JPH04212488A - 半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ装置およびその製造方法Info
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- JPH04212488A JPH04212488A JP481091A JP481091A JPH04212488A JP H04212488 A JPH04212488 A JP H04212488A JP 481091 A JP481091 A JP 481091A JP 481091 A JP481091 A JP 481091A JP H04212488 A JPH04212488 A JP H04212488A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、活性層をはさんでn型
クラッド層とp型クラッド層が積層され、各層がそれぞ
れAlGaInP 系半導体よりなる半導体レーザ装置
およびその製造方法に関する。
クラッド層とp型クラッド層が積層され、各層がそれぞ
れAlGaInP 系半導体よりなる半導体レーザ装置
およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】pn接合におけるキャリアの注入を利用
した半導体レーザ装置は種々開発されている。単一横モ
ードで発振するAlGaInP 系半導体レーザ装置と
しては、図1に示す構造のものが知られている。すなわ
ち、n型GaAs基板1の上にn型Al0.5In0.
5P 第一クラッド層2とp型Al0.5In0.5P
第二クラッド層4にはさまれたノンドープのGa0.
5In0.5P よりなる活性層3を有し、第二クラッ
ド層4の上には電流狭窄層8にはさまれたp型Al0.
5In0.5P 第三クラッド層6がエッチングストッ
プ層5を介して積層されている。さらに、第三クラッド
層6にはコンタクト層7が接触している。このような積
層構造は、図2(a)〜(d)に示す工程で製造される
。まず減圧有機金属気相成長法(減圧MOCVD法)を
用いてSiドープ,キャリア濃度2×1018/cm3
のn型GaAs基板1の上にキャリア濃度5×101
7/cm3 で厚み1.0μmのn型Al0.5In0
.5P 第一クラッド層2,厚み0.1μmのノンドー
プGa0.5In0.5P 活性層3、キャリア濃度1
×1017/cm3 のp型Al0.5In0.5P第
二クラッド層4、厚み40Åでキャリア濃度1×101
8/cm3 のp型(Al0.1 Ga0.9)0.5
In0.5P エッチングストップ層5、厚み0.8μ
mでキャリア濃度1×1017/cm3 のp型Al0
.5In0.5P 第三クラッド層6および厚み0.5
μmでキャリア濃度1×1018/cm3 のp型Ga
Asコンタクト層71を順次成長させる(図(a))。 次にSiO2膜9をウエハ全面に付着させた後、通常用
いられているフォトリソグラフィにより複数の幅5μm
のSiO2ストライプを形成する。そしてそのSiO2
ストライプをマスクとしてりん酸系エッチング液により
コンタクト層71をメサ状にエッチングし、つづいて塩
酸系エッチング液により第三クラッド層6をエッチング
ストップ層5までメサ状にエッチングする(図(b))
。次いでSiO2膜9を付着させたまま減圧MOCVD
法を用いて厚み1.3μmでキャリア濃度1×1019
/cm3 n型GaAs電流狭窄層8を選択成長させる
(図(c))。 そしてSiO2膜9を除去した後に再度MOCVD法を
用いて厚み3μmでキャリア濃度1×1018/cm3
のp型GaAsコンタクト層72を成長させる(図(
d))。その後は、p,n両電極を形成したのち、へき
開チップ化を行うことにより半導体レーザ装置が完成す
る。
した半導体レーザ装置は種々開発されている。単一横モ
ードで発振するAlGaInP 系半導体レーザ装置と
しては、図1に示す構造のものが知られている。すなわ
ち、n型GaAs基板1の上にn型Al0.5In0.
5P 第一クラッド層2とp型Al0.5In0.5P
第二クラッド層4にはさまれたノンドープのGa0.
5In0.5P よりなる活性層3を有し、第二クラッ
ド層4の上には電流狭窄層8にはさまれたp型Al0.
