JP2558744B2 - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ素子及びその製造方法Info
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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素子及びその製造方法に関し、
特に、無効電流の小さい半導体レーザ素子及びその製造
方法に関する。
特に、無効電流の小さい半導体レーザ素子及びその製造
方法に関する。
（従来の技術） 半導体レーザ素子は光ディスクや光通信の光源として
広く利用されており、今後も他の用途、例えば、レーザ
プリンタや光配線用の光源として幅広い応用が期待され
ている。このような状況下に於て、活性領域に量子井戸
構造を採用した量子井戸レーザ素子は、高い電気光変換
効率（即ち、低い閾値電流）や高周波変調の可能性等を
有しており、将来の光素子の基礎を成す素子と考えられ
ている。
広く利用されており、今後も他の用途、例えば、レーザ
プリンタや光配線用の光源として幅広い応用が期待され
ている。このような状況下に於て、活性領域に量子井戸
構造を採用した量子井戸レーザ素子は、高い電気光変換
効率（即ち、低い閾値電流）や高周波変調の可能性等を
有しており、将来の光素子の基礎を成す素子と考えられ
ている。
このような量子井戸レーザ素子の電流注入領域や光閉
じ込め領域をストライプ状に規定する手法としては、プ
レーナストライプ（Planar Stripe）構造、液相エピタ
キシャル（LPE）法を用いた埋込（Buried Hetero）構
造、リッジガイド（Ridge Guide）構造等が主たるもの
である。
じ込め領域をストライプ状に規定する手法としては、プ
レーナストライプ（Planar Stripe）構造、液相エピタ
キシャル（LPE）法を用いた埋込（Buried Hetero）構
造、リッジガイド（Ridge Guide）構造等が主たるもの
である。
（発明が解決しようとする問題点） しかし、これらの構造はそれぞれ次のような欠点を有
している。即ち、プレーナストライプ構造では、発振領
域外を流れる無効電流が多。埋込構造では、埋込層の層
厚制御が困難であり、製造歩留りが極めて悪い。リッジ
ガイド構造では、リッジ形成のためのエッチングに非常
に精密な深さ制御が要求される。この様に、従来の技術
では量子井戸レーザに無効電流の少ない構造を歩溜り良
く作り付けることは困難であった。
している。即ち、プレーナストライプ構造では、発振領
域外を流れる無効電流が多。埋込構造では、埋込層の層
厚制御が困難であり、製造歩留りが極めて悪い。リッジ
ガイド構造では、リッジ形成のためのエッチングに非常
に精密な深さ制御が要求される。この様に、従来の技術
では量子井戸レーザに無効電流の少ない構造を歩溜り良
く作り付けることは困難であった。
従来の量子井戸レーザのそれらの欠点を解決すべく、
不純物拡散や光アニール不純物打ち込みを利用して、多
重量子井戸層をアロイ（alloy）層に変質させ、その間
に残存している量子井戸部で発光させる試みも多くなさ
れている。例えば、R. L. ThomtonはSi拡散による方法
を発表している（Applied Physics Letters, vol. 47
（12）,pp 1239−1241（1985））。しかし、これらの場
合も、アロイ層に変質した部分には打ち込み時や拡散時
に導入される結晶欠陥が残存しているため、得られた素
子の寿命に悪影響を及ぼす恐れがある。
不純物拡散や光アニール不純物打ち込みを利用して、多
重量子井戸層をアロイ（alloy）層に変質させ、その間
に残存している量子井戸部で発光させる試みも多くなさ
れている。例えば、R. L. ThomtonはSi拡散による方法
を発表している（Applied Physics Letters, vol. 47
（12）,pp 1239−1241（1985））。しかし、これらの場
合も、アロイ層に変質した部分には打ち込み時や拡散時
に導入される結晶欠陥が残存しているため、得られた素
子の寿命に悪影響を及ぼす恐れがある。
そこで、リッジガイド構造を制御性良く作り付ける方
法が早川らにより開発され、特願昭58−218276号（特開
昭60−110188号）として特許出願されている。その方法
を用いて作製された素子の構造図を第11図に示し、その
作製方法と効果を説明する。
法が早川らにより開発され、特願昭58−218276号（特開
昭60−110188号）として特許出願されている。その方法
を用いて作製された素子の構造図を第11図に示し、その
作製方法と効果を説明する。
この例示の素子の作製に於ては、先ず、ｎ−GaAs基板
501上に、ｎ−AlxGal−xAsクラッド層502、AlyGa1-yAs
活性層503、ｐ−AlxGa1-xAs第１クラッド層504、ｐ−Ga
Asエッチング停止層505、ｐ−AlxGa1-xAs第２クラッド
層506、及びｐ−GaAsコンタクト層507を連続的に成長さ
せる（ｘ＞ｙ）。このときの成長法としては、分子線エ
ピタキシャル（MBE）法、有機金属気相エピタキシャル
（OM−VPE）法等のいずれかが適用される。このとき、
エッチング停止層505は厚さ200Å以下と非常に薄く成長
されている。その後、エッチングによりリッジ520が形
