JPH06275911A - 半導体レーザ装置とその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ装置とその製造方法Info
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- JPH06275911A JPH06275911A JP5060596A JP6059693A JPH06275911A JP H06275911 A JPH06275911 A JP H06275911A JP 5060596 A JP5060596 A JP 5060596A JP 6059693 A JP6059693 A JP 6059693A JP H06275911 A JPH06275911 A JP H06275911A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Feドープの高抵抗(率)埋込み層を有する
III−V族化合物半導体レーザ装置に関し、メサ側面
を十分な高抵抗埋込み層で埋込んだ半導体レーザ装置を
提供することを目的とする。 【構成】 (100)面III−V族化合物半導体基板
上にメサストライプを形成する工程と、前記メサストラ
イプ側面をGaInPまたはAlInAsを主成分とす
るFeドープの半導体高抵抗層で埋込み、かつメサスト
ライプ近傍の埋込み成長面の変化に従ってFeドーパン
ト量を変化させる埋込み成長工程とを含む。
III−V族化合物半導体レーザ装置に関し、メサ側面
を十分な高抵抗埋込み層で埋込んだ半導体レーザ装置を
提供することを目的とする。 【構成】 (100)面III−V族化合物半導体基板
上にメサストライプを形成する工程と、前記メサストラ
イプ側面をGaInPまたはAlInAsを主成分とす
るFeドープの半導体高抵抗層で埋込み、かつメサスト
ライプ近傍の埋込み成長面の変化に従ってFeドーパン
ト量を変化させる埋込み成長工程とを含む。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ装置に関
し、特にFeドープの高抵抗(率)埋込み層を有するI
II−V族化合物半導体レーザ装置に関する。
し、特にFeドープの高抵抗(率)埋込み層を有するI
II−V族化合物半導体レーザ装置に関する。
【0002】光通信技術の発展と共に、さらに通信容
量、通信距離を増大させることが望まれている。このた
め、高速変調可能な高出力半導体レーザが要求されてい
る。このような要請に応じるためには、付随容量の低減
や発光効率の向上が望まれている。
量、通信距離を増大させることが望まれている。このた
め、高速変調可能な高出力半導体レーザが要求されてい
る。このような要請に応じるためには、付随容量の低減
や発光効率の向上が望まれている。
【0003】
【従来の技術】1.3μm帯、1.5μm帯の光通信に
用いられる半導体レーザとして、図9、図10に示すよ
うな高抵抗埋込み層を用いた半導体レーザが知られてい
る。以下、1.5μm帯半導体レーザを例にとって説明
する。
用いられる半導体レーザとして、図9、図10に示すよ
うな高抵抗埋込み層を用いた半導体レーザが知られてい
る。以下、1.5μm帯半導体レーザを例にとって説明
する。
【0004】図9において、(100)面を有するn型
InP基板121の上に、バンドギャップ波長1.3μ
m、不純物濃度n=1×1017cm-3、厚さ約0.2μ
mのn型InGaAsPガイド層122が形成され、n
側領域を画定している。
InP基板121の上に、バンドギャップ波長1.3μ
m、不純物濃度n=1×1017cm-3、厚さ約0.2μ
mのn型InGaAsPガイド層122が形成され、n
側領域を画定している。
【0005】ガイド層122の上に、バンドギャップ波
長1.5μm、厚さ約0.1μmのアンドープInGa
AsP活性層123が形成され、その上に不純物濃度p
=5×1017cm-3、厚さ約1.5μmのp型InPク
ラッド層124、バンドギャップ波長1.3μm、不純
物濃度p=5×1018cm-3、厚さ約0.2μmのp型
InGaAsPコンタクト層125が形成されている。
長1.5μm、厚さ約0.1μmのアンドープInGa
AsP活性層123が形成され、その上に不純物濃度p
=5×1017cm-3、厚さ約1.5μmのp型InPク
ラッド層124、バンドギャップ波長1.3μm、不純
物濃度p=5×1018cm-3、厚さ約0.2μmのp型
InGaAsPコンタクト層125が形成されている。
【0006】InP基板121上のこれらの積層は、基
板までメサエッチングされ、メサ側面をFeドープの高
抵抗InP層126で埋込まれている。なお、メサのス
トライプ方向は〔011〕方向に設定されている。表面
上にp側電極127、基板裏面上にn側電極128を形
成し、半導体レーザ装置が形成される。
板までメサエッチングされ、メサ側面をFeドープの高
抵抗InP層126で埋込まれている。なお、メサのス
トライプ方向は〔011〕方向に設定されている。表面
上にp側電極127、基板裏面上にn側電極128を形
成し、半導体レーザ装置が形成される。
【0007】p側電極127、n側電極128の間に電
流を流すと、キャリアは両側を高抵抗InP埋込み層1
26によって制限された中央領域内を通過する。ここ
で、InP埋込み層126は、電流狭窄の機能を果た
す。
流を流すと、キャリアは両側を高抵抗InP埋込み層1
26によって制限された中央領域内を通過する。ここ
で、InP埋込み層126は、電流狭窄の機能を果た
す。
【0008】活性層123内で、電子、正孔の発光再結
合が生じると、光が発生し、活性層123、ガイド層1
22に分布する。活性層123、ガイド層122は、上
下をn型InP基板121、p型InPクラッド層12
4で挟まれ、左右をFeドープInP埋込み層126で
挟まれているため、光閉じ込め効果が生じる。したがっ
て、活性層123内で誘導放出されたレーザ光は、活性
層123、ガイド層122内を伝播する。
合が生じると、光が発生し、活性層123、ガイド層1
22に分布する。活性層123、ガイド層122は、上
