JP2736383B2 - 埋め込み型半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光通信、光計測その他に用いられるレーザ光
源に関する。特に、AlGaAs系の埋め込み型半導体レーザ
に関する。

〔概要〕

本発明は、基板上に成長させた層構造にストライプ状
の溝を形成し、この溝内に活性層を形成した構造の埋め
込み型半導体レーザおよびその製造方法において、 結晶面を利用して活性層が成長する領域を制限するこ
とにより、 比較的単純な製造工程で幅の狭い活性層を高精度に形
成するものである。

〔従来の技術〕

MOCVD（有機金属化学気相成長）法を用いてAlGaAs系
の半導体レーザを製造する場合に、マスクを使用する
と、マスクを取り付けるために基板を反応容器から一旦
取り出す必要があること、マスク上に付着物が生じるこ
と、他の部分に影響を与えることなくマスクを除去する
必要があることなどの問題がある。そこで、少なくとも
ダブルヘテロ構造については、マスクを使用せずに製造
できる構造がいくつか提案されている。

第２図は従来例SBA型半導体レーザの構図を示す。

SBA（Self−alined Bent Active layer）型半導体レ
ーザは屈折率導波型のレーザであり、基板21上にクラッ
ド層22および電流ブロック層23を成長させ、電流ブロッ
ク層23をストライプ状にエッチングした後にクラッド層
24、活性層25、クラッド層26およびキャップ層27を成長
させることにより得られる。基板21の下面およびキャッ
プ層27の上面には、それぞれ電極28、29が設けられる。

製造時には、電流ブロック層23をエッチングするため
にマスクを必要とするが、その後の工程ではマスクを必
要としない。

基板21としてｐ型GaAsを用いる場合には、クラッド層
22、電流ブロック層23、クラッド層24、活性層25、クラ
ッド層26およびキャップ層27として、それぞれｐ型AlGa
As、ｎ型GaAs、ｐ型AlGaAs、アンドープAlGaAs、ｎ型Al
GaAsおよびｎ型GaAsが用いられる。

第３図は従来例RBH型半導体レーザの構造を示す。

RBH（Ridge Buried Heterostructure）型半導体レー
ザは埋め込み型のレーザであり、基板31にリッジ31′を
形成した後に、バッファ層32、クラッド層33、活性層3
4、クラッド層35、電流ブロック層36およびキャッピ層3
7を成長させ、キャップ層37および電流ブロック層36の
一部に亜鉛拡散領域40を設けることにより得られる。キ
ャップ層37の上面および基板31の下面には、それぞれ電
極38,39が設けられる。

基板31としてはｎ型GaAsが用いられ、バッファ層32、
クラッド層33、活性層34、クラッド層35、電流ブロック
層36およびキャップ層37としては、それぞれｎ型GaAs、
ｎ型AlGaAs、アンドープのAlGaAs、ｐ型AlGaAs、ｎ型Al
GaAsおよびｎ型GaAsが用いられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、SBA型半導体レーザは、活性層25が全面に連
続しており、注入電流が活性領域付近で広がってしまう
欠点があった。また、RBH型半導体レーザでは、電流ブ
ロック層36の一部の導電型を変えてその領域にのみ電流
が流れるようにするが、そのために亜鉛拡散の工程が必
要となる欠点があった。しかも、亜鉛拡散は場所および
深さの制御が難しく、活性領域の幅を狭くできない欠点
があった。

本発明は、以上の問題点を解決し、比較的簡単な製造
工程で幅の狭い活性層を高精度に形成できる構造の埋め
込み型半導体レーザおよびその製造方法を提供するもの
である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の第一の観点は埋め込み型半導体レーザの製造
方法であり、（100）GaAs基板上に電流ブロック層を含
む層構造を結晶成長させる第一工程と、この層構造の少
なくとも電流ブロック層をエッチングして〈110〉方向
に沿ったストライプ状の溝を形成する第二工程と、この
溝内に活性層を結晶成長させる第三工程とを含む埋め込
み型半導体レーザの製造方法において、第三工程は、溝
の上端部を通過する｛111｝Ｂ面が形成されるように溝
の内外にクラッド層またはガイド層を結晶成長させる工
程と、｛111｝Ｂ面における結晶成長が停止した状態で
活性層を結晶成長させる工程とを含むことを特徴とす
る。ここで、（ ）は結晶面を表し、〈 〉は結晶方向
を表す。また、｛ ｝は等価な結晶面を表す。

本明細書において、「上」とは、基板から離れる方向
をいうものとする。また、「下」および「側部」につい
ても同様に、基板を基準とした方向をいうものとする。

本発明の第二の観点は上記の方法により製造される埋
め込み型半導体レーザであり、（100）GaAs基板と、こ
の基板上に形成された層構造と、この層構造内に〈11
0〉方向に沿って形成されたストライプ状の溝と、この
溝内に形成された活性層とを備えた埋め込み型半導体レ
ーザにおいて、溝の上端部を通過する｛111｝Ｂ面が形
成されたクラッド層またはガイド層を備え、活性層はこ
のクラッド層またはガイド層の上に形成され、その側部
が｛111｝Ｂ面により切断された形状であることを特徴
とする。

〔作用〕

（100）GaAs基板上の層構造に〈110〉方向の溝を形成
し、溝の上端部の角度θを125°以下にすると、成長条
件を選択することにより、溝の上端部を通過する｛11
1｝Ｂ面が形成される。この面が形成されると、溝の底
から成長した層がその位置に達するまで、その面におけ
る成長が停止する。この状態で全面に活性層を成長させ
ても、その活性層はこの内外で｛111｝Ｂ面により分断
される。したがって、マスクを使用することなく幅の狭
い活性領域を形成できる。

