JPH03131083A - 半導体レーザ装置の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は素子端部で光吸収の少ない、いわゆる窓構造
の半導体レーザ装置の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は例えば特願平１−９０２９号に示された従来の
半導体レーザ装置の構造を示す図であり、第３図（ａ）
は斜視構造図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）の図中Ａ−
Ａ　’の断面における断面図である。

第４図はこの半導体レーザ装置の製造工程を示す図であ
り、特に第３図（ａ）中の素子内部について示したもの
である。

第５図は従来の半導体レーザ装置の不良例を示したもの
である。

第３図において、１はｎ型ＧａＡｓからなる基板である
。ｎ型Ａｊ２ＧａＡｓからなる下側クラッド層２は基板
１上に配置され、ＧａＡｓからなる活性層３は下側クラ
ッド層２上に配置され、ｎ型Ａｊ！ＧａＡｓからなる第
１上側クラッド層４は活性Ｎ３上に配置され、Ｐ型Ａｉ
、ＧａＡｓからなる第２上側クラッド層５は第１上側ク
ラッド層４上に配置される。電流通路を形成するための
ストライプ状溝１１が設けられたｎ型ＧａＡｓからなる
電流阻止層６は第２上側クラッド層５上に配置され、Ｐ
型ＡｆＧａＡｓからなる第３上側クラッド層７は電流阻
止層６上及びストライプ状溝１１部に露出した第２上側
クラッド層５上に配置され、Ｐ型ＧａＡｓからなるコン
タクト層８は第３上側クラッド層７上に配置される。金
属電極９，１０は基板１の裏面及びコンタクト層８上に
それぞれ設けられている。１２はＰ型ドライブイン拡散
領域、１３は窓構造領域を示す、また、第４図において
、１４はＺｎ拡散領域、１５は絶縁膜、１６はストライ
プ状開口を有するレジストマスクである。

次に第４図（ａ）〜（ｄ）に沿って従来の半導体レーザ
装置の製造工程について説明する。

（ａ）　　第１回目の結晶成長工程として、有機金属気
相成長法（Ｍ　ＯＣＶ　Ｄ　、　Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎ
ｉｃ　ＣｈｅｍｉｃａＩ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ）あるいは分子線エピタキシー　（Ｍ　Ｂ　Ｅ、
　Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ）等
の気相結晶成長法を用いて、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に下
側クラッド層２から電流阻止層６までを形成する。

次に拡散防止マスクとして用いる絶縁膜１５を電流阻止
層６の表面に形成する。この絶縁膜としてはＺｎ拡散を
防止できるものであれば何でも用いることができるが、
例えば熱ＣＶＤで形成したＳｉ、Ｎ、膜を用いることが
できる。この絶縁膜１５に写真製版の手法を用いた選択
エツチングによって破線状のストライプ開口を形成し、
この開口より、電流阻止層内にＺｎを拡散する。拡散の
手段としては、気相拡散、固相拡散等のどのような方法
でも用いることができるが、この実施例では、最も一般
的に行われている気相拡散を用いている。

即ち、ウェハを砒化亜鉛（ＺｎＡｓｔ）と共に石英アン
プル内に真空封入し、例えば７００°Ｃに加熱してアン
プル内で蒸発したＺｎをウェハに拡散させる。このとき
、Ｚｎ１度は温度によって決定され、約Ｉ　Ｘ　１０　
”Ｃ１１−’という高濃度となる。ところでこのような
高濃度領域がレーザ共振器内にあると、フリーキャリア
吸収に起因する光損失のために特性が著しく劣化する。

