JP2993167B2 - 面発光半導体レーザの製造方法 - Google Patents
面発光半導体レーザの製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基板の垂直方向にレー
ザ光を発振する面発光半導体レーザに関する。
ザ光を発振する面発光半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、面発光半導体レーザの製造方法は
次のような方法が知られていた。
次のような方法が知られていた。
【０００３】まずｎ型ＧａＡｓ基板にｎ型ＡｌＧａＡｓ
／ＡｌＡｓ多層反射膜、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、
ｐ型ＧａＡｓ活性層、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、ｐ
型ＡｌＧａＡｓキャップ層をエピタキシャル成長する。
／ＡｌＡｓ多層反射膜、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、
ｐ型ＧａＡｓ活性層、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、ｐ
型ＡｌＧａＡｓキャップ層をエピタキシャル成長する。
【０００４】次に、フォトレジストを用い半径５μｍ程
度の円形パターンを作製する。
度の円形パターンを作製する。
【０００５】そして反応性イオンビームエッチング法
（以下ＲＩＢＥ法と略称する）ｎ型ＧａＡｓ基板に達す
るまでエッチングした後、半絶縁性ＺｎＳＳｅで埋め込
む。
（以下ＲＩＢＥ法と略称する）ｎ型ＧａＡｓ基板に達す
るまでエッチングした後、半絶縁性ＺｎＳＳｅで埋め込
む。
【０００６】その後、いくつかの工程を通して面発光半
導体レーザを製造する方法である。
導体レーザを製造する方法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
このような製造方法ではエッチング後に埋め込むＺｎＳ
Ｓｅ層と活性層のＧａＡｓとの界面に多数の界面準位が
発生してしまい、デバイスとして十分なものを得ること
がきわめて困難であった。
このような製造方法ではエッチング後に埋め込むＺｎＳ
Ｓｅ層と活性層のＧａＡｓとの界面に多数の界面準位が
発生してしまい、デバイスとして十分なものを得ること
がきわめて困難であった。
【０００８】そこで、本発明は従来のこの様な問題点を
解決し、界面準位の発生を防ぎ、容易に十分な特性を持
つデバイスを得ることを目的とする。
解決し、界面準位の発生を防ぎ、容易に十分な特性を持
つデバイスを得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】以上のような問題点を解
決するため、本発明の面発光半導体レーザの製造方法は
次に示す特徴を有する。
決するため、本発明の面発光半導体レーザの製造方法は
次に示す特徴を有する。
【００１０】半導体もしくは誘電体から成る基板上に該
基板の主面に対して垂直な方向にＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体から成る基板側リフレクタと、ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体からなり一部分もしくは全体がエッチングマスク
を用いたガスエッチングにより柱状に加工をなされた活
性層と、半導体もしくは誘電体もしくは金属からなる表
面側リフレクタとを有する共振器を持つ面発光半導体レ
ーザの製造方法において、該活性層のガスエッチング時
にジメチル亜鉛またはジエチル亜鉛または有機亜鉛化合
物を含むエッチングガスを用い、かつ該エッチングマス
クの材質に、フォトレジスト、シリコン酸化物、シリコ
ン窒化物などの絶縁物またはモリブデン、ニッケルなど
の金属を用いたこと。
基板の主面に対して垂直な方向にＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体から成る基板側リフレクタと、ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体からなり一部分もしくは全体がエッチングマスク
を用いたガスエッチングにより柱状に加工をなされた活
性層と、半導体もしくは誘電体もしくは金属からなる表
面側リフレクタとを有する共振器を持つ面発光半導体レ
ーザの製造方法において、該活性層のガスエッチング時
にジメチル亜鉛またはジエチル亜鉛または有機亜鉛化合
物を含むエッチングガスを用い、かつ該エッチングマス
クの材質に、フォトレジスト、シリコン酸化物、シリコ
ン窒化物などの絶縁物またはモリブデン、ニッケルなど
の金属を用いたこと。