5In0.5P 第三クラッド層6がエッチングストッ
プ層5を介して積層されている。さらに、第三クラッド
層6にはコンタクト層7が接触している。このような積
層構造は、図2(a)〜(d)に示す工程で製造される
。まず減圧有機金属気相成長法(減圧MOCVD法)を
用いてSiドープ,キャリア濃度2×1018/cm3
のn型GaAs基板1の上にキャリア濃度5×101
7/cm3 で厚み1.0μmのn型Al0.5In0
.5P 第一クラッド層2,厚み0.1μmのノンドー
プGa0.5In0.5P 活性層3、キャリア濃度1
×1017/cm3 のp型Al0.5In0.5P第
二クラッド層4、厚み40Åでキャリア濃度1×101
8/cm3 のp型(Al0.1 Ga0.9)0.5
In0.5P エッチングストップ層5、厚み0.8μ
mでキャリア濃度1×1017/cm3 のp型Al0
.5In0.5P 第三クラッド層6および厚み0.5
μmでキャリア濃度1×1018/cm3 のp型Ga
Asコンタクト層71を順次成長させる(図(a))。 次にSiO2膜9をウエハ全面に付着させた後、通常用
いられているフォトリソグラフィにより複数の幅5μm
のSiO2ストライプを形成する。そしてそのSiO2
ストライプをマスクとしてりん酸系エッチング液により
コンタクト層71をメサ状にエッチングし、つづいて塩
酸系エッチング液により第三クラッド層6をエッチング
ストップ層5までメサ状にエッチングする(図(b))
。次いでSiO2膜9を付着させたまま減圧MOCVD
法を用いて厚み1.3μmでキャリア濃度1×1019
/cm3 n型GaAs電流狭窄層8を選択成長させる
(図(c))。 そしてSiO2膜9を除去した後に再度MOCVD法を
用いて厚み3μmでキャリア濃度1×1018/cm3
のp型GaAsコンタクト層72を成長させる(図(
d))。その後は、p,n両電極を形成したのち、へき
開チップ化を行うことにより半導体レーザ装置が完成す
る。
【0003】活性層,クラッド層の材料としては(Al
x Ga1−x) y In1−y P,ただし0≦x
≦1,0.45≦y≦0.55であらわされる半導体を
用いることができる。例えば各クラッド層にn型あるい
はp型の(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P
も用いられる。また、活性層にはAl/Ga組成比がク
ラッド層より小さいAlGaInP 系半導体が用いら
れる。
x Ga1−x) y In1−y P,ただし0≦x
≦1,0.45≦y≦0.55であらわされる半導体を
用いることができる。例えば各クラッド層にn型あるい
はp型の(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P
も用いられる。また、活性層にはAl/Ga組成比がク
ラッド層より小さいAlGaInP 系半導体が用いら
れる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、以上のような
方法でAlGaInP系半導体レーザ装置を製造する場
合、次のような問題がある。それは、p型Al0.5I
n0.5P,p型(Al0.7Ga0.3)0.5In
0.5P からなる第二クラッド層4および第三クラッ
ド層6をMOCVD法を用いて製造する場合、ジエチル
亜鉛あるいはジメチル亜鉛によって一般にp型に対する
ドーパントとして用いられているZnのドーピングを行
うと、ZnがAlInP 結晶内で活性化せずに上記の
ようにキャリア濃度で1×1017/cm3 程度しか
得られないことである。この程度のキャリア濃度ではp
型のクラッド層の抵抗は1Ω・cm程度と高く、レーザ
を発振させるために電流を流すと第二クラッド層4およ
び第三クラッド層6の領域で発熱し、望まれるレーザ特
性が得られなかった。
方法でAlGaInP系半導体レーザ装置を製造する場
合、次のような問題がある。それは、p型Al0.5I
n0.5P,p型(Al0.7Ga0.3)0.5In
0.5P からなる第二クラッド層4および第三クラッ
ド層6をMOCVD法を用いて製造する場合、ジエチル
亜鉛あるいはジメチル亜鉛によって一般にp型に対する
ドーパントとして用いられているZnのドーピングを行
うと、ZnがAlInP 結晶内で活性化せずに上記の
ようにキャリア濃度で1×1017/cm3 程度しか
得られないことである。この程度のキャリア濃度ではp
型のクラッド層の抵抗は1Ω・cm程度と高く、レーザ
を発振させるために電流を流すと第二クラッド層4およ
び第三クラッド層6の領域で発熱し、望まれるレーザ特
性が得られなかった。
【0005】また別のp型に対するドーパントとしては
Mgが知られているが、このドーパントをMOCVD法
に用いる場合、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム
(Mg(C5H5)2) を使用する。Mgをドーパン
トとして用いるとキャリア濃度は1×1018/cm3
程度のものがえられ、第二,第三クラッド層の抵抗率
も0.1Ω・cm以下になって、レーザを発振させた場
