JPS6151890A - 埋込み型半導体レ−ザの製造方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体レーザの製造方法に係わり、特に量子井
戸（１・１漬の活性層を持つ埋込み型半導体レーザの￥
Ｉ造方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点） ロチ井戸１１’１迄を用いた半導体レーリ′は、発振波
長の短波長１ヒ及び発振効率の高効・（ｅ化に有効なこ
とが知られている。■子井戸１１４迄とは、所謂ダブル
へテロ１７４３告の活性層を結晶中におけるキャリヤの
物質波波Ｈｆ’１度以下に薄く形成してエネルギーの８
子（ヒを起こさせる構造である。

以下、ＧａＡｐＡＳ系のω子月戸構造を例として説明を
行う。一般に、■子井戸（１°１１造は高温故買や不純
物導入によって無秩序化し、等側屈折率が周辺バリ１フ
層どの平均的な値となることが知られている。この持’
６１を利用して第８図に示すような埋込み１１へ光が実
現されている。ここで、８１はｐ−ＧａＡＳ以１反、８
２　ｆｔ　ｌ）　−Ｇ　ｒ」八ｆｆｉ　Ａ　Ｓ　ｉコよ
る光学的なりラッド層、８３はバリ〜１層及び井戸層を
含むｆｉｌ子川戸用性層、８４はｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　Ｉ
　Ａ　Ｓによる光学的なりラッドｆｆｌ、８５はｎ−Ｇ
ａ１〜Ｓオーミック］ンタクｌ一層である。量子井戸層
活性８３は、ＧＪ］ΔｆｌＡｓバリヤ層ど（、’、”＋
　ａ　Ａ　Ｓ若しくはＡｆｆの少’！ｊいＧａＡｆｆｉ
Ａｓ井′Ｐｂ’！ｉとで形成され、ここではｈ）了Ｙ［
戸届を複数開始べた多重最子井戸構造としている。図中
８３を複数線で表示してぃるのはこのことを示している
。また、図中８６の領域はＺｎを拡散したｐ聖母１域で
あり、８６と８３の車な−）ている町１１或（ユ先（こ
ｊホペ１．：Ｉｌ！（（（大洋１ヒした領域、つＪ、り
埋込み領域である。これにより、光学的には８２．８４
のクラッド層及び８３゜８６の市なった無臥序化領域に
よって閉込めか実現される。

次に、この（１”４造において電流も閉込め可能なこと
を説明する。この情１造のｐｎ接合は、前記した内容か
ら８４と８６及び８３の接触している領域に形成される
ことが判る。ところが、ω子井戸活性層８３に接したｐ
ｎ接合と、ＱａＡｆｆｉＡＳクラッド層８４のｐｎ接合
には比較的明瞭な拡散型（ひの差がある。それは、Ａｆ
ｉの含有量によって異なるものであるが、通常用いられ
るＳｆｌ成では０．２〜０．３　［ｅＶ］程度である。

そのため、この（を造においては層抵抗とこの拡散型（
を差を考慮して、８　ｌｌからε３６及び８４から埋込
まれｌζ８３／＼の流入電流比を決定することができる
。この比を１８度に設定ずれば、使用する電流レベルで
の電流閉込め母を決定でさるらのである。、、Ｌ！、：
、この構造において８５の（，２ａＡ　Ｓオーミック−
１ンタクト層が８６のｆ電１ｊム戊（、二１ノンしてい
ないのは、Ｏａ　Ａ　５層（こ形成されろｌ）　ｎ　ｌ
と合の拡散電位がＧ　；、Ｉ　Ａ　Ｎ　Ａ　５層のもの
より１（いために無効電流を増加させる可能性かあるか
らである。なお、この無すノ電流は８１゜８２をｎ型或
いは８６をｎ型のらのにすることで略無視できるしので
あるが、逆に１３１．８２をｎ型とするか或いは８６を
ｎ型にすると、８６が８１に達してはならない制限が加
［）ってくる。このように第８図に示した構造は、）ヒ
及び電流の閉込めを可能にするちのである。

