JPH0766992B2 - AlGaInP系半導体レーザとその製造方法 - Google Patents

AlGaInP系半導体レーザとその製造方法

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JPH0766992B2
JPH0766992B2 JP59270039A JP27003984A JPH0766992B2 JP H0766992 B2 JPH0766992 B2 JP H0766992B2 JP 59270039 A JP59270039 A JP 59270039A JP 27003984 A JP27003984 A JP 27003984A JP H0766992 B2 JPH0766992 B2 JP H0766992B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーザ、特にAlGaInP系半導体レーザ
とその製造方法に係わる。
〔従来の技術〕
半導体レーザにおいては、その電流閾値や発振特性、放
射角等の各種の特性の改善、或いは使用目的に適合した
特性を得るために種々の構造のものが提案されている。
このような半導体レーザにおいて、横方向の電流の集
中、或いはキャリアないしは光の実質的閉じ込めを行う
ために、内部ストライプ構造の形成、或いは屈折率の差
を形成するなどの目的をもって、溝加工すなわち凹凸の
形成が行われ、これの上に半導体層の形成を行うような
製造手順をとることが屡々ある。
例えば、第4図に示す構造のものにおいては、例えばn
型のGaAs単結晶基板(1)に共振器長方向、例えば第4
図において紙面と直交する方向に伸びるストライプ状の
溝(2)を例えばエッチングによって形成し、この溝が
形成された基板(1)上に順次n型のAlGaAsより成る第
1のクラッド層(3)−GaAs活性層(4)−p型のAlGa
Asより成る第2のクラッド層(5)−p型の低抵抗のGa
Asキャップ層(6)が形成され、活性層(4)に横方向
に屈曲部を形成し、第1及び第2のクラッド層(3)及
び(5)によって横方向に関しても光の閉じ込めを行う
ようにしたものである。(7)はキャップ層(6)上に
被着形成された絶縁層で、これに穿設した電極窓を通じ
て一方の電極(8)がキャップ層(6)にオーミックに
被着される。また(9)は基板(1)にオーミックに被
着された他方の電極を示す。
一方、近時例えばAlGaAs、或いはAlGaInP系等の各種化
合物半導体の製造において、いわゆるMOCVD(Metalorga
nic Chemical Vapor Deposition)或いはMBE(Molecula
r Beam Epitaxy)等の有機金属ないしは金属気相成長法
の適用が望まれている。これは、MOCVDやMBEによって半
導体層をエピタキシーする場合、結晶性にすぐれた半導
体層を得やすいことと、この半導体層の組成の制御性、
厚さの制御性、不純物の濃度の制御性等にすぐれている
という利点があることによる。
そして、実際に、0.8μm波長帯のAlGaAs系半導体レー
ザにおいては、例えば前述した第4図の構造のもののよ
うに溝加工の施された被エピタキシー面上への有機金属
ないしは金属気相成長法による半導体層のエピタキシー
は良好に行われる。
一方、光磁気ディスク等において、高密度記録の要求か
ら短波長発光をなす半導体レーザの開発が望まれ、例え
ば580〜650nmの発光をなすAlGaInP系の半導体レーザの
実用化が要求されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述した短波長発光をなすAlGaInP系半導体レーザを製
造するに当たっても、前述したように各点に関して制御
性にすぐれたMOCVDないしはMBEによる有機金属ないしは
金属気相成長法によることが望ましいが、このAlGaInP
系の化合物半導体を、MOCVDないしはMBEによってエピタ
キシーする場合、その被エピタキシー面の結晶面によっ
て、すなわち、例えば(100)結晶面か(111)結晶面で
