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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-
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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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- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
-
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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)
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|---|---|---|---|
| JP3248591A JP2737477B2 (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 半導体レーザの製造方法 |
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Applications Claiming Priority (1)
| 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 |
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|---|---|
| JPH0590697A JPH0590697A (ja) | 1993-04-09 |
| JP2737477B2 true JP2737477B2 (ja) | 1998-04-08 |
Family
ID=17180400
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP3248591A Expired - Lifetime JP2737477B2 (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 半導体レーザの製造方法 |
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|---|
| ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．ＬＥＴＴ．５３ 〜２２！ （１９８８） Ｐ．２１８２−２１８４ |
| ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．ＬＥＴＴ．５６ 〜１８！ （１９９０） Ｐ．１７１８−１７１９ |
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