JPS5811111B2 - 半導体レ−ザ装置の製造方法 - Google Patents
半導体レ−ザ装置の製造方法Info
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- JPS5811111B2 JPS5811111B2 JP50075902A JP7590275A JPS5811111B2 JP S5811111 B2 JPS5811111 B2 JP S5811111B2 JP 50075902 A JP50075902 A JP 50075902A JP 7590275 A JP7590275 A JP 7590275A JP S5811111 B2 JPS5811111 B2 JP S5811111B2
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を基板として作製し
たストライプ型半導体レーザ装置の製造方法に関するも
のである。
たストライプ型半導体レーザ装置の製造方法に関するも
のである。
ＧａＡｓとＧａＡｌＡｓのダブルへテロ構造半導体レー
ザが発明されて、半導体レーザの室温連続発振が初めて
可能となり、さらに種々のストライプ型が開発されるに
及んで発振に要するしきい値も大幅に下がった。
ザが発明されて、半導体レーザの室温連続発振が初めて
可能となり、さらに種々のストライプ型が開発されるに
及んで発振に要するしきい値も大幅に下がった。
しかし従来のストライプ型レーザではまだ多くの問題が
残っていた。
残っていた。
その最も大きな問題は寿命である。
すなわち連続発振の寿命が非常に短く、数秒で発振が止
まってしまうレーザさえある。
まってしまうレーザさえある。
この劣化をおこす原因は色々と考えられるが、その最大
のものは活性領域に入る歪である。
のものは活性領域に入る歪である。
第１図に従来のストライプ型レーザの代表的な３つの例
を示しである。
を示しである。
同図ａはオキサイドストライプ型とよばれるもので、第
４層ｐ”−ＧａＡｓ４の表面にその電極部となる一部の
みをストライプ状に残して他の部分を５ｔ０２膜、５１
３Ｎ４膜などの絶縁膜Ｓで覆ったものである。
４層ｐ”−ＧａＡｓ４の表面にその電極部となる一部の
みをストライプ状に残して他の部分を５ｔ０２膜、５１
３Ｎ４膜などの絶縁膜Ｓで覆ったものである。
このようにストライプ部に絶縁膜を用いたものでは、Ｇ
ａＡｓ４と絶縁膜８との熱膨張係数の差のために、その
界面に大きな歪が生じ、その歪が活性領域２まで達する
。
ａＡｓ４と絶縁膜８との熱膨張係数の差のために、その
界面に大きな歪が生じ、その歪が活性領域２まで達する
。
同図すはいわゆるプラナストライプ型とよばれるもので
、ｎ−ＧａＡｓ１１の一部にストライプ状にＺｎ拡散領
域１２を設けこのＺｎ拡散領域１２にのみ順方向電流が
流れるようにしたものである。
、ｎ−ＧａＡｓ１１の一部にストライプ状にＺｎ拡散領
域１２を設けこのＺｎ拡散領域１２にのみ順方向電流が
流れるようにしたものである。
この場合Ｚｎ拡散を導入するに際してその拡散フロント
には多くの転位も導入され、これが活性領域２の近傍に
達するので転位による活性領域２への悪影響が大きいと
思われる。
には多くの転位も導入され、これが活性領域２の近傍に
達するので転位による活性領域２への悪影響が大きいと
思われる。
同図Ｃはプロトン照射ストライプ型と呼ばれるもので、
ストライプ部を除いて、第１層ｎ−Ｇａｏ、７Ａ１６．
３ＡＳ１に達するまでプロトン照射を行い、その部分を
高抵抗層にして電流をストライプ部に閉じ込めるように
したものである。
ストライプ部を除いて、第１層ｎ−Ｇａｏ、７Ａ１６．
３ＡＳ１に達するまでプロトン照射を行い、その部分を
