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JPH0645687A - 光半導体素子の製造方法 - Google Patents

光半導体素子の製造方法

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JPH0645687A
JPH0645687A JP4195720A JP19572092A JPH0645687A JP H0645687 A JPH0645687 A JP H0645687A JP 4195720 A JP4195720 A JP 4195720A JP 19572092 A JP19572092 A JP 19572092A JP H0645687 A JPH0645687 A JP H0645687A
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JP
Japan
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optical semiconductor
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JP4195720A
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Takahiro Nakamura
隆宏 中村
Tomoji Terakado
知二 寺門
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NEC Corp
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NEC Corp
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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227Buried mesa structure ; Striped active layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 大面積ウエハで均一性,再現性に優れた光半
導体素子を得るために、選択成長により活性層,電流ブ
ロック層を作製する一括成長/プロセスの方法を提供す
る。 【構成】 MOVPE選択成長によりまず、n型InP
クラッド層2,活性層3,p型InPクラッド層4を作
製し活性領域全体を(111)B面で被う。その後、S
iO2 膜21を部分的に除去し、活性領域の全面に電流
ブロック層を選択成長し、活性層上部のn型InP層6
をZn拡散によりp型InP層9にする。 【効果】 半導体をエッチングしないため大面積で高均
一な光半導体素子が得られる。また、電流ブロック層を
作製しているため高性能な素子が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信,光情報処理な
どに用いられる、光半導体素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】光通信や光情報処理に用いられる半導体
レーザには、より一層の高性能化が必要になってきてい
る。一方、加入者系光通信用などの所用が多く、低価格
が要求される用途に対応するためには、歩留まりの高い
素子を大面積ウエハを用いて作製する必要がある。こう
した要求を満たすためには、大面積高均一成長が可能な
有機金属気相成長法(MOVPE)などの気相成長法に
より結晶成長を行うことが必要である。また、気相成長
を用いれば、低しきい値,高効率動作,狭スペクトル線
幅動作など数々の特徴を有する量子井戸半導体レーザの
作製も可能である。図3,図4にMOVPEを用いた光
通信用半導体レーザの典型的な製造方法を示す。ここで
は単一モード動作する分布帰還型(DFB)レーザであ
り、埋め込みリッジ構造により電流狭搾を行っている。
まず、n型インジウム・リン(InP)基板1上にグレ
ーティングを形成した後、n型インジウム・ガリウム・
砒素・燐(InGaAsP)ガイド層8、InGaAs
P活性層3、p型InPクラッド層4を積層し(図3
(a))、次にSiO2 膜21を2μmのストライプ状
に形成し(図3(b))、基板1に達するまでメサエッ
チングを行う(図3(c))。その後、全面にp型In
P層5、p+ 型InGaAsPキャップ層7を成長し
(図4(d))、活性層の周囲にプロトンを打ち込んだ
高抵抗領域31を形成するなどして電流を狭搾している
(図4(e))。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように多数の半導
体レーザを製造するためには、大面積のウエハを用い
て、しかも層構造を精密に制御することが重要である。
層厚はMOVPEなどの気相成長法を用いれば十分に制
御が可能であるが、導波路幅は従来SiO2 などをマス
クとして用いたメサエッチングにより制御しており、サ
イドエッチングなどにより十分な制御性が得られないな
どの問題があった。例えば図3(c)に示したメサエッ
チングにおいて、SiO2 膜21の幅が正確に2μmに
形成されていても、メサ構造のばらつきや活性層エッチ
ング時のサイドエッチングにより、活性層幅がばらつい
てしまう。特に2インチ基板などの大口径ウエハを用い
たプロセスでは、ウエハ面内のばらつきはかなり大きく
なる。また、制御性の良いドライエッチングによる方法
においても、活性層にダメージを与えるという問題があ
った。活性層,導波路幅のばらつきや活性層内の欠陥
は、しきい値電流,発信波長,ビームパターン,信頼性
などの素子特性に影響を与えるため、素子の歩留まりを
低下させるだけでなく、設計通りの動作が得られにくい
などの問題があり改善の必要があった。
【0004】本発明は上記の問題点を解決し、高性能,
高歩留まりな光半導体素子の製造方法を提供することに
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の光半導体素子の
製造方法は、半導体基板上に、間に光導波路形成領域を
挟んで対向する2本の誘電体薄膜ストライプを形成する
工程と、前記誘電体薄膜ストライプ以外の前記半導体基
板上に活性層を含む半導体多層膜を積層する選択成長を
活性層領域が(111)B面で被われるまで行う選択成
長工程と、その後に、前記誘電体薄膜ストライプの対向
する内側の側縁部を部分的に除去し、前記半導体基板の
一部を露出させる工程と、この工程に引き続き、前記選
択成長した半導体多層膜の全面に電流ブロック層を選択
成長する工程と、前記選択成長した半導体多層膜の上部
領域の電流ブロック層を拡散により破壊する工程とを含
むことを特徴とする。
【0006】
【作用】本発明の方法では、(100)方位の半導体基
板表面の[011]方向に2本の平行なSiO2 膜など
の誘電体薄膜ストライプを形成し、ダブルヘテロ(D
H)構造をMOVPE法により選択成長すると、ストラ
イプに挟まれた部分は表面が平坦な(100)面、側面
が平滑な(111)B面であるリッジ状に成長するた
め、活性層をメサエッチングなどの均一性に欠ける手法
を用いずに、SiO2のパターニングだけで決定でき
る。このため、素子作製プロセスがSiO2 などの誘電
体薄膜のパターニング及び選択成長のみによって構成さ
れ、諸問題の根元となる半導体のエッチングを全く用い
る必要がない。こうして、大面積ウエハを用いた均一
性,再現性に優れた一括成長/プロセスにより素子を作
製でき、活性層を選択成長で形成することによる利点を
最大限引き出すことができる。
【0007】
【実施例】図1に本発明による方法を用いた埋め込みリ
ッジ構造半導体レーザの製造方法を示す。
【0008】(100)方位のn型InP基板1の表面
にCVD法を用いてSiO2 膜21(厚さ約2000オ
ングストローム)を堆積し、フォトリソグラフィの手法
を用いて幅10μm,間隔2μmの2本のストライプを
形成した(図1(a))。
【0009】次に、減圧MOVPEによりSiドープn
型InPクラッド層2(層厚1000オングストロー
ム、キャリア濃度1×1018cm-3)、InGaAsP
活性層3(1.55μm組成、層厚800オングストロ
ーム)、Znドープp型InPクラッド層4(層厚1.
