JPH1117267A - 半導体レーザの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 窓構造形成する際の加熱に起因するレーザ特
性の劣化を防ぐことができるとともに、容易に形成する
ことが可能な、窓構造を備えた半導体レーザの製造方法
を提供することを課題とする。 【解決手段】 レーザ共振器端面の発光領域にＺｎ膜２
０を形成し、このＺｎ膜２０を活性層３近傍を導波され
る光により加熱して、レーザ共振器端面近傍の活性層３
にＺｎを拡散させて、このＺｎを拡散させた領域の活性
層３をディスオーダするようにした。

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、特に端面近傍に窓構造を有する半導体レ
ーザの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来の窓構造を有する半導体レー
ザの構造を示す一部切り欠き斜視図であり、図におい
て、１はＧａＡｓからなるｎ型の半導体基板、２はＡｌ
ＧａＩｎＰからなるｎ型の下クラッド層、３はＧａＩｎ
Ｐ井戸層とＡｌＧａＩｎＰ障壁層とからなる量子井戸構
造を有するアンドープの活性層、４はＡｌＧａＩｎＰか
らなるｐ型の上クラッド層、５はｐ型のＧａＩｎＰから
なるバンド不連続緩和層（以下、ＢＤＲ層と称す）、６
はｐ型のＧａＡｓからなるキャップ層、７はｎ型のＧａ
Ａｓからなるブロック層、８はｐ型のＧａＡｓからなる
コンタクト層、９はＺｎ拡散部を示す。

【０００３】また、図４は従来の窓構造を有する半導体
レーザの製造方法を示す斜視図であり、図において、図
３と同一符号は同一又は相当する部分を示しており、１
０，１２はＳｉＯ₂ ，ＳｉＯＮ，ＳｉＮ等からなる絶縁
膜、１１はＺｎＯ膜、１３はストライプ形状のレジスト
である。

【０００４】次に製造方法について説明する。まず、ｎ
型半導体基板１上に厚さ１〜２μｍ程度のｎ型下クラッ
ド層２、厚さが０．１μｍ程度の量子井戸活性層３、厚
さ１〜２μｍ程度のｐ型上クラッド層４、厚さ０．１μ
ｍ程度のｐ型バンド不連続緩和層５、厚さ０．５〜３μ
ｍ程度のｐ型キャップ層６をＭＯＣＶＤ法等を用いてエ
ピタキシャル成長させる。

【０００５】続いて、コンタクト層６上部に厚さ２００
〜数千オングストロームの絶縁膜１０を形成した後、こ
れを写真製版技術を用いてパターニングして、レーザの
共振器端面となる部分に沿って、窓構造部のレーザ共振
器方向の長さと同程度の幅を有するストライプ状の開口
パターンを形成する（図４(a))。この幅は例えば数十μ
ｍとする。さらに、このパターニングした絶縁膜１０を
マスクとしてキャップ層６を選択的にエッチングして除
去する（図４(b))。

【０００６】さらに、図４(c) に示すように、基板１の
上部全面に亜鉛（Ｚｎ）の拡散源となるＺｎＯ膜１１を
成膜し、このＺｎＯ膜１１上にＺｎ拡散時のキャップ層
として絶縁膜１２を形成し（図４(d))、熱処理によりＺ
ｎの固相拡散を行いＺｎ拡散領域９を形成する（図４
(e))。このＺｎの拡散により、該拡散領域９内の活性層
３はディスオーダされる。

【０００７】次に、拡散時に用いた絶縁膜からなるキャ
ップ層１２及びＺｎＯ膜１１を除去する。続いて、図４
(f) に示すように、基板１の上部全面にレジスト１３を
塗布し、写真製版技術を用いてパターニングして、レー
ザの共振器端面を形成する部分に直交する方向に伸び
る、幅が数μｍのストライプパターンを形成し、このレ
ジスト１３をマスクとして、基板１上に形成された絶縁
膜１０、キャップ層６、ＢＤＲ層５をエッチングし（図
４(g))、さらに、レジスト１３を除去した後、上記エッ
チングにより残ったＢＤＲ層５をマスクとして、上クラ
ッド層４の残し厚が０．１〜０．５μｍ程度となるよう
に上クラッド層４を所定の深さまで選択エッチングし
て、リッジ構造部を形成する。この時の一部切り欠き斜
視図を図４(h) に示す。

