JP2937156B2 - Manufacturing method of semiconductor laser - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザの製
造方法に関するものであり、特に、Ａｌ（アルミニウ
ム）を含む混晶を活性層領域に用い、かつ活性層領域に
互いに異なるＶ族元素を含む混晶のヘテロ界面を有する
半導体レーザの製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor laser, and more particularly, to a method of using a mixed crystal containing Al (aluminum) for an active layer region and containing different group V elements in the active layer region. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor laser having a mixed crystal heterointerface.

【０００２】[0002]

【従来の技術】加入者系光通信用の１.３μｍ（波長）
帯半導体レーザには、高温を含む温度範囲で動作する性
能が要求されている。高温で半導体レーザの特性が劣化
する一つの原因として、活性層に注入されたキャリア、
特に電子が、熱により高エネルギー状態となってバリア
の高さを超え、活性層からオーバーフローし、これによ
って発光効率が低下することが挙げられる。量子井戸活
性層を有する半導体レーザにおいては、量子井戸活性層
からのこの電子のオーバーフローを抑制するために、量
子井戸活性層とバリア層との伝導帯のエネルギーの不連
続値を大きくするような量子井戸構造が有効であると考
えられる。バリア層にＡｌを含む混晶を用いた量子井戸
構造は、この伝導帯でのバンド不連続値を大きくとれる
ため、高温度特性が期待される。ザー（Ｚａｈ）らは、
「アイ・イー・イー・イー・ジャーナル・オブ・カンタ
ム・エレクトロニクス（IEEE J. Quantum Electro
n.）」第３０巻第２号（１９９４年）第５１１〜５２３
頁において、ＡｌＧａＩｎＡｓをバリア層として用いた
半導体レーザにおいて良好な温度特性が得られたことを
報告している。2. Description of the Related Art 1.3 .mu.m (wavelength) for subscriber optical communication
The band semiconductor laser is required to have a performance in a temperature range including a high temperature. One of the causes of the deterioration of the characteristics of the semiconductor laser at high temperatures is that carriers injected into the active layer
In particular, it can be mentioned that electrons enter a high energy state due to heat and exceed the height of the barrier and overflow from the active layer, thereby lowering the luminous efficiency. In a semiconductor laser having a quantum well active layer, in order to suppress the overflow of electrons from the quantum well active layer, a quantum well having a large energy discontinuity in the conduction band between the quantum well active layer and the barrier layer is used. The well structure is considered to be effective. A quantum well structure using a mixed crystal containing Al for the barrier layer can have a large band discontinuity in the conduction band, and is expected to have high temperature characteristics. Zah et al.
“IEJ Journal of Quantum Electronics (IEEE J. Quantum Electro
n.) "Vol. 30 No. 2 (1994) Nos. 511-523
Page reports that good temperature characteristics were obtained in a semiconductor laser using AlGaInAs as a barrier layer.

【０００３】一般に、ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ
等のＡｌを含む混晶を、分子線エピタキシー成長（ＭＢ
Ｅ）法や有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法などの方法
により結晶成長する場合、Ａｌの反応性の高さを反映
し、酸化物等の不純物や非発光再結合中心となる格子欠
陥が結晶中に多く混入しやすく、こうした欠陥は光学特
性の劣化原因となる。これらのＡｌを含む混晶において
良好な結晶性を得るために、成長時の基板温度を高くす
ることが必要である。ツァン（Ｔｓａｎｇ）らは、雑誌
「アプライド・フィジクス・レターズ（Appl. Phys. Le
tt.）」第３６巻第５号（１９８０年）の第１１８〜１
２０頁において、ＧａＡｓを活性層としＡｌＧａＡｓを
光閉じ込め層とした半導体レーザをＭＢＥ法により作製
し、成長時の基板温度が高いほど、ＧａＡｓ活性層から
のＰＬ（フォトルミネッセンス）発光強度が増大し、ま
た半導体レーザの発振閾値が下がることを示している。
Ａｌを含む混晶を量子井戸活性層領域に用いる場合、従
来の結晶成長技術では、結晶成長する際の基板温度を高
温にして成長しなければ良好な結晶性が得られず、格子
欠陥や不純物等による非発光再結合中心が多く残存し、
良好な光学特性を得るのは困難と考えられる。Generally, InAlGaAs, AlGaAs
A mixed crystal containing Al, for example, is subjected to molecular beam epitaxy (MB
In the case of crystal growth by a method such as E) or metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE), impurities such as oxides and lattice defects serving as non-radiative recombination centers reflect the high reactivity of Al. Such defects are likely to be mixed in, and such defects cause deterioration of optical characteristics. In order to obtain good crystallinity in these mixed crystals containing Al, it is necessary to increase the substrate temperature during growth. Tsang et al., Published a magazine "Appl. Phys. Le
tt.) ", Vol. 36, No. 5, 1980, Nos. 118-1
On page 20, a semiconductor laser using GaAs as an active layer and AlGaAs as an optical confinement layer is manufactured by the MBE method. As the substrate temperature during growth is higher, PL (photoluminescence) emission intensity from the GaAs active layer is increased, It also indicates that the oscillation threshold of the semiconductor laser decreases.
When a mixed crystal containing Al is used for the quantum well active layer region, good crystallinity cannot be obtained by conventional crystal growth techniques unless the substrate is grown at a high substrate temperature during crystal growth, and lattice defects and impurities are not obtained. Many non-radiative recombination centers remain,
It is considered difficult to obtain good optical characteristics.

【０００４】一方、たとえばＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ半導
体積層構造におけるＰとＡｓのように、III−Ｖ族半導
体のヘテロ界面においてＶ族元素が異なる場合、結晶成
長時にＶ族元素の供給源の切替が必要となり、急峻なヘ
テロ界面を形成するのが困難であることが知られてい
る。その原因の一つが、Ｖ族元素の不安定性により、供
給源を切り替えた後にわずかに残存するＶ族元素が結晶
中に取り込まれてしまうメモリー効果である。また、メ
モリー効果を抑えるため、界面において新たな結晶の成
長前にＶ族元素の供給待機時間を確保する方法などがと
られているが、この場合は、切替後のＶ族元素が既に成
長し終えた結晶中に取り込まれたり、成長中の結晶表面
の平坦性の劣化が起こる、という問題が指摘されてい
る。このように成長中にヘテロ界面において容易にＶ族
元素の置換が起こってしまうため、急峻なヘテロ界面を
形成することが困難となる。On the other hand, when the group V element is different at the hetero interface of the group III-V semiconductor such as P and As in the InP / InGaAs semiconductor multilayer structure, it is necessary to switch the supply source of the group V element during crystal growth. It is known that it is difficult to form a steep hetero interface. One of the causes is a memory effect in which the group V element slightly remaining after switching the supply source is taken into the crystal due to the instability of the group V element. Further, in order to suppress the memory effect, a method of securing a standby time for supplying the group V element before growing a new crystal at the interface is adopted. In this case, the group V element after switching has already grown. It has been pointed out that the crystal is taken into the finished crystal or the flatness of the growing crystal surface is deteriorated. As described above, the group V element is easily replaced at the hetero interface during the growth, so that it is difficult to form a steep hetero interface.

【０００５】ヘテロ界面が急峻に形成できないと量子井
戸のバンド構造が変形したりバンドギャップの変化が起
こり、光学特性の劣化をまねくことになる。このような
Ｖ族元素の切替を要するヘテロ界面の形成においては、
ナガオらが「ジャーナル・オブ・クリスタル・グロウス
（J. Cryst. Growth）」第１１１巻（１９９１年）第５
２１〜５２４頁において、ＧａＡｓ／ＡｌＩｎＰヘテロ
界面の形成に関して、比較的低温で結晶成長を行うこと
により、Ｖ族元素のＡｓとＰの置換する深さ領域が小さ
くできることを示している。結晶成長時の基板温度が高
い場合には、Ｖ族元素の拡散速度が大きくなり良質なヘ
テロ界面を形成することは困難になると考えられる。[0005] If the heterointerface cannot be formed steeply, the band structure of the quantum well is deformed or the band gap changes, which leads to deterioration of optical characteristics. In the formation of such a heterointerface requiring switching of the group V element,
Nagao et al., J. Cryst. Growth, Vol. 111 (1991), No. 5
Pages 21 to 524 show that the formation of a GaAs / AlInP heterointerface can be performed at a relatively low temperature to reduce the depth region where As and P of the group V element are substituted. If the substrate temperature during the crystal growth is high, the diffusion rate of the group V element will increase, and it will be difficult to form a high quality heterointerface.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の製造方法を用いる限り、例えば高温領域での良好
な特性が期待されるＩｎＡｓＰ／ＩｎＡｌＧａＡｓ量子
井戸構造のように、ヘテロ界面にＶ族切替が含まれ、か
つＡｌを含む混晶を含む構造を結晶成長する場合、Ｖ族
元素の相互拡散を抑えて急峻な界面をなし、かつＡｌを
含む混晶の良好な結晶性を得ることは、事実上困難であ
る。As described above,
As long as the conventional manufacturing method is used, a structure including a group V switching at the hetero interface and a mixed crystal containing Al, such as an InAsP / InAlGaAs quantum well structure, which is expected to have good characteristics in a high temperature region, is used. In the case of crystal growth, it is practically difficult to suppress the interdiffusion of group V elements to form a steep interface and obtain good crystallinity of a mixed crystal containing Al.

