JPH02134887A - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ素子及びその製造方法Info
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- JPH02134887A JPH02134887A JP28767688A JP28767688A JPH02134887A JP H02134887 A JPH02134887 A JP H02134887A JP 28767688 A JP28767688 A JP 28767688A JP 28767688 A JP28767688 A JP 28767688A JP H02134887 A JPH02134887 A JP H02134887A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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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。
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〕
本発明は量子サイズ効果を利用した半導体レーザ素子に
係り、光集積素子等に好適な超低閾値電流を有する半導
体レーザ構造およびその製造方法に関する。
係り、光集積素子等に好適な超低閾値電流を有する半導
体レーザ構造およびその製造方法に関する。
従来、量子細線や量子箱構造を有した半導体レーザ素子
は知られているが、その作製方法は例が少ない。これに
関するものとして例えばジャパン・ジャーナル・アプラ
イド、フイジクス(J、J、A、P)26 (1987
)pp、L225−L227が挙げられる。
は知られているが、その作製方法は例が少ない。これに
関するものとして例えばジャパン・ジャーナル・アプラ
イド、フイジクス(J、J、A、P)26 (1987
)pp、L225−L227が挙げられる。
従来技術では、結晶加工においてケミカルエツチングだ
けを用いているので形状に問題があり。
けを用いているので形状に問題があり。
多重量子井戸構造を有する活性層では量子細線や量子箱
構造を作製することが困難であった。
構造を作製することが困難であった。
本発明の目的は、量子井戸層にA Q GaAs結晶。
量子障壁層にA Q GaInP結晶を用いた新しい多
重量子井戸構造を導入し、ドライ加工技術による結晶の
垂直加工とケミカルエツチングによる量子井戸層の選択
エツチング加工により、超低閾値電流で発振する量子細
線及び量子箱構造を有する半導体レーザ素子及びその製
造方法を実現することにある。
重量子井戸構造を導入し、ドライ加工技術による結晶の
垂直加工とケミカルエツチングによる量子井戸層の選択
エツチング加工により、超低閾値電流で発振する量子細
線及び量子箱構造を有する半導体レーザ素子及びその製
造方法を実現することにある。
本発明においては、多重量子井戸構造を有する活性層に
対して、0.1μmオーダの垂直結晶加工技術を応用し
、量子井戸層のみを選択的にエツチング加工することを
可能とする。量子井戸層がA n GaAs結晶、量子
障壁層がA Q GaInP結晶で形成される多重量子
井戸構造を導入することによって一次元及び0次元の量
子サイズ効果を発現する量子細線及び量子箱半導体レー
ザを実現したものである。
対して、0.1μmオーダの垂直結晶加工技術を応用し
、量子井戸層のみを選択的にエツチング加工することを
可能とする。量子井戸層がA n GaAs結晶、量子
障壁層がA Q GaInP結晶で形成される多重量子
井戸構造を導入することによって一次元及び0次元の量
子サイズ効果を発現する量子細線及び量子箱半導体レー
ザを実現したものである。
本発明においては、垂直結晶加工技術と選択エツチング
工程とによって幅のそろった量子細線或は量子箱を形成
している。垂直結晶加工技術では0.1μmオ〒ダの結
晶加工を実現するため、マスクに三層レジストを用いて
いる。
工程とによって幅のそろった量子細線或は量子箱を形成
している。垂直結晶加工技術では0.1μmオ〒ダの結
晶加工を実現するため、マスクに三層レジストを用いて
いる。
例えば、第3図(a)において、結晶上部に形成された
三層レジストのうち上部レジスト膜17を電子線リソグ
ラフィーにより幅1210.05〜0.1μm、幅12
z0.1〜0.2μmとなるようにパターニングする。
三層レジストのうち上部レジスト膜17を電子線リソグ
ラフィーにより幅1210.05〜0.1μm、幅12
z0.1〜0.2μmとなるようにパターニングする。
この後、第3図(b)においてドライ加工により絶縁膜
層16を垂直加工し、さらに第3図(C)においてケミ
カルエツチングにより横方向にサイドエツチングして上
部ホトレジ1、スト膜17より幅の狭い0.05〜0.
