JP2737477B2 - 半導体レーザの製造方法 - Google Patents
半導体レーザの製造方法Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザプリンタ,バー
コードリーダ等の光源に用いられる半導体レーザに関
し、特に発振波長680nm以下の可視光半導体レーザ
の製造方法に関するものである。
コードリーダ等の光源に用いられる半導体レーザに関
し、特に発振波長680nm以下の可視光半導体レーザ
の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体レーザの製造方法について
以下説明する。半導体レーザの構造を図4に示す。従来
例の製造方法は、1回目の結晶成長を有機金属成長法
(以下MO−VPE法)により成長温度700〜730
℃で、n型GaAs(100)基板(1)上に発光領域
となるGa0.5 In0.5P活性層(4)をこれよりも禁
制帯幅の大きい(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pク
ラッド層(3),(5)ではさんでなるダブルヘテロ構
造を構成する。
以下説明する。半導体レーザの構造を図4に示す。従来
例の製造方法は、1回目の結晶成長を有機金属成長法
(以下MO−VPE法)により成長温度700〜730
℃で、n型GaAs(100)基板(1)上に発光領域
となるGa0.5 In0.5P活性層(4)をこれよりも禁
制帯幅の大きい(Al0.7 Ga0.3 )0.5 In0.5 Pク
ラッド層(3),(5)ではさんでなるダブルヘテロ構
造を構成する。
【0003】次に、リッジストライプ形成用のエッチン
グマスク兼、選択成長用マスクとなる酸化膜を成膜し、
ホトレジスト法により〔0−11〕方向に酸化膜ストラ
イプを形成し、エッチングによりp型クラッド層(5)
の途中までエッチングする。
グマスク兼、選択成長用マスクとなる酸化膜を成膜し、
ホトレジスト法により〔0−11〕方向に酸化膜ストラ
イプを形成し、エッチングによりp型クラッド層(5)
の途中までエッチングする。
【0004】続いて、2回目の結晶成長を行うが、酸化
膜をマスクとした選択成長を行ない、電流ブロック層
(7)を成長する。その後、酸化膜を除去した後、全面
にp型GaAsコンタクト層(8)を成長させ、電極
(9),(10)を付け従来例の半導体レーザが得られ
る。
膜をマスクとした選択成長を行ない、電流ブロック層
(7)を成長する。その後、酸化膜を除去した後、全面
にp型GaAsコンタクト層(8)を成長させ、電極
(9),(10)を付け従来例の半導体レーザが得られ
る。
【0005】従来例の半導体レーザの特性のうち発振し
きい値は、p型クラッド層(5)のZnキャリア濃度に
大きく依存し、たとえば、キャリア濃度3.5×1017
cm-3で発振しきい値38mAと報告されている。この
ときの共振器長は300μmである。また、最高発振濃
度は、100℃となっており、信頼性については報告さ
れていない。この従来例は、1989年春応物予稿集8
66頁1p−ZC−4に示されている。
きい値は、p型クラッド層(5)のZnキャリア濃度に
大きく依存し、たとえば、キャリア濃度3.5×1017
cm-3で発振しきい値38mAと報告されている。この
ときの共振器長は300μmである。また、最高発振濃
度は、100℃となっており、信頼性については報告さ
れていない。この従来例は、1989年春応物予稿集8
66頁1p−ZC−4に示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明に係わるAlG
aInP系の半導体レーザの発光領域に用いるGa0.5
In0.5 Pには、ジャパン・ジャーナル・オブ・アプラ
イド・フィジクス(Jpn.J.Appl.Phy
s.)27,p2098(1988)に報告されている
ように、MO−VPE法における結晶成長温度Tgに対
してバンドキャップEgが変化するという特徴があり、
成長温度を高くすれば、発振波長の短い半導体レーザが
得られる。しかし、成長温度を高くなるとp型クラッド
層(5)へのZnドーピングは困難になるのが一般的で
ある。また、(Aly Ga1-y )0.5 In0.5 Pにドー
ピングされたZnは拡散しやすく、温度が高いと拡散は
