JPH06105818B2 - 半導体レーザの製造方法 - Google Patents
半導体レーザの製造方法Info
- Publication number
- JPH06105818B2 JPH06105818B2 JP60234323A JP23432385A JPH06105818B2 JP H06105818 B2 JPH06105818 B2 JP H06105818B2 JP 60234323 A JP60234323 A JP 60234323A JP 23432385 A JP23432385 A JP 23432385A JP H06105818 B2 JPH06105818 B2 JP H06105818B2
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- JP
- Japan
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- layer
- conductivity type
- gaas
- semiconductor laser
- algaas
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、エッチング加工の際に一旦積層作業を中断
し、大気中にさらしたとしても支障のない半導体レーザ
の製造方法である。
し、大気中にさらしたとしても支障のない半導体レーザ
の製造方法である。
従来の技術 Si,Ge等の元素半導体に代わり元素の組合せによりバン
ド構造や格子定数をある程度任意に選べる特徴をもつ化
合物半導体が各種の素子材料として用いられている。化
合物半導体の一種であるIII−Ｖ属化合物のAlGaAsも高
電子移動度トランジスタなどの高速素子や半導体レーザ
に代表される発光素子において、その積層による超格子
構造の形成に利用されている。
ド構造や格子定数をある程度任意に選べる特徴をもつ化
合物半導体が各種の素子材料として用いられている。化
合物半導体の一種であるIII−Ｖ属化合物のAlGaAsも高
電子移動度トランジスタなどの高速素子や半導体レーザ
に代表される発光素子において、その積層による超格子
構造の形成に利用されている。
発明が解決しようとする問題点 AlGaAsはAlを含有するため酸化しやすく、AlGaAs層を成
長させた後、その上に時間的に連続して更に層を成長さ
せるときには問題はないが、積層作業を中断する場合、
例えば成長後のAlGaAs層表面から不純物イオンを注入し
て層の所望領域に特定の機能を付したり、また層の一部
をエッチング除去して特定構造の素子を作製しようとす
る場合あるいは真空装置のリーク等により高真空を維持
できなくなったときにおいて、AlGaAs層を大気に晒して
しまうとAlGaAs層の表面が劣化し、以後この層の上に機
能的に良好な結晶を成長させることができなかった。そ
こで、劣化した表面を浄化するため、一般には高真空中
で加熱し表面分子を蒸発させる所謂サーマルクリーニン
グが実施されるが、GaAsとAlGaAsの蒸発速度を示す第３
図からもわかるようにAlGaAsは蒸発速度が小さく、800
℃に加熱してもその表面を十分に浄化することができな
かった。従ってAlGaAs層を低真空下に晒すような加工処
理を施すことができず自ずと素子構造を限定しなければ
ならなかった。
長させた後、その上に時間的に連続して更に層を成長さ
せるときには問題はないが、積層作業を中断する場合、
例えば成長後のAlGaAs層表面から不純物イオンを注入し
て層の所望領域に特定の機能を付したり、また層の一部
をエッチング除去して特定構造の素子を作製しようとす
る場合あるいは真空装置のリーク等により高真空を維持
できなくなったときにおいて、AlGaAs層を大気に晒して
しまうとAlGaAs層の表面が劣化し、以後この層の上に機
能的に良好な結晶を成長させることができなかった。そ
こで、劣化した表面を浄化するため、一般には高真空中
で加熱し表面分子を蒸発させる所謂サーマルクリーニン
グが実施されるが、GaAsとAlGaAsの蒸発速度を示す第３
図からもわかるようにAlGaAsは蒸発速度が小さく、800
℃に加熱してもその表面を十分に浄化することができな
かった。従ってAlGaAs層を低真空下に晒すような加工処
理を施すことができず自ずと素子構造を限定しなければ
