JP2002076515A

JP2002076515A - 半導体レーザ装置及びその製造方法

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Publication number: JP2002076515A
Application number: JP2000266739A
Authority: JP
Inventors: Kentetsu Ko; 賢哲高
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-09-04
Filing date: 2000-09-04
Publication date: 2002-03-15

Abstract

(57)【要約】【課題】光通信に用いられる光源において高速変調、高
温・高出力動作に適した素子構造を提供し、良好な特性
を有する半導体レーザ装置を実現する。更に、高い作製
歩留りを持つ素子構造を提供する。【解決手段】半導体基板１上に、Ａｌを含む層を設けそ
の層を選択的に酸化した絶縁膜１４を用い電流狭窄を行
うと共に素子全体の電気容量を低減するため活性層の両
側に高抵抗特性を持つ領域９を設ける。

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装置及
びその製造方法に係わり、特に、光通信に用いられる光
源において高温・高出力動作及び高速変調が可能な高速
変調型半導体レーザ装置の構造及びその製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信用半導体レーザは大量の情報を長
距離まで伝送するため、より高温・高出力動作が可能
で、かつ、より高速動作が可能な特性が要求されてい
る。その為には、高温・高出力動作でも漏れ電流が小さ
い電流狭窄構造で、更に、電気的な容量が小さい素子構
造が必要である。

【０００３】従来の半導体レーザでは、電流を狭窄する
電流ブロック層としてｐとｎの導電型を持つ半導体層を
交互に積層したサイリスタ構造を活性層の電流経路部の
両側に設けることが広く用いられてきた。

【０００４】しかしながら、高温或いは高出力動作の
時、電流ブロック層にリーク電流が侵入するとサイリス
タが導通してしまい漏れ電流が急激に増加する。その結
果、電流ブロック層として機能しなくなるか、或いは光
出力が飽和し、高出力が得られ難い欠点を有していた。

【０００５】また、サイリスタ構造内の各ｐｎ接合界面
に生じる空乏層が寄生容量として作用し、素子全体の容
量を大きくする為に高速変調を制限する要因であった。

【０００６】これらサイリスタ構造の問題点を克服する
ため、電流ブロック層として深い準位を形成する不純
物、例えばＩｎＰの場合ＦｅやＲｕなど、をドーピング
して得られる高抵抗層をレーザの電流ブロック層として
用いる半導体レーザが報告されている。この様な構造で
は厚い高抵抗層を電流ブロック層として導入することに
より寄生容量が減少し、良好な高周波応答特性が得られ
る利点を有している。

【０００７】実際の素子構造としては、活性層の両側に
高抵抗層を選択的に成長することによって電流狭窄構造
を設ける（例えば、ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆ
ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．
ＱＥ−２３ｐｐ．９４３−９４５、１９８７）。

【０００８】あるいは、ＩｎＰ基板上に半絶縁性高抵抗
層を全面に成長し、高抵抗層の一部をエッチングするこ
とによって溝を形成、その溝部にのみ選択的に活性層を
成長する。その後、全面にクラッド層を成長することに
よって作られるレーザ構造（例えば、特開昭６２−８１
７８２号公報）等が挙げられる。

【０００９】しかしながら、高抵抗電流ブロック層にお
ける深い準位を形成するＦｅなどはアクセプタとして働
くため注入された電子は捕獲するものの、正孔は捕獲せ
ず、電子と再結合して電流として流れてしまうというダ
ブルインジェクションの効果がある。結果的に、高温・
高出力動作は得られ難い問題点があった。更に、通信用
長波長レーザの材料としてよく用いられるＩｎＰの場
合、Ｗｏｌｆらによって報告（ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡ
ｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．７５ｐ
ｐ．３８７０−３８７５，１９９４）されている様
に、Ｆｅをドーピングした層とｐ型層（一般的にＺｎを
ドーピングした層）が隣接すると不純物の相互拡散が起
こり、界面における電流漏れが大きくなる。その結果、
高温特性が著しく劣化してしまう問題があった。

【００１０】一方、半導体基板上に成長したアルミニウ
ムを含む層（ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＡｓ
等）を選択的に酸化させた酸化膜を電流狭窄構造に用い
た構造が提案され、酸化膜が高温・高注入の条件でも十
分な耐圧特性を保つため、レーザの高温・高出力化の手
法として期待されている。

