JPH0744307B2 - Semiconductor laser manufacturing method - Google Patents
Semiconductor laser manufacturing methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 この発明は、2回のMBE成長工程を必要とするAlGaAs系
ダブルヘテロ接合構造の半導体レーザの製造方法に関す
る。The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor laser having an AlGaAs double heterojunction structure which requires two MBE growth steps.
(ロ)従来技術 2回のMBE成長工程を必要とする構造の半導体レーザを
製造する方法を以下説明すると供にその問題点を指摘す
る。(B) Prior Art A method of manufacturing a semiconductor laser having a structure that requires two MBE growth steps will be described below, and the problem will be pointed out.
まず、1回目のMBE成長工程で第1成長層を基板の表面
に積層した後、MBE装置から基板を取り出し、エッチン
グ工程にて第1上部クラッド層まで達するストライプ溝
を形成する。このエッチング工程を行ったことに伴い、
前記エッチングした部分に酸化物等の不純物が直接付着
するから、この不純物を所定の方法にて蒸発させる。し
かる後、2回目のMBE成長工程で第2成長層を積層させ
る。First, after stacking the first growth layer on the surface of the substrate in the first MBE growth step, the substrate is taken out from the MBE apparatus and a stripe groove reaching the first upper cladding layer is formed in the etching step. With this etching process,
Since impurities such as oxides are directly attached to the etched portion, the impurities are evaporated by a predetermined method. Then, the second growth layer is laminated in the second MBE growth step.
しかして、前記不純物を蒸発させる工程において、第1
上部クラッド層のAl組成が0.4以上の場合、前記不純物
は蒸発されにくくなる。そのため第2成長層の積層状態
が劣化し、この部分を電流が流れなくなるという問題を
生じる。一方第1上部クラッド層のAl組成を0.4以下に
すれば、第2成長層の積層状態は良好となる反面、光閉
じ込め効率が低下するという問題を生じる。Thus, in the step of evaporating the impurities, the first
When the Al composition of the upper cladding layer is 0.4 or more, the impurities are less likely to be evaporated. As a result, the laminated state of the second growth layer deteriorates, causing a problem that current does not flow through this portion. On the other hand, if the Al composition of the first upper cladding layer is 0.4 or less, the laminated state of the second growth layer will be good, but the problem of light confinement efficiency will be reduced.
(ハ)目的 この発明は、上記の如く特性を有する半導体レーザの形
状を再現性良くしかも容易に製造せしめると共に、製造
歩留りを向上しうる半導体レーザの製造方法を提供する
ことを目的としている。(C) Purpose The present invention has an object to provide a method for manufacturing a semiconductor laser which can manufacture the shape of a semiconductor laser having the above-described characteristics with good reproducibility and can be easily manufactured, and which can improve the manufacturing yield.
(ニ)構成 この発明に係る半導体レーザの製造方法は一方の導電型
GaAsからなる基板の表面に、前記基板と同導電型のAlGa
As下部クラッド層と、AlXGa1-XAsからなる活性層と、前
記基板と反対導電型のAlGaAsからなる第1上部クラッド
層と、量子効果により前記活性層と同等又はそれ以上の
バンドギャップを持つ膜厚に設定され且つ前記基板と反
対導電型のGaAsからなる保護層と、前記基板と同導電型
のAlGaAsからなる電流制限層とで構成される第1成長層
を積層する第1の成長工程と、AlGaAs》GaAsなるエッチ
ングレートを有する溶液でもって前記電流制限層のみを
選択エッチングすることにより、前記保護層の表面が露
出される深さで且つ基板側に向かって幅狭となるテーパ
面を有するストライプ溝を形成するエッチング工程と、
前記ストライプ溝が形成された第1成長層に砒素分子線
を当てながら加熱温度および時間はGaAsからなる保護層
が蒸発しないような条件で該基板を加熱することによ
り、前記エッチング工程によって付着した不純物を蒸発
させるサーマルクリーニング工程と、前記サーマルクリ
ーニングされた第1成長層の上部に前記基板と反対導電
型のAlGaAsからなる第2上部クラッド層と、オーミック
コンタクトを良好にするためのキャップ層とで構成され
る第2成長層を積層する第2の成長工程を具備したこと
を特徴としている。(D) Configuration One method of manufacturing a semiconductor laser according to the present invention is one conductivity type.
