JPH07202317A - 埋め込み構造半導体レーザの製造方法 - Google Patents

埋め込み構造半導体レーザの製造方法

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JPH07202317A
JPH07202317A JP5349283A JP34928393A JPH07202317A JP H07202317 A JPH07202317 A JP H07202317A JP 5349283 A JP5349283 A JP 5349283A JP 34928393 A JP34928393 A JP 34928393A JP H07202317 A JPH07202317 A JP H07202317A
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semi
insulating
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半絶縁層で埋め込まれた素子容量の小さい埋
め込み構造半導体レーザを簡単な作製工程で作製する。 【構成】 n形InP基板1上にn形InP層3,アン
ドープInGaAsP層4およびp形InP層5をMO
VPE法により成長し、フォトリソグラフィおよびエッ
チングによって〈011〉方向にメサ構造を形成した
後、MOVPE法によりFeドープ半絶縁InP層6,
Seドープn形InP層7を成長する。このとき、n形
InP層7のSeドーピング濃度を8×1018cm-3
上にすると、リッジ構造頂上部のn形InP層7の成長
が抑制され、リッジ構造頂上部にはn形InP層7は堆
積せず、次にp形InP層8,p形InGaAsP層9
を成長し、このとき、p形InP層8中からFeドープ
半絶縁InP層6中にZnが拡散し、メサ構造上部に成
長したFeドープ半絶縁InP層6aはp形化される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、有機金属気相成長法を
用いた埋め込み構造半導体レーザの製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】通常、低閾値電流,高効率の半導体レー
ザを作製するためには、埋め込み構造を形成することが
必要である。一般に有機金属気相成長法で埋め込み構造
を形成するためには、上部に選択成長マスクを有する活
性領域を含んだメサストライプの形成および選択成長に
よるメサストライプの埋め込み工程が必要であり、作製
工程が複雑になる。レーザ作製プロセスを簡略化するた
めに選択成長マスクを使用しないで活性層を有するメサ
構造を埋め込む技術が重要になる。
【0003】図6は、例えば特願平3−285470号
(特開平5−102607号公報)に開示された半導体
レーザおよびその製造方法を説明する工程の斜視図であ
る。同図において、まず、図6(a)に示すように(1
00)面n形InP基板1上にn形InPバッファ層
3,アンドープInGaAsP活性層4およびp形In
Pクラッド層5を有機金属気相成長法(MOVPE)法
によって成長する。
【0004】次に図6(b)に示すようにフォトリソグ
ラフ技術と選択エッチングとによって〈011〉方向に
ストライプ幅約1.5μm,高さ約1.0μm程度のメ
サ構造を形成する。
【0005】次に図6(c)に示すようにMOVPE法
を用いてp形InP電流ブロック層10,Seドープn
形InP電流閉じ込め層7を成長する。このとき、n形
InP層7のSeドーピング濃度を8×1018cm-3
上にすると、リッジ構造の頂上部のn形InP層7の成
長が完全に抑制され、リッジ構造頂上部にn形InP層
7は堆積せず、p形InP層6が表面に出ている層構造
になる。また、リッジ構造頂上部以外はn形InP層7
が残っているため、p形InP電流ブロック層10,n
形InP電流閉じ込め層7はリッジ構造の活性層に対し
て電流狭窄層および光閉じ込め層として働く。
【0006】次に図6(d)に示すようにp形InPオ
ーバークラッド層8,p形InGaAsPキャップ層9
を成長する。
