JPH09148672A - 半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents

半導体レーザ素子の製造方法

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JPH09148672A
JPH09148672A JP30963295A JP30963295A JPH09148672A JP H09148672 A JPH09148672 A JP H09148672A JP 30963295 A JP30963295 A JP 30963295A JP 30963295 A JP30963295 A JP 30963295A JP H09148672 A JPH09148672 A JP H09148672A
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JP
Japan
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layer
dielectric layer
semiconductor laser
conductivity
silicon oxide
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JP30963295A
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English (en)
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Kunio Matsubara
邦雄 松原
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】GaAsキャップ層のドーパントであるZnの異常
拡散を防止し、高抵抗のLD素子の発生を押さえ、LD
素子の製造歩留りを向上させる。 【解決手段】第1導電型のGaAs基板1の一主面上
に、第1導電型のAlXGa1-X As(0≦x≦1)の組成の
第1クラッド層2、AlY Ga1-Y As(0≦y≦x≦1)の
組成の活性層3、第2導電型のAlX Ga1-X Asの組成の第
2クラッド層4、第2導電型のGaAsのキャップ層5を順
に積層し、さらに誘電体層を形成し、この誘電体層をパ
ターニングした後、Alw Ga1-w As(0≦w≦1)の組成
の電流狭窄層6をキャップ層上のみに選択成長した後、
誘電体層を除去し、全面に第2導電型のAlX Ga1-X Asの
組成の第3クラッド層7を積層する工程を有するAlGaAs
系半導体レーザ素子の製造方法において、前記誘電体層
は、電子ビーム蒸着による誘電体層10aとスパッタに
よる酸化ケイ素層10の積層である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、Aly a1-Y As (0
≦y≦1)からなる活性層を有し、近赤外光を出射する
AlX Ga1-X As系(0≦x≦1)半導体レーザ素子に関す
る。
【0002】
【従来の技術】単一横モードで発振するAlx Ga1-x As系
(0≦x≦1)半導体レーザ素子(以下LD素子と略
す)の従来例について図面をもとに説明する。この例で
はGaAs基板の導電型をn型としたがp型の場合は以下の
全ての導電型を逆にすればよい。図2は、従来のLD素
子のへき開面に平行な断面図である。LD素子のへき開
面の法線はレーザ放射光の光軸でもある。n 型のGaAs基
板1のへき開面に垂直な主面(以後素子面と言う)上
に、n 型の第1クラッド層2、活性層3、p 型の第2ク
ラッド層4、p 型のGaAsキャップ層5、n 型の電流狭窄
層6、p 型の第3クラッド層7、p 型のコンタクト層8
がこの順に積層されている。ただし、電流狭窄層6は素
子面の中央の両へき開面間を垂直に貫通している幅が数
μmのストライプ状の部分(以後ストライプと言う)を
挟んで2つの部分に別れている。ストライプは第3クラ
ッド層7で埋まっており、GaAsキャップ層5と第3クラ
ッド層7とは隣接している。LD素子の両素子面には電
