JPH09116223A - 面発光半導体レーザ製造方法 - Google Patents
面発光半導体レーザ製造方法Info
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Abstract
発光レーザを提供する。 【解決手段】 面発光レーザ製造方法は、第1の導電型
を有するGaAs基板10上に第1の光反射鏡11とし
てのエピタキシャル成長と、InP基板17上にクラッ
ド層14,活性層15,第2の導電型を有するクラッド
層16からなる積層構造と、第2の導電型を有するGa
As基板19に第2の光反射鏡18としてのエピタキシ
ャル成長とをそれぞれ形成してなり、前記第1の光反射
鏡11であるエピタキシャル成長に酸素を閉領域を残し
てイオン注入12し、前記第1の反射鏡11と前記In
P基板17上の積層構造とを密着させ加熱・接着させ、
前記接着する工程を経た前記積層構造から前記InP基
板17を除去し、前記InP基板17が除去された前記
積層構造と前記第2の光反射鏡18とを密着させ、加熱
・接着する工程からなる。
Description
いた電流狭窄構造を有する面発光レーザの作製方法に関
するものである。
度集積が可能なことから、光信号処理や光情報処理用の
発光光源としてのキーデバイスとしてその開発が非常に
望まれている。
s. lett. 66 1995 pp.1030 に開示されるように、DB
R部分と発光層とを貼り合わせた後、電流を微小領域の
活性層に効率良く注入するめの電流狭窄構造としてIn
Pクラッド層の上部までポスト型にエッチングして形成
していた。
子において、エッチングを施し微小径のポスト型にした
場合には活性層の表面再結合等の影響による非発光過程
の増加を伴い、レーザ発振にいたる閾値電流の増加とい
う問題点があった。
窄構造を作製した場合、活性層にダメージを与えたり、
深い領域(例えば4μm)にイオン注入するため、加速
電圧の制限から注入するイオンが軽い原子量の元素に限
られ、高温動作時における信頼性等に問題点があった。
層膜の抵抗が著しく高くなり素子特性の劣化が問題とな
っていた。
注入するイオン原子の種類が限られることから、エッチ
ングの深さが10μm程度になり、段差構造におけるプ
ロセスの方法に様々な問題が生じ、最適な構造が作製し
にくいという問題点が生じていた。
を反射鏡もしくはクラッド層の中に予め形成し、その後
直接接着により面発光半導体レーザを作製することを主
要な特徴とし、以下のような手段によって上述の課題を
解決するものである。
光半導体レーザ製造方法は、第1の導電型を有するGa
As基板上に、第1の導電型及び光学波長の1/4 の膜厚
を有するAlx1Ga1-x1As膜とAlx2Ga1-x2As膜
(0≦x1,x2≦1)とを交互に積層し第1の光反射
鏡を形成する工程と、InP基板上に第1の導電型を有
するクラッド層と活性層と第2の導電型を有するクラッ
ド層とを具備する積層構造を、該第1の導電型を有する
クラッド層を該InP基板に対向して形成する工程と、
第2の導電型を有するGaAs基板に、第2の導電型及
び光学波長の1/4 の膜厚とを有するAlx13 Ga1-x3A
s膜とAlx4Ga1-x4As膜(0≦x3,x4≦1)を
交互に積層し第2の光反射鏡を形成する工程と、前記第
1乃至は前記第2の光反射鏡にAlGaAsを高抵抗化
するイオン種を閉領域を残して注入する工程と、前記第
1の反射鏡と前記InP基板上の積層構造とを密着させ
加熱することにより接着する工程と、前記接着する工程
を経た前記積層構造から前記InP基板を除去する工程
と、前記InP基板が除去された前記積層構造と前記第
2の光反射鏡とを密着させ、加熱・接着する工程とから
なることを特徴とする。
光半導体レーザ製造方法は、第1の導電型を有するGa
As基板に第1の導電型及び光学波長の1/4 の膜厚を有
するAlx1Ga1-x1As膜とAlx2Ga1-x2As膜(0
≦x1,x2≦1)を交互に積層し第1の光反射鏡を形
成する工程と、InP基板上に不純物をドーピングしな
い第1のクラッド層と活性層と不純物をドーピングしな
い第2のクラッド層を具備する積層構造を該第1のクラ
ッド層を該InP基板に対向させ形成する工程と、第2
の導電型を有するGaAs基板に第2の導電型及び光学