【０００７】また、Ａｌを含むIII−Ｖ族の混晶におい
ては、ＡｌとＧａの組成比を変化させることにより、格
子定数を大きく変えずにバンドギャップなどを操作する
ことが可能であり、半導体レーザのような発光素子の活
性層材料として採用される場合も多い。しかし、従来の
技術では、Ａｌを含む混晶とともにＶ族元素が異なる混
晶材料を用いた量子井戸構造の実現は難しく、設計され
る活性層構造が制限されていると考えられる。In a mixed crystal of a group III-V containing Al, the band gap and the like can be manipulated without largely changing the lattice constant by changing the composition ratio of Al and Ga. It is often adopted as an active layer material of a light emitting element such as a laser. However, in the conventional technique, it is difficult to realize a quantum well structure using a mixed crystal material in which the group V element is different from the mixed crystal containing Al, and it is considered that the designed active layer structure is limited.

【０００８】本発明の目的は、前記のような問題を解決
して活性層に用いる混晶材料選択の範囲を拡げるため、
活性層としてヘテロ界面にＶ族切替が含まれかつＡｌを
含む混晶を有する量子井戸構造を用いた半導体レーザを
製造する場合において、ヘテロ界面でのＶ族元素の相互
拡散を抑制して急峻な界面をなし、かつＡｌを含む混晶
の良好な結晶性を実現することが可能な製造方法を提供
することにある。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to expand the range of selection of a mixed crystal material used for the active layer.
In the case of manufacturing a semiconductor laser using a quantum well structure having a mixed crystal containing Al and including a V-group switch at a hetero interface as an active layer, the inter-diffusion of a V group element at the hetero interface is suppressed so as to be steep. An object of the present invention is to provide a manufacturing method which can form an interface and can realize good crystallinity of a mixed crystal containing Al.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザの
製造方法は、基板上に、バリア層及び量子井戸層を積層
した量子井戸構造を活性層として有し、バリア層と量子
井戸層とがＶ族元素として相互に異なる元素を用いた混
晶層によって形成され、かつバリア層及び量子井戸層の
少なくとも一方がＡｌを含む混晶層で形成された半導体
レーザの製造方法において、バリア層と量子井戸層との
間の良好なヘテロ界面が得られる程度の低基板温度で、
Ａｌを含む混晶層の結晶成長を実行し、その後、結晶成
長が行われた基板に対してラピッド・サーマル・アニー
リング（ＲＴＡ）を実施する。According to a method of manufacturing a semiconductor laser of the present invention, a quantum well structure in which a barrier layer and a quantum well layer are stacked on a substrate is provided as an active layer, and the barrier layer and the quantum well layer are formed. In a method of manufacturing a semiconductor laser in which a mixed crystal layer using mutually different elements as a group V element and at least one of a barrier layer and a quantum well layer is formed of a mixed crystal layer containing Al, a barrier layer and a quantum well At a low substrate temperature such that a good heterointerface with the well layer is obtained,
Crystal growth of a mixed crystal layer containing Al is performed, and then rapid thermal annealing (RTA) is performed on the substrate on which the crystal growth has been performed.

【００１０】本発明における低基板温度は、使用する材
料系によって異なるが、基板としてＩｎＰ基板を使用す
る場合には、典型的には５００℃以下の温度である。ま
た、本発明においては、ラピッド・サーマル・アニーリ
ングとして活性層の温度が６００℃以上となるものを実
行することが好ましい。Ａｌを含む混晶層の結晶成長を
４４０℃以上４８０℃以下の基板温度で行うことがさら
に好ましく、また、活性層の温度が６００℃以上７００
℃以下となるラピッド・サーマル・アニーリングを実行
することがさらに好ましい。[0010] The low substrate temperature in the present invention varies depending on the material system to be used, but when an InP substrate is used as the substrate, it is typically a temperature of 500 ° C or less. Further, in the present invention, it is preferable to perform rapid thermal annealing in which the temperature of the active layer is 600 ° C. or higher. More preferably, the crystal growth of the mixed crystal layer containing Al is performed at a substrate temperature of 440 ° C. or more and 480 ° C. or less.
It is more preferable to perform rapid thermal annealing at a temperature of not more than ° C.

【００１１】本発明において、量子井戸層とバリア層の
組合せとしては、例えば、ＩｎＡｓＰ量子井戸層及びＩ
ｎＡｌＧａＡｓバリア層の組合せを用いることができ
る。In the present invention, the combination of the quantum well layer and the barrier layer includes, for example, an InAsP quantum well layer and an IAs quantum well layer.
A combination of nAlGaAs barrier layers can be used.

【００１２】本発明では、量子井戸活性層を低温で結晶
成長することにより、ヘテロ界面における、結晶成長時
のＶ族元素の相互拡散等による界面劣化を抑制し、急峻
な界面を形成することができる。また、低温で成長して
いるためにＡｌを含む混晶層には結晶中の欠陥が多く残
存していると考えられるが、本発明では、結晶成長後に
ＲＴＡにより短時間でのアニールを行っているので、Ａ
ｌを含む混晶層の結晶性を向上させることができる。Ｒ
ＴＡでは短時間で急激に昇温、降温を行うため、ＲＴＡ
中に基板が高温になることによってＶ族元素やドーパン
ト元素が拡散し結晶の光学特性を悪化させる影響は、ほ
とんどないと考えられる。したがって、本発明の方法に
より、Ｖ族元素の相互拡散が抑えられた急峻なヘテロ界
面を有し、かつ結晶性の良好なＡｌを含む混晶を有する
量子井戸を活性層とした半導体レーザの製造が可能とな
る。In the present invention, crystal growth of the quantum well active layer at a low temperature suppresses interfacial degradation at the hetero interface due to interdiffusion of group V elements during crystal growth and forms a steep interface. it can. Further, it is considered that many defects in the crystal remain in the mixed crystal layer containing Al because the crystal is grown at a low temperature. However, in the present invention, annealing is performed in a short time by RTA after the crystal is grown. A
The crystallinity of the mixed crystal layer containing 1 can be improved. R
In TA, the temperature rises and falls rapidly in a short time.
It is considered that when the temperature of the substrate becomes high, the group V element or the dopant element diffuses to hardly deteriorate the optical characteristics of the crystal. Therefore, according to the method of the present invention, manufacture of a semiconductor laser using a quantum well having a steep heterointerface in which interdiffusion of a group V element is suppressed and having a mixed crystal containing Al with good crystallinity as an active layer. Becomes possible.

【００１３】本発明においては、各混晶層を結晶成長で
形成するとともに、結晶成長による最上表面層をＡｓの
みをＶ族元素として含む混晶で形成し、その後、ＲＴＡ
を実行するようにしてもよい。すなわち、ＲＴＡを行う
半導体基板の最上表面層に、Ｐを含まずＡｓのみをＶ族
元素として含む混晶を用いる。ＲＴＡにおける高温度中
では、Ｖ族元素の蒸発が表面劣化をもたらすが、Ａｓの
方がＰに比べ蒸発しにくいため、このようにＡｓのみを
Ｖ族元素として含む混晶を用いることにより、半導体基
板表面の劣化を抑えることが可能になる。In the present invention, each mixed crystal layer is formed by crystal growth, and the uppermost surface layer formed by crystal growth is formed by a mixed crystal containing only As as a group V element.
May be executed. That is, a mixed crystal containing only As as a Group V element without containing P is used for the uppermost surface layer of the semiconductor substrate on which RTA is performed. At a high temperature in the RTA, the evaporation of the group V element causes surface deterioration, but As is less likely to evaporate than P. Thus, by using a mixed crystal containing only As as the group V element, Deterioration of the substrate surface can be suppressed.

