JPH09214056A

JPH09214056A - 半導体装置の製造方法，半導体レーザ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09214056A
Application number: JP8019706A
Authority: JP
Inventors: Chikashi Anayama; 親志穴山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1996-02-06
Filing date: 1996-02-06
Publication date: 1997-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】ストライプ状斜面１ａが設けられた基板１平
坦面上に堆積された活性層５の斜面１ａ上領域を発光領
域とするストライプ型半導体レーザに，一度の堆積によ
り偏光面の回転を生じない実屈折率ガイド構造を付加す
る。【解決手段】平坦面１ｂと結晶面が異なる斜面１ａを
有する基板１上に，光ガイド層又はクラッド層４，６と
なるＡｓ及びＰを含むIII-V 族化合物半導体層をＭＯＶ
ＰＥ法により堆積する。斜面１ａ上と平坦面１ｂ上の領
域とでＰとＡｓの組成比が異なるクラッド層４，６が，
均一な厚さで基板１全面に堆積される。屈折率の異なる
領域の境界２１は斜面１ａに略垂直となり，偏光面が回
転しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は基板表面の傾斜面に
堆積されたＡｓ及びＰを含むIII-V 化合物半導体層を有
する半導体装置，例えば半導体レーザに関し，とくに光
ガイド層又はクラッド層となるIII-V 化合物半導体層に
実屈折率分布を設けた半導体装置及びその製造方法に関
する。

【０００２】基板表面の斜面に堆積したIII-V 化合物半
導体層は，基板の平坦面に堆積した領域と不純物濃度が
異なるため，一度の堆積により，斜面と平坦面とで異な
る導電型の領域を有する半導体層を形成することができ
る。この方法を利用した半導体装置，例えばストライプ
型半導体レーザでは，基板表面にストライプ状斜面を形
成するだけで，他のエッチング工程を要することなく堆
積工程のみで，光閉じ込めのために必要な屈折した活性
層，及びｐ型領域とｎ型領域とからなる電流狭窄層を形
成することができ，製造が非常に簡単になる。

【０００３】しかし，堆積によって，かかる導電型の異
なる領域を形成する半導体装置の製造方法では，堆積さ
れた半導体層の面内屈折率はほぼ均一であるため，屈折
率分布により光を閉じ込める実屈折率導波型のストライ
プ型半導体レーザを製造することができない。

【０００４】このため，実屈折率導波型の半導体レーザ
を複雑な加工工程を経ることなく製造するために，堆積
によって，屈折率分布を有する半導体層，例えば光ガイ
ド層又はクラッド層を形成することができる半導体装置
の製造方法が必要とされている。

【０００５】

【従来の技術】先ず，従来の基板表面の斜面上に堆積さ
れた活性層を発光領域とするストライプ型半導体レーザ
について説明する。

【０００６】図４は従来の半導体レーザ断面図であり，
ストライプ型半導体レーザの主要部をストライプを垂直
に横切る断面で表したものである。図４を参照して，閃
亜鉛鉱格子を有するｎ型III-V 化合物半導体単結晶の
（１００）面からなる平坦面１ｂを主面とする基板１の
半面をエッチングして，ストライプ状の斜面１ａを形成
する。次いで基板１上全面にIII-V 半導体単結晶からな
る，ｎ型クラッド層４，活性層５，ｐ型クラッド層６，
狭窄層７，及びｐ型クラッド層８を順次，有機金属気相
エピタキシャル法により堆積する。

【０００７】これらのエピタキシャル成長の条件は，ク
ラッド層４，活性層５，クラッド層６，８については一
般的なものであり，一様な厚さで一様な組成の化合物半
導体層が堆積される。なお，不純物濃度は斜面１ａと平
坦面１ｂ上の領域で異なる場合もあるが導電型が変換さ
れる領域はなく，また III族又は V族の組成は変動しな
い。

【０００８】この従来例の半導体レーザの特徴の一つは
狭窄層７にある。即ち，狭窄層７はｐ型の不純物とｎ型
の不純物とを同時にドープして堆積される。一般に，有
機金属気相エピタキシャル法により堆積されたIII-V 化
合物半導体層では，堆積面の結晶面方位によりｐ型不純
物濃度とｎ型不純物濃度が異なる。その結果，ｐ型不純
物とｎ型不純物とを同時にドープした狭窄層７では，狭
窄層７の斜面１ａ上の領域はｐ型となり，平坦面１ｂ上
の領域はｎ型となる。従って，狭窄層７の平坦面１ｂ上
のｎ型領域は電流狭窄層として作用し，斜面１ａ上のｐ
型領域は電流が集中するストライプ状の電流を通過する
窓としての機能を有する。このため，活性層５の斜面１
ａ上の領域に電流が集中する発光領域が形成される。

