JP2956425B2 - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
半導体レーザおよびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、情報処理の光消去・記
録・再生などに用いることのできる可視光半導体レーザ
およびその製造方法に関するものである。
録・再生などに用いることのできる可視光半導体レーザ
およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＡｌＧａＩｎＰ系赤色半導体レーザは、
１９８８年に６７０ｎｍ帯半導体レーザが商品化されて
以来、レーザプリンター、光ディスク等の情報処理装置
用光源として開発が活発に行われている。開発の中心は
当初６７０〜６８０ｎｍ帯であったが、バーコードリー
ダの視認性の改善、光ディスクの高密度化等の要求にと
もなって、波長領域はＨｅ−Ｎｅガスレーザと同レベル
の６３０ｎｍ帯へと移行しつつある。さらに将来、記憶
容量の増大に伴って、赤色より短波長の青・緑色から紫
外域にわたった半導体レーザ実現が切望されており、ｐ
型導電型制御が可能となったことを契機にＩＩ-ＶＩ族
系半導体レーザの研究が急速に進展してきている。
１９８８年に６７０ｎｍ帯半導体レーザが商品化されて
以来、レーザプリンター、光ディスク等の情報処理装置
用光源として開発が活発に行われている。開発の中心は
当初６７０〜６８０ｎｍ帯であったが、バーコードリー
ダの視認性の改善、光ディスクの高密度化等の要求にと
もなって、波長領域はＨｅ−Ｎｅガスレーザと同レベル
の６３０ｎｍ帯へと移行しつつある。さらに将来、記憶
容量の増大に伴って、赤色より短波長の青・緑色から紫
外域にわたった半導体レーザ実現が切望されており、ｐ
型導電型制御が可能となったことを契機にＩＩ-ＶＩ族
系半導体レーザの研究が急速に進展してきている。
【０００３】発振波長を短波長化するには、活性層のバ
ンドギャップを大きくする必要がある。ＡｌＧａＩｎＰ
系半導体レーザの短波長化を制限する主な要因は、活性
層からp型クラッド層への電子のオーバーフロー電流の
増加にともなう温度特性の悪化であり、活性層のバンド
ギャップを大きくすることは電子のオーバーフロー電流
増加につながる。このため、クラッド層のＡｌ組成を高
くしてバンドギャップを大きくするか、ｐ型クラッド層
のキャリア濃度を高くすることが短波長化に極めて大き
な効果がある。しかし、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成
長法）において、特にＡｌ組成の高いＡｌＧａＩｎＰ層
に対して高濃度のｐ型不純物ドーピングを行うことは難
しく、７×１０１７cm-3程度がドーピング限界であっ
た。
ンドギャップを大きくする必要がある。ＡｌＧａＩｎＰ
系半導体レーザの短波長化を制限する主な要因は、活性
層からp型クラッド層への電子のオーバーフロー電流の
増加にともなう温度特性の悪化であり、活性層のバンド
ギャップを大きくすることは電子のオーバーフロー電流
増加につながる。このため、クラッド層のＡｌ組成を高
くしてバンドギャップを大きくするか、ｐ型クラッド層
のキャリア濃度を高くすることが短波長化に極めて大き
な効果がある。しかし、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成
長法）において、特にＡｌ組成の高いＡｌＧａＩｎＰ層
に対して高濃度のｐ型不純物ドーピングを行うことは難
しく、７×１０１７cm-3程度がドーピング限界であっ
た。
【０００４】最近、＜１１０＞方向に傾斜した（１０
０）ＧａＡｓ基板を用いることがこの材料系特有の自然
超格子の形成によるバンドギャップの縮小を抑制し、ｐ
型ＡｌＧａＩｎＰ層の高濃度化が可能であることが示さ
れ、短波長化の有効な手段となっている。
０）ＧａＡｓ基板を用いることがこの材料系特有の自然
