JPH0923037A - 半導体レーザ装置の製造方法,及び半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置の製造方法,及び半導体レーザ装置Info
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Abstract
できるとともに、窓構造を再現性良く形成することがで
きる半導体レーザ装置の製造方法、及び半導体レーザ装
置を提供する。 【解決手段】 n型GaAs基板1上に、n型下クラッ
ド層2,量子井戸構造活性層3,及びp型第1上クラッ
ド層4aを順次エピタキシャル成長させた後、p型第1
上クラッド層4a上に、レーザ共振器長方向となる方向
に伸びるレーザ共振器端面となる領域近傍に達しない長
さの所定幅のストライプ状開口部16aを有するSiO
2 膜16を形成してアニールを行い、p型第1上クラッ
ド層4aからGaを吸い上げてそこに空孔を生成すると
ともに、該空孔を量子井戸構造活性層3に達するまで拡
散させて、レーザ共振器端面となる領域近傍の上記量子
井戸構造活性層3をディスオーダする構成とした。
Description
の製造方法,及び半導体レーザ装置に関し、特に端面部
分に窓構造を有する高光出力動作が可能な半導体レーザ
装置の製造方法,及び半導体レーザ装置に関するもので
ある。
示す図であり、図5(a) は半導体レーザ装置の斜視図、
図5(b) は図5(a) のVb−Vb線における断面図,即
ち半導体レーザ装置の共振器長方向の断面図,図5(c)
は図5(a) のVc−Vc線における断面図,即ち半導体
レーザ装置の共振器長方向に対して垂直な方向の断面図
である。図において、1はn型GaAs基板、2は厚さ
が1.5〜2μmであるn型Alx Ga1-x As(x=0.
5) 下クラッド層、3はAly Ga1-y As(1-y)(y=0.0
5 〜0.15) ウエル層(図示せず)とアルミ組成比zが
0.2〜0.35であるAlz Ga1-z Asバリア層
(図示せず)から構成されている量子井戸構造活性層
で、両端に厚さ約35nmの上記バリア層と同じ組成の
光ガイド層(図示せず)を備え、その間に厚さ約10n
mのウエル層と厚さ約10nmのバリア層が交互に合わ
せて5層、即ちウエル層3層とバリア層2層が積層され
て構成されている。4aは厚さが0.05〜0.5μm
であるp型Alr Ga1-r As(r=0.5) 第1上クラッド
層,4bはp型Alr Ga1-r As(r=0.5) 第2上クラ
ッド層で、第1上クラッド層4aと第2上クラッド層4
bとを合わせた厚さは約1.5〜2.0μmである。5
は厚さが0.5〜1.0μmのp型GaAsコンタクト
層、8はプロトン注入領域、9はn側電極、10はp側
電極、15はシリコン(Si)イオン注入とアニールと
を用いて形成されたSi拡散領域、20はレーザ共振器
端面、3aは活性層3のレーザ発光に寄与する活性領
域、3bは活性層3のレーザ共振器端面近傍に形成され
た窓構造領域である。また、この半導体レーザ装置の素
子の大きさは、共振器長方向の長さが300〜600μ
m、幅が約300μmである。
造方法を示す工程図であり、図において、図5と同一符
号は同一又は相当する部分を示し、11はストライプ状
の第1のフォトレジスト,14は第2のフォトレジス
ト,23はプロトン注入を示している。
ウエハ状のn型GaAs基板1上に、下クラッド層2、
量子井戸構造層3、第1上クラッド層4aを順次エピタ
キシャル結晶成長させる。成長後のウエハの断面図を図
6(a) に示す。次に、このコンタクト層5表面にフォト
レジストを塗布し、これをパターニングして、図6(b)
に示すように、レーザ共振器長方向となる方向に伸び
る、レーザ共振器端面となる位置に達しないストライプ
状の第1のフォトレジスト11を形成する。このフォト
レジスト11と半導体レーザ装置の共振器端面となる位
置との間隔は20μm程度となるようにし、このストラ
イプ状のフォトレジスト11のレーザ共振器長方向に垂
直な方向の長さは1.5〜5μmとする。
して第1上クラッド層4aの上面から活性層4に達する
手前までSiのイオン注入を行った後、フォトレジスト
11を除去する。このとき、Siイオン注入を行うよ
う、領域に対するSiドーズ量は1×1013〜1×10
14cm-2程度とする。なお、フォトレジスト11の下部
の領域にはフォトレジスト11がマスクとして作用し、
この領域へのイオン注入を妨げるので、Siイオン注入
領域は形成されない。ここで、フォトレジスト11を除
去した後、活性層3のディスオーダを行なうために熱処
理(アニール)を行なう。これはイオン注入しただけで
は活性層3のディスオーダは起こらず、なんらかの熱処
理によりSi原子を結晶中で拡散させて初めてディスオ
ーダが生じることから行なわれるものであり、この熱処
理としてはウエハをAs圧をかけた雰囲気下で700℃
以上の温度でアニールする方法が一般的である。この結
果、図6(c) に示すように、Si拡散領域15が形成さ
れ、この領域15内の量子井戸構造活性層3はディスオ
ーダされる。このディスオーダされた量子井戸構造活性
層3のレーザ共振器端面近傍となる領域が、窓構造とし
て機能する窓構造領域3bとなる。活性層3のディスオ
ーダされた領域以外の領域は活性領域3aとなる。
ッド層4a上に第2上クラッド層4b,コンタクト層5
を順次エピタキシャル再成長させた後、コンタクト層5
の上面をレジストで覆い、フォトリソグラフィ技術によ
ってパターニングして、図6(e) に示すように、上記ス
トライプ状の第1のフォトレジスト11が形成されてい
た領域上に、該第1のフォトレジスト11とほぼ同じ大
きさのレーザ共振器長方向に伸びるストライプ状の第2
のフォトレジスト14を形成し、該レジスト14をマス
クとしてコンタクト層5の上面から第2上クラッド層4