しかしながら、このような従来のレーザにあっては次の
ような欠点があった。

まず、第１には埋込み幅の制御１′［と云う点である。

第８図の従来（２１ｊでは約２［μｍ７１　］以上の拡
散によってＺｎの１１１人を行っているが、これは不純
物拡散としてはかなり深い拡散を（ｊうことになる。

通常、不純物拡散はその名の通り縦方向だけでなく横方
向へも空間的な拡がりをもっている。そのため、ａ　ｌ
ｌの上面から不純物拡散マスクを用いて拡散を１１って
も、そのマスク幅通りの幅で拡散が行われず、マスク幅
より狭い幅で埋込みが行ゎ−れることになる。また、そ
の拡散プロファイルは第８図に示ツように上（拡散源）
側で狭く下（拡散方向）側で広い埋込みになる。そして
、拡散の深さが深い程その子が大きくなる。このため、
拡散による埋込み幅は必然的な限界があり、更に上側で
の幅かオーミックコンタクト抵抗に影響づ−るため、あ
る程度の幅を必要とし、それによって更に埋込み幅の制
限加わる。これによって、時には埋込み導波路としての
単−横モード条］牛を満足できない場合がある。、Ｊ：
だ深い拡散を行うため、周囲　・条件（マスク状態、不
純物源状態、拡散１度変動等）による所謂異常拡１１（
（マスク下の拡ｊ１に進行。

拡散速度の異ｎ；゛笠）かしばしば起り再現性に乏しい
。

この点を改」する方法としては、イオンインブランテー
シ」ン法を導入する方法がある。イオンインプランテー
ション（イオン注入）法では、埋込み幅が略マスク幅に
近い饋と＜１つ、また不純物導入の深さｂ装置の加速電
圧でａｌｌｌ　０１１できる等の利点がある。しかしな
がら、イオンインプランテーションでは深い不純物導入
のために大ぎな加速電圧を必要とし、またそれによって
不純物が大きなエネルギーで結晶に面突するため結晶が
しばしば破壊されるという欠点があり好Ｊ、シくない。

第２に電流閉込め上の問題がある。これは、前記した埋
込み幅の制御に関連し、ＩＩＩＩＩえば第８図の構造で
は埋込み幅を十分狭くケるＪ、うにとると、８５と８６
が１ヰ触して無効電流が増加したり、８５の幅が狭くな
りずぎてオーミックコンタク１−の抵抗が増大したりす
る。また、８１．８２をｎ型、８４．ｆ＋５をｐ型とし
たＩｊ、ｊ造では拡散深さを８１に達しないようにしな
（プｈは＜７らず、拡散プロファイルの関係から埋込み
幅庖七分狭くできないことや、拡散源さの制ｕ１１性か
ら１１１現性に乏しい。

このように（、″Ｌ宋構漬におい−Ｃは、深い不純物導
入を行うため、ｌＦｊ作技術及び重工１２性の点で問題
が生じやずいという欠点があった。Ｊ、た、拡散深さを
浅くづるためε３／ｌのフラノ１一層を薄くづるという
手法か占えられるが、こ１ｔは発禁的１ｑ性を劣化さぼ
る可１ｉｌｉ性かあり好Ｊニジいしので（ユな゛い。

〔発明の］」的〕

木５１明の目的は、■子月戸（ｌｌ、Ｈ造のＪｌ（（秩
序化による埋込みの１１１歌を生かし、■つ埋込み幅の
１１１１ねＪｌ性が高く再現１生を高めることのでさ・
る埋込ｙ）型半導体レーザの製造方法を提１ハすること
にある。

〔発明の概要） 本発明の針子は、量子井戸活性層に対Ｊ−る不鈍物尋人
を１次元的に行い、拡散深さを浅くして再現性の向上を
はかることにある。

即ち本発明は、ｕ子井戸活性１工を持つ埋込み型半導体
レーダ”の！ｙ１造方法にＪ５いて、第１導電型半導体
基板上に第１８電をクラット口、第１若しくは第２導電
型或いはｐ　＋）接合を含む量子井戸活性層、第２唇電
型クラツド層の少なくとも３層を順次、情晶成氏したの
ら、前記量子井戸活性層Ｊ：り深く前記第１尋電型クラ
ツド層中に停止する深さのメサを形成し１次いで上記メ
サの底部において前記半η（寸、１．ｉ　ｌｌに達しな
い深さＣ不）ｊＩ！物ｆ１２；散を（１うようにした万
（〕Ｊである。

