JPH05226767A - 埋め込み型半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
埋め込み型半導体レーザおよびその製造方法Info
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- JPH05226767A JPH05226767A JP2554392A JP2554392A JPH05226767A JP H05226767 A JPH05226767 A JP H05226767A JP 2554392 A JP2554392 A JP 2554392A JP 2554392 A JP2554392 A JP 2554392A JP H05226767 A JPH05226767 A JP H05226767A
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】 制御性や再現性に優れた方法で活性層を含む
メサストライプ領域を埋込み、その後高温プロセスを導
入することなく特性に優れた半絶縁性半導体埋込み型半
導体レーザを提供する。 【構成】 半導体基板31上に基板と同一導電型の第1
クラッド層32、活性層33、基板と反対導電型の第2
クラッド層34及び第2クラッド層と同一導電型のコン
タクト層35を、この順にエピタキシャルに積層して誘
電体ストライプマスクを形成し、このマスクを用いて第
1クラッド層の一部、活性層、第2クラッド層及びコン
タクト層を含んで形成されたメサストライプ領域40を
エッチングにより形成した後、ストライプマスクを除去
する。次にメサストライプ領域40の両側に該領域と平
行に2本の選択成長用ストライプマスク36a,36b
を形成する。その後該マスクの間に配置され、低指数結
晶面の側面をもつテーパ状半絶縁性半導体領域37によ
るメサストライプ領域の埋込を行う。
メサストライプ領域を埋込み、その後高温プロセスを導
入することなく特性に優れた半絶縁性半導体埋込み型半
導体レーザを提供する。 【構成】 半導体基板31上に基板と同一導電型の第1
クラッド層32、活性層33、基板と反対導電型の第2
クラッド層34及び第2クラッド層と同一導電型のコン
タクト層35を、この順にエピタキシャルに積層して誘
電体ストライプマスクを形成し、このマスクを用いて第
1クラッド層の一部、活性層、第2クラッド層及びコン
タクト層を含んで形成されたメサストライプ領域40を
エッチングにより形成した後、ストライプマスクを除去
する。次にメサストライプ領域40の両側に該領域と平
行に2本の選択成長用ストライプマスク36a,36b
を形成する。その後該マスクの間に配置され、低指数結
晶面の側面をもつテーパ状半絶縁性半導体領域37によ
るメサストライプ領域の埋込を行う。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、III−V族化合物を
用いた半導体レーザに関し、特に閾値電流が低く、横モ
ードが制御された埋め込み型半導体レーザおよびその製
造方法に関する。
用いた半導体レーザに関し、特に閾値電流が低く、横モ
ードが制御された埋め込み型半導体レーザおよびその製
造方法に関する。
【0002】埋め込み型半導体レーザは、ダブルヘテロ
構造による縦モード制御が行なわれると同様に埋め込み
用半導体と活性層半導体との禁制帯幅差に基づく屈折率
差により横モード制御が行なわれる。また、同時に全て
の注入キャリアがレーザ発振に寄与するため、非常に低
い閾値電流と高い外部微分量子効率が得られる。この結
果、高出力領域まで縦横モードが単一化されて直線性の
高い電流−光出力特性曲線が得られる。
構造による縦モード制御が行なわれると同様に埋め込み
用半導体と活性層半導体との禁制帯幅差に基づく屈折率
差により横モード制御が行なわれる。また、同時に全て
の注入キャリアがレーザ発振に寄与するため、非常に低
い閾値電流と高い外部微分量子効率が得られる。この結
果、高出力領域まで縦横モードが単一化されて直線性の
高い電流−光出力特性曲線が得られる。
【0003】したがって、アナログ変調時の高周波歪も
少なく、また、緩和振動も制御されており、大容量、高
速光通信用光源に最も適した半導体レーザと言われる。
特に活性層の両側を格子整合した半絶縁性半導体で埋め
込んだ構造は、横方向への洩れ電流を防止し、かつ高出
力領域迄長時間安定動作するために非常に有効である。
少なく、また、緩和振動も制御されており、大容量、高
速光通信用光源に最も適した半導体レーザと言われる。
特に活性層の両側を格子整合した半絶縁性半導体で埋め
込んだ構造は、横方向への洩れ電流を防止し、かつ高出
力領域迄長時間安定動作するために非常に有効である。
【0004】
【従来の技術】このような半絶縁性半導体埋め込み型半
導体レーザは、従来図2、図3に示した如き典型的方法
によって製造されていた。すなわち、図2はp型領域へ
の通電極をコンタクト層経由で行なう方法(従来技術
I)であり、図3はp型領域への通電極を拡散層経由で
行なう方法(従来技術II)である。以下、図を用いて
説明する。
導体レーザは、従来図2、図3に示した如き典型的方法
によって製造されていた。すなわち、図2はp型領域へ
