JPS6019157B2 - 半導体レーザの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体レーザの製造方法、特に半導体レーザの
反射面の製造方法に関するものである。

半導体レーザを構成するためには、活性領域で発生した
光を帰還する機構を必要とする。この帰還機能を与える
機構としては、活性領域に沿って形成された回折格子を
用いる方法もあるが反射面を用いる方法が最も一般的で
ある。通常、この反射面にはしーザ結晶の男開面が用い
られる。

例えばＧａＡｓの基板１００面上に液相ェピタキシャル
成長したＧａ船−ＡＭＧａｌ−×船へテロ接合半導体レ
ーザにおいては、０１１男開面はＧａＡｓ活性層と垂直
であり、レーザ光波長に対して平坦で約３０％の反射率
を有し、優れた反射面として働く。しかしこのレーザ共
振器となる反射面を男開により製作することは技術的に
も多くの経験を要し、かつ半導体レーザと検知器、変調
器等とを同一結晶基板上に形成したいわゆるモノリシッ
クな光集積回路としての発展をも妨げるものである。ま
た、反射面に保護膜を付着することは半導体レーザの信
頼性向上の点から重要であるが、男開面に保護膜を付け
るには極めて多大の工数を必要とする。努開いよらず反
射面を作製する手段としてはエッチングによる方法が知
られている。

エッチングによって反射面を作製すれば上述したような
欠点のない半導体レーザを得ることができる。しかし通
常のエッチングによって作った半導体レーザの反射面の
平担度は極めて悪く、レーザの発振関値電流密度が上昇
し、外部量子効率は著しく低下する。例えばエッチング
による反射面を持つプレーナ・ストライプ構造の半導体
レーザを製造する場合を例にとって説明しよう。プレー
ナ・ストライプ構造の半導体レーザを製造するにはまず
ＧａＡｓ−ＡＩｘＧａｌｘＧａｌ−ＸＡｓダブル・ヘテ
ロ接合構造を有する結晶基板の一方にＳｉＱ等の膜をつ
けた後ストライプ状にＳｉ０２を除去し、このＳｊ０２
を除去した領域にＺｎを選択的に拡散し、選択拡散マス
クとしてのＳｉぴを除去し、この後ｎ，ｐ電極を形成し
た結晶基板を男開して半導体レーザは作られる。

このプレーナ・ストライプ構造を有する半導体レーザは
特開昭４８−２４６８９（昭和４６玉特許願第５７６６
５号）半導体レーザの製法に詳しい。しかるにストライ
プ状のＺｎ拡散後、このストライプ方向に直角にやはり
ストライプ状にフオトレジスト等で選択的にパターンを
結晶基板表面に付け、このパターンに沿って選択エッチ
ングすると選択エッチングによる溝の側面において反射
面が得られるはずである。しかしＺｎ拡散領域とその他
の部分、あるいはＧａＡｓとＮｘＧａｌ−ｘＡｓの部分
では一般にエッチング速度が異なるために、反射面とな
る溝側面には段差が生じる。しかるに前述した如く反射
面の平坦度が悪いために半導体レーザの諸特性は髪開に
よる反射面をもつ半導体レーザに比べて著しく低下する
。この間の事情はプレーナ・ストライプ構造の半導体レ
ーザに限らずあらゆる形のダブルヘテロ構造の半導体レ
ーザに対して程度の差こそあれ共通である。この発明の
目的は半導体レーザを含んだモノリシック光集積回路の
製作を可能とし、半導体レーザ反射面への保護膜形成の
工数を多大に削減することができ、平坦度のよい反射面
を可能とする半導体レーザの製造方法を与えることにあ
る。

すなわちエッチング等により反射面を溝の側面に作る場
合、溝を作るべき部分にあらかじめ不純物を選択的に添
加しておくか、あるいは結晶欠陥を導入しておき、のち
にこの不純物を添加した領域、あるいは結晶欠陥を導入
した領域（以後欠陥導入領域と記す）を選択的に除去し
て反射面を作る方法である。この方法によれば欠陥導入
領域での結晶基板のエッチング速度、又はスパッタ速度
など結晶基板が除去される速度（以下エッチング速度と
記す）が増大するために溝を形成するのに必要な時間が
短縮され、結晶基板の組成の相違あるいは結晶軸方向の
相違によるエッチング速度の異なりに影響されず、欠陥
導入領域の形を忠実に反映した溝がほられる。欠陥導入
領域の側面は結晶基板表面に対し‘乱ま直角に得られる
ので極めて平坦性のよい反射面が容易に得られるもので
ある。以下本発明を一実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の具体的実施例であるＧａ船−ＮｘＧａ
ｌ−ｘ船ダブル・ヘテロ接合半導体レーザの製造工程を
示す概略図である。第１図ａはＧａ＊‐ＡＩ幻ａＬｘ粕
ダブル・ヘブロ接合半導体レーザの結晶基板を示すもの
で１はＧａ船基板、２はｎ形ＡＩ紅ａｌ‐ｘ船層、３は
ｎ形のＧａ船活性層、４はｐ形山ｘＧａｌ−ｘ船層であ
る。

