JP2001196694A - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
系半導体層を作製するため、Inの再蒸発が生じる温度
まで成長温度を高くしても結晶性が劣化しないようにす
る。 【解決手段】 (100)面から[011]方向に7°
〜15°傾けた面を主面とするGaAs基板1上にGa
Asよりなるバッファ層2及びGaInPよりなるバッ
ファ層3をMBE法(分子線エピタキシャル成長法)に
より形成後、バンドギャップEgcのAlGaInPクラ
ッド層4,6、及びバンドギャップEgaのAlGaIn
P活性層5を含む半導体層を含む半導体層をMBE法に
より形成する。III族の元素の量を調整してEga<Egc
とする。また、半導体レーザ素子は[01−1]方向に
延伸するリッジストライプを有する。
Description
半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。特に、低
温でAlGaInP系半導体層を成長することが可能な
MBE法を用いて製造することによって良好な結晶性を
得、発振閾値が低く、発光効率が高い、半導体レーザ素
子及びその製造方法に関する。
光ディスクシステム、レーザプリンタ、バーコードリー
ダなど多くの分野において光源として用いられており、
従来より盛んに研究開発が行われている。AlGaIn
P系半導体レーザ素子及びその製造方法に関する先行技
術としては、例として特開平8−228041号公報,
特開平8−228047号公報,特開平6−29606
2号公報,特開平2−168690号公報,特開平8−
181385号公報,特開平5−67839号公報,特
開平7−50453号公報,特開平7−50452号公
報,特開平7−22696号公報,特開平6−2759
15号公報などが挙げられる。
半導体レーザ素子を構成するAlGaInP系結晶層の
成長には主としてMOCVD法が用いられているが、こ
れは他の有力な結晶成長法であるMBE法に比べて結晶
性の良いものが得られていたためである。しかし、MB
E法では半導体レーザ素子の電気特性の改善に重要なp
型半導体層のキャリア濃度をMOCVD法より高くでき
ること、該キャリア濃度を達成するための不純物に拡散
の小さいBeを用いることができるため、長時間の信頼
性が得られる半導体レーザ素子を実現できること、の2
つの大きな利点がある。このため、MBE法により成長
される結晶の、結晶性の改善がAlGaInP系半導体
レーザ素子の特性改善に有効である。以下にMBE法を
用いたAlGaInP系半導体レーザ素子について説明
する。
P系半導体レーザ素子の従来の製造方法を示す工程図で
あり、図5(E)〜図5(G)は、同じく従来の製造方
法を示す図4(A)〜図4(D)から続く工程図であ
る。図4(A)に示すように、面方位が(100)ジャ
ストのn型GaAs基板21の主面上にMBE法(分子
線エピタキシャル成長法:Molecular Beam Epitaxy)に
より成長温度450℃で、n型(Al0.72Ga0.28)
0.51In0.49Pクラッド層22、Ga0.51In0.49P活
性層23、p型(Al0.72Ga0.28)0.51In 0.49Pク
ラッド層24、ノンドープGa0.62In0.38Pエッチン
グストップ層25、p型(Al0.72Ga0.28)0.51In
0.49P第2クラッド層26、p型Ga0.5 1In0.49P中
間層27及びp型GaAsキャップ層28を順次成長
し、次に、この上にAl2O3膜29を蒸着する。
0を塗布し、フォトエッチングを行ってAl2O3膜29
をストライプ状にパターン加工した後、図4(B)に示
すようにAl2O3膜29をマスクとしてエッチングを行
い、p型GaAsキャップ層28、p型Ga0.51In
0.49P中間層27、p型(Al0.72Ga0.28)0.51In
0.49P第2クラッド層26を除去することにより、Al
2O3膜29の直下にリッジを形成する。この後、図4
(C)に示すようにレジスト膜30を除去した後、2回
目のMBE成長を行い、リッジ両側にn型GaAs電流
狭窄層31を作製する。
晶状態のGaAs結晶32が成長する。次いで、レジス
ト膜33をスピンナにより塗布する。この場合n型Ga
As電流狭窄層31上にはレジスト33が塗布される
が、多結晶状態のGaAs結晶32上にはレジスト33
