JP2550725B2 - Semiconductor laser and manufacturing method thereof - Google Patents
Semiconductor laser and manufacturing method thereofInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、単一横モードで発振する非点収差の小さい
AlGaInP系の半導体レーザおよびその製造方法に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial field of application) The present invention has a small astigmatism that oscillates in a single transverse mode.
The present invention relates to an AlGaInP-based semiconductor laser and a method for manufacturing the same.
（従来の技術） 最近、有機金属熱分解法（以後MOVPEと略す）による
結晶成長により形成された単一横モードで発振するAlGa
InP系の半導体レーサとして、第３図に示すような構造
が報告されている（エレクトロニクス・レターズ（Elec
tronics letters,1987,23,pp.938−939））。この構造
は第一回目の成長でｎ型GaAs基板１上に、ｎ型（Al0.6G
a0.4）0.5In0.5Ｐクラッド層２、Ga0.5In0.5Ｐ活性層
３、ｐ型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐ下部クラッド層４、
ｐ型Ga0.5In0.5Ｐ層５、ｐ型（Al0.8Ga0.2）0.5In0.5Ｐ
上部クラッド層８、ｐ型GaAsキャップ層９を順次形成す
る。次にフォトリソグラフィーによりSiO2をマスクとし
てエッチングによりメサストライプを形成する。Ｐ型Ga
0.5In0.5Ｐ層５はこのエッチング時のエッチングストッ
プ層である。そしてSiO2マスクをつけたまま、第二回目
の成長を行いエッチングしたところをｎ型GaAsブロック
層10で埋め込む。次にSiO2マスクを除去し、ｐ側全面に
電極が形成できるように第三回目の成長でｐ型GaAsコン
タクト層11を成長する。(Prior Art) Recently, AlGa oscillating in a single transverse mode formed by crystal growth by metalorganic pyrolysis (hereinafter abbreviated as MOVPE)
As an InP-based semiconductor racer, a structure as shown in Fig. 3 has been reported (Electronic Letters (Elec
tronics letters, 1987, 23, pp. 938-939)). This structure is obtained by growing the n-type (Al 0.6 G) on the n-type GaAs substrate 1 in the first growth.
a 0.4 ) 0.5 In 0.5 P clad layer 2, Ga 0.5 In 0.5 P active layer 3, p-type (Al 0.6 Ga 0.4 ) 0.5 In 0.5 P lower clad layer 4,
p-type Ga 0.5 In 0.5 P layer 5, p-type (Al 0.8 Ga 0.2 ) 0.5 In 0.5 P
The upper clad layer 8 and the p-type GaAs cap layer 9 are sequentially formed. Next, a mesa stripe is formed by etching using SiO 2 as a mask by photolithography. P-type Ga
The 0.5 In 0.5 P layer 5 is an etching stop layer during this etching. Then, with the SiO 2 mask still attached, the n-type GaAs block layer 10 is filled with the second growth and etching. Next, the SiO 2 mask is removed, and the p-type GaAs contact layer 11 is grown in the third growth so that an electrode can be formed on the entire p-side.
この構造により電流はｎ型GaAs層10、によりブロック
されメサストライプ部にのみ注入される。また、メサス
トライプ形成のエッチングのときに、メサストライプ部
以外のｐ型クラッド層の厚みを光の閉じ込めには不十分
な厚みまでエッチングするのでｎ型GaAs層10のある部分
では、このｎ型GaAs層10に光が吸収され、メサストライ
プ部にのみ光は導波される。このようにこの構造では、
電流狭窄機構と光導波機構が同時に作り付けられる。With this structure, the current is blocked by the n-type GaAs layer 10 and injected only into the mesa stripe portion. Further, since the thickness of the p-type clad layer other than the mesa stripe portion is etched to a thickness insufficient for confining light during the etching for forming the mesa stripe, the n-type GaAs layer 10 is formed in the portion where the n-type GaAs layer 10 is present. The light is absorbed by the layer 10, and the light is guided only to the mesa stripe portion. Thus in this structure,
The current confinement mechanism and the optical waveguide mechanism are built at the same time.
（発明が解決しようとする課題） 上述の第３図の構造では、モードの安定に光の吸収を
用いかつ横方向の実効屈折率差がステップ状についてい
るために、メサストライプ両脇で光の波面が遅れてしま
い、非点収差が10μｍ以上と大きくなってしまうという
問題があり、実用上の障害となっている。(Problems to be Solved by the Invention) In the structure of FIG. 3 described above, since the absorption of light is used for mode stability and the difference in effective refractive index in the lateral direction is stepwise, light on both sides of the mesa stripe is There is a problem that the wavefront is delayed and the astigmatism becomes as large as 10 μm or more, which is a practical obstacle.