あるかによって良好なエピタキシーをなすための条件が
異なる。
したがって、例えば、第4図で説明した構造において、
基板(1)の主面が(100)結晶面である場合、溝
(2)の底面が(100)であっても、溝(2)の内側面
に(100)結晶面とは異なる他の結晶面、例えば(111)
結晶面となるので、両面に対するMOCVDないしはMBEによ
るエピタキシーの条件が相違し、これがため、この溝
(2)上にAlGaInP系の半導体層をMOCVDないしはMBE法
によって良好に形成することは困難となり、特に(11
1)結晶面に対するMOCVDないしはMBEによる結晶成長は
極めて困難である。一般に半導体レーザの光出射端面、
すなわち共振器端面は結晶の劈開面(110)結晶面によ
って形成することから、(100)結晶面による基板
(1)を用いる場合、その共振器長方向となる溝(2)
の形成方向は(110)軸方向に選定されることになり、
溝(2)の内側面は(100)結晶面以外の面となる。そ
して、特にこの溝(2)の形成を例えば結晶異方性を有
する化学的エッチングによって形成する場合、その溝
(2)の内側面は(111)A面となり、この(111)A面
にはMOCVDないしはMBEによる結晶成長が困難であること
から、良質なエピタキシャル成長、すなわち良好な結晶
性を有する半導体層の形成が極めて難しいという問題点
がある。
本発明は、このような問題点を回避するようにしたAlGa
InP系半導体レーザとその製造方法を提供するものであ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明による半導体レーザは、第3図にその一例の概略
的断面図を示すように、少なくとも第1のクラッド層
(23)と、平坦状に形成された活性層(24)と、第2の
クラッド層(25)とを有するAlGaInP系半導体レーザに
おいて、第2のクラッド層(25)上に電流狭窄機能を有
し、側面が(111)結晶面を有する凹凸が設けられ、こ
の凹凸上にAlGaAs又はGaAs系半導体層が形成された構成
とする。
また本発明によるAlGaInP系半導体レーザの製造方法
は、有機金属ないしは金属気相成長法によって第1のク
ラッド層と、活性層と、第2のクラッド層を形成する平
坦なAlGaInP半導体層の形成工程と、第2のクラッド層
上に半導体層を形成し、少なくともこの半導体層に対し
側面が(111)結晶面を有する凹凸加工を施し電流狭窄
の機能部を形成する工程と、この凹凸加工処理後に有機
金属ないしは金属気相成長法によってAlGaAs又はGaAs系
半導体層を形成する工程とをとって目的とするAlGaInP
系半導体レーザを製造するものである。
〔作用〕
本発明によれば、溝加工などの凹凸加工を施す前にAlGa
InP系半導体層による発光機構部、例えばタブルヘテロ
接合部を、特にMOCVDないしMBEによって形成しておくも
のであり、その後に凹凸加工を施し、その後に形成する
各部、すなわち発光機構、云い換えれば発光波長を決定
する部分以外の部分を構成する半導体層に関しては、被
エピタキシャル面の結晶面に対するエピタキシー条件の
依存性の小さいAlGaAs又はGaAs系の半導体層によって構
成するので、特性にすぐれたAlGaInP系の短波長発光を
なす半導体レーザを得ることができることになる。
〔実施例〕
第1図〜第3図を参照して、本発明の一例を説明する。
この例においては発光機構部がタブルヘテロ接合型構成
を採り、その中央に電流集中をなした利得ガイド型構成
をとるAlGaInP系半導体レーザを得る場合である。この
場合、第1図に示すように、1の導電型の基板、例えば
n型のGaCs単結晶基板(21)を設ける。この基板(21)
は、その板面方向、すなわち主面が例えば(100)結晶
面を有する。この基板(21)の1主面上に、夫々MOCVD
法によって必要に応じてバッファ層(22)をエピタキシ
ーし、続いてこれの上にタブルヘテロ接合型の発光機構
部を構成する第1のクラッド層(23)、活性層(24)、
第2のクラッド層(25)を順次連続的にMOCVDによって
エピタキシーする。また更に続いてこれの上に必要に応
