JP2001102691A - 半導体レーザ及び半導体層の酸化方法 - Google Patents
半導体レーザ及び半導体層の酸化方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温低駆動電流で動作する半導体レーザ、及
び、均一性及び再現性の高い半導体レーザの電流狭窄構
造を形成させる簡単な半導体層の酸化方法を提供する。 【解決手段】 Alを含む半導体層の酸化を用いた半導体
レーザの電流ブロック層の作製工程は、Alを含む超格子
構造の選択的な不純物拡散により超格子層を無秩序化し
て、無秩序化するか否かで酸化速度に差異を与える。次
に、Alを含む超格子構造を高温高湿度雰囲気中にさらせ
ば、酸化速度に従った選択的な酸化制御が容易にでき
る。製造された半導体レーザは、Alを含む超格子構造が
酸化するか否かで抵抗値に大小が生じるので、電流狭窄
構造を有して高温低駆動電流で動作すると共に酸化の制
御性、再現性を高め高均一高歩留まりが実現可能であ
る。
び、均一性及び再現性の高い半導体レーザの電流狭窄構
造を形成させる簡単な半導体層の酸化方法を提供する。 【解決手段】 Alを含む半導体層の酸化を用いた半導体
レーザの電流ブロック層の作製工程は、Alを含む超格子
構造の選択的な不純物拡散により超格子層を無秩序化し
て、無秩序化するか否かで酸化速度に差異を与える。次
に、Alを含む超格子構造を高温高湿度雰囲気中にさらせ
ば、酸化速度に従った選択的な酸化制御が容易にでき
る。製造された半導体レーザは、Alを含む超格子構造が
酸化するか否かで抵抗値に大小が生じるので、電流狭窄
構造を有して高温低駆動電流で動作すると共に酸化の制
御性、再現性を高め高均一高歩留まりが実現可能であ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ及び
その半導体層の酸化方法に関し、より詳細には、電流狭
窄構造を有する半導体レーザ、及び、その構造を形成す
る半導体層の酸化方法に関するものである。
その半導体層の酸化方法に関し、より詳細には、電流狭
窄構造を有する半導体レーザ、及び、その構造を形成す
る半導体層の酸化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは、基幹系及びアクセス系
の通信分野や、光ディスク用及びＤＶＤ用の情報保存分
野等に使用され、技術の進歩に伴って、その応用範囲が
急速に拡大している。半導体レーザは、様々な環境で大
量に使用されるので、耐環境性能及び低価格化の市場要
求があり、均一で高品質な特性を有し、簡単な工程で製
造できる素子の研究開発が活発に行われている。
の通信分野や、光ディスク用及びＤＶＤ用の情報保存分
野等に使用され、技術の進歩に伴って、その応用範囲が
急速に拡大している。半導体レーザは、様々な環境で大
量に使用されるので、耐環境性能及び低価格化の市場要
求があり、均一で高品質な特性を有し、簡単な工程で製
造できる素子の研究開発が活発に行われている。
【０００３】通常、半導体レーザには、電流の流れを空
間的に制限する電流狭窄構造があり、この電流狭窄構造
によって活性層に流れる電流の電流密度を高めている。
従来の半導体レーザの電流狭窄構造は、電流ブロック層
を選択的に成長して形成する方法、又は、電流ブロック
層を成長した後にエッチングにより形成する方法で製造
されていた。しかし、これらの方法では数回の結晶成長
工程や複雑な作製工程等が必要となるので、低コスト化
が十分ではなかった。近年、これらの方法に代えて、電
流ブロック層をアルミニウムを含む組成の層（ＡｌＩｎ
Ａｓ、ＡｌＡｓ、又は、ＡｌＧａＡｓ）で予め成長した
後にこれを選択酸化して電流狭窄構造を形成する方法が
試みられている。この半導体レーザには、メサ形状又は
逆メサ形状にエッチングしてリッジを形成するリッジ型
レーザ、及び、メサ形状を形成しない利得ガイド型レー
ザがある。一般に選択酸化領域は酸化速度に基づいて、
酸化時間を制御することで定められている。
間的に制限する電流狭窄構造があり、この電流狭窄構造
によって活性層に流れる電流の電流密度を高めている。
従来の半導体レーザの電流狭窄構造は、電流ブロック層
を選択的に成長して形成する方法、又は、電流ブロック
層を成長した後にエッチングにより形成する方法で製造
されていた。しかし、これらの方法では数回の結晶成長
工程や複雑な作製工程等が必要となるので、低コスト化
が十分ではなかった。近年、これらの方法に代えて、電
流ブロック層をアルミニウムを含む組成の層（ＡｌＩｎ
Ａｓ、ＡｌＡｓ、又は、ＡｌＧａＡｓ）で予め成長した
後にこれを選択酸化して電流狭窄構造を形成する方法が
試みられている。この半導体レーザには、メサ形状又は
逆メサ形状にエッチングしてリッジを形成するリッジ型
レーザ、及び、メサ形状を形成しない利得ガイド型レー
ザがある。一般に選択酸化領域は酸化速度に基づいて、
酸化時間を制御することで定められている。
【０００４】図６は、文献“１９９８ Ｌａｓｅｒ ａｎ
ｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ ＯｐｔｉｃｓＳｏｃｉｅｔｙ Ａｎ
ｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ，Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒ
ｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ｐｐ．１８８−１９９”に記載の
リッジ型レーザの構造を示す断面図である。リッジ型レ