【００１１】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
る。
【００１２】本発明の実施例としてエッチングガスにジ
メチル亜鉛を用いた製造方法について述べる。
メチル亜鉛を用いた製造方法について述べる。
【００１３】図１は本発明の面発光半導体レーザの製造
方法を用いた場合の製造工程を説明するための製造工程
断面図である。
方法を用いた場合の製造工程を説明するための製造工程
断面図である。
【００１４】また、図２は本発明の、面発光半導体レー
ザの製造方法により作製された面発光半導体レーザ発光
部の断面を示す斜視図である。
ザの製造方法により作製された面発光半導体レーザ発光
部の断面を示す斜視図である。
【００１５】次に、製造工程について説明する。
【００１６】（１０２）ｎ型ＧａＡｓ基板に、（１０
３）ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型ＡｌＡｓ層とｎ型Ａ
ｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ層からなり波長８７０ｎｍ付近の光
に対し９８％以上の反射率を持つ３０ペアの（１０４）
分布反射型多層膜ミラー、（１０５）ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ａｓクラッド層、（１０６）ｐ型ＧａＡｓ活性層、
（１０７）ｐ型Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓクラッド層、（１
０８）ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓコンタクト層を順次有
機金属気相成長法（以下ＯＭＶＰＥ法と呼ぶ）でエピタ
キシャル成長する（図１（ａ））。この時の成長温度は
７００℃、成長圧力は１５０Ｔｏｒｒで、ＩＩＩ族原料
にＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチル
アルミニウム）、Ｖ族原料にＡｓＨ3 （アルシン）、ｎ
型ドーパントにＨ2 Ｓｅ（セレン化水素）、ｐ型ドーパ
ントにＤＥＺｎ（ジエチルジンク）を用いた。
３）ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型ＡｌＡｓ層とｎ型Ａ
ｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓ層からなり波長８７０ｎｍ付近の光
に対し９８％以上の反射率を持つ３０ペアの（１０４）
分布反射型多層膜ミラー、（１０５）ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ａｓクラッド層、（１０６）ｐ型ＧａＡｓ活性層、
（１０７）ｐ型Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓクラッド層、（１
０８）ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓコンタクト層を順次有
機金属気相成長法（以下ＯＭＶＰＥ法と呼ぶ）でエピタ
キシャル成長する（図１（ａ））。この時の成長温度は
７００℃、成長圧力は１５０Ｔｏｒｒで、ＩＩＩ族原料
にＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチル
アルミニウム）、Ｖ族原料にＡｓＨ3 （アルシン）、ｎ
型ドーパントにＨ2 Ｓｅ（セレン化水素）、ｐ型ドーパ
ントにＤＥＺｎ（ジエチルジンク）を用いた。
【００１７】成長後、表面に熱ＣＶＤ法によりＳｉＯ2
層を形成した後、通常のフォトパターニング工程により
直径５μｍの（１１２）ＳｉＯ2 パターンを作成する。
層を形成した後、通常のフォトパターニング工程により
直径５μｍの（１１２）ＳｉＯ2 パターンを作成する。
【００１８】次に、円柱状の発光部を、ガスエッチング
法によって作成する。
法によって作成する。
【００１９】エッチングの条件は次に示す条件を用い
た。
た。
【００２０】ジメチル亜鉛 １００μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ 水素 １０００ＳＣＣＭ 基板温度 ５５０℃ エッチング室圧力 ６０００Ｐａ 以上の条件で（１０２）ｎ型ＧａＡｓ基板の所までエッ
チングを行なう。
ｎ 水素 １０００ＳＣＣＭ 基板温度 ５５０℃ エッチング室圧力 ６０００Ｐａ 以上の条件で（１０２）ｎ型ＧａＡｓ基板の所までエッ
チングを行なう。
【００２１】続いて、ＯＭＶＰＥ法で（１０９）ＺｎＳ
0.06Ｓｅ0.94層を選択埋め込み成長する。
0.06Ｓｅ0.94層を選択埋め込み成長する。
【００２２】成長条件は次に示す条件を用いた。