【０００８】さらに、図４(i) に示すように、絶縁膜１
０をマスクとして、ｎ型ブロック層７を基板１の上方
に、リッジ構造部を埋め込むように選択成長させた後、
絶縁膜１０を除去し、さらに、基板１の上方を覆うよう
にコンタクト層８を成長させ、コンタクト層８上，及び
基板１の裏面側に、それぞれ電極金属（図示せず）を形
成して、共振器端面を形成する位置において基板１及び
基板１上に形成された半導体層のへき開を行うことによ
り、図３に示すような半導体レーザを得る。なお、共振
器端面には必要に応じて反射膜をコーティングする（図
示せず）。

【０００９】次に動作について簡単に説明する。ｐ側電
極２１が正，ｎ側電極２２が負となるように半導体レー
ザに電流を流すと、ｐ側電極２１からホールが，ｎ側電
極２２から電子が、それぞれ活性層３に注入され、この
活性層３にホールと電子の発光再結合が起こり、活性層
３において光が発生する。この光が活性層３近傍を導波
され、互いに平行に対向する１対のレーザ共振器端面間
において反射されてレーザ発振が起こり、レーザ共振器
端面からレーザ光が出射される。

【００１０】ここで、この従来の半導体レーザにおいて
は、レーザ共振器端面近傍の活性層３、即ちＺｎ拡散領
域９内の活性層３はＺｎが拡散されることによりディス
オーダされている。そのため、レーザ共振器端面のバン
ドギャップエネルギーが活性層３の他の部分よりも大き
くなり、活性層３近傍を導波される光を吸収しなくな
り、光に対して透明となっている。一般にこのような共
振器端面近傍の活性層の構造は窓構造と呼ばれている。
この結果、レーザ共振器端面に存在する準位に起因する
レーザ共振器端面における光の吸収が無くなり、これに
伴って端面において発生する発熱も無くなり、特に高出
力動作時に発生していたレーザ共振器端面の発熱による
破壊が起こりにくくなり、信頼性の高い半導体レーザを
得ることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体レーザにおいては、動作時における共振器端面の
破壊を防ぐためにＺｎを基板１の上方からマスクを用い
て拡散させることにより活性層３をディスオーダして窓
構造を形成していたため、図４(a) 〜図４(e) において
示した工程に対応するような複雑なＺｎ拡散工程が必要
であった。即ち、マスクとなるパターニングした絶縁膜
１０を形成し、このマスク上に拡散源となるＺｎＯ膜１
１と絶縁膜１２とを形成してアニールによりＺｎを拡散
させた後、さらに、ＺｎＯ膜１１と絶縁膜１２とを除去
するという工程が必要であった。このため、製造工程が
複雑化し、半導体レーザを容易に形成することができな
いという問題があった。

【００１２】また、窓構造形成時において、Ｚｎを熱拡
散させるために基板１上に積層した半導体層全体を加熱
する必要があるため、活性層３全域にわたって熱が加わ
り、活性層３の近傍の上クラッド層２及び下クラッド層
４からドーパントが活性層３へ拡散して、活性層３内に
準位が形成されてしまい、この部分において動作時に光
の吸収が生じ、レーザ特性が劣化するという問題があっ
た。