b中にピークが位置するようにプロトン注入を行う。こ
れにより、コンタクト層5,および第2上クラッド層4
bにプロトン注入された領域8が形成され、この領域が
高抵抗領域となり、電流ブロック層として機能する。
タクト層5上にp側電極10を形成し、基板1側にn側
電極9を形成し、へき開によりレーザ共振器端面20を
形成して、図5に示すような窓構造を備えた半導体レー
ザ装置を得る。
いて説明する。p側電極10側に正、n側電極9側に負
となるように電圧を印加すると、ホールはp型コンタク
ト層5、p型第2上クラッド層4b,p型第1上クラッ
ド層4aを経て量子井戸構造活性層3へ、また電子はn
型半導体基板1、n型AlGaAsクラッド層2を経て
量子井戸構造活性層3にそれぞれ注入され、活性層3の
活性領域において電子とホールの再結合が発生し、量子
井戸構造活性層3の活性領域3a内で誘導放出光が生ず
る。そしてキャリアの注入量を十分高くして導波路の損
失を越える光が発生すればレーザ発振が生じる。ここ
で、プロトン注入された領域8はプロトン注入により高
抵抗となるため、このプロトン注入領域8のp型コンタ
クト層5,p型第2上クラッド層4bには電流が流れな
い。すなわちプロトン注入されていない領域にのみ電流
は流れる。
パクトディスク(CD)等の光ディスク装置の光源とし
て用いられる0.8μm帯の波長のレーザ光を発するA
lGaAs系の半導体レーザ装置の最大光出力は端面破
壊が発生する光出力で決定される。この端面破壊はレー
ザ光が端面領域の表面準位の光吸収によって発生した熱
で半導体レーザ装置を構成する結晶自体が溶融し共振器
の機能を果たさなくなるものである。よって高光出力動
作を実現するためにはより高い光出力でも端面破壊が生
じない工夫が必要である。このためには活性層の端面領
域にレーザ光を吸収しにくくする構造、つまりレーザ光
に対して”透明”となるような窓構造を設けることが非
常に有効である。この窓構造はレーザ光を発する活性層
の活性領域よりもバンドギャップエネルギーが高くなる
ような領域をレーザ共振器端面近傍に設けることにより
得られるものである。図5に示した従来の半導体レーザ
装置においては、活性層3が量子井戸構造からなってい
るため、このような窓構造がSiイオン注入22と熱処
理工程とによる量子井戸構造3のディスオーダを利用し
て形成されている。図7はこのディスオーダを説明する
ための活性層3近傍のアルミ組成比のプロファイルを示
す図であり、図7(a) はディスオーダする前の量子井戸
構造活性層3のアルミ組成比のプロファイルを、また、
図7(b) はディスオーダした後の量子井戸構造活性層3
のアルミ組成比のプロファイルをそれぞれ示している。
は相当する部分を示しており、30,31,及び32は
それぞれ活性層3のウエル層,バリア層,及び光ガイド
層を示している。また、図において縦軸はAl組成比を
示し、横軸は下クラッド層2,活性層3,及び上クラッ
ド層4の結晶成長方向の高さ位置を示し、Al2 はウエ
ル層30のアルミ組成比、Al1 はバリア層31,及び
光ガイド層32のアルミ組成比,Al3 はディスオーダ
された後の活性層3のアルミ組成比を示している。図7
(a) に示すような量子井戸構造活性層3にシリコン(S
i)をイオン注入と熱処理とを用いて拡散させると、こ
れらの拡散にともないウエル層30とバリア層32とを
構成する原子が混じり合い、図7(b) に示すように、こ
の拡散された領域がディスオーダされる。この結果、デ
ィスオーダされた量子井戸構造活性層3のアルミ組成比
は、バリア層31,及び光ガイド層32のアルミ組成比
Al1 とほぼ等しいアルミ組成比Al3 となり、活性層
3の実効的なバンドギャップエネルギーはバリア層3
1,光ガイド層32とほぼ等しい値になる。よって図5
に示した従来の半導体レーザ装置においては、量子井戸
構造活性層3のディスオーダされた領域の実効的なバン
ドギャップエネルギーが、活性領域3aとなるディスオ
ーダされていない活性層3の実効的なバンドギャップエ
ネルギーより大きくなるため、量子井戸構造活性層3の
ディスオーダされた領域がレーザ光に対して“透明”な
窓構造として機能するようになり、量子井戸構造活性層
3のレーザ共振器端面20の近傍の領域が窓構造領域3
bとなる。
構造を有する半導体レーザ装置においては、レーザ共振
器端面20近傍の量子井戸構造活性層3を、Siのイオ
ン注入と熱処理を用いたSiの拡散によりディスオーダ
して窓構造領域3bを形成していたが、このような半導
体レーザ装置においては、その製造工程中のSiをイオ
ン注入する工程において、イオン注入された半導体層に
多量の結晶欠陥が発生し、これにより第1上クラッド層
4aや活性層3内に結晶転移が発生してしまう。これ
は、電圧により加速された原子が結晶中に注入される
と、結晶中の原子と衝突しながらエネルギーを失って最
後には止まるが、個々のSiが加速時の高いエネルギー
を持っているため、結晶に多数の欠陥を生ぜしめること
によるものである。このような結晶転移はアニール時に
ある程度は回復するが、完全に回復することなく、一部
の結晶転移が残ったままとなる。この結晶転移はレーザ
光を吸収してしまうものであるため、量子井戸構造活性
層3をディスオーダしてバンドギャップエネルギーを活
性領域3aよりも大きくして窓構造領域3bを形成して
も、結晶転移がレーザ光を吸収するため窓構造として機
能しなくなるという問題があった。
らいに結晶欠陥が多いと、アニールにより拡散させるS
i自体が結晶欠陥にトラップされ拡散しにくくなり、デ
ィスオーダが生じにくくなり、所望の窓構造を備えた半
導体レーザ装置を再現性よく得ることができないという
問題があった。
ためになされたものであり、結晶転移を生じさせること
なく窓構造を形成できるとともに、窓構造を再現性良く