がほとんど塗布されない。この後、表面全体のレジスト
33をO3−UVアッシングして、図4(D)に示すよ
うにn型GaAs電流狭窄層31上のみにレジスト33
が塗布されている状態にする。
スト33をマスクとして多結晶状態のGaAs結晶32
をエッチング除去する。その後、図5(F)に示すよう
にレジスト33を除去し、Al2O3膜29もエッチング
除去する。次いで3回目のMBE成長を行いp型GaA
sコンタクト層34を作製し、最後にこのようにして作
製した積層構造の上面及びn型GaAs基板21の裏面
に、電極35,36を形成することにより、図5(G)
に示すようなAlGaInP系赤色半導体レーザ素子が
得られる。
属を分子の形で供給するため、同じ気相成長法であるが
材料を有機金属の形で供給し、半導体基板上で熱分解し
て成長させるMOCVD法(有機金属化学気相成長法:
Metal Organic Chemical Vapor Deposition)に比較し
て低温成長が可能である。また、MOCVD法の場合に
は成長温度を有機金属の分解温度より高い600℃〜7
00℃としなければ結晶成長ができない。即ち、In原
子の蒸発温度である520℃より高い温度で成長する必
要があるため、供給したInの量に対し成長する結晶の
厚さが薄くなる、いわゆる再蒸発が発生している状態で
の成長となる。再蒸発が生じると結晶の混晶比が、材料
の供給量だけでなく、成長温度により変化するため発振
波長等半導体レーザ素子の光学特性の制御等が困難にな
るという問題がある。
はやはり高温側での成長が望ましい。例えば、AlGa
InP系材料を400℃以下で成長した場合、結晶の比
抵抗が高くなって半導体レーザ素子とすることができな
い。これは材料の金属分子が所定の位置に入らないため
に結晶性が悪くなるものと考えられる。ところが、MB
E成長法の場合、面方位が(100)ジャストの基板を
用いた場合、成長温度を480℃以上と高くするとフォ
トルミネッセンス発光(以下「PL」と呼ぶ)のスペク
トルが広くなり、レーザ素子用結晶として好ましくな
い。
aInP系の半導体層ではGaAs基板表面の不純物の
影響を受けやすくなり、しばしばモホロジィが劣化した
り、結晶欠陥が発生するという問題が発生する。
向にθ°傾けた面を主面とするGaAs基板上にMBE
法によりAlGaInP系の半導体層を成長させ、すな
わち結晶性の良いAlGaInP半導体層を成長させる
ことにより、発振閾値が低く、発光効率が高い半導体レ
ーザ素子を提供することを目的とする。
い温度で成長でき、従って、混晶比のバラツキが小さく
安定した特性の得られるMBE成長法でAlGaInP
系の半導体層の結晶性を向上することができ、更にはG
aAs基板表面の不純物の影響を受け難く、その上にA
lGaInP系の半導体層を成長させた場合に良質なモ
ホロジィを確保し、結晶欠陥を少なくすることができる
製造方法を提供することを目的とする。
鑑みてなされたもので、その第1の技術手段は、(10
0)面から[011]方向にθ°傾けた面を主面とする
基板上に、III−V族化合物半導体層からなるバンドギ
ャップEgcのクラッド層及びバンドギャップE gaの活性
層を積層し、リッジストライプを形成した半導体レーザ
素子において、前記バンドギャップEga,Egcの関係は
Ega<Egcであり、前記リッジストライプの延びる方向
は[01−1]方向であることを特徴とする。
段の半導体レーザ素子において、(100)面から[0
11]方向に傾ける角度θ°は、7°〜15°であるこ
とを特徴とする。
の技術手段の半導体レーザ素子において、前記リッジス
トライプの断面形状は、断面内で前記III−V族化合物
半導体層の積層方向に延びる軸に対し、軸非対称な形状
であることを特徴とする。
技術手段の半導体レーザ素子において、前記リッジスト
ライプの断面形状は、活性層に近い側の幅が広く、遠い
側の幅が狭い形状であり、積層面と前記リッジストライ
プの側面のなす角のうち、鋭角の方の角度が54.7°
±θ°であることを特徴とする。
技術手段の半導体レーザ素子において、前記活性層は、
GaInP/AlGaInP多重量子井戸であり、前記
クラッド層はAlGaInPであることを特徴とする。
技術手段の半導体レーザ素子において、前記基板はGa
Asであり、該基板上にGaAsよりなるバッファ層を
形成したことを特徴とする。
技術手段の半導体レーザ素子において、前記基板はGa
Asであり、該基板上にGaAs及びGaInPよりな
