JP2647076B2 - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ装置及びその製造方法Info
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- H01S5/22—Structure 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
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- H01S5/32325—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm red laser based on InGaP
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、電流狭窄効果と光導波効果を有する半導体
レーザに係わり、特に有機金属を用いた化学気相成長法
（以下MOCVD法と略記する）による製造に適した半導体
レーザ装置及びその製造方法に関する。
レーザに係わり、特に有機金属を用いた化学気相成長法
（以下MOCVD法と略記する）による製造に適した半導体
レーザ装置及びその製造方法に関する。
（従来の技術） 近年、光情報処理用光源として使用する半導体レーザ
用の半導体材料作成法として、従来使用されてきた液相
成長法（以下LPE法と略記する）に代りMOCVD法が注目さ
れている。このMOCVD法は、組成と膜厚の制御性に亙る
均一性に優れており、今後のレーザ製造技術において重
要な地位を占めると考えられている。
用の半導体材料作成法として、従来使用されてきた液相
成長法（以下LPE法と略記する）に代りMOCVD法が注目さ
れている。このMOCVD法は、組成と膜厚の制御性に亙る
均一性に優れており、今後のレーザ製造技術において重
要な地位を占めると考えられている。
MOCVD法では、LPE法と異なり溝等の段差上へは良好な
発光効率を示す結晶が得難いと云う欠点があるため、基
板から活性層までを平坦化する必要がある。MOCVD法を
利用した代表的なレーザ構造としては、第５図に示すよ
うなGaAlAsを材料として用いたものがある。これは、溝
を形成したダブルヘテロウェハ上にGaAlAsを再成長する
ことにより、自己整合的に電流狭窄及び光導波路を形成
するものである。なお、図中51はｎ−GaAs基板、52はｎ
−GaAlAsクラッド層、53はGaAs活性層、54はｐ−GaAlAs
クラッド層、55はｎ−GaAs電流阻止層、56はｐ−GaAlAs
クラッド層、57はｐ−GaAsコンタクト層、58,59は電極
を示している。しかし、この構造のレーザでは溝上に再
成長した層が光閉じ込め及び電流通路としての役割を果
たしているので、この再成長層の結晶品質に対する要請
が厳しいものとなり、これまでGaAlAsを用いたレーザの
試作が報告されているに過ぎない。
発光効率を示す結晶が得難いと云う欠点があるため、基
板から活性層までを平坦化する必要がある。MOCVD法を
利用した代表的なレーザ構造としては、第５図に示すよ
うなGaAlAsを材料として用いたものがある。これは、溝
を形成したダブルヘテロウェハ上にGaAlAsを再成長する
ことにより、自己整合的に電流狭窄及び光導波路を形成
するものである。なお、図中51はｎ−GaAs基板、52はｎ
−GaAlAsクラッド層、53はGaAs活性層、54はｐ−GaAlAs
クラッド層、55はｎ−GaAs電流阻止層、56はｐ−GaAlAs
クラッド層、57はｐ−GaAsコンタクト層、58,59は電極
を示している。しかし、この構造のレーザでは溝上に再
成長した層が光閉じ込め及び電流通路としての役割を果
たしているので、この再成長層の結晶品質に対する要請
が厳しいものとなり、これまでGaAlAsを用いたレーザの
試作が報告されているに過ぎない。
ところで、最近の技術動向として、光通信用長波長レ
ーザや光記録用短波長レーザに使用する半導体材料とし
て、より長波長化や短波長化が可能なInGaAsP,InGaAlA
s,InGaAlP等が注目されている。中でも、Ｖ族元素が１
種類のみで構成されるInGaAlP及びInGaAlAsは気相成長
法に適したものである。しかし、これらの材料はGaAlAs
と異なり基板結晶との格子整合のための条件が厳格なた
めに、複雑な層構造の作成が困難であり、これまで実用
的な単一の基本横モードを有するレーザの試作すら報告
されていない。
ーザや光記録用短波長レーザに使用する半導体材料とし
て、より長波長化や短波長化が可能なInGaAsP,InGaAlA
s,InGaAlP等が注目されている。中でも、Ｖ族元素が１
種類のみで構成されるInGaAlP及びInGaAlAsは気相成長
法に適したものである。しかし、これらの材料はGaAlAs
と異なり基板結晶との格子整合のための条件が厳格なた
めに、複雑な層構造の作成が困難であり、これまで実用
的な単一の基本横モードを有するレーザの試作すら報告
されていない。
本発明者等は、MOCVD法により形成したInGaAlP,InGaA
lAsを用いた単一の横モードを有する半導体レーザの研
究を行ってきたが、その結果、従来GaAlAsを使用したレ
ーザにて採用されてきた第５図の構造の素子では十分な
特性を得難いことが判明した。即ち、第５図の構成にお
いて基板をGaAs、クラッド層をInGaAlP、活性層をInGaP
としたレーザでは、１時間程度の極めて短い時間にて急
速に劣化し、実用に耐える信頼性を期待することはでき
ない。この劣化原因を調査するためにウェハのストライ
プ部をＸ線回折により調べたところ、平坦な面上に再成
長した部分では格子の不整合は0.1［％］以内であるの
に対して、溝上に再成長した部分では0.2［％］以上の