ここで、１・：１１ｎ　’Ｉｂｔ　尋人として蛋１ｒｌ
ｉ　する如く第１図（Ｃ）に示！１状態で行え（Ｊ、ｉ
Ｊｉ　ｆｉ１層に対する不伸物導入はシｊｉどが横方向
のみの１次元的なものであることか刊ろＵそして、その
不１１Ｇ　ｉ’／ｌ　ｔＪ人深さは無秩序化に」；る埋
込みクラッド領１１虎の厚さく約１μｍ程１見）Ｃ′十
分であり、比較的浅い不＜１ｃ物２９人で良いことにな
る。このため、約２［μｍ］以上の深い拡散を２次元的
に行う従来の方法に比して制御性及び再現性が高い。

また、この（Ｉ１１成では１１．１２をｎ型、１４゜１
５をｐ　ＩＶどしているため、ｐｎ　ｌｆ１合は１２の
ＧａＡｆｌＡＳクラッド層及び不純物導入層１７の接合
部にある。このため、ＧａＡＳオーミックコンタクｈ　
ｌ＆　１５が不純物導入層１７と接触しても無効電流は
増加しない。さらに、１２及び１７の接合での拡ｉｉ′
１．電（）′Ｌが量子井戸イｉ！ｉ性ｈ’ｉ　１３と１
０の接合での拡１ｉ１ｉ　’ｔ（ｉ　Ｉｒ１Ｊ：りも多
いため６１来構造と同様な電流閉込めが可能である。本
発明では前記したように不４．ｌ１４物導入ｊＥｒｙさ
が比較的浅くても良いため、このような：轟１成を再現
性良く（９ることができるものである。

〔発明の効果〕

Ａ（発明によれは、ｄ子月戸活性層に対する不純物拡散
を１次元的に行うことができるので、埋込み幅の制御性
が高くまた再現性の高い埋込み型半導体レー→ノーをｉ
４Ｉることができる。また、オーミックコンタクト層が
不純物導入層と接してもよいので、第２図に示した１１
が成を用いることが容易になり、オーミックコンタクト
抵抗の低減にも有効である。

（発明の実施例〕 以下、本発明の詳細を図示の実施例に」：つで説明する
。

第１図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の第１の実施例方法に係
りる連込み型半８（４Ｃレーザの製造工程を示ず断面図
、第２図は上記工程に」：り作製ざ１ｔた半導１ホレー
リーのｊｌｉ略］１１−造を示す断面図である。まず、
第１図（ａ　）に示Ｊ°如＜　ｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　
ｐ板１１上にＩ］−（’−ｒ　Ｌｌ　ｎ−，４△之。、
４．ｌＡＳり・２ｔド層１２゜■子井戸活１！１．　Ｉ
Ｊ　１３　、　ｌ）　−Ｇ　ａ、、、、、、／＼（２ｏ
、、、ＡＳクラッドｌ１Ｊ１１１及びｌ）　−Ｇ　ａ　
Ａ　Ｓオーミンクコンタクト層１５を１６品成長し、そ
の上に７４トレジス１−１６を形成した。ここで、各１
１４ｊ１２、〜．１５の構成はクラ・ｌド１ヒｉ１２は
厚さが２．５〜３．０［１１ｍ　］　、　話性１＋Ｊ　
１３はｎ型又１．１１’、）　型で例えば１５０［人］
のＧａ　　Ａｆｆｉ　　△〔５バリヤｕと８０［人１の
Ｇｉし＼ｓＩ暫によるＪ、を戸１０を５〜１０層を成長
させたしの、クラッド層１４　ｉＪ：厚さが１．５〜２
．０［μｕｔ］、オーミック″、１ンククト層１５は厚
さがＱ、　５−１　、０　［μｍ１とした。

次いて、第１図（ｂ）に示す如く、レジスト１６をマス
クとしてクラッド層１２に達するメサエッチングを行っ
た。この状態で、第１図（Ｃ）に示す如＜１〕型不８１
ｕ物導入を行つ（不純物導入層１７を形成した。ここで
、不純１１Ｉｌ力人は６４５［’Ｃ］の拡ｉｉ′１．炉
中で約３０分の７１１拡散を行ない、約１［μＩＩＬ　
コ稈庶の拡散深さを１１１にとができる。

