JP2751356B2 - 半導体レーザの製造方法 - Google Patents

半導体レーザの製造方法

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JP2751356B2 JP1084063A JP8406389A JP2751356B2 JP 2751356 B2 JP2751356 B2 JP 2751356B2 JP 1084063 A JP1084063 A JP 1084063A JP 8406389 A JP8406389 A JP 8406389A JP 2751356 B2 JP2751356 B2 JP 2751356B2
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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の製造方法に関し、特に、量子
井戸を活性層とし、不純物導入による量子井戸の混晶化
を利用した埋込構造を有する量子井戸レーザの製造方法
に関する。
〔従来の技術〕
半導体レーザを光通信や光情報処理用の光源として使
用するには、パルスまたは直流電流で駆動した場合にそ
の電流の大小によらず安定な基本横モードで発振するこ
とが要求される。基本横モードを安定に得るためには、
活性層に平行な方向、即ち横方向につくりつけの屈折率
分布を形成する方法が一般的である。従来、この種の半
導体レーザとして、活性領域に量子井戸を使用し、不純
物拡散による量子井戸の混晶化を利用して横方向の屈折
率分布を形成した半導体レーザが提案されている。
第2図はそのような半導体レーザの一例を示す共振器
方向に垂直な断面図であり、類似のものがアプライド・
フィジックス・レターズ(Applied Physics Letters)
第50巻第23号(1987年)の1637頁から1639頁に提案され
ている。第2図において、1は基板、2は第1クラッド
層、3は量子井戸活性層、4は第2クラッド層、5はコ
ンタクト層、6は絶縁膜、7は拡散領域、8および9は
電極である。
第3図にこの従来の半導体レーザの製造工程を示し
た。第3図(a)のn型GaAs基板1上に、有機金属気相
成長(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy、以下MOVPE
と略す)法により、第1クラッド層として厚さ1μmの
n型Al0.7Ga0.3Asクラッド層2、厚さ各0.1μmのアン
ドープAl0.25Ga0.75As光ガイド層に両側から挟まれた厚
さ100ÅのアンドープのGaAs単一量子井戸からなる量子
井戸活性層3、第2クラッド層として厚さ1μmのp型
Al0.7Ga0.3Asクラッド層4、厚さ0.15μmのp型GaAsコ
ンタクト層5を積層する(第3図(b))。
次に、レーザ発振するストライプ状の活性領域を除
き、Siをn型Al0.7Ga0.3Asクラッド層2に達する深さま
で拡散するが、Siの拡散は2段階の工程によって行われ
ている。先ず、p型GaAsコンタクト層5の表面に気相成
長法により厚さ400ÅのSi膜70と厚さ900ÅのSi34膜71
を順次付着させる(第3図(c))。その上から所望の
ストライプ状領域にAr+レーザ光10を照射して、p型GgA
sコンタクト層5,p型Al0.7As0.3Gaクラッド層4,量子井戸
活性層3を溶融させて、結晶中にSiを溶け込ませる(第
3図(d))。
次に、結晶を850℃で0.7時間アニールし、改めてSiを
所望の深さまで拡散させている。Siが拡散された領域7
はn型となり、量子井戸活性層3については、Al0.25Ga
0.75As光ガイド層とGaAs量子井戸が相互拡散して混晶化
される。混晶化された部分は混晶化されていない領域と
比べ、低屈折率となり、実効的な禁制帯幅が大きくな
る。
次に、p型GaAsコンタクト層5上にSiがストライプ状
に拡散されたn型拡散領域7を覆い、かつ活性領域は露
出するようにSiO2またはSi34絶縁膜6を付着させる。
絶縁膜6上にp型GaAsコンタクト層5に対しオーミック
性接触がとれるようにAuZn系p型電極8を蒸着し、次い
でn型GaAs基板1の裏面にAuGeNiからなるn型電極9を
蒸着して第3図(e)に示すような半導体レーザ構造を
得ている。これを共振器に対し直角な方向で劈開して劈
開面をフォブリペロ共振器反射面とすれば、第2図に示
される量子井戸レーザが完成する。
以上のようにして製造された半導体レーザでは、活性
領域が、禁制帯幅が大きく屈折率が小さい半導体層で囲
まれた構造となっており、横方向につくりつけの屈折率
分布が形成されている。このような半導体レーザは、光
および電流の閉じ込め効率が良いので、低閾値電流で発
振し、安定な基本横モードが得られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら上述した従来の製造方法には、Siの拡散
工程が複雑である。Si34膜とGaAsとの熱膨張係数が違
いので拡散のための熱アニール時に歪みが入り、半導体
レーザの発振特性,信頼性を損なう等の問題がある。
本発明の目的は、これらの問題を解決した簡単かつレ
ーザ発振特性,信頼性に優れた半導体レーザが得られる
製造方法を提供することにある。
〔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、 第1導電型の半導体基板上に少なくとも第1導電型の
第1クラッド層と少なくとも2種の半導体層からなる量
子井戸構造を有し、第1クラッド層より禁制帯幅が狭く
屈折率が大きい量子井戸活性層と、量子井戸活性層より
も禁制帯幅が広く屈折率が小さい第2導電型の第2クラ
ッド層と、第2クラッド層より禁制帯幅が狭い電極コン
タクト層を順次エピタキシャル成長して基板結晶を得る
エピタキシャル成長工程と、 基板結晶表面を第1導電型不純物元素を含む不純物ガ
ス雰囲気に曝しつつエネルギービームを基板結晶表面上
の平行に延伸した2つのストライプ状領域に限定して照
射し、照射領域下の基板結晶に前記第1導電型の不純物
をストライプ状に析出させる工程と、 前記基板結晶を加熱して前記の析出不純物を前記照射
領域下に拡散せしめ、前記照射領域下の電極コンタクト
層,第2クラッド層および量子井戸活性層を第1導電型