【０００９】この半導体レーザの光閉じ込めは，ストラ
イプ状の斜面１ａとその両側に延在する平坦面１ｂに沿
って堆積された活性層５が有する，斜面１ａと平坦面１
ｂとの境界に形成された屈曲部分によりなされる。この
ように，この構造のストライプ型半導体レーザは，半導
体層の堆積工程のみで光閉じ込め構造及び電流狭窄層を
含む全ての積層構造を製作することができるため，埋込
み構造のストライプ型半導体レーザと比べて製造が極め
て容易である。また，ロスガイド構造を採らないため光
損失が少なく，かつ非点隔差が小さいという利点を有す
る。

【００１０】しかし，上述した従来のストライプ型半導
体レーザでは，活性層５に接するクラッド層４，６の屈
折率が一様であるため，光閉じ込め効果は活性層５の屈
曲構造のみから生ずる。このため，光閉じ込め効果が小
さく，横モード変形に基づく電流−光出力特性の折れ曲
がり（以下「キンク」という。）を生ずる。かかるキン
クを生ずる出力レベル（以下「キンクレベル」とい
う。）は，斜面の幅を狭くして発光領域のストライプ幅
を狭くすることで改善することができる。しかし，発光
領域の幅を狭くすると光密度が大きくなりレーザ端面の
光損傷を生ずるので，発光領域の幅を狭くしてキンクレ
ベルを改善するには限界があった。

【００１１】かかるキンク特性を改善するため，活性層
に近接するクラッド層又はガイド層の屈折率を斜面上と
平坦面上とで異なるものとし，実屈折率ガイド構造を付
加した半導体レーザが考案された。

【００１２】図５は従来の改善された半導体レーザ断面
図であり， III族組成を変動することで屈折率分布が設
けられたストライプ型半導体レーザのクラッド層及び活
性層を表している。

【００１３】図５を参照して，改善された半導体レーザ
では，上述した従来の半導体レーザと同様に，斜面１ａ
が形成された基板１上に，ｎ型クラッド層４，活性層
５，ｐ型クラッド層６を順次堆積する。これらクラッド
層４，６は，２種の III族元素を含む反応ガスを用いた
有機金属気相エピタキシャル法により堆積される。一般
に，２種の III族元素を含むIII-V 化合物半導体を異な
る結晶面に堆積すると，堆積された化合物半導体の III
族元素の組成比が結晶面に依存して変動する。このた
め，斜面１ａ上と平坦面１ｂ上とでクラッド層４，６の
III族元素組成が異なるため，クラッド層４，６の斜面
１ａ上の領域の屈折率とクラッド層４，６の平坦面１ｂ
上の領域の屈折率とが異なるものとなる。従って，この
クラッド層４，６を活性層５に近接して設けることによ
り，実屈折率ガイド構造を実現することができる。な
お，この III族元素の組成比の変動に起因する屈折率変
化は，不純物ドープによるものより著しく大きく，十分
な光閉じ込め効果を奏することができる。

【００１４】しかし，上述の III族組成の変動によりク
ラッド層の屈折率分布を形成する方法では，クラッド層
４，６の斜面１ａ上に堆積した領域と平坦面１ｂ上に堆
積した領域とで，クラッド層４，６の厚さが異なり，そ
の結果クラッド層４，６の斜面１ａ上に堆積される領域
と平坦面上に堆積される領域の境界２１が斜面１ａに対
して垂直にならない。このように屈折率の異なる領域の
境界２１が斜面１ａに対して，即ち活性層５の発光領域
に対して傾斜するため，この改善された半導体レーザで
は偏光面が発光領域に平行にならず回転してしまう。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように，従来
の屈曲構造により光閉じ込めを行うストライプ型半導体
レーザでは，横モードの光閉じ込め効果が劣るためキン
ク特性が十分ではなく，またストライプ幅の減少による
改善もレーザ端面損傷を生ずるため限界がある。

【００１６】さらに， III族元素の組成比の変化により
クラッド層又は光ガイド層を構成するIII-V 化合物半導
体層の屈折率に分布を付与して，実屈折率ガイド構造と
なすことでキンク特性を改善する方法では，斜面上に堆
積する半導体層と平坦面上に堆積する半導体層との厚さ
が異なるため，偏光面の回転を生ずるという問題があっ
た。

【００１７】本発明は，斜面上と平坦面上とで物性値，
例えば屈折率が異なるIII-V 化合物半導体層を均一な厚
さで堆積する半導体装置の製造方法を提供することを目
的とし，また斜面上に堆積された屈曲構造を有するスト
ライプ型半導体レーザに，厚さが一様で屈折率の異なる
領域を有する光ガイド層又はクラッド層が設けられた実
屈折率ガイド構造の半導体レーザ及びその製造方法を提
供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の実施形態
例斜視図であり，ストライプ型半導体レーザを表してい
る。図２は本発明の実施形態例製造工程断面図であり，
ストライプ型半導体レーザが製造されるウエーハ断面を
表している。

