JP2000174388A

JP2000174388A - 半導体レーザその製造方法

Info

Publication number: JP2000174388A
Application number: JP10344734A
Authority: JP
Inventors: Hajime Shoji; 元小路; Takayuki Yamamoto; 剛之山本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 2000-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】埋込構造の半導体レーザに関し、埋込構造の電
流ブロック効果を良好にするとともに、電流ブロック層
上面とその上の半導体層をより平坦にすること。【解決手段】側壁がｎ型基板の(100) 面に対して70〜90
度の範囲の角度を有し且つ最上面から活性層13よりも下
の位置まで形成された多層構造のメサ部16と、その側壁
から基板の(100) 面に沿って形成されたｐ型不純物を含
む第１の埋込層17と、メサ部16の側方で第１の埋込層17
の上にｎ型不純物を含んで形成され且つメサ部16の側壁
に対向する側面を有し、該側面の最上部と最下部が活性
層13より上と下にあり、該側面はメサ部16の側壁の角度
と (110)面で規定される角度の中間の角度を有する面で
規定され、さらに、該側面から側方に延びて一部に(N1
1) 面（但し、Ｎ≧２）が表出する上面と下面を有する
第２の埋込層18とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ及び
その製造方法に関し、より詳しくは、活性層の両側に埋
込構造を有する半導体レーザ及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、特に光通信分野では、活性層
の両脇に電流ブロック層を備えた埋込構造を有する半導
体レーザが用いられている。その埋込構造の半導体レー
ザにおいて優れた温度特性を実現するためには、活性層
の温度特性を改善すると同時に高温、高出力まで漏れ電
流が増加しない電流ブロック層の実現が欠かせない。

【０００３】従来、このような構造を実現する方法とし
て、半導体基板上に形成されたマスクを使用するエッチ
ングプロセスによってメサ構造を形成した後に、活性層
よりもバンドギャップの広い半導体層をメサ構造の両側
に埋め込むといった方法が用いられる。メサ構造を形成
する手段としては一般的にはウェットエッチングプロセ
スが一般的に用いられ、メサ構造の埋め込みの手段とし
ては液相成長法（ＬＰＥ(liquid phase epitaxy)）もし
くは有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）が一般的に用い
られている。

【０００４】そのような埋込構造を有する半導体レーザ
は、例えば図１に示すような構造を有している。

【０００５】図１において、ｎ型InP 基板１の上にはｎ
型InP よりなるｎ型クラッド層２、InGaAsP よりなる活
性層３およびｐ型InP よりなる第１のｐ型クラッド層４
が順に形成されている。そして、第１のｐ型クラッド層
３からn-InP 基板１の上部までは、マスクを用いてメサ
ストライプ状にエッチングされている。そのメサ部を構
成する活性層３は、幅１．０μｍ〜１．５μｍ程度のス
トライプ形状となり、また、メサ部の両側は埋込領域と
なっている。

【０００６】埋込領域には、ｐ型InP よりなるｐ型埋込
層５とｎ型InP よりなるｎ型電流ブロック層６が形成さ
れ、さらに電流ブロック層６と第１のｐ型クラッド層４
の上にはｐ型InP よりなる第２のｐ型クラッド層７、ｐ
型InGaAsよりなるｐ型コンタクト層８が順に形成されて
いる。

【０００７】さらに、ｐ型コンタクト層８上にはｐ側電
極９が形成され、InP 基板１の下にはｎ側電極１０が形
成されている。

【０００８】なお、最近の光通信用レーザにおいては活
性層３に量子井戸又は歪量子井戸構造が採用されてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来、メサ構造を形成
する技術として一般的に用いられてきたウェットエッチ
ングはパターン制御性に乏しく、メサの高さ、幅がばら
つき、必然的に電流ブロック層の形状もばらつくため、
レーザの特性を均一に制御しかつ電流ブロック層の性能
を一定に保つことが困難であった。

【００１０】また、メサ構造の埋め込みにあたってＬＰ
Ｅ法を用いる場合には、ウエハ面内で均一に成長層厚を
制御することは困難であった。

【００１１】一方、ＭＯＶＰＥ(metal organic vapor p
hase epitaxy) を用いる場合には、ウエハ面内での均一
性は確保されるが、埋込層５上での電流ブロック層６の
成長開始点は通常メサ部の上端部、即ち第１のｐ型クラ
ッド層４の上縁近傍となり、ブロック層６の結晶成長
は、メサ部の上面よりも下側ではｐ型埋込層５の形状に
沿って（１１１）面に沿って進む。

【００１２】このため、メサ構造の活性層３の脇には広
いリーク電流パスｉが形成され、電流ブロック効果が損
なわれやすい。

【００１３】さらに、ｐｎ接合からなる埋込部分で、電
流ブロック効果を大きくするために電流ブロック層６を
厚く成長すると、電流ブロック層６はメサ構造（第１の
ｐ型クラッド層）の上端から上側に飛び出した凸形状と
なり、活性層３に対して電流注入の間口が狭くなって素
子抵抗の増大を招きやすくなり、半導体レーザの高温動
作特性を損ねる可能性があると同時に、電流ブロック層
６の成長後の形状が平坦でないためにその後の第２のｐ
型クラッド層７、コンタクト層８の成長などの形成に支
障をきたす。

