JP3243808B2 - 半導体レーザーおよびその製造方法 - Google Patents

半導体レーザーおよびその製造方法

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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、半導体レーザーの製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】よく利用されている半導体レーザーの構
造に、インナーストライプ構造と呼ばれるものがある。
図1(a)にその例を示す。101は基板、102はn
型クラッド層、103は活性層、104はp型クラッド
層、105は電流ブロック層、106はコンタクト層で
ある。ここで電流ブロック層はレーザー発振に必要な電
流を狭窄すると同時に横方向にも屈折率差をつけること
で、横モードを制御いている。通常このような構造は1
02、103及び104各層から構成されるダブルヘテ
ロ(DH)構造に、必要におうじて、薄いキャップ層を
成長させたのち、エッチングにより図1(b)に示すよ
うなリッジを形成し、しかるのちにブロック層を選択的
に埋め込み成長、さらにコンタクト層を全面に成長する
ことにより作られていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このようにして作られ
た半導体レーザーの特性は図1(b)に示すブロック層
下のクラッド層の厚みdp(107)(以下クラッド層
残し薄膜dpと呼ぶ。)および、リッジ幅W(108)
で決定される。例えばdpが厚くなると動作電流が上昇
するが、耐雑音性は改善される。逆にdpが薄くなる
と、動作電流は減少するが、耐雑音性は弱くなる。また
Wは広くなると、横方向の光広がりが小さくなり、狭く
すると光広がりが大きくなる。所望の半導体レーザーを
歩留り良く得るためには、この二つの値を厳しく制御し
てやる必要がある。しかし従来の方法では、そもそもD
H構造を作ったとき、結晶成長の均一性の問題から、d
pの値は大きな分布を持つ。たとえば結晶成長の膜厚の
均一性が±10%であったとしたとき、DH成長時の上
部クラッド層(104)の厚みが1μmとすると、クラ
ッド層の厚みはほぼ±0.1μmのばらつきを持つ。そ
のためエッチングしたときは、その厚みのばらつきはそ
のまま残ってしまう。例えば中心値が0.3μmであれ
ば、0.3±0.1μmすなわち0.2から0.4μm
までばらついてしまう。このような場合780nm程度
の発振波長を持つA1GaAs系の半導体レーザーでは
5mW出力するのに必要な動作電流が40から70mA
程度にばらついてしまう。さらには狙いの中心値もエッ
チングで厳密に制御することは困難である。またWの制
御に関しても、リッジ形成時クラッド層がエッチング保
護膜下でサイドエッチングされることにより、困難さが
ある。以上のように所望の特性がそろった半導体レーザ
ーを歩留り良く得ることは、従来の方法、すなわちエッ
チングでリッジを形成するという方法では、困難であっ
た。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
鋭意検討の結果、かかる課題がクラッド層残し膜厚dp
の制御とエッチング精度が不十分であるためであること
に注目し、クラッド層残し膜厚dpの制御をエッチング
工程を用いずとも行える方法を見出し、これによって
クラッド層残し膜厚dpをより正確にするのみならず、
クラッド層のメサ形状をも整ったものとなり、その結果
レーザー特性が安定、向上することを見出し本発明に到
達した。
【0005】すなわち、本発明の目的は、所望の特性に
そろった半導体レーザーを歩留りよく提供する半導体レ
ーザーの製造方法を提供することにあり、かかる目的
は、半導体基板上に1回目の成長として、第1のクラッ
ド層、活性層及び第2クラッド層から構成されるダブル
ヘテロ構造を形成し、1回目の成長において成長基板最
表面にクラッド層の品質劣化を防ぐための薄膜を1回目
の成長終了後に成長させ、しかるのち電流が注入される
ストライプ領域を成長させる部分に選択成長保護膜を形
成し、2回目の成長として、電流ブロック層を所望の厚
さ選択的に成長させ、さらに選択成長保護膜をMOCV
D反応管外で除去した後、3回目の成長として、電流を
注入するための第3のクラッド層及びコンタクト層を成
長する半導体レーザーの製造方法であって、第2クラッ
ド層の厚みをレーザー特性上必要とされる厚さに成長さ
せ、かつ該品質劣化を防ぐための薄膜が第2グラッド層
と同じ伝導型であることを特徴とする半導体レーザーの
製造方法、により容易に達成される。
【0006】以下本発明をより詳細に説明する。まずd
pの値は(a)で示す第1回目のDH成長で決定する。
図2に本発明の製法の説明図を示す。(201)は半導
体基板、(202)は第1のクラッド層、(203)は
活性層、(204)は第1のクラッド層と逆の伝導型で
ある第2のクラッド層である。dpはこの第2のクラッ