【００２３】ジメチルセレン １４０μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ ジメチル硫黄 ７０ μｍｏｌ／ｍｉｎ ジメチル亜鉛 １００μｍｏｌ／ｍｉｎ 水素 １ ＬＳＭ 基板温度 ５５０℃ エッチング室圧力 １×１０4 Ｐａ この選択埋め込み成長はガスエッチングを行なったチャ
ンバー内で、かつ外気にさらす事なく行なった。
ｎ ジメチル硫黄 ７０ μｍｏｌ／ｍｉｎ ジメチル亜鉛 １００μｍｏｌ／ｍｉｎ 水素 １ ＬＳＭ 基板温度 ５５０℃ エッチング室圧力 １×１０4 Ｐａ この選択埋め込み成長はガスエッチングを行なったチャ
ンバー内で、かつ外気にさらす事なく行なった。
【００２４】この選択埋め込み成長後、チャンバーから
取り出す。
取り出す。
【００２５】さらに、表面に４ペアのＳｉＯ2 ／α−Ｓ
ｉ（アモルファスシリコン）からなる（１１１）誘電体
多層膜を電子ビーム蒸着により形成し、ウエットエッチ
ングで、発光部の径よりやや小さい領域を残して取り去
る（図１（ｄ））。波長８７０ｎｍでの誘電体多層膜の
反射率は９４％である。
ｉ（アモルファスシリコン）からなる（１１１）誘電体
多層膜を電子ビーム蒸着により形成し、ウエットエッチ
ングで、発光部の径よりやや小さい領域を残して取り去
る（図１（ｄ））。波長８７０ｎｍでの誘電体多層膜の
反射率は９４％である。
【００２６】しかる後、（１１１）誘電体多層膜以外の
表面に（１１０）ｐ型オーミック電極を蒸着し、次に
（１０１）ｎ型オーミック電極を蒸着しＮ2雰囲気中で
４２０℃でアロイングし面発光半導体レーザを完成する
（図１（ｅ））。
表面に（１１０）ｐ型オーミック電極を蒸着し、次に
（１０１）ｎ型オーミック電極を蒸着しＮ2雰囲気中で
４２０℃でアロイングし面発光半導体レーザを完成する
（図１（ｅ））。
【００２７】本実施例の製造方法により作られた面発光
半導体レーザは、従来ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とＩＩ
−ＶＩ族化合物半導体との界面では避けられなかった多
数の界面準位の発生を大幅に抑えることができる。
半導体レーザは、従来ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とＩＩ
−ＶＩ族化合物半導体との界面では避けられなかった多
数の界面準位の発生を大幅に抑えることができる。
【００２８】そのため、界面準位に起因する光学的損失
やキャリアの注入損失が抑えられる。
やキャリアの注入損失が抑えられる。
【００２９】また、図３は本発明の面発光半導体レーザ
の製造方法により製造された面発光半導体レーザの駆動
電流と発振光出力の関係を示す図である。室温において
連続発振が達成され、しきい値１ｍＡと極めて低い値を
得た。また外部微分量子効率も高く、界面準位に起因す
る光学的損失やキャリアの注入損失の抑制がレーザの特
性向上に貢献している。
の製造方法により製造された面発光半導体レーザの駆動
電流と発振光出力の関係を示す図である。室温において
連続発振が達成され、しきい値１ｍＡと極めて低い値を
得た。また外部微分量子効率も高く、界面準位に起因す
る光学的損失やキャリアの注入損失の抑制がレーザの特
性向上に貢献している。
【００３０】また、界面準位の抑制により信頼性が大幅
に向上したため、温度条件６０℃においても十分な信頼
性を確保することができた。
に向上したため、温度条件６０℃においても十分な信頼
性を確保することができた。
【００３１】なお、今までに述べた実施例では活性層に
ＧａＡｓを用いている。これはもちろん活性層にＡｌx
Ｇａ1-x Ａｓ（０≦Ｘ≦０．４）を用いた場合にも十分
な効果が得られる。
ＧａＡｓを用いている。これはもちろん活性層にＡｌx
Ｇａ1-x Ａｓ（０≦Ｘ≦０．４）を用いた場合にも十分
な効果が得られる。
【００３２】特に、Ａｌ混晶比Ｘが大きいときの界面準
位抑制や界面欠陥抑制には効果的である。
位抑制や界面欠陥抑制には効果的である。
【００３３】またその他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、
特にＩｎＧａＡｓＰ系など光通信用に用いられる化合物
半導体を用いた場合には面発光半導体レーザの単色性も
有効に作用し高度な光通信技術にも対応するものにな
る。
特にＩｎＧａＡｓＰ系など光通信用に用いられる化合物
半導体を用いた場合には面発光半導体レーザの単色性も
有効に作用し高度な光通信技術にも対応するものにな
る。
【００３４】もちろん、他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
を用いても有効な結果が得られる。
を用いても有効な結果が得られる。
【００３５】また、埋め込み層もＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94混