超格子の形成によるバンドギャップの縮小を抑制し、ｐ
型ＡｌＧａＩｎＰ層の高濃度化が可能であることが示さ
れ、短波長化の有効な手段となっている。
【０００５】図７は従来の半導体レーザ素子構造のう
ち、上記の情報処理装置用光源として開発されたレーザ
素子構造断面図である。図７（ａ）、（ｂ）はそれぞれ
（１００）ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上と＜１１０＞方向
に１５°傾斜した（１００）ｎ−ＧａＡｓ基板１０２上
に形成した場合を示している。
ち、上記の情報処理装置用光源として開発されたレーザ
素子構造断面図である。図７（ａ）、（ｂ）はそれぞれ
（１００）ｎ−ＧａＡｓ基板１０１上と＜１１０＞方向
に１５°傾斜した（１００）ｎ−ＧａＡｓ基板１０２上
に形成した場合を示している。
【０００６】図７において、２はｎ−ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層、３はＭＱＷ活性層、４はｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層、５はＧａＡｓコンタクト層、６はｎ−Ｇａ
Ａｓ電流狭窄層、２００、２０１は電極を示している。
ＭＱＷ活性層３は５ｎｍウエル層/５ｎｍバリア層の５
周期から構成されている。本レーザ素子を作製は、ｐ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４にリッジストライプを形成
した後、リッジ側面にｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層６を選択
的に形成して得られる。
ラッド層、３はＭＱＷ活性層、４はｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層、５はＧａＡｓコンタクト層、６はｎ−Ｇａ
Ａｓ電流狭窄層、２００、２０１は電極を示している。
ＭＱＷ活性層３は５ｎｍウエル層/５ｎｍバリア層の５
周期から構成されている。本レーザ素子を作製は、ｐ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４にリッジストライプを形成
した後、リッジ側面にｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層６を選択
的に形成して得られる。
【０００７】本素子はｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層６により
電流の狭窄を行うとともに、レーザ光をリッジストライ
プ下に閉じ込めて導波させるものであって、これにより
横方向の導波構造が形成される。よって、リッジストラ
イプ底部幅やリッジ外部のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層厚みを変えることにより、所望の横モードを実現する
ことができる。
電流の狭窄を行うとともに、レーザ光をリッジストライ
プ下に閉じ込めて導波させるものであって、これにより
横方向の導波構造が形成される。よって、リッジストラ
イプ底部幅やリッジ外部のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層厚みを変えることにより、所望の横モードを実現する
ことができる。
【０００８】一方、ＩＩーＶＩ族系半導体レーザは最近
ＺｎＳｅのｐ型導電性制御が可能となり、青・緑色領域
の半導体レーザが作製できる段階まで研究が進展してき
た。
ＺｎＳｅのｐ型導電性制御が可能となり、青・緑色領域
の半導体レーザが作製できる段階まで研究が進展してき
た。
【０００９】図８はＺｎＳｅ系半導体レーザ素子の構造
断面図である。図８において、１０３は（１００）ｐー
ＧａＡｓ基板、１０はｐ−ＺｎＳＳｅクラッド層、 １
１はＣｄＺｎＳｅ歪量子井戸活性層、 １２はｎーＺｎ