じて、第2のクラッド層(25)に対する保護半導体層
(26)をエピタキシーし、これの上に電流狭窄層(27)
をエピタキシーする。これら層(22)〜(27)は1回の
MOCVD作業で連続的に形成し得る。
バッファ層(22)、第1のクラッド層(23)および電流
狭窄層(27)は、基板(21)と同導電型の例えばn型よ
り成り、第2のクラッド層(25)及びその保護半導体層
(26)は、他の導電型の例えばp型とされる。バッファ
層(22)は、例えばGaAs半導体層によって形成され、第
1及び第2のクラッド層(23)及び(25)は、夫々n型
及びp型の(AlxGa1-xIn1-2Pによって形成され、活
性層(24)は、(AlyGa1-yIn1-zPであって、第1及
び第2のクラッド層(23)及び(25)に比し、そのエネ
ルギーバンドギャップEgが小さくなるように、活性層
(24)においてはAlを添加しないか、或いはクラッド層
(23)及び(25)に比し、Al量を小とする。好ましくは
これら閉じ込め層(23)及び(25)によって活性層(2
3)にキャリア及び光の閉じ込めを行うことができるよ
うにx−y>0.3に選ばれる。尚上記組成において、格
子整合の上からzの値は実際上z=0.52±0.01程度が望
ましく、z=0.52において、y=0とするとき、すなわ
ちGa0.52In0.48PとするときEgは1.9eVであり、x=zと
するとき、すなわちAl0.52In0.48Pとするとき、Eg=2.3
5eVとなる。
また保護半導体層(26)は、Alを含まないGalnP層によ
って、電流狭窄層(27)はGaAs層によって形成し得る。
その後、第2図に示すように電流狭窄層(27)に対し
て、例えばH3PO4とH2O2とH2Oとの混合液によるエッチン
グ液を用いた選択的エッチング、例えばフォトエッチン
グを行って、ストライプ状の電流狭窄層(27)の除去部
(27a)を形成する。この場合、保護半導体層(26)のG
alnPが。GaAsによる電流狭窄層(27)の選択的エッチン
グによって露出したところで、そのエッチング速度は桁
違いに低下するのでこの時点でエッチングを停止するこ
とによって確実に除去部(27a)を形成することができ
る。そして、この場合、保護半導体層(26)の存在によ
って、Alを含み比較的酸化され易い第2のクラッド層
(25)が除去部(27a)を通じて直接外部に露出するこ
とが回避され、第2のクラッド層(25)が除去部(27
a)の形成によって酸化して特性劣化を来す不都合を回
避できる。
このようにして、除去部(27a)の形成後、第3図に示
すように、この除去部(27a)を通じて保護半導体層(2
6)に接触し、電流狭窄層(27)を埋込んでこれの上
に、第2のクラッド層(25)と保護半導体層(26)と同
導電型のp型のAlGaAs系の例えばp−GaAsより成るキャ
ップ層(28)を同様にMOCVDによって形成する。そし
て、キャップ層(28)上にオーミックに一方の電極(2
9)を被着形成し、他方の電極(30)をキャップ(21)
の裏面にオーミックに被着形成する。
このようにすれば半導体レーザが得られる。すなわち、
この場合、電極(29)及び(30)間に順方向電圧を印加
すると、電波狭窄層(27)が存在する部分、すなわち除
去部(27a)の両側においては、厚さ方向にいわば、p
−n−p−nスイッチング素子が形成されるので、ここ
においては電流の流れが制限され、除去部(27a)を通
じて電極(29)及び(30)間に形成されるダイオード部
に電流の集中がなされ、活性層(24)の除去部(27a)
下において発光が生じる。このようにして利得ガイド型
の半導体レーザが構成されるが、今、第3図の構成にお
いて、除去部(27a)の幅Wが大で、しかも電流狭窄領
域(27)の組成を例えばp−AlxGa1-xAs(x>0.7)に
選定することによって、例えばAl0.52ln0.48Pより成る
活性層(24)に比し、そのエネルギーバンドギャップが
小で、活性層(24)から発した光に対する屈折率を大に
選定することによってこの層(27)を光吸収層とすると