1μmの絶縁膜マスクを形成する。この絶縁膜マスク1
6を利用して、第3図(d)において下部のホトレジス
ト膜15をドライ加工することにより垂直なホトレジス
ト膜15のマスクを形成する。このホトレジスト膜マス
ク15を利用して、第3図(e)において結晶6をドラ
イ加工することにより、垂直形状を有する幅0.05〜
0.1μmの結晶加工がなされる。さらに、第3図(f
)において。
層16を垂直加工し、さらに第3図(C)においてケミ
カルエツチングにより横方向にサイドエツチングして上
部ホトレジ1、スト膜17より幅の狭い0.05〜0.
1μmの絶縁膜マスクを形成する。この絶縁膜マスク1
6を利用して、第3図(d)において下部のホトレジス
ト膜15をドライ加工することにより垂直なホトレジス
ト膜15のマスクを形成する。このホトレジスト膜マス
ク15を利用して、第3図(e)において結晶6をドラ
イ加工することにより、垂直形状を有する幅0.05〜
0.1μmの結晶加工がなされる。さらに、第3図(f
)において。
A Q yG a 5−yA s 層5のみをエツチン
グレート既知のエツチング液を用いてケミカルエツチン
グすることにより、幅10〜30nmの量子サイズ効果
が生じる幅に製作された量子細線或は格子状にマスクを
施してエツチング加工することにより量子箱構造を有し
た活性層を実現する。
グレート既知のエツチング液を用いてケミカルエツチン
グすることにより、幅10〜30nmの量子サイズ効果
が生じる幅に製作された量子細線或は格子状にマスクを
施してエツチング加工することにより量子箱構造を有し
た活性層を実現する。
実施例1
本発明における一実施例を以下に図を用いて説明する。
第1図は本発明の一実施例であり、第3図(a)〜(f
)は本発明一実施例の作製プロセスを示す図である。
)は本発明一実施例の作製プロセスを示す図である。
まずn−GaAs(001)基板1(厚さ10100u
上にn G a A sバッファ層2(厚さ0.5p
m) 、 n −(A Pl[G a 1−
X)0.1)I I no、+eP クラッド層3(
厚さ1.0−1.5 μmX=0.45〜0.55)、
n −(A Q G a)o、et I no、ae
Pグレーデッド層4(厚さ0 、1〜0 、3 p m
A Q組成0.5から0.25の範囲)、アンドープ
A Q yGat−yAs単一量子井戸層5(厚さ5〜
20nm、y=o〜0.2)、P−(AQ、Ga)o、
5tIno、4ePグレ一デツド層6 (厚さ0.1.
−0.3μmAQ組成0.25から0.5の範囲)まで
順次分子線エピタキシー(MBE)法又は有機金属気相
成長(MOCVD)法により形成する。
上にn G a A sバッファ層2(厚さ0.5p
m) 、 n −(A Pl[G a 1−
X)0.1)I I no、+eP クラッド層3(
厚さ1.0−1.5 μmX=0.45〜0.55)、
n −(A Q G a)o、et I no、ae
Pグレーデッド層4(厚さ0 、1〜0 、3 p m
A Q組成0.5から0.25の範囲)、アンドープ
A Q yGat−yAs単一量子井戸層5(厚さ5〜
20nm、y=o〜0.2)、P−(AQ、Ga)o、
5tIno、4ePグレ一デツド層6 (厚さ0.1.