晶やＺｎＳ−ＺｎＳｅ超格子に限らず適当なＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体例えばＺｎＳｅやＺｎＳやＣｄＴｅ及び
その混晶またはこれらの材料系による超格子を埋め込み
層に選んでも同様の効果が得られる。
晶やＺｎＳ−ＺｎＳｅ超格子に限らず適当なＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体例えばＺｎＳｅやＺｎＳやＣｄＴｅ及び
その混晶またはこれらの材料系による超格子を埋め込み
層に選んでも同様の効果が得られる。
【００３６】また、基板もＧａＡｓにこだわる必要はな
く、ＳｉやＩｎＰ等の半導体基板やサファイア基板のよ
うな誘電体基板でも同様な効果が得られる。
く、ＳｉやＩｎＰ等の半導体基板やサファイア基板のよ
うな誘電体基板でも同様な効果が得られる。
【００３７】
【発明の効果】（１）塩素ガスやテトラフロロカーボン
ガス（ＣＦ4 ）を用いたガスエッチング方法と違い、反
応性の強いハロゲンラジカルを生成することがない。
ガス（ＣＦ4 ）を用いたガスエッチング方法と違い、反
応性の強いハロゲンラジカルを生成することがない。
【００３８】そのため、反応装置内部への異常吸着現象
等による処理プロセスへの悪影響などの問題を引き起こ
す事なく、空気を遮断した状態でガスエッチングとエピ
タキシャル結晶成長とを連続的に行えるため空気、特に
酸素に起因した界面不純物の混入を避けることができ
る。
等による処理プロセスへの悪影響などの問題を引き起こ
す事なく、空気を遮断した状態でガスエッチングとエピ
タキシャル結晶成長とを連続的に行えるため空気、特に
酸素に起因した界面不純物の混入を避けることができ
る。
【００３９】また、反応性イオンビームエッチング（Ｒ
ＩＢＥ）法等と異なり低エネルギーでエッチングが行え
るため、試料に与えるダメージを小さく抑えることがで
きる。
ＩＢＥ）法等と異なり低エネルギーでエッチングが行え
るため、試料に与えるダメージを小さく抑えることがで
きる。
【００４０】そのためＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とＩＩ
−ＶＩ族化合物半導体との間の成長界面での界面準位の
発生を抑えることができ、界面準位に起因する光学的損
失を抑えることができる。
−ＶＩ族化合物半導体との間の成長界面での界面準位の
発生を抑えることができ、界面準位に起因する光学的損
失を抑えることができる。
【００４１】また、界面準位に起因する電子−正孔の無
効再結合をも抑えることができる。
効再結合をも抑えることができる。
【００４２】つまり、面発光半導体レーザに注入された
電流はほとんど損失なく光に変換されることとなるため
高能率特性が得られる。
電流はほとんど損失なく光に変換されることとなるため
高能率特性が得られる。
【００４３】そのため、１ｍＡという低しきい値電流で
かつ高微分量子効率を持つ面発光半導体レーザが容易に
得られる。
かつ高微分量子効率を持つ面発光半導体レーザが容易に
得られる。
【００４４】また、欠陥を起点として生じるダークライ
ンディフェクトの発生を抑えることが可能となり、寿命
特性が向上する。
ンディフェクトの発生を抑えることが可能となり、寿命
特性が向上する。
【００４５】特に、活性層にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓを用
いた場合では従来のものに比べ１０倍以上の寿命特性を
得られる。 （２）処理方法が容易であり、大がかりな製造ラインの
作成や改造を必要とせず、巨額になりがちな半導体製造
ラインの初期投資を抑えることができる。
いた場合では従来のものに比べ１０倍以上の寿命特性を
得られる。 （２）処理方法が容易であり、大がかりな製造ラインの
作成や改造を必要とせず、巨額になりがちな半導体製造
ラインの初期投資を抑えることができる。
【００４６】また、処理方法が容易であるということは
再現性にも優れており、安定した高い歩留まりを得るこ
とができる。 （３）従来のガスエッチングに比べ、基板とマスクとの
選択比をきわめて大きくすることができる。
再現性にも優れており、安定した高い歩留まりを得るこ
とができる。 （３）従来のガスエッチングに比べ、基板とマスクとの
選択比をきわめて大きくすることができる。
【００４７】そのため、マスクの厚さに起因するパター
ン誤差をなくすことができ、精密なパターンを作ること
ができる。
ン誤差をなくすことができ、精密なパターンを作ること
ができる。
【図１】本発明の面発光半導体レーザの製造方法を用い
た場合の製造工程を説明するための製造工程断面図。
た場合の製造工程を説明するための製造工程断面図。
【図２】本発明の面発光半導体レーザの製造方法により
