JP2913327B2 - 埋め込み型半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

埋め込み型半導体レーザおよびその製造方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はAlGaAs系埋め込み型半導体レーザに利用す
る。特に、活性層の端面が露出しないように窓構造を設
けた半導体レーザに関する。
本明細書では、結晶面とその方位をミラーの指数によ
り(hkl)面、〔hkl〕方向と表す。また、三つの成分の
それぞれの値の上に線を引くことにより、その成分につ
いての逆方向を表す。(hkl)面の個々の成分の値の上
に線を引いて表される面を(hkl)面の対称面という。
例えば(101)面の対称面は、 (10)、(01)、(0) である。
さらに、結晶の対称性により等価な面を{hkl}面と
表し、同じく等価な方向を〈hkl〉方向と表す。したが
って、GaAs系の結晶における〈001〉方向とは、 〔001〕、〔010〕および〔100〕 の三つの結晶方向と、それぞれの逆方向 〔00〕、〔00〕および〔00〕 とを含む。また、{110}面とは、 (110)、(101)、(011)、 (10)、(10)、(01)、 (10)、(01)、(01)、 (0)、(0)および(0) の各結晶面を含む。
〔概 要〕
本発明は、端面に窓構造が設けられた埋め込み型半導
体レーザにおいて、 {110}面を成長停止面として利用することにより、 活性層を大気に触れさせることなく窓構造および埋め
込み層を形成するものである。
〔従来の技術〕
半導体レーザの発光端面は、一般には劈開面を利用し
て形成される。しかし、特にAlGaAs系のレーザでは、劈
開面に自然酸化膜が形成され、端面劣化の原因となって
いた。そこで、従来から、端面を被膜で覆ったり、発光
波長に対して透明な結晶を端面に成長させた窓構造を用
いるなどの対策が採られていた。窓構造を用いた半導体
レーザとしては、例えば平田他、信学技報OQE86−151
第39頁には、窓構造分布帰還型レーザの例が示されてい
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、従来の製造方法では、活性層を一旦エッチン
グしてからその上に窓層を成長させていた。このため、
活性層の端部が大気に触れてしまい、欠陥のもととなる
可能性があった。
また、活性層を大気に触れさせることなく成長させる
方法として、結晶面を利用して成長させる方法が考えら
れている(例えばAPCT'89 p.215)。この方法では、(1
00)GaAs基板に〈011〉方向のメサストライプを形成
し、これにMOVPE成長を行う。これにより、メサストラ
イプ上に{111}B面が形成され、メサ側面の成長層の
高さがもとのメサの位置に達するまで、{111}B面へ
の成長が停止する。したがって、メサの深さと幅、およ
び各成長層の厚さを適当に選べば、1回のMOVPE成長
で、メサ上には切断された形状の活性層を成長させ、し
かも、電流ブロック層をメサの側面にのみ成長させるこ
とができる。
しかし、この方法で活性層を切断できる面はストライ
プ側面だけであり、ストライプ端面を処理することはで
きなかった。すなわち、この方法で窓構造を形成するこ
とはできなかった。
本発明は、以上の課題を解決し、大気に触れさせるこ
となく活性層の切断および窓構造の形成が可能な埋め込
み型半導体レーザの製造方法およびその構造を提供する
ことを目的とする。
〔課題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基板上に活性層を含むストラ
イプ状のメサ構造を形成する第一工程と、このメサ構造
の側面に埋め込み層、端面に窓構造をそれぞれ形成する
第二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、第一工程は、〈001〉方向のメサストライプを
形成する工程と、このメサストライプの四つの上縁部を
それぞれ通過する四つの{110}を成長停止面としてメ
サストライプ上に活性層を含む屋根形の層構造を成長さ
せる工程とを含み、第二工程は、成長停止面における結
晶成長が停止した状態で埋め込み層と窓構造とを成長さ
せる工程を含むことを特徴とする。
埋め込み層および窓構造を成長させる工程は、この埋
め込み層と窓構造との双方の領域に電流ブロック層を形
成する工程を含むことが望ましい。
本発明の第二の観点は上述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基板上に形
成されたメサ構造と、このメサ構造の側面に形成された
埋め込み層と、このメサ構造の側面に形成された窓構造
とを備えた埋め込み型半導体レーザにおいて、メサ構造
は〈001〉方向に沿ったストライプ状であり、このメサ
構造の上部には四つの{110}面で囲まれた屋根形構造
を備え、この屋根形構造内に活性層が設けられ、この屋
