JP2642403B2 - Manufacturing method of semiconductor laser - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor laser

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JP2642403B2
JP2642403B2 JP11670488A JP11670488A JP2642403B2 JP 2642403 B2 JP2642403 B2 JP 2642403B2 JP 11670488 A JP11670488 A JP 11670488A JP 11670488 A JP11670488 A JP 11670488A JP 2642403 B2 JP2642403 B2 JP 2642403B2
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【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、InGaAlP系半導体材料を用いた半導体レー
ザに係わり、特に内部電流狭窄型の半導体レーザの製造
方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor laser using an InGaAlP-based semiconductor material, and more particularly to a method for manufacturing an internal current confinement type semiconductor laser.

(従来の技術) 近年、有機金属を用いた化学気相成長法(以下、MOCV
D法と略記する)によりGaAs基板上にIn1-X-YGaXAlYP
(0≦x≦1,0≦y≦1)を形成することが可能となっ
ており、この技術を利用した可視光半導体レーザが注目
されている。
(Prior art) In recent years, chemical vapor deposition (hereinafter referred to as MOCV)
In method, abbreviated as D method), the In 1-XY Ga X Al Y P
(0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1), and visible light semiconductor lasers utilizing this technology have been attracting attention.

第2図はInGaAlP系材料を用いた内部電流狭窄型半導
体レーザの概略構造を示す断面図である。図中11はn−
GaAs基板であり、この基板11上にはn−GaAsバッファ層
12,n−InGaAlPクラッド層13,InGaP活性層14,p−InGaAlP
クラッド層15,p−InGaPキャップ層16及びn−GaAsブロ
ック層(電流阻止層)17が順次積層成長された後、ホト
リソグラフィ技術によりn−GaAsブロック層17にストラ
イプ部(エッチングによる窓部)が形成される。次い
で、ストライプ部に露出したキャップ層16及びブロック
層17上にp−GaAsコンタクト層18及びp+−GaAsコンタク
ト層19が再成長され、さらに電極21,22が形成されて半
導体レーザが完成する。この半導体レーザに電流を供給
すると、ストライプ部のみに電流が狭窄されてレーザ発
振することになる。
FIG. 2 is a sectional view showing a schematic structure of an internal current confinement type semiconductor laser using an InGaAlP-based material. 11 in the figure is n-
A GaAs substrate, and an n-GaAs buffer layer
12, n-InGaAlP cladding layer 13, InGaP active layer 14, p-InGaAlP
After the clad layer 15, the p-InGaP cap layer 16 and the n-GaAs block layer (current blocking layer) 17 are sequentially grown, a stripe portion (window portion by etching) is formed on the n-GaAs block layer 17 by photolithography. It is formed. Next, the p-GaAs contact layer 18 and the p + -GaAs contact layer 19 are regrown on the cap layer 16 and the block layer 17 exposed in the stripe portion, and the electrodes 21 and 22 are formed to complete the semiconductor laser. When a current is supplied to this semiconductor laser, the current is confined only to the stripe portion, and laser oscillation occurs.

しかしながら、この種の半導体レーザにあっては次の
ような問題があった。即ち、第1回目の結晶成長による
成長層(12,〜,17)と第2回目の結晶成長による再成長
層(18,19)とのストライプ部での界面、つまりp−InG
aPキャップ層16とp−GaAsコンタククト層18との界面に
おいて、InGaPとGaAsとのバンド不連続に起因する電圧
降下が生じる。このため、半導体レーザの動作電圧が高
くなり、従って消費電力も上がり発熱も大きくなる等、
素子特性の劣化や寿命の低下を招く問題があった。
However, this type of semiconductor laser has the following problems. That is, the interface at the stripe portion between the growth layer (12,..., 17) formed by the first crystal growth and the regrown layer (18, 19) formed by the second crystal growth, that is, p-InG
At the interface between the aP cap layer 16 and the p-GaAs contact layer 18, a voltage drop occurs due to the band discontinuity between InGaP and GaAs. For this reason, the operating voltage of the semiconductor laser is increased, so that power consumption is increased and heat generation is increased.
There has been a problem that the element characteristics are deteriorated and the life is shortened.

なお、上記のバンド不連続に起因する電圧降下は、p
−InGaPキャップ層のキャリア濃度が低い場合により顕
著となるものであり、従ってp−InGaPキャップ層16の
キャリア濃度を高めることが考えられる。しかし、p型
不純物として亜鉛等を用いた場合、亜鉛の蒸気圧が高い
ために、第2回目の結晶成長の際にストライプ部に露出
しているp−InGaPキャップ層のキャリア濃度を十分高
めることは困難であった。
The voltage drop due to the band discontinuity is p
This is more remarkable when the carrier concentration of the -InGaP cap layer is low, and therefore, it is conceivable to increase the carrier concentration of the p-InGaP cap layer 16. However, when zinc or the like is used as the p-type impurity, the carrier concentration of the p-InGaP cap layer exposed to the stripe portion during the second crystal growth must be sufficiently increased due to the high vapor pressure of zinc. Was difficult.

