JPH03136289A - ダブルヘテロ構造ダイオード及びその製法 - 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］ 本発明は、二重溝付基板上に形成した封鎖型ｐｎ接合と
埋込型活性層を有するＩ　ｎ　Ｐ　／　Ｇ　ａ　Ｉ　ｎ
　Ａ　ｓ　Ｐダブルヘテロ構造レーザーダイオードに関
する。 〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕ＩｎＰ　
／　ＧａＩｎＡｓＰレーザーの発光領域は光通信に用い
る光ファイバの最低減衰域に相当するので、このレーザ
ーの改良が全世界で活発に行なわれている。光通信に用
いるレーザーは下記の主たる要件を満たさなければなら
ない。すなわち、闇値電流が低いこと、効率が良いこと
、広い温度域での使用可能性、光の安定な分布。 狭い埋込型活性層を持つレーザーだけがこれらの要件を
満たすことができる。技術文献上はいくつかのレーザー
が上記の要件を満たすことができると記載されているが
、多段のリソ工程、多段の結晶成長工程（分子ビームエ
ピタキシャル成長法、有機金属化学成長法、液相エピタ
キシャル成長法）が適用されのみならず、酸素付加（ア
ニール）工程及び拡散工程も含まれるため、その実現は
極めて複雑であり、かつ高価なものとなる。 ［課題を解決するための手段］ 本発明により開発されたレーザーのパラメータはこのよ
うなより複雑な方法で製造したレーザーのパラメータと
同等である。にもかかわらず、その製造は１工程のりソ
グラフ工程と１工程の液相エピタキシャル成長工程が必
要なだけである。 本発明により擢供される手段は特許請求の範囲及び実施
例に記載されているが、本発明の主旨はこれらの細部に
限定されるものではない。 〔実施例〕 第１図に見られるように、このレーザーは二重溝（ｃｈ
ａｎｎｅｌ）　９を有する基Ｆｉｌ上に成長される。 ２つの溝９の間の領域に設ける狭幅のＧａＩｎＡｓＰ埋
込活性層（３ａ）は、それよりも広いバンドギャップと
それよりも小さい屈折率を有するｎ型及びｐ型のＩｎＰ
層（２，４）によって包囲されている。 光学的欠陥（ｏｐｔｉｃａｌ　ｃａｖｉｔｙ）はヘキ開
した主面（ｃｌｅａｖｅｄ　ｆｒｏｎｔａｌ　５ｕｒｆ
ａｃｅ）で終了（ｃｏｍｐｌｅｔｅ）する。電荷キャリ
ヤーの再結合及び励起発光はレーザーの活性領域の寸法
が長さ２００〜５００趨、幅１〜３趨、高さ０．１〜０
．２庫のように小さい体積においてのみ実現される。活
性層の外側のサイリスタ様ｐ−ｎ−ｐＧａＩｎＡｓＰ−
ｎ構造が電流を制限する。大面積の合金コンタクトを用
いれば低抵抗電流が実現され、これ（大面積）は同時に
熱伝導のためにも好ましい。レーザーのチップの両側は
完全に平坦であるので、冷却ブロック上に容易に組付け
ることができる。 上記のような構成は５０％程の効率での操作を可能にす
る。連続操作モードではレーザの闇値電流は２０〜５０
ｍＡになり、最大出力は再現性よ＜　１０ｍＷになる。 遠領域放射（ｆａｒ−ｆｉｅｌｄ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ
）の半値幅（ｈａｌｆ−ｗｉｄｔｈ）は接合に平行及び
垂直の両方で３０〜４５°になる。本発明により開発さ
れたレーザーは、文献で公知の２工程エピタキシヤル成