【００１４】本発明の目的は、埋込構造の電流ブロック
効果を良好にするとともに、電流ブロック層上面とその
上の半導体層をより平坦にすることができる半導体レー
ザ及びその製造方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】（１）上記した課題は、
図５に例示するように、第一導電型不純物を含む半導体
基板１１の（１００）面の上に形成され活性層１３を含
む多層構造を有し、側壁が前記（１００）面に対して７
０度から９０度の範囲の角度を有し、さらに前記多層構
造の最上面から前記活性層１３よりも下の位置まで形成
されたストライプ平面形状のメサ部１６と、前記メサ部
１６の前記側壁から前記半導体基板１１の前記（１０
０）面に沿って形成された第二導電型不純物を含む第１
の埋込層１７と、前記メサ部１６の側方であって前記第
１の埋込層１７の上に第一導電型不純物を含んで形成さ
れ、かつ、前記メサ部１６の前記側壁に対向する側面を
有し、該側面のうち最上部が前記活性層１３よりも上に
あり、該側面のうち最下部が前記活性層１３よりも下側
にあり、該側面は、前記メサ部１６の前記側壁の角度と
（１１０）面で規定される角度の中間の角度を有する面
で規定されるか又は前記メサ部１６の前記側壁の角度と
（１１０）面で規定される角度の中間の角度を有する第
一面と該第一面の上端から前記メサ部寄りに延びる（１
１１）面との複合面で規定され、さらに、該側面から側
方に延びて一部に（Ｎ１１）面（但し、Ｎ≧２）が表出
する上面と下面を有する第２の埋込層１８と、前記第２
の埋込層１８及び前記メサ部１６の上に形成された第二
導電型不純物を含有する第１のクラッド層１４，２０と
を有することを特徴とする半導体レーザによって解決す
る。

【００１６】上記した半導体レーザにおいて、図８(b)
に示すように、前記第２の埋込層１８の中には、中間層
として鉄を含む高抵抗半導体層１８ｂが挿入されている
ことを特徴とする。

【００１７】上記した半導体レーザにおいて、前記メサ
部１６の前記側壁と前記第２の埋込層１８の前記側面と
の最短距離は、０．１μｍ〜０．４μｍの範囲にあるこ
とを特徴とする。

【００１８】上記した半導体レーザにおいて、前記半導
体基板１１はインジウム燐から構成され、前記多層構造
は活性層１３の下に少なくとも第一導電型不純物を含む
インジウム燐からなる第２のクラッド層１２を含み、前
記第１の埋込層１７はインジウム燐から構成され、前記
第１のクラッド層１４は少なくともインジウム燐を含む
ことを特徴とする。

【００１９】上記した半導体レーザにおいて、前記半導
体基板１１はインジウム燐よりなり、前記メサ部１６を
構成する前記多層構造は活性層１３の下に少なくとも第
一導電型不純物を含むインジウム燐よりなる第２のクラ
ッド層１２を含み、前記メサ部１６の前記側壁の下部か
ら側方にある前記第１の埋込層１７と前記半導体基板１
１の間にはインジウムガリウム砒素燐よりなる埋込層３
１が形成され、前記第１の埋込層１７はインジウム燐か
らなり、前記第１のクラッド層１４は少なくともインジ
ウム燐を含むことを特徴とする。

【００２０】なお、上記した図番、符号は発明の理解を
容易にするために引用したものであって、本発明はそれ
らに限定されるものではない。

【００２１】次に、上記した発明の作用について説明す
る。

【００２２】上記した発明において、電流ブロック層と
なる第２の埋込層の側面を活性層の外側に位置させ、し
かも、第２の埋込層の上面がその側面の上端よりも下側
に位置するようにした。これにより、活性層に対する電
流注入の間口が広くなって素子抵抗の低減が図り、高電
流注入時の素子の発熱が低減され、高温までの安定な動
作が実現される。

【００２３】メサ構造の角度、面方位は上記構造を実現
するために必要な条件である。

【００２４】また、電流ブロック層となる第２の埋込層
の中に高抵抗半導体層を挿入すると、電流ブロック効果
の機能が強化される。

【００２５】さらに、活性層と電流ブロック層の距離を
０．１μｍ〜０．４μｍの範囲にすることによって、電
流のリークパスが狭くなり、高温、高電流注入下の動作
での特性がさらに改善される。（２）上記した課題は、
図２〜図５に例示するように、第一導電型不純物を含む
半導体基板１１の（１００）面の上に活性層１３と第二
導電型不純物含有の第１のクラッド層１４を形成する工
程と、前記第１のクラッド層１４の上にストライプ平面
形状のマスク１５を形成する工程と、前記マスク１５に
覆われない領域において前記第１のクラッド層１４の最
上面から前記活性層１３の下の位置までをエッチングす
ることにより、前記（１００）面に対して７０゜以上９
０゜以下の角度の側壁を有するメサ部１６を形成する工
程と、前記メサ部１６の前記側壁に接する第１面と、前
記メサ部１６の前記側壁の上端から下側に延びて（１１
１）面である第２面１８ａと、該第２面１８ａから前記
活性層１３よりも下側に延びて前記メサ部１６の前記側
壁の角度と（１１０）面で規定される角度の中間の角度
を有する第３面１８ｂと、該第３面１８ｂから下側に延
びて（Ｎ１１）面（Ｎ≧２）を含む第４面１８ｃとを有
する第二導電型不純物含有の第１の埋込層１７を、有機
金属気相成長法を用いて前記メサ部１６の前記側壁から
前記半導体基板１１の前記（１００）面に沿って形成す
る工程と、塩素化合物ガスを添加したソースガスを用い
る有機金属気相成長法によって、最上端が前記活性層１
３よりも上にあって該最上端から斜め下方に延びる領域
に（Ｎ１１）面（但し、Ｎ≧２）を含む上面を有する第
一導電型不純物含有の第２の埋込層１８を、前記メサ部
１６の側方であって前記第１の埋込層１７の上に形成す
る工程と、有機金属気相成長法を用いることによって、
前記メサ部１６の側方であって前記第２の埋込層１８の
上に第二導電型不純物を含む第３の埋込層１９を形成す
る工程と、前記マスク１５を除去する工程と、有機金属
気相成長法によって前記第２の埋込層１８と前記第１の
クラッド層１４の上に第二導電型不純物を含む第２のク
ラッド層２０を形成する工程とを有することを特徴とす
る半導体レーザの製造方法によって解決する。