成されるが、ｐ−第１クラッド層504とｐ−第２クラッ
ド層506との間にエッチング停止層505が挿入されている
ので、このエッチングはｐ−第１クラッド層504まで制
御性良く行うことができる。従って、無効電流の原因と
なるリッジ520外での上方クラッド層の厚さはｐ−第１
クラッド層504の層厚（d3f）で決定されることになる。
また、エッチング停止層505の層圧が200Åと薄いため光
との重なりが小さくなるので、エッチング停止層505で
の光吸収損失を比較的良好に抑制できる。
501上に、ｎ−AlxGal−xAsクラッド層502、AlyGa1-yAs
活性層503、ｐ−AlxGa1-xAs第１クラッド層504、ｐ−Ga
Asエッチング停止層505、ｐ−AlxGa1-xAs第２クラッド
層506、及びｐ−GaAsコンタクト層507を連続的に成長さ
せる（ｘ＞ｙ）。このときの成長法としては、分子線エ
ピタキシャル（MBE）法、有機金属気相エピタキシャル
（OM−VPE）法等のいずれかが適用される。このとき、
エッチング停止層505は厚さ200Å以下と非常に薄く成長
されている。その後、エッチングによりリッジ520が形
成されるが、ｐ−第１クラッド層504とｐ−第２クラッ
ド層506との間にエッチング停止層505が挿入されている
ので、このエッチングはｐ−第１クラッド層504まで制
御性良く行うことができる。従って、無効電流の原因と
なるリッジ520外での上方クラッド層の厚さはｐ−第１
クラッド層504の層厚（d3f）で決定されることになる。
また、エッチング停止層505の層圧が200Åと薄いため光
との重なりが小さくなるので、エッチング停止層505で
の光吸収損失を比較的良好に抑制できる。
しかし、本発明者らによるその後の研究によると、上
述の構成に於てはたとえGaAsエッチング停止層505の層
厚を200Å以下としても、この部分で光が吸収される限
り、発振閾値電流はエッチング停止層の無い場合に比べ
て３〜10倍に高くなることが判明した。従って、この新
しい構成も、発振閾値電流の点からは改良を要するもの
であった。
述の構成に於てはたとえGaAsエッチング停止層505の層
厚を200Å以下としても、この部分で光が吸収される限
り、発振閾値電流はエッチング停止層の無い場合に比べ
て３〜10倍に高くなることが判明した。従って、この新
しい構成も、発振閾値電流の点からは改良を要するもの
であった。
本発明は、従来の半導体レーザ素子における上述のよ
うな問題点を解決し、低閾値電流であり且つ無効電流が
少なく、歩溜り良く製造することのできる半導体レーザ
素子及びその製造方法を提供することを目的としてい
る。
うな問題点を解決し、低閾値電流であり且つ無効電流が
少なく、歩溜り良く製造することのできる半導体レーザ
素子及びその製造方法を提供することを目的としてい
る。
（問題点を解決するための手段） 本発明の半導体レーザ素子は、第１導電型を有する第
１の層と、該第１の層の上方に形成され、該第１の層よ
り禁制帯幅がより小さくかつ屈折率がより大きい第２の
層と、該第２の層の上方に形成され、該第２の層より禁
制帯幅がより大きくかつ屈折率がより小さい、第２導電
型を有する第３の層と、該第２の層の中に又は該第２の
層と該第３の層との間に形成され、厚さが電子波のドゥ
・ブロイ波長以下である量子井戸となる第４の層とを備
え、該第４の層は、該第２の層で発せられる光子のエネ
ルギーよりも大きい禁制帯幅を有し、直上の半導体層と
はエッチング特性が異なっており、そのことにより上記
目的が達成される。
１の層と、該第１の層の上方に形成され、該第１の層よ
り禁制帯幅がより小さくかつ屈折率がより大きい第２の
層と、該第２の層の上方に形成され、該第２の層より禁
制帯幅がより大きくかつ屈折率がより小さい、第２導電
型を有する第３の層と、該第２の層の中に又は該第２の
層と該第３の層との間に形成され、厚さが電子波のドゥ
・ブロイ波長以下である量子井戸となる第４の層とを備
え、該第４の層は、該第２の層で発せられる光子のエネ
ルギーよりも大きい禁制帯幅を有し、直上の半導体層と
はエッチング特性が異なっており、そのことにより上記
目的が達成される。
また、本発明の製造方法は、上記構成の半導体レーザ
素子の製造方法において、少なくとも該第３の層を形成
した後に、該第４の層の直上の半導体層に対するエッチ
ング速度が該第４の層に対するエッチング速度の10倍以
上であるエッチング材を用いて、該第４の層の直上まで
選択エッチングを行う工程を包含しており、そのことに
より上記目的が達成される。
素子の製造方法において、少なくとも該第３の層を形成
した後に、該第４の層の直上の半導体層に対するエッチ
ング速度が該第４の層に対するエッチング速度の10倍以
上であるエッチング材を用いて、該第４の層の直上まで
選択エッチングを行う工程を包含しており、そのことに
より上記目的が達成される。
（実施例） 本発明を実施例について説明する。
本発明素子の一実施例の構造を第１図を用いて説明す
る。本実施例の半導体レーザ素子は、次のようにして作
製される。先ず、ｎ−GaAs基板101上に、ｎ←AlxGa1-xA
s（ｘ＝０→0.5）混晶比傾斜バッファ層102（0.2μｍ
厚）、ｎ−AlyGa1-yAsクラッド層103（1.5μｍ厚）、無
添加の多重量子井戸活性層104、ｐ−GaAsエッチング停
止層105（20Å厚）、ｐ−AlyGa1-yAsクラッド層106（1.