ＳＳｅクラッド層、１５０は電流狭窄のためのＳｉＯ2
膜、２０２、２０３は電極を示している。この素子は、
ＳｉＯ2膜１５０で電流を狭窄し、動作電流の低減を図
っている。
断面図である。図８において、１０３は（１００）ｐー
ＧａＡｓ基板、１０はｐ−ＺｎＳＳｅクラッド層、 １
１はＣｄＺｎＳｅ歪量子井戸活性層、 １２はｎーＺｎ
ＳＳｅクラッド層、１５０は電流狭窄のためのＳｉＯ2
膜、２０２、２０３は電極を示している。この素子は、
ＳｉＯ2膜１５０で電流を狭窄し、動作電流の低減を図
っている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図７（ｂ）に
示す如く従来の傾斜基板上の半導体レーザでは、エッチ
ング特性からリッジストライプが断面非対称となる。こ
のため、導波領域はストライプ底部幅で完全に規制され
ず、近視野像が非対称形状となる。この結果、従来の短
波長レーザ素子は安定した基本横モードを得にくいとい
う問題があった。
示す如く従来の傾斜基板上の半導体レーザでは、エッチ
ング特性からリッジストライプが断面非対称となる。こ
のため、導波領域はストライプ底部幅で完全に規制され
ず、近視野像が非対称形状となる。この結果、従来の短
波長レーザ素子は安定した基本横モードを得にくいとい
う問題があった。
【００１１】光ディスク等の光源として用いる半導体レ
ーザに要求される条件としては、戻り光に強いこと、非
点隔差が小さいこと等の種々の特性が挙げられるが、安
定した基本横モードで発振することも重要な条件であ
り、図７の構造はこの点において不十分であった。
ーザに要求される条件としては、戻り光に強いこと、非
点隔差が小さいこと等の種々の特性が挙げられるが、安
定した基本横モードで発振することも重要な条件であ
り、図７の構造はこの点において不十分であった。
【００１２】一方、ＩＩーＶＩ族系半導体レーザにおい
ては、基板としてＧａＡｓが用いられており、そのバン
ドギャップエネルギーは1.42ｅＶ程度であり、クラッド
層のバンドギャップエネルギーとの差は非常に大きい。
一般に、同じ導電型を有しバンドギャップが異なる2つ
の半導体層の界面にはバンドの不連続によるポテンシャ
ルバリアが形成される。このようなバリアの高さはバン
ドの不連続の大きなものほど大きい。従って、バンドギ
ャップ差の大きいＧａＡｓとＺｎＳＳｅの界面には大き
なポテンシャルバリアが形成され、動作電圧が非常に高
くなるという問題があった。また本構造は基本的に利得
導波構造であり、横モードの制御ができず、実用上問題
があった。
ては、基板としてＧａＡｓが用いられており、そのバン
ドギャップエネルギーは1.42ｅＶ程度であり、クラッド
層のバンドギャップエネルギーとの差は非常に大きい。
一般に、同じ導電型を有しバンドギャップが異なる2つ
の半導体層の界面にはバンドの不連続によるポテンシャ
ルバリアが形成される。このようなバリアの高さはバン
ドの不連続の大きなものほど大きい。従って、バンドギ
ャップ差の大きいＧａＡｓとＺｎＳＳｅの界面には大き
なポテンシャルバリアが形成され、動作電圧が非常に高
くなるという問題があった。また本構造は基本的に利得
導波構造であり、横モードの制御ができず、実用上問題
があった。
【００１３】この発明の目的は、第一に傾斜基板を用い
ずに、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層のキャリア濃度を
高め、かつ安定な基本横モードを実現できるＡｌＧａＩ
ｎＰ系半導体レーザを提供するとともに、その特性を精
密に制御できる製造方法を提供することとする。
ずに、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層のキャリア濃度を
高め、かつ安定な基本横モードを実現できるＡｌＧａＩ
ｎＰ系半導体レーザを提供するとともに、その特性を精
密に制御できる製造方法を提供することとする。