本発明の目的は、上述の問題点を解決し、非点収差の
小さい横モード制御構造のAlGaInP系半導体レーザとそ
の製造方法を提供することにある。An object of the present invention is to solve the above problems and provide an AlGaInP-based semiconductor laser having a lateral mode control structure with a small astigmatism and a method for manufacturing the same.
（課題を解決するための手段） 本発明の半導体レーザは第一導電型基板上に、活性層
と、この活性層をはさみ活性層よりも屈折率の小さなク
ラッド層とからなるダブルヘテロ構造が形成され、前記
活性層の上側に隣接した第二導電型のクラッド層は層厚
が一様であり、このクラッド層の上部に、活性層よりエ
ネルギーギャップが大きくかつ屈折率が小さく、前記活
性層から離れるにしたがって幅が狭い少なくとも２層を
備えるストライプ状のメサ構造を有し、前記メサ構造の
側面部にエネルギーギャップが活性層と同じかもしくは
小さくかつ第一導電型もしくは高抵抗である半導体層を
有することを特徴とする。(Means for Solving the Problems) In the semiconductor laser of the present invention, a double hetero structure including an active layer and a cladding layer sandwiching the active layer and having a smaller refractive index than the active layer is formed on the first conductivity type substrate. The clad layer of the second conductivity type adjacent to the upper side of the active layer has a uniform layer thickness, and the upper part of the clad layer has a larger energy gap and a smaller refractive index than the active layer. A semiconductor layer having a stripe-shaped mesa structure having at least two layers that are narrower with increasing distance, and a semiconductor layer having the same or smaller energy gap as the active layer and the first conductivity type or high resistance on the side surface of the mesa structure. It is characterized by having.
また本発明の半導体レーザの製造方法は第一導電型基
板上に、活性層と、この活性層をはさみ活性層よりも屈
折率の小さなクラッド層からなるダブルヘテロ構造を形
成する工程と、前記活性層の上部に前記活性層よりエネ
ルギーギャップが大きくかつ屈折率が小さく、前記活性
層から離れるにしたがってエッチングレートが速い少な
くとも２層からなる第二導電型の半導体層を形成する工
程とこの半導体層上にストライプ状の誘電体膜を形成し
この誘電体膜を用いて前記活性層の上部の前記第二導電
型の半導体層をエッチングし階段状のストライプ状のメ
サ構造を形成する工程と、このメサ構造の両側面にエネ
ルギーギャップが活性層と同じかもしくは小さくかつ第
一導電型もしくは高抵抗である半導体層を形成する工程
を有することを特徴とする。Further, a method for manufacturing a semiconductor laser of the present invention comprises a step of forming a double hetero structure comprising an active layer and a cladding layer sandwiching the active layer and having a smaller refractive index than the active layer on the first conductivity type substrate, and the active layer. Forming a second conductivity type semiconductor layer having a larger energy gap and a smaller refractive index than the active layer and having an etching rate faster as the distance from the active layer increases, on the semiconductor layer; A step of forming a stripe-shaped dielectric film on the substrate, and etching the second conductivity type semiconductor layer on the active layer using the dielectric film to form a step-shaped stripe-shaped mesa structure; The method has a step of forming a semiconductor layer having an energy gap equal to or smaller than that of the active layer and having the first conductivity type or high resistance on both sides of the structure. To.
本発明による別の半導体レーザは請求項１の半導体レ
ーザにおいて活性層よりエネルギーギャップが大きくか
つ屈折率が小さく、前記活性層から離れるにしたがって
幅が狭い少なくとも２層を備えるストライプ状のメサ構
造の代わりに活性層よりエネルギーギャップが大きくか
つ屈折率が小さく、前記活性層から離れるにしたがって
幅が狭くしかもエネルギーギャップが連続して変化して
いる層を備えるストライプ状のメサ構造を有しているこ
とを特徴とする。Another semiconductor laser according to the present invention is the semiconductor laser according to claim 1, wherein the energy gap is larger than that of the active layer and the refractive index is smaller than that of the active layer. In addition, it has a stripe-shaped mesa structure including a layer having a larger energy gap and a smaller refractive index than the active layer, and having a width narrower as the distance from the active layer increases and the energy gap continuously changes. Characterize.