流を流すためのp側電極12、n側電極13がそれぞれ
積層される。p側からn側に順方向電流を流す場合に、
この電流狭窄層6とGaAsキャップ層5または第2クラッ
ド層4との界面に形成されているp−n接合は逆方向と
なり電流は流れず、ストライプだけに順方向電流が集中
して流れる。従って、ストライプに近接している活性層
3を横切る電流は略ストライプ幅に集中する。さらに、
電流狭窄層6は活性層3で発光した光の吸収層の役割を
持っており、ストライプのサイズを適切に選ぶことによ
り素子の安定な横モード発振を可能とし、発振しきい値
電流を低減させることができる。
【0003】このようなLD素子は通常次のようにして
製造される。図3は従来のLD素子の主な製造工程後の
ウェハの一部を示し、(a)は酸化ケイ素層のパターニ
ング工程後のへき開面断面図、(b)は電流狭窄層の選
択エピタキシャル成長後のへき開面断面図、(c)は電
極用金属膜成膜後のへき開面断面図である。まず、n型
GaAs基板1(Siドープ、キャリア濃度2×1018/cm
3 、厚さ300μm)上に、有機金属気相成長法(MO
CVD法)を用いて第1クラッド層2(n型Al0.5
0.5 As、キャリア濃度5×1017/cm3 、厚さ1μ
m)、活性層3(ノンドープAl0.1 Ga0.9 As、厚
さ0.1μm)、第2クラッド層4(p型Al0.5 Ga
0.5 As キャリア濃度5×1017/cm3 、厚さ0.3
μm)、GaAsキャップ層5(p型 GaAs ,キャリア濃度
1×1018/cm3 、厚さ0. 003μm)を順次成長さ
せる。
【0004】なお、このGaAsキャップ層5は、以降の酸
化膜成膜工程とそのパターニング工程が直接GaAlAs層に
適用されると高抵抗のAl酸化膜が生成されるので、これ
を防止するために設けている。次に、このウェハ上に厚
さ0.1μm の酸化ケイ素層10をスッパタ法により付
着させ、フォトレジストを塗布してパターニングを行い
コンタクト層8の上に幅5μmのストライプ状マスクを
形成する。この状態を図3(a)に示す。
【0005】次に、再度MOCVD法を用いて電流狭窄
層6(n型GaAs、キャリア濃度1×1019/cm3 、厚さ
0.3μm)を成長させる。この時、選択成長が起こり
酸化ケイ素層10上にはGaAsは成長しない。この状態を
図3(b)に示す。そしてMOCVD装置から取り出し
酸化ケイ素層10を除去したのちに、MOCVD法を用
いて、第3クラッド層7(p型Al0.5 Ga0.5 As、
キャリア濃度5×1017/cm3 、厚さ0.8μm)およ
びコンタクト層8(p型GaAs、キャリア濃度1×1019
/cm3 、厚さ5.0μm)を成長する。最後に、ウェハ
上下のp側電極12,n側電極13を形成する。この状
態を図3(c)に示す。
【0006】上記の製造工程の後、ウェハを( 図3の紙
面に平行に) へき開しバーとし、さらにこのバーをスク
ライブして、個別のレーザ素子は得られる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ようにして製造されるLD素子には以下のような問題点
がある。スパッタ酸化ケイ素層10の熱膨張係数は0.
5×10-6/K(300K)であり、 GaAsの熱膨
張係数5.2×10-6/K(300K)と比べて一桁小
さいため電流狭窄層6を成長させる際、この違いにより
界面にストレスが発生し、GaAsキャップ層5のドーパン
トZnが以降の成膜時に異常拡散を起こし、GaAsキャッ
プ層5の抵抗が高くなり素子特性が悪化することであ
る。
【0008】実際に、従来の方法で製造したLD素子を
1枚のウェハより無作為に500個取り出し光出力特性
を測定したところ、高抵抗の素子が135個生じ、不良
率は27%であった。このように、不良は必ずしもウェ
ハ全面に発生するのではないが、素子の製造歩留りを低
下させる。この発明の目的は、GaAsキャップ層のドーパ
ントであるZnの異常拡散を防止し、高抵抗のLD素子
の発生を押さえ、LD素子の製造歩留りを向上させるこ
とにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、第1導電型のGaAs基板の一主面上