より進み、特に活性層へZnが入ると半導体レーザの信
頼性は悪化する。そのため、実用に耐える特性を有する
半導体レーザを得ることは難しくなるという問題があっ
た。
aInP系の半導体レーザの発光領域に用いるGa0.5
In0.5 Pには、ジャパン・ジャーナル・オブ・アプラ
イド・フィジクス(Jpn.J.Appl.Phy
s.)27,p2098(1988)に報告されている
ように、MO−VPE法における結晶成長温度Tgに対
してバンドキャップEgが変化するという特徴があり、
成長温度を高くすれば、発振波長の短い半導体レーザが
得られる。しかし、成長温度を高くなるとp型クラッド
層(5)へのZnドーピングは困難になるのが一般的で
ある。また、(Aly Ga1-y )0.5 In0.5 Pにドー
ピングされたZnは拡散しやすく、温度が高いと拡散は
より進み、特に活性層へZnが入ると半導体レーザの信
頼性は悪化する。そのため、実用に耐える特性を有する
半導体レーザを得ることは難しくなるという問題があっ
た。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザの
製造方法は、各半導体層の結晶成長速度を2.5μm/
h以上にする。
製造方法は、各半導体層の結晶成長速度を2.5μm/
h以上にする。
【0008】
【作用】本発明の半導体レーザの製造方法において、結
晶成長速度を速くすることにより、p型(Aly Ga
1-y )0.5 In0.5 pクラッド層へのp型ドーパントの
ドーピング効率が増し、発振波長の短波長化を狙った高
い成長温度においても、十分なキャリア濃度が得られ、
さらに全ての結晶成長時間が短縮され、p型クラッド層
にドーピングしたドーパントの活性層への拡散も低減で
きる。
晶成長速度を速くすることにより、p型(Aly Ga
1-y )0.5 In0.5 pクラッド層へのp型ドーパントの
ドーピング効率が増し、発振波長の短波長化を狙った高
い成長温度においても、十分なキャリア濃度が得られ、
さらに全ての結晶成長時間が短縮され、p型クラッド層
にドーピングしたドーパントの活性層への拡散も低減で
きる。
【0009】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の効果を表わす結晶成長速度とキャリ
ア濃度の関係図である。成長条件としては、成長温度7
20℃,[ジメチルジンク]/[3族総量]=一定とし
ての結果である。このように結晶成長速度を速くするこ
とによりキャリア濃度が変わる理由として、結晶に取り
込まれるZn原子と結晶から気相へ解離するZn原子の
比率の変化するためで、結晶成長速度が速いと気相へ解
離するZnが低減されるためキャリア濃度が高くするこ
とができると考えられる。
る。図1は本発明の効果を表わす結晶成長速度とキャリ
ア濃度の関係図である。成長条件としては、成長温度7
20℃,[ジメチルジンク]/[3族総量]=一定とし
ての結果である。このように結晶成長速度を速くするこ
とによりキャリア濃度が変わる理由として、結晶に取り
込まれるZn原子と結晶から気相へ解離するZn原子の
比率の変化するためで、結晶成長速度が速いと気相へ解
離するZnが低減されるためキャリア濃度が高くするこ
とができると考えられる。
【0010】図2は、図1に示した成長濃度のうち結晶
成長速度を3.5μm/hで作製した半導体レーザの断
面図である。まず、1回目の結晶成長をMO−VPE法
により成長温度720℃,成長圧力30Torrで行
う。層構造は、n型GaAs(100)基板(1)上に
Siドープn型GaAsバッファ層(2)キャリア濃度
1×1018cm-3を0.2μm,Siドープル型(Al
0.6 Ga0.4 )0.5 In0.5 Pクラッド層キャリア濃度
5×1017cm-3を1μm、アンドープGa0.5 In
0.5 P活性層(4)を0.07μm、Znドープp型
(Al0.6 Ga0.4 )0.5 In0.5 Pクラッド層
(5)、キャリア濃度5×1017cm-3を1μm,Zn
ドープp型Ga0.5 In0.5 P層(6)キャリア濃度1
×1018cm-3を0.1μm積層する。
成長速度を3.5μm/hで作製した半導体レーザの断
面図である。まず、1回目の結晶成長をMO−VPE法
により成長温度720℃,成長圧力30Torrで行