格子不整合が認められ、この大きな格子不整合に起因す
る転移の発生が急速劣化の主な原因と考えられる。
lAsを用いた単一の横モードを有する半導体レーザの研
究を行ってきたが、その結果、従来GaAlAsを使用したレ
ーザにて採用されてきた第５図の構造の素子では十分な
特性を得難いことが判明した。即ち、第５図の構成にお
いて基板をGaAs、クラッド層をInGaAlP、活性層をInGaP
としたレーザでは、１時間程度の極めて短い時間にて急
速に劣化し、実用に耐える信頼性を期待することはでき
ない。この劣化原因を調査するためにウェハのストライ
プ部をＸ線回折により調べたところ、平坦な面上に再成
長した部分では格子の不整合は0.1［％］以内であるの
に対して、溝上に再成長した部分では0.2［％］以上の
格子不整合が認められ、この大きな格子不整合に起因す
る転移の発生が急速劣化の主な原因と考えられる。
このような現象は、構成Ｖ族元素の性質が基板とは大
きく異なるために、格子整合のための条件が厳密なもの
となる混晶材料に共通したものと考えられる。従って、
今後益々要求が増大すると思われるInGaAlPやInGaAlAs
を使用した単一の基本横モードを有する半導体レーザを
実現するためには、従来GaAlAs等で用いた半導体レーザ
の作成技術はそのままでは適用できないことは明らかで
あり、全く新しい技術が要求される。
きく異なるために、格子整合のための条件が厳密なもの
となる混晶材料に共通したものと考えられる。従って、
今後益々要求が増大すると思われるInGaAlPやInGaAlAs
を使用した単一の基本横モードを有する半導体レーザを
実現するためには、従来GaAlAs等で用いた半導体レーザ
の作成技術はそのままでは適用できないことは明らかで
あり、全く新しい技術が要求される。
（発明が解決しようとする問題点） 上記のように従来装置では、InGaAlPやInGaAlAs等の
格子整合のための条件が厳格な液晶材料を使用した場
合、段差を有する表面に高品質の結晶を成長させること
が困難であり、光導波路及び電流狭窄構造と備えた単一
の基本横モードを有する半導体レーザを実現することは
極めて困難であった。
格子整合のための条件が厳格な液晶材料を使用した場
合、段差を有する表面に高品質の結晶を成長させること
が困難であり、光導波路及び電流狭窄構造と備えた単一
の基本横モードを有する半導体レーザを実現することは
極めて困難であった。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、InGaAlPやInGaAlAs等の格子整合の
ための条件が厳格な液晶材料を使用しても、段差を有す
る表面に高品質の結晶を成長させることができ、単一の
基本横モード有する信頼性の高い半導体レーザ装置を提
供することにある。
的とするところは、InGaAlPやInGaAlAs等の格子整合の
ための条件が厳格な液晶材料を使用しても、段差を有す
る表面に高品質の結晶を成長させることができ、単一の
基本横モード有する信頼性の高い半導体レーザ装置を提
供することにある。
また本発明の他の目的は、上記目的を達成する半導体
レーザ装置の製造方法を提供することにある。
レーザ装置の製造方法を提供することにある。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の骨子は、構成Ｖ族元素が基板とは異なるため
格子不整合等の問題により結晶成長が困難な半導体材料
を使用した半導体レーザにおいて、クラッド層に設けた
ストライプ状凸部の周辺に基板と同一のＶ族元素にて構
成される異種のIII−Ｖ族半導体とのヘテロ接合を形成
して、電流狭窄を光導波構造を作成することにより、前
記結晶成長が困難な半導体材料の再成長を回避したこと
と、結晶成長時に結晶表面でのＶ族雰囲気を極めて短時
間にて切換えることにより、相互に異なるＶ族元素にて
構成される半導体のヘテロ接合の作成を可能にした点に
ある。
格子不整合等の問題により結晶成長が困難な半導体材料
を使用した半導体レーザにおいて、クラッド層に設けた
ストライプ状凸部の周辺に基板と同一のＶ族元素にて構
成される異種のIII−Ｖ族半導体とのヘテロ接合を形成
して、電流狭窄を光導波構造を作成することにより、前
記結晶成長が困難な半導体材料の再成長を回避したこと
と、結晶成長時に結晶表面でのＶ族雰囲気を極めて短時
間にて切換えることにより、相互に異なるＶ族元素にて
構成される半導体のヘテロ接合の作成を可能にした点に
ある。
即ち本発明は、第１導電型半導体基板と、第１導電型
クラッド層，活性層及びストライプ状の凸部を有した第
２導電型クラッド層からなり、上記半導体基板上に形成
されたダブルヘテロ接合構造部と、このダブルヘテロ接
合構造部上に第２導電型クラッド層の凸部の少なくとも
一部を除いて形成された電流阻止層とを具備し、光導波
及び電流狭窄を行う半導体レーザ装置において、前記基
板，ダブルヘテロ接合構造部及び電流阻止層の構成材料
をそれぞれIII−Ｖ族化合物半導体で形成し、且つ前記
ダブルヘテロ接合構造部の構成Ｖ族元素を前記基板の構
成Ｖ族元素とは異なるものとし、前記電流阻止層の構成
Ｖ族元素を前記基板の構成Ｖ族元素と同一にするように
したものである。
クラッド層，活性層及びストライプ状の凸部を有した第
２導電型クラッド層からなり、上記半導体基板上に形成
されたダブルヘテロ接合構造部と、このダブルヘテロ接
合構造部上に第２導電型クラッド層の凸部の少なくとも
一部を除いて形成された電流阻止層とを具備し、光導波
及び電流狭窄を行う半導体レーザ装置において、前記基
板，ダブルヘテロ接合構造部及び電流阻止層の構成材料
をそれぞれIII−Ｖ族化合物半導体で形成し、且つ前記
ダブルヘテロ接合構造部の構成Ｖ族元素を前記基板の構
成Ｖ族元素とは異なるものとし、前記電流阻止層の構成
Ｖ族元素を前記基板の構成Ｖ族元素と同一にするように
