JPH0199274A - 半導体レーザの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、低閾値電流で発振する半導体レーザの製造
方法に関するもので、特に、超格子光導波層を有する半
導体レーザの発揚領域を特定するため、この光導波層の
所定領域を無秩序化する方法に特徴を有する製造方法に
関する。

（従来の技術） 電子のエネルギー的閉じ込め効果で利得を増して発振閾
値電流を低下させようとする型の半導体レーザは、ＭＱ
Ｗ　（Ｍｕｌｔｉ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌ）レーザ
と称され良く知られている。

この種の半導体レーザとしては、例えば文献（Ｊａｐａ
ｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ　　（ジャパニーズ・ジャーナル・オフ・
アプライド・フィジックス）錘（８）　１９８６　ｐｐ
、６９０〜６９２）に開示されているものがある。

以下、第２図（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、この文献に開
示されている半導体レーザの製造方法につき簡単に説明
する。尚、これら図は、製造工程中の主な工程における
半導体レーザの様子を共振器と直交する方向に切って概
略的に示した断面図であるが、図面が複雑化することを
回避するため、断面を示すハツチングを一部省略して示
しである。

１１で示すｎ型ＧａＡｓ基板上に、分子線エピタキシャ
ル成長法（ＭＢＥ法）によって、１３で示すｎ型ＧａＡ
ｓバッファ層、１５で示すｎ型Ａ（Ｌ、Ｇａ＋−、Ａｓ
下側クラッド層、１７で示すアンドープＡＱ、ｖＧａ＋
−ｖＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層、１９で示すｐ
型Ａｉ、Ｇａ＋−ｙＡｓ光導波層、２１て示すｐ型／Ｉ
ｕｚＧａ＋−２Ａｓ／ＧａＡｓ超格子光導波層を、この
順に成長させる。

次に、超格子光導波層２１上に、ＣＶＤ法によって２３
で示す５ｉＯ７薄膜を形成し、次いで、常法によってこ
のＳｉＯ□薄膜２３の、半導体レーザの発振領域に対応
するストライブ状の領域上に２５で示すレジスト層を形
成する（第２図（Ａ）参照）。

次に、５１０２ｍ膜２３の上方から２７で示すシリコン
イオンを所定条件で打ち込む。このとき、ＳｉＯ□薄膜
２３のレジスト層２５で覆われていない部分を介しで、
超格子先導波層２１にシリコンイオンの注入がなされる
（第２図（Ｂ）参照）。

その後、レジスト層２５及びＳｉＯ□薄膜２３ヲそれぞ
れ好適な方法で除去し、次いで、超格子光導波層２１上
にＭＢＥ法によって２９で示すｐ型ＡＬ１．Ｇａ＋−ｔ
Ａｓ上側クラッド層、３１で示すｐ型ＧａＡｓキャップ
層をこの順で成長させる。次に、この試料に対し熱処理
を行なって、注入したシリコンイオンを超格子光導波層
２１内に拡散させ、超格子光導波層２１の所定領域を無
秩序化する。第２図（Ｃ）中、３３を付し口模様で示し
た部分かこの無秩序化領域になる。

又、第２図（Ｃ）中３５はρ側電極、３７はｎ側電極を
それぞれ示す。

この無秩序化領域３３と、これに挟まれる超格子先導波
層２１との互いの屈折率は異なったものとなり、よって
、屈折率導波機構が形成される。又、この無秩序化領域
３３はシリコンイオンを含んたことによって導電型が変
化し電流阻止層として機能するようになり、よって、内
部電流狭窄機構が形成される。

（発明か解決しようとする問題点） しかしながら、上述した従来の製造方法では、無秩序化
を行なうためのイオン注入を、活性層にイオン注入によ
る損傷を与えることがないように行なう必要があるため
、イオン打ち込み条件が制約を受ける。これかため、半
導体レーザの構造の最適化を図るうえでは必ずしも好適
な方法とは云えないという問題点があった。

ざらに、イオン注入量か多いことから、上述した熱処理
によってもイオン注入損傷を完全に回復することが出来
ず、このため、その損傷部分は漏れ電流を生じさせる原
因となり、この結果、発振閾値電流を高くしでしまうと
いう問題点があった。

この発明は上述した点に鑑みなされたもので、従ってこ
の発明の目的は、上述した問題点を解決し、発振閾値電
流の低い半導体レーザを容易に得ることが出来る方法を
提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明によれば、超格子
先導波層を有する半導体レーザを製造するに当たり、 超格子光導波層上に不純物を含む薄膜を形成する工程と
、この薄膜の所定領域に対しレーザビームを照射する工
程とを含むことを特徴とする。

（作用） この発明の半導体レーザの製造方法によれば、不純物を
含む薄膜のレーザビーム照射を受けた領域の不純物は、
超格子光導波層に拡散してゆくようになる。従って、超
格子先導波層のレーザビーム照射領域に対応する部分の
超格子は無秩序化され、この部分の屈折率は、無秩序化
されない部分の屈折率とは異なる値になる。従って、半
導体レーザの発振領域を特定することが出来るようにな
る。