るバッファ層を形成したことを特徴とする。
から[011]方向にθ°傾けた面を主面とする基板上
に、III−V族化合物半導体層からなるバンドギャップ
Egcのクラッド層及びバンドギャップEgaの活性層を積
層し、リッジストライプを形成した半導体レーザ素子の
製造方法において、前記リッジストライプを[01−
1]方向に延伸させる工程、及び前記リッジストライプ
の表面を化学エッチングする工程を有することを特徴と
する。
段の半導体レーザ素子の製造方法において、前記活性層
及びクラッド層を含むIII−V族化合物半導体層をMB
E法により形成することを特徴とする。
手段の半導体レーザ素子の製造方法において、前記MB
E法によるGaInP、AlGaInP半導体層の成長
温度が400〜520℃の条件で行われることを特徴と
する。
11]方向にθ°傾けた面を主面とする基板上に、III
−V族化合物半導体層からなるバンドギャップEgcのク
ラッド層及びバンドギャップEgaの活性層を積層してな
る半導体レーザ素子において、Ega<Egcであり、リッ
ジストライプを有し、該リッジストライプの延びる方向
は[01−1]方向である半導体レーザ素子をMBE法
により形成する。
板の(100)面から[011]方向に傾ける角度θ°
は、傾斜角θ°を大きくしていくほど、その上に成長さ
れたAlGaInP系半導体層のPLのスペクトルが広
くなる成長温度が高くなることを見出した。即ち、面方
位が(100)ジャストの基板を用いた場合、成長温度
が480℃、500℃、520℃に対し、PLのスペク
トルの半値幅はそれぞれ83meV、94meV、13
0meVと広くなるのに対し、面方位が(100)から
[011]方向に15°傾いた基板を用いると成長温度
が480℃、500℃、520℃に対し、PLのスペク
トルの半値幅はそれぞれ79meV、66meV、68
meVと全ての成長温度においてジャスト基板の場合よ
り狭くInの再蒸発が発生する結晶成長温度である52
0℃までは結晶性が改善していることを見いだした。
重要な特性に温度特性T0がある。T0とは発振閾値の
温度依存性を表わすパラメータであるがこれが大きいほ
ど実用的な半導体レーザであるといえる。T0を大きく
するためにはクラッド層のバンドギャップEgcが活性層
のバンドギャップEgaよりできるだけ大きくなるように
することが必要である。例えば、活性層がGaInP
(量子井戸活性層では井戸層が発光に寄与するので井戸
層を考える)、クラッド層がAlGaInPであるAl
GaInP系半導体レーザ素子では、Egcをできる限り
大きくするためにAl混晶比を間接遷移の影響で実効的
にバンドギャップが低くなる手前の値0.367(Ga
との割合では0.72でInに対するGaとAlの合計
の割合が0.51)に設定している。ところで、活性層
のバンドギャップは設定波長に合わせ込むために不変で
ある。そうすると、T0を大きくするためにはEgcを大
きくするほかない。
III族元素(P以外)のInの割合が0.49であれ
ば、その層はGaAs基板と結晶格子の長さが等しい、
いわゆる格子整合結晶となる。AlとGaの相対的な量
は、その層のバンドギャップを変えるが結晶格子の長さ
はほとんど変えない。なお、本発明の実施例における量
子井戸層はInの割合が0.52と結晶格子がGaAs
基板より大きく設定されているので圧縮歪みが加わった
歪み超格子となっている。また、活性層のうちAlGa
InP(500Å)は光を閉じ込めるためのガイド層で
あり、AlGaInP(50Å×3)は量子井戸層を分
離して量子効果を発生させるための障壁層である。
角度θを大きくしていくと、いわゆる自然超格子が形成
されなくなるので、量子井戸構造であると否とにかかわ
らず、また量子井戸に圧縮歪みや引張り歪みが加えられ
ていると否とにかかわらずGaInP活性層及びAlG
aInPの結晶組成が一定であってもバンドギャップが
大きくなる。したがって、発振波長固定のため、活性層
のバンドギャップを層厚、歪あるいは組成で調整した場
合、θを大きくし、クラッド層のバンドギャップを大き
く取ればT0を大きくすることができる。MBE法で成
長した結晶の場合、GaAs基板の(100)面から
[011]方向に傾ける角度は7゜くらいからこのバン
ドギャップ増大効果が現れてくる。
法は、(100)面から[011]方向に7°〜15°
傾けた面を主面とするGaAs基板上にGaAsよりな
