JPS63280485A - 半導体レ−ザ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体レーザ素子を選択的にエッチングする方
法に関する。

〔従来の技術〕

半導体レーザ素子は小型、高効系であることから使いや
すいという特徴を有するため、各種情報処理用端末素子
としてその使用が近年急速に増加している。なかでも光
方式のビディオディスク。

光デイスクメモリなどは用途が広く、例えば磁気ディス
クなどに比べて性能的に優れているので、半導体レーザ
の適用機種として増々発展が期待されるものである。

半導体レーザ素子の代表的な構造の一例として、第２図
にＧａＡｓ／Ａｔ３ＧａＡｓ系半導体レーザ素子の要部
構成断面図を示す。第２図においてこの半導体レーザ素
子はＧａＡｓ基板１の上にＡ６ｘＧａ、−ｘＡｓ　（ｘ
≠０）の第１クラ、ド層２　、　Ａ＃ｙＧａｌ−ｙ　Ａ
ｓ　（ｙ＝０−ｘ　）の活性層３　、　ＡＡｚＧａｔ−
ｚＡｓ　（ｘ＞Ｚ＞Ｙ　）の電流狭搾層４、人ｇｘＧａ
　１−ｘＡｓ　（ｘ　＋０　’）の第２クラツド層５．
同じ＜５２およびＧａＡｓのコンタクト層６が順次形成
された積層構造となっている。

このような半導体レーザ素子のエピタキシャル層を形成
するためには、有機金属例えばトリメチルガリウム（Ｇ
ａ（ＣＨ）ｓ　、以下ＴＭＧとする〕やトリメチルアル
ミニウム（Ａｅ（Ｃ）ｆ３）３．以下ＴＭＡとする〕と
アルンン（ＡｓＨ・）を原料として用いる熱分解（〜ｌ
ｅｔａｇ　Ｏｒｇａｎｉｃ　ＣｈｅｍｉｃＩＬ８Ｖａｐ
ａｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　、以下ＭＯＣＶＤとす
る）法によるのが大面積のエビタキシャル層を形成する
際の素度性や膜厚制御などの点で有利であることからこ
れが広く用いられている。

第３図は有機金属を用いたＭＯＣＶＤ法を説明するため
に反応室に関連する要部構成を示した模型的断面図であ
る。第３図において反応室７は石英製の上部反応管８と
下部反応管９とをフランジ部で固定して形成され、上部
反応管８の上端に原料ガス導入口１０．下部反応管９の
一部側面に基板１】の出入口１２を設けである。反応室
７にはグラファイト製支持台１３に挿入固定され上下動
可能なカーボン製サセプタ１４が設けられ、基板１】は
支持台１３に載置されるが、上部反応管８の、外周近傍
をとり巻くように配置された高周波コイル１５の位置に
対応して基板１１が位置決めされる。１６はサセプタ１
４に先端が挿入され支持台１３の内部に達する熱電対で
あり、１７は反応した原料ガスを反応室１の外部に送り
出す排出管、１８は排気用回転ポンプである。

このＭＯＣＶＤ装置によりＧａＡｓ／Ａ４ＧａＡｓ系化
合物半導体のエピタキシャル多層膜を形成するには、回
転ポンプ１８により反応室１を排気した後、ギヤリアガ
スによりバブルされ輸送されたＴＭＧ、ＴＭＡと別のラ
インから送られるＡＳＨ３を原料ガス導入口１０から反
応室１に引き入れて合流させ、高周波加熱により高温に
保たれたＧａＡｓ基板１１の表面近傍で原料ガスを急加
熱して熱分解することにより行なわれる。このとき堆積
されるエピタキシャル層の組成に応じて、図示してない
配管系のバルブ操作により原料ガスの流れを切り換えて
所望の多層膜構造をとることができる。

次にかくして得られたＧａＡｓ　４板上のエピタキシャ
ル多層膜から第２図の半導体レーザ素子を形成するため
の手順を第４図を参照して述べるが、説明の便宜上＠２
図と共通する部分に同一符号を用いである。