したものである。
また本発明は上記構造の半導体レーザ装置の製造方法
において、第１導電型半導体基板上に、第１導電型クラ
ッド層，活性層及び第２導電型クラッド層からなり上記
基板を構成するＶ族元素と異なるＶ族元素を含むダブル
ヘテロ接合構造部と、第２導電型コンタクト層とを有機
金属を用いた化学気相成長法により上記順に連続して成
長形成したのち、上記第２導電型コンタクト層上にエッ
チングマスクを形成し、次いで上記マスクを用い前記コ
ンタクト層を選択エッチングし、且つ前記第２導電型ク
ラッド層をその途中まで選択エッチングして該クラッド
層にストライプ状の凸部を形成し、次いで前記マスクを
残したまま或いはマスクを除去したのち、前記ダブルヘ
テロ接合構造部上及びコンタクト層の側面に有機金属を
用いた化学気相成長法により前記基板を構成するＶ族元
素と同じＶ族元素を含む電流阻止層を成長形成するよう
にした方法である。
において、第１導電型半導体基板上に、第１導電型クラ
ッド層，活性層及び第２導電型クラッド層からなり上記
基板を構成するＶ族元素と異なるＶ族元素を含むダブル
ヘテロ接合構造部と、第２導電型コンタクト層とを有機
金属を用いた化学気相成長法により上記順に連続して成
長形成したのち、上記第２導電型コンタクト層上にエッ
チングマスクを形成し、次いで上記マスクを用い前記コ
ンタクト層を選択エッチングし、且つ前記第２導電型ク
ラッド層をその途中まで選択エッチングして該クラッド
層にストライプ状の凸部を形成し、次いで前記マスクを
残したまま或いはマスクを除去したのち、前記ダブルヘ
テロ接合構造部上及びコンタクト層の側面に有機金属を
用いた化学気相成長法により前記基板を構成するＶ族元
素と同じＶ族元素を含む電流阻止層を成長形成するよう
にした方法である。
（作用） 本発明によれば、段差を有する表面上に成長される電
流阻止層が基板と同一のＶ族元素から構成されるので、
電流阻止層は高品質の結晶状態で成長させることにな
る。従って、光導波及び電流狭窄構造をMOCVD法を利用
して自己整合的に形成することが可能となり、InGaAlP
やInGaAlAs等の格子整合のための条件が厳格な混晶材料
を使用した半導体レーザの実現が可能となる。
流阻止層が基板と同一のＶ族元素から構成されるので、
電流阻止層は高品質の結晶状態で成長させることにな
る。従って、光導波及び電流狭窄構造をMOCVD法を利用
して自己整合的に形成することが可能となり、InGaAlP
やInGaAlAs等の格子整合のための条件が厳格な混晶材料
を使用した半導体レーザの実現が可能となる。
（実施例） まず、実施例を説明する前に、本発明の基本原理につ
いて説明する。
いて説明する。
本発明者等は、半導体レーザを構成する各層の形成手
法として、原料にIII族メチル系有機金属であるトリメ
チルアルミニウム，トリメチルガリウム及びトリメタル
インジウム、Ｖ族水素化物であるアルシン及びホスフィ
ンを用いた大気圧未満の圧力下での有機金属熱分解を用
い、InP基板上に成長したInGaAlAs若しくはInP上に段差
を形成してこの上にInP或いはInGaAlAsを再成長する実
験と、GaAs基板上に成長したInGaAlP若しくはGaAlAs上
に段差を形成してこの上にGaAlAs或いはInGaAlPを再成
長する実験とを繰返した。その結果、段差を形成したGa
AlAs或いはInGaAlP上へのGaAlAsの再成長は容易であっ
たが、高品質のInGaAlPの再成長は困難であった。ま
た、段差を形成したInP或いはInGaAlAs上へのInPの再成
長は容易であったが、InGaAlAsの再成長は困難であっ
た。これらの再成長層をＸ線回折により調べたところ、
InGaAlPとInGaAlAsでは段差部と平坦部では格子定数が
大きく異なり、多数の転移が観測された。
法として、原料にIII族メチル系有機金属であるトリメ
チルアルミニウム，トリメチルガリウム及びトリメタル
インジウム、Ｖ族水素化物であるアルシン及びホスフィ
ンを用いた大気圧未満の圧力下での有機金属熱分解を用
い、InP基板上に成長したInGaAlAs若しくはInP上に段差
を形成してこの上にInP或いはInGaAlAsを再成長する実
験と、GaAs基板上に成長したInGaAlP若しくはGaAlAs上
に段差を形成してこの上にGaAlAs或いはInGaAlPを再成
長する実験とを繰返した。その結果、段差を形成したGa
AlAs或いはInGaAlP上へのGaAlAsの再成長は容易であっ
たが、高品質のInGaAlPの再成長は困難であった。ま
た、段差を形成したInP或いはInGaAlAs上へのInPの再成
長は容易であったが、InGaAlAsの再成長は困難であっ
た。これらの再成長層をＸ線回折により調べたところ、
InGaAlPとInGaAlAsでは段差部と平坦部では格子定数が
大きく異なり、多数の転移が観測された。
これらのInGaAlPとInGaAlAs混晶の段差上への再成長
が困難なのは、次の理由によると考えられる。即ち、In
GaAlAPを構成するInP,GaP,AlPの格子定数が、この混晶
が格子整合しなければならないGaAsの格子定数と大きく
異なるり格子定数が組成に対して敏感になるために、段
差を有する表面上にこの混晶を再成長した場合、段差部
と平坦部との間の結晶成長のし方の相違が僅かの組成の
ずれを引起こし、その結果大きな格子不整合に結付くか
らである。また、InGaAlAsの段差上への再成長が困難で
あるのも同様の理由に基づくものと考えられる。一方、
格子整合しなければならない基板と同一のＶ族元素から
構成されるInPやGaAlAs等では、このような格子整合上
の問題がないので、適切な手法によれば、段差上へも高
品位の結晶が再現性良く成長可能であるものと考えられ
る。
が困難なのは、次の理由によると考えられる。即ち、In
