JPS5925399B2 - 半導体レ−ザの製造方法 - Google Patents

半導体レ−ザの製造方法

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JPS5925399B2
JPS5925399B2 JP15479379A JP15479379A JPS5925399B2 JP S5925399 B2 JPS5925399 B2 JP S5925399B2 JP 15479379 A JP15479379 A JP 15479379A JP 15479379 A JP15479379 A JP 15479379A JP S5925399 B2 JPS5925399 B2 JP S5925399B2
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利夫 室谷
恂 石井
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2237Buried stripe structure with a non-planar active layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体レーザ、特に埋め込みヘテロ構造を有
する半導体レーザの製造方法に関するものである。
従来から、低電流での発振が可能で、かつ光学的特性の
良い半導体レーザの構造に関しては種々の提案がなされ
ており、なかでも埋め込みヘテロ構造を有する半導体レ
ーザが原理的に特に優れている。
一方、最近石英ファイバを用いた光通信用の光源として
、波長が1.2μm〜1.6μmで発振するInGaA
sP−InPのダブルヘテロ構造の半導体レーザの要求
が高まわ、低しきい値でかつ光学的特性のよいInGa
AsP−InP半導体レーザが必要となつてきている。
しかしながら現在までのところ、この種の低しきい値で
かつ光学的特性のよいInGaAsP−InP半導体レ
ーザは実現されておらず、また埋め込みヘテロ構造の半
導体レーザについても有効な製造方法が見出されていな
いために、低しきい値の半導体レーザを再現性良<得る
ことは極めて困難である。
この種の埋め込みヘテロ構造を有する半導体レーザを第
1図に示してある。
この第1図ぱ埋め込みヘテロ構造を有する半導体レーザ
の、レーザ光の伝ばん方向に垂直な断面を示すものであ
り、この第1図に卦いて、1はn形のInP基板、2は
n形のInGaAsP層、3はp形のInP層、5はp
形のInP層、6はn形のInP層、20卦よび21は
各々p側}よびn側の電極金属を示している。ここでこ
の第1図に示した埋め込みヘテロ構造を有する半導体レ
ーザに訃いては、レーザ活性領域であるところの、In
GaAsP層2がその全側面でキヤリアに対する障壁を
有しているために、注入された電子と正孔が横方向に拡
がることなくこの層2に閉じ込められ、またInGaA
sP層2の全側面が、より低い屈折率を有するInP基
板1お・よびInP層3,6でとり囲まれているために
、良好な光閉じ込めを行なうことができ、発振しきい値
が低く、光学的特性もよいものが得られるのである。
しかしてこのような埋め込みヘテロ構造を有する半導体
レーザは、従来、第2図aないしdに示すような工程で
製作されている。
すなわち、まず第2図aのように、n形1nP基板1の
一方の主面上に、通常の液相エピタキシヤル成長法によ
つてn形のInGaAsP層2訃よびp形1nP層3を
順次成長させる。
そして前記p形1nP層3上には、SiO2膜あるいは
Si3N4膜などの絶縁膜4を約0.1μmの厚さに被
着させ、かつこの膜4を前記基板1のく110〉方向に
延びる約5μm幅のストライプ部分を除き、通常の写真
製版技術によつて、前記p形1nP層3の表面が露出す
るまで除去し、また残された膜4をマスクにしてp形1
nP層3卦よびInGaAsP層2を、臭素−メタノー
ル溶液で前記n形1nP基板1が露出するまでメサエツ
チングを行なつて第2図bとする。ついでこの第2図b
のメサ構造を有する半導体結晶の表面に、第2図cに示
すように、通常のエピタキシヤル成長法によつてp形1
nP層5、n形1nP層6を成長させ、さらに第2図d
にみられるように、絶縁膜4を除去して、最後に電極金
属20および21を真空蒸着などにより形成するのであ
る。
従来の埋め込みヘテロ構造の半導体レーザはこのように
して製造されるが、特に第2図bのメサ構造を有する半
導体結晶の表面上に、液相エピタキシヤル成長法により
P形1nP層5を直接成長させる工程に卦いて次のよう