ーザは、ｐ型ＩｎＰ基板１上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層
６、１部分が電流ブロック層を成すｐ型ＡｌＩｎＡｓ層
２０、ｐ型ＩｎＰクラッド層６、レーザ光が発光する活
性層７、及び、ｎ型ＩｎＰクラッド層８の薄膜をこの順
に成長し、その後、ドライエッチング法によりリッジ型
のメサ構造を形成する。ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層２０は、高
温高湿度雰囲気中にさらすことで、横方向から順次酸化
される。電流ブロック層は、抵抗が大きいＡｌＩｎＡｓ
酸化膜１８で構成されるので、電流狭窄構造を有する。
ｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ ＯｐｔｉｃｓＳｏｃｉｅｔｙ Ａｎ
ｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ，Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒ
ｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ｐｐ．１８８−１９９”に記載の
リッジ型レーザの構造を示す断面図である。リッジ型レ
ーザは、ｐ型ＩｎＰ基板１上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層
６、１部分が電流ブロック層を成すｐ型ＡｌＩｎＡｓ層
２０、ｐ型ＩｎＰクラッド層６、レーザ光が発光する活
性層７、及び、ｎ型ＩｎＰクラッド層８の薄膜をこの順
に成長し、その後、ドライエッチング法によりリッジ型
のメサ構造を形成する。ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層２０は、高
温高湿度雰囲気中にさらすことで、横方向から順次酸化
される。電流ブロック層は、抵抗が大きいＡｌＩｎＡｓ
酸化膜１８で構成されるので、電流狭窄構造を有する。
【０００５】レーザの横モード制御は、ｐ型ＡｌＩｎＡ
ｓ層２０の幅によって、注入される電流幅で規定され
る。光が導波する性質は、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層２０の厚
さによって、利得導波的な振る舞い、又は、屈折率導波
的な振る舞いのいずれかが強くなる。
ｓ層２０の幅によって、注入される電流幅で規定され
る。光が導波する性質は、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層２０の厚
さによって、利得導波的な振る舞い、又は、屈折率導波
的な振る舞いのいずれかが強くなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図６の半導体レーザ
は、電流ブロック層のｐ型ＡｌＩｎＡｓ層２０の幅を制
御する精度が、レーザ特性の均一性や安定性に影響を与
える。しかし、リッジ型レーザ及び利得ガイド型レーザ
は、その幅を自動的又はセルフアライン的に決める構造
ではないので、従来の技術では、発振特性がメサ幅、酸
化条件、又は、酸化時間により変動し、発振特性の均一
性及び再現性に劣る。また、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層２０と
ｐ型ＩｎＰクラッド層６との間は、バンド不連続による
ヘテロ接合スパイクの影響があり、電流経路領域の抵抗
値が増えて、高温での特性劣化及び信頼性低下がある。
は、電流ブロック層のｐ型ＡｌＩｎＡｓ層２０の幅を制
御する精度が、レーザ特性の均一性や安定性に影響を与
える。しかし、リッジ型レーザ及び利得ガイド型レーザ
は、その幅を自動的又はセルフアライン的に決める構造
ではないので、従来の技術では、発振特性がメサ幅、酸
化条件、又は、酸化時間により変動し、発振特性の均一
性及び再現性に劣る。また、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層２０と
ｐ型ＩｎＰクラッド層６との間は、バンド不連続による
ヘテロ接合スパイクの影響があり、電流経路領域の抵抗
値が増えて、高温での特性劣化及び信頼性低下がある。
【０００７】本発明は、上記したような従来の技術が有
する問題点を解決するためになされたものであり、高温
でも低駆動電流動作する半導体レーザ、及び、該半導体
レーザの製造に使用され、均一性及び再現性が高い方法
で電流狭窄構造を実現する簡単な半導体層の酸化方法を
提供することを目的とする。
する問題点を解決するためになされたものであり、高温
でも低駆動電流動作する半導体レーザ、及び、該半導体
レーザの製造に使用され、均一性及び再現性が高い方法
で電流狭窄構造を実現する簡単な半導体層の酸化方法を
提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体レーザは、レーザ発光を行う活性層
と、該活性層に向けて電流を流す電流経路領域と前記活
性層以外の部分に流す電流を制限する電流制限領域であ
る電流ブロック層とを備える半導体レーザにおいて、前
記電流ブロック層が、アルミニウムを含む第１の半導体
層と、アルミニウムを含まない第２の半導体層とから成
る超格子構造を形成し、該超格子構造の一部を不純物拡
散によって選択的に無秩序化し、該無秩序化された領域
を前記電流経路領域としたことを特徴とする。
め、本発明の半導体レーザは、レーザ発光を行う活性層
と、該活性層に向けて電流を流す電流経路領域と前記活
性層以外の部分に流す電流を制限する電流制限領域であ
る電流ブロック層とを備える半導体レーザにおいて、前
記電流ブロック層が、アルミニウムを含む第１の半導体
