JPS59184580A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光通信、光計測及び光情報処理の分野で重要
な役目を果たす半導体発光装置、特に半導体レーザの製
造方法に関するものである。　　２．。

従来、半導体レーザの動作電流の低減化と動作Ｉ特性の
安定化のために、各種の構造のストライプ型レーザが考
えられている。これらのストライプ型レーザは、電流を
発光領域にのみ有効に注入するための電流制御機構と、
誘電体導波作用による）発振横モードの安定化の為の屈
折率導波機構とを基本的に具えている。第１図は従来の
ストライプ型半導体レーザの一例を示す図である。第１
図において、結晶成長の前にＧａＡＳ基板１に幅５〜７
μｍのストライプ状の溝７を形成し、その後ｎ型ＡＩＧ
ａＡＳ層２、活性層となるｎ型ＡＩＧａＡＳ層３、ｐ型
１ＧａＡＳ層４、ｎ型ＧａＡＳ層５の各層の成長を順次
行なう。

上述した構造において、１ＧａＡｓ層２と４のバンドギ
ャップの幅はＡＩＧａＡＳ　層３のバンドギャップより
も大きくなるようにＡｌの成分比が決められており１５
、いわゆるダブルへテロ接合構造となっている。さらに
、６はｐ型のＧａ１８層で印加された電流はこのＧａＡ
Ｓ層６の領域のみを通って流れる。そのため、上述した
構造のストライブ型レーザにおいては単−横モードの発
振が得られて、安定なレーザ発振、１゜が実現される。

しかしながら、上述した構造のストライプ型レーザでは
、１〜５の各層は一回の結晶成長過程で作製されるが、
ｐ型ＧａＡＳ層６は結晶成長後拡散技術によりｎ型をｐ
型に反転させて作製せざるを得−□ないため、その製造
方法は複雑である。また、６の領域は溝の領域７に正確
に対応して作製する必要があるため、ホトリソグラフィ
ー技術における高度のマスク合せが要求され、レーザ作
製上歩出りの低下、製作コストの上昇を招いている。さ
ら（・・に、６の電流制御領域がレーザの発光部である
活性層３より離れているため、電流が横方向に広がり有
効に溝の部分に注入されず、動作電流の低減化が阻害さ
れる。

第２図は従来のストライプ型半導体レーザの他１の例を
示す図である。第２図において、まずｎ型（もしくはｐ
型）のＧａＡＳ基板］ｌ上に拡散技術（もしくは結晶成
長）によってｐ型（もしくはｎ型）のＧａＡｓ層２′を
形成し、その後エツチングを行なってＶ字型の溝７′を
形成するＯｎ型（もし←・・／４１ はｐ型）のＡ／ＧａＡＳ層３／、活性層となるｐ型の　
“ＡＪＧａＡＳ層４′、ｐ型（もしくはｎ型〕のＡｊＧ
ａＡＳ層５′、ｐ型（もしくはｎ型）のＧａＡｓ層６／
の各層の成長を順次基板１′上に結晶成長により行なう
。上述した構造は第１図の例と同じくダブルへテロ接５
合構造になっている。そのため、電流はＶ溝７′の部分
のみを通って流れることになり、横モードの導波されて
いる箇所と電流の注入される箇所が一致して能率の良い
レーザ発振が得られる。

しかしながら、上述したＧａＡｓ層２′の形成にお１０
いては、基板１／がｎ型ＧａＡＳ基板の場合には拡散技
術によりまたｐ型ＧａＡｓ基板の場合には結晶成長によ
りそれぞれｐ型ＧａＡｓ、ｎ型ＧａＡＳを作製し、その
後にＶ溝７１のエツチング工程が必要なため、３１〜６
′各層の結晶成長の前に高度の技術が要求１−・される
二つの工程が必要となる。上述した拡散工程では温度、
時間を精密に制御して２′の幅を厳密に制御する必要が
あり、また結晶成長工程では更に複雑な操作と制御が必
要となる。そのためレーザ作製時の歩止まりの低下と製
作コストの上昇と！・（（十〕 いった問題は未解決のまま残ることになる。　　“本発
明の目的は上述した不具合を解決し、屈折率導波機構と
電流制御＠構を一回の結晶成長過程のみで同時にレーザ
内に作製する製造方法を提供しようとするものである。