ざらに、無秩序化される部分の導電型は、不純物原子を
選択することによって電流阻止層として好適な導電型に
容易に変化させることが出来る。

（実施例） 以下、この発明の半導体レーザの製造方法の一実施例に
つき説明する。

この発明は、超格子先導波層を有する半導体レーザの製
造方法に間し、特に発振領域を特定するため、この超格
子光導波層の所定領域を無秩序化する方法に特徴を有す
る製造方法に闇する。この製造方法を適用して好適な半
導体レーザは、種々のものが考えられるが、以下に、第
２図を用いて既に説明したＭＱＷ型の半導体レーザの製
造にこの発明の方法を適用した実施例を述べる。

第１図（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の実施例の説明に供
する製造工程図であり、製造工程中の主な工程における
半導体レーザの様子を、共振器と直交する方向に切って
概略的に示した断面図である。尚、これら図は、図面が
複雑化することを回避するため、断面を示すハツチング
を一部省略して示しである。又、各図においで、共通な
構成成分については同一の符号を付して示しであると共
に、さらに、従来と同様な構成成分については同一の符
号を付して示しである。

先ず、１１で示すｎ型ＧａＡｓ基板上に、分子線エピタ
キシャル成長法（ＭＢＥ法）或は有機金属気相成長法（
ＭＯＣＶＤ法）等の好適な方法によって、１３で示すｎ
型ＧａＡｓバッファ層、１５で示すｎ型ＡｌｘＧａ＋−
ｘＡｓ下側クラッド層、１７で示すアンドープＡ込ｖＧ
ａ＋−ｖＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層、１９で示
すｐ型Ａ９ＶＧａ＋−、Ａｓ光導波層、２１で示すｐ型
ＡＱ、Ｇａ＋−ｚＡｓ／ＧａＡｓ超格子光導波層、ざら
に、Ｓｉ（シリコン）を高濃度にドープした４１で示す
ＧａＡｓ層を、この順に成長させる。４１で示すＧａＡ
ｓ層が、不純物を含む薄膜ということになり、Ｓｉが不
純物ということになる（第１図（Ａ）参照）。

ここで、活性層１７の量子井戸の数、障壁の厚み及び組
成ｙは、発振閾値電流を低くすることか出来るような値
にそれぞれ設定する。ざら（こ、所望の発振波長を得る
ため、量子井戸幅は、発振波長に応じた所定の値に設定
する。

又、ｐ全超格子光導波層２１は、これの平均組成がＡ’
ｌｖ　Ｇａ＋　−ｖ　Ａｓとなるように、障壁ＣＭ、Ｇ
ａｐ−ｚＡｓ層）と井戸（ＧａＡｓ層）との互いの層厚
比を設定し、ざらに、キャリア濃度が１０”ｃｍ−３程
度でその厚みが５００ｎｍ程度のものとしである。ざら
に、この井戸幅（層厚）は、発振波長における超格子の
屈折率が、上述した平均組成より大きくなるよう、然も
、活性層１７の屈折率より小さくなるようなものとしで
ある。

又、ＳｉをドープしたＧａＡｓ層４１は、キャリア濃度
が２Ｘ　１０”ｃｍ−３程度でその厚みが５０ｎｍ程度
のものとしである。

次に、第１図（Ａ）に示した積層体を希ガス或は水素ガ
ス雰囲気中に置く８次いで、この雰囲気中で、第１図（
８）に示す如く、不純物を含むＧａＡｓ層４１の、半導
体レーザ共振器（レーザストライプ）に対応する以外の
領域に対し４３で示すレーザど一部を走査する。このレ
ーザビーム４３は、ＧａＡｓ層４１中の不純物を、超格
子先導波層２１中に拡散させることが出来る程度の出力
のものが必要であるが、このようなレーザビームとして
は、例えばアルゴンイオンレーザをはじめ、種々のもの
を挙げることが出来る。又、レーザ照射を上述のような
希ガス或いは水素ガス中で行なうことにより、超格子光
導波層２１等の半導体層の酸化を防止することが出来、
よって、この層上に後に行なう結晶成長が容易になる。

レーザビーム照射を行なうことによって、ＧａＡｓ層４
１のＳｉは、超格子先導波層２１の所定領域に拡散して
ゆき、この領域の無秩序化が行なわれる。第１図（Ｂ）
中、４５で示す口模様の領域がレーザ照射（こより不純
物が拡散した領域、即ち無秩序化領域ということになる
。尚、Ｓｉがドープされたことによってこの無秩序化領
域４５はｎ型の導電型を示す領域になる。

次に、ＧａＡｓ層４１を、例えば従来公知のドライエツ
チング技術を用いで除去し１次いで、超格子光導波層２
１上にＭＢＥ法或はＭＯＣＶＤ法等の好適な方法によっ
て２９で示すｐ型ＡｃｚＧａ＋−ｚＡｓ上側クラ・ント
層、３１で示すｐ型ＧａＡｓキャップ層をこの順で成長
させる。

