JPH03296290A - 半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents

半導体レーザ素子の製造方法

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JPH03296290A
JPH03296290A JP2099012A JP9901290A JPH03296290A JP H03296290 A JPH03296290 A JP H03296290A JP 2099012 A JP2099012 A JP 2099012A JP 9901290 A JP9901290 A JP 9901290A JP H03296290 A JPH03296290 A JP H03296290A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は信頼性の高いA lGaAs系半導体レーザ素
子およびその製造方法に関する。
(従来の技術) 従来、電流注入路を形成する溝を埋め込んだ、いわゆる
埋込み型の半導体レーザ素子が広く用いられている。こ
のような半導体レーザの一般的な製造方法を第3図(a
)〜(c)に示す。
まず、第3図(a)に示すように、n−GaAs基板1
上に、n−Al@、5Ga、B、5As第1クラッド層
21、A1.、 I4Ga!118As活性層3 、 
p−Al1+、6Gag、5As第2クラッド層22、
およびn−GaAsN流阻止層62をエピタキシャル成
長法により順次積層する。次に、ストライプ状の開口部
を有するホトレジストパターン102を形成し、n−G
aAs電流阻止層62をI)−A1[1,5Ga11.
5ASAs第2クラツド2の上で止まるように選択的に
エツチングして、第3図(b)に示すようなストライプ
状の溝を形成する。ホトレジストパターン102を除去
した後、p−AIB、5Gag、5As第3クラッド層
23およびp−GaAsコンタクト層7を、エピタキシ
ャル成長法によって第3図(e)に示すように順次積層
する。
最後に、n−GaAs基板1の下面にn側電極を形成し
、p−GaAsコンタクト層7の上面にp側電極を形成
することによって、半導体レーザ素子か得られる。
しかし、この製造方法では、n−GaAs電流阻止層6
2をx ’yチングした後、1)−Als、sGa++
、sAS第3クラッド層23およびp−GaAsコンタ
クト層7が積層されるまでの間に、ストライプ状溝の底
部におけるpAlg、5GaB、5As第2クラッド層
22の表面が外気に曝され、酸化されてしまう。酸化さ
れたp−Al2 、5Ga26As第2クラツド層22
の上部にエピタキシャル成長法によって形成された層は
、再成長界面近傍に多くの結晶欠陥を有する。このよう
な問題は、液相成長法(LPE法)、分子線エピタキシ
ャル成長法(MBE法)、有機金属熱分解法(MOCV
D法)などのいずれのエピタキシャル成長法を用いても
発生する。
そして、これらの結晶欠陥の多くは深いエネルギー準位
を構成し、このらような半導体レーザ素子を動作させた
場合、発生するレーザ光の一部がこの深い準位にトラッ
プされて熱に変換されるので、活性層近傍の温度が上昇
する。さらに、これらの結晶欠陥は、非発光結合中心と
して働き、発光量の低下を引き起こすので、素子特性が
劣化する原因となる。
このような問題点を解決する手段として、LPE法にお
いてGaAsがメルトバックしやすいという性質を利用
した方法が知られている。例えば、第4図(a)〜(e
)に示すような工程によって、AlGaAs系の半導体
レーザ装置が製造される。まず第4図(a)に示すよう
に、n−GaAs基板1上に、n−Ala、5Gae5
As第1クラツド層21、Als、+4Gae、eeA
s活性層3、p−Al、、5Ga6.5As第2クラッ
ド層22、p−GaAsバッファ層4、p−Al2.5
0aB、5As工ツチングストツパ層5、およびn−G
aAs電流阻止層62を、適当なエピタキシャル成長法
を用いて順次積層する。次に、n−GaAs電流阻止層
