JP2002176221A

JP2002176221A - 半導体レーザおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2002176221A
Application number: JP2000370137A
Authority: JP
Inventors: Kazue Kawasaki; 和重川崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-12-05
Filing date: 2000-12-05
Publication date: 2002-06-21

Abstract

(57)【要約】【課題】再成長表面荒れのない結晶成長が可能で、素
子特性を安定させ、歩留まり良く信頼性のある半導体レ
ーザを製造できる方法を得る。【解決手段】ｎ−ＧａＡｓ基板１上にｎ型のＡｌＧａ
Ａｓ層２、０．９８μｍ活性層３およびｐ−Ａ１０．３
Ｇａ０．７Ａｓクラッド層４からなる結晶層と、この結
晶層を覆うＧａＡｓ層８を形成する第１の結晶成長工程
と、再成長直前にＧａＡｓ層８を除去し、結晶層上にｐ
−Ａ１０．３Ｇａ０．７Ａｓクラッド層６、ｐ−ＧａＡ
ｓコンタクト層７からなる再成長結晶層を形成する第２
の結晶成長工程とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば光通信シ
ステムや情報処理に用いられるＡｌＧａＡｓ系材料を使
用する半導体レーザおよびその製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体レーザの製造工程では、
結晶成長工程が数回入る場合が少なくない。数回の結晶
成長を経ることによって、その回数だけ再成長界面が発
生する。再成長界面には不純物が導入されたり、転位が
発生したり、表面が荒れたり、さまざまな問題が生じ、
半導体レーザの特性や信頼性を低下させている。

【０００３】特に、Ａｌ系材料の上への再成長界面を有
する半導体レーザでは、Ａｌが酸化されやすい特徴を有
するため、結晶成長の方法が素子の特性に大きく影響す
る。再成長後の結晶の品質をもっとも反映するのが表面
荒れである。表面荒れを抑制することが素子の特性・信
頼性を向上させることに直結する。例えば光通信システ
ムの光増幅用の光源として用られる０．９８μｍ帯の半
導体レーザでは、２回の結晶成長を行う。

【０００４】図３は、一例として０．９８μｍ帯の従来
の半導体レーザを示す製造工程図である。図において、
１はｎ−ＧａＡｓ基板、２はｎ−Ａ１０．３Ｇａ０．７
Ａｓクラッド層、３は０．９８μｍ活性層、４はｐ−Ａ
１０．３Ｇａ０．７Ａｓクラッド層、５はＳｉＯｘの絶
縁膜、６はｐ−Ａ１０．３Ｇａ０．７Ａｓクラッド層、
７はｐ−ＧａＡｓコンタクト層である。

【０００５】次に、その製造方法について説明する。ま
ず、図３（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に
ｎ−Ａ１０．３Ｇａ０．７Ａｓクラッド層２、０．９８
μｍ活性層３、ｐ−Ａ１０．３Ｇａ０．７Ａｓクラッド
層４をエピタキシャル成長し、１回目の結晶成長工程が
完了する。次に、図３（ｂ）に示すように、ウエハ全面
を覆うように、約４００Å厚のＳｉＯｘの絶縁膜５を形
成し、窓構造を形成するために６００℃以上の高温処理
を実施する。次いで、ＳｉＯｘの絶縁膜５をエッチング
により除去した後、図３（ｃ）に示すように、ｐ−Ａ１
０．３Ｇａ０．７Ａｓクラッド層６、ｐ−ＧａＡｓコン
タ外層７をエピタキシャル成長し、２回目の結晶成長工
程を完了する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の半導
体レーザの製造方法では、以下のような、問題点があっ
た。ＡｌＧａＡｓ同士の再成長界面であること、更に１
回目の結晶成長の後、ＳｉＯｘの絶縁膜を付けた状態で
高温の熱処理工程を経ることで、III族元素が絶縁膜中
に取り込まれるなど、１回目の結晶成長工程で形成され
たｐ−Ａ１０．３Ｇａ０．７Ａｓ光出クラッド層の再表
面は酸化、組成変化等の問題が発生する。この上に２回
目の結晶成長を実施すると表面荒れが起こり、素子の特
性はスロープ効率（電流の増加に伴う光出力の増加の割
合）の低下、最高発振温度の低下、或いは再成長時に取
り込まれてしまう不純物のＳｉがｎ型のドーパントとし
て働き素子抵抗の増加といった症状を示すという問題点
があった。

