JP3523432B2 - 半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents
半導体レーザ装置の製造方法Info
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Description
どに用いられる半導体レーザ装置の製造方法に関する。
導波型半導体レーザ装置においては、近年高性能化への
要求が高まっており、しきい値電流低減のためのリッジ
幅挟化や低屈折率埋め込み層を用いた実屈折率導波構造
を実現するためそれぞれプロセス技術が提案されてい
る。そこで以下に、リッジ導波型半導体レーザ装置の一
般的な製造方法について説明する。
ザ装置の断面図を示す。この半導体レーザ装置は、n型
GaAs基板21上に、n型AlGaAs第1クラッド
層22、AlGaAs活性層23、p型AlGaAs第
2クラッド層24が形成されている。p型AlGaAs
第2クラッド層24上にはp型AlGaAs第3クラッ
ド層25がメサストライプ状凸型に形成され、p型Al
GaAs第2クラッド層24上のp型AlGaAs第3
クラッド層25両外側には、p型AlGaAs第3クラ
ッド層25より低屈折率のn型AlGaAs電流阻止層
26が形成されている。さらにその上には、p型GaA
sコンタクト層27が形成されている。
ついて、第1の従来の半導体レーザ装置の作製方法を図
3に示す。まず、第1回目の結晶成長により、n型Ga
As基板21の(100)主面上にn型AlGaAs第
1クラッド層22、AlGaAs活性層23、p型Al
GaAs第2クラッド層24およびp型AlGaAs第
3クラッド層25を順次積層する。ここまでの工程の断
面図を図3(a)に示す。
用いてp型AlGaAs第3クラッド層25上に絶縁膜
マスク30を形成し、公知のエッチング技術を用いてp
型AlGaAs第3クラッド層25をメサストライプ状
凸型となる形状にエッチングする。このとき、エッチン
グ方法としては半導体結晶に欠陥などを導入しない方法
としてウェットエッチングが適用され、エッチング溶液
としては硫酸系水溶液やフッ化水素酸水溶液などが用い
られる。ここまでの工程の断面図を図3(b)に示す。
lGaAs第2クラッド層24上のp型AlGaAs第
3クラッド層25両外側にn型AlGaAs電流阻止層
26を形成する。n型AlGaAs電流阻止層26は、
p型AlGaAs第2、第3クラッド層24、25での
光の閉じ込めを高効率に行うため、p型AlGaAs第
3クラッド層25より低屈折率の高Al混晶比のAlG
aAs層が用いられる。またこのとき、いわゆる選択成
長により絶縁膜マスク30上には結晶成長されず、n型
AlGaAs電流阻止層26はリッジ状のp型AlGa
As第3クラッド層25両側のみを埋めるように積層さ
れる。ここまでの工程の断面図を図2(c)に示す。
回目の結晶成長により、基板全面にp型GaAsコンタ
クト層27を形成する。以上により図2(d)に示す半
導体レーザ装置が完成する。
製工程を図4に示す。まず、第1回目の結晶成長によ
り、n型GaAs基板41(100)主面上にn型Al
GaAs第1クラッド層42、AlGaAs活性層4
3、p型AlGaAs第2クラッド層44を順次積層し
た後、基板全面に絶縁膜マスク45を形成する。ここま
での工程の断面図を図4(a)に示す。
基板41(100)主面上の[0−1−1]方向に平行
にしてストライプ状に除去する。ここまでの工程の断面
図を図4(b)に示す。
回目の結晶成長によってp型AlGaAs第3クラッド
層46およびp型GaAsコンタクト層47を順次積層
する。このとき、成長に伴ってリッジ側面には(11
