JP3250270B2 - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ素子及びその製造方法Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—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
- 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
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ素子及び
その製造方法に関する。
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ素子を簡易に作製する場合
に、リッジ導波型と呼ばれる構造がよく用いられる。図
１にその構造の作製方法をしめす。まず、最初に基板
（１０１）上にｎ型クラッド層（１０２）、活性層（１
０３）、ｐ型クラッド層（１０４）およびｐ型コンタク
ト層（１０５）を成長する。このあと、フォトリソグラ
フィーによるパターニングにより、ストライプ状のレジ
ストをウエハ表面に形成し、このレジストをマスクとし
てｐクラッド層を所望の厚みだけ残るようにウェットエ
ッチングすることにより、ストライプ状のリッジが形成
される。リッジ構造にすることにより、レーザ発振にお
いて横モードの安定化としきい値電流の低減を行うこと
ができる。
に、リッジ導波型と呼ばれる構造がよく用いられる。図
１にその構造の作製方法をしめす。まず、最初に基板
（１０１）上にｎ型クラッド層（１０２）、活性層（１
０３）、ｐ型クラッド層（１０４）およびｐ型コンタク
ト層（１０５）を成長する。このあと、フォトリソグラ
フィーによるパターニングにより、ストライプ状のレジ
ストをウエハ表面に形成し、このレジストをマスクとし
てｐクラッド層を所望の厚みだけ残るようにウェットエ
ッチングすることにより、ストライプ状のリッジが形成
される。リッジ構造にすることにより、レーザ発振にお
いて横モードの安定化としきい値電流の低減を行うこと
ができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このようにして作られ
た半導体レーザ素子の基本特性は、図１に示すクラッド
層の残し膜厚ｄp （１０６）およびリッジ幅Ｗ（１０
７）で決まる。例えばｄpが厚くなると、しきい値電流
が増加し、横方向の光閉じ込めは弱くなる。逆にｄ p が
薄くなると、動作電流は減少し、横方向の光閉じ込めは
強くなる。またＷは広くなると、レーザービームの横方
向の広がりが小さくなり、Ｗを狭くすると広がりが大き
くなる。所望の半導体レーザを歩留り良く得るために
は、この二つの値を厳しく制御してやる必要がある。し
かし、従来の方法では、そもそもＤＨ構造を作ったとき
の結晶成長膜厚の均一性とエッチングの均一性の両方の
問題から、ｄp の値はウエハ面内で大きな分布を持つ。
た半導体レーザ素子の基本特性は、図１に示すクラッド
層の残し膜厚ｄp （１０６）およびリッジ幅Ｗ（１０
７）で決まる。例えばｄpが厚くなると、しきい値電流
が増加し、横方向の光閉じ込めは弱くなる。逆にｄ p が
薄くなると、動作電流は減少し、横方向の光閉じ込めは
強くなる。またＷは広くなると、レーザービームの横方
向の広がりが小さくなり、Ｗを狭くすると広がりが大き
くなる。所望の半導体レーザを歩留り良く得るために
は、この二つの値を厳しく制御してやる必要がある。し
かし、従来の方法では、そもそもＤＨ構造を作ったとき
の結晶成長膜厚の均一性とエッチングの均一性の両方の
問題から、ｄp の値はウエハ面内で大きな分布を持つ。
【０００４】また、図２に示すように、リッジ型レーザ
の応用としてツインストライプ（ＴＳ）レーザがある。
このＴＳレーザは、その横モードの制御によって、電流
−光非線型特性や遠視野ビーム偏向等の有用な特性を持
つことが知られている。従来、ＴＳレーザは上記と同様
な方法でウェットエッチングにより２組のリッジを形成
していたが、この手法では上述のｄp （２０１）とＷ1
（２０２）及びＷ2 （２０３）以外に、二つのストライ
プ間の距離ｔ（２０４）および溝の深さ（２０５）をも
精密に制御することが困難であった。このＴＳレーザの
特性は、２つのリッジの対称性にも大きく関わってお
り、これらの構造パラメーターを正確につくり込まなけ
れば、ＴＳレーザの優れた特性を充分に引き出せない。
の応用としてツインストライプ（ＴＳ）レーザがある。
このＴＳレーザは、その横モードの制御によって、電流
−光非線型特性や遠視野ビーム偏向等の有用な特性を持
つことが知られている。従来、ＴＳレーザは上記と同様
な方法でウェットエッチングにより２組のリッジを形成
していたが、この手法では上述のｄp （２０１）とＷ1
（２０２）及びＷ2 （２０３）以外に、二つのストライ
プ間の距離ｔ（２０４）および溝の深さ（２０５）をも
精密に制御することが困難であった。このＴＳレーザの
特性は、２つのリッジの対称性にも大きく関わってお
り、これらの構造パラメーターを正確につくり込まなけ
れば、ＴＳレーザの優れた特性を充分に引き出せない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは、鋭
意検討の結果、かかる課題がｐクラッド層の均一性とエ
ッチングの精度が不十分であることに着目し、クラッド
層残し膜厚ｄp の制御をエッチングを用いずに行うこと
により、ｄp をより正確より正確にするのみならず、リ
ッジ形状をも整ったものになり、その結果レーザ特性が
安定、向上することを見いだし、本発明に到達した。
意検討の結果、かかる課題がｐクラッド層の均一性とエ
ッチングの精度が不十分であることに着目し、クラッド
層残し膜厚ｄp の制御をエッチングを用いずに行うこと
により、ｄp をより正確より正確にするのみならず、リ
ッジ形状をも整ったものになり、その結果レーザ特性が
安定、向上することを見いだし、本発明に到達した。
【０００６】すなわち本発明の目的は、所望の特性にそ
ろった半導体レーザ素子及びそれを歩留り良く提供する
半導体レーザ素子の製造方法を提供することにあり、か
かる目的は、半導体基板上に、第１のクラッド層、活性
層及び第２のクラッド層から構成されるダブルヘテロ構
造、電流が注入されるストライプ領域の両側に形成され
た選択成長保護膜、該ストライプ領域に電流を注入する
ための第３のクラッド層及びコンタクト層を有し、該第
３のクラッド層はアンドープでない層上もしくは厚み１
００ｎｍ以下のアンドープ層上に形成されていることを
特徴とする半導体レーザ素子及び、半導体基板上に、第
１のクラッド層、活性層及び第２のクラッド層から構成
されるダブルヘテロ構造を形成し、電流が注入されるス
トライプ領域の両側に選択成長保護膜を形成し、該スト
ライプ領域に第３のクラッド層を形成して半導体レーザ
素子を製造する方法であって、該第３のクラッド層の形
成を、ハライドガスまたはハロゲンガスを成長室に導入
しながら有機金属気相成長法で行うことを特徴とする半
導体レーザ素子の製造方法により、容易に達成される。
この製造方法は、半導体基板上に１回目の成長として、
第１のクラッド層、活性層及び第２のクラッド層から構
成されるダブルヘテロ構造を形成し、１回目成長後第２
のクラッド層へのエッチング工程を行なわずに電流が注
入されるストライプ領域の両側に選択成長保護膜を形成
し、２回目の成長として、電流を注入するための第３の
クラッド層およびコンタクト層を成長する半導体レーザ
において、１回目成長で形成される第２のクラッド層の
厚みをレーザ特性上必要とされる厚さに成長させること
が出来る。
ろった半導体レーザ素子及びそれを歩留り良く提供する
半導体レーザ素子の製造方法を提供することにあり、か
かる目的は、半導体基板上に、第１のクラッド層、活性
層及び第２のクラッド層から構成されるダブルヘテロ構
造、電流が注入されるストライプ領域の両側に形成され
た選択成長保護膜、該ストライプ領域に電流を注入する
ための第３のクラッド層及びコンタクト層を有し、該第
３のクラッド層はアンドープでない層上もしくは厚み１
００ｎｍ以下のアンドープ層上に形成されていることを
特徴とする半導体レーザ素子及び、半導体基板上に、第
１のクラッド層、活性層及び第２のクラッド層から構成
されるダブルヘテロ構造を形成し、電流が注入されるス
トライプ領域の両側に選択成長保護膜を形成し、該スト
ライプ領域に第３のクラッド層を形成して半導体レーザ
素子を製造する方法であって、該第３のクラッド層の形
成を、ハライドガスまたはハロゲンガスを成長室に導入
しながら有機金属気相成長法で行うことを特徴とする半
導体レーザ素子の製造方法により、容易に達成される。
この製造方法は、半導体基板上に１回目の成長として、
第１のクラッド層、活性層及び第２のクラッド層から構
成されるダブルヘテロ構造を形成し、１回目成長後第２
のクラッド層へのエッチング工程を行なわずに電流が注
入されるストライプ領域の両側に選択成長保護膜を形成
し、２回目の成長として、電流を注入するための第３の
クラッド層およびコンタクト層を成長する半導体レーザ
において、１回目成長で形成される第２のクラッド層の
厚みをレーザ特性上必要とされる厚さに成長させること
が出来る。
【０００７】また、複数のリッジ有する半導体レーザで
かつリッジ間の幅をお互いにレーザ特性に影響し合うま
で近づける場合、例えばＴＳレーザ等の作製において
は、さらに上記の作製方法は有効である。以下本発明を
より詳細に説明する。本発明の半導体レーザ素子の製造
方法はダブルヘテロ構造を持つものであれば特に限定さ
れないが、従来のレーザ素子に比べて膜厚の制御をより
精確に行なうことができるため、ＴＳレーザに特に好適
である。
かつリッジ間の幅をお互いにレーザ特性に影響し合うま
で近づける場合、例えばＴＳレーザ等の作製において
は、さらに上記の作製方法は有効である。以下本発明を
より詳細に説明する。本発明の半導体レーザ素子の製造
方法はダブルヘテロ構造を持つものであれば特に限定さ
れないが、従来のレーザ素子に比べて膜厚の制御をより
精確に行なうことができるため、ＴＳレーザに特に好適
である。
【０００８】本発明の製造方法の最大の特徴は、第２ク
ラッド層をクラッド層残し膜厚として求められる厚さに
形成し、その後第３クラッド層を成長させることにあ
り、その結果エッチングを行うことが必要ないため、製
造の精度が上げられ、半導体レーザ素子としての特性が
向上する。本発明の製造方法のより好ましい態様として
は、第３クラッド層成長時に、ハライドガス又はハロゲ
ンガスを原料ガスと同時に成長室内に導入することによ
り、選択成長保護膜上へのポリの堆積を妨ぐことであ
る。特にかかる処理が必要なものとしては、アルミニウ
ムを含む化合物半導体を、第３クラッド層に用いた場合
である。
ラッド層をクラッド層残し膜厚として求められる厚さに
形成し、その後第３クラッド層を成長させることにあ
り、その結果エッチングを行うことが必要ないため、製
造の精度が上げられ、半導体レーザ素子としての特性が
向上する。本発明の製造方法のより好ましい態様として
は、第３クラッド層成長時に、ハライドガス又はハロゲ
ンガスを原料ガスと同時に成長室内に導入することによ
り、選択成長保護膜上へのポリの堆積を妨ぐことであ
る。特にかかる処理が必要なものとしては、アルミニウ
ムを含む化合物半導体を、第３クラッド層に用いた場合
である。
【０００９】又、本発明のより好ましい態様としては、
１回目の成長において、成長基板表面に再成長界面での
結晶品質の劣化を防ぐための薄膜を１回目の成長終了後
連続的に成長させ、２回目の成長直前に取り除きは、２
回目の成長をそれに連続して行うことである。
１回目の成長において、成長基板表面に再成長界面での
結晶品質の劣化を防ぐための薄膜を１回目の成長終了後
連続的に成長させ、２回目の成長直前に取り除きは、２
回目の成長をそれに連続して行うことである。
【００１０】
【実施例】以下本発明を実施例を用いて説明するが本発
明はその要旨を越えない限り、実施例に限定されるもの
ではない。図３にその概要を示す。まず図３（ａ）に示
すように、ｎ型ＧａＡｓ基板上にダブルヘテロ構造（Ｄ
Ｈ）をＭＯＶＰＥ法により成長させる。つぎに、このＤ
Ｈエピウエハの表面に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ
X 膜（１０００Å）を被膜する。フォトリソグラフィに
より、２組のストライプ状の窓領域（３μｍ幅）を３〜
５μｍの間隔を空けて形成し、このときこの２組のスト
ライプの外側も１０μｍ幅のＳｉＮX 膜を隔てて窓を開