るバッファ層をMBE法により形成した後、バンドギャ
ップがEgcのAlGaInPクラッド層及びIII族の元
素の量を調整してバンドギャップEgaがEga<Egcとし
たAlGaInP活性層を含む半導体層をMBE法によ
り形成する。なお、GaAs基板の(100)面から
[011]方向に傾ける角度θ°については、活性層の
結晶性を良好にする点からは10°〜15°とするのが
好ましいが、前記したように自然超格子の形成を防止す
る点からは7°〜15°とすることができる。
法は、(100)面から[011]方向に7°〜15°
傾けた面を主面とするGaAs基板上にGaAsよりな
るバッファ層及びGaInPよりなるバッファ層をMB
E法により形成した後、バンドギャップがEgcのAlG
aInPクラッド層及びIII族の量を調整してバンドギ
ャップEgaがEga<EgcとしたAlGaInP活性層を
含む半導体層をMBE法により形成し、AlGaInP
系の半導体層の成長温度が400℃〜520℃の条件で
行う。
1]方向にθ°傾けた面を主面とするGaAs基板の主
面上にMBE法によりAlGaInP系の半導体層を成
長した場合、その上に成長されたAlGaInP系半導
体層のPLのスペクトルが狭く、Inが蒸発する520
℃まで成長温度を高くすることができる。即ち、結晶性
の良いInGaAlP層を成長することができる。した
がって、発振閾値が低く、発光効率が高いといった特性
の良い半導体レーザ素子を製造することができる。
るMOCVD法に比較して低温成長が可能であり、その
ために各成長層の組成制御が容易である。なぜならば通
常MOCVD法でAlGaInP系半導体層を成長させ
る場合、発光素子としての結晶性のレベルを確保するた
めに600℃〜700℃の高温で成長が行われる。しか
し、そのために成長中にInの再蒸発が発生する。した
がって正確な混晶比の制御を行うためには、再蒸発量を
一定に保つ必要があり、そのために通常の材料供給量の
制御に加えて成長温度の正確な制御が必要となる。しか
し、高温での正確な温度制御は難しいため、特にロット
間での混晶比のバラツキが大きくなる。MBE法ではA
lGaInP系を成長させる場合、発光素子としての結
晶性のレベルを確保するのに400℃〜520℃程度の
Inの再蒸発が生じない低温での成長が可能である。
延びる方向を、主面を傾ける方向と直交する[01−
1]方向とすることにより、リッジの形状が上部の狭い
順メサ形状となる。リッジストライプの延びる方向を
[011]方向とした場合、劈開により端面を形成する
と半導体レーザ素子内部の光導波路と端面が垂直になら
ず、レーザ出力光が基板面に対し傾いてしまい、光ディ
スクシステムの光源として使用することが困難となる。
また、リッジの形状は逆メサ形状となる。MBE成長法
では分子線は直進するため、上の方が広がった逆メサ形
状の場合、リッジ下部に材料元素が到達せず、成長した
結晶に空隙が生じてしまう。一方、リッジの形状が上部
の狭い順メサ形状であればリッジを隙間なく覆うように
結晶を成長させることができるため、上述のような空隙
は発生せず、レーザ光をリッジストライプ近傍に適当な
広がりをもって閉じ込めることができ、良好な光学特性
を有する半導体レーザ素子を製造することができる。し
かしながら、傾斜角を15°以上とすると一般的に用い
られるリッジ埋め込み構造の場合、リッジ左右の傾斜角
の非対称の度合いが大きくなりレーザ光の横モードが不
安定となるので、7°〜15°とすることが好ましく、
特に15°とするのが最適である。
能なMBE法で基板と同じ化合物であるGaAsバッフ
ァ層を作製することにより、AlGaInP系の半導体
層を成長に対し、GaAs基板表面の不純物の影響を避
けることができる。また、MBE法の場合GaAsバッ
ファ層を成長した後、AlGaInP系の半導体層の成
長を行うためには、成長チャンバを移動する必要があ
る。そのため、そこで成長中断が起こり表面に不純物が
取り込まれやすくなる。また、ウェハ移動中にコンタミ
ネイションが発生するといった問題が発生する。したが
ってその上に、反応性の高い高Al混晶比のAlGaI
nPクラッド層をいきなり成長させるのではなく、Ga
InPバッファ層をまず成長させることにより、AlG
aInP系の半導体層の良質なモホロジィを確保し、結
晶欠陥を少なくすることができる。
び図2に基づいて説明する。図1(A)〜図1(D)