従って活性層に形成するＰ壁領域はもっと濃度を低くす
る必要があり、かつ高濃度領域を除去することが望まし
い。

（ｂ）　　活性層に低濃度Ｐ壁領域を形成するために、
次にＺｎのドライブイン拡散（押込み拡散）を行う、即
ち、ＺｎＡｓ、と供に封入したアンプルからウェハを一
旦取り出し、今度は砒素（Ａｓ）のみと供に新しい石英
アンプル内にウェハを真空封入し、例えば約９００°Ｃ
に加熱する。この工程によって高濃度Ｐ壁領域１４から
、Ｚｎが周辺に拡散して拡がり、低濃度（ＩＸＩＯ”〜
ｌＸｌ０１９Ｃ１１−”程度）Ｐ壁領域１２が活性層３
に到達するように形成される。なお、Ａｓは９００°Ｃ
という高温加熱時に、ＧａＡｓ表面が分解しないように
ＡＳの蒸発気圧をかけるために封入している。

（Ｃ）　　次に、電流通路を規定し、かつ横方向の導波
機構を与えるストライプ状の溝１１を、高濃度Ｐ壁領域
１４を含む電流阻止層６をストライプ状の開口部を有す
るレジストマスク１６を用いて選択エツチングすること
によって形成する。この工程によって、活性層内に発光
を生じさせるｐｎ接合を与える低濃度Ｐ型拡散領域１２
の直上に、電流通路及び横方向の導波機構が形成される
。ここでは、高濃度Ｐ壁領域１４を除去されるべき電流
阻止層内にとどめて形成しているので、との溝形成と同
時に、レーザ特性に悪影響を及ぼす損失を与える高濃度
領域を除去し、低濃度拡散領域１２のみを残すようにで
きる。

（ｄ）　　次に２回目の結晶成長工程として、第３上側
クラッド層７とコンタクト層８を形成した後、真空蒸着
等の方法によって金属電極９．１０を形成する。最後に
、非拡散領域で、例えば襞間等の方法で、レーザ光の反
射鏡として働（端面を形成することによって、窓構造を
設けた後、各チップに分離して素子が完成する。

次に動作について説明する。

金属電［Ｅ９．１０の間に活性層３のｐｎ接合に対して
、順方向となる電圧を印加すると、ストライプ状溝１１
の近傍に電流が集中して流れ、キャリアは低濃度Ｐ型頭
域１２内の活性層３で再結合され、光が発生する。光は
ストライプ状溝１１に沿って導波され、対句する襞間端
面によって構成された共振器内でレーザ発振に至る。

ところでＺｎ拡散領域１２における発光は、伝導帯とＺ
ｎのアクセプタ準位間の電子・正孔の再結合によって生
じるので、この発光のエネルギーよりも大きい禁制帯幅
を有する非拡散ｎ型領域では、レーザ光は吸収されない
。このレーザ光を吸収しないｎ型領域を端面近傍領域１
３に設けている本従来例では、いわゆる窓構造を構成し
ていることになり、Ａｊ！ＧａＡｓ系レーザの高出力動
作を防げる主因である光吸収に起因する端面劣化が防止
でき、高出力動作でも高信頬を保つことが可能となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のＺｎの拡散を用いて作製される、窓構造の半導体
レーザ装置は以上のような製造工程を必要とするため、
拡散用マスク１５とエツチング用マスク１６の位置ずれ
により第５図（ａ）に示すようにＺｎ拡散領域１２とス
トライプ溝１１の位置関係がずれることがある。このよ
うな場合、発光領域と導波領域が一致しないため、電流
と光出力の直性的な関係が損なわれたり、効率が低下し
たりするといった問題点が生じる。