【００１４】第二にポテンシャルバリアの低減し、かつ
安定な横モードを実現できるＩＩーＶＩ族系半導体レー
ザを提供するとともに、その特性を精密に制御できる製
造方法を提供することとする。
安定な横モードを実現できるＩＩーＶＩ族系半導体レー
ザを提供するとともに、その特性を精密に制御できる製
造方法を提供することとする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に，請求項１記載の半導体レーザは、＜１-１０＞方向
のストライプ溝が形成された（１００）ＧａＡｓ基板上
に，該ストライプ溝上で表面が（ａ１１）基板面（ａ＞
１）からなるＡｌＧａＡｓ層と、該ストライプ溝上で断
面Ｖ形状となるＡｌＧａＩｎＰ層をクラッド層とするダ
ブルヘテロ構造とを備えたことを特徴とする。
に，請求項１記載の半導体レーザは、＜１-１０＞方向
のストライプ溝が形成された（１００）ＧａＡｓ基板上
に，該ストライプ溝上で表面が（ａ１１）基板面（ａ＞
１）からなるＡｌＧａＡｓ層と、該ストライプ溝上で断
面Ｖ形状となるＡｌＧａＩｎＰ層をクラッド層とするダ
ブルヘテロ構造とを備えたことを特徴とする。
【００１６】請求項２記載の半導体レーザの製造方法
は、（１００）ＧａＡｓ基板上に＜１-１０＞方向のス
トライプ溝を形成する工程と、該基板上に、成長温度
（Ｔｇ）が４００＜Ｔｇ＜７００℃の条件で、ＡｌＧａ
Ａｓ層を気相成長し、該ストライプ溝上のＡｌＧａＡｓ
層表面に（ａ１１）基板面（ａ＞１）を現出させる工程
と、該ＡｌＧａＡｓ表面上に、成長温度（Ｔｇ）が６０
０℃以上の条件で、ＡｌＧａＩｎＰ層をクラッド層とす
るダブルヘテロ構造を気相成長し、該ストライプ溝上で
断面Ｖ形状とする工程とを少なくとも備えたことを特徴
とする。
は、（１００）ＧａＡｓ基板上に＜１-１０＞方向のス
トライプ溝を形成する工程と、該基板上に、成長温度
（Ｔｇ）が４００＜Ｔｇ＜７００℃の条件で、ＡｌＧａ
Ａｓ層を気相成長し、該ストライプ溝上のＡｌＧａＡｓ
層表面に（ａ１１）基板面（ａ＞１）を現出させる工程
と、該ＡｌＧａＡｓ表面上に、成長温度（Ｔｇ）が６０
０℃以上の条件で、ＡｌＧａＩｎＰ層をクラッド層とす
るダブルヘテロ構造を気相成長し、該ストライプ溝上で
断面Ｖ形状とする工程とを少なくとも備えたことを特徴
とする。
【００１７】請求項３記載の半導体レーザの製造方法
は、（１００）ＧａＡｓ基板上に＜１-１０＞方向のス
トライプ溝を形成する工程と、該基板上に、成長温度
（Ｔｇ）が４００＜Ｔｇ＜７００℃の条件で、ＡｌＧａ
Ａｓ層を気相成長し、該ストライプ溝上のＡｌＧａＡｓ
層表面に（ａ１１）基板面（ａ＞１）を現出させる工程
と、該ＡｌＧａＡｓ表面上に、成長温度（Ｔｇ）が６０
０℃以上の条件で、ＡｌＧａＩｎＰ層をクラッド層とす
るダブルヘテロ構造を気相成長し、該ストライプ溝上で
断面Ｖ形状とする工程とを少なくとも備えた半導体レー
ザ素子の製造方法において、第一導電型ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層形成時に第一導電型ドーパントと同時に第二
導電型ドーパントを添加し、該ストライプ溝上のみを第
一導電型とすることを特徴とする。
は、（１００）ＧａＡｓ基板上に＜１-１０＞方向のス
トライプ溝を形成する工程と、該基板上に、成長温度
（Ｔｇ）が４００＜Ｔｇ＜７００℃の条件で、ＡｌＧａ
Ａｓ層を気相成長し、該ストライプ溝上のＡｌＧａＡｓ
層表面に（ａ１１）基板面（ａ＞１）を現出させる工程
と、該ＡｌＧａＡｓ表面上に、成長温度（Ｔｇ）が６０
０℃以上の条件で、ＡｌＧａＩｎＰ層をクラッド層とす
るダブルヘテロ構造を気相成長し、該ストライプ溝上で
断面Ｖ形状とする工程とを少なくとも備えた半導体レー
ザ素子の製造方法において、第一導電型ＡｌＧａＩｎＰ
クラッド層形成時に第一導電型ドーパントと同時に第二
導電型ドーパントを添加し、該ストライプ溝上のみを第
一導電型とすることを特徴とする。
【００１８】請求項４記載の半導体レーザは、＜１-１
