JP3154185B2 - 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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザに関し、と
くに埋めこみ構造の半導体レーザの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来埋めこみ構造の半導体レーザには、
活性層を構成する量子井戸をSi拡散によって無秩序化
して実質的な埋め込み構造とするものがある。かかる半
導体レーザの製造方法は特開平2−77184号公報に
示されるように、Si拡散を短時間で行うためp型Ga
Asキャップ層及びp型AlGaAsクラッド層にメサ
エッチングを施し、この後メサストライプの底部にのみ
n型不純物材料であるSiを付着させ、さらにこのSi
膜上にSiNの保護膜を形成してから熱処理を行うた
め、簡便に拡散の際のAsの脱離を防ぐことができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしこのようにSi
膜上にSiNの保護膜を形成すると、保護膜と結晶の熱
膨張係数の違い等のストレスの影響のため、発光層とな
る活性層の熱変成が生じ、またしばしばSi拡散領域が
メサストライプのリッジ頂部にまで達し、リッジ側面を
絶縁膜で覆っただけではSi拡散領域の上面への露出を
抑えきれず、この部分に電流の漏れを生じてレーザの特
性を悪化させてしまう。
【0004】そこで本発明は拡散の際のAsの脱離や活
性層の熱変成を防ぐとともに、メサストライプのリッジ
頂部における電流の漏れのないSi拡散領域を形成する
ことのできる半導体レーザの製造方法を提供することを
課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで本発明はn型Ga
As基板上にn型クラッド層を形成する工程と、このn
型クラッド層の上方に量子井戸を含む活性層を形成する
工程と、この活性層の上方にp型クラッド層を形成する
工程と、選択エッチングのためのストライプマスクを前
記p型クラッド層の上方に形成する工程と、このストラ
イプマスクを用いて前記p型クラッド層の一部をエッチ
ングすることによりメサストライプを形成する工程と、
このエッチング工程の後にn型不純物材料を蒸着する工
程と、この蒸着工程の後に前記ストライプマスクのみを
溶解することにより前記ストライプマスク上の前記蒸着
されたn型不純物材料を除去する工程と、前記蒸着され
たn型不純物材料上および前記メサストライプの頂部お
よび側面を覆うように保護膜を形成する工程と、この後
に熱処理することにより前記メサストライプ底部のみに
前記不純物を拡散する工程を含む半導体レーザの製造方
法において、前記保護膜が厚さが500オングストロー
ム以下のSiO2とすることにより課題を解決する。
【0006】
【作用】本発明においては、Siの拡散を行なうときの
保護膜を厚さが500オングストローム以下のSiO2
とすることにより拡散保護膜のない場合のAs脱離によ
るモフォロジーの劣化を防ぐとともに、熱処理時の拡散
保護膜と半導体層との熱膨張係数の違いによるストレス
を制御してSi拡散領域をメサ・ストライプ側面の根元
部のみに限定し、リーク電流の少ない高効率の半導体レ
ーザを得ることができる。
【0007】
【実施例】(実施例)本発明の実施例の半導体レーザ装
置の製造方法を図1〜6を用いて示す。まずMOCVD
法によりn−GaAs基板(Siドープ:n〜1×10
18cm-3)1上にn−GaAsバッファ層(n〜1×1
18cm-3;厚さ〜0.2μm)2、n−Al0.6Ga
0.4As下部クラッド層(n〜1×1018cm-3;厚さ
〜0.9μm)3、n−Al0.3Ga0.7As光閉じ込め
層(n〜1×1017cm-3;厚さ〜0.1μm)4、u
ndoped−GaAs/Al0.25Ga0.75As多重量
子井戸活性層(井戸層/障壁層:厚さ〜100オングス
トローム/50オングストローム;2周期)5、p−A
0.3Ga0.7As光閉じ込め層(p〜1×1017
-3;厚さ〜0.1μm)6、p−Al0.6Ga0.4As