ける（図３（ｂ））。このサンプルを再びＭＯＶＰＥリ
アクタ内に戻し、ＳｉＮX をマスクとして表面のＧａＡ
ｓキャップ層（３００Å）をＨＣｌガスを用いてエッチ
ングした後、連続してこれらの窓領域にｐ型Ａｌ ０．
５５Ｇａ０．４５Ａｓクラッド層及びｐ型ＧａＡｓコン
タクト層を選択成長させる（図３（ｃ））。このｐ型Ａ
ｌ ０．５５Ｇａ０．４５Ａｓ層は、従来の選択成長法
を用いるとＡｌ成長種とマスクとの反応により、マスク
上へのポリの堆積が生じてしまいやすい。そこで、成長
中に微量のＨＣｌガスを導入することにより選択性を向
上させた高選択性エピタキシ（ＨＳＥ）によって成長さ
せることにより、マスク上へのポリの堆積を抑制するこ
とができた。このサンプルの表面を再びＳｉＮX 膜で全
面を覆い、２つのリッジにそれぞれ独立に電流を注入で
きるようにストライブ上部のみに窓を開けて、電極（Ａ
ｕＺｎＮｉ／Ａｕ）を蒸着する。裏面側にも電極（Ａｕ
ＧｅＮｉ／Ａｕ）を全面に蒸着する（図３（ｄ））。
明はその要旨を越えない限り、実施例に限定されるもの
ではない。図３にその概要を示す。まず図３（ａ）に示
すように、ｎ型ＧａＡｓ基板上にダブルヘテロ構造（Ｄ
Ｈ）をＭＯＶＰＥ法により成長させる。つぎに、このＤ
Ｈエピウエハの表面に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ
X 膜（１０００Å）を被膜する。フォトリソグラフィに
より、２組のストライプ状の窓領域（３μｍ幅）を３〜
５μｍの間隔を空けて形成し、このときこの２組のスト
ライプの外側も１０μｍ幅のＳｉＮX 膜を隔てて窓を開
ける（図３（ｂ））。このサンプルを再びＭＯＶＰＥリ
アクタ内に戻し、ＳｉＮX をマスクとして表面のＧａＡ
ｓキャップ層（３００Å）をＨＣｌガスを用いてエッチ
ングした後、連続してこれらの窓領域にｐ型Ａｌ ０．
５５Ｇａ０．４５Ａｓクラッド層及びｐ型ＧａＡｓコン
タクト層を選択成長させる（図３（ｃ））。このｐ型Ａ
ｌ ０．５５Ｇａ０．４５Ａｓ層は、従来の選択成長法
を用いるとＡｌ成長種とマスクとの反応により、マスク
上へのポリの堆積が生じてしまいやすい。そこで、成長
中に微量のＨＣｌガスを導入することにより選択性を向
上させた高選択性エピタキシ（ＨＳＥ）によって成長さ
せることにより、マスク上へのポリの堆積を抑制するこ
とができた。このサンプルの表面を再びＳｉＮX 膜で全
面を覆い、２つのリッジにそれぞれ独立に電流を注入で
きるようにストライブ上部のみに窓を開けて、電極（Ａ
ｕＺｎＮｉ／Ａｕ）を蒸着する。裏面側にも電極（Ａｕ
ＧｅＮｉ／Ａｕ）を全面に蒸着する（図３（ｄ））。
【００１１】図４に作製したＳＡ−ＴＳレーザのリッジ
の片側にのみ電流を注入した時の光−電流特性を示す。
しきい値電流は５２．８ｍＡ、６ｍＷでの駆動電流は６
１．７ｍＡ、発振波長は７８７ｎｍで両面での外部微分
量子効率は８６％という高い値であった。このレーザ特
性は、反対側のリッジに電流を注入した時も、数％の範
囲の差の特性が得られた。これは、本発明法により、対
称なリッジ構造が、精度よく作られたことを示してい
る。
の片側にのみ電流を注入した時の光−電流特性を示す。
しきい値電流は５２．８ｍＡ、６ｍＷでの駆動電流は６
１．７ｍＡ、発振波長は７８７ｎｍで両面での外部微分
量子効率は８６％という高い値であった。このレーザ特
性は、反対側のリッジに電流を注入した時も、数％の範
囲の差の特性が得られた。これは、本発明法により、対
称なリッジ構造が、精度よく作られたことを示してい
る。
【図１】図１は、リッジ導波型半導体レーザ素子の構造
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図２】図２は、ツインストライプレーザ素子の構造を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図３】図３は、本発明の半導体レーザ素子の製造方法
の一例を示す説明図である。
の一例を示す説明図である。
【図４】図４は、実施例１で作成したＳＡ−ＴＳレーザ
の光−電流特性を示す図である。
の光−電流特性を示す図である。