下をn型InP基板121、p型InPクラッド層12
4で挟まれ、左右をFeドープInP埋込み層126で
挟まれているため、光閉じ込め効果が生じる。したがっ
て、活性層123内で誘導放出されたレーザ光は、活性
層123、ガイド層122内を伝播する。
【0009】図10は、従来技術による半導体レーザ装
置の他の構成を示す。(100)面を有するn型InP
基板111の表面上に、バンドギャップ波長1.3μ
m、キャリア濃度n=1×1017cm-3、厚さ約0.2
μmのn型InGaAsPガイド層112、バンドギャ
ップ波長1.55μm、厚さ約0.1μmのアンドープ
InGaAsP活性層113、不純物濃度p=5×10
17cm-3のp型InPクラッド層114の一部が形成さ
れ、これらの積層が〔011〕方向にメサエッチングさ
れる。
置の他の構成を示す。(100)面を有するn型InP
基板111の表面上に、バンドギャップ波長1.3μ
m、キャリア濃度n=1×1017cm-3、厚さ約0.2
μmのn型InGaAsPガイド層112、バンドギャ
ップ波長1.55μm、厚さ約0.1μmのアンドープ
InGaAsP活性層113、不純物濃度p=5×10
17cm-3のp型InPクラッド層114の一部が形成さ
れ、これらの積層が〔011〕方向にメサエッチングさ
れる。
【0010】メサ側面を埋込んでFeドープ高抵抗In
P埋込み層116が成長され、続いて不純物濃度n=5
×1018cm-3、厚さ約0.3μmのn型InP埋込み
層117が成長されている。
P埋込み層116が成長され、続いて不純物濃度n=5
×1018cm-3、厚さ約0.3μmのn型InP埋込み
層117が成長されている。
【0011】メサ側面を埋込んだ後、全面上にp型In
Pクラッド層114の残りの部分が成長される。p型I
nPクラッド層114全体の厚さは約1.5μmとされ
る。p型クラッド層114の上に、バンドギャップ波長
1.3μm、キャリア濃度p=5×1018cm-3、厚さ
約0.2μmのp型GaAsPコンタクト層115が形
成される。コンタクト層115上にp側電極118、基
板111下面上にn側電極119が形成され、半導体レ
ーザ装置が完成する。
Pクラッド層114の残りの部分が成長される。p型I
nPクラッド層114全体の厚さは約1.5μmとされ
る。p型クラッド層114の上に、バンドギャップ波長
1.3μm、キャリア濃度p=5×1018cm-3、厚さ
約0.2μmのp型GaAsPコンタクト層115が形
成される。コンタクト層115上にp側電極118、基
板111下面上にn側電極119が形成され、半導体レ
ーザ装置が完成する。
【0012】図10の構成においては、Feドープ高抵
抗InP埋込み層116の上に、n型InP埋込み層1
17が形成され、その上にもp型クラッド層114が配
置されている点が、図9の構成と異なる。この構成によ
り、活性層113に対する電流供給能を高め、かつn型
InP埋込み層によって活性層以外の部分に向かう正孔
に対する電流阻止能を高めている。
抗InP埋込み層116の上に、n型InP埋込み層1
17が形成され、その上にもp型クラッド層114が配
置されている点が、図9の構成と異なる。この構成によ
り、活性層113に対する電流供給能を高め、かつn型
InP埋込み層によって活性層以外の部分に向かう正孔
に対する電流阻止能を高めている。
【0013】このように、従来のメサ構造を含む半導体
レーザ装置においては、メサのストライプ方向は〔01
1〕方向に設定され、メサ側面をFeをドープした高抵
抗InP層で埋込んでいる。埋込み層形成時のFeドー
パント流量は一定流量である。このドーパント流量は、
(100)基板を用いて調べたドーピング特性によって
決定されていた。
レーザ装置においては、メサのストライプ方向は〔01
1〕方向に設定され、メサ側面をFeをドープした高抵
抗InP層で埋込んでいる。埋込み層形成時のFeドー
パント流量は一定流量である。このドーパント流量は、
(100)基板を用いて調べたドーピング特性によって
決定されていた。
【0014】(100)基板上では、電気的に活性化す
るFeの量は、たとえば成長温度600℃では約6×1
016cm-3付近で飽和する。飽和値以上にFeを導入し
ても、電気的には活性化せず、かえって活性化しないF
eによるレーザ特性への悪影響が懸念される。このた
め、Feドーピング量としては飽和値直前の値がよいと
されてきた。
るFeの量は、たとえば成長温度600℃では約6×1
016cm-3付近で飽和する。飽和値以上にFeを導入し
ても、電気的には活性化せず、かえって活性化しないF
eによるレーザ特性への悪影響が懸念される。このた
め、Feドーピング量としては飽和値直前の値がよいと
されてきた。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術によるFeドープInP高抵抗埋込み層によって
は、必ずしも十分な高抵抗を有する領域を得ることがで
きない。
技術によるFeドープInP高抵抗埋込み層によって
は、必ずしも十分な高抵抗を有する領域を得ることがで
きない。
【0016】本発明の目的は、メサ側面を十分な高抵抗
埋込み層で埋込んだ半導体レーザ装置を提供することで
ある。本発明の他の目的は、メサ側面を十分高い抵抗率
を有するFeドープの高抵抗埋込み層で埋込んで半導体
レーザ装置を製造する半導体レーザ装置の製造方法を提
供することである。
埋込み層で埋込んだ半導体レーザ装置を提供することで
ある。本発明の他の目的は、メサ側面を十分高い抵抗率
を有するFeドープの高抵抗埋込み層で埋込んで半導体
レーザ装置を製造する半導体レーザ装置の製造方法を提
供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ装
置の製造方法は、(100)面III−V族化合物半導
体基板上にメサストライプを形成する工程と、前記メサ
ストライプ側面をGaInPまたはAlInAsを主成
分とするFeドープの半導体高抵抗層で埋込み、かつメ
サストライプ近傍の埋込み成長面の変化に従ってFeド
ーパント量を変化させる埋込み成長工程とを含む。
