JPH03256388A - 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〕 本発明は、光情報処理、光通信等の分野で用いられる半
導体レーザの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体レーザは小型かつ低消費電力であるため、光情報
処理、光通信等に広く用いられている。この半導体レー
ザを多数集積化した光ＩＣに用いるためには、現状より
もさらに低消費電力でかつ高い歩留まりが要求される。

これらの要求に応えるため、近年量子井戸レーザが盛ん
に研究されている。

量子井戸レーザの報告例としてアプライドフィッジクス
レターズ４７巻１２３９ページ記載の半導体レーザがあ
る。この半導体レーザではＳｉ拡散によって活性層に含
まれる量子井戸を無秩序化して実質的な埋めこみ構造と
している。しかしながらこの構造ではＳｉ拡散を表面か
ら行うために拡散深さが１μｍ以上と深く、８５０℃の
高温で８，５時間もの長い時間拡散する必要があった。

高温かつ長時間の熱処理においてはＳｉ拡散しない領域
の量子井戸においてもその熱変成が生じてレーザ特性の
悪化が予想される。そこで拡散深さを浅くするために良
く用いられる方法として例えばエレクトロニクスレター
ズ’２２巻１１１７ページ記載の半導体レーザがある。

この半導体レーザではメサエッチングを施して必要なＺ
ｎ拡散の拡散深さを浅くしている。しかしながらこの半
導体レーザに用いられたＺｎ拡散では、メサストライプ
の活性層のｐｎ接合の両脇にＺｎ拡散で形成される余計
なｐｎ接合が大きな面積にわたって形成されるため、リ
ーク電流が大きいという欠点があった。

この問題を解決するためにはｎ型基板の半導体レーザに
おいてはＳｉの様なｎ型不純物を拡散すれば良い。そこ
でメサエッチングを施した後にターズ文献の様に全面拡
散をすると電流通路が無くなるので好ましくない。そこ
でメサストライプの底部のみ拡散する必要が生ずる。

メサストライプ底部のみへのＳｉ拡散は、メサストライ
プ形成領域とＳｉ拡散領域のバターニングを行なう事に
よって実現出来るが、１〜３μｍ程度の細いメサストラ
イプに目合せする必要があるために歩留まりが悪かった
。

３１１１７４号公報に記載された製造方法によれば、ま
ず、第２図（ａ）に示す様にｎ型ＧａＡｓ（１００）基
板ｌ上にｎ型クラッド層２　（ｎ　　Ａ　Ｊ　ｘｃ　ｅ
　ａ　１−＋＋ｃＡｓ、０．４５≦ｘｃ≦０．８５．厚
さ０．８〜３μｍ）、ｎ型ガイド層３　（ｎ−Ａｉ７．
、Ｇａ＋−ｘ、Ａ　ｓ　、　ｘ　ｇ＜ＸＣ，厚さ５００
Ａ〜３０００人典型的には１ｏｏｏ人）、活性層４（Ｇ
ａＡｓ量子井戸、厚さ５０〜２００人）、ｐ型ガイド層
５　　（ｐ　　Ａ　！！　−ｚＧ　ａ　１ｘｇ　Ａ　ｓ
　を厚さ５００Ａ〜３０００Ａ典型的には１０００人）
、ｐ型クラッＦ層６（ｐ−ＡＣｃＧａｌ−ｘｅＡｓ、厚
さ０．８〜３μｍ）、ｐ型キャッフ層７（ｐ−ＧａＡｓ
、厚さ１０００〜５０００人）を結晶成長する。

次に第２図（ｂ）に示す様にホトリソグラフィー技術に
よって、＜０１１＞方向に延びるホトレジストから成る
ストライプ状のマスク８を形成してこれをマスクにして
メサストライプ９を形成する。

メサストライプ９の幅は１〜１０μｍ１典型的には２〜
３μｍ、深さに関してはメサストライプ９底部から活性
層４のまでの距離が１０００〜５０００Ａ程度になるの
が好ましい。エツチング方法としてはリン酸と過酸化水
素水等の混合液を用いた従来の化学エツチングの他にＨ
Ｆ系等の選択エツチング法を用いる事が出来る。ＨＦ系
の液はｐ型ガイド層５のＡＡ組成を０．３５以下に設定
すると、エツチングがＡ（組成が高い（＞０．４）ｐ型
クラッド層６のみをエツチングしてｐ型ガイド層５に達
するとエツチングが自動的に停止させる事が出来るため
利用すると便利である。