この拡Ｉｌｌ深さでは■子１１戸活性層１３に対しては
（黄方向からのみＺｎ拡散か起こり、イｕ方向の拡散は
殆ど無ンＪ１でさろ。また、理込み幅はメ）Ｊ−の幅か
ら１広ｆｉ２２ざの２１８の１直を差し引いた１直ど＜
Ｔる。１．ｔって、埋込み幅（Ｚｎり波計−１・のカッ
１〜オフ条（にトを目安どして決定力１ｔば良く、約１
．５〜２、○［μＩｒＬ］程石とずれは良い。つまり、
これからメサの幅としでは晶子１１戸活性ｌＬ・ｊ１３
の領域で３．５〜ｌｌ　、　ＯＣｔ１ｍコどＪ゛れは良
イコとになる。

また、ぞの深さはｎ型ＧａＡｊ２ＡＳクラッド届１２を
２〜２．５［μｒ／Ｌ］残り程＋ｘ　トｔ　：ｉｔば良
い。

これ以降は１選択電流注入を行うための栖縁膜１８（例
えば５１０２．３０００人）を設け、さらにｎ側及びｎ
側のそれぞれに電（徂金症１９゜２０を設けることにＪ
：って、第２図に示ず如き埋込み型下尋１１、レーザが
完成することになる。なお、型面金属としては１例えば
ｎ側にＣｒＡＬｌ、ｎ側にへＵＧｅ／！Ｚ用いればよい
。

かくして木実前例方法によれば、第１図（Ｃ）に示す如
くメ１ナエツチンクを１１つた状態で不純物拡散を行っ
ているので、不純物拡散が横方向のみの１次元的１ノ「
る。しかし、不ｆト１１！物導入の深さ（ユ無秩序化に
Ｊ、る埋込みクラノＩ’！ｒｌ域の厚さ程度（約１ｆｌ
Ｉｎ）０１分である。このため、２［＃’、ｍ］以上の
Ｈ，？い眩１１シを２次元的に１１っ（１来方法に比し
て、制御（」枝０・山川１１を著しく向１さけ−ること
ができる。

第３１２１は−（’Ｊ　５’ｌ明の第２の実施Ｉｋｌｌ
　ｌｊ法に係わる埋込み型下ｉｊ４　Ｉｔ、レーク゛の
１１λ略ｌ！！造をホラ断面図てあり、１１η記り′１
２図に示した構造にお１］る１８緑膜をスピンコーティ
ングによって形成したものである。

ここで、絶打；　ＩＩＵ　３８としては、１シ１えはポ
リイミド系高分子を用いた。この実施例の１！１徴は、
メサ部をスピンコーティングによって埋込み、素子面を
平坦化できることである。平坦化によって素子の取り扱
い及び後玉（？を容易にすることが可能になる。

第４図（ａ）へ−（ｄ＞は本発明の第３の実施例方法に
係わる埋込み型半導体レーク“の装造工程を示す断面図
、第５図は上記工程にＪ：り作製された半導体レーザの
！ｌλ略（１４造を示ＴｌＵｉ面図である。この実施例
が先の第１の実施例と異なる点は、前°記メサ部の埋込
みのためのｌ’８　ＨＶ　膜の代りにｎ型若しくは半絶
縁性のＧａＡｆｆＡｓを用いることにある。

即ち、前記第１図（ａ）に示ず工程で、第４図＜ａ）に
示Ｊ如くレシス１〜１６を形成する萌に埋込み結晶成長
のためのマスク材料膜（例えばＳ　ｔ　３　Ｎ　４１１
Ａ　２０００人）　４１　ｔ’ＡＱ＋−Ｊり。）欠イテ
、第４図（ｂ）に承り“如くレジスト１６及びマスク材
料膜４１のエツチング、ざらに結晶成長層のメ１ナエッ
チングを行い、Ｉ／”（いて同図（Ｃ）に示ザ如くレジ
スト１Ｇを除去し前記マスク材４′］１膜４１を残した
まま不ｉｎ物】９人を行った。次いで、第４図（ｄ）に
示ず如くメサ部の埋込み結晶成長を行い、理込み層４２
を形成した。メサ部の埋込み結晶成長はｎを又は半紙ｉ
、性どなるにう、〜１Ｏ−ＣＶＤ法又は：Ｉ＆　’！Ｉ
Ｆ成長法等の手法を用いて？１えば良い。