2μｍ厚）、及びｐ−GaAsコンタクト層107（1.0μｍ
厚）を順次成長させる（第１図（ａ））。この成長法と
しては、分子線エピタキシャル（MBE）法、有機金属気
相エピタキシャル（OM−VPE）法等のいずれかを適用で
きる。本実施例の場合、第２図に示すように、活性層10
4は４層のGaAs量子井戸層104a（70Å厚）と４層のAl0.5
Ga0.5Asバリア層104b（100Å厚）とから構成されてお
り、クラッド層103、106の混晶比はｙ＝0.7に選定し
た。
る。本実施例の半導体レーザ素子は、次のようにして作
製される。先ず、ｎ−GaAs基板101上に、ｎ←AlxGa1-xA
s（ｘ＝０→0.5）混晶比傾斜バッファ層102（0.2μｍ
厚）、ｎ−AlyGa1-yAsクラッド層103（1.5μｍ厚）、無
添加の多重量子井戸活性層104、ｐ−GaAsエッチング停
止層105（20Å厚）、ｐ−AlyGa1-yAsクラッド層106（1.
2μｍ厚）、及びｐ−GaAsコンタクト層107（1.0μｍ
厚）を順次成長させる（第１図（ａ））。この成長法と
しては、分子線エピタキシャル（MBE）法、有機金属気
相エピタキシャル（OM−VPE）法等のいずれかを適用で
きる。本実施例の場合、第２図に示すように、活性層10
4は４層のGaAs量子井戸層104a（70Å厚）と４層のAl0.5
Ga0.5Asバリア層104b（100Å厚）とから構成されてお
り、クラッド層103、106の混晶比はｙ＝0.7に選定し
た。
次に、ホトソリグラフィ技術とエッチング技術を適用
して、幅３μｍのストライプ状のメサ120をｐ−AlyGa
1-yAsクラッド層106の途中まで形成する。このときのエ
ッチング液としては、H2SO4：H2O2：H2Ｏ＝2:4:100のも
のを用いた。その後、緩衝HFを用いて、ｐ−AlyGa1-yAs
クラッド層106を選択的にエッチングする。これは、20
Å厚（４原子層分）のGaAsエッチング停止層105が緩衝H
Fによりエッチングされないことを利用したものであ
る。この様に加工された素子のメサ120上にｐ側オーミ
ック電極110が、基板101下面の全面にｎ側オーミック電
極109が形成され、共振器面が劈開により作製された
（第１図（ｂ））。
して、幅３μｍのストライプ状のメサ120をｐ−AlyGa
1-yAsクラッド層106の途中まで形成する。このときのエ
ッチング液としては、H2SO4：H2O2：H2Ｏ＝2:4:100のも
のを用いた。その後、緩衝HFを用いて、ｐ−AlyGa1-yAs
クラッド層106を選択的にエッチングする。これは、20
Å厚（４原子層分）のGaAsエッチング停止層105が緩衝H
Fによりエッチングされないことを利用したものであ
る。この様に加工された素子のメサ120上にｐ側オーミ
ック電極110が、基板101下面の全面にｎ側オーミック電
極109が形成され、共振器面が劈開により作製された
（第１図（ｂ））。
上述の工程により作製された半導体レーザは、多重量
子井戸活性層104に於て波長820nm（これはエネルギー換
算すれば1.51eVに相当する。）で発振する。このとき、
メサ120の下方に位置するｐ−GaAsエッチング停止層105
は厚さが20Åという超薄層であるため、量子効果によ
り、その禁制帯幅は約1.81eVとなり、発振光に対して完
全に透明な状態となっている。即ち、このエッチング停
止層105は、早川らにより示されていた光学特性に悪影
響を及ぼさないことに加えて、発振光を全く吸収しない
という新たな利点を有している。このことにより、本素
子の特性は、理想的に活性層104の直上までエッチング
されたリッジガイド構造の素子のそれと等価となること
が判る。本素子の発振閾値電流は12〜16mA、微分量子効
率は70〜80％であった。このように、無効電流が最小に
抑制された半導体レーザ素子を歩留り良く作製すること
が可能となる。
子井戸活性層104に於て波長820nm（これはエネルギー換
算すれば1.51eVに相当する。）で発振する。このとき、
メサ120の下方に位置するｐ−GaAsエッチング停止層105
は厚さが20Åという超薄層であるため、量子効果によ
り、その禁制帯幅は約1.81eVとなり、発振光に対して完
全に透明な状態となっている。即ち、このエッチング停
止層105は、早川らにより示されていた光学特性に悪影
響を及ぼさないことに加えて、発振光を全く吸収しない
という新たな利点を有している。このことにより、本素
子の特性は、理想的に活性層104の直上までエッチング
されたリッジガイド構造の素子のそれと等価となること
が判る。本素子の発振閾値電流は12〜16mA、微分量子効
率は70〜80％であった。このように、無効電流が最小に
抑制された半導体レーザ素子を歩留り良く作製すること
が可能となる。
次に、プレーナ型の実施例を説明する。この実施例素
子の断面構造を第３図に示す。この素子の作製に当たっ
ては先ず、ｎ−GaAs基板201上に、ｎ−Al0.45Ga0.55As
クラッド層202（1.2μｍ厚）、ｐ又はｎ−Al0.07Ga0.93
As活性層203（0.08μｍ厚）、ｐ−Al0.45Ga0.55Asキャ
リア障壁層204（0.05μｍ厚）、ｐ−GaAsエッチング停
止層205（15Å厚）、及びｐ−Al0.45Ga0.55Asクラッド
層206（1.1μｍ厚）が順次成長させられる。このときの
縦方向の混晶比分布を第４図に示す。