の通電極をコンタクト層経由で行なう方法(従来技術
I)であり、図3はp型領域への通電極を拡散層経由で
行なう方法(従来技術II)である。以下、図を用いて
説明する。
【0005】従来技術Iにおいては、まず図2(A)に
示すように、n型基板21、たとえばn−InPの(1
00)基板面上にn−InPからなるn型クラッド層2
2、i−GaInAsPからなる1.55μm発振用活
性層23、p−InPからなるp型クラッド層24、p
+ −GaInAsからなるコンタクト層25をこの順序
でエピタキシャル成長させ、p−コンタクト層25表面
に所定の幅を有する誘電体ストライプマスク26を堆
積、パターニングで形成する。
示すように、n型基板21、たとえばn−InPの(1
00)基板面上にn−InPからなるn型クラッド層2
2、i−GaInAsPからなる1.55μm発振用活
性層23、p−InPからなるp型クラッド層24、p
+ −GaInAsからなるコンタクト層25をこの順序
でエピタキシャル成長させ、p−コンタクト層25表面
に所定の幅を有する誘電体ストライプマスク26を堆
積、パターニングで形成する。
【0006】次に、図2(B)に示すように、誘電体ス
トライプマスク26の下に位置するn型クラッド層22
の一部、活性層23、p型クラッド層24およびp型コ
ンタクト25を含むストライプ領域を残してn型クラッ
ド層22領域まで誘電体ストライプマスク26をマスク
として用いた異方性エッチングでメサエッチングし、続
いて等方性エッチングを行なってメサの幅を減少させ、
誘電体ストライプマスク26にひさし27を形成する。
トライプマスク26の下に位置するn型クラッド層22
の一部、活性層23、p型クラッド層24およびp型コ
ンタクト25を含むストライプ領域を残してn型クラッ
ド層22領域まで誘電体ストライプマスク26をマスク
として用いた異方性エッチングでメサエッチングし、続
いて等方性エッチングを行なってメサの幅を減少させ、
誘電体ストライプマスク26にひさし27を形成する。
【0007】次に、図2(C)に示すように、誘電体ス
トライプマスク26を選択成長用マスクとして利用し、
前記エッチングによって形成したメサストライプ領域
を、たとえばFeドープInPからなる半絶縁性半導体
領域28によって埋め込む。
トライプマスク26を選択成長用マスクとして利用し、
前記エッチングによって形成したメサストライプ領域
を、たとえばFeドープInPからなる半絶縁性半導体
領域28によって埋め込む。
【0008】図示していないが、その後、誘電体ストラ
イプマスク26を除去後、p型コンタクト層25上にp
側電極を、また基板21裏面にn側電極を設ける。図3
は、従来技術IIを示す。図3(A)に示すように、た
とえばn−InPの(100)面基板からなるn型基板
21上に、n−InPからなるn型クラッド層22、i
−GaInAsPからなる活性層23およびp−InP
からなるp型クラッド層24をこの順序でエピタキシャ
ル成長させた後、p型クラッド層24表面に所定の幅の
誘電体ストライプマスク26を堆積、パターニングによ
って形成する。
イプマスク26を除去後、p型コンタクト層25上にp
側電極を、また基板21裏面にn側電極を設ける。図3
は、従来技術IIを示す。図3(A)に示すように、た
とえばn−InPの(100)面基板からなるn型基板
21上に、n−InPからなるn型クラッド層22、i
−GaInAsPからなる活性層23およびp−InP
からなるp型クラッド層24をこの順序でエピタキシャ
ル成長させた後、p型クラッド層24表面に所定の幅の
誘電体ストライプマスク26を堆積、パターニングによ
って形成する。
【0009】図3(B)に示すように、誘電体ストライ
プマスク26の下に位置するn型クラッド層22の一
部、活性層23およびp型クラッド層24を含むストラ
イプ領域を残してn−クラッド層22領域まで誘電体ス
トライプマスク26をマスクとして用いた異方性エッチ
ングにより、メサエッチング後、誘電体ストライプマス
ク26を除去する。
プマスク26の下に位置するn型クラッド層22の一
部、活性層23およびp型クラッド層24を含むストラ
イプ領域を残してn−クラッド層22領域まで誘電体ス
トライプマスク26をマスクとして用いた異方性エッチ
ングにより、メサエッチング後、誘電体ストライプマス
ク26を除去する。
【0010】次に、図3(C)に示すように、たとえ
ば、FeドープInPからなる半絶縁性半導体領域28
を全面上に成長し、p型クラッド層24表面も覆ってメ
サエッチングした領域を埋め込む。
ば、FeドープInPからなる半絶縁性半導体領域28
を全面上に成長し、p型クラッド層24表面も覆ってメ
サエッチングした領域を埋め込む。
【0011】次に、図3(D)に示すように、p型クラ
ッド層24上方の半絶縁性半導体領域28表面に、p型
クラッド層24領域より広い開口部を有する誘電体マス
ク30を形成した後、当該マスク開口部よりたとえばZ
nのようなp型不純物を拡散させて拡散領域29がp型
クラッド層24に達するようにする。
ッド層24上方の半絶縁性半導体領域28表面に、p型
クラッド層24領域より広い開口部を有する誘電体マス
ク30を形成した後、当該マスク開口部よりたとえばZ
nのようなp型不純物を拡散させて拡散領域29がp型
