JPH0430589A

JPH0430589A - 半導体レーザの製造方法

Info

Publication number: JPH0430589A
Application number: JP13875490A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Hamada; 弘喜浜田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1990-05-28
Filing date: 1990-05-28
Publication date: 1992-02-03
Anticipated expiration: 2014-05-31
Also published as: JP2895915B2

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】（イ）産業上の利用分野本発明は、可視光を出射するＡｌＧａ１ｎＰ系化合物半
導体からなる半導体レーザの製造方法に関する。

（ロ）従来の技術ＡｌＧａＩｎＰは０．６μｍ帯の波長を有し、可視光半
導体レーザの材料として用いられている。

第６図は、例えばＪａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　
ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　、Ｖｏｌ、２８、Ｎｏ
、　９（１９８９）、　Ｐ、　１６１５−１６２１に記
載されている、従来のＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ
を示している。

図において、（１１）はｎ型ＧａＡｓからなる基板、（
１２）はｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層、（１３）は
ｎ型ＡｊＧａｌｎＰからなるｎ型クラッド層、（１４）
はアンドープのＧａＩｎＰからなる活性層、（１５）は
ｐ型ＡｊＧａｌｎＰからなるｎ型クラッド層、（１６）
はｎ型ＧａＡｓからなるブロック層である。これらの層
は周知のＭＯＣＶＤ法を用いて基板（１１）の−主面上
に順次エピタキシャル成長される。また、ブロック層（
１６）にはエツチングにより、ｎ型クラッド層（１５）
まで達する深さのストライプ状の溝（１６′）が形成さ
れている。

（１８）は露出したｎ型クラッド層（１５）上及びブロ
ック層（１６）上にエピタキシャル成長されたｐ型Ｇａ
Ａｓからなるキャップ層、（１９）はキャップ層（１８
）上に形成されたｐ側電極、（２０）は基板（１１）の
他主面上に形成されたｎ側電極である。

斯るＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザにおけるｎ型不純物
としては、通常ＳｅあるいはＳｉが用いられている。

（ハ）発明が解決しようとする課題しかるに、ｎ型クラッド層の不純物としてＳｅを用いる
と、次の活性層を形成する際に、成長炉中に残存するＳ
ｅが再蒸発し、活性層中に取り込まれ、活性層中にキャ
リアが生じるといった、所謂メモリー効果が現れる。第
７図は斯るメモリー効果を示し、Ｓｅを添加したＡ　Ｉ
’Ｇ　ａ　Ｉ　ｎＰ層（ｎ型クラッド層に対応）上に、
アンドープのＧａｌｎＰ層（活性層に対応）を積層した
ときの、厚さ方向のキャリア濃度分布を示している。

この様に、活性層中にＳｅが取り込まれると、斯るＳｅ
がドナー準位を形成するため半導体レーザが長波長化し
、さらに活性層自体の結晶性が劣化するため半導体レー
ザの信頼性が低下するといった問題が生じる。

また、ｎ型クラッド層の不純物としてＳｉを用いた場合
では、第８図（第７図でＡｌＧａｌｎＰ層に添加する不
純物をＳｉとしたもの）に示す如く、メモリー効果は現
れないものの、第９図に実線で示す様に、キャリア濃度
が高くなると、例えば６×１０１１０ｌ７”以上でｎ型
クラッド層のフォトルミネッセンス（ＰＬ）の発光強度
が低下する（図中破線は不純物としてＳｅを用いた場合
を示し、この場合キャリア濃度がＩ　Ｘ　１０　”ｃｍ
−”まで高い発光強度を保つことができる）。これは、
Ｓｉの過度の添加によって、ｎ型クラッド層の結晶性が
劣化したためである。このようなｎ型クラッド層の結晶
性の劣化は、この上に形成される活性層の結晶性を劣化
させる原因となり、ひいては半導体レーザの発振しきい
値の上昇、低寿命化を招く原因となる。

従って、本発明はｎ型クラッド層及び活性層の劣化を生
じさせること無く、十分なキャリア濃度を有するｎ型ク
ラッド層を形成することを技術的課題とする。

（ニ）課題を解決するための手段本発明は、基板上に、ｎ型クラッド層、活性層、ｎ型ク
ラッド層がこの順に積層されたＡＩＧａＩｎＰ系化合物
半導体からなる半導体レーザの製造方法であって、上記
課題を解決するため、上記ｎ型クラッド層の形成を、ｎ
型不純物の原料ガスとして、Ｓｅ原料ガスを供給してエ
ピタキシャル成長する第１の工程と、上記Ｓｅ原料ガス
の供給を止め、これに換えてＳｉ原料ガスを供給してエ
ピタキシャル成長する第２の工程と、によって行うこと
を特徴とする。

