JPS6392075A

JPS6392075A - 半導体光装置の製造方法

Info

Publication number: JPS6392075A
Application number: JP23630986A
Authority: JP
Inventors: Junichi Nakano; 純一中野; Mineo Ueki; 植木　峰雄; Nobuyori Tsuzuki; 都築　信頼; Etsuo Noguchi; 野口　悦男; Yoshinori Nakano; 中野　好典
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1986-10-06
Filing date: 1986-10-06
Publication date: 1988-04-22

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】（腫条上の利用分野）本発明は、レーザ発光を行なう千尋体光装置のＲｉＡ方
法に関するものである。

（従来技術および発明が解決しようとする問題点）従来
、ｐｎ接合において発光する光を共振器構造によりレー
ザ発振させる半導体レーザ装置においては、光ｆｊｒ、
接′合饋域に閉じ効め効率良くレーザ発振させるため、
基板に平行な方向ｌこはダブルへテロ構造をと９、横方
向にも活性層より屈折率の低い結晶で埋め込んだ保々な
構造がとられている。にでダブルへテロ構造は、活性層
（例えばＩｎよＧａニー□Ａ　ｓｙ　Ｐ　１−ｙ　）　
の両側に屈折率が低く、かつ禁制体エネルギーの大きな
半導体層（例えばＩｎＰ鳩）を接合したものである。

このような、基板に平行な方向も垂直な方向にも光を閉
じ込める構造を有するレーザは発光した光が効率良く屈
折率の高い活性領域に閉じ込めらｎ％七の結果、小さい
しきい値電波と大きい出力が得らｎるため、第４図に示
すように、様々な形（ＢＨレーザ）をとって実現されて
きた。ｖすえば（ａ）はＩｎＧａＡｓＰ　４元混晶活性
層２の上下′ｆｒ、ＩｎＰ基板１及びＩｎＰクラッド層
３ではさんだダブルへテロ構造（ＤＨ構造〕と、更にそ
の上にＩｎＧａＡｓＰ　４元混晶キャップ鳩４からなる
ウェハをメサエッチングでストライプ状に加工し、（ｂ
）図に示すように、その周囲をｐｎ接合を有する半導体
層（ｐ型ＩｎＰの６及びｎ型ＩｎＰの７よりなる埋込み
層）でエピタキシャルに埋め込んで、更にＩｎＧａＡｓ
Ｐからなる平坦化層８を設けている。

また第５図はＤＣ−ＰＢＨレーザはＢＨレーザと同じ＜
ＤＨ構造のウエノ・を示す。丁なわち、１はＩｎＰ基板
、２はＩｎＧａＡａＰの４元混晶活性層、３′はＩｎＰ
のクラッドよりなるウエノ当に、エツチングで活性層幅
を決定する溝９を掘り〔（ａ）図参照〕、この溝を同じ
＜ｐｎ接合を有する半導体で埋め込む構造を有する。４
′はＩｎＧａＡｓＰの４元混晶キャップ層、６はｐ型Ｉ
ｎＰの埋込み層、７はｎ型ＩｎＰの埋込みＮを示す。

ところで、これら埋め込み形レーザが埋め込み層にレー
ザのｐｎ接合と逆の関係にあるｐｎ接合（レーザがｐｎ
の時、埋め込みＮはｎｐ）を用いるのは、この接合の逆
バイアス時の高抵抗を利用して、この埋め込み層に電流
が流ｎるのを妨げ、レーザ領域に効率良く電流を注入す
る役割をもｆｃぜているためである（いわゆる電流狭）
０以上説明し７’（工うな構造を有する埋め込み形レーザ
において、活性層の幅（Ｗ）は、レーザの慣モードを決
定する非常に大さな妾囚である。

活性ノー幅が十分狭けｎば、レーザ発振光の張度分布は
ｄ４６図（ａＪに示すように早−ピーク（０次モートン
になる。ところが活性ｔｔｉｇが広がると、第６図（ｂ
）に示すように強度の強い部分が２つ（１次モード）め
るいはそｎ以上になり、レーザとしての特性を損なって
しまう。従って、活性領域の幅Ｗは１〜１．５μｍ程度
でウェハ内で均一かつ再現住良く実現する必要がある。

