JPS6370474A - 半導体レ−ザ素子の製造方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、活性領域を低屈折率結晶で囲んだ所謂埋め込
み型の半導体レーザ素子の製造方法に関する。

（従来の技術） 一般に二重ヘテロ構造を用いた注入型の半導体レーザ素
子においては極めて小さい発光領域にのみ効率的に電流
を狭搾集中させる必要がある。またその反面、電極はコ
ンタクト抵抗を小さくするために広い領域に形成しなく
てはならない。また光通信用半導体レーザのように高速
変調を行うことを要求されている場合はその接合容量を
小さくするためｐ−ｎ接合の形成されている部分の面積
を極力狭いものとしなくてはならない。光通信用の半導
体レーザの中で上記の条件を比較的良く満足している側
としてマスφトランスポートを利用したメサレーザがあ
り、Ｇａ１ｎＡｓＰ／ＩｎＰ系の半導体レーザ素子に応
用されている。（例えば、Ｙ。

Ｈｉｒａｙａｍａ　ｅｔ　ａｌ　’Ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅ
ｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｒａｐｉｄｍａｓｓ　ｔｒａｍ
ｓｐｏｒｔ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　Ｇａ１ｎＡ
ｓＰ／ＩｎＰＤＦＢ　Ｉａｓｅｖｓ　’　Ｉｎ５ｔ、　
Ｐｈｙｓ、　Ｃｏｎｆ、Ｓｅｒ、　Ｎ１１７９　：　Ｃ
ｈａ−ｐｔｅｒ　３　　Ｐａｐｅｒ　ｐｒｅｓｅｎｔｅ
ｄ　ａｔ　Ｉｎｔ、８ｙｍｐ、　ＧａＡｓ　ａｎｄ几ｅ
ｌａｔｅｄ　　Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ　、Ｋａｒｕｉｚａ
ｗａ　、Ｊａｐａｎ　、１９１３５ｐ１７５） この半導体レーザ素子を、ＧａＩｎＡｓＰ　／　ＩｎＰ
　ＭＴ　Ｌ／−ザと呼び、以下に図面を参照しながら製
造方法と特徴を詳細に説明する。第７図は、ＭＴレーザ
の製造方法を示す断面図群である。

まず、ｎ形の（Ｚｏｏ）ＩｎＰ基板ｌ上にｎＩｎＰバッ
ファ一層２（約３μｍ厚）、１．３μｍ帯の発光を可能
にする組成のアンドープＧａ　ＩｎＡｓＰ活性層３（０
，１μｍ厚）、ｐ−ＩｎＰクラッド層４（１，５μｍ厚
）そして良好なオーミックコンタクトを可能とするため
の１．１５μｍ帯組成ＧａＩｎＡｓＰキ＋７ブ層５　（
０，８μｍ厚）を順次結晶成長させる（第７図（ａ）　
）　、続いて同図（ｂ）に示す様に低いコンタクト抵抗
が得られると同時に、マスク合わせが容易となる様なサ
イズである１５μｍの幅のメサストライプ状に活性層３
が露出するまでメサエッチングを行う。

このときエツチングマスク１０としては、例え４１８ｉ
Ｏ，（Ｄ　ＣＶＤｔＬ　（約３００ＯＡ厚）　Ｇ　用イ
ルｏまたｐ−ＩｎＰ層４のエツチングには塩酸を用いる
と、その選択性により活性層３で自動的にエツチングを
止めることができる。続いて、硫酸：過酸化水素：水（
４：１：１）より成るエツチング液で活性層３が約１１
１ｍ＠となるまでエツチングを行う。このときＩｎＰは
ほとんどエツチングされず、４元混晶であるＧａ工ｎＡ
ｓＰｆ４のみがエツチングされる。キャップ層５もエツ
チングされるが組成の違いにより活性層３のに〜％しか
エツチングされない（第７図（Ｃ））。また、基本横モ
ード発振と低い発振しきい値電流を得るためには、活性
層３の幅は１．０μｍ前後に精密に制御する必要がある
。このあと横モードの光のしみ出しを考えて活性層３の
エツチングされた深い括れの間隙をＩｎＰ層で埋め込ん
だ所謂埋め込み構造とする必要がある。ＭＴレーザでは
、この埋め込み成長にマス・トランスポート法を用いる
。即ち高温（約６７０℃）で高いＰ蒸気圧を加え′ると
括れた部分にＩｎＰが成長する現象を利用している。尚
、　　ＩｎＣ１５を助剤として用いるとより低温で素早
く成長を行わせることができる。

