JPH069273B2 - 半導体レ−ザの製造方法 - Google Patents

半導体レ−ザの製造方法

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JPH069273B2
JPH069273B2 JP62056242A JP5624287A JPH069273B2 JP H069273 B2 JPH069273 B2 JP H069273B2 JP 62056242 A JP62056242 A JP 62056242A JP 5624287 A JP5624287 A JP 5624287A JP H069273 B2 JPH069273 B2 JP H069273B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (a)産業上の利用分野 この発明は、半導体レーザの製造方法に関する。
(b)従来の技術 従来より半導体レーザは光情報処理や光通信用の電子部
品として用いられており、その応用分野は多枝に渡ろう
としている。半導体レーザに要求される特性の一つとし
てしきい値電流すなわち自然発光状態からレーザ発振状
態に変化する半導体レーザの順方向電流をいかに低減す
るかが技術的課題の一つであった。
第6図(A),(B)は従来の半導体レーザの製造方法
を表す断面図である。同図(A)において1はn型Ga
Asの基板、2はn型AlGaAsのクラッド層、3は
不純物を含まないAlGaAsの活性層、4はp型Al
GaAsのクラッド層、8はp型のGaAsのキャップ
層をそれぞれ表している。このように基板上に各層を成
長させた後、同図(B)に示すようにプロトンなどを打
ち込むことにより電流阻止領域9を形成する。このよう
にして電流阻止領域間(以下ストライプという。)にお
ける活性層での電流の集中度を高めている。
ところが、電流阻止領域をプロトンの打ち込みなどによ
り絶縁化したことにより、活性層の結晶性が乱れ、寿命
などに悪影響を及ぼしていた。そこでクラッド層の一部
分を逆の伝導型にすることにより電流阻止領域を形成す
れば、この問題を解消することができる。第7図
(A),(B)はその例を表している。同図(A)は第
6図(A)に示したものと同様の構成であり、基板上に
各層を成長させた後、第7図(B)に示すようにストラ
イプを形成すべき個所以外に不純物を拡散またはイオン
打ち込みを行うことによりn型の電流阻止領域10を形
成している。
(c)発明が解決しようとする問題点 とこらが、第7図(B)に示した従来の半導体レーザに
おいては、活性層において光励起が行われてレーザ発光
するため、活性層での電流の集中度を高める必要があ
る。そのためには図中tの寸法をできるだけ小さくしな
ければならない。一方、p型クラッド層4は光の導波路
となるので例えば1.0〜1.5μm以上に厚くなけれ
ば光損失が大きくなる。また、キャップ層8はヒートシ
ンクとの半田付けの際半田材の活性層への影響を防止
し、さらに、電極金属の影響を防止するためある程度厚
くなければ実用上問題が発生する。そこでこれらの二つ
の層で3〜数μmの厚さが必要である。ところが、拡
散,イオン打ち込みともに3〜数μmの深さにおいて1
00Å程度の精度をもたせることは困難であり、したが
って活性層のごく近傍まで電流阻止領域10を形成する
ことが困難である。
さらに、p型クラッド層4とp型キャップ層8とで3〜
数μmの厚さになり、電流の集中するストライプの層が
厚く、抵抗値が高くなる。
このような理由でしきい値電流は低減されず、動作電圧
の上昇および発熱の問題があった。この発明の目的は、
前述のtの寸法を容易に小さくし、しきい値電流の低い
半導体レーザを得ることのできる半導体レーザの製造方
法を提供することにある。
(d)問題点を解決するための手段 この発明の半導体レーザの製造方法は、基板上に下部ク
ラッド層、活性層、上部第1クラッド層、および分子線
エミタキシャル成長室における蒸発速度が上部第1クラ
ッド層より大きな保護層をこの順に形成した後、下部ク
ラッド層に達しない深さに、前記保護層の表面から不純
物をイオン打ち込みまたは拡散して上部第1クラッド層
にストライプ部を形成する工程と、前記保護層を分子線
エピタキシャル成長室で蒸発させ、続いて上部第1クラ
ッド層上に上記ストライプ部と同伝導型の上部第2クラ
ッド層とキャップ層をこの順に分子線エピタキシャル成
長法により形成する工程とからなる。
(e)作用 この発明の半導体レーザの製造方法においては、基板上
に下部クラッド層、活性層、上部第1クラッド層をこの
順に形成した段階で、表面から下部クラッド層に達しな
い深さに不純物をイオン打ち込みまたは拡散することに
よりストライプ部が形成される。その後、上部第1クラ
ッド層上に上記ストライプ部と同伝導型の上部第2クラ
ッド層とキャップ層がこの順に形成される。このように
所定厚さの上部クラッド層とキャップ層を形成する前の
中間段階で、不純物のイオン打ち込みまたは拡散により
ストライプ部を形成するため、活性層の極近傍に、また
は活性層に接して厚みの薄いストライプ部が形成され