（ホ）作用本発明によれば、ｎ型クラッド層の形成を、ｎ型不純物
の原料ガスとして、Ｓｅ原料ガスを供給してエピタキシ
ャル成長する第１の工程と、上記Ｓｅ原料ガスの供給を
止め、これに換えてＳｉ原料ガスを供給してエピタキシ
ャル成長する第２の工程と、によって行い、この上に活
性層を積層することによって、ｎ型クラッド層の、活性
層との接合界面近傍におけるＳｉの添加量は、所望のキ
ャリア濃度から、その前に添加されたＳｅのメモノー効
果によって生じるキャリア濃度を差し引いた量で良く、
Ｓｉを単独で添加する際に必要とされる添加量より少な
くすることができる。

（へ）実施例先ず、第４図を参照して本発明の詳細な説明する。

第４図は、ｎ型不純物としてＳｅ原料ガスを供給して成
長した第１のＡ！ＧａＩｎＰ層上に、不純物の原料ガス
をＳｉ原料ガスに切り換えて第２のＡｌＧａｌｎＰ層を
成長し、更にこの上にアンドープのＧａｌｎＰ層を成長
したときの層厚方向のキャリア濃度分布を示す。図中Ａ
の部分はＳｅによって発生したキャリアを示し、Ｂの部
分はＳｌによって発生したキャリアを示す。

ここで、第４図における第１、第２のＡｌＧａｌｎＰ層
は、ＡｌＧａｌｎＰ系の半導体レーザのｎ型クラッド層
に対応し、アンドープのＧａｌｎＰ層は活性層に対応す
るものである。

図に示すように、本発明では先述したＳｅのメモリー効
果を利用して、第２のＡｌＧａｌｎＰ層のキャリア濃度
を、メモリー効果によって発生するキャリアに、その成
長時に添加するＳｉによるキャリアを加えて形成する。

これにより、第２のＡｌＧａＩｎＰ層成長時のＳｉの添
加量は、Ｓｉのみの添加で得る場合に比して少ない量で
すみ、且つアンドープのＧａＩｎＰ層におけるＳｅのメ
モリー効果は抑制され、ＡｊＧａｌｎＰ層とＧａｌｎＰ
層との界面は急峻となる。

また、第２のＡｊＧａｌｎＰ層成長時に、Ｓｉ原料ガス
の供給量を適宜増やしていくことによって、第４図に示
されるように、第１、第２のＡｊＧａｌｎＰ層にわたっ
て、略一定のキャリア濃度を得ることができる。

次に、本発明方法を適用して製造されたＡＩＧａＩｎＰ
系の半導体レーザの一例を第１図に示す。

図において、（１）は（１００）面を主面に有するｎ型
ＧａＡｓからなる基板、（２）は基板（１）の−主面（
１ａ）上に積層された厚さ０．３μｍのｎ型ＧａＡｓか
らなるバッファ層である。（３）は厚さ０．８μｍのｎ
型ＡＩＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層で、バッファ
層（２）上に、ｎ型不純物の原料ガスとして、Ｓｅ原料
ガスのみを供給して形成した第１層（３ａ）と、Ｓｉ原
料ガスのみを供給して形成した第２層（３ａ）とを順次
積層して構成される。

（４）はｎ型クラッド層（３）上に積層された、厚さ０
．０８μｍのアンドープＧａ１ｎＰからなる活性層、（
５）は活性層（４）上に積層された、厚さ０．８μｍの
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層、（６）は
ｐ型クラッド層（５）上に積層された、厚さ０．０５μ
ｍのｐ型ＧａＩｎＰからなるコンタクト層、（７）はコ
ンタクト層（６）上に積層された、厚さ０．　４μｍの
ｎ型ＧａＡｓからなるブロック層である。また、ブロッ
ク層（７）には、エツチングにより、コンタクト層（６
）まで達する幅５μｍのストライプ状の溝（７′）が形
成されている。

（８）はブロック層（７）上及び露出したコンタクト層
（６）上に積層された、厚さ１．５μｍのｐ型ＧａＡｓ
からなるキャップ層、（９）はキャップ層（８）上に形
成された、Ａｕ、Ｃｒの合金からなるｐ側電極、（１０
）は基板（１）の他主面（１ｂ）上に形成されたＡｕ、
Ｓｎ、Ｃｒの合金からなるｎ側電極である。

次に、本実施例装置の製造方法を第２図を参照して説明
する。

第２図（ａ）は第１の工程を示し、基板（１）の−主面
（１ａ）上に、成長温度を７００℃、成長圧力を７０ｔ
ｏｒｒとした減圧ＭＯＣＶＤ法を用いて、バッファ層（
２）、ｎ型クラッド層（３）、活性層（４）、ｐ型クラ
ッド層（５）、コンタクト層（６）、ブロック層（７）
を順次連続して成長する。