は、本発明のAlGaInP系半導体レーザ素子の製造
方法を示す工程図であり、図2(E)〜図2(G)は、
同じく製造方法を示す図1(A)〜図1(D)から続く
工程図である。なお、本発明の半導体レーザ素子の実際
上の製造においては、多数の素子を1枚の基板の上に並
べて複数個同時に形成し、最後に個々の半導体レーザ素
子に分割されるので、図1、図2(図4、図4において
も同様)における素子の側面は波線にて表示している。
本実施例のAlGaInP系半導体レーザ素子は、発振
波長を650nmに設定した場合の例であり、この半導
体レーザ素子は、例えば次のような一連の工程によって
製造することができる。まず、図1(A)に示すよう
に、(100)面から[011]方向に15°傾けた面
を主面とするn型GaAs基板1上に、MBE法により
成長温度600℃でn型GaAsバッファ層2を0.2
5μm積層する。GaAsバッファ層2はV族元素とし
てAsのみを用いる成長チャンバで積層する。次に、G
aAsバッファ層2を積層したGaAs基板を真空中で
V族元素としてPのみを用いる成長チャンバに移動す
る。真空中で成長チャンバを移動した後、最初に反応性
の高いAlを含まないバッファ層を成長するので移動中
のコンタミネイションによる結晶性の劣化を防止するこ
とができる。
ましくは480℃〜510℃、最も好ましくはInの再
蒸発の心配が無く、PLのスペクトルが狭くなる480
℃〜490℃でn型Ga0.51In0.49Pバッファ層3を
0.25μm、n型(Al0.7 2Ga0.28)0.51In0.49
Pクラッド層4を1.2μm、歪量子井戸活性層5とし
て(Al0.5Ga0.5)0.51In0.49P(500Å)+
[Ga0.48In0.52P(50Å×4)+(Al0.5Ga
0.5)0.51In0.49P(50Å×3)]+(Al0.5Ga
0.5)0.51In0.49P(500Å)、p型(Al0.72G
a0.28)0.51In0.4 9P第1クラッド層6を0.17μ
m、p型またはノンドープGa0.62In0.38Pエッチン
グストップ層7を80Å、p型(Al0.72Ga0.28)
0.51In0.49P第2クラッド層8を1.03μm及びp
型Ga0.51In0.49P中間層9を0.05μm順次積層
する。本実施例では発振波長を650nmとするため歪
量子井戸層5をGa0.48In0.52P、厚さ50Åとし
た。
のみを用いる成長チャンバに移動し、既に積層した結晶
からP元素が抜けないように、成長温度500℃で第2
導電型GaAsキャップ層10を積層する。次いでp型
GaAsキャップ層10上にAl2O3膜11を0.15
μm蒸着する。
2を塗布し、フォトエッチングを行ってAl2O3膜11
を[01−1]方向に延びるストライプ状にパターン加
工した後、図1(B)に示すようにAl2O3膜11をマ
スクとしエッチングを行い、p型GaAsキャップ層1
0、p型Ga0.51In0.49P中間層9、p型(Al0. 72
Ga0.28)0.51In0.49P第2クラッド層8を除去する
ことにより、Al2O3膜11の直下にリッジを形成す
る。
aキャップ層10に対しては硫酸:過酸化水素水:水=
1:2:20(12℃)、p型Ga0.51In0.49P中間
層9に対してはSBW(飽和臭素水):リン酸:水=
2:1:5(20℃)、p型(Al0.72Ga0.28)0.51
In0.49P第2クラッド層8に対してはリン酸(70
℃)を用いた。なお、上記エッチング液を構成する各溶
液は次のとおりのものであり、各溶液の混合比は重量比
で表している。 硫酸(H2SO4):通常の濃硫酸であって日本薬局方の
特級品、 過酸化水素水(H2O2):日本薬局方の特級品 水(H2O):純水 飽和臭素水(SBW):臭素を水に入れ飽和させた(つ
まり、水の下方に臭素が残っている状態)溶液の上ずみ
液、 りん酸(H3PO4):日本薬局方の特級品 このようなエッチング液を用いて化学的なエッチングを
行うことにより、次の工程で形成されるGaAs電流狭
窄層とリッジの側面との結晶界面を良好なものとするこ
とが可能となる。化学的エッチングを行うことにより基
板の主面が(100)面から[011]方向にθ゜傾い
ているのに伴い、リッジの断面形状も結晶の断面内で積
層方向の軸に対し図3のように軸非対称な形状となる。
例えば、完全に化学的なエッチングを行えば、結晶面と
リッジ側面のなす角のうち鋭角の方の値はθ1=54.