高抵抗層にして電流をストライプ部に閉じ込めるように
したものである。
この場合は、活性領域２にもプロトン照射部が入り込ん
でいるため、活性領域２中の歪は非常に大きく、適当な
後処理を行わないと歪は軽減されない。
でいるため、活性領域２中の歪は非常に大きく、適当な
後処理を行わないと歪は軽減されない。
以上述べたように、従来のストライプ型はどの場合も、
活性領域２中に歪を導入しており、これが劣化の主要因
となっていた。
活性領域２中に歪を導入しており、これが劣化の主要因
となっていた。
これに対して出願人は先に特願昭４９−２５９４３号公
報において、活性領域中の歪を無視できるほど小さくし
、放熱特性が良好なストライプ型として第２図に示すヘ
テロアイソレーション型のものを提案した。
報において、活性領域中の歪を無視できるほど小さくし
、放熱特性が良好なストライプ型として第２図に示すヘ
テロアイソレーション型のものを提案した。
これは第４層ｐ＋−ＧａＡｓ４の上にｎ−Ｇａ１−ｙＡ
ＡｙＡｓ（０＜ｙく１）１５を付着し、その一部をスト
ライプ状に窓あけを行って第４層ｐ＋−ＧａＡｓ４にま
で達するようにしたものであるこの場合ＧａＡｓ４とＧ
ａ１−ｙＡＡｙＡｓ１５との格子定数はほぼ等しいため
、界面にはほとんど歪は生じず、従って、ストライプ型
にすることによる悪影響は活性領域２には及ばない。
ＡｙＡｓ（０＜ｙく１）１５を付着し、その一部をスト
ライプ状に窓あけを行って第４層ｐ＋−ＧａＡｓ４にま
で達するようにしたものであるこの場合ＧａＡｓ４とＧ
ａ１−ｙＡＡｙＡｓ１５との格子定数はほぼ等しいため
、界面にはほとんど歪は生じず、従って、ストライプ型
にすることによる悪影響は活性領域２には及ばない。
電極６にプラス電圧を、電極Ｔにスイナス電圧を印加す
ると、ストライプ部以外はｐ＋−ＧａＡｓ４とｎ−Ｇａ
１−ｙＡｌｙＡＳ１５が逆方向にバイアスされるため電
流は流れずストライプ部にのみ電流は流れてストライプ
直下の活性領域２で発振がおこる。
ると、ストライプ部以外はｐ＋−ＧａＡｓ４とｎ−Ｇａ
１−ｙＡｌｙＡＳ１５が逆方向にバイアスされるため電
流は流れずストライプ部にのみ電流は流れてストライプ
直下の活性領域２で発振がおこる。
上記の方式で歪の問題は解決されたが、しかし、この構
造にも欠点がある。
造にも欠点がある。
それは第１図に示したオキサイドストライプ型レーザや
プラナストライプ型レーザと同様に、活性領域２中で電
流が広がるため、ストライプ幅を狭くしても、しきい値
はそれほど下がらないということである。
プラナストライプ型レーザと同様に、活性領域２中で電
流が広がるため、ストライプ幅を狭くしても、しきい値
はそれほど下がらないということである。
到発明は以上のことを考慮して、第２図の構造を用い、
さらに基板のｎ−ＧａＡｓ５にもストライプ領域番設け
た、歪の少ない、しかも発振しきい値の大幅に小さい半
導体レーザ装置の製造方法を提供することを目的とする
。
さらに基板のｎ−ＧａＡｓ５にもストライプ領域番設け
た、歪の少ない、しかも発振しきい値の大幅に小さい半
導体レーザ装置の製造方法を提供することを目的とする
。
以下図面とともに本発明について説明する。
第３図に本発明の方法こより得られる半導体レーザ装置
の概略構造断面図を示し、その製造工程図を第４図ａ＝
ｆに示す。
の概略構造断面図を示し、その製造工程図を第４図ａ＝
ｆに示す。
第３図において、５はＧａＡｓからなる基板であって、
その一部をストライプ状に残し他の部分には基板５より
高抵抗率のＧａ、−ｘＡ！ｘＡＳ（ｏ≦Ｘ≦１）１６層
を成長させである。
その一部をストライプ状に残し他の部分には基板５より
高抵抗率のＧａ、−ｘＡ！ｘＡＳ（ｏ≦Ｘ≦１）１６層