第４図１ａｌはＧａＡｓ基板１の主面上の全面にわたっ
て第１クラ、ド層２．活性層３および第２クラッド層５
をこの順にエピタキシャル成長させた状態のものである
。一般に半導体レーザ素子は電流密度を増加し、水平方
向に屈折率差をもたせるために第２図に示したごとく電
流狭搾層４を形成し、性能の向上をはかるのが普通であ
る。そこで第４図（ａｌの状態で一旦エピタキシ、アル
成長の過程を止めて反応室から取り出し、第４図（ｂｌ
のごとく一部を化学エッチングにより除去した後再び反
応室にセ、卜しエピタキシャル成長させて電流狭搾層４
を形成し、第４図１ａｌのようにする。引き続き第２ク
ラ、ド層５ａとコンタクト層６をエピタキシャル成長さ
せて積み上げたものが、第４図（ｄｉである。

第４図（ｄｌは第２図と全く同じであり、この半導体レ
ーザ素子を再掲したことになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、以上のような半導体レーザ素子の梨造過
穆において、電流狭搾層４を設けるための前段階として
化学エツチング処理を行なうことに問題がある。すなわ
ち、ＷＪＡ図（ａｔから（ｂｌに移る過程では、（ａｌ
の積層体を一旦反応室７から取り出して化学エッチング
を行ない（ｂｌの状態とした後、再び反応室７に戻して
（ｃｌの電流狭搾層４．（ｄｌの第２クラ、ド層５ａお
よびコンタクト層６のエピタキシャル層の形成を行なわ
なければならず、したがりてｌａｌから（ｄｉまで進む
過程の間に（ｂｌの化学エッチングのときに被エッチン
グ体が大気に曝されることである。その結果、化学エツ
チングを終えた積層体表面に薄い酸化膜が形成され、そ
の上に再びエピタキシャル成長を行なうと、第１クラ、
ド膚２と電流狭搾層４との界面に存在する酸化膜が電流
の通過を妨げるように働くので半導体レーザ素子として
の出力低下の原因となる。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的は半導体レーザ素子を製造するときのエツチング過程
で酸化膜を形成することのない工。

チング方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はＭＯＣＶＤ装営を用いて反応案内に載置した基
板上にエピタキシャル層を順次成長させて半導体レーザ
素子を形成する途中のエツチング過程において、反応ガ
スを導入するとともに、基板上に形成されたエピタキシ
ャル層に、反応室外部から反応管を透過するレーザ光を
集光照射して工ピタキシアル層を局所加熱し、ｋ−ザ光
の入射角を反射鏡を用いて変化させることにより、エピ
タキシャル嗅を選択的にエツチングするものである。

〔作用〕

以上のように本発明では半導体レーザ素子をエピタキシ
ャル成長させて形成する途中のエツチング過程で、一旦
積層体を反応室外に取り出すことなく、反応室に反応ガ
スを導入し、エピタキシャル層にレーザ光を照射して加
熱し反応ガスとの反応による乾式１．チングを行なうも
のであり、エピタキシャル層表面の酸化膜の生成をなく
シ、シかもそのままエピタキシャル成長を続行すること
ができる。すなわち、本発明によれば、基板を反応室に
載置した後は、エピタキシャル層の成長。

エツチング、再生長の一遍の工程をＭ（ＪＣＶＤ装置の
反応室内で基板の移動を伴わずに連続的に行なうことが
可能となる。

〔実施例〕

以下本発明を実施例に基づき説明する。

第１図は本発明の方法を遂行するための反応管周辺の装
置概念図を示し、第３図と共通部分を同一符号で表わし
たものである。第１図が第３図と異なる所は第１図には
Ａｒレーザ発振器１９．スリット頷、可動式ミラー２１
およびレンズたを付加したことであり、その他は全＜　
ｓｇ　３図と同じである。

したがって第１図ではＧａＡｓｈい３ａＡｓ系化合物１
半導体のエピタキシャル多層膜を形成する方法に関して
はｇ３図の場合と同様であるから説明を省略し、主とし
て電流狭搾路を形成するエツチングの本発明の方法につ
いて述べる。そのため再び第４図を併用参照し、第４図
１ａｌから第４図１ｈｌに至る過程を説明する。まず回
転ポンプ１８により反応室７を排気し、その後本発明で
は原料ガス導入口１０を利用し、反応ガスを別のライン
から反応室７に導入する。この反応ガスの有する条件と
してＧａＡｓ基板１およびエピタキシャル層２，３．５
とは室温で反応せず、後述するＡｒレーザ光で加熱され
ると反応を起こし、またＡｒレーザ光の波長に対して光
の吸収の少ないものを選ぶことが必要である。このよう
な条件を満足する反応ガスにはＣＣＡａ　ｔ　５ｉｃｐ
４　ｆＧｅＣＪ３４などがある。そして反応室７”をこ
れら反応ガスで滴たすとともにＡｒレーザ発振器１７か
ら放射サレるレーザ光をスリ、ト頷で絞り、ミラー２１
で反射させレンズｎで集光して上部反応管８を通してＧ
ａＡｓ基板１上に成長させた最上部のエピタキシャル層
５に照射する。このようにするとＧａ　Ａｓ　基板１上
に積まれた各エピタキシャル層５，３．２が局所的に加
熱され反応ガスと反応しエツチングが行なわれる。この
ときエツチングの条件設定としてエツチング線幅は基板
１の上に形成されたエピタキシャル層にレンズ乙により
集光される点の大きさ、エツチングの水平方向は可動式
ミラー２１の角度、またエッチング深さはＡｒレーザ出
力をそれぞれ変化させることにより制御することができ
る。