な不利を生ずる。
すなわち、一般に大気中にさらした半導体表面には種々
の不純物が被着されており、前記のようにこの表面に直
接1nP層5を成長させると、これらの不純物が結晶中
に組み込まれて多くの欠陥を生ずることになる。そして
またInGaAsP−1nP結晶は特に熱的安定性に劣
り、長時間に亘つて高温下にさらされるとPが蒸発し、
表面にはPの欠乏した変成層が形成される性質を有して
卦り、前記の液相エピタキシヤル成長に際しては、融液
を結晶表面にコンタクトさせ、成長開始までに長時間に
亘り高温下に保持するために、このような変成層が形成
されて結晶表面の成長層との界面にも同様に種々の欠陥
を生じた。そしてこれらの欠陥は得られる半導体レーザ
の量子効率を低くして、その寿命を短くするものであつ
た。さらには、この種の埋め込みへゼロ構造の半導体レ
ーザに卦いては、レーザ活性層であるInGaAsP層
2のストライプの幅を1〜2μmと細くしなければ、基
本横モードで安定して発振するレーザは得られないもの
であるが、第2図aに卦けるInP層3の表面を再現性
よく平坦にして結晶成長させることが困難であり、この
凹凸のある表面に幅約5μmのストライプ状の絶縁膜4
を形成し、メサエツチしてストライプ幅1〜2μmのI
nGaAsP層2を再現性良く得るのは困難である。こ
の発明はこのような従来のものの欠点を除去するために
なされたもので、従来2回の液相エピタキシヤル成長に
よつで製造していた埋め込みヘテロ構造の半導体レーザ
を、1回の液相エピタキシヤル成長で製造する方法を提
供することを目的としている。
以下、本発明方法の一実施例につき、第3図aないしd
を参照して詳細に説明する。
まず第3図aに示すように、n形1nP基板1の一方の
主面上に、通常の写真製版法により、レーザ光の伝ぱん
方向に沿つて幅約6μmのストライプ状にInP基板1
を露出させ、他はレジスト膜16で覆う。
このレジスト膜16をマスクにして、臭素−メタノール
溶液などのエツチング液でエツチングして溝15を形成
する。次にレジスト膜16を除去して、第3図bに示す
ように、通常の液相エピタキシヤル成長法で、n形1n
P層7、n形1nGaAsP層2、卦よびp形1nP層
3を図のように成長させる。この時P形1nP層3は平
坦な部分で約2μmの厚みになるまで成長させれば、溝
15は埋まク全面平坦になる。次に未飽和のPを含むI
n融液でメルトバツクする。この時、最初1nP層3を
溶し込み、次にInGaAsP層2を溶し込みはじめる
が、このInGaAsP層2を溶し込んでゆくうちに、
In融液のGaの濃度が増加し、n形1nP層7を溶し
込みにくくなる。これは少量のGaがIn融液の中に溶
け込むとPの溶解度が下がるためであり、この結果、再
現性よく第3図bの破線10の位置でメルトバツクを止
めることができる。従つて上記1nGaAsP層2訃よ
びInP層3の上記溝15に対向する部分を残すことに
なる。メルトバツクに引きつづいて第3図cで示すよう
にp形1nP層8、p形1nGaAsP層9を成長させ
る。このp形1nGaAsP層9はダイオードのオ一S
ツク抵抗を低減するためのものである。このようにして
、n形1nGaAsP層2の溝15に相対した部分がI
nP層7,3,8で埋め込まれる。さらに第3図dにみ
られるように、このp形NGaAsP層9上に絶縁膜1
1を形成したのち、その埋め込まれた活性層1nGaA
sP層2に相対している部分を選択的に除去し、かつ最
後に電極金属20,21を真空蒸着などにより形成する
ものである。第4図は本発明方法の他の実施例を示す図
で、第3図dとの違いは、n形1nP基板を用いる代り
に、n形1nP基板の一主面よりZnあるいはCdなど
のp形ドーパントを拡散して、表面より約1μmの深さ
の領域をp形に変換させた層12を有するInP基板1
を用いて、前記実施例と同様にして製造する方法である
この埋め込みへゼロ構造の半導体レーザではp形1nP
拡散層12が活性層1nGaAsP層2以外に流れる電
流をプロツクしてInGaAsP層2により有効にキャ
リヤが注入される構造となつている。第5図はこの発明
のさらに他の実施例を示す図である。
第4図の実施例と異なる点は、メルトバツク後、p形N
P層13、n形1nP層14を成長し、溝15と相対す
る表面にさらに溝17を形成し、P形ドーパントのCd
あるいはZnを表ノ面よりそのフロントがp形1nP層
13に達する深さまで拡散して、p形1nP層14′と
したことであり、後の工程は、前記2つの実施例と同様
である。
この埋め込みヘテロ構造ではInP層7,3,13中に
埋め込まれたレーザ活性層1nGa一AsP層2の上下