る。その結果、ストライプ部近傍において活性層に注入
される電流密度が高まり、レーザ発振に寄与しない無効
電流が減少し、しきい値電流の低い半導体レーザが得ら
れる。さらに、上部第1クラッド層の表面に保護層を形
成した状態で不純物イオンの打ち込みまたは拡散を行っ
て、上部第1クラッド層にストライプ部を形成し、前記
保護層を分子線エピタキシャル成長室で蒸発させるよう
にしたため、ストライプ部を形成する際に上部第1クラ
ッド層表面の損傷または汚損を防ぐことができ、しかも
上部第1クラッド層上に上部第2クラッド層を成長させ
る際に、上部第1クラッド層との界面を清浄な状態に保
ち得るので、特性の優れた半導体レーザが得られる。
(f)実施例 第1図(A)〜(D)はこの発明の実施例である半導体
レーザの製造方法を表す各工程における断面図である。
同図(A)において1は縦250μm,横250μm,
厚さ200μmのn型GaAs基板、2は厚さ1.5μ
mのn型Al0.6Ga0.4Asの下部クラッド層、3は厚
さ800Åで不純物を含まないAl0.15Ga0.85Asの
活性層、4は厚さ0.4μmのp型Al0.6Ga0.4As
の上部第1クラッド層、5は厚さ400Åの不純物を含
まないGaAsの保護層をそれぞれ表している。これら
の各層は基板1の上部に分子線エピタキシャル法によっ
てそれぞれ順に成長させる。
次に同図(B)に示すように成長させたウエハを取り出
し、フォトリソグラフィにより、ストライプ部を形成す
べき上部に厚さ1.5μm幅4μmのレジストを付着さ
せる。その後、Siイオンを加速電圧150KeV,ド
ーズ量1×1015cm-2の条件で打ち込む。この時の打ち
込み深さは0.4μmである。この程度の浅いイオン打
ち込みまたは拡散であれば、約100Åの正確さでtを
制御することができる。このようにして上部第1クラッ
ド層にn型の電流阻止領域4bが形成される。この電流
阻止領域間4aがストライプ部となる。このような保護
層5を設けたため、イオン打ち込み等のプロセスによる
上部第1クラッド層表面の汚れや損傷を防止することが
できる。
次に、有機洗浄によってレジスト6を除去した後、分子
線エピタキシャル成長室に入れる。ウエハに対してAs
の分子線をあてながら、温度を750〜760℃で約3
0分間保持する。保護層であるGaAsの蒸発速度は
0.7〜1.0μm/hであるのに対し、Al0.6Ga
0.4Asである上部第1クラッド層の蒸発速度は0.0
5μm/h以下である。このため、第1図(C)に示す
ように保護層が選択的に蒸発される。また、このとき第
1図(B)に示した工程で打ち込まれたSiイオンがア
ニール効果で活性化して、p型クラッド層のストライプ
部4a以外の領域4bがn型化する。なお、分子線エピ
タキシャル装置の成長室内は超高真空状態であり、クラ
ッド層のAlが酸化することなく、次に述べるようにこ
のクラッド層上に上部第2クラッド層をそのまま成長さ
せることができる。
第1図(D)に示すように上部第1クラッド層上にさら
にp型のAl0.6Ga0.4Asの上部第2クラッド層7を
厚さ1.1μmになるまで分子線エピタキシ成長させ、
さらにその表面にp型のGaAsのキャップ層8を厚さ
2μmになるまで分子線エピタキシ成長させる。
以上のようにして活性層3と電流阻止領域4bとの隙間
tが小さく、しかも所定厚さの上部クラッド層が形成さ
れた半導体レーザが製造される。なお、この実施例にお
いては、電流阻止領域4bがクラッド層と同じ組成のA
lGaAsであるため、活性量から広がる光がこの阻止
領域で吸収されることがなく、したがってストライプ部
の幅を狭くし、tを薄くすることによりしきい値電流な
どを容易に改善することができる。
上記実施例は上部第1クラッド層をAlGaAsの均一
な組成から構成した例であったが、この部分を超格子構
造とすることにより新たな効果を付加することができ
る。第2図(A),(B)はその例を表す断面図であ
る。同図(A)において4はAlGaAsとGaAsの
異なる組成を持つ層を周期的に配列して超格子構造にし
た上部第1クラッド層を表している。前述の第1図
(B)に示したと同様にストライプ部を形成すべき個所
にレジスト6を付着させ、Si,Znなどのイオンを打
ちこんで熱処理を行うことにより、レジストが付着され
ていない領域が混晶状態となり、同図(B)に示すよう
に屈折率の高いストライプ部4aが屈折率の低い電流阻
止領域4b間に挟まれた構造となり、その結果レーザ光
の導波路としての特性(遠視野像,非点収差)を独立に
制御することができる。
上記いずれの実施例も上部第1クラッド層に不純物を打
ち込み、所定個所に電流阻止領域を形成することによ
り、ストライプ部を設けた例であったが、ストライプ部
にイオンを打ち込むことによりあるいは拡散を行うこと
によりストライプ部を形成することも可能である。第3
図(A)〜(D)はその例について表している。第1図
に示した場合と異なる点は、上記第1クラッド層4がn
型であり、ストライプ部となるべき領域に不純物をイオ
ン打ち込みまたは拡散する点である。すなわち第3図