従来、Ｂ　Ｈレーザ及びＤＣ−ＰＢＨレーザの製造方法
では、活性ノー１−全決定するメサエッチングは、両者
ともメタノールに臭素（Ｂｒ　）をｍかし込ん友浴欲を
用いて行なわｎていた。即ちケミカルエツチングのみに
用いらｎていた。なお両者の形状の違いは、ＢＨレーザ
がスパッタ法で形成したＳｔｏｗのようにＤＨウェハに
対する付着性の艮いマスクを用いるのに対して、ＤＣ−
ＰＢＨレーザでは付層性のあまり良くないフォトレジス
トを用いていることによる。しかし、いずｎの構造にお
いても、溶液を用いたケミカルエツチングでは、結晶表
面の汚染や液の対流などに非常に敏感にエッチ速度が変
ってしまう。

従って、ＢＨレーザではエッチ深さのバラ付きによシ、
活性ノー幅がばらつき、浅い所では幅が広すぎるのに深
い所で挟子ぎて結晶が折れてしまうといったことが起っ
た。一方ＤＣ−ＰＢＨレーザにおいても、エツチングが
マスクパタンの下に入り込む、いわゆるサイドエッチが
場所によってばらつき、同じく活性層幅をばらつかせた
。このように、ウェットエツチングを用いた従来の方法
では、均一に活性層幅を１！ｉ！造するのが非常に難し
いという欠点があった。

（発明の目的う本発明は上記の欠点を改善するため、′こ提案さｎｆｃ
もので、均一な活性層幅を有する半導体し−ザを再現性
艮〈製造する方法を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）上記の目的を達成するため、不発明は基板結晶上にンー
ザ′ｔＩ５注鳩を含む複数１−をエピタキシャルに成長
させる工程と、その結晶ノＷＩをエツチングして帯状の
メサ形状に加工する工程と、該帯状メサ構造を活性ｌＷ
Ｉよジ屈折率の低い材料で埋め込む工程とを含む半導体
光装置の製造方法において、メサ構造をドライエツチン
グで製作することを特徴とする半導体光装置の１！！道
方法を発明の要旨とするものである。

さらに本発明は基板結晶上にレーザ活性層を含む複数層
をエピタキシャルに成長式せる工程と、その結晶／ｉｉ
ｉをエツチングして帯状のメチ形状に加工する工程と、
該帯状メサ横這を活性ノ層よシ屈折率の低い材料で埋め
込む工程とを含む半導体光装置の製造方法において、メ
サ構造をドライエツチングとケミカルエツチングの複合
工程で製作することを特徴とする半導体光装置の製造方
法を発明の要旨とするものである。

しかして本発明は、活性）Ｕの幅を決めるメサエッチン
グに幅ならびに深さの制御性に優れたドライエツチング
を用いることを最も主要な特徴とする。従来の技術では
ケミカルエッチによっていた主要な加工工程を、本発明
においてはドライエツチングによって行ない、ケミカル
エツチングは必安に応じて０．２μｍ８度の表面洗浄。

即ち補助的工程のみにとどめる点が従来技術と異なるも
のである○ 次に本発明の実施例について説明する。

なお実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱
しない範囲で種々の変更あるいは改良を行いうろことは
言うまでもない。

第１図は本発明の第ｌの実施例を説明する図であって、
（ａ）はｎ型ＩｎＰ基板３１上にノンドープのＩｎＧａ
ＡｓＰ　４元混晶活性層３２、ｐ型ＩｎＰのクラッド層
３３１さらにＩ）　ｍ　ＩｎＧａＡｓＰキャツノＷｊ３
４にエピタキシャルに成長させたＤＨウェハｔ　ｓ　Ｓ
ｔ、。