（作用） ストライプ状のメサ部と、それ以外の部分に光の吸収
層を活性層近傍に配置し、横方向の実効屈折率差をつけ
て横モードを制御する半導体レーザでは、その横方向の
実効屈折率差が一段のステップ状についていると非点収
差が大きくなることが知られている。本発明の構造は横
方向の実効屈折率差を、少なくとも２段以上のステップ
状にして、又はクレーディドにして、非点収差を小さく
している。(Function) In a semiconductor laser in which a light absorption layer is arranged in the vicinity of the active layer in the stripe-shaped mesa portion and the other portion, and a lateral mode is controlled by making a difference in effective refractive index in the lateral direction, It is known that the astigmatism increases when the effective refractive index difference has a step shape. In the structure of the present invention, the effective refractive index difference in the lateral direction is made into a step shape of at least two steps or more or is made into a graded structure to reduce astigmatism.
また本発明による半導体レーザとその製造方法を用い
れば以下の作用により、上述の非点収差の小さい半導体
レーザが自己整合的で少ない工程で再現良く製作でき
る。Further, by using the semiconductor laser and the method of manufacturing the same according to the present invention, the semiconductor laser having a small astigmatism described above can be manufactured with good reproducibility in a small number of steps by self-alignment by the following operation.
本発明の請求項１及び２の構造と製造方法では、第一
導電型基板上に、活性層と、この活性層をはさみ活性層
よりも屈折率の小さなクラッド層を形成し、前記活性層
の上側の第二導電型のクラッド層の上部に活性層よりエ
ネルギーギャップが大きくかつ屈折率が小さく、前記活
性層から離れるにしたがってエッチングレートが速い少
なくとも２層からなる第二導電型半導体層を形成する工
程と、この第二導電型半導体層上にストライプ状の誘電
体膜を形成する工程と、この誘電体膜を用いて前記活性
層の上部の前記第二誘電型半導体層をエッチングし、ス
トライプ状のメサ構造を形成する工程において、まずそ
の第二導電型半導体層の最も上側の半導体層がメサ状に
エッチングされる。次に最も上側の半導体層よりもエッ
チング速度の遅い次の半導体層に達すると深さ方向への
エッチング速度は遅くなる。この間に上部のメサ状とな
っている前記最も上側の半導体層はサイドエッチングに
よりその幅が狭くなる。このようにして上部のメサ状の
半導体層はその下の半導体層よりも狭い幅のメサ状にエ
ッチングされる。こうしてメサストライプの形状は階段
状となる。そしてこの階段状のメサの両脇をエネルギー
ギャップが活性層と同じか又は小さくかつ第一導電型も
しくは高抵抗である半導体層で埋め込む。こうして得ら
れる構造では実効屈折率が階段状の数段のステップにな
るので上述の非点収差の小さい半導体レーザが自己整合
的で少ない工程で製作できる。According to the structure and the manufacturing method of claims 1 and 2 of the present invention, an active layer and a clad layer having a smaller refractive index than the active layer are formed on the first conductivity type substrate, and the active layer is sandwiched between the active layer and the active layer. A second conductivity type semiconductor layer having a larger energy gap and a smaller refractive index than the active layer and having an etching rate faster with the distance from the active layer is formed on the upper second conductivity type clad layer. A step of forming a stripe-shaped dielectric film on the second conductivity type semiconductor layer, and etching the second dielectric type semiconductor layer above the active layer using the dielectric film to form a stripe shape In the step of forming the mesa structure, first, the uppermost semiconductor layer of the second conductivity type semiconductor layer is etched into a mesa shape. Next, when reaching the next semiconductor layer having a slower etching rate than the uppermost semiconductor layer, the etching rate in the depth direction becomes slower. In the meantime, the width of the uppermost mesa-shaped uppermost semiconductor layer is narrowed by side etching. In this manner, the upper mesa-shaped semiconductor layer is etched into a mesa shape having a narrower width than the semiconductor layer below the mesa-shaped semiconductor layer. In this way, the shape of the mesa stripe becomes stepwise. Then, both sides of this stepped mesa are filled with a semiconductor layer whose energy gap is the same as or smaller than that of the active layer and which has the first conductivity type or high resistance. In the structure thus obtained, the effective refractive index has several steps in a stepwise manner, so that the above-mentioned semiconductor laser with small astigmatism can be manufactured in a self-aligning and few steps.