【0007】このようにして製作した素子は、選択成長
マスクを用いた埋め込み成長を行う工程を不要として簡
単な製作工程で埋め込み構造レーザ素子を製作すること
ができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】素子容量を低減する方
法にFeドープ埋め込み構造がある。従来のFeドープ
埋め込み構造レーザの製造方法は、上部に選択成長マス
クを有する活性領域を含んだメサストライプの形成およ
び選択成長によるメサストライプの埋め込み工程が必要
であり、製作工程が複雑であり、特願平3−28547
0号で示された半導体レーザおよびその製造方法のよう
に選択成長マスクを使用しないで活性層を有するメサ構
造を埋め込むような簡略化されたレーザ作製プロセスを
応用することができなかった。
【0009】したがって本発明は、前述した従来の課題
を解決するためになされたものであり、その目的は、半
絶縁層で埋め込まれた素子容量の小さい埋め込み構造半
導体レーザを簡単な作製工程で作製することができる埋
め込み構造半導体レーザの製造方法を提供することにあ
る。また、本発明の他の目的は、広い範囲(メサ構造,
成長条件)において作製が可能であり、成長条件などの
変化に影響されることなく、再現性良く、高い歩留まり
で作製することができる埋め込み構造半導体レーザの製
造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明による埋め込み構造半導体レーザの製造
方法は、n形(100)III-V 族化合物半導体基板上に
活性領域を有する〈011〉方向のメサストライプを形
成する工程と、半導体基板の全面に有機金属気相成長法
により半絶縁半導体電流ブロック層,所定の濃度のVI族
元素をドーピングしたn形半導体層を堆積する工程と、
半絶縁半導体電流ブロック層およびn形半導体層上にp
形半導体オーバークラッド層,p形半導体キャップ層を
堆積し、活性領域上部の半絶縁半導体電流ブロック層を
p形化する工程とを有している。
【0011】また、本発明による他の埋め込み構造半導
体レーザの製造方法は、n形(100)III-V 族化合物
半導体基板上に〈011〉方向のメサストライプを形成
する工程と、半導体基板の全面に有機金属気相成長法に
より活性層,半絶縁半導体電流ブロック層,所定の濃度
のVI族元素をドーピングしたn形半導体層を堆積する工
程と、半絶縁半導体電流ブロック層およびn形半導体層
上にp形半導体オーバークラッド層,p形半導体キャッ
プ層を堆積し、活性層上部の半絶縁性半導体電流ブロッ
ク層をp形化する工程とを有している。
【0012】
【作用】ここで、前述した埋め込み構造半導体レーザの
製造方法を説明すると、次のようになる。半絶縁性半導
体電流ブロック層はp形ドーパントを拡散することによ
り、p形化することが可能である。また、FeドープI
nP層中ではp形のドーパントであるZnの拡散速度が
異常に速いことが知られている。そこで、p形ドーパン
トの拡散が遅いn形層を拡散時の選択マスクとし、特定
領域のFeドープ層のみにZnを拡散してp形化するこ
とが可能である。
【0013】つまり、従来の製造方法において、p形半
導体電流ブロック層の位置に半絶縁半導体層を十分な電
流ブロックが可能な層厚だけ成長し、続けてVI族ドーパ
ントを高ドーピングしたn形半導体層を成長する。n形
半導体層はメサ構造上部では成長が抑制され、メサ構造
上部だけに半絶縁半導体層が表面に現れた構造になる。
その後、成長面側からp形ドーパントを拡散する。拡散
の方法としては、基板上に高ドープp形半導体層を成長
するか、または気相拡散を行うなどの方法が考えられ
る。このとき、n形半導体層がp形ドーパントの拡散防
止マスクとして働くが、メサ構造上部にはn形半導体層
がないため、半絶縁半導体層中にp形ドーパントが拡散
し、メサ上に堆積した半絶縁半導体はp形半導体層に変
化する。このため、メサ構造にのみ電流が注入可能な電
流狭窄構造が形成できる。また、この埋め込み構造を電
流ブロックを半絶縁半導体層で行っているので、埋め込
み層に容量を持たず、素子容量の小さい半導体レーザを
簡単に作製することが可能である。