置の製造方法は、(100)面III−V族化合物半導
体基板上にメサストライプを形成する工程と、前記メサ
ストライプ側面をGaInPまたはAlInAsを主成
分とするFeドープの半導体高抵抗層で埋込み、かつメ
サストライプ近傍の埋込み成長面の変化に従ってFeド
ーパント量を変化させる埋込み成長工程とを含む。
【0018】また、本発明の半導体レーザ装置は、(1
00)面を有するInP基板と、前記InP基板上に形
成され、〔01−1〕方向に沿ったメサストライプと、
前記メサストライプ側面を埋込むFeドープInPの高
抵抗埋込み層とを有する。
00)面を有するInP基板と、前記InP基板上に形
成され、〔01−1〕方向に沿ったメサストライプと、
前記メサストライプ側面を埋込むFeドープInPの高
抵抗埋込み層とを有する。
【0019】
【作用】本発明者は、Feのドーピング特性が、結晶成
長する成長面の面方位に大きく依存することを発見し
た。
長する成長面の面方位に大きく依存することを発見し
た。
【0020】メサストライプの側面埋込みにおいては、
成長面の面方位は成長進行と共に変化する。埋込み成長
面の変化にしたがって、Feドーピング量を変化させる
ことにより、埋込み成長の各段階において良好なFeド
ーピングを行なうことができる。
成長面の面方位は成長進行と共に変化する。埋込み成長
面の変化にしたがって、Feドーピング量を変化させる
ことにより、埋込み成長の各段階において良好なFeド
ーピングを行なうことができる。
【0021】メサストライプを〔01−1〕方向に選択
すると、メサ側面を埋込む埋込み成長においては、(n
11)A面が表れる。これらの面方位においては、Fe
の飽和濃度が(100)面に対する飽和濃度よりも著し
く高い。
すると、メサ側面を埋込む埋込み成長においては、(n
11)A面が表れる。これらの面方位においては、Fe
の飽和濃度が(100)面に対する飽和濃度よりも著し
く高い。
【0022】したがって、メサストライプの方向を〔0
1−1〕方向に選択することにより、従来不可能であっ
た高濃度のFeをドープすることができる。
1−1〕方向に選択することにより、従来不可能であっ
た高濃度のFeをドープすることができる。
【0023】
【実施例】図1に、本発明の実施例による半導体レーザ
装置の構成を概略的に示す。この半導体レーザ装置は、
波長1.55μmのレーザ光を発射するためのものであ
る。
装置の構成を概略的に示す。この半導体レーザ装置は、
波長1.55μmのレーザ光を発射するためのものであ
る。
【0024】(100)面を有するn型InP基板11
aの上に、〔011〕方向に長いメサストライプ10a
が形成されている。メサストライプ10aにおいては、
基板11aの上にバンドギャップ波長約1.3μm、不
純物濃度n=1×1017cm -3、厚さ約0.2μmのn
型InGaAsPガイド層12aがエピタキシャルに形
成され、その上にバンドギャップ波長1.55μm、厚
さ約0.1μmのアンドープInGaAsP活性層13
aがエピタキシャルに形成されている。
aの上に、〔011〕方向に長いメサストライプ10a
が形成されている。メサストライプ10aにおいては、
基板11aの上にバンドギャップ波長約1.3μm、不
純物濃度n=1×1017cm -3、厚さ約0.2μmのn
型InGaAsPガイド層12aがエピタキシャルに形
成され、その上にバンドギャップ波長1.55μm、厚
さ約0.1μmのアンドープInGaAsP活性層13
aがエピタキシャルに形成されている。
【0025】さらに、活性層13aの上に、不純物濃度
p=5×1017cm-3、厚さ約1.5μmのp型InP
クラッド層14a、その上にバンドギャップ波長約1.
3μm、不純物濃度p=5×1017cm-3、厚さ約0.
2μmのp型InGaAsPコンタクト層17aが形成
されている。
p=5×1017cm-3、厚さ約1.5μmのp型InP
クラッド層14a、その上にバンドギャップ波長約1.
3μm、不純物濃度p=5×1017cm-3、厚さ約0.
2μmのp型InGaAsPコンタクト層17aが形成
されている。
【0026】このように構成されたメサストライプ10
aの側面が、少なくとも3種類のFeドープ高抵抗In
P埋込み層1、2、3によって埋込まれている。これら
高抵抗InP埋込み層1、2、3は、成長時に異なる面
方位を有し、成長面方位に依存したドーピングが行なわ
れている。なお、平坦部においては、第1埋込み層1の
厚さが約1.2μm、第2埋込み層2の厚さが約0.5
μm、第3埋込み層3の厚さが約0.3μmである。
aの側面が、少なくとも3種類のFeドープ高抵抗In
P埋込み層1、2、3によって埋込まれている。これら
高抵抗InP埋込み層1、2、3は、成長時に異なる面
方位を有し、成長面方位に依存したドーピングが行なわ
れている。なお、平坦部においては、第1埋込み層1の
厚さが約1.2μm、第2埋込み層2の厚さが約0.5
μm、第3埋込み層3の厚さが約0.3μmである。
【0027】コンタクト層17aおよび埋込み層3の上
に、p側電極21が形成され、基板11aの下面にn側
電極22が形成されている。ここで、メサストライプ側
面の埋込みについて、図2を参照して考察する。図2に
おいて、メサストライプ10aは〔011〕方向に延在
し、その側面に(011)面を有する。
に、p側電極21が形成され、基板11aの下面にn側
電極22が形成されている。ここで、メサストライプ側
面の埋込みについて、図2を参照して考察する。図2に
おいて、メサストライプ10aは〔011〕方向に延在
し、その側面に(011)面を有する。
【0028】メサストライプの側面埋込みにおいては、
通常メサエッチングに用いたメサストライプ上面のSi
O2 等のマスク18aを利用し、有機金属気相成長法
(MOCVD)によりメサ側面を埋込むエピタキシャル
成長を行なう。
通常メサエッチングに用いたメサストライプ上面のSi
O2 等のマスク18aを利用し、有機金属気相成長法
(MOCVD)によりメサ側面を埋込むエピタキシャル
成長を行なう。
【0029】たとえば、原料ガスとしては、トリメチル
インジウム(TMIn)、トリエチルガリウム(TEG