この場合には、ＨＦ系のエツチング液を用いる前にあら
かじめｐ型キャップ層７を別のエツチングで除去してお
く必要がある。又、エツチング方法としてリアクティブ
イオンビームエツチング（ＲＩＢＥ）法等のドライエツ
チングを用いても良い。この場合にはエツチング深さが
精密に制御出来るため、狙ったところにエツチングを止
める事が出来て、又、サイドエツチングも少ないため狭
いストライプ幅（〜１μｍ）を形成する事が容易である
。又、マスクとしてホトレジストの代わりに５ｉＯｚ等
の絶縁膜を用いても良い。この場合には密着性が良いた
めメサエッチングの際のサイドエツチングが少なく、又
、次の工程のＳｉ蒸着の際の温度上昇に対する耐熱性も
良好である利点を有する。

次に第２図（ｃ）に示す様にＳｉ膜１０（厚さ〜５００
０人）を形成する。この形成方法として真空蒸着法が好
ましい、なぜなら図に示す様に、Ｓｉ膜１０が断切れを
伴って形成されるためである。スパッタ蒸着法の様に側
面のまわり込みが大きい方法によると、図に示した様な
断切れは生ぜず側面にＳｉが蒸着されてこの部分にＳｉ
が拡散するためにメサストライプ９の上にｐ型電極１３
を形成した際に活性層４からなるｐｎ接合が短絡される
可能性があり好ましくない。

次に第２図（ｄ）に示す様にリフトオフによってメサス
トライプ９の上のＳｉ膜１０を除去する。

マスクがポジ型レジストの場合にはアセトン等の有機用
材を用いて容易にリフトオフが出来る。又マスクが５ｉ
ｎ２等の絶縁膜からなる場合にはバッファドＨＦによっ
てリフトオフ可能でアル。

次にＳｉ拡散を行なった。Ｓｉ拡散は水素雰囲気中で８
５０℃、１時間行なった。Ｓｉ拡散中にＧａＡｓ表面か
らのＡｓの脱離を防ぐためにレーザウェハーの表面にダ
ミーのＧ　ａ　Ａ　ｓ基板をかぶせる事が有効であった
。又、この代わりにアルシン（ＡｓＨｌ）ガスを水素ガ
スに混合して流す方法や、真空アンプル中にＡｓの粉末
とレーザウェハーとをいっしょに入れて、Ａｓ雰囲気中
で熱処理する方法を取っても良い。このプロセスでは、
ＳｉＮ膜等の保護膜無しで熱処理するため、保護膜とＧ
ａＡｓの熱膨張係数の違いから来る熱的ストレスが無く
、メサストライプ９の活性層４の熱変成を極力抑える事
が出来る。このため発光領域となるメサストライプ９の
活性層４の発光効率が高く、保護膜付きで熱処理した場
合に比べてさらに低重。が実現出来る。又、メサエッチ
ングによって必要な拡散深さが２０００〜３０００Ａと
短いために、拡散は８５０℃、１時間で良く、前述の文
献の報告値８．５時間よりも短い時間で拡散出来る。た
だし、この条件はメサエッチングの深さおよび厚み方向
のＡ４組成プロファイルに依存して変える必要がある。

拡散深さはこの条件において２０００〜４０００人程度
である。この時にメサストライプ９の底部のみにＳｉ膜
１ｏがあるため、ここのみにＳｉ拡散領域１１が形成さ
れ、この領域の活性層４の量子井戸が無秩序化した。

次に、第２図（ｅ）に示す様に絶縁膜１２を形成する。

次にメサストライプ９の上部の絶縁膜１２のみを除去す
る。これは通常のホトリソグラフィ技術によってパター
ニングする。つぎにｐ型電極１３およびｎ型電極１４を
形成して半導体レーザが完成する。

