JPH09266350A - 半導体レーザの製造方法 - Google Patents

半導体レーザの製造方法

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JPH09266350A
JPH09266350A JP7392396A JP7392396A JPH09266350A JP H09266350 A JPH09266350 A JP H09266350A JP 7392396 A JP7392396 A JP 7392396A JP 7392396 A JP7392396 A JP 7392396A JP H09266350 A JPH09266350 A JP H09266350A
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隆士 吉川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 面発光形レーザの生産性を向上させることを
目的とする。 【解決手段】 メサ7を形成したp形DBR6上に、酸
化シリコンからなる応力制御パタン8を形成する。この
応力制御パタン8は、被酸化層6aに形成する電流狭窄
領域の形状にほぼ等しくする。この後、水蒸気中で43
0℃に加熱することで、メサ7の側面の露出部より被酸
化層6aを選択的に酸化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体レーザの
製造方法に関し、特に選択酸化を用いて作製する半導体
レーザの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】面発光型レーザは、基板に対して垂直な
方向に光を出射するレーザであり(文献1:特開平7−
240506号公報)、従来より光インタコネクション
等の光源として用いられている。この面発光形レーザで
は、例えば、GaAs/AlAsよりなる分布ブラッグ
反射膜(DBR:distributed Bragg reflector )によ
り共振器を構成し、その共振器の間の注入電流が流れる
領域を挾むように高抵抗な領域を設け、これにより電流
狭窄をおこなうようにしていた。そして、この高抵抗な
領域を、イオン注入により形成するようにしていた。
【0003】これに対し、文献2(K.D.Choquette,R.P.
Schneider,Jr.,K.L.Lers and K.M.Geib,"Low threshold
voltage vertical-cavity lasers fabricated by sele
ctive oxidation",ELECTRONICS LETTERS 24th November
1994 Vol.30,pp2043-2044)に示されるように、構成材
料中のAlGaAsの酸化を用いて、電流狭窄のための
高抵抗な領域を形成する方法もある。この方法により、
低閾値,高効率の優れた特性を有するレーザが作製され
ている。この高抵抗領域(電流狭窄層)の作製には、高
温での水蒸気によるAlGaAsの酸化が用いられ、さ
らにAl組成比が0から1へ増えるに従い酸化の速度が
増していくことを利用して、活性層直近の1層のみを酸
化する方法がとられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来は以上のように構
成されていたので、電流狭窄のための高抵抗な領域の形
成において、酸化の速度が不均一で、かつ再現性に欠け
るという問題があった。例えば、上記文献2の例では、
105μmの巾の凸部領域に形成したAlGaAsの層
の、露出している端部から酸化をおこなって高抵抗層を
形成し、4.5×8μmの電流注入域(未酸化の領域)
を残すようにしている。ここで、このときの酸化速度
は、規格化した値で0.07〜0.3の幅、すなわち4
倍程度ばらついている。従って、作製される電流注入域
も大きくばらつく。電流密度と光出力はほぼ比例の関係
があるので、これは非常に大きな特性ばらつきにあた
る。工業化を考えた場合、この特性ばらつきは致命的で
ある。
【0005】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、面発光形レーザの生産性
を向上させることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体レーザ
の製造方法は、被酸化層に応力を加えた状態で、被酸化
層をその端部より所定時間熱酸化して高抵抗領域を形成
する工程とを備えるようにした。被酸化層をその端部よ
り酸化することで形成される高抵抗領域は、加えられた
応力により限定される。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
を参照して説明する。 実施の形態1.図1は、本発明の第1の実施の形態にお
ける半導体レーザの製造方法を説明するための断面図で
ある。同図(a)において、1はn形のGaAsからな
る基板、2はn形の不純物が1×1018cm-3導入され
たGaAs/AlGaAsからなるn形DBR、3はA
lGaAsからなるクラッド層、4はInGaAs/A