ここで、ｎ型クラッド層（３）の成長方法を第３図を参
照して具体的に説明する。第３図はｎ型クラッド層（３
）を成長する際のキャリアガスの供給量プロファイルを
示す。

第３図に示す如く、先ずｎ型不純物の原料ガスであるＳ
ｅ原料ガス、例えばＨ，Ｓｅを、Ｖ原ガス（即ちＰ原料
ガス）に対するモル比で、１×１０（ＨｓＳｅ／Ｖ族ガ
ス）程度、１０分間供給し、第１層（３ａ）を厚さ０．
３μｍ程度成長する。この時のＶ　／　ｍ比（ＩＩＩ族
ガスの合計に対するＶ原ガスのモル比）は５５０である
。

第１層（３ａ）の成長後、Ｓｅ原料ガスの供給を止め、
Ｓｉ原料ガスの供給を始める。この時、Ｓｉ原料ガス、
例えばＳｉＨ４は、ＩＩＩ族ガスの合計に対するモル比
で、０から８　Ｘ　１０−’（Ｓ　ｉＨ、／　ＩＩＩ族
ガス）まで増加させながら２０分間供給し、第２層（３
ｂ）を厚さ０．５μｍ程度成長する。

以上の方法によって、第１層（３ａ）及び第２層（３ｂ
）のキャリア濃度は、その厚さ方向において、５〜８　
Ｘ　１０１７ｃ　ｍ−”程度に保たれる。

第２図（ｂ）は第２の工程を示し、Ｈ，ＳＯ，：Ｈ２Ｏ
：　Ｈ１０１＝　３　：　１　：　１からなるエッチャ
ントを用いて、ブロック層（７）にコンタクト層（６）
まで達する幅５μｍのストライプ状の溝（７゛）をエツ
チング形成する。

第２図（Ｃ）は第３の工程を示し、ブロック層（７）上
及び露出したコンタクト層（６）上にキャップ層（８）
をエピタキシャル成長する。

最後に、キャップ層（８）上にｐ側電極（９）、基板（
１）の他主面（１ｂ）上にｎ側電極（１０）を夫々形成
することによって、第１図に示した本実施例装置が製造
される。

斯る本実施例装置に、周囲温度６０℃、３ｍＷの定出力
動作によるエージング試験を行った。その結果を第５図
に実線で示す。また、比較のため、第６図に示したＡｌ
ＧａＩｎＰ系の半導体レーザのｎ型クラッド層（１３）
の不純物としてＳｉのみを用いたもののエージング試験
結果を破線で、またｎ型クラッド層（１３）の不純物と
してＳｅのみを用いたもののエージング試験結果を１点
鎖線にて第５図に併記する。

図より、本実施例装置では、４０００時間にわたって駆
動電流に変化がないことから、素子劣化が少なく、信頼
性が高いことが分かる。これは、Ｓｅのメモリー効果、
及びＳｉの過度の添加が抑制されたことによって、活性
層の結晶性が向上したためである。

（ト）発明の効果本発明方法によれば、ｎ型クラッド層の形成を、ｎ型不
純物の原料ガスとして、Ｓｅ原料ガスを供給してエピタ
キシャル成長する第１工程と、上記Ｓｅ原料ガスの供給
を止め、これに換えてＳｉ原料ガスを供給してエピタキ
シャル成長する第２工程と、で行うことによって、この
上に積層される活性層の結晶性が向上し、劣化が少なく
信頼性の高い半導体レーザを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示す断面図、第２図は
本実施例装置の製造方法を説明するための工程別断面図
、第３図は本実施例装置のｎ型クラッド層成長時のｎ型
不純物原料ガス供給量プロファイルを示す成長プログラ
ム図、第４図は本発明装置の原理を説明するためのキャ
リア濃度分布図、第５図は本実施例装置及び比較例装置
のエージング試験結果を示す特性図、第６図は従来装置
を示す断面図、第７図は従来装置のｎ型クラッド層のｎ
型不純物としてＳｅを用いた時のメモリー効果を示すキ
ャリア濃度分布図、第８図は従来装置のｎ型クラッド層
のｎ型不純物としてＳｉを用いた時のキャリア濃度分布
を示す特性図、第９図は従来装置のｎ型クラッド層の不
純物にＳｅあるいはＳｉを用いたとき、キャリア濃度に
対するｎ型クラッド層のフォトルミネッセンス強度を示
す特性図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板上に、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッ
ド層がこの順に積層されたＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導
体からなる半導体レーザの製造方法において、上記ｎ型
クラッド層の形成を、ｎ型不純物の原料ガスとして、Ｓ
ｅ原料ガスを供給してエピタキシャル成長する第１の工
程と、上記Ｓｅ原料ガスの供給を止め、これに換えてＳ
ｉ原料ガスを供給してエピタキシャル成長する第２の工
程と、によって行うことを特徴とする半導体レーザの製
造方法。