(発明が解決しようとする課題) このように従来、InGaAlP系半導体材料を用いた内部
電流狭窄型の半導体レーザにおいては、電流狭窄のため
のストライプ部におけるダブルヘテロ接合部の最上層
(p−InGaP等)と再成長コンタクト層(p−GaAs)と
の界面でバンド不連続に起因する電圧降下が生じ、これ
が素子特性を劣化させる要因となっていた。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, conventionally, in an internal current confinement type semiconductor laser using an InGaAlP-based semiconductor material, the uppermost layer (p-InGaP) of a double hetero junction in a stripe portion for current confinement. ) And the regrown contact layer (p-GaAs), a voltage drop occurs due to band discontinuity, which has been a factor of deteriorating device characteristics.

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、InGaAlP系半導体材料からなるダ
ブルヘテロ接合部の最上層と再成長コンタクト層との界
面におけるバンド不連続による電圧降下を抑制すること
ができ、素子特性の向上をはかり得る半導体レーザの製
造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to reduce a voltage drop due to band discontinuity at an interface between a top layer of a double heterojunction made of an InGaAlP-based semiconductor material and a regrown contact layer. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor laser capable of suppressing the problem and improving the device characteristics.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の骨子は、p−GaAsコンタクト層と接するダブ
ルヘテロ接合部の最上層(p−InGaPキャップ層)に気
相中からp型不純物を再拡散することにより、ストライ
プ部でのp−InGaPキャップ層等のキャリア濃度を十分
に高めることにある。
[Constitution of the Invention] (Means for Solving the Problems) The gist of the present invention is that a p-type impurity is added from the gas phase to the uppermost layer (p-InGaP cap layer) of the double heterojunction in contact with the p-GaAs contact layer. By re-diffusion, the carrier concentration of the p-InGaP cap layer and the like in the stripe portion is sufficiently increased.

即ち本発明は、n型GaAs基板上にIn1-X-YGaXAlYP(0
≦x≦1,0≦y≦1)からなるダブルヘテロ接合部及び
n型GaAs電流阻止層順次成長した後、電流阻止層をスト
ライプ状にエッチングし、次いでp型GaAsコンタクト層
を再成長する半導体レーザの製造方法において、前記コ
ンタクト層の成長温度を前記ダブルヘテロ接合部の成長
温度よりも低く設定し、且つ該コンタクト層を形成する
ための結晶成長炉内に再成長開始前からp型不純物を流
しておき、成長温度まで昇温したのちに該コンタクト層
を成長形成するようにした方法である。
That is, according to the present invention, the In 1-XY Ga X Al Y P (0
≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) After growing the double heterojunction portion and the n-type GaAs current blocking layer sequentially, the current blocking layer is etched in a stripe shape, and then the p-type GaAs contact layer is regrown. In the method of manufacturing a laser, the growth temperature of the contact layer is set lower than the growth temperature of the double hetero junction, and the p-type impurity is introduced into the crystal growth furnace for forming the contact layer from before the start of regrowth. This is a method in which the contact layer is grown and formed after flowing to a growth temperature.

また本発明は、前記p型不純物をホスフィンと共に成
長炉内に流して前記コンタクト層の成長温度まで昇温
し、該コンタクト層の成長開始前にホスフィンをアルシ
ンに切換え、有機金属気相成長法によりp型GaAsコンタ
クト層を成長形成するようにした方法である。
Further, in the present invention, the p-type impurity is flowed into a growth furnace together with phosphine to raise the temperature to the growth temperature of the contact layer, phosphine is switched to arsine before the start of growth of the contact layer, and metalorganic vapor phase epitaxy is performed. This is a method in which a p-type GaAs contact layer is grown and formed.