以上示された製造方法ではメサストライプ９を形成する
のに用いたマスク８を再びＳ　ｉ膜１０゜リフトオフに
対するマスクとして用いることによってＳｉ拡散領域１
１をメサストライプ９の底部のみセルファライン的に形
成出来るための高歩留まりで、リーク電流が小さく閾値
電流の低い半導体レーザが製造出来る。更に、上記の例
ではキャップレスアニールによる方法をとっているが、
第２図（ｄ）のＳｉの拡散においてはＳｉＮ膜等の保護
膜を形成後アニールを行うことも可能である。

この場合には保護膜と結晶の間に熱的ストレスが生ずる
欠点があるが、簡便にＡｓの脱離を防ぐ事が出来る特徴
もある。

しかし、かかる方法ではメサストライプ上部の絶縁膜の
みを選択的に除去するためには、精密な目合せ技術が必
要であり、更に、絶縁膜の除去時のサイドエッチによる
ｐｎ接合のショート等による歩留り劣化や、複雑な工程
による工数が増加する問題があった。また半導体レーザ
としてはメサストライプ幅を狭くする必要があるが、活
性層のストライフ幅を１μｍ程度とする場合にはメサス
トライプトップの面積が非常に小さくなりコンタクト抵
抗が大きくなる問題も生じていた。

本発明の目的は、上記した様なメサストライプ上部の絶
縁膜のみを選択的に除去する工程を無くし、高い歩留り
でかつ簡単な工程により製造可能な半導体レーザの製造
方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

以上の問題点を解決するために本発明の半導体レーザの
製造方法は、第１伝導型半導体基板の上方に第１導電型
クラッド層を形成する工程と、この第１導電型クラッド
層の上方に量子井戸を含む活性層を形成する工程と、こ
の活性層の上方に第２導電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第
２導電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第２導電型クラッド層の一部
をエツチングする事によって逆メサ形状のストライプを
形成する工程と、このエツチング工程の後に第１導電型
不純物を蒸着する工程と、この蒸着工程の後に前記スト
ライプマスクのみを除去する事によって前記ストライプ
マスク上の前記不純物を除去する工程と、この後に熱処
理する事によって前記不純物を拡散して、メサストライ
プ両脇の領域の活性層に含まれる量子井戸を無秩序化す
る工程と、少なくともメサ側面は被覆せずかつ、前記不
純物拡散部は被覆する絶縁膜を形成する工程とを少くと
も含むことを特徴とする構成である。

〔作用〕

本発明の半導体レーザの製造方法では逆メサ構造の側面
に絶縁膜を形成させず、全面に電極を形成することによ
りメサ側面から電流注入させメサトップの絶縁膜除去工
程を省略するものである。

それに伴い、その工程で生じていた工数が削減でき、更
にその工程での歩留が低下がなくなるため歩留りが大幅
に改善できる。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。第１図は本発明の実施例を示したものである。こ
こでＳｉ拡散工程まではメサ形状が逆メサであること以
外従来例と同様である。すなわち、第２図（ａ）に示し
たウェーノ・と同様のものを用い（第１図（ａ））、第
１図（ｂ）に示す様にフォトリングラフィ技術によって
、＜０１１＞方向に延びるフォトレジストから成るスト
ライプ状のマスク８を形成してこれをマスクにして、リ
ン酸と過酸化水素水と水から成る混合液を用いた選択エ
ツチングにより、逆メサ形状のストライプ９を形成する
。このときのストライプ下部での幅。

深さは従来例と同様とすることが望ましい。その後従来
例と同様にＳｉ膜１θを形成しく第１図（Ｃ））、リフ
トオフ法によりメサストライプ９上のＳｉ膜１０を除去
し、熱処理によりＳｉ拡散を行い、Ｓｉ拡散領域１１を
形成した（第１図（ｄ））。