う。層構造は、n型GaAs(100)基板(1)上に
Siドープn型GaAsバッファ層(2)キャリア濃度
1×1018cm-3を0.2μm,Siドープル型(Al
0.6 Ga0.4 )0.5 In0.5 Pクラッド層キャリア濃度
5×1017cm-3を1μm、アンドープGa0.5 In
0.5 P活性層(4)を0.07μm、Znドープp型
(Al0.6 Ga0.4 )0.5 In0.5 Pクラッド層
(5)、キャリア濃度5×1017cm-3を1μm,Zn
ドープp型Ga0.5 In0.5 P層(6)キャリア濃度1
×1018cm-3を0.1μm積層する。
【0011】続いて、リッジストライプ形成用のエッチ
ングマスク兼、選択成長用マスクとなるSiO2 酸化膜
を0.2μm成膜し、ホトレジスト法により〔0−1
1〕方向にSiO2 酸化膜ストライプを形成し、硫酸系
エッチング液によりp型クラッド層(5)を0.25μ
m残すエッチングを行う。リッジ幅W1 は5μmとす
る。
ングマスク兼、選択成長用マスクとなるSiO2 酸化膜
を0.2μm成膜し、ホトレジスト法により〔0−1
1〕方向にSiO2 酸化膜ストライプを形成し、硫酸系
エッチング液によりp型クラッド層(5)を0.25μ
m残すエッチングを行う。リッジ幅W1 は5μmとす
る。
【0012】次に2回目の結晶成長をMO−VPE法に
より成長温度650℃でリッジストライプの両側にSi
O2 酸化膜をマスクとした選択成長により、Siドープ
n型GaAs電流ブロック層(7)キャリア濃度3×1
018cm-3を0.8μm成長する。そして、SiO2 酸
化膜を除去した後、3回目の結晶成長をMO−VPE法
により成長温度650℃で、全面にZnドープp型Ga
Asコンタクト層(8)キャリア濃度2−1019c
m-3,厚さ3μmを成長し、電極(9),(10)を形
成して半導体レーザが得らえる。半導体レーザの特性と
しては、共振器長350μmで発振しきい値35〜30
mA,発振波長670nm,最高発振温度110℃まで
の特性が得られた。
より成長温度650℃でリッジストライプの両側にSi
O2 酸化膜をマスクとした選択成長により、Siドープ
n型GaAs電流ブロック層(7)キャリア濃度3×1
018cm-3を0.8μm成長する。そして、SiO2 酸
化膜を除去した後、3回目の結晶成長をMO−VPE法
により成長温度650℃で、全面にZnドープp型Ga
Asコンタクト層(8)キャリア濃度2−1019c
m-3,厚さ3μmを成長し、電極(9),(10)を形
成して半導体レーザが得らえる。半導体レーザの特性と
しては、共振器長350μmで発振しきい値35〜30
mA,発振波長670nm,最高発振温度110℃まで
の特性が得られた。
【0013】また、図3に示す半導体レーザは、図2と
同様の成長条件で、1回目の結晶成長で、n型GaAs
電流ブロック層(7)まで成長した後、ホトレジスト法
により、〔0−11〕方向にストライプ状の溝をリン酸
系エッチング液で形成する。続いて、2回目の結晶成長
をMO−VPE法により成長温度650℃で全面にZn
ドープp型GaAsコンタクト層(8)キャリア濃度2
×1019cm-3,厚さ3μmを成長し、電極(9),
(10)を形成して半導体レーザが得られる。半導体レ
ーザの特性としては、共振器300μmで発振しきい値
75mA,発振波長670nm,最高発振温度120℃
までの特性が得られた。
同様の成長条件で、1回目の結晶成長で、n型GaAs
電流ブロック層(7)まで成長した後、ホトレジスト法
により、〔0−11〕方向にストライプ状の溝をリン酸
系エッチング液で形成する。続いて、2回目の結晶成長
をMO−VPE法により成長温度650℃で全面にZn
ドープp型GaAsコンタクト層(8)キャリア濃度2
×1019cm-3,厚さ3μmを成長し、電極(9),
(10)を形成して半導体レーザが得られる。半導体レ
ーザの特性としては、共振器300μmで発振しきい値
75mA,発振波長670nm,最高発振温度120℃
までの特性が得られた。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、結晶成長
速度を2.5μm/n以上として、図1に示すように、
p型ドーパントZnのドーピング効率を改善すること