形成することが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。
消するためになされたものであり、結晶転移を生じさせ
ることなく窓構造を形成できるとともに、窓構造を再現
性良く形成することができる半導体レーザ装置を提供す
ることを目的とする。
ーザ装置の製造方法は、第1導電型GaAs基板の一主
面上に、第1導電型Alx Ga1-x As(0<x <1)下ク
ラッド層,Alz Ga1-z As(0<z <x)バリア層とA
ly Ga1-y As(0<y <z)ウエル層とからなる量子井
戸構造活性層,及び第2導電型Alr Ga1-r As(z<
r <1)第1上クラッド層を順次エピタキシャル成長さ
せ、上記第2導電型第1上クラッド層上のレーザ共振器
端面となる領域近傍上にSiO2 膜を形成し、該SiO
2 膜,及び上記エピタキシャル成長により形成された各
半導体層をアニールして、上記第2導電型第1上クラッ
ド層からGaを吸い上げてそこに空孔を生成するととも
に、該空孔を上記量子井戸構造活性層に達するまで拡散
させて、レーザ共振器端面となる領域近傍の上記量子井
戸構造活性層をディスオーダし、上記SiO2 膜を除去
した後、上記第2導電型第1上クラッド層上に、第2導
電型Alr Ga1-r As(z<r <1)第2上クラッド層,
及び第2導電型GaAsコンタクト層を順次エピタキシ
ャル再成長させるようにしたものである。
製造方法は、第1導電型GaAs基板の一主面上に、第
1導電型Alx Ga1-x As(0<x <1)下クラッド層,
Alz Ga1-z As(0<z <x)バリア層とAly Ga1-
y As(0<y <z)ウエル層とからなる量子井戸構造活性
層,及び第2導電型Alr Ga1-r As(z<r <1)第1
上クラッド層を順次エピタキシャル成長させ、上記第2
導電型第1上クラッド層上に、レーザ共振器長方向とな
る方向に伸びるレーザ共振器端面となる領域近傍に達し
ない長さの所定幅のストライプ状開口部を有するSiO
2 膜を形成し、該SiO2 膜,及び上記エピタキシャル
成長により形成された各半導体層をアニールして、上記
第2導電型第1上クラッド層からGaを吸い上げてそこ
に空孔を生成するとともに、該空孔を上記量子井戸構造
活性層に達するまで拡散させて、レーザ共振器端面とな
る領域近傍の上記量子井戸構造活性層をディスオーダ
し、上記SiO2 膜を除去した後、上記第2導電型第1
上クラッド層上に、第2導電型Alr Ga1-r As(z<
r <1)第2上クラッド層,及び第2導電型GaAsコン
タクト層を順次エピタキシャル再成長させ、続いて、該
コンタクト層上の、上記ストライプ状の開口部が形成さ
れていた領域の上方の領域にレジスト膜を形成し、該コ
ンタクト層の上方から上記量子井戸構造活性層に達しな
い深さまでプロトンを注入し、上記レジストを除去した
後、上記GaAs基板の裏面側、及び上記コンタクト層
の上面にそれぞれ電極を形成するようにしたものであ
る。
おいて、上記SiO2 膜を形成した後、該SiO2 膜,
及び上記第2導電型第1上クラッド層の上部の、上記ス
トライプ状の開口部が形成されている領域を含む領域上
に、Si3 N4 膜を形成する工程と、上記量子井戸構造
活性層をディスオーダした後、上記Si3 N4 膜を除去
する工程とを更に含むものである。
おいて、上記第2導電型Alr Ga1-r As(z<r <1)
第1上クラッド層をエピタキシャル成長させた後、連続
してその上にGaAs表面保護層をエピタキシャル成長
させるようにしたものである。
は、第1導電型GaAs基板と、該基板上に配置された
第1導電型Alx Ga1-x As(0<x <1)下クラッド層
と、該下クラッド層上に配置され、Alz Ga1-z As
(0<z <x)バリア層とAly Ga1-y As(0<y <z)ウ
エル層とからなり、そのレーザ共振器端面近傍に、空孔
の拡散によりディスオーダされた領域を有する量子井戸
構造活性層と、該量子井戸構造活性層上に配置された第
2導電型Alr Ga1-r As(z<r <1)第1上クラッド
層と、該第1上クラッド層上に配置された第2導電型A
lr Ga1-r As(z<r <1)第2上クラッド層と、該第
2上クラッド層上に配置された第2導電型GaAsコン
タクト層とを備えたものである。
記量子井戸構造活性層は、上記レーザ共振器端面近傍を
除いた領域のうちの、レーザ共振器長方向に伸びる所定
幅のストライプ状の活性領域以外の領域が、空孔の拡散
によりディスオーダされており、上記第2上クラッド層
の上部,及びコンタクト層の上記活性領域上の領域以外
の領域は、プロトンが注入されて高抵抗化されており、
上記GaAs基板の裏面側,及び上記コンタクト層の上
面にはそれぞれ電極が設けられているようにしたもので
ある。
記第2導電型第1上クラッド層と第2導電型第2上クラ
ッド層との間にGaAs表面保護層を有しているように
したものである。
び第2導電型Alr Ga1-r As第1上クラッド層を順
次エピタキシャル成長させ、上記第2導電型第1上クラ
ッド層上のレーザ共振器端面となる領域近傍上にSiO
2 膜を形成し、該SiO2 膜,及び上記エピタキシャル
成長により形成された各半導体層をアニールして、上記
第2導電型第1上クラッド層からGaを吸い上げてそこ
に空孔を生成するとともに、該空孔を上記量子井戸構造
活性層に達するまで拡散させて、レーザ共振器端面とな
る領域近傍の上記量子井戸構造活性層をディスオーダす
るようにしたから、Siをイオン注入する必要がなくな
り、結晶転移を発生させることなく、量子井戸構造活性
層をディスオーダして窓構造を形成することができる。
また、Siをイオン注入して、これを拡散させて窓構造
を形成する必要がなくなり、イオン注入により形成され
た多量の結晶欠陥にSiが拡散中にトラップされること