【００２６】上記した半導体レーザの製造方法におい
て、前記第３の埋込層１９を形成する際にはソースガス
に塩素化合物ガスを添加することを特徴とする。

【００２７】上記した半導体レーザの製造方法におい
て、前記第２のクラッド層２０を形成する際にはソース
ガスに塩素化合物ガスを添加することを特徴とする。

【００２８】上記した半導体レーザの製造方法におい
て、前記活性層１３の側面上での前記第１の埋込層１７
の側方への膜厚は、０．１〜０．４μｍであることを特
徴とする。

【００２９】上記した半導体レーザの製造方法におい
て、図９(a) に示すように、前記第１の埋込層１７を形
成する前に、前記メサ部１６の前記側壁の下部からその
側方の前記半導体基板１１の上に、塩素化合物ガスを添
加したソースガスを用いて有機金属気相成長法により、
前記第１の埋込層１７と前記半導体基板１１の間にイン
ジウムガリウム砒素燐層３１を形成する工程をさらに有
することを特徴とする。

【００３０】上記した半導体レーザの製造方法におい
て、図８に示すように、前記第２の埋込層１８を形成す
る工程において、ソースガスに塩素化合物ガスを添加し
た有機金属気相成長法によって、鉄が導入された高抵抗
半導体層を中間層１８ｂとして形成する工程を含んでい
ることを特徴とする特徴とする。

【００３１】上記した半導体レーザの製造方法におい
て、前記塩素化合物ガスは、塩化メチル又は塩化エチル
であることを特徴とする。

【００３２】上記した半導体レーザの製造方法におい
て、前記メサ部１６を形成する際に、エッチングガスと
してエタン又はメタンのいずれかを用いることを特徴と
する。

【００３３】上記した半導体レーザの製造方法におい
て、前記メサ部１６を形成した後に、前記メサ部１６の
前記側壁の表面と前記半導体基板１１の表面をウットエ
ッチングによって０．２mm以下の深さでエッチングする
工程をさらに有することを特徴とする。

【００３４】なお、上記した図番、符号は発明の理解を
容易にするために引用したものであって、本発明はそれ
らに限定されるものではない。

【００３５】次に、本発明の作用について説明する。

【００３６】本発明によれば、メサ構造の作製技術とし
てドライエッチングを用いているので、メサ構造の幅、
高さの精密な制御が可能になり、均一な特性が実現す
る。

【００３７】さらに、塩素を含むガスを併用したＭＯＶ
ＰＥ法を用いているので、電流ブロック層となる第２の
埋込層の成長開始点がメサ構造の上端よりも下側になっ
て第２の埋込層がメサの側方の基板上での成長速度が高
くなり、第２の埋込層がメサよりも高く形成されること
が防止されて、電流注入の間口が従来構造よりも広がっ
て半導体レーザの素子抵抗が低減する。

【００３８】また、塩素を含むガスを併用したＭＯＶＰ
Ｅ法によって、第１の埋込層と基板の間にInGaAsP 層を
作製するようにしたので、メサ部の活性層の下側にInGa
AsP層が配置され、InGaAsP 層を形成しない場合に比べ
て第１の埋込層の形状に殆ど影響を与えることはなく、
その上に形成され電流ブロック層（第２の埋込層）を上
記したような形状に形成することが可能になる。

【００３９】なお、ＭＯＶＰＥ法による埋め込み成長の
前にウェットエッチングによってメサ部の側壁の表面と
基板の表面を０．２μｍ以下の深さで除去するようにし
たので、ドライエッチングによって生じたメサ部と基板
のそれぞれの表面ダメージ層が除去され、素子の信頼性
が高まる。

【００４０】

【発明の実施の形態】そこで、以下に本発明の実施形態
を図面に基づいて説明する。（第１の実施の形態）図２〜図５は、本発明の第１実施
形態に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図であ
る。

【００４１】まず、図２(a) に示すように、例えばＭＯ
ＶＰＥ法を用いて、ｎ型InP （n-InP ）基板（化合物半
導体基板）１１の（１００）面の上に、シリコン（Si）
を濃度５×１０¹⁷atoms/cm³でドーピングした厚さ０．
５μｍのn-InP クラッド層１２と、厚さ０．２μｍで
１．３μｍ帯で発光するアンドープInGaAsP 活性層１３
と、亜鉛（Zn）を濃度５×１０¹⁷atoms/cm³でドーピン
グした厚さ０．５μｍの第１のｐ型InP （p-InP ）クラ
ッド層１４を順次結晶成長する。