合に問題となる発熱もZnを用いた時よりも小さくなり
、レーザ特性に影響を与えない。しかし、ビスシクロペ
ンタジエニルマグネシウムは配管等に吸着しやすく、ド
ーパントMgの分布をSIMSで分析すると予定してい
た分布と異なり、Mgの分布は成長開始後しばらくして
から気相成長膜に取り込まれていることがわかった。こ
れは、ビスシクロペンタジエルマグネシウムが配管等に
吸着し、吸着が飽和してから気相成長膜に取り込まれる
ためと考えられる。このようにMgをドーパントとして
用いた場合、Mgの制御が難しくp型クラッド層の再現
性も低かった。
Mgが知られているが、このドーパントをMOCVD法
に用いる場合、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム
(Mg(C5H5)2) を使用する。Mgをドーパン
トとして用いるとキャリア濃度は1×1018/cm3
程度のものがえられ、第二,第三クラッド層の抵抗率
も0.1Ω・cm以下になって、レーザを発振させた場
合に問題となる発熱もZnを用いた時よりも小さくなり
、レーザ特性に影響を与えない。しかし、ビスシクロペ
ンタジエニルマグネシウムは配管等に吸着しやすく、ド
ーパントMgの分布をSIMSで分析すると予定してい
た分布と異なり、Mgの分布は成長開始後しばらくして
から気相成長膜に取り込まれていることがわかった。こ
れは、ビスシクロペンタジエルマグネシウムが配管等に
吸着し、吸着が飽和してから気相成長膜に取り込まれる
ためと考えられる。このようにMgをドーパントとして
用いた場合、Mgの制御が難しくp型クラッド層の再現
性も低かった。
【0006】本発明の目的は、上述の問題を解決し、下
層との界面から直ちにドープされ、かつ低抵抗になるの
に十分なキャリア濃度にされたp型クラッド層を有する
半導体レーザ装置およびその製造方法を提供することに
ある。
層との界面から直ちにドープされ、かつ低抵抗になるの
に十分なキャリア濃度にされたp型クラッド層を有する
半導体レーザ装置およびその製造方法を提供することに
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、活性層をはさんでn型クラッド層およ
びp型クラッド層が積層され、各層がそれぞれ(Alx
Ga1−x ) y In1−y P であらわされ
0≦x≦1,0.45≦y≦0.55であるAlGaI
nP 系半導体よりなる半導体レーザ装置において、p
型クラッド層のドーパントがZnおよびMgであるもの
とする。また本発明は、基体上にそれぞれ(Alx G
a1−x ) y In1−y P であらわされ0≦
x≦1,0.45≦y≦0.55であるAlGaInP
系半導体よりなるn型クラッド層,活性層およびp型
クラッド層を有機金属気相成長法により順次積層する工
程を含む半導体レーザ装置の製造方法において、p型ク
ラッド層成長時の反応ガスに有機亜鉛化合物および有機
マグネシウム化合物を同時に混入するものとする。そし
て有機亜鉛化合物としてはジエチル亜鉛あるいはジメチ
ル亜鉛を用いることが有効であり、有機マグネシウム化
合物としてはビスシクロペンタジエニルマグネシウムを
用いることが有効である。
めに、本発明は、活性層をはさんでn型クラッド層およ
びp型クラッド層が積層され、各層がそれぞれ(Alx
Ga1−x ) y In1−y P であらわされ
0≦x≦1,0.45≦y≦0.55であるAlGaI
nP 系半導体よりなる半導体レーザ装置において、p
型クラッド層のドーパントがZnおよびMgであるもの
とする。また本発明は、基体上にそれぞれ(Alx G
a1−x ) y In1−y P であらわされ0≦
x≦1,0.45≦y≦0.55であるAlGaInP
系半導体よりなるn型クラッド層,活性層およびp型
クラッド層を有機金属気相成長法により順次積層する工
程を含む半導体レーザ装置の製造方法において、p型ク
ラッド層成長時の反応ガスに有機亜鉛化合物および有機
マグネシウム化合物を同時に混入するものとする。そし
て有機亜鉛化合物としてはジエチル亜鉛あるいはジメチ
ル亜鉛を用いることが有効であり、有機マグネシウム化
合物としてはビスシクロペンタジエニルマグネシウムを
用いることが有効である。
【0008】
【作用】p型クラッド層のドーパントにZnおよびMg
を用いることにより、p型クラッド層の大部分はMgが
ドーパントとして働くため低抵抗となり、Mgがドープ
されない成長初期の層部分にはZnがドーパントとして
働くため、安定した界面の制御ができる。
を用いることにより、p型クラッド層の大部分はMgが
ドーパントとして働くため低抵抗となり、Mgがドープ
されない成長初期の層部分にはZnがドーパントとして
働くため、安定した界面の制御ができる。
【0009】
【実施例】本発明の一実施例の半導体レーザ装置は図1
と同じ断面構造をもち、図2(a)〜(d)に示した工
程で製造できる。ただし、図2(b)に示した工程にお
いて減圧MOCVD法によりp型Al0.5In0.5
P 第二クラッド層4あるいは第三クラッド層6を成長