(A)に示すようにn型基板1上にn型の下部クラッド
層2,活性層3,n型上部第1クラッド層4,保護層5
を順に成長させ、同図(B)に示すように電流阻止領域
の上部にレジスト6を付着させ、Mgイオンを加速電圧
120KeV,ドーズ量1×1014cm-2の条件で打ち込
むことにより、活性層3までp型のストライプ部4aを
形成する。その後は第1図(C),(D)に示したと同
様にレジスト6および保護層5を除去し、上部第2クラ
ッド層7とキャップ層8を成長させることにより、半導
体レーザを製造する。
なお、上記実施例はいずれもイオン打ち込み又は拡散を
上部第1クラッド層や活性層まで行った例であるが、活
性層の結晶を損なわない限り、少なくとも下部クラッド
層に達しない深さまでイオン打ち込み又は拡散すること
ができる。
さらに、上記実施例においてはストライプ部のパターン
として所定幅の単純なパターンを形成する例であったが
ストライプ内に一部電流を阻止する領域を形成すること
により、ストライプ内の光励起の分布を制御することが
可能である。第4図(A),(B)および第5図
(A),(B)はそのいくつかの例について表してい
る。第4図(A),(B)は半導体レーザの分解斜視図
を表し、同図(A)に示すように4aはストライプ部を
表し、その途中に電流を阻止する電流阻止領域4bが形
成されている。また第5図(A),(B)はさらに他の
例を表す上面図(上部第2クラッド層およびキャップ層
を形成する前の状態)を表している。このような細かな
電流阻止領域をパターン化することが可能であり、これ
によりパルセーションモードが発生され、自己干渉せず
分光特性や雑音特性の改善が容易に実現できる。
(g)発明の効果 以上のようにこの発明によれば、ストライプ部の厚みを
高い寸法精度により形成することができるため、活性層
の極近傍に、または活性層に接してストライプ部を形成
することができ、また、ストライプ部の厚みを薄くし、
且つ上部クラッド層の厚みを所定寸法に厚くすることが
できる。その結果、ストライプ部近傍において活性層が
注入される電流の密度が高まり、レーザ発振に寄与しな
い無効電流が減少して、しきい値電流の低い半導体レー
ザが得られる。
さらに、この発明によれば、上部第1クラッド層の表面
に保護層を形成した状態で不純物イオンの打ち込みまた
は拡散を行って、上部第1クラッド層にストライプ部を
形成し、前記保護層を分子線エピタキシャル成長室で蒸
発させるようにしたため、ストライプ部を形成する際に
上部第1クラッド層表面の損傷または汚損を防ぐことが
でき、しかも上部第1クラッド層上に上部第2クラッド
層を成長させる際に、上部第1クラッド層との界面を清
浄な状態に保ち得るので、特性の優れた半導体レーザを
製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)〜(D)はこの発明の実施例である半導体
レーザの製造方法の各工程を表す断面図、第2図
(A),(B)と第3図(A)〜(D)は他の実施例に
係る半導体レーザの製造方法を表す断面図、第4図
(A),(B)および第5図(A),(B)はさらに他
の実施例に係る半導体レーザの構造を表す図、第6図
(A),(B)および第7図(A),(B)は従来の半
導体レーザの製造方法を表す断面図である。 1−基板 2−下部クラッド層、 3−活性層、 4−上部第1クラッド層、 4a−ストライプ部、 4b−電流阻止領域、 7−上部第2クラッド層、 8−キャップ層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 楠 薫 京都府京都市右京区西院溝崎町21番地 ロ ーム株式会社内 (72)発明者 井川 克彦 京都府京都市右京区西院溝崎町21番地 ロ ーム株式会社内 (72)発明者 石田 祐士 京都府京都市右京区西院溝崎町21番地 ロ ーム株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−90586(JP,A) 特開 昭57−112090(JP,A) 特開 昭57−198684(JP,A) 特開 昭61−150392(JP,A) 実開 昭61−156258(JP,U)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に下部クラッド層、活性層、上部第
    1クラッド層、および分子線エピタキシャル成長室にお
    ける蒸発速度が上部第1クラッド層より大きな保護層を
    この順に形成した後、下部クラッド層に達しない深さ
    に、前記保護層の表面から不純物をイオン打ち込むまた
    は拡散して上部第1クラッド層にストライプ部を形成す
    る工程と、前記保護層を分子線エピタキシャル成長室で
    蒸発させ、続いて上部第1クラッド層上に上記ストライ
    プ部と同伝導型の上部第2クラッド層とキャップ層をこ
    の順に分子線エピタキシャル成長法により形成する工程
    とからなる半導体レーザの製造方法。
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