【０００７】この発明は、上記の問題点を解決するため
になされたものであり、再成長表面荒れを抑制し、素子
特性を安定させ、歩留まり良く信頼性のある半導体レー
ザを製造できる半導体レーザの製造方法およびこの製造
方法された半導体レーザを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る半
導体レーザの製造方法は、半導体基板上に複数の層から
なる結晶層と、該結晶層を覆う表面保護層を形成する第
１の結晶成長工程と、再成長直前に上記表面保護層を除
去し、上記結晶層上に複数の層からなる再成長結晶層を
形成する第２の結晶成長工程とを備えたものである。

【０００９】請求項２の発明に係る半導体レーザの製造
方法は、請求項１の発明において、上記結晶層は第１の
クラッド層、活性層および第２のクラッド層を含み、上
記再成長結晶層は第３のクラッド層およびコンタクト層
を含むものである。

【００１０】請求項３の発明に係る半導体レーザの製造
方法は、請求項２の発明において、上記第１のクラッド
層はｎ型のＡｌＧａＡｓ層であり、上記第２および第３
のクラッド層はｐ型のＡｌＧａＡｓ層であり、上記表面
保護層はＧａＡｓ層であるものである。

【００１１】請求項４の発明に係る半導体レーザの製造
方法は、請求項３の発明において、上記ｐ型のＡｌＧａ
Ａｓ層同士の再成長に対し、上記ＧａＡｓ層と酒石酸：
過酸化水素系の選択エッチング液を適用したものであ
る。

【００１２】請求項５の発明に係る半導体レーザの製造
方法は、請求項３の発明において、上記表面保護層とし
て上記ＧａＡｓ層の代わりにＡｌＧａＡｓ層を用い、上
記表面保護層と上記第２のクラッド層のＡｌ組成比を第
２のクラッド層のＡ１組成＞表面保護層のＡｌ組成と
し、選択エッチング液として酒石酸：過酸化水素系の選
択エッチング液を用いたものである。

【００１３】請求項６の発明に係る半導体レーザの製造
方法は、請求項４または５の発明において、上記酒石
酸：過酸化水素系の選択エッチング液として酒石酸：過
酸化水素＝１：１０の選択エッチング液を用いたもので
ある。

【００１４】請求項７の発明に係る半導体レーザの製造
方法は、請求項３の発明において、上記表面保護層とし
て上記ＧａＡｓ層の代わりにＡｌＩｎＰ層を用い、選択
エッチング液として塩酸を用いたものである。

【００１５】請求項８の発明に係る半導体レーザの製造
方法は、請求項４〜７のいずれかの発明において、上記
ｐ型のＡｌＧａＡｓ層の再成長を実施する場合は、下地
となる結晶層の最表面、または再成長結晶層の最下層、
あるいはその両方のｐ型のＡｌＧａＡｓ層のドーパント
濃度を１×１０¹⁸ｃｍ³以上にしておくものである。

【００１６】請求項９の発明に係る半導体レーザの製造
方法は、請求項８の発明において、上記結晶層の最表面
および上記再成長結晶層の最下層の厚さは１０ｎｍ程度
であるものである。