a)、ホスフィン(PH3 )、アルシン(AsH3 )を
用い、ドーパントガスとしてp型用にはジメチル亜鉛
(DMZn)、n型用にはシラン(SiH4 )を使用す
る。成長条件は温度600℃、成長速度2μm/hr、
V/III=150とする。
インジウム(TMIn)、トリエチルガリウム(TEG
a)、ホスフィン(PH3 )、アルシン(AsH3 )を
用い、ドーパントガスとしてp型用にはジメチル亜鉛
(DMZn)、n型用にはシラン(SiH4 )を使用す
る。成長条件は温度600℃、成長速度2μm/hr、
V/III=150とする。
【0030】メサエッチングは、ドライエッチング、ウ
ェットエッチングのどちらを用いてもよい。ドライエッ
チングを用いた場合は、ドライエッチング後、表面の歪
層を除去するため、燐酸系溶液等によるライトエッチン
グを行なうことが望ましい。
ェットエッチングのどちらを用いてもよい。ドライエッ
チングを用いた場合は、ドライエッチング後、表面の歪
層を除去するため、燐酸系溶液等によるライトエッチン
グを行なうことが望ましい。
【0031】この時、メサ側面の埋込み成長は、図に示
すように、メサ側面と底面において生じるが、成長面は
徐々に(100)平坦面に近付く。すなわち、成長にし
たがって、その主たる成長面は(011)面から(11
1)B面を通り、(100)面に向かう。
すように、メサ側面と底面において生じるが、成長面は
徐々に(100)平坦面に近付く。すなわち、成長にし
たがって、その主たる成長面は(011)面から(11
1)B面を通り、(100)面に向かう。
【0032】そこで、本発明者は、成長面によってFe
ドーピングの特性がどのように変化するかを調べた。図
3は、Feドーピングの面方位依存性を示す。Feのド
ーパントとしては、フェロセン(Cp2 Fe)を用い
た。図3において、横軸はCp2 Feの流量をsccm
で示し、縦軸はInP中の活性化したFe密度を×10
16cm-3を単位として示す。図には、(011)5°オ
フ面、(111)B5°オフ面、(311)B面、(1
00)面に対するFe密度のCp2 Fe流量依存性の曲
線を示す。
ドーピングの特性がどのように変化するかを調べた。図
3は、Feドーピングの面方位依存性を示す。Feのド
ーパントとしては、フェロセン(Cp2 Fe)を用い
た。図3において、横軸はCp2 Feの流量をsccm
で示し、縦軸はInP中の活性化したFe密度を×10
16cm-3を単位として示す。図には、(011)5°オ
フ面、(111)B5°オフ面、(311)B面、(1
00)面に対するFe密度のCp2 Fe流量依存性の曲
線を示す。
【0033】(311)B面においては、Fe密度の立
ち上がり(取り込み効率)が速いが、Fe密度はやがて
飽和する。(100)面においては、Fe密度の立ち上
がりは(311)B面よりも緩やかであるが、飽和値は
(311)B面とほぼ同一である。
ち上がり(取り込み効率)が速いが、Fe密度はやがて
飽和する。(100)面においては、Fe密度の立ち上
がりは(311)B面よりも緩やかであるが、飽和値は
(311)B面とほぼ同一である。
【0034】(111)B5°オフ面では、Fe密度の
立ち上がりが遅いが、Fe密度の飽和はなかなか生じな
い。(011)5°オフ面では、Fe密度の立ち上がり
は(100)と同程度であるが、(100)面での飽和
濃度では飽和せず、Fe密度はさらに上昇を続ける。
立ち上がりが遅いが、Fe密度の飽和はなかなか生じな
い。(011)5°オフ面では、Fe密度の立ち上がり
は(100)と同程度であるが、(100)面での飽和
濃度では飽和せず、Fe密度はさらに上昇を続ける。
【0035】そこで、種々の面指数の結晶面におけるF
e飽和濃度と、Cp2 Feを10sccm流した時のF
e取り込み量および不純物ドーピングを行なわなくても
生じるアンドープの不純物濃度を調べた。測定結果を図
4に示す。
e飽和濃度と、Cp2 Feを10sccm流した時のF
e取り込み量および不純物ドーピングを行なわなくても
生じるアンドープの不純物濃度を調べた。測定結果を図
4に示す。
【0036】図4において、横軸は(100)面より
〔01−1〕方向へのオフ角度を示し、主要面指数の位
置を矢印で示す。縦軸は濃度をcm-3で示す。Fe飽和
濃度は、(011)面から(100)面に向かうにした
がって、初め低下し、(111)B面付近において最小
値を取った後、緩やかに立ち上がっている。
〔01−1〕方向へのオフ角度を示し、主要面指数の位
置を矢印で示す。縦軸は濃度をcm-3で示す。Fe飽和
濃度は、(011)面から(100)面に向かうにした
がって、初め低下し、(111)B面付近において最小
値を取った後、緩やかに立ち上がっている。
【0037】Fe取り込み量は、(011)面から(1
11)B面付近に向かって低下し、その後、立ち上が
り、(311)B面付近で最大値を取った後、低下して
(100)面に至っている。
11)B面付近に向かって低下し、その後、立ち上が
り、(311)B面付近で最大値を取った後、低下して
(100)面に至っている。
【0038】また、アンドープ不純物濃度は(011)
面から(111)B面付近に向かってほぼリニアに増大
し、その後、急激に低下して(211)B面および(3
11)B面付近においてかなり低い値をとった後、(1
00)面に向かって緩やかに立ち上がっている。
面から(111)B面付近に向かってほぼリニアに増大
し、その後、急激に低下して(211)B面および(3
11)B面付近においてかなり低い値をとった後、(1
00)面に向かって緩やかに立ち上がっている。
【0039】従来は、(100)面の飽和濃度を基準と
して埋込み層全体にほぼ一定のドーパントを供給してい
た。たとえば、(111)B面においては、同一のFe
ドーパント流量に対してFe取り込み量がかなり低いた
め、予期したほどのFeがドープされず、実質的にはF
e濃度が低かったものと考えられる。
して埋込み層全体にほぼ一定のドーパントを供給してい
た。たとえば、(111)B面においては、同一のFe
ドーパント流量に対してFe取り込み量がかなり低いた