層と、アルミニウムを含まない第２の半導体層とから成
る超格子構造を形成し、該超格子構造の一部を不純物拡
散によって選択的に無秩序化し、該無秩序化された領域
を前記電流経路領域としたことを特徴とする。
【０００９】本発明の半導体レーザは、無秩序化された
超格子層の採用によりバンド不連続が小さくなり、高温
での特性劣化があるヘテロ接合スパイクの影響が小さく
なること、及び、超格子構造の無秩序化によって電流制
限領域を形成したので、発振特性の均一性や再現性に優
れた半導体レーザを提供できる。
超格子層の採用によりバンド不連続が小さくなり、高温
での特性劣化があるヘテロ接合スパイクの影響が小さく
なること、及び、超格子構造の無秩序化によって電流制
限領域を形成したので、発振特性の均一性や再現性に優
れた半導体レーザを提供できる。
【００１０】本発明の半導体レーザでは、前記電流ブロ
ック層が、前記超格子構造の無秩序化されない領域から
成り、該無秩序化されない領域が酸化されていることが
好ましい。この場合、電流制限領域の抵抗値が更に大き
くなり、電流ブロック層の電流狭窄作用がより顕著にな
るので、更に高温で低駆動電流動作することができる。
ック層が、前記超格子構造の無秩序化されない領域から
成り、該無秩序化されない領域が酸化されていることが
好ましい。この場合、電流制限領域の抵抗値が更に大き
くなり、電流ブロック層の電流狭窄作用がより顕著にな
るので、更に高温で低駆動電流動作することができる。
【００１１】前記第１の半導体層が、ＡlＩnＡs、ＡlＡ
s、又は、ＡlＧaＡsから成ること、又は、前記超格子構
造が、アルミニウム組成が異なる複数の前記第１の半導
体層からなることも本発明の好ましい態様である。この
場合、半導体材料の使用範囲が広がる。
s、又は、ＡlＧaＡsから成ること、又は、前記超格子構
造が、アルミニウム組成が異なる複数の前記第１の半導
体層からなることも本発明の好ましい態様である。この
場合、半導体材料の使用範囲が広がる。
【００１２】また、本発明の半導体層の酸化方法は、ア
ルミニウムを含む第１の半導体層と、アルミニウムを含
まない第２の半導体層とから成る超格子構造を形成し、
前記超格子構造に選択的な不純物拡散を行って、前記超
格子構造を無秩序化された領域と無秩序化されない領域
とに形成し、前記無秩序化されない領域を酸化すること
を特徴とする。
ルミニウムを含む第１の半導体層と、アルミニウムを含
まない第２の半導体層とから成る超格子構造を形成し、
前記超格子構造に選択的な不純物拡散を行って、前記超
格子構造を無秩序化された領域と無秩序化されない領域
とに形成し、前記無秩序化されない領域を酸化すること
を特徴とする。
【００１３】本発明の半導体層の酸化方法は、超格子構
造で形成された電流ブロック層を不純物拡散により無秩
序化することで、選択的な酸化制御が容易に行え、均一
性及び再現性の高い半導体レーザが製造できる。
造で形成された電流ブロック層を不純物拡散により無秩
序化することで、選択的な酸化制御が容易に行え、均一
性及び再現性の高い半導体レーザが製造できる。
【００１４】本発明の半導体層の酸化方法では、前記不
純物拡散の材料としてＺｎ又はＳｉを利用することが好
まれる。
純物拡散の材料としてＺｎ又はＳｉを利用することが好
まれる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態例の半
導体レーザ及び半導体層の酸化方法について図面を参照
して説明する。図１は、本発明の第１実施形態例の半導
体レーザの構造を示す断面図である。本実施形態例の半
導体レーザは、埋め込みリッジ構造でＩｎＰ基板上に作
製するＩｎＧａＡｓＰ系長波長レーザである。半導体レ
ーザは、ｐ型ＩｎＰ基板１上に、電流ブロック層のＡｌ
ＩｎＡｓ／ＩｎＰ超格子酸化膜１１、電流経路領域を成
す無秩序化超格子層５、ｐ型ＩｎＰバッファ層３、ｐ型
ＩｎＰクラッド層６、発光する領域である活性層７、ｎ
型ＩｎＰクラッド層８、ｎ型ＩｎＰ層９、ｎ+型ＩｎＧ
ａＡｓＰコンタクト層１０、及び、ＳｉＯ2薄膜１２を
形成し、最上層にｎ型電極１３、及び、最下層にｐ型電
極１４を形成する。
導体レーザ及び半導体層の酸化方法について図面を参照
して説明する。図１は、本発明の第１実施形態例の半導
体レーザの構造を示す断面図である。本実施形態例の半
導体レーザは、埋め込みリッジ構造でＩｎＰ基板上に作
製するＩｎＧａＡｓＰ系長波長レーザである。半導体レ
ーザは、ｐ型ＩｎＰ基板１上に、電流ブロック層のＡｌ
ＩｎＡｓ／ＩｎＰ超格子酸化膜１１、電流経路領域を成
す無秩序化超格子層５、ｐ型ＩｎＰバッファ層３、ｐ型
ＩｎＰクラッド層６、発光する領域である活性層７、ｎ
型ＩｎＰクラッド層８、ｎ型ＩｎＰ層９、ｎ+型ＩｎＧ
ａＡｓＰコンタクト層１０、及び、ＳｉＯ2薄膜１２を
形成し、最上層にｎ型電極１３、及び、最下層にｐ型電
極１４を形成する。
【００１６】電流ブロック層は、アルミニウムを含む第
１の半導体層と、アルミニウムを含まない第２の半導体
層とから成る超格子構造（以下、超格子層と呼ぶ）を酸
化させることにより形成される。超格子層は、不純物拡
散を行うと無秩序化されるので、選択的な不純物の投入
により、無秩序化された第１領域と無秩序化されない第
２領域とに分割される。第１領域が第２領域に比べて酸
化速度が遅いので、第１及び第２領域を双方とも高温高
湿度雰囲気中にさらせば、第２領域が選択的に酸化さ
れ、酸化制御が容易に行える。酸化された第２領域が酸
化されない第１領域に比べて電気抵抗が大きいので、電
流狭窄構造を有する。また、無秩序化された第１領域
は、InAlAsPという半導体を成し、図６のp型AlInAs層２
０に比べて、InP層との間で生じるバンド不連続量が小