クラッド層24に達するようにする。
【0012】その後、図示していないが、誘電体マスク
30を除去後、拡散層表面にp側電極を、また基板21
裏面にn側電極を設ける。従来技術I、IIのいずれに
おいても、活性層23は縦方向、すなわち通電方向にお
いて広い禁制帯幅をもつクラッド層22、24で挟まれ
たダブルヘテロ構造となっている。このため、レーザ発
振時に縦モードが単一基本モードに制御さる。また、活
性層23は横方向において広い禁制帯幅をもつ半絶縁性
半導体領域28で挟まれているため横モードも基本モー
ドに制御されている。
30を除去後、拡散層表面にp側電極を、また基板21
裏面にn側電極を設ける。従来技術I、IIのいずれに
おいても、活性層23は縦方向、すなわち通電方向にお
いて広い禁制帯幅をもつクラッド層22、24で挟まれ
たダブルヘテロ構造となっている。このため、レーザ発
振時に縦モードが単一基本モードに制御さる。また、活
性層23は横方向において広い禁制帯幅をもつ半絶縁性
半導体領域28で挟まれているため横モードも基本モー
ドに制御されている。
【0013】また、埋め込み層である半導体領域28が
半絶縁性であるため、横方向への洩れ電流がほとんどな
く非常に低い閾値で発振するという利点をもっている。
半絶縁性であるため、横方向への洩れ電流がほとんどな
く非常に低い閾値で発振するという利点をもっている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図2に示した
従来技術Iの製造工程においては、図2(B)のメサエ
ッチング工程でエッチングによって形成した誘電体スト
ライプマスク26とメサストライプ領域側面とで作られ
るひさし27の幅を適当な値に制御する必要があった。
従来技術Iの製造工程においては、図2(B)のメサエ
ッチング工程でエッチングによって形成した誘電体スト
ライプマスク26とメサストライプ領域側面とで作られ
るひさし27の幅を適当な値に制御する必要があった。
【0015】ひさし27がない場合は、次の埋め込み成
長工程でマスク26の上面にまわり込み成長が起き、ま
たひさし27の幅が広すぎるとコンタクト層25側面が
充分埋め込まれないためである。反応性イオンエッチン
グ(RIE)等のドライエッチングは微細な精度でエッ
チング幅や深さを制御することができるが、切り口がエ
ッチングの深さ方向にシャープカットとなるのでひさし
27を得ることは困難である。
長工程でマスク26の上面にまわり込み成長が起き、ま
たひさし27の幅が広すぎるとコンタクト層25側面が
充分埋め込まれないためである。反応性イオンエッチン
グ(RIE)等のドライエッチングは微細な精度でエッ
チング幅や深さを制御することができるが、切り口がエ
ッチングの深さ方向にシャープカットとなるのでひさし
27を得ることは困難である。
【0016】したがって、図2(B)に示すようなひさ
し27を形成するメサエッチングを行うには、一旦誘電
体ストライプマスク26の幅でドライエッチングを行っ
た後、次に化合物半導体のみを選択的にエッチングする
ウェットエッチングを行なう必要があった。この結果、
エッチング幅や深さ、端面状態の制御性、再現性が低下
するという欠点が生じる。
し27を形成するメサエッチングを行うには、一旦誘電
体ストライプマスク26の幅でドライエッチングを行っ
た後、次に化合物半導体のみを選択的にエッチングする
ウェットエッチングを行なう必要があった。この結果、
エッチング幅や深さ、端面状態の制御性、再現性が低下
するという欠点が生じる。
【0017】一方、図3に示した従来技術IIの製造工
程においては、半絶縁性半導体領域28による埋め込み
成長後のp型不純物拡散によるp型領域形成(図3
(D)の工程)で、半絶縁性半導体28の拡散領域29
がクラッド層化されるため、p型クラッド層全体の抵抗
値が高くなるという問題が発生する。本例ではn型基板
を用いて従来技術を説明しているが、p型基板を用いた
場合は当該拡散領域はn型となり、n型クラッド層全体
の高抵抗化が問題になる。
程においては、半絶縁性半導体領域28による埋め込み
成長後のp型不純物拡散によるp型領域形成(図3
(D)の工程)で、半絶縁性半導体28の拡散領域29
がクラッド層化されるため、p型クラッド層全体の抵抗
値が高くなるという問題が発生する。本例ではn型基板
を用いて従来技術を説明しているが、p型基板を用いた
場合は当該拡散領域はn型となり、n型クラッド層全体
の高抵抗化が問題になる。
【0018】さらに、図3の従来技術IIの場合、半絶
縁性埋め込み領域28上部をp型化する拡散工程は高温
で行なわれるため、微細構造の活性層23において界面
で相互拡散を生じ、発振特性の劣化を引き起こすという
危険がある。特に、活性層23が量子井戸構造を有する
場合、特性劣化の危険性はより大きくなる。
縁性埋め込み領域28上部をp型化する拡散工程は高温
で行なわれるため、微細構造の活性層23において界面
で相互拡散を生じ、発振特性の劣化を引き起こすという
危険がある。特に、活性層23が量子井戸構造を有する
場合、特性劣化の危険性はより大きくなる。
【0019】本発明の目的は、制御性、再現性にすぐれ
た方法で活性層23を含むメサストライプ領域を埋め込