によりディスオーダが生じにくくなるということがなく
なり、所望の窓構造を備えた半導体レーザ装置を再現性
よく得ることができる。
活性層,及び第2導電型Alr Ga1-r As第1上クラ
ッド層を順次エピタキシャル成長させ、上記第2導電型
第1上クラッド層上に、レーザ共振器長方向となる方向
に伸びるレーザ共振器端面となる領域近傍に達しない長
さの所定幅のストライプ状開口部を有するSiO2 膜を
形成し、該SiO2 膜,及び上記エピタキシャル成長に
より形成された各半導体層をアニールして、上記第2導
電型第1上クラッド層からGaを吸い上げてそこに空孔
を生成するとともに、該空孔を上記量子井戸構造活性層
に達するまで拡散させて、レーザ共振器端面となる領域
近傍の上記量子井戸構造活性層をディスオーダするよう
にしたから、Siをイオン注入する必要がなくなり、結
晶転移を発生させることなく、量子井戸構造活性層をデ
ィスオーダして窓構造を形成することができる。また、
Siをイオン注入して、これを拡散させて窓構造を形成
する必要がなくなり、所望の窓構造を備えた半導体レー
ザ装置を再現性よく得ることができる。
膜を形成した後、該SiO2 膜,及び上記第2導電型第
1上クラッド層の上部の、上記ストライプ状の開口部が
形成されている領域を含む領域上にSi3 N4 膜を形成
する工程と、上記量子井戸構造活性層をディスオーダし
た後、上記Si3 N4 膜を除去する工程とを更に含むよ
うにしたから、上記アニールする工程において、上記ス
トライプ状の開口部に露出した第1上クラッド層の表面
からのAs抜けを防いで、第1上クラッド層の表面荒れ
を防止することができる。
型Alr Ga1-r As第1上クラッド層をエピタキシャ
ル成長させた後、連続してその上にGaAs表面保護層
をエピタキシャル成長させるようにしたから、再成長界
面の酸化を防いで、再成長界面の表面荒れを防ぐことが
できる。
振器端面近傍に、空孔の拡散によりディスオーダされた
領域を有する量子井戸構造活性層を備えているから、S
iをイオン注入して量子井戸構造活性層をディスオーダ
する必要がなくなり、結晶転移を発生させることなく量
子井戸構造活性層をディスオーダして窓構造を形成する
ことができる。また、Siをイオン注入して、これを拡
散させて窓構造を形成する必要がなくなり、イオン注入
により形成された多量の結晶欠陥にSiが拡散中にトラ
ップされることによりディスオーダが生じにくくなると
いうことがなくなり、所望の窓構造を備えた半導体レー
ザ装置を再現性よく得ることができる。
構造活性層は、上記レーザ共振器端面近傍を除いた領域
のうちの、レーザ共振器長方向に伸びる所定幅のストラ
イプ状の活性領域以外の領域が、空孔の拡散によりディ
スオーダされているから、Siをイオン注入して量子井
戸構造活性層をディスオーダする必要がなくなり、結晶
転移を発生させることなく量子井戸構造活性層をディス
オーダして窓構造を形成することができる。また、Si
をイオン注入して、これを拡散させて窓構造を形成する
必要がなくなり、所望の窓構造を備えた半導体レーザ装
置を再現性よく得ることができる。
lr Ga1-r As第1上クラッド層と第2導電型第2上
クラッド層との間にGaAs表面保護層を有しているよ
うにしたから、再成長界面の表面荒れを防ぐことができ
る。
ーザ装置の構造を示す斜視図(図1(a)),図1(a) のI
b−Ib線による断面図(図1(b))、即ちレーザ共振器
長方向の断面図,及び図1(a) のIc−Ic線による断
面図(図1(c))、即ちレーザ共振器長方向と垂直な方向
の断面図である。図において、1はn型GaAs基板、
2は厚さが1.5〜2μmであるn型Alx Ga1-x A
s(x=0.5) 下クラッド層、3はAly Ga1-y As(y=
0.05 〜0.15) ウエル層(図示せず)とアルミ組成比z
が0.2〜0.35であるAlz Ga1-z Asバリア層
(図示せず)から構成されている量子井戸構造活性層
で、両端に厚さ約35nmの上記バリア層と同じ組成の
光ガイド層(図示せず)を備え、その間に厚さ約10n
mのウエル層と厚さ約10nmのバリア層が交互に合わ
せて5層、即ちウエル層3層とバリア層2層が積層され
て構成されている。4aは厚さが0.05〜0.5μm
であるp型Alr Ga1-r As(r=0.5) 第1上クラッド
層、4bはp型Alr Ga1-r As(r=0.5) 第2上クラ
ッド層で、第1上クラッド層4aと第2上クラッド層4
bとを合わせた厚さは約1.5〜2.0μmとなってい
る。5は厚さが0.5〜1.0μmのp型GaAsコン
タクト層、8はプロトン注入領域、9はn側電極、10
はp側電極、6は空孔拡散領域、20はレーザ共振器端
面、3aは活性層3のレーザ発光に寄与する活性領域、
3bは活性層3のレーザ共振器端面20の近傍に形成さ
れた窓構造領域である。また、この半導体レーザ装置の
素子の大きさは、共振器長方向の長さが300〜600
μm、幅が約300μmである。
半導体レーザ装置の製造方法を示す工程図であり、図に
おいて、図1と同一符号は同一又は相当する部分を示
し、16はSiO2 膜、16aは該SiO2 膜16に設
けられたレーザ共振器長方向となる方向に伸びるストラ
イプ状の開口部、17はフォトレジスト、23はプロト
ン注入を示している。
エハ状態のn型GaAs基板1上に、n型Alx Ga1-
x As(x=0.5) 下クラッド層2、量子井戸構造活性層
3、p型Alr Ga1-r As(r=0.5) 第1上クラッド層
4aを順次エピタキシャル結晶成長する。この結晶成長
方法としては膜厚制御性に優れた有機金属気相成長法
(MOCVD)あるいは分子線エピタキシ法(MBE)
が適している。成長後のウエハの断面図を図2(a) に示
す。
面をSiO2 膜16で覆い、フォトリソグラフィ技術と