に、第1導電型のAlX Ga1-X As(0≦x≦1)の組成の
第1クラッド層、AlY Ga 1-Y As(0≦y≦x≦1)の組
成の活性層、第2導電型のAlX Ga1-X Asの組成の第2ク
ラッド層、第2導電型のGaAsのキャップ層を順に積層
し、さらに誘電体層を形成し、この誘電体層をパターニ
ングした後、Alw Ga1-w As(0≦w≦1)の組成の電流
狭窄層をキャップ層上のみに選択成長した後、誘電体層
を除去し、全面に第2導電型のAlX Ga1-X Asの組成の第
3クラッド層を積層する工程を有するAlGaAs系半導体レ
ーザ素子の製造方法において、前記誘電体層は、電子ビ
ーム蒸着による誘電体層と次いでスパッタにより形成さ
れる酸化ケイ素の積層であることとする。
【0010】前記電子ビーム蒸着による誘電体層は酸化
ケイ素層または窒化アルミニウム層であると良い。電子
ビーム蒸着された誘電体層は、スパッタにより形成され
た酸化ケイ素層よりかなり低密度であり機械的強度は小
さく、見かけ上同じ熱膨張係数であっても、スパッタ誘
電体層より結晶に与えるストレスは小さい。しかし、低
密度のためエッチング速度は大きく幅の狭いマスクを形
成することは困難である。
【0011】本発明のように、直接AlX Ga1-X As結晶上
に、電子ビーム誘電体層を介在させてスパッタ酸化ケイ
素層を積層すれば、電子ビーム誘電体層はスパッタ酸化
ケイ素層によるストレスを吸収し結晶へのストレスを緩
和し、一方スパッタ酸化ケイ素層はその下の電子ビーム
誘電体層の過度のエッチングを防止している。従って、
パターニング精度はスパッタ酸化ケイ素層単独マスクの
場合と変わらず、GaAsキャップ層のストレスは小さくド
ーパントであるZnの異常拡散を防止でき、製造歩留り
の向上が期待できる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基づき説
明する。 実施例1 図1は本発明に係るLD素子の主な製造工程後のウェハ
の一部を示し、(a)は酸化ケイ素層と誘電体層のパタ
ーニング工程後のへき開面断面図、(b)は電流狭窄層
の選択エピタキシャル成長後のへき開面断面図、(c)
は電極用金属膜成膜後のへき開面断面図である。
【0013】基板1への、第1クラッド層からGaAsキャ
ップ層5の成長迄、および電流狭窄層6から電極層形成
までは従来技術と同一であるからこれを省略し、従来技
術と異なるキャップ層5への誘電体層の形成及び除去の
方法についてのみ述べる。この実施例は、誘電体層を酸
化ケイ素層とした場合である。先ず、キャップ層5の上
に電子ビーム蒸着により厚さ35nmの酸化ケイ素層10
aの形成を行った。成膜条件はグラニュール二酸化ケイ
素を原料とし、真空度は1×10-3 Pa 、電子ビーム電
流は50mA、基板温度は室温とした。次にスパッタによ
り厚さ65nmの酸化ケイ素層10の形成を行った。スパ
ッタ条件は、ターゲットは溶融石英、Arガス圧力は4
Pa 、投入電力は50W 、基板温度は室温とした。
【0014】次に、通常のフォトリソグラフィーにより
ストライプを形成し、以下従来技術と同様の工程を行い
LD素子を製造した。電子ビーム蒸着酸化ケイ素層のみ
を用いない理由は、電子ビーム蒸着により形成された層
のエッチング速度は0.1μm/秒と非常に早いため、
次に行うストライプの形成が難しいためである。これと
比べスパッタにより形成された層のエッチング速度は、
0.01μm/秒と1桁遅いため、容易にストライプを
形成できる。
【0015】電子ビーム蒸着酸化ケイ素層が薄過ぎる
と、スパッタ酸化ケイ素層によるストレスの緩和ができ
ず、厚過ぎるとスパッタ酸化ケイ素層による被覆の効果
がなくサイドエッチングが大きくなりマスクの寸法精度
が低下する。こうして得られた1枚のウェハによりLD
素子を無作為に取り出し、電流/光出力特性を評価し
た。その結果、高抵抗の素子は9個、不良率は1.8%
と、従来技術の27%と比べ大幅に減少した。 実施例2 この実施例は、電子ビーム蒸着誘電体層を熱膨張係数が
よりGaAs結晶に近い窒化アルミニウムとした場合で
あり、誘電体層の材質の他は、実施例1と同じとした。