を成長させである。
これを基板として上部にはダブルへテロ構造を有するよ
うに層が４層形成されており、２が活性領域となってい
る。
うに層が４層形成されており、２が活性領域となってい
る。
１５は第４層のｐ＋−ＧａＡｓ４の表面に形成されたｎ
−Ｇａ１−ｙｋｌｙＡｓ層であって、基板のストライプ
部と対面する部分のみストライプ状に除去されており、
その表面には電極６が被着され、また基板５の裏面にも
電極７が被着された構造となっている。
−Ｇａ１−ｙｋｌｙＡｓ層であって、基板のストライプ
部と対面する部分のみストライプ状に除去されており、
その表面には電極６が被着され、また基板５の裏面にも
電極７が被着された構造となっている。
次こ、第４図ａ〜ｆを用いて本発明の半導体レーザの製
造方法について説明する。
造方法について説明する。
レーザ作製用の基板として、Ｔｅドープのキャリア濃度
が２×１０１１０１８Ｃのｎ＋型ＧａＡｓ５を用いる。
が２×１０１１０１８Ｃのｎ＋型ＧａＡｓ５を用いる。
先ずｎ＋−ＧａＡｓＳ上に５ｔ０２膜８を６０００人付
着し、フォトエツチング技術を用いて２５０μｍピッチ
で２４０μｍ幅の窓をこの５ｔ０２膜８にあける（第４
図ａ）。
着し、フォトエツチング技術を用いて２５０μｍピッチ
で２４０μｍ幅の窓をこの５ｔ０２膜８にあける（第４
図ａ）。
次（硫酸：過酸化水素水：水が８：１：１の容積比のエ
ツチング液を用い６０℃で３分間、窓の部分のＧａＡｓ
をエツチングして除去する。
ツチング液を用い６０℃で３分間、窓の部分のＧａＡｓ
をエツチングして除去する。
これにより基板ｎ＋−〇ａＡｓ５は深さが６μｍエツチ
ングされる（同図ｂ）。
ングされる（同図ｂ）。
次いでエツチングにより凹んだ部分に高抵抗のＧａＡｓ
１６をエピタキシャル成長により埋め込み、表面を鏡面
に研磨する（同図Ｃ）。
１６をエピタキシャル成長により埋め込み、表面を鏡面
に研磨する（同図Ｃ）。
この高抵抗領域１６は気相エピタキシャル法のトリメチ
ルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３）とアルシン（ＡｓＨｓ
）を用いた熱分解法により５ｉ０２膜８をマスクに用い
て選択的に埋め込み成長をさせた。
ルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３）とアルシン（ＡｓＨｓ
）を用いた熱分解法により５ｉ０２膜８をマスクに用い
て選択的に埋め込み成長をさせた。
この埋め込み層は６３０℃で成長を行なうと約１０４Ω
ｃｍの高抵抗層が成長した。
ｃｍの高抵抗層が成長した。
なお、高抵抗領域の形成法には従来よりプロトン照射法
があるが、この場合の高抵抗領域１６形成には不都合で
ある。
があるが、この場合の高抵抗領域１６形成には不都合で
ある。
それは、高抵抗領域１６の作成後、この基板上にエピタ
キシャル層を成長する際、その成長温度８５０℃でプロ
トン照射領域がアンニールされて高抵抗は消滅するから
である。
キシャル層を成長する際、その成長温度８５０℃でプロ
トン照射領域がアンニールされて高抵抗は消滅するから
である。
次にＳｉＯ２膜８をエツチングにより除去する。
これまでの工程でストライプ状のｎ＋−ＧａＡｓ基板を
作製した。
作製した。
このストライプ状のｎ＋−ＧａＡｓ基板上に、通常の液
相エピタキシャル法でｎ−Ｇａｏ、７ＡＡ０，３ＡＳ１
、ｐ−ＧａＡｓ２、ｐ−Ｇａｏ、５ＡｌＯ，３ＡＳ３、
ｐ”−ＧａＡｓ４、ｎ−Ｇａ、−、ＡｌｙＡｓ１５ρ各
層を順次成長する（同図ｄ）。
相エピタキシャル法でｎ−Ｇａｏ、７ＡＡ０，３ＡＳ１
、ｐ−ＧａＡｓ２、ｐ−Ｇａｏ、５ＡｌＯ，３ＡＳ３、
ｐ”−ＧａＡｓ４、ｎ−Ｇａ、−、ＡｌｙＡｓ１５ρ各
層を順次成長する（同図ｄ）。