その後、ウェーハ全面に絶縁膜１２を形成した。

この絶縁膜の形成方法としてはまわり込みの少ない方法
とすることが重要である。本実施例ではＥＣＲプラズマ
装置により約２０００大要の５ｉｎ２膜を形成した。Ｓ
ｉ拡散領域１１はメサストライプ９上のマスク８により
メサストライプのサイドエッチ分だけメサストライプ９
から離れて形成されている。しかし絶縁膜１２はメサス
トライプ９上のマスク８が除去されているために、Ｓｉ
膜１０よりメサストライプ９に近い位置まで形成される
ことになり、Ｓｉ拡散により形成されたＳｉ拡散領域は
完全に絶縁膜１２により被覆される。

その後、第１図（ｅ）に示すように、ｐ型電極１３゜ｎ
型電極１４を形成する。

ｐ型電極１３は絶縁膜のないメサ側面でコンタクトがと
れ、そこから電流が注入される。そのために従来方法で
必要であったメサトップの絶縁膜除去が必要なく工数低
減でき、その工程によるｐｎ接合ショート等の歩留り劣
化がなくなった。

更に、従来例ではメサトップで電極コンタクトをとって
いたがメサ幅が小さくなるに従いコンタクト面積が小さ
くなり、コンタクト抵抗が増加する問題もあった。しか
し、本発明を用いることによりストライプ幅に依存せず
一定のコンタクト抵抗が得られ、キャップ層厚を厚くす
ることで、低抵抗とすることができる。

なお、逆メサ形状のストライプは、従来から知られてい
る方法、例えば、用いる結晶の面方位、ストライプの延
びる方向、エツチング方法・条件（例えばエツチング液
の選択等）等を適宜選ぶことで実現できる。

以上述べた実施例では活性層を単一量子井戸の単層構造
としたが、これに限らず多重量子井戸構造等の多層構造
としても良い。また、本実施例では材料系として、Ａ（
蓼ａ　Ａ　ｓ　／　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ系を用いたが、これ
に限らずＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系、Ｉ　ｎ　Ａ　ＩＩ
　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　／　Ｉ　ｎ　Ｐ系等の他の材料にお
いても適用可能である事は言うまでも無い。又以上述べ
た実施例では拡散する元素としてＳｉを用゛・たがこれ
に限らすＺｎ、Ｍｇ、Ｇａ等の不純物が利用可能である
。ただし、Ｚｎ、Ｍｇ等のｐ型不純物ではｐ型基板上に
レーザ構造を形成する必要がある。又Ｇａは最近本発明
穴らによってＡＡＧａＡｓ中に導入するとｎ型不純物と
してふるまう事がわかっているためｎ型半導体基板上の
レーザ構造に適用出来ると考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の半導体レーザの製造方法を示
した工程図である。第２図は従来の半導体レーザの製造
方法を示した工程図である。 図中、１・・・・・・ｎ型ＧａＡｓ基板、２・・・・・
・ｎ型クラッド層、３・・・・・・ｎ型ガイド層、４・
・・・・・活性層、５・・・・・・ｐ型ガイド層、６・
・・・・・ｐ型クラッド層、７・・・・・・ｐ型キャッ
プ層、８・・・・・・マスク、９・・・・・・メサスト
ライプ、１０・・・・・・Ｓｉ膜、１１・・・・・・Ｓ
ｉ拡散領域、１２・・・・・・絶縁膜、１３・・・・・
・Ｐ型電極、１４・・・・・・ｎ型電極である。 ｌ（埋人弁理土肉豚 皿 β

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１導電型半導体基板の上方に第１導電型クラッド層を
   形成する工程と、この第１導電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
   方に第２導電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第２導電型クラ
   ッド層の上方に形成する工程と、このストライプマスク
   を用いて前記第２導電型クラッド層の一部をエッチング
   する事によって逆メサ形状の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第１導電型不純物を含む
   材料を蒸着する工程と、この蒸着工程の後に前記ストラ
   イプマスクのみを除去する事によって前記ストライプマ
   スク上の前記不純物を除去する工程と、この後に熱処理
   する事によって前記不純物を拡散して、ストライプ両脇
   の領域の活性層に含まれる量子井戸を無秩序化する工程
   と、少なくともメサ側面には被覆せずかつ前記不純物拡
   散部は被覆する絶縁膜を形成する工程とを少くとも含む
   ことを特徴とする半導体レーザの製造方法。