長で製造された２重溝体プラナ−型埋込型ヘテロ構造レ
ーザーと類似している。本発明のレーザーは、製造が容
易であるのみならず、狭幅のＧａＩｎＡｓＰバンドギヤ
ツプが溝の外側のほかに溝の中にも含まれてこれらの層
のブレークダウンを防止するので、かなり改良された電
流閉し込め構造を有する。このようにして、活性層の厚
さはより良く制御できる。というのは、溝中では成長が
象、激であるが、活性層はそれよりゆっくりと成長し、
より良好な規則性を持って成長するからである。 メサストライプ上に１工程エピタキシヤル成長により調
製した埋込型二重へテロ構造レーザーに対比して、二重
溝型レーザーの利点は、それが組込みｐｎ接合を有する
ので、酸化物絶縁ストライプにより電流のとし込めの問
題を解決することが不要になることである。先に説明さ
れたようにメサストライプ上に形成されたレーザーの更
に別の不都合は、それらの表面は完全に平坦ではないと
いう点にあり、その結果としてそれらは冷却ブロック上
へ辛うじて取付けることができるに過ぎない。発明者ら
の方法にあっては、技術的に完全に平坦な表面が得られ
るためこの問題はない。 第２図は、二重溝型基板を用いてＩｎＰ　／　Ｇａ　１
ｎＡｓＰレーザーを製造する方法を例示する。 ポジ型のホトレジストマスクを用いて、１１０結晶方向
と平行に１対のストライプからなる窓をエツチングであ
ける。４ＩＲｎ幅の窓の間の間隔は６Ｉ！ｍあり、また
対のストライプ間の間隔は４００声に等しい。酸性の酸
、臭化水素及び０．　Ｉ　Ｎ　　ＫＭｎＬ溶液の５：１
：１の比率の混合液を用いて、深さ３〜５卿の溝をエツ
チングする。アンダーエツチングにより、溝の幅は７〜
９角に等しくなる一方、メサストライプは１〜３Ｉｎａ
の幅である。ホトレジストを取除いた後に、ＩｎＰ基板
を硫酸−過酸化物で清浄にし、そしてエピタキシャル反
応器へ入れる。 液相エピタキシャル法を用い、エピタキシャル成長中に
、次の層を６００〜６５０°Ｃの温度範囲で基板上に成
長する。 ｎ−ＩｎＰバツフア一層、厚さ０．５〜Ｉｎ、Ｓｎ：夕
１０１Ｂ ・ノンドープＧａＩｎＡｓＰ活性層、厚さ０．１〜０．
２岬、Ｅｇ　　：　１．３声。 ｐ−ＩｎＰクラツデイング層、厚さ０．５〜１−１Ｚｎ
　　：　３〜７　ｘｔｏ’。 ｎ−ＩｎＰ電流制限層、厚さ０．５〜１．５　μｍ、Ｔ
ｅ：２〜３Ｘ１０′８ ｐ４ｎＰ第二埋込用層、厚さ２〜４−１Ｚｎ　：５〜８
Ｘ１０” ｐ”−ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層、厚さ０．５　ｔａ
ｎ、Ｅｇ　　：　１．０３Ｍ。 レーザー構造を含むウェーハの裏側を薄くシて１００〜
２００Ｉ！ｍにし、その後コンタクト層としてｐ側へＡ
ｕ／Ａｕ　Ｚｎ　（２００／１４００人）を、ｎ倶ｉへ
ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ　（３０００／　７００／１００
０人）を蒸着させ、その間コンタクトを形成ガス中で１
０秒間４２０°Ｃで熱処理する。 ヘキ開してレーザーチップを形成し、その後選別を行っ
てから、それらを冷却ブロック上に取付け、端子領域に
ワイヤを設ける。 よりよき理解のために、レーザーダイオードの製造を実
施する様式を説明する。 ・適用された基板：　２０Ｘ１０Ｘ　０．４胴の研磨Ｉ
ｎＰウェーハ。 ・配向：＜１００＞、＜　１１０＞方向と平行に側方端