エッチング技術によって、図2(b) に示すようにレーザ
共振器端面となる位置に達しない長さの、レーザ共振器
長方向に伸びるストライプ状の開口部16aを活性領域
となる領域上に形成する。このSiO2 膜16は例えば
プラズマCVD(chemical vapor deposition) 法やスパ
ッタリングによって成膜される。SiO2 膜16の厚さ
としては1000オングストローム程度が適当であり、
この開口部16aのストライプの幅は1〜5μmが適当
であり、この開口部16aとレーザ共振器端面となる位
置との間隔は20μm程度となるようにする。次に、こ
のウエハを800℃以上の温度でアニールする。なお、
アニールは、開口部16aからのAs抜けを防止するた
めに、As圧をかけた雰囲気下において行なう。
ジックス・レター第52巻,1988年,1511〜1
531頁(Applied Physics letters,vol.52,1988,pp15
11〜1531) に記載されているように、アニール時にGa
AsあるいはAlGaAs結晶からGa原子を吸い上げ
る効果があり、これにより、本実施例1においては、S
iO2 膜16の開口部16a以外の領域に隣接したp型
第1上クラッド層4a表面からGa原子が吸い上げら
れ、この結果、p型第1上クラッド層4a結晶中の、本
来Ga原子があるべき格子位置に、Gaがない空孔がで
きる。この空孔がさらにアニールにより半導体結晶内部
に拡散していき、量子井戸構造活性層3に達すると、量
子井戸構造のディスオーダを生じさせる。従って、Si
O2 膜16直下の活性層3では、Gaが吸い上げられて
空孔が生成され続けるとともに、この空孔が拡散して量
子井戸構造のディスオーダが生じ、この領域の実効的な
バンドギャップエネルギーが大きくなる。この結果、こ
のディスオーダされた領域のうちのレーザ共振器端面近
傍の領域が、活性層3の上記SiO2 膜開口部16a下
のディスオーダされていない活性領域3aで発光するレ
ーザ光の“窓”として機能する窓構造部3bとなる。な
お、Ga空孔が効率良く拡散する距離は0.5μm以下
であるので、p型第1上クラッド層4aの厚さは0.5
μm以下であることが好ましい。
をウエットエッチングにより除去し、p型第1上クラッ
ド層4a上にp型第2上クラッド層4b、p型コンタク
ト層5をエピタキシャル再結晶成長を行い、コンタクト
層5の表面をレジスト膜で覆い、フォトリソグラフィ技
術によって、図2(e) に示すようにSiO2 膜16の開
口部16aが形成されていた領域に上記開口部16aと
ほぼ同じ大きさの共振器長方向に伸びるストライプ状の
レジスト17を形成し、このレジスト17をマスクにし
てコンタクト層5の上方からp型第2上クラッド層4b
中にピークが位置し、かつその濃度が約4×1019cm
-3の濃度となるようにプロトン注入23を実施する。こ
の結果、レジスト17の下部を除いた領域のコンタクト
層5及び第2上クラッド層4bの上部にプロトンが注入
されたプロトン注入領域8が形成される。このプロトン
注入領域8は高抵抗領域となるので電流ブロック層とし
て機能する。
極10、GaAs基板1側にn側電極9を形成し、ウエ
ハをへき開して一対のレーザ共振器端面20を形成して
半導体レーザ装置を得る。
側に正、n側電極9側に負となるように電圧を印加する
と、ホールはp型コンタクト層5、p型第2上クラッド
層4b,p型第1上クラッド層4aを経て量子井戸構造
活性層3へ、また電子はn型半導体基板1、n型AlG
aAsクラッド層2を経て量子井戸構造活性層3にそれ
ぞれ注入され、活性層3の活性領域において電子とホー
ルの再結合が発生し、量子井戸構造活性層3の活性領域
3a内で誘導放出光が生ずる。そしてキャリアの注入量
を十分高くして導波路の損失を越える光が発生すればレ
ーザ発振が生じる。ここで、プロトン注入された領域8
はプロトン注入により高抵抗となるため、このプロトン
注入領域8のp型コンタクト層5,p型第2上クラッド
層4bには電流が流れない。すなわちプロトン注入され
ていない領域にのみ電流は流れる。
拡散領域6内の活性層3は、空孔を拡散させることによ
りディスオーダされているため、このバンドギャップエ
ネルギーは、ディスオーダされていない領域,即ち活性
領域3aのバンドギャップよりも大きくなっており、こ
のディスオーダされた領域のうちのレーザ共振器端面2
0近傍の領域は、レーザ光を吸収しない窓構造領域3b
となる。また、活性層3の、活性領域3aに対してレー
ザ共振器長方向と垂直な方向において隣接する領域もデ
ィスオーダされているため、活性層3内のレーザ共振器
長方向と垂直な方向においては屈折率分布が生じ、レー
ザ光は活性領域3aに閉じ込められてレーザ共振器長方
向に導波される。
r As(r=0.5) 第1上クラッド層4aの表面にSiO2
膜16を形成して、アニールすることにより、p型第1
上クラッド層4aに空孔を形成するとともに、該空孔を
アニールにより拡散させて量子井戸構造活性層3をディ
スオーダしているため、上述した従来技術のようにディ
スオーダさせるためにSiをイオン注入させる工程が不
要となり、イオン注入時に高エネルギーを有するSiが
結晶と衝突して生じる多量の結晶欠陥を無くすことがで
きる。これにより、結晶転移の発生を抑えることがで
き、従来の半導体レーザ装置において問題となっていた
結晶転移がレーザ光を吸収することにより、ディスオー
ダした領域が窓構造として機能しなくなることを防ぐこ
とができる。従って、窓構造を備えた半導体レーザ装置
が本来有する高光出力動作を可能にできるとともに、端
面の破壊レベルが高く高信頼性を有するという優れた素
子特性を発揮することができる。
でSiをイオン注入する工程がないため、結晶欠陥の発
生量を非常に少なくすることができるとともに、Siを
拡散させるかわりに空孔を拡散させて活性層3をディス