きは、活性層(24)と層(27)との間の間隔dを活性層
(24)から光が光吸収層(27)に到達できる程度の例え
ば0.2〜0.5μmに選定することによってこの光を光吸収
層(27)によって吸収させることができ、これによって
除去部(27a)と対向する部分とその両側とで作りつけ
の屈折率差を形成することができるので屈折率ガイド型
とすることもできる。或いは、各寸法W及びdを適当に
選定することによって利得ガイド型と屈折率ガイドとを
兼備する半導体レーザを構成することもできる。
尚、上述した例では、バッファ層(22)を設けて発光機
構部において良好な結晶性を得るようにした場合である
が、或る場合は、このバッファ層(22)を省略して第1
のクラッド層(23)の厚さを比較的大にして、基板(2
1)との界面における低い結晶性が発光機構部の結晶性
に影響を及ぼすことのないようにすることができる。
また、上述の例においては、保護半導体層(26)を設け
た場合であるが、或る場合は、これを省略することもで
きる。
尚、上述の各半導体層(22)〜(28)を形成するMOCVD
は、原料ガスとして例えばトリエチルアルミニウム、ト
リエチルガリウム、トリエチルインジウム、フォスフン
及びアルシンを用い、これらの供給量を調整することに
よって各組成のAlGalnP系、或いはAlGaAs系のエピタキ
シーを行うことができる。また上述した例ではMOCVDに
よって各層(21)〜(28)及び(37)の形成を行った場
合であるが、これらを周知のMBEによって形成すること
もできる。
また、上述した例においては、ダブルヘテロ接合型の半
導体レーザを得る場合であるが、他の各種半導体レー
ザ、例えば量子井戸による発光機構部を有する半導体レ
ーザ、いわゆるQW(Quantum Well)型ないしはMQW(Mul
ti Quantum Well)型の半導体レーザに本発明を適用す
ることができる。
〔発明の効果〕 上述したように本発明によれば、凹凸加工を施す前に発
光機構部をAlGalnp系半導体の有機金属ないしは金属気
相成長法によって形成するようにしたので、1種の結晶
面例えば100結晶面に対してエピタキシーをなすことが
でき、AlGalnP系とするにもかかわらず少なくとも、直
接発光に寄与する部分においては良好な結晶性を得るこ
とができ特性のよい安定した半導体レーザを得ることが
できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は本発明によるAlGalnP系半導体レーザ
の製造方法の一例の工程図、第4図は従来の製法の説明
に供する略線的拡大断面図である。 (21)は基板、(23)は第1のバッファ層、(24)は活
性層、(25)は第2のクラッド層、(27)は電流狭窄層
である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも第1のクラッド層と、平坦状に
    形成された活性層と、第2のクラッド層とを有するAlGa
    InP系半導体レーザにおいて、 前記第2のクラッド層上に、電流狭窄の機能を有し、か
    つ側面が(111)結晶面を有する凹凸が形成された半導
    体層が設けられ、 この凹凸上にAlGaAs又はGaAs系半導体層が形成されてな
    ることを特徴とするAlGaInP系半導体レーザ。
  2. 【請求項2】有機金属ないしは金属気相成長法によって
    第1のクラッド層と、活性層と、第2のクラッド層とを
    形成する平坦なAlGaInP系半導体層の形成工程と、 前記第2のクラッド層上に半導体層を形成し、少なくと
    も該半導体層に対して側面が(111)結晶面を有する凹
    凸加工を施し、電流狭窄機能部を形成する工程と、 この凹凸加工処理後に有機金属ないしは金属気相成長法
    によってAlGaAs又はGaAs系の半導体層を形成する工程と
    を有することを特徴とするAlGaInP系半導体レーザの製
    造方法。
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