また本発明の請求項３の半導体レーザではメサ構造を
構成する半導体層の中にエネルギーギャップが連続的に
変化している半導体層、いいかえると基板と格子整合
し、連続的に組成が変化している化合物の半導体層を入
れることにより、メサエッチング時に活性層から離れる
にしたがって幅が徐々に狭くなり、なめらかな順メサ形
状が得られる。こうして実効屈折率差がグレーディドに
なり、非点収差を小さくできる。Further, in the semiconductor laser according to claim 3 of the present invention, the semiconductor layer constituting the mesa structure has a continuously changing energy gap, in other words, lattice matching with the substrate and the composition continuously changing. By inserting a semiconductor layer of a compound, the width gradually becomes narrower as it moves away from the active layer during mesa etching, and a smooth forward mesa shape can be obtained. In this way, the effective refractive index difference becomes graded, and astigmatism can be reduced.
（実施例） 本発明の第一の実施例を図面を用いて説明する。(Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は本発明の半導体レーザ装置の一実施例を示す
レーザの断面図であり、第２図（ａ）〜（ｆ）はその工
程図である。FIG. 1 is a sectional view of a laser showing an embodiment of a semiconductor laser device of the present invention, and FIGS. 2 (a) to 2 (f) are process diagrams thereof.
まず一回目の減圧MOVPEによる成長で、ｎ型GaAs基板
１（Siドープ;n＝２×1018cm-3）上に、基板と格子整合
させて、ｎ型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐクラッド層２
（ｎ＝５×1017cm-3;厚み１μｍ）、Ga0.5In0.5Ｐ活性
層３（アンドープ；厚み0.1μｍ）、ｐ型（Al0.4G
a0.6）0.5In0.5Ｐ下部クラッド層４（ｐ＝５×1017c
m-3;厚み0.3μｍ）、ｐ型Ga0.5In0.5Ｐ層５、ｐ型（Al
0.4Ga0.6）0.5In0.5Ｐ層６（ｐ＝５×1017cm-3;厚み0.1
μｍ）、ｐ型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Ｐ層７（ｐ＝５×
1017cm-3;厚み0.1μｍ）、ｐ型（Al0.8Ga0.2）0.5In0.5
Ｐ上部クラッド層８（ｐ＝５×1017cm-3;厚み0.8μ
ｍ）、ｐ型GaAsキャップ層９を順次形成した。成長条件
は、温度700℃、圧力70Torr、V/III＝200、キャリヤガ
ス（H2）の全流量15/minとした。原料としては、トリ
メチルインジウム（TMI:（CH3）3In）、トリエチルガリ
ウム（TEG:（C2H5）3Ga）、トリメチルアルミニウム（T
MA:（CH3）3Al）、アルシン（AsHs）、ホスフィン（P
H3）、ｎ型ドーパント：セレン化水素（H2Se）、ｐ型ド
ーパント；シクロペンタヂェニルマグネシウム（Cp2M
g）を用いた。こうして成長したウェハにフォトリソグ
ラフィにより幅９μｍのストライプ状のSiO2マスクを形
成した（第２図（ａ））。次にこのSiO2マスクを用いて
リン酸系のエッチング液によりｐ型GaAsキャップ層９を
メサ状にエッチングした（第３図（ｂ））。つづいて塩
酸系のエッチング液により、ｐ型（Al0.8Ga0.2）0.5In
0.5Ｐ上部クラッド層８、ｐ型（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5
Ｐ層７、ｐ型（Al0.4Ga0.6）0.5In0.5Ｐ層６をメサ状に
エッチングした（第２図（ｃ、ｄ））。このときエッチ
ングレートはA1が多い程早いのでこのエッチングレート
の差により第２図（ｃ）（ｄ）に示すようにｐ型AlGaIn
P層６、７、８はそれぞれ幅が異なり、階段状の形状と
なる。つぎにｐ型（Al0.8Ga0.2）0.5In0.5Ｐ上部のクラ
ッド層８のサイドエッチングで幅広となったｐ型GaAsキ
ャップ層９をリン酸系のエッチング液によりｐ型（Al
0.8Ga0.2）0.5Ｐ上部クラッド層８と同じ幅にエッチン
グした。つぎにSiO2マスクをつけたまま減圧MOVPEによ
り二回目の成長を行いｎ型GaAs層10を形成した（第２図
（ｅ））。そしてSiO2マスクを除去した後に、減圧MOVP
Eにより三回目の成長を行いｐ型GaAsコンタクト層11を
形成した（第２図（ｆ））。最後にｐ、ｎ両電極（図に
は示していない）を形成してキャビティ長300μｍにへ
き開し、個々のチップに分離した。First, the first low-pressure MOVPE growth was performed on the n-type GaAs substrate 1 (Si-doped; n = 2 × 10 18 cm −3 ) in lattice matching with the substrate and n-type (Al 0.6 Ga 0.4 ) 0.5 In 0.5 P clad layer 2
(N = 5 × 10 17 cm −3 ; thickness 1 μm), Ga 0.5 In 0.5 P active layer 3 (undoped; thickness 0.1 μm), p-type (Al 0.4 G
a 0.6 ) 0.5 In 0.5 P Lower cladding layer 4 (p = 5 × 10 17 c
m -3 ; thickness 0.3 μm), p-type Ga 0.5 In 0.5 P layer 5, p-type (Al
0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5 P layer 6 (p = 5 × 10 17 cm -3 ; thickness 0.1
μm), p-type (Al 0.6 Ga 0.4 ) 0.5 In 0.5 P layer 7 (p = 5 ×
10 17 cm -3 ; thickness 0.1 μm), p-type (Al 0.8 Ga 0.2 ) 0.5 In 0.5