【００１１】高らはＩｎＰ基板上に成長したＡｌＩｎＡ
ｓを選択的に酸化した酸化膜を電流ブロック層に用いた
発振波長１．３μｍ帯のレ−ザの高温における良好な発
振特性を実証している（第４７回応用物理学関係連合講
演会３１ａ−Ｎ−４）。

【００１２】Ｉｗａｉらは図８に示す様にＡｌＩｎＡｓ
薄膜を横方向から選択的に酸化させ中央の非酸化領域の
電流経路部を定義する構造でレーザの発振を実証してい
る（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏ
ｌ．３４ｐｐ．８９０−８９１，１９９８）。

【００１３】図８において、ＩｎＰ基板１上に第１クラ
ッド層５、活性層６、第２クラッド層７、アルミニウム
を含む層２、第２クラッド層７を順次成長した後、横方
向からアルミニウムを含む層２の一部を選択的に酸化し
た領域（酸化膜）１４を設けることによって電流を狭窄
している。そして、電極１２，１３を形成して半導体レ
ーザ装置を構成している。

【００１４】しかし、アルミニウムを含む層を選択的に
酸化させる場合に、Ｈ．Ｇｅｂｒｅｔｓａｄｉｋらが
「ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒ，
Ｖｏｌ．７２ｐｐ．１３５−１３７（１９９８）」に
示すように、酸化後体積の収縮によって応力が酸化膜の
界面に集中し、界面亀裂が容易に発生するため酸化膜が
剥離される問題点があった。従って、数１００ｎｍ以上
の層厚を設けることは非常に困難である。一方、酸化膜
が薄くなると剥離は抑制されるが、素子の容量が大きく
なる。つまり、酸化膜を電流狭窄構造に用いたレーザ構
造では低容量化が困難であり、高速変調に課題を残して
いた。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
電流を狭窄する電流ブロック層としてｐとｎの導電型を
持つ半導体層を交互に積層した従来技術の構造では、漏
れ電流が増加するという問題点及び空乏層が寄生容量と
して作用して高速変調を制限するという問題点を有して
いた。

【００１６】また、例えばＩｎＰの場合ＦｅやＲｕなど
をドーピングして得られる高抵抗層をレーザの電流ブロ
ック層として用いる従来技術の半導体レーザは、高抵抗
電流ブロック層における深い準位を形成するＦｅなどは
アクセプタとして働くため注入された電子は捕獲するも
のの、正孔は捕獲せず、電子と再結合して電流として流
れてしまい、高温・高出力動作は得られ難い問題点があ
った。さらに、Ｆｅをドーピングした層とｐ型層（一般
的にＺｎをドーピングした層）が隣接すると不純物の相
互拡散が起こり、界面における電流漏れが大きくなる。
その結果、高温特性が著しく劣化してしまう問題があっ
た。

【００１７】一方、半導体基板上に成長したアルミニウ
ムを含む層を選択的に酸化させた酸化膜を電流狭窄構造
に用いた図８に示すような従来技術の構造は、アルミニ
ウムを含む層を選択的に酸化させる場合に酸化後体積の
収縮によって応力が酸化膜の界面に集中し、界面亀裂が
容易に発生するため酸化膜が剥離される問題点があり、
この為に酸化膜を薄くすると素子の容量が大きくなり酸
化膜を電流狭窄構造に用いたレーザ構造では低容量化が
困難であるという問題点があった。

【００１８】したがって本発明の目的は上記した問題点
を解決した有効な半導体レーザ装置及びその製造方法を
提供することである。

【００１９】すなわち本発明の目的は、高速変調、高温
・高出力動作に適した、良好な特性を有する半導体レー
ザ装置を実現するため、高温・高注入でも漏れ電流が小
さく、更に、電気容量が小さくできる電流狭窄構造を提
供することにある。特に、電流狭窄と電気容量とを独立
に設けることができると共に、大量生産の観点から、よ
り歩留まりの高い工程で作製できる素子構造を提供する
ことよって半導体素子の特性向上及び低価格化を図るこ
とである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明では以下に示す手
段により、高速変調、高温・高出力動作に適した素子構
造を提供し、良好な特性を有する半導体レーザを実現す
る。本発明では、第１伝導型半導体基板上に第１伝導型
クラッド層、活性層、第２伝導型クラッド層からなるダ
ブルヘテロ構造がストライプ状に選択的に形成されてい
る半導体レーザ構造において、レーザの電流を狭窄する
為、そのダブルヘテロ構造の両脇に少なくとも絶縁膜か
らなる第１の電流ブロック層と高抵抗半導体からなる第
２電流ブロック層を用いることによって構成される。