本発明の他の目的は、半導体レーザのみにとどまらず他
の半導体装置の作製プロセスの闇路化と性能向上に利用
することができる製造方法を提供しようとするものであ
る。

本発明は、基板に任意の形状を有する溝もしくｌＯは架
起を形成する工程と、この基板上に基板の材料とは異な
るｐ型あるいはｎ型の半導体結晶の結晶成長を行ないそ
の際前記溝又は欠起に影響されて基板面内での成長結晶
に層厚の差を生ぜしめる工程と、続いて結晶成長の条件
を成長とは逆に結ｌ晶がエツチングされる条件に調整し
て前工程で成長した成長ウェハの全面を一様にエツチン
グし、結晶のエツチングされる速度が材料の種類および
結晶方位により異なることちを用いて前記成長結晶を一
様にエツチングする間に、前記成長した結２晶の厚さが
薄い箇所で基板内に任意の形状の切り゛込みを形成する
工程と、上記の切込みを形成した構造の上に再度同一の
結晶成長過程を繰返し、この以下、図面を参照して本発
明の詳細な説明するＯ第３図は本発明の製造方法により
作製されたストライプ型半導体レーザの一実施例を示す
図である。第３図において、１１はｎ型Ｇａ５５基板、
３２はｎ型ＡｌｕＧａニーｕＡＳ層、１２は電流阻止層
でｐ型ＩＯＡ、ｔ　ｘＱ　ａｔ−ＸＡＳ層、１３はクラ
ッド層でｎ型Ａｔｙ’Ｇａ□−ｙＡＳ層、１４は活性層
でｎ型、ｐ型もしくはドープせずに作ったＡ／７Ｇａｌ
−２ＡＳ層、１５はクラッド層でｐ型Ａ／５Ｇａ１．、
−５Ａｓ層、１６はｐ型Ｇａ、４−ｓ層である。

上述した構造において、１３，１４，１５／ｌはダ１５
プルへテロ接合を構成するようにｉ　ＡＩＣｒａＡＳ層
１３．１５のバンドギャップの幅はＡ／ＣａＡＳ層１４
よりも広くなるように構成する。ここでは１１をｎ型Ｇ
ａＡＳ層とした例を示したが、各層のｐ、ｎを逆にすれ
ば１１をｐ型ＧａＡｓ層としても全く同様である。　−
・・・（７） 第３図に示すように電極１８．４９を設は電極゛１８に
正、電極１９に負の電圧を印加した場合、Ｖ字型の溝１
７以外の領域では］、　２　、１３層の接合面がｐｎ接
合の逆方向になって電流の注入が阻止され、電流は溝１
７の部分のみを通って流れる。−・Ａ／の組成量を選択
してＡ／ＧａＡＳ層１２の屈層重２Ａ／ＧａＡＳ層１８
の屈層重８りも小さな値に、かつＡ／ＧａＡＳ層１３の
厚さを０．５μｍ以下の適当な値に設定すれば、溝１７
の部分の等姉的な屈折率が周辺領域より高くなって光が
導波される。さらに、ｌ・・溝１７の幅を５〜７μｍ以
下とすれば高次モードがカットオフされた誘電体導波路
とすることができて、発振する横モードを基本モードだ
けに制限することができる。

また、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層３２はＧａＡＳ基板１１と層
１・３２の接合面にペテロ障壁を形成するため、発振光
の二部が基板１１中に漏れることにより基板１１に誘起
される正孔がｐ型Ａ／ＧａＡ’Ｓ層１２内に注入される
のを阻止する働きをする。ＡＩＧａＡＳ層１２の領域に
正孔が注入されて蓄積されると、■溝１７の・・・（８
） 両側に設けた電流制御領域の耐圧が下がりその結“果と
して動作電流が上がるため、特に発振光の強度が強い場
合に１ＧａＡＳ層３２の構造が必要となる。