成長後ｎ−Ｇａ、−ｙｋｌｙＡｓ１５を基板のストライ
プと対応するように２５０μｍピッチで１０８℃巾のス
トライプ状に窓あけを行い、その窓の先端が第４層ｐ＋
−ＧａＡｓ４にまで達するようにする。
プと対応するように２５０μｍピッチで１０８℃巾のス
トライプ状に窓あけを行い、その窓の先端が第４層ｐ＋
−ＧａＡｓ４にまで達するようにする。
この場合のＧａ１−ｙＡ〜ｙＡｓ１５の選択エツチング
液としては熱リン酸を用いた。
液としては熱リン酸を用いた。
その後、両面にオーミック電極金属６及び７を付着（同
図ｅ）すれば素子は完成する（同図ｆ）。
図ｅ）すれば素子は完成する（同図ｆ）。
このレーザの特徴は、活性領域の上下両方から電流路を
制限しており、非常に狭い発振領域のレーザが得られる
点にある。
制限しており、非常に狭い発振領域のレーザが得られる
点にある。
さらに従来のプロトン照射やメサエッチングによるスト
ライプレーザのように活性領域を直接加工、処理しない
で、活性領域と一層以上隔った層で電流集中をおこなっ
ているので歪の導入とくに活性領域への歪の導入が少な
い点にある。
ライプレーザのように活性領域を直接加工、処理しない
で、活性領域と一層以上隔った層で電流集中をおこなっ
ているので歪の導入とくに活性領域への歪の導入が少な
い点にある。
さらに、同レーザの製造方法において、基板に形成した
ストライプ状の凸部の両側の埋め込み層をトリメチルガ
リウム（Ｇａ（ＣＨｓ）艶とアルシン（ＡｓＨｓ）を用
いた熱分解気相成長法により形成しているので、埋め込
み層の形成時の温度が低くＡＶたがって基板に歪が入る
ことがない。
ストライプ状の凸部の両側の埋め込み層をトリメチルガ
リウム（Ｇａ（ＣＨｓ）艶とアルシン（ＡｓＨｓ）を用
いた熱分解気相成長法により形成しているので、埋め込
み層の形成時の温度が低くＡＶたがって基板に歪が入る
ことがない。
したがって基板の歪による活性層への悪影響を防止でき
る。
る。
以下本発明の特徴をさらに説明するために、従来の各種
ストライプ型レーザ、例えば第１図ａのオキサイドスト
ライプ型、第２図のへテロアイソレーションストライプ
型と本発明のレーザとの発振のしきい値電流密度を比較
した。
ストライプ型レーザ、例えば第１図ａのオキサイドスト
ライプ型、第２図のへテロアイソレーションストライプ
型と本発明のレーザとの発振のしきい値電流密度を比較
した。
しきい値電流密度は、各層の厚さに大きく左右されるの
で、第１層ｎ−Ｇａｏ、７ＡＡ！０．３ＡＳ１から第４
層ｐ−ＧａＡｓ４までの厚さを同一にして、ストライプ
幅の関数としてしきい値電流密度を実験的に求めてみた
。
で、第１層ｎ−Ｇａｏ、７ＡＡ！０．３ＡＳ１から第４
層ｐ−ＧａＡｓ４までの厚さを同一にして、ストライプ
幅の関数としてしきい値電流密度を実験的に求めてみた
。
第３図のレーザでは、基板５のストライプ幅とｎ−Ｇａ
、−ｙＡＡｙＡｓ１５のストライプ幅は同一とした。
、−ｙＡＡｙＡｓ１５のストライプ幅は同一とした。
その結果を第５図に示す。実線は本発明のストライプ型
、一点鎖線はへテロアイソレーションストライプ型、点
線はオキサイドストライプ型である。
、一点鎖線はへテロアイソレーションストライプ型、点
線はオキサイドストライプ型である。
この比較において、活性領域２の厚さは０．２μｍのも
のを用いである。
のを用いである。
同図より本発明のレーザが他の２つのストライプ型レー
ザに比べ、発振しきい値が小さくなっており、特にスト
ライプ幅の狭い領域でその効果が顕著であることがわか
る。
ザに比べ、発振しきい値が小さくなっており、特にスト
ライプ幅の狭い領域でその効果が顕著であることがわか
る。
これは他のストライプ型レーザでは、ｐ＋−ＧａＡｓ４