62の上面にストライプ状の開口部を有するホトレジス
トパターン102を形成し、アンモニア系エッチャント
を用いてn−GaAs1流阻止層62ヲp−Al8,5
Ga6,5As工ツチングストツパ層5に達するまで選
択的にエツチングして、第4図(b)に示すようなスト
ライプ状の溝を形成する。次いで、ホトレジストパター
ン102を除去した後、フッ化水素酸の水溶液に浸すこ
とにより、第4図(c)に示すように、ストライプ溝の
底部におけるpp−Al256Ga、5As工ツチング
ストツパ層5を除去する。このように処理されたウェハ
をLPE装置内に挿入し、Ga−Al−As系融液に接
触させることによって、n−GaAs’l流阻止層62
の表面およびストライプ状溝の底部のp−GaAsバッ
ファ層4がメルトバックし、溝の底部にp−Ale、5
Gae’、 5As第2クラッド層22が露出する。引
き続いて、同一のLPE装置を用いて、さらにp−A 
lGaAs第3クラッド層23およびp−GaAsコン
タクト層7を順次積層する。最後に、n−GaAs基板
1の下面にn(lllJi極92を形成し、p−GaA
sコンタクト層7の上面にp側電極91を形成すること
によって、第4図(d)の半導体レーザ素子が得られる
(発明が解決しようとする課題) 上記のような従来の製造方法では、Ga−Al−As系
融液によるメルトバックにおいて、溝の底部に存在する
1)−GaAsバッファ層4があまりメルトバ・7りせ
ず、溝の肩部のn−GaAs’l流阻止層62が大きく
メルトバノクする。例えば、p GaAsバッファ層4
は、はとんどメルトバックせずに残り、溝の肩部のnG
aAs電流阻止層62かメルトバックして、溝の幅が広
くなり、得られるレーザ素子は、第4図(e)に示すよ
うな構造となる。さらに、このストライプ状溝の幅は、
Ga−Al−As系融液の過飽和度の分布などに依存し
、同一ウエバ内でもばらつきが生じる。
そして、溝の底部に残ったI)−GaA sバッファ層
4は、Ala、+4Ga6.g6As活性層3で発生し
た光を吸収するので、発光強度の低下を引き起こす。p
−GaASバッファ層4を非常に薄くして完全にメルト
バックさきでも、溝の幅にばらつきが生じるので、閾値
電流にばらつきが生じ、製品の歩留りが低下する。
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、その
目的とするところは、信頼性の高いAlGaAs系半導
体レーザ素子を提供することにある。本発明の池の目的
は、このような信頼性の高いAlGaAs系半導体レー
ザ素子を歩留り良く製造し得る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) 本発明の半導体レーザ素子は、半導体基板の上方に順次
形成された、n−A lGaAs第1クラッド層、Al
GaAs活性層、p−AlGaAs第2クラッド層、お
よび電流阻止層を含む積層構造を宵する半導体レーザ素
子であって、該電流阻止層がn−AlGaAsからなり
ストライプ状の電流注入路を構成し、そのことにより上
記目的が達成される。
好ましい実施態様によれば、本発明の半導体レーザ素子
は、前記電流阻止層の下側に、1−GaAsからなる光
吸収層を有し、そのことにより上記目的が達成される。
本発明による半導体レーザ素子の製造方法は、n−Ga
As基板上に、n−AlGaAs第1クラッド層、Al
GaAs活性層、p−AlGaAs第2クラッド層、p
−GaAsバッファ層、n−AlGaAsエツチングス
トッパ層、必要に応じてn−GaAs光吸収層、n−A
lGaAs電流阻止層およびn−GaAs保護層をエピ
タキシャル成長法により順次積層する工程と;該n−G
aAs保護層、n−GaAs光吸収層、およびn−Al
GaAs電流阻止層とをエツチングしてストライプ状の
溝を形成する工程と;該ストアー =8− ライブ状溝の底部における該n−AlGaAsエツチン
グストッパ層を除去する工程と;該ストライプ状溝の底
部における該p−GaAsバッファ層およびn−GaA
s保護層の少なくとも一部を、メルトバックにより除去
する工程と;引き続いて、p−AlGaAs第3クラッ