み、その後高温プロセスを導入することなく特性に優れ
た半絶縁性半導体埋め込み型半導体レーザを得ることに
ある。
た方法で活性層23を含むメサストライプ領域を埋め込
み、その後高温プロセスを導入することなく特性に優れ
た半絶縁性半導体埋め込み型半導体レーザを得ることに
ある。
【0020】
【課題を解決するための手段】図1は、本発明の原理説
明図である。図1(A)に示すように、従来技術Iの場
合同様、半導体基板31の特定面上に第1クラッド層3
2、活性層33、第2クラッド層34およびコンタクト
層35をこの順序でエピタキシャル成長後、誘電体スト
ライプマスクを形成し、このマスクを利用して第1クラ
ッド層32の一部、活性層33、第2クラッド層34お
よびコンタクト層35を含むメサストライプ領域40を
エッチングにより形成し、その後、誘電体ストライプマ
スクを除去する。
明図である。図1(A)に示すように、従来技術Iの場
合同様、半導体基板31の特定面上に第1クラッド層3
2、活性層33、第2クラッド層34およびコンタクト
層35をこの順序でエピタキシャル成長後、誘電体スト
ライプマスクを形成し、このマスクを利用して第1クラ
ッド層32の一部、活性層33、第2クラッド層34お
よびコンタクト層35を含むメサストライプ領域40を
エッチングにより形成し、その後、誘電体ストライプマ
スクを除去する。
【0021】次に、メサストライプ領域40の両側の第
1クラッド層32の露出面にメサストライプ領域40に
平行な選択成長用ストライプマスク36a、36bを形
成する。
1クラッド層32の露出面にメサストライプ領域40に
平行な選択成長用ストライプマスク36a、36bを形
成する。
【0022】本発明の好ましい形態においては、マスク
36a、36bは、酸化物、窒化物等の誘電体からな
る。しかる後、図1(B)で示すように、半絶縁性半導
体37によるメサストライプ領域40の完全埋め込み工
程を行なう。
36a、36bは、酸化物、窒化物等の誘電体からな
る。しかる後、図1(B)で示すように、半絶縁性半導
体37によるメサストライプ領域40の完全埋め込み工
程を行なう。
【0023】この場合、成長条件を適当に選択すると、
マスク36a、36b間の第1クラッド領域32上に堆
積する半絶縁性半導体領域37の側面が成長速度(した
がってエッチング速度)の遅い低指数結晶面(平坦なフ
ァセット)で構成されるようにして、メサストライプ領
域40を埋め込むことができる。ここで、コンタクト層
35の上方の半絶縁性半導体領域37表面は通常荒れて
いる。
マスク36a、36b間の第1クラッド領域32上に堆
積する半絶縁性半導体領域37の側面が成長速度(した
がってエッチング速度)の遅い低指数結晶面(平坦なフ
ァセット)で構成されるようにして、メサストライプ領
域40を埋め込むことができる。ここで、コンタクト層
35の上方の半絶縁性半導体領域37表面は通常荒れて
いる。
【0024】本発明のより好ましい形態においては、半
導体基板31の(100)面を用いた場合、半絶縁性半
導体37の低指数ファセット面は(111)Bまたは
(111)A面となる。
導体基板31の(100)面を用いた場合、半絶縁性半
導体37の低指数ファセット面は(111)Bまたは
(111)A面となる。
【0025】さらに、次の工程では、図1(C)に示す
ように、半絶縁性半導体領域37をエッチングしてコン
タクト層35表面を露出する。好ましくはコンタクト層
35はエッチングされず、半絶縁性半導体領域37のみ
がエッチングされるエッチ液を用いてコンタクト層35
表面が露呈するまで、異方性エッチングを行なう。
ように、半絶縁性半導体領域37をエッチングしてコン
タクト層35表面を露出する。好ましくはコンタクト層
35はエッチングされず、半絶縁性半導体領域37のみ
がエッチングされるエッチ液を用いてコンタクト層35
表面が露呈するまで、異方性エッチングを行なう。
【0026】このウェットエッチングでは、成長速度の
遅いファセット面のエッチング速度をこれ以外の面のエ
ッチング速度より遅く選ぶことができる。このため、図
1(C)に示す如くコンタクト層35表面が露呈しても
メサストライプ領域40側面は半絶縁性半導体37で被
われたままである。しかる後、コンタクト層35表面お
よび基板31裏面に電極を形成すれば、半導体レーザが
完成する。
遅いファセット面のエッチング速度をこれ以外の面のエ
ッチング速度より遅く選ぶことができる。このため、図
1(C)に示す如くコンタクト層35表面が露呈しても
メサストライプ領域40側面は半絶縁性半導体37で被
われたままである。しかる後、コンタクト層35表面お
よび基板31裏面に電極を形成すれば、半導体レーザが
完成する。
【0027】本発明の好ましい形態においては、半導体
基板31、半絶縁性半導体領域37をInPとし、上記
した異方性エッチ液はHClを主成分とするものであ
る。また、本発明の別の好ましい形態においては、Cl
系ガスを主成分として異方性ドライエッチングを行なう
ことも可能である。
基板31、半絶縁性半導体領域37をInPとし、上記
した異方性エッチ液はHClを主成分とするものであ
る。また、本発明の別の好ましい形態においては、Cl
系ガスを主成分として異方性ドライエッチングを行なう
ことも可能である。
【0028】