(作 用) 本発明によれば、再成長コンタクト層を形成するため
の結晶成長炉内に、結晶成長以前(昇温以前)からp型
不純物を流しておき、さらに再成長層の成長温度をダブ
ルヘテロ接合部の成長温度より低く設定することによ
り、ストライプ部におけるダブルヘテロ接合部の最上層
(例えばp−InGaPキャップ層)のキャリア濃度を上昇
させることができる。このため、InGaPとGaAsとのバン
ド不連続に起因する電圧降下を低減することができ、半
導体レーザの電圧−電流特性を大きく改善して素子特性
の向上をはかることが可能となる。また、亜鉛(Zn)等
のp型不純物と共にホスフィン(PH3)等を再成長用の
結晶成長炉内に流して昇温することにより、ストライプ
部でのP抜けを抑制し、良好な再成長界面を得ることが
可能となる。
(Operation) According to the present invention, a p-type impurity is flowed into a crystal growth furnace for forming a regrowth contact layer from before crystal growth (before temperature rise), and the growth temperature of the regrowth layer is further reduced. By setting the temperature lower than the growth temperature of the double hetero junction, the carrier concentration of the uppermost layer (for example, the p-InGaP cap layer) of the double hetero junction in the stripe portion can be increased. For this reason, a voltage drop due to band discontinuity between InGaP and GaAs can be reduced, and the voltage-current characteristics of the semiconductor laser can be greatly improved, and the device characteristics can be improved. Further, by flowing phosphine (PH 3 ) or the like together with a p-type impurity such as zinc (Zn) into a crystal growth furnace for regrowth and raising the temperature, it is possible to suppress P loss in the stripe portion and to achieve good regrowth. An interface can be obtained.

第5図にp−GaAsとp−InGaPのヘテロ界面のバンド
構造を示す。p−GaAsのキャリア濃度は5×1018cm-3
あり、p−InGaPのキャリア濃度は(a)が1×1017cm
-3、(b)が2×1018cm-3の場合である。第5図(a)
に示すように、p−InGaPのキャリア濃度が低い場合に
は、p−GaAsからp−InGaPに電流を流す時にはヘテロ
界面でのノッチが大きいために、これがホールの障壁と
なり電圧降下を生じる。これに対して第5図(b)に示
すように、p−InGaPのキャリア濃度が高い場合には、
ヘテロ界面でのノッチが小さくなるために電圧降下は小
さくなる。つまり、p−GaAsとp−InGaPとの界面での
電圧降下を抑えるためには、p−InGaPのキャリア濃度
を高くすれば良いことが判る。
FIG. 5 shows the band structure at the hetero interface between p-GaAs and p-InGaP. The carrier concentration of p-GaAs is 5 × 10 18 cm −3 , and the carrier concentration of p-InGaP is (a) 1 × 10 17 cm −3.
-3 , (b) is 2 × 10 18 cm −3 . Fig. 5 (a)
As shown in (2), when the carrier concentration of p-InGaP is low, when a current flows from p-GaAs to p-InGaP, the notch at the hetero interface is large, and this causes a hole barrier to cause a voltage drop. On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the carrier concentration of p-InGaP is high,
Since the notch at the hetero interface becomes smaller, the voltage drop becomes smaller. In other words, it can be seen that the voltage drop at the interface between p-GaAs and p-InGaP can be suppressed by increasing the carrier concentration of p-InGaP.

ここで、第1回目の結晶成長工程では、モホロジーが
良好で結晶品質の良いInGaAlP系ダブルヘテロ接合部を
得るために、700℃前後と成長温度を高く設定する必要
がある(例えば、Journal of Crystal Growth 77(198
6)374−379)。しかし、p型不純物としてZnを用いた
場合には、Znは蒸気圧が高いので成長温度が高い場合に
はp−InGaPのキャリア濃度を十分に高くすることはで
きない。そこで、p−GaAs再成長コンタクト層を形成す
るときの成長温度をダブルヘテロ接合部の成長温度より
も低く設定し、成長以前からZnを流しておき、再成長層
の成長温度まで昇温する工程により、ストライプ部のp
−InGaPにZnを拡散し、キャリア濃度を上昇させること
ができる。これは、再成長温度をダブルヘテロ接合部の
成長温度よりも低く設定することにより、再成長前の結
晶成長炉内のZn供給量がダブルヘテロ接合部のp−InGa
Pを成長させたときのZn供給量と同量であっても、結晶
成長炉内のZn分圧がp−InGaP中のZnの蒸気圧より高く
なるためである。この後、p−GaAsコンタクト層を再成
長させると、再成長界面での電圧降下は非常に小さくな
る。
Here, in the first crystal growth step, it is necessary to set a growth temperature as high as about 700 ° C. in order to obtain an InGaAlP-based double hetero junction having good morphology and good crystal quality (for example, Journal of Crystal). Growth 77 (198
6) 374-379). However, when Zn is used as a p-type impurity, the carrier pressure of p-InGaP cannot be sufficiently increased when the growth temperature is high because Zn has a high vapor pressure. Therefore, a step of setting the growth temperature when forming the p-GaAs regrowth contact layer lower than the growth temperature of the double hetero junction, flowing Zn before growth, and raising the temperature to the growth temperature of the regrown layer. As a result, p
-Zn can be diffused into InGaP to increase the carrier concentration. This is because, by setting the regrowth temperature lower than the growth temperature of the double hetero junction, the amount of Zn supply in the crystal growth furnace before the regrowth is reduced to the p-InGa of the double hetero junction.
This is because the Zn partial pressure in the crystal growth furnace becomes higher than the vapor pressure of Zn in p-InGaP, even if the amount of Zn supplied when growing P is the same. Thereafter, when the p-GaAs contact layer is regrown, the voltage drop at the regrowth interface becomes very small.