から注入された電流は、活性領域２に達するまでに相当
床がり、特にストライプ幅が狭いとき、その効果は著し
いが、本発明のレーザでは、上下の両側から電流を閉じ
込めているため、活性領域２中でも電流はあまり広がら
ないためと考えられる。
から注入された電流は、活性領域２に達するまでに相当
床がり、特にストライプ幅が狭いとき、その効果は著し
いが、本発明のレーザでは、上下の両側から電流を閉じ
込めているため、活性領域２中でも電流はあまり広がら
ないためと考えられる。
このレーザは低電流動作が可能で、しかも歪が少ないた
めに高寿命であることが確認された。
めに高寿命であることが確認された。
基板５にストライプ部を作製する場合、高抵抗領域１６
はＧａＡｓあるいはＧａ１−ｘＡｌｘＡｓであるため基
板自体にはほとんど歪が入らず、従ってその活性領域２
への影響も全くない。
はＧａＡｓあるいはＧａ１−ｘＡｌｘＡｓであるため基
板自体にはほとんど歪が入らず、従ってその活性領域２
への影響も全くない。
またｎ−Ｇａ１−、Ａ７ｙＡｓ１５側のストライプ部に
歪が入らないのは第２図の説明のところで述べた通りで
ある。
歪が入らないのは第２図の説明のところで述べた通りで
ある。
従ってストライプにすることによる歪は全お無視できて
、寿命は飛躍的に増大した。
、寿命は飛躍的に増大した。
事実、同一条件で作製したオキサイドストライプ型レー
ザと、第３図に示した本発明レーザとでは、その寿命に
約２倍の差があり、本発明のレーザが寿命の点でも優れ
ていることが示された。
ザと、第３図に示した本発明レーザとでは、その寿命に
約２倍の差があり、本発明のレーザが寿命の点でも優れ
ていることが示された。
本実施例ではダブルへテロ構造について述べたが、ホモ
接合、シングルへテロ構造等の他の構造の半導体レーザ
にも用いることができ、また発光装置にも適用できるこ
とは勿論のことである。
接合、シングルへテロ構造等の他の構造の半導体レーザ
にも用いることができ、また発光装置にも適用できるこ
とは勿論のことである。
以上述べたように、本発明の方法によれば、基板のスト
ライプ状凸部の両側面凹部に、同基板に歪を入れること
なく高抵抗の埋め込み層を形成できるので、低しきい値
でかつ長寿命の半導体レーザ装置を得ることができる。
ライプ状凸部の両側面凹部に、同基板に歪を入れること
なく高抵抗の埋め込み層を形成できるので、低しきい値
でかつ長寿命の半導体レーザ装置を得ることができる。
すなわち、本発明の方法により得られる半導体レーザは
、従来のストライプ型レーザに比べて低いしきい値で発
振し、しかも寿命を伸ばすことのできる非常に良好なス
トライプ型レーザで、実用的価値の卓越したものである
。
、従来のストライプ型レーザに比べて低いしきい値で発
振し、しかも寿命を伸ばすことのできる非常に良好なス
トライプ型レーザで、実用的価値の卓越したものである
。
第１図ａ、ｂ、ｃおよび第２図は従来の種々のストライ
プ型レーザの構造断面図、第３図は本発明のストライプ
型レーザの一実施例を示す構造断面図、第４図ａ＝ｆは
本発明の半導体レーザ装置の製造方法の一実施例を示す
製造工程図、第５図は従来のストライプ型レーザと本発
明のストライプ型レーザのしきい値電流密度を示す特性
図である。 １・ｎ−Ｇａ０７Ａ１０３Ａｓ、２・ｐ−ＧａＡｓ１３
−ｐ−Ｇａ０７Ａ１０３Ａｓ、４−ｐ＋−ＧａＡｓ。 ５・・・・・・ｎ−ＧａＡｓ、６．７・・・・・・電極
、１５・・・・・・ｎ−Ｇａ１−、Ａ７．ＡＳ、１６−
高抵抗Ｇａ、込１１．Ａｓ。
プ型レーザの構造断面図、第３図は本発明のストライプ
型レーザの一実施例を示す構造断面図、第４図ａ＝ｆは
本発明の半導体レーザ装置の製造方法の一実施例を示す