【作用】図1(A)、(B)で示したように、メサスト
ライプ形成後、選択成長用ストライプマスク36a、3
6bで領域指定を行なった箇所に、成長速度の遅い低指
数自然面(ファセット)を側面に有する半絶縁性半導体
領域37を堆積してメサストライプ領域の埋め込みを行
なう。次いで好ましくはエッチングが上方から進むよう
な条件設定を行なってコンタクト層35を露呈させる。
ライプ形成後、選択成長用ストライプマスク36a、3
6bで領域指定を行なった箇所に、成長速度の遅い低指
数自然面(ファセット)を側面に有する半絶縁性半導体
領域37を堆積してメサストライプ領域の埋め込みを行
なう。次いで好ましくはエッチングが上方から進むよう
な条件設定を行なってコンタクト層35を露呈させる。
【0029】コンタクト層35がエッチングされないエ
ッチングの場合は、オーバーエッチングしてもコンタク
ト層35がエッチングされないため、マスクの役割を果
たしてエッチングの自動停止が生ずる。
ッチングの場合は、オーバーエッチングしてもコンタク
ト層35がエッチングされないため、マスクの役割を果
たしてエッチングの自動停止が生ずる。
【0030】このように、結晶の成長における面速度の
違いという自然法則を利用して所定位置のみへ埋め込み
層を形成し、その後必要な埋め込み領域を残したままコ
ンタクト層を露出し、コンタクト層へ電極形成すること
を可能にしている。
違いという自然法則を利用して所定位置のみへ埋め込み
層を形成し、その後必要な埋め込み領域を残したままコ
ンタクト層を露出し、コンタクト層へ電極形成すること
を可能にしている。
【0031】この結果、従来技術で必要であった、メサ
ストライプ領域最上層でのひさし形成用サイドエッチン
グという不安定なプロセスや不純物拡散という高温プロ
セスが不要となった。
ストライプ領域最上層でのひさし形成用サイドエッチン
グという不安定なプロセスや不純物拡散という高温プロ
セスが不要となった。
【0032】さらに、予め選択成長用ストライプマスク
36a、36bを用いて単一素子毎に埋め込み領域を形
成しているので、電極形成後に素子間分離メサエッチン
グを行なうプロセスを省くことができる。
36a、36bを用いて単一素子毎に埋め込み領域を形
成しているので、電極形成後に素子間分離メサエッチン
グを行なうプロセスを省くことができる。
【0033】以下、実施例に沿って本発明をより詳しく
述べる。
述べる。
【0034】
【実施例】図4、図5は本発明の実施例による埋め込み
型半導体レーザの製造工程を示す。
型半導体レーザの製造工程を示す。
【0035】図4a(A)においては、n型InP基板
1の(100)面上にMOCVD法を用いて厚さ1μ
m、キャリア濃度1018cm-3のn型InPクラッド層
2、厚さ0.1μmのアンドープi型Ga0.42In0.58
As0.9 P0.1 (λg=1.55μm)活性層3、厚さ
2μm、キャリア濃度1018cm-3のp型InPクラッ
ド層4、厚さ0.2μm、キャリア濃度1019cm-3の
p+ 型Ga0.47In0.53Asコンタクト層5をこの順序
でエピタキシャル成長させる。その後、幅1.2μmの
SiO2 ストライプマスク12を<011>方向に長く
フォトリソグラフィの技術を用いてコンタクト層5上に
形成する。
1の(100)面上にMOCVD法を用いて厚さ1μ
m、キャリア濃度1018cm-3のn型InPクラッド層
2、厚さ0.1μmのアンドープi型Ga0.42In0.58
As0.9 P0.1 (λg=1.55μm)活性層3、厚さ
2μm、キャリア濃度1018cm-3のp型InPクラッ
ド層4、厚さ0.2μm、キャリア濃度1019cm-3の
p+ 型Ga0.47In0.53Asコンタクト層5をこの順序
でエピタキシャル成長させる。その後、幅1.2μmの
SiO2 ストライプマスク12を<011>方向に長く
フォトリソグラフィの技術を用いてコンタクト層5上に
形成する。
【0036】図4(B)において、前記SiO2 ストラ
イプマスク12をエッチングマスクとし、C2 H6 ガス
を用いた反応性イオンエッチング(RIE)により深さ
3μmのメサエッチングを行ない、n型InPクラッド
層2の一部、活性層3、p型InPクラッド層4および
p+ コンタクト層5を含む<011>方向のメサストラ
イプ領域11を得る。その後、SiO2 ストライプマス
ク12を除去する。
イプマスク12をエッチングマスクとし、C2 H6 ガス
を用いた反応性イオンエッチング(RIE)により深さ
3μmのメサエッチングを行ない、n型InPクラッド
層2の一部、活性層3、p型InPクラッド層4および
p+ コンタクト層5を含む<011>方向のメサストラ
イプ領域11を得る。その後、SiO2 ストライプマス
ク12を除去する。
【0037】図4(C)において、メサストライプ領域
11を挟み各メサストライプ領域11端より5μm離れ
た位置のn型InPクラッド層2露出面上に、幅3μm
のSiO2 からなる選択成長用ストライプマスク6a、
6bを<011>方向に形成する。この工程にもフォト
リソグラフィが利用される。この結果、メサストライプ
領域11中心より各ストライプマスク6a、6b中心ま
での距離は7.1μmとなる。
11を挟み各メサストライプ領域11端より5μm離れ