次に同図ｂはＧａふ層５の表面にＳｉ３Ｎ４膜６を１０
００△、次にＳｉ０２膜７を２０００△形成し、かつ（
１１０）方向に沿って３００〃ｍ間隔、５０仏ｍ幅でＳ
ｉぴ膜７およびＳｉ３Ｎ４膜６を選択的に取り除き、結
晶基板表面が露出した拡散用の窓８を形成し、さらに７
００ｏｏで表面濃度２．５×１ぴ０肌‐３のＺｎの拡散
を行ない、Ｚｎ拡散領域９が形成された状態を示す。こ
のＺｎ拡散領域９の拡散フロントは少なくともＧａ舵活
性層３を通りこし、ｎ形ＮＯ．約ａｏ．７Ａｓ層２に達
する必要がある。

さらに同図Ｃは再び５０一ｍ幅のストライプ状の窓８に
直角にやはりストライプ状にＳｉ０２膜７およびＳｉ３
Ｎ４膜６に２００Ａｍピッチ、１５山ｍ幅の拡散用窓１
０をあげ再び５５０ｑｏで表面濃度１×１び９肌‐３の
Ｚｎを拡散し、Ｚｎ拡散領域１１を作ったものである。
このＺｎ拡散領域１１がダブル・ヘテロ接合半導体レー
ザの電流集中城となる。次に同図ｄで示す如く、すべて
のＳｉ０２膜７およびＳｉ３Ｎ４膜６を取り除き、ｐ形
電極材料１２を蒸着等で形成し、次にフオトレジスト１
３を、第１のＺｎ拡散領域９の表面を残して選択的に被
覆し、このフオトレジスト１３をマスクしてまずｐ形電
極材料１２を選択エッチングし、次に例えば日２０を５
位ｈｌ、Ａが０３を０．総ＨＦを４仇ｈｌおよびＣｒ２
０３を４雌含んだＡＢエッチング液と呼ばれる液やＣＨ
３０日，日３Ｐ０４，比０２（３４重量％）の３：１：
１（体積比）をもつ混合液、あるいは０．５規定のＮａ
ＯＨ，日２０２（３４重量％）の１０：１（体積比）の
混合液でエッチングするとＺｎ拡散領域９は取り除かれ
、溝１ ４が得られこの溝１４の側面１５が得られる。
この溝１４の側面１５が半導体レーザの反射面１５とな
る。この溝１４はＺｎ拡散領域９のエッチング速度がＺ
ｎを拡散していない部分に較べ非常に早くなり、反射面
１５は非常に平担となる。第２図はＺｎの濃度に対する
エッチング速度の関係を示すグラフである。

エッチング液としては前記ＡＢエッチャントを用いた。
この場合ＧａＡｓ基板中でのＺｎの濃度が１び８ｃの‐
３以下ではＡＢエッチャントによるＧａＡｓ基板のエッ
チング速度はＺｎ濃度に依存しない。そこで５×１び６
‐３のＺｎ濃度を持つＧａ船基板のエッチング速度（単
位時間にＧａＡｓ基板がエッチングされる厚み）を１と
して規格化し、第２図縦軸のエッチング速度とした。Ｎ
ｏ．やａｏ．７Ａｓにおいても第２図と同様の関係は得
られ高いＺｎ濃度を持った結晶基板ほどエッチング速度
は早い。

従って第１図ｄの溝１ ４はＺｎ拡散領域９（第１図ｃ
又はｅ）の形を忠実に反映してエッチングされる。一方
Ｚｎ拡散領域９の側面１ ５は極めて結晶基板表面に対
して、垂直でかつ平坦な面をもつ。

