JPH10200197A - 半導体レーザの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ特性を劣化させることなくストライプ
構造を形成し、特性の良好なストライプ構造を有する半
導体レーザを容易に製造する。 【解決手段】 第１導電型半導体基板１上の少なくとも
第１導電型クラッド層２をリッジ構造１１に形成する工
程と、リッジ構造１１の両側を任意の半導体層３で埋め
込む工程と、活性層５、第２導電型クラッド層６を順次
形成する工程を有して半導体レーザ１０を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザの製
造方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】通常、半導体レーザにおいては、光の閉
じこめや電流の閉じこめを行うために、ストライプ構造
を形成している。ストライプ構造とその両側で屈折率や
利得に差を設けることにより、光の閉じこめや電流の閉
じこめを行うことができる。

【０００３】従来のストライプ構造を有する半導体レー
ザの一例を図４に示す。この半導体レーザ５０は、例え
ばｎ型のＧａＡｓからなるｎ型の半導体基板５１上に、
ｎ型のＧａＩｎＰからなるバッファ層５２が形成され、
これの上にｎ型のＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド
層５３が形成され、これの上にＧａＩｎＰからなる活性
層５４が形成される。活性層５４の上にはｐ型のＡｌＧ
ａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層５５が形成さ
れ、ｐ型のＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層５
６を介して、中央にｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなる第２
のｐ型クラッド層５７、ｐ型のＧａＩｎＰからなるｐ型
半導体層５８、ｐ型のＧａＡｓからなるキャップ層５９
の３層の積層構造からなるストライプ構造６０が形成さ
れて、ストライプ構造６０の周囲にｎ型のＧａＡｓから
なる狭窄層６１が形成される。

【０００４】この半導体レーザ５０においては、ｐ型の
ストライプ構造６０とｎ型の狭窄層６１とによって、電
流を閉じこめてストライプ構造６０の部分にのみ電流を
流すようにすることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようにストライプ
構造６０を有する半導体レーザ５０では、活性層５４を
成長させた後にストライプ構造６０をドライエッチン
グ、ウエットエッチング等で作製し、その後例えば狭窄
層６１等の半導体層を再成長させていた。このため、こ
の半導体層の形成時に活性層５４やストライプ構造６０
の側面などにダメージが入る可能性があった。

【０００６】図４の半導体レーザ５０の製造工程図を図
５に示す。まず、図５Ａに示すように、半導体基板５１
からキャップ層５９までの積層構造を形成する。次に、
図５Ｂに示すように、キャップ層５９上にストライプ構
造６０のパターンに対応したマスク６２をＳｉＯ₂ 等の
絶縁膜により形成する。その後、図５Ｃに示すように、
ストライプ構造６０となる部分を残してエッチングによ
り、キャップ層５９から下、エッチングストップ層５６
の上まで除去する。

【０００７】そして、図６に示すように、エッチオフし
た部分に狭窄層６１となる半導体層、この例ではｎ型の
ＧａＡｓを再成長させる。この後は、図示しないが狭窄
層６１表面の突起部分を平坦化し、必要に応じてその上
に電極とのコンタクト層となる半導体層、例えば上述の
例ではｐ型のＧａＡｓ等をエピタキシャル成長等により
形成した後、ｐ側の電極を金属の蒸着等により形成す
る。このようにして、図４の構造の半導体レーザ５０を
製造することができる。

【０００８】ところで、狭窄層６１として、ｎ型のＧａ
Ａｓの代わりにｎ型のＡｌＧａＩｎＰを成長させ、スト
ライプ構造６０と狭窄層６１との屈折率の差から導波を
行う、いわゆるリアル・インデックス構造（実効屈折率
導波構造）を形成する場合には、図６で示した狭窄層６
１の半導体層としてｎ型のＡｌＧａＩｎＰを再成長させ
る際に、ストライプ構造６０上のＳｉＯ₂ によるマスク
６２にｎ型のＡｌＧａＩｎＰが付着する。このために、
ストライプ構造６０上のマスク６２を一旦除去して、第
２導電型例えばｐ型のＧａＡｓのキャップ層５９の頭出
しを確実に行う必要があった。この場合、キャップ層５
９の厚さは２００〜３００ｎｍ程度で、この範囲でエッ
チング量を調節して頭出しをするのは困難であった。