lGaAsからなり量子井戸となるInGaAs層が4
層形成された多重量子井戸構造の活性層、5はAlGa
Asからなるクラッド層、6はp形の不純物が1×10
18cm-3導入されたGaAs/AlGaAsからなるp
形DBR、6aはクラッド層5直上に形成されp形DB
R6を構成する他よりAl組成比の大きいAlGaAs
からなる被酸化層である。
【0008】以下、この発明の製造方法について説明す
る。基板1上に上述した各層を形成した後、まず、図1
(b)に示すように、所定の大きさのメサ7を被酸化層
6a側面が露出するまで形成する。次いで、図1(c)
に示すように、メサ7を形成したp形DBR6上に、酸
化シリコンからなる応力制御パタン8を形成する。この
応力制御パタン8は、被酸化層6aに形成する電流狭窄
領域の形状にほぼ等しくする。
【0009】以下、この酸化シリコンからなる応力制御
パタン8の形成方法を説明する。まず、例えば、常圧化
学気相堆積法(Chemical Vapor Deposit:CVD)により、
p形DBR6上に酸化シリコンを成膜する。ついで、こ
の酸化シリコン膜を光学露光法によりパターニングした
レジストパターンをマスクに選択エッチングする。この
エッチングは、ドライエッチング、あるいはウェットエ
ッチングによりおこなう。
【0010】形成する応力制御パタン8の膜厚として
は、厚い方が大きな応力が得られるが、成膜速度や応力
が大きすぎることによる下層への欠陥の導入を考慮する
と、0.8μm程度が妥当と考えられる。また材料とし
ては、酸化シリコン以外にも、窒化シリコン等の誘電
体,Cr,Ni等の金属も考えられる。金属の場合に
は、酸化時の高温で下層のp形DBR6などと合金化し
てしまわないことが使用できる条件である。
【0011】以上示したように応力制御パタン8を形成
した後、水蒸気中で430℃に加熱することで、メサ7
の側面の露出部より被酸化層6aを選択的に酸化する。
他のAlGaAsからなる層よりもAl組成比を高くし
てあるので、この被酸化層6aが選択的に酸化されてい
く。酸化の速度はAl組成に大きく依存し、AlxGa
1-xAsにおいて、x=0.98ではx=1の場合の
0.2倍となる。従って、例えば、被酸化層6aをx=
1としたAlxGa1-xAsを用い、他の層では、x=
0.9としたAlxGa1-xAsを用いるようにすればよ
い。
【0012】この酸化現象は、拡散フロント(前線)を
有する拡散現象と同様に、内部での酸素の濃度勾配と酸
化による体積変化に起因する内部応力に支配される。一
方、応力制御パタン8は他のp形DBR6など他の層と
膨張係数が異なるため、400℃において図中矢印線で
示す方向の応力を発生する。この応力が、被酸化層6a
の端部からの酸化における酸化フロントの進行を抑制す
る。このため、被酸化層6aの酸化フロントの進行は、
図2の特性図に示すように、応力制御パタン8の直下で
遅くなる。その結果、応力制御パタン8に近い形状の電
流注入領域を形成することが可能となる。すなわち、応
力制御パタン8が無い時に比べ均一な酸化が行われ、そ
の結果、最終的に作製されたレーザの特性均一性も向上
する。
【0013】次に上述した酸化フロントの進行について
詳細に説明する。この選択酸化現象に関してはまだ解明
されていない点が多いが、はっきりとした酸化フロント
を有することや、体積変化を伴うことなどから、ポリマ
ー中へのアルコールの拡散等で知られるケース(cas
e)II拡散と類似な点が多い。この場合、拡散は、濃
度勾配の項と体積変化に起因する内部応力「∂c/∂t
=(D・∂c/∂x−vc)」の項の2つの要素に支配
され、拡散フロントは時間に比例して進行することが知
られている。なお、上式において、cは拡散濃度、Dは
拡散係数、vは応力、xは拡散距離、tは時間である。
【0014】ここで、図1に示したように、応力制御パ
タン8が存在すると、この応力制御パタン8とp形DB
R6との膨張係数の違いにより、応力制御パタン8の直
下のp形DBR6内部に応力が発生する。このため、上
式に新たに逆向きの応力項が加わり「∂c/∂t={D
・∂c/∂x−(v−v’)c}」となる。それに伴い
被酸化層6aの酸化フロントの進行は、図2に示すよう
に、応力制御パタン8の直下で遅くなる。すなわち、処
理条件としては選択酸化の速度を遅くすることなく、応
力制御パタン8直下では自動的に酸化速度が遅くなる。
【0015】以上のことにより、所定の時間だけ酸化を
おこなうようにすることで、酸化フロントの進行位置を
均一性良くまた再現性良く停止できる。そして、このと
き、被酸化層6aの未酸化領域を応力制御パタン8とほ
ぼ同形状に形成することが可能となる。そして、この被
酸化層6aの未酸化領域が電流注入領域となり、酸化領
域が高抵抗領域となり電流狭窄として機能する。
【0016】実施の形態2.ところで、上記実施の形態
1では、被酸化層6a領域に応力を発生させるために、
応力制御パタン8を形成するようにしたが、これに限る
ものではない。図3に示すように、メサ9を形成して被
酸化層6a領域に応力を発生させるようにしても良い。
図3において、メサ9は、メサ7を形成した後、p形D
BR6の被酸化層6a上の部分に、被酸化層6aに形成