さく、かつ、ヘテロ接合界面の急峻性も低下しているた
めヘテロスパイクの影響は小さく電流経路の抵抗が低減
されている。このため半導体レーザの高温での特性劣化
及び信頼性低下が発生し難い。
１の半導体層と、アルミニウムを含まない第２の半導体
層とから成る超格子構造（以下、超格子層と呼ぶ）を酸
化させることにより形成される。超格子層は、不純物拡
散を行うと無秩序化されるので、選択的な不純物の投入
により、無秩序化された第１領域と無秩序化されない第
２領域とに分割される。第１領域が第２領域に比べて酸
化速度が遅いので、第１及び第２領域を双方とも高温高
湿度雰囲気中にさらせば、第２領域が選択的に酸化さ
れ、酸化制御が容易に行える。酸化された第２領域が酸
化されない第１領域に比べて電気抵抗が大きいので、電
流狭窄構造を有する。また、無秩序化された第１領域
は、InAlAsPという半導体を成し、図６のp型AlInAs層２
０に比べて、InP層との間で生じるバンド不連続量が小
さく、かつ、ヘテロ接合界面の急峻性も低下しているた
めヘテロスパイクの影響は小さく電流経路の抵抗が低減
されている。このため半導体レーザの高温での特性劣化
及び信頼性低下が発生し難い。
【００１７】図２（ａ）〜（ｃ）は、上記実施形態例の
半導体層の酸化方法の各工程段階を示す断面図である。
本実施形態例の半導体層の酸化方法を用いた半導体レー
ザの作製工程は、まず、ｐ型ＩｎＰ基板１上に、ＡｌＩ
ｎＡｓ／ＩｎＰ超格子層２と、ｐ型ＩｎＰバッファ層３
とをこの順に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用
いて成長する（図２ａ）。ＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ超格子
層２は、ＡｌＩｎＡｓ組成の第１半導体層と、ＩｎＰ組
成の第２半導体層とから成る超格子構造で予め形成す
る。
半導体層の酸化方法の各工程段階を示す断面図である。
本実施形態例の半導体層の酸化方法を用いた半導体レー
ザの作製工程は、まず、ｐ型ＩｎＰ基板１上に、ＡｌＩ
ｎＡｓ／ＩｎＰ超格子層２と、ｐ型ＩｎＰバッファ層３
とをこの順に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用
いて成長する（図２ａ）。ＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ超格子
層２は、ＡｌＩｎＡｓ組成の第１半導体層と、ＩｎＰ組
成の第２半導体層とから成る超格子構造で予め形成す
る。
【００１８】次に、ｐ型ＩｎＰバッファ層３の（１０
０）面方位の表面にＣＶＤ法を用いてＳｉＯ2膜４を堆
積し、フォトリソグラフイを用いて、ＳｉＯ2膜４を幅
５μｍ、間隔１．４μｍの２本のストライプとして形成
する。ＳｉＯ2膜４をマスクとして、Ｚｎを２本のスト
ライプの間の開口部から選択的に拡散することでＺｎ拡
散領域１９を形成する。Ｚｎ拡散領域１９では、電流ブ
ロック層の超格子構造が無秩序化されて、無秩序化超格
子層５を形成する。（図２ｂ）。次いで、ＳｉＯ2膜４
をマスクとして、開口部のｐ型ＩｎＰバッファ層３上
に、Ｚｎドープのｐ型ＩｎＰクラッド層６、発振波長
１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ歪みＭＱＷの活性層
７、及び、Ｓｉドープのｎ型ＩｎＰクラッド層８の順に
ＭＯＶＰＥ法を用いて選択成長する（図２ｃ）。
０）面方位の表面にＣＶＤ法を用いてＳｉＯ2膜４を堆
積し、フォトリソグラフイを用いて、ＳｉＯ2膜４を幅
５μｍ、間隔１．４μｍの２本のストライプとして形成
する。ＳｉＯ2膜４をマスクとして、Ｚｎを２本のスト
ライプの間の開口部から選択的に拡散することでＺｎ拡
散領域１９を形成する。Ｚｎ拡散領域１９では、電流ブ
ロック層の超格子構造が無秩序化されて、無秩序化超格
子層５を形成する。（図２ｂ）。次いで、ＳｉＯ2膜４
をマスクとして、開口部のｐ型ＩｎＰバッファ層３上
に、Ｚｎドープのｐ型ＩｎＰクラッド層６、発振波長
１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ歪みＭＱＷの活性層
７、及び、Ｓｉドープのｎ型ＩｎＰクラッド層８の順に
ＭＯＶＰＥ法を用いて選択成長する（図２ｃ）。
【００１９】更に、ストライプ状のＳｉＯ2膜４を除去
し、ウェハ全面に、ｎ型ＩｎＰ層９、及び、ｎ+型Ｉｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層１０をこの順に成長する。次い
で、ウエットエッチングを用いて活性層７を含むメサを
形成し、コンタクト電極の領域に保護用のＳｉＯ2薄膜
１２を堆積する。電流ブロック層は、ＡｌＩｎＡｓ／Ｉ
ｎＰ超格子層２が無秩序化超格子層５より酸化速度が速
いので、高温高湿度雰囲気中にさらすことで、ＡｌＩｎ
Ａｓ／ＩｎＰ超格子層２が選択酸化されて、ＡｌＩｎＡ
ｓ／ＩｎＰ超格子酸化膜１１になる。最後に、活性層７
の頭上部分のみ残してＳｉＯ2薄膜１２を形成し、最上
層にｎ型電極１３と、最下層にｐ型電極１４とを形成し
て、半導体レーザを完成する。
し、ウェハ全面に、ｎ型ＩｎＰ層９、及び、ｎ+型Ｉｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層１０をこの順に成長する。次い
で、ウエットエッチングを用いて活性層７を含むメサを
形成し、コンタクト電極の領域に保護用のＳｉＯ2薄膜
１２を堆積する。電流ブロック層は、ＡｌＩｎＡｓ／Ｉ
ｎＰ超格子層２が無秩序化超格子層５より酸化速度が速
いので、高温高湿度雰囲気中にさらすことで、ＡｌＩｎ