め、予期したほどのFeがドープされず、実質的にはF
e濃度が低かったものと考えられる。
【0040】これに対して、アンドープ不純物濃度は、
(111)B面付近において著しく高いため、(11
1)B面付近においては、予想するほどの高抵抗が得ら
れなかったものと考えられる。
(111)B面付近において著しく高いため、(11
1)B面付近においては、予想するほどの高抵抗が得ら
れなかったものと考えられる。
【0041】埋込み層全体を、なるべく高抵抗にするた
めには、飽和濃度直前までFeをドープすることが好ま
しい。(011)面付近においては、Fe飽和濃度が高
いため、Feドーパントを多量に流すことが好ましく、
(111)B面付近においては、Fe取り込み効率が低
いため、やはりFeドーパントを多量に流すことが好ま
しい。
めには、飽和濃度直前までFeをドープすることが好ま
しい。(011)面付近においては、Fe飽和濃度が高
いため、Feドーパントを多量に流すことが好ましく、
(111)B面付近においては、Fe取り込み効率が低
いため、やはりFeドーパントを多量に流すことが好ま
しい。
【0042】これに対して、(211)B面および(3
11)B面付近においては、Fe取り込み効率が高く、
Feドーパント流量を制限しないと、飽和濃度以上のF
eがドープされ、活性化しないFeが生じてしまう。し
たがって、(100)面を基準としたFeドーピングで
は、全体としては最良のドーピングを行なうことが不可
能である。
11)B面付近においては、Fe取り込み効率が高く、
Feドーパント流量を制限しないと、飽和濃度以上のF
eがドープされ、活性化しないFeが生じてしまう。し
たがって、(100)面を基準としたFeドーピングで
は、全体としては最良のドーピングを行なうことが不可
能である。
【0043】メサ近傍の埋込み成長面が、(011)面
から(111)B面周辺にある場合は、(100)面を
基準として考えた適当なFeドーピングガス流量よりも
多いFeドーピングガス流量を採用し、埋込み成長面が
(211)B面から(311)B面付近においては、
(100)面を基準とするFeドーパント流量よりもF
eドーパント流量を減少させることが好ましい。
から(111)B面周辺にある場合は、(100)面を
基準として考えた適当なFeドーピングガス流量よりも
多いFeドーピングガス流量を採用し、埋込み成長面が
(211)B面から(311)B面付近においては、
(100)面を基準とするFeドーパント流量よりもF
eドーパント流量を減少させることが好ましい。
【0044】成長面が(100)面に近付いた後は、従
来通り(100)面を基準として決定したFeドーピン
グガス流量を採用すればよい。このようなFeドーピン
グを行なうことにより、(011)面付近においては、
従来のFe濃度よりも著しく高いFe濃度を実現でき
る。
来通り(100)面を基準として決定したFeドーピン
グガス流量を採用すればよい。このようなFeドーピン
グを行なうことにより、(011)面付近においては、
従来のFe濃度よりも著しく高いFe濃度を実現でき
る。
【0045】また、(111)B面付近では、Fe濃度
自身はそれほど高くはないが、従来のFe濃度と比べれ
ば著しく高いFe濃度を実現でき、高いアンドープ不純
物濃度を補償して、高抵抗を実現することができる。
自身はそれほど高くはないが、従来のFe濃度と比べれ
ば著しく高いFe濃度を実現でき、高いアンドープ不純
物濃度を補償して、高抵抗を実現することができる。
【0046】なお、Feドーピング量を増加、減少させ
る場合は、少なくとも±20%以上増加、減少させるこ
とが好ましく、より好ましくは±50%以上増加、減少
させることが望ましい。
る場合は、少なくとも±20%以上増加、減少させるこ
とが好ましく、より好ましくは±50%以上増加、減少
させることが望ましい。
【0047】図5は、本発明の実施例による半導体レー
ザ装置の製造方法を示す。図5(A)において、(10
0)面n型InP基板11の上に、MOCVD法により
n型InGaAsPガイド層12、アンドープInGa
AsP活性層13、p型InPクラッド層14、p型I
nGaAsPコンタクト層17をこの順に順次作成す
る。なお、各層の厚さおよび不純物濃度は、図1に関連
して説明した値と同様の値を採用することができる。
ザ装置の製造方法を示す。図5(A)において、(10
0)面n型InP基板11の上に、MOCVD法により
n型InGaAsPガイド層12、アンドープInGa
AsP活性層13、p型InPクラッド層14、p型I
nGaAsPコンタクト層17をこの順に順次作成す
る。なお、各層の厚さおよび不純物濃度は、図1に関連
して説明した値と同様の値を採用することができる。
【0048】次に、図5(B)に示すように、〔01
1〕方向に長い幅約2μmのSiO2マスク18aを作
成する。このSiO2 マスク18aをエッチングマスク
とし、硫酸系および塩酸系のエッチング液を用いて、高
さ約2μm、幅約1.5μmのほぼ垂直な側面を有する
メサを作成する。この時、メサの側面には(011)面
が表れる。
1〕方向に長い幅約2μmのSiO2マスク18aを作
成する。このSiO2 マスク18aをエッチングマスク
とし、硫酸系および塩酸系のエッチング液を用いて、高
さ約2μm、幅約1.5μmのほぼ垂直な側面を有する
メサを作成する。この時、メサの側面には(011)面
が表れる。
【0049】なお、メサエッチングは基板11に到達す
るまで行なう。このようにして、マスク18aの下に、
〔011〕方向に長いメサストライプ10aを作成す
る。次に、図5(C)に示すように、メサストライプ1
0aの側面に、MOCVD法によりFeをドープしたI
nPの高抵抗埋込み層1を形成する。たとえば、成長温
度600℃で、フェロセン流量を100sccmとし、
1.2μmの成長を行なう。この成長により、(01
1)面および(111)B面等の成長が行なわれる。
るまで行なう。このようにして、マスク18aの下に、
〔011〕方向に長いメサストライプ10aを作成す
る。次に、図5(C)に示すように、メサストライプ1
0aの側面に、MOCVD法によりFeをドープしたI