また、第５図ら）に示すように、Ｚｎ拡散領域１２の幅
が製造途中で広くなりすぎ、ストライプ溝１１の幅より
も大きくなってしまうことがある。

この場合、電流は溝１１内に狭窄されず、Ｚｎ拡散領域
１２を流れてしまうため、発振しきい値が上昇したり、
効率が低下したりするという問題点が生じる。

さらに従来の半導体レーザ装置では、ストライプ溝１１
の底面、つまり第２上側クラツドｌ１ｉ５のＡｌＧａＡ
ｓと第３上側クラッド層７のＡｌＧａＡｓとの界面は、
１回目の結晶成長と２回目の結晶成長との間に、−度、
空気中にさらされたり、エツチング等によって酸化され
ている。この再成長界面部分には電流が集中するほか、
発光領域に非常に近接しているため、この半導体レーザ
を長時間動作させていると、再成長界面より劣化が生じ
るといった問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、ストライプ状溝とＺｎ拡散領域を制御性良く
一致させることが可能で、かつ信鎖性の高い窓構造半導
体レーザ装置を実現できる半導体レーザ装置の製造方法
を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る窓構造半導体レーザ装置の製造方法は、
基板上に少なくとも、下側クラッド層。

活性層、上側クランド層を順次結晶成長させ、上側クラ
ッド層の最表面でかつ、素子端部を除（領域に拡散源と
なる不純物を拡散もしくは付着させ、さらに素子両端に
わたって、ストライプ上に絶縁膜を形成し、ストライプ
絶縁膜直下の上側クラッド層と拡散源をエツチングによ
ってリッジ状に残し、上記不純物をこのりッジを介して
、活性層に拡散し、その後絶縁膜を除く上側クラッド層
上に選択的に電流阻止層を埋め込み成長したものである
。

〔作用〕

この発明においては、活性層への不純物の拡散をリッジ
を介して行なうようにしたから、発光領域から離れた位
置に拡散源を形成することができ、また光導波領域に制
御性良く、拡散を行うことができる。したがって効率が
良く、信転性の高い高出力レーザが歩留よく作製できる
。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は本実施例の窓構造半導体レーザ装置の構造を示
す図であり、第１図（ａ）は断面斜視図、第１図℃）は
第１図（ａ）に示したＡ−Ａ　”断面における断面図で
ある。また第２図は第１図に示した半導体レーザ装置の
製造工程を示した図で、特に第１図（ａ）示した素子内
部の構造について示した図である。

これら図において、ｌはｎ型Ｇ’ａＡｓからなる基板で
ある。ｎ型Ａ／！ＧａＡｓからなる下側クラッド層２は
基板１上に配置され、ＧａＡｓからなる活性層３は下側
クラッド層２上に配置され、ｎ型Ａ／！ＧａＡｓからな
る第１上側クラッド層４は活性層３上に配置され、Ｐ型
ＡｆＧａＡｓからなる第２上側クラッド層５は第１上側
クラッド層４上に配置される。またｎ型ＧａＡｓからな
る再成長界面保護のためのキャップ層２１は第２上側ク
ラッド層５上に配置され、これら第２上側クラツド層５
．キャップ層２１は共振器長方向にリッジ状にエツチン
グされている。ｎ型ＧａＡｓからなる電流阻止層６は上
記リッジを埋め込むように配置され、Ｐ型Ａｊ！ＧａＡ
ｓからなる第３上側クラッド層７は電流阻止層６上及び
キャップ層２１上に配置され、Ｐ型ＧａＡｓからなるコ
ンタクト層８は第３上側クラッド層７上に配置される。

金属電極９．１０は基板１の裏面及びコンタクト層８上
にそれぞれ設けられている。１２はＰ型ドライブイン拡
散領域、１３は窓構造領域を示す。また、２２はエツチ
ングマスクと選択成長マスクとして働くストライプ状絶
縁膜、２３は光の導波が行われるストライプ状のりッジ
である。