【0014】また、この作製方法の技術的ポイントは、
選択成長マスクを用いずにメサ構造上部のn形半導体成
長を完全に抑制することである。もし、メサ構造上部に
少しでもn形半導体層が成長した場合、メサ構造上に成
長した半絶縁半導体層はp形化されなくなり、メサ構造
中に存在する活性領域に電流を注入できなくなる。メサ
上のn形層の成長を完全に抑制するためには、メサ形
状,成長条件の許容範囲が狭くなる(例えば図7に示さ
れたメサ幅w=1.1μm程度、Se濃度が8×1018
cm-3以上のn形InPで埋め込む場合)。しかし、n
形層の成長を完全に抑制できなくても、広い範囲でメサ
構造上部のn形成長層と他の領域で十分な膜厚の違いを
実現できる。例えば図7に示すようにメサ幅が広くw=
3.5μm程度であってもVI族ドーパント濃度が8×1
18cm-3以上の場合、また、メサ幅w=1.1μm程
度であれば、VI族ドーパント濃度が5×1018cm-3
上の場合はメサ上のn形InPの成長速度は1/2以下
に抑制され、他の領域と十分な膜厚の違いを実現できて
いる。そこでn形層まで成長した後、全面をエッチング
することにより、メサ上のn形層のみを除去し、半絶縁
半導体層を表面に出すことができる。したがって、その
後、基板全面にp形ドーパントを拡散することにより、
活性領域には電流注入が可能な半絶縁半導体層で電流ブ
ロックされた素子容量が小さい埋め込み構造が製造でき
る。また、エッチング工程は、基板全面をエッチングす
るためにパターニングなどの前処理が不要で反応炉内で
のエッチング性ガスを用いたエッチングなどにより、簡
単に行うことが可能である。
【0015】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。 (実施例1)図1(a)〜図1(d)は、本発明による
埋め込み構造半導体レーザの製造方法の第1の実施例を
説明する工程の斜視図である。同図において、図1
(a)に示すように(100)面n形InP基板1上に
膜厚d=1.0μmのn形InPバッファ層3,膜厚d
=0.1μmのアンドープInGaAsP活性層4およ
び膜厚d=0.3μmのp形InPクラッド層5を有機
金属気相成長(MOVPE)法によって成長する。
【0016】次に図1(b)に示すようにフォトリソグ
ラフィ技術と選択エッチングとによって〈011〉方向
にストライプ幅約1.5μm,高さ約1.0μm程度の
メサ構造を形成する。
【0017】次に図1(c)に示すようにMOVPE法
を用いて膜厚d=2.5μmのFeドープ半絶縁InP
電流ブロック層6,膜厚d=0.6μmのSeドープn
形InP拡散防止層7を成長する。このとき、n形In
P拡散防止層7のSeドーピング濃度を8×1018cm
-3以上にすると、先のFeドープ半絶縁InP電流ブロ
ック層6の成長で形成されたリッジ構造の頂上部におけ
るn形InP拡散防止層7の成長が抑制され、リッジ構
造頂上部にはn形InP拡散防止層7は堆積しない。
【0018】次に図1(d)に示すように膜厚d=1.
0μmのp形InPオーバークラッド層8,膜厚d=
0.4μmのp形InGaAsPキャップ層9を成長す
る。このとき、p形InPオーバークラッド層8中から
Feドープ半絶縁InP電流ブロック層6中にZnが拡
散し、メサ構造上部に成長したFeドープ半絶縁InP
電流ブロック層6aはp形化され、メサ構造中の活性領
域に対して電流狭窄構造を有する埋め込み構造が形成さ
れる。
【0019】このようにして製作された素子は選択成長
マスクを用いた埋め込み成長を行う工程を不要として簡
単な作製工程で半絶縁埋め込み構造レーザ素子を製作す
ることができる。
【0020】(実施例2)図2(a)〜図2(d)は、
本発明による埋め込み構造半導体レーザの製造方法の第
2の実施例を説明する工程の斜視図である。同図におい
て、まず、図2(a)に示すように(100)面n形I
nP基板1上にスパッタリング法によってSiO2 膜を
堆積し、フォトリソグラフィ技術によって〈011〉方
向にストライプ幅約2.5μmの選択成長領域を有する
SiO2 成長マスク2を形成する。
【0021】次に図2(b)に示すように膜厚d=0.