【０００９】また、成長させた狭窄層６１のｎ型のＡｌ
ＧａＩｎＰの平坦化や、マスク６２上に付着したｎ型Ａ
ｌＧａＩｎＰの除去は、ウエットエッチングにより行う
が、このときエッチング液が狭窄層６１とストライプ構
造６０との界面に浸透して、ストライプ構造６０の第２
のｐ型クラッド層５７であるｐ型のＡｌＧａＩｎＰも削
ってしまうことがある。第２のｐ型クラッド層５７が削
られるとストライプ構造６０の幅が変化するため、半導
体レーザの放射特性に影響を与えることになる。

【００１０】また特に、半導体基板５１として、オフ基
板を用いて半導体レーザ５０を形成した場合には、スト
ライプ構造６０の両外側の狭窄層６１を構成する半導体
層の厚さが異なるために、片側の半導体層が多く残り、
ストライプ構造６０の頭出しを正確に行うことが困難で
あった。

【００１１】上述した問題の解決のために、本発明にお
いては、レーザ特性を劣化させることなくストライプ構
造を形成することにより、特性の良好なストライプ構造
を有する半導体レーザを容易に製造するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザの
製造方法は、第１導電型半導体基板上の少なくとも第１
導電型クラッド層をリッジ構造に形成し、このリッジ構
造の両側を任意の半導体層で埋め込み、その後活性層、
第２導電型クラッド層を順次形成するものである。

【００１３】上述の本発明の構成によれば、活性層の形
成に先立ちリッジ構造を形成することにより、リッジ構
造の形成及びその後の平坦化等の工程におけるエッチン
グが活性層にダメージを与えることがない。また、リッ
ジ構造の両側を任意の半導体層で埋め込むことにより、
光の閉じこめや電流の閉じこめを行うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明は、第１導電型半導体基板
上の少なくとも第１導電型クラッド層をリッジ構造に形
成する工程と、リッジ構造の両側を任意の半導体層で埋
め込む工程と、活性層、第２導電型クラッド層を順次形
成する工程を有する半導体レーザの製造方法である。

【００１５】以下、図面を参照して本発明の半導体レー
ザの製造方法の実施例を説明する。まず、図１Ａに示す
ように、第１導電型、例えばｎ型のＧａＡｓからなる半
導体基板１上に、第１導電型、本例ではｎ型のＡｌＧａ
ＩｎＰからなる第１の第１導電型クラッド層２を例えば
０．６〜１．０μｍの厚さに形成する。尚、図示しない
が、第１導電型の半導体基板１のｎ型ＧａＡｓ層と、第
１の第１導電型クラッド層のｎ型のＡｌＧａＩｎＰ層と
の間にｎ型のＧａＩｎＰ層を形成してもよい。

【００１６】次に、図１Ｂに示すように、第１の第１導
電型クラッド層２と第１導電型の半導体基板１の一部を
エッチングにより、ストライプのパターンのリッジ構造
１１に形成する。

【００１７】次に、図１Ｃに示すように、第１導電型の
半導体基板１表面及びリッジ構造１１を覆って全面的に
半導体層３を形成する。この半導体層３の材料は、後述
するように、所望のレーザーの構成及び特性に応じて選
択される。

【００１８】次に、図２Ｄに示すように、半導体層３を
平坦化して、第１の第１導電型クラッド層２の上面を露
出させる。これにより、半導体層３はリッジ構造１１の
両側に狭窄層４として形成される。この狭窄層４によ
り、光や電流がリッジ構造１１によるストライプの部分
に閉じこめられる。

【００１９】続いて、図２Ｅに示すように、第１の第１
導電型クラッド層２と同じくｎ型のＡｌＧａＩｎＰから
なる第２の第１導電型クラッド層５を表面を覆って形成
し、その後、ＧａＩｎＰからなる活性層６、第２導電
型、本例ではｐ型のＡｌＧａＩｎＰからなる第２導電型
クラッド層７、ｐ型のＧａＩｎＰからなる第２導電型の
バッファ層８、ｐ型のＧａＡｓからなるキャップ層９を
順次積層形成する。この後は図示しないが、表面に金属
層の蒸着によりｐ側の電極を形成して半導体レーザを形
成する。