になさしめるとともに、前記量子井戸活性層を前記照射
領域下において混晶化せしめる不純物拡散工程とを含む
ことを特徴とする。
エネルギービームとしては、レーザ光線、または電子
などの荷電粒子線を用いることができる。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
第1図は、本発明の一実施例を説明する工程図であ
り、第2図の構造の半導体レーザの製造について述べ
る。
先ずn型GaAs基板1を有機溶剤で洗浄し、化学的にエ
ッチングして清浄化した後、MOVPE装置内に導入する
(第1図(a))。このn型GaAs基板1上に第1クラッ
ド層として厚さ1.0μmのn型Al0.7Ga0.3Asクラッド層
2(Siドープ;濃度1×1018cm-3)、厚さ0.1μmのn
型Al0.25Ga0.75As光ガイド層(Siドープ;濃度1×1017
cm-3)と厚さ100ÅのアンドープGaAs単一量子井戸層と
厚さ0.1μmのp型Al0.25Ga0.75As光ガイド層(Znドー
プ;濃度1×1017cm-3)の3層からなる量子井戸活性層
3、第2クラッド層として厚さ1.0μmのp型Al0.7Ga
0.3Asクラッド層4(Znドープ;濃度1×1018cm-3)、
厚さ0.15μmのp型GaAsコンタクト層5(Znドープ;濃
度1×1019cm-3)を順次MOVPE成長する。以上のエピタ
キシャル成長工程によって基板結晶(第1図(b))が
得られる。
次に基板結晶をMOVPE装置から出さずに、MOVPE装置内
にSiH4またはSi26ガスを導入し、基板結晶をガスに曝
す。この状態でスポットサイズ1μmに絞ったAr+レー
ザビーム11を基板結晶表面上に照射し、線状に走査して
2本のストライプ状にSiを析出させ、2本のストライプ
状Si膜80を形成する(第1図(c))。Ar+レーザのパ
ワーは0.01から1W程度の範囲で調節し、基板結晶表面の
温度が過度に上昇しないようにする。例えば、650℃位
に抑えれば、Siは析出するが、基板結晶が溶解したり熱
歪みで欠陥が導入される可能性は小さく、適当である。
ストライプ状Si膜80は厚さ10Åから100Å程度以上あ
れば、後の拡散工程で拡散源として用いることができ
る。また、ストライプ状のSiは、2本析出させるわけで
あるが、その間隔はレーザ発振領域(活性領域)の幅を
規定することになる。次の拡散工程でSiが動き、実際の
活性領域幅はストライプ間隔より狭くなるので、ストラ
イプの間隔はこれを考慮し少なくとも1μmはとる必要
があろう。
次に、基板結晶をそのままMOVPE装置内で加熱して上
述の工程で析出させたストライプ状のSiを、基板結晶中
に熱拡散させる。基板加熱方法としては、MOVPE成長に
用いたと同じ方法、即ちランプ加熱または高周波加熱に
よっても良いし、第1図(d)に示すようにAr+レーザ
光または電子ビームを用いても良い。図では、Ar+レー
ザ光または電子ビームを参照番号12で示している。
ランプ加熱または高周波加熱による場合は、基板結晶
全体を850℃に1時間程度保つことにより、n型Al0.7Ga
0.3Asクラッド層2に達する深さまでSiを拡散し、n型
拡散層7を形成することができる。レーザ光または電子
ビームを用いる場合は、局所的にストライプ状Si膜80の
みを加熱するように走査することが可能である。この場
合は照射パワー密度を調節して、基板結晶が溶融したり
欠陥が入ったりしない範囲で短時間のうちにSiを所望の
深さまで拡散し、n型拡散層7を形成することが可能で
ある。
次にp型GaAsコンタクト層5上に、n型拡散領域7を
覆い、かつ活性領域は露出するようにSiO2またはSi34
絶縁膜6を付着させる。これは通常の熱CVD法とフォト
リソグラフィによれば良い。絶縁膜6上にp型GaAsコン
タクト層6に対しオーミック性接触がとれるようにAuZn
系p型電極8を蒸着し、次いでn型GaAs基板1の裏面に
AuGeNiからなるn型電極9を蒸着して第2図(e)に示
すような半導体レーザ構造が得られる。これを共振器に
対し直角な方向で劈開して劈開面をフォブリペロ共振器
反射面とすれば、第2図に示される量子井戸レーザが完
成する。
共振器反射面を得るにはドライエッチングによっても
良い。その場合には、エピタキシャル成長工程から共振
器反射面形成までを一貫したドライプロセスで、換言す
れば、基板結晶を大気に触れさせることなく、一連の真
空装置内で行うことも可能である。
なお、上述の実施例では、エピタキシャル成長とそれ
以後のプロセスをMOVPE装置によって行っているが、こ
れは分子線エピタキシーや、原料にガスを用いるガスソ
ース分子線エピタキシーであっても良い。
また、材料としては、GaAs/AlGaAs系で説明したが、
他のIII−V,II-III化合物半導体、例えばInP基板を用い
た、InGaAs/InP,InGaAsP/InP,InGaAs/InAlAs,InGaP/InA
lGaP等々の材料でもよいことは言うまでもない。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の製造方法は、従来の製
造方法に必要であったSiの蒸着,Si34膜の付着,熱ア
ニールという工程が、エピタキシャル成長装置内で行わ
れる“その場"Si析出,熱アニールに置き換えられる。
従って、Si34付着のために基板結晶を他の装置に移す
必要がなく工程が簡単化される。
また、本発明では工程の途中で基板結晶を大気に曝す
ことがないので、酸化,汚染によるレーザ発振特性の劣
化や信頼性上の問題がなくなる。更に、従来の製造方法
で問題であった熱アニール時にSi34膜から歪みが導入
される問題もなくなる。
よって、本発明によれば高い歩留まりで、信頼性の良
い量子井戸レーザを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の製造方法の主要な工程を説明する工程
断面図、 第2図は量子井戸レーザの一例を示す断面図、 第3図は従来の製造方法の主要な工程を説明する工程断
面図である。 1……基板 2……第1クラッド層 3……量子井戸活性層 4……第2クラッド層 5……コンタクト層 6……絶縁膜 7……拡散領域 8……p型電極 9……n型電極 10……レーザ光 11……Ar+レーザビーム 12……Ar+レーザビームまたは電子ビーム 70,80……Si膜 71……Si34