【００１３】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたものであり、窓構造形成する際の加熱に起
因するレーザ特性の劣化を防ぐことができるとともに、
容易に形成することが可能な、窓構造を備えた半導体レ
ーザの製造方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体レ
ーザの製造方法は、第１導電型半導体基板上に、第１導
電型下クラッド層、亜鉛（Ｚｎ）の拡散によりディスオ
ーダ可能な構造を有する活性層、及び第２導電型上クラ
ッド層を順次結晶成長させる工程と、該基板上に順次結
晶成長させた複数の半導体層に導波路を形成した後、こ
れらの半導体層の積層方向に対して垂直である，互いに
平行な一対の共振器端面を形成する工程と、該共振器端
面の光が出射される領域近傍を含む領域上にＺｎ膜を形
成する工程と、該Ｚｎ膜のみを加熱してこのＺｎ膜から
上記活性層の共振器端面近傍にＺｎを拡散させて、上記
活性層の共振器端面近傍をディスオーダする工程とを含
むようにしたものである。

【００１５】また、上記半導体レーザの製造方法におい
て、上記Ｚｎ膜の加熱を、上記上クラッド層と下クラッ
ド層との間に上記基板の上面に対して垂直方向に電流を
流して上記活性層において光を発生させ、この光をこの
活性層に沿って導波させることにより行うようにしたも
のである。

【００１６】また、上記半導体レーザの製造方法におい
て、上記Ｚｎ層の加熱を、このＺｎ膜に外部から光を照
射することにより行うようにしたものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１に係る半導
体レーザの構造を示す斜視図であり、図において、１は
ＧａＡｓからなるｎ型の半導体基板、２はＡｌＧａＩｎ
Ｐからなるｎ型の下クラッド層、３はＧａＩｎＰ井戸層
とＡｌＧａＩｎＰ障壁層とを交互に積層してなる量子井
戸構造を有するアンドープの活性層で、不純物の拡散に
よりディスオーダ可能な構造の活性層であればどのよう
なものであってもよく、例えば自然超格子構造を有する
ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰからなる活性層を用いるよ
うにしてもよい。４はＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型の上
クラッド層、５はｐ型のＧａＩｎＰからなるバンド不連
続緩和層（以下、ＢＤＲ層と称す）、６はｐ型のＧａＡ
ｓからなるキャップ層、７はｎ型のＧａＡｓからなるブ
ロック層、８はｐ型のＧａＡｓからなるコンタクト層、
９はＺｎ拡散部、２０はＺｎ膜、２１はｐ側電極、２２
はｎ側電極を示す。

【００１８】また、図２は本発明の実施の形態１に係る
半導体レーザの製造方法を示す斜視図であり、図におい
て、図１と同一符号は同一又は相当する部分を示してお
り、１４はＳｉＯ₂ ，ＳｉＯＮ，ＳｉＮ等からなるスト
ライプ形状の絶縁膜である。

【００１９】次に製造方法について説明する。まず、ｎ
型半導体基板１上に、厚さ１〜２μｍ程度のｎ型第１ク
ラッド層２、厚さが０．１μｍ程度の量子井戸活性層
３、厚さ１〜２μｍ程度のｐ型上クラッド層４、厚さ
０．１μｍ程度のｐ型バンド不連続緩和層５、厚さ０．
５〜３μｍ程度のｐ型キャップ層６をＭＯＣＶＤ(Metal
organic chemical vapor deposition) 法等を用いてエ
ピタキシャル成長させる（図２(a))。

【００２０】続いて、キャップ層６上に厚さ２００〜数
千オングストロームの絶縁膜を形成した後、これをパタ
ーニングして、レーザ共振器端面となる面に対して垂直
な方向に伸びるストライプ形状の絶縁膜１４を形成す
る。この絶縁膜１４の幅は、この後の工程で形成するリ
ッジ構造部の幅と同程度の幅、例えば数μｍの幅とす
る。

【００２１】次に、この絶縁膜１４をマスクとしてキャ
ップ層６、ＢＤＲ層５の選択的なエッチングを行った
後、さらに、上クラッド層４の残し厚が０．１〜０．５
μｍ程度となるように、上クラッド層４を所定の深さま
で活性層３に達しないように選択エッチングして、リッ
ジ構造部を形成する（図２(c))。

【００２２】続いて、絶縁膜１４を選択成長用のマスク
として、リッジ構造部を埋め込むようにブロック層７を
選択成長し（図２(d))、絶縁膜１４を除去した後、ブロ
ック層７とキャップ層６の上部にコンタクト層８を成長
させ、その後、そのコンタクト層８上、及び基板１の裏
面にそれぞれ電極金属を形成し、ｐ側電極２１，ｎ側電
極２２を設ける（図２(e))。