7゜−θ゜、θ2=54.7゜+θ゜となる。リッジの
作成をイオンビームエッチング等の機械的な方法によっ
て行った場合、リッジの断面形状は結晶の断面内で積層
方向の軸に対し軸対称な形状とすることができる。しか
し、そうするとリッジ側面に機械的な損傷が残って、リ
ッジ側面と電流狭窄層との界面でリークが発生し、電流
狭窄効果が悪くなってしまう。このため、機械的な方法
でリッジを形成した場合も、電流狭窄層の成長前に上記
の化学エッチング用の液で少しリッジ側面をエッチング
することが望ましい。これをリンスと呼ぶ。リンスを行
うとリッジの形状は完全に化学エッチングで形成したほ
ど軸非対称ではないが、やはり軸非対称な形状となる。
膜12を除去した後、2回目のMBE成長をV族元素と
してAsのみを用いるチャンバにて行いリッジ両側に成
長温度600℃でn型GaAs電流狭窄層13を1.5
8μm作製する。成長温度は、表面が露出しているp型
Ga0.51In0.49P中間層9及びリッジ側面が露出して
いるp型(Al0.72Ga0.28)0.51In0.49P第2クラ
ッド層8からPまたはInが再蒸発し結晶性が劣化する
ことが無い範囲で、n型GaAs電流狭窄層13の結晶
性が良くなるようにできるだけ高い温度である600℃
としている。この時、Al2O3膜11の表面上には多結
晶状態のGaAs結晶14が成長する。
塗布する。この場合、n型GaAs電流狭窄層13上に
はレジスト15が塗布されるが、多結晶状態のGaAs
結晶14上にはレジスト15がほとんど塗布されない。
この後、表面全体のレジスト15をO3−UVアッシン
グして、図1(D)に示すようにn型GaAs電流狭窄
層13上のみにレジスト15が塗布されている状態にす
る。そして、次に図2(E)に示すようにレジスト15
をマスクとして多結晶状態のGaAs結晶14をエッチ
ング除去する。そして、その後図2(F)に示すように
レジスト15を除去し、Al2O3膜11もエッチング除
去する。その後、窒素雰囲気中で700℃、2時間熱ア
ニールを行う。熱アニールを行うことによりp型半導体
層の不純物を活性化することができ、p型半導体層のキ
ャリア濃度を高くすることができる。良く知られている
ように、p型半導体層のキャリア濃度を高くすると半導
体レーザ素子の温度特性等を改善できる。
してAsのみを用いる成長チャンバにて行い成長温度6
00℃でp型GaAsコンタクト層16を4μm積層
し、最後にこのようにして作製した積層構造の上面及び
n型GaAs基板1の裏面に、電極17,18を形成
し、個々の素子に分割することにより、図2(G)に示
すようなAlGaInP系赤色半導体レーザ素子が得ら
れる。本発明は実施例のレーザ構造に限らず各種構造の
半導体レーザ素子に適用できる。
所定の発振波長のレーザ光を発生するAlGaInP系
半導体レーザ素子を製造するにあたって、(100)面
から[011]方向にθ°傾けた面を主面とするGaA
s基板上にバンドギャップEgcのAlGaInPクラッ
ド層及びIII族の量を調整してバンドギャップEgaがEg
a<EgcとしたAlGaInP活性層を含む半導体層を
MBE法により形成するので、その上に成長されたAl
GaInP系半導体層のPLのスペクトルが狭く、In
が蒸発する520℃まで成長温度を高くすることができ
る。即ち、結晶性の良いInGaAlP層を成長するこ
とができる。したがって、発振閾値が低く、発光効率が
高いといった特性の良い半導体レーザ素子を提供するこ
とができる。また、(100)面から[011]方向に
7°〜15°傾けた面を主面とするGaAs基板上に反
応性の高いAlGaInPクラッド層をいきなり成長さ
せるのでなく、GaAsよりなるバッファ層またはGa
InPよりなるバッファ層をMBE法により形成した
後、AlGaInPクラッド層を成長させることによ
り、GaAs基板表面の不純物の影響を受け難く、その
上にAlGaInP系の半導体層を成長させた場合に良
質なモホロジィを確保し、結晶欠陥を少なくすることが
できる。
ける方向と直交する[01−1]方向とするので、リッ
ジの形状が上部の狭い順メサ形状となり、リッジを隙間
なく覆うように結晶を成長させることができ良好な光学
特性を有し、隙間から外気が侵入して特性が劣化しない
半導体レーザ素子を製造することができる。また、劈開
により形成した端面と半導体レーザ素子内部の光導波路
と端面が垂直になるので光ディスクシステムの光源とし
て使用することが可能となる。
とするので、結晶性を良好に保ったまま、Inの再蒸発
が無く、結晶の混晶比の制御が容易で、したがって、発
振波長が所定の値に制御された半導体レーザ素子を容易
に製造することができる。
る。
から続く工程図である。
程図である。
3…n型Ga0.51In0. 49Pバッファ層、4…n型(A
l0.72Ga0.28)0.51In0.49Pクラッド層、5…Ga
InP/AlGaInP歪量子井戸活性層、6…p型
(Al0.72Ga0.28)0.51In0.49P第1クラッド層、
7…Ga0.62In0.38Pエッチングストップ層、8…p
型(Al0.72Ga0.28)0.51In0.49P第2クラッド
層、9…p型Ga0.51In0.49P中間層、10…p型G
aAsキャップ層、11…Al2O3膜、12…レジスト
膜、13…n型GaAs電流狭窄層、14…GaAs結
晶、15…レジスト膜、16…p型GaAsコンタクト
層、17,18…電極、21…n型GaAsジャスト基
板、22…n型(Al0.72Ga0.28)0.51In0.49Pク
ラッド層、23…Ga0.51In0.49P活性層、24…p
型(Al0.72Ga0.28)0. 51In0.49P第1クラッド
層、25…Ga0.62In0.38Pエッチングストップ層、
26…p型(Al0.72Ga0.28)0.51In0.49P第2ク
ラッド層、27…p型Ga0.51In0.49P中間層、28
…p型GaAsキャップ層、29…Al2O3膜、30…
レジスト膜、31…n型GaAs電流狭窄層、32…G
aAs結晶、33…レジスト膜、34…p型GaAsコ
ンタクト層、35,36…電極。
Claims (10)
- 【請求項1】 (100)面から[011]方向にθ°