この構造に絶縁膜としてのＳ　ｉＯｙ　ＣＶ　Ｄ　ｇ　
６を堆積させメサ頂部にコンタクト窓を開け、次にＡｕ
Ｚｎ７をｐｔ極としてコンタクト窓中にリフトオフによ
り設け、アロイングをしだ後Ａｕ−Ｃｒ３を蒸着し基板
側にｎ電極としてＡｕＧｅ　９を形成して完成させるも
のである（第７図（ｄ））。

この構造は、活性層３と埋め込み部ＩｎＰとの拡散電位
の差で電流を活性層３に集中させることが可能であり、
メサになっている分だけ接合部の面積も小さいため接合
容量も小さく高速応答に有利である。また、！極も１０
１０１ｌ度の幅に形成可能でありコンタクト抵抗も比較
的小さくすることができる。

（発明が解決しようとする問題点） 第７図（ｄ）Ｊこ示すＭＴレーザは、しかし、次のよう
な問題があった。まず第一は活性層幅の制御性である。

つまり幅１５μｍの両端から活性層幅が１虜程度になる
まで選択エツチングを行うわけであるが、エツチング絶
対量が制御しようとする幅よりもかなり大きいため再現
性ｉこ乏しく、またウェハ内でのばらつきも大きかった
。第２に、この点からもメサ幅を１５μｍ以上とするこ
とは難しく、オーミック電極部の面積もマスク合わせの
余裕を考慮して１０μｍ以下となり、十分にコンタクト
抵抗を下げようとするには限界があった。

第３に、埋め込み部のＩｎＰ接合の面積もメサ幅の１５
μｍ／こ規定され、それよりも狭くすることは前述のよ
うな困難があった。但し、マストランスポート工程の時
間を制御することにより埋め込み部の面積を制御するこ
とはできるが、その制御は甑めて再現性に乏しかった。

そのため、埋め込み構造の光学的、ｖＬ気気持特性最適
化することが難しく、高性能化には大きな障害となって
いた。

本発明は、上記の様な問題点を克服するものであり、活
性層の幅を再現性良く制御でき、且つ埋め込み部の接合
面積と電極のコンタクト面積を独立に設定可能とするた
め、それぞれの再適化を行うことができる半導体レーザ
素子の製造方法の提供を目的としている。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明にか力）る半導体レーザ素子は、半導体基板に設
けたストライプメサ、もしくはストライプ溝上での活性
層の変形成長により活性領域幅を決定し、更に平担部と
ストライプメサもしくはストライプ溝との段差量により
、埋め込み接合面積を決定する様になっている。即ち本
発明は、半導体基板に設けたメサ、もしくは溝によりそ
の上部において活性層の変形を促し、それＩこよって埋
め込み構造、あるいは実質的に埋め込み構造を形成し埋
め込まれた活性層を活性領域とし、活性領域以外の活性
層を除去することｌこより電流挟挿構造を形成するもの
である。

従って、通常の埋め込み構造とは異なり、埋め込み領域
の接合面積は活性領域即ち変形成長した活性層と平担部
での活性層との段差によって決定される様になる。

（作用） 本発明によれば、活性層幅を半導体基板ｌこ設けるメサ
あるいはａｔこよって制御でき、フォトリゾグラフィー
Ｉこよるパターンの精度を直接的に反映するため制御性
に優れ、韮た、メサあるいは溝の段差量によって埋め込
み接合を制御でき、埋め込み接合面積を非常に小さく形
成することが可能となる。また、更にこれらの制御とは
ほぼ独立に電極面積を決定できる特徴を有するため、コ
ンタクト抵抗を極力小さくすることができる。

このため、高い活性層幅制御性１．Ｌ−極力小木な浮遊
容量並びにコンタクト抵抗を得ることができ、極めて量
産性Ｊこ富みまた高周波特性の良好な半導体レーザ素子
を得るこきができる。