【００２３】さらに、基板１及びこの基板１上に形成し
た半導体層をリッジ構造部の伸びる方向に対して垂直に
へき開して互いに平行な一対のレーザ共振器端面を形成
する。そして、このレーザ共振器端面の窓部を形成する
位置を含む領域上に厚さが数百オングストローム以下の
Ｚｎ膜２０を蒸着或いはスパッタ法により成膜する。こ
のとき、レーザ共振器端面全面にＺｎ膜２０が存在する
と、このＺｎ膜２０を介してリーク電流が流れる場合が
ある。したがって、このようなリーク電流を抑制するた
め、Ｚｎ膜上にレジストパターン（図示せず）を形成
し、このレジストパターンをマスクとしてエッチングに
よりＺｎ膜２０のパターニングを行うことにより、Ｚｎ
膜２０を窓構造部形成に必要な領域近傍、即ち、レーザ
共振器端面の発光領域である，活性層３のリッジ構造部
の下部に位置する領域近傍のみに形成する（図２(f))。
なお、Ｚｎ膜２０を蒸着後にパターニングする代わり
に、メタルマスクを用いた蒸着やスパッタにより、Ｚｎ
膜を所定の領域のみに形成するようにしてもよい。な
お、リーク電流の抑制するための他の方法としては、極
薄，例えば数十オングストロームの厚さのＺｎ膜を端面
全面に形成するようにしてもよく、この場合、極薄のた
めＺｎ膜は高抵抗となり、リーク電流を抑えられる。

【００２４】このＺｎ膜２０形成後、共振器端面に反射
膜（図示せず）をコーティングする。この反射膜として
は所定の厚さのアルミナ，ＳｉＯ₂ 及びＳｉを積層して
なる積層膜が用いられる。

【００２５】続いて、ｐ側電極２１が正，ｎ側電極２２
が負となるように電流を流すと、ｐ側電極２１からホー
ルが，ｎ側電極２２から電子が、それぞれ活性層３に注
入され、この活性層３にホールと電子の発光再結合が起
こり、活性層３において光が発生し、この光が下クラッ
ド層２と上クラッド層３との間で閉じ込められて、活性
層３近傍を導波される。ここで、上記Ｚｎ膜２０は、レ
ーザ共振器端面近傍の活性層２０をディスオーダし、エ
ネルギーバンドギャップを増大させ、端面での光の吸収
を抑制する窓部を形成するためのＺｎ拡散源としての役
割を果たすものであり、この半導体レーザに電流を流す
と、活性層３において発光し活性層３近傍を導波された
光が、レーザ共振器端面に多く存在する準位において吸
収され発熱し、その結果としてレーザ発振した際に発生
する自らのレーザ光のエネルギーによりＺｎ膜２０が加
熱されることとなり、共振器端面の活性層３近傍にＺｎ
が熱拡散されてＺｎ拡散部９が形成され、この拡散部９
内の活性層３のディスオーダが行われてこの部分が窓構
造となる。これにより、図１に示すような半導体レーザ
が得られる。

【００２６】次に動作について簡単に説明する。ｐ側電
極２１が正，ｎ側電極２２が負となるように半導体レー
ザに電流を流すと、ｐ側電極２１からホールが，ｎ側電
極２２から電子が、それぞれ活性層３に注入され、この
活性層３にホールと電子の発光再結合が起こり、活性層
３において光が発生する。この光が活性層３近傍をリッ
ジ構造に沿って導波され、互いに平行に対向する１対の
レーザ共振器端面間において反射されてレーザ発振が起
こり、レーザ共振器端面からレーザ光が出射される。こ
のとき、共振器端面近傍のＺｎ拡散部９内の活性層３は
ディスオーダされて、活性層３の他の領域のよりもバン
ドギャップエネルギーが大きくなっており、レーザ光を
吸収せず、窓構造として機能して、レーザ共振器端面の
光学的な破壊を防ぐことができる。