ならなかった。
本発明の目的は、〜より設計の自由度を向上させ、かつ
全体として製造時間の短縮を図ることができる半導体レ
ーザの製造方法を提供することにある。
全体として製造時間の短縮を図ることができる半導体レ
ーザの製造方法を提供することにある。
問題点を解決するための手段 本発明に係る半導体レーザの製造方法は、第１伝導型Ga
As基板上に第１伝導型AlXGa1-XAs（ただし、０＜Ｘ≦
１）からなる下部クラッド層を形成し、この下部クラッ
ド層の上にAlYGa1-YAs（ただし、０＜Ｙ≦１）からなる
活性層を形成し、この活性層の上に第２伝導型AlXGa1-X
Asからなる第１上部クラッド層を形成し、この第１上部
クラッド層の上に第２伝導型GaAs層を形成し、この第２
伝導型GaAs層の上に第１伝導型GaAsからなる電流制限層
を形成し、この電流制限層を選択的にエッチングし、そ
の後As分子線を照射しながらサーマルクリーニングを行
い、このサーマルクリーニングの後に第２伝導型AlXGa
1-XAsからなる第２上部クラッド層を形成し、この第２
上部クラッド層の上に第２伝導型GaAsからなるギャップ
層を成長させ、この後、電極蒸着、チップのへき開等を
行うことを特徴としている。
As基板上に第１伝導型AlXGa1-XAs（ただし、０＜Ｘ≦
１）からなる下部クラッド層を形成し、この下部クラッ
ド層の上にAlYGa1-YAs（ただし、０＜Ｙ≦１）からなる
活性層を形成し、この活性層の上に第２伝導型AlXGa1-X
Asからなる第１上部クラッド層を形成し、この第１上部
クラッド層の上に第２伝導型GaAs層を形成し、この第２
伝導型GaAs層の上に第１伝導型GaAsからなる電流制限層
を形成し、この電流制限層を選択的にエッチングし、そ
の後As分子線を照射しながらサーマルクリーニングを行
い、このサーマルクリーニングの後に第２伝導型AlXGa
1-XAsからなる第２上部クラッド層を形成し、この第２
上部クラッド層の上に第２伝導型GaAsからなるギャップ
層を成長させ、この後、電極蒸着、チップのへき開等を
行うことを特徴としている。
作用 AlXGa1-XAs層（０＜Ｘ≦１）表面を酸化されにくく表面
劣化の少ないGaAs層で覆うことによりAlXGa1-XAs層（０
＜Ｘ≦１）が低真空下に晒されることがなくなりAlXGa
1-XAs層の表面劣化が防止されるが、このときGaAs層の
厚さを10Å〜200Åに制御することで極薄膜における量
子効果に基づき、GaAsの極薄膜が介在することに起因す
る素子の光学的性質への影響を無視することができる。
劣化の少ないGaAs層で覆うことによりAlXGa1-XAs層（０
＜Ｘ≦１）が低真空下に晒されることがなくなりAlXGa
1-XAs層の表面劣化が防止されるが、このときGaAs層の
厚さを10Å〜200Åに制御することで極薄膜における量
子効果に基づき、GaAsの極薄膜が介在することに起因す
る素子の光学的性質への影響を無視することができる。
一般にAlGaAs層の間にGaAs層が介在する場合、GaAsはAl
GaAsよりも禁制帯幅が小さいためキャリアを閉じ込め、
発光素子においては光吸収損失、光閉じ込め効果を発す
る。しかし、GaAs層の厚さが200Å以下になると例えば
T.Isibasi et al:JJAP Letters,20（1981）L623.より引
用した第２図、薄膜の膜厚と室温フォトルミネセンスの
発光波長の関係を示す図からもわかるようにGaAsはバル
クとしての性質とは変わり量子効果に基づくふるまいが
顕著となる。即ちAlGaAs層間に介在するGaAs層の厚さが
200Å以下であると伝導帯の電子及び価電子帯の正孔は
井戸型のポテンシャルエネルギーを受け井戸に沿う方向
の運動エネルギーが量子化され、この離散的エネルギー
構造の下では禁制帯幅が大きくなりレーザ発振波長（例
えば780nm）における光吸収係数がGaAsバルク結晶に比
べ減少し（R.Dingle:Festkrperplobleme XV（1975）2
1.）、同時に屈折率も減少する。
GaAsよりも禁制帯幅が小さいためキャリアを閉じ込め、
発光素子においては光吸収損失、光閉じ込め効果を発す
る。しかし、GaAs層の厚さが200Å以下になると例えば
T.Isibasi et al:JJAP Letters,20（1981）L623.より引