で、高い成長温度、例えば720℃でも実用に耐えられ
るレーザ特性を有する半導体レーザが得られる。その理
由は、複数回の結晶成長の間に高い温度に保持されてい
る時間が短くなるため、結晶内で拡散しやすいZnのp
型クラッド層(5)から活性層(4)への拡散を低減で
き、従来の半導体レーザよりも急峻性の良いp−n接合
が得られ、温度特性が改善される。例えば、図2に示し
た半導体レーザでは、共振器長350μmで、発振しき
い値40mA,発振波長670nm,の特性で、ケース
温度70℃,光出力5mWの定光出力試験で5000時
間以上の信頼性が得られるという効果を有する。
速度を2.5μm/n以上として、図1に示すように、
p型ドーパントZnのドーピング効率を改善すること
で、高い成長温度、例えば720℃でも実用に耐えられ
るレーザ特性を有する半導体レーザが得られる。その理
由は、複数回の結晶成長の間に高い温度に保持されてい
る時間が短くなるため、結晶内で拡散しやすいZnのp
型クラッド層(5)から活性層(4)への拡散を低減で
き、従来の半導体レーザよりも急峻性の良いp−n接合
が得られ、温度特性が改善される。例えば、図2に示し
た半導体レーザでは、共振器長350μmで、発振しき
い値40mA,発振波長670nm,の特性で、ケース
温度70℃,光出力5mWの定光出力試験で5000時
間以上の信頼性が得られるという効果を有する。
【0015】また、1回の成長時間が短くなるので、生
産性の向上も可能となる。
産性の向上も可能となる。
【図1】本発明にかかわる結晶成長速度とZnキャリア
濃度の関係を示す図。
濃度の関係を示す図。
【図2】本発明により作製した半導体レーザの断面図。
【図3】本発明により作製した半導体レーザの断面図
【図4】従来例の半導体レーザの断面図。
1 n型GaAs基板 2 n型GaAsバッファ層 3 n型(Aly Ga1-y )0.5 In0.5 Pクラッド
層(0.5≦y≦1) 4 アンドープ(Alz Ga1-z )0.5 In0.5 P活
性層(0≦z≦0.3) 5 p型(Aly Ga1-y )0.5 In0.5 Pクラッド
層(0.5≦y≦1) 6 p型Ga0.5 In0.5 P層 7 n型GaAs電流ブロック層 8 p型GaAsコンタクト層 9,10 電極
層(0.5≦y≦1) 4 アンドープ(Alz Ga1-z )0.5 In0.5 P活
性層(0≦z≦0.3) 5 p型(Aly Ga1-y )0.5 In0.5 Pクラッド
層(0.5≦y≦1) 6 p型Ga0.5 In0.5 P層 7 n型GaAs電流ブロック層 8 p型GaAsコンタクト層 9,10 電極
Claims (1)
- 【請求項1】 半導体基板に、少くともn型(Aly G
a1-y )0.5 In0.5 P(0.5≦y≦1)クラッド
層、(Alz Ga1-z )0.5 In0.5 P(0≦z≦0.
3)活性層、p型(Aly Ga1-y )0.5 In0.5 Pク
ラッド層、p型Ga0.5 In0.5 P層を有機金属気相成
長方法により順次結晶成長して多層積層構造を形成する
工程と、前記多層積層構造にストライプ状のエッチング
マスクを形成し、硫酸系エッチング液により前記p型
(Al y Ga 1-y ) 0.5 In 0.5 Pクラッド層、p型G
a 0.5 In 0.5 P層をエッチングして前記多層積層構造
にリッジストライプ構造を形成する工程と、前記リッジ
ストライプ構造のストライプ両側部に電流ブロック層を
成長する工程とを含み、前記各半導体層の成長速度を
3.5μm/hとしたことを特徴とする半導体レーザの
製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3248591A JP2737477B2 (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 半導体レーザの製造方法 |
US07/946,757 US5298456A (en) | 1991-09-27 | 1992-09-17 | Method of manufacturing semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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