【００２１】本発明によれば、高耐圧特性をもつ絶縁膜
により高温・高出力動作が得られると共に、第１の電流
ブロック層とは別に第１の電流ブロック層の上部或いは
下部に素子の容量を低減させる機能をもつ高抵抗層を設
けることによって素子の容量を低減させ高速変調特性が
達成できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明を説明
する。図１は本発明の第１の実施の形態の半導体レーザ
装置の素子を示す断面図であり、図２はその製造方法を
工程順に示す断面図である。この実施の形態ではＩｎＰ
基板に格子整合するように成長したＡｌＩｎＡｓ層を選
択酸化させる場合について説明する。

【００２３】図１において、第１伝導型半導体基板１上
に第１伝導型クラッド層５、活性層６、第２伝導型クラ
ッド層７からなるダブルヘテロ構造がストライプ状（図
面の紙面に垂直方向にストライプ状、以下同様）に形成
されている半導体レーザ構造において、そのダブルヘテ
ロ構造の両脇に少なくとも絶縁膜１４からなる第１の電
流ブロック層と高抵抗半導体９からなる第２電流ブロッ
ク層が形成され、ストライプ状ダブルヘテロ構造５，
６，７が高抵抗半導体層９から離れている本発明の第１
の実施の形態の半導体レーザ装置が示されている。

【００２４】ここで半導体基板１はｐ型（若しくはｎ
型）ＩｎＰ基板１であり、第１伝導型クラッド層５はｐ
型（若しくはｎ型）ＩｎＰ層５であり、第２伝導型クラ
ッド層７はｎ型（若しくはｐ型）ＩｎＰ層７である。

【００２５】また各図において図面の煩雑を避けるため
に活性層６を一層で示しているが、活性層６は第１のＩ
ｎＧａＡｓＰガイド層と、複数のＩｎＧａＡｓＰバリヤ
層及び複数のＩｎＧａＡｓＰウエル層によるＭＱＷ（多
重量子井戸）層と、第２のＩｎＧａＡｓＰガイド層とか
ら構成されている。

【００２６】さらに各実施の形態において、絶縁膜１４
はアルミを含む膜を酸化して得られた膜として説明して
いるが、アルミを含む膜を用いないで酸化膜等の絶縁膜
を最初から形成してもよい。この場合は、各実施の形態
における酸化工程が省略される。

【００２７】次に製造方法を説明する。まず図２（Ａ）
において、第１伝導型ＩｎＰ基板１上に有機金属気相成
長法（ＭＯＶＰＥ；ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＶａ
ｐｏｒＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ）法でＡｌ_X Ｉｎ
_1-X Ａｓ層２（厚み１００ｎｍ）とＩｎＰキャップ層３
（厚み３０ｎｍ）を温度６５０℃の条件で基板全面に成
長する。この時、ＩｎＰ基板と格子整合するＡｌ_X Ｉｎ
_1-X ＡｓのＡｌの組成Ｘは約０．４８である。

【００２８】その後、図２（Ｂ）において、表面に誘電
体薄膜を蒸着し２本の平行な帯状（図面の紙面に垂直方
向に帯状、以下同様）にパターニングすることによっ
て、選択エッチング及び選択成長用誘電体マスク４を形
成する。それらのマスク間の開口部にあるＩｎＰ層とＡ
ｌＩｎＡｓ層を選択的にエッチングすることによって電
流経路部を形成する。その後、さらにそのマスク４を用
い、選択成長により第１クラッド層５、活性層６、第２
クラッド層７を成長させてダブルヘテロ構造を形成す
る。

【００２９】次に、図２（Ｃ）において、マスク４を除
去し、ダブルヘテロ構造の上面及び両側面を誘電体マス
ク８で被覆する。

【００３０】次に、図２（Ｄ）において、ダブルヘテロ
構造の両脇に高抵抗半導体層９を選択的に成長する。高
抵抗層９は例えば、ＩｎＰに深い準位を形成する不純物
ＦｅやＲｕなどをドーピングして得られた電流ブロック
層としての作用をする層である。この不純物として、鉄
（Ｆｅ）又はルテニウム（Ｒｕ）の他に、酸素（Ｏ）又
はチタン（Ｔｉ）を用いることができる。さらに、この
ような不純物を含有させなくとも所定の高抵抗が得られ
る場合は、意図的に不純物を導入しないアンドープのＩ
ｎＰを用いることもできる。