−0.3μmAQ組成0.25から0.5の範囲)まで
順次分子線エピタキシー(MBE)法又は有機金属気相
成長(MOCVD)法により形成する。
次に、三層レジスト即ち温度200〜250℃でハード
ベークされたホトレジスト膜15(厚さ0.2〜0.5
pm)、スピンオングラス5iOz絶縁膜層16(厚さ
0.05〜0.1 μm) 、 電子線リソグラフィー
により間隔Qz0.05〜0.1μmで幅nx、0.1
〜0.2μmにパターニングされたホトレジスト膜17
(厚さ0.2〜0.5μm)を形成する。
ベークされたホトレジスト膜15(厚さ0.2〜0.5
pm)、スピンオングラス5iOz絶縁膜層16(厚さ
0.05〜0.1 μm) 、 電子線リソグラフィー
により間隔Qz0.05〜0.1μmで幅nx、0.1
〜0.2μmにパターニングされたホトレジスト膜17
(厚さ0.2〜0.5μm)を形成する。
次に、第3図(b)においてホトレジスト膜17をマス
クとして5iOz絶縁膜16をフロンガスを用いてドラ
イ加工することにより垂直形状をもつ5iOz絶縁膜1
6を形成し、第3図(c)において弗酸水溶液を用いて
5iOz絶縁膜16を横方向にサイドエツチングするこ
とにより上部ホトレジスト膜17よりも幅の狭い0.0
5〜0.1μm幅の5iOz絶縁膜16マスクを作製す
る。
クとして5iOz絶縁膜16をフロンガスを用いてドラ
イ加工することにより垂直形状をもつ5iOz絶縁膜1
6を形成し、第3図(c)において弗酸水溶液を用いて
5iOz絶縁膜16を横方向にサイドエツチングするこ
とにより上部ホトレジスト膜17よりも幅の狭い0.0
5〜0.1μm幅の5iOz絶縁膜16マスクを作製す
る。
この後、5iOz絶縁膜16マスクを利用して、第3図
(d)において酸素ガスを用いたドライ加工により垂直
形状をもつホトレジスト膜15をパターニングする。
(d)において酸素ガスを用いたドライ加工により垂直
形状をもつホトレジスト膜15をパターニングする。
さらに、第3図(e)においてこの垂直ホトレジスト膜
15のマスクを利用して塩素ガスを用いたドライ加工に
より垂直形状をもつ結晶加工を行う。その後、リン酸系
水溶液を用いて単一量子井戸A Q yGat−yAs
層5を選択的にエツチング加工して層5の幅を10〜3
0nmの幅とした第3図(f) 。
15のマスクを利用して塩素ガスを用いたドライ加工に
より垂直形状をもつ結晶加工を行う。その後、リン酸系
水溶液を用いて単一量子井戸A Q yGat−yAs
層5を選択的にエツチング加工して層5の幅を10〜3
0nmの幅とした第3図(f) 。
次に、第1図におけるP (A Q yG a 1−
x)0.311 n 0.411 Pクラッド層7(厚
さ0 、5− L 、 Op m 。
x)0.311 n 0.411 Pクラッド層7(厚
さ0 、5− L 、 Op m 。
X=0.45〜0.55)、 P−G ao、stI
no、n。
no、n。
P層8(厚さ0.05〜0.1pm)、n −G a
A s層9(厚さ0.5〜1.0um)を再度MBE又
はMOCVD法によって形成する。この後、Zn拡散す
ることによってZn拡散領域10を形成する。
A s層9(厚さ0.5〜1.0um)を再度MBE又
はMOCVD法によって形成する。この後、Zn拡散す
ることによってZn拡散領域10を形成する。
そして、n電極11及びn電極12を蒸着し、へき開ス
クライブすることにより素子の形に切り出す。
クライブすることにより素子の形に切り出す。
第1図では活性層横方向にストライプ状の量子細線を並
べた場合を説明したが、共振器方向に格子状のマスクを
形成してエツチング加工することにより量子箱構造を有
する活性層を作製できる。
べた場合を説明したが、共振器方向に格子状のマスクを
形成してエツチング加工することにより量子箱構造を有
する活性層を作製できる。
活性層横方向に対する量子細線或は量子箱の数はストラ
イプ幅と同程度か或はそれ以上となるように設けるのが
望ましい。本実施例では、室温パルス動作下で閾値電流
1〜10 m Aで発振するレーザ素子を得た。
イプ幅と同程度か或はそれ以上となるように設けるのが
望ましい。本実施例では、室温パルス動作下で閾値電流
1〜10 m Aで発振するレーザ素子を得た。
実施例2
本発明の他の実施例を第2図を用いて説明する。
本実施例は第1図における活性層に、アンドープ(A
Q zG a z−z)o、6xIno、ae P量子
障壁層13(厚さl〜lOnm、Z=0.2〜0.3)
アンドープAn yGa、−yAsi子井戸M14(厚
さ1〜20 n m 、 y = O〜0 、2 )を
交互に積み重ねた多重量子井戸構造を導入する以外は、
実施例1と全く同様にして作製することができる。
Q zG a z−z)o、6xIno、ae P量子
障壁層13(厚さl〜lOnm、Z=0.2〜0.3)
アンドープAn yGa、−yAsi子井戸M14(厚
さ1〜20 n m 、 y = O〜0 、2 )を
交互に積み重ねた多重量子井戸構造を導入する以外は、
実施例1と全く同様にして作製することができる。
第2図では活性層横方向にストライプ状の量子細線を並
べた形の断面図となっているが、共振器方向に格子状の
マスクを形成してエツチング加工することにより量子箱
構造を有する活性層を作製できる。本実施例では、室温
パルス動作下で閾値電流1〜5mAで発振するレーザ素
子を得た。
べた形の断面図となっているが、共振器方向に格子状の
マスクを形成してエツチング加工することにより量子箱
構造を有する活性層を作製できる。本実施例では、室温
パルス動作下で閾値電流1〜5mAで発振するレーザ素
子を得た。