上部クラッド層(p〜5×1017cm-3;厚さ〜0.8
μm)7、p−GaAsキャップ層(p〜1×1019
-3;厚さ〜0.1μm)8を順次積層する。この基板
上にフォトリソグラフィーによりフォトレジスト51を
ストライプ状に残す(図1)。なお活性層5は他の層に
比べ薄いため図では一本の線として描かれている。
【0008】このストライプ状のフォトレジスト51を
エッチング・マスクとして硫酸系エッチャントで活性層
5の直前から0.2μmまでp−GaAsキャップ層8
及びp−Al0.6Ga0.4As上部クラッド層7をエッチ
ング除去しメサ・ストライプ9を形成する。
【0009】続いて拡散源であるSi21をEB蒸着に
よってメサ・ストライプ9の側面に回り込まないように
堆積する(図2)。エッチング・マスクのフォトレジス
ト51を除去すればメサ・ストライプ9の上に堆積して
いたSiもリフト・オフによって除去されメサ・ストラ
イプ9両側のp−AlGaAsクラッド層7の上にだけ
残る。
【0010】ここで拡散源21を覆うようにSiO2
散保護膜22をRFスパッタリングにより500オング
ストローム着膜した後、この試料を固体ヒ素と共に石英
アンプル内に封管し、電気炉中で850°C, 20分
間, 拡散深さ〜0.5μmのSi熱拡散を行ない、S
i拡散領域23を形成する(図3)。このときSi拡散
領域23はメサ・ストライプの根元部から内側まで広が
り電流注入領域の幅’w’がメサ・ストライプの幅より
も狭く形成することができるだけでなくメサ・ストライ
プ頂部方向あるいは活性層方向への異常拡散も生じな
い。さらにメサ・ストライプ9底部のモフォロジーの劣
化も生じない。
【0011】そしてSi及びSiO2(21及び22)
をCF4のプラズマ・エッチングにより除去してから、
再びフォト・リソグラフィ技術を用いてメサ・ストライ
プ9を除く上部全面にSiO2電流ブロック層10を着
膜する(図4)。
【0012】この後は通常の半導体レーザ作製プロセス
と同様に、n−GaAs基板1を研磨して100μm程
度の厚さとし、p型電極11及びn型電極12を蒸着し
(図5)、劈開によって長さ300μm程度のファブリ
ペロー型共振器を形成する。このチップをヒートシンク
にマウントし、リード線を取り付けて完成する。
【0013】このリッジ・ストライプ形埋め込みヘテロ
構造半導体レーザ装置の完成断面図を図6に示す。n−
GaAs基板1上にn−GaAsバッファ層2、n−A
0.6Ga0.4As下部クラッド層3、n−Al0.3Ga
0.7As光閉じ込め層4、undoped−GaAs/
Al0.25Ga0.75As多重量子井戸活性層5、p−Al
0.3Ga0.7As光閉じ込め層6、p−Al0.6Ga0.4
s上部クラッド層7を順次積層し、さらにこのp−Al
0.6Ga0.4As上部クラッド層7上には幅3μm,長さ
約300μmのメサ・ストライプ9を形成する凸部上に
p−GaAsキャップ層8を、このp−GaAsキャッ
プ層8の両側のp−Al0.6Ga0.4As上部クラッド層
7上にSiO2電流ブロック層(厚さ〜0.2μm)1
0が設けられ、そして上下にそれぞれ全面にp側電極1
1、n側電極12が設けられる。23はSi拡散領域で
ある。Si拡散領域23はメサ・ストライプ9の根元部
から内側まで広がり電流注入領域の幅’w’がメサ・ス
トライプの幅よりも狭くなるように形成されている。
【0014】この半導体レーザ装置では活性層5のうち
メサ・ストライプ9の下のみが主発光領域となる。すな
わち電流ブロック層10がメサ・ストライプ9を囲むよ
うに形成されているため、注入された電流はメサ・スト
ライプ9に集中的に流れる。この時、エッチングによっ
て薄層化されたクラッド層部に拡がろうとする電流は、
拡散領域23を越えることができず漏れ電流が抑制され
る。また、活性層の熱変成による発振波長の短波長側へ
のシフトも生じない。従って特性のそろった歩留りの良
い低しきい値の半導体レーザ装置を製造することができ
る。
【0015】(比較例)比較例としてSiの熱拡散の際
にSiO2拡散保護膜を設けない場合と、拡散保護膜の
厚さhを500オングストロームよりも大きくした場合
のSi拡散領域の断面形状を、走査型電子顕微鏡写真の