ド層およびp−GaAsコンタクト層をエピタキシャル
成長法により順次積層する工程と;を包含し、そのこと
により上記目的が達成される。
本発明の方法によれば、電流阻止層がn−AlGaAs
からなるので、Ga−Al−As系融液によって電流阻
止層がメルトバックすることがない。したがって、p−
GaAsバッファ層を完全にメルトバックすることが可
能であり。、電流注入路の幅にばらつきが生じない。溝
の底部にバッファ層が残存しないので、バッファ層が活
性層から発生した光を吸収して発光量を低下させること
がない。さらに、バッファ層のメルトバックから、第3
クラッド層の積層を引き続いて行うので、第3クラッド
層の成長界面近傍に結晶欠陥が生じることなく、結晶欠
陥に起因する問題点もない。
本発明の電流阻止層のA1組成比は、溝のエツチング条
件やエツチングストッパ層の組成に依存するが、0.0
1〜0.40であることが好ましい。
電流阻止層のA1組成比が0.2を越える場合、以下の
ような問題点が生じる場合がある。ストライプ状溝をエ
ツチングした後、n−AlGaAsエツチングストッパ
層を、例えば、フッ化水素酸水溶液で除去するが、この
とき溝の底部のエツチングストッパ層を完全に除去して
、p−GaAsバッファ層を露出しておかなければ、次
の工程で、p−GaAsバッファ層をメルトバックする
ことが困難となる。したがって、n−AlGaAsエツ
チングストッパ層を除去する場合は、第5図(a)に示
すようなオーバーエツチングの状態になり易い。このよ
うなオーバーエツチングの状態にあるウェハをGa−A
l−As系融液でメルトバックした場合、n AlGa
As電流阻止層がメルトバックされにくいため、第5図
(b)に示すように、nAlGaAsエツチングストッ
パFm トルーGaAsバッファ層とがへこんだ状態に
なる。この状態でp−AlGaAs第3クラッド層およ
びp−GaAsコンタクト層の積層を一 1〇− 行うと、このへこみ部分での結晶の成長状態が悪くなり
、エピタキシャル欠陥が発生し易くなる。
このような問題を解決する手段として、電流阻止層の下
側に、n−GaAsからなる光吸収層を設けてもよい。
この光吸収層は、n−GaAsバッファ層とともにメル
トバックするので、エツチングストッパ層のへこみを解
決することが出来る。
(実施例) 以下に、本発明の実施例について説明する。なお、以下
の実施例において、AlGaAsからなる各層のA1組
成比は適宜変更され得る。
灸皿匠よ 第1図(a)〜(d)に、本発明による半導体レーザ素
子の一実施例の製造工程を示す。以下に、これらの図に
したがって、本実施例の半導体レーザ素子の製造方法を
説明する。
(1)n−GaAs基板1上に、n−GaAsバッファ
層、n−Ala、5[IGa[!、51!AS第1クラ
ッド層21、A111.l4Ga11.86AS活性層
3、l) AI[! 5[IGa+!、5[IAS第2
クラッド層22、p−GaAsバッファ層4、n−Al
g、61IGaB、42As工ツチングストツパ層5、
n−AIII、IBGa2.gBAs電流阻止層61、
およびn−GaAs保護層101を、MBE法により順
次積層した(第1図(a))。MBE法は、界面が急峻
であるので、超格子構造を有する活性層を得ることがで
きる。さらに、第1および第2クラッド層に5C11構
造あるいはGAIIJ−3CH構造を形成することがで
きる。
しかし、他のエピタキシャル成長法、例えばMOCVD
法、LPE法を用いることも可能である。
(2)n−GaAs保護層101上に、ストライプ状の
開口部を有するホトレジストパターン102を形成し、
これをエツチングマスクとして、ホトリソグラフィ技術
により、n−GaAs保護層101およびn−Al6,
120ai1.9[IAs電流阻止層61をエツチング
して、n−Al!!、61!Gag、42Asエツチン
グストッパ層5に達するストライプ状の溝を形成した(
第1図(b))。このとき、エツチング液としては、ア
ンモニア水と過酸化水素との混合液などのGaAs選択
エツチング液を用いた。電流阻止層のA1組成比が0.