Ａｓ／ＩｎＰ超格子層２が選択酸化されて、ＡｌＩｎＡ
ｓ／ＩｎＰ超格子酸化膜１１になる。最後に、活性層７
の頭上部分のみ残してＳｉＯ2薄膜１２を形成し、最上
層にｎ型電極１３と、最下層にｐ型電極１４とを形成し
て、半導体レーザを完成する。
【００２０】上記実施形態例によれば、Zn拡散によりIn
PとAlInAsの超格子構造２が無秩序化されInAlAsPが形成
されることによりAlInAs層よりも酸化速度が非常に遅く
なる。よって、横方向からの酸化は無秩序化領域に達し
たところで自動的に止まった状況が作られる。このため
酸化による電流パス幅の制御性が飛躍的に向上する。更
に、無秩序化された領域では、InAlAsPという半導体を
成し、従来のAlInAs単層の場合と比べバンド不連続量が
小さく、かつ、ヘテロ接合界面の急峻性も低下している
ためヘテロスパイクの影響は小さく電流経路の抵抗が低
減されている。このため、高温での低駆動電流動作が可
能となる。また、活性層部分が埋め込み構造となってい
るため、横モードの高い制御性、高速変調、高出力等の
効果が得られる。本実施例は、いわゆる埋め込み成長さ
れた活性層を取り入れて、横モード制御性を高出力状況
においても十分としたレーザ構造である。
PとAlInAsの超格子構造２が無秩序化されInAlAsPが形成
されることによりAlInAs層よりも酸化速度が非常に遅く
なる。よって、横方向からの酸化は無秩序化領域に達し
たところで自動的に止まった状況が作られる。このため
酸化による電流パス幅の制御性が飛躍的に向上する。更
に、無秩序化された領域では、InAlAsPという半導体を
成し、従来のAlInAs単層の場合と比べバンド不連続量が
小さく、かつ、ヘテロ接合界面の急峻性も低下している
ためヘテロスパイクの影響は小さく電流経路の抵抗が低
減されている。このため、高温での低駆動電流動作が可
能となる。また、活性層部分が埋め込み構造となってい
るため、横モードの高い制御性、高速変調、高出力等の
効果が得られる。本実施例は、いわゆる埋め込み成長さ
れた活性層を取り入れて、横モード制御性を高出力状況
においても十分としたレーザ構造である。
【００２１】図３は、本発明の第２実施形態例の半導体
レーザの構造を示す断面図である。本実施形態例の半導
体レーザは、ｐ型ＩｎＰクラッド層６、活性層７、及
び、ｎ型ＩｎＰクラッド層８が選択成長する点に代えて
一様成長する点が、先の実施形態例とは異なる。本実施
形態例の半導体レーザの作製工程は、図２（ｂ）に示す
ように、無秩序化超格子層５を形成した後、ＳｉＯ2膜
４を除去し、ウェハ全面に、ｐ型ＩｎＰクラッド層６、
活性層７、及び、ｎ型ＩｎＰクラッド層８をこの順に一
様に成長する。次に、先の実施形態例と同様に、ｎ+型
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１０、ＳｉＯ2薄膜１２、
ｎ型電極１３、及び、ｐ型電極１４を形成して、半導体
レーザを完成する。
レーザの構造を示す断面図である。本実施形態例の半導
体レーザは、ｐ型ＩｎＰクラッド層６、活性層７、及
び、ｎ型ＩｎＰクラッド層８が選択成長する点に代えて
一様成長する点が、先の実施形態例とは異なる。本実施
形態例の半導体レーザの作製工程は、図２（ｂ）に示す
ように、無秩序化超格子層５を形成した後、ＳｉＯ2膜
４を除去し、ウェハ全面に、ｐ型ＩｎＰクラッド層６、
活性層７、及び、ｎ型ＩｎＰクラッド層８をこの順に一
様に成長する。次に、先の実施形態例と同様に、ｎ+型
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１０、ＳｉＯ2薄膜１２、
ｎ型電極１３、及び、ｐ型電極１４を形成して、半導体
レーザを完成する。
【００２２】上記実施形態例によれば、第６図に示した
従来構造のレーザと同じ横モード導波機構を有し、かつ
セルフアライン性により横モード制御を規定する非酸化
領域幅制御性の高いレーザが実現できる。
従来構造のレーザと同じ横モード導波機構を有し、かつ
セルフアライン性により横モード制御を規定する非酸化
領域幅制御性の高いレーザが実現できる。
【００２３】図４は、本発明の第３実施形態例の半導体
レーザの構造を示す断面図である。本実施形態例の半導
体レーザは、電流ブロック層を酸化しない点が、先の実
施形態例とは異なる。本実施形態例の半導体レーザの作
製工程は、電流ブロック層を高温高湿度雰囲気中にさら
して、選択酸化する酸化プロセスを省略したので、電流
ブロック層がＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ超格子層２で構成さ
れる。
レーザの構造を示す断面図である。本実施形態例の半導
体レーザは、電流ブロック層を酸化しない点が、先の実
施形態例とは異なる。本実施形態例の半導体レーザの作
製工程は、電流ブロック層を高温高湿度雰囲気中にさら
して、選択酸化する酸化プロセスを省略したので、電流
ブロック層がＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ超格子層２で構成さ
れる。
【００２４】ＡｌＩｎＡｓ組成の層とＩｎＰ組成の層と
の間は、バンド不連続に伴うヘテロ接合スパイクの影響
により、接合面の抵抗が大きくなる。無秩序化超格子層
５は、無秩序化によりＩｎＡｌＡｓＰ組成の半導体に組
成変化しバンド不連続が小さいので、無秩序化されない
ＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ超格子層２に比べると抵抗が小さ
い。無秩序化超格子層５は、酸化プロセスを省略したＡ
ｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ超格子層２に対して、電流ブロック