にプロツク層12}よび14を有するので電流集中の効
果は周一層増加し、・低しきい値のInGaAsP−1
nP半導体レーザが得られる。なお前記3つの実施例で
はNGaAsP−1nP半導体レーザの場合について説
明したが、この発明は同様の原理を用いた他の材料の組
み合わせについても実施可能である。以上詳述したよう
に、この発明によれば、第1導電形のInP基板の一方
の主面上に溝を形成し、第1導電形のInP層、第1導
電形のInGaAsP層、第2導電形のInP層を液相
エピタキシヤル法により順次成長させ、ひきつづいて選
択的なメルトバツク法により、下に凸状の活性領域を残
し、引き続いて第2導電形のInP層を成長させるので
、唯1回の結晶成長で、活性領域のInGaAsP層を
禁制帯幅が大きく、かつ屈折率の小さいInPで埋め込
むことができ、欠陥の少ない埋め込みヘテロ構造のレー
ザを得ることができ、その結果、発振しきい値が低く、
長寿命の半導体レーザば得られる。
さらにこの製造方法によれば工程数を減らすことができ
、その結果、性能のそろつた半導体レーザを再現性よく
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の埋め込みヘテロ構造の半導体レーザの概
要を示す断面図、第2図aないしdは従来の製造方法を
工程順に示す断面図、第3図aないしdはこの発明の一
実施例の製造方法を工程順に示す断面図、第4図}よび
第5図はこの発明の製造方法の他の実施例による半導体
レーザの概要を示す断面図である。 1・・・・・・n形NP基板、2・・・・・・n形1n
GaAsP層、3,8,13・・・・・・p形1nP層
、7,14・・・・・・n形1nP層、9・・・・・・
p形1nGaAsP層、12,14′・・・・・・P形
拡散層、15,17・・・・・・溝、10・・・・・・
メルトバツクライン、11・・・・・・絶縁膜、20,
21・・・・・・電極金属。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1導電形のInP基板の一方の主面上または主面
    上に第2導電形のInP層が形成された第1導電形のI
    nP基板の該主面上にレーザ光の伝ぱん方向に沿つて溝
    を形成する工程と、この溝の形成された主面上に第1導
    電形のInP層、第1導電形のInGaAsP層、およ
    び第2導電形のInP層を順に成長させる工程と、その
    表面をメルトバックして上記InGaAsP層および上
    記第2導電形のInP層の上記溝に対向している部分を
    残す工程と、その上に第2導電形のInP層を成長させ
    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 第1導電形のInP基板の一方の主面上または主面
    上に第2導電形のInP層が形成された第1導電形のI
    nP基板の該主面上にレーザ光の伝ぱん方向に沿つて溝
    を形成する工程と、この溝の形成された主面上に第1導
    電形のInP層、第1導電形のInGaAsP層、およ
    び第2導電形のInP層を成長させる工程と、その表面
    をメルトバックして上記InGaAsP層および上記第
    2導電形のInP層の上記溝に対向している部分を残す
    工程と、その上に第2導電形のInP層および第1導電
    形のInP層を順に成長させる工程と、該第1導電形の
    InP層の上記溝に対向する表面部分をエッチングする
    工程と、その表面より上記第2導電形のInP層に届く
    深さまで第2導電形のドーパントを拡散して上記第1導
    電形のInP層の一部を第2導電形のInP層に変換さ
    せ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。
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US5138625A (en) * 1991-01-08 1992-08-11 Xerox Corporation Quantum wire semiconductor laser
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KR100359739B1 (ko) * 2000-12-28 2002-11-09 한국과학기술연구원 이종 단결정박막의 접합 및 덧성장방법

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