nPの高抵抗埋込み層1を形成する。たとえば、成長温
度600℃で、フェロセン流量を100sccmとし、
1.2μmの成長を行なう。この成長により、(01
1)面および(111)B面等の成長が行なわれる。
【0050】なお、図3から明らかなように、100s
ccmのフェロセン流量は(100)面InPに対する
Fe飽和濃度に対応する流量(約30sccm)を大幅
に上回る値である。しかし、(011)〜(111)B
面付近では、このようなフェロセン流量においてもFe
濃度の飽和は生じない。
ccmのフェロセン流量は(100)面InPに対する
Fe飽和濃度に対応する流量(約30sccm)を大幅
に上回る値である。しかし、(011)〜(111)B
面付近では、このようなフェロセン流量においてもFe
濃度の飽和は生じない。
【0051】次に、図5(D)に示すように、第2の高
抵抗埋込み層の成長を行なう。この第2の高抵抗埋込み
層2は、フェロセン流量を10sccmとして行なう。
約0.5μmの成長を行なうことにより、(211)B
面、(311)B面等における成長が行なわれる。これ
らの面方位においては、Feの取込効率が高く、このよ
うな低い流量でも十分量のFeがドープされる。
抵抗埋込み層の成長を行なう。この第2の高抵抗埋込み
層2は、フェロセン流量を10sccmとして行なう。
約0.5μmの成長を行なうことにより、(211)B
面、(311)B面等における成長が行なわれる。これ
らの面方位においては、Feの取込効率が高く、このよ
うな低い流量でも十分量のFeがドープされる。
【0052】もし、従来通り(100)面の飽和濃度に
対応する30sccm近くのフェロセンを流すと、飽和
濃度を大きく上回り、活性化しないFeが生じることに
なる。
対応する30sccm近くのフェロセンを流すと、飽和
濃度を大きく上回り、活性化しないFeが生じることに
なる。
【0053】次に、図5(E)に示すように、(10
0)面近傍の第3の高抵抗埋込み層3を、フェロセン流
量を25sccmに設定して行なう。このフェロセン流
量25sccmは、(100)面上でのFe飽和濃度直
前のドーパント量に相当する。この時、Fe濃度は約5
×1016cm-3であり、飽和濃度6×1016cm-3より
少し低い濃度である。
0)面近傍の第3の高抵抗埋込み層3を、フェロセン流
量を25sccmに設定して行なう。このフェロセン流
量25sccmは、(100)面上でのFe飽和濃度直
前のドーパント量に相当する。この時、Fe濃度は約5
×1016cm-3であり、飽和濃度6×1016cm-3より
少し低い濃度である。
【0054】このようにメサ側面の埋込み成長を行なっ
た後、成長用マスク18aを除去する。次に、図5
(F)に示すように、成長面上面にn側電極21、基板
11a下面上にp側電極22を形成する。
た後、成長用マスク18aを除去する。次に、図5
(F)に示すように、成長面上面にn側電極21、基板
11a下面上にp側電極22を形成する。
【0055】このようにして製造した半導体レーザ装置
は、メサストライプ10aに接する高抵抗埋込み層1に
おいては、Fe濃度が(100)面に対する飽和濃度よ
りも多量にドープされているため、極めて高抵抗とな
る。
は、メサストライプ10aに接する高抵抗埋込み層1に
おいては、Fe濃度が(100)面に対する飽和濃度よ
りも多量にドープされているため、極めて高抵抗とな
る。
【0056】(011)面近傍においては、(100)
面に対するFe飽和濃度の約20%以上、好ましくは約
50%以上、より好ましくは約100%以上のFeをド
ープすることが望ましい。
面に対するFe飽和濃度の約20%以上、好ましくは約
50%以上、より好ましくは約100%以上のFeをド
ープすることが望ましい。
【0057】また、高抵抗埋込み層2においては、Fe
ドーパント流量を制限しているため、飽和濃度以上のF
eが供給されず、活性化しないFeによる悪影響が防止
される。
ドーパント流量を制限しているため、飽和濃度以上のF
eが供給されず、活性化しないFeによる悪影響が防止
される。
【0058】図6は、本発明の他の実施例による半導体
レーザ装置の構成を示す。(100)面を有するn型I
nP基板11bの上に、バンドギャップ波長約1.3μ
m、不純物濃度n=1×1017cm-3、厚さ約0.2μ
mのn型InGaAsPガイド層12b、バンドギャッ
プ波長約1.55μm、厚さ約0.1μmのアンドープ
InGaAsP活性層13b、不純物濃度p=5×10
17cm-3のp型InPクラッド層14bの一部が形成さ
れ、高さ約1.3μm、幅約1.5μmの〔01−1〕
方向のメサストライプ10bに整形されている。
レーザ装置の構成を示す。(100)面を有するn型I
nP基板11bの上に、バンドギャップ波長約1.3μ
m、不純物濃度n=1×1017cm-3、厚さ約0.2μ
mのn型InGaAsPガイド層12b、バンドギャッ
プ波長約1.55μm、厚さ約0.1μmのアンドープ
InGaAsP活性層13b、不純物濃度p=5×10
17cm-3のp型InPクラッド層14bの一部が形成さ
れ、高さ約1.3μm、幅約1.5μmの〔01−1〕
方向のメサストライプ10bに整形されている。
【0059】この〔01−1〕方向のメサストライプ側
面を、平坦部の厚さ約1.1μmのFeドープの高抵抗
InP埋込み層6が埋込み、さらにその上に、不純物濃
度n=5×1018cm-3、平坦部の厚さ約0.3μmの
n型InP埋込み層7が形成されている。n型InP埋
込み層7の表面は、ほぼ(100)面となる。
面を、平坦部の厚さ約1.1μmのFeドープの高抵抗
InP埋込み層6が埋込み、さらにその上に、不純物濃
度n=5×1018cm-3、平坦部の厚さ約0.3μmの
n型InP埋込み層7が形成されている。n型InP埋
込み層7の表面は、ほぼ(100)面となる。
【0060】n型InP埋込み層7の上に、p型InP
クラッド層14bの残りの部分が形成され、p型InP
クラッド層の全厚さは約1.5μmとされる。p型In
Pクラッド層14bの上に、バンドギャップ波長約1.
3μm、不純物濃度p=5×1018cm-3、厚さ約0.