層に電流密度が高い電流狭窄構造を有する。
の間は、バンド不連続に伴うヘテロ接合スパイクの影響
により、接合面の抵抗が大きくなる。無秩序化超格子層
５は、無秩序化によりＩｎＡｌＡｓＰ組成の半導体に組
成変化しバンド不連続が小さいので、無秩序化されない
ＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ超格子層２に比べると抵抗が小さ
い。無秩序化超格子層５は、酸化プロセスを省略したＡ
ｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ超格子層２に対して、電流ブロック
層に電流密度が高い電流狭窄構造を有する。
【００２５】上記実施形態例によれば、電流ブロック層
の酸化プロセスが省略できるので、半導体レーザの製造
が容易になり、低コストの生産ができる。
の酸化プロセスが省略できるので、半導体レーザの製造
が容易になり、低コストの生産ができる。
【００２６】図５は、本発明の第４実施形態例の半導体
レーザの構造を示す断面図である。本実施形態例の半導
体レーザは、ｐ型基板上に代えてｎ型基板上に形成され
る点が、先の実施形態例とは異なる。本実施形態例の半
導体層の酸化方法を用いた半導体レーザの作製工程は、
まず、ｎ型ＩｎＰ基板１７上の（１００）面方位の表面
にＣＶＤ法を用いてＳｉＯ2膜４を堆積して、ＳｉＯ2膜
４をフォトリソグラフイにより幅５μｍ、間隔１．４μ
ｍの２本のストライプとして形成する。次に、ＳｉＯ2
膜４をマスクとして、ｎ型ＩｎＰクラッド層８、活性層
７、及び、ｐ型ＩｎＰクラッド層６の順にＭＯＶＰＥ法
を用いて選択成長する。
レーザの構造を示す断面図である。本実施形態例の半導
体レーザは、ｐ型基板上に代えてｎ型基板上に形成され
る点が、先の実施形態例とは異なる。本実施形態例の半
導体層の酸化方法を用いた半導体レーザの作製工程は、
まず、ｎ型ＩｎＰ基板１７上の（１００）面方位の表面
にＣＶＤ法を用いてＳｉＯ2膜４を堆積して、ＳｉＯ2膜
４をフォトリソグラフイにより幅５μｍ、間隔１．４μ
ｍの２本のストライプとして形成する。次に、ＳｉＯ2
膜４をマスクとして、ｎ型ＩｎＰクラッド層８、活性層
７、及び、ｐ型ＩｎＰクラッド層６の順にＭＯＶＰＥ法
を用いて選択成長する。
【００２７】次いで、ＳｉＯ2膜４を除去し、この上全
体に、ｎ型ＩｎＰ層１５、ＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ超格子
層２、ｎ型ＩｎＰ層１５、及び、ｐ+型ＩｎＧａＡｓＰ
層１６をこの順に成長する。その後、活性層７の頭上部
分以外にＳｉＯ2薄膜を堆積し、この薄膜をマスクとし
て不純物Ｚｎを拡散して、Ｚｎ拡散領域１９内にあるＡ
ｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ超格子層２を無秩序化して無秩序化
超格子層５にする。更に、活性層７の頭上部分に保護用
ＳｉＯ2薄膜を堆積し、活性層７を含むメサをウエット
エッチングで形成し、電流ブロック層を高温高湿度雰囲
気中にさらすことで、ＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ超格子層２
が選択酸化されて、ＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ超格子酸化膜
１１になる。最後に、活性層７の頭上部分のみ残してＳ
ｉＯ2薄膜１２を形成し、最上層にｐ型電極１４、及
び、最下層にｎ型電極１３を形成して、半導体レーザを
完成する。
体に、ｎ型ＩｎＰ層１５、ＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ超格子
層２、ｎ型ＩｎＰ層１５、及び、ｐ+型ＩｎＧａＡｓＰ
層１６をこの順に成長する。その後、活性層７の頭上部
分以外にＳｉＯ2薄膜を堆積し、この薄膜をマスクとし
て不純物Ｚｎを拡散して、Ｚｎ拡散領域１９内にあるＡ
ｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ超格子層２を無秩序化して無秩序化
超格子層５にする。更に、活性層７の頭上部分に保護用
ＳｉＯ2薄膜を堆積し、活性層７を含むメサをウエット
エッチングで形成し、電流ブロック層を高温高湿度雰囲
気中にさらすことで、ＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ超格子層２
が選択酸化されて、ＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ超格子酸化膜
１１になる。最後に、活性層７の頭上部分のみ残してＳ
ｉＯ2薄膜１２を形成し、最上層にｐ型電極１４、及
び、最下層にｎ型電極１３を形成して、半導体レーザを
完成する。
【００２８】上記実施形態例によれば、半導体レーザが
ｐ型及びｎ型基板上の双方に作製できるので、適用でき
る範囲が広がる。
ｐ型及びｎ型基板上の双方に作製できるので、適用でき
る範囲が広がる。
【００２９】なお、長波系の半導体レーザは、ＩｎＰ基
板上に形成する電流ブロック層をＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ
超格子構造に代えてＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＰ超格
子構造にすること、短波系の半導体レーザとしてＧａＡ
ｓ基板上に形成する電流ブロック層をＡｌＡｓ／ＧａＡ
ｓ超格子構造にすることもできる。この場合、Ａｌ組成
比を所定の値に設定すれば、上記実施形態例と同様な効