た位置のn型InPクラッド層2露出面上に、幅3μm
のSiO2 からなる選択成長用ストライプマスク6a、
6bを<011>方向に形成する。この工程にもフォト
リソグラフィが利用される。この結果、メサストライプ
領域11中心より各ストライプマスク6a、6b中心ま
での距離は7.1μmとなる。
【0038】図5(A)において、圧力76Torr、
V/III供給モル比100/20の減圧MOVPE法
を用いて620℃でFeを約1016atom/cm3 ド
ープした半絶縁性InP領域7を選択成長用ストライプ
マスク6a、6b間に堆積する。
V/III供給モル比100/20の減圧MOVPE法
を用いて620℃でFeを約1016atom/cm3 ド
ープした半絶縁性InP領域7を選択成長用ストライプ
マスク6a、6b間に堆積する。
【0039】この条件下では半絶縁性InP領域7の成
長側面に平坦な(111)B面が形成され、図示したよ
うにテーパ状成長断面をもつ結晶によってn型InPク
ラッド層2露出面と、メサストライプ領域11側面と、
p+ 型コンタクト層5上面が埋め込まれる。
長側面に平坦な(111)B面が形成され、図示したよ
うにテーパ状成長断面をもつ結晶によってn型InPク
ラッド層2露出面と、メサストライプ領域11側面と、
p+ 型コンタクト層5上面が埋め込まれる。
【0040】図5(B)において、好ましくはHCl系
エッチ液(HCl、HCl+H2 O、HCl+H3 PO
4 、HCl+CH3 COOH等)を用いてFeドープ半
絶縁性InP領域7を異方性エッチングし、p+ 型コン
タクト層5表面を露呈させる。
エッチ液(HCl、HCl+H2 O、HCl+H3 PO
4 、HCl+CH3 COOH等)を用いてFeドープ半
絶縁性InP領域7を異方性エッチングし、p+ 型コン
タクト層5表面を露呈させる。
【0041】このエッチ液はInPに対して有効である
がGaInAsはエッチングせず、また、InPの(1
11)B面に対するエッチング速度が非常に遅いという
特性をもつ。
がGaInAsはエッチングせず、また、InPの(1
11)B面に対するエッチング速度が非常に遅いという
特性をもつ。
【0042】それ故、図示したようにFeドープ半絶縁
性InP領域7のエッチングは成長面上方より進行して
GaInAsコンタクト層5表面で自動停止するが、こ
の時、側面エッチングは僅少である。
性InP領域7のエッチングは成長面上方より進行して
GaInAsコンタクト層5表面で自動停止するが、こ
の時、側面エッチングは僅少である。
【0043】図5(C)において、メサストライプ領域
を覆い、上記異方性エッチングにより露呈したp+ 型G
aInAsコンタクト層5表面および隣接する半絶縁性
InP領域7表面に開口部を有するSiO2 保護膜8を
フォトリソグラフィを利用して形成する。
を覆い、上記異方性エッチングにより露呈したp+ 型G
aInAsコンタクト層5表面および隣接する半絶縁性
InP領域7表面に開口部を有するSiO2 保護膜8を
フォトリソグラフィを利用して形成する。
【0044】しかる後、p+ 型コンタクト層5に対する
TiPt/Au複合電極を前記開口部に、またn型In
P基板1に対するAuGeNi/Au複合電極を基板1
裏面に形成する。この結果、隣接素子間分離の行なわれ
た埋め込み型半導体レーザ構造が完成する。その後、成
長層ごと半導体基板をへき開して共振器構造を形成す
る。
TiPt/Au複合電極を前記開口部に、またn型In
P基板1に対するAuGeNi/Au複合電極を基板1
裏面に形成する。この結果、隣接素子間分離の行なわれ
た埋め込み型半導体レーザ構造が完成する。その後、成
長層ごと半導体基板をへき開して共振器構造を形成す
る。
【0045】なお、上述した実施例では活性層3として
GaInAsP単一組成を用いたが、より高機能の半導
体レーザを得る目的で活性層材料にSCH構造を含むG
aInAs/GaInAsP量子井戸構造やGaInA
s/AlGaInAs量子井戸構造を用いることもでき
る。また、MOVPEの他、分子線成長(MBE)、ガ
スソースMBE等の他の結晶成長法を用いることもでき
る。
GaInAsP単一組成を用いたが、より高機能の半導
体レーザを得る目的で活性層材料にSCH構造を含むG
aInAs/GaInAsP量子井戸構造やGaInA
s/AlGaInAs量子井戸構造を用いることもでき
る。また、MOVPEの他、分子線成長(MBE)、ガ
スソースMBE等の他の結晶成長法を用いることもでき
る。
【0046】また、図4(B)に示したメサストライプ
領域11の形成工程では、RIE以外の他のドライエッ
チングまたはウェットエッチングを用いることも可能で
あり、エッチング用あるいは選択成長用マスク材料はS
iO2 以外にも周知の誘電体材料、たとえばSiNx や
選択作用を用いる金属等を用いることもできる。
領域11の形成工程では、RIE以外の他のドライエッ
チングまたはウェットエッチングを用いることも可能で
あり、エッチング用あるいは選択成長用マスク材料はS
iO2 以外にも周知の誘電体材料、たとえばSiNx や
選択作用を用いる金属等を用いることもできる。
【0047】さらに、図4(B)に示したメサ領域の形
成方向は<011>以外に<01−1>を用いることも