【００４２】活性層１３は、量子井戸構造を有するもの
であってもよい。その量子井戸構造は多重量子井戸であ
ってもよい。また、量子井戸層の上下にガイド層を配置
したＳＣＨ構造を採用してもよい。さらに、原理的には
n-InP クラッド層１２を省略してもよい。

【００４３】次に、第１のp-InP クラッド層１４の表面
に例えば酸化シリコン（SiO₂）よりなる誘電体膜をＣＶ
Ｄ法により０．３μｍの厚さに形成する。そして、その
誘電体膜を通常のフォトリソグラフィーにより幅１．３
μｍ程度のストライプ形状に加工し、これをマスク１５
として使用する。

【００４４】次に、例えばエタン（C₂H₆）又はメタン
（CH₄）を用いたドライエッチングにより、マスク１５
に覆われない領域にある第１のp-InP クラッド層１４か
らn-InP 基板１１の上部までをエッチングして、図２
(b) に示すような高さ２μｍの断面メサ状のメサ部１６
を作製する。この時、n-InP 基板１１の（１００）面に
対するメサ部１６の側壁の角度が７０°から９０°の範
囲に収まる。

【００４５】この後に、フッ酸などを用いてメサ部１６
の側面とInP 基板１１の露出面を０．２μｍ以下の深さ
でエッチングする。

【００４６】次に、図３(a) に示すように、ＭＯＶＰＥ
法により、Znを濃度１×１０¹⁸atoms/cm³でドーピング
したp-InP よりなる第１の埋込層１７を形成する。第１
の埋込層１７はメサ構造１６から十分離れたn-InP 基板
１１の（１００）面の上で０．７μｍとなる膜厚に成長
する。

【００４７】この場合、マスク１５の上には第１の埋込
層１７は成長せず、メサ部１６の側壁およびn-InP 基板
１１面上にのみ第１の埋込層１７が形成される。

【００４８】第１の埋込層１７は、メサ部１６の側壁に
接する第１面を有するとともに、その露出面として、メ
サ部１６の最上部から下に向かって（１１１）面を有す
る第２面１７ａと、第２面１７ａから下へメサ部１６側
壁とほぼ平行な角度で活性層１３よりも下側の位置まで
直線的な第３面１７ｂが形成される。メサ部１６の側面
上の第３面１７ｂの厚さｔは０．１〜０．４μｍ、例え
ば０．２μｍ程度である。その第３面１７ｂは、活性層
１３よりも下側に延び、メサ部１６の側壁の角度と（１
１０）面で規定される角度の範囲内の角度を有する。

【００４９】さらに、第３面１７ｂから下ではメサ部１
６から離れる方向の（２１１）面もしくはそれよりも
（１００）面に近い傾斜を有する第４面１７ｃが形成さ
れる。その傾斜は、（Ｎ１１）面（Ｎ≧２）である。

【００５０】また、第４面１７ｃの下部からメサ部１６
の両側方に向かって緩やかな傾斜面を有する第５の面１
７ｄが形成される。

【００５１】続いて、図３(b) に示すように、塩化メチ
ル（CH₃Cl ）を例えばガス流量３００ｃｃｍ流しなが
ら、ＭＯＶＰＥ法によりｎ型不純物であるシリコン（S
i）若しくはセレン（Se）を２×１０¹⁸atoms/cm³の濃
度でドーピングしたn-InP よりなる第２の埋込層１８を
メサ部１６から十分離れたn-InP 基板１１の（１００）
面上で厚さ０．７μｍとなる条件で成長する。第２の埋
込層１８は、電流ブロック層となる。

【００５２】この場合、第２の埋込層１８は第１の埋込
層１７の上に這い上がることなく、第１の埋込層１７の
側面（第３面１７ｂ又は第２面１７ａの下部）が成長開
始点となって、その側面での第２の埋込層１８の上端が
活性層１３よりも上側かつ外側に位置するようになる。
即ち、側面は、メサ部１６の側壁の角度と（１１０）面
で規定される角度の間の角度を有する面で規定される
か、又はメサ部１６の側壁の角度と（１１０）面で規定
される角度の間の角度を有する面とこの面の上端からメ
サ部１６寄りに延びる（１１１）面との複合面で規定さ
れる。

【００５３】また、第２の埋込層１８は第１の埋込層１
７の第３面１７ｂから離れる方向の下向きに（２１１）
面もしくはそれよりも（１００）面に近い傾斜面１８ａ
が現れる。

【００５４】次に、図４(a) に示すように、CH₃Cl を例
えばガス流量１００ｃｃｍ流しながら、ＭＯＶＰＥ法に
よりｐ型不純物である亜鉛（Zn）を５×１０¹⁷atoms/cm
³の濃度でドーピングしたp-InP よりなる第３の埋込層
１９を第２の埋込層１８の上に形成する。第３の埋込層
１９は、メサ部１６から十分離れた基板１１の（１０
０）面の上で０．５μｍの厚さとなるように成長する。

【００５５】これにより、第２のp-InP 層１９はメサ部
１６最上面より上にほとんど盛り上がることなく、表面
がほぼ平坦な構造が形成される。第２のp-InP 層１９の
成長の際にCH₃Cl を添加しないで成長した場合でも同様
の構造を作製できる。その場合には、第３の埋込層１９
がメサ部１６の最上面より上にやや盛り上がる形状とな
る。