【００３１】更に、高抵抗半導体層９の上に埋め込み層
の不純物と高抵抗層の不純物が相互拡散しない様に第１
伝導性を持つ不純物相互拡散防止層１０を成長する。不
純物相互拡散防止層１０は例えばアンドープのＩｎＰで
ある。

【００３２】次に、図２（Ｅ）において、選択成長用誘
電体マスク８を除去した後、全面に埋め込み層１１を成
長する。埋め込み層１１は第２伝導型ＩｎＰ層である。

【００３３】次に、図２（Ｆ）において、結晶成長後、
エッチングによって活性層７を中心部に持つメサ構造を
形成し、ＡｌＩｎＡｓ層の側断面を露出させる。ＡｌＩ
ｎＡｓ層の断面を露出させた試料を高温高湿度雰囲気中
で熱処理することによってＡｌＩｎＡｓ層を横方向から
選択的に酸化させる。

【００３４】ＡｌＩｎＡｓ層２は第１クラッド層によっ
て途切れているため、酸化は活性層の両脇で自動的に停
止して、メサ構造の両側にＡｌＩｎＡｓ層２を酸化する
ことにより得られた酸化膜１４が形成される。酸化膜１
４、すなわち電流狭窄層の形成後、上下面にそれぞれ第
２伝導型（ｎ型もしくはｐ型）電極１２及び第１伝導型
（ｐ型もしくはｎ型）電極１３を形成することによって
図１に示す半導体レーザ装置が完成する。

【００３５】本発明の第２の実施の形態として、図３に
作製工程及び素子の断面構造を示す。図３において、第
１の実施の形態の図１及び図２と同一もしくは類似の箇
所は同じ符号を付してある。

【００３６】まず図３（Ａ）において、第１の実施の形
態と同様に第１伝導型ＩｎＰ基板１上にＡｌＩｎＡｓ層
２とＩｎＰキャップ層３を基板全面に成長する。その
後、表面に誘電体薄膜を蒸着し２本の平行な帯状にパタ
ーニングすることによって、選択エッチング及び選択成
長用誘電体マスク４を形成する。

【００３７】それらのマスク間の開口部にあるＩｎＰ層
とＡｌＩｎＡｓ層を選択的にエッチングすることによっ
て電流経路部を形成する。その後、さらにそのマスク４
を用い、選択成長により第１クラッド層５、活性層６、
第２クラッド層７と構成されるダブルヘテロ構造を形成
する。

【００３８】その後、図３（Ｂ）において、マスク４を
除去し、ダブルヘテロ構造の上面に誘電体マスク８で被
服する。

【００３９】次に、図３（Ｃ）において、そのマスク８
を用いダブルヘテロ構造の両脇にクラッド層の不純物と
高抵抗半導体層の不純物が相互拡散しない様に不純物相
互拡散防止層１０Ａと高抵抗層９を選択的に成長する。
更に、高抵抗層９の上に埋め込み層の不純物と高抵抗層
の不純物が相互拡散しない様に拡散防止層１０を成長す
る。

【００４０】次に、図３（Ｄ）において、選択成長用誘
電体マスク８を除去した後、全面に埋め込み層１１を成
長する。

【００４１】次に、図３（Ｅ）において、結晶成長後、
エッチングによって活性層７を中心部に持つメサ構造を
形成し、ＡｌＩｎＡｓ層の断面を露出させる。ＡｌＩｎ
Ａｓ層の断面を露出させた試料を高温高湿度雰囲気中で
熱処理することによってＡｌＩｎＡｓ層を横方向から選
択的に酸化させる。ＡｌＩｎＡｓ層２は第１クラッド層
によって途切れているため、酸化は活性層の両脇で自動
的に停止する。電流狭窄層の酸化後、すなわち酸化膜１
４の形成後、上下面にそれぞれ第２伝導型電極１２及び
第１伝導型電極を１３形成することによって第２の実施
の形態の半導体レーザ装置が完成する。

【００４２】本発明の第３の実施の形態として、図４に
作製工程及び素子の断面構造を示す。図４において、第
１の実施の形態の図１及び図２と同一もしくは類似の箇
所は同じ符号を付してある。

【００４３】まず図４（Ａ）において、ＩｎＰ基板１の
表面に、第１の実施の形態と同様に、２本の平行な帯状
選択成長用誘電体マスク４を形成する。更に、第１の実
施の形態と同様の方法で、第１クラッド層５、活性層
６、第２クラッド層７から構成されるダブルヘテロ構造
を選択成長する。