させる場合、トリメチルアルミニウム,トリメチルイン
ジウム,フォスフィンにジエチル亜鉛あるいはジメチル
亜鉛およびビスシクロペンタジエニルマグネシウムを混
合した反応ガスを、n型第一クラッド層2,活性層3な
どを積層した基板1を収容した反応管に減圧で流し、7
00℃に加熱する。これによりZnおよびMgをドーパ
ントとした第二クラッド層4あるいは第三クラッド層6
ができる。
と同じ断面構造をもち、図2(a)〜(d)に示した工
程で製造できる。ただし、図2(b)に示した工程にお
いて減圧MOCVD法によりp型Al0.5In0.5
P 第二クラッド層4あるいは第三クラッド層6を成長
させる場合、トリメチルアルミニウム,トリメチルイン
ジウム,フォスフィンにジエチル亜鉛あるいはジメチル
亜鉛およびビスシクロペンタジエニルマグネシウムを混
合した反応ガスを、n型第一クラッド層2,活性層3な
どを積層した基板1を収容した反応管に減圧で流し、7
00℃に加熱する。これによりZnおよびMgをドーパ
ントとした第二クラッド層4あるいは第三クラッド層6
ができる。
【0010】このような半導体レーザ装置と従来のpク
ラッド層のドーパントがZnのみのものおよびMgのみ
のものとを製造して特性の比較を行った。まず、第二,
第三クラッド層の抵抗率を測定すると、Znをドーパン
トとして用いたものは1Ω・cm程度なのに対して、Z
n,Mgをドーパントとして用いたものは0.1Ω・c
m以下と、Mgをドーパントとして用いたものと同等の
抵抗率を示すことが判明した。また、実際の電流−電圧
特性は、図3に示すように、Znのみをドーパントとし
て用いたものと比べると、第二,第三クラッド層の抵抗
率が減少した結果傾きが大きくなり、Mgのみをドーパ
ントとしたものと同等の電流−電圧特性を示しており、
本発明の効果が確認できた。また、同一仕様でドーパン
トをMgとZnとしたp型クラッド層の気相成長を10
回行い、再現性を確かめたところ、でき上がった半導体
レーザ装置が10回とも良好なレーザ発振を示し、Mg
だけをドーパントとして用いたものは良好なレーザ発振
を示すのが10回中3回であったのと比べ、歩留まりが
3倍強よくなっていることが確認できた。この原因を調
べるために、二次イオン質量分析機で半導体レーザ装置
用エピタキシァル膜中のZn,Mgの分布の様子を調べ
ると、Mgだけのものは、第二,第三クラッド層へのM
gの取り込まれ量が不安定であることがわかった。そし
て、良好なレーザ発振を行うエピタキシァル膜は、Mg
が第二クラッド層内に均一に取り込まれた時のみである
ことがわかった。本発明の方法を用いたエピタキシァル
膜を同様に調べてみると、Mgの分布は、従来の方法と
同様不安定であるが、Znは第二,第三クラッド層内に
均一に取り込まれており、このZnが取り込まれること
によって全てのレーザが良好なレーザ特性を得られたと
考えられる。
ラッド層のドーパントがZnのみのものおよびMgのみ
のものとを製造して特性の比較を行った。まず、第二,
第三クラッド層の抵抗率を測定すると、Znをドーパン
トとして用いたものは1Ω・cm程度なのに対して、Z
n,Mgをドーパントとして用いたものは0.1Ω・c
m以下と、Mgをドーパントとして用いたものと同等の
抵抗率を示すことが判明した。また、実際の電流−電圧
特性は、図3に示すように、Znのみをドーパントとし
て用いたものと比べると、第二,第三クラッド層の抵抗
率が減少した結果傾きが大きくなり、Mgのみをドーパ
ントとしたものと同等の電流−電圧特性を示しており、
本発明の効果が確認できた。また、同一仕様でドーパン
トをMgとZnとしたp型クラッド層の気相成長を10
回行い、再現性を確かめたところ、でき上がった半導体
レーザ装置が10回とも良好なレーザ発振を示し、Mg
だけをドーパントとして用いたものは良好なレーザ発振
を示すのが10回中3回であったのと比べ、歩留まりが
3倍強よくなっていることが確認できた。この原因を調
べるために、二次イオン質量分析機で半導体レーザ装置
用エピタキシァル膜中のZn,Mgの分布の様子を調べ
ると、Mgだけのものは、第二,第三クラッド層へのM
gの取り込まれ量が不安定であることがわかった。そし
て、良好なレーザ発振を行うエピタキシァル膜は、Mg
が第二クラッド層内に均一に取り込まれた時のみである
ことがわかった。本発明の方法を用いたエピタキシァル
膜を同様に調べてみると、Mgの分布は、従来の方法と
同様不安定であるが、Znは第二,第三クラッド層内に
均一に取り込まれており、このZnが取り込まれること
によって全てのレーザが良好なレーザ特性を得られたと
考えられる。
【0011】第二,第三クラッド層にp型(Al0.7
Ga0.3)0.5In0.5P層を用いる場合も同様
に良好な結果を得た。この場合は、減圧MOCVD法の
反応ガスにトリメチルガリウムを混合した。
Ga0.3)0.5In0.5P層を用いる場合も同様
に良好な結果を得た。この場合は、減圧MOCVD法の
反応ガスにトリメチルガリウムを混合した。
【0012】
【発明の効果】本発明は、p型AlGaInP 系クラ
ッド層のドーパントにZnとMgの双方を用いることに
