな半導体製造ライン
の初期投資を抑えることができる。また、処理方法が容
易であるため再現性に優れており、高い歩留まりが得ら
れる。

【００７３】（４）空気を遮断した状態で清浄処理がで
きる。

【００７４】硫化水素処理やセレン化水素処理は結晶成
長装置の中で空気を遮断した状態で表面処理ができるた
め、空気特に酸素に起因した界面不純物の混入を避ける
ことができる。

【００７５】しかも、特別な処理装置を作らなくても従
来ある結晶成長装置にわずかな改造を加えるだけですむ
ため、装置の製造が容易であり、ラインの立上時間およ
び初期投資を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の面発光型半導体レーザの製造方法の第
１実施例を用いた場合の製造工程を説明するための断面
図である。

【図２】図１に示す、面発光型半導体レーザの製造方法
により作製された面発光型半導体レーザ発光部の断面を
示す斜視図である。

【図３】図２に示す面発光型半導体レーザの駆動電流と
発振光出力との関係を示す図である。

【図４】本発明の面発光型半導体レーザの製造方法の第
２実施例を用いた場合の製造工程を説明するための断面
図である。

【図５】図４に示す製造方法により作製された面発光型
半導体レーザの駆動電流と発振光出力の関係を示す図で
ある。

【図６】本発明の面発光型半導体レーザの製造方法の第
３実施例を用いた場合の製造工程を説明するための断面
図である。

【図７】図６に示す面発光型半導体レーザの製造方法に
より作製された面発光型半導体レーザ発光部の断面を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１０１ｎ型オーミック電極１０２ｎ型ＧａＡｓ基板１０３ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０４分布反射型多層膜ミラー１０５ｎ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層１０６ｐ型ＧａＡｓ活性層１０７ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層１０８ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓコンタクト層１０９ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層１１０ｐ型オーミック電極１１１誘電体多層膜１１２ＳｉＯ₂層１１３ハードベイクレジスト１１４硫化物層２０１ｎ型オーミック電極２０２ｎ型ＧｓＡｓ基板２０３ｎ型ＧａＡｓバッファ層２０４分布反射型多層膜ミラー２０５ｎ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層２０６ｐ型ＧａＡｓ活性層２０７ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層２０８ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.6Ａｓコンタクト層２０９ＺｎＳ−ＺｎＳｅ歪超格子埋め込み層２１０ｐ型オーミック電極２１１誘電体多層膜３０１ｎ型オーミック電極３０２ｎ型ＧａＡｓ基板３０３ｎ型ＧａＡｓバッファ層３０４分布反射型多層膜ミラー３０５ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層３０６ｐ型Ａｌ_0.13Ｇａ_0.87Ａｓ活性層３０７ｐ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層３０８ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓコンタクト層３０９ＺｎＳ_0.06Ｓｅ_0.94層（埋込み層）３１０ｐ型オーミック電極３１１誘電体多層膜ミラー３１２ＳｉＯ₂層３１３ハードベイクレジスト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に垂直な方向に光を出射する面発光
型半導体レーザの製造方法において、半導体もしくは誘電体からなる基板上に光共振器を構成
する複数層の半導体層を形成する工程と、前記半導体層上にフォトレジストマスクを形成し、前記
半導体層のうち少なくともクラッド層を含む層部分を前
記フォトレジストマスクを用いてエッチングして、１本
または複数本の柱状の半導体層を形成する工程と、前記柱状の半導体層の周囲に、II−VI族化合物半導体を
エピタキシャル成長させて埋込み層を形成する工程と、
を含み、前記柱状の半導体層の周囲を前記II−VI族化合物半導体
により埋め込む埋込み層の形成工程の前工程として、半
導体層が形成された基板を硫化アンモニウムおよび／ま
たはセレン化アンモニウムの水溶液に浸して半導体層表
面に硫化物層もしくはセレン化合物層を形成し、その後
加熱処理を行って前記硫化物層もしくはセレン化合物層
を除去する清浄処理工程を含むことを特徴とする面発光
型半導体レーザの製造方法。
【請求項２】基板に垂直な方向に光を出射する面発光
型半導体レーザの製造方法において、半導体もしくは誘電体からなる基板上に光共振器を構成
する複数層の半導体層を形成する工程と、前記半導体層上にフォトレジストマスクを形成し、前記
半導体層のうち少なくともクラッド層を含む層部分を前
記フォトレジストマスクを用いてエッチングして、１本
または複数本の柱状の半導体層を形成する工程と、前記柱状の半導体層の周囲に、II−VI族化合物半導体を
エピタキシャル成長させて埋込み層を形成する工程と、
を含み、前記柱状の半導体層の周囲を前記II−VI族化合物半導体
により埋め込む埋込み層の形成工程の前工程として、イ
オウ、硫化物、セレンおよびセレン化合物の少くとも１
種を含有する雰囲気中で、半導体層が形成された基板を
処理して半導体層表面の汚染層を除去する清浄処理工程
を含むことを特徴とする面発光型半導体レーザの製造方
法。
【請求項３】請求項２において、前記硫化物は、硫化水素、ジメチルサルファイドおよび
ジエチルサルファイドから選択される少なくとも１種で
あり、前記セレン化合物は、セレン化水素、ジメチルセ
レンおよびジエチルセレンから選択される少なくとも１
種であることを特徴とする面発光型半導体レーザの製造
方法。
【請求項４】請求項１または請求項２において、前記光共振器は、複数本の前記柱状の半導体層に分離す
る分離溝を有し、前記II−VI族化合物半導体からなる埋
込み層が前記分離溝に埋込み形成された、各柱状の前記
半導体層にそれぞれ発光部が形成され、前記光共振器を構成する半導体層のうちの活性層には前
記分離溝が到達せず、各発光部での光の位相が同期可能
なことを特徴とする面発光型半導体レーザの製造方法。