GaAlAPを構成するInP,GaP,AlPの格子定数が、この混晶
が格子整合しなければならないGaAsの格子定数と大きく
異なるり格子定数が組成に対して敏感になるために、段
差を有する表面上にこの混晶を再成長した場合、段差部
と平坦部との間の結晶成長のし方の相違が僅かの組成の
ずれを引起こし、その結果大きな格子不整合に結付くか
らである。また、InGaAlAsの段差上への再成長が困難で
あるのも同様の理由に基づくものと考えられる。一方、
格子整合しなければならない基板と同一のＶ族元素から
構成されるInPやGaAlAs等では、このような格子整合上
の問題がないので、適切な手法によれば、段差上へも高
品位の結晶が再現性良く成長可能であるものと考えられ
る。
以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの概
略構造を示す断面図である。図中11はｎ−GaAs基板であ
り、この基板11上にはｎ−GaAsバッファ層12及びｎ−In
GaPバッファ層13が形成されている。バッファ層13上に
は、ｎ−InGaAlPクラッド層14,InGaP活性層15及びｐ−I
nGaAlPクラッド層16,17,18からなるダブルヘテロ接合構
造部が形成されている。ここで、クラッド層17は低Al組
成であり、後述のエッチング停止層として作用する。ま
た、クラッド層18はストライプ状に加工されており、こ
れによりｐクラッド層にストライプ状リブが形成されて
いる。クラッド層18上には、ｐ−InGaAlPコンタクト層1
9及びｐ−GaAsコンタクト層20が形成されている。ダブ
ルヘテロ接合構造部及びコンタクト層20の側面には、ｎ
−GaAs電流阻止層21が形成されている。コンタクト層20
及び電流阻止層21上には、ｐ−GaAsコンタクト層22が形
成されている。そして、コンタクト層22の上面に金属電
極23が被着され、基板11の下面に金属電極24が被着され
ている。
略構造を示す断面図である。図中11はｎ−GaAs基板であ
り、この基板11上にはｎ−GaAsバッファ層12及びｎ−In
GaPバッファ層13が形成されている。バッファ層13上に
は、ｎ−InGaAlPクラッド層14,InGaP活性層15及びｐ−I
nGaAlPクラッド層16,17,18からなるダブルヘテロ接合構
造部が形成されている。ここで、クラッド層17は低Al組
成であり、後述のエッチング停止層として作用する。ま
た、クラッド層18はストライプ状に加工されており、こ
れによりｐクラッド層にストライプ状リブが形成されて
いる。クラッド層18上には、ｐ−InGaAlPコンタクト層1
9及びｐ−GaAsコンタクト層20が形成されている。ダブ
ルヘテロ接合構造部及びコンタクト層20の側面には、ｎ
−GaAs電流阻止層21が形成されている。コンタクト層20
及び電流阻止層21上には、ｐ−GaAsコンタクト層22が形
成されている。そして、コンタクト層22の上面に金属電
極23が被着され、基板11の下面に金属電極24が被着され
ている。
この構造では、電流狭窄はコンタクト層20と電流阻止
層21により行われ、光導波はストライプ状のメサに形成
されたクラッド層18により行われる。なお、バッファ層
13はGaAs上に形成するInGaAlP系結晶の品質向上のため
である。また、コンタクト層（中間コンタクト層）19
は、クラッド層18とコンタクト層20との間の電気抵抗の
低減を目的とするものであり、コンタクト層20よりもバ
ンドギャップが大きく、且つクラッド層18よりもバンド
ギャップが小さいものであればよい。さらに、中間コン
タクト層19のバンドギャップを、クラッド層18及びコン
タクト層20に接する部分でこれらと同様にし、クラッド
層18からコンタクト層20まで徐々に変化させるようにし
てもよい。
層21により行われ、光導波はストライプ状のメサに形成
されたクラッド層18により行われる。なお、バッファ層
13はGaAs上に形成するInGaAlP系結晶の品質向上のため
である。また、コンタクト層（中間コンタクト層）19
は、クラッド層18とコンタクト層20との間の電気抵抗の
低減を目的とするものであり、コンタクト層20よりもバ
ンドギャップが大きく、且つクラッド層18よりもバンド
ギャップが小さいものであればよい。さらに、中間コン
タクト層19のバンドギャップを、クラッド層18及びコン
タクト層20に接する部分でこれらと同様にし、クラッド
層18からコンタクト層20まで徐々に変化させるようにし
てもよい。
次に、上記構成の半導体レーザの製造方法について説
明する。
明する。
第２図（ａ）〜（ｆ）は実施例レーザの製造工程を示
す断面図である。まず、原料としてメタル系III族有機
金属（トリメチルインジウム，トリメチルガリウム，ト
リメチルアルミニウム）と、Ｖ族水素化物（アルシン，
ホスフィン）とを使用した大気圧未満の圧力下でのMOCV
D法により、第２図（ａ）に示す如く面方位（100）のｎ
−GaAs基板11（Siドープ,3×1018cm-3）上に厚さ0.5
［μｍ］のｎ−GaAs第１バッファ層12（Seドープ,3×10
18cm-3），厚さ0.5［μｍ］のｎ−InGaP第２バッファ層
13（Seドープ,3×1018cm-3），厚さ1.5［μｍ］のｎ−I
n0.5Ga0.2Al0.3Ｐ第１クラッド層13（Seドープ,1×1018
cm-3），厚さ0.1［μｍ］のIn0.5Ga0.5Ｐ活性層15,厚さ
0.1［μｍ］のｐ−In0.5Ga0.2Al0.3Ｐ第２クラッド層16
（Mgドープ,2×1018cm-3），エッチング停止層として作
用する厚さ0.02［μｍ］のｐ−In0.5Ga0.4Al0.1Ｐ第３
クラッド層17（Mgドープ,2×1018cm-3），厚さ1.4［μ
ｍ］のｐ−In0.5Ga0.2Al0.3Ｐ第４クラッド層18（Mgド
ープ,2×1018cm-3），中間コンタクト層としての厚さ0.