より低抵抗で再現性のよいクラッド層が形成でき、良好
な素子特性を有する半導体レーザ装置を歩留まりよく製
造することが可能となった。そして、そのようなクラッ
ド層は、ジエチル亜鉛あるいはジメチル亜鉛およびビス
シクロペンタジエニルマグネシウムを添加した反応ガス
を用いるMOCVD法により容易に形成できる。
ッド層のドーパントにZnとMgの双方を用いることに
より低抵抗で再現性のよいクラッド層が形成でき、良好
な素子特性を有する半導体レーザ装置を歩留まりよく製
造することが可能となった。そして、そのようなクラッ
ド層は、ジエチル亜鉛あるいはジメチル亜鉛およびビス
シクロペンタジエニルマグネシウムを添加した反応ガス
を用いるMOCVD法により容易に形成できる。
【図1】本発明の一実施例および従来例の半導体レーザ
装置の断面図
装置の断面図
【図2】図1の装置の製造工程を(a)〜(d)の順に
示す断面図
示す断面図
【図3】基板,n型第一クラッド層,活性層上に順次積
層されるp型第二クラッド層,p型第三クラッド層の順
電流−順電圧特性がドーパントの種類により変わる様子
を示す線図
層されるp型第二クラッド層,p型第三クラッド層の順
電流−順電圧特性がドーパントの種類により変わる様子
を示す線図
1 基板
2 n型第一クラッド層
3 活性層
4 p型第二クラッド層
5 エッチングストップ層
6 p型第三クラッド層
7 コンタクト層
Claims (5)
- 【請求項1】活性層をはさんでn型クラッド層およびp
型クラッド層が積層され、各層がそれぞれ(Alx G
a1−x ) y In1−yP であらわされ0≦x
≦1,0.45≦y≦0.55であるAlGaInP
系半導体よりなる半導体レーザ装置において、p型クラ
ッド層のドーパントが亜鉛およびマグネシウムであるこ
とを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項2】基体上にそれぞれ(Alx Ga1−x
) y In1−y P であらわされ0≦x≦1,0
.45≦y≦0.55であるAlGaInP 系半導体
よりなるn型クラッド層,活性層およびp型クラッド層
を有機金属気相成長法により順次積層する工程を含む半
導体レーザ装置の製造方法において、p型クラッド層成
長時の反応ガスに有機亜鉛化合物および有機マグネシウ
ム化合物を同時に混入することを特徴とする半導体レー
ザ装置の製造方法。 - 【請求項3】請求項2記載の方法において、有機亜鉛化
合物がジエチル亜鉛である半導体レーザ装置の製造方法
。 - 【請求項4】請求項2記載の方法において、有機亜鉛化
合物がジメチル亜鉛である半導体レーザ装置の製造方法
。 - 【請求項5】請求項2,3あるいは4記載の方法におい
て、有機マグネシウム化合物がビスシクロペンタジエニ
ルマグネシウムである半導体レーザ装置の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25447390 | 1990-09-25 | ||
JP2-254473 | 1990-09-25 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04212488A true JPH04212488A (ja) | 1992-08-04 |
Family
ID=17265533
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP481091A Pending JPH04212488A (ja) | 1990-09-25 | 1991-01-21 | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04212488A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7495262B2 (en) | 2002-06-13 | 2009-02-24 | Panasonic Corporation | Compound semiconductor, method for producing the same, semiconductor light-emitting device and method for fabricating the same |
-
1991
- 1991-01-21 JP JP481091A patent/JPH04212488A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7495262B2 (en) | 2002-06-13 | 2009-02-24 | Panasonic Corporation | Compound semiconductor, method for producing the same, semiconductor light-emitting device and method for fabricating the same |
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