オーダさせることにより、Si自体が多量の結晶欠陥に
トラップされて拡散しにくくなり、ディスオーダが生じ
にくくなるといった問題点をを防ぐことができ、窓構造
を備えた所望の構造を有する半導体レーザ装置を再現性
よく得ることができる。
lr Ga1-r As(r=0.5) 第1上クラッド層4aの表面
にSiO2 膜16を形成して、アニールすることによ
り、p型第1上クラッド層4aに空孔を形成するととも
に、該空孔を拡散させて量子井戸構造活性層3をディス
オーダするようにしたから、Siをイオン注入すること
なく活性層3をディスオーダして、結晶転移の非常に少
ない窓構造部を形成することができるとともに、このよ
うな所望の窓構造を備えた半導体レーザ装置を再現性良
く得ることができる効果がある。
よる半導体レーザ装置の製造方法における主要工程を示
す斜視図(図3(a)),及び図3(a) のIIIb-IIIb 線によ
る断面図(図3(b))であり、図において、図2と同一符
号は同一または相当する部分を示しており、19はSi
3 N4 膜である。本発明は上記実施例1における空孔を
拡散させる工程において、開口部16aを有するSiO
2 膜16を形成した後、図3(a)に示すように、Si3
N4 膜19で開口部16aを含む領域を覆い、アニール
を行なうようにしたものであり、その他の製造工程は上
記実施例1と同様の工程により行なわれる。
に設けられたストライプ状の開口部16aにはp型Al
r Ga1-r As(r=0.5) 第1上クラッド層4aが露出し
ているが、空孔を拡散させる際のアニール中に結晶表面
が露出していると、As圧をかけた環境下でアニールを
行なったとしても、表面からのAs抜けを完全に抑える
ことができず、開口部16a内のp型第1上クラッド層
4aに、表面荒れが発生してしまう。また、この表面荒
れはAl組成比が高くなるほどひどくなる傾向にある。
このように表面荒れが発生すると、この表面荒れしたp
型第1上クラッド層4a上に再結晶成長等を行なう際に
結晶転移が発生し、この結晶転移が活性層3にまで入
り、動作特性が劣化したり、信頼性が劣化して、品質の
よい半導体レーザ装置を得ることが困難となってしま
う。そこで、本実施例2においては、図3に示すよう
に、Si3 N4 膜19で開口部16aを含む領域を覆う
ことにより、開口部16a内のp型Alr Ga1-r As
(r=0.5) 第1上クラッド層4aを露出させないようにし
たものであり、これにより、アニール中に起こるp型A
lr Ga1-r As(r=0.5) 第1上クラッド層4aの表面
荒れを防ぐことができる。なお、このSi3 N4 膜19
はアニール後にCF4 を用いたドライエッチングやフッ
酸系のウエットエッチングによりSiO2 膜16ととも
に除去する。
r Ga1-r As(r=0.5) 第1上クラッド層4a上に形成
されたSiO2 膜16の開口部16aを含む領域上をS
i3N4 膜19で覆った後、アニールを行なうようにし
たから、SiO2 膜16の開口部16aに露出したp型
Alr Ga1-r As(r=0.5) 第1上クラッド層4aのA
s抜けによる表面荒れを抑えて、動作特性や信頼性に優
れた半導体レーザ装置を得ることができる効果がある。
よる半導体レーザ装置の製造方法の主要工程を示すレー
ザ共振器長方向と垂直な面による断面図であり、図にお
いて、図2と同一符号は同一または相当する部分を示し
ており、13はGaAs表面保護層である。本実施例3
は、上記実施例1の半導体レーザ装置の製造方法におい
て、図2(a) に示すようにp型Alr Ga1-r As(r=
0.5) 第1上クラッド層4aを形成した後、さらにp型
GaAs保護層13を連続的にエピタキシャル成長によ
り形成し、該p型GaAs保護層13の表面に開口部1
6aを備えたSiO2 膜16を形成し、アニールを行っ
て、Gaを吸い上げて空孔を形成するとともに空孔を拡
散させるようにしたものであり、その他の製造工程は上
記実施例1と同様に行なわれる。
成長させたp型Alr Ga1-r As(r=0.5) 第1上クラ
ッド層4a上にSiO2 膜16を形成し、アニールを行
って空孔を生成するとともに空孔を拡散させて活性層3
をディスオーダし、その後、SiO2 膜16を除去し、
第2上クラッド層4b,及びコンタクト層5をエピタキ
シャル再結晶成長させるようにしたが、再結晶成長面と
なる第1上クラッド層4aはAlを多く含んでおり、こ
のようなAlを多く含む層は酸化されやすい。このた
め、この第1上クラッド層4aがSiO2 膜16を形成
する段階等において大気に露出されると、その表面が酸
化により荒れてしまい、再成長界面に結晶転移が生じ、
この結晶転移が活性層3にまで広がってしまい、この転
移がレーザ光を吸収することにより、半導体レーザ装置
の性能が劣化してしまうという問題が生じてしまう。
め、エピタキシャル成長させた第1上クラッド層4a上
に、さらに連続してGaAs表面保護層17を形成し、
該GaAs表面保護層17上にSiO2 膜16を形成
し、アニールを行って空孔を生成するとともに空孔を拡
散させて活性層3をディスオーダし、その後、SiO2
膜16を除去し、第2上クラッド層4,及びコンタクト
層5をGaAs表面保護層17上にエピタキシャル再結
晶成長させるようにすると、再成長界面となるGaAs
表面保護層17はAlを含まず酸化されにくいため、酸
化による表面荒れの発生を抑え、再成長界面の結晶転移
の発生を大幅に低減させることができる。なお、GaA
s表面保護層17は活性層3の組成や構造にもよるが、
レーザ光を吸収する場合があるので、GaAs表面保護
層17の厚さはレーザ特性に影響を与えないような厚
さ、例えば100オングストローム以下の厚さであるこ
とが好ましい。
r Ga1-r As(r=0.5) 第1上クラッド層4a上に、該