01［μｍ］のｐ−In0.5Ga0.4Al0.1Ｐ第１コンタクト層1
9（Mgドープ,2×1018cm-3）及び厚さ0.5［μｍ］のｐ−
GaAs第２コンタクト層20（Mgドープ,2×1018cm-3）を順
次成長してダブルヘテロウェハを形成した。続いて、第
２コンタクト層20上に、シランガスの熱分解と写真蝕刻
により幅５［μｍ］，厚さ0.1［μｍ］のストライプ状
にSiO2膜26を形成した。
す断面図である。まず、原料としてメタル系III族有機
金属（トリメチルインジウム，トリメチルガリウム，ト
リメチルアルミニウム）と、Ｖ族水素化物（アルシン，
ホスフィン）とを使用した大気圧未満の圧力下でのMOCV
D法により、第２図（ａ）に示す如く面方位（100）のｎ
−GaAs基板11（Siドープ,3×1018cm-3）上に厚さ0.5
［μｍ］のｎ−GaAs第１バッファ層12（Seドープ,3×10
18cm-3），厚さ0.5［μｍ］のｎ−InGaP第２バッファ層
13（Seドープ,3×1018cm-3），厚さ1.5［μｍ］のｎ−I
n0.5Ga0.2Al0.3Ｐ第１クラッド層13（Seドープ,1×1018
cm-3），厚さ0.1［μｍ］のIn0.5Ga0.5Ｐ活性層15,厚さ
0.1［μｍ］のｐ−In0.5Ga0.2Al0.3Ｐ第２クラッド層16
（Mgドープ,2×1018cm-3），エッチング停止層として作
用する厚さ0.02［μｍ］のｐ−In0.5Ga0.4Al0.1Ｐ第３
クラッド層17（Mgドープ,2×1018cm-3），厚さ1.4［μ
ｍ］のｐ−In0.5Ga0.2Al0.3Ｐ第４クラッド層18（Mgド
ープ,2×1018cm-3），中間コンタクト層としての厚さ0.
01［μｍ］のｐ−In0.5Ga0.4Al0.1Ｐ第１コンタクト層1
9（Mgドープ,2×1018cm-3）及び厚さ0.5［μｍ］のｐ−
GaAs第２コンタクト層20（Mgドープ,2×1018cm-3）を順
次成長してダブルヘテロウェハを形成した。続いて、第
２コンタクト層20上に、シランガスの熱分解と写真蝕刻
により幅５［μｍ］，厚さ0.1［μｍ］のストライプ状
にSiO2膜26を形成した。
次いで、第２図（ｂ）に示す如く、SiO2膜26をマスク
として用い、GaAsの選択エッチャントにより第２コンタ
クト層20をエッチングして第１コンタクト層19を露出さ
せ、幅３［μｍ］のGaAsのストライプ状メサ27を形成し
た。
として用い、GaAsの選択エッチャントにより第２コンタ
クト層20をエッチングして第１コンタクト層19を露出さ
せ、幅３［μｍ］のGaAsのストライプ状メサ27を形成し
た。
次いで、第２図（ｃ）に示す如く、GaAsストライプ状
メサ27をマスクとして用い、InGaAlPの選択エッチャン
トにより、第３クラッド層17が露出するまで第１コンタ
クト層19及び第４クラッド層18をエッチングして、スト
ライプ状メサ28を形成した。
メサ27をマスクとして用い、InGaAlPの選択エッチャン
トにより、第３クラッド層17が露出するまで第１コンタ
クト層19及び第４クラッド層18をエッチングして、スト
ライプ状メサ28を形成した。
このウェハをGaAsの選択エッチャントにて処理するこ
とにより、第２コンタクト層20をエッチングしてその幅
を狭くし、第２図（ｄ）に示す形状のストライプ状メサ
29を形成した。なお、GaAsの選択エッチャントは、28％
アンモニア水,35％過酸化水素水及び水を1:30:9の割合
いで混合したものであり、20［℃］にて使用した。ま
た、InGaAlPの選択エッチングは、硫酸或いは燐酸であ
り、40〜130［℃］の温度にて使用した。
とにより、第２コンタクト層20をエッチングしてその幅
を狭くし、第２図（ｄ）に示す形状のストライプ状メサ
29を形成した。なお、GaAsの選択エッチャントは、28％
アンモニア水,35％過酸化水素水及び水を1:30:9の割合
いで混合したものであり、20［℃］にて使用した。ま
た、InGaAlPの選択エッチングは、硫酸或いは燐酸であ
り、40〜130［℃］の温度にて使用した。
次いで、トリメチルガリウムとアルシンを原料として
使用した減圧下でのMOCVD法により、第２図（ｅ）に示
す如くｎ−GaAs電流阻止層21（Mgドープ,5×1018cm-3）
を厚さ0.5［μｍ］成長した。このとき、成長は希釈ホ
スフィンガスを導入しつつ700［℃］まで昇温した後、
ホスフィンガス流をアルシンガス流に切換え、約１秒間
待機した後、トリメチルガリウム有機金属ガスを導入す
ることにより行った。その結果、前記SiO2膜26上にはGa
Asの成長は全く見られず、第２図（ｅ）に示す断面形状
のウェハが得られた。
使用した減圧下でのMOCVD法により、第２図（ｅ）に示
す如くｎ−GaAs電流阻止層21（Mgドープ,5×1018cm-3）
を厚さ0.5［μｍ］成長した。このとき、成長は希釈ホ
スフィンガスを導入しつつ700［℃］まで昇温した後、
ホスフィンガス流をアルシンガス流に切換え、約１秒間
待機した後、トリメチルガリウム有機金属ガスを導入す
ることにより行った。その結果、前記SiO2膜26上にはGa
Asの成長は全く見られず、第２図（ｅ）に示す断面形状
のウェハが得られた。
次いで、SiO2膜26を除去した後、第２図（ｆ）に示す
如く、MOCVD法により全面にｐ−GaAs第３コンタクト層2
2（Mgドープ,5×1018cm-3）を厚さ３［μｍ］成長し
た。その後、通常の電極付け工程により、第３コンタク
ト層22上にAu/Zn電極23を基板11の下面にAu/Ge電極24を
被着することによって、前記第１図に示す構造のレーザ
用ウェハを得た。
如く、MOCVD法により全面にｐ−GaAs第３コンタクト層2
2（Mgドープ,5×1018cm-3）を厚さ３［μｍ］成長し
た。その後、通常の電極付け工程により、第３コンタク
ト層22上にAu/Zn電極23を基板11の下面にAu/Ge電極24を
被着することによって、前記第１図に示す構造のレーザ
用ウェハを得た。
かくして得られたウェハをへき開して、共振器長250
［μｍ］のレーザ素子を作成したところ、しきい値電流
90［mA］，微分量子効率片面当り20［％］と良好な特性
が得られた。光出力は駆動電流に従って20［mW］以上ま
で直線的に増大し、キンクのない良好な電流−光出力特
性を示した。また、遠視野像，近視野像共に単峰であ
り、良好なモード制御が行われていることが判明した。
［μｍ］のレーザ素子を作成したところ、しきい値電流
90［mA］，微分量子効率片面当り20［％］と良好な特性
が得られた。光出力は駆動電流に従って20［mW］以上ま
で直線的に増大し、キンクのない良好な電流−光出力特