できる。この場合、選択成長用ストライプマスク6a、
6b間に堆積する半絶縁性InP領域側面に現れる低指
数自然面は(111)A面となる。HCl系エッチ液の
エッチング速度は、(111)A面においてもまた遅
い。
成方向は<011>以外に<01−1>を用いることも
できる。この場合、選択成長用ストライプマスク6a、
6b間に堆積する半絶縁性InP領域側面に現れる低指
数自然面は(111)A面となる。HCl系エッチ液の
エッチング速度は、(111)A面においてもまた遅
い。
【0048】図5(B)における異方性エッチングは、
HCl系エッチング液によるウェットエッチングの例を
述べてきたが、これをCl系ガスによるドライエッチン
グ等に切り替えることも可能である。
HCl系エッチング液によるウェットエッチングの例を
述べてきたが、これをCl系ガスによるドライエッチン
グ等に切り替えることも可能である。
【0049】また、本実施例では長距離光通信用光源を
念頭において1.55μm発振のGaInAsPを活性
層材料とするInP系レーザについて述べた。しかし、
本発明はこれにとどまらず、GaAsを活性層とするG
aAlAs系レーザ等にも適用できることは言うまでも
ない。この他にも種々の変更、改良、組み合わせ等が可
能なことは当業者に自明であろう。
念頭において1.55μm発振のGaInAsPを活性
層材料とするInP系レーザについて述べた。しかし、
本発明はこれにとどまらず、GaAsを活性層とするG
aAlAs系レーザ等にも適用できることは言うまでも
ない。この他にも種々の変更、改良、組み合わせ等が可
能なことは当業者に自明であろう。
【0050】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、製
造工程における制御性の優れた半導体レーザ装置が得ら
れる。半絶縁性半導体によるメサストライプ領域埋め込
み工程において、再現性よく異常成長をおこさない制御
された結晶成長が可能である。
造工程における制御性の優れた半導体レーザ装置が得ら
れる。半絶縁性半導体によるメサストライプ領域埋め込
み工程において、再現性よく異常成長をおこさない制御
された結晶成長が可能である。
【0051】また、埋め込み工程後に高温プロセスを用
いることなく、コンタクト層に電極形成することができ
る。活性層の組成分布や不純物分布の変化が少なく、特
性劣化の危険が小さい。
いることなく、コンタクト層に電極形成することができ
る。活性層の組成分布や不純物分布の変化が少なく、特
性劣化の危険が小さい。
【0052】さらに、埋め込み工程で選択成長用ストラ
イプマスクによる素子間分離が同時にできる。従来行な
われていた埋め込み工程後の分離プロセスを不要とする
ことができる。
イプマスクによる素子間分離が同時にできる。従来行な
われていた埋め込み工程後の分離プロセスを不要とする
ことができる。
【図1】本発明の原理説明図である。図1(A)、
(B)、(C)、(D)は、主要な製造工程に対応する
断面図を示す。
(B)、(C)、(D)は、主要な製造工程に対応する
断面図を示す。
【図2】従来技術による半絶縁性半導体による埋め込み
工程で誘電体マスクを使用する製造工程(従来技術I)
を示す。
工程で誘電体マスクを使用する製造工程(従来技術I)
を示す。
【図3】従来技術によるマスクレスで埋め込み成長後、
拡散マスクを用いてコンタクト層を形成する製造工程
(従来技術II)を示す。
拡散マスクを用いてコンタクト層を形成する製造工程
(従来技術II)を示す。
【図4】実施例による製造工程を示す。図4(A)、
(B)、(C)は埋め込み型半導体レーザを製造する主
要工程を示す断面図である。
(B)、(C)は埋め込み型半導体レーザを製造する主
要工程を示す断面図である。
【図5】図4で示した製造工程に続く製造工程を示す断
面図である。
面図である。
1 n型InP基板 2 n型InPクラッド層 3 i型GaInAsP活性層 4 p型InPクラッド層 5 p+ 型GaInAsコンタクト層 6a、6b 選択成長用ストライプマスク 7 Feドープ半絶縁性InP埋め込み領域 8 保護誘電体層(SiO2 ) 9 p+ 型コンタクト層用電極(TiPt/Au) 10 基板用電極(AuGeNi/Au) 11 メサストライプ領域 12 ストライプマスク(SiO2 ) 21 n型基板 22 n型クラッド層 23 活性層 24 p型クラッド層 25 p型コンタクト層 26 誘電体ストライプマスク 27 ひさし 28 半絶縁性半導体領域 29 拡散領域 30 拡散用マスク 31 半導体基板 32 第1クラッド層 33 活性層 34 第2クラッド層 35 コンタクト層 36a、36b 選択成長用ストライプマスク 37 半絶縁性半導体領域 40 メサストライプ領域
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体基板(31)上に基板と同一の導
電型を有する下側クラッド層(32)、活性層(3
3)、基板と反対導電型を有する上側クラッド層(3
4)および上側クラッド層(34)と同一導電型を有す
るコンタクト層(35)をこの順序でエピタキシャル積
層してなるダブルヘテロ接合半導体レーザにおいて、 下側クラッド層(32)の少なくとも一部、活性層(3