6μmのn形InPバッファ層3,膜厚d=0.1μm
のアンドープInGaAsP活性層4および膜厚d=
0.3μmのp形InPクラッド層5をMOVPE法に
よって成長する。
【0022】次に図2(c)に示すようにSiO2 選択
成長マスク2をHFによって除去した後、MOVPE法
を用いて膜厚d=2.5μmのFeドープ半絶縁InP
電流ブロック層6,膜厚d=0.6μmのSeドープn
形InP拡散防止層7を成長する。このとき、n形In
P拡散防止層7のSeドーピング濃度を8×1018cm
-3以上にすると、先のFeドープ半絶縁InP電流ブロ
ック層6の成長で形成されたリッジ構造の頂上部におけ
るn形InP拡散防止層7の成長が完全に抑制され、リ
ッジ構造頂上部にはn形InP拡散防止層7は堆積しな
い。
【0023】次に図2(d)に示すように膜厚d=1.
0μmのp形InPオーバークラッド層8,膜厚d=
0.4μmのp形InGaAsPキャップ層9を成長す
る。このとき、p形InPオーバークラッド層8中から
Feドープ半絶縁InP電流ブロック層6中にZnが拡
散し、メサ構造上部に成長したFeドープ半絶縁InP
電流ブロック層6aはp形化され、メサ構造中の活性領
域に対して電流狭窄構造を有する埋め込み構造が形成さ
れる。
【0024】このようにして製作された素子は、選択成
長マスクを用いた埋め込み成長を行う工程を不要として
簡単な作製工程で半絶縁埋め込み構造レーザ素子を製作
することができる。
【0025】(実施例3)図3(a)〜図3(c)は、
本発明による埋め込み構造半導体レーザの製造方法の第
3の実施例を説明する工程の斜視図である。同図におい
て、まず、図3(a)に示すように(100)面n形I
nP基板1上にフォトリソグラフィ技術と選択エッチン
グとによって〈011〉方向にストライプ幅約2.0μ
m,高さ約1.0μm程度のメサ構造を形成する。
【0026】次に図3(b)に示すようにMOVPE法
を用いて膜厚d=0.1μmのn形InPバッファ層
3,膜厚d=0.1μmのアンドープInGaAsP活
性層4,膜厚d=2.5μmのFeドープ半絶縁InP
電流ブロック層6および膜厚d=0.6μmのSeドー
プn形InP拡散防止層7を成長する。このとき、n形
InP拡散防止層7のSeドーピング濃度を5×1018
cm-3以上にすると、リッジ構造の頂上部のn形InP
拡散防止層7の成長が完全に抑制され、リッジ構造頂上
部にはn形InP拡散層7は堆積しない。
【0027】次に図3(c)に示すように膜厚d=1.
0μmのp形InPオーバークラッド層8,膜厚d=
0.4μmのp形InGaAsPキャップ層9を成長す
る。このとき、p形InPオーバークラッド層8中から
Feドープ半絶縁InP電流ブロック層6中にZnが拡
散し、メサ構造上部に成長したFeドープ半絶縁InP
電流ブロック層6aはp形化され、メサ構造中の活性領
域に対して電流狭窄構造を有する埋め込み構造が形成さ
れる。
【0028】このようにして製作された素子は、選択成
長マスクを用いた埋め込み成長を行う工程を不要として
簡単な作製工程で埋め込み構造レーザ素子を製作するこ
とができる。
【0029】(実施例4)図4(a)〜図4(e)は、
本発明による埋め込み構造半導体レーザの製造方法の第
4の実施例を説明する工程の斜視図である。同図におい
て、まず図4(a)に示すように(100)面n形In
P基板1上に膜厚d=1.0μmのn形InPバッファ
層3,膜厚d=0.1μmのアンドープInGaAsP
活性層4および膜厚d=0.3μmのp形InPクラッ
ド層5をMOVPE法によって成長する。
【0030】次に図4(b)に示すようにフォトリソグ
ラフィ技術と選択エッチングとによって〈011〉方向
にストライプ幅約1.5μm,高さ約1.0μm程度の
メサ構造を形成する。
【0031】次に図4(c)に示すようにMOVPE法
を用いて膜厚d=2.5μmのFeドープ半絶縁InP
電流ブロック層6,膜厚d=1.0μmのSeドープn
形InP拡散防止層7を成長する。このとき、n形In
P拡散防止層7のSeドーピング濃度を5×1018cm
-3以上にすると、リッジ構造の頂上部のn形InP拡散
防止層7の成長が抑制され、リッジ構造頂上部以外のn
形InP拡散防止層7の1/2以下の厚さしか堆積しな
い。
【0032】次に図4(d)に示すように反応管中に塩
化水素ガスを流し、成長面全面を約0.5μm程度エッ
チングする。このとき、リッジ構造上部はn形InP拡
散防止層7が成長抑制され、その膜厚は約0.5μm以
下になっており、半絶縁InP電流ブロック層6が表面
に現れる。
【0033】次に図4(e)に示すように膜厚d=1.