【００１７】請求項１０の発明に係る半導体レーザは、
請求項１〜９のいずれかに記載の半導体レーザの製造方
法を用いて製造されたものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態
を、図に基づいて説明する。実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１を示す
製造工程図であって、ここでは一例として０．９８μｍ
帯の半導体レーザを製造する場合である。なお、図１に
おいて、図３と対応する部分には同一符号を付して説明
する。図において、１は半導体基板としてのｎ−ＧａＡ
ｓ基板、２は第１のクラッド層としてのｎ−Ａ１０．３
Ｇａ０．７Ａｓクラッド層、３は０．９８μｍ活性層、
４は第２のクラッド層としてのｐ−Ａ１０．３Ｇａ０．
７Ａｓクラッド層、５はＳｉＯｘの絶縁膜、６は第３の
クラッド層としてのｐ−Ａ１０．３Ｇａ０．７Ａｓクラ
ッド層、７はｐ−ＧａＡｓコンタクト層、８は表面保護
層としてのＧａＡｓ層である。

【００１９】次に、その製造方法について説明する。先
ず、図１（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板１上に
ｎ−Ａ１０．３Ｇａ０．７Ａｓクラッド層２、０．９８
μｍ活性層３、ｐ−Ａ１０．３Ｇａ０．７Ａｓクラッド
層４をエピタキシャル成長し、つまり、結晶層を形成
し、最後にＧａＡｓ層８を成長し、第１の結晶成長工程
としての１回目の結晶成長工程を完了する。次に、図１
（ｂ）に示すように、ウエハ全面を覆うように、約４０
０Å厚のＳｉＯｘの絶縁膜５を形成し、窓構造を形成す
るために６００℃以上の高温処理を実施する。

【００２０】次に、ＳｉＯｘの絶縁膜５をエッチングに
より除去した後、更に選択性エッチング可能なエッチン
グ液、例えば選択エッチング液として酒石酸：過酸化水
素系の選択エッチング液（例えば、酒石酸：過酸化水素
＝１：１０）でＧａＡｓ層８だけを除去する。次に、図
１（ｃ）に示すように、ｐ−Ａ１０．３Ｇａ０．７Ａｓ
クラッド層６、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層７をエピタキ
シャル成長し、つまり、再成長結晶層を形成し、第２の
結晶成長工程としての２回目の結晶成長工程を完了す
る。このように、１回目の結晶成長の後の熱処理等で変
質している最表面の表面保護層であるＧａＡｓ層を、２
回目の結晶成長前に除去することで表面荒れのない結晶
成長が可能となる。

【００２１】図２は、本実施の形態による表面保護層を
導入した方式で結晶成長した後の表面検査の結果を、従
来方法で結晶成長した後の表面検査の結果と対比して示
す図である。図２（ａ）は従来方法で結晶成長した後の
表面検査の結果、図２（ｂ）は表面保護層を導入した本
実施の形態による結晶成長した後の表面検査の結果であ
る。

【００２２】図２（ａ）では円形のウエハ内部の黒点が
表面荒れを示していることが分かる。なお、図２（ａ）
で黒点が四角に配列されている部分は、ウエハ内部に形
成されたパターンであり、表面荒れとは関係ない。一
方、図２（ｂ）では表面荒れが改善されていることが分
かる。また、再成長する場合には必ずｎ型の不純物であ
るＳｉが再成長界面に入るので、ｐ型の再成長を実施す
る場合は下地となる結晶層の最表面（１０ｎｍ程度）、
或いは再成長結晶層の最下層（１０ｎｍ程度）、あるい
は両方のｐ型のドーパント濃度を１×１０¹⁸ｃｍ³以上
にしておくと、素子抵抗の上昇を抑制することができ
る。図１の場合では、ｐ−Ａ１０．３Ｇａ０．７Ａｓク
ラッド層４の最表面１０ｎｍのｐ型のドーパント濃度を
２×１０¹⁸ｃｍ³としている。

【００２３】このように、本実施の形態では、１回目の
結晶成長の後の熱処理等で変質している最表面の表面保
護層を２回目の結晶成長前に除去することで、表面荒れ
のない結晶成長が可能となり、素子特性を安定させ、歩
留まり良く信頼性のある半導体レーザを製造することが
できる。