3以下であれば、このようなエツチング液で電流阻止層
をエツチングすることが可能である。A1組成比が、 
03より大きい場合は、エツチング液として、硫酸と過
酸化水素水との混合水溶液、または塩酸水溶液などを用
いる。第1図(b)に示したストライプ状溝の断面形状
はメサ形であるが、逆メサ形であってもよい。
(3)ホトレジストパターン102を除去した後、フッ
化水素酸水溶液などのAlGaAs選択エツチング液に
上記のウェハを浸漬することにより、溝の底部における
n−A 16.6eGaθ、41]As工ツチングスト
ツパ層5を除去した(第1図(C))。このとき、電流
阻止層か同時にエツチングされないように、電流阻止層
のA1組成比は0.40以下であることが好ましい。
(4)上記のウェハをLPE装置内に挿入し、Ga−A
lAs系融液に接触させることにより、GaAs層をメ
ルトバックさせた。AlGaAs層は、たとえA1組成
比が低くてもメルトバックされにくい。したがって、1
−GaAs保護層101および溝の底部におけるp−G
aAsバッファ層4がメルトバックにより、除去された
(第1図(d))。保護層は、必ずしもその全てが除去
される必要はない。溝の底部におけるバッファ層は完全
に除かれて、溝の底部に第2クラッド層が露出すること
か望ましい。しかし、バッファ層が、第2クラッド層お
よび後述の第3図クラッド層と同一の導電型であり、メ
ルトバック後、バッファ層が残存しても、半導体レーザ
素子の直列抵抗が大きくなるような電気的特性の悪化を
引き起こすことがないので、バッファ層の光吸収による
発光量の低下か小さい範囲であれば、多少バッファ層が
残存していてもよい。
(5)引き続いて、同一のLPE装置内で、p−Alz
、5sGag 、 5eAs第3クラッド層23および
p−GaAs:Iンタクト層7を順次積層した。さらに
n−GaAs基板1の下面にn側電極92を形成し、p
−GaA sコンタクト層の上面にp(lll’l極9
1を形成して、半導体レーザ素子を得た(第1図(e)
)。
上記のようにして製造された本発明の半導体レーザ素子
は、上記工程(3)でエツチングストッパ層が除去され
た後、空気中に露出されて酸化したpGaAsGaAs
バッファ層aAs保護層とがメルトバ・ツクにより除去
されているのて、工程(5)で第2回目のエピタキシャ
ル成長法を行った際、成長界面近傍に結晶欠陥が生じず
、結晶欠陥に起因する深い準位や非発光再結合中心がな
く、信頼性の高い半導体レーザ素子である。さらに、電
流阻止層がGa−Al−As系融液によってメルトバッ
クされ難いので、メルトバックを行うことによって、溝
の幅が広くなることがなく、同一ウエバ内で素子の閾値
電流値がばらつくなどの問題が生じない。
実屓[鳳」− 第2図(a)〜(e)に、本発明の他の半導体レーザ素
子の製造工程を示す。以下に、これらの図にしたがって
、本実施例の半導体レーザ素子の製造方法を説明する。
まず、第2図に示すように、n−GaAs基板1上に、
n−GaAsバッファ層、n−Alg、56Ga2,5
2As第1クラッド層21、A16,140al1.B
6As活性層3.1)−All!、 5[IGa[16
[IAS第2クラッド層22、p−GaAsバッファ層
4、p−AlB、63Ga3,4gASエツチングスト
ッパ層5、n−GaAs光吸収層8、n=”!!、21
3GaI]、8[IAS電流素子層61、およびn−G
aAs保護層101を、MBE法により、順次積層した
。電流阻止層のA1組成比は、0.05〜0.40であ
ることが好ましい。
(2)n−GaAs保護層101上に、ストライプ状の
開口部を有するホトレジストパターン102を形成し、
これをエツチングマスクとして、ホトリソグラフィ技術
により、n−GaAs保護層101、n−Al2,22
Ga2.BAs?lfi流阻止層61流上止層61aA
s光吸収層8をエツチングして、り−Alf!、e6G
a6,42ASエソチンゲストツバ層5に達するストラ
イプ状の溝を形成した(第2図(b))。このとき、エ
ツチング液としては、アンモニア水と過酸化水素水との
混合液などのGaAs選択エツチング液を用いる。電流
阻止層のA1組成比が03以下であれば、このようなエ
ツチング液で電流阻止層をエツチングすることが可能で
ある。A1組成比が、 0.3より大きい場合は、電流
阻止層のエツチング液として硫酸と過酸化水素水との混
合水溶液、または塩酸水溶液などを用いる。このときの
溝の形状はメサ形であって逆メサ形であってもよい。
(3)ホトレジストパターン102を除去した後、フ−
15= フ化水素酸水溶液などのAlGaAs選択エツチング液
に上記のウェハを浸漬することにより、溝の底部におけ
るp”e、61!Gata、4゜Asエツチングストッ
パ層5を除去した(第2図(C))。
(4)上記ウェハをLPE装置内に挿入し、Ga−AI
−As系融液に接触させると、GaAs層がメルトバッ
クすする。AlGaAs層は、たとえA1組成比が低く
てもメルトバックしない。したがって、n−GaAs保
護層101 、n−GaAs光吸収層8、および溝の底