また、再成長コンタクト層の成長温度まで温度を上昇
させる際に、p型不純物と共にPH3を結晶成長炉内に流
しておくことにより、ストライプ部のp−InGaPからの
Pの蒸発を防ぐことができる。そして、p−GaAsの成長
開始直前にPH3をASH3に切換えて再成長を行うことによ
り、良好な再成長界面を形成することができる。
In addition, when elevating the temperature to the growth temperature of the regrown contact layer, by flowing PH 3 together with the p-type impurity into the crystal growth furnace, it is possible to prevent evaporation of P from p-InGaP in the stripe portion. it can. Then, the PH 3 to the growth immediately before the p-GaAs by performing regrowth is switched to A S H 3, it is possible to form a good regrowth interface.

(実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。
(Examples) Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to the illustrated examples.

第1図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの製
造工程を示す断面図である。まず、第1図(a)に示す
如く、n−GaAs基板11上にMOCVD法により、n−GaAsバ
ッファ層12,厚さ1μmのn−InGaAlPクラッド層13,厚
さ0.1μmのInGaP活性層14,厚さ1μmのp−InGaAlPク
ラッド層15,厚さ0.05μmのp−InGaPキャップ層16及び
厚さ1μmのn−GaAsブロック層(電流阻止層)17を連
続成長する。この第1回目の結晶成長工程における成長
温度は、ダブルヘテロ接合部(12,〜,16)の良好な結晶
性を得るために700℃とした。
FIG. 1 is a sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor laser according to one embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 1 (a), an n-GaAs buffer layer 12, an n-InGaAlP cladding layer 13 having a thickness of 1 μm, and an InGaP active layer 14 having a thickness of 0.1 μm are formed on an n-GaAs substrate 11 by MOCVD. Then, a p-InGaAlP cladding layer 15 having a thickness of 1 μm, a p-InGaP cap layer 16 having a thickness of 0.05 μm, and an n-GaAs blocking layer (current blocking layer) 17 having a thickness of 1 μm are continuously grown. The growth temperature in the first crystal growth step was set at 700 ° C. in order to obtain good crystallinity of the double hetero junction (12, 16).

次いで、ホトリソグラフィ技術を用い、第1図(b)
に示す如く、電流ブロック層17にストライプ状の溝を形
成する。この際、ストライプ部ではn−GaAsは全てエッ
チングされ、p−InGaPが表面に露出することになる。
Next, using photolithography technology, FIG.
As shown in the figure, a stripe-shaped groove is formed in the current block layer 17. At this time, n-GaAs is completely etched in the stripe portion, and p-InGaP is exposed on the surface.

次いで、第1図(b)に示す構造の加工基板を、第3
図に示す如き結晶成長炉内に配置し、MOCVD法により第
1図(c)に示す如くp−GaAsコンタクト層18及びp+
GaAsコンタクト層19を連続成長する。なお、第3図にお
いて20は上記の加工基板、31は石英反応管、32はサセプ
タ、33は高周波加熱コイルを示している。
Next, the processed substrate having the structure shown in FIG.
It is placed in a crystal growth furnace as shown in the figure, and the p-GaAs contact layer 18 and the p + -
The GaAs contact layer 19 is continuously grown. In FIG. 3, reference numeral 20 denotes the processing substrate, 31 denotes a quartz reaction tube, 32 denotes a susceptor, and 33 denotes a high-frequency heating coil.

この第2回目の結晶成長工程に際しては、反応管31内
に再成長コンタクト層の成長開始前(昇温以前)から不
純物原料であるジメチル亜鉛(DMZ)とPH3を流してお
き、再成長層の成長温度まで昇温する。ここで、再成長
層の成長温度は、第1回目の結晶成長工程におけるダブ
ルヘテロ接合部の成長温度よりも100℃低い600℃に設定
した。また、DMZの供給量は第1回目の結晶成長工程で
p−InGaPを成長した際のDMZの供給量と同量にした。60
0℃まで昇温後、PH3をASH3に切換えて、p−GaAsコンタ
クト層18とp+−GaAsコンタクト層19を順次成長形成し
た。
The time of second crystal growth step, prior to growth of a regrown contact layer into the reaction tube 31 with dimethyl zinc as an impurity raw material from (heating earlier) (DMZ) keep flowing PH 3, regrown layer The temperature is raised to the growth temperature. Here, the growth temperature of the regrown layer was set to 600 ° C., which is 100 ° C. lower than the growth temperature of the double hetero junction in the first crystal growth step. The supply amount of DMZ was set to be the same as the supply amount of DMZ when p-InGaP was grown in the first crystal growth step. 60
After raising the temperature to 0 ° C., by switching the PH 3 to A S H 3, are sequentially grown and formed a p-GaAs contact layer 18 and the p + -GaAs contact layer 19.