【００５６】その後に、フッ酸を含むエッチング溶液用
いて誘電体よりなるマスク１５を除去する。

【００５７】次に、図４(b) に示すように、ＭＯＶＰＥ
法によりZnを濃度２×１０¹⁸atoms/cm³でドーピングし
た第２のp-InP クラッド層２０をメサ部１６の上と第３
の埋込層１９の上に形成する。この場合、第２のp-InP
クラッド層２０の膜厚は、メサ部１６から十分離れた基
板の（１００）面で厚さ１．５μｍとなる条件で成長す
る。

【００５８】引き続き、ＭＯＶＰＥ法によりZnを濃度１
×１０¹⁹atoms/cm³でドーピングしたp-InGaAsコンタク
ト層２１を第２のp-InP クラッド層２０の上に形成す
る。この場合、コンタクト層２１は、メサ部１６から十
分離れた基板上の（１００）面で０．５μｍの厚さにな
る条件で成長する。これにより、n-InP 基板１１の上に
は表面がほぼ平坦な層構造が形成される。なお、第２の
p-InP クラッド層２０又はコンタクト層２１の成長の際
に塩素（Cl）を含むガスを用いてＭＯＶＰＥ成長を行っ
ても差し支えない。

【００５９】次に、図５に示すように、例えばp-InGaAs
コンタクト層２１上の全面もしくは一部に例えばTi／Pt
／Auを材料とするｐ側電極２２を形成し、必要により基
板１１を１００μｍ程度まで研磨する。その後に、例え
ばAuGe／Auを材料とするｎ側電極２３を基板１１の下面
に形成する。

【００６０】以上の工程により本実施形態の半導体レー
ザが完成する。

【００６１】図５に示す半導体レーザにおいて、ｐ側電
極２２からｎ側電極２３に向けて電流を供給すると、電
流ブロック効果を有する第２の埋込層１８と活性層１３
の距離は図３(a) に示したメサ部１６側壁での第１の埋
込層１７の膜厚に等しく、例えば最短距離が０．１〜
０．４μｍとなって従来に比べて狭くなっているので、
電流ブロック効果が高まり、活性層１３の両側を通る電
流リークが低減し、レーザ特性が向上する。

【００６２】また、その半導体レーザの埋込構造では、
電流ブロック層である第２の埋込層１８がメサ部１６の
最上面よりも下側で成長してメサ構造の上側に突出した
形状になっていないので、活性層１３への電流注入の間
口が従来よりも広がって、素子抵抗の増大が防止される
とともに、その上の半導体層の成長が容易になる。

【００６３】活性層１３の幅を変えた場合の電極２２，
２３間の抵抗は、図６に示すようになって従来よりも素
子抵抗が低くなっていることがわかる。

【００６４】さらに、メサ部１６を形成する場合にドラ
イエッチングを用いているので、メサ部１６のパターン
制御は良好であり、例えば図２(b) に示すように、メサ
部１６の側面の傾斜は基板面に対して７０〜９０度の角
度になる。

【００６５】上記した半導体レーザの写真を図７，図８
に示す。

【００６６】なお、ＭＯＶＰＥ法によるインジウム燐
（InP ）の成長には、ソースガスとして例えばトリメチ
ルインジウムとホスフィン（PH₃）を用いる。ｐ型不純
物である亜鉛の供給用ガスとしてジメチルジンクを用
い、ｎ型不純物であるシリコンの供給用ガスとしてジシ
ラン（Si₂H₆）を用いる。また、インジウムガリウム砒
素燐（InGaAsP ）の成長のためのソースガスとしては、
例えばトリメチルインジウム、トリメチルガリウム、ア
ルシン（AsH₃）及びホスフィンを用いる。このソースガ
スは、以下の実施形態のＭＯＶＰＥ法による層の成長の
際にも使用する。

【００６７】ところで、上記した半導体レーザの第１〜
第３の埋込層１７〜１９を形成する際に塩化メチルを用
いたが、塩化エチル（C₂H₅Cl）、その他の塩素化合物ガ
ス、又は塩素を用いてもよい。（第２の実施の形態）上記した半導体レーザでは、メサ
部１６の両側に第２の埋込層（電流ブロック層）として
n-InP 層を採用しているが、高抵抗層を採用してもよ
く、以下にその埋込構造の形成について説明する。

【００６８】まず、図２(b) に示すようなメサ部１６を
形成するまでの工程を第１実施形態と同様に行う。その
後、図３(a) に示した第１の埋込層１７を形成する。メ
サ部１６と第１の埋込層１７の形成条件は第１の実施の
形態と同様にする。

【００６９】その後に、メサ部１６の両側の第１の埋込
層１７の上に図９(a) に示すような層を形成する。

【００７０】即ち、CH₃Cl を例えば３００ｃｃｍの流量
で流した雰囲気中で、ＭＯＶＰＥ法によりSi若しくはSe
を２×１０¹⁸atoms/cm³の濃度でドーピングした第２の
埋込層の下部１８ａを第１の埋込層１７の上に薄く形成
する。この場合、第２の埋込層の下部１８ａの膜厚は、
メサから十分離れた基板１１の（１００）面の上で０．
１５μｍとなる条件で成長する。

【００７１】さらに、同様のＭＯＶＰＥ法を用いて、鉄
（Fe）を２×１０¹⁶atoms/cm³の濃度でドーピングした
高抵抗InP 中間層１８ｂを第２の埋込層の下部１８ａの
上に形成する。その高抵抗InP 中間層１８ｂの膜厚は、
メサ部１６から十分離れた基板１１の（１００）面の上
で０．４μｍとなる条件で成長する。