P upper clad layer 8 (p = 5 × 10 17 cm -3 ; thickness 0.8μ
m) and the p-type GaAs cap layer 9 were sequentially formed. The growth conditions were a temperature of 700 ° C., a pressure of 70 Torr, V / III = 200, and a total flow rate of carrier gas (H 2 ) of 15 / min. As raw materials, trimethylindium (TMI: (CH 3 ) 3 In), triethylgallium (TEG: (C 2 H 5 ) 3 Ga), trimethylaluminum (T
MA: (CH 3 ) 3 Al), arsine (AsHs), phosphine (P
H 3 ), n-type dopant: hydrogen selenide (H 2 Se), p-type dopant; cyclopentadienyl magnesium (Cp 2 M)
g) was used. A stripe-shaped SiO 2 mask having a width of 9 μm was formed on the wafer thus grown by photolithography (FIG. 2A). Next, using this SiO 2 mask, the p-type GaAs cap layer 9 was etched into a mesa with a phosphoric acid-based etching solution (FIG. 3 (b)). Then, p-type (Al 0.8 Ga 0.2 ) 0.5 In
0.5 P upper cladding layer 8, p-type (Al 0.6 Ga 0.4 ) 0.5 In 0.5
The P layer 7 and the p-type (Al 0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5 P layer 6 were etched in a mesa shape (FIG. 2 (c, d)). At this time, the etching rate increases as the amount of A1 increases. Therefore, due to the difference in the etching rate, as shown in FIGS.
The P layers 6, 7 and 8 have different widths and have a step-like shape. Next, the p-type GaAs cap layer 9 which is widened by side etching of the p-type (Al 0.8 Ga 0.2 ) 0.5 In 0.5 P upper cladding layer 8 is p-type (Al
0.8 Ga 0.2 ) 0.5 P Etched to the same width as the upper clad layer 8. Next, the n-type GaAs layer 10 was formed by performing the second growth by low pressure MOVPE with the SiO 2 mask attached (FIG. 2 (e)). Then, after removing the SiO 2 mask, depressurized MOVP
A third growth was performed by E to form a p-type GaAs contact layer 11 (FIG. 2 (f)). Finally, both p and n electrodes (not shown) were formed and cleaved to a cavity length of 300 μm, and separated into individual chips.
最終的に出来上がった構造ではｐ型（Al0.8Ga0.2）
0.5In0.5Ｐ上部クラッド層８のメサ幅は４μｍ、ｐ型
（Al0.4Ga0.6）0.5In0.5Ｐ層６のメサ幅は８μｍとなっ
た。メサ幅４μｍの第３図で示した従来構造のレーザが
12μｍ程度の非点収差を持つのに比べ、本発明のこの実
施例のレーザの非点収差は５μｍ以下であった。この第
一の実施例においてエッチング速度の異なる層であるＰ
型AlGaInP層６、７、８の各組成、層厚や層の数（ここ
では３）は一例である。用いるエッチング液の組成、エ
ッチング速度や実効屈折率差と所望の非点収差を考え
て、エッチング速度の異なる層の組成、層厚、層数を最
適化すればよい。The final structure is p-type (Al 0.8 Ga 0.2 )
The mesa width of the 0.5 In 0.5 P upper cladding layer 8 was 4 μm, and the mesa width of the p-type (Al 0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5 P layer 6 was 8 μm. The laser with the conventional structure shown in FIG.
In contrast to having astigmatism of about 12 μm, the astigmatism of the laser of this embodiment of the present invention was 5 μm or less. In this first embodiment, P which is a layer having a different etching rate is used.
The composition, layer thickness, and number of layers (here, 3) of the type AlGaInP layers 6, 7, and 8 are examples. The composition, layer thickness, and number of layers of layers having different etching rates may be optimized in consideration of the composition of the etching solution used, the etching rate, the effective refractive index difference, and the desired astigmatism.