〔実施例〕

第１図は本発明実施例埋め込み型半導体レーザの製造
方法を示す。この実施例では、基板材料としてｎ型GaAs
を用いた場合を説明する。

第１図（ａ）は、（100）ｎ型GaAs基板１上に電流ブ
ロック層を含む層構造を結晶成長させる第一工程を示
す。層構造としては、ｎ型バッファ層２、ｐ型クラッド
層３およびｐ型電流ブロック層４を成長させる。

第１図（ｂ）は、層構造の少なくとも電流ブロック層
をエッチングして〈110〉方向に沿ったストライプ状の
溝を形成する第二工程を示す。

この工程では、ｐ型電流ブロック層４だけでなく、ｎ
型クラッド層３を貫通し、ｎ型バッファ層２の一部まで
エッチングする。溝の構造は、上端部の角度θが125°
以下となるようにする。

第１図（ｃ）は、溝内に活性層６を結晶成長させる第
三工程の第一段階として、溝の上端部を通過する｛11
1｝Ｂ面が形成されるように溝の内外にクラッド層また
はガイド層を結晶成長させる工程を示す。

第二工程で得られた構造の上面全体に、MOCVD法によ
りｎ型材料を成長させる。この材料は、溝の内側と外側
とで別々に、それぞれｎ型クラッド層５、５′として成
長するが、溝の上端部には｛111｝Ｂ面が形成される。
この面が形成されると、溝の底から成長した層がその位
置まで達するまで、その面における成長が停止する。

第１図（ｄ）は、第三工程の第二段階およびその後の
工程を示す。

まず、｛111｝Ｂ面における結晶成長が停止した状態
で活性層材料を結晶成長させる。この活性層材料は、溝
内に活性層６として成長するとともに、溝外に活性層
６′として成長する。これらの活性層６、６′は｛11
1｝Ｂ面により分断される。活性層６のみが活性領域と
して利用される。ｎ型クラッド層または５′と活性層６
または６′との合計の厚さｔは、溝の深さＴより小さ
い。

次に、活性層６、６′の上にｐ型クラッド層７を成長
させる。このとき、溝の上まで成長させて全面を連続さ
せる。これにより、溝の部分を上下に見るとpin型のダ
ブルヘテロ構造が得られ、溝の側部を上下に見るとpinp
nの構造となり、溝内の活性層６に電流を集中させるこ
とができる。

ｐ型クラッド層７の上にはｐ型キャップ層８を成長さ
せ、ｐ型キャップ層８の上および（100）ｎ型GaAs基板
１の下に電極（図示せず）を取り付ける。

これにより、（100）GaAs基板として（100）ｎ型GaAs
基板１を備え、この（100）ｎ型GaAs基板１上に形成さ
れた層構造としてｎ型バッファ層２、ｎ型クラッド層
３、ｐ型電流ブロック層４を備え、層構造内に〈110〉
方向に沿って形成されたストライプ状の溝を備え、この
溝内に形成された活性層６を備えた埋め込み型半導体レ
ーザが得られる。ここで、この埋め込み型半導体レーザ
の特徴とするところは、溝の上端部を通過する｛111｝
Ｂ面が形成されたｐ型クラッド層７を備え、活性層６
は、ｐ型クラッド層７の上に形成され、その側部が｛11
1｝Ｂ面により切断された形状であることである。

以上の実施例において、ｐ型ｎ型の導電型を反転させ
ても本発明を同様に実施できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の埋め込み型半導体レー
ザの製造方法は、マスクを使用することなく幅の狭い活
性層が成長させることができる効果がある。また、活性
層周辺の埋め込みを大気にさらすことなく行うことがで
き、欠陥が生じにくい効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例埋め込み型半導体レーザの製造方
法を示す図。 第２図は従来例SBA型半導体レーザの構造を示す図。 第３図は従来例RBH型半導体レーザの構造を示す図。 １…（100）ｎ型GaAs基板、２…ｎ型バッファ層、３、
５、５′…ｎ型クラッド層、４…ｐ型電流ブロック層、
６、６′、25、34…活性層、７…ｐ型クラッド、８…ｐ
型キャップ層、21、31…基板、22、24、26、33、35…ク
ラッド層、23、36…電流ブロック層、27、37…キャップ
層、28、29、38、39…電流、31′…リッジ、32…バッフ
ァ層、40…亜鉛拡散領域。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（100）GaAs基板上に電流ブロック層を含
   む層構造を結晶成長させる第一工程と、 この層構造の少なくとも電流ブロック層をエッチングし
   て〈110〉方向に沿ったストライプ状の溝を形成する第
   二工程と、 この溝内に活性層を結晶成長させる第三工程と を含む埋め込み型半導体レーザの製造方法において、 上記第三工程は、 上記溝の上端部を通過する｛111｝Ｂ面が形成されるよ
   うに上記溝の内外にクラッド層またはガイド層を結晶成
   長させる工程と、 上記｛111｝Ｂ面における結晶成長が停止した状態で活
   性層を結晶成長させる工程と を含む ことを特徴とする埋め込み型半導体レーザの製造方法。
2. 【請求項２】（100）GaAs基板と、 この基板上に形成された層構造と、 この層構造内に〈110〉方向に沿って形成されたストラ
   イプ状の溝と、 この溝内に形成された活性層と を備えた埋め込み型半導体レーザにおいて、 上記溝の上端部を通過する｛111｝Ｂ面が形成されたク
   ラッド層またはガイド層を備え、 上記活性層は、前記クラッド層またはガイド層の上に形
   成され、その側部が｛111｝Ｂ面により切断された形状
   である ことを備えたことを特徴とする埋め込み型半導体レー
   ザ。