波長の1/4 の膜厚を有するAlx13 Ga1-x3As膜とA
lx4Ga1-x4As膜(0≦x3,x4≦1)を交互に積
層し第2の光反射鏡を形成する工程と、前記第2のクラ
ッド層内の閉領域を第2の導電型にする工程と、前記第
2の反射鏡と前記積層構造を密着させ加熱することによ
り接着する工程と、前記接着する工程を経た前記積層構
造から前記InP基板を除去する工程と、前記InP基
板を除去する工程を経た積層構造の前記第1のクラッド
層に位置し、前記第2のクラッド層の第2の導電型にし
た領域に向かい合う閉領域を第1の導電型にする工程
と、前記第1のクラッド層に位置する閉領域を第1の導
電型にした前記積層構造と前記第1の光反射鏡を密着さ
せ、加熱・接着する工程とからなることを特徴とする。
光半導体レーザ製造方法は、上記面発光半導体レーザの
製造方法において、前記第1または第2の反射鏡と該反
射鏡が形成される前記GaAs基板の間に、電子素子の
能動層を具備する層構造を形成する工程と、前記第1の
反射鏡と前記活性層を具備する前記積層構造を接着する
工程及び前記第2の反射鏡と前記活性層を具備する前記
積層構造を接着する工程の後に、該層構造の形成された
前記GaAs基板を除去する工程と、前記GaAs基板
を除去する前記工程の後に該層構造に電子素子を形成す
る工程とからなることを特徴とする。
に本発明において、以下のように前述の問題点を解決し
ている。すなわち、活性層にイオン注入領域及びイオン
の通過領域が全く存在しないため、電流狭窄構造が活性
層へのダメージフリーの状態で形成できる。またイオン
注入の深さが極めて浅い領域となるため加速電圧を小さ
くでき、高温動作時でも安定な重い原子のイオンを注入
出来る。また極微細構造を作製する際、電気抵抗の高い
反射鏡である半導体多層膜中を広範囲な電流パスを持つ
ように作製することが容易で発熱の影響を抑えることが
可能となる。電子回路を集積する際には、イオン注入に
よって絶縁層を形成するだけでなく、p型、n型の様々
なイオン種を注入でき、広範囲な作製工程が可能となっ
た。
レーザの製造方法の実施の形態を説明する。
発明の長波長面発光レーザの実施の形態例の製造方法の
工程手順を示す。これらの、図面に示すように、本実施
の形態例における長波長面発光レーザの製造方法は、以
下の工程により製造される。 第1の基板上に第1反射鏡を作製する工程 第1の導電型を有する第一GaAs基板10上に、第1
の導電型及び光学波長の1/4 の膜厚を有するAlx1Ga
1-x1As膜とAlx2Ga1-x2As膜(0≦x1,x2≦
1)とを交互に積層し第一光反射鏡11としてのエピタ
キシャル成長を形成する工程(図1(a)参照) 第3の基板上に積層構造を作製する工程 InP基板17上に第1の導電型を有するクラッド層1
4と活性層15と第2の導電型を有するクラッド層16
とを具備する積層構造を、該第1の導電型を有するクラ
ッド層14を該InP基板17に対向させ形成する工程
(図1(b)参照) 第2の基板上に第2反射鏡を作製する工程 第2の導電型を有するGaAs基板19に、第2の導電
型及び光学波長の1/4 の膜厚とを有するAlx13 Ga
1-x3As膜とAlx4Ga1-x4As膜(0≦x3,x4≦
1)を交互に積層し第二光反射鏡18としてのエピタキ
シャル成長を形成する工程(図1(c)参照) イオン種を注入する工程 前記第1の光反射鏡であるエピタキシャル成長18にA
lGaAsを高抵抗化するイオン種としての酸素を閉領
域を残してイオン注入12する工程 第1の基板の第1反射鏡側に第3基板の積層構造を対
向して密着させる工程 前記第1の反射鏡11と前記InP基板17上の積層構
造とを密着させ加熱することにより接着する工程(図2
(a)参照) 密着後の第3基板を除去する工程 前記接着する工程を経た前記積層構造から前記InP基
板17を除去する工程 第1基板の第1反射鏡側に密着した積層構造に第2の
反射鏡を密着する工程 前記InP基板17が除去された前記積層構造と前記第
2の光反射鏡18とを密着させ、加熱・接着する工程
(図2(b)参照)
説明する。
鏡11として、第一基板であるGaAs基板10上に、
n型で3×1018cm-3ドープしたGaAs層とAlAs
層を交互に光学波長の1/4 の膜厚で交互に30対エピタ