（実施例） 本発明をＧａＩｎＡｓＰ　／　Ｉ　ｎＰ系半導体レーザ
素子に適用した例を以下図面を用いて説明していく。

Ｍ１図は、本発明の第一の実施例メこよる半導体レーザ
素子の構造断面図である。また、第２図は本発明の第一
の実施例を示す断面図である。本発明の第一の実施例は
、まずｎ形の（１００）ＩｎＰ茫板１７こストライプメ
サの形成を行う。これは基板上に通常のフォトリゾグラ
フィーによりレジストマスクをストライプ方向が＜０１
１＞方向となるようにサイドエツチングを考慮して約２
μｍ幅で形成し、塩酸＋リン酸（１：ｘ）のエツチング
液で段差が１．５μｍとなるようエツチングする。この
状態を第２図（ａ）ｉこ示す。次に結晶成長として、液
相成長ｅｔｃよりｎ−４ｎＰバツフ　ｙ〜層（０，２％
　０．３　ｔｔｍ厚）２、アンドープＧａＩｎＡｓＰ活
性層（１，３μｒｎｆＪ１成。

Ｑ、ｌμｒｎ厚）３、ｐ　−Ｉ　ｎ　Ｐクラッドｐｊｊ
（１，５ｇｍ　Ｎ　ｌｐ＋ＧａＩｎＡｓＰキ’ｒｙプ層
（１，１’５　μｍ　ｍ成、　０．５−０．８μｍ厚）
５を順次成長させる。このとき、活性層３の膜厚はメサ
上部と平担部で異なり、平担部はメサ上部の３〜４倍の
膜厚となるが、メサの両側面では極端ｌこ薄くなり、は
とんどとぎれるように成長することが多い。この状態を
第２図（ｂ）に示す。

次に第２図（Ｃ）に示すようにエツチングマスク１０と
してのＳｉｎ、ＣＶＤ膜を約２５μｍの幅で設け、キャ
ップ層５、ｐ−ＩｎＰクラッド層４のメサエッチングを
行う。

キャップ層５のエツチングには例えばＢｒメタノール液
を用い、ｐ−ＩｎＰ面に達するまでエツチングする。ま
たｐ−ＩｎＦ３のエツチングには、塩酸を用いることで
図に示したように活性層で自動的にエツチングを停止さ
せることができる。その後メサ上の活性層、即ち活性領
域以外の活性層の除去を行う。これは従来例と同様に硫
酸＋過酸化水素＋水の溶液で行えば良い。このときエツ
チングはメサ側面に達した時点で活性層膜厚が薄くなっ
ているため、急激にエツチング速度の低下が起こる。従
って、このエツチングはほぼ自動的に停止させることが
できる。この状態を第２図（ｄ）に示す。

この後、Ｓｉｎ、絶縁膜６及び電極７，８．９の形成を
行えば良い。これで第１図に示すようになる。ここで電
極７のオーミック電極（例えばＡｕＺｎ）は熱処理を必
要とするため、活性領域への歪を与える場合がある。そ
のためＡｕＺｎのようなアロイングの必要な電極を用い
る場合には、第２図（Ｃ）の時点で電極７のみ先に形成
しておく方法を用いても良い。

このようにして作製した半導体レーザは、活性層幅約１
μｍ１メサ側面での埋め込み接合幅がそれぞれ約１μｍ
前後と非常に狭く形成できる。

第３図は、本発明の第二の実施例による半導体レーザ素
子の構造断面図である。また第４図は、本発明の第二の
実施例を示す断面図である。この実施例は、まずｎ形Ｉ
ｎｋ（Ｚｏｏ）基板１１こストライプ溝の形成を行う。

これは第一の実施例と同様ｔこ行い、レジストマスクの
窓幅が約１μｍで深さが約１．５μｍとなる様にエツチ
ングするＵ　（第４図（ａ））次に第一の実施例と同様
に結晶成長を行う（同図中））。但し、溝中の活性層は
平担部より厚くなり易いため液相成長の過飽和度を低（
抑える考慮が必要である。以下、第一の実施例と同様に
して第３図に示す様な構造を得る。