On the surface of the substrate made of GaAs, AlGa of the same conductivity type as the substrate is
As lower clad layer, active layer made of Al X Ga 1-X As, first upper clad layer made of AlGaAs having a conductivity type opposite to that of the substrate, and band gap equal to or higher than that of the active layer due to quantum effect A first growth layer having a film thickness of 1 and a protection layer made of GaAs of the opposite conductivity type to the substrate and a current limiting layer made of AlGaAs of the same conductivity type as the substrate. By a growth step and selective etching of only the current limiting layer with a solution having an etching rate of AlGaAs >> GaAs, a taper is formed so that the surface of the protective layer is exposed and the width becomes narrower toward the substrate side. An etching step for forming a stripe groove having a surface,
Impurities deposited by the etching process are applied by heating the substrate under conditions such that the protective layer made of GaAs does not evaporate while the arsenic molecular beam is applied to the first growth layer in which the stripe grooves are formed. And a thermal cleaning step of evaporating the first thermal growth layer, a second upper clad layer made of AlGaAs having a conductivity type opposite to that of the substrate on the thermal grown first growth layer, and a cap layer for improving ohmic contact. And a second growth step of stacking a second growth layer to be formed.
(ホ)実施例 第1図はこの発明に係る半導体レーザの一実施例を示す
斜視図である。同図において、1は半導体レーザであ
り、1a、1bはファブリペロー反射面を示している。10は
N型GaAsからなる基板、21はN型AlXGa1-XAs(Al組成X
=0.55)からなる下部クラッド層と、22はAlXGa1-XAs
(Al組成X=0.12)からなる活性層と、23はP型AlXGa
1-XAs(Al組成X=0.55)からなる第1上部クラッド
層、24はP型GaAsからなる保護層、25はN型AlXGa1-XAs
(Al組成X=0.55)からなる電流制限層、41はP型AlYG
a1-YAs(Al組成Y=0.55)からなる第2上部クラッド
層、42はP+型GaAsからなるキャップ層、50はP型電極、
51はN電極をそれぞれ示している。なお前記保護層24
は、量子効果により活性層22と同等又はそれ以上のバン
ドキャップを持つ膜厚に設定されている。(E) Embodiment FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the semiconductor laser according to the present invention. In the figure, 1 is a semiconductor laser, and 1a and 1b are Fabry-Perot reflecting surfaces. 10 is a substrate made of N-type GaAs, 21 is N-type Al X Ga 1-X As (Al composition X
= 0.55) and 22 is Al X Ga 1-X As
An active layer composed of (Al composition X = 0.12) and 23 are P-type Al X Ga
First upper cladding layer made of 1-X As (Al composition X = 0.55), 24 a protective layer made of P-type GaAs, 25 N-type Al X Ga 1-X As
(Al composition X = 0.55) current limiting layer, 41 is P-type Al Y G
a 1-Y As (Al composition Y = 0.55) second upper clad layer, 42 a P + type GaAs cap layer, 50 a P type electrode,
Reference numeral 51 indicates N electrodes, respectively. The protective layer 24
Is set to a film thickness having a band cap equal to or greater than that of the active layer 22 due to the quantum effect.
詳しくは、前記下部クラッド層21と活性層22と第1上部
クラッド層23と保護層24と電流制限層25とで第1成長層
20が構成されている。この第1成長層20には、保護層24
の表面が露出される深さで且つ基板10側に向かって幅狭
となるテーパ面31を有するストライプ溝30が半導体レー
ザ1のレーザ共振器波長に沿って形成されている。そし
て前記第2上部クラッド層41とキャップ層42とで第2成
長層40が構成されている。この第2成長層40は、前記ス
トライプ溝30の形状に対応して陥没する形状で第1成長
層20の上部に積層されている。Specifically, the lower clad layer 21, the active layer 22, the first upper clad layer 23, the protective layer 24, and the current limiting layer 25 constitute a first growth layer.