【００１９】上記課題を解決するために，本発明の第一
の構成は，図２を参照して，第一の結晶面からなる平坦
面１ｂを有する基板１表面に第一の結晶面と異なる第二
の結晶面からなる斜面１ａを形成する工程と，次いで，
該基板１上にＡｓ及びＰを含むIII-V 族化合物半導体層
４を有機金属気相エピタキシャル法により堆積し，該斜
面１ａ上の領域と該平坦面１ｂ上の領域とで互いにＰに
対するＡｓの組成比が異なる該化合物半導体層４を形成
する工程とを有することを特徴として構成し，及び，第
二の構成は，図１を参照して，ストライプ状の斜面１ａ
と，該斜面１ａに接続して該斜面１ａの両側に延在する
平坦面１ｂと，該斜面１ａ及び該平坦面１ｂ上に堆積さ
れた活性層５と，該斜面１ａ及び該平坦面１ｂ上に堆積
された光ガイド層又はクラッド層６，８の少なくとも一
方とを有し，該活性層５の該斜面１ａ上の領域を発光領
域とするストライプ半導体レーザにおいて，該平坦面１
ｂは，第一の結晶面からなり，該斜面１ａは，該第一の
結晶面と異なる第二の結晶面からなり，該光ガイド層及
び該クラッド層６，８は，該斜面１ａ上の領域と該平坦
面１ｂ上の領域とでＰに対するＡｓの組成比が異なるII
I-V 化合物半導体層４からなることを特徴とｓｄ構成
し，及び，第三の構成は，第二の構成の半導体レーザに
おいて，該基板１は，閃亜鉛鉱格子を有するIII-V 化合
物単結晶からなり，該第一の結晶面は，（Ｎ１１）Ａ面
（７≦Ｎ）からなり，該第二の結晶面は，（Ｍ１１）Ａ
面（２≦Ｍ＜Ｎ）からなることを特徴として構成し，及
び，第四の構成は，図２を参照して，ストライプ状の斜
面１ａと，該斜面１ａに接続して該斜面１ａの両側に延
在する平坦面１ｂと，該斜面１ａ及び該平坦面１ｂ上に
堆積された活性層５と，該斜面１ａ及び該平坦面１ｂ上
に堆積された光ガイド層又はクラッド層６，８の少なく
とも一方とを有し，該活性層５の該斜面１ａ上の領域を
発光領域とするストライプ半導体レーザにおいて，第一
の結晶面を主面とする該基板１表面を選択的にエッチン
グして，該基板１表面に該第一の結晶面からなり高さが
異なる２つの該平坦面１ｂ及び該平坦面１ｂ間を接続す
るストライプ状の該斜面１ａを形成する工程と，次い
で，有機金属気相エピタキシャル法により該基板１上に
Ｐ及びＡｓを含むIII-V 化合物半導体を堆積して該光ガ
イド層又は該クラッド層６，８を形成する工程とを有す
ることを特徴として構成する。

【００２０】本発明の発明者は，閃亜鉛鉱格子を有する
III-V 化合物半導体からなる基板上に，Ａｓ及びＰを含
むIII-V 化合物半導体層を有機金属気相エピタキシャル
法を用いて堆積すると，堆積されたIII-V 化合物半導体
層のＡｓとＰとの組成比が基板の結晶面に依存して変わ
り，他方そのIII-V 化合物半導体層の堆積速度は基板の
結晶面に依存せず一定となることを実験的に見出した。
次に，その実験を説明する。なお，以下，（１００）面
から６°傾いた基板主面を（１００）６°オフ面とい
う。

【００２１】図３はルミネッセンス波長の基板結晶面方
位依存性を表す図であり，図３中のイはＧａＡｓの（１
００）６°オフ面上に，ロはＧａＡｓの（４１１）Ａ面
上に，有機金属気相エピタキシャル法により堆積された
ＧａＩｎＡｓＰのフォトルミネッセンス波長を表してい
る。横軸は，ＡｓＨ₃の流量である。なお_,ＰＨ₃流量
は約２２０cc／分で一定とした。