キシャル成長をする。また、図1(c)に示すように、
第二反射鏡18として、第二基板であるGaAs基板1
9上、にp型ドープしたGaAs層とAlAs層を交互
に光学波長の1/4 の膜厚で交互に30対エピタキシャル
成長18をする。
ストで直径10μmのパターン形成した後、加速電圧8
0keV 、ドーズ量2×1014cm-3で酸素のイオン注入1
2を行う。レジスト除去後、水素雰囲気中で450℃で
アニールする。
であるInP基板17上に、InPに格子整合したIn
GaAsエッチングストップ層13と、5×1017cm-3
p型ドープしたInP第一クラッド層14と、ノンドー
プでInGaAsP(1.3μm組成),InGaAs
の交互に5.5対からなるMQW活性層15と、5×1
017cm-3でnドープしたInP第二クラッド層16と
を、エッチングストップ層13を除いた全層膜厚が光学
波長λの厚さになるように順次エピタキシャル成長す
る。
ピタキシャル成長膜の表面酸化膜をHFで取り除いた
後、水素雰囲気中で600℃でアニールし直接接着をす
る(図2(a)参照)。
でエッチングし取り除くと共に、InGaAsエッチン
グストップ層13を硫酸,過酸化水素水及び水で取り除
く。
の表面酸化膜をHFで取り除いた後、p型であるInP
第一クラッド層14上に水素雰囲気中で600℃でアニ
ールし直接接着をする。
合溶液で第二基板であるGaAs19を取り除き、HF
水溶液で反射鏡の一部であるAlAs層をエッチングす
る。
BEでエッチングを行う。
ターン形成21し、基板側に戻り光を少なくするために
ARコート22を蒸着させた後、パターニングを行いA
uGeNi22を蒸着する(図2(b)参照)。
レーザにおいて、電流−光出力特性を測定したところ、
閾値電流4mAで発振波長1.55μmのレーザ発振が確
認された。また電流狭窄が抵抗の高いDBR層にないた
め、素子抵抗が閾値電流近傍で20Ωと小さくなった。
膜を用いたが、どちらか一方を誘電体多層膜を使用して
も良い。また電流狭窄層として酸素のイオン注入を用い
たが、他の元素を使用しても同様な効果が得られること
は言うまでもない。
波長面発光レーザの実施例の製造方法の工程手順を示
す。第2の実施の形態例にかかる面発光レーザにおいて
も、基本的には、上述した第1の実施の形態例と同様の
工程によるものであるので、図面の一部を省略して説明
する。
て第一基板であるGaAs基板30上にn型GaAs層
とAlAs層を交互に光学波長の1/4 の膜厚で交互に3
0対エピタキシャル成長30をする(図3(a))。
るGaAs基板上にp型GaAs層とAlAs層を交互
に光学波長の1/4 の膜厚で交互に30対エピタキシャル
成長をする。
InGaAsエッチングストップ層36と、InP第一
クラッド層35、InGaAsP(1.3μm組成),
InGaAsの交互に5.5対からなるMQW活性層3
4、InP第二クラッド層33をエッチングストップ層
を除いた全層膜厚が光学波長λの厚さになるようにノン
ドープで順次エピタキシャル成長する。
で直径10μmのパターン形成した後、加速電圧100
keV 、ドーズ量2×1016cm-3でSiのイオン注入37
aをInP第二クラッド層33中に行う。レジスト除去
後、水素雰囲気中で450℃でアニールする。
タキシャル成長膜の表面酸化膜をHFで取り除いた後、
水素雰囲気中で600℃でアニールし直接接着をする。
次にInP基板をHClとH3 PO4 でエッチングし取
り除くと共に、InGaAsエッチングストップ層36
を硫酸,過酸化水素水及び水で取り除く。
成した後、加速電圧100keV 、ドーズ量2×1016cm
-3でBeのイオン注入37bをInP第一クラッド層3
5中に行う。レジスト除去後、水素雰囲気中で450℃
でアニールする。
面酸化膜をHFで取り除いた後、InP第一クラッド層
上に水素雰囲気中で600℃でアニールし直接接着を
し、アンモニア水と過酸化水溶液の混合溶液で第二基板
であるGaAsを取り除き、HF水溶液で反射鏡の一部
であるAlAs層をエッチングする。
AuZnNiのp型電極をパターン39bを形成し、基
板側に戻り光を少なくするためにARコート39を蒸着
させた後、パターニングを行い、AuGeNi39aを
蒸着する。最後に、素子間分離のためRIBEでDBR
層をエッチングする。