第1回目の結晶成長を終わった段階ではp−InGaPキ
ャップ層16のキャリア濃度は3×1017cm-3であったが、
第2回目の結晶成長を行った後は、ストライプ部でのp
−InGaPキャップ層16のキャリア濃度が2×1018cm-3
で上昇していることが確かめられた。また、再成長開始
前にDMZと共にPH3流すことにより、ストライプ部でのp
−InGaPからのPの蒸発が抑えられて良好な再成長界面
が得られた。なお、これ以降は基板側及びコンタクト層
側にそれぞれ電極21,22を被着することにより、第2図
に示す如き内部電流狭窄型の半導体レーザが完成するこ
とになる。
At the stage after the first crystal growth, the carrier concentration of the p-InGaP cap layer 16 was 3 × 10 17 cm −3 ,
After performing the second crystal growth, p
It was confirmed that the carrier concentration of the -InGaP cap layer 16 was increased to 2 × 10 18 cm −3 . Further, by supplying PH 3 with DMZ before regrowth started, p at the stripe portion
-Evaporation of P from InGaP was suppressed, and a good regrowth interface was obtained. Thereafter, by attaching electrodes 21 and 22 on the substrate side and the contact layer side, respectively, an internal current confinement type semiconductor laser as shown in FIG. 2 is completed.

第6図はInGaPのキャリア濃度の成長温度依存性を示
す特性図である。横軸はIII族原料のモル流量とDMZのモ
ル流量の比であり、DMZ供給量を示す。成長温度Tgが高
くなるとZnの成長表面からの蒸発が多くなるためにキャ
リア濃度が低下する。成長温度を600℃から700℃に上昇
させるとキャリア濃度は約5分の1に減少する。n,p−G
aAs/p−InGaPのヘテロ界面での電圧効果を十分に抑制す
るためにはp−InGaPのキャリア濃度が少なくとも1×1
018cm-3以上であることが必要である。しかし、第1回
目の成長は良好な結晶品質を有するダブルヘテロ構造を
得るために700℃以上で行う必要があるため、p−InGaP
のキャリア濃度を1×1018cm-3以上とすることは難し
い。このために、再成長時にZn拡散を行いストライプ部
のp−InGaPのキャリア濃度を上昇させることが重要と
なる。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the growth temperature dependence of the carrier concentration of InGaP. The horizontal axis represents the ratio between the molar flow rate of the group III raw material and the molar flow rate of DMZ, and indicates the DMZ supply rate. As the growth temperature Tg increases, the evaporation of Zn from the growth surface increases, so that the carrier concentration decreases. Increasing the growth temperature from 600 ° C. to 700 ° C. reduces the carrier concentration by a factor of about 5. n, p−G
To sufficiently suppress the voltage effect at the hetero interface of aAs / p-InGaP, the carrier concentration of p-InGaP must be at least 1 × 1
It must be at least 18 cm -3 . However, the first growth needs to be performed at 700 ° C. or higher in order to obtain a double heterostructure having good crystal quality, so that p-InGaP
It is difficult to make the carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more. For this reason, it is important to increase the carrier concentration of p-InGaP in the stripe portion by performing Zn diffusion during regrowth.

本発明による再成長方法においては、再成長温度と昇
温時のp型不純物の流量が非常に重要なパラメータとな
ってくる。再成長時にストライプ部にZnを拡散してキャ
リア濃度を1×1018cm-3以上とするためには、図に示し
たInGaPのキャリア濃度の成長温度依存性の関係におい
て、1×1018cm-3以上のキャリア濃度が得られる成長温
度とDMZ供給量の範囲に再成長時の成長温度と昇温中のD
MZ供給量を設定すればよいことが実験より判った。つま
り、再成長時の成長温度を650℃にした場合には、[DMZ
/III]>1であればよい。Tgを600℃とした場合には、
1×1018cm-3というキャリア濃度が[DMZ/III]>0.4で
得られる。つまり、650℃でも1×1018cm-3以上のキャ
リア濃度は得られるが、Tg600℃とすることで、1×10
18cm-3というキャリア濃度が得られるZn供給量範囲が広
がるために、Zn拡散層形成時の再現性が向上する。逆
に、再成長時の温度を600℃より低い温度にすると、III
族原料の分解効率が低下し、良好な結晶品質を有する再
成長層を形成することができないのである。
In the regrowth method according to the present invention, the regrowth temperature and the flow rate of the p-type impurity at the time of temperature rise are very important parameters. By diffusing Zn to the carrier concentration of 1 × 10 18 cm -3 or more stripe portion during regrowth, at the growth temperature dependency of the relation between the carrier concentration of the InGaP shown in FIG, 1 × 10 18 cm The growth temperature during re-growth and the D during temperature rise within the range of the growth temperature and the DMZ supply amount where carrier concentration of -3 or more can be obtained.
Experiments have shown that the MZ supply amount should be set. In other words, when the growth temperature during regrowth is set to 650 ° C, [DMZ
/ III]> 1. When Tg is 600 ° C,
A carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 is obtained with [DMZ / III]> 0.4. In other words, a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more can be obtained even at 650 ° C.
Since the Zn supply amount range in which a carrier concentration of 18 cm -3 can be obtained is widened, reproducibility at the time of forming a Zn diffusion layer is improved. Conversely, if the temperature during regrowth is lower than 600 ° C, III
As a result, the decomposition efficiency of the group material decreases, and a regrown layer having good crystal quality cannot be formed.