【００２４】実施の形態２．なお、上記実施の形態１で
表面保護層として用いられたＧａＡｓ層の代わりに、Ａ
ｌＧａＡｓ層を用いてもよい。このとき、ｐ−Ａ１０．
３Ｇａ０．７Ａｓクラッド層４のＡ１組成＞ＧａＡｓ層
８のＡｌ組成とする。斯くして、本実施の形態でも、上
記実施の形態１と同様の効果が得られる。

【００２５】実施の形態３．また、上記実施の形態１で
表面保護層として用いられたＧａＡｓ層の代わりにＩｎ
ＧａＰ層を用いてもよい。この場合の選択エッチング液
は塩酸を使用する。斯くして、本実施の形態でも、上記
実施の形態１と同様の効果が得られる。

【００２６】実施の形態４．また、上記実施の形態１で
表面保護層として用いられたＧａＡｓ層の代わりにＡｌ
ＩｎＰ層を用いてもよい。この場合の選択エッチング液
は塩酸を使用する。斯くして、本実施の形態でも、上記
実施の形態１と同様の効果が得られる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、半導体基板上に複数の層からなる結晶層と、該結晶
層を覆う表面保護層を形成する第１の結晶成長工程と、
再成長直前に上記表面保護層を除去し、上記結晶層上に
複数の層からなる再成長結晶層を形成する第２の結晶成
長工程とを備えたので、再成長表面荒れのない結晶成長
が可能となり、素子特性を安定させ、歩留まり良く信頼
性のある半導体レーザを製造できるという効果がある。

【００２８】また、請求項２の発明によれば、上記結晶
層は第１のクラッド層、活性層および第２のクラッド層
を含み、上記再成長結晶層は第３のクラッド層およびコ
ンタクト層を含むので、素子特性の安定化、歩留まりの
向上に寄与できるという効果がある。

【００２９】また、請求項３の発明によれば、上記第１
のクラッド層はｎ型のＡｌＧａＡｓ層であり、上記第２
および第３のクラッド層はｐ型のＡｌＧａＡｓ層であ
り、上記表面保護層はＧａＡｓ層であるので、再成長表
面の荒れを確実に抑制し、素子特性を安定させ、歩留ま
りを良くすることができるという効果がある。

【００３０】また、請求項４の発明によれば、上記ｐ型
のＡｌＧａＡｓ層同士の再成長に対し、上記ＧａＡｓ層
と酒石酸：過酸化水素系の選択エッチング液を適用した
ので、再成長表面の荒れを抑制し、素子特性の安定化、
歩留まりの向上に寄与できるという効果がある。

【００３１】また、請求項５の発明によれば、上記表面
保護層として上記ＧａＡｓ層の代わりにＡｌＧａＡｓ層
を用い、上記表面保護層と上記第２のクラッド層のＡｌ
組成比を第２のクラッド層のＡ１組成＞表面保護層のＡ
ｌ組成とし、選択エッチング液として酒石酸：過酸化水
素系の選択エッチング液を用いたので、再成長表面の荒
れを抑制し、素子特性の安定化、歩留まりの向上に寄与
できるという効果がある。

【００３２】また、請求項６の発明によれば、上記酒石
酸：過酸化水素系の選択エッチング液として酒石酸：過
酸化水素＝１：１０の選択エッチング液を用いたので、
再成長表面の荒れを抑制し、素子特性の安定化、歩留ま
りの向上に寄与できるという効果がある。

【００３３】また、請求項７の発明によれば、上記表面
保護層として上記ＧａＡｓ層の代わりにＡｌＩｎＰ層を
用い、選択エッチング液として塩酸を用いたので、再成
長表面の荒れを抑制し、素子特性の安定化、歩留まりの
向上に寄与できるという効果がある。

【００３４】また、請求項８の発明によれば、上記ｐ型
のＡｌＧａＡｓ層の再成長を実施する場合は、下地とな
る結晶層の最表面、または再成長結晶層の最下層、ある
いはその両方のｐ型のＡｌＧａＡｓ層のドーパント濃度
を１×１０¹⁸ｃｍ³以上にしておくので、素子抵抗の上
昇を抑制することができるという効果がある。