用した第２図、薄膜の膜厚と室温フォトルミネセンスの
発光波長の関係を示す図からもわかるようにGaAsはバル
クとしての性質とは変わり量子効果に基づくふるまいが
顕著となる。即ちAlGaAs層間に介在するGaAs層の厚さが
200Å以下であると伝導帯の電子及び価電子帯の正孔は
井戸型のポテンシャルエネルギーを受け井戸に沿う方向
の運動エネルギーが量子化され、この離散的エネルギー
構造の下では禁制帯幅が大きくなりレーザ発振波長（例
えば780nm）における光吸収係数がGaAsバルク結晶に比
べ減少し（R.Dingle:Festkrperplobleme XV（1975）2
1.）、同時に屈折率も減少する。
またこのように運動エネルギーが量子化されうる電子状
態はKronig Pennyのモデルによって説明され２原子層
（10Å）の厚さまでは成立つので、（R.Dingle et al:P
hys Rev Lett 34（1975）1327）10Å〜200Åの厚さのGa
Asの薄膜では光吸収損失、光閉じ込め効果が無視でき
る。
態はKronig Pennyのモデルによって説明され２原子層
（10Å）の厚さまでは成立つので、（R.Dingle et al:P
hys Rev Lett 34（1975）1327）10Å〜200Åの厚さのGa
Asの薄膜では光吸収損失、光閉じ込め効果が無視でき
る。
また他方、物資の化学的性質は、最外殻電子のふるまい
のみでなく内殻電子の影響が大きいので層の厚さに依存
しない。
のみでなく内殻電子の影響が大きいので層の厚さに依存
しない。
従って例えば半導体レーザにおいてはAlGaAsのクラッド
層に接して、またはその中に10Å〜200Åの厚さのGaAs
の薄膜が存在してもレーザの発振特性に影響は現れな
い。
層に接して、またはその中に10Å〜200Åの厚さのGaAs
の薄膜が存在してもレーザの発振特性に影響は現れな
い。
実施例 本発明に係る半導体レーザの製造方法により製造される
べき半導体レーザは、発光層である活性層を、光を閉じ
込めるクラッド層で挟むように積層し、その一方のクラ
ッド層上に成長させた電流制限層の一部をエッチング除
去して電流の流れるストライプを形成した後、クラッド
層を成長させる構造のものである。従ってエッチング加
工のため一旦積層作業を中断しなければならない。
べき半導体レーザは、発光層である活性層を、光を閉じ
込めるクラッド層で挟むように積層し、その一方のクラ
ッド層上に成長させた電流制限層の一部をエッチング除
去して電流の流れるストライプを形成した後、クラッド
層を成長させる構造のものである。従ってエッチング加
工のため一旦積層作業を中断しなければならない。
そこで第１図をもとに本実施例を詳細に説明する。先ず
内部を高真空状態に保った図示しないMBE装置内に装着
し加熱した第１導電型であるＮ型GaAsの基板10上に、蒸
発させた原料物資及びドーピング不純物を適宜シャッタ
ーの開閉により制御しながら分子線として照射し、第１
導電型であるＮ型Al0.6Ga0.4Asの下部クラッド層21（層
厚1.2μｍ）、Al0.15Ga0.85Asからなる活性層22（層厚
0.08μｍ）、第２導電型であるＰ型Al0.6Ga0.4Asの第１
上部クラッド層23（層厚0.35μｍ）を順次積層し、連続
してその上に膜厚150Åの第２導電型であるＰ型GaAs膜3
0を成長させた後第１導電型であるＮ型GaAsの電流制限
層24（層厚0.3μｍ）を積層して一回目の結晶成長即ち
積層作業を終える（第１図（ａ）参照）。なおMBE装置
では論理的には１原子層の積層が可能であるし、現在の
技術でも10Åオーダーの膜厚制御は容易に行い得る。
内部を高真空状態に保った図示しないMBE装置内に装着
し加熱した第１導電型であるＮ型GaAsの基板10上に、蒸
発させた原料物資及びドーピング不純物を適宜シャッタ
ーの開閉により制御しながら分子線として照射し、第１
導電型であるＮ型Al0.6Ga0.4Asの下部クラッド層21（層
厚1.2μｍ）、Al0.15Ga0.85Asからなる活性層22（層厚
0.08μｍ）、第２導電型であるＰ型Al0.6Ga0.4Asの第１
上部クラッド層23（層厚0.35μｍ）を順次積層し、連続
してその上に膜厚150Åの第２導電型であるＰ型GaAs膜3
0を成長させた後第１導電型であるＮ型GaAsの電流制限
層24（層厚0.3μｍ）を積層して一回目の結晶成長即ち