かくして本実施例方法によれば、p−GaAsコンタクト
層18を再成長する際に、その成長温度をダブルヘテロ接
合部の成長温度よりも低く設定し、再成長用の結晶成長
炉内に昇温以前からDMZを流すことによって、ダブルヘ
テロ接合部の最上層であるp−InGaPキャップ層16のキ
ャリア濃度を十分高めることができる。このため、p−
InGaPキャップ層16とP−GaAsコンタクト層18とのバン
ド不連続に起因する電圧降下を抑制することができ、半
導体レーザの電圧−電流特性を大きく改善して素子特性
の向上をはかることが可能となる。
Thus, according to the method of the present embodiment, when the p-GaAs contact layer 18 is regrown, the growth temperature is set lower than the growth temperature of the double hetero junction, and the temperature is raised in the crystal growth furnace for regrowth. By flowing DMZ before, the carrier concentration of the p-InGaP cap layer 16, which is the uppermost layer of the double hetero junction, can be sufficiently increased. Therefore, p-
Voltage drop due to band discontinuity between the InGaP cap layer 16 and the P-GaAs contact layer 18 can be suppressed, and the voltage-current characteristics of the semiconductor laser can be greatly improved to improve device characteristics. Become.

また本発明者等は、上記の工程により作成したレーザ
素子(実施例素子)と、第1及び第2回目の結晶成長工
程における成長温度を共に700℃にし、再成長コンタク
ト層の成長前にはDMZを流さずに作成したレーザ素子
(従来素子)とで、その特性を比較した。まず、従来素
子の3mW,25℃の動作電圧は2.8〜3.5Vであり、素子間や
ウェハ間のバラツキが大きかった。これに対し実施例素
子では、動作電圧は約2.3Vであり、従来素子よりも0.5
〜1.2V程度低くなった。また、素子間やウェハ間での動
作電圧のバラツキも小さく、良好な再現性を示した。さ
らに、レーザー素子の温度特性も大幅に改善され、寿命
特性も飛躍的に向上した。
In addition, the present inventors set the growth temperature in the laser device (example device) manufactured in the above-described process and the first and second crystal growth processes to 700 ° C. before the growth of the regrown contact layer. The characteristics were compared with a laser device (conventional device) made without flowing DMZ. First, the operating voltage at 3 mW and 25 ° C. of the conventional device was 2.8 to 3.5 V, and the variation between devices and between wafers was large. On the other hand, the working voltage of the example device is about 2.3 V, which is 0.5
About 1.2V lower. In addition, variations in operating voltage between elements and wafers were small, and good reproducibility was exhibited. Furthermore, the temperature characteristics of the laser element have been greatly improved, and the life characteristics have been dramatically improved.

第4図は本発明の他の実施例に係わる半導体レーザの
製造工程を示す断面図である。この方法では、まず第4
図(a)に示す如く、n−GaAs基板41上にMOCVD法によ
りn−InGaAlPクラッド層42,InGaP活性層43,p−InGaAlP
第1クラッド層44,p−InGaPエッチグン停止層45,p−InG
aAlP第2クラッド層46,p−InGaPキャップ層47及びp−G
aAsコンタクト層48を成長形成し、コンタクト層48上にS
iO2膜49を形成する。
FIG. 4 is a sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor laser according to another embodiment of the present invention. In this method, first the fourth
As shown in FIG. 1A, an n-InGaAlP cladding layer 42, an InGaP active layer 43, and a p-InGaAlP
First cladding layer 44, p-InGaP etch stop layer 45, p-InG
aAlP second cladding layer 46, p-InGaP cap layer 47 and p-G
a As contact layer 48 is grown and formed,
An iO 2 film 49 is formed.