本発明によると、従来技術では困難であった多重量子井
戸構造を有する活性層に対する量子細線及び量子箱構造
を容易に作製できる効果がある。
戸構造を有する活性層に対する量子細線及び量子箱構造
を容易に作製できる効果がある。
活性層において膜厚5〜20nmの量子井戸層をストラ
イプ幅10〜50nmで間隔0.05〜0.2μmとし
て横方向に並べた量子細線構造酸は格子幅10〜50n
m四方で間隔0.05〜0.2μmとして格子状に並べ
た量子箱構造をもつ半導体レーザ素子が作製可能であっ
た。このうち、レーザ発振を得た最も低い閾値電流は約
1mA程度であった。
イプ幅10〜50nmで間隔0.05〜0.2μmとし
て横方向に並べた量子細線構造酸は格子幅10〜50n
m四方で間隔0.05〜0.2μmとして格子状に並べ
た量子箱構造をもつ半導体レーザ素子が作製可能であっ
た。このうち、レーザ発振を得た最も低い閾値電流は約
1mA程度であった。
本発明では、量子井戸層A Q GaAs結晶及び量子
障壁層A Q GaInP結晶を用いて説明したが、量
子障壁層に対して量子井戸層が選択的にエツチング加工
できる結晶材料に適用できる。
障壁層A Q GaInP結晶を用いて説明したが、量
子障壁層に対して量子井戸層が選択的にエツチング加工
できる結晶材料に適用できる。
第1,2図は本発明の一実施例を示す断面図、第3図は
本発明一実施例の作製プロセスを示す図である。 1 ・= n −G a A s基板、2−n−GaA
sバッファ層、 3・=n (AQxGat−x)o
、5zIno、aePクラッド層、4− n −(A
Q Ga)o、5zIno、aePグレーデッド層、5
・・・アンドープA Q yGaz−yAs単一量子井
戸層。 6=P−(AQGa)o、azI no、aePグレー
デッド層、? −−−P −(A Q xGaz−x)
o、5zIno、a@Pクラッド層、8−P−G a
o、atI no、asP層、 9− n −G a
A s層、10・・・Zn拡散層、11・・・P電極
、12・・・n電極、13−・・アンドープ−(A Q
zG a 1−11)0.611 n o、ae P
量子障壁層、14・・・アンドープA Q yGaz−
yAs量子井戸層、15・・・ハードベークされたホト
レジスト層、16・・・絶縁膜層、17・・・パターニ
ングされたホトレジスト層。 (ぺ) (e) (f)
本発明一実施例の作製プロセスを示す図である。 1 ・= n −G a A s基板、2−n−GaA
sバッファ層、 3・=n (AQxGat−x)o
、5zIno、aePクラッド層、4− n −(A
Q Ga)o、5zIno、aePグレーデッド層、5
・・・アンドープA Q yGaz−yAs単一量子井
戸層。 6=P−(AQGa)o、azI no、aePグレー
デッド層、? −−−P −(A Q xGaz−x)
o、5zIno、a@Pクラッド層、8−P−G a
o、atI no、asP層、 9− n −G a
A s層、10・・・Zn拡散層、11・・・P電極
、12・・・n電極、13−・・アンドープ−(A Q
zG a 1−11)0.611 n o、ae P
量子障壁層、14・・・アンドープA Q yGaz−
yAs量子井戸層、15・・・ハードベークされたホト
レジスト層、16・・・絶縁膜層、17・・・パターニ
ングされたホトレジスト層。 (ぺ) (e) (f)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、半導体基板上にバンドギャップの小さい半導体発光
活性層とその上下にバンドギャップの大きな半導体光導
波層を設けた異種接合構造を有する半導体レーザ素子に
おいて、該活性層が直接遷移型であるAlGaAsバル
ク結晶から成り、該光導波層がAlGaInP結晶から
成る半導体レーザ素子。 2、請求項第1項記載の半導体レーザ素子において、該
活性層が電子のド・ブロイ波長程度か或はそれ以下の幅
をもつ量子井戸層AlGaAs結晶及び量子障壁層Al
GaInP結晶から成る多重量子井戸構造を有すること
を特徴とする半導体レーザ素子。 3、請求項第1項もしくは第2項記載の半導体レーザ素
子において、活性層が量子井戸層AlGaAs層と量子
障壁AlGaInP結晶を交互に積み重ねた多重量子井
戸構造であり、かつ該多重量子井戸層が活性層横方向に
おいて電子のド・ブロイ波長か或はそれ以下の幅からな
る量子細線或は量子箱構造であることを特徴とする半導
体レーザ素子。 4、請求項第3項記載の半導体レーザ素子を製造する方
法において、該活性層上部にマスクを形成し、ドライ加
工により上記多重量子井戸層をストライプ状或は格子状
の垂直形状をもつて分離し、量子井戸層のAlGaAs
結晶のみを選択エッチング液を用いて電子のド・ブロイ
波長か或はそれ以下の幅までエッチング加工する工程を
有することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 5、請求項第2項乃至第3項のいずれかに記載の半導体
レーザ素子において、活性層における量子井戸層のAl
GaAs結晶膜厚を1〜20nm、量子障壁層のAlG
aInP結晶膜厚を1〜10nmの範囲としたことを特
徴とする半導体レーザ素子。 6、請求項第2項、第3項、第5項のいずれかに記載の
半導体レーザ素子において、活性層を量子井戸層AlG
aAs結晶一層からなる単一量子井戸構造とし、その上
下にAlGaInP結晶で屈折率が徐々に小さくなる光
導波層いわゆるGRINSCH構造(graded−i
ndexself−confinenentheter
ostructure)を設けたことを特徴とする半導
体レーザ素子。 7、請求項第2項、第3項もしくは第4項乃至第6項の