レーザにおいて電流−光出力特性を測定したところ、閾
値電流6mAでレーザ発振が確認された。
膜を用いたが、どちらか一方を誘電体多層膜を使用して
も良い。また本実施例ではクラッド層にイオン注入をし
たが、半導体多層膜である反射鏡の一部をノンドープに
してその領域にイオン注入をしても同様な効果が得られ
ることは言うまでもない。
波長面発光レーザの実施例の製造方法の工程手順を示
す。
においても、基本的には、上述した第1の実施の形態例
と同様の工程によるものであるので、図面の一部を省略
して説明する。図4に示すように、第1の実施の形態例
と同様に操作して、第一反射鏡として第一基板であるG
aAs基板上にn型GaAs層とAlAs層を交互に光
学波長の1/4 の膜厚で交互に30対エピタキシャル成長
50し、また第二反射鏡として第二基板であるGaAs
基板上にInGaPエッチストップ層、Siドープした
n+ GaAsコンタクト層45と、n- GaAsチャネ
ル層(能動層として働く)46と、ノンドープ層のGa
As層47と、InGaPエッチストップ層、p型ドー
プしたGaAs層とAlAs層を交互に光学波長の1/4
の膜厚で交互に30対順次エピタキシャル成長51をす
る。
直径10μmのパターン形成した後、加速電圧80keV
、ドーズ量2×1014cm-3で酸素のイオン注入を行う
(図4(a)52)。レジスト除去後、水素雰囲気中で
450℃でアニールする。
Pに格子整合したInGaAsエッチングストップング
層、5×1017cm-3p型ドープしたInP第一クラッド
層54と、ノンドープでInGaAsP(1.3μm組
成)、InGaAsの交互に5.5対からなるMQW活
性層53と、5×1017cm-3でnドープしたInP第二
クラッド層55とをエッチングストップ層を除いた全層
膜厚が光学波長λの厚さになるように順次エピタキシャ
ル成長する。
膜の表面酸化膜をHFで取り除いた後、水素雰囲気中で
600℃でアニールし直接接着をする。次にInP基板
をHClとH3 PO4 でエッチングし取り除く。
面酸化膜をHFで取り除いた後、p型であるInP第一
クラッド層上に水素雰囲気中で600℃でアニールし直
接接着をする。
合溶液で第二基板であるGaAsを取り除き、塩酸でI
nGaAsPエッチングストップ層を、HF水溶液で反
射鏡の一部であるAlAs層をエッチングする。
aAsコンタクト層45と、n- GaAsチャネル層4
6と、ノンドープ層のGaAs47と、InGaPエッ
チストップ層をエッチングする。
型電極をパターン形成し、基板側に戻り光を少なくする
ためにARコート49を蒸着させた後、パターニングを
行い第一基板の裏面にAuGeNi層48を蒸着する。
分のn+ GaAsコンタクト層45をエッチングし、ゲ
ート長、ゲート幅がそれぞれ3μm、20μmでTi/
Pt/Au層43を形成する。
タクト層上に形成し、ソース電極と面発光レーザ部分の
p電極をCr/Au41で接続する。
と長波長面発光レーザを集積した例を図4に示す。
−光出力特性を測定したところ、図5の様になり、ME
SFETによる面発光レーザの変調動作が確認された。
集積したが、その他の電子デバイス、例えばHBT(ヘ
テロバイポーラトランジスタ)等と組み合わせても良
い。また面発光レーザの構造を実施例2としても同様の
効果が得られることは言うまでもない。
に、本発明の長波長帯面発光レーザによれば、電流狭窄
構造が活性層へのダメージフリーの状態で形成でき、イ
オン注入の深さが極めて浅い領域となるため加速電圧を
小さくでき、高温動作時でも安定な重い原子のイオンを
注入することが可能となる。
入によって絶縁層を形成するだけでなく、p型、n型の
様々なイオン種を注入でき、広範囲な作製工程が可能と
なり、異種基板同士の貼り合わせ技術と共にOEICの
分野で広く応用することが出来る。
の基板のエピ構成を示す。
明による面発光レーザの構造図を示す(b)。
作製工程(a)と、面発光レーザの断面構造図(b)を
示す。
光レーザの集積した断面構造図を示す。
Claims (3)
- 【請求項1】 第1の導電型を有するGaAs基板上
に、第1の導電型及び光学波長の1/4 の膜厚を有するA
lx1Ga1-x1As膜とAlx2Ga1-x2As膜(0≦x
1,x2≦1)とを交互に積層し第1の光反射鏡を形成