子の断面構造を第３図に示す。この素子の作製に当たっ
ては先ず、ｎ−GaAs基板201上に、ｎ−Al0.45Ga0.55As
クラッド層202（1.2μｍ厚）、ｐ又はｎ−Al0.07Ga0.93
As活性層203（0.08μｍ厚）、ｐ−Al0.45Ga0.55Asキャ
リア障壁層204（0.05μｍ厚）、ｐ−GaAsエッチング停
止層205（15Å厚）、及びｐ−Al0.45Ga0.55Asクラッド
層206（1.1μｍ厚）が順次成長させられる。このときの
縦方向の混晶比分布を第４図に示す。
その後、前述の実施例と同様に、幅３μｍのストライ
プ状のメサ220を選択エッチングにより形成する。この
ときも、緩衝HFを使用して、ｐ−Al0.45Ga0.55Asクラッ
ド層206をｐ−GaAsエッチング停止層205の直上までエッ
チングする。その後、メサ220が形成されたウェハ上に
液相エピタキシャル（LPE）成長法により、ｎ−Al0.55G
a0.45As電流狭窄層207（1.0μｍ厚）をメサ220の両側に
成長させ、その後にｐ−GaAsコンタクト層208（3.0μｍ
厚）をウェハ全面に成長させる。最後に、成長層側の全
面にｐ側オーミック電極210を、基板側の全面にｎ側オ
ーミック電極209を形成し、共振器長が250μｍになるよ
うに劈開して素子を作製した。
プ状のメサ220を選択エッチングにより形成する。この
ときも、緩衝HFを使用して、ｐ−Al0.45Ga0.55Asクラッ
ド層206をｐ−GaAsエッチング停止層205の直上までエッ
チングする。その後、メサ220が形成されたウェハ上に
液相エピタキシャル（LPE）成長法により、ｎ−Al0.55G
a0.45As電流狭窄層207（1.0μｍ厚）をメサ220の両側に
成長させ、その後にｐ−GaAsコンタクト層208（3.0μｍ
厚）をウェハ全面に成長させる。最後に、成長層側の全
面にｐ側オーミック電極210を、基板側の全面にｎ側オ
ーミック電極209を形成し、共振器長が250μｍになるよ
うに劈開して素子を作製した。
この実施例の場合、活性層203は量子効果を有してお
らず、発振波長は820nm（エネルギー換算すれば1.51eV
に相当）である。これに対して、エッチング停止層205
のエネルギー禁止帯幅は量子効果により1.80eVとなり、
発振波長より充分大きくなる。そのため、このエッチン
グ停止層205での光吸収はない。それ故、レーザ共振器
内での吸収損失はエッチング停止層205がない場合と変
わらないことになる。また、ｐ−Al0.45Ga0.55Asクラッ
ド層206の混晶比とｎ−Al0.55Ga0.45As電流狭窄層207の
混晶比との間には差があるため、光はメサ220直下の部
分に閉じ込められる。その結果、光の分布と注入キャリ
ア分布とが過不足なく重なり合い、非常に効率よく発光
されることが可能となる。このときの、発振閾値電流は
15〜17mAであり、量子微分効率は75％であった。
らず、発振波長は820nm（エネルギー換算すれば1.51eV
に相当）である。これに対して、エッチング停止層205
のエネルギー禁止帯幅は量子効果により1.80eVとなり、
発振波長より充分大きくなる。そのため、このエッチン
グ停止層205での光吸収はない。それ故、レーザ共振器
内での吸収損失はエッチング停止層205がない場合と変
わらないことになる。また、ｐ−Al0.45Ga0.55Asクラッ
ド層206の混晶比とｎ−Al0.55Ga0.45As電流狭窄層207の
混晶比との間には差があるため、光はメサ220直下の部
分に閉じ込められる。その結果、光の分布と注入キャリ
ア分布とが過不足なく重なり合い、非常に効率よく発光
されることが可能となる。このときの、発振閾値電流は
15〜17mAであり、量子微分効率は75％であった。
次に、活性層にGRIN−SCH（Graded Index−Separate
Confinement Heterostructure）構造を適用した他の実
施例を説明する。本実施例の作製工程を第５図に、混晶
比分布を第６図に示す。本実施例素子は以下のようにし
て作製された。
Confinement Heterostructure）構造を適用した他の実
施例を説明する。本実施例の作製工程を第５図に、混晶
比分布を第６図に示す。本実施例素子は以下のようにし
て作製された。
先ず、ｎ−GaAs基板301の上に、超格子バッファ層302
（0.2μｍ厚）、ｎ−Al0.7Ga0.3Asクラッド層303（1.1
μｍ厚）、無添加のGRIN−SCH型AlxGa1-xAs活性層304
（0.3μｍ厚）、ｐ−Al0.7Ga0.3Asキャリア障壁層305
（0.02μｍ厚）、ｐ−GaAsエッチング停止層306（25Å
厚、厚さは第６図にdesで示す。）、ｐ−Al0.7Ga0.3As
クラッド層307（2.0μｍ厚）そしてp+−GaAsコンタクト
層308（0.5μｍ厚）を順に成長させる（第５図
（ａ））。第６図は、GRIN−SCH部付近の混晶比分布を
示している。尚、活性層304の上端とエッチング停止層3
06との間の距離をdfで示すようにすると、本実施例では
dfはキャリア障壁層305の厚さ、即ち0.02μｍとなる。
本実施例に於ては、活性層304にはGRIN領域341、341の
間に単一量子井戸構造が形成されており、その量子井戸
340の幅Lzは70Åとした。この場合の発振波長は830nmで
ある。また、前述の実施例と同様に、量子効果によりエ
ッチング停止層306での光吸収は生じないように設計さ
