JP2914711B2 - 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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Description

【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等の化合物半導体材料を用いた半
導体レーザに係わり、特に電流狭窄のために領域と屈折
率差を形成するための領域とを異なる幅(若しくは異な
る開口幅)に形成した半導体レーザの製造方法に関す
る。
(従来の技術) 近年、MOCVD法等の結晶成長技術の向上に伴い、He−N
eレーザと同程度の発振波長を持つ半導体レーザが製造
されるようになってきた。この種の半導体レーザを、ビ
デオディスクやレーザプリンタ等の光源として使用する
場合、横モードが制御されていることや、低非点隔差で
あること、戻り光雑音特性が良いこと等が要求されてい
る。また、消費電力の低減化からは、発振しきい値を低
くすることが望ましい。
戻り光雑音特性が良いInGaAlP系赤色半導体レーザと
して、第5図(a)に示すようなリッジ導波型の半導体
レーザが知られている。図中51はn−GaAs基板、52はn
−GaAsバッファ層、53はn−InGaAlPクラッド層、54はI
nGaP活性層、55は第1のp−InGaAlPクラッド層、56はI
nGaPエッチングストップ層、57は第2のp−InGaAlPク
ラッド層、58はInGaP中間バンドギャップ層、59はn−G
aAs電流阻止層、60はGaAsコンタクト層を示している。
このレーザは、中間バンドギャップ層58まで成長したの
ちに、SiO2等のストライプ状のマスクを用いて中間バン
ドギャップ層58及びクラッド層57をエッチングしてメサ
を形成する。そして、マスクの幅をメサの上部の幅より
も狭くしたのち、これを選択成長マスクとして減圧CVD
法を用いて選択成長法により、電流阻止層59を埋込み形
成し、さらにマスクを除去した後にコンタクト層60を成
長することにより得られる。
ところで、この種のレーザは、屈折率差を形成するた
めの領域であるストライプ状に加工されたクラッド層5
7、即ちInGaAlPリッジ部の高さが高いため、電流阻止層
59により狭窄された電流が広がってしまうという欠点が
あり、十分な雑音特性の改善効果が発揮されなかった。
そのため、第5図(b)に示す如く、InGaAlPリッジ部
を2段に形成し、電流阻止層59をクラッド層57の上部に
食い込ませる構造にする必要があった。しかし、この形
成の作成にはクラッド層57を2段にエッチングする必要
があり、2度のマスク合わせ,ホトレジスト工程であっ
た。
また、第5図(c)に、非点隔差の小さいレーザとし
て開発された2重の凹段差を持つ実屈折率型InGaAlP系
半導体レーザを示す。図中51〜60は第5図(a)(b)
と同じであり、61は第1のp−InGaAlP被覆層、62は第
2のp−InGaAlP被覆層を示している。このようなレー
ザにおいても、電流狭窄を行うための領域(電流阻止層
59)の開口幅と、屈折率差を形成するための領域(クラ
ッド層57)の開口幅を異ならせる必要がある。このた
め、第5図(b)のレーザと同様に、2回のマスク合わ
せ,ホトレジスト工程が必要であった。
(発明が解決しようとする課題) このように従来、複数の段差を持つ凹又は凸状ストラ
イプの形成には、複数回のマスク合わせ、ホトレジスト
工程が必要であり、これが半導体レーザの製造工程の複
雑化を招く要因となっていた。
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、1回のホストレジスト工程で複数
の段差を持つ凹又は凸状ストライプを形成することがで
き、工程の簡略化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。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の骨子は、開口幅若しくはストライプ幅の異な
る電流狭窄のための領域と屈折率差を形成するための領
域とを、同じマスクを用いて形成することにある。
即ち本発明は、基板上にダブルヘテロ接合構造部が形
成され、このダブルヘテロ接合構造部上に屈折率差を形
成するための第1の領域と電流狭窄を行うための第2の
領域とがそれぞれストライプ状開口部を除いて積層形成
され、且つ第1の領域の開口幅が第2の領域の開口幅よ
りも狭く形成された半導体レーザを製造する方法におい
て、前記ダブルヘテロ接合構造部上に第1の領域,第1
及び第2の領域とは組成の異なる異種層,第2の領域を
順次積層したのち、第2の領域上にストライプ状の開口
を有するマスクを形成し、次いでサイドエッチングを利
用して第2の領域をマスクの開口幅よりも広くエッチン
グし、次いで異種層をマスクの開口幅と略同じ幅にエッ
チングし、しかるのち第1の領域を異種層の開口幅と略
同じ幅にエッチングするようにした方法である。
(作用) 本発明によれば、屈折率差を形成するための第1の領
域と電流狭窄を行うための第2の領域をエッチングする