【００４４】次に、図４（Ｂ）において、選択成長用マ
スクを除去した後、第２クラッド層の上面のみ誘電体マ
スク１５を形成する。

【００４５】次に、図４（Ｃ）において、マスク１５を
用い、ダブルヘテロ構造メサの両脇にＡｌＩｎＡｓ層２
と高抵抗半導体層９、拡散防止層１０を選択成長する。

【００４６】その後、図４（Ｄ）において、マスク１５
を除去し、全面に埋め込み層１１を成長する。

【００４７】次に、図４（Ｄ）において、結晶成長後、
第１の実施の形態と同様に、活性層７を中心部に持つメ
サ構造を形成しＡｌＩｎＡｓ層の側断面を露出させた
後、高温高湿度雰囲気中で熱処理することによって横方
向からＡｌＩｎＡｓ層２を選択的に酸化させる。その結
果、酸化膜電流狭窄層１４が形成される。その後、上下
面にそれぞれ第２伝導型電極１２及び第１伝導型電極１
３を形成することによってレーザを完成する。

【００４８】本発明の第４の実施の形態として、図５に
作製工程及び素子の断面構造を示す。図５において、第
１の実施の形態の図１及び図２と同一もしくは類似の箇
所は同じ符号を付してある。

【００４９】まず図５（Ａ）において、ＩｎＰ基板１の
上に第１クラッド層５、活性層６、第２クラッド層７に
より構成されるダブルヘテロ構造を全面に成長する。そ
の後、表面に１本の帯状のマスク１６を形成する。

【００５０】次に、図５（Ｂ）において、マスク１６を
用い、第１クラッド層５、活性層６、第２クラッド層７
により構成されるダブルヘテロ構造をエッチングにより
メサ構造を形成する。

【００５１】次に、図５（Ｃ）において、更に、そのマ
スク１６を用い活性層の両脇に、第１の実施の形態と同
様の選択成長方法でＡｌＩｎＡｓ層２、高抵抗半導体層
９、相互拡散防止層１０を順次に選択成長する。

【００５２】次に、図５（Ｄ）において、マスク１６を
除去した後、全面に埋め込み層１１を成長する。

【００５３】次に、図５（Ｅ）において、結晶成長後、
第１の実施の形態と同様に活性層７を中心部に持つメサ
構造を形成しＡｌＩｎＡｓ層の側断面を露出させた後、
高温高湿度雰囲気中で熱処理することによって横方向か
らＡｌＩｎＡｓ層２を選択的に酸化させて酸化膜１４を
形成する。

【００５４】電流狭窄層である酸化膜１４を酸化により
形成した後、上下面にそれぞれ第２伝導型電極１２及び
第１伝導型電極１３を形成することによって第４の実施
の形態の半導体レーザ装置が完成する。

【００５５】本発明の第５の実施の形態として、図６に
作製工程及び素子の断面構造を示す。図６において、第
１の実施の形態の図１及び図２と同一もしくは類似の箇
所は同じ符号を付してある。

【００５６】まず図６（Ａ）において、ＩｎＰ基板１の
全面上にＡｌＩｎＡｓ層２とＩｎＰキャップ層３を成長
する。

【００５７】次に、図６（Ｂ）において、表面に誘電体
薄膜を蒸着し２本の平行な帯状（図面の紙面に垂直方向
に帯状、以下同様）にパターニングすることによって、
誘電体マスク４を形成する。

【００５８】それらのマスク間の開口部にあるＩｎＰ層
とＡｌＩｎＡｓ層を選択的にエッチングすることによっ
て電流経路部を形成する。その後、さらにそのマスク４
を用い、選択成長により第１クラッド層５、活性層６、
第２クラッド層７を成長させてダブルヘテロ構造を形成
する。

【００５９】次に、図６（Ｃ）において、マスク４を除
去し、埋め込み層１１を成長し、ダブルヘテロ構造およ
びその近傍上に１本の帯状にパターニングしたレジスト
マスク１７を表面に形成する。

【００６０】次に、図６（Ｄ）において、レジストマス
ク１７を用い埋め込み層１１の表面の方向から例えばＯ
（酸素）をイオン注入して活性層の外側が電気的に高抵
抗特性をもつ領域１８、すなわち高抵抗半導体層１８を
設ける。この場合、イオン種として、Ｏ（酸素）以外
に、鉄（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）或いはチタン（Ｔ
ｉ）のイオン注入を行ってもよい。