れている。
（0.2μｍ厚）、ｎ−Al0.7Ga0.3Asクラッド層303（1.1
μｍ厚）、無添加のGRIN−SCH型AlxGa1-xAs活性層304
（0.3μｍ厚）、ｐ−Al0.7Ga0.3Asキャリア障壁層305
（0.02μｍ厚）、ｐ−GaAsエッチング停止層306（25Å
厚、厚さは第６図にdesで示す。）、ｐ−Al0.7Ga0.3As
クラッド層307（2.0μｍ厚）そしてp+−GaAsコンタクト
層308（0.5μｍ厚）を順に成長させる（第５図
（ａ））。第６図は、GRIN−SCH部付近の混晶比分布を
示している。尚、活性層304の上端とエッチング停止層3
06との間の距離をdfで示すようにすると、本実施例では
dfはキャリア障壁層305の厚さ、即ち0.02μｍとなる。
本実施例に於ては、活性層304にはGRIN領域341、341の
間に単一量子井戸構造が形成されており、その量子井戸
340の幅Lzは70Åとした。この場合の発振波長は830nmで
ある。また、前述の実施例と同様に、量子効果によりエ
ッチング停止層306での光吸収は生じないように設計さ
れている。
次に、アンモニア系のエッチャントとフッ酸系のエッ
チャントとを順に用いて、p+−GaAsコンタクト層308と
ｐ−Al0.7Ga0.3Asクラッド層307とから成る幅２μｍの
メサ320を形成する。フッ酸系のエッチャントによるエ
ッチングはｐ−GaAsエッチング停止層306で停止される
ので、GRIN領域341を有する活性層304にキャリアが注入
されるまでの電流拡がりの原因となる部分は、200Å厚
のｐ−Al0.7Ga0.3Asキャリア障壁層305と25Å厚のｐ−G
aAsエッチング停止層306との２層のみとなる。しかし、
これらの層305、306の層厚は薄いため、無効電流は殆ど
発生しない。最後に、メサ320上面にｐ側オーミック電
極310を、基板側の全面にｎ側オーミック電極309を形成
した後、劈開して素子を作製した（第５図（ｂ））。本
実施例の発振閾値電流は３〜5mAであった。このよう
に、ｐ−Al0.7Ga0.3Asクラッド層307を選択的にエッチ
ングすることにより、発振閾値電流の小さい素子を歩留
り良く得ることができる。
チャントとを順に用いて、p+−GaAsコンタクト層308と
ｐ−Al0.7Ga0.3Asクラッド層307とから成る幅２μｍの
メサ320を形成する。フッ酸系のエッチャントによるエ
ッチングはｐ−GaAsエッチング停止層306で停止される
ので、GRIN領域341を有する活性層304にキャリアが注入
されるまでの電流拡がりの原因となる部分は、200Å厚
のｐ−Al0.7Ga0.3Asキャリア障壁層305と25Å厚のｐ−G
aAsエッチング停止層306との２層のみとなる。しかし、
これらの層305、306の層厚は薄いため、無効電流は殆ど
発生しない。最後に、メサ320上面にｐ側オーミック電
極310を、基板側の全面にｎ側オーミック電極309を形成
した後、劈開して素子を作製した（第５図（ｂ））。本
実施例の発振閾値電流は３〜5mAであった。このよう
に、ｐ−Al0.7Ga0.3Asクラッド層307を選択的にエッチ
ングすることにより、発振閾値電流の小さい素子を歩留
り良く得ることができる。
また、本実施例ではｐ−Al0.7Ga0.3Asキャリア障壁層
305を設けており、その厚さによってdfを0.02μｍとし
ているが、無効電流をより減少させるためには、第７図
に示すようにキャリア障壁層305を設けないようにする
（即ちdf＝０とする。）、或は、第８図に示すようにエ
ッチング停止層306を活性層304内に設ける（換言すれ
ば、dfをマイナス（例えば、df＝−100Å）にする。）
ことも可能である。尚、これらの場合には、エッチング
停止層306を無添加のGaAsから構成した方が無効電流が
少なくなり、より良い特性が得られる。
305を設けており、その厚さによってdfを0.02μｍとし
ているが、無効電流をより減少させるためには、第７図
に示すようにキャリア障壁層305を設けないようにする
（即ちdf＝０とする。）、或は、第８図に示すようにエ
ッチング停止層306を活性層304内に設ける（換言すれ
ば、dfをマイナス（例えば、df＝−100Å）にする。）
ことも可能である。尚、これらの場合には、エッチング
停止層306を無添加のGaAsから構成した方が無効電流が
少なくなり、より良い特性が得られる。
次に、上述のようなGRIN−SCH構造を半導体レーザア
レイ素子に適用した場合の実施例を説明する。第９図に
その断面構成を示す。本実施例のアレイ素子では、以下
に説明する構成を除き、成長各層及び電極の構成は前述
の第５図に示した実施例と同様であるので、同様の部分
には該実施例の説明で使用した参照符号の最初の１桁の
数字「３」を「４」に代えた参照符号を付し（例えば、
活性層を符号「404」で示す）、説明は省略する。この
アレイ素子では、前述の実施例と同様のエッチング方法
により、平行ストライプ状に３μｍ幅のメサ420が５μ
ｍ周期で20本形成されている。また、隣り合うレーザ間
での位相同期状態を実現するために、ｐ−Al0.7Ga0.3As
キャリア障壁層405の厚さを0.1μｍ（即ち、df＝0.1μ
ｍ）としている。本実施例の電流−光出力特性を第10図
に示す。発振閾値電流は65〜80mA、微分量子効率は80％
であった。
レイ素子に適用した場合の実施例を説明する。第９図に