【００３５】また、請求項９の発明によれば、上記結晶
層の最表面および上記再成長結晶層の最下層の厚さは１
０ｎｍ程度であるので、確実に素子抵抗の上昇を抑制す
ることができるという効果がある。

【００３６】さらに、請求項１０の発明によれば、請求
項１〜９のいずれかに記載の半導体レーザの製造方法を
用いて製造されたので、素子特性の安定した信頼性のあ
る半導体レーザが得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１における製造工程を
示す断面図である。

【図２】この発明の実施の形態１における表面保護層
を導入した方式で結晶成長した後の表面検査の結果を、
従来方法で結晶成長した後の表面検査の結果と対比して
示す図である。

【図３】従来の半導体レーザの製造方法における製造
工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１ｎ−ＧａＡｓ基板、２ｎ−Ａ１０．３Ｇａ０．
７Ａｓクラッド層、３０．９８μｍ活性層、４ｐ
−Ａ１０．３Ｇａ０．７Ａｓクラッド層、５ＳｉＯｘ
の絶縁膜、６ｐ−Ａ１０．３Ｇａ０．７Ａｓクラッ
ド層、７ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、８ＧａＡｓ
層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に複数の層からなる結晶層
と、該結晶層を覆う表面保護層を形成する第１の結晶成
長工程と、再成長直前に上記表面保護層を除去し、上記結晶層上に
複数の層からなる再成長結晶層を形成する第２の結晶成
長工程とを備えたことを特徴とする半導体レーザの製造
方法。
【請求項２】上記結晶層は第１のクラッド層、活性層
および第２のクラッド層を含み、上記再成長結晶層は第
３のクラッド層およびコンタクト層を含むことを特徴と
する請求項１記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項３】上記第１のクラッド層はｎ型のＡｌＧａ
Ａｓ層であり、上記第２および第３のクラッド層はｐ型
のＡｌＧａＡｓ層であり、上記表面保護層はＧａＡｓ層
であることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザの
製造方法。
【請求項４】上記ｐ型のＡｌＧａＡｓ層同士の再成長
に対し、上記ＧａＡｓ層と酒石酸：過酸化水素系の選択
エッチング液を適用したことを特徴とする請求項３記載
の半導体レーザの製造方法。
【請求項５】上記表面保護層として上記ＧａＡｓ層の
代わりにＡｌＧａＡｓ層を用い、上記表面保護層と上記
第２のクラッド層のＡｌ組成比を第２のクラッド層のＡ
１組成＞表面保護層のＡｌ組成とし、選択エッチング液
として酒石酸：過酸化水素系の選択エッチング液を用い
たことを特徴とする請求項３記載の半導体レーザの製造
方法。
【請求項６】上記酒石酸：過酸化水素系の選択エッチ
ング液として酒石酸：過酸化水素＝１：１０の選択エッ
チング液を用いたことを特徴とする請求項４または５記
載の半導体レーザの製造方法。
【請求項７】上記表面保護層として上記ＧａＡｓ層の
代わりにＡｌＩｎＰ層を用い、選択エッチング液として
塩酸を用いたことを特徴とする請求項３記載の半導体レ
ーザの製造方法。
【請求項８】上記ｐ型のＡｌＧａＡｓ層の再成長を実
施する場合は、下地となる結晶層の最表面、または再成
長結晶層の最下層、あるいはその両方のｐ型のＡｌＧａ
Ａｓ層のドーパント濃度を１×１０¹⁸ｃｍ³以上にして
おくことを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の
半導体レーザの製造方法。
【請求項９】上記結晶層の最表面および上記再成長結
晶層の最下層の厚さは１０ｎｍ程度であることを特徴と
する請求項８記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれかに記載の半導
体レーザの製造方法を用いて製造されたことを特徴とす
る半導体レーザ。