積層作業を終える（第１図（ａ）参照）。なおMBE装置
では論理的には１原子層の積層が可能であるし、現在の
技術でも10Åオーダーの膜厚制御は容易に行い得る。
次に、基板10を一旦大気圧下のMBE装置外へ取り出しレ
ジスト40をマスクとして第１導電型であるＮ型GaAsを選
択的にエッチングして電流制限層24に幅３μｍのストラ
イプ溝24aを形成する（第１図（ｂ）参照）。このと
き、GaAs膜30によって第１上部クラッド層23の表面が直
接酸化されたり不純物が付着するのを防止することがで
きるが、露出したGaAs膜30と電流制限層24の表面の酸化
及び不純物付着は避けられない。そこで再びMBE装置内
に基板10を装着し、GaAs結晶中のAsの蒸発をおさえるた
めAs分子線を照射しながら700〜780℃のサーマルクリー
ニングにより先の露出表面の浄化を行う（第１図（ｃ）
参照）。これによりGaAs膜30の膜圧は約100Åとなる。
ジスト40をマスクとして第１導電型であるＮ型GaAsを選
択的にエッチングして電流制限層24に幅３μｍのストラ
イプ溝24aを形成する（第１図（ｂ）参照）。このと
き、GaAs膜30によって第１上部クラッド層23の表面が直
接酸化されたり不純物が付着するのを防止することがで
きるが、露出したGaAs膜30と電流制限層24の表面の酸化
及び不純物付着は避けられない。そこで再びMBE装置内
に基板10を装着し、GaAs結晶中のAsの蒸発をおさえるた
めAs分子線を照射しながら700〜780℃のサーマルクリー
ニングにより先の露出表面の浄化を行う（第１図（ｃ）
参照）。これによりGaAs膜30の膜圧は約100Åとなる。
その後、二回目の積層作業を開始し、第２導電型である
Ｐ型Al0.6Ga0.4Asからなる第２上部クラッド層25（層圧
1.2μｍ）と、第２電導型であるＰ型GaAsのキャップ層2
6とを成長させ（第１図（ｄ）参照）、MBE装置外での電
極蒸着、チップのへき開等の工程を経て半導体レーザチ
ップが完成する。ここでAl組成Ｘは発振波長及び結晶成
長性を考慮して適宜設定されるが、本実施例の場合、発
振波長は780nm、25℃における発振しきい値は45mAであ
り、発光出力3mW時の発光放射角等諸特性において他を
同一条件で作製しサーマルクリーニング時にGaAs膜を完
全に取り去ったものと比較し、実用上問題となる差は生
じなかった。
Ｐ型Al0.6Ga0.4Asからなる第２上部クラッド層25（層圧
1.2μｍ）と、第２電導型であるＰ型GaAsのキャップ層2
6とを成長させ（第１図（ｄ）参照）、MBE装置外での電
極蒸着、チップのへき開等の工程を経て半導体レーザチ
ップが完成する。ここでAl組成Ｘは発振波長及び結晶成
長性を考慮して適宜設定されるが、本実施例の場合、発
振波長は780nm、25℃における発振しきい値は45mAであ
り、発光出力3mW時の発光放射角等諸特性において他を
同一条件で作製しサーマルクリーニング時にGaAs膜を完
全に取り去ったものと比較し、実用上問題となる差は生
じなかった。
なお本実施例ではAlGaAs層全面をGaAs膜で覆ったが、こ
れに限定されず部分的に覆う構造のものにも本発明は適
用される。即ちGaAs膜で覆わない部分はAlGaAs層表面が
劣化しその上には多結晶が成長することを利用して一つ
の基板上に単結晶の発光部分と多結晶の非発光部分を配
置したモノリシックLED等である。
れに限定されず部分的に覆う構造のものにも本発明は適
用される。即ちGaAs膜で覆わない部分はAlGaAs層表面が
劣化しその上には多結晶が成長することを利用して一つ
の基板上に単結晶の発光部分と多結晶の非発光部分を配
置したモノリシックLED等である。
発明の効果 この発明によれば低真空下での酸化によるAlGaAs層の表
面劣化を防ぐことができ、また保護膜となるGaAs膜の膜
圧を光学的特性に影響をおよぼさない10Å〜200Åに設
定することで、一時中断後AlGaAs層上に再びAlGaAs層を
成長させる場合にも、成長作業中断時、先のAlGaAs層を
覆っていたGaAs膜を完全に取り去る必要がなく半導体レ
ーザの製造時間を短縮できる。
面劣化を防ぐことができ、また保護膜となるGaAs膜の膜
圧を光学的特性に影響をおよぼさない10Å〜200Åに設
定することで、一時中断後AlGaAs層上に再びAlGaAs層を