その断面構成を示す。本実施例のアレイ素子では、以下
に説明する構成を除き、成長各層及び電極の構成は前述
の第５図に示した実施例と同様であるので、同様の部分
には該実施例の説明で使用した参照符号の最初の１桁の
数字「３」を「４」に代えた参照符号を付し（例えば、
活性層を符号「404」で示す）、説明は省略する。この
アレイ素子では、前述の実施例と同様のエッチング方法
により、平行ストライプ状に３μｍ幅のメサ420が５μ
ｍ周期で20本形成されている。また、隣り合うレーザ間
での位相同期状態を実現するために、ｐ−Al0.7Ga0.3As
キャリア障壁層405の厚さを0.1μｍ（即ち、df＝0.1μ
ｍ）としている。本実施例の電流−光出力特性を第10図
に示す。発振閾値電流は65〜80mA、微分量子効率は80％
であった。
尚、この種の半導体レーザアレイ素子では、df＝０と
し、且つメサ幅を２〜４μｍ、メサ周期を７〜100μｍ
とし、個々のレーザから電極を取り出すようにすること
により、各々のレーザを個別に発振されることも可能と
なる。
し、且つメサ幅を２〜４μｍ、メサ周期を７〜100μｍ
とし、個々のレーザから電極を取り出すようにすること
により、各々のレーザを個別に発振されることも可能と
なる。
本発明は、上述の各実施例に限定されるものではな
く、 １）レーザを構成する材料が異なるもの（例えば、InGa
AlP系等）、 ２）導電型が全て逆のもの、 ３）エッチング材として他の液体又は気体を使用したも
の、 ４）導波路形状の異なるもの、 ５）エッチングを施した部分に結晶の再成長を行い、こ
の部分のみに電流を流すもの、 ６）メサ幅が0.01〜100μｍのもの、 ７）アレイ素子とした場合のメサ周期が0.02〜100μｍ
のもの、 ８）キャリア障壁層の厚さ（又はdf）が−0.15〜0.4μ
ｍのもの、 ９）エッチング停止層を無添加の半導体層としたもの 等に於ても、本発明を適用できる。
く、 １）レーザを構成する材料が異なるもの（例えば、InGa
AlP系等）、 ２）導電型が全て逆のもの、 ３）エッチング材として他の液体又は気体を使用したも
の、 ４）導波路形状の異なるもの、 ５）エッチングを施した部分に結晶の再成長を行い、こ
の部分のみに電流を流すもの、 ６）メサ幅が0.01〜100μｍのもの、 ７）アレイ素子とした場合のメサ周期が0.02〜100μｍ
のもの、 ８）キャリア障壁層の厚さ（又はdf）が−0.15〜0.4μ
ｍのもの、 ９）エッチング停止層を無添加の半導体層としたもの 等に於ても、本発明を適用できる。
（発明の効果） このように、本発明によれば、低閾値電流であり且つ
無効電流が少なく、歩溜り良く製造することの可能な半
導体レーザ素子及びその製造方法が提供される。
無効電流が少なく、歩溜り良く製造することの可能な半
導体レーザ素子及びその製造方法が提供される。
第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明半導体レーザ素子の一
実施例の製造工程を示す図、第２図はその実施例の混晶
比分布を示す図、第３図及び第４図はそれぞれ他の実施
例の断面構成及びその実施例の混晶比分布を示す図、第
５図（ａ）及び（ｂ）は更に他の実施例の製造工程を示
す図、第６図は第５図の実施例の混晶比分布を示す図、
第７図及び第８図は更に他の実施例の混晶比分布を示す
図、第９図は更に他の実施例の部分の断面構成を示す
図、第10図は第９図の実施例の電流−光出力特性を示す
グラフ、第11図は従来例の断面構成を示す図である。 101、201、301、401……基板 102、302、402……ｎ−AlGaAsバッファ層 103、202、303、403……ｎ−AlGaAsクラッド層 104、203、304、404……活性層 204、305、405……ｐ−AlGaAsキャリア障壁層 105、205、306、406……ｐ−GaAsエッチング停止層 106、206、307、407……ｐ−AlGaAsクラッド層 107、208、308、408……ｐ−GaAsコンタクト層 120、220、320、420……メサ
実施例の製造工程を示す図、第２図はその実施例の混晶
比分布を示す図、第３図及び第４図はそれぞれ他の実施
例の断面構成及びその実施例の混晶比分布を示す図、第
５図（ａ）及び（ｂ）は更に他の実施例の製造工程を示
す図、第６図は第５図の実施例の混晶比分布を示す図、
第７図及び第８図は更に他の実施例の混晶比分布を示す
図、第９図は更に他の実施例の部分の断面構成を示す
図、第10図は第９図の実施例の電流−光出力特性を示す
グラフ、第11図は従来例の断面構成を示す図である。 101、201、301、401……基板 102、302、402……ｎ−AlGaAsバッファ層 103、202、303、403……ｎ−AlGaAsクラッド層 104、203、304、404……活性層 204、305、405……ｐ−AlGaAsキャリア障壁層 105、205、306、406……ｐ−GaAsエッチング停止層 106、206、307、407……ｐ−AlGaAsクラッド層 107、208、308、408……ｐ−GaAsコンタクト層 120、220、320、420……メサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 完益 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 松本 晃広 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 細羽 弘之 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】第１導電型を有する第１の層と、該第１の