が１ＯＩｎＩ１１延在する。 ・電荷キャリヤ濃度’　ｎ　：　１．８　Ｘｌ０１８／
　ｃ＋ｆｌ。 ・転位密度：　／　ＥＤＰ／　３　ＸＩＯ’　／ａｌｌ
。 基板を臭素の１％メタノール溶液で２分間エツチングを
行い、その後それをメタノールで洗い流す。対の溝を形
成するために必要なパターンは、ポジ型レジスト液（ラ
ッカー）を使ってホトリソ法により形成する。レジスト
で形成する窓は＜　１１０＞の方向を向いていて幅が６
７ＩＴｌであり、そしてそれらは相互間隔６．５　ｔｎ
ａの対で配列されていて、単一バンドの対同志の間の間
隔は４００卿に達する。溝は、レジストで形成した窓を
用いて化学エッチラングにより形成する。エツチングは
、ＨＢｒとに２Ｃｒ２０ｔとＣ）１３ＣＯＯＩＩの１：
１：５のエツチング混合物で３０秒間実施する。アンダ
ーエツチングのため、溝の幅は１０ｍｎに等しく、深さ
は３．５−に等しい。溝の間のメサ帯域の幅は２ｊｎｎ
に等しい。 マスクを取除いた後に、基材表面をＨ２ＳＯ４とＮ２０
の５：１混合物で清浄にし、そして蒸留水と５％１１Ｃ
１で洗い流す。この基材をＮ２で乾燥させてエピタキシ
ャル反応器へ入れ、成長工程を始めるまでそこに貯蔵す
る。 金で遮蔽された熱質量が小さい半透明の反応器でもって
レーザー構造の１工程液相エピタキシヤル成長を実施す
る。この反応器を通してＮ２を流す。黒鉛ボートに配列
された金属からエピタキシャル層を成長させる。熔融物
を調製するために、６Ｎ純度のＩｎ、　ＩｎＰ、　Ｇａ
Ａｓ及びＩｎＡｓを使用し、またドーピング材料として
Ｓｎ、Ｔｅ及びＺｎを使用する。単一の溶融物を調製す
るために、次に掲げる材料を秤量する。 １　）　　Ｉｎ　　４．８１２８２ｇ、　ＩｎＰ　４０
．４７１ｇ、Ｓｎ　１２０ｍｇ２）　　Ｉｎ　４．６９
４１ｇ、ＩｎＰ　　１０．９９ｆｆ１ｇ、ＧａＡｓ　５
４．５４■、ＩｎＡｓ　２８９．８１■ ３　）　　Ｉｎ　５．３８４３ｇ、　ＩｎＰ　４５．２
３［１ｇ、Ｚｎ−Ｉｎ合金（Ｚｎ０．５％）　４３．０
７ｍｇ ４　）　　Ｉｎ　５．１４６７ｇ、　ＩｎＰ　３８．６
０ｍｇ、Ｔｅ　２．０６ｍｇ５　）　　Ｉ　ｎ　５．４
４１１ｇ、　ＩｎＰ　３９．１７１ｇ、Ｚｎ−Ｉｎ合金
（Ｚｎ０．５％）　４３．５３ｍｇ ６　　）　　　Ｉ　　ｎ　　５．２９７２ｇ、　　Ｉｎ
Ｐ　　２０．８６１１１ｇ、　ＧａＡｓ　　２１．９６
■、ＩｎＡｓ　２０１．８２ｇ、　　Ｉｎ　４．２３ｇ
材料及び基板を黒鉛のカセットに入れ、ＩｎＰを覆うウ
ェーハにより熱分解に対して基板を保護する。反応器を
水素流で洗い流し、その後反応器を６７０°Ｃまで加熱
してこの温度で３０分間保持し、その間に秤量済みの材
料をＩｎに熔解させる。３０分間保持してから、５°Ｃ
／ｌｌｌ１ｎの冷却速度で系を６３５’Ｃまで冷却し、
次いで０．５°Ｃ／ｎ＋ｉｎの冷却速度で６３５°Ｃか
ら６１０°Ｃまで冷却する。６２７°Ｃで層の成長が始
まるので、第一の溶融物をＩｎＰキャリヤの上へ押しや
る。 次に掲げる期間の線型冷却速度で層を成長させる。 ■）の層　６２７°Ｃで２０秒 ２）の層　６２７°Ｃで５秒 ３）の層　６２７°Ｃで３０秒 ４）の層　６２６〜６２５°Ｃで２分 ５）の層　６２５〜６１８°Ｃで１４分６）の層　６１
８°Ｃで１分 成長を完了した後、最後の溶融物をキャリヤから押し下
げ、そして装置を冷却する（例えば加熱を断ち切ること
によって）。塩酸−過酸化物溶液で付着しているドロッ
プを取除いて成長済みの構造の表面を清浄にする。 溝と垂直にセグメントから一部をヘキ関し、それをアル
カリ性のに２　［Ｆｅ　（ＣＮ）　４］　？ａ液で１０
秒間エツチングし、電子顕微鏡で活性層の厚さと幅を測
定する。粒度７４のＳｉＣ及び粒度３〜４−〇ＡｌｚＯ
＊の研摩粉を使って基板の裏側１７を１８０ＩＩＴｎま
で薄くし、その後研磨手段としてエチレングリコール２
０％、メタノール７７％、臭素３％を使いメカノケミカ
ル方法を利用して研磨を行った。処理を終えた後、ウェ
ーハの最終の厚みは１２０ｐになる。 セグメントに真空蒸着でコンタクトを形成する。 金属は１０−３〜１０−’Ｐａの真空で蒸発させる。試
料は、源から０．８　ｃｍの距離に配置する。ｐ側１６
のコンタクトを調製するために、ｌＯ■のＡｕと６０■
のＡｕＺｎ（１０％）合金を測定して気化ボートＷに入
れる。 初めに金を、その後Ａｕ−Ｚｎを気化させる。セグメン
トを裏返し、そして基材の表面をＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉでメ
タライズする。１５０ｍｇの共融合金（Ａｕ−Ｇｅ）と
１５ｍｇのＮｉを源として使用する。 蒸発を完了した後、メタライズ層を、２０％Ｎ２含有形
成ガス中において４２０°Ｃで１０秒間処理する。 熱処理に続いて、ウェーハのｎ側１７へ新しいＡｕ層を
適用する。Ａｕの付着を促進するため蒸発させながら、
試料を１５０°Ｃまで加熱する。メタライズされたウェ
ーハを切断して２００　Ｘ　４００−の大きさのレーザ
ーダイオードアンダにし、こうして得られたチップを冷
却ブロック又は適当なフレームへフェースダウン方式で
はんだ付けする。上部の結線は熱圧着又は超音波ボンデ
ィングにより通常のやり方で実行される。 μｍ、

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザーダイオードの構造模式図、第
２図は実施例のレーザーダイオードの製造工程を示す図
である。 １・・・ｎ−ＩｎＰ基板、 ２・・・ｎ−ＩｎＰハンフア一層、 ３・・・狭バンドギャップＧａＩｎＡｓＰ層、３　ａ　
−ＧａＩｎＡｓＰ活性層、４−　ｎ−ＩｎＰ層、５・・
・ｎ−ＩｎＰ電流制限層、６・・・ＩｎＰ埋込用層、７
・・・ρ−ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層、８ａ・・・ｐ
側メタル層、　　８ｂ・・・ｎ側メタル層、９・・・溝
。 図面の浄書（内容に変更なし） 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＩｎＰ基板上に形成した埋込活性層と、二重溝型ダ
   ブルヘテロ構造キャリヤによる封鎖型ｐ−ｎ接合とを有
   するＩｎＰ／ＧａＩｎＡｓＰレーザダイオードであって
   、配向基板（１）上に２つの平行溝（９）があり、基板
   （１）上にはｎ型ＩｎＰバッファー層（２）があり、該
   溝（９）の間の領域にＧａＩｎＡｓＰ埋込活性層（３ａ
   ）を配置し、該埋込活性層（３ａ）はそれよりバンドギ
   ャップが大きく屈折率が小さいｎ型及びｐ型ＩｎＰ層で
   全側面が包囲され、さらにこれらの上に溝（９）の底部
   と平坦部上とに狭バンドギャップのＧａＩｎＡｓＰ層（