この後、マスク（イ利膜４゛１を除去し電（か１９゜２
０を取り（・」りことにＪ：って第５図に示ザ如き半導
体レーク“が完成Ｔることになる。

この構造では、メサの側面より外側がｎ−ｐ−ｎの電！
Ｉ！Ｅ閉込め（１°１′１造となっているため、大電流
でも有効に電’ＩＡＥ閉込めを行うこと７ノクできる。

これにより大出力半ｊ、ｌｌ　ｋレーザとし−この応用
も可能となる。

なお、本発明は上）ホした各実／ｌ１ｌｉ則方法に限定
されるものでＩ：Ｌ　／、＝い。例えば、第′１の実施
例の変形例として第Ｇ　＋；＋に示ザ如くメサ゛の両側
にざらにメサを設けて素子の支（１を設けた（１“−１
造としたり、第３の実Ｍｉ例の変形例として第７図に示
す如くメサの形状を逆メサ状としても差支えイＣい。ま
た、本発明の実施１ウリではＧａＡｆｆｉＡＳ系、１４
料について述べているがこ１目ま曲の材料についＣも応
用可能であることはＴくうまでもないことである。さら
に、不純物導入についてその材料と手法の例としてＺｎ
の拡散について述べているが、Ｓの拡散やＳｉ又はｂの
イＡ゛ン注入にＪ：るＩ〕仏でも本発明の目的が達けら
れるものである。要り”るに本発明は、その要旨な）≦
’２１１Ｒシない範囲で種ノ／度形して実施することが
でさろ。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ｅ＋　）−（Ｃ）は本発明１／）第１の実施例
方法に係わる理込み型下ｉＭ　（イ、レーリーの製造工
程を示す断面図、：４ｉ２図は上記工程（こ」、って作
製された半導体レーリーのｂλ路１．１．ｉ造を示！Ｊ
　１ｌｉｉ面図、第３図は第２の実施例方法に係わる半
導１ホレーザの直轄（装造を示す断面図、第４図（ａ）
−（ｄ）は第３の実施例方法に（糸わる半導（７）＼レ
ーりの装造工程を示す断面図、第５図は上記工ｆ？にｊ
−って作製された半導体レーザのＢぼ略崩造を示Ｕ’　
１ｉｌｉ面図、第６図及び′；Ａ７図は変形例を説明す
るための断面図、第８図（は従来の埋込み型半導体レー
リ“の概略構造を示す断面図である。 １１−ｎ−ＧａＡＳｌ仮、１２　・・ｎ　−ＧａＡＱΔ
Ｓクランド層、１３・・・１１ｊ−井戸活性層、１４・
・・ρ−ＧａＡβＡＳクラットｊ１“す、１５・・・ｐ
−ＧａＡＳＪ−ミツクコンククトム°９，１６・・・フ
ォトレジスト、］７・・・不純物導入層、１８．３８・
・・５ｉ０２膜（、ｔ８縁１１采）、１９．２０・・電
（Φ、４１・・・５ｉ３Ｎ４１１（Ｊ（マスク材月膜）
、４２・・・埋込み層。 第１　口 第２図 第３０ 第４　図 第５図 第６　皿 ｑ 第７　口 第８　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１導電型半導体基板上に第１導電型クラッド層、第１
   若しくは第２導電型或いはｐｎ接合を含む量子井戸活性
   層、第２導電型クラッド層の少なくとも３層を順次結晶
   成長する工程と、上記量子井戸活性層より深く前記第１
   導電型クラッド層中に停止する深さのメサを形成する工
   程と、上記メサの底部において前記半導体基板に達しな
   い深さで不純物拡散を行う工程とを含むことを特徴とす
   る埋込み型半導体レーザの製造方法。