【００７２】その後に、SiもしくはSeを２×１０¹⁸atom
s/cm³の濃度でドーピングした第２の埋込層の上部１８
ｃを高抵抗InP 中間層１８ｂの上に形成する。その第２
の埋込層の上部１８ｃの膜厚は、メサ部１６から十分離
れた基板１１の（１００）面の上で０．１５μｍとなる
条件で成長する。

【００７３】高抵抗InP 中間層１８ｂと第２の埋込層の
上部１８ｃは、ともに、第２の埋込層の下部１８ａの成
長と同様に、CH₃Cl を例えば３００ｃｃｍの流量で流し
た雰囲気中でＭＯＶＰＥ法により形成する。

【００７４】これにより、第２の埋込層の下部１８ａと
下部１８ｃの間に高抵抗InP 中間層１８ｂが挟まれた電
流ブロック構造が形成される。この電流ブロック構造
は、第１実施形態の第２の埋込層１８と同様な面を有し
ている。

【００７５】第２の埋込層の下部１８ａから第２の埋込
層の上部１８ｃまでの埋込層は、第１実施形態の第２の
埋込層１８と同様に、第１の埋込層１７よりも上に這い
上がることなく、それぞれ第１の埋込層１７の側壁が成
長開始点となり、その側壁での第２の埋込層の下部１８
ｃの上端が活性層１３よりも下側かつ外側に位置するよ
うになる。また、第２の埋込層の下部１８ａから上部１
８ｃまでの層の上面と下面は、メサ部１６の側面から離
れる方向で下向きに（Ｎ１１）面（但し、Ｎ≧２）もし
くはそれよりも（１００）面に近い傾斜面が現れる。

【００７６】次に、第１の実施の形態で示したと同じよ
うに、CH₃Cl を流した雰囲気中で、p-InP よりなる第３
の埋込層１９を第２の埋込層１８の上に形成すると、第
３の埋込層１９はメサ部１６最上面より上にほとんど盛
り上がることなく、表面がほぼ平坦な構造が形成され
る。第３の埋込層１９の成長の際に、CH₃Cl を添加しな
いで成長した場合でも同様の構造を作製できるが、その
場合には第３の埋込層１９がメサ部１６の最上面より上
にやや盛り上がる形状となる。

【００７７】以上によりメサ部１６の両側を埋め込む層
の形成が終了し、その後に、フッ酸を含むエッチング溶
液用いて誘電体よりなるマスク１５を除去する。

【００７８】次に、図９(b) に示すように、第２のp-In
P クラッド層２０をメサ部１６の上と第３の埋込層１９
の上に形成する。さらに、p-InGaAsコンタクト層２１を
第２のp-InP クラッド層２０の上に形成する。続いて、
p-InGaAsコンタクト層２１上の全面もしくは一部にｐ側
電極２２を形成し、基板１１の下面にｎ側電極２３を形
成する。それらの層、電極の形成は、第１実施形態と同
じ条件とする。

【００７９】以上の工程により本実施形態の半導体レー
ザが完成する。

【００８０】この半導体レーザにおいては、n-InP より
なる第２の埋込層に高抵抗InP 中間層１８ｂが挿入され
た結果、電流ブロック構造の耐圧が増し、より高温、高
注入状態での先出力特性、電流一電圧特性が改善され
る。

【００８１】また、その半導体レーザの埋込構造では、
電流ブロック層である第２の埋込層の下部１８ａから第
２の埋込層の上部１８ｃまでがメサ部１６の最上面より
も下で成長してメサ構造の上側に突出した形状になって
いないので、第１実施形態と同様に、活性層１３への電
流注入の間口が従来よりも広がって、素子抵抗の増大が
防止されるとともに、その上の半導体層の成長が容易に
なる。

【００８２】また、ｐ側電極２２からｎ側電極２３に向
けて電流を供給すると、電流ブロック効果を有する第２
の埋込層（下部１８ａ、高抵抗InP 層１８ｂ、上部１８
ｃ）と活性層１３との距離はメサ部１６の側面上での横
方向の第一の埋込層１７の膜厚に等しく、第１実施形態
と同様に電流ブロック効果が高まり、活性層１３の両側
を通る電流リークが低減し、レーザ特性が向上する。（第３の実施の形態）本実施形態では、メサ部１６の両
側の領域において、n-InP 基板１１と第１の埋込層１７
の間にインジウムガリウム砒素燐（InGaAsP ）を介在さ
せる構造の半導体レーザについて説明する。

【００８３】まず、図２(b) に示すようなメサ部１６を
形成するまでの工程を第１実施形態と同様に行う。

【００８４】次に、図１０(a) に示すように、CH₃Cl を
例えば３００ｃｃｍのガス流量で流している雰囲気中
で、ＭＯＶＰＥ法により、メサ部１６の両側のn-InP 基
板１１の上にInGaAsP 層３１を形成する。そのInGaAsP
層３１は、メサ部１６から十分離れた基板１１の（１０
０）面の上で０．１μｍの厚さとなる条件で成長する。

【００８５】この場合、誘電体よりなるマスク１５の上
とメサ部１６の側壁にはほとんど結晶が成長せず、メサ
部１６の側方の埋込領域において基板１１の（１００）
面近傍の一部のメサ部１６の側面とその側方の基板１１
の（１００）面の上にのみInGaAsP 層３１が形成され
る。