【００１４】さらに本発明においては、量子井戸構造に
おいて、量子井戸層とＡｌを含む混晶からなるバリア層
との間に、数原子層厚のスペーサ層を設けてもよい。こ
のスペーサ層は、量子井戸層へのキャリア注入をそれほ
ど妨げないような構造を保てるように設計され、例え
ば、ＩｎＰなどで構成される。Ａｌを含む混晶中には、
ＲＴＡによっても除去しきれない格子欠陥や不純物等の
非発光再結合中心が含まれ、これによって活性層に注入
されたキャリアが捕獲されることとなるが、このような
スペーサ層を設けることにより、キャリアが捕獲される
ことが抑制され、量子井戸層での発光効率の低下を防ぐ
ことが可能となる。Further, in the present invention, in the quantum well structure, a spacer layer having a thickness of several atomic layers may be provided between the quantum well layer and the barrier layer made of a mixed crystal containing Al. The spacer layer is designed to maintain a structure that does not hinder the carrier injection into the quantum well layer, and is made of, for example, InP. In the mixed crystal containing Al,
Non-radiative recombination centers, such as lattice defects and impurities, which cannot be completely removed by RTA, are included, whereby carriers injected into the active layer are captured. By providing such a spacer layer, Carriers are prevented from being captured, and a decrease in luminous efficiency in the quantum well layer can be prevented.

【００１５】[0015]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図１(a)〜(e)は、本発明
の半導体レーザの製造方法の実施の一形態での各工程を
順を追って示す断面図であり、図２は、本発明の半導体
レーザの製造方法が適用可能な半導体レーザの構造の一
例を示す断面図である。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 (a) to 1 (e) are cross-sectional views sequentially showing steps in an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor laser according to the present invention. FIG. 2 is a sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor laser according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of a structure of a semiconductor laser to which is applicable.

【００１６】まず、図２に示す半導体レーザについて説
明する。この半導体レーザはリッジストライプ型のもの
であって、ｎ型ＩｎＰ単結晶基板１の一方の表面上に、
ｎ型ＩｎＰクラッド層２、ｎ型ＩｎＡｌＡｓ光導波路層
３、多重量子井戸活性層４及びｐ型ＩｎＡｌＡｓ光導波
路層５がこの順で積層し、ｐ型ＩｎＡｌＡｓ光導波路層
５上には、リッジ状に形成されたｐ型ＩｎＰクラッド層
６、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層７及びｐ型電極１２
がこの順で設けられている。またｎ型ＩｎＰ単結晶基板
１の他方の表面には、ｎ型電極１３が形成されている。
多重量子井戸活性層４は、ＩｎＡｓＰ量子井戸層８とＩ
ｎＡｌＧａＡｓバリア層９とを積層した構造であり、都
合７つの歪補償量子井戸から構成されている。ここで、
ＩｎＡｌＧａＡｓバリア層９はＡｌを含む混晶であり、
またＩｎＡｓＰ量子井戸層８は、ＩｎＡｌＧａＡｓバリ
ア層９には含まれていないＶ族元素であるＰを含む混晶
であることを特徴としている。First, the semiconductor laser shown in FIG. 2 will be described. This semiconductor laser is of a ridge stripe type, and is provided on one surface of an n-type InP single crystal substrate 1.
An n-type InP cladding layer 2, an n-type InAlAs optical waveguide layer 3, a multiple quantum well active layer 4, and a p-type InAlAs optical waveguide layer 5 are stacked in this order, and a ridge is formed on the p-type InAlAs optical waveguide layer 5. The formed p-type InP cladding layer 6, the p-type InGaAs contact layer 7, and the p-type electrode 12
Are provided in this order. On the other surface of the n-type InP single crystal substrate 1, an n-type electrode 13 is formed.
The multiple quantum well active layer 4 includes the InAsP quantum well layer 8 and the IAs
It has a structure in which an nAlGaAs barrier layer 9 is laminated, and is composed of seven strain compensation quantum wells for convenience. here,
The InAlGaAs barrier layer 9 is a mixed crystal containing Al.
Further, the InAsP quantum well layer 8 is characterized in that it is a mixed crystal containing P which is a group V element that is not contained in the InAlGaAs barrier layer 9.

【００１７】次に、図２に示すリッジストライプの半導
体レーザを本発明の製造方法に基づいて製造する場合の
工程について、図１を用いて説明する。本発明の製造方
法は、従来に比べて低い温度での結晶成長（図１(a)参
照）と、それに引続くラピッド・サーマル・アニーリン
グ（ＲＴＡ; rapid thermal annealing）（図１(b)参
照）とを実施して半導体レーザ基板１０を製造すること
を特徴としている。Next, steps for manufacturing the semiconductor laser having the ridge stripe shown in FIG. 2 based on the manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIG. According to the manufacturing method of the present invention, crystal growth is performed at a lower temperature than before (see FIG. 1 (a)), followed by rapid thermal annealing (RTA) (see FIG. 1 (b)). Is carried out to manufacture the semiconductor laser substrate 10.

【００１８】まず、ｎ型のＩｎＰ単結晶基板１上に、ｎ
型ＩｎＰクラッド層２、ｎ型ＩｎＡｌＡｓ光導波路層
３、多重量子井戸活性層４、ｐ型ＩｎＡｌＡｓ光導波路
層５、ｐ型ＩｎＰクラッド層６及びｐ型ＩｎＧａＡｓコ
ンタクト層７を、分子線エピタキシー成長（ＭＢＥ）法
や有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法などの方法を用い
て結晶成長する。ここで、ＩｎＡｓＰ量子井戸層８とＩ
ｎＡｌＧａＡｓバリア層９から形成される多重量子井戸
活性層４を成長する際、ＩｎＡｓＰ量子井戸層８とＩｎ
ＡｌＧａＡｓバリア層９との界面における、Ｖ族元素す
なわちＡｓ及びＰの相互拡散などによる界面劣化を小さ
くするよう、基板温度を十分低温にして結晶成長を行う
（図１(a)）。ここまで形成されたものを半導体レーザ
基板１０とする。First, on an n-type InP single crystal substrate 1, n
The n-type InP cladding layer 2, the n-type InAlAs optical waveguide layer 3, the multiple quantum well active layer 4, the p-type InAlAs optical waveguide layer 5, the p-type InP cladding layer 6, and the p-type InGaAs contact layer 7 are formed by molecular beam epitaxy (MBE). ) Or a metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) method. Here, the InAsP quantum well layer 8 and I
When growing the multiple quantum well active layer 4 formed from the nAlGaAs barrier layer 9, the InAsP quantum well layer 8
The crystal growth is performed at a sufficiently low substrate temperature so as to reduce the interface deterioration due to the interdiffusion of the group V element, ie, As and P, at the interface with the AlGaAs barrier layer 9 (FIG. 1A). The substrate formed so far is referred to as a semiconductor laser substrate 10.

【００１９】次に、このように結晶成長によって形成さ
れた半導体レーザ基板１０に、フラッシュランプアニー
ル法によりＲＴＡ処理を行う。加熱は窒素雰囲気中で行
い、また加熱中に半導体レーザ基板１０の表面層からの
Ｖ族元素の蒸発を防ぐため、図１(b)に示すように、Ｉ
ｎＰ基板１０（あるいはＧａＡｓ基板等）を半導体レー
ザ基板１１に被せ、フラッシュランプ４０からの光がＩ
ｎＰ基板１１を介して半導体レーザ基板１０に照射され
るようにして加熱を行う。このとき、加熱中に半導体レ
ーザ基板１０の結晶中のＶ族元素やドーパント元素が拡
散するのを抑制するため、温度変化が急激になるよう
に、また、加熱時間も極力短時間にすることが重要であ
る。Next, the semiconductor laser substrate 10 formed by the crystal growth is subjected to an RTA process by a flash lamp annealing method. The heating is performed in a nitrogen atmosphere. In order to prevent evaporation of the group V element from the surface layer of the semiconductor laser substrate 10 during the heating, as shown in FIG.
An nP substrate 10 (or a GaAs substrate or the like) is placed on a semiconductor laser substrate 11 and light from a flash lamp 40
Heating is performed so that the semiconductor laser substrate 10 is irradiated via the nP substrate 11. At this time, in order to suppress the diffusion of the group V element and the dopant element in the crystal of the semiconductor laser substrate 10 during heating, the temperature change should be sharp and the heating time should be as short as possible. is important.

【００２０】次に、半導体レーザ基板１０上にマスクを
かぶせｐ型ＩｎＰクラッド層６をエッチングすることに
より、リッジ型のストライプを形成する（図１(c)）。
そして、ｐ型電極１２及びｎ型電極１３を真空蒸着法等
により形成し（図１(d)）、劈開等によりストライプ両
端にレーザ反射鏡端面を形成し（図１(e)）、図２に示
すような半導体レーザが製造できる。Next, a ridge-type stripe is formed by covering the semiconductor laser substrate 10 with a mask and etching the p-type InP cladding layer 6 (FIG. 1C).
Then, a p-type electrode 12 and an n-type electrode 13 are formed by a vacuum evaporation method or the like (FIG. 1D), and laser reflecting mirror end faces are formed at both ends of the stripe by cleavage or the like (FIG. 1E), and FIG. The semiconductor laser shown in FIG.