3)、上側クラッド層(34)およびコンタクト層(3
5)を含んで形成されたメサストライプ領域(40)
と、 当該メサストライプ領域(40)の両側の非ストライプ
領域上に当該メサストライプ領域(40)と平行に形成
された二本の選択成長用ストライプマスク(36a、3
6b)と、 当該ストライプマスク(36a、36b)の間に選択的
に配置され、上記メサストライプ領域(40)側面を埋
め込み、低指数結晶面の側面を有するテーパ状半絶縁性
半導体領域(37)とを含む埋め込み型半導体レーザ。 - 【請求項2】 半導体基板(31)の特定面上に第1ク
ラッド層(32)、活性層(33)、第2クラッド層
(34)、コンタクト層(35)をこの順序でヘテロエ
ピタキシャル成長させた後、コンタクト層(35)表面
に選択エッチングを行なうためのストライプマスクを形
成する工程と、 当該ストライプマスクをエッチングマスクとして少なく
とも第1クラッド層(32)の一部に達するエッチング
を行ない、メサストライプ領域(40)を形成した後、
前記ストライプマスクを除去する工程と、 当該メサストライプ領域(40)を挟み当該メサストラ
イプ領域(40)から距離をおいた非ストライプ領域上
に、当該メサストライプ領域(40)と平行に二本の選
択成長用ストライプマスク(36a、36b)を形成す
る工程と、 当該二本のストライプマスク(36a、36b)の間の
半導体表面上に、成長側面に低指数結晶面が現れるよう
な条件下で活性層(33)より低い屈折率を有する半絶
縁性半導体領域(37)を成長し、メサストライプ領域
(40)を完全に埋め込む工程と、 半絶縁性半導体領域(37)をエッチングし、コンタク
ト層(35)表面を露出させるエッチング工程とを含む
埋め込み型半導体レーザの製造方法。 - 【請求項3】 請求項2記載の製造方法であって、前記
半導体基板(31)の材料がInPで、その特定面が
(100)であり、メサストライプ領域(40)の長手
方向が<011>または<01−1>であり、半絶縁性
半導体領域(37)の低指数結晶面がInPの(11
1)B面または(111)A面であり、コンタクト層
(35)表面を露呈するための選択エッチングがHCl
を主成分とするエッチ液によるウェットエッチングであ
る埋め込み型半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2554392A JPH05226767A (ja) | 1992-02-12 | 1992-02-12 | 埋め込み型半導体レーザおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2554392A JPH05226767A (ja) | 1992-02-12 | 1992-02-12 | 埋め込み型半導体レーザおよびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05226767A true JPH05226767A (ja) | 1993-09-03 |
Family
ID=12168904
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2554392A Withdrawn JPH05226767A (ja) | 1992-02-12 | 1992-02-12 | 埋め込み型半導体レーザおよびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05226767A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003142769A (ja) * | 1998-02-17 | 2003-05-16 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
JP2012209489A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Fujitsu Ltd | 光半導体素子及びその製造方法 |
CN115023869A (zh) * | 2020-01-28 | 2022-09-06 | 三菱电机株式会社 | 光半导体装置及其制造方法 |
-
1992
- 1992-02-12 JP JP2554392A patent/JPH05226767A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003142769A (ja) * | 1998-02-17 | 2003-05-16 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
JP2012209489A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Fujitsu Ltd | 光半導体素子及びその製造方法 |
CN115023869A (zh) * | 2020-01-28 | 2022-09-06 | 三菱电机株式会社 | 光半导体装置及其制造方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990518 |