第５図は本発明の第三の実施例による半導体レーザの構
造断面図、第６１ｙＪｌ−！同実施例の断面図である。

この実施例では予め半導体基板にｐ−ｎ逆接合を設けて
おき、電流挟挿効果を高めることができるものである。

この実施例では、まずｎ−工ｎＰ基板１上１ｃｐ−Ｉｎ
Ｐ層（０，５μｍ厚）１１、ｎ−ＩｎＰ層（０，２μｍ
厚）１２を成長させて、これを基板として以下筒２の実
施例と同様な工程で行うこきで第５図の構造を得る。こ
の実施例では埋め込み接合に逆接合部が入るため、第２
の実施例よりも浮遊容量を減らすことができ、また、１
！流狭搾効果が高まるため、より高効率な半導体レーザ
素子を得ることができる。

以上３つの実施例１こついて説明してきたが、本えば半
導体基板はｐ形でもよく、その際は各層の導電形を反転
すれば良い。またＧａ１ｎＡｓＰ／ＩｎＰ系以外の材料
系についても本発明の適用が可能であることは述べるま
でもないことである。

〔発明の効果〕

本発明によれば活性層幅の制御性、浮遊容量、コンタク
ト抵抗の低減化等ｔこ絶大なる効果を奏し更に量産化に
適した半導体レーザ素子を得ることができる。

第７図は従来技術ｌこ関する構成断面図である。

１・・・半導体基板、２・・・バッファ一層（クラッド
層）、３・・・活性層、４・・・クラフト層、５・・・
キャップ層％　６・・・絶縁膜、７，８．９・・・電極
％　１０・・・エツチングマスク、１１．１２・・逆バ
イアス層。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）発光及びレーザ発振に寄与する活性層がそれより
   も禁制帯幅が広く、且上下で逆の導電形を有する２つの
   半導体層で狭まれた二重ヘテロ接合構造の半導体レーザ
   素子であって、該活性層の所定幅を活性領域としその左
   右が屈折率の小さな、あるいは等価的に屈折率の小さな
   半導体層によって埋め込まれてなる半導体レーザ素子の
   製造方法において、半導体レーザ素子を形成するための
   半導体基板に所定のメサ幅を有するストライプメサを形
   成する工程と、該半導体基板上への活性層を含む半導体
   多層膜の結晶成長であって、前記ストライプメサ上部に
   おいてストライプメサの形状を反映して活性層の形状が
   変形するように結晶成長を行う工程と、前記ストライプ
   メサのメサ幅よりも広い幅でストライプメサを含んでメ
   サエッチングを前記半導体多層膜に少くとも前記活性層
   に達するように行う工程と、しかる後該メサエッチング
   部より前記活性層の変形した領域の近傍まで活性層の選
   択除去を行う工程とを具備してなることを特徴とする半
   導体レーザ素子の製造方法。
2. （２）発光及びレーザ発振に寄与する活性層がそれより
   も禁制帯幅が広く且上下で逆の導電形を有する２つの半
   導体層で狭まれた二重ヘテロ接合構造の半導体レーザ素
   子であって該活性層の所定幅を活性領域とし、その左右
   が屈折率の小さなあるいは等価値に屈折率の小さな半導
   体層によって埋め込まれてなる半導体レーザ素子の製造
   方法において、半導体レーザを形成するための半導体基
   板に所定の幅を有するストライプ溝を設ける工程と、該
   半導体基板上への活性層を含む半導体多層膜の結晶成長
   であって前記ストライプ溝の内部または上部においてス
   トライプ溝の形状を反映して活性層の形状が変形するよ
   うに結晶成長を行う工程と、前記ストライプ溝の幅より
   も広い幅でストライプ溝を含んでメサエッチングを前記
   半導体多層膜に少くとも前記活性層に達するように行う
   工程と、しかる後、該メサエッチング部より前記活性層
   の変形した領域の近傍まで活性層の選択除去を行う工程
   とを具備してなることを特徴とする半導体レーザ素子の
   製造方法。
3. （３）前記半導体基板に、ストライプ溝の深さよりも薄
   い膜厚で半導体基板とは逆の導電形層が少くとも１層含
   まれる半導体層を表面に設ける工程を具備して成ること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の半導体レーザ
   素子の製造方法。