【００２２】図３を参照して，（１００）６°オフ面又
は（４１１）Ａ面の何れの結晶面上に堆積した場合で
も，ＧａＩｎＡｓＰのフォトルミネッセンス波長はＡｓ
Ｈ₃流量の増加とともに長波長化する。これは，ＧａＩ
ｎＡｓＰ中のＡｓ組成が増加し，禁制帯幅が狭くなった
ことを示している。他方，基板の（４１１）Ａ面に堆積
されたＧａＩｎＡｓＰは，（１００）６°オフ面に堆積
されたものよりフォトルミネッセンス波長が長い。この
事実は，（４１１）Ａ面に堆積されたＧａＩｎＡｓＰ
は，（１００）６°オフ面に堆積されたものより多量の
Ａｓが取り込まれ，Ｐに対するＡｓ組成の比が増大して
いることを明らかにしている。

【００２３】他方，（１００）６°オフ面又は（４１
１）Ａ面の何れの結晶面上に堆積した場合でも，成長条
件が同じであればＧａＩｎＡｓＰの膜厚は同じであっ
た。これらの実験結果は， V族にＡｓとＰとを同時に含
むIII-V 化合物半導体の有機金属気相エピタキシャル成
長において，ＡｓとＰの組成比は堆積面の結晶面方位に
依存するのに対して，堆積速度は結晶面方位に依存しな
いことを明らかにしている。

【００２４】本発明はかかる実験結果に基づいて考案さ
れた。本発明の第一の構成では，図２（ａ）及び（ｂ）
を参照して，第一の結晶面からなる平坦面１ｂを有する
基板１表面に平坦面１ｂと異なる結晶面からなる斜面１
ａを形成した後，その平坦面１ｂ及び斜面１ａ上に，有
機金属気相エピタキシャル法（ＭＯＶＰＥ法）によりＡ
ｓ及びＰを含むIII-V 化合物半導体層４を堆積する。か
かる構成では，堆積されたIII-V 化合物半導体層４のＡ
ｓ及びＰの組成比は，平坦面と斜面の結晶面方位により
異なり，その結果平坦面上と斜面上とに堆積された領域
ではIII-V 化合物半導体層４の物性，例えば禁制幅又は
屈折率が相違する。従って，斜面上と平坦面上とで異な
る物性を有する領域を，一度の堆積により形成すること
ができる。このため，半導体装置の製造が容易になる。

【００２５】本発明の第二及び第三の構成に係る半導体
レーザは，図１を参照して，ストライプ状の斜面１ａを
有する基板１表面上に活性層５が設けられ，その活性層
５の斜面１ａ上の領域を発光領域とする屈曲構造による
光閉じ込め構造を有するストライプ半導体レーザの改良
に関する。以下，説明を簡潔にするために，光ガイド層
が設けられない場合，又は光ガイド層が十分に薄いため
クラッド層に対して光閉じ込め効果を無視し得る場合に
ついて説明する。なお，当該半導体レーザの説明を，第
四及び第五の構成に係る製造方法に沿って説明する。

【００２６】第二の構成の半導体レーザでは，クラッド
層４，６，８は，活性層５と同様にストライプ状の斜面
１ａを有する基板１表面上に，Ａｓ及びＰを含むIII-V
化合物半導体層として有機金属気相エピタキシャル法に
より，例えば水素ガスのキャリアガス中に V族元素の供
給ガスとしてＡｓＨ₃及びＰＨ₃を混入したものを反応
ガスとする有機金属気相エピタキシャル法によって堆積
される。この基板１の平坦面１ｂと斜面１ａとは結晶面
方位が異なるため，クラッド層４，６，８のうち平坦面
１ｂ上に堆積した領域と斜面１ａ上に堆積した領域とで
ＰとＡｓとの組成比が異なる。この組成比の相違によ
り，斜面１ａ上の領域と平坦面１ｂ上の領域とで屈折率
が異なるクラッド層４，６，８が形成される。その結
果，斜面１ａ上の活性層５，即ち発光領域の直下又は直
上に異なる屈折率を有するクラッド層４，６，８が近接
して設けられ，効果的に機能する実屈折率ガイド構造が
作製される。この実屈折率ガイド構造は，活性層の屈曲
構造に加えて V族組成比の変動に基づく大きな屈折率変
化を利用しているため，従来の活性層の屈曲構造を利用
するものに比べて光閉じ込め効果が大きく，このため本
構成の半導体レーザは高いキンクレベルを有し安定に発
振する。

【００２７】上述した第二の構成の半導体レーザにおい
て，Ａｓ及びＰを V族元素として含むIII-V 化合物半導
体からなるクラッド層は，互いに結晶面方位が異なる斜
面１ａ及び平坦面１ｂ上に堆積されても，堆積速度の結
晶面方位依存性がないため斜面１ａ上と平坦面１ｂ上と
で膜厚の差は生じない。従って，クラッド層４，６，８
の，斜面１ａ上に堆積した領域と平坦面１ｂ上に堆積し
た領域の境界２１，言い換えれば異なる屈折率を有する
領域の境界２１は，斜面１ａに略垂直になるため，偏光
面は斜面１ａに平行になり，偏光面の回転は生じない。
従って，屈曲構造により光閉じ込めをなすストライプ型
半導体レーザに，堆積工程によって偏光面の回転を伴わ
ない実屈折率ガイド構造を付加することができる。