第1上クラッド層4aのエピタキシャル成長に連続して
GaAs表面保護層17を形成した後、SiO2 膜16
を形成し、アニールを行って空孔を生成しこれを拡散さ
せるようにしたから、酸化による再成長界面の表面荒れ
の発生を抑え、再成長界面の結晶転移の発生を大幅に低
減させることができ、動作特性や信頼性に優れた半導体
レーザ装置を得ることができる。
の活性領域3a以外の領域上のコンタクト層5,及び第
1上クラッド層4a,第2上クラッド層4bの上部をプ
ロトン注入により高抵抗化した構造の半導体レーザ装置
を用いて説明したが、本発明は、リッジ構造を有する半
導体レーザ装置等のその他の構造を有する半導体レーザ
装置においても適用できるものであり、このような場合
においても、レーザ共振器端面近傍に空孔を拡散させて
量子井戸構造活性層3をディスオーダさせることにより
上記各実施例と同様の効果を奏する。
板1としてn型のGaAs基板を用いるようにしたが、
本発明はp型のGaAs基板を用いた場合においても適
用できるものであり、このような場合においても上記各
実施例と同様の効果を奏する。
が多重量子井戸構造(MQW)である場合について説明
したが、本発明は活性層が単量子井戸構造(SQW)等
のその他の量子井戸構造である場合おいても適用できる
ものであり、このような場合においても上記各実施例と
同様の効果を奏する。
戸構造活性層,及び第2導電型AlrGa1-r As第1
上クラッド層を順次エピタキシャル成長させ、上記第2
導電型第1上クラッド層上のレーザ共振器端面となる領
域近傍上にSiO2 膜を形成し、該SiO2 膜,及び上
記エピタキシャル成長により形成された各半導体層をア
ニールして、上記第2導電型第1上クラッド層からGa
を吸い上げてそこに空孔を生成するとともに、該空孔を
上記量子井戸構造活性層に達するまで拡散させて、レー
ザ共振器端面となる領域近傍の上記量子井戸構造活性層
をディスオーダするようにしたから、結晶転移を発生さ
せることなく、量子井戸構造活性層をディスオーダして
窓構造を形成することができるとともに、所望の窓構造
を備えた半導体レーザ装置を再現性よく得ることができ
る効果がある。
性層,及び第2導電型Alr Ga1-r As第1上クラッ
ド層を順次エピタキシャル成長させ、上記第2導電型第
1上クラッド層上に、レーザ共振器長方向となる方向に
伸びるレーザ共振器端面となる領域近傍に達しない長さ
の所定幅のストライプ状開口部を有するSiO2 膜を形
成し、該SiO2 膜,及び上記エピタキシャル成長によ
り形成された各半導体層をアニールして、上記第2導電
型第1上クラッド層からGaを吸い上げてそこに空孔を
生成するとともに、該空孔を上記量子井戸構造活性層に
達するまで拡散させて、レーザ共振器端面となる領域近
傍の上記量子井戸構造活性層をディスオーダするように
したから、結晶転移を発生させることなく、量子井戸構
造活性層をディスオーダして窓構造を形成することがで
きるとともに、所望の窓構造を備えた半導体レーザ装置
を再現性よく得ることができる効果がある。
を形成した後、該SiO2 膜,及び上記第2導電型第1
上クラッド層の上部の、上記ストライプ状の開口部が形
成されている領域を含む領域上にSi3 N4 膜を形成す
る工程と、上記量子井戸構造活性層をディスオーダした
後、上記Si3 N4 膜を除去する工程とを更に含むよう
にしたから、第1上クラッド層の表面荒れを防止し、第
1上クラッド層の表面から量子井戸構造活性層への結晶
転移の発生を大幅に低減させることができ、動作特性や
信頼性に優れた半導体レーザ装置を得ることができる効
果がある。
Alr Ga1-r As第1上クラッド層をエピタキシャル
成長させた後、連続してその上にGaAs表面保護層を
エピタキシャル成長させるようにしたから、再成長界面
の表面荒れを防ぎ、再成長界面から量子井戸構造活性層
への結晶転移の発生を大幅に低減させることができ、動
作特性や信頼性に優れた半導体レーザ装置を得ることが
できる効果がある。
器端面近傍に、空孔の拡散によりディスオーダされた領
域を有する量子井戸構造活性層を備えているから、結晶
転移を発生させることなく量子井戸構造活性層をディス
オーダして窓構造を形成することができるとともに、所
望の窓構造を備えた半導体レーザ装置を再現性よく得る
ことができる効果がある。
造活性層は、上記レーザ共振器端面近傍を除いた領域の
うちの、レーザ共振器長方向に伸びる所定幅のストライ
プ状の活性領域以外の領域が、空孔の拡散によりディス
オーダされているから、結晶転移を発生させることなく
量子井戸構造活性層をディスオーダして窓構造を形成す
ることができるとともに、所望の窓構造を備えた半導体
レーザ装置を再現性よく得ることができる効果がある。
Alr Ga1-r As第1上クラッド層と第2導電型第2
上クラッド層との間にGaAs表面保護層を有している
ようにしたから、再成長界面の表面荒れを防ぎ、再成長
界面から量子井戸構造活性層への結晶転移の発生を大幅
に低減させることができ、動作特性や信頼性に優れた半
導体レーザ装置を得ることができる効果がある。
装置の構造を示す図である。
装置の製造方法を示す工程図である。
装置の製造方法の主要工程を示す図である。
装置の製造方法の主要工程を示す断面図である。
る。
程図である。
ディスオーダを説明するためのアルミプロファイルを示
す図である。
=0.5) 下クラッド層、3 量子井戸構造活性層、3a
活性領域、3b 窓構造領域、4a p型Alr Ga1-
r As(r=0.5) 第1上クラッド層、4b p型Alr G
a1-r As(r=0.5) 第2上クラッド層、5 p型GaA
sコンタクト層、6 空孔拡散領域、8 プロトン注入
領域、9 n側電極、10 p側電極、11 第1のレ
ジスト、13 GaAs表面保護層、14 第2のレジ
スト、15 Si拡散領域、16 SiO2 膜、16a