【００２７】この実施の形態１に係る半導体レーザにお
いては、半導体基板１上に活性層３を下クラッド層２と
上クラッド層４とにより挟み込んでなるダブルヘテロ構
造を形成し、これをへき開して窓構造を有さない半導体
レーザを形成した後、レーザ共振器端面に反射膜コーテ
ィングを行う前にレーザ共振器端面にＺｎ膜２０を成膜
し、半導体レーザの下クラッド層２と上クラッド層４と
の間に基板１の上面に対して垂直に電流を流すことによ
り、活性層３において光を発生させ、この光を活性層３
近傍においてリッジ構造部に沿ってレーザ共振器端面に
垂直な方向に導波させることで、このＺｎ膜２０のみを
加熱してＺｎを拡散させることにより窓構造を形成する
ようにしている。このため、上述した従来の窓構造を備
えた半導体レーザのように、窓構造を形成するために、
キャップ層上にマスクとなるパターニングした絶縁膜を
形成し、このマスク上に拡散源となるＺｎＯ膜と絶縁膜
からなるキャップ層を形成してアニールによりＺｎを拡
散させた後、さらにＺｎＯ膜と絶縁膜からなるキャップ
層を除去するという複雑なＺｎ拡散工程が必要でなく、
容易にＺｎをレーザ共振器端面近傍の活性層３に拡散さ
せて窓構造を形成することができ、製造工程を簡略化す
ることができる。

【００２８】また、半導体レーザを動作させることによ
り発生した光により、Ｚｎ膜２０のみを加熱して、Ｚｎ
を活性層３近傍に拡散させて窓構造を形成するようにし
たため、従来のように、基板上に形成された活性層も含
めた半導体層全体を加熱する必要がなく、窓構造形成時
に活性層３に下クラッド層２や上クラッド層３のドーパ
ントが拡散することを防止でき、活性層３の劣化を防い
で、半導体レーザの特性が劣化することを防止すること
ができる。

【００２９】このように本実施の形態１によれば、半導
体基板１上に下クラッド層２，量子井戸構造を有する活
性層３，上クラッド層４，ＢＤＲ層５，及びキャップ層
６を成長させ、キャップ層６，ＢＤＲ層５，及び上クラ
ッド層４の上部をエッチングしてリッジ構造部を形成
し、該リッジ構造部を埋め込むようにブロック層７を成
長させ、コンタクト層８を成長させ、ｐ側電極２１とｎ
側電極２２とを形成し、へき開により１対のレーザ共振
器端面を形成した後、レーザ共振器端面の発光領域にＺ
ｎ膜２０を形成し、ｐ側電極２１とｎ側電極２２との間
に電流を流して活性層３近傍に光を導波させ、この導波
させた光によりＺｎ膜２０のみを加熱して、レーザ共振
器端面近傍の活性層３にＺｎを拡散させて、このＺｎを
拡散させた領域９の活性層３をディスオーダするように
したから、Ｚｎ拡散工程を簡略化して、半導体レーザを
容易に得ることができる効果があるとともに、Ｚｎ拡散
時に活性層３近傍全体を加熱することがないため、レー
ザ特性の劣化の少ない半導体レーザを得ることができる
効果がある。

【００３０】なお、上記実施の形態１においては、Ｚｎ
膜２０を、半導体レーザを動作させて発生させた活性層
３近傍を導波される光により加熱してＺｎを拡散させる
ようにしたが、半導体基板１上とは異なる外部に設けた
他の半導体レーザを用いて、この他の半導体レーザから
出射されるレーザ光によりＺｎ膜２０を外部から加熱し
てＺｎを活性層３に拡散させるようにしてもよく、この
場合においても、複雑なＺｎ拡散工程を無くして容易に
半導体レーザを形成できるとともに、活性層３全体を加
熱することがなく、レーザ特性の劣化も防ぐことができ
る。