このように本発明では活性層上部のストライプ状のメ
サとなる半導体層をエッチング速度の異なる２層以上か
ら構成しているので、メサ形成時に自動的に横方向の実
効屈折率差が２段階以上のステップになり、非点収差を
容易にかつ著しく改善できた。As described above, according to the present invention, since the semiconductor layer serving as a stripe-shaped mesa on the active layer is composed of two or more layers having different etching rates, the effective refractive index difference in the lateral direction is automatically set to two steps or more when the mesa is formed. As a result, the astigmatism can be improved easily and remarkably.
またエッチング速度の異なる層の厚さを薄くし（例え
ば0.05μｍ）層数を多層（例えば10層）とし、各層の組
成をわずかずつ変化させる（例えば活性層から離れるに
従ってAlGaInPのAlの組成を0.4から0.8まで徐々に変化
させて10段階とする）ことにより、エッチングした時、
階段状のステップが細かくなり、なめらかなスロープ状
の形状となる。この場合も同様の効果が得られる。Also, the thickness of layers with different etching rates is reduced (for example, 0.05 μm) to make the number of layers (for example, 10 layers), and the composition of each layer is changed slightly (for example, the Al composition of AlGaInP becomes 0.4 as the distance from the active layer increases). By gradually changing from 0 to 0.8 in 10 steps), when etching,
The step-like steps become finer, resulting in a smooth slope-like shape. In this case, the same effect can be obtained.
本発明の半導体レーザの第二の実施例を第４図の構造
断面図を用いて述べる。製造方法についてまず述べる。
減圧MOVPE法によりｎ型GaAs基板１上に格子整合させて
ｎ型AlGaInPクラッド層２、GaInP活性層３、ｐ型AlGaIn
P下部クラッド層４、ｐ型GaInPエッチングストップ層５
を形成するところまでは第一の実施例と同じである。続
いて層厚１μｍのｐ型（AlxGa1-x）0.5In0.5Ｐ層13、ｐ
型GaAsキャップ層を格子整合させて順に形成する。ここ
でｐ型AlGaInP層13は活性層３から離れるにしたがって
組成がｘ＝0.4から0.8まで連続して変化している。これ
はエネルギーギャップがｘ＝0.4から0.8になるにつれ大
きくなることになる。このAlGaInP層13の成長方法は成
長中に成長原料ガスの流量を徐々に変えれば良く、一例
としてトリエチルガリウムとトリメチルアルミニウムか
らのガスの流量比を徐々に変化させれば良い。A second embodiment of the semiconductor laser of the present invention will be described with reference to the structural sectional view of FIG. The manufacturing method will be described first.
The n-type AlGaInP clad layer 2, GaInP active layer 3 and p-type AlGaIn are lattice-matched on the n-type GaAs substrate 1 by the low pressure MOVPE method.
P lower clad layer 4, p-type GaInP etching stop layer 5
The process up to the step of forming is the same as in the first embodiment. Then, a p-type (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 P layer 13 having a layer thickness of 1 μm, p
The type GaAs cap layer is lattice-matched and sequentially formed. Here, the composition of the p-type AlGaInP layer 13 continuously changes from x = 0.4 to 0.8 with increasing distance from the active layer 3. This becomes larger as the energy gap changes from x = 0.4 to 0.8. The growth method of the AlGaInP layer 13 may be such that the flow rate of the growth source gas is gradually changed during the growth, and for example, the flow rate ratio of the gases from triethylgallium and trimethylaluminum may be gradually changed.
次に第一の実施例と同様にしてストライプ状のSiO2マ
スクを形成しそれをエッチングマスクとしてリン酸系エ
ッチング液でｐ型GaAsキャップ層をメサ状にする。次に
塩酸系エッチング液でｐ型AlGaInP層13をエッチングす
る。塩酸を含むエッチング液では（AlxGa1-x）0.5In0.5
ＰはAl組成ｘが大きい程エッチングレートが大きいので
AlGaInP層13は活性層３から離れるに従って幅が徐々に
なめらかに狭くなる形状となる。次に第一の実施例と同
様の方法で、ｎ型GaAsブロック層10とｐ型GaAsコンタク
ト層11を形成して第４図で示した構造の半導体レーザを
得る。Next, a stripe-shaped SiO 2 mask is formed in the same manner as in the first embodiment, and the p-type GaAs cap layer is formed into a mesa with a phosphoric acid-based etching solution using the SiO 2 mask as an etching mask. Next, the p-type AlGaInP layer 13 is etched with a hydrochloric acid-based etching solution. (Al x Ga 1-x ) 0.5 In 0.5 for etching solution containing hydrochloric acid
Since the etching rate of P increases as the Al composition x increases,
The AlGaInP layer 13 has a shape in which the width gradually becomes narrower as it goes away from the active layer 3. Next, the n-type GaAs block layer 10 and the p-type GaAs contact layer 11 are formed in the same manner as in the first embodiment to obtain the semiconductor laser having the structure shown in FIG.