ド層の厚みとなる。最近重要になっているMOCVD
(有機金属熱分解)法や、MBE(分子線結晶成長)法
を用いれば狙いの厚みに±数%の精度で制御することは
問題ない。またそのとき、膜厚のウェーハー内均一性を
±10%に制御することも容易である。このように1回
目の成長のみでdpの値を決定してやれば、例えばdp
の目標値を0.3μmとしたとき、得られるdpの値
は、0.3±0.03μm程度のばらつきに抑えること
ができる。
【0007】次にブロック層の形成は、電流を流す部分
を選択成長時の保護膜でおおい、選択的な成長を行えば
良い。例えば0.1μm程度の選択成長保護膜を図2
(a)で示したDH構造を持つウェーハー上に成膜し、
その後フォトリソグラフィー法で電流パスとなる領域の
みストライプ状に保護膜を残し、その後選択的にブロッ
ク層のみを成長させれば良い。2回目の該成長後の様子
を図2(b)に示す。(205)は電流パス領域にスト
ライプ状に残った選択成長の保護膜、(206)は選択
的に成長した高抵抗または、第2のクラッド層と逆の伝
導型を持つブロック層である。ストライプ形成にはエッ
チングを用いるが、その厚みが薄いので、サイドエッチ
ングの影響を受けることもほとんどなく、均一性に優れ
たストライプを得ることができる。
【0008】次に選択成長保護膜を取り除き、第2のク
ラッド層と同じ伝導型を持つ第3のクラッド層と、電極
を付けるためのコンタクト層を成長させる。図2(c)
にこのようにして作製した半導体レーザーを示す。(2
07)は第3のクラッド層、(208)はコンタクト層
である。(211)と(212)は電極である。
【0009】このような作製プロセスをとれば、従来法
の課題を解決することができる。しかしながら、この方
法の課題は第1回目に成長したDH構造の表面がプロセ
スにより劣化したり、材料によっては酸化等でリッジ部
分の再成長界面で電流が流れにくくなったりする課題が
ある。この課題についてはつぎのような方法で対処すれ
ばよい。すなわち第1回目のDH成長時に最表面に薄い
保護膜を連続的に形成しておき、第2回目及び第3回目
の成長直前にその保護膜を取り除けばよい。このとき保
護膜は半導体でよく、望ましくは第1のクラッド層とエ
ッチングに選択性があればなお良い。しかしこの方法で
も第2のクラッド層によっては、酸化しやすいなどの問
題があり、再成長界面の品質を劣化させることがある。
そのようなときは再成長をMOCVDなどの選択成長が
可能な気相成長法でおこない、その成長開始直前にハロ
ゲン系のエッチングガス例えば塩化水素などのガスによ
り、反応管内で気相エッチングにより薄い保護膜を取り
除き、しかるのち連続的に再成長を行えばよい。以上の
ような作製プロセスにより、再成長界面における品質の
劣化を招かない所望の特性に特性がそろった半導体レー
ザーを、歩留り良く作ることができる。
【0010】
【実施例】以下本発明を実施例を用いて説明するが本発
明はその要旨を越えない限り、実施例に限定されるもの
ではない。図3にその概要を示す。まず図3(a)に示
すように、MOCVD法でn型GaAs基板301上に
n型Al0.5Ga0.5Asクラッド層302を1μm、活
性層としてp型Al0.14Ga0.86As層303を0.0
9μm、p型Al0.5Ga0 .5Asクラッド層304を
0.3μm、p型GaAs保護層305を0.02μm
成長させた。このとき2インチ直径のウェーハー内でp
型クラッド層の厚みは0.28から0.32μmの間で
分布していた。次にプラズマCVD法でSiNx選択保
護膜306を0.1μm成膜し、その後5μmのストラ
イプを図3(b)に示すように形成した。このときスト
ライプ幅の分布は4.9から5.2μmの間であった。
【0011】次に、MOCVD反応管内に、この基板を
設置し、第2回目の成長と同じ温度でHClガスを流
し、流した時間を制御することにより、GsAs保護層
305を除去したのちただちに2回目の成長をおこなっ
た。このとき2回目に成長したブロック層はn型GaA
s層307で、厚みは0.7μmとした。図3(c)は
2回目の成長が終了した状態である。但しこの場合Ga
As層305をHClガスで除去しなくとも得られた特
性に大きな差はない。これは電流パスでないためであ
る。
【0012】次に、ストライプ状に残っていたSiNx
選択保護膜306を取り除いた後再びMOCVD反応管
内に基板を設置し、上記2回目成長と同様にGsAs保
護層305を取り除いた後、第2のp型Al0.5Ga0.5
Asクラッド層308を0.8μmさらにp型GaAs
コンタクト層309を2μm成長させた。この場合HC
lによるGaAs層305除去を行わないと、半導体レ
ーザーの抵抗値の上昇や、GaAs層305での光吸収
による出力の低下が見られた。
【0013】最後に電極を付けるためのプロセスを行っ
た。(d)にその構造を示す。組立てたあとレーザー特
性の評価を行った。作製したレーザーは2インチウェー
ハー内でチップ総数のうち95%が良好な特性を示し