【００２０】このようにして、図３に示すように、活性
層６の下にリッジ構造１１のストライプを形成した半導
体レーザ１０を製造することができる。このように半導
体レーザ１０を製造することにより、活性層６はストラ
イプ形成後に作製されるため、ストライプ形成時にダメ
ージを受けることがない。

【００２１】また、リッジ構造１１によるストライプを
覆って全面的に半導体層３を形成してから平坦化するこ
とから、ストライプ上部の頭出しを容易に行うことがで
きるため、従来の製法と比較してストライプ形成後の平
坦化が容易にできる。また、半導体基板１として、オフ
基板を用いて半導体レーザ１０を形成した場合にも、リ
ッジ構造１１からなるストライプの両側に形成する狭窄
層４となる半導体層３の厚さをほぼ等しくすることがで
きるため、リッジ構造１１の第１の第１導電型クラッド
層２の頭出しを正確に行うことができる。

【００２２】上述のリッジ構造１１を覆って、後に狭窄
層４となる半導体層３の材料は、半導体レーザ１０の構
成や特性に応じて任意の半導体層として形成される。

【００２３】電流の閉じこめを行う場合には、リッジ構
造１１と狭窄層４との導電型を反対導電型とする。第１
導電型半導体基板１をｎ型ＧａＡｓ、第１導電型クラッ
ド層２をｎ型のＡｌＧａＩｎＰとする上述の例の構造で
は、例えば狭窄層４となる半導体層３を、第２導電型即
ちｐ型のＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＡｌＧａＩｎＰ，Ｚ
ｎＳｅ等とする。ｐ型のＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓの場合
には光を吸収する特性を有し、ｐ型のＡｌＧａＡｓ，Ａ
ｌＧａＩｎＰ，ＺｎＳｅの場合には、狭窄層４により光
の閉じこめをも行うことができる。

【００２４】電流の閉じこめを行わない場合には、リッ
ジ構造１１と狭窄層４との導電型を同一導電型とする。
第１導電型半導体基板１をｎ型ＧａＡｓ、第１導電型ク
ラッド層２をｎ型のＡｌＧａＩｎＰとする上述の例の構
造では、例えば狭窄層４となる半導体層３を、第１導電
型即ちｎ型のＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＡｌＧａＩｎ
Ｐ，ＺｎＳｅ等とする。ｎ型のＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ
の場合には光を吸収する特性を有し、ｎ型のＡｌＧａＡ
ｓ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＺｎＳｅの場合には、狭窄層４に
より光の閉じこめを行うことができる。

【００２５】前述のリアル・インデックス構造（実効屈
折率導波構造）を構成するためには、半導体層３を、リ
ッジ構造１１の上部を構成する第１の第１導電型クラッ
ド層２と反対導電型で同じ組成の材料、即ち第２導電型
の、本例ではｐ型のＡｌＧａＩｎＰとし、ｐ型のＡｌＧ
ａＩｎＰを狭窄層４として形成する。

【００２６】この場合、図２Ｄに示した平坦化工程は、
図１Ｂに示すようにリッジ構造１１を形成した後に、リ
ッジ構造１１の頂点に図示しないがＧａＡｓ層を１０〜
３０ｎｍの厚さに成長させておき、図１Ｃに示すよう
に、これを覆って半導体層３のｐ型のＡｌＧａＩｎＰを
形成し、エッチング速度比ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ値
の高い例えば硫酸系のエッチング液を使用して平坦化す
る。この後は、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＩｎＰ値の高いエッ
チャント、例えばリン酸系のエッチング液によりリッジ
構造１１上に形成したＧａＡｓ層を除去し、ｎ型のＡｌ
ＧａＩｎＰからなる第１の第１導電型クラッド層２の頭
出しをする。

【００２７】このようにすれば、ＧａＡｓ層をエッチン
グストップ層とすることにより、リッジ構造１１のｎ型
のＡｌＧａＩｎＰを削ってしまうことなく、半導体層３
のｐ型のＡｌＧａＩｎＰのみを削ってこれを平坦化する
ことができ、所望のリアル・インデックス構造を構成す
ることができる。このため、従来生じていたストライプ
の側面がエッチング液で削られて細くなってしまう欠点
も回避できる。従って、リアル・インデックス構造の半
導体レーザを容易に製造することができる。