この第二の実施例の半導体レーザではｐ型AlGaInP層1
3が順メサ形状で幅が徐々になめらかに変化している。
このように幅を制御することにより横方向の実効屈折率
差がグレーディド（徐々になめらかに変化しているこ
と）に形成されているので非点収差を５μｍ以下と小さ
くできる。ここではAlGaInP層13のAl組成ｘを0.4から0.
8まで変化させたが、これに限る必要はなく使用するエ
ッチング液の組成によるエッチング速度や所望の実効屈
折率の大きさを考えて最適化すれば良い。In the semiconductor laser of the second embodiment, the p-type AlGaInP layer 1
No. 3 is a regular mesa shape and the width gradually changes smoothly.
By controlling the width in this way, the effective refractive index difference in the lateral direction is graded (gradually changing smoothly), so that the astigmatism can be reduced to 5 μm or less. Here, the Al composition x of the AlGaInP layer 13 is 0.4 to 0.
Although the number is changed to 8, it is not limited to this, and may be optimized by considering the etching rate according to the composition of the etching solution used and the desired effective refractive index.
以上述べた実施例では、活性層、クラッド層の組成を
指定したが、活性層組成は製作するレーザ装置に要求さ
れる発振波長要件を満たす組成、材料、もしくは量子井
戸にすればよく、クラッド層組成は用いる活性層組成に
対して光とキャリヤの閉じ込めが十分にできる組成、材
料を選べばよい。またレーザに要求される特性によりSC
H構造にするなどクラッド層をより多層化することもで
きる。上述の実施例ではｎ型GaAsを電流狭窄と光吸収を
させる層に用いたが、この層は高抵抗層でも良く、また
GaInPなど本発明の要件を満たすものであれば良い。ｐ
型GaInP層５はエッチングストップ層で必要に応じて用
いればよく、薄膜例えば40Åの厚さでよい。Although the compositions of the active layer and the clad layer are specified in the above-described embodiments, the composition of the active layer may be a composition, a material, or a quantum well satisfying the oscillation wavelength requirement required for the laser device to be manufactured. The composition may be selected such that the light and carriers are sufficiently confined with respect to the active layer composition used. Depending on the characteristics required for the laser, SC
It is also possible to make the clad layer more multi-layered, such as an H structure. In the above-mentioned embodiment, n-type GaAs is used for the current constriction and light absorption layer, but this layer may be a high resistance layer.
Any material that satisfies the requirements of the present invention such as GaInP may be used. p
The type GaInP layer 5 may be used as an etching stop layer as needed, and may be a thin film, for example, 40 Å in thickness.
（発明の効果） このように本発明により、非点収差の小さい単一横モ
ードAlGaInP半導体レーザが自己整合的で少ない工程で
製作できる。(Effect of the Invention) As described above, according to the present invention, a single transverse mode AlGaInP semiconductor laser having a small astigmatism can be manufactured in a self-aligning manner with a small number of steps.
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図（ａ）
〜（ｆ）は本発明の製作工程を示す断面図、第３図は従
来の半導体レーザ装置の例を示す断面図である。第４図
は第２の実施例の半導体レーザの断面図である。 図において、１はｎ型GaAs基板、２はｎ型（Al0.6G
a0.4）0.5In0.5Ｐクラッド層、３はGa0.5In0.5Ｐ活性
層、４はｐ型（Al0.4Ga0.6）0.5In0.5Ｐ下部クラッド
層、５はｐ型Ga0.5In0.5Ｐエッチングストップ層、６は
ｐ型（Al0.4Ga0.6）0.5In0.5Ｐ層、７はｐ型（Al0.6Ga
0.4）0.5In0.5Ｐ層８はｐ型（Al0.8Ga0.2）0.5In0.5Ｐ
上部クラッド層、９はｐ型GaAsキャップ層、10はｎ型Ga
Asブロック層、11はｐ型GaAsコンタクト層、12はSiO
2膜、13はｐ型AlGaInP層。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIG.