根形構造が埋め込み層および窓構造により埋め込まれた
ことを特徴とする。
本明細書において「上」とは、結晶成長の方向、すな
わち基板から離れる方向をいう。
〔作 用〕
結晶面を利用して成長を停止させる、すなわち特定の
結晶面を成長停止面として用いることにより、エッチン
グ工程によらずに、結晶成長中に活性層を自動的に切断
することができる。
このとき、メサストライプの方向を〈001〉方向に選
ぶ。これにより、成長停止面として{110}を用いるこ
とができ、メサストライプの側面方向への成長だけでな
く、端面の成長も停止させることができる。
例えば〔001〕方向のメサストライプの場合には、そ
の長さ方向の上縁部に沿って(110)面またはその対称
面が形成され、他の縁に沿って(101)面またはその対
称面が形成される。これらの面は共に{110}面であ
り、メサストライプの側面および端面の双方で結晶成長
を停止させることができる。〔010〕方向のメサストラ
イプの場合には、長さ方向に(101)面またはその対称
面、端面側に(110)面またはその対称面が形成され
る。
また、同じ結晶面を利用して、その領域への成長を停
止させた状態でメサ構造を埋め込むことにより、メサ構
造の側面に電流ブロック層、端面に窓構造を形成し、実
質的に活性領域のみに電流が流れる構造を形成すること
ができる。
〔実施例〕
第1図は本発明の基本構造を示す図であり、活性層を
含む屋根形構造を示す斜視図である。ここでは、メサス
トライプの方向を〔010〕方向とした場合にを示す。
(100)GaAs基板1上にはメサ構造が形成される。図
では、メサ構造についてその上部の屋根形構造2のみを
示す。メサ構造は〈001〉方向(この例では〔010方
向〕)に沿ったストライプ状であり、このメサ構造の上
部には四つの{110}面で囲まれた屋根形構造2を備え
る。この屋根形構造2は、下側層3、活性層4および上
側層5を備える。また、メサ構造の側面および端面に
は、下側層3、活性層4および上側層5のそれぞれと同
時に成長した下側層3′、活性層4′および上側層5′
が設けられる。
第1図に示した構造は、活性層4より屈折率が小さく
バンドギャップエネルギの大きい材料で埋め込まれる。
屋根形構造2の側面に成長した層が埋め込み層となり、
端面に成長した層が窓構造となる。
第2図および第3図は本発明第一実施例の構造および
その製造方法を示す図であり、第2図はストライプ方向
に直交する断面図、第3図はストライプ方向に沿った断
面図である。
まず、第2図(a)および第3図(a)に示すよう
に、(100)n型GaAs基板11上に1回目の結晶成長を行
い、n型クラッド層12およびn型ガイド層13を形成す
る。続いて、n型ガイド層13上に、干渉露光法などの方
法により回折格子14を形成する。
次に、第2図(b)および第3図(b)に示すよう
に、メサストライプを形成する。ストライプの方向は、
図示したように〔010〕方向にするか、これと直角な〔0
01〕方向とする。メサエッチングを行うには、反応性イ
オンエッチング(RIE)等の異方性の少ないエッチング
法や、{001}面が現れるラジカルエッチング等を用
い、メサ上縁部の角度θ、θが135度より小さくな
るようにする。メサストライプの寸法は、 幅W=必要な活性層幅+2t、 長さL=共振器長 深さ>t とする。ただしtは後述するn型バッファ層15の厚さで
ある。
続いて、第2図(c)、(d)および第3図(c)、
(d)に示すように、MOVPE法により2回目結晶成長を
行い、n型バッファ層15、活性層16、p型クラッド第一
層17、n型ブロック層18、p型クラッド第二層19、p型
キャップ層20を順に成長させる。第2図(c)および第
3図(c)はその途中の状態を示し、第2図(d)およ
び第3図(d)は2回目結晶成長の終了状態を示す。
ここで、n型バッファ層15、活性層16およびp型クラ
ッド第一層17の成長条件として、{110}面が成長停止
面として形成される条件を選ぶ。すると、第2図(c)
および第3図(c)に示したように、(101)面または
その対称面と(110)面またはその対称面とにより囲ま
れた屋根形構造が得られ、活性層16がメサ上とメサ側面
とで分離される。また、メサ上が{110}面で囲まれた
後は、メサ側面および端面のみに成長がおき、メサ頂部
には成長しなくなる。これにより、第2図(c)および
第3図(c)に示したように、n型ブロック層18はメサ
の周囲を取り囲むように形成される。
このようにして、メサの上と側面とで活性層16を分離
し、実質的にメサ上の活性層のみに電流を流す構造が得
られる。n型ブロック層18はメサストライプの端面部分
にも形成されるので、この部分への電流の流れも防止さ
れる。
このような構造が得られた後、第2図(e)および第
3図(e)に示したように、p型キャップ層20にp型電
極21を設け、基板11の裏面にはn型電極22を設ける。ま
た、端面をRIE等により形成する。これにより、窓構造
付きの埋め込み型分布帰還半導体レーザが得られる。
この構造は、メサストライプ側面の埋め込み層と同時