３５をマスクにＢＢｒガスを反応ガスとする反応性イオ
ンエツチングで、試料温度１８０℃、ガス圧力Ｉ　Ｐａ
　＋放電電力１００Ｗの条件でストライプをメサエッチ
し、その後ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ　３６　、　ｎ型ＩｎＧ
ａＡｓＰ　３７からなる埋め込み成長及びＩｎＧａＡｓ
Ｐ４元混晶の平坦化１−の形成を行なつｆｃＢＨレーザ
素子の−ｒ面図である。雉直にドライエッチさｎたスト
ライプの側面は、４元混晶によって従来のケミカルエッ
チによってメサエッチした場合と同程度に埋め込まれた
。このようにして製造された２×２６ｎのウエノ・内か
ら１００個のレーザ素子を選び遠視野像と活性層幅を評
価した。

その結果、活性ノー幅は１．５±０．１μｍの偏差に入
り、またレーザ発振の強肛はすべて０次モードであった
。同じ活性ノー幅をねらって従来のケミカルエッチによ
って製造したＢＨレーザでは幅のばらつきは１．５±０
．８　ｐｍと大きく、遠視野ＬＲが０？：に、モードの
素子は１００個中４ｓ個にとどまっていたのに対し、大
幅に改善された。

しかしながら、埋め込みノーの組成によっては、十分な
埋め込み機能が実現でさず、性能改善が十分ではないこ
とが明らかになった。

第２図は、かかる現象を説明するために行なった第１図
に示す第１実施例との対比実収結果を示す。図において
、活性層３２．基板３１．クラッド層羽、キャップＪｆ
ｔｉ　３４　、マスク）Ｕ３５はそれぞれ第１の実施例
と同様であり　％　ＢＢｒガスを用い、やはシ第１の実
施例と同一の条件でドライエツチングにより、第２図（
ａ）の構造を得る。

ここで、第１の実施例と異なるのは埋め込み層の組成と
してｐ型ＩｎＰからなる第ｌの埋め込み層２６と、ｎ型
ＩｎＰからなる第２の埋め込みに５ｎを用いている点に
ある。なお、平坦化層としては第１の実施例と同様にＩ
ｎＧａＡｓＰの４元混晶３８ヲ用いた。この結果、２元
素のＩｎＰ（ｃ−用いた埋め込み層では、メサの側面に
は成長せず、ドライエツチングによυ形成ｇｎｆｃ側面
からはじかれた形で成長した。一方、４元混晶（ＩｎＧ
話ｓＰ）である羽はドライエツチング面にはじかれるこ
となく側面にも成長した。従って、第２図（ｂ）に示す
最終萌面購造を得た。

第２図ら）は第１図（ｂ）の構造に比べ以下の欠点があ
る０筐ず、５８１に逼流狭さく域能の点で問題がある。

第１図（ｂ）に示すように本発明の方法により製造した
構造では、ｎ型基板３１を用いた場合、活性層３２の内
構側はｐ型埋め込み層３６と接しており、こｎは更にｎ
型埋め込み）ｖＩ３７と共に、逆バイアス時に高抵抗と
なるｐｎ接合を形成する。

ここで、レーザのｐｎ接合と埋め込みＪ−のｐｎ接合が
、導電型として逆になる０即ち、レーザを順方向バイア
スとした場合に、埋め込み層は高抵抗の逆バイアス状態
となり、従って、レーザ饋域に効率良く電流が狭さくさ
扛、埋め込み層に電流が禰れ出すことはほとんどない。

こｎに対し％第２図中）の構造においては、活性ノー３
２の内側面はＩｒ１ＧａＡｓＰの４元糸からなる平坦化
層あと扱しており、ゆえに、この部分を介してレーザ鎖
酸に注入され７’Ｃ電流が外部に漏ｎ出して発光効率等
を低下させることになる。

また、第２の問題として、平坦化層おを設けても、上面
の平坦化が達成さｎず、以後の製造工程において配線パ
タンの＠線等を生じやすく、歩留りが低下するという欠
点があつｆｃ。