性を示した。また、遠視野像，近視野像共に単峰であ
り、良好なモード制御が行われていることが判明した。
このように本実施例によれば、電流狭窄構造及び光導
波構造を自己整合的に形成することができ、且つ電流阻
止層21としてGaAsを用いているので、段差のある表面上
にも電流阻止層21を高品質の結晶状態で成長させること
ができる。従って、光情報処理用光源として強い要求の
あるInGaAlPを使用した場合にも、単一の基本横モード
と小さな非点収差を持ち、多量の外部反射光の帰還下に
ても安定な動作を有する半導体レーザが再現性良く、し
かも高い信頼性を合わせ持って実現できることになり、
その有用性な絶大である。また、電極23が第３コンタク
ト層22の平坦な面上に被着されているので、コンタクト
層22と電極23との接触抵抗を十分小さくすることがで
き、且つ電極23の変形を招くこともない。このため、素
子特性及び信頼性の向上をはかり得る等の利点もある。
波構造を自己整合的に形成することができ、且つ電流阻
止層21としてGaAsを用いているので、段差のある表面上
にも電流阻止層21を高品質の結晶状態で成長させること
ができる。従って、光情報処理用光源として強い要求の
あるInGaAlPを使用した場合にも、単一の基本横モード
と小さな非点収差を持ち、多量の外部反射光の帰還下に
ても安定な動作を有する半導体レーザが再現性良く、し
かも高い信頼性を合わせ持って実現できることになり、
その有用性な絶大である。また、電極23が第３コンタク
ト層22の平坦な面上に被着されているので、コンタクト
層22と電極23との接触抵抗を十分小さくすることがで
き、且つ電極23の変形を招くこともない。このため、素
子特性及び信頼性の向上をはかり得る等の利点もある。
また、本実施例の製造方法によれば、通常問題となる
種々の困難が巧みに回避される。即ち、選択エッチング
による光導波路の形成と減圧下でのMOCVD法による電流
狭窄構造の作成は、高度な微細加工技術を用いることな
く、良好な再現性を提供する。また、実施例のようにIn
GaAlPとGaAs（GaAlAsであってもよい）とを組合わせて
光導波及び電流狭窄構造を形成する場合、InGaAlP及びG
aAsが同時に露出した表面上への再成長が必要となる
が、通常は昇温時におけるＰとAsの蒸発による結晶表面
の損傷をInGaAlP及びGaAsの両者にて同時に抑制するこ
とは困難である。しかし、ここで採用した成長方法で
は、GaAs表面をSiO2層26にて被覆しているために、上記
のような問題は生じず、Ｐ雰囲気下にて昇温することに
より良好な成長が達成される。さらに、この実施例で
は、ストライプ状のSiO2膜26の幅５［μｍ］に対して、
第２コンタクト層20の頂部の幅は３［μｍ］と狭められ
る。このため、GaAs電流阻止層21の成長後の形状は前記
第２図（ｆ）に示すようなものとなり、電流流路を形成
する第２コンタクト層20の周辺が平坦であるので、その
上への電極形成が容易になる等の利点がある。
種々の困難が巧みに回避される。即ち、選択エッチング
による光導波路の形成と減圧下でのMOCVD法による電流
狭窄構造の作成は、高度な微細加工技術を用いることな
く、良好な再現性を提供する。また、実施例のようにIn
GaAlPとGaAs（GaAlAsであってもよい）とを組合わせて
光導波及び電流狭窄構造を形成する場合、InGaAlP及びG
aAsが同時に露出した表面上への再成長が必要となる
が、通常は昇温時におけるＰとAsの蒸発による結晶表面
の損傷をInGaAlP及びGaAsの両者にて同時に抑制するこ
とは困難である。しかし、ここで採用した成長方法で
は、GaAs表面をSiO2層26にて被覆しているために、上記
のような問題は生じず、Ｐ雰囲気下にて昇温することに
より良好な成長が達成される。さらに、この実施例で
は、ストライプ状のSiO2膜26の幅５［μｍ］に対して、
第２コンタクト層20の頂部の幅は３［μｍ］と狭められ
る。このため、GaAs電流阻止層21の成長後の形状は前記
第２図（ｆ）に示すようなものとなり、電流流路を形成
する第２コンタクト層20の周辺が平坦であるので、その
上への電極形成が容易になる等の利点がある。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものでは
ない。例えば、前記第３コンタクト層22を省略し、第３
図に示す如く第２コンタクト層20上に電極23を直接被着
するようにしてもよい。また、第３コンタクト層22の形
成の代りに、第４図に示す如くZn等のＰ型ドーパントの
拡散或いはイオン注入によりＰ型拡散層41を形成するよ
うにしてもよい。ここで、第４図の例は、前記第２図
（ｅ）における電流阻止層21の成長の際に、SiO2膜26を
除去しておき、全面に電流阻止層21を形成し、電流狭窄
すべき部分に上記拡散層41を形成したものである。
ない。例えば、前記第３コンタクト層22を省略し、第３
図に示す如く第２コンタクト層20上に電極23を直接被着
するようにしてもよい。また、第３コンタクト層22の形
成の代りに、第４図に示す如くZn等のＰ型ドーパントの
拡散或いはイオン注入によりＰ型拡散層41を形成するよ
うにしてもよい。ここで、第４図の例は、前記第２図
（ｅ）における電流阻止層21の成長の際に、SiO2膜26を
除去しておき、全面に電流阻止層21を形成し、電流狭窄
すべき部分に上記拡散層41を形成したものである。
また、実施例ではｐ−InGaAlP第４クラッド層をエッ
チングしてストライプ状リブを形成した後、ｐ−GaAs第
２コンタクト層を再エッチングしているが、この再エッ
チング工程は必ずしも必要でない。また、ｐ−InGaAlP
からなる第２〜第４クラッド層は、単一の層で形成する
ことも可能である。さらに、ｐ−InGaAlP第１コンタク
ト層（中間コンタクト層）は必ずしも用いなくてもよ
い。
チングしてストライプ状リブを形成した後、ｐ−GaAs第
２コンタクト層を再エッチングしているが、この再エッ
チング工程は必ずしも必要でない。また、ｐ−InGaAlP
からなる第２〜第４クラッド層は、単一の層で形成する
ことも可能である。さらに、ｐ−InGaAlP第１コンタク
ト層（中間コンタクト層）は必ずしも用いなくてもよ
い。
また、本発明は実施例で述べた以外の材料を利用した
レーザにも同様に適用することができる。例えば、GaAs
を基板としたGaAlAs,InGaAsP、或いはInPを基板としたI
nGaAlAs,InGaAsPを使用したレーザ等が考えられる。さ
らに、実施例では第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型