層の上方に形成され、該第１の層より禁制帯幅がより小
さくかつ屈折率がより大きい第２の層と、該第２の層の
上方に形成され、該第２の層より禁制帯幅がより大きく
かつ屈折率がより小さい、第２導電型を有する第３の層
と、該第２の層の中に又は該第２の層と該第３の層との
間に形成され、厚さが電子波のドゥ・ブロイ波長以下で
ある量子井戸となる第４の層とを備え、該第４の層は、
該第２の層で発せられる光子のエネルギーよりも大きい
禁制帯幅を有し、直上の半導体層とはエッチング特性が
異なっている、半導体レーザ素子。 - 【請求項２】第１導電型を有する第１の層と、該第１の
層の上方に形成され、該第１の層より禁制帯幅がより小
さくかつ屈折率がより大きい第２の層と、該第２の層の
上方に形成され、該第２の層より禁制帯幅がより大きく
かつ屈折率がより小さい、第２導電型を有する第３の層
と、該第２の層の中に又は又は該第２の層と該第３の層
との間に形成され、厚さが電子波のドゥ・ブロイ波長以
下である量子井戸となる第４の層とを備え、該第４の層
は、該第２の層で発せられる光子のエネルギーよりも大
きい禁制帯幅を有し、直上の半導体層とはエッチング特
性が異なっている、半導体レーザ素子の製造方法におい
て、少なくとも該第３の層を形成した後に、該第４の層
の直上の半導体層に対するエッチング速度が該第４の層
に対するエッチング速度の10倍以上であるエッチング材
を用いて、該第４の層の直上まで選択エッチングを行う
工程を含む半導体レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62254918A JP2558744B2 (ja) | 1987-10-08 | 1987-10-08 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| EP88309409A EP0311445B1 (en) | 1987-10-08 | 1988-10-07 | A semiconductor laser device and a method for the production of the same |
| US07/255,049 US4890293A (en) | 1987-10-08 | 1988-10-07 | Semiconductor laser device |
| DE3855551T DE3855551T2 (de) | 1987-10-08 | 1988-10-07 | Halbleiter-Laservorrichtung und deren Herstellungsverfahren |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62254918A JP2558744B2 (ja) | 1987-10-08 | 1987-10-08 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0196980A JPH0196980A (ja) | 1989-04-14 |
| JP2558744B2 true JP2558744B2 (ja) | 1996-11-27 |
Family
ID=17271666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62254918A Expired - Lifetime JP2558744B2 (ja) | 1987-10-08 | 1987-10-08 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4890293A (ja) |
| EP (1) | EP0311445B1 (ja) |
| JP (1) | JP2558744B2 (ja) |
| DE (1) | DE3855551T2 (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2634825B2 (ja) * | 1987-11-20 | 1997-07-30 | シャープ株式会社 | 光半導体装置 |
| JPH0327578A (ja) * | 1989-06-23 | 1991-02-05 | Eastman Kodatsuku Japan Kk | 発光ダイオ―ドアレイ |
| US5173912A (en) * | 1991-04-02 | 1992-12-22 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Double-carrier confinement laser diode with quantum well active and sch structures |
| US5256580A (en) * | 1992-04-06 | 1993-10-26 | Motorola, Inc. | Method of forming a light emitting diode |
| JPH0653602A (ja) * | 1992-07-31 | 1994-02-25 | Hitachi Ltd | 半導体レーザ素子 |