次に第２図に沿って本実施例の製造工程を説明する。

（ａ）　　従来例と同様の成長方法を用いて、基板１上
に下側クラッド層２からＰ型Ａｊ！ＧａＡｓ第２上側ク
ラッド層５まで順次成長し、さらにｎ型ＧａＡｓキャッ
プ層２１を成長させる。ここで第２上側クラッド層５は
１．５〜２μｍ程度と、従来例より比較的厚めに成長す
る。次にウェハ最表面より窓領域１３となる共振器長方
向の素子端部を除いた素子の内側の領域に高濃度のＺｎ
を広い範囲に渡って拡散する。ここでは共振器長方向の
素子端部に従来例で述べたようにＳｉ３Ｎ４膜等の拡散
防止膜を用いて選択的に素子の内側のみに拡散を行ない
、キャップ層２１にＺｎを拡散する。また、拡散の手段
としては、従来と同様の気相拡散を用いればよい。第２
図（ａ）では共振器幅方向の素子の端部にＺｎが拡散さ
れない領域が残っているが、必ずしもこのように残す必
要はなく、幅方向には全面に拡散を行なってもよい。

（ｂ）　　拡散後素子表面全体にＳｉ、Ｎ、絶縁膜を例
えば熱ＣＶＤで形成し、写真製版と選択エツチングによ
って、共振器長方向の素子両端にわたるストライプ状の
絶縁膜２２を形成する。その後、該絶縁膜２２をエツチ
ングマスクとして第２上側クラッド層を少し残す程度に
エツチングを行い、リッジ２３を形成する。

（Ｃ）　　活性層に低濃度Ｐ壁領域を形成するために、
次にＺｎのドライブイン拡散を行う。ドライブイン拡散
については、従来例で示した通りの手法を用いるか、あ
るいは次の（ｄ）の工程で行う結晶成長の前に成長炉内
でＡｓ圧下のもとで行ってもよい。

このようなりッジ２３を介してドライブイン拡散を行う
と、低濃度Ｐ壁領域１２はリッジ２３の幅より殆ど拡が
ることがなく、活性層３に到達する。したがってＰ型領
域１２は光導波が行われるストライプ状リッジ部２３に
ぴったりと一致し、またこのストライプからはみ出すこ
とがない。

（ハ）次に２回目の結晶成長として、ＭＯＣＶＤ法によ
って、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層６をリッジ２３が埋め込
まれるまで成長する。リッジ２３の上にはストライプ状
絶縁膜２２が存在するため、この膜上には結晶せず、即
ち選択成長が行なわれ、ウェハは平坦化される。

（ｅ）　　エツチングにより、ストライプ状絶縁膜２２
を除去する。

（ｆ）３回目の結晶成長法として第３の上側クラッド層
７、オーミックコンタクト層８を成長する。

（６）従来例で示したように、ウェハ両面に金属電極９
．１０を形成する。最後に非拡散の窓領域１３の部分で
、襞間等の方法により反射面を形成することによって窓
構造をもつ共振器構造を設けた後、各チップに分離して
素子が完成する。

以上のような製造工程で、Ｚｎ拡散を用いた窓構造レー
ザを作製すると、拡散領域１２と電流通路となるリッジ
部２３は自己整合的に一致するので、従来例の第５図（
ａ）、ら）に示したような不＼皐例は一斉発生しない。

またストライプ部上方の再成長界面が、ＡｆＧａＡｓで
はなくＧａＡｓからなるキャップ層２１とこの上に成長
したＡｊ！ＧａＡの第３上側クラッド層７との間に形成
されるので、従来例のようにＡｆＧａＡｓ層どうしの間
に再成長界面が形成される場合に比してＡ１の関与する
酸化物がかなり低減される。さらにこの再成長界面は、
活性層３の低濃度Ｐ型拡散領域１２に形成される発光領
域より１．５〜２μｍ程度離れているため、レーザ光は
殆ど届かない。ゆえに、再成長界面部分での劣化は発生
しにくくなる。

動作については従来例と殆ど同様である。しかし本実施
例の場合はストライプ状リッジの上部がｎ型のＧａＡｓ
　２１よりなっており、これに素子内部にのみＺｎを拡
散し、Ｐ型に反転させているが、端面部分には拡散が行
われないため、ｎ型のままである。従って素子内部のス
トライプ部には電流が流れるが、素子端部ではｎ−Ｇａ
ＡｓキャップＮ２１によって電流が阻止されるため、レ
ーザ発振に直接寄与しない窓領域１３に無効電流を流す
ことがない、その結果、しきい値の低減、効率の上昇が
実現され、また端面を流れるキャリアの表面再結合によ
る発熱も、低減されるため、従来の半導体レーザ装置に
より信顛性の高いものが得られる。

