JPH0758404A - 半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡便なプロセスで素子特性の良い半導体レー
ザ装置の製造方法を提供すること。 【構成】 第１導電型半導体基板１上に、第１導電型ク
ラッド層４とこの第１導電型クラッド層４上に位置し光
閉じ込め層４，６によって挟まれた量子井戸層５を含む
活性領域１１とこの活性領域１１上に位置する第２導電
型クラッド層７とを形成し、この第２導電型クラッド層
７の一部を化学的エッチングにより除去してメサストラ
イプ１０を形成し、熱処理を行うことによって、メサス
トライプ底部直下の活性領域１２を無秩序化し、これに
より、メサストライプ頂部直下の無秩序化されていない
量子井戸層５をレーザ発振領域とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理装置等に用
いられる屈折率導波型半導体レーザ装置の製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】光情報処理分野で利用される半導体レー
ザ装置においては、しきい値電流が低く、安定した横モ
ード特性をもち、最大光出力が高いものに対する要求が
強い。このような要求を満たすレーザの基本的な構造と
しては、屈折率導波構造と呼ばれる光及びキャリアの閉
じ込め機構が必要不可欠である。この屈折率導波型半導
体レーザ装置の製造方法には様々なものが知られている
が、その中のひとつに「不純物を用いた半導体多層膜の
無秩序化技術（Ｉｍｐｕｒｉｔｙ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｌ
ａｙｅｒ Ｄｉｓｏｒｄｅｒｉｎｇ）」がある。

【０００３】図４は、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ
・アプライド・フィジクス２８巻Ｌ１０１３頁〜１０１
５頁（１９８９年）に掲載された半導体レーザ装置の断
面図である。この半導体レーザ装置の製造方法において
は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系ダブルヘテロ構造半導体
レーザ基板２１にエッチングによりメサストライプ２２
を形成し、このメサストライプの底部に拡散源であるシ
リコンを堆積し、この後基板上面を拡散保護膜の窒化シ
リコン膜で覆ってから、水素雰囲気下で８５０°Ｃ，１
時間の熱処理を施して、メサストライプ２２の底部直下
で活性領域の無秩序化を行ってシリコン不純物による無
秩序化領域２３を形成している。なお、本明細書におい
ては、メサストライプの底部とは、メサストライプの頂
部に対して低い位置にある部分を意味するものとする。

【０００４】これにより、拡散源であるシリコンの堆積
がなかったメサストライプ２２の頂部直下の活性領域２
５では顕著な変化は見られないが、メサストライプ２２
の底部直下の活性領域ではシリコン不純物による無秩序
化のためこの領域２３のエネルギーバンドギャップが広
がるから、この２つの領域２５，２３の間で実効的な屈
折率差を生じ、活性領域の水平方向に光導波構造が形成
されたことになる。またこの構造では、メサストライプ
の底部付近に特別なｐｎ接合領域２４が同時に形成さ
れ、この方向への電流の広がりを防ぐ役割を果たす。な
お、２６は電流ブロック層、２７はｐ側電極、２８はｎ
側電極である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところがこの従来の方
法では、不純物の拡散を用いて活性領域の無秩序化を行
うため、活性領域周辺には多数の自由キャリアが生成さ
れ、レーザ発振の際光吸収を生じて、効率の低下等素子
特性を著しく劣化させる原因となっていた。

【０００６】本発明は、かかる問題点を解消するために
なされたもので、簡便なプロセスで素子特性の良い半導
体レーザ装置の製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ装
置の製造方法は、前記目的を達成するため、第１導電型
半導体基板上に、第１導電型クラッド層とこの第１導電
型クラッド層上に位置し光導波路層によって挟まれた量
子井戸層を含む活性領域とこの活性領域上に位置する第
２導電型クラッド層とを形成し、この第２導電型クラッ
ド層の一部を化学的エッチングにより除去してメサスト
ライプを形成し、熱処理を行うことによって、メサスト
ライプ底部直下の活性領域を無秩序化し、これにより、
メサストライプ頂部直下の無秩序化されていない量子井
戸層をレーザ発振領域とすることを特徴とする。

【０００８】

【作用】メサストライプ底部直下の量子井戸層を無秩序
化するのに自然欠陥の拡散を利用するため、従来の不純
物拡散による無秩序化と違って拡散源あるいは拡散源と
拡散保護膜を着膜する工程を省略でき、また従来の不純
物拡散による無秩序化では活性領域の周辺に多数の自由
キャリアが生成されるためそれによる光吸収があり特性
に影響を与えていたが、本発明では不純物を用いないの
でこの影響を排除することができる。