に際し、予め第1及び第2の領域間にこれらとは組成の
異なる異種層を形成しているため、所定のエッチング種
を用いることにより、最初に第2の領域をサイドエッチ
ングを利用してマスクの開口幅よりも広くエッチングす
ることができる。続いて、これとは異なるエッチング種
を用いることにより、異種層をマスクと開口幅と略同じ
幅にエッチングすることができ、さらに異種層の開口幅
と略同じ幅に第1の領域をエッチングすることができ
る。これにより、複数回のマスク合わせ,ハトレジスト
工程を必要とすることなく、第1の領域と第2の領域と
を異なる開口幅に形成することができる。
(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。
第1図は本発明の第1実施例方法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、n−InGaPバッファ
層12,n−In0.5(Ga0.3Al0.70.5Pクラッド層13,InGaP
活性層14,第1のp−In0.5(Ga0.3Al0.70.5Pクラッ
ド層15,p−InGaPエッチングストップ層16,第2のp−In
0.5(Ga0.3Al0.70.5Pクラッド層17,n−InGaP異種層1
8及びn−GaAs電流阻止層19を成長形成し、ホトレジス
ト工程を用いて電流阻止層19上にストライプ状の開口を
有するレジストマスク20を形成する。
次いで、SHエッチング液(硫酸:過酸化水素水:水=
3:1:1)を用い、第1図(b)に示す如く、GaAs電流阻
止層19をストライプ状にエッチングする。このとき、SH
エッチング液ではサイドエッチングが生じるので、電流
阻止層19はレジスト開口部よりも十分広くなるようにエ
ッチングされる。また、エッチングストップ層18の存在
により下層のクラッド層17はエッチングされない。
次いで、第1図(c)に示す如く、レジストマスク20
を残したまま、InGaPとGaAs及びInGaAlPとのエッチング
選択比の十分大きい臭化水素系のエッチァントによりIn
GaP異種層18のエッチングを行った。このとき、レジス
トマスク20の開口部直下はエッチング種の供給が速いた
め、レジストマスク20の開口部直下のInGAPのエッチン
グが速く行われ、両側ではエッチング種の供給が遅いた
め、両側のInGaPは殆どエッチングされなかった。
次いで、第1図(d)に示す如く、熱硫酸を用いてIn
GaAlPクラッド層17をエッチングした。熱硫酸はInGaAlP
しかエッチングしないため、またサイドエッチングが少
ないため、クラッド層17は異種層18の開口幅と略同じ幅
にエッチングされた。このような工程を減ることによ
り、2段の段差が1つのマスク20,1回のホストレジスト
工程により作成されることになる。
これ以降は、第1図(e)に示す如く、 p−In0.5(Ga0.5Al0.50.5P第1被覆層21, p−In0.5(Ga0.7Al0.30.5P第2被覆層22,p−InGaP
中間バンドギャップ層23及びp−GaAsコンタクト層24を
成長形成し、コンタクト層24上にp側電極25を、基板11
の表面にn側電極25を形成することにより、半導体レー
ザが完成することになる。
かくして本実施例方法によれば、クラッド層17と電流
阻止層19との間に異種層18を設け、SHエッチング液,臭
化水素系エッチャント及び熱硫酸等の3種のエッチング
種を用いて順次エッチングすることにより、1つのレジ
ストマスク20で、開口幅の異なる2つの領域の異なる開
口幅を形成することができる。即ち、屈折率差を形成す
るための第1の領域と電流狭窄を行うための第2の領域
とを、異なる幅に形成することができ、非点隔差の小さ
い半導体レーザ簡易な工程で実現することができる。
第2図は本発明の第2の実施例方法を説明するための
素子構造断面図である。なお、第1図と同一部分には同
一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
この実施例方法が第1の実施例方法と異なる点は、屈
折率差を形成するための第1の領域と電流狭窄を行うた
めの第2の領域とを、凹状段差ではなく凸状段差を形成
したことにある。即ち、先の実施例と同様に基板11上に
12〜16を形成した後、さらにInGaAlPクラッド層171,InG
aP異種層18,InGaAlPクラッド層172及びInGaP中間バンド
ギャップ層23を成長形成し、次いでストライプ状のマス
クを用いてクラッド層17を2段の凸形状にエッチングす
る。このエッチングに際しては、先の実施例と同様に、
最初にサイドエッチングを利用してマスク幅よりも狭い
ストライプ状にクラッド層172をエッチングし、次いで
異種層18をマスク幅と同じ幅のストライプにエッチング
し、続いてクラッド層172をエッチングすればよい。
このように本実施例においても、1つのマスクを用い
るのみで、クラッド層17を2段階の凸状ストライプにエ
ッチングすることができ、先の実施例と同様の効果が得
られる。
第3図は本発明の第3の実施例方法を説明するための
素子構造断面図である。第2図と同一部分には同一符号
を付して、その詳しい説明は省略する。