た。このとき5mW出力時の動作電流は45mAから4
9mAの範囲に分布していた。これは従来法での分布に
比べるとはるかに小さい分布であった。又横方向の光広
がり角の分布は10.8°から11.1°までの0.3
°の幅であり、従来法での分布の幅が1.5°程度あっ
たのにくらべると、これもまたはるかに小さい分布であ
った。このように本発明の手法を用いると所望のレーザ
ー特性に特性のそろった半導体レーザーを歩留りよく作
製でき、産業上の寄与は大きい。また実施例ではAlG
aAs系の半導体レーザーを示したが、他の材料系にも
適用できることは明白である。
【0014】
【発明の効果】本発明により、特性の均一な半導体レー
ザーを容易に分留りよく得ることができる半導体レーザ
ーの製造方法を提供しうる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、インナーストライプ構造とその製法の
説明図である。
【図2】図2は、本発明の製造方法を示す説明図であ
る。
【図3】図3は、本発明の実施例に係わる説明図であ
る。
【符号の説明】 101:半導体基板 201:半導体基板 102:n型クラッド層 202:第1のクラッド層 103:活性層 203:活性層 104:p型クラッド層 204:第1のクラッド層と逆の 伝導型である第2のクラ ッド層 105:電流ブロック層 205:選択成長保護膜 106:コンタクト層 206:電流ブロック層 107:クラッド層残し膜厚 207:第3のクラッド層 dp 108:リッジ巾W 208:コンタクト層 109:選択成長保護膜 211:電極 212:電極 301:n型GaAs基板 308:第2のp型 クラッド層厚さ0.8μm 302:n型Al0.5Ga0.5As 309:p型GaAs クラッド層厚さ1μm コンタクト層厚さ2μm 303:p型Al0.14Ga0.86As 活性層厚さ0.09μm 304:p型Al0.5Ga0.5As クラッド層厚さ0.3μm 305:p型GaAs保護層 厚さ0.02μm 306:SiNx選択保護膜 厚さ0.1μm巾5μm 307:n型GaAs基板ブロック層 厚さ0.7μm
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−270287(JP,A) 特開 昭61−187388(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 21/205

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に1回目の成長として、第1
    のクラッド層、活性層及び第2クラッド層から構成され
    るダブルヘテロ構造を形成し、1回目の成長において成
    長基板最表面にクラッド層の品質劣化を防ぐための薄膜
    を1回目の成長終了後に成長させ、しかるのち電流が注
    入されるストライプ領域を成長させる部分に選択成長保
    護膜を形成し、2回目の成長として、電流ブロック層を
    所望の厚さ選択的に成長させ、さらに選択成長保護膜を
    MOCVD反応管外で除去した後、3回目の成長とし
    て、電流を注入するための第3のクラッド層及びコンタ
    クト層を成長する半導体レーザーの製造方法であって、
    第2クラッド層の厚みをレーザー特性上必要とされる厚
    さに成長させ、かつ該品質劣化を防ぐための薄膜が第2
    グラッド層と同じ伝導型であることを特徴とする半導体
    レーザーの製造方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載 の製造方法において、1回目
    の成長において成長基板最表面にクラッド層の品質劣化
    を防ぐための薄膜を1回目の成長終了後に成長させ、2
    回目の成長前にその少なくとも一部を取り除き、2回
    目、3回目の成長を行うことを特徴とする半導体レーザ
    ーの製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1記載 の製造方法において、1回目
    の成長において成長基板最表面にクラッド層の品質劣化
    を防ぐための薄膜を1回目の成長終了後に成長させ、2
    回目の成長後、3回目の成長前にその少なくとも一部を
    取り除くことを特徴とする半導体レーザーの製造方法。
  4. 【請求項4】請求項2又は3記載 の製造方法において、
    品質劣化を防ぐための薄膜の除去を、MOCVD反応管
    内で、ハロゲン系のエッチングガスを用いて行い、さら
    に 2回目および3回目の結晶成長を行うことを特徴と
    する半導体レーザーの製造方法。
  5. 【請求項5】請求項4記載 の製造方法において、該ハロ
    ゲン系エッチングがHClを含むことを特徴とする半導
    体レーザーの製造方法。
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