JPH10200210A - 面発光レーザの製造方法 - Google Patents

面発光レーザの製造方法

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JPH10200210A
JPH10200210A JP294497A JP294497A JPH10200210A JP H10200210 A JPH10200210 A JP H10200210A JP 294497 A JP294497 A JP 294497A JP 294497 A JP294497 A JP 294497A JP H10200210 A JPH10200210 A JP H10200210A
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JP
Japan
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layer
oxide layer
oxidation
manufacturing
active layer
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JP294497A
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Hideo Kosaka
英男 小坂
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NEC Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S2301/00Functional characteristics
    • H01S2301/17Semiconductor lasers comprising special layers
    • H01S2301/173The laser chip comprising special buffer layers, e.g. dislocation prevention or reduction
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction 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
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18311Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation

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  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 電流狭窄領域のサイズのばらつきに起因する
素子特性のばらつきを抑制し、且つ低コストな、面発行
レーザー素子の製造方法を提供する。 【解決手段】 活性層3への注入電流の狭窄が行われる
ように酸化処理により部分的に高抵抗化された構成を有
する面発光レーザの製造方法において、基板1上に多層
膜を成長させ、その活性層3近傍に酸化層5を設け、そ
の酸化層5上の発光領域のみに酸化防止層7を選択的に
形成し、その後に全体を酸化処理して酸化層5の露出部
分だけを選択的に酸化させ、次いで多層膜を成長させる
ことによって電流狭窄構造を形成する面発光レーザの製
造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信あるいは光
情報処理に使用される光源用発光素子である面発光レー
ザの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】酸化により部分的に高抵抗化し活性層へ
の注入電流の狭窄を行う構造の面発光レーザにおいて、
従来は、活性層近傍に設けたAlAsあるいは高Al組
成のAlXGa1-XAsを酸化層とし、この酸化層の酸化
反応を多層膜の周囲から横方向より進行させて、選択的
に注入電流を狭窄する方法をとっていた。
【0003】この構造および方法は、例えば、フォトニ
クス テクノロジーレターズ VOL.8,971〜9
73頁(1996)に掲載されている。この構造を図5
に示す。この従来例では、酸化層5としてAlAsを用
い、この酸化層5は活性層3の上方の上側多層膜反射鏡
6の直下に形成されている。電流狭窄構造を形成するた
めの酸化槽5の酸化は、エッチングにより露出した多層
膜の側面から酸化反応を進行させ、自然放出光の近視野
像をモニターすることにより酸化領域を制御している。
水蒸気を含む窒素雰囲気中で基板温度を400℃とする
ことによって酸化反応を進行させ、側面から深さ18μ
mまでの酸化に要する時間は15分である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例による方法では以下に述べる問題を有していた。す
なわち、多層膜の側面から酸化反応を進行させる必要が
あるため、一般的に10μmから数10μmを酸化処理
する時間が必要であり、発光領域となる非酸化領域をμ
mオーダで制御することが困難である。特に酸化処理時
間で制御する方法では、水蒸気および基板温度の高精度
の制御が必要となり、極めて困難である。
【0005】また、上記従来例に示した自然放出光をモ
ニターする方法では、酸化処理前に電極を作製して電流