   ３）が存在し、これらの上にもう１つのｎ型層（４）が
   あり、その上にさらに別にｎ型電流制限層（５）を設け
   、その上にＩｎＰ埋込用層（６）があり、その上にＰ型
   ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層（７）があり、この層（７
   ）は好ましくはＡｕ／Ａｕ−Ｚｎからなる多層ｐ側コン
   タクトメタル層（８ａ）で覆われ、他方キャリヤーの反
   対側には好ましくはＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる直
   接コンタクトメタル層（８ｂ）が設けられていることを
   特徴とするレーザーダイオード。 ２、液相エピタキシャル成長法と、配向、ホトリソ法、
   エッチング、液相エピタキシャルエンハンスメント、メ
   タライゼーション及びスパッタを用いて請求項１記載の
   レーザーダイオードを製造する方法において、先ず基板
   を下記のように調製し、 １）ＩｎＰ基板を〈１１０〉結晶方向にヘキ開（Ｃｌｅ
   ａｖｅ）し、エッチングする、次いで２）ホトリソ法で
   、ホトレジストに〈１１０〉結晶方向と平行に一対の窓
   を開け、この窓は幅４μｍ、長さ６μｍで好ましい間隔
   ４００μｍである、３）酸性酸と臭化水素と０．１Ｎ−
   ＫＭｎＯ＿４溶液の５：１：１の混合液を用いてエッチ
   ングして好適には３〜５μｍの深さの溝を形成する、次
   いで４）ホトレジストを除去し、洗浄を行なう、それか
   ら、調製したＩｎＰ基板をエピタキシャル反応器中にセ
   ットし、下記の順序でＩｎＰ基板上に下記の層を１度の
   連続エピタキシャル成長操作で成長させてレーザ構造を
   形成する。ｉ）ｎ−ＩｎＰバッファ層（２）、好ましく
   は厚さ０．５〜１μｍと１０＾１＾０／ｃｍ＾３のＳｎ
   ドーパント、ｉｉ）ノンドープＧａＩｎＡｓＰ活性層（
   ３ａ）、好ましくは厚さ０．１〜０．２μｍとＥｇ＝１
   ．３μｍ、ｉｉｉ）ｐ−ＩｎＰ包囲層（４）、好ましく
   は厚さ０．５〜１μｍと３〜７×１０＾１＾７／ｃｍ＾
   ３のＺｎドーパント、ｉｖ）ｎ−ＩｎＰ電流制限層（５
   ）、好ましくは０．５〜１．５μｍ、２〜３×１０＾１
   ＾８／ｃｍ＾３のＴｅドーパント、ｖ）ｐ−ＩｎＰ埋込
   用層（６）、好ましくは厚さ２〜４μｍと５〜８×１０
   ＾１＾０／ｃｍ＾３のＺｎドーパント、ｖｉ）ｐ＾＋−
   ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層、好ましくは厚さ０．５μ
   ｍとＥｇ＝１．０３μｍ、 上記の如く成長したレーザー構造を含むウェーハーは裏
   面（１７）を薄くして好ましくは１００〜２００μｍの
   厚さにした後、蒸着法で、ｐ側（１６）に好ましくはＡ
   ｕ／ＡｕＺｎを厚さ２００〜１４００Åにコンタクトメ
   タル層（８ｂ）として適用し、ｎ側（１７）には好まし
   くはＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを３０００／７００／１００
   ０Åに適用し、その後これらのコンタクト層（８ａ、８
   ｂ）を好ましくはＨ＿２雰囲気中、４２０℃、１０秒間
   の熱処理に供する方法。