以上のどと（して第４図（ａｌから（ｂｌへ移行される
本発明の乾式１．チングは従来の湿式１．チングに比べ
て被エツチング体を反応室７の外に取り出す必要がない
から、表面酸化の機会を与えずに一行なうことができる
という大きな利点のほかに、エッチングマスクを用いな
くて済むという長所もある。

次にエツチングを終了した後、さらに第４図１ｃ）ｌｄ
ｌへの工程を続行するには、回転ポンプ１８により反応
室７を排気した後、原料ガス導入口１０から原料ガスを
供給し、グラファイト支持台１３′を高周波加熱する通
常のエピタキシャル成長法に従って行なえばよい。

以上のように本発明の方法によれば基板を一度反応室に
設債した後はその位置を保ち続は同じ反応管内で結晶成
長とレーザ熱誘起化学反応によるエツチングの二つの異
なるプロセスを必要に応じて行なうことを可能とし、こ
れらのプロセスにおいて表面酸化膜を形成することなく
、結晶成長−二、チングー再生長の全工程を通して常に
安定で均一なエピタキシャル層の界面を確保することが
できる。また製造効率が高められ、量産性もよい。

〔発明の効果〕

ＭＯＣＶＤ法を用い基板上にエピタキシャル多層膜を形
成してなる半導体レーザ素子を製造する際に、電流狭搾
層を設けるためのエツチングは従来はエピタキシャル成
長を一旦中断して反応室から取り出して化学エツチング
を行ない、その後再度反応室に設置して電流狭搾層を形
成し、さらにその上の結晶成長を続行するという方法を
とっていたので、エツチング終了時点で大気による表面
酸化が避けられなかったのに対して、本発明の方法によ
ればエツチング過程では反応ガスを反応室に導入すると
ともに、レーザ光を反応管を透過させ、基板上に形成さ
れているエピタキシャル層に照射し、レーザ光の出力、
入射角、集光幅などを適切に設定することにより、エピ
タキシャル層にレーザ熱誘起化学反応を起こさせて所望
の形状のエツチングを行なった後、引き続き結晶成長を
行なうようにしたため、はじめに基板を設置した後はエ
ピタキシャル多層膜は工程途中で反応室に出し入れする
必要が全くなくなり、したがって大気との接触がないか
ら表面酸化膜の生成が阻止され、エピタキシャル層の界
面は全工程を通して均一かつ安定であり、その結果得ら
れた半導体レーザ素子の出力向上に資する所が太きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に適用されるＭＯＣＶＤ装置反応管周辺
の装置概念図、第２図は半導体レーザ素子の要部構成断
面図、第３図は従来のＭＯＣＶＤ装置の反応管の要部構
成断面図、第４図は半導体レーザ素子の主な製造工程図
である。 １．１】・・・基板、２・・・第１クラッド層、３・・
・活性層、４・・・電流狭搾層、５，５ａ・・・第２ク
ラ、ド層、６・・・コンタクト層、７・・・反応室、８
・・・上部反応管、９・・・下部反応管、１０・・・原
料ガス導入口、１３・・・支持台、１４・・・サセプタ
、１５・・・高周波加熱コイル、１８・・・回転ポンプ
、１９・・・Ａｒレーザ発振器、加・・・スリット、第
２図 第３図 １４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）ＭＯＣＶＤ装置を用いて反応室に載置した基板上に
   エピタキシャル層を順次成長させて半導体レーザ素子を
   製造する途中工程のエッチング方法であって、前記反応
   室に反応ガスを導入するとともに、前記基板上の被エッ
   チング部に反応管外部から該反応管を透過するレーザ光
   を集光照射してレーザ熱誘起化学反応によりエッチング
   を行なうことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法
   。