なお上述の現象は、ドライエツチング時のイオン衝撃（
ダメージ層の形成）あるいは他の部分でスパッタされた
物質がエツチングにより形成さｎｆｃ側面に付着（付看
鳩形成）し、ＩｎＰ結晶のエピタキシャル成長を妨げる
ためと考えられる。そして、次に述べる第２の実施例で
示すように、ケミカルエツチングにＬ９表面を約０．２
μｍ除去すれば、ＩｎＰの埋め込み層が成長することか
ら、上述のダメージ鳩あるいは付ｆｆ１７−の厚さは高
々０．２μｍ程度であることがわかる。なお、こｎらの
膚の上にｓ　　ＩｎＧａＡｓＰの４元糸混晶がエピタキ
シャル成長し、ＩｎＰの２元系が成長しない理由は不明
であるが、再現性のめる確固たる事実として認識できた
。

第３図は本発明の第２の央Ｍ例を説明する図であって、
第ｌの実Ｍ例と同じ構造を待つＤＨウニ八へフォトレジ
ストＰ　Ｍ　Ｍ　Ａ　４１をマスクに第１の実施例と同
一条件でドライエツチングによシＤＣ−ＰＢＨ構造用の
溝を活性層領域の両側に掘り、その後、ａ度（体積比）
０．５％のＢｒメタノール溶液で加秒間洗浄しくエツチ
ング深さ０．２　ｐｍ　）、その後、ｐ型ＩｎＰ層４２
．ｎ型ＩｎＰ層４３．ｐ型ＩｎＰ／曽４４．　ｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰ層４５で埋め込んで製造した素子の断面図で
ある。はぼ垂直にエツチングされた溝は、はじかれるこ
とな〈従来のケミカルエッチによる場合同様、きれいに
埋め込１れた。

このように、ドライエツチングにより形成し次溝の側面
であっても、ドライエツチング後にケミカルエツチング
により表向を約０．２μｍ除去すれば、２元素のＩｎＰ
がはじか１することなくエピタキシャル成長することが
確認できた。このようにして製造した２×２ｃ１ｎのウ
エノ・内では、１００個のサンプルを測定した結果、ス
トライプ幅は１．５μｍ±０．１μｍの偏差内に入り、
又、レーザ発掘光の遠視野像はすべて０仄モードであっ
た。こｎは従来法により製造した場合が１．８±０．８
μｍ、０次モードが６０％であったのに比べ、大幅な特
性改善が図らｎたことを示すものである０なお、屈折率の低い材料として、ＩｎＰあるいはＩｎＧ
ａＡｓＰ　、９るいはその両者を用いることもでき、エ
ピタキシャルに成長させたＩｎＰ結晶。

ＩｎＧａＡｓＰ結晶あるいはその積ノー結晶を用いるこ
ともできる。

（発明の効果）以上説明したように、半導体レーザ素子の活性増幅を決
めるメサエッチングにおいて、ドライエツチングを用い
ることにより活性層幅が高梢匿に決定できる。

又、埋込み鳩がｐ型のＩｎＧａＡｓＰ層及びｎ型のＩｎ
ＧａＡｓＰ　Ｆｆｉからなる場合は、ドライエツチング
後、＠接エピタキシャル成長により埋め込み、一方、埋
込み層がｐ型のＩｎＰ層及びｎ型のＩｎＰ層の場合には
、ドライエツチング後にケミカルエツチングにより、表
面を約０．２μｍ除去した後に、エピタキシャル成長を
行なうことにより埋め込みを行なえば、電流狭きく機能
と平坦化機能を従来の方法で製造するのと同様に十分に
機能せしめる埋め込み構造を実現できる。