第４図は７字型の溝１７に対応した活性層１４の中央部
２０を湾曲させた場合を示しており、　　′ＡＩＧａＡ
Ｓ層１３の成長時に中央部２０に対応する部分の層厚を
薄くすることによって実現される。第５図は活性層１４
の中央部２０を完全に活性層１４の他の部分より分離し
て三日月型に形成した場合を示しており、ＡｌＧａＡＳ
ｌＧａ上活性層１４及び七゛幸の中央部２０の成長層厚
や成長条件を制御することにより実現される。この第５
図で示した実施例の場合、中央部２０より成る発光憤域
が広いバンドギャップを有するＡＺＧａＡＳ内に完全に
埋め込まれているため、光の導波作用が本発明に係る上
述し１−゛た実施例中最大となる。

第３〜５図に示した本発明に・床るストライプ型半導体
レーザは、電流制御機構と屈折率導波機構とを具え電流
阻止層２がＧａＡＳ基板１と異なるＡＩＧａＡＳ層から
構成されており、更にこれらの構造！・・が−回の液相
成長過程で作成できることを特徴とＩしている。以下、
本発明の製造方法を図面を参照して詳細に説明する。

第６図（Ｑ〜（ｉ）は第８図の実施例の作製過程を順゛
次示した図である。まず、第６図（Ｑに示すように１０
ａＡＳ基板上にマスク２１を設けてエツチングを行ない
、例えば第６図（ｂ）に示すようなメサ構造部２２を基
板ｌｌ上に作製する。その後、第６図（Ｃ）に示すよう
に液相エピタキシャル成長によりｎ型Ａ／ＧａＡＳ層３
２、電流阻止層となるｐ型ＡＩＧａＡＳ層１２を成ｌ−
長させる。このとき、液相成長の性質によりメサ構造部
２２に対応するＡ／ＧａＡＳ層１２の中層重２３の成長
層厚は他の部分より薄く成長する。次に、Ａｓ成分が未
飽和であるＧａ　＋　ＡＳの融液に接触させるいわゆる
メルトバック法によりエツチングを行ｌ）なう。メルト
バック法では同じ材料の同じ結晶軸方位に対しては同じ
速度でエツチングが進むため、第６図（Ｃ）に示すよう
にメサ何造部２２に対応するｐ型Ａ／ＧａＡＳ層１２の
中央部２３が薄くなっている場合、ある時間メルトバッ
クを行なうとメサ構造２（・部２２の上部でにａＡＳ基
板１１が融液中に露出することになる。引き続いてメル
トバックを行なうと、ＧａＡＳ基板１１のエツチングさ
れる速度はＡｌＧａＡｓ層１２のエツチングされる速度
に比べて速いため、第６１ｆｆｌ（（ｉ）に示すように
メサ構造部２２が削れ始め゛て溝１７が形成される。同
じ材料でも結晶方位によってエツチングされる速度が異
なるため、最終的には第６図（ｅ）に示すようなり字型
の溝１７が形成される。この溝１７の形状は、ストライ
プマスク２１の方向を変えることによって例えば台形に
Ｉｌｌすることもできる。

上述したメルトバック終了後、第６１ｆｆｌ（ｆ）に示
すようにｎ型Ａ／ＧａＡＳ層１３の成長を行ない溝１７
の部分をＡ／ＧａＡＳ結晶で埋め込んで表面を平担にし
、さらに活性層となるＡ／ＧａＡＳ層１４を成長して第
６１゛り付ければ第６図Φ）に示す構造のレーザを得る
ことができる。

上述した実施例においては第６図（０）の中央部１３２
・・で示すようにメサ構造部２２の上にＡｌＧａＡｓ層
１２１を成長させたが、成長条件を調整してメサ構造部
２２上に１ＧａＡＳ層１２を成長させないようにするこ
とによって、第６図（（１）　、　（８）で示すメルト
バック過程の丹現性がより向上し第６図（至）で示す最
終酸′・品の再現性もより良好となる。また、第６図（
ｅ）に示すようにメルトバックは基板１１にエツチング
される速度の遅い結晶面が現われる士で行なっているが
、第６図（ｄ）に示す状態でメルトバックを中止して以
下第６図（０〜（ｈ）の過程を実施してもよい。１・１
さらに、ここまでは第６図（ｂ）のような形状のメサ構
造部２２から出発してレーザ構造を形成する過程を説明
したが、このメサ構造部の形状は任意でよく例えば第６
図（（１）のような形状から出発しても同様の効果があ
る。