なお、上記実施例では、活性層をＧａＡｓで構成したが
ＡｆｆｉＧａＡｓを用いることにより短波長のレーザに
も適用できる。

また、上記実施例では素子内部へのＺｎの選択的な拡散
を拡散防止膜と、気相拡散によって行った場合について
示したが、ＺｎＯ膜等を素子内部のキャップ層２１上に
選択的に形成し、これを拡散源とした固相拡散によって
行ってもよい。

また、上記実施例では、ｎ−ＡｆＧａＡｓからなる第１
上側クラッド層４を有する場合について示したが、なく
ても良い。

また、本実施例では拡散不純物原子としてはＡｊ２ｃｒ
ａＡｓ系材料に対して系材一般的に用いられているＺｎ
を用いたが、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｂｅ等の他のＰ型を与える元
素も使用できる。

また、上記実施例では半導体材料として／ｌＧａＡｓ系
の材料を用いたが、ＩｎＧａＡｓＰ系、ＡｌＧａ　Ｉｎ
Ｐ系等、他の材料系で構成してもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明による不純物拡散型の窓構造の
半導体レーザ装置の製造方法によれば、活性層への不純
物の拡散をリッジを介して行なうようにしたから、発光
領域から離れた拡散源より素子端面付近を除く、光導波
領域にＰ型拡散を制御性良く行なうことができ、高出力
で高信頬の半導体レーザ装置が容易にかつ歩留良く得ら
れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による半導体レーザ装置の
製造方法により作製された窓構造半導体レーザ装置を示
す図、第２図は本発明の一実施例による半導体レーザ装
置の製造方法を示す断面工程図、第３図は従来の窓構造
半導体レーザ装置の構造を示す図、第４図は従来の半導
体レーザ装置の製造方法を示す断面工程図、第５図は従
来の半導体レーザ装置の製造方法における不良例を示す
断面図である。 １・・・基板、２・・・下側クラッド層、３・・・活性
層、４・・・第１上側クラッド層、５・・・第２上側ク
ラッド層、６・・・電流阻止層、７・・・第３上側クラ
ッド層、８・・・オーミックコンタクト層、９．１０・
・・金属電極、１２・・・低濃度ＰｗＩ域、１３・・・
窓領域、１４・・・高濃度Ｐ　ｆｉＪｔ域、２Ｉ・・・
キャップ層、２２・・・ストライプ状絶縁膜、２３・・
・リッジ。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１導電型の半導体基板上に少なくとも第１の導
   電型の下側クラッド層、活性層、第２導電型の上側クラ
   ッド層を成長する工程と、 上記上側クラッド層の最表面で、かつ素子の共振器長方
   向の端部を除く領域に、第２の導電型のドーパントとな
   りうる拡散源の不純物を拡散もしくは付着させる工程と
   、 レーザ共振器長方向の素子両端にわたるストライプ状絶
   縁膜を形成し、該絶縁膜をエッチングマスクとして上記
   上側クラッド層をエッチングし、上記絶縁膜下には上記
   上側クラッド層をリッジ状に残し、他の領域の上記上側
   クラッド層は上記活性層に近接する領域に薄膜化するま
   で除去する工程と、 上記不純物を上記リッジ状のクラッド層を介して素子の
   端部を除く上記活性層まで拡散させる工程と、 上記ストライプ状絶縁膜を除く該上側クラッド層上に選
   択的に結晶成長を行って第１導電型の電流阻止層を上記
   リッジを埋め込むように形成する工程を含む半導体レー
   ザ装置の製造方法。