成長させる場合にも、成長作業中断時、先のAlGaAs層を
覆っていたGaAs膜を完全に取り去る必要がなく半導体レ
ーザの製造時間を短縮できる。
第１図は本発明に係る半導体レーザの製造方法の製造工
程の説明図。 第２図は薄膜の膜厚と室温フォトルミネセンスの関係を
表す図。 第３図はAlGaAsとGaAsの蒸発速度を示す図。 23……第１上部クラッド層（Al×Ga1-XAs層（０＜Ｘ≦
１）に対応する。） 30……GaAs膜。
程の説明図。 第２図は薄膜の膜厚と室温フォトルミネセンスの関係を
表す図。 第３図はAlGaAsとGaAsの蒸発速度を示す図。 23……第１上部クラッド層（Al×Ga1-XAs層（０＜Ｘ≦
１）に対応する。） 30……GaAs膜。
Claims (1)
- 【請求項１】第１伝導型GaAs基板上に第１伝導型AlXGa
1-XAs（ただし、０＜Ｘ≦１）からなる下部クラッド層
を形成し、この下部クラッド層の上にAlYGa1-YAs（ただ
し、０＜Ｙ≦１）からなる活性層を形成し、この活性層
の上に第２伝導型AlXGa1-XAsからなる第１上部クラッド
層を形成し、この第１上部クラッド層の上に第２伝導型
GaAs層を形成し、この第２伝導型GaAs層の上に第１伝導
型GaAsからなる電流制限層を形成し、この電流制限層を
選択的にエッチングし、その後As分子線を照射しながら
サーマルクリーニングを行い、このサーマルクリーニン
グの後に第２伝導型AlXGa1-XAsからなる第２上部クラッ
ド層を形成し、この第２上部クラッド層の上に第２伝導
型GaAsからなるギャップ層を成長させ、この後、電極蒸
着、チップのへき開等を行うことを特徴とする半導体レ
ーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60234323A JPH06105818B2 (ja) | 1985-10-18 | 1985-10-18 | 半導体レーザの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60234323A JPH06105818B2 (ja) | 1985-10-18 | 1985-10-18 | 半導体レーザの製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14849594A Division JPH088397B2 (ja) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | 半導体レーザの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6293948A JPS6293948A (ja) | 1987-04-30 |
| JPH06105818B2 true JPH06105818B2 (ja) | 1994-12-21 |
Family
ID=16969202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60234323A Expired - Lifetime JPH06105818B2 (ja) | 1985-10-18 | 1985-10-18 | 半導体レーザの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06105818B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2641660B2 (ja) * | 1991-10-22 | 1997-08-20 | 株式会社荏原製作所 | センサターゲット |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6179221A (ja) * | 1984-09-27 | 1986-04-22 | Toshiba Corp | エピタキシヤル成長法 |
-
1985
- 1985-10-18 JP JP60234323A patent/JPH06105818B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6293948A (ja) | 1987-04-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |