JPH03156989A

JPH03156989A - 半導体レーザとその製造方法

Info

Publication number: JPH03156989A
Application number: JP29700989A
Authority: JP
Inventors: Seiji Kawada; 誠治河田; Hitoshi Hotta; 等堀田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-11-14
Filing date: 1989-11-14
Publication date: 1991-07-04
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: JP2550725B2

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】（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Ａ
ＩＧａＩｎＰ系の半導体レーザおよびその製造方法に関
する。

（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Ａ
ＩＧａＩｎＰ系の半導体レーザとして、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（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　１ｅｔｔｅｒｓ、　１９
８７，２３．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（Ａ１
０．６ＧａＯ，４）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２、
Ｇａ□、５Ｉｎ。、５Ｐ活性層３、ｐ型（Ａｌｏ、６Ｇ
ａｏ、４）ｏ、ａＩｎｏ、５層下部クラッド層４、ｐ型
Ｇａ□、５Ｉｎ□、５層層５、ｐ型（Ａｌｏ、ＢＧａ□
、２）０．５Ｉｎ０．５層上部クラット層８、ｐ型Ｇａ
Ａｓ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をマスクとしてエツチングにより
メサストライプを形成する。Ｐ型Ｇａｏ、５Ｉｎ□、５
層層５はこのエツチング時のエツチングストップ層であ
る。そして５ｉ０２マスクをつけたまま、第二回目の成
長を行いエツチングしたところをｎ型ＧａＡｓブロック
層１ｏで埋め込む。次に５ｉ０２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Ｇ
ａＡｓコンタクト層１１を成長する。

この構造により電流はｎ型ＧａＡｓ層１ｏ、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ツチングのときに、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ツチングするのでｎ型ＧａＡ
ｓ層１ｏ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。

（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１０１１ｍ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。

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ＡＩＧａＩｎＰ系半導体レーザ
とその製造方法を提供することにある。

（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。

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ツ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
の半導体層をエツ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。

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状のメサ構造を有しているこ
とを特徴とする。

（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
効屈折率差カフ−段のステップ状についていると非点収
差が大きく、これが数段のステップ状または徐々に変化
しているグレーディト状であれば非点収差は小さくなる
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、少なくとも二段階以上のステップ状にして、又
はグレーディトにして、非点収差を小さくしている。

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。

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ツ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
の上部の前記第二導電型半導体層をエツチングし、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
ツチングされる。次に最も上側の半導体層よりもエツチ
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
ツ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ツチングによ
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ツ
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。

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トになり
、非点収差を小さくできる。

（実施例）本発明の第一の実施例を図面を用いて説明する。

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）〜（Ｄはその工程図
である。

まず−回目の減圧ＭＯＶＰＥによる成長で、ｎ型ＧａＡ
ｓ基板１（Ｓｉドープ；ｎ＝２Ｘ１０１８ｃｍ−３）上
に、基板と格子整合させて、ｎ型（Ａｌｏ、６Ｇａｏ、
４）ｏ、５Ｉｎｏ、５Ｐクラツド層２（ｎ＝５Ｘ１０１
７ｃｍ−３；厚みｌｐｍ）、Ｇａｏ、５Ｉｎ０．５Ｐ活
性層３（アンドープ１厚み０．１ｐｍ）、ｐ型（Ａ１０
．４Ｇａ０．６）０．５Ｉｎ□、５Ｐ下部クラッド層４
（ｐ＝５Ｘ１０１７ｃｍ−３；厚み０．３ｐｍ）、ｐ型
Ｇａｇ、５Ｉｎ０．５Ｐ層５、ｐ型（Ａｌｏ、４Ｇａｏ
、６）ｏ、５Ｉｎｏ、５Ｐ層６（ｐ＝５Ｘ１０１７ｃｍ
−３；厚み０．１ｐｍ）　、ｐ型（Ａｌｏ、６Ｇａｏ、
４）ｏ、５Ｉｎｏ、５Ｐ層７　（ｐ＝５Ｘ１０１７ｃｍ
　ａ、厚み０．１ｐｍ）、ｐ型（Ａｌｏ、ＢＧａｏ、２
）　０．５Ｉｎｇ、５Ｐ上部クラッド層８（ｐ＝５×１
０１７ｃｍ−３；厚み０．８ｐｍ）、ｐ型ＧａＡｓキャ
ップ層９を順次形成した。成長条件は、温度７００°Ｃ
１圧カフ０Ｔｏｒｒ、　Ｖ／ＩＩＩ＝２００、キャリヤ
ガス（Ｈ２）の全流量１５（／ｍｉｎとした。厚相・と
じては、トリメチルインジウム（ＴＭＩ：（ＣＨ３）３
Ｉｎ）、トリエチルガリウム（９）（１０）（ＴＥＧ：（Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ）、トリメチルアルミニ
ウム（ＴＭＡ：（ＣＨ３）３Ａ１）、アルシン（ＡｓＨ
ｓ）、ホスフィン（ｐＩ（３）、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
ヂエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）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９ｐｍ
のストライブ状の５ｉ０２マスクを形成した（第２図（
ａ））。次にこの５ｉ０２マスクを用いてリン酸系のエ
ツチング液によりｐ型ＧａＡｓキャップ層９をメサ状に
エツチングした（第３図（ｂ））。つづいて塩酸系のエ
ツチング液により、ｐ型（Ａｌｏ、５Ｇａｏ、２）ｏ、
５Ｉｒｌｏ、５Ｐ上部クラッド層８、ｐ型（Ａ１０．６
Ｇａ０．４）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層７、ｐ型（ＡＩｏ、
４ＧＨＱ、６）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層６をメサ状にエツ
チングした（第２図（ｃ、　ｄ））。このときエツチン
グレートはＡ１が多い程早いのでこのエツチングレート
の差により第２図（ｃＸｄ）に示すようにｐ型ＡＩＧａ
ＩｎＰ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（Ａｌｏ、５Ｇａｏ、２）ｏ、５Ｉｎ□、５Ｐ上部のク
ラッド層８のサイドエツチングで幅広となったｐ型Ｇａ
Ａｓギャップ層９をノン酸系のエツチング液によりｐ型（Ａｌｏ、５Ｇａｏ、２）ｏ、５■ｎｏ、５Ｐ上部クラ
ッド層８と同じ幅にエツチングした。つぎに５ｉ０２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５ｉ０２マスクを除去した後に、減圧ＭＯＶＰＥ
により三回目の成長を行いｐ型ＧａＡｓコンタクト層１
１を形成した（第２図（０）。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３００ｐｍ
にへき開し、個々のチップに分離した。

最終的に出来上がった構造ではｐ型（Ａｌｏ、５Ｇａｏ、２）ｏ、５Ｉｎ□、５Ｐ　１部ク
ラッド層８のメサ幅は４Ｐｍ、ｐ型（Ａ１０．４０ａ０
．６）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層６のメサ幅は８１１ｍとな
った。メサ幅４ｐｍの第３図で示した従来構造のレーザ
が１２層ｍ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５１１ｍ以下であった。

この第一の実施例においてエツチング速度の異なる層で
あるＰ型ＡＩＧａＩｎＰ層６．７．８の各組成、層厚や
層の数（ここでは３）は−例である。用いるエツチング
液の組成、エツチング速度や実効屈折率差と所望の非点
収差を考えて、エツチング速（１１）（１２）度の異なる層の組成、層厚、層数を最適化すればよい。

このように本発明では活性層上部のストライブ状のメサ
となる半導体層をエツ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。

またエツチング速度の異なる層の厚さを薄くしく例えば
０．０５層ｍ）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ＡＩＧａＩｎＰのＡＩ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
、エツチングした時、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。

本発明の半導体レーザの第二の実施例を第４図の構造新
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ＡＩＧａＩｎＰクラッド層２、ＧａＩｎＰ活
性層３、ｐ型ＡＩＧａＩｎＰ下部クラッド層４、ｐ型Ｇ
ａＩｎＰエツチングストップ層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１ｐｍのｐ型
（ＡｌｘＧａＩＸ）０．５Ｉｎ０．５Ｐ層１３、ｐ型Ｇ
ａＡｓキャップ層を格子整合させて順に形成する。ここ
でｐ型ＡＩＧａＩｎＰ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Ａ
ＩＧａＩｎＰ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、−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。

次に第一の実施例と同様にしてストライブ状の５ｉ０２
マスクを形成しそれをエツチングマスクとしてリン酸系
エツチング液でｐ型ＧａＡｓキャップ層をメサ状にする
。次に塩酸系エツチング液でｐ型ＡＩＧａＩｎＰ層１３
をエツチングする。塩酸を含むエツチング液では（Ａｌ
ｘＧａ１　ｘ）０．５ＩｎＯ，５ＰはＡ１組組成が大き
い程エツチングレートが大きいのでＡＩＧａＩｎＰ層１
３は活（１３）（１４）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１
１を形成して第４図で示した構造の半導体レーザを得る
。

この第二の実施例の半導体レーザではｐ型ＡＩＧａＩｎ
Ｐ層１３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ト（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５ｐｍ以下と
小さくできる。ここではＡＩＧａＩｎＰ層１３のＡ１層
組成を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ツチング液の組成によるエツチン
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。

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はエツ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４０人の厚さでよ
い。

（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−横モー
ドＡＩＧａＩｎＰ半導体レーザが自己整合的で少ない工
程で製作できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図（ａ）
〜（０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。（１５）（１６）図において、１はｎ型ＧａＡｓ基板、２はｎ型（Ａｌｏ
、６Ｇａｏ、４）ｏ、５Ｉｎｏ、５Ｐクラッド層、３は
Ｇａｏ、５Ｉｎｏ、５Ｐ活性層、４はｐ型（Ａｌｏ、４
Ｇａｏ、６）ｏ、５Ｉｎｏ、５Ｐ下部クラッド層、５は
ｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ４．５Ｐ工ツチングストツプ層、６
はｐ　型（Ａ１０．４Ｇａｏ、６）０．５Ｉｎ□、５Ｐ
　　層　、７　はｐ　型（ＡｉＯ，６Ｇａ０．４）０．
５Ｉｎ０．５　Ｐ層８はｐ型（Ａ１０．ＢＧａ□、２）
０．５Ｉｎ０．５Ｐ上部クラッド層、９はｐ型ＧａＡｓ
キャップ層、１ｏはｎ型ＧａＡｓブロック層、１１はｐ
型ＧａＡｓコンタクト層、１２は８ｉ０２膜、１３はｐ
型ＡＩＧａＩｎＰ層。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）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。
（２）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半導体
レーザの製造方法。
（３）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半導体レーザ
。