としたが、これらを逆にしてもよいのは勿論のことであ
る。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することができる。
レーザにも同様に適用することができる。例えば、GaAs
を基板としたGaAlAs,InGaAsP、或いはInPを基板としたI
nGaAlAs,InGaAsPを使用したレーザ等が考えられる。さ
らに、実施例では第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型
としたが、これらを逆にしてもよいのは勿論のことであ
る。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することができる。
［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、第２導電型クラ
ッド層のストライプ状凸部のように段差を有する表面上
に成長される電流阻止層を基板と同じＶ族元素から構成
しているので、電流狭窄構造と光導波構造とを自己整合
的に形成しながらも、電流阻止層を高品質の結晶状態で
成長させることができる。このため、InGaAlPやInGaAlA
s等の格子整合のための条件が厳格な混晶材料を使用し
たにも拘らず、単一の基本横モードを有する信頼性の高
い半導体レーザが実現されることになり、光情報処理用
光源等として極めて有効である。
ッド層のストライプ状凸部のように段差を有する表面上
に成長される電流阻止層を基板と同じＶ族元素から構成
しているので、電流狭窄構造と光導波構造とを自己整合
的に形成しながらも、電流阻止層を高品質の結晶状態で
成長させることができる。このため、InGaAlPやInGaAlA
s等の格子整合のための条件が厳格な混晶材料を使用し
たにも拘らず、単一の基本横モードを有する信頼性の高
い半導体レーザが実現されることになり、光情報処理用
光源等として極めて有効である。
第１図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの素子
構造を示す断面図、第２図（ａ）〜（ｆ）は上記実施例
レーザの製造工程を示す断面図、第３図及び第４図はそ
れぞれ変形例を示す断面図、第５図は従来レーザの素子
構造を示す断面図である。 11……ｎ−GaAs基板、12……ｎ−GaAsバッファ層、13…
…ｎ−InGaPバッファ層、14……ｎ−InGaAlPクラッド層
（第１導電型クラッド層）、15……InGaP活性層、16,1
7,18……ｐ−InGaAlPクラッド層（第２導電型クラッド
層）、19……ｐ−InGaAlPコンタクト層、20,22……ｐ−
GaAsコンタクト層、21……ｎ−GaAs電流阻止層、23,24
……電極、26……SiO2膜。
構造を示す断面図、第２図（ａ）〜（ｆ）は上記実施例
レーザの製造工程を示す断面図、第３図及び第４図はそ
れぞれ変形例を示す断面図、第５図は従来レーザの素子
構造を示す断面図である。 11……ｎ−GaAs基板、12……ｎ−GaAsバッファ層、13…
…ｎ−InGaPバッファ層、14……ｎ−InGaAlPクラッド層
（第１導電型クラッド層）、15……InGaP活性層、16,1
7,18……ｐ−InGaAlPクラッド層（第２導電型クラッド
層）、19……ｐ−InGaAlPコンタクト層、20,22……ｐ−
GaAsコンタクト層、21……ｎ−GaAs電流阻止層、23,24
……電極、26……SiO2膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 正行 川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社 東芝総合研究所内 (72)発明者 渡辺 幸雄 川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社 東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−166586（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】第１導電型GaAs基板と、第１導電型クラッ
ド層，活性層及びストライプ状の凸部を有した第２導電
型クラッド層からなり、上記半導体基板上に形成された
ダブルヘテロ接合構造部と、このダブルヘテロ接合構造
部上に第２導電型クラッド層の凸部の少なくとも一部を
除いて形成された第１導電型電流阻止層と、前記第２導
電型クラッド層の凸部上に形成された少なくとも２個以
上の第２導電型コンタクト層とを具備し、光導波及び電
流狭窄を行う半導体レーザ装置において、前記ダブルヘ
テロ接合構造部及び電流阻止層の構成材料はそれぞれII
I−Ｖ族化合物半導体であり、前記ダブルヘテロ接合構
造部は前記基板を構成するAs元素とは異なるＶ族元素を
含み、前記電流阻止層は基板と同一のAs元素を含んでお
り、前記電流阻止層は、第２導電型クラッド層の凸部の
肩部に相当する部分で突出し、前記第２導電型コンタク
ト層の２層よりも高く構成することを特徴とする半導体
レーザ装置。 - 【請求項２】前記ダブルヘテロ接合構造部がInxGa1-x-y
AlyP（０≦ｙ≦１）前記電流阻止層がGa1-zAlzAs（０≦
ｚ≦１）であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項３】前記第２導電型クラッド層上の第２導電型
コンタクト層は、３層であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項４】第２導電型クラッド層直上の第２導電型コ
ンタクト層は、そのコンタクト層上のコンタクト層より
もバンドギャップが大きく、該クラッド層よりもバンド
ギャプが小さい第２導電型中間コンタクト層であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ
装置。 - 【請求項５】前記中間コンタクト層は、前記コンタクト
層に近い方でそのバンドギャップが小さく、前記第２導
電型クラッド層に近い方でそのバンドギャップが大き
く、且つその間でバンドギャップが徐々に変化するもの
であることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の半
導体レーザ装置。 - 【請求項６】III−Ｖ族化合物半導体材料からなる半導
体レーザ装置の製造方法において、第１導電型GaAs基板
上に、第１導電型クラッド層，活性層及び第２導電型ク