【００２８】本発明の第二の構成の半導体レーザにおい
て，クラッド層４，６，８を斜面１ａ上の領域，即ち発
光領域上で平坦面１ｂ上の領域よりもＡｓ組成を多くし
屈折率を大きくして屈折率階段型導波路を形成するため
に，平坦面１ｂを（１００）面に近い結晶面とし，斜面
１ａを平坦面１ｂより（１００）面から離れた結晶面，
例えば（４１１）Ａ面とすることが好ましい。また，第
三の構成のように平坦面１ｂを（Ｎ１１）Ａ面とし，斜
面１ａを（Ｍ１１）Ａ面とした場合，屈折率階段型導波
路を形成すると同時に，斜面１ａを＜１１０＞方向に延
在するストライプ状とすることができるので，異方性エ
ッチングを用いたメサエッチングによる斜面１ａの形
成，及び劈開を用いた光共振器の製作が可能であり，ま
た結晶異方性を利用した横モードの安定化を図ることも
できるので，ストライプ型半導体レーザの製造に便利で
ある。ここで，斜面１ａ上の領域の屈折率を大きくする
ために，７≦Ｎ，２≦Ｍ＜Ｎとすることが望ましい。ま
た，段差がある基板表面に有機金属エピタキシャル法に
より化合物半導体層を堆積する場合，段差部分に堆積す
る化合物半導体層は，その表面が基板表面に対して傾斜
するように，例えば基板表面に対して略１４度の角度を
なす傾斜面を形成するように堆積する傾向がある。この
ため，特にＭ＝４として平坦面と斜面とがなす角を略１
４度とすることが，平坦面１ｂ及び斜面１ａ上にクラッ
ド層４，６，８を一様な厚さで堆積し，かつクラッド層
４，６，８の斜面１ａ上の領域で屈折率を大きくするた
めに好ましい。なお，基板表面と段差部分との堆積速度
の差は， III族元素の結晶中へ取り込まれる速さが結晶
面で異なることにより生ずる。従って，取り込まれる速
さの結晶面依存性を有しない V族元素では，その組成を
変えても堆積速度は変化せず，全ての結晶面上で同じ堆
積速度を有する。

【００２９】上述した本発明の半導体レーザの構成にお
いて，光ガイド層を上述したクラッド層と同様の方法に
より堆積し，屈折率の異なる領域を有する光ガイド層を
設けることもできる。通常の光ガイド層は活性層の近く
に設けられ，発振光との相互作用が強いので，クラッド
層に屈折率差を設けるよりも光閉じ込めを有効になすこ
とができる。かかる構成では，クラッド層に屈折率差に
よる光閉じ込め効果をもたせる必要な必ずしもなく，屈
折率差による光閉じ込めを光ガイド層のみにより，又は
光ガイド層及びクラッド層によりなすこともできる。な
お，上述した光ガイド層，クラッド層，又は光ガイド層
及びクラッド層による光閉じ込めのために，活性層の上
下に又はその一方にのみこれらの層を設けることができ
る。さらに，必要があれば斜面を平坦面よりも（１０
０）面に近い面とすることで，斜面上の領域の屈折率を
高くした半導体レーザの構造を採ることもできる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下，本発明を実施形態例を参照
して説明する。先ず，図２（ａ）を参照して，（１０
０）面から（１１１）Ａ面方向に６度傾いた結晶面から
なる平坦面１ｂを主面とし，４×１０¹⁸原子／cm³ のＳ
ｉ不純物がドープされた直径２インチのｎ型ＧａＡｓ基
板１の主面上に，３００μｍピッチで平行に＜０，１，
−１＞方向に延在する幅１５０μｍのストライプライン
からなるレジストマスク１２をホトリソグラフィにより
形成する。

【００３１】次いで，図２（ｂ）を参照して，レジスト
マスク１２を用いて表出する基板主面を弗酸系エッチャ
ントを用い選択的にエッチングして，レジストマスク１
２の直下に平行な複数のストライプ状の高さが略０．５
μｍのメサ１１を形成する。次いで，レジストマスク１
２を除去する。その結果，このメサ１１の上面及びメサ
１１の間には，（１００）面から６度傾いた基板の平坦
面１ｂが表出する。なお，平坦面１ｂは（１００）面か
ら６°傾いているため，メサ１１の側面の一方（図２に
斜面１ａとして示されている。）は平坦面１ｂに対して
略１４度の傾きをなして（４１１）Ａ面に近い結晶面を
表出し，メサ１１の側面の他方（図２に急斜面１ｃとし
て示されている。）は傾斜が急で（１００）面に近い結
晶面を表出する。