2μmのp型InGaAsPコンタクト層17bが形成
される。このコンタクト層17bの上に、p側電極21
が形成され、n型InP基板11bの下面上にn側基板
22が形成される。
クラッド層14bの残りの部分が形成され、p型InP
クラッド層の全厚さは約1.5μmとされる。p型In
Pクラッド層14bの上に、バンドギャップ波長約1.
3μm、不純物濃度p=5×1018cm-3、厚さ約0.
2μmのp型InGaAsPコンタクト層17bが形成
される。このコンタクト層17bの上に、p側電極21
が形成され、n型InP基板11bの下面上にn側基板
22が形成される。
【0061】このような構成においては、メサ側面は
(011)面が表れるが、メサ側面を埋込む埋込み成長
の途中段階においては、(111)A面、(211)A
面、(311)A面等のA面が表れる。
(011)面が表れるが、メサ側面を埋込む埋込み成長
の途中段階においては、(111)A面、(211)A
面、(311)A面等のA面が表れる。
【0062】図7は、このようなメサ埋込み層の各成長
面におけるFeドーピングの面方位依存性を示す。図4
同様、横軸に(100)面より〔011〕方向のオフ角
度をとり、縦軸に濃度をcm-3で示す。図には、Fe飽
和濃度、Feドーパントとしてフェロセンを10cc流
した時のFe取込量およびアンドープ不純物濃度がプロ
ットされている。
面におけるFeドーピングの面方位依存性を示す。図4
同様、横軸に(100)面より〔011〕方向のオフ角
度をとり、縦軸に濃度をcm-3で示す。図には、Fe飽
和濃度、Feドーパントとしてフェロセンを10cc流
した時のFe取込量およびアンドープ不純物濃度がプロ
ットされている。
【0063】(100)面の各値と比較すると、Fe飽
和濃度は、主な他の面においては、1桁以上も高い。ま
た、アンドープ不純物濃度は、(111)B面における
ように異常を示さず、常に低いレベルにある。Fe取込
量は、(311)A面、(211)A面付近をピークと
し、(100)面および(011)面に向かうにしたが
って次第に減少している。
和濃度は、主な他の面においては、1桁以上も高い。ま
た、アンドープ不純物濃度は、(111)B面における
ように異常を示さず、常に低いレベルにある。Fe取込
量は、(311)A面、(211)A面付近をピークと
し、(100)面および(011)面に向かうにしたが
って次第に減少している。
【0064】したがって、図6に示す構成に特徴的なこ
とは、メサストライプ埋込みにおいて、埋込み成長面が
(011)面から(311)A面付近に亘る領域におい
ては、Fe濃度を(100)面におけるFe飽和濃度よ
りも著しく高くすることができることである。
とは、メサストライプ埋込みにおいて、埋込み成長面が
(011)面から(311)A面付近に亘る領域におい
ては、Fe濃度を(100)面におけるFe飽和濃度よ
りも著しく高くすることができることである。
【0065】したがって、(100)面のFe飽和濃度
よりも少なくとも1.5倍、好ましくは2倍、より好ま
しくは1桁以上高いFe濃度を採用することにより、極
めて高抵抗のメサ埋込み層を形成することができる。
よりも少なくとも1.5倍、好ましくは2倍、より好ま
しくは1桁以上高いFe濃度を採用することにより、極
めて高抵抗のメサ埋込み層を形成することができる。
【0066】図8は、本発明の実施例による半導体レー
ザ装置の製造方法を示す概略断面図である。まず、図8
(A)に示すように、(100)面を有するn型InP
基板11の上に、n型InGaAsPガイド層12、ア
ンドープInGaAsP活性層13、p型InPクラッ
ド層の一部15を連続的にMOCVDにより、エピタキ
シャルに成長する。
ザ装置の製造方法を示す概略断面図である。まず、図8
(A)に示すように、(100)面を有するn型InP
基板11の上に、n型InGaAsPガイド層12、ア
ンドープInGaAsP活性層13、p型InPクラッ
ド層の一部15を連続的にMOCVDにより、エピタキ
シャルに成長する。
【0067】次に、図8(B)に示すように、表面上に
〔01−1〕方向に長いSiO2 マスク18bを形成す
る。このマスク18bをエッチングマスクとし、C
H4 、H 2 系のエッチャントガスを用いたドライエッチ
ングにより、基板11bに達するメサエッチングを行な
う。このようにして、〔01−1〕方向に長いメサスト
ライプ10bを形成する。
〔01−1〕方向に長いSiO2 マスク18bを形成す
る。このマスク18bをエッチングマスクとし、C
H4 、H 2 系のエッチャントガスを用いたドライエッチ
ングにより、基板11bに達するメサエッチングを行な
う。このようにして、〔01−1〕方向に長いメサスト
ライプ10bを形成する。
【0068】次に、図8(C)に示すように、メサスト
ライプ10b側面は、Feドープ高抵抗InP埋込み層
6およびn型InP埋込み層7で埋込む。この時、Fe
ドープ高抵抗InP埋込み層6は、十分量のFeをドー
プし、十分高抵抗となるようにする。
ライプ10b側面は、Feドープ高抵抗InP埋込み層
6およびn型InP埋込み層7で埋込む。この時、Fe
ドープ高抵抗InP埋込み層6は、十分量のFeをドー
プし、十分高抵抗となるようにする。
【0069】次に、図8(D)に示すように、マスク1
8bを取り去り、p型InPクラッド層の残りの部分1
6bおよび、その上にp型InGaAsPコンタクト層
17bを成長する。なお、p型InPクラッド層15b
と16bは、併せてp型InPクラッド層14bを形成
する。
8bを取り去り、p型InPクラッド層の残りの部分1
6bおよび、その上にp型InGaAsPコンタクト層
17bを成長する。なお、p型InPクラッド層15b
と16bは、併せてp型InPクラッド層14bを形成
する。
【0070】次に、図8(E)に示すように、コンタク
ト層17b上にp側電極21を形成し、基板11b下面
上にn側電極22を形成して半導体レーザ装置を完成す
る。なお、各層の組成、不純物濃度、厚さ等は、たとえ
ば図6に関連して説明した値を実現するように選択すれ
ばよい。
ト層17b上にp側電極21を形成し、基板11b下面
上にn側電極22を形成して半導体レーザ装置を完成す
る。なお、各層の組成、不純物濃度、厚さ等は、たとえ
ば図6に関連して説明した値を実現するように選択すれ
ばよい。
【0071】また、メサストライプを〔01−1〕方向
とすることにより、アンドープ不純物濃度を低く抑制す
ることができるため、Fe濃度を余り高く設定しなくて
も高抵抗を実現することができる。
とすることにより、アンドープ不純物濃度を低く抑制す
ることができるため、Fe濃度を余り高く設定しなくて
も高抵抗を実現することができる。
【0072】以上、InP基板上にメサストライプを形
成し、ストライプ側面をFeドープのInPで埋込み場
合を例にとって説明したが、Feをドーピングすること