部におけるn−GaAsバッファ層4がメルトバックす
る。上記工程(3)て、p−Alu、eBGal!、a
eASエツチングストッパ層5が、過剰にエツチングさ
れて、溝の側部におけるl) A’i1.62Gall
、42AS工ツチングストツバ層5にへこみがある場合
、この工程でn−GaAs光吸収層8がメルトバックに
よって後退し、I)−A1.!、a[IGae、4eA
s工ツチングストツパ層5のへこみが解消される(第2
図(d))。
(5)引き続いて、同一のLPE装置内で、り−s、5
sGa1!、5!IAS第3クラッド層23およびp−
GaAsDンタクト層7を順次積層した。さらにn−G
aAs基板1の下面にn側電極92を形成し、p−Ga
Asコンタクト層の上面にp側電極91を形成して、半
導体レーザ素子を得た(第2図(e))。
このようにして得られた本実施例の半導体レーザ素子は
、電流阻止層の下側に、Ga−A l−As系融液によ
ってメルトバックしやすいn−GaAs光吸収層を有す
る。そのため、電流阻止層のA1組成比が大きい場合、
エツチングストッパ層のオーバーエツチングに起因して
電流阻止層の下に生じる、溝側部のエツチングストッパ
層とバッファ層とのへこみがない。したがって、このへ
こみ部分で生じやすい結晶成長の不良がなく、信頼性の
高い半導体レザ素子である。
(発明の効果) このように本発明のAlGaAs系半導体レーザ素子は
、結晶欠陥に起因する活性層近傍の温度上昇や発光量の
低下がなく、電流注入路の幅にばらつきがない。そして
、本発明の製造方法によれば、このような信頼性の高い
AlGaAs系半導体レーザ素子が、歩留り良く製造さ
れ得る。
=17 迭−一図jド11隼L」咋咀 第1図(a)〜(e)は、本発明による半導体レーザ素
子の一実施例の製造方法を示す断面図、第2図(a)〜
(e)は、本発明による半導体レーザ素子の他の実施例
の製造方法を示す断面図、第3図(a)〜(c)および
第4図(a)〜(e)は、いずれも従来の半導体レーザ
素子の製造方法を示す断面図、第5図(a)〜(b)は
、第1図(a)〜(e)の半導体レーザ素子の製造方法
において、電流阻止層62のA1組成比が大きい場合に
生じる問題点を示す断面図である。
1−n−GaAs基板、21・・n−AlGaAs第1
クラッド層、22− p−AlGaAs第2クラッド層
、23 ・p−Δ1GaAs第3クラッド層、3・・・
AlGaAs活性層、4・・・p−GaAsバッファ層
、5・・・p−AlGaAsエツチングストッパ層、6
1− n−A lGaAs電流阻止層、62− n−G
aAs?4流阻止層、7・・・p−GaAsコンタクト
層、8・・・光吸収層、91・・・p側電極、92==
n側電極、101−n−GaAs保護層、102・・・
ホトレンストパターン。
以上

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板の上方に順次形成された、n−AlGa
    As第1クラッド層、AlGaAs活性層、p−AlG
    aAs第2クラッド層、および電流阻止層を含む積層構
    造を有する半導体レーザ素子であって、 該電流阻止層がn−AlGaAsからなり、ストライプ
    状の電流注入路を構成する、 半導体レーザ素子。 2、前記電流阻止層の下側に、n−GaAsからなる光
    吸収層を有する、請求項1に記載の半導体レーザ素子。 3、n−GaAs基板上に、n−AlGaAs第1クラ
    ッド層、AlGaAs活性層、p−AlGaAs第2ク
    ラッド層、p−GaAsバッファ層、n−AlGaAs
    エッチングストッパ層、n−AlGaAs電流阻止層お
    よびn−GaAs保護層をエピタキシャル成長法により
    順次積層する工程と; 該n−GaAs保護層とn−AlGaAs電流阻止層と
    をエッチングしてストライプ状の溝を形成する工程と;
    該ストライプ状溝の底部における該n−AlGaAsエ
    ッチングストッパ層を除去する工程と; 該ストライプ状溝の底部における該p−GaAsバッフ
    ァ層およびn−GaAs保護層の少なくとも一部を、メ
    ルトバックにより除去する工程と; 引き続いて、p−AlGaAs第3クラッド層およびp
    −GaAsコンタクト層をエピタキシャル成長法により
    順次積層する工程と;を包含する半導体レーザ素子の製
    造方法。 4、前記n−AlGaAsエッチングストッパ層とn−
    AlGaAs電流阻止層とを積層する工程において、該
    n−AlGaAs電流阻止層の下側にn−GaAs光吸
    収層を積層し、そして、前記ストライプ状の溝を形成す
    る工程において、前記n−GaAs保護層、該n−Ga
    As光吸収層およびn−AlGaAs電流阻止層とをエ
    ッチングする、前記請求項3に記載の半導体レーザ素子
    の製造方法。
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