なお、本実施例ではドライエツチングガスとしてＢＢｒ
、を用いたが、これは本発明を限定するものではない。

また、半導体レーザ素子の例としてＢＨレーザとＤＣ−
ＰＢＨレーザをとジ上げたが、本発明はメサエッチング
工程を含むすべての構造に適用可能であることは言うま
でもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例でめ９、ドライエツチング
でメサ構造を形成佼ＩｎＧａＡｓＰの４元系混晶で埋め
込んだＢ）Ｉレーザの製法の説明図、第２図は第１図に
示す第１の発明の対比実験結果を示すもので、ドライエ
ツチングでメサ構造を形成後、ケミカルエツチングをす
ることなくＩｎＰ　２元系混晶で埋め込んだＢＨレーザ
の説明図、第３図は第２の発明の実施例でめシ、ドライ
エツチングでメサ構造を形成後、ケミカルエツチングに
より表面を薄く除去した後に、　　ＩｎＰの２元系混晶
で埋め込んだＤＣ−ＰＢＨレーザの製法の説明図、第４
図は従来の埋め込み形ＢＨレーザの製造方法の代表例、
第５図は従来の埋め込み形のＤＣ−ＰＢＨンーザの製造
方法、第６図はレーザ素子の遠視野像を説明する図であ
る。ｌ・・・・・・・・・ＩｎＰ基板２・・・・・・・・・ＩｎＧａＡｓＰ　４元混晶活性層
３＊　３′、３′’・ＩｎＰクラッド層４・・・・・・
・・・ＩｎＧａＡｓＰ　４元混晶キャップｊ−６，２６
・・・ＩｎＰ埋込み層７．２７・・・ＩｎＰ埋込み層８・・・・・・・・・ＩｎＧａＡｓＰ平坦化層３１・・
・・・・・・・ｎ　ＦＪ　ＩｎＰ基板３２・・・・・・
・・・ノンドーグＩｎＧａ−ＡｓＰ活性層羽・・・・・
・・・・ｐ型１ｎＰクラッド増３４・・・・・・・・・
ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ　４元混晶キャップ層お・・・・・
・・・・５ｉｆ２マスク蕊・・・・・・・・・ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ埋込み層ｎ・
・・・・・・・・ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ埋込みノ曽あ・・
・・・・・・・ＩｎＧａＡｓＰ平坦化層４１・・・・・
・・・・Ｐ　Ｍ　Ｍ　Ａマスク４２・・・・・・・・・
ｐ型ＩｎＰ埋込みＪ―４３・・・・・・・・・ｎ型Ｉｎ
Ｐ埋込み層４４・・・・・・・・・ｐｔＪＩｎＰクラッ
ド１−４５・・・・・・・・・ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャ
ップ増特許出願人　　日本亀イぎ゛屯話体式会社第１図３１　：　ＩＥＬ　ｎ−１ｎＰ３２　シｋＪ’Ｌ）ｆ　　ＩｎＧａＡｓＰ３３　クラッ
ト謹　ｒｎＰ３４　ヤＹツフ゛　１ｎＧａＡｓＰ３５　マズク　５１０２３６、埋＝”ｔ　　Ｉ）−１ｒ＋ＧａＡｓＰ３７　タ里
込□ｌ　　ｎ−１ｎＧａＡｓＰ３８：　　　ＹｒＪＬイ
とＬ）ｌ　　　ＩｎＧａＡｓ第２図第３図第４図（ａ）（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板結晶上にレーザ活性層を含む複数層をエピタ
キシャルに成長させる工程と、その結晶層をエッチング
して帯状のメサ形状に加工する工程と、該帯状メサ構造
を活性層より屈折率の低い材料で埋め込む工程とを含む
半導体光装置の製造方法において、メサ構造をドライエ
ッチングで製作することを特徴とする半導体光装置の製
造方法。
（２）基板結晶上にレーザ活性層を含む複数層をエピタ
キシャルに成長させる工程と、その結晶層をエッチング
して帯状のメサ形状に加工する工程と、該帯状メサ構造
を活性層より屈折率の低い材料で埋め込む工程とを含む
半導体光装置の製造方法において、メサ構造をドライエ
ッチングとケミカルエッチングの複合工程で製作するこ
とを特徴とする半導体光装置の製造方法。
（３）屈折率の低い材料としてＩｎＧａＡｓＰを用いる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体光
装置の製造方法。
（４）屈折率の低い材料としてエピタキシャルに成長さ
せたＩｎＧａＡｓＰ結晶を用いることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の半導体光装置の製造方法。
（５）屈折率の低い材料として１ｎＰあるいはＩｎＧａ
ＡｓＰあるいはその両者を用いることを特徴とする特許
請求の範囲第２項記載の半導体光装置の製造方法。
（６）屈折率の低い材料としてエピタキシャルに成長さ
せたＩｎＰ結晶、ＩｎＧａＡｓＰ結晶あるいはその積層
結晶を用いることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
載の半導体光装置の製造方法。