１０１ 基板 １０２ ｎ型クラッド層 １０３ 活性層 １０４ ｐ型クラッド層 １０５ ｐ型コンタクト層 １０６ クラッド層残し膜厚 １０７ リッジ幅 ２０１ クラッド層残し膜厚 ２０２ リッジ幅 ２０３ リッジ幅 ２０４ ストライプ間距離 ２０５ 溝の深さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−90879（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−278490（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−340284（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−82894（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌ ｅｃｔｒｏｎ．，Ｖｏｌ．ＱＥ−24，Ｎ ｏ．１，ｐ．13−21 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50
Claims (9)
- 【請求項１】 半導体基板上に、第１のクラッド層、活
性層及び第２のクラッド層から構成されるダブルヘテロ
構造、電流が注入されるストライプ領域の両側に形成さ
れた選択成長保護膜、該ストライプ領域に電流を注入す
るための第３のクラッド層並びにコンタクト層を有し、
該第２のクラッド層と選択成長保護膜との間に、キャッ
プ層を有することを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 キャップ層は実質的にＡｌが入っていな
いことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素
子。 - 【請求項３】 キャップ層が、ストライプ領域の両側に
のみ形成されていることを特徴とする請求項１、２のい
ずれかに記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 該選択成長保護膜が、ＳｉＮｘであるこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体
レーザ素子。 - 【請求項５】 該ストライプ領域が複数隣接して設けら
れていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
載の半導体レーザ素子。 - 【請求項６】 半導体基板上に、第１のクラッド層、活
性層及び第２のクラッド層から構成されるダブルヘテロ
構造を形成し、電流が注入されるストライプ領域の両側
に選択成長保護膜を形成し、該ストライプ領域に第３の
クラッド層を形成して半導体レーザ素子を製造する方法
であって、該第３のクラッド層の形成を、ハライドガス
またはハロゲンガスを成長室に導入しながら有機金属気
相成長法で行うことを特徴とする半導体レーザ素子の製
造方法。 - 【請求項７】 ダブルヘテロ構造を形成した後、選択成
長保護膜形成前にキャップ層を形成することを特徴とす
る請求項６記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項８】 ストライプ領域に形成されたキャップ層
を、第３のクラッド層形成前に除去することを特徴とす
る請求項６記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項９】 キャップ層を、第３のクラッド層形成を
行う有機金属気相成長室内で除去することを特徴とする
請求項６記載の半導体レーザ素子の製造方法。
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP24369992A JP3250270B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
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- 1993-09-13 DE DE4331037A patent/DE4331037A1/de not_active Withdrawn
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