を流す必要があり、高温下での電極材料のアロイ化によ
り特性が劣化する。光励起による自然放出光モニターの
方法では、特殊な装置を要する上に観察が困難である。
【0006】さらに、発光領域となる非酸化領域のサイ
ズは、エッチング領域のサイズで変化することになり、
素子毎の均一性を確保するためには高精度なエッチング
制御が必要となるため、簡便で低コストなウエットエッ
チングの手法が使用できない。また、非酸化領域の必要
なサイズは数μm程度であることから、これらを原因と
するμmオーダのばらつきは素子の電気的・光学的特性
の大きなばらつきとなって現れる。
【0007】そこで本発明の目的は、このような電流狭
窄領域のサイズのばらつきに起因する素子特性のばらつ
きを抑制し、且つ低コストな、面発行レーザー素子の製
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】本発明者は、上記の目的
を達成するために種々の検討を重ねた結果、本発明を完
成した。
【0009】第1の発明は、活性層への注入電流の狭窄
が行われるように酸化処理により部分的に高抵抗化され
た構成を有する面発光レーザの製造方法において、基板
上に多層膜を成長させ、その活性層近傍に酸化層を設
け、その酸化層上の発光領域のみに酸化防止層を選択的
に形成し、その後に全体を酸化処理して酸化層の露出部
分だけを選択的に酸化させ、次いで多層膜を成長させる
ことによって電流狭窄構造を形成することを特徴とする
面発光レーザの製造方法に関する。
【0010】第2の発明は、酸化層の形成以降の再成長
による活性層の結晶性の乱れを抑えることができるよう
に、酸化層および酸化防止層を活性層の上方に形成する
第1の発明の面発光レーザの製造方法に関する。
【0011】第3の発明は、酸化層および酸化防止層の
形成後の酸化処理を、水蒸気にさらすことなく、大気中
で昇温することによって行う第1又は第2の発明の面発
光レーザの製造方法に関する。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を挙げ
て詳細に説明する。
【0013】本発明は、基板上に多層膜を成長させ、そ
の活性層近傍にAlAs等の酸化層を設け、その酸化層
上の発光領域のみにGaAs等の酸化防止層をマスクシ
ャッター法等により選択的に成長し、これにより露出し
た部分だけを自然選択的に酸化させて電流狭窄構造を形
成する。その後に、残りの多層膜を成長させて素子を完
成させる。
【0014】その際、酸化層および酸化防止層は、酸化
層の形成以降の再成長による活性層の結晶性の乱れを抑
えることができるように、活性層の上方に配置すること
が好ましい。
【0015】また、結晶成長と酸化処理は、MBE結晶
成長装置を用いた次の方法によることが好ましい。ま
ず、結晶成長室において多層膜、酸化層および酸化防止
層を形成する。次いで、一旦その基板を、結晶成長室に
連結された準備室に移動してそこへ大気を導入し、基板
自体を400℃まで昇温させて酸化処理を行う。再度こ
の基板を成長室へ移動して残りの層を形成する。
【0016】本発明の電流狭窄構造を形成する方法で
は、電流狭窄層となる酸化層を、多層膜の周囲から酸化
進行させるのではなく直上から酸化させるために酸化時
間が飛躍的に減少する。また、酸化領域は、酸化防止層
によって厳密に限定される。
【0017】その結果、素子ごとの非酸化領域のサイズ
の変動とこれに伴う素子特性ばらつきの低減が可能とな
る。また、酸化に必要な時間を大幅に削減でき、素子作
製のスループットを改善することができる。
【0018】また、面発光レーザの構成において、酸化
層および酸化防止層を活性層の上方に配置することによ
り、酸化層の形成以降の再成長による活性層の結晶性の
乱れを抑えることができ、発振しきい値や効率等の光学
的特性の劣化を防ぐことができる。
【0019】さらに、酸化処理において水蒸気を導入し
なくても十分な酸化が行えるため、結晶成長工程におい
て基板をMBE成長装置から取り出す必要がなく、作業
行程が短縮される。また、水蒸気を導入する特別な酸化
処理装置の必要もない。
【0020】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに説明する
が、本発明はこれらに限定するものではない。
【0021】実施例1 図1は、本発明の面発光レーザの多層膜の略断面図であ
る。
【0022】n型ドープのn+−GaAs基板1上に半
導体多層膜を分子線ビームエピタキシー(MBE)法に
より成長させた。n−GaAsとn−AlAsを、それ
ぞれ発振波長の4分の1の厚みで交互に積層させて構成
されたドーピング濃度2×1018cm-3のn型ドープの
下側多層膜反射鏡2、ノンドーブのIn0.2Ga0.8As
歪み量子井戸層を各層厚10nmの活性層3を含んだA
0.2Ga0.75Asからなる中間層4、層厚30nmで
ドーピング濃度3×1018cm-3のp−AlAsからな
る酸化層5、p−GaAsとp−AlAsをそれぞれ発
振波長の4分の1の厚みで交互に積層させて構成された
ドーピング濃度3×1018cm-3のp型ドープの上側多
層膜反射鏡6が形成されている。酸化層の非酸化領域
(5a)上部の直径5μmの発光領域には、層厚10n
mでドーピング濃度3×1018cm -3のp−GaAsか
らなる酸化防止層7が形成されている。
【0023】図2は、本発明の方法による面発光レーザ
の作製工程を説明する略断面図である。
【0024】まず基板上に、図2(a)に示すように、
酸化層5となるAlAs層までの全ての層を一様に形成