製造工程図、第５図は従来のストライプ型レーザと本発
明のストライプ型レーザのしきい値電流密度を示す特性
図である。 １・ｎ−Ｇａ０７Ａ１０３Ａｓ、２・ｐ−ＧａＡｓ１３
−ｐ−Ｇａ０７Ａ１０３Ａｓ、４−ｐ＋−ＧａＡｓ。 ５・・・・・・ｎ−ＧａＡｓ、６．７・・・・・・電極
、１５・・・・・・ｎ−Ｇａ１−、Ａ７．ＡＳ、１６−
高抵抗Ｇａ、込１１．Ａｓ。
Claims (1)
- Ｉ ＧａＡｓよりなる基板の表面を、ストライプ状の凸
部が形成されるように選択的に除去する工程と、熱分解
気相成長法を用いて前記除去された部分を高抵抗率のＧ
ａ１−ＸＡｌｘＡｓ（０≦Ｘ≦１）層で埋め込む工程と
、前記基板および前記Ｇａ１−ＸＡｌＸＡｓ層の上に、
最終の層をＧａ１−ｘＡ７ｘＡｓ（０＜ｙ＜１）として
活性層を含む各層を成長する工程と、前記基板のストラ
イプ状の凸部と対面する位置の前記Ｇａ１−ｙＡｌｙＡ
Ｓ層にストライプ状の窓をあける工程を含むことを特徴
とする半導体レーザ装置の製造方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50075902A JPS5811111B2 (ja) | 1975-06-20 | 1975-06-20 | 半導体レ−ザ装置の製造方法 |
| GB24342/76A GB1543220A (en) | 1975-06-20 | 1976-06-11 | Solid state light-emitting device and method of making the same |
| CA255,114A CA1077607A (en) | 1975-06-20 | 1976-06-17 | Solid state light-emitting device and method of making the same |
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| FR7618712A FR2316747A1 (fr) | 1975-06-20 | 1976-06-18 | Dispositif photo-emetteur a etat solide et son procede de fabrication |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50075902A JPS5811111B2 (ja) | 1975-06-20 | 1975-06-20 | 半導体レ−ザ装置の製造方法 |
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|---|---|
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Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50075902A Expired JPS5811111B2 (ja) | 1975-06-20 | 1975-06-20 | 半導体レ−ザ装置の製造方法 |
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- 1976-06-18 FR FR7618712A patent/FR2316747A1/fr active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4946878A (ja) * | 1972-09-08 | 1974-05-07 |
Also Published As
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