傾けた面を主面とする基板上に、III−V族化合物半導
体層からなるバンドギャップEgcのクラッド層及びバン
ドギャップEgaの活性層を積層し、リッジストライプを
形成した半導体レーザ素子において、 前記バンドギャップEga,Egcの関係はEga<Egcであ
り、前記リッジストライプの延びる方向は[01−1]
方向であることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項2】 (100)面から[011]方向に傾け
る角度θ°は、7°〜15°であることを特徴とする請
求項1記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項3】 前記リッジストライプの断面形状は、断
面内で前記III−V族化合物半導体層の積層方向に延び
る軸に対し、軸非対称な形状であることを特徴とする請
求項1または2記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項4】 前記リッジストライプの断面形状は、活
性層に近い側の幅が広く、遠い側の幅が狭い形状であ
り、積層面と前記リッジストライプの側面のなす角のう
ち、鋭角の方の角度が54.7°±θ°であることを特
徴とする請求項1乃至3いずれか記載の半導体レーザ素
子。 - 【請求項5】 前記活性層は、GaInP/AlGaI
nP多重量子井戸であり、前記クラッド層はAlGaI
nPであることを特徴とする請求項1乃至4いずれか記
載の半導体レーザ素子。 - 【請求項6】 前記基板はGaAsであり、該基板上に
GaAsよりなるバッファ層を形成したことを特徴とす
る請求項1乃至5いずれか記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項7】 前記基板はGaAsであり、該基板上に
GaAs及びGaInPよりなるバッファ層を形成した
ことを特徴とする請求項1乃至5いずれか記載の半導体
レーザ素子。 - 【請求項8】 (100)面から[011]方向にθ°
傾けた面を主面とする基板上に、III−V族化合物半導
体層からなるバンドギャップEgcのクラッド層及びバン
ドギャップEgaの活性層を積層し、リッジストライプを
形成した半導体レーザ素子の製造方法において、 前記リッジストライプを[01−1]方向に延伸させる
工程、及び前記リッジストライプの表面を化学エッチン
グする工程を有することを特徴とする半導体レーザ素子
の製造方法。 - 【請求項9】 前記活性層及びクラッド層を含むIII−
V族化合物半導体層をMBE法により形成することを特
徴とする請求項8記載の半導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項10】 前記MBE法によるGaInP、Al
GaInP半導体層の成長温度が400〜520℃の条
件で行われることを特徴とする請求項9記載の半導体レ
ーザ素子の製造方法。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7042023B2 (en) * | 2002-07-23 | 2006-05-09 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light emitting device and method for producing the same |
JP2006128491A (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子の製造方法 |
US7257139B2 (en) | 2004-01-23 | 2007-08-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device and optical pickup apparatus using the same |
CN100388576C (zh) * | 2003-03-17 | 2008-05-14 | 松下电器产业株式会社 | 半导体激光器装置及使用该激光器装置的光学拾取装置 |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3763459B2 (ja) * | 2001-06-26 | 2006-04-05 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
US7301979B2 (en) * | 2003-05-22 | 2007-11-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser |
JP4164438B2 (ja) * | 2003-11-12 | 2008-10-15 | 株式会社日立製作所 | 半導体光素子の製造方法 |
DE102007062050B4 (de) * | 2007-09-28 | 2019-06-27 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterlaser und Verfahren zum Herstellen des Halbleiterlasers |
US8692286B2 (en) * | 2007-12-14 | 2014-04-08 | Philips Lumileds Lighing Company LLC | Light emitting device with bonded interface |
JP2010123674A (ja) * | 2008-11-18 | 2010-06-03 | Panasonic Corp | 半導体レーザ装置 |
CN102243993B (zh) * | 2011-07-15 | 2013-09-25 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种Ge衬底上生长GaInP化合物半导体的方法 |