従って溝１４の側面１５は極めて平担度の良い面が得ら
れる。前記の説明ではストライプ部を形成するＺｎの拡
散領域１１の溝１４の側面１５に露出した面でのエッチ
ング速度にはふれなかったが、このストライプ部Ｚｎ拡
散領域１ １のＺｎ濃度はＺｎ拡散領域９のそれに較べ
、一桁程度小さいのでここでのエッチング速度の運によ
る反射面の段は極めて小さくレーザ特性への影響はほと
んど問題とならない。

また、この露出したストライプ部Ｚｎ拡散領域１１のエ
ッチ孔にあらわれ断面の問題はストライプ状Ｚｎ拡散部
１ １をストライプ部拡散領域を反射面となる面より内
側になるように矩形状選択拡散するならば容易に解決で
きる。こうして第１図ａからｄに示す図で処理された結
晶基板からフオトレジスト１３を取り除きｎ形電極を結
晶基板の裏面につけ、分割すると第３図にに示される半
導体レーザができあがる。

第３図で１２はｐ形電極、１６はｎ形電極である。また
ＧａＡｓ層５をＰ形に換え、電極ストライプ半導体レー
ザの反射面を作る場合にも極めて容易に適用できる。す
なわち、第１図ａ，ｂ，ｃの工程で１０の拡散窓をあげ
た後、Ｚｎ拡散領域１１を作ることなく、またＳｉぴ膜
７、Ｓｉ３Ｎ４膜６は取り除くことないこ、ｐ形電極１
２を形成し、第１図ｄに示すようにフオトレジスト１３
をつけてｐ形電極１ ２を選択エッチングし、次にＺｎ
拡散領域９をエッチングで取り除き溝１４を作り、ベレ
ットに分割すれば電極ストライプ半導体レーザができる
。またＺｎ濃度の高いＧａＡｓほどエッチング速度が早
くなる関係は化学エッチング液の種類には大きく依存し
ないし、スパッタエッチング等の物理的エッチングでも
同様の現象は観察されるので、エッチングの種類、方法
によるものではない。以上説明したように本発明によれ
ば、欠陥導入領域での早いエッチング速度は異種材料か
ら構成される結晶基板の材料組成の違いによるエッチン
グ速度の違いや、結晶方位のエッチング速度依存性等を
覆いかくすに十分なものであり、このようにして得られ
た溝の側面は従来のエッチング方法で得られたものより
平坦となる。

尚、ＧａＡｓ−山ＧａＡｓ系の材料について説明したが
この他の材料例えばＧａＡｓＳｂ−ＡＩＧａＡｓＳｂ等
でも適当な不純物或いは結晶欠陥を導入することにより
同様の効果が得られる。又欠陥導入領域の形成にはＺｎ
拡散をを利用したが、他の不純物や手段例えばプロント
照射により結晶欠陥を導入した場合でも欠陥導入の領域
のエッチング速度は増加し、同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃ，ｄは本発明のエッチング法による反
射面を持ったプレーナ・ストライプダブル・ヘテロ接合
半導体レーザの製造工程を示す図、第３図はこうして作
られた半導体レーザを示す図であり、１はＧａＡｓ基板
、２はｎ形ＡＩＧａＡｓ層、３はｎ形のＧａＡｓ活性層
、４はｐ形ＡＩ丈ａｌ−ＸＡｓ層、５はｎ形ＧａＡｓ層
であり、６は選択的不純物拡散用マスクに供するＳｊ３
Ｎ４膜、７は同じくＳｉ０２膜であり、８は溝をほるた
めのＺｎ拡散用窓、９は溝はり用Ｚｎ拡散領域、１０は
しーザの電流集中城を形成するための拡散用窓、１１は
電流集中域用Ｚｎ拡散領域、１２はｐ形電極、１３は選
択エッチング用フオトレジスト、１４はエッチングによ
り得られた溝、１５はエッチングにより得られた溝１４
の側面に得られた反射面である。 第２図はＧａ船結晶中のＺｎの濃度（横軸）に対する、
５×１び６伽‐３のＺｎを添加したＧａＡｓ結晶に対す
るＡＢエッチャントによるエッチング速度の比（縦軸）
を示すものである。 オー図 オー図 汁２図 汁３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体レーザの製造において、反射面を形成しよう
   とする領域にあらかじめ不純物もしくは結晶欠陥を導入
   せしめた後該領域を除去せしめて反射面を形成せしめる
   工程を含むことを特徴とする半導体レーザの製造方法。