【００３２】次いで，水素ガスをキャリアガスとする有
機金属気相エピタキシャル法により以下のIII-V 化合物
半導体層を堆積する。以下の全ての堆積において，圧力
を５０Torr，総流量を８リットル／分とした。なお，成
長効率（ III族原料ガスに対する堆積層の厚さをい
う。）は，略８００μｍ／モルであった。

【００３３】図２（ｃ）を参照して，メサ１１が形成さ
れた基板１表面に，Ｓｉ不純物がドープされたキャリア
濃度５×１０¹⁷cm^-3，厚さ１．５μｍのｎ型ＧａＡｓバ
ッファ層２を堆積する。この堆積は，堆積温度６７０℃
で，原料ガスのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）とＡｓＨ
₃とのモル比を１：１００とし，ドーピングガスとして
Ｓｉ₂Ｈ₆を用いてなされ_,堆積速度は１μｍ／時であ
る。

【００３４】次いで，Ｓｉ不純物がドープされたキャリ
ア濃度１×１０¹⁸cm^-3，厚さ０．５μｍのＧａ_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐからなるｎ型中間層３を堆積する。この堆積は，
堆積温度を堆積開始時の６７０℃から堆積終了時の７０
５℃まで変化させてなされた。原料ガスはトリエチルガ
リウム（ＴＥＧ）及びトリメチルインジュウム（ＴＭ
Ｉ）とＰＨ₃とのモル比，即ち III族原料ガスと V族原
料ガスとのモル比を１：５００とし，ドーピングガスと
してＳｉ₂Ｈ₆を用い_,堆積速度は１μｍ／時である。
この中間層３は，ＧａＡｓからなるバッファ層２の上に
直接には堆積が困難なＡｌＧａＩｎＡｓＰからなるクラ
ッド層４を堆積するために挿入される。

【００３５】次いで，Ｓｉ不純物がドープされたキャリ
ア濃度５×１０¹⁷cm^-3，厚さ２．０μｍの（Ａｌ_0.35Ｇ
ａ_0.15Ｉｎ_0.5Ｐ）_0.9（ＧａＡｓ）_0.1からなるｎ型
クラッド層４を堆積する。堆積温度は７０５℃， III族
原料ガスとして，トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ），
トリエチルガリウム（ＴＥＧ）及びトリメチルインジウ
ム（ＴＭＩ）を， V族原料ガスとして，ＰＨ₃及びＡｓ
Ｈ₃を用い，ドーピングガスとしてＳｉ₂Ｈ₆を用い
た。 III族原料ガスと V族原料ガスとのモル比は１：２
７３とし，堆積速度は２．２μｍ／時であった。

【００３６】このｎ型クラッド層４は，メサ１１の一方
の側面に表出する斜面１ａ上で屈折率が高い高砒素領域
４ａとして堆積し，平坦面１ｂが表出するメサ１１上面
及びメサ１１間の基板１表面上において屈折率が低い低
砒素領域４ｂとして堆積した。また，これらの領域４
ａ，４ｂの境界２１は，斜面１ａに略垂直に形成され
た。なお，Ｓｉ不純物濃度は堆積面の結晶面方位依存性
を有しない。

【００３７】次いで，基板１表面全面に活性層５を堆積
した。活性層５は，厚さ６nmの井戸層を３層と厚さ５nm
の障壁層を２層とを交互に積層した歪多重量子井戸層
と，その歪多重量子井戸層の上及び下にそれぞれ設けら
れた厚さ５nmの光ガイド層とから構成される。光ガイド
層及び障壁層は，（Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ
からなり， III族原料ガスと V族原料ガスとのモル比を
１：４００として，１μｍ／時の堆積速度で堆積され
た。井戸層は，略１パーセントの歪が導入されたＧａ
_0.44Ｉｎ_0.56Ａｓ_0.08Ｐ_0.92からなり， III族原料ガス
と V族原料ガスとのモル比を１：５００として，１μｍ
／時の堆積速度で堆積された。