第７図（に）〜（０は本発明の他の実施例を示す図であ
り、（ａ）にはストライプ型半導体レーザの全体の構造
を（ｂ）〜（ｆ）にはその作製過程を順次水している、
。

第７図（ａ）によりその構造を説明すると、１１はｎ型
ＧａＡＳ基板、２４はｎ型ＡｌｘＧａ□−ｘＡｓ層、２
５９．！１−２６はｎ型ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ層（ｐ型
でも、ドープしてイナくテモヨイ）、２７はｐ型Ａ／２
Ｇａ□−２Ａｓ層、２８はｎ型Ａ／１．Ｇａ１．４ＡＳ
ＩＪ、　１５はｐ型Ａ１８Ｇａ□−５ＡＳ層、１６はｐ
型ＧａＡＳ層である。本実施例では、レーザの発光領域
は三日月形状のＡＩＧａＡＳ層２６であり、コそのバン
ドギャップの幅は他のＡ／ＧａＡＳの領域に比べて狭く
、第６図（に）に示すようにバンドギャップ幅の広い層
１５．１６．２４．２７．２８で周囲を取り囲まれてい
る。上述した構造をとっているため、Ａ／Ｇ、ａＡＳ層
１６に注入されたキャリアは有効（ｌにレーザ利得に寄
与し、さらに１５，２８．２７の各層はこの順でｐ−ｎ
−ｐ型で電流阻止唄域として作用するため、電流は三日
月形状のＡｌＧａＡｓ層２６にのみ制限されて流れる。

そのため、高効率かつ低電流の動作に適Ｔる一種の埋め
込み型レーＩＸザとして作動する。以下、本実施例の製
造方法を第７図（′ｂ）〜（０を参照して詳細に説明す
る。

まず、第７図（ｂ）に示すように液相エピタキシャル成
長の前に基板１１上に溝２９を作製し、ｎ型１ＧａＡｓ
層８０を第７図（０）に示すように結晶成長さツ・せる
０このときＡｊＧａＡＳ層３０の成長時間を適切に１設
定すると、溝２９に対応する１ＧａＡｓ層３０の中央部
２４を第７図（（ｉ）に示すように他の部分より厚く、
くぼんだ形状に作製できる。次にメルトバラクラ行なう
と、基板１１とＡ／ＧａＡＳ層３０．２４と・のエツチ
ングされる速度の差により、くぼんだ中央部２４を上部
とするメサ構造部３１が形成される。さらに、ｎ型Ａ／
ＧａＡＳ層を結晶成長させることにより、第７図（ｅ）
に示すようにＡＩＧａＡＳ層２５と中央部２４のくぼみ
に活性幀域となるＡＩＧａＡＳ層２６１０を形成する。

その後、ｐ型Ａ／ＧａＡＳ層２７、ｎ型ＡＩＧａＡＳ層
２８さらにｐ型ＡＩＣａＡＳ層１５．１６を結晶成長に
より形成し、電極１８．１９を取り付けることにより第
７図（に）に示す構造のレーザを得ることができる。上
述した実施例において、もしＩ）メサ構造の上部が平担
でかつその幅が２〜３μｍ程度に狭くなるとこの部分に
おける結晶の成長速度が異常に遅くなるため、この状態
でその部分の成長層厚を０．１〜０．２μｍ程度にすべ
く成長時間を長くすると、　Ａ／ＧａＡＳ層２５の部分
が厚く成長して第２１１７図（ｅ）に示すように２５と
２６の各層を分離して１成長させることが難しくなる。