JP6927153B2 (ja) * | 2018-05-30 | 2021-08-25 | 日本電信電話株式会社 | 半導体レーザ |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0682887B2 (ja) | 1988-09-29 | 1994-10-19 | 三洋電機株式会社 | 可視光半導体レーザ装置及び化合物半導体結晶の成長方法 |
JPH077863B2 (ja) | 1989-03-31 | 1995-01-30 | 三洋電機株式会社 | 可視光半導体レーザ装置 |
JP2804714B2 (ja) | 1988-09-29 | 1998-09-30 | 三洋電機株式会社 | 可視光半導体レーザ装置の製造方法 |
JP2804736B2 (ja) | 1988-09-29 | 1998-09-30 | 三洋電機株式会社 | 可視光半導体レーザ装置 |
US5029175A (en) * | 1988-12-08 | 1991-07-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser |
JPH0567839A (ja) | 1991-09-10 | 1993-03-19 | Toshiba Corp | 半導体レーザ装置 |
JP2708992B2 (ja) * | 1991-12-20 | 1998-02-04 | シャープ株式会社 | AlGaInP系半導体発光装置の製造方法 |
JPH06275915A (ja) | 1993-03-23 | 1994-09-30 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
JPH0722696A (ja) | 1993-07-01 | 1995-01-24 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
KR970009670B1 (en) * | 1994-03-30 | 1997-06-17 | Samsung Electronics Co Ltd | Method of manufacture for semiconductor laserdiode |
JPH0750452A (ja) | 1994-05-20 | 1995-02-21 | Sanyo Electric Co Ltd | 可視光半導体レ−ザ装置とその製造方法 |
JPH0750453A (ja) | 1994-05-20 | 1995-02-21 | Sanyo Electric Co Ltd | 可視光半導体レ−ザ装置とその製造方法 |
JP3091655B2 (ja) | 1994-12-22 | 2000-09-25 | 三洋電機株式会社 | 半導体レーザ素子 |
JP3558717B2 (ja) * | 1995-02-07 | 2004-08-25 | 富士通株式会社 | レーザダイオード、その製造方法、およびかかるレーザダイオードを使った光通信システム |
JP2804737B2 (ja) | 1995-12-25 | 1998-09-30 | 三洋電機株式会社 | 可視光半導体発光装置とその製造方法 |
EP0898345A3 (en) * | 1997-08-13 | 2004-01-02 | Mitsubishi Chemical Corporation | Compound semiconductor light emitting device and method of fabricating the same |
KR100243417B1 (ko) * | 1997-09-29 | 2000-02-01 | 이계철 | 알더블유지 구조의 고출력 반도체 레이저 |
US6100544A (en) * | 1998-05-20 | 2000-08-08 | Visual Photonics Epitaxy Co., Ltd. | Light-emitting diode having a layer of AlGaInP graded composition |
DE69932686T2 (de) * | 1998-09-25 | 2007-08-09 | Mitsubishi Chemical Corp. | Halbleiterlichtstrahler und dessen Herstellungsverfahren |
-
2000
- 2000-09-28 JP JP2000296629A patent/JP3982985B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7042023B2 (en) * | 2002-07-23 | 2006-05-09 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light emitting device and method for producing the same |
CN100388576C (zh) * | 2003-03-17 | 2008-05-14 | 松下电器产业株式会社 | 半导体激光器装置及使用该激光器装置的光学拾取装置 |
US7257139B2 (en) | 2004-01-23 | 2007-08-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device and optical pickup apparatus using the same |
JP2006128491A (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子の製造方法 |
JP4589080B2 (ja) * | 2004-10-29 | 2010-12-01 | シャープ株式会社 | エッチング方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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US6518159B1 (en) | 2003-02-11 |
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