0μmのp形InPオーバークラッド層8,膜厚d=
0.4μmのp形InGaAsPキャップ層9を成長す
る。このとき、p形InPオーバークラッド層8中から
Feドープ半絶縁InP電流ブロック層6中にZnが拡
散し、メサ構造上部に成長したFeドープ半絶縁InP
電流ブロック層6aはp形化され、メサ構造中の活性領
域に対して電流狭窄構造を有する埋め込み構造が形成さ
れる。
【0034】このようにして製作された素子は選択成長
マスクを用いた埋め込み成長を行う工程を不要として簡
単な作製工程で半絶縁埋め込み構造レーザ素子を製作す
ることができる。
【0035】(実施例5)図5(a)〜図5(e)は、
本発明による埋め込み構造半導体レーザの製造方法の第
5の実施例を説明する工程の斜視図である。同図におい
て、まず図5(a)に示すように(100)面n形In
P基板1上に膜厚d=1.0μmのSeドープn形In
Pバッファ層3,膜厚d=0.1μmのアンドープIn
GaAsP活性層4および膜厚d=0.3μmのp形I
nPクラッド層5をMOVPE法によって成長する。
【0036】次に図5(b)に示すようにフォトリソグ
ラフィ技術および選択エッチングによって〈011〉方
向にストライプ幅約1.5μm,高さ約1.0μm程度
のメサ構造を形成する。
【0037】次に図5(c)に示すようにMOVPE法
を用いて膜厚d=2.5μmのFeドープ半絶縁InP
電流ブロック層6,膜厚d=0.6μmのSeドープn
形InP拡散防止層7を成長する。このとき、n形In
P拡散防止層7のSeドーピング濃度を8×1018cm
-3以上にすると、リッジ構造上部のn形InP拡散防止
層7の成長が完全に抑制され、リッジ構造上部にはn形
InP拡散防止層7は堆積しない。
【0038】次に図5(d)に示すように反応炉の温度
を約400℃にしてDMZを供給することによってZn
の気相拡散を行う。このとき、Seドープn形InP拡
散防止層7が拡散防止マスクの働きをし、メサ構造上部
の半絶縁InP電流ブロック層6aのみにZnが拡散さ
れてp形化する。
【0039】次に図5(e)に示すように膜厚d=1.