次に、蒸着法を用い、キャップ層３１上に３５で示すｎ
側電極を、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の下側面上にｎ側電極
をそれぞれ形成する。

このようにして、超格子先導波層を有するＭＱＷ型の半
導体レーザであって、屈折率導波機構及び内部電流狭窄
機構の作り込まれた半導体レーザを得ることが出来る。

このようにして得られた半導体レーザは、低閾値電流で
の発振が可能になるから、光ディスク、コンパクトディ
スク、又、レーザビームプリンタ等の光源として利用す
ることが出来る。

尚、この発明は上述の実施例に限定されるものではなく
、以下に説明するような種々の変更を行なうことも出来
る。

上述した実施例中においては、不純物を含む薄膜をＳｉ
を含むＧａＡｓ層とした例で説明しているが、この薄膜
及び不純物の構成材料は、半導体レーザの種類に応じ適
正なものに変更すること出来る。

又、不純物濃度や層厚等の数値的条件についても、半導
体レーザの種類に応じ変更出来ること明らかである。

又、超格子光導波層に不純物を拡散させる程度は、この
層の厚み方向全部でも良く又一部でも良く、その程度は
半導体レーザの設計に応じ変更することか出来る。

又、実施例においでは、基板ヲｎ型ＧａＡｓ基板とした
例で説明しているが、この基板の代りに口型ＧａＡｓ基
板を用い、各層の導電型と、不純物とをこれに応して変
更した場合も実施例と同様な効果を得ることが出来る。

又、実施例においては、ＧａＡｓ基板を用いこれにＡ＋
ｊＧａＡｓ系材料を積層した半導体レーザにこの発明を
適用した例で説明しているが、ＩｎＰ基板に格子整合し
たＩｎＧａＡｓ系材料、或は、ＧａＡｓ基板に格子整合
したＩ　ｎＧａＡｓＰ系材料で構成した半導体レーザの
製造にもこの発明を適用することが出来る。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の半導体
レーザの製造方法によれば、不純物を含む薄膜の所定領
域に対しレーザビームを走査し、不純物をこの薄膜下の
超格子光導波層中に拡散させるから、超格子光導波層の
所定の領ｖｔを容易に無秩序化することが出来る。

従って、この発明の製造方法では、従来の製造方法のよ
うなレジストマスク形成や、イオン打ち込みや、熱処理
の工程が共に不用となるから、イオン損傷の弊害も起こ
ることがない。又、このような理由から、屈折率導波機
構及び内部電流狭窄機構を共に具える半導体レーザを最
適設計の下で製造出来るようになる。

これがため、発振閾値電流の低い半導体レーザを容易に
得ることが出来る方法を提供出来ることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の半導体レーザの製
造方法の実施例を説明するための製造工程図、 第２図（Ａ）〜（Ｃ）は、半導体レーザの従来の製造方
法を説明するための製造工程図である。 １１・・・　口型ＧａＡｓ基板 １３・・・　ｎ型ＧａＡｓバッファ層 １５−ｎ型ｆｉｘＧａｌ−ｘＡｓ下側クラ・ンド層＋　
７　・・・アンドープＡｔｖＧａ＋−ｖＡｓ／ＧａＡｓ
多重量子井戸活性層 ＋９・Ｉ）型Ａｉ、Ｇａ＋−ｙＡｓ光導波層２１−ｐ型
ＡＬＧａ＋−ｚＡｓ／ＧａＡｓ超格子光導波層２９・”
　ｐ型ＡｕｘＧａ＋−ｘＡｓ上側クラッド層３１・・・
ｐ型ＧａＡｓキャップ層 ３５・・・ｐ側電極、　　　　３７・・・ｎ側電極４１
・・・不純物を含む薄膜 ４３・・・［／−ザビーム ４５・・・レーザ照射による不純物拡散領域。 １１　ｎ型ＧａＡｓ基板 １３　ｎ型ＧａＡｓバッフ？層 １５：　ｎ型Ａｆｌｘ　Ｇａ＋−ｘＡｓクラ・ンド層１
７、アンドープＡｌ２ｖ　Ｇａ＋−ｙ　Ａｓ／ＧａＡｓ
多重量子井戸活′ｉ層１９　ｐ型Ａ１１ｙ　Ｇａ＋−ｖ
　Ａｓ光導波層２１：　ｏ型Ａβｚ　Ｇａ＋−ｚ　Ａｓ
／ＧａＡｓ超格子光導波層４１　　不純物を含む薄膜 この発明の製造方法を示す製造工程図 第１図 ロコ 第２図 第２図 十昂売ネ甫正ｌ（ 昭和６３年９月２６日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）超格子光導波層を有する半導体レーザを製造する
   に当たり、 超格子光導波層上に不純物を含む薄膜を形成する工程と
   、 該薄膜の所定領域に対しレーザビームを照射する工程と を含むこと特徴とする半導体レーザの製造方法。