により、高抵抗領域を形成することのできる同一結晶構
造のAlInAsおよびGaInPにおいても同様の構
成により、同様の効果を得られるものと考えられる。
成し、ストライプ側面をFeドープのInPで埋込み場
合を例にとって説明したが、Feをドーピングすること
により、高抵抗領域を形成することのできる同一結晶構
造のAlInAsおよびGaInPにおいても同様の構
成により、同様の効果を得られるものと考えられる。
【0073】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
メサストライプ側面をFeドープの高抵抗埋込み層で埋
込むものであれば、レーザ本体の構成、発振波長等は任
意である。
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
メサストライプ側面をFeドープの高抵抗埋込み層で埋
込むものであれば、レーザ本体の構成、発振波長等は任
意である。
【0074】その他、種々の変更、改良、組み合わせ等
が可能なことは当業者に自明であろう。
が可能なことは当業者に自明であろう。
【0075】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
メサストライプ側面を、良好な性質を有する高抵抗埋込
み層で埋込んだ半導体レーザ装置が提供される。
メサストライプ側面を、良好な性質を有する高抵抗埋込
み層で埋込んだ半導体レーザ装置が提供される。
【0076】また、本発明によれば、良好な高抵抗特性
を有する埋込み層でメサストライプ側面を埋込む半導体
レーザ装置の製造方法が提供される。
を有する埋込み層でメサストライプ側面を埋込む半導体
レーザ装置の製造方法が提供される。
【図1】本発明の実施例による半導体レーザ装置の断面
図である。
図である。
【図2】メサストライプの埋込み成長を説明するための
概念図である。
概念図である。
【図3】Feドーピングの面方位依存性を示すグラフで
ある。
ある。
【図4】Feドーピングの面方位依存性を示すグラフで
ある。
ある。
【図5】図1に示す半導体レーザ装置の製造方法を示す
断面図である。
断面図である。
【図6】本発明の他の実施例による半導体装置の断面図
である。
である。
【図7】Feドーピングの面方位依存性を示すグラフで
ある。
ある。
【図8】図6に示す半導体レーザ装置の製造方法を示す
断面図である。
断面図である。
【図9】従来技術による半導体レーザ装置の構成を示す
断面図である。
断面図である。
【図10】従来技術による半導体レーザ装置の構成を示
す断面図である。
す断面図である。
1 第1InP:Fe高抵抗埋込み層 2 第2InP:Fe高抵抗埋込み層 3 第3InP:Fe高抵抗埋込み層 6 InP:Fe高抵抗埋込み層 7 n型InP埋込み層 10a 〔011〕方向メサストライプ 10b 〔01−1〕方向メサストライプ 11 n型InP基板 12 n型InGaAsPガイド層 13 InGaAsP活性層 14 p型InPクラッド層 17 p型InGaAsPコンタクト層 21、22 電極
Claims (6)
- 【請求項1】 (100)面III−V族化合物半導体
基板(11a)上にメサストライプ(10a)を形成す
る工程と、 前記メサストライプ(10a)側面をGaInPまたは
AlInAsを主成分とするFeドープの半導体高抵抗
層(1、2、3、6)で埋込み、かつメサストライプ近
傍の埋込み成長面の変化に従ってFeドーパント量を変
化させる埋込み成長工程とを有する半導体レーザ装置の
製造方法。 - 【請求項2】 前記基板が(100)面InP基板であ
り、前記メサストライプが〔011〕方向であり、前記
埋込み成長工程において、前記メサストライプ(10
a)側面近傍の埋込み成長面が主として(011)面〜
(111)B面となる時はFeドーパント量を(10
0)面近傍に対するFeドーパント量より増大させる請
求項1記載の半導体レーザ装置の製造方法。 - 【請求項3】 前記埋込み成長工程において、前記メサ
ストライプ(10a)側面近傍の埋込み成長面が主とし
て(211)B面〜(311)B面となる時はFeドー
パント量を(100)面近傍に対するFeドーパント量
より減少させる請求項1または2記載の半導体レーザ装
置の製造方法。 - 【請求項4】 (100)面InP基板(11a)上の
〔011〕方向のメサストライプ(10a)を有する半
導体レーザ装置であって、 前記メサストライプ(10a)の側面を埋込み、メサス
トライプ側面と接する領域において(100)面上のF
e飽和濃度より高いFe濃度を有するFeドープInP
の高抵抗埋込み層(1、2、3)を有する半導体レーザ
装置。 - 【請求項5】 (100)面を有するInP基板(11
b)と、 前記InP基板(11b)上に形成され、〔01−1〕
方向に沿ったメサストライプ(10b)と、 前記メサストライプ(10b)側面を埋込むFeドープ
InPの高抵抗埋込み層(6)とを有する半導体レーザ
装置。 - 【請求項6】 前記高抵抗埋込み層(6)がその主要部
で(100)面上の飽和Fe濃度より高いFe濃度を有
する請求項5記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5060596A JPH06275911A (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 半導体レーザ装置とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5060596A JPH06275911A (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 半導体レーザ装置とその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06275911A true JPH06275911A (ja) | 1994-09-30 |
Family
ID=13146785
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5060596A Withdrawn JPH06275911A (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 半導体レーザ装置とその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06275911A (ja) |
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- 1993-03-19 JP JP5060596A patent/JPH06275911A/ja not_active Withdrawn
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