Twenty are made up. A protective layer 24 is formed on the first growth layer 20.
A stripe groove 30 is formed along the laser resonator wavelength of the semiconductor laser 1 with a depth at which the surface of the semiconductor laser is exposed and having a tapered surface 31 that becomes narrower toward the substrate 10 side. The second upper clad layer 41 and the cap layer 42 form a second growth layer 40. The second growth layer 40 is laminated on the first growth layer 20 so as to have a recessed shape corresponding to the shape of the stripe groove 30.
しかして、上記の如き半導体レーザ1のストライプ溝30
の中央のバンド構造は第2図のようになる。第2図にお
いてAは伝導帯、Bは禁止帯、Cは価電子帯をそれぞれ
示しており、同図によれば、量子効果により保護層24の
バンドギャップは活性層22よりも広くなっていることが
わかる。Then, the stripe groove 30 of the semiconductor laser 1 as described above is used.
The band structure in the center of is as shown in FIG. In FIG. 2, A is the conduction band, B is the forbidden band, and C is the valence band. According to FIG. 2, the band gap of the protective layer 24 is wider than that of the active layer 22 due to the quantum effect. I understand.
第3図はこの発明に係る半導体レーザの製造方法を説明
するための参考図であり、以下同図を参考に説明する。FIG. 3 is a reference diagram for explaining the method for manufacturing a semiconductor laser according to the present invention, and the description will be given below with reference to the same figure.
(a) 図示しないMBE装置内に装着した基板10を所定
の方法にて加熱する。蒸発源にそれぞれ収納された原料
物質や不純物を分子線の形で蒸発させる。この原料等を
図示しない質量分析計でモニターし、図示しないコンピ
ュータで蒸発源の温度やシャッタを制御することによ
り、第1成長層20を積層させる(第1の成長工程)。な
お、保護層24の膜厚は30〜40Å程度に設定されているも
のとする。(A) The substrate 10 mounted in an MBE device (not shown) is heated by a predetermined method. The raw materials and impurities stored in the evaporation sources are evaporated in the form of molecular beams. The raw material and the like are monitored by a mass spectrometer (not shown), and the temperature of the evaporation source and the shutter are controlled by a computer (not shown) to stack the first growth layer 20 (first growth step). The thickness of the protective layer 24 is set to about 30 to 40Å.
(b) 前記第1成長層20が積層された基板10をMBE装
置から外部に取り出した後、基板10の裏面をラッピング
する。次に、ストライプ溝を形成すべき部分以外の電流
制限層25をホトレジスト60で覆う。このホトレジスト60
をマスクにした基板10をAlGaAs≫GaAsなるエッチングレ
ートを有する溶液(例えばHCl等)に浸漬して電流制限
層25を選択エッチングすることにより、保護層24の表面
が露出される深さで且つ基板側に向かって幅狭となるテ
ーパ面を有するストライプ溝30を第1成長層20に形成す
る(エッチング工程)。(B) After taking out the substrate 10 on which the first growth layer 20 is laminated from the MBE device to the outside, the back surface of the substrate 10 is lapped. Next, the current limiting layer 25 other than the portion where the stripe groove is to be formed is covered with a photoresist 60. This photoresist 60
The substrate 10 using the mask as a mask is immersed in a solution having an etching rate of AlGaAs >> GaAs (for example, HCl or the like) to selectively etch the current limiting layer 25, so that the surface of the protective layer 24 is exposed and the substrate is exposed. A stripe groove 30 having a tapered surface that narrows toward the side is formed in the first growth layer 20 (etching step).
(c)前記ホトレジスト60を除去した基板10を有機洗浄
し、前記基板10を再度MBE装置内に装着する。ここで、
基板10に砒素分子線を当てながら基板10を加熱すること
により、エッチング工程において付着した酸化物等の不
純物を蒸発させる(サーマルクリーニング工程)。(C) The substrate 10 from which the photoresist 60 has been removed is organically washed, and the substrate 10 is mounted again in the MBE apparatus. here,
By heating the substrate 10 while applying an arsenic molecular beam to the substrate 10, impurities such as oxides attached in the etching process are evaporated (thermal cleaning process).