する工程と、 InP基板上に第1の導電型を有するクラッド層と活性
層と第2の導電型を有するクラッド層とを具備する積層
構造を、該第1の導電型を有するクラッド層を該InP
基板に対向して形成する工程と、 第2の導電型を有するGaAs基板に、第2の導電型及
び光学波長の1/4 の膜厚とを有するAlx13 Ga1-x3A
s膜とAlx4Ga1-x4As膜(0≦x3,x4≦1)を
交互に積層し第2の光反射鏡を形成する工程と、 前記第1乃至は前記第2の光反射鏡にAlGaAsを高
抵抗化するイオン種を閉領域を残して注入する工程と、 前記第1の反射鏡と前記InP基板上の積層構造とを密
着させ加熱することにより接着する工程と、 前記接着する工程を経た前記積層構造から前記InP基
板を除去する工程と、 前記InP基板が除去された前記積層構造と前記第2の
光反射鏡とを密着させ、加熱・接着する工程とからなる
ことを特徴とする面発光半導体レーザ製造方法。 - 【請求項2】 第1の導電型を有するGaAs基板に第
1の導電型及び光学波長の1/4 の膜厚を有するAlx1G
a1-x1As膜とAlx2Ga1-x2As膜(0≦x1,x2
≦1)を交互に積層し第1の光反射鏡を形成する工程
と、 InP基板上に不純物をドーピングしない第1のクラッ
ド層と活性層と不純物をドーピングしない第2のクラッ
ド層を具備する積層構造を該第1のクラッド層を該In
P基板に対向させ形成する工程と、 第2の導電型を有するGaAs基板に第2の導電型及び
光学波長の1/4 の膜厚を有するAlx13 Ga1-x3As膜
とAlx4Ga1-x4As膜(0≦x3,x4≦1)を交互
に積層し第2の光反射鏡を形成する工程と、 前記第2のクラッド層内の閉領域を第2の導電型にする
工程と、 前記第2の反射鏡と前記積層構造を密着させ加熱するこ
とにより接着する工程と、 前記接着する工程を経た前記積層構造から前記InP基
板を除去する工程と、 前記InP基板を除去する工程を経た積層構造の前記第
1のクラッド層に位置し、前記第2のクラッド層の第2
の導電型にした領域に向かい合う閉領域を第1の導電型
にする工程と、 前記第1のクラッド層に位置する閉領域を第1の導電型
にした前記積層構造と前記第1の光反射鏡を密着させ、
加熱・接着する工程とからなることを特徴とする面発光
半導体レーザ製造方法。 - 【請求項3】 請求項1又は請求項2の面発光半導体レ
ーザの製造方法において、 前記第1または第2の反射鏡と該反射鏡が形成される前
記GaAs基板の間に、電子素子の能動層を具備する層
構造を形成する工程と、 前記第1の反射鏡と前記活性層を具備する前記積層構造
を接着する工程及び前記第2の反射鏡と前記活性層を具
備する前記積層構造を接着する工程の後に、該層構造の
形成された前記GaAs基板を除去する工程と、 前記GaAs基板を除去する前記工程の後に該層構造に
電子素子を形成する工程とからなることを特徴とする面
発光半導体レーザ製造方法。
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---|---|---|---|---|
JP2001015394A (ja) * | 1999-07-01 | 2001-01-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体デバイスの作製方法 |
JP2005322857A (ja) * | 2004-05-11 | 2005-11-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光共振器および光共振器の製造方法 |
JP2006351798A (ja) * | 2005-06-15 | 2006-12-28 | Fuji Xerox Co Ltd | トンネル接合型面発光半導体レーザ装置およびその製造方法 |
WO2023248654A1 (ja) * | 2022-06-20 | 2023-12-28 | ソニーグループ株式会社 | 面発光レーザ及び測距装置 |
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1995
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