【００８６】その後、図３(a) 〜図５の工程に従って半
導体層、導電膜を形成することによって、図１０(b) の
ような構造の半導体レーザを作製する。即ち、第１及び
第２のp-InP 層１７、１９、第２の埋込層１８、第２の
p-InP クラッド層２０、コンタクト層２１、ｐ側電極２
２、ｎ側電極２３の形成を第１実施形態と同じ方法によ
って形成する。

【００８７】これによって作製された半導体レーザで
は、メサ部１６の両側方でn-InP 基板１１と第１の埋込
層１７の間にInGaAsP 層３１を介在させている。このIn
GaAsP層３１のエネルギーバンドギャップは、n-InP 基
板１１と第１の埋込層１７のそれよりも広いので、メサ
部１６の両側方の領域においては、埋込構造の耐圧が第
１実施形態よりも高くなり、より高温、高電流注入状態
での光出力特性、電流−電圧特性が改善される。（第４の実施の形態）第３の実施の形態において、半導
体レーザの基板１１と第１の埋込層１７の間に形成した
InGaAsP 層３１は、図１１に示すように、第２の実施の
形態で示した半導体レーザにおける基板１１と第１の埋
込層１７の間に介在させてもよい。その製造方法は、図
１０(a) に示すようにInGaAsP 層３１をメサ部１６の両
側に形成した後に、図９(a) に示すような結晶成長工程
を経ることになる。

【００８８】図１１に示した半導体レーザによれば、埋
込構造の耐圧が第２実施形態よりも高くなり、より高
温、高電流注入状態での光出力特性、電流−電圧特性が
改善される。

【００８９】以上述べた第１〜第４の実施の形態におい
ては、説明のために特定の層厚、ドーピング量、組成、
材料を示したが、本発明はこれらに限定されない。

【００９０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、電流
ブロック層となる第２の埋込層の側面を活性層の外側に
位置させ、しかも、第２の埋込層の上面がその側面の上
端よりも下側に位置するようにしたので、活性層に対す
る電流注入の間口を広くして素子抵抗の低減を図ること
ができ、高電流注入時の素子の発熱を低減して、高温ま
での安定な動作を実現することができる。

【００９１】また、電流ブロック層となる第２の埋込層
の中に高抵抗半導体層を挿入するようにしたので、電流
ブロック効果の機能が強化される。

【００９２】さらに、活性層と電流ブロック層の距離を
０．１μｍ〜０．４μｍの範囲にするようにしたので、
電流のリークパスが狭くなり、高温、高電流注入下の動
作での特性をさらに改善することができる。

【００９３】また、別の本発明によれば、メサ構造の作
製技術としてドライエッチングを用いているので、メサ
構造の幅、高さの精密な制御が可能になり、均一な特性
を実現することができる。

【００９４】さらに、塩素を含むガスを併用したＭＯＶ
ＰＥ法を用いているので、電流ブロック層となる第２の
埋込層の成長開始点がメサ構造の上端よりも下側になっ
て第２の埋込層がメサの側方の基板上での成長速度が高
くなり、第２の埋込層がメサよりも高く形成されること
を防止して、電流注入の間口が広がって半導体レーザの
素子抵抗を低減できる。

【００９５】また、塩素を含むガスを併用したＭＯＶＰ
Ｅ法によって、第１の埋込層と基板の間にInGaAsP 層を
作製するようにしたので、メサ部の活性層の下側にInGa
AsP層が配置され、InGaAsP 層を形成しない場合に比べ
て第１の埋込層の形状に殆ど影響を与えることはなく、
その上に形成され電流ブロック層（第２の埋込層）を上
記したような形状に形成することが可能になる。

【００９６】また、ＭＯＶＰＥ法による埋め込み成長の
前にウェットエッチングによってメサ部の側壁の表面と
基板の表面を０．２μｍ以下の深さで除去するようにし
たので、ドライエッチングによって生じたメサ部と基板
のそれぞれの表面ダメージ層を除去して、素子の信頼性
を高めることができる。

【００９７】以上のように本発明によれば、素子抵抗が
低く、かつリーク電流が少ない半導体レーザが提供さ
れ、安定な高温・高出力動作が可能な半導体レーザが実
現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、従来の埋込構造の半導体レーザを示す
断面図である。