【０００９】

【実施例】本発明の実施例を説明する。

【００１０】図１及び図２は、本発明に係る半導体レー
ザ装置の製造方法の一実施例を説明するための工程断面
図である。

【００１１】まず図１（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板１（ｎ＝２×１０¹⁸ｃｍ^-3；厚さ３５０μｍ）上
にｎ−ＧａＡｓ／ｎ−Ａｌ_0.25Ｇａ_0.75Ａｓバッファ層
２（ｎ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3；厚さ各０．５／０．５μ
ｍ）、ｎ−Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓクラッド層３（ｎ＝１
×１０¹⁸ｃｍ^-3；厚さ１．０μｍ）、アンドープＡｌ_0.
3 Ｇａ_0.7 Ａｓ光閉じ込め層４（厚さ６００Å）、アン
ドープＡｌ_0.1 Ｇａ_0.9Ａｓ量子井戸層５（厚さ１００
Å）、アンドープＡｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ光閉じ込め層６
（厚さ６００Å）、ｐ−Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓクラッド
層７（ｐ＝１×１０¹⁸ｃｍ^-3；厚さ１．０μｍ）、ｐ−
ＧａＡｓコンタクト層８（ｐ＝１×１０１９ｃｍ^-3；厚
さ０．２μｍ）をＭＯＣＶＤ装置により順次エピタキシ
ャル成長する。

【００１２】次に図１（ｂ）に示すように、レーザ基板
上にフォトリソグラフィによって幅２〜５μｍのフォト
レジストストライプ９を形成し、これをマスクとしてＨ
₂ ＳＯ₄ ：Ｈ₂ Ｏ₂ ：Ｈ₂ Ｏ＝１：８：１００エッチャ
ント（２０°Ｃ）によりｐ−ＧａＡｓコンタクト層８、
並びにｐ−Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓクラッド層７の一部を
エッチング除去してメサストライプ１０（図１（ｃ）参
照）を形成する。エッチングの深さは典型的にはアンド
ープＡｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ光閉じ込め層６までの距離Ｄ
が０．１μｍ程度になるよう時間で制御する。レジスト
をはく離した後、この試料をヒ素粒５ｍｇとともに石英
アンプル内に封入し、８２５°Ｃ／１０時間の熱処理を
行う。なお、アンプルの容積は１２立方センチ程度であ
り、封入前に石英アンプル内を真空度６×１０⁶ Ｔｏｒ
ｒまで真空引きする。この熱処理により、図１（ｃ）に
示すようにメサストライプ１０の底部を中心に、結晶表
面に多数存在する自然欠陥（Ｎａｔｉｖｅ ｄｅｆｅｃ
ｔ）が半導体多層膜の混合（Ｉｎｔｅｒｍｉｘｉｎｇ）
を引き起こすため、光閉じ込め層４，６の間に量子井戸
層５を配置した活性領域の無秩序化（Ｄｉｓｏｒｄｅｒ
ｉｎｇ）を生ずる。

【００１３】この自然欠陥による量子井戸層の無秩序化
の現象についてはアプライド・フィジクス・レターズ第
５４巻２６２〜２６４頁（１９８９年）に詳しいが、要
約すれば自然欠陥による量子井戸層の無秩序化には、そ
の量子井戸層の位置する深さ依存性があるということで
ある。すなわち、量子井戸層の位置が基板表面から近い
位置にあればあるほど、無秩序化が促進されてこの領域
のエネルギーバンドギャップが広がることになる。

【００１４】したがって、本レーザについて言えば基板
表面から遠い位置にあるメサストライプの頂部直下の活
性領域１１においてよりも、近い位置にあるメサストラ
イプの底部直下の活性領域（無秩序化領域）１２での方
がより早く無秩序化が進行して、両者の間でエネルギー
バンドギャップ差を生ずる。

【００１５】次に図２（ａ）に示すように、基板上面に
ＲＦスパッタリングにより電流ブロック用の窒化シリコ
ン膜１３を約１０００Å堆積して、つづいて図２（ｂ）
に示すようにフォトリソグラフィによってメサストライ
プ頂部に幅１〜４μｍのフォトレジスト窓１４を形成
し、これをエッチングマスクとして窒化シリコン膜１３
を除去する。フォトレジストを取り除いた後、この試料
を亜鉛粒１０ｍｇ及びヒ素粒１０ｍｇとともに石英アン
プル内に封入し、窓をあけた窒化シリコン膜１３を拡散
のマスクとして５６６°Ｃ／４０分間の熱処理を行う
と、図２（ｃ）に示すようにメサストライプの頂部に残
っているｐ−ＧａＡｓコンタクト層８をわずかに超える
程度の浅い亜鉛拡散を生ずる。この亜鉛拡散領域１５
は、ｐ側電極１６（図３参照）を着膜した際、良好なオ
ーミック特性を得るのに重要である。なぜなら高温での
熱処理後、ＧａＡｓ基板表面はキャリア濃度が低下する
という現象がしばしば見られるからである。なお、この
亜鉛拡散の際には、電流ブロック用の窒化シリコン膜１
３を拡散のマスクとして利用しているので、メサストラ
イプの中心と亜鉛拡散領域１５の中心との位置合わせが
自動的に行われセルフアライメントが達成される。