以上ここではｌ’ｘＧａ１−ｘＡｓ系、ＧａＡｓ系を例
として本発明の製造方法を説明したが、材料としてはこ
れらに限られず例えばにａＡＳを基板としてｌｃａＩＭ
Ｐ、Ｇａ工ｎＡｓｐ等の材料を用いても本発明の製造方
法を利用できる。また結晶成長法としては液相エピタキ
シャル成長法を例にとって説明しているが、これは気相
成長法でもよく成長条件の調整によりガスエツチングを
起こさせてもよいし積極的にエラ１０チングのためのガ
スを流して行なってもよい。さらに、溝もしくは突起の
パターンが基板の一次元方向に同じである例を示したが
、基板の面内で２次元的なパターンとしてもよい。

上述したところから明らかなように、本発明の１１半導
体装置の製造方法によれば、従来の方法ではストライプ
型レーザの構造は発振横モードの単一化により動作特性
の安定化を実現するための屈折率導波機構と動作電流の
低減化のための電流制御機構を互いに別の作製プロセス
を用いて作製して！・・（１５） いるのに対し、ストライプ型半導体レーザを一回゛の液
相エピタキシャル成長によって作製でき、レーザの作製
過程から精密な制御や複雑な操作を伴なう拡散または結
晶成長の一つの過程を取り除くことができ、歩出りの向
上や製作コストの低下の゛・ために有効である。

また、本発明の製造方法によれば、第３〜５図に示すよ
うに発振横モードが導波される憤域２゜と電流が流れる
領域１７とが結晶成長の段階で特別な調整をしなくても
自動的に一致して形成でき１“るため、第１図に示す従
来例のように６の構造を７の構造に空間的に重ね合わせ
るためのホトリソグラフィーを用いた微細なマスク合わ
せの技術を必要としない。さらに、電流阻止層１２が活
性層１４と極めて近い距離に形成できるため、発振領ｌ
゛・域２０に有効に電流を注入することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来のストライプ型半導体レーザ
の一実施例を示す斜視図、 第３図〜第５図は本発明の製造方法により作製２・・（
１６） されたストライプ型半導体レーザの一実施例を示゛す斜
視同、 第６図（ａ）〜（ｉ）は第３図に示した実施例の作製過
程を順次示した断面図、 第７図（ａ）〜（ｆ）は本発明の他の実施例の作製過程
５を順次示した断面図である。 １１−ｎ型ＧａＡＳ基板　１２　・ｐ型ＡｌｘＧａ１−
ＸＡｓ層１３−ｎ型Ａ　１ｙＧａ１−ｙＡｓ層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　基板に任意の形状を有する溝もしくは突起を形成す
   る工程と、この基板上に基板の材料−とは異なるｐ型あ
   るいはｎ型の半導体結晶の結晶成長を行ないその際前記
   溝又は突起に影響されて基板面内での成長結晶に層厚の
   差を生ぜしぬる工程と、続いて結晶成長の条件を成長と
   は逆に結晶がエツチングされる条件に調整・□′□して
   前工程で成長した成長ウェハの全面を一様にエツチング
   し、結晶のエツチングされる速度が材料の種類および結
   晶方位により異なることを用いて前記成長結晶を一様に
   エツチングする間ニ、前記成長した結晶の厚さが薄い箇
   所で基板内に任意の形状の切り込みを形成する工程と、
   上記の切込みを形成した構造の上に再度同一の結晶成長
   過程を繰返し、この間に複数個のｐ型およびｎ型の半導
   体層を形成する工程とより成ることを特徴とする半導体
   装置の製造方法。 ａ　前記基板内の切り込みの形状がＶ字型の溝であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置
   の製造方法。 ＆　基板に任意の形状を有する溝を形成し、こ５の基板
   上に基板の材料とは異なるｐ型あるいはｎ型の半導体結
   晶の結晶成長を行ない、これを一様にエツチングし前記
   結晶成長部と基板とのエツチング速度の差を利用し中央
   に形成された層厚の大きい三ケ月形の成長結晶部分１・
   ・を残して基板に切込みを形成してメサ構造を造り、こ
   のメサ構造の上に再度同一の結晶成長過程を繰返し、こ
   の間に複数個のｐ型およびｎ型の半導体層を形成するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置
   の１゛・製造方法。