【００２１】以上、本発明の実施の形態について、Ｉｎ
ＡｓＰ量子井戸層／ＩｎＡｌＧａＡｓバリア層からなる
量子井戸構造の活性層領域を有する半導体レーザを製造
する場合を説明したが、本発明は、上述したような活性
層領域を有する半導体レーザに限定されるわけではな
く、量子井戸層またはバリア層のどちらかにＡｌを含む
混晶を用い、かつ量子井戸層とバリア層とに異なるＶ族
元素を含む混晶を用いた活性層領域の構造を有する半導
体レーザであれば、任意の半導体レーザに適用されるも
のである。例えば量子井戸層／バリア層として、ＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＡｌＧａＡｓや、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＩ
ｎＰを用いるような構造は、本発明が適用される半導体
レーザの活性層として採用される可能性があると考えら
れる。また、Ｖ族元素の切替は、ＰとＡｓの切替に限ら
ず、量子井戸層／バリア層に、Ｉｎ(Ｇａ)ＡｓＰ／Ａｌ
ＧａＡｓＳｂ、あるいはＧａＩｎＮＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
を用いた量子井戸構造等にも有効である。As described above, in the embodiment of the present invention, In
A case has been described in which a semiconductor laser having an active layer region having a quantum well structure composed of an AsP quantum well layer / InAlGaAs barrier layer is manufactured. However, the present invention is not limited to a semiconductor laser having an active layer region as described above. Rather, a semiconductor laser having an active layer region structure using a mixed crystal containing Al for either the quantum well layer or the barrier layer, and using a mixed crystal containing different group V elements for the quantum well layer and the barrier layer Then, the present invention can be applied to any semiconductor laser. For example, as a quantum well layer / barrier layer, InG
aAsP / InAlGaAs, GaAs / AlGaI
It is considered that a structure using nP may be adopted as an active layer of a semiconductor laser to which the present invention is applied. Further, switching of the group V element is not limited to switching between P and As, but In (Ga) AsP / Al is added to the quantum well layer / barrier layer.
GaAsSb or GaInNAs / AlGaAs
It is also effective for a quantum well structure or the like using the same.

【００２２】量子井戸は、格子整合系であっても、図２
に示す量子井戸構造のように歪が導入された系であって
も構わない。また、量子井戸活性層に限らず、バルク活
性層と光導波路層とにおいて、少なくともいずれかにＡ
ｌを含む混晶を用い、かつ双方の混晶に異なるＶ族元素
が含まれるような構造の活性層においても、本発明の製
造方法は有効である。Even if the quantum well is a lattice-matched system,
A system in which strain is introduced as in the quantum well structure shown in FIG. Not only the quantum well active layer, but also at least one of A in the bulk active layer and the optical waveguide layer.
The production method of the present invention is also effective for an active layer using a mixed crystal containing 1 and having a structure in which both mixed crystals contain different group V elements.

【００２３】また、本発明の製造方法により、すなわち
少なくとも比較的低温での結晶成長とそれに引き続くＲ
ＴＡを工程として含む製造方法により製造される半導体
レーザの構造としては、図２に示すようなリッジストラ
イプ型構造に限られるものでなく、その他の公知の構造
を用いることが可能である。Further, according to the manufacturing method of the present invention, that is, at least crystal growth at a relatively low temperature followed by R
The structure of the semiconductor laser manufactured by the manufacturing method including TA as a process is not limited to the ridge stripe type structure as shown in FIG. 2, and other known structures can be used.

【００２４】ＲＴＡの方法としては、フラッシュランプ
アニール法が最も望ましいと考えられる。フラッシュラ
ンプアニール法によれば、短時間の加熱が可能であり、
また急激に昇温、降温を行える。このため、基板が高温
になることによってＶ族元素やドーパント元素の拡散が
起こるなどの理由により結晶の光学特性やキャリア注入
特性を悪化させることは、ほとんどないと考えられる。
また、ＩｎＰ基板あるいはＧａＡｓ基板を半導体レーザ
基板にかぶせるのみで、Ｖ族元素の蒸発を抑制すること
ができる。加熱時間は、拡散が進むのを防ぐために、極
力短くすることが望ましい。また、加熱温度が高過ぎる
場合にも、拡散等による結晶性の劣化や、結晶表面から
のＶ族元素の蒸発が起こる可能性があるため、不必要に
加熱温度を高くしない方がよい。It is considered that the flash lamp annealing method is most desirable as the RTA method. According to the flash lamp annealing method, heating for a short time is possible,
In addition, the temperature can be rapidly increased and decreased. For this reason, it is considered that the optical characteristics and the carrier injection characteristics of the crystal are hardly degraded due to, for example, diffusion of the group V element or the dopant element due to the high temperature of the substrate.
Further, evaporation of the group V element can be suppressed only by covering the semiconductor laser substrate with the InP substrate or the GaAs substrate. It is desirable to shorten the heating time as much as possible in order to prevent the diffusion from proceeding. Further, even when the heating temperature is too high, there is a possibility that the crystallinity may be deteriorated due to diffusion or the like, and the group V element may be evaporated from the crystal surface. Therefore, it is better not to unnecessarily increase the heating temperature.

【００２５】以下、本発明の方法により、量子井戸構造
において量子井戸層とバリア層との間にスペーサ層が挿
入された活性層領域を有する半導体レーザを製造する場
合の工程を説明する。図３は量子井戸層とバリア層との
スペーサ層を有する量子井戸構造を説明する図であっ
て、(a)は断面構造を模式的に示し、(b)はバンド構造を
概念的に示している。Hereinafter, steps of manufacturing a semiconductor laser having an active layer region in which a spacer layer is inserted between a quantum well layer and a barrier layer in a quantum well structure by the method of the present invention will be described. 3A and 3B are diagrams illustrating a quantum well structure having a spacer layer of a quantum well layer and a barrier layer. FIG. 3A schematically illustrates a cross-sectional structure, and FIG. 3B conceptually illustrates a band structure. I have.

【００２６】この量子井戸構造が、図２に示す半導体レ
ーザの活性層領域と異なる点は、ＩｎＡｓＰ量子井戸層
８とＩｎＡｌＧａＡｓバリア層９との間に、数原子層の
ＩｎＰ層３０をスペーサ層として挿入してある点であ
る。スペーサ層により量子井戸層とバリア層との間隔が
確保されているため、ＩｎＡｌＧａＡｓバリア層９中に
含まれていた格子欠陥や不純物がＲＴＡによっても除去
しきれない場合であっても、これらの欠陥が非発光再結
合中心となって活性層に注入されたキャリアが捕獲され
る確率は小さくなり、量子井戸層での発光効率の低下を
防ぐことが可能となる。また、ＲＴＡによりＩｎＰ層３
０とＩｎＡｌＧａＡｓバリア層９間でＶ族元素の相互拡
散や、ＩｎＡｌＧａＡｓバリア層９に多く含まれる欠陥
のＩｎＰ層３０への侵入があったとしても、ＩｎＡｓＰ
量子井戸層８への影響は小さくなり、ＩｎＡｓＰ量子井
戸層８の光学特性の低下を防ぐことができる。ＩｎＰ層
３０の厚さを不必要に大きくすることは、正孔（ホー
ル）の量子井戸層への注入を妨げる構造をなす可能性が
あるため、スペーサ層（ＩｎＰ層３０）はなるべく薄い
ことが望ましい。This quantum well structure is different from the active layer region of the semiconductor laser shown in FIG. 2 in that several atomic layers of the InP layer 30 are used as a spacer layer between the InAsP quantum well layer 8 and the InAlGaAs barrier layer 9. It is a point that has been inserted. Since the space between the quantum well layer and the barrier layer is ensured by the spacer layer, even if the lattice defects and impurities contained in the InAlGaAs barrier layer 9 cannot be completely removed by RTA, these defects are not removed. Becomes a non-radiative recombination center, and the probability that carriers injected into the active layer are captured is reduced, and a decrease in luminous efficiency in the quantum well layer can be prevented. The InP layer 3 is formed by RTA.
0 and the InAlGaAs barrier layer 9, even if there is interdiffusion of a group V element or intrusion of a defect contained in the InAlGaAs barrier layer 9 into the InP layer 30.
The influence on the quantum well layer 8 is reduced, and a decrease in the optical characteristics of the InAsP quantum well layer 8 can be prevented. Unnecessarily increasing the thickness of the InP layer 30 may have a structure that prevents holes from being injected into the quantum well layer. Therefore, the spacer layer (InP layer 30) should be as thin as possible. desirable.

【００２７】次に、本発明の別の実施の形態として、結
晶成長によって形成される半導体基板のうち最上表面層
がＡｓのみをＶ族元素として含む場合について説明す
る。Next, as another embodiment of the present invention, a case where the uppermost surface layer of a semiconductor substrate formed by crystal growth contains only As as a group V element will be described.