【図２】図２(a),(b) は、本発明の第１実施形態の半導
体レーザの製造工程を示す断面図（その１）である。

【図３】図３(a),(b) は、本発明の第１実施形態の半導
体レーザの製造工程を示す断面図（その２）である。

【図４】図４(a),(b) は、本発明の第１実施形態の半導
体レーザの製造工程を示す断面図（その３）である。

【図５】図５は、本発明の第１実施形態の半導体レーザ
を示す断面図である。

【図６】図６は、本発明の第１実施形態の半導体レーザ
の素子抵抗と従来構造の半導体レーザの素子抵抗を活性
層の幅との関係で示した図である。

【図７】図７は、本発明の第１実施形態の半導体レーザ
の層構造の断面を示す写真である。

【図８】図８は、図７に示す半導体レーザを構成する層
の境界に沿って白線を入れた写真である。

【図９】図９(a),(b) は、本発明の第２実施形態の半導
体レーザの製造工程を示す断面図である。

【図１０】図１０(a),(b) は、本発明の第３実施形態の
半導体レーザの製造工程を示す断面図である。

【図１１】図１１は、本発明の第４実施形態の半導体レ
ーザを示す断面図である。

【符号の説明】

１１…n-InP 基板、１２…ｎ型クラッド層、１３…活性
層、１４…第１のｐ型クラッド層、１５…マスク、１６
…メサ部、１７…第１の埋込層、１８…第２の埋込層、
１８ａ…第２の埋込層の下部、１８ｂ…第２の埋込層の
高抵抗中間層、１８ｃ…第２の埋込層の上部、１９…第
３の埋込層、２０…第２のｐ型クラッド層、２１…コン
タクト層、２２…ｐ側電極、２３…ｎ側電極、３１…
InGaAsP層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第一導電型不純物を含む半導体基板の（１
００）面の上方に形成された活性層を含む多層構造を有
し、かつ前記（１００）面に対して７０度から９０度の
範囲の角度で傾きながら前記活性層よりも下の位置まで
延在する第１の側面を有する平面ストライプ形状のメサ
部と、前記メサ部の前記側壁から前記半導体基板の前記（１０
０）面に沿って形成された第二導電型不純物を含む第１
の埋込層と、前記メサ部の側方であって前記第１の埋込層の上に第一
導電型不純物を含んで形成された第２の埋込層であっ
て、該第２の埋込層は側面と上面と下面を有し、前記側面は、前記メサ部の前記側壁に接し、最上部が前
記活性層よりも上にあり、最下部が前記活性層よりも下
側にあり、かつ、前記メサ部の前記側壁の角度と（１１
０）面で規定される角度の中間の角度を有する第一面で
規定されるか又は前記第一面の上端から前記メサ部寄り
に延びる（１１１）面と前記第一面との複合面で規定さ
れ、前記上面と下面は、前記側面から側方に延びて一部に
（Ｎ１１）面（但し、Ｎ≧２）が表出し、前記第２の埋込層及び前記メサ部の上に形成された第二
導電型不純物を含有する第１のクラッド層とを有するこ
とを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】前記第２の埋込層の中には、中間層として
鉄を含む高抵抗半導体層が挿入されていることを特徴と
する請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項３】前記半導体基板はインジウム燐から構成さ
れ、前記多層構造は活性層の下に少なくとも第一導電型不純
物を含むインジウム燐からなる第２のクラッド層を含
み、前記第１の埋込層はインジウム燐から構成され、前記第１のクラッド層は少なくともインジウム燐を含む
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体
レーザ。
【請求項４】前記半導体基板はインジウム燐よりなり、前記メサ部を構成する前記多層構造は活性層の下に少な
くとも第一導電型不純物を含むインジウム燐よりなる第
２のクラッド層を含み、前記メサ部の前記側壁の下部から側方にある前記第１の
埋込層と前記半導体基板の間にはインジウムガリウム砒
素燐よりなる第３の埋込層が形成され、前記第１の埋込層はインジウム燐からなり、前記第１のクラッド層は少なくともインジウム燐を含む
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体
レーザ。
【請求項５】第一導電型不純物を含む半導体基板の（１
００）面の上に活性層と第二導電型不純物含有の第１の
クラッド層を形成する工程と、前記第１のクラッド層の上にストライプ平面形状のマス
クを形成する工程と、前記マスクに覆われない領域において前記第１のクラッ
ド層の最上面から前記活性層の下の位置までをエッチン
グすることにより、前記（１００）面に対して７０゜以
上９０゜以下の角度の側壁を有するメサ部を形成する工
程と、前記メサ部の前記側壁に接する第１面と、前記メサ部の
前記側壁の上端から下側に延びて（１１１）面である第
２面と、該第２面から前記活性層よりも下側に延びて前
記メサ部の前記側壁の角度と（１１０）面で規定される
角度の中間の角度を有する第３面と、該第３面から下側
に延びて（Ｎ１１）面（Ｎ≧２）を含む第４面とを有す
る第二導電型不純物含有の第１の埋込層を、有機金属気
相成長法を用いて前記メサ部の前記側壁から前記半導体
基板の前記（１００）面に沿って形成する工程と、塩素化合物ガスを添加したソースガスを用いる有機金属
気相成長法によって、最上端が前記活性層よりも上にあ
って該最上端から斜め下方に延びる領域に（Ｎ１１）面
（但し、Ｎ≧２）を含む上面を有する第一導電型不純物
含有の第２の埋込層を、前記メサ部の側方であって前記
第１の埋込層の上に形成する工程と、有機金属気相成長法を用いることによって、前記メサ部
の側方であって前記第２の埋込層の上に第二導電型不純
物を含む第３の埋込層を形成する工程と、前記マスクを除去する工程と、有機金属気相成長法によって前記第２の埋込層と前記第
１のクラッド層の上に第二導電型不純物を含む第２のク
ラッド層を形成する工程とを有することを特徴とする半
導体レーザの製造方法。
【請求項６】前記第１の埋込層を形成する前に、前記メ
サ部の前記側壁の下部からその側方の前記半導体基板の
上に、塩素化合物ガスを添加したソースガスを用いて有
機金属気相成長法により、前記第１の埋込層と前記半導
体基板の間にインジウムガリウム砒素燐層を形成する工
程をさらに有することを特徴とする請求項５記載の半導
体レーザの製造方法。
【請求項７】前記第２の埋込層を形成する工程におい
て、ソースガスに塩素化合物ガスを添加した有機金属気
相成長法によって、鉄が導入された高抵抗半導体層を中
間層として形成する工程を含んでいることを特徴とする
特徴とする請求項５記載の半導体レーザの製造方法。