この実施例は、クラッド層17(171,172,173)の凸段
差をより多くしたものであり、このような構造も先の第
2の実施例と同様の方法で実現することができる。そし
てこの場合、複数の段差を持つ凸状ストライプを形成す
ることができるため、横方向の屈折率差Δnを第4図に
示す如く、中央から両側に向ってある幅でなだらかに変
化させることができる。これにより、次のような利点も
ある。即ち、Δnを大きくかつ急峻に形成した場合、高
次の横モードが発生し易くなり、キンクが発生し易くな
る。逆にΔnが小さい場合、プラズマ効果等により屈折
率導波性が失われてしまう。従って本実施例のように、
Δnを大きくかつある幅でなだらかに変化させること
は、高次モードの発生がなく、且つキンクの発生し難い
レーザを作成するのに有効となる。
なお、本発明は上述した各実施例方法に限定されるも
のではなく、そ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。
[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、屈折率差を形成
するための第1の領域と電流狭窄を行うための第2の領
域との間にこれらとは組成の異なる異種層を形成してお
き、それぞれを異なるエッチャントでエッチングするこ
とにより、第1の領域及び第2の領域のストライプ幅若
しくは開口幅を異ならせることができる。従って、1回
のホトレジスト工程で複数の段差を持つ凹又は凸状スト
ライプを形成することができ、電流狭窄のための領域と
屈折率差を形成するための領域とが異なる幅を有する半
導体レーザを簡易に作成することが可能と成る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例方法に係わる半導体レー
ザ製造工程を示す断面図、第2図は本発明の第2の実施
例方法を説明するための素子構造断面図、第3図は本発
明の第3の実施例方法を説明するための素子構造断面
図、第4図は上記第3の実施例の効果を説明するための
特性図、第5図は従来の問題点を説明するための素子構
造断面図である。 11……n−GaAs基板、 12……n−InGaPバッファ層、 13……n−InGaAlPクラッド層、 14……InGaP活性層、 15……p−InGaAlP第1クラッド層、 16……p−InGaPエッチングストップ層、 17……p−InGaAlP第2クラッド層、 18……p−InGaP異種層、 19……n−GaAs電子阻止層、 20……レジストマスク、 21……p−InGaAlP第1被覆層、 22……p−InGaAlP第2被覆層、 23……p−InGaP中間バンドギャップ層、 24……p−GaAsコンタクト層、 25,26……電極。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−137089(JP,A) 特開 平2−94585(JP,A) 特開 昭64−84688(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上にダブルヘテロ接合構造部が形成さ
    れ、このダブルヘテロ接合構造部上に屈折率差を形成す
    るための第1の領域と電流狭窄を行うための第2の領域
    とがそれぞれストライプ状開口部を除いて積層形成さ
    れ、且つ第1の領域の開口幅が第2の領域の開口幅より
    も狭く形成された半導体レーザを製造する方法におい
    て、 前記ダブルヘテロ接合構造部上に第1の領域,第1及び
    第2の領域とは組成の異なる異種層,第2の領域を順次
    積層したのち、第2の領域上にストライプ状の開口のを
    有するマスクを形成し、次いでサイドエッチングを利用
    して第2の領域をマスクの開口幅よりも広くエッチング
    し、次いで異種層をマスクの開口幅と略同じ幅にエッチ
    ングし、しかるのち第1の領域を異種層の開口幅と略同
    じ幅にエッチングすることを特徴とする半導体レーザの
    製造方法。
  2. 【請求項2】基板上にダブルヘテロ接合構造部が形成さ
    れ、このダブルヘテロ接合構造部上に屈折率差を形成す
    るための第1の領域と電流狭窄を行うための第2の領域
    とがそれぞれストライプ状に形成され、且つ第1の領域
    のストライプ幅が第2の領域のストライプ幅よりも広く
    形成された半導体レーザを製造する方法において、 前記ダブルヘテロ接合構造部上に第1の領域,第1及び
    第2の領域とは組成の異なる異種層,第2の領域を順次
    積層したのち、第2の領域上にストライプ状のマスクを
    形成し、次いでサンドエッチングを利用して第2の領域
    をマスクのストライプ幅よりも狭いストライプとなるよ
    うにエッチングし、次いでマスクのストライプ幅と略同
    じストライプとなるように異種層をエッチングし、しか
    るのち異種層のストライプ幅と略同じストライプとなる
    ように第1の領域をエッチングすることを特徴とする半
    導体レーザの製造方法。
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