【００２８】上述の図１(a)に示す工程において、結晶
成長されたＲＴＡ処理前の半導体レーザ基板の最上表面
層を、例えばＩｎＧａＡｓのようにＡｓのみをＶ族元素
として含む混晶とする。図２に示すような活性層を有す
る半導体レーザの場合、最上表面層は、ここで説明する
ようにＩｎＧａＡｓコンタクト層とするほか、ＩｎＧａ
ＡｓＰコンタクト層とする場合、あるいは、コンタクト
層が酸化、汚染等により劣化するのを防ぐためコンタク
ト層上にＩｎＰ等を成長する場合などが考えられる。半
導体レーザとしての機能発現上の観点から半導体レーザ
基板の最上層がＰを含む混晶となる場合、さらに、その
上に、Ｖ族元素としてＡｓのみを含む混晶を成長させる
ようにすることができる。このとき、ＲＴＡ時に半導体
レーザ基板にかぶせる基板としては、ＧａＡｓ基板を用
いるようにする。ＲＴＡ時には瞬間的に半導体レーザ基
板が高温になるため、Ｐ、Ａｓ等のＶ族元素の蒸発によ
る半導体レーザ基板表面の劣化が問題となる。これを防
ぐため、上述したように、ＲＴＡ時にＩｎＰ基板やＧａ
Ａｓ基板を半導体レーザ基板上にかぶせるが、Ｐは非常
に蒸発しやすいため、ＲＴＡによりＩｎドロップレット
などの表面欠陥が現れやすい。Ａｓは、Ｐに比べ蒸発速
度が遅いため、表面劣化を抑制することができる。そこ
でここでは、最上表面層にはＶ族元素としてＡｓのみが
含まれるようにするとともに、ＧａＡｓ基板をかぶせて
ＲＴＡを行うようにする。ＲＴＡ後、Ｖ族元素としてＡ
ｓのみを含む混晶である最上表面層がその後の半導体レ
ーザ作製の工程において不要な場合には、エッチングに
より最上表面層を除去すればよい。例えばその最上表面
層がＩｎＧａＡｓ層の場合、硫酸系やリン酸系のエッチ
ャント等を用いたウェットエッチングにより、除去する
ことが可能である。In the step shown in FIG. 1A, the uppermost surface layer of the crystal-grown semiconductor laser substrate before the RTA process is made of a mixed crystal containing only As as a group V element, such as InGaAs. In the case of a semiconductor laser having an active layer as shown in FIG. 2, the top surface layer is an InGaAs contact layer as described herein,
A case where the contact layer is formed as an AsP contact layer, or a case where InP or the like is grown on the contact layer in order to prevent the contact layer from being deteriorated due to oxidation, contamination, and the like are considered. In the case where the uppermost layer of the semiconductor laser substrate is a mixed crystal containing P from the viewpoint of expressing the function as a semiconductor laser, it is preferable to further grow a mixed crystal containing only As as a group V element thereon. it can. At this time, a GaAs substrate is used as a substrate to be covered on the semiconductor laser substrate during RTA. At the time of RTA, the temperature of the semiconductor laser substrate becomes instantaneously high, so that there is a problem that the surface of the semiconductor laser substrate is deteriorated due to evaporation of a V group element such as P and As. To prevent this, as described above, the InP substrate or the Ga
Although an As substrate is placed over the semiconductor laser substrate, P is very likely to evaporate, and surface defects such as In droplets are likely to appear due to RTA. Since As has a lower evaporation rate than P, surface deterioration can be suppressed. Therefore, here, the uppermost surface layer is made to contain only As as a group V element, and is covered with a GaAs substrate to perform RTA. After RTA, A
If the uppermost surface layer, which is a mixed crystal containing only s, is unnecessary in the subsequent semiconductor laser fabrication process, the uppermost surface layer may be removed by etching. For example, when the uppermost surface layer is an InGaAs layer, it can be removed by wet etching using a sulfuric acid-based or phosphoric acid-based etchant.

【００２９】[0029]

【実施例】本発明について、実施例によりさらに詳しく
説明する。EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to Examples.

【００３０】《実施例１》図４は実施例１で製造される
半導体レーザの構成を示す模式断面図である。この半導
体レーザは、図２に示す半導体レーザと同様の構成のも
のであって、ＳｎドープＩｎＰ単結晶基板１４の一方の
表面上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層１５、ｎ型Ｉｎ_0.52Ａ
ｌ_0.48Ａｓ光導波路層１６、多重量子井戸からなる活性
層１７及びｐ型Ｉｎ_0.52Ａｌ_0.48Ａｓ光導波路層１８が
この順で積層し、ｐ型Ｉｎ_0.52Ａｌ _0.48Ａｓ光導波路層
１８上には、リッジ状に形成されたｐ型ＩｎＰクラッド
層１９、ｐ型Ｉｎ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓコンタクト層２０及
びｐ型電極２２がこの順で設けられている。またＳｎド
ープＩｎＰ単結晶基板１４の他方の表面には、ｎ型電極
２１が形成されている。活性層１７は、７周期のＩｎＡ
ｓ_0.45Ｐ_0.55量子井戸層２３とＩｎ_0.375(Ａｌ_0.6Ｇａ
_0.4)_0.625Ａｓバリア層２４から形成されている。ここ
で、ＩｎＡｓ_0.45Ｐ_0.55量子井戸層２３はＩｎＰに対し
圧縮歪を持ち、Ｉｎ_0.375(Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4)_0.625Ａｓバ
リア層２４はＩｎＰに対し引張歪を持っており、歪補償
量子井戸となるように設計されている。これらの半導体
積層構造を、ガスソースＭＢＥ法により結晶成長した
（図１(a)の工程）。活性層１７の領域の成長時の基板
温度は、４６０℃とした。従来の成長方法によりＩｎＡ
ｌＧａＡｓバリア層を成長する場合には、良好な結晶を
得るためには基板温度は５２０℃以上が望ましいが、本
実施例においてはバリア層と量子井戸層との間のＡｓ及
びＰの相互拡散を抑制するために、基板温度を４６０℃
と下げて結晶成長を行った。このように低温での結晶成
長により形成した半導体基板に対し、次に、ＩｎＰ基板
をキャップとしてかぶせ、フラッシュランプアニール法
により窒素雰囲気中で６５０℃で１０秒間のＲＴＡを行
った（図１(b)の工程）。<< Embodiment 1 >> FIG. 4 is manufactured in Embodiment 1.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor laser. This semi
The body laser has the same configuration as the semiconductor laser shown in FIG.
And one of the Sn-doped InP single crystal substrates 14
On the surface, an n-type InP cladding layer 15 and an n-type InP_0.52A
l_0.48Activity composed of As optical waveguide layer 16 and multiple quantum wells
Layer 17 and p-type In_0.52Al_0.48As optical waveguide layer 18
Laminated in this order, p-type In_0.52Al _0.48As optical waveguide layer
18 is a p-type InP clad formed in a ridge shape.
Layer 19, p-type In_0.53Ga_0.47As contact layer 20 and
And a p-type electrode 22 are provided in this order. Also Sn
On the other surface of the InP single crystal substrate 14, an n-type electrode
21 are formed. The active layer 17 is composed of seven periods of InA.
s_0.45P_0.55Quantum well layer 23 and In_0.375(Al_0.6Ga
_0.4)_0.625The As barrier layer 24 is formed. here
And InAs_0.45P_0.55The quantum well layer 23 is
With compression strain, In_0.375(Al_0.6Ga_0.4)_0.625Asba
The rear layer 24 has a tensile strain with respect to InP, so that the strain is compensated.
It is designed to be a quantum well. These semiconductors
The laminated structure was crystal-grown by gas source MBE.
(Step of FIG. 1A). Substrate at the time of growing the region of the active layer 17
The temperature was 460 ° C. InA by conventional growth method
When growing an lGaAs barrier layer, a good crystal
The substrate temperature is preferably 520 ° C or higher to obtain
In the embodiment, As and As between the barrier layer and the quantum well layer are used.
In order to suppress the interdiffusion of P and P,
And crystal growth was performed. Crystal formation at such low temperatures
Next to the InP substrate,
As a cap, flash lamp annealing method
RTA at 650 ° C for 10 seconds in a nitrogen atmosphere
(Step of FIG. 1B).