次いで、エッチング液(Br2+HBr+H2O)を用い、第
4図(b)に示す如く、SiO2膜49をマスクにコンタクト
層48及びキャップ層47をクラッド層46に達するまでエッ
チングする。さらに、熱燐酸による選択エッチングを行
い、第4図(c)に示す如くコンタクト層46をエッチン
グ除去する。
Next, as shown in FIG. 4B, the contact layer 48 and the cap layer 47 are etched using the etchant (Br 2 + HBr + H 2 O) using the SiO 2 film 49 as a mask until the contact layer 48 reaches the clad layer 46. Further, selective etching with hot phosphoric acid is performed to remove the contact layer 46 by etching as shown in FIG. 4 (c).

次いで、第4図(d)に示す如く、MOCVD法によりn
−GaAsブロック層51を再成長する。このブロック層51の
成長に際しては、トリメチルガリウムとアルシンを原料
ガスとして用いた。その結果、SiO2膜49上にはGaAsの成
長は全く見られなかった。その後、第4図(e)に示す
如く、SiO2膜49を除去し、さらにコンタクト層48を除去
する。
Next, as shown in FIG.
-Regrow the GaAs block layer 51. In growing the block layer 51, trimethyl gallium and arsine were used as source gases. As a result, no GaAs was grown on the SiO 2 film 49. Thereafter, as shown in FIG. 4E, the SiO 2 film 49 is removed, and the contact layer 48 is further removed.

次いで、第4図(f)に示す如く、MOCVD法によりp
−GaAsコンタクト層52を再成長する。このとき、p−Ga
Asコンタクト層52の成長に際しては、先の実施例と同様
に成長開始前の成長炉内にp型不純物を流しておき、再
成長温度はダブルヘテロ接合部(42,〜,48)の成長温度
よりも低く設定する。
Next, as shown in FIG.
Regrow the GaAs contact layer 52; At this time, p-Ga
At the time of growing the As contact layer 52, a p-type impurity is flowed into the growth furnace before the start of the growth as in the previous embodiment, and the regrowth temperature is the growth temperature of the double hetero junction (42, to, 48). Set lower than.

このようにして作成された半導体レーザにおいても、
先の実施例と同様にp−InGaPキャップ層47のキャリア
濃度を十分高めることができ、InGaPとGaAsとのバンド
不連続に起因する電圧降下を低減することができる。従
って、先の実施例と同様の効果が得られる。
In the semiconductor laser thus produced,
As in the previous embodiment, the carrier concentration of the p-InGaP cap layer 47 can be sufficiently increased, and the voltage drop caused by the band discontinuity between InGaP and GaAs can be reduced. Therefore, the same effect as in the previous embodiment can be obtained.