開口部、17 レジスト、19 Si3 N4 膜、20
レーザ共振器端面、23 プロトン注入、30 Al
y Ga1-y As(y=0.05)ウエル層、31 Alz Ga1-
z As(z=0.2〜0.35) バリア層、32 Alz Ga1-z
As(z=0.2〜0.35) 光ガイド層。
Claims (7)
- 【請求項1】 第1導電型GaAs基板の一主面上に、
第1導電型Alx Ga1-x As(0<x <1)下クラッド
層,Alz Ga1-z As(0<z <x)バリア層とAly G
a1-y As(0<y <z)ウエル層とからなる量子井戸構造
活性層,及び第2導電型Alr Ga1-r As(z<r <1)
第1上クラッド層を順次エピタキシャル成長させる工程
と、 上記第2導電型第1上クラッド層上のレーザ共振器端面
となる領域近傍上にSiO2 膜を形成し、該SiO2
膜,及び上記エピタキシャル成長により形成された各半
導体層をアニールして、上記第2導電型第1上クラッド
層からGaを吸い上げてそこに空孔を生成するととも
に、該空孔を上記量子井戸構造活性層に達するまで拡散
させて、レーザ共振器端面となる領域近傍の上記量子井
戸構造活性層をディスオーダする工程と、 上記SiO2 膜を除去した後、上記第2導電型第1上ク
ラッド層上に、第2導電型Alr Ga1-r As(z<r <
1)第2上クラッド層,及び第2導電型GaAsコンタク
ト層を順次エピタキシャル再成長させる工程とを備えた
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】 第1導電型GaAs基板の一主面上に、
第1導電型Alx Ga1-x As(0<x <1)下クラッド
層,Alz Ga1-z As(0<z <x)バリア層とAly G
a1-y As(0<y <z)ウエル層とからなる量子井戸構造
活性層,及び第2導電型Alr Ga1-r As(z<r <1)
第1上クラッド層を順次エピタキシャル成長させる工程
と、 上記第2導電型第1上クラッド層上に、レーザ共振器長
方向となる方向に伸びるレーザ共振器端面となる領域近
傍に達しない長さの所定幅のストライプ状開口部を有す
るSiO2 膜を形成し、該SiO2 膜,及び上記エピタ
キシャル成長により形成された各半導体層をアニールし
て、上記第2導電型第1上クラッド層からGaを吸い上
げてそこに空孔を生成するとともに、該空孔を上記量子
井戸構造活性層に達するまで拡散させて、レーザ共振器
端面となる領域近傍の上記量子井戸構造活性層をディス
オーダする工程と、 上記SiO2 膜を除去した後、上記第2導電型第1上ク
ラッド層上に、第2導電型Alr Ga1-r As(z<r <
1)第2上クラッド層,及び第2導電型GaAsコンタク
ト層を順次エピタキシャル再成長させる工程と、 該コンタクト層上の、上記ストライプ状の開口部が形成
されていた領域の上方の領域にレジスト膜を形成し、該
コンタクト層の上方から上記量子井戸構造活性層に達し
ない深さまでプロトンを注入する工程と、 上記レジストを除去した後、上記GaAs基板の裏面
側,及び上記コンタクト層の上面にそれぞれ電極を形成
する工程とを備えた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】 請求項2に記載の半導体レーザ装置の製
造方法において、 上記SiO2 膜を形成する工程の後、該SiO2 膜,及
び上記第2導電型第1上クラッド層の上部の、上記スト
ライプ状の開口部が形成されている領域を含む領域上
に、Si3 N4 膜を形成する工程と、 上記量子井戸構造活性層をディスオーダする工程の後、
上記Si3 N4 膜を除去する工程とを更に含むことを特
徴とする半導体レーザ装置の製造方法。 - 【請求項4】 請求項2に記載の半導体レーザ装置の製
造方法において、 上記第2導電型Alr Ga1-r As(z<r <1)第1上ク
ラッド層をエピタキシャル成長させる工程に連続して、
その上にGaAs表面保護層をエピタキシャル成長させ
る工程をさらに含むことを特徴とする半導体レーザ装置
の製造方法。 - 【請求項5】 第1導電型GaAs基板と、 該基板上に配置された第1導電型Alx Ga1-x As(0
<x <1)下クラッド層と、 該下クラッド層上に配置され、Alz Ga1-z As(0<
z <x)バリア層とAly Ga1-y As(0<y <z)ウエル
層とからなり、そのレーザ共振器端面近傍に、空孔の拡
散によりディスオーダされた領域を有する量子井戸構造
活性層と、 該量子井戸構造活性層上に配置された第2導電型Alr
Ga1-r As(z<r <1)第1上クラッド層と、 該第1上クラッド層上に配置された第2導電型Alr G
a1-r As(z<r <1)第2上クラッド層と、 該第2上クラッド層上に配置された第2導電型GaAs
コンタクト層とを備えたことを特徴とする半導体レーザ
装置。 - 【請求項6】 請求項5に記載の半導体レーザ装置にお
いて、 上記量子井戸構造活性層は、上記レーザ共振器端面近傍
を除いた領域のうちの、レーザ共振器長方向に伸びる所
定幅のストライプ状の活性領域以外の領域が、空孔の拡
散によりディスオーダされており、 上記第2上クラッド層の上部,及びコンタクト層の上記
活性領域上の領域以外の領域は、プロトンが注入されて
高抵抗化されており、 上記GaAs基板の裏面側,及び上記コンタクト層の上
面にはそれぞれ電極が設けられていることを特徴とする
半導体レーザ装置。 - 【請求項7】 請求項5に記載の半導体レーザ装置にお
いて、 上記第2導電型第1上クラッド層と第2導電型第2上ク
ラッド層との間にGaAs表面保護層を有していること
を特徴とする半導体レーザ装置。
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