【００３１】また、上記実施の形態１においては、ｎ型
の基板１を用いた場合について説明したが、本発明はｐ
型の基板を用いた場合においても適用できるものであ
り、このような場合においても上記実施の形態１と同様
の効果を奏する。

【００３２】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、第１導
電型半導体基板上に、第１導電型下クラッド層、亜鉛
（Ｚｎ）の拡散によりディスオーダ可能な構造を有する
活性層、及び第２導電型上クラッド層を順次結晶成長さ
せる工程と、該基板上に順次結晶成長させた複数の半導
体層に導波路を形成した後、これらの半導体層の積層方
向に対して垂直である，互いに平行な一対の共振器端面
を形成する工程と、該共振器端面の光が出射される領域
近傍を含む領域上にＺｎ膜を形成する工程と、該Ｚｎ膜
のみを加熱してこのＺｎ膜から上記活性層の共振器端面
近傍にＺｎを拡散させて、上記活性層の共振器端面近傍
をディスオーダする工程とを含むようにしたから、窓構
造を容易に形成することができ、製造工程を簡略化でき
るとともに、窓構造形成時における活性層へのドーパン
トの拡散を防いで、特性のよい半導体レーザを得ること
ができる効果がある。

【００３３】また、上記半導体レーザの製造方法におい
て、上記Ｚｎ膜の加熱を、上記上クラッド層と下クラッ
ド層との間に上記基板の上面に対して垂直方向に電流を
流して上記活性層において光を発生させ、この光をこの
活性層に沿って導波させることにより行うようにしたか
ら、製造工程を簡略化できるとともに、特性のよい半導
体レーザを得ることができる効果がある。

【００３４】また、上記半導体レーザの製造方法におい
て、上記Ｚｎ層の加熱を、このＺｎ膜に外部から光を照
射することにより行うようにしたから、製造工程を簡略
化できるとともに、特性のよい半導体レーザを得ること
ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る半導体レーザ
の構造を示す一部切り欠き斜視図である。

【図２】 この発明の実施の形態１に係る半導体レーザ
の製造方法を示す斜視図である。

【図３】 従来の半導体レーザの構造を示す一部切り欠
き斜視図である。

【図４】 従来の半導体レーザの製造方法を示す斜視図
である。

【符号の説明】

１ ｎ型半導体基板、２ ｎ型下クラッド層、３ 活性
層、４ ｐ型上クラッド層、５ ｐ型バンド不連続緩和
層、６ ｐ型キャップ層、７ ｎ型ブロック層、８ ｐ
型コンタクト層、９ Ｚｎ拡散層、１０，１２ 絶縁
膜、１１ ＺｎＯ膜、１４ 絶縁膜、２０ Ｚｎ膜、２
１ ｐ側電極、２２ ｎ側電極。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型半導体基板上に、第１導電型
   下クラッド層、亜鉛（Ｚｎ）の拡散によりディスオーダ
   可能な構造を有する活性層、及び第２導電型上クラッド
   層を順次結晶成長させる工程と、 該基板上に順次結晶成長させた複数の半導体層に導波路
   を形成した後、これらの半導体層の積層方向に対して垂
   直である，互いに平行な一対の共振器端面を形成する工
   程と、 該共振器端面の光が出射される領域近傍を含む領域上に
   Ｚｎ膜を形成する工程と、 該Ｚｎ膜のみを加熱してこのＺｎ膜から上記活性層の共
   振器端面近傍にＺｎを拡散させて、上記活性層の共振器
   端面近傍をディスオーダする工程とを含むことを特徴と
   する半導体レーザの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体レーザの製造方
   法において、 上記Ｚｎ膜の加熱は、上記上クラッド層と下クラッド層
   との間に上記基板の上面に対して垂直方向に電流を流し
   て上記活性層において光を発生させ、この光をこの活性
   層に沿って導波させることにより行われることを特徴と
   する半導体レーザの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の半導体レーザの製造方
   法において、 上記Ｚｎ層の加熱は、このＺｎ膜に外部から光を照射す
   ることにより行われることを特徴とする半導体レーザの
   製造方法。