【００６１】次に、図６（Ｅ）において、活性層７を中
心部に持つメサ構造を形成しＡｌＩｎＡｓ層の側断面を
露出させた後、高温高湿度雰囲気中で熱処理することに
よって横方向からＡｌＩｎＡｓ層２を選択的に酸化させ
て酸化膜１４を形成する。

【００６２】電流狭窄層である酸化膜１４を酸化により
形成した後、上下面にそれぞれ第２伝導型電極１２及び
第１伝導型電極１３を形成することによって第５の実施
の形態の半導体レーザ装置が完成する。

【００６３】本発明の第６の実施の形態として、図７に
作製工程及び素子の断面構造を示す。図７において、第
１の実施の形態の図１及び図２と同一もしくは類似の箇
所は同じ符号を付してある。

【００６４】まず図７（Ａ）において、第１伝導型Ｉｎ
Ｐ基板１上にＡｌＩｎＡｓ層２、高抵抗層９、クラッド
層の不純物と高抵抗層の不純物が相互拡散しない様に拡
散防止層１０を基板全面に成長する。

【００６５】その後、図７（Ｂ）において、電流経路部
をエッチングにより形成する。

【００６６】次に、図７（Ｃ）において、第１クラッド
層５、活性層６、第２クラッド層７により構成されるダ
ブルヘテロ構造及びキャップ層１１を全面に成長する。

【００６７】次に、図７（Ｄ）において、結晶成長後、
第１の実施の形態と同様に電流経路部を中心部に持つメ
サ構造を形成しＡｌＩｎＡｓ層の側断面を露出させた
後、高温高湿度雰囲気中で熱処理することによって横方
向からＡｌＩｎＡｓ層２を選択的に酸化させて電流狭窄
層となる酸化膜１４を形成させた後、上下面にそれぞれ
第２伝導型電極１２及び第１伝導型電極１３を形成する
ことによって第６の実施の形態の半導体レーザ装置が完
成する。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体レ
ーザ構造では電流ブロック層としてＡｌＩｎＡｓ酸化膜
などＡｌを含む層の酸化膜による絶縁膜を用いて電流狭
窄を行うから、高温領域まで十分な耐圧が確保でき漏れ
電流による特性劣化が抑制できる。

【００６９】更に、従来高抵抗電流狭窄層を持つ半導体
レーザ構造においては高抵抗層とダブルヘテロ構造が隣
接してありクラッド層もしくは活性層の不純物と高抵抗
層の不純物が相互拡散することにより活性層が劣化する
問題があったが本発明の半導体レーザ構造では絶縁膜を
用いて電流狭窄を設ける為、高抵抗半導体層とダブルヘ
テロ構造を分離することができ不純物相互拡散による問
題が回避できる。

【００７０】また、高抵抗半導体層による容量の低減が
得られ高速変調が達成できる効果が得られる。この様
に、電流狭窄層と容量低減層を別々に設けることによっ
て素子の設計自由度が大きく向上され、レーザ素子だけ
ではなく変調器、光スイッチ及びそれらを集積した光集
積回路などに幅広く用いられる。

【００７１】例えば、従来の高抵抗半導体層が活性層、
第１クラッド層或いは第２クラッド層と隣接する為、界
面で不純物の相互拡散が起こって活性層が劣化或いは漏
れ電流が発生する問題があったが、本発明の第１の実施
の形態によれば高抵抗半導体層９が活性層６、第１クラ
ッド層５或いは第２クラッド層７から離れている為相互
拡散が起こらない。更に、高抵抗層の選択成長用マスク
８の形成工程においてマスクの位置が活性層に対して多
少ずれても素子の容量に及ぼす影響は小さい為、作製工
程のマージンが大きくでき、特性の高歩留まりが達成で
きる。