作製された面発光半導体レーザ発光部の断面を示す斜視
図。
作製された面発光半導体レーザ発光部の断面を示す斜視
図。
【図３】本発明の面発光半導体レーザの製造方法により
製造された面発光半導体レーザの駆動電流と発振光出力
の関係を示す図。
製造された面発光半導体レーザの駆動電流と発振光出力
の関係を示す図。
（１０１）ｎ型オーミック電極 （１０２）ｎ型ＧａＡｓ基板 （１０３）ｎ型ＧａＡｓバッファ層 （１０４）分布反射型多層膜ミラー （１０５）ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓクラッド層 （１０６）ｐ型ＧａＡｓ活性層 （１０７）ｐ型Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ａｓクラッド層 （１０８）ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓコンタクト層 （１０９）ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94層 （１１０）ｐ型オーミック電極 （１１１）誘電体多層膜 （１１２）ＳｉＯ2 パターン
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18 H01L 21/302 H01L 21/205 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】半導体もしくは誘電体から成る基板上に該
基板の主面に対して垂直な方向にＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体から成る基板側リフレクタと、ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体からなり一部分もしくは全体がエッチングマスク
を用いたガスエッチングにより柱状に加工をなされた活
性層と、半導体もしくは誘電体もしくは金属からなる表
面側リフレクタとを有する共振器を持つ面発光半導体レ
ーザの製造方法において、該活性層のガスエッチング時
にジメチル亜鉛またはジエチル亜鉛または有機亜鉛化合
物を含むエッチングガスを用い、かつ該エッチングマス
クの材質に、フォトレジスト、シリコン酸化物、シリコ
ン窒化物などの絶縁物またはモリブデン、ニッケルなど
の金属を用いたことを特徴とする面発光半導体レーザの
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3076410A JP2993167B2 (ja) | 1991-04-09 | 1991-04-09 | 面発光半導体レーザの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3076410A JP2993167B2 (ja) | 1991-04-09 | 1991-04-09 | 面発光半導体レーザの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04311079A JPH04311079A (ja) | 1992-11-02 |
| JP2993167B2 true JP2993167B2 (ja) | 1999-12-20 |
Family
ID=13604474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3076410A Expired - Fee Related JP2993167B2 (ja) | 1991-04-09 | 1991-04-09 | 面発光半導体レーザの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2993167B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06283478A (ja) * | 1993-03-30 | 1994-10-07 | Nec Corp | 半導体結晶のエッチング方法 |
| JPH09237940A (ja) * | 1995-12-28 | 1997-09-09 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置，及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-04-09 JP JP3076410A patent/JP2993167B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04311079A (ja) | 1992-11-02 |
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