いずれかに記載の半導体レーザ素子において、多重量子
井戸構造活性層における量子井戸数を3〜6の範囲とし
たことを特徴とする半導体レーザ素子。 8、請求項第2項、第3項もしくは第4項乃至第7項の
いずれかに記載の半導体レーザ素子において、活性層横
方向における量子細線及び量子箱の数を3〜10列の範
囲としたことを特徴とする半導体レーザ素子。 9、請求項第4項記載の半導体レーザ素子の製造方法に
おいて、量子細線或は量子箱構造を形成するため活性層
上部に設けるマスクを三層レジストで形成することを特
徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 10、請求項第4項もしくは第9項記載の半導体レーザ
素子の製造方法において、上記三層レジストは、下層が
ハードベークされたホトレジスト膜、中間層が絶縁膜、
上層がパターニングされたホトレジスト膜より形成され
ることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28767688A JPH02134887A (ja) | 1988-11-16 | 1988-11-16 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28767688A JPH02134887A (ja) | 1988-11-16 | 1988-11-16 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02134887A true JPH02134887A (ja) | 1990-05-23 |
Family
ID=17720277
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28767688A Pending JPH02134887A (ja) | 1988-11-16 | 1988-11-16 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02134887A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0410689A (ja) * | 1990-04-27 | 1992-01-14 | Nec Corp | 半導体レーザ |
FR2689912A1 (fr) * | 1992-04-14 | 1993-10-15 | Centre Nat Rech Scient | Procédé de réalisation d'un réseau de discontinuités à une ou deux dimensions à la surface d'un substrat cristallin ou dans une structure complexe comportant un tel substrat. |
EP0637112B1 (en) * | 1993-06-28 | 1998-09-02 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Radiation-emitting semiconductor diode and method of manufacturing same |
-
1988
- 1988-11-16 JP JP28767688A patent/JPH02134887A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0410689A (ja) * | 1990-04-27 | 1992-01-14 | Nec Corp | 半導体レーザ |
FR2689912A1 (fr) * | 1992-04-14 | 1993-10-15 | Centre Nat Rech Scient | Procédé de réalisation d'un réseau de discontinuités à une ou deux dimensions à la surface d'un substrat cristallin ou dans une structure complexe comportant un tel substrat. |
WO1993021365A2 (fr) * | 1992-04-14 | 1993-10-28 | Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) | Procede de realisation d'un reseau de discontinuites a la surface d'un substrat cristallin |
WO1993021365A3 (fr) * | 1992-04-14 | 1993-12-23 | Centre Nat Rech Scient | Procede de realisation d'un reseau de discontinuites a la surface d'un substrat cristallin |
EP0637112B1 (en) * | 1993-06-28 | 1998-09-02 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Radiation-emitting semiconductor diode and method of manufacturing same |
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