【００７２】又、第２、第３の実施の形態においても高
抵抗半導体層９と活性層６、第１クラッド層５或いは第
２クラッド層７が電流狭窄層１４によって分離されてい
る為、相互拡散が起こらない。また、第５の実施の形態
においては、プロトンなどを注入して得られる高抵抗領
域（高抵抗半導体層）が活性層から離れているためイオ
ン注入による結晶欠陥が直接に活性層に影響を及ぼすこ
とが抑制でき、素子の信頼性の向上が得られると共に、
第１の実施の形態と同様に素子全体の容量が選択的にイ
オンを注入するから形成するマスク１７の位置合わせ精
度に大きく依存しない。これにより高い歩留まりが得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体レーザ装置
を示す断面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の半導体レーザ装置
の構造及び作製工程を説明するための断面図であり、
（Ａ）はＡｌＩｎＡｓ層及びＩｎＰ層の全面成長を示
し、（Ｂ）はダブルヘテロ構造の選択成長を示し、
（Ｃ）はマスク形成を示し、（Ｄ）は高抵抗層及び相互
拡散防止層選択成長を示し、（Ｅ）は埋め込み層成長を
示し、（Ｆ）はメサ形成後、ＡｌＩｎＡｓ層の選択酸化
及び電極形成を示す。

【図３】本発明の第２の実施の形態の半導体レーザ装置
の構造及び作製工程を説明するための断面図であり、
（Ａ）はダブルヘテロ構造の選択成長を示し、（Ｂ）は
マスク形成を示し、（Ｃ）はＡｌＩｎＡｓ層、高抵抗層
及び相互拡散防止層選択成長を示し、（Ｄ）は埋め込み
層成長を示し、（Ｅ）はメサ形成後、ＡｌＩｎＡｓ層の
選択酸化及び電極形成を示す。

【図４】本発明の第３の実施の形態の半導体レーザ装置
の構造及び作製工程を説明するための断面図であり、
（Ａ）はダブルヘテロ構造の全面成長を示し、（Ｂ）は
マスク形成後選択エッチングを示し、（Ｃ）はＡｌＩｎ
Ａｓ層、高抵抗層及び相互拡散防止層選択成長を示し、
（Ｄ）は埋め込み層成長を示し、（Ｅ）はメサ形成後、
ＡｌＩｎＡｓ層の選択酸化及び電極形成を示す。

【図５】本発明の第４の実施の形態の半導体レーザ装置
の構造及び作製工程を説明するための断面図であり、
（Ａ）はダブルヘテロ構造の全面成長を示し、（Ｂ）は
ダブルヘテロ構造の形状形成を示し、（Ｃ）はＡｌＩｎ
Ａｓ層、高抵抗層及び相互拡散防止層の形成を示し、
（Ｄ）は埋め込み層成長を示し、（Ｅ）はメサ形成後、
ＡｌＩｎＡｓ層の選択酸化及び電極形成を示す。

【図６】本発明の第５の実施の形態の半導体レーザ装置
の構造及び作製工程を説明するための断面図であり、
（Ａ）はＡｌＩｎＡｓ層及びＩｎＰ層の全面成長を示
し、（Ｂ）はダブルヘテロ構造の選択成長を示し、
（Ｃ）は埋め込み層成長、マスク形成を示し、（Ｄ）は
イオン注入による高抵抗領域形成を示し、（Ｅ）はメサ
形成後、ＡｌＩｎＡｓ層の選択酸化及び電極形成を示
す。

【図７】本発明の第６の実施の形態の半導体レーザ装置
の構造及び作製工程を説明するための断面図であり、
（Ａ）はＡｌＩｎＡｓ層、高抵抗層及び相互拡散防止層
の全面成長を示し、（Ｂ）はＡｌＩｎＡｓ層、高抵抗層
及び相互拡散防止層の選択エッチングを示し、（Ｃ）は
ダブルヘテロ構造、埋め込み層の成長を示し、（Ｄ）は
メサ形成後、ＡｌＩｎＡｓ層の選択酸化及び電極形成を
示す。