に端面側の窓構造が形成され、この窓構造にもn型ブロ
ック層18が形成されるので、窓構造への電流が阻止され
る構造となる。また、メサストライプの側面と同じp型
クラッド第一層17、p型クラッド第二層19およびn型ブ
ロック層18により窓構造を形成するので、活性層16より
Al組成の高いものを用いて、光吸収のない窓構造が得ら
れる。
第4図および第5図は本発明第二実施例の構造を示す
図であり、第4図はメサストライプに直交する断面図、
第5図はメサストライプに沿った断面図である。
この実施例は、第一実施例におけるp型クラッド第二
層19の部分までn型ブロック層18′を成長させ、表面か
らZn拡散を行ってp型キャップ層20からメサ頂部に至る
Zn拡散領域23を形成したものである。このZn拡散領域23
により、電流の通路がメサ上に限定される。
第6図および第7図は結晶の面方位を示す図である。
市販の半導体ウエハは、結晶の導電型および面方位を表
すために、円状のウエハの特定の端が削られている。
(100)n型GaAsウエハの場合には、ウエハの中心部か
ら〔0〕方向の端部と、〔01〕方向の端部とが
それぞれ削られている。これらをそれぞれOF、IFで表
す。上述の実施例でメサストライプが形成される〔01
0〕方向は、ウエハの中心からOFに至る直線と、同じく
中心からIFに至る直線との双方に対して45゜の角度をも
つ方向である。また、〔001〕方向は、〔010〕方向と直
交する方向である。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の方法により、活性層を
大気に触れさせることなく、窓構造付きの埋め込み型有
半導体レーザを製造できる。このため、活性層の周囲か
らの欠陥の発生を制御できる。しかも、窓構造部分にも
電流ブロック層を挿入できるので、無効な電流成分を減
らすことができ、端面での発熱も抑制できる。したがっ
て、半導体レーザの寿命を延長できるとともに、効率を
高めることができる効果がある。
また、本発明の構造は、製造のための結晶成長の回数
を増やす必要がない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本構造を示す図であり、活性層を含
む屋根形構造を示す斜視図。 第2図は本発明第一実施例の埋め込み型半導体レーザの
構造およびその製造方法をストライプ方法に直交する面
により示す断面図。 第3図は同じ構造およびその製造方法をストライプに沿
った方向から示す断面図。 第4図は本発明第二実施例の埋め込み型半導体レーザの
構造をストライプ方向に直交する面により示す断面図。 第5図は同じ構造をストライプに沿った方向から示す断
面図。 第6図および第7図は結晶の面方位を示す図。 1、11……基板、2……屋根形構造、3、3′……下側
層、4、4′……活性層、5、5′……上側層、12……
n型クラッド層、13……n型ガイド層、14……回折格
子、15……n型バッファ層、16……活性層、17……p型
クラッド第一層、18、18′……n型ブロック層、19……
p型クラッド第二層、20……p型キャップ層、21……p
型電極、22……n型電極、23……Zn拡散領域。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(100)GaAs基板上に活性層を含むストラ
    イプ状のメサ構造を形成する第一工程と、 このメサ構造の側面に埋め込み層、端面に窓構造をそれ
    ぞれ形成する第二工程と を含む埋め込み型半導体レーザの製造方法において、 前記第一工程は、 〈001〉方向のメサストライプを形成する工程と、 このメサストライプの四つの上縁部をそれぞれ通過する
    四つの{110}を成長停止面として前記メサストライプ
    上に活性層を含む屋根形の層構造を成長させる工程と を含み、 前記第二工程は、前記成長停止面における結晶成長が停
    止した状態で埋め込み層と窓構造とを成長させる工程を
    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】埋め込み層および窓構造を成長させる工程
    は、この埋め込み層と窓構造との双方の領域に電流ブロ
    ック層を形成する工程を含む請求項1記載の埋め込み型
    半導体レーザの製造方法。
  3. 【請求項3】(100)GaAs基板上に形成されたメサ構造
    と、 このメサ構造の側面に形成された埋め込み層と、 このメサ構造の端面に形成された窓構造と を備えた埋め込み型半導体レーザにおいて、 前記メサ構造は〈001〉方向に沿ったストライプ状であ
    り、 このメサ構造の上部には四つの{110}面で囲まれた屋
    根形構造を備え、 この屋根形構造内に活性層が設けられ、 この屋根形構造が前記埋め込み層および前記窓構造によ
    り埋め込まれた ことを特徴とする埋め込み型半導体レーザ。
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