する電流狭窄領域の形状にその平面形状をほぼ等しく形
成する。なお、他の符号は図1と同様である。
【0017】このように、メサ9を形成した以外の周囲
の部分では、被酸化層6aの選択酸化のときに、応力が
緩和され小さくなる。これに対してメサ9直下のp形D
BR6では図中矢印線で示す応力が増すので、被酸化層
6aの酸化フロントの進行が遅くなる。結果として、上
記実施の形態1と同様に、メサ9の平面形状に近い未酸
化領域を得ることが可能となる。このように、形成する
メサ9の平面形状と未酸化領域の形状が近い場合、電流
狭窄と光の閉じこめ領域がほぼ一致するので高い発光効
率が得られる。
【0018】実施の形態3.次に、本発明の第3の実施
の形態について説明する。この実施の形態3では、図4
に示すように、基板1裏面に孔10を形成するようにし
たものである。同図において、孔10は、被酸化層6a
に形成する電流狭窄領域にその位置を合わせ、またその
平面形状をその領域にほぼ等しく形成する。なお、他の
符号は図1と同様である。このことにより、被酸化層6
aの選択酸化の際に、孔10による基板1下方からの反
りの応力が酸化フロントに加わる。結果として、上記実
施の形態1と同様に、孔10の形状に近い未酸化領域を
得ることが可能となる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、この発明では、被
酸化層に応力を加えた状態で、被酸化層をその端部より
所定時間熱酸化して高抵抗領域を形成する工程を備える
ようにした。この結果、被酸化層をその端部より酸化す
ることで形成される高抵抗領域は、加えられた応力によ
り限定される。この結果、その高抵抗領域が均一性良く
また再現性良く形成され、結果として、面発光形レーザ
の生産性を向上させるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態における半導体レ
ーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図2】 酸化フロントの進行を示す特性図である。
【図3】 本発明の第2の実施の形態における半導体レ
ーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図4】 本発明の第3の実施の形態における半導体レ
ーザの製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
1…基板、2…n形DBR、3,5…クラッド層、4…
活性層、6…p形DBR、6a…被酸化層、7…メサ、
8…応力制御パタン。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化合物半導体からなる基板上に形成され
    た化合物半導体多層構造の第1導電形を有する第1の分
    布ブラッグ反射膜および第2導電形を有する第2の分布
    ブラッグ反射膜と、前記第1および第2の分布ブラッグ
    反射膜に挟まれて形成された活性層と、前記活性層へ注
    入する電流路を狭窄するように形成された高抵抗領域と
    を備え、被酸化層を酸化することで前記高抵抗領域を形
    成した半導体レーザの製造方法において、 前記被酸化層に応力を加えた状態で、前記被酸化層をそ
    の端部より所定時間熱酸化して前記高抵抗領域を形成す
    る工程を備えたことを特徴とする半導体レーザの製造方
    法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体レーザの製造方法
    において、 前記第1の分布ブラッグ反射膜上にこれとは膨張係数が
    異なる所定形状のパタンを形成した後、前記被酸化層を
    その端部より所定時間熱酸化して前記高抵抗領域を形成
    することを特徴とする半導体レーザの製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の半導体レーザの製造方法
    において、 前記第1の分布ブラッグ反射膜を加工して所定形状のメ
    サを形成した後、前記被酸化層をその端部より所定時間
    熱酸化して前記高抵抗領域を形成することを特徴とする
    半導体レーザの製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の半導体レーザの製造方法
    において、 前記基板の前記第1および第2の分布ブラッグ反射膜が
    形成された下の領域の所定位置に所定形状の孔を形成し
    た後、前記被酸化層をその端部より所定時間熱酸化して
    前記高抵抗領域を形成することを特徴とする半導体レー
    ザの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6678307B2 (en) 2001-09-28 2004-01-13 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor surface light-emitting device
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