ラッド層からなり上記基板を構成するAs元素と異なるＶ
族元素を含むダブルヘテロ接合構造部と、第２導電型コ
ンタクト層とを有機金属を用いた化学気相成長法により
上記順に連続して成長形成する工程と、上記第２導電型
コンタクト層上にエッチングマスクを形成する工程と、
次いで上記マスクを用い前記コンタクト層を選択エッチ
ングし、且つ前記第２導電型クラッド層をその途中まで
選択エッチングして該クラッド層にストライプ状の凸部
を形成する工程と、次いで前記マスクを残したまま或い
はマスクを除去したのち、少なくとも前記ダブルヘテロ
接合構造部上及びコンタクト層の側面に有機金属を用い
た化学気相成長法により前記基板を構成するAs元素と同
じＶ族元素を含む電流阻止層を、前記クラッド層の凸部
の肩部に相当する部分で突出するように成長形成する工
程とを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７】前記電流阻止層を形成する際に前記マスク
を残しておき、前記電流阻止層を形成した後に該マスク
を除去し、次いで前記コンタクト層及び電流阻止層上に
有機金属を用いた化学気相成長法により再び第２導電型
コンタクト層を成長形成することを特徴とする特許請求
の範囲第６項記載の半導体レーザ装置の製造方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61042933A JP2647076B2 (ja) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| US07/019,332 US4792958A (en) | 1986-02-28 | 1987-02-26 | Semiconductor laser with mesa stripe waveguide structure |
| DE8787301775T DE3779775T2 (de) | 1986-02-28 | 1987-02-27 | Halbleiterlaser mit streifenfoermiger mesa-wellenleiterstruktur und dessen herstellungsverfahren. |
| EP87301775A EP0234955B1 (en) | 1986-02-28 | 1987-02-27 | Semiconductor laser with mesa stripe waveguide structure and manufacturing method thereof |
| US07/247,268 US4835117A (en) | 1986-02-28 | 1988-09-21 | Manufacturing method for semiconductor laser with mesa stripe |
| US07/283,796 US4910743A (en) | 1986-02-28 | 1988-12-13 | Semiconductor laser with mesa stripe waveguide structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61042933A JP2647076B2 (ja) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62200785A JPS62200785A (ja) | 1987-09-04 |
| JP2647076B2 true JP2647076B2 (ja) | 1997-08-27 |
Family
ID=12649811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61042933A Expired - Lifetime JP2647076B2 (ja) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2647076B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2723523B2 (ja) * | 1987-10-01 | 1998-03-09 | 日本電気株式会社 | ＡｌＧａＩｎＰ可視光半導体発光素子 |
| JPH0195584A (ja) * | 1987-10-08 | 1989-04-13 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体レーザの製造方法 |
| EP0333418B1 (en) * | 1988-03-14 | 1994-10-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor laser device |
| US5029175A (en) * | 1988-12-08 | 1991-07-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser |
| JP2792169B2 (ja) * | 1990-01-08 | 1998-08-27 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザー |
| JPH05211372A (ja) * | 1992-01-14 | 1993-08-20 | Nec Corp | 半導体レーザの製造方法 |
| JP2809978B2 (ja) * | 1993-10-20 | 1998-10-15 | 株式会社東芝 | 半導体レ−ザ素子 |
| JP2914847B2 (ja) * | 1993-07-09 | 1999-07-05 | 株式会社東芝 | 半導体レーザ装置 |
| JP3763459B2 (ja) | 2001-06-26 | 2006-04-05 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS62166586A (ja) * | 1986-01-20 | 1987-07-23 | Nec Corp | 半導体発光素子とその製造方法 |
-
1986
- 1986-02-28 JP JP61042933A patent/JP2647076B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62200785A (ja) | 1987-09-04 |
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