(F) is a sectional view showing a manufacturing process of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view showing an example of a conventional semiconductor laser device. FIG. 4 is a sectional view of the semiconductor laser of the second embodiment. In the figure, 1 is an n-type GaAs substrate, 2 is an n-type (Al 0.6 G
a 0.4 ) 0.5 In 0.5 P clad layer, 3 Ga 0.5 In 0.5 P active layer, 4 p-type (Al 0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5 P lower clad layer, 5 p-type Ga 0.5 In 0.5 P etching stop layer , 6 is a p-type (Al 0.4 Ga 0.6 ) 0.5 In 0.5 P layer, and 7 is a p-type (Al 0.6 Ga 0.6 ).
0.4 ) 0.5 In 0.5 P layer 8 is p-type (Al 0.8 Ga 0.2 ) 0.5 In 0.5 P
Upper clad layer, 9 is p-type GaAs cap layer, 10 is n-type Ga
As block layer, 11 is p-type GaAs contact layer, 12 is SiO
2 films and 13 are p-type AlGaInP layers.
Claims (3)
層をはさみ活性層よりも屈折率の小さなクラッド層とか
らなるダブルヘテロ構造が形成され、前記活性層の上側
に隣接した第二導電型のクラッド層の上部に、活性層よ
りエネルギーギャップが大きくかつ屈折率が小さく、前
記活性層から離れるにしたがって幅が狭い少なくとも２
層を備えるストライプ状のメサ構造を有し、前記メサ構
造の側面部にエネルギーギャップが活性層と同じかもし
くは小さくかつ第一導電型もしくは高抵抗である半導体
層を有することを特徴とする半導体レーザ。1. A double heterostructure comprising an active layer and a cladding layer sandwiching the active layer and having a refractive index smaller than that of the active layer is formed on a first conductivity type substrate and is adjacent to the upper side of the active layer. An upper part of the second-conductivity-type cladding layer has a larger energy gap and a smaller refractive index than the active layer, and has a width narrower than that of the active layer by at least 2
A semiconductor laser having a stripe-shaped mesa structure including layers, and a semiconductor layer having a first conductivity type or a high resistance and having an energy gap equal to or smaller than that of an active layer on a side surface portion of the mesa structure. .
層をはさみ活性層よりも屈折率の小さなクラッド層から
なるダブルヘテロ構造を形成する工程と、前記活性層の
上部に前記活性層よりエネルギーギャップが大きくかつ
屈折率が小さく、前記活性層から離れるにしたがってエ
ッチングレートが速い少なくとも２層からなる第二導電
型の半導体層を形成する工程とこの半導体層上にストラ
イプ状の誘電体膜を形成し、この誘電体膜を用いて前記
活性層の上部の前記第二導電型の半導体層をエッチング
し階段状のストライプ状のメサ構造を形成する工程と、
このメサ構造の両側面にエネルギーギャップが活性層と
同じかもしくは小さくかつ第一導電型もしくは高抵抗で
ある半導体層を形成する工程を有することを特徴とする
半導体レーザの製造方法。2. A step of forming a double heterostructure comprising an active layer and a clad layer sandwiching the active layer and having a smaller refractive index than the active layer on the first conductivity type substrate, and the step of forming the double heterostructure on the active layer. A step of forming a semiconductor layer of the second conductivity type having at least two layers having an energy gap larger than that of the active layer and a refractive index smaller than that of the active layer, and an etching rate increasing with distance from the active layer; and a stripe-shaped dielectric layer on the semiconductor layer. Forming a body film, using the dielectric film to etch the second conductivity type semiconductor layer on the active layer to form a stairstriped mesa structure;
A method of manufacturing a semiconductor laser, comprising: forming a semiconductor layer having an energy gap equal to or smaller than that of an active layer and having a first conductivity type or high resistance on both sides of the mesa structure.
りエネルギーギャップが大きくかつ屈折率が小さく、前
記活性層から離れるにしたがって幅が狭い少なくとも２
層を備えるストライプ状のメサ構造の代わりに活性層よ
りエネルギーギャップが大きくかつ屈折率が小さく、前
記活性層から離れるにしたがって幅が狭くしかもエネル
ギーギャップが連続して変化している層を備えるストラ
イプ状のメサ構造を有していることを特徴とする半導体
レーザ。3. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the energy gap is larger and the refractive index is smaller than that of the active layer, and the width is at least 2 narrower as the distance from the active layer increases.
Instead of the stripe-shaped mesa structure having layers, the stripe has a layer having a larger energy gap and a smaller refractive index than the active layer, and having a width narrower as the distance from the active layer increases and the energy gap continuously changes. A semiconductor laser having a mesa structure of
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