【００３１】図５に、本実施例により作製した半導体基
板と、従来の製造方法に基づいて作製した半導体基板の
フォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルを示してい
る。従来の製造方法による半導体基板は、本実施例の半
導体基板と同一の構成であるが、ＩｎＡｌＧａＡｓバリ
ア層を基板温度５２０℃で成長させ、かつ、ＲＴＡを実
施しなかった点で異なっている。図５に示されるよう
に、本実施例による半導体基板からは、従来の方法によ
る半導体基板よりも２５倍強いＰＬ発光ピーク強度が得
られており、本実施例の半導体基板では結晶の光学特性
が大きく改善されていることが分かる。ＩｎＡｌＧａＡ
ｓバリア層を５２０℃で成長した基板についても、結晶
成長後にＲＴＡを行うことによりＰＬ発光強度増大が観
察されたが、発光強度増大の程度は小さかった。また、
本実施例において、Ｉｎ_0.375(Ａｌ_{0. 6}Ｇａ_0.4)_0.625Ａ
ｓバリア層２４の成長時の基板温度を４６０℃とした場
合、その後のＲＴＡによって、非常に大きなＰＬ発光強
度増大が観察された。FIG. 5 shows photoluminescence (PL) spectra of the semiconductor substrate manufactured according to the present embodiment and a semiconductor substrate manufactured according to a conventional manufacturing method. The semiconductor substrate according to the conventional manufacturing method has the same configuration as that of the semiconductor substrate of the present embodiment, but differs in that an InAlGaAs barrier layer is grown at a substrate temperature of 520 ° C. and RTA is not performed. As shown in FIG. 5, the semiconductor substrate according to the present embodiment has a PL emission peak intensity that is 25 times stronger than the semiconductor substrate according to the conventional method, and the semiconductor substrate according to the present embodiment has optical characteristics of crystal. It can be seen that it is greatly improved. InAlGaAs
For the substrate on which the s barrier layer was grown at 520 ° C., an increase in PL emission intensity was observed by performing RTA after crystal growth, but the degree of increase in emission intensity was small. Also,
In the present _{embodiment, In 0.375 (Al 0. 6 Ga} 0.4) 0.625 A
When the substrate temperature during the growth of the s-barrier layer 24 was 460 ° C., a very large increase in PL emission intensity was observed by RTA thereafter.

【００３２】結局、本発明の製造方法を用いることによ
り、ＩｎＡｓＰ量子井戸層とＩｎＡｌＧａＡｓバリア層
とのヘテロ界面が急峻で、かつＩｎＡｌＧａＡｓバリア
層の結晶性が良好で欠陥の少ない、量子井戸構造が実現
できたためと考えられる。After all, by using the manufacturing method of the present invention, a quantum well structure in which the heterointerface between the InAsP quantum well layer and the InAlGaAs barrier layer is steep, the crystallinity of the InAlGaAs barrier layer is good, and the number of defects is small, is realized. Probably because it was done.

【００３３】ＲＴＡでの加熱時間は、長すぎるとヘテロ
界面においてＶ族元素やドーパントの拡散を促進し、結
晶性の劣化を引き起こす可能性があるため、１０秒とし
たが、３０秒まで加熱時間を長くした場合でも、ＰＬ強
度に及ぼす効果は変化しなかった。また、ＲＴＡでの加
熱温度を６５０℃よりも高くした場合には、ＰＬ強度は
それほど変わらないものの、半値幅の増大やピークのシ
フトが観察され、結晶性が劣化した可能性を示唆されて
いる。よって、図２に示す構造の半導体レーザにおいて
は、６５０℃１０秒間のＲＴＡが最適な条件と考えられ
る。The heating time in the RTA is set to 10 seconds, since if it is too long, the diffusion of the group V element and the dopant may be promoted at the hetero interface and the crystallinity may be degraded. Did not change the effect on PL intensity. When the heating temperature at RTA was higher than 650 ° C., although the PL intensity did not change much, an increase in the half width and a shift in the peak were observed, suggesting that the crystallinity may have deteriorated. . Therefore, in the semiconductor laser having the structure shown in FIG. 2, RTA at 650 ° C. for 10 seconds is considered to be the optimal condition.

【００３４】図６は、本実施例により作製されたＩｎＡ
ｓ_0.45Ｐ_0.55量子井戸層２３及びＩｎ_0.375(Ａｌ_0.6Ｇ
ａ_0.4)_0.625Ａｓバリア層２４からなる量子井戸構造の
断面構造（図６(a)）及びそのバンド構造（図６(b)）を
示している。この構造においては、伝導帯のバンド不連
続値ΔＥ_cが大きくとれると考えられるため、高温でも
電子の閉じこめがよくなり高温度特性が期待される。上
述したように、この構造の実現は、本発明の製造方法を
用いなければ困難である。FIG. 6 shows InA fabricated according to this embodiment.
s _0.45 P _0.55 quantum well layer 23 and In _0.375 (Al _0.6 G
a _0.4 ) _0.625 The sectional structure of the quantum well structure composed of the As barrier layer 24 (FIG. _6A ) and the band structure thereof (FIG. 6B) are shown. In this structure, it is considered that the band discontinuity value ΔE _c of the conduction band can be large, so that the confinement of electrons is improved even at high temperatures, and high temperature characteristics are expected. As described above, realization of this structure is difficult without using the manufacturing method of the present invention.

【００３５】《実施例２》実施例１と同様の構造である
が、図３に示すのと同様に、ＩｎＡｓ_0.45Ｐ_0.55量子井
戸層２３とＩｎＡｌＧａＡｓバリア層２４との間にスペ
ーサ層として２原子層（０.６ｎｍ）のＩｎＰ層３０を
挿入してある点で異なっている半導体基板を実施例１と
同様の方法で作製し、そのＰＬスペクトルを測定した。
その結果、スペーサ層としてのＩｎＰ層３０を挿入しな
いものに比べ、ＰＬ発光強度は１０倍程度増大する効果
が得られた。これは、ＲＴＡによりＩｎＡｌＧａＡｓバ
リア層の欠陥は大きく減少し結晶性は向上しているもの
の、結晶性は完全ではないが、ＩｎＰ層３０を挿入して
バリア層と量子井戸層との間の距離を確保することによ
って、ＲＴＡで除去し切れていない欠陥に基づく非発光
再結合の確率を低く抑えることができた効果によるもの
であると考えられる。また、スペーサ層であるＩｎＰ層
の存在は、ＲＴＡ時におけるＩｎＡｓＰ量子井戸層とＩ
ｎＡｌＧａＡｓバリア層との間でのＶ族元素の相互拡散
や、ＩｎＡｌＧａＡｓバリア層中の欠陥のＩｎＡｓＰ量
子井戸層への侵入を抑制し、井戸層の光学特性の低下を
防ぐ効果をもたらす可能性もある。Embodiment 2 The structure is the same as that of Embodiment 1, except that two atoms are formed as a spacer layer between the InAs _0.45 P _0.55 quantum well layer 23 and the InAlGaAs barrier layer 24 as shown in FIG. A semiconductor substrate different in that an InP layer 30 of a layer (0.6 nm) was inserted was prepared in the same manner as in Example 1, and its PL spectrum was measured.
As a result, the effect of increasing the PL emission intensity by about 10 times compared to the case where the InP layer 30 as the spacer layer was not inserted was obtained. This is because although the defects in the InAlGaAs barrier layer are greatly reduced by RTA and the crystallinity is improved, the crystallinity is not perfect, but the distance between the barrier layer and the quantum well layer is increased by inserting the InP layer 30. This is considered to be due to the effect that the probability of non-radiative recombination based on defects that have not been completely removed by RTA can be suppressed by securing. In addition, the presence of the InP layer serving as the spacer layer depends on the InAsP quantum well layer and the I
There is a possibility that the effect of suppressing the interdiffusion of the group V element with the nAlGaAs barrier layer and the intrusion of defects in the InAlGaAs barrier layer into the InAsP quantum well layer and preventing the optical characteristics of the well layer from deteriorating can be brought about. .

【００３６】このようにこの実施例２の構造において量
子井戸層とバリア層間にＩｎＰ層を挟み込んだ場合、図
３に示すように、バリア層と井戸層との間に価電子帯の
バンド構造での高い障壁３１ができ、これが正孔の量子
井戸層への注入の妨げになる可能性があると考えられる
が、本実施例のようにＩｎＰ層厚が５〜６原子層（１.
５〜１.８ｎｍ）程度以下であれば、注入効率の大きな
低下はないと考えられる。As described above, when the InP layer is interposed between the quantum well layer and the barrier layer in the structure of the second embodiment, a valence band band structure is formed between the barrier layer and the well layer as shown in FIG. It is considered that there is a possibility that the barrier 31 having a high InP thickness may hinder the injection of holes into the quantum well layer. However, as shown in this embodiment, the InP layer has a thickness of 5 to 6 atomic layers (1.
If it is about 5 to 1.8 nm or less, it is considered that the injection efficiency does not significantly decrease.