【００３８】次いで，図２（ｄ）を参照して，Ｚｎ不純
物がドープされた厚さ０．２μｍの（Ａｌ_0.35Ｇａ_0.15
Ｉｎ_0.5Ｐ）_0.9（ＧａＡｓ）_0.1からなるｐ型クラッ
ド層６を堆積した。堆積温度は７０５℃， III族原料ガ
スとして，トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ），トリエ
チルガリウム（ＴＥＧ）及びトリメチルインジウム（Ｔ
ＭＩ）を， V族原料ガスとして，ＰＨ₃及びＡｓＨ₃を
用い，ドーピングガスとしてジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）
を用いた。 III族原料ガスと V族原料ガスとのモル比は
１：２７３とし，堆積速度は２．２μｍ／時であった。
ジエチル亜鉛とIII族原料ガスとのモル比は，１：１０
とした。ドーピングガスにジエチル亜鉛を用いる有機金
属気相成長では，結晶面による不純物濃度依存性がある
ため，ｐ型クラッド層６のキャリア濃度は，斜面１ａ上
で７×１０¹⁷cm^-3，平坦面１ｂ上で１．２×１０¹⁷cm^-3
となった。

【００３９】このｐ型クラッド層６は，先に堆積したｎ
型クラッド層４と同様に，斜面１ａ上に屈折率の大きな
高砒素領域６ａが形成され，平坦面１ｂ上には屈折率の
低い低砒素領域６ｂが形成される。

【００４０】次いで，電流狭窄層７を堆積する。電流狭
窄層７は，トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ），トリ
エチルガリウム（ＴＥＧａ），トリメチルインジウム
（ＴＭＩｎ），ＡｓＨ₃及びＰＨ₃を原料ガスとした有
機金属エピタキシャル法により，堆積温度７０５℃で，
Ｚｎ不純物をドープした厚さ５nmの薄層及びＳ不純物を
ドープした厚さ５nmの薄層とを交互に多層に積層して形
成された厚さ０．３μｍの（Ａｌ_0.35Ｇａ_0.15Ｉｎ_0.5
Ｐ）_0.9（ＧａＡｓ）_0.1からなる多層膜として作製さ
れる。ここで，Ｚｎがドープされた薄層は，ジエチル亜
鉛（ＤＥＺｎ）をドーピングガスとし，キャリア濃度が
斜面１ａ上で１．２×１０¹⁷cm^-3，平坦面１ｂ上で２．
０×１０¹⁷cm^-3となる条件で堆積され，Ｓがドープされ
た薄層は，Ｈ₂Ｓをドーピングガスとし，キャリア濃度
が斜面１ａ上で１．４×１０¹⁷cm^-3，平坦面１ｂ上で
８．０×１０¹⁷cm^-3となる条件で堆積される。このＺｎ
不純物は，電流狭窄層７の堆積工程中に，Ｓがドープさ
れた薄膜中に拡散し，その結果，Ｚｎがドープされた薄
層及びＳがドープされた薄層は，斜面１ａ上で６．０×
１０¹⁷cm^-3のｐ型キャリア濃度及び略４．６×１０¹⁷cm
^-3のｎ型キャリア濃度を有するｐ型領域となり，平坦面
１ｂ上で２．０×１０¹⁷cm^-3のｐ型キャリア濃度及び
８．０×１０¹⁷cm^-3のｎ型キャリア濃度を有するｎ型領
域となる。

【００４１】次いで，Ｚｎ不純物がドープされた厚さ
１．２μｍの（Ａｌ_0.35Ｇａ_0.15Ｉｎ _0.5Ｐ）_0.9（Ｇ
ａＡｓ）_0.1からなるｐ型クラッド層８を堆積した。原
料ガス及びドーピングガス，並びに他の堆積条件はｐ型
クラッド層４の堆積条件と同一であり，キャリア濃度
は，斜面１ａ上で７×１０¹⁷cm^-3，平坦面１ｂ上で１．
２×１０¹⁷cm^-3である。

【００４２】次いで，Ｚｎ不純物がドープされたキャリ
ア濃度１×１０¹⁸cm^-3，厚さ０．１μｍのＧａ_0.5Ｉｎ
_0.5Ｐからなるｐ型中間層９を堆積した。堆積温度を堆
積開始時の７０５℃から堆積終了時の６７０℃まで変化
させる。原料ガスはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）及び
トリメチルインジュウム（ＴＭＩ）とを用い， III族原
料ガスと V族原料ガスとのモル比を１：５００とし，ド
ーピングガスとしてジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）を用い_,
堆積速度は１μｍ／時であった。この中間層３は，Ｇａ
Ａｓからなるコンタクト層１０を，ＡｌＧａＩｎＡｓＰ
からなるクラッド層８上に堆積するために挿入される。

【００４３】次いで，Ｚｎ不純物をドープし斜面１ａ上
でキャリア濃度２×１０¹⁸cm^-3となる厚さ１μｍのＧａ
Ａｓからなるｐ型コンタクト層１０を堆積した。堆積温
度は６７０℃，原料ガスにトリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）とＡｓＨ₃を用い_, III族原料ガスと V族原料ガス
とのモル比を１：１００とし，堆積速度１μｍ／時で堆
積した。