| US5394421A (en) * | 1993-01-11 | 1995-02-28 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor laser device including a step electrode in a form of eaves |
| US5838029A (en) | 1994-08-22 | 1998-11-17 | Rohm Co., Ltd. | GaN-type light emitting device formed on a silicon substrate |
| US6996150B1 (en) | 1994-09-14 | 2006-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US5751752A (en) * | 1994-09-14 | 1998-05-12 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| JPH0888439A (ja) * | 1994-09-16 | 1996-04-02 | Rohm Co Ltd | 半導体レーザおよびその製法 |
| US5974069A (en) | 1994-09-16 | 1999-10-26 | Rohm Co., Ltd | Semiconductor laser and manufacturing method thereof |
| JP3432910B2 (ja) * | 1994-09-28 | 2003-08-04 | ローム株式会社 | 半導体レーザ |
| US5550854A (en) * | 1994-11-29 | 1996-08-27 | Lucent Technologies Inc. | Binary stratified structures for periodically pumped semiconductor lasers |
| JPH11354880A (ja) * | 1998-06-03 | 1999-12-24 | Rohm Co Ltd | 半導体レーザ素子およびその製造方法 |
| JP2001230493A (ja) * | 2000-02-21 | 2001-08-24 | Sony Corp | 半導体レーザ発光装置 |
| JP2005109102A (ja) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Mitsubishi Electric Corp | モノリシック半導体レーザおよびその製造方法 |
| US7221277B2 (en) * | 2004-10-05 | 2007-05-22 | Tracking Technologies, Inc. | Radio frequency identification tag and method of making the same |
| JP2007201390A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-08-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2139422B (en) * | 1983-03-24 | 1987-06-03 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser and method of fabricating the same |
| JPS60110188A (ja) * | 1983-11-18 | 1985-06-15 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
-
1987
- 1987-10-08 JP JP62254918A patent/JP2558744B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-10-07 DE DE3855551T patent/DE3855551T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1988-10-07 US US07/255,049 patent/US4890293A/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-10-07 EP EP88309409A patent/EP0311445B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4890293A (en) | 1989-12-26 |
| EP0311445B1 (en) | 1996-09-18 |
| EP0311445A3 (en) | 1989-10-18 |
| DE3855551T2 (de) | 1997-02-20 |
| JPH0196980A (ja) | 1989-04-14 |
| EP0311445A2 (en) | 1989-04-12 |
| DE3855551D1 (de) | 1996-10-24 |
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