7μm、キャリア濃度5×1017cm-3)を選択成長し
た(図1(b))。層厚はSiO2 膜21に挟まれた活
性領域における値である。
【0010】次に、活性領域を中心として幅6μmのス
トライプ状にSiO2 膜21を除去し(図1(c))、
残されたSiO2 膜21を用いて、p型InP層5(層
厚1000オングストローム、キャリア濃度5×1017
cm-3)、n型InP層6(層厚0.5μm、キャリア
濃度1×1018cm-3)、p型InP層5(層厚1.5
μm、キャリア濃度5×1017cm-3)、p+ 型InG
aAsPキャップ層7(層厚0.3μm、キャリア濃度
1×1019cm-3)を選択成長し(図2(d))、再び
全面に形成したSiO2 膜21の活性領域上部のみを幅
1.5μmのストライプ状に除去し、p+ 型InGaA
sPキャップ層7をエッチングした後、Znの開管拡散
を行い活性層上部のn型InP層5をp型InP層9に
反転させる。(図2(e))。
【0011】最後に、p側電極32およびn側電極33
を形成してレーザを完成した(図2(f))。
【0012】このレーザを共振器長300μmで評価し
たところ、しきい値電流は平均15mA,標準偏差0.
2mA、スロープ効率は平均0.3W/A,標準偏差
0.04W/Aであった。活性層幅は平均2.0μm,
標準偏差0.12μmであった。この結果は従来例の結
果に比べ改善されており、本発明を用いることにより、
素子特性の均一性が向上することが確認された。
【0013】以上のように、大面積高均一成長が可能な
MOVPE成長を用いることにより、特性歩留まりの高
い、低価格な半導体レーザを製造することが可能とな
る。
【0014】なお本実施例では活性層にバルクInGa
AsPを用いたが、量子井戸構造(MQW)を用いるこ
とにより一層の特性改善が図れる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光半導体
素子の作製方法を用いれば、均一性,再現性に乏しい半
導体のエッチングが全く不要となり、均一な活性層,導
波路幅を有する素子を制御性よく作製できる。この方法
を大面積ウエハを用いた一括成長/プロセスで行うこと
により、高特性の低価格半導体レーザを高歩留まりで作
製することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体レーザの製造方法の一実施
例を示す断面図である。
【図2】本発明による半導体レーザの製造方法の一実施
例を示す断面図である。
【図3】従来の半導体レーザの製造方法を説明するため
の図である。
【図4】従来の半導体レーザの製造方法を説明するため
の図である。
【符号の説明】
1 n型InP基板 2 n型InPクラッド層 3 活性層(量子井戸構造を含む) 4 p型InPクラッド層 5 p型InP層 6 n型InP層 7 p+ 型InGaAsPキャップ層 8 n型InGaAsPガイド層 9 p型InP層 21 SiO2 膜 31 プロトン注入領域 32 p側電極 33 n側電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に、間に光導波路形成領域を
    挟んで対向する2本の誘電体薄膜ストライプを形成する
    工程と、 前記誘電体薄膜ストライプ以外の前記半導体基板上に活
    性層を含む半導体多層膜を積層する選択成長を活性層領
    域が(111)B面で被われるまで行う選択成長工程
    と、 その後に、前記誘電体薄膜ストライプの対向する内側の
    側縁部を部分的に除去し、前記半導体基板の一部を露出
    させる工程と、 この工程に引き続き、前記選択成長した半導体多層膜の
    全面に電流ブロック層を選択成長する工程と、 前記選択成長した半導体多層膜の上部領域の電流ブロッ
    ク層を拡散により破壊する工程とを含むことを特徴とす
    る光半導体素子の製造方法。
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