なお、本発明は上述した各実施例方法に限定されるも
のではない。実施例では、p型不純物としてZnを用いた
が、これ以外にマグネシウムやカドミウム等のIII族元
素を用いることもできる。また、素子構造は第2図や第
4図に限るものではなく、ダブルヘテロ接合部を形成し
た後に再成長層の形成が必要なものに適用することがで
きる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々
変形して実施することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments. In the embodiment, Zn was used as the p-type impurity, but other than this, a group III element such as magnesium or cadmium can also be used. Further, the element structure is not limited to those shown in FIGS. 2 and 4, but can be applied to an element requiring formation of a regrown layer after forming a double hetero junction. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、再成長コンタク
ト層を形成する際に、再成長層の成長温度をダブルヘテ
ロ接合部の成長温度よりも低く設定し、再成長用の結晶
成長炉内に昇温以前からp型不純物を流すことによっ
て、ダブルヘテロ接合部の最上層のキャリア濃度を上昇
させることができ、半導体レーザの素子特性向上をはか
ることが可能である。
[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the present invention, when forming a regrowth contact layer, the growth temperature of the regrowth layer is set lower than the growth temperature of the double hetero junction, and By flowing a p-type impurity into the crystal growth furnace before the temperature rise, the carrier concentration in the uppermost layer of the double hetero junction can be increased, and the device characteristics of the semiconductor laser can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図乃至第3図は本発明の一実施例方法を説明するた
めのもので、第1図は半導体レーザの製造工程を示す断
面図、第2図は該工程により形成された半導体レーザの
概略構造を示す断面図、第3図は結晶成長炉の概略構成
を示す断面図、第4図は本発明の他の実施例方法を説明
するための工程断面図、第5図は本発明の作用を説明す
るための模式図、第6図はInGaPのキャリア濃度の成長
温度依存性を示す特性図である。 11……n−GaAs基板、 12……n−GaAsバッファ層、 13……n−InGaAlPクラッド層、 14……InGaP活性層、 15……InGaAlPクラッド層、 16……p−InGaPキャップ層、 17……n−GaAsブロック層、 18……p−GaAsコンタクト層、 19……p+−GaAsコンタクト層、20……加工基板、21,22
……電極、31……石英反応管、32……サセプタ、33……
高周波加熱コイル。
1 to 3 are views for explaining a method of one embodiment of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor laser, and FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor laser formed by the process. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a crystal growth furnace, FIG. 4 is a process cross-sectional view for explaining a method of another embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operation, and FIG. 6 is a characteristic diagram showing the growth temperature dependence of the carrier concentration of InGaP. 11 n-GaAs substrate, 12 n-GaAs buffer layer, 13 n-InGaAlP cladding layer, 14 InGaP active layer, 15 InGaAlP cladding layer, 16 p-InGaP cap layer, 17 ... n-GaAs block layer, 18 ... p-GaAs contact layer, 19 ... p + -GaAs contact layer, 20 ... processed substrate, 21, 22
…… electrode, 31 …… quartz reaction tube, 32 …… susceptor, 33 ……
High frequency heating coil.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】n型GaAs基板上にIn1-X-YGaXAlYP(0≦x
≦1,0≦y≦1)からなるダブルヘテロ接合部及びn型G
aAs電流阻止層を順次成長した後、電流阻止層をストラ
イプ状にエッチングし、次いでp型GaAsコンタクト層を
再成長して半導体レーザを製造する方法において、 前記コンタクト層の成長温度を前記ダブルヘテロ接合部
の成長温度よりも低く設定し、且つ該コンタクト層を形
成するための結晶成長炉内に再成長開始前からp型不純
物を流しておき、成長温度まで昇温したのちに該コンタ
クト層を成長形成することを特徴とする半導体レーザの
製造方法。
[Claim 1] an In 1-XY Ga on the n-type GaAs substrate X Al Y P (0 ≦ x
≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) double heterojunction and n-type G
A method of manufacturing a semiconductor laser by sequentially growing an aAs current blocking layer, etching the current blocking layer in a stripe shape, and then regrowing a p-type GaAs contact layer, wherein the growth temperature of the contact layer is set to the double hetero junction. The p-type impurity is set to be lower than the growth temperature of the portion, and a p-type impurity is flowed into the crystal growth furnace for forming the contact layer before the start of regrowth, and after the temperature is raised to the growth temperature, the contact layer is grown. Forming a semiconductor laser.
【請求項2】n型GaAs基板上にIn1-X-YGaXAlYP(0≦x
≦1,0≦y≦1)からなるダブルヘテロ接合部を成長し
た後、ダブルヘテロ接合部をエッチングしてメサストラ
イプを形成し、次いでメサストライプの側部にn型GaAs
電流阻止層を成長し、しかるのちp型GaAsコンタクト層
を再成長して半導体レーザを製造する方法において、 前記コンタクト層の成長温度を前記ダブルヘテロ接合部
の成長温度よりも低く設定し、且つ該コンタクト層を形
成するための結晶成長炉内に再成長開始前からp型不純
物を流しておき、成長温度まで昇温したのちに該コンタ
クト層を成長形成することを特徴とする半導体レーザの
製造方法。
Wherein an In 1-XY Ga on the n-type GaAs substrate X Al Y P (0 ≦ x
≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1), a double heterojunction is grown, the double heterojunction is etched to form a mesa stripe, and then n-type GaAs is formed on the side of the mesa stripe.
A method for manufacturing a semiconductor laser by growing a current blocking layer and then regrowing a p-type GaAs contact layer, wherein the growth temperature of the contact layer is set lower than the growth temperature of the double hetero junction, and A method of manufacturing a semiconductor laser, comprising: flowing a p-type impurity into a crystal growth furnace for forming a contact layer before starting regrowth, and growing the contact layer after heating to a growth temperature. .
【請求項3】p型不純物をホスフィンと共に結晶成長炉
内に流して前記コンタクト層の成長温度まで昇温し、該
コンタクト層の成長回路直前にホスフィンをアルシンに
切換え、有機金属気相成長法によりp型GaAsコンタクト
層を成長形成することを特徴とする請求項1又は2記載
の半導体レーザの製造方法。
3. A p-type impurity is flowed together with phosphine into a crystal growth furnace to raise the temperature to the growth temperature of the contact layer, phosphine is switched to arsine immediately before the contact layer growth circuit, and metalorganic vapor phase epitaxy is performed. 3. The method according to claim 1, wherein a p-type GaAs contact layer is grown.
【請求項4】前記ダブルヘテロ接合部の最上層は、p型
InGaPキャップ層であることを特徴とする請求項1又は
2記載の半導体レーザの製造方法。
4. An uppermost layer of the double hetero junction is a p-type.
3. The method according to claim 1, wherein the semiconductor laser is an InGaP cap layer.
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