0μmのp形InPオーバークラッド層8,膜厚d=
0.4μmのp形InGaAsPキャップ層9を成長す
る。これにより、メサ構造中の活性領域に対して電流狭
窄構造を有する埋め込み構造が形成できる。
【0040】このようにして製作された素子は選択成長
マスクを用いた埋め込み成長を行う工程を不要として簡
単な作製工程で半絶縁埋め込み構造レーザ素子を製作す
ることができる。
【0041】なお、前述した実施例4においては、塩素
ガスを用いてn形InP拡散防止層7のエッチングを行
ったが、他のエッチング方法を用いても、同様の効果が
得られる。
【0042】また、前述した実施例1〜実施例4におい
ては、n形InP拡散防止層7に使用するドーパントは
Seなどの他のVI族ドーパントであっても良いことは明
かである。
【0043】また、前述した実施例1〜実施例5におい
ては、InP系の半導体レーザについて説明したが、G
aAs系などの他のIII-V族化合物半導体レーザであっ
ても良い。
【0044】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
半絶縁埋め込み構造半導体レーザを、選択成長マスクを
用いた埋め込み成長工程を行わず、簡単な作製工程で製
作することができる。また、エッチング工程を併用する
ことにより、n形拡散防止層のリッジ上での完全な成長
抑制が不要となるので、広い範囲(メサ構造,成長条
件)においてレーザ素子を作製可能であり、各種の素子
に応用可能である。さらに成長条件の変化などに影響を
受けにくいので、高い再現性,歩留まりが実現できるな
どの極めて優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による埋め込み構造半導体レーザの製造
方法の第1の実施例を説明する工程の斜視図である。
【図2】本発明による埋め込み構造半導体レーザの製造
方法の第2の実施例を説明する工程の斜視図である。
【図3】本発明による埋め込み構造半導体レーザの製造
方法の第3の実施例を説明する工程の斜視図である。
【図4】本発明による埋め込み構造半導体レーザの製造
方法の第4の実施例を説明する工程の斜視図である。
【図5】本発明による埋め込み構造半導体レーザの製造
方法の第5の実施例を説明する工程の斜視図である。
【図6】従来の埋め込み構造半導体レーザの製造方法を
説明する工程の斜視面図である。
【図7】メサ上に成長したn形InP層厚のドーピング
濃度依存性を示す図である。
【符号の説明】
1 n形InP基板 2 SiO2選択成長マスク 3 Seドープn形InPバッファ層 4 アンドープInGaAsP活性層 5 p形InPクラッド層 6 FeドープInP電流ブロック層 6a Feドープp形InP電流ブロック層 7 Seドープn形InP拡散防止層 8 p形InPオーバークラッド層 9 p形InGaAsPキャップ層 6 Feドープp形InP電流ブロック層 10 p形InP電流ブロック層

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 n形(100)III-V 族化合物半導体基
    板上に活性領域を有する〈011〉方向のメサストライ
    プを形成する工程と、 前記半導体基板の全面に有機金属気相成長法により半絶
    縁半導体電流ブロック層,所定の濃度のVI族元素をドー
    ピングしたn形半導体層を堆積する工程と、 前記半絶縁半導体電流ブロック層およびn形半導体層上
    にp形半導体オーバークラッド層,p形半導体キャップ
    層を堆積し、前記活性領域上部の半絶縁半導体電流ブロ
    ック層をp形化する工程と、を有することを特徴とする
    埋め込み構造半導体レーザの製造方法。
  2. 【請求項2】 n形(100)III-V 族化合物半導体基
    板上に〈011〉方向のメサストライプを形成する工程
    と、 前記半導体基板の全面に有機金属気相成長法により活性
    層,半絶縁半導体電流ブロック層,所定の濃度のVI族元
    素をドーピングしたn形半導体層を堆積する工程と、 前記半絶縁半導体電流ブロック層およびn形半導体層上
    にp形半導体オーバークラッド層,p形半導体キャップ
    層を堆積し、前記活性層上部の半絶縁性半導体電流ブロ
    ック層をp形化する工程と、を有することを特徴とする
    埋め込み構造半導体レーザの製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2において、VI族
    元素をドーピングしたn形半導体層を堆積した後、前記
    半導体基板表面をエッチングして前記メサストライプ上
    部のみに前記半絶縁半導体電流ブロック層が現れるよう
    に加工することを特徴とする埋め込み構造半導体レーザ
    の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項3において、前記半導体基板表面
    のエッチングを有機金属気相成長装置内でエッチング性
    ガスを使用して行うことを特徴とする埋め込み構造半導
    体レーザの製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1,請求項2または請求項3にお
    いて、前記メサストライプ上部のみに堆積されていない
    前記n形半導体層をマスクとしてメサストライプ上部の
    半絶縁半導体電流ブロック層中にのみp形ドーパントを
    拡散する工程を有することを特徴とする埋め込み構造半
    導体レーザの製造方法。
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