【００３７】この実施例２により作製した半導体基板を
用いて、図２に示すようなリッジストライプ構造の半導
体レーザを図１の工程により作製した。レーザの発振波
長は１.３μｍで、発振閾電流密度は１０００Ａ／ｃｍ²
が得られ、本実施例のような量子井戸構造においても、
実用的な半導体レーザが作製可能であることが確認され
た。実施例１及び２での量子井戸構造は、伝導帯でのバ
ンド不連続値が大きいと考えられ、高温領域での温度特
性が期待されるが、本発明の製造方法によってこの量子
井戸構造を有する半導体レーザを実現することができ
た。また、実施例２と同様の構造であって、ＲＴＡを省
いた工程により作製したリッジストライプ型の半導体レ
ーザにおいては、発振閾電流密度は３２００Ａ／ｃｍ²
であり、ＲＴＡの効果が大きく、本発明の製造方法が有
効であることが示された。Using the semiconductor substrate manufactured in Example 2, a semiconductor laser having a ridge stripe structure as shown in FIG. 2 was manufactured by the process shown in FIG. The oscillation wavelength of the laser is 1.3 μm and the oscillation threshold current density is 1000 A / cm ²
Is obtained, and in the quantum well structure as in the present embodiment,
It has been confirmed that a practical semiconductor laser can be manufactured. The quantum well structures in Examples 1 and 2 are considered to have a large band discontinuity value in the conduction band, and are expected to have temperature characteristics in a high-temperature region. However, the quantum well structure has the quantum well structure according to the manufacturing method of the present invention. A semiconductor laser was realized. Also, in the ridge stripe type semiconductor laser having the same structure as that of the second embodiment and manufactured by the process omitting the RTA, the oscillation threshold current density is 3200 A / cm ^2.
This indicates that the effect of RTA is large and that the production method of the present invention is effective.

【００３８】《実施例３》図７(a)〜(e)は、実施例３で
の半導体レーザの製造方法の各工程を順を追って示す断
面図である。ここでの工程が図１に示した工程と異なる
ところは、結晶成長（図７(a)）の工程において、ｐ型
ＩｎＧａＡｓコンタクト層７の上に、さらに、ＩｎＰキ
ャップ層３３とＩｎ_0.52Ａｌ_0.48Ａｓ層３４を成長させ
る点である。結晶成長の後、ＲＴＡ（図７(b)）とリッ
ジストライプの形成（図７(c)）は図１に示すものと同
様に行われるが、図７(d)に示す電極形成工程の直前
に、Ｉｎ_{0 .52}Ａｌ_0.48Ａｓ層３４とＩｎＰキャップ層３
３は、それぞれ、硫酸系エッチャント及び塩酸エッチャ
ントを用いて、エッチングにより除去される。ここで
は、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層７上に成長されたＩ
ｎＰキャップ層３３は、電極形成前にコンタクト層が酸
化、汚染され、電極との接触抵抗が悪化するのを防ぐた
めの層である。Third Embodiment FIGS. 7A to 7E are cross-sectional views showing the steps of a method for manufacturing a semiconductor laser according to a third embodiment in order. The difference between this step and the step shown in FIG. 1 is that, in the step of crystal growth (FIG. 7A), an InP cap layer 33 and an In _0.52 Al _{0.48 are} further formed on the p-type InGaAs contact layer 7. The point is that the As layer 34 is grown. After crystal growth, RTA (FIG. 7 (b)) and ridge stripe formation (FIG. 7 (c)) are performed in the same manner as that shown in FIG. 1, but immediately before the electrode forming step shown in FIG. 7 (d). a, in _{0 .52} Al _0.48 as layer 34 and the InP cap layer 3
3 are removed by etching using a sulfuric acid-based etchant and a hydrochloric acid etchant, respectively. Here, the I grown on the p-type InGaAs contact layer 7 is
The nP cap layer 33 is a layer for preventing the contact layer from being oxidized and contaminated before the electrode is formed, thereby preventing the contact resistance with the electrode from being deteriorated.

【００３９】本実施例は、ＩｎＰキャップ層３３上にさ
らにＩｎ_0.52Ａｌ_0.48Ａｓ層３４を成長していることを
特徴とする。ここでＩｎ_0.52Ａｌ_0.48Ａｓ層３４は、Ｖ
族元素としてＡｓのみを含む混晶である。そして、図７
(b)におけるＲＴＡの工程では、キャップとしてＧａＡ
ｓ基板３６を半導体レーザ基板１０上にかぶせ、フラッ
シュランプアニール法によるＲＴＡを実施している。The present embodiment is characterized in that an In _0.52 Al _0.48 As layer 34 is further grown on the InP cap layer 33. Here, the In _0.52 Al _0.48 As layer 34
It is a mixed crystal containing only As as a group element. And FIG.
In the step of RTA in FIG.
The s-substrate 36 is placed over the semiconductor laser substrate 10, and RTA is performed by flash lamp annealing.

【００４０】半導体基板の最上表面層がＩｎＰ層であっ
てＲＴＡ時に半導体基板にＩｎＰ基板をキャップとして
かぶせた場合（実施例１,２）と、この実施例３のよう
に最上表面層がＩｎＡｌＡｓ層であってＲＴＡ時にＧａ
Ａｓ基板をキャップとした場合とで、ＲＴＡにより発生
したＩｎドロップレッドなどの表面欠陥の密度を比較し
た。その結果、最上表面層がＩｎＰ層の場合では、欠陥
密度約１５００／ｃｍ ²程度であったが、本実施例のよ
うに表面層にＡｓのみをＶ族元素として含む混晶を用い
た場合では、ほとんど欠陥は見られなかった。このよう
に、ＲＴＡ時における最上表面層がＡｓのみをＶ族元素
として含む混晶となるように、半導体基板を結晶成長す
ることにより、ＲＴＡによる表面構造の劣化を防ぐこと
ができる。The top surface layer of the semiconductor substrate is an InP layer.
Using InP substrate as a cap for semiconductor substrate during RTA
In the case of covering (Examples 1 and 2),
The top surface layer is an InAlAs layer, and Ga
Generated by RTA when As substrate is used as a cap
The density of surface defects such as In drop red
Was. As a result, when the top surface layer is an InP layer,
Density about 1500 / cm ^TwoIt was about
A mixed crystal containing only As as a group V element is used for the surface layer.
, No defects were found. like this
In addition, only the top surface layer at the time of RTA
The semiconductor substrate is grown so that the mixed crystal contains
To prevent deterioration of surface structure due to RTA
Can be.

【００４１】[0041]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、Ａｌを含
む混晶層を有するとともにＶ族元素が異なるヘテロ界面
を有する量子井戸構造を活性層として用いた半導体レー
ザにおいて、Ａｌを含む混晶層を低基板温度での結晶成
長によって形成し、結晶成長後にラピッド・サーマル・
アニーリング（ＲＴＡ）を実行することにより、ヘテロ
界面の組成変化が急峻で、かつＡｌを含む混晶層におい
て欠陥が少なく、結晶性が良好な、すなわち光学特性の
よい、量子井戸活性層が得られるという効果がある。こ
れによって、Ａｌを含む混晶層を用いる場合でも、ヘテ
ロ界面でいわゆるＶ族切替がないように構造を設計する
必要がなくなり、広範囲の構造の半導体レーザの製造が
可能となる。As described above, the present invention relates to a semiconductor laser using a quantum well structure having a hetero-interface having a hetero-interface with a different group V element as an active layer. The layer is formed by crystal growth at low substrate temperature, followed by rapid thermal
By performing the annealing (RTA), it is possible to obtain a quantum well active layer in which the compositional change at the heterointerface is sharp and the mixed crystal layer containing Al has few defects and good crystallinity, that is, good optical characteristics. This has the effect. As a result, even when a mixed crystal layer containing Al is used, it is not necessary to design the structure so that there is no so-called group V switching at the heterointerface, and a semiconductor laser having a wide range of structure can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】(a)〜(e)は、本発明の半導体レーザの製造方法
の実施の一形態での各工程を順を追って示す断面図であ
る。FIGS. 1 (a) to 1 (e) are cross-sectional views sequentially showing steps in an embodiment of a semiconductor laser manufacturing method according to the present invention.

【図２】本発明の半導体レーザの製造方法が適用可能な
半導体レーザの構造の一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a structure of a semiconductor laser to which a method of manufacturing a semiconductor laser according to the present invention can be applied.

【図３】量子井戸層とバリア層との間にスペーサ層を有
する量子井戸構造を説明する図であって、(a)は断面構
造を模式的に示す図、(b)はバンド構造を示す図であ
る。3A and 3B are diagrams illustrating a quantum well structure having a spacer layer between a quantum well layer and a barrier layer, wherein FIG. 3A schematically illustrates a cross-sectional structure, and FIG. 3B illustrates a band structure. FIG.

【図４】実施例１によって製造される半導体レーザの構
造を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor laser manufactured according to the first embodiment.

【図５】実施例１による半導体レーザ基板と従来の製造
方法による半導体レーザ基板のフォトルミネッセンス
（ＰＬ）スペクトルを示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing photoluminescence (PL) spectra of the semiconductor laser substrate according to Example 1 and a semiconductor laser substrate manufactured by a conventional manufacturing method.