このサーマルクリーニング工程における基板の温度とGa
Asの蒸発速度との関係を表1に示す。なお、表1の中段
には、各基板温度における蒸発速度を(μm/h)の単位
で表しており、表1の下段には、前記蒸発速度を(Å/s
ec)の単位に換算した値を表している。Substrate temperature and Ga in this thermal cleaning process
Table 1 shows the relationship with the evaporation rate of As. In addition, the evaporation rate at each substrate temperature is shown in the unit of (μm / h) in the middle row of Table 1, and the evaporation rate is (Å / s) in the lower row of Table 1.
ec) represents the value converted into units.
前記サーマルクリーニング工程の加熱温度及び時間は、
30〜40Å程度の膜厚を有する保護層24が蒸発しないこと
を条件として、表1に基づいて設定される。 The heating temperature and time of the thermal cleaning process are
It is set based on Table 1 on condition that the protective layer 24 having a film thickness of about 30 to 40Å does not evaporate.
(d)(c)工程の状態で基板10の温度を約600℃にし
て、(a)工程と同様の方法にて第2成長層40を第1成
長層20の上部に積層する(第2の成長工程)。In the steps (d) and (c), the temperature of the substrate 10 is set to about 600 ° C., and the second growth layer 40 is laminated on the first growth layer 20 in the same manner as in the step (a) (second). Growth process).
以下、通常の半導体レーザの製造方法と同様にしてP型
電極、N型電極をそれぞれ形成する。Thereafter, a P-type electrode and an N-type electrode are formed respectively in the same manner as in a usual method for manufacturing a semiconductor laser.
なお、上記実施例において、AlXGa1-XAsおよびAlYGa1-Y
Asからなる各層のAl組成をそれぞれ記しているが、適宜
に変更できることは勿論である。但し上記実施例のよう
なAl組成の場合には下部クラッド層21と第1上部クラッ
ド層23との光閉じ込め効果によって活性層22内にて効率
よく発光することができる。更に、上記実施例において
全ての導電型を逆転することも可能である。In the above examples, Al X Ga 1-X As and Al Y Ga 1-Y
Although the Al composition of each layer made of As is described, it goes without saying that the composition can be changed appropriately. However, in the case of the Al composition as in the above embodiment, light can be efficiently emitted in the active layer 22 due to the light confinement effect of the lower clad layer 21 and the first upper clad layer 23. Further, it is possible to reverse all conductivity types in the above embodiment.
(ヘ)効果 この発明は上記詳説したように、エッチング工程で保護
層のみを選択的に残して、第1上部クラッド層にパシベ
ーション効果を持たせることにより、第1上部クラッド
層の表面に不純物を直接付着させず、比較的簡単なサー
マルクリーニングで前記不純物を蒸発させているから、
第1上部クラッド層のAl組成に関係なく第2成長層の積
層状態を良好にすることができる。即ち、この発明によ
れば、上記の如く特性を有する半導体レーザの形状を再
現性良くしかも容易に製造することができる。その結
果、製造歩留りを向上させることができる。(F) Effect As described in detail above, according to the present invention, only the protective layer is selectively left in the etching step to give the first upper clad layer a passivation effect, so that impurities are not formed on the surface of the first upper clad layer. Since the impurities are evaporated by a relatively simple thermal cleaning without directly attaching them,
The laminated state of the second growth layer can be improved regardless of the Al composition of the first upper cladding layer. That is, according to the present invention, the shape of the semiconductor laser having the above-described characteristics can be manufactured with good reproducibility and easily. As a result, the manufacturing yield can be improved.