1)B結晶面が形成され、リッジは三角形状に成長す
る。ここまでの工程での断面図を図4(c)に示す。
回目の結晶成長により、基板全面にn型AlGaAs電
流阻止層48及びp型GaAsコンタクト層49を形成
する。ここまでの工程の断面図を図4(d)に示す。以
上により半導体レーザ装置が完成する。
を図5に示す。第2の従来の半導体レーザ装置の製造工
程と同様にまず第1回目の結晶成長により、n型GaA
s基板51の(100)主面上にn型AlGaAs第1
クラッド層52、AlGaAs活性層53、p型AlG
aAs第2クラッド層54を順次積層した後、n型Ga
As基板全面に第1の絶縁膜マスク55を形成する。こ
こまでの工程の断面図を図5(a)に示す。
1(100)主面上の[01−1]方向に平行になるよ
うに、ストライプ状に除去する。ここまでの工程の断面
図を図5(b)に示す。
に、第2回目の結晶成長によってp型AlGaAs第3
クラッド層56およびp型GaAsコンタクト層57を
順次積層する。このとき、リッジは逆台形状となる。こ
こまでの工程の断面図を図5(c)に示す。
面に積層し、リッジ上部以外の絶縁膜マスク55、58
をフォトリソグラフィ法を用いて除去する。ここまでの
工程の断面図を図5(d)に示す。
ジ両外側にn型AlGaAs電流阻止層59およびp型
GaAsコンタクト層60を順次積層する。ここまでの
工程の断面図を図5(e)に示す。以上により半導体レ
ーザ装置が完成する。
半導体レーザ装置の製造方法には以下のような問題点が
ある。まず、第1の従来の半導体レーザ装置の製造方法
においては、p型AlGaAs第3クラッド層をエッチ
ングすることによってリッジを形成しているため、光導
波路および電流通路として重要なリッジ幅の制御が困難
となる。クラッド層材料であるAlGaAsは3元系化
合物半導体で組成比のばらつきなどがあり、一方、エッ
チャントである硫酸系水溶液やフッ化水素酸水溶液は、
そのエッチング速度や形状がAl混晶比に大きく依存す
るため、エッチング時間によるリッジ幅制御ではウェハ
面内で大きなばらつきを生じ、これがしきい値電流など
レーザの特性が不均一になる原因となる。従って、1枚
のウエハから複数の半導体レーザ素子を作製する際の歩
留まりが低下することになる。
は、リッジ幅は絶縁膜マスクの加工精度に依存し、第1
の従来の半導体レーザ装置にくらべてリッジ幅の精度お
よび均一性は向上する。ところが、リッジ形状が三角形
になるためリッジ幅の狭化を行うことに伴って、リッジ
高さの制限が生じてしまい、リッジ幅の狭化に伴ってG
aAsコンタクト層と活性層との距離が短くなり、Ga
Asコンタクト層での光吸収による損失が生じる。また
電流注入部となるリッジ上方ほどリッジ幅が狭くなるた
め、素子抵抗が高くなるといった不都合が生じる。
においては、リッジ形状が逆台形となるのでリッジ高さ
の制限はないが、第3回目の結晶成長の際に必要となる
第2の絶縁膜マスク形成時のプロセスによってリッジ側
面が汚染され、そのため成長不良や特性不良を生じる可
能性がある。
装置においては、狭いリッジ幅を精度良く均一に形成す
ることは困難であった。本発明は、このような従来の半
導体レーザ装置の作製技術の課題を解決したものであ
り、狭いリッジ幅を精度良く均一に形成できる半導体レ
ーザ装置の製造方法を提供することを目的とする。
に第1導電型の第1クラッド層、活性層、第2導電型の
第2クラッド層、エピガイド層を順次形成する工程と、
前記エピガイド層の1部をエッチングして逆台形のスト
ライプ状溝部を形成する工程と、前記ストライプ状溝部
を埋めて第2クラッド層上に第2導電型の第3クラッド
層を積層する工程と、前記エピガイド層を除去する工程
と、前記第3クラッド層の両側部に電流阻止層を形成す
る工程と、を少なくとも有することを特徴とする。
ラッド層、活性層、第2導電型の第2クラッド層、エピ
ガイド層、第1の絶縁膜を順次形成する工程と、前記第
1の絶縁膜の1部をストライプ状に除去する工程と、前
記第1の絶縁膜をマスクとして前記エピガイド層の1部
をエッチングして逆台形のストライプ状溝部を形成する
工程と、前記ストライプ状溝部を埋めて第2クラッド層
上に第2導電型の第3クラッド層及び第1のコンタクト
層を順次積層する工程と、前記第1のコンタクト層上に
第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜及び
エピガイド層を除去する工程と、前記第3クラッド層の
両側部に電流阻止層を形成する工程と、前記電流阻止層
の上に第2のコンタクト層を形成する工程と、を少なく
とも有することを特徴とする。
GaAs化合物半導体であり、前記エピガイド層はGa
As化合物半導体であることを特徴とする。
図面を参照しながら説明する。尚、本発明は以下の実施
の形態に限定されるものではない。
程の各段階における断面図を示す。まずMOCVD法を
用いた第1回目の結晶成長により、n型GaAs基板1
01上に、厚み0.5μmのn型GaAsバッファ層1
02、厚み1.0μmのn型Al0.5Ga0.5As第1ク
ラッド層103、厚み0.08μmのAl0.14Ga0.86
As活性層104、厚み0.25μmのp型Al0.5G
a0.5As第2クラッド層105、厚み0.003μm
のp型GaAs第1エッチングストップ層106、厚み
0.01μmのp型Al0.6Ga0.4As第2エッチング
ストップ層107および厚み2.0μmのGaAsエピ
ガイド層108を順次積層する。その後、GaAsエピ
ガイド層108上に、スパッタリング法などの公知の技
術を用いて絶縁膜であるSiNX膜109を形成する。
以上の工程までに作製された半導体レーザ装置の工程断
面図を図1(a)に示す。
いてレジストマスク110を形成し、バッファードフッ
化水素酸水溶液を用いてSiNX膜109をウエットエ
ッチングする。このとき、SiNX膜109はn型Ga
As基板101の(100)主面上の[01−1]方向
に平行で、幅約2μmのストライプ状にエッチングす
る。以上の工程までに作製された半導体レーザ装置を図
1(b)に示す。
p型Al0.6Ga0.4As第2エッチングストップ層10
7を順次エッチング除去して逆台形のストライプ状溝部
111を形成する。まず、GaAsのエッチングレート
がAlGaAsのエッチングレートよりも十分大きなエ
ッチング溶液、例えばアンモニア水溶液と過酸化水素水
の混合液により、GaAsエピガイド層108のみを選
択的にエッチング除去する。このとき、異方性エッチン
グによりGaAsエピガイド層108のエッチング側面
には(111)A面が露出し、この面は(100)エッ
チング底面より54.7°で傾斜する。従ってSiNX
膜109を除去した溝部の幅及びエッチング溶液のGa
Asエッチングレートより、所望のリッジ下部の幅に対
応するエッチング時間が導出される。本実施の形態にお
いては所望のリッジ下部の幅を1μmとするようエッチ
ング条件を設定した。次いでAlGaAsのエッチング
レートがGaAsのエッチングレートよりも十分大きな
エッチング溶液、例えばフッ水素酸水溶液により、p型
Al0.6Ga0.4As第2エッチングストップ層107の
みを選択的にエッチング除去する。
スク110によって被覆されているため、エッチングさ
れない。以上の工程までに作製された半導体レーザ装置
の断面図を図1(c)に示す。
OCVD法を用いた2回目の結晶成長により、厚み1.
0μmのp型Al0.5Ga0.5As第3クラッド層112
およびp型GaAsコンタクト層113を順次積層す
る。このとき、いわゆる選択成長によってSiNX膜1
09上には結晶が成長しないため、p型Al0.5Ga0.5
As第3クラッド層112およびp型GaAsコンタク
ト層113はストライプ状溝部111内部にのみ成長
し、その形状はストライプ状溝部111と同形になる。
従ってリッジの形状はp型AlGaAsのAl混晶比分
布などによらずウェハ内で均一なものとなる。ここで、
p型Al0.5Ga0.5As第3クラッド層112の上に連
続してp型GaAsコンタクト層113を積層するの
は、p型Al0.5Ga0.5As第3クラッド層112がA
lを含む層であるので、p型Al0.5Ga0.5As第3ク
ラッド層112を酸素を含む雰囲気にさらすと酸化され
ることによって、再成長の際にそこから結晶欠陥等の問
題を防ぐためである。以上までに作製された半導体レー
ザ装置の断面図を図1(d)に示す。
sコンタクト層113上全面に再度SINX膜114を
堆積した後、フォトリソグラフィ技術を用いてレジスト
マスク115を形成し、SiNX膜をp型GaAsコン
タクト層上部のみ残しエッチング除去する。このとき、
リッジ側面はGaAsエピガイド層108によって被覆
されているため、SiNX膜を形成するプロセスによっ
て汚染されることはない。以上までの工程の半導体レー
ザ素子の断面図を図1(e)に示す。
p型Al0.6Ga0.4As第2エッチングストップ層10
7の残部を順次エッチング除去して逆台形のストライプ
状リッジ部116を露出させる。エッチング溶液などの
条件はストライプ状溝部を形成する場合と同じである。
以上までの工程の半導体レーザ素子の断面図を図1
(f)に示す。
OCVD法を用いた3回目の結晶成長により、厚み0.
6μmのn型Al0.7Ga0.3As電流阻止層117およ
び厚み1.4μmのp型GaAsコンタクト層118を
順次積層する。このときも、いわゆる選択成長によって
SiNX膜114上には結晶が成長しないため、n型A
l0.7Ga0.3As電流阻止層117およびp型GaAs
コンタクト層118はストライプ状リッジ部116の両
外側のみを埋め込むように成長させる。以上までの工程
の半導体レーザ素子の断面図を図1(g)に示す。ここ
では、p型GaAsコンタクト層113とp型GaAs
コンタクト層118との間に境界線を引いているが、特
にp型GaAsコンタクト層113とp型GaAsコン
タクト層118との間が明確に区別されるとは限らな
い。
GaAs基板101底面とp型GaAsコンタクト層1
13、118上面に電極を形成する。以上により、半導
体レーザ装置が完成する。
て、それぞれ前述した第1〜第3の従来の半導体レーザ
装置の作製方法でリッジを形成したこと以外は、本実施
形態と全く同様にして半導体レーザ装置を作製した。本
実施の形態および比較例1〜3の半導体レーザ装置につ
いて、劈開および端面コーティングの各プロセスを同一
条件で行った後、発光素子用ステムに実装した。これら
に対してDC駆動による光出力5mWでの特性評価、お
よび80℃で1000時間の寿命試験としてエージング
歩留まりの試験を行った結果を下表に示す。
半導体レーザ装置の製造方法は、従来の半導体レーザ装
置の比較例1〜3のいずれの製造方法と比較しても、素
子特性、歩留りおよび寿命が大きく改善されている。
ラッド層105上にGaAsエピガイド層108を設
け、GaAsエピガイド層108にストライプ状溝部を
形成した後ストライプ状溝部111の内部にリッジ構造
を形成する。GaAsは2元系の化合物半導体であるた
め、3元系混晶であるAlGaAsに比べてウェハ内で
の結晶品質は均一である。また、エッチャントの選定に
よりエッチングの異方性やAlGaAsとの選択性を制
御することが可能であるため、その加工精度や均一性も
AlGaAsクラッド層をエッチングする場合に比べて
格段に向上する。
ライプの方向をn型GaAs基板(100)主面上の
[01−1]方向に平行に形成し、エピガイド層をAl
GaAs第3クラッド層112とGaAsコンタクト層
113の層厚の和に等しい厚みに成長することにより任
意の高さに制御することができる。
いても発生する汚染の問題も、絶縁膜マスク形成時には
リッジ側面はGaAsエピガイド層108で被覆されて
いるため、汚染による成長不良やこれに起因する特性不
良を防止する上で有利である。 また、本実施の形態で
は、GaAs系半導体レーザ装置について説明したが他
にAlGaInP系半導体レーザ装置でも構わない。
ッド層上にエピガイド層を設け、エピガイド層にストラ
イプ状溝部を形成した後ストライプ状溝部内部にリッジ
構造を形成するため、リッジ幅の加工精度や均一性もク
ラッド層を加工する場合に比べて格段に向上する。
ジストライプの方向を半導体結晶基板主面上の特定の方
向に形成し、エピガイド層を第3クラッド層とコンタク
ト層の層厚の和に等しい厚みに成長することによりリッ
ジ底面の幅によらず、任意のリッジ高さに制御すること
ができる。これによってコンタクト層での光吸収による
損失や、リッジ上部の幅が狭くなることによる素子の高
低抗化も生じない。また、絶縁膜マスク形成時のプロセ
スにおいても、リッジ側面はエピガイド層で被覆されて
いるため、汚染による成長不良やこれに起因する特性不
良を防止することが出来る。
一性に優れた材料からなるGaAs化合物半導体であ
り、エピガイド層を形成することによりAlを含む層の
表面の酸化等による結晶欠陥の発生の問題を抑制するこ
とができる。
ける各工程の断面図である。
面図である。
ける各工程の断面図である。
ける各工程の断面図である。
ける各工程の断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体基板上に第1導電型の第1クラッ
ド層、活性層、第2導電型の第2クラッド層、エピガイ
ド層を順次形成する工程と、 前記エピガイド層の1部をエッチングして逆台形のスト
ライプ状溝部を形成する工程と、 前記ストライプ状溝部を埋めて第2クラッド層上に第2
導電型の第3クラッド層を積層する工程と、 前記エピガイド層を除去する工程と、 前記第3クラッド層の両側部に電流阻止層を形成する工
程と、を少なくとも有することを特徴とする半導体レー
ザ装置の製造方法。 - 【請求項2】 半導体基板上に第1導電型の第1クラッ
ド層、活性層、第2導電型の第2クラッド層、エピガイ
ド層、第1の絶縁膜を順次形成する工程と、 前記第1の絶縁膜の1部をストライプ状に除去する工程
と、 前記第1の絶縁膜をマスクとして前記エピガイド層の1
部をエッチングして逆台形のストライプ状溝部を形成す
る工程と、 前記ストライプ状溝部を埋めて第2クラッド層上に第2
導電型の第3クラッド層及び第1のコンタクト層を順次
積層する工程と、 前記第1のコンタクト層上に第2の絶縁膜を形成する工
程と、 前記第1の絶縁膜及びエピガイド層を除去する工程と、 前記第3クラッド層の両側部に電流阻止層を形成する工
程と、 前記電流阻止層の上に第2のコンタクト層を形成する工
程を少なくとも有することを特徴とする半導体レーザ装
置の製造方法。 - 【請求項3】 前記第2及び第3クラッド層はAlGa
As化合物半導体であり、前記エピガイド層はGaAs
化合物半導体であることを特徴とする請求項2に記載の
半導体レーザ装置の製造方法。
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JP31719696A JP3523432B2 (ja) | 1996-11-28 | 1996-11-28 | 半導体レーザ装置の製造方法 |
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JP31719696A JP3523432B2 (ja) | 1996-11-28 | 1996-11-28 | 半導体レーザ装置の製造方法 |
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JPH10163560A JPH10163560A (ja) | 1998-06-19 |
JP3523432B2 true JP3523432B2 (ja) | 2004-04-26 |
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- 1996-11-28 JP JP31719696A patent/JP3523432B2/ja not_active Expired - Fee Related
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