【図６】実施例１での半導体レーザの量子井戸構造を説
明する図であって、(a)は断面構造を模式的に示す図、
(b)はバンド構造を示す図である。6A and 6B are diagrams illustrating a quantum well structure of the semiconductor laser according to the first embodiment, in which FIG. 6A is a diagram schematically illustrating a cross-sectional structure;
(b) is a diagram showing a band structure.

【図７】(a)〜(e)は、実施例３での半導体レーザの製造
方法の各工程を順を追って示す断面図である。FIGS. 7A to 7E are cross-sectional views sequentially illustrating each step of a method for manufacturing a semiconductor laser according to a third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ｎ型ＩｎＰ単結晶基板 ２,１５ ｎ型ＩｎＰクラッド層 ３ ｎ型ＩｎＡｌＡｓ光導波路層 ４ 多重量子井戸活性層 ５ ｐ型ＩｎＡｌＡｓ光導波路層 ６,１９ ｐ型ＩｎＰクラッド層 ７ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ８ ＩｎＡｓＰ量子井戸層 ９ ＩｎＡｌＧａＡｓバリア層 １０ ＩｎＰ基板 １１ 半導体レーザ基板 １２,２２ ｐ型電極 １３,２１ ｎ型電極 １４ ＳｎドープＩｎＰ単結晶基板 １６ ｎ型Ｉｎ_0.52Ａｌ_0.48Ａｓ光導波路層 １７ 活性層 １８ ｐ型Ｉｎ_0.52Ａｌ_0.48Ａｓ光導波路層 ２０ ｐ型Ｉｎ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓコンタクト層 ２３ ＩｎＡｓ_0.45Ｐ_0.55量子井戸層 ２４ Ｉｎ_0.375(Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4)_0.625Ａｓバリア層 ３０ ＩｎＰスペーサ層 ３１ 価電子帯でのバンド障壁 ３２ ＩｎＧａＡｓコンタクト層 ３３ ＩｎＰキャップ層 ３４ ＩｎＡｌＡｓ層 ３５ ＧａＡｓ基板Reference Signs List 1 n-type InP single crystal substrate 2,15 n-type InP cladding layer 3 n-type InAlAs optical waveguide layer 4 multiple quantum well active layer 5 p-type InAlAs optical waveguide layer 6,19 p-type InP cladding layer 7 p-type InGaAs contact layer 8 InAsP quantum well layer 9 InAlGaAs barrier layer 10 InP substrate 11 semiconductor laser substrate 12,22 p-type electrode 13,21 n-type electrode 14 Sn-doped InP single crystal substrate 16 n-type In _0.52 Al _0.48 As optical waveguide layer 17 active layer 18 p Type In _0.52 Al _0.48 As optical waveguide layer 20 p-type In _0.53 Ga _0.47 As contact layer 23 InAs _0.45 P _0.55 quantum well layer 24 In _0.375 (Al _0.6 Ga _0.4 ) _0.625 As barrier layer 30 InP spacer layer 31 in valence band Band barrier 32 InGaAs contact layer 33 InP cap layer 34 InA As layer 35 GaAs substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−283478（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−326408（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−269886（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−215084（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−13703（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−86695（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−84170（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−162495（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−83770（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−17739（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−121839（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01S 3/18 H01L 21/205 H01L 33/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-7-283478 (JP, A) JP-A-6-326408 (JP, A) JP-A-4-269886 (JP, A) JP-A-1- 215084 (JP, A) JP-A-6-13703 (JP, A) JP-A-7-86695 (JP, A) JP-A-10-84170 (JP, A) JP-A-9-162495 (JP, A) JP-A-8-83770 (JP, A) JP-A-8-17739 (JP, A) JP-A-5-121839 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁶ , DB name) H01S 3/18 H01L 21/205 H01L 33/00

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 基板上に、バリア層及び量子井戸層を積
層した量子井戸構造を活性層として有し、前記バリア層
と前記量子井戸層とがＶ族元素として相互に異なる元素
を用いた混晶層によって形成され、かつ前記バリア層及
び前記量子井戸層の少なくとも一方がＡｌを含む混晶層
で形成された半導体レーザの製造方法において、 前記バリア層と前記量子井戸層との間の良好なヘテロ界
面が得られる程度の低基板温度で、前記Ａｌを含む混晶
層の結晶成長を実行し、 その後、前記結晶成長が行われた基板に対してラピッド
・サーマル・アニーリングを実施することを特徴とす
る、半導体レーザの製造方法。An active layer has a quantum well structure in which a barrier layer and a quantum well layer are stacked on a substrate, and the barrier layer and the quantum well layer are mixed using different elements as Group V elements. A method of manufacturing a semiconductor laser formed of a crystal layer and at least one of the barrier layer and the quantum well layer is formed of a mixed crystal layer containing Al. Crystal growth of the mixed crystal layer containing Al is performed at a substrate temperature low enough to obtain a hetero interface, and then rapid thermal annealing is performed on the substrate on which the crystal growth has been performed. A method for manufacturing a semiconductor laser. 【請求項２】 基板としてＩｎＰ基板を使用し、前記低
基板温度が５００℃以下の温度であり、前記活性層の温
度が６００℃以上となるラピッド・サーマル・アニーリ
ングを実行する請求項１に記載の半導体レーザの製造方
法。2. The method according to claim 1, wherein an InP substrate is used as the substrate, wherein the low substrate temperature is lower than 500 ° C. and the temperature of the active layer is higher than 600 ° C. for performing rapid thermal annealing. Semiconductor laser manufacturing method. 【請求項３】 前記Ａｌを含む混晶層の結晶成長が、４
４０℃以上４８０℃以下の基板温度で行われる請求項１
または２に記載の半導体レーザの製造方法。3. The method according to claim 1, wherein the crystal growth of the mixed crystal layer containing Al is 4%.
2. The method according to claim 1, wherein the heating is performed at a substrate temperature of 40 to 480.degree.
Or a method for manufacturing a semiconductor laser according to item 2. 【請求項４】 前記活性層の温度を６００℃以上７００
℃以下とするラピッド・サーマル・アニーリングを実行
する請求項１または２に記載の半導体レーザの製造方
法。4. The method according to claim 1, wherein the temperature of the active layer is not lower than 600.degree.
3. The method of manufacturing a semiconductor laser according to claim 1, wherein rapid thermal annealing is performed at a temperature of not more than ℃. 【請求項５】 前記各混晶層を結晶成長で形成するとと
もに、結晶成長による最上表面層を、ＡｓのみをＶ族元
素として含む混晶で形成する、請求項１乃至４いずれか
１項に記載の半導体レーザの製造方法。5. The method according to claim 1, wherein each of the mixed crystal layers is formed by crystal growth, and the uppermost surface layer formed by crystal growth is formed of a mixed crystal containing only As as a Group V element. The manufacturing method of the semiconductor laser according to the above. 【請求項６】 前記結晶成長が行われた基板上に、Ｇａ
Ａｓ基板を載置し、その状態でフラッシュランプからの
光を前記ＧａＡｓ基板を介して前記活性層に照射するこ
とにより、ラピッド・サーマル・アニーリングが実行さ
れる請求項５に記載の半導体レーザの製造方法。6. On the substrate on which the crystal growth has been performed, Ga
6. The semiconductor laser according to claim 5, wherein a rapid thermal annealing is performed by mounting an As substrate and irradiating the active layer with light from a flash lamp through the GaAs substrate in that state. Method. 【請求項７】 前記結晶成長が行われた基板上に、Ｇａ
Ａｓ基板またはＩｎＰ基板を載置し、その状態でフラッ
シュランプからの光を前記ＧａＡｓ基板または前記Ｉｎ
Ｐ基板を介して前記活性層に照射することにより、ラピ
ッド・サーマル・アニーリングが実行される請求項１乃
至４いずれか１項に記載の半導体レーザの製造方法。7. On the substrate on which the crystal growth has been performed, Ga
An As substrate or an InP substrate is placed, and in that state, light from a flash lamp is transmitted to the GaAs substrate or the InP substrate.
5. The method of manufacturing a semiconductor laser according to claim 1, wherein rapid thermal annealing is performed by irradiating the active layer through a P substrate. 6. 【請求項８】 前記量子井戸構造が、ＩｎＡｓＰ量子井
戸層及びＩｎＡｌＧａＡｓバリア層からなる請求項１乃
至７いずれか１項に記載の半導体レーザの製造方法。8. The method according to claim 1, wherein the quantum well structure comprises an InAsP quantum well layer and an InAlGaAs barrier layer. 【請求項９】 前記量子井戸構造において、前記バリア
層がＡｌを含む混晶からなり、かつ前記量子井戸層と前
記バリア層との間にスペーサ層が形成されている請求項
１乃至８いずれか１項に記載の半導体レーザの製造方
法。9. The quantum well structure according to claim 1, wherein the barrier layer is made of a mixed crystal containing Al, and a spacer layer is formed between the quantum well layer and the barrier layer. 2. The method for manufacturing a semiconductor laser according to claim 1.