する。その後、図3に示すような、発光領域のみに直径
5μmの開口部10を持つマスクシャッターを、上記基
板上に近接配置して酸化防止層7となるGaAsをMB
E法により成長する(図2(b))。これにより、発光
領域のみに選択的に酸化防止層7が形成される。
【0025】この後に、マスクシャッターを除去して、
上記基板をMBE結晶成長装置から取り出し、全面的に
酸化処理を施す。これにより、酸化層5の、酸化防止層
7で被覆していない領域のみを自然選択的に酸化させる
ことが可能となる(図2(b))。
【0026】続いて、再度MBE室に基板を戻して表面
清浄処理を行い、残りの全ての層を成長する(図2
(c))。
【0027】次に、発光領域を中心とする直径50μm
の領域を残して、下側多層膜反射鏡2の上部までエッチ
ングにより除去し、下側多層膜反射鏡の上面にn側電極
9を形成し、残した上側多層膜反射鏡の上面にp側電極
8を形成した(図2(d))。
【0028】レーザ光は基板を通して裏面側に出射され
る。酸化層の厚さは30nmで十分であるから、酸化に
要する時間は、従来例と同じ酸化条件では1.5秒とな
る。
【0029】実施例2 上記実施例1では、酸化処理自体は従来と同様の水蒸気
雰囲気下での昇温により行ったため、基板を一旦MBE
結晶装置から取り出す必要があった。本実施例では、前
記第3の発明の水蒸気を導入しないで行う方法を説明す
る。
【0030】図4は、本実施例に用いたMBE成長装置
の概略構造図である。まず、結晶成長室11において酸
化層5及び酸化防止層7までの層を形成した後、一旦こ
の基板16を、結晶成長室11に連結された準備室12
に移動レール13を用いて移動する。この準備室12
は、基板移動時に成長室の真空度が低下しないように真
空状態としておく。
【0031】基板移動後、連結弁14を閉じて、導入口
15から準備室12のみに大気を導入し、基板自体を4
00℃まで昇温させる。この時、従来法のように水蒸気
を導入することも可能ではあるが、これでは結晶成長室
への再移動の際に必要な真空度を達成するまでに長時間
を要す。また、酸化に必要な深さが30nmと従来法に
比べて3桁小さいため、わざわざ水蒸気を導入する必要
もない。
【0032】この方法で酸化された後の基板16は、準
備室12を結晶成長室11と同程度の真空度まで真空化
した後、再度結晶成長室11に移動レ−ル13を用いて
移動し、残りの層を形成する。
【0033】実施例1及び2では、裏面出射型の面発光
レーザの例を示したが、p型電極に先出射窓を形成した
表面出射型面発光レーザにも適用可能である。また、活
性層3をIn0.2Ga0.8Asとし、レーザ光の波長を
0.98μm帯に設定したが、同様の構成は、活性層3
の材料や多層膜反射鏡2及び6の材料を変更することに
より他の波長にも適用可能である。
【0034】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、素子特性の制御が容易になるため、素子ごとの
構造のばらつきが低減でき素子特性の均一性が向上でき
る。また、酸化に必要な時間を大幅に削減できるため素
子作製のスループットが向上し、製造コストが低減す
る。さらには酸化処理において、水蒸気や従来の自然放
出光のモニターを必要としないため、より簡便な工程と
なり、一層の低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明おける面発光レーザの多層膜の略断面図
である。
【図2】本発明おける面発光レーザの作製工程を示す略
断面図である。
【図3】本発明おける面発光レーザの酸化層を形成する
ためのマスクシャッターの概略図である。
【図4】本発明に用いるMBE結晶装置の概略図であ
る。
【図5】従来の面発光レーザの略断面図である。
【符号の説明】
1 基板 2 下側多層膜反射鏡 3 活性層 4 中間層 5 酸化層 5a 非酸化領域 5b 酸化領域 6 上側多層膜反射鏡 7 酸化防止層 8 p側電極 9 n側電極 10 開口部 11 結晶成長室 12 準備室 13 移動レール 14 連結弁 15 導入口 16 基板

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 活性層への注入電流の狭窄が行われるよ
    うに酸化処理により部分的に高抵抗化された構成を有す
    る面発光レーザの製造方法において、基板上に多層膜を
    成長させ、その活性層近傍に酸化層を設け、その酸化層
    上の発光領域のみに酸化防止層を選択的に形成し、その
    後に全体を酸化処理して酸化層の露出部分だけを選択的
    に酸化させ、次いで多層膜を成長させることによって電
    流狭窄構造を形成することを特徴とする面発光レーザの
    製造方法。
  2. 【請求項2】 酸化層の形成以降の再成長による活性層
    の結晶性の乱れを抑えることができるように、酸化層お
    よび酸化防止層を活性層の上方に形成する請求項1記載
    の面発光レーザの製造方法。
  3. 【請求項3】 酸化層および酸化防止層の形成後の酸化
    処理を、水蒸気にさらすことなく、大気中で昇温するこ
    とによって行う請求項1又は2記載の面発光レーザの製
    造方法。
JP294497A 1997-01-10 1997-01-10 面発光レーザの製造方法 Pending JPH10200210A (ja)

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