【００４４】次いで，ストライプ状のメサ１１の急斜面
１ｃが形成された領域に，メサ１１の延在する方向に沿
って分割用溝２２をエッチングにより形成する。次い
で，基板１下面にＡｕ／Ｇｅ／Ａｕの３層構造の電極
を，ｐ型コンタクト層１０の上面にＡｕＺｎ／Ａｕの２
層構造の電極を形成する。次いで，分割用溝２２及びメ
サ１１の延在方向に垂直な劈開面に沿って分割し，幅３
００μｍ，長さ７００μｍのチップとした。次いで，基
板１裏面側をヒートシンクにボンデングして，ストライ
プ型半導体レーザを製造する。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば，有機金属気相エピタキ
シャル法によりＡｓとＰとを含むIII-V 化合物半導体を
斜面上に堆積することで，基板の平坦面上の領域と斜面
上の領域とでＡｓとＰとの組成比が異なるIII-V 化合物
半導体層を形成することができるので，斜面と平坦面と
で物性値が異なる半導体層を有する半導体装置の容易な
製造方法を提供することができる。

【００４６】また，一度の堆積によりクラッド層又は光
ガイド層を，斜面上に平坦面上と異なる屈折率の領域を
有し，かつその領域の境界が斜面に略垂直になるように
形成することができるので，斜面を利用した屈曲構造に
より光閉じ込めを行うストライプ型半導体レーザに容易
に実屈折率ガイド構造を付加することができ，キンク特
性に優れ，偏光面の回転が起こらない，かつ製造が容易
なストライプ型半導体レーザ及びその製造方法を提供す
ることができる。

【００４７】従って，本発明が半導体装置の性能向上に
寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態例斜視図

【図２】本発明の実施形態例製造工程断面図

【図３】ルミネッセンス波長の基板結晶面方位依存性
を表す図

【図４】従来の半導体レーザ断面図

【図５】従来の改善された半導体レーザ断面図

【符号の説明】

１基板１ａ斜面１ｂ平坦面１ｃ急斜面２バッファ層３，９中間層４，６，８クラッド層（化合物半導体層）４ａ，６ａ，８ａ高砒素領域４ｂ，６ｂ，８ｂ低砒素領域５活性層７狭窄層１０コンタクト層１１メサ１２レジストマスク２１境界２２分割用溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第一の結晶面からなる平坦面を有する基
板表面に第一の結晶面と異なる第二の結晶面からなる斜
面を形成する工程と，次いで，該基板上にＡｓ及びＰを
含むIII-V 族化合物半導体層を有機金属気相エピタキシ
ャル法により堆積し，該斜面上の領域と該平坦面上の領
域とで互いにＰに対するＡｓの組成比が異なる該化合物
半導体層を形成する工程とを有することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
【請求項２】ストライプ状の斜面と，該斜面に接続し
て該斜面の両側に延在する平坦面と，該斜面及び該平坦
面上に堆積された活性層と，該斜面及び該平坦面上に堆
積された光ガイド層又はクラッド層の少なくとも一方と
を有し，該活性層の該斜面上の領域を発光領域とするス
トライプ半導体レーザにおいて，該平坦面は，第一の結
晶面からなり，該斜面は，該第一の結晶面と異なる第二
の結晶面からなり，該光ガイド層及び該クラッド層は，
該斜面上の領域と該平坦面上の領域とでＰに対するＡｓ
の組成比が異なるIII-V 化合物半導体層からなることを
特徴とする半導体レーザ。
【請求項３】請求項２記載の半導体レーザにおいて，
該基板は，閃亜鉛鉱格子を有するIII-V 化合物単結晶か
らなり，該第一の結晶面は，（Ｎ１１）Ａ面（７≦Ｎ）
からなり，該第二の結晶面は，（Ｍ１１）Ａ面（２≦Ｍ
＜Ｎ）からなることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項４】ストライプ状の斜面と，該斜面に接続し
て該斜面の両側に延在する平坦面と，該斜面及び該平坦
面上に堆積された活性層と，該斜面及び該平坦面上に堆
積された光ガイド層又はクラッド層の少なくとも一方と
を有し，該活性層の該斜面上の領域を発光領域とするス
トライプ半導体レーザにおいて，第一の結晶面を主面と
する該基板表面を選択的にエッチングして，該基板表面
に高さが異なる２つの該第一の結晶面からなる該平坦面
及び該平坦面間を接続するストライプ状の該斜面を形成
する工程と，次いで，有機金属気相エピタキシャル法に
より該基板上にＰ及びＡｓを含むIII-V 化合物半導体を
堆積して該光ガイド層又は該クラッド層を形成する工程
とを有することを特徴とする半導体レーザの製造方法。