【図８】従来技術の半導体レーザ装置を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ＩｎＰ基板２アルミニウムを含む層３ＩｎＰキャップ層４誘電体マスク５第１クラッド層６活性層７第２クラッド層８誘電体マスク９高抵抗半導体層１０、１０Ａ不純物相互拡散防止層１１埋め込み層１２第２伝導型電極１３第１伝導型電極１４酸化膜１５誘電体マスク１６マスク１７レジストマスク１８イオン注入による高抵抗領域（高抵抗半導体
層）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１伝導型半導体基板上に第１伝導型ク
ラッド層、活性層、第２伝導型クラッド層からなるダブ
ルヘテロ構造がストライプ状に形成されている半導体レ
ーザ装置において、前記ダブルヘテロ構造の両脇に少な
くとも絶縁膜からなる第１の電流ブロック層と高抵抗半
導体層からなる第２の電流ブロック層が形成されている
ことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】請求項１記載の半導体レーザ装置におい
て、前記高抵抗半導体層が前記ストライプ状ダブルヘテ
ロ構造から離間して設けられていることを特徴とする半
導体レーザ装置。
【請求項３】請求項１記載の半導体レーザ装置を製造
する方法において、第１伝導型半導体基板上に前記第１
の電流ブロック層として酸化膜もしくは酸化が可能な膜
を全面に成長する工程と、前記第１の電流ブロック層の
一部をエッチングして電流経路部を形成する工程と、前
記電流経路部に沿って第１伝導型クラッド層、活性層、
第２伝導型クラッド層からなるストライプ状ダブルヘテ
ロ構造を形成する工程と、前記ダブルヘテロ構造の少な
くとも上面或いは上面と両側面を誘電体膜で被覆する工
程と、前記誘電体膜をマスクとし前記ダブルヘテロ構造
の両脇に高抵抗特性をもつ半導体層を第２の電流ブロッ
ク層として選択的に形成する工程と、誘電体膜を除去し
た後ダブルヘテロ構造の上部に埋め込み成長を行う工程
と、酸化膜もしくは酸化が可能な膜のうち酸化が可能な
膜の場合は、エッチングにより露出させ横方向から酸化
させる工程を少なくとも有することを特徴とする半導体
レーザ装置の製造方法。
【請求項４】請求項１記載の第１の電流ブロック層を
形成する方法において、第１伝導型半導体基板上に酸化
膜もしくは酸化が可能な膜からなる第１の電流ブロック
層を選択成長により形成する工程を少なくとも有するこ
とを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項５】請求項１記載の半導体レーザ装置のスト
ライプ状ダブルヘテロ構造を形成する方法において、全
面にダブルヘテロ構造を成長した後エッチングによりス
トライプ状に加工する工程、あるいは、電流経路部の両
脇の表面に形成した誘電体マスクを用い選択成長するこ
とにより形成する工程を少なくとも有することを特徴と
する半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項６】請求項１記載の半導体レーザ装置を製造
する方法において、ストライプ状ダブルヘテロ構造の上
面あるいは上面と両側面に形成した誘電体マスクを用い
ダブルヘテロ構造の両脇に選択成長法により酸化膜もし
くは酸化が可能な膜からなる第１の電流ブロック層と高
抵抗半導体層からなる第２電流ブロック層を形成する工
程と、ダブルヘテロ構造の上部に埋め込み成長を行う工
程と、第１の電流ブロック層が酸化が可能な膜の場合、
その酸化が可能な膜をエッチングにより露出させ横方向
から酸化させる工程を少なくとも有することを特徴とす
る半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項７】請求項１の半導体レーザ装置を製造する
方法において、第１伝導型半導体基板上に酸化膜もしく
は酸化が可能な膜からなる第１の電流ブロック層と高抵
抗半導体からなる第２電流ブロック層を全面に成長する
工程と、電流ブロック層の一部をエッチングすることに
より電流経路部を形成する工程と、第１伝導型クラッド
層、活性層、第２伝導型クラッド層からなるメサ型ダブ
ルヘテロ構造を全面にあるいは電流経路部に選択的に形
成する工程と、そのメサ構造を埋め込む成長を行う工程
と、第１の電流ブロック層が酸化が可能な膜の場合、そ
の酸化が可能な膜をエッチングにより露出させ横方向か
ら酸化させる工程を少なくとも有することを特徴とする
半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項８】請求項１記載の半導体レーザ装置におい
て、前記絶縁膜がアルミニウムを含む薄膜からなること
を特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項９】請求項１記載の半導体レーザ装置におい
て、前記第２ブロック層を構成する前記高抵抗半導体層
には、高抵抗領域に酸素（Ｏ）、鉄（Ｆｅ）、ルテニウ
ム（Ｒｕ）或いはチタン（Ｔｉ）が不純物として添加さ
れていることを特徴とする半導体レーザ構造。
【請求項１０】請求項１記載の半導体レーザ装置にお
いて、前記第２ブロック層を構成する前記高抵抗半導体
層は意図的に不純物を添加していない結晶であることを
特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１１】請求項１記載の半導体レーザ装置にお
いて、前記第２ブロック層を構成する前記高抵抗半導体
層には、酸素（Ｏ）、鉄（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）
或いはチタン（Ｔｉ）がイオン注入されていることを特
徴とする半導体レーザ装置。