第1図はこの発明に係る半導体レーザの一実施例を示す
斜視図、第2図は第1図に示す半導体レーザ1のバンド
構造を示す説明図、第3図はこの発明に係る半導体レー
ザの製造方法の一実施例を説明するための参考図であ
る。 10……基板、20……第1成長層、21……下部クラッド
層、22……活性層、23……第1上部クラッド層、24……
保護層、25……電流制限層、30……ストライプ溝、31…
…テーパ面、40……第2成長層、41……第2上部クラッ
ド層、42……キャップ層。1 is a perspective view showing an embodiment of a semiconductor laser according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory view showing a band structure of the semiconductor laser 1 shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a view showing a semiconductor laser according to the present invention. It is a reference drawing for explaining one example of a manufacturing method. 10 ... Substrate, 20 ... First growth layer, 21 ... Lower clad layer, 22 ... Active layer, 23 ... First upper clad layer, 24 ...
Protective layer, 25 ... Current limiting layer, 30 ... Stripe groove, 31 ...
… Tapered surface, 40 …… Second growth layer, 41 …… Second upper cladding layer, 42 …… Cap layer.
Claims (1)
に、前記基板と同導電型のAlGaAs下部クラッド層と、Al
XGa1-XAsからなる活性層と、前記基板と反対導電型のAl
GaAsからなる第1上部クラッド層と、量子効果により前
記活性層と同等叉はそれ以上のバンドギャップを持つ膜
厚に設定され且つ前記基板と反対導電型のGaAsからなる
保護層と、前記基板と同導電型のAlGaAsからなる電流制
限層とで構成される第1成長層を積層する第1の成長工
程と、 AlGaAs》GaAsなるエッチングレートを有する溶液でもっ
て前記電流制限層のみを選択エッチングすることによ
り、前記保護層の表面が露出される深さで且つ基板側に
向かって幅狭となるテーパ面を有するストライプ溝を形
成するエッチング工程と、 前記ストライプ溝が形成された第1成長層に砒素分子線
を当てながら加熱温度および時間はGaAsからなる保護層
が蒸発しないような条件で該基板を加熱することによ
り、前記エッチング工程によって付着した不純物を蒸発
させるサーマルクリーニング工程と、 前記サーマルクリーニングされた第1成長層の上部に前
記基板と反対導電型のAlGaAsからなる第2上部クラッド
層と、オーミックコンタクトを良好にするためのキャッ
プ層とで構成される第2成長層を積層する第2の成長工
程とを具備したことを特徴とする半導体レーザの製造方
法。1. An AlGaAs lower clad layer of the same conductivity type as that of the substrate, and Al on the surface of a substrate of one conductivity type GaAs.
X Ga 1-X As active layer and Al of opposite conductivity type to the substrate
A first upper clad layer made of GaAs; a protective layer made of GaAs having a film thickness equal to or larger than that of the active layer due to a quantum effect and having a conductivity type opposite to that of the substrate; A first growth step of stacking a first growth layer composed of a current limiting layer of the same conductivity type AlGaAs, and selectively etching only the current limiting layer with a solution having an etching rate of AlGaAs >> GaAs An etching step of forming a stripe groove having a tapered surface with a depth exposing the surface of the protective layer and narrowing toward the substrate side; and arsenic on the first growth layer in which the stripe groove is formed. By heating the substrate while applying a molecular beam under conditions such that the protective layer made of GaAs does not evaporate at the heating temperature and time, the impurities attached by the etching process are vaporized. And a second upper clad layer made of AlGaAs having a conductivity type opposite to that of the substrate, and a cap layer for improving ohmic contact. And a second growth step of stacking a second growth layer.
Priority Applications (1)
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| JP60008202A JPH0744307B2 (en) | 1985-01-18 | 1985-01-18 | Semiconductor laser manufacturing method |
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| JPS61168284A JPS61168284A (en) | 1986-07-29 |
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| JP60008202A Expired - Lifetime JPH0744307B2 (en) | 1985-01-18 | 1985-01-18 | Semiconductor laser manufacturing method |
Country Status (1)
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-
1985
- 1985-01-18 JP JP60008202A patent/JPH0744307B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ApplPhyoLetl37,1,Augast,1980,第262頁〜第263頁 |
Also Published As
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| JPS61168284A (en) | 1986-07-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |