JPH0233987A - リブ導波路型発光半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はリブ導波路型発光半導体装置の係わり、特に半
導体レーザに使用されるものである。

（従来の技術） 近年、半導体レーザの適用範囲は広がっており。

その内リブ導波路型発光半導体装置も多方面に利用され
ている。その構造を第２図により説明すると、ｎ−Ｇａ
Ａｓ基板５１には、いずれも格子整合するｎ−ＩｎＬ−
ｘ（Ｇａｔ−ｙＡＱｙ）ｘｐ下部クラッド層（Ｓｉドー
プ；３Ｘ　１０”ｃｍ−’、厚さ１．５　μｍ）５２、
ｎ−ＩｎＧａＰ活性層（アンドープ；　Ｉ　Ｘ　１０１
７ｃｍ””、厚さ０．１μｍ）５３、ｐ−Ｉｎｔ−ｘ（
Ｇａｔ−ｙＡｆｌｙ）ｘＰ上部クラッド層（Ｚｎドープ
；３×１０”ｃｍ””、厚さ１．５　ｐ　ｒｅ）５４、
　ｐ−ＧａＡｓオーミック層（Ｚｎドープ；　３　Ｘ　
１０”ｃｍ−’、厚さ１．５　μｍ）５６をＭＯＣＶＤ
（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｆｃａｌ　Ｖ
ａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により順次成長
させて多層膜構造とする。この各層の堆積後、通常の食
刻工程により多層方向に垂直な方向にストライプ状に延
びた幅３μｍのメサ型リブ導波路をｐ−クラッド層５４
の中央部分に形成するが、この工程でオーミック層５６
も同じくメサ形状とする。更にこの食刻工程により露出
したメサ型リブ導波路５４及びオーミック層５６のメサ
部には、電流阻止層（Ｓｉドープ；　２　Ｘ　１０”ｃ
＋ｎ−’　、厚さ１．５μｍ）５５をＭＯＣＶＤ法によ
り成長してメサ型リブ導波路を埋込む。更に、ｎ（１１
１１ｔ’ｌ極５８としてＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを、Ｐ＠
電極５７用にＴｉ、／Ｐｔ／Ａｕを形成してリブ導波路
型発光半導体装置を完成する。

このレーザに通電すると、電流はリブ導波路部分を流れ
ると同時に、発振横モードはこのリブ導波路により安定
して制御できる。

（発明が解決しようとする課題） 第２図に示したリブ導波路型発光半導体装置ではｐ−Ｉ
ｎｔ−ｘ（Ｇａ１−ｙＡＱｙ）ｘＰクラッド層５４とｐ
−ＧａＡｓオーミックＪ＃５６底部間には異種接合が形
成され、この部分での電圧降下が大きくなるために消費
電力が高くなり、しかも高温動作に適さなかった。

本発明はこのような事情により成されたもので。

ｐ−上部クラッド層とｐ−オーミック層間に発生する電
圧降下を解消し、高温動作に適する横モード制御のリブ
導波路型発光半導体装置を提供することを目的とするも
のである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明では、アンドープ活性層を導電型の異なるクラッ
ド層により挟み、この上部クラッド層にはこの多層方向
に対して垂直な方向にストライブ状に延びるメサ部を設
け、このメサ部に同一導電型のオーミック層を重ね、更
に、メサ部を反対導電型の電流阻止部で埋めたリブ導波
路型発光半導体装置において、このストライプ状のメサ
部とオーミック層の間に隣接層より高不純物濃度中間層
を設置する点に特徴がある。

（作　用） このように本発明ではｐ−クラッド層とｐ−オーミック
層間に形成される異種接合の価電子帯の電位差を小さく
することによって電圧降下を解消するように配慮したも
ので、この両層間にｐ導電型で高不純物濃度中間層を配
置した。この結果、価電子帯の不連続部を小さくすると
同時に、急峻な接合即ち階段接合から緩やかな勾配をも
った傾斜形接合に変更して、面接合間の電圧降下を減少
させた。

この高濃度な中間層（以後高不純物濃度中間層と記載す
る）はその禁制帯幅が上部クラッド層とオーミック層の
禁制帯幅と同等か、もしくは夫々の間にあることが必要
である。

傾斜形接合をもち、しかも高不純物濃度中間層の禁制帯
幅が上記の条件を満足するには、上部クラッド層と下部
クラッド層がＩｎｔ−ｘ（Ｇａｔ−ｙＡＲｙ）ｘＰで、
活性層が、Ｉｎ１−ｘ（Ｇａｔ−ｚＡＱｚ）Ｐで、高不
純物濃度中間Ｉ＃は、Ｉｎｔ−ｘ（Ｇａｔ−ｒＡＬ）ｘ
Ｐで表わさ九、ｙ≧ｚ、ｒかつＯ＜　ｙ≦１が夫々好適
する。更に、高不純物濃度中間層の禁制帯幅が上記条件
を満たすには、Ｇａ　（ｔ−、）ＡＱ（−）　Ａｓ、０
≦Ｓ≦０．８が必要になり、更にまた、Ｉｎｔ−ｘ（Ｇ
ａ１−ＪＱｍ）（Ｐｔ−ｎＡ’Ｉｎ）　Ｏ≦ｍ≦１．０
．０≦ｎ≦１である。上記高不純物濃度中間層５はＧａ
　　＋　　Ａｌｌ　　Ａｓ、０≦Ｓ≦０．８を満足（Ｉ
ｌｌ）（ｌｌ） することが肝要であり、しかもＰ導電型に形成し、濃度
は３　Ｘ　１０”ｃｍ−３以上が好適する。

上記高不純物濃度中間層としてＧａ（１−３）　ＡＱ（
＊）　Ａｓを利用するのは、イ、　ｐ−Ｉｎ（ＧａｉＱ
）ｐ：結晶よりもキャリア濃度が高くできる。ロ、キャ
リア濃度制御が容易である。ハ、Ｇａ１−、ＡＱ、Ａｓ
中のＺｎ拡散係数がｐ（ｎ　（ＧａＡＱ）ｐのそれより
も小さいので、Ｐ−クラッド層中への異常拡散が押えら
れるためである。

また、Ｐ−オーミック層６と高不純物濃度中間層５が、
同一の食刻液で処理できるので、ストライプ幅の制御が
できる特徴があり、従って、量産性に向いている。

（実施例） 第１図により本発明の一実施例を説明する。ＳｉをＩ　
Ｘ　１０”ｃ＋＋＋−’程度ドープしたｎ−ＧａＡｓ基
板１には、格子整合する■−■族結高結晶ＯＣＶＤ法に
より積層させる。このＭＯＣＶＤ法の条件は０．１気圧
、成長温度７５０℃、有機金属としてトリメチルガリウ
ム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウムの
■族原料と、■族原料のデメチル亜鉛、更に■、■族原
料としてシラン、アルシン及びホスフィンを使用した。

各濃度はシラン１００ｐ、ｐ、ｍ＋、アルシン１０　Ｖ
ｏ１％。

ホスフィン２０　Ｖｏ１％である。

このような条件の下、ｎ−ＧａＡｓ基板１表面には、ｎ
−Ｉｎｏ、４ｓ（Ｇａｏ、１Ａｎｏ、ｖ）ｏ、ｓｔＰ　
（Ｓｉドープ；　３Ｘ１０”ｃ「３、厚さ１．５μｍ）
下部クラッド層２、Ｉｎ。、４゜Ｇａｏ、５ｔＰ（アン
ドープ：　Ｉ　Ｘ　１０”ｃ＋ａ−３、厚さ０．１μｍ
）活性層３、ｐ−Ｉｎ０．４ｓ　（Ｇａ、　、３ＡＱｏ
、７）Ｏ，５ＩＰ（Ｚｎドープ；３　Ｘ　１０”ｃｍ’
−’、厚さ１．５　ｐ　ｍ）上部クラッド層４．ｐ−丁
ｎｏ、４ｓ（Ｇａｏ−ｅＡ”ｎ、２）ａ、ｓｔＰ　（Ｚ
ｎドープ；　５Ｘ１０”ｃｍ′−３、厚さ０．２μｍ）
高不純物濃度中間層５、ｐ−ＧａＡｓ（Ｚｎドープ；　
Ｉ　Ｘ　１０”ｃｍ”−’、厚さ０．５μｍ）オーミッ
クＭ６を順次堆積成長して多層膜を形成する。

次いで、オーミック層６には、ＣＶＤ法により二酸化ケ
イ素膜（図示せず）を１０００オングストローム堆積後
、公知のフォトリソグラフ法により、上部クラッド層の
中央部分の３μｍ幅を残して他を除去する。この工程で
は、オーミック層６と二酸化ケイ素膜部分も同様に除去
する。この食刻工程に利用する食刻液はｐ−ＧａＡｓ　
６に硫酸系、中間層５及びド上部クラッド層４に臭酸系
を利用した。

この工程により３μｍ＠に形成されたメサ部７は、多層
方向に対して垂直な方向に、しかも、上部クラット層４
のほぼ中央部分にストライプ状に延長、形成され、受動
用リブ導波路として機能する。しかもメサ部以外のＩｎ
Ｇａｐ活性層３までの厚さを０．２μｍになるように制
御しまた、この工程によりオーミック層６もメサ状に形
成される。

次に、受動用リブ導波路である３μｍ幅のメサ部端面８
及びメサ状オーミック層６を覆うように、再度のＭＯＣ
ＶＤ法により電流阻止層（Ｓｉドープ；２×１０ｃｗ＋
、厚さ１．５μｍ）　９を成長堆積する。次にオーミッ
ク層６に堆積した二酸化ケイ素膜をふっ酸系食刻液によ
り除去し、露出面には、夫々電極を設置する。

即ち、オーミック層６の露出面には、ｐ側ｔｌｉ１０と
してＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを、またｎ−ＧａＡｓ基板１の露
出面には、ｎ側電極１１としてＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを
、蒸着法もしくはスパッタ法により形成してリブ導波路
型発光半導体装置を得る。

この発光半導体装置に必要な部品をＭＯＣＶＤ法により
形成する時、成長温度とこの装置の発振波長は密接な関
係があり、成長温度が６００℃以下及び７５０℃以上の
場合はＧａＡｓに格子整合するＩｎＧａｐの禁制帯幅に
近い１．９ｅＶで発振するが、一方、６００℃以上７５
０℃までの温度範囲では１．．９ｅＶ以下で発振するこ
とが知られている。

更に、７５０℃以上で成長すると、結晶の品質は他の温
度で成長したものより格段に秀れているので、通常は７
５０℃以上で結晶成長を行う。しかしながら、ｐ型不純
物原料である亜鉛は成長温度が高くかつ成長時の圧力が
低い程結晶内に取込まれる量が少なくなるので、ρ−上
上部クラド１層４は３　Ｘ　１０”ａｍ−″３程度しか
導入されない。

ところで、ｐ−上部クラッド層４とＰ−オーミック層６
の異種接合では価電子帯の不連続部分はΔＥｖ　＝　Ｅ
ｇニーＥｇｚ−ΔＥｃと表すことができる。ここでＥｇ
工はｐ−上部クラッド層４の禁制帯幅、Ｅｇｚはｐ−オ
ーミック層６の禁制帯幅、ΔＥｃはこれらの各層伝導帯
における不連続部である。

ｐ−上部クラッド層４とｐ−オーミック層６間に電圧を
印加する時、この不連続部を越える電圧を印加して初め
て電流が流れる。

ところで、この価電子帯の不連続部を小さくするには、
異種接合間の禁制帯幅を小さくするのが勿論重要であり
、更にΔＥｖのスパイクの幅を狭くすることによって電
圧降下を小さくできる。

本発明では、上記のようにＰ−上部クラッド層４とＰ−
オーミック層６間に、両者より不純物濃度が高い高不純
物濃度中間層５を設置することによって、価電子帯の不
連続部を小さくすると同時に、急峻な接合即ち階段接合
から緩やかな勾配をもった傾斜形接合に変更することに
よって面接合間の電圧降下を減少させた。

このようなリブ導波路型発光半導体装置即ちレーザ装置
に通電すると、電流は電流阻止層９に注入されずＰ−オ
ーミック層６だけに注入される。また発光した光は、リ
ブ導波路以外で電流阻止層９に吸収されるので横モード
制御されたレーザ発振が得られる。

他の実施例として、高不純物濃度中間層に使用するＰ−
Ｉｎｎ　ｎ４１　（Ｇａ、　、、ＡＱ、　、２）Ｏｅｓ
ｔＰの代わりにＧａ、−。

ＡＱｌｌＡｓに変更することができる。

即ち、Ｐ−■ｎｏ、＋５（Ｇａｏ、ｉＡＬ、ｔ）ｅ、ｓ
ｔｐ　（Ｚｎドープ；３Ｘ１０”ｃｍ−３、厚さ１．５
７！Ｉ６）上部クラッド層４をＭＯＣＶＤ法で堆積成長
後、ｐ−Ｇａ、、、ＡＱ、、、Ａｓ（Ｚｎドープ；Ｉ　
Ｘ　１０”ｃｍ’−’、厚さ０．２μ＋ｍ）の高不純物
濃度中間層５を同様の方法で堆積成長し、更に、ｐ−Ｇ
ａＡｓ（Ｚｎドープ；Ｉ　Ｘ　１０”ｃｍ−’、厚さ０
．５μｍ）　（７）オーミック層６を堆積成長する。

続いて、オーミック層６には二酸化ケイ素層をＣＶＤ法
により１０００オングストローム堆積してから、これに
ホトリソグラフ法を施して、　３μｍ幅を残して他を除
去する。従って、多層方向に直行する方向にストライプ
状に延長したメサ部が得られるのは、上記の通りである
。

この食刻工程における食刻液には、ｐ−ＧａＡｓオーミ
ック層６とｐ−Ｇａ、　、ＧＡＱ、　、４Ａｓの高不純
物濃度中間Ｍ５は硫酸系食刻液、ｐ−Ｔ、ｎ、　−４９
（ＧａＯ＊３ＡＱ１１　＋７）Ｏ＊Ｓ１ｐ上部クラッド
層４　は臭酸系食刻液により食刻した。この場合、メサ
部以外の上部クラッド層４と活性層３までの厚さを０．
２μｍになるように制御した。その後の工程は上記の通
りである。

次に、高不純物濃度中間層５について述べると、ＩＪ−
ｘ（Ｇａｔ−＋ａＡｆｌ＠）（Ｐｌ−ｎＡＱｎ）を使用
した場合、例えば平均組成がＩｎａ　、４ｓ　（Ｇａ、
−ａＡＱａ　、ｚ）（Ｐｏ　、５ｓＡＳａ　、ａｓ）結
晶をこの高不純物濃度中間層５とした場合、ＧａＡｓ結
晶、Ｉｎ、　、４ｓ　（Ｇａａ　、３Ａｆ１０＋’ｌ　
）。＋ｓｘ　Ｐクラッド層との格子不整合度はＯ，ＯＳ
％になるが、　Ｉｎ（ＧａＡＱ）（ＰＡＳ）の各組成が
異なる薄膜を交互に積層した歪超格子とすることによっ
て、ＧａＡｓ結晶に格子整合することになる。

従って、この結晶は、　ＧａＡ４Ａｓ結晶と同様に、キ
ャリア不純物濃度をＩ　Ｘ　１０”ｃｍ−３以上にでき
ると同時に、価電子帯の不連続部ΔＥｖはＧａ１ＱＡｓ
結晶よりも小さくできる特徴があり、オーミック層６／
上部クラッド層４間の電圧降下を０．１ｖ以上下げられ
る。

本実施例ではｐ型不純物としてＺｎを使用したが他の不
純物Ｍｇも適用できる。

〔発明の効果〕

上記のようにｐ−クラッド層とオーミック層の境界部分
に両者より不純物濃度が高い中間層を配置することによ
り、従来共振器長３００μｍ、ストライ“プ幅３μＩの
レーザで３．Ｏｖの動作電圧であったものが、動作電圧
２．３ｖに低減された。

この結果、熱の発生が防止できるので、温度特性の向上
が従来装置に比べて改善でき、その上、動作電流の上昇
も抑制可能となった。

しかも、連続発振では、従来の５０℃が１００℃まで可
能となり極めて大福の特性改善が計られ、更に、６５０
ｎｍ帯可視光横モード制御レーザの開発の目途が離遠さ
れた。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係わるリブ導波路型発光半導体装置の
要部を示す断面図、第２図は従来のリブ導波路型発光半
導体装置の概略を示す断面図である。 に基板 ３：活性層 ５：中間層 ２：下部クラッド層 ４：上部クラッド層 ６：オーミック層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アンドープ活性層を導電型の異なるクラッド層により挟
   み、上部クラッド層にはこの多層方向に垂直な方向にス
   トライプ状に延びるメサ部を設け、このメサ部に同一導
   電型のオーミック層を重ね、前記メサ部を反対導電型の
   電流阻止部で埋めたリブ導波路型発光半導体装置におい
   て、このストライプ状のクラッド層とオーミック層の間
   に隣接層より高不純物濃度中間層を設置することを特徴
   とするリブ導波路型発光半導体装置。