果を有する。また、超格子層に拡散プロセスを用いてＺ
ｎを不純物拡散する際、Ｚｎに代えて他の不純物を拡散
することができる。例えば、超格子構造をｎ型クラッド
層内に設定し、実施形態例の導電型を反転させれば、ｎ
型不純物での無秩序化が必然であり、その代表としてＳ
ｉが実施できる。更に、無秩序化する方法は、拡散プロ
セス以外でも可能であり、イオン注入及び熱プロセスを
組み合わせても良い。
板上に形成する電流ブロック層をＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ
超格子構造に代えてＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＡｌＡｓＰ超格
子構造にすること、短波系の半導体レーザとしてＧａＡ
ｓ基板上に形成する電流ブロック層をＡｌＡｓ／ＧａＡ
ｓ超格子構造にすることもできる。この場合、Ａｌ組成
比を所定の値に設定すれば、上記実施形態例と同様な効
果を有する。また、超格子層に拡散プロセスを用いてＺ
ｎを不純物拡散する際、Ｚｎに代えて他の不純物を拡散
することができる。例えば、超格子構造をｎ型クラッド
層内に設定し、実施形態例の導電型を反転させれば、ｎ
型不純物での無秩序化が必然であり、その代表としてＳ
ｉが実施できる。更に、無秩序化する方法は、拡散プロ
セス以外でも可能であり、イオン注入及び熱プロセスを
組み合わせても良い。
【００３０】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の半導体レーザ及び半導体層
の酸化方法は、上記実施形態例の構成にのみ限定される
ものでなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び
変更を施した半導体レーザ及び半導体層の酸化方法も、
本発明の範囲に含まれる。
づいて説明したが、本発明の半導体レーザ及び半導体層
の酸化方法は、上記実施形態例の構成にのみ限定される
ものでなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び
変更を施した半導体レーザ及び半導体層の酸化方法も、
本発明の範囲に含まれる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体レ
ーザは、超格子層無秩序化の採用によりヘテロ接合スパ
イクの影響が少なく、電流ブロック層の電流狭窄作用に
より活性層に高い電流密度の電流供給が可能なため、高
温でも低駆動電流で動作することができる。また、本発
明の半導体層の酸化方法は、超格子構造で形成された電
流ブロック層を不純物拡散により無秩序化することで、
選択的な酸化制御が容易に行え、均一性及び再現性の高
い半導体レーザが製造できる。従って、発振特性が良好
な半導体レーザを高均一高歩留まりで大量生産すること
ができる。
ーザは、超格子層無秩序化の採用によりヘテロ接合スパ
イクの影響が少なく、電流ブロック層の電流狭窄作用に
より活性層に高い電流密度の電流供給が可能なため、高
温でも低駆動電流で動作することができる。また、本発
明の半導体層の酸化方法は、超格子構造で形成された電
流ブロック層を不純物拡散により無秩序化することで、
選択的な酸化制御が容易に行え、均一性及び再現性の高
い半導体レーザが製造できる。従って、発振特性が良好
な半導体レーザを高均一高歩留まりで大量生産すること
ができる。
【図１】本発明の第１実施形態例の半導体レーザの構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図２】同図（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態例
の半導体層の酸化方法の各工程段階を示す断面図であ
る。
の半導体層の酸化方法の各工程段階を示す断面図であ
る。
【図３】本発明の第２実施形態例の半導体レーザの構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態例の半導体レーザの構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態例の半導体レーザの構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図６】該文献に記載のリッジ型レーザの構造を示す断
面図である。
面図である。
１ ｐ型ＩｎＰ基板 ２ ＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ超格子層 ３ ｐ型ＩｎＰバッファ層 ４ ＳｉＯ2膜 ５ 無秩序化超格子層 ６ ｐ型ＩｎＰクラッド層 ７ 活性層 ８ ｎ型ＩｎＰクラッド層 ９ ｎ型ＩｎＰ層 １０ ｎ+型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 １１ ＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ超格子酸化膜 １２ ＳｉＯ2薄膜 １３ ｎ型電極 １４ ｐ型電極 １５ ｎ型ＩｎＰ層 １６ ｐ+型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 １７ ｎ型ＩｎＰ基板 １８ ＡｌＩｎＡｓ酸化膜 １９ Ｚｎ拡散領域 ２０ ｐ型ＡｌＩｎＡｓ層
Claims (6)
- 【請求項１】 レーザ発光を行う活性層と、該活性層に
向けて電流を流す電流経路領域と前記活性層以外の部分
に流す電流を制限する電流制限領域である電流ブロック
層とを備える半導体レーザにおいて、 前記電流ブロック層が、アルミニウムを含む第１の半導
体層と、アルミニウムを含まない第２の半導体層とから