【００１６】最後に裏面はｎ−ＧａＡｓ基板１を１００
μｍ程度まで研磨して、図３の斜視図に示すように、ｐ
側電極Ｃｒ／Ａｕ１６及びｎ側電極Ａｕ−Ｇｅ／Ａｕ１
７を蒸着すれば、本発明に係る半導体レーザ装置が完成
する。

【００１７】次に動作について説明する。

【００１８】図３においてｐ側電極１６から注入された
キャリアは電流ブロック層の役割を果たす窒化シリコン
膜１３によって狭さくされ、亜鉛を浅く拡散させたｐ−
ＧａＡｓコンタクト層８を通ってｐ−ＡｌＧａＡｓクラ
ッド層７に流れ込む。自然欠陥の拡散により無秩序化さ
れたメサストライプの底部直下の活性領域１２はエネル
ギーバンドギャップが増大すると同時に屈折率が低下す
るから、キャリアはメサストライプの頂部直下の活性領
域１１へ効率よく注入され、発光に寄与すると同時に、
この領域での光導波性が高められる。本レーザの基本的
な動作原理は良く知られたリッジ導波型レーザのそれに
近いが、リッジ導波型レーザでは作製プロセス完了後も
基板全体に活性領域が残っているのに対して、本レーザ
ではメサストライプの頂部直下を除いて活性領域の無秩
序化されている。これによりキャリア及び光の閉じ込め
が効率良く行われる。また、この無秩序化は不純物の拡
散によって引き起こされたものではないため、従来の不
純物拡散型レーザのように、活性領域の周辺に自由キャ
リアが多数存在して光吸収を生じ、レーザの発振効率を
低下させるようなことはない。

【００１９】以上の実施例ではＡｌＧａＡｓ系について
示したが、ＡｌＧａＩｎＰ系やＩｎＧａＡｓ系あるいは
ＩｎＧａＡｓＰ系材料よりなる半導体レーザ装置につい
ても適用でき、同様の効果を得ることができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、メサストライプを形成
して自然欠陥の拡散による活性領域の無秩序化を行うの
で、メサストライプの頂部直下の活性領域に比較して底
部直下の活性領域の無秩序化が促進され、キャリア及び
光の閉じ込めが効率良く行われる。これにより、自由キ
ャリアによる光吸収のない、かつまた製造方法の簡便な
屈折率導波型レーザを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法を
説明するための工程断面図の第１の部分である。

【図２】 本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法を
説明するための工程断面図の第２の部分である。

【図３】 完成後の半導体レーザ装置の斜視図である。

【図４】 従来の半導体レーザ装置を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１…ｎ−ＧａＡｓ基板、２…ｎ−ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡ
ｓバッファ層、３…ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、４…
アンドープＡｌＧａＡｓ光閉じ込め層、５…アンドープ
ＡｌＧａＡｓ量子井戸、６…アンドープＡｌＧａＡｓ光
閉じ込め層、７…ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、８…ｐ
−ＧａＡｓコンタクト層、９…フォトレジスト、１０…
メサストライプ、１１…メサストライプの頂部直下の活
性領域、１２…メサストライプの底部直下の活性領域
（無秩序化領域）、１３…窒化シリコン膜、１４…フォ
トレジスト窓、１５…亜鉛拡散領域、１６…ｐ側電極、
１７…ｎ側電極、２１…ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系ダブ
ルヘテロ構造半導体レーザ基板、２２…メサストライ
プ、２３…シリコン不純物による無秩序化領域、２４…
特別なｐｎ接合領域、２５…活性領域、２６…電流ブロ
ック層、２７…ｐ側電極、２８…ｎ側電極

フロントページの続き (72)発明者 中山 秀生 神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロッ クス株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型半導体基板上に、第１導電型
   クラッド層とこの第１導電型クラッド層上に位置し光導
   波路層によって挟まれた量子井戸層を含む活性領域とこ
   の活性領域上に位置する第２導電型クラッド層とを形成
   し、 この第２導電型クラッド層の一部を化学的エッチングに
   より除去してメサストライプを形成し、 熱処理を行うことによって、メサストライプ底部直下の
   活性領域を無秩序化し、 これにより、メサストライプ頂部直下の無秩序化されて
   いない量子井戸層をレーザ発振領域とすることを特徴と
   する半導体レーザ装置の製造方法。