従って、実施例1のウェハ断面図はそのまま適用でき
る。
【0016】先ず、キャップ層の上に、原料をグラニュ
ール窒化アルミニウムとし、実施例1と同じ条件で電子
ビーム蒸着により厚さ35nmの窒化アルミニウムを形成
し、次に実施例1と同様に厚さ65nmのスパッタ酸化ケ
イ素層を形成した。以降、実施例1と同様に、LD素子
を製造し、同様の評価を行った。その結果、高抵抗の素
子は5個、不良率は1.0%と従来の27%と比べて大
幅に減少し、歩留りは向上した。
【0017】なお、本実施例では誘電体層として窒化ア
ルミニュームを電子ビーム蒸着法により形成したが他の
材料の誘電体層でも同様の効果が期待できる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、ストライプ形成時のマ
スクを電子ビーム蒸着による誘電体層とスパッタによる
酸化ケイ素層の積層としたため、GaAsキャップ層と
誘電体との熱膨張係数の違いにより生じるストレスの発
生を、電子ビーム蒸着による酸化ケイ素層が緩和し、G
aAsキャップ層中のドーパントは以降の成膜時に異常
拡散せず、キャップ層は高抵抗にならない。従って、高
抵抗のLD素子の発生を抑えることができ、素子の製造
歩留りが向上する。
【0019】また、LD素子の特性のばらつきも減少
し、機器への適用もし易くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るLD素子の主な製造工程後のウェ
ハの一部のへき開面に平行な断面を示し、(a)は酸化
ケイ素層と誘電体層のパターニング工程後の断面図、
(b)は電流狭窄層の選択エピタキシャル成長後の断面
図、(c)は電極用金属膜成膜後の断面図
【図2】従来のLD素子のへき開面に平行な断面図
【図3】従来のLD素子の主な製造工程後のウェハの一
部のへき開面に平行な断面を示し、(a)は酸化ケイ素
層のパターニング工程後の断面図、(b)は電流狭窄層
の選択エピタキシャル成長後の断面図、(c)は電極用
金属膜成膜後の断面図
【符号の説明】
1 GaAs基板 2 第1クラッド層 3 活性層 4 第2クラッド層 5 キャップ層 6 電流狭窄層 7 第3クラッド層 8 コンタクト層 10 酸化ケイ素層 10a 電子ビーム蒸着誘電体層 12 p側電極 13 n側電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型のGaAs基板の一主面上に、
    第1導電型のAlX Ga 1-X As(0≦x≦1)の組成の第1
    クラッド層、AlY Ga1-Y As(0≦y≦x≦1)の組成の
    活性層、第2導電型のAlX Ga1-X Asの組成の第2クラッ
    ド層、第2導電型のGaAsのキャップ層を順に積層し、さ
    らに誘電体層を形成し、この誘電体層をパターニングし
    た後、Alw Ga1-w As(0≦w≦1)の組成の電流狭窄層
    をキャップ層上のみに選択成長した後、誘電体層を除去
    し、全面に第2導電型のAlX Ga 1-X Asの組成の第3クラ
    ッド層を積層する工程を有するAlGaAs系半導体レーザ素
    子の製造方法において、前記誘電体層は、電子ビーム蒸
    着による誘電体層と次いでスパッタにより形成される酸
    化ケイ素の積層であることを特徴とする半導体レーザ素
    子の製造方法。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の半導体レーザ素子の製造
    方法において、前記電子ビーム蒸着による誘電体層は酸
    化ケイ素層または窒化アルミニウム層であることを特徴
    とする半導体レーザ素子の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2004098007A1 (ja) * 2003-04-28 2004-11-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 半導体発光素子およびその製造方法

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