【００２８】また、半導体層３をＧａＡｓにより形成し
た場合には、図１Ｃから図２Ｄへの平坦化工程におい
て、ストライプとなるリッジ構造１１上の半導体層３の
凸部以外の表面をレジスト等で覆い、例えばリン酸系の
エッチング液でエッチングすれば、半導体層３のＧａＡ
ｓのみエッチングされて、リッジ構造１１の上部のｎ型
ＡｌＧａＩｎＰ（第１の第１導電型クラッド層２）でス
トップする。この際に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰが表面で酸
化されることを防ぐには、半導体層３を形成する前に、
予めリッジ構造１１の凸部の上にｎ型のＩｎＧａＰ膜を
５ｎｍ以下程度の厚さで形成しておく。これにより、後
の平坦化工程において、ウエットエッチングが凸部のｎ
型のＩｎＧａＰ膜で確実に停止する。

【００２９】この例においては、第１導電型の半導体基
板１をｎ型のＧａＡｓ、第１導電型クラッド層２，５を
ｎ型のＡｌＧａＩｎＰ、活性層をＩｎＧａＰにより形成
した半導体レーザ１０に本発明製法を適用した例であっ
たが、その他の材料の半導体レーザについても、本発明
製法を適用して同様にリッジ構造のストライプを形成し
て、ダメージの少ない目的の半導体レーザを得ることが
できる。例えば、活性層及びクラッド層が他の材料によ
り構成される半導体レーザ、第１導電型をｐ型とした構
成の半導体レーザにも同様に適用することができる。

【００３０】本発明は、例えば可視光系ストライプ構造
半導体レーザに適用して好適である。

【００３１】本発明の半導体レーザの製造方法は、上述
の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲でその他様々な構成が取り得る。

【００３２】

【発明の効果】上述の本発明による半導体レーザの製造
方法によれば、活性層の形成に先立ちリッジ構造を形成
することにより、リッジ構造の形成及びその後の平坦化
等の工程におけるエッチングが活性層にダメージを与え
ることがない。従って、活性層へのダメージを防いだ、
ストライプを有する半導体レーザが得られる。また、リ
ッジ構造の両側を任意の半導体層で埋め込むことによ
り、光の閉じこめや電流の閉じこめを行うことができ
る。

【００３３】また、本発明製法により、リアル・インデ
ックス構造を有する半導体レーザを製造する際にも、狭
窄層となる半導体層の平坦化工程でリッジ構造の側面を
エッチングしてストライプを細くしてしまうことを回避
できる。従って本発明製法により、所望のストライプ幅
及び特性を有するリアル・インデックス構造の半導体レ
ーザを容易に製造することができる。

【００３４】また、本発明製法によれば、従来製法と比
較して、リッジ構造によるストライプを形成した後の平
坦化工程が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａ〜Ｃ 本発明の半導体レーザの製造方法の実
施例の製造工程図である。

【図２】Ｄ，Ｅ 本発明の半導体レーザの製造方法の実
施例の製造工程図である。

【図３】本発明製法により形成される半導体レーザの一
例の概略構成図である。

【図４】従来のストライプ構造を有する半導体レーザの
一例の概略構成図である。

【図５】Ａ〜Ｃ 図４の半導体レーザの製造工程図であ
る。

【図６】図４の半導体レーザの製造工程図である。

【符号の説明】

１ 第１導電型の半導体基板、２ 第１の第１導電型ク
ラッド層、３半導体層、４ 狭窄層、５ 第２の第１導
電型クラッド層、６ 活性層、７ 第２導電型クラッド
層、８ 第２導電型の半導体層、９ キャップ層、１０
半導体レーザ、１１ リッジ構造、５０ 半導体レー
ザ、５１ ｎ型の半導体基板、５２ バッファ層、５３
ｎ型クラッド層、５４ 活性層、５５ 第１のｐ型ク
ラッド層、５６ エッチングストップ層、５７ 第２の
ｐ型クラッド層、５８ ｐ型半導体層、５９ キャップ
層、６０ ストライプ構造、６１ 狭窄層

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の少なくとも第
   １導電型クラッド層をリッジ構造に形成する工程と、 上記リッジ構造の両側を任意の半導体層で埋め込む工程
   と、 活性層、第２導電型クラッド層を順次形成する工程を有
   することを特徴とする半導体レーザの製造方法。