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型の半導体基板上に少なくとも第
    1導電型の第1クラッド層と少なくとも2種の半導体層
    からなる量子井戸構造を有し、第1クラッド層より禁制
    帯幅が狭く屈折率が大きい量子井戸活性層と、量子井戸
    活性層よりも禁制帯幅が広く屈折率が小さい第2導電型
    の第2クラッド層と、第2クラッド層より禁制帯幅が狭
    い電極コンタクト層を順次エピタキシャル成長して基板
    結晶を得るエピタキシャル成長工程と、 基板結晶表面を第1導電型不純物元素を含む不純物ガス
    雰囲気に曝しつつエネルギービームを基板結晶表面上の
    平行に延伸した2つのストライプ状領域に限定して照射
    し、照射領域下の基板結晶に前記第1導電型の不純物を
    ストライプ状に析出させる工程と、 前記基板結晶を加熱して前記の析出不純物を前記照射領
    域下に拡散せしめ、前記照射領域下の電極コンタクト
    層,第2クラッド層および量子井戸活性層を第1導電型
    になさしめるとともに、前記量子井戸活性層を前記照射
    領域下において混晶化せしめる不純物拡散工程とを含む
    ことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63100628A (ja) * 1987-08-28 1988-05-02 Hitachi Ltd 光学的記録再生装置

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JPS63100628A (ja) * 1987-08-28 1988-05-02 Hitachi Ltd 光学的記録再生装置

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