成る超格子構造を形成し、該超格子構造の一部を不純物
拡散によって選択的に無秩序化し、該無秩序化された領
域を前記電流経路領域としたことを特徴とする半導体レ
ーザ。 - 【請求項２】 前記電流ブロック層が、前記超格子構造
の無秩序化されない領域から成り、該無秩序化されない
領域が酸化されていることを特徴とする、請求項１に記
載の半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記第１の半導体層が、ＡlＩnＡs、Ａl
Ａs、又は、ＡlＧaＡsから成ることを特徴とする、請求
項１又は２に記載の半導体レーザ。 - 【請求項４】 前記超格子構造が、アルミニウム組成が
異なる複数の前記第１の半導体層からなることを特徴と
する、請求項１又は２に記載の半導体レーザ。 - 【請求項５】 アルミニウムを含む第１の半導体層と、
アルミニウムを含まない第２の半導体層とから成る超格
子構造を形成し、前記超格子構造に選択的な不純物拡散
を行って、前記超格子構造を無秩序化された領域と無秩
序化されない領域とに形成し、前記無秩序化されない領
域を酸化することを特徴とする、半導体層の酸化方法。 - 【請求項６】 前記不純物拡散の材料が、Ｚｎ又はＳｉ
であることを特徴とする、請求項５に記載の半導体層の
酸化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28137699A JP2001102691A (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | 半導体レーザ及び半導体層の酸化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28137699A JP2001102691A (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | 半導体レーザ及び半導体層の酸化方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001102691A true JP2001102691A (ja) | 2001-04-13 |
Family
ID=17638281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28137699A Pending JP2001102691A (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | 半導体レーザ及び半導体層の酸化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001102691A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006253340A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Ricoh Co Ltd | 面発光レーザ素子およびその製造方法および面発光レーザアレイおよび電子写真システムおよび光通信システムおよび光インターコネクションシステム |
| US7157298B2 (en) | 2002-07-10 | 2007-01-02 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Surface emitting semiconductor laser, and method and apparatus for fabricating the same |
| WO2009119103A1 (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-01 | 国立大学法人東京大学 | 半導体基板、半導体装置、および半導体装置の製造方法 |
-
1999
- 1999-10-01 JP JP28137699A patent/JP2001102691A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7157298B2 (en) | 2002-07-10 | 2007-01-02 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Surface emitting semiconductor laser, and method and apparatus for fabricating the same |
| JP2006253340A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Ricoh Co Ltd | 面発光レーザ素子およびその製造方法および面発光レーザアレイおよび電子写真システムおよび光通信システムおよび光インターコネクションシステム |
| WO2009119103A1 (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-01 | 国立大学法人東京大学 | 半導体基板、半導体装置、および半導体装置の製造方法 |
| US8431459B2 (en) | 2008-03-26 | 2013-04-30 | The University Of Tokyo | Semiconductor wafer, semiconductor device, and method of manufacturing a semiconductor device |
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