模式図により示す(図7,8)。SiO2の拡散保護膜
を設けない場合(図7)には、Si拡散領域23はメサ
・ストライプ側面の根元部のみに限定されるものの、S
i拡散の生じた領域のモフォロジーが劣化し、拡散の熱
処理の後工程に起因する半導体レーザ装置の特性の低下
を生じる。
【0016】h=1000オングストロームの場合(図
8)には、Si拡散領域23がメサ・ストライプ頂部に
まで達し、電流ブロック層10によって電流注入領域を
限定しても、Si拡散領域23を通って電流の漏れが発
生し、歩留りが著しく悪化し発振しないものも数多く見
られた。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、Siの拡散に先立ち厚
さが500オングストローム以下のSiO2から成る保
護膜を設けたことによりSi拡散領域23の境界をメサ
ストライプ部の頂部まで達させることなくメサ・ストラ
イプ側面の根元部のみに限定し電流注入領域の幅’w’
をメサ・ストライプの幅よりも狭くなるようにすること
が可能なため、低しきい値のGaAs/AlGaAs系
Si−IILD埋め込みヘテロ型半導体レーザ装置を容
易に得ることができる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例においてフォトレジストをスト
ライプ状に残したところ
【図2】本発明の実施例においてSiを堆積したところ
【図3】本発明の実施例においてSi拡散領域を形成し
たところ
【図4】本発明の実施例において電流ブロック層を着膜
したところ
【図5】本発明の実施例p型電極とn型電極とを蒸着し
たところ
【図6】実施例のSi−IILD埋め込みヘテロ型半導
体レーザ装置の断面図
【図7】SiO2拡散保護膜を設けない場合のSi拡散
領域の形状の模式図
【図8】SiO2拡散保護膜を厚さ1000オングスト
ローム設けた場合のSi拡散領域の形状の模式図
【符号の説明】
1・・n−GaAs基板、2・・n−GaAsバッファ
層、3・・n−Al0.6Ga0.4As下部クラッド層、4
・・n−Al0.3Ga0.7As光閉じ込め層、5・・un
doped−GaAs/Al0.25Ga0.75As多重量子
井戸活性層、6・・p−Al0.3Ga0.7As光閉じ込め
層、7・・p−Al0.6Ga0.4As上部クラッド層、8
・・p−GaAsキャップ層、9・・メサ・ストライ
プ、10・・SiO2電流ブロック層(厚さ〜0.2μ
m)、11・・p側電極、12・・n側電極、23・・
Si拡散領域、51・・フォト・レジスト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−194587(JP,A) 特開 平1−225188(JP,A) 特開 平2−77184(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】n型GaAs基板上にn型クラッド層を形
    成する工程と、このn型クラッド層の上方に量子井戸を
    含む活性層を形成する工程と、この活性層の上方にp型
    クラッド層を形成する工程と、選択エッチングのための
    ストライプマスクを前記p型クラッド層の上方に形成す
    る工程と、このストライプマスクを用いて前記p型クラ
    ッド層の一部をエッチングすることによりメサストライ
    プを形成する工程と、このエッチング工程の後にn型不
    純物材料を蒸着する工程と、この蒸着工程の後に前記ス
    トライプマスクのみを溶解することにより前記ストライ
    プマスク上の前記蒸着されたn型不純物材料を除去する
    工程と、前記蒸着されたn型不純物材料上および前記メ
    サストライプの頂部および側面を覆うように保護膜を形
    成する工程と、この後に熱処理することにより前記メサ
    ストライプ底部のみに前記不純物を拡散する工程を含む
    半導体レーザの製造方法において、前記保護膜が厚さが
    500オングストローム以下のSiO2から成ることを
    特徴とする半導体レーザの製造方法。
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