０＞方向のストライプ溝が形成された（１００）ＧａＡ
ｓ基板上に、該ストライプ溝上で表面が（ａ１１）基板
面（ａ＞１）からなるＡｌＧａＡｓ層と、該ストライプ
溝上で断面Ｖ形状となるＡｌＧａＩｎＰ層と、該ストラ
イプ溝上で断面Ｖ形状となるＩＩ-ＶＩ族半導体層をク
ラッド層とするダブルヘテロ構造とを備えたことを特徴
とする。
０＞方向のストライプ溝が形成された（１００）ＧａＡ
ｓ基板上に、該ストライプ溝上で表面が（ａ１１）基板
面（ａ＞１）からなるＡｌＧａＡｓ層と、該ストライプ
溝上で断面Ｖ形状となるＡｌＧａＩｎＰ層と、該ストラ
イプ溝上で断面Ｖ形状となるＩＩ-ＶＩ族半導体層をク
ラッド層とするダブルヘテロ構造とを備えたことを特徴
とする。
【００１９】請求項５記載の半導体レーザの製造方法
は、（１００）ＧａＡｓ基板上に＜１-１０＞方向のス
トライプ溝を形成する工程と、該基板上に、成長温度
（Ｔｇ）が４００＜Ｔｇ＜７００℃の条件で、ＡｌＧａ
Ａｓ層を気相成長し、該ストライプ溝上のＡｌＧａＡｓ
層表面に（ａ１１）基板面（ａ＞１）を現出させる工程
と、該ＡｌＧａＡｓ表面上に、成長温度（Ｔｇ）が６０
０℃以上の条件で、ＡｌＧａＩｎＰ層を気相成長し、該
ストライプ溝上で断面Ｖ形状とする工程と該ＡｌＧａＩ
ｎＰ層表面上にＩＩ-ＶＩ族半導体層をクラッド層とす
るダブルヘテロ構造を気相成長もしくは分子線結晶成長
し、該ストライプ溝上で断面Ｖ形状とする工程とを少な
くとも備えたことを特徴とする。
は、（１００）ＧａＡｓ基板上に＜１-１０＞方向のス
トライプ溝を形成する工程と、該基板上に、成長温度
（Ｔｇ）が４００＜Ｔｇ＜７００℃の条件で、ＡｌＧａ
Ａｓ層を気相成長し、該ストライプ溝上のＡｌＧａＡｓ
層表面に（ａ１１）基板面（ａ＞１）を現出させる工程
と、該ＡｌＧａＡｓ表面上に、成長温度（Ｔｇ）が６０
０℃以上の条件で、ＡｌＧａＩｎＰ層を気相成長し、該
ストライプ溝上で断面Ｖ形状とする工程と該ＡｌＧａＩ
ｎＰ層表面上にＩＩ-ＶＩ族半導体層をクラッド層とす
るダブルヘテロ構造を気相成長もしくは分子線結晶成長
し、該ストライプ溝上で断面Ｖ形状とする工程とを少な
くとも備えたことを特徴とする。
【００２０】請求項６記載の半導体レーザの製造方法
は、（１００）ＧａＡｓ基板上に＜１-１０＞方向のス
トライプ溝を形成する工程と、該基板上に、成長温度
（Ｔｇ）が４００＜Ｔｇ＜７００℃の条件で、ＡｌＧａ
Ａｓ層を気相成長し、該ストライプ溝上のＡｌＧａＡｓ
層表面に（ａ１１）基板面（ａ＞１）を現出させる工程
と、該ＡｌＧａＡｓ表面上に、成長温度（Ｔｇ）が６０
０℃以上の条件で、ＡｌＧａＩｎＰ層を気相成長し、該
ストライプ溝上で断面Ｖ形状とする工程と該ＡｌＧａＩ
ｎＰ層表面上にＩＩ-ＶＩ族半導体層をクラッド層とす
るダブルヘテロ構造を気相成長もしくは分子線結晶成長
し、該ストライプ溝上で断面Ｖ形状とする工程とを少な
くとも備えた半導体レーザ素子の製造方法において、第
一導電型ＡｌＧａＩｎＰ層形成時に第一導電型ドーパン
トと同時に第二導電型ドーパントを添加し、該ストライ
プ溝上のみを第一導電型とすることを特徴とする。
は、（１００）ＧａＡｓ基板上に＜１-１０＞方向のス
トライプ溝を形成する工程と、該基板上に、成長温度
（Ｔｇ）が４００＜Ｔｇ＜７００℃の条件で、ＡｌＧａ
Ａｓ層を気相成長し、該ストライプ溝上のＡｌＧａＡｓ
層表面に（ａ１１）基板面（ａ＞１）を現出させる工程
と、該ＡｌＧａＡｓ表面上に、成長温度（Ｔｇ）が６０
０℃以上の条件で、ＡｌＧａＩｎＰ層を気相成長し、該
ストライプ溝上で断面Ｖ形状とする工程と該ＡｌＧａＩ
ｎＰ層表面上にＩＩ-ＶＩ族半導体層をクラッド層とす
るダブルヘテロ構造を気相成長もしくは分子線結晶成長
し、該ストライプ溝上で断面Ｖ形状とする工程とを少な
くとも備えた半導体レーザ素子の製造方法において、第
一導電型ＡｌＧａＩｎＰ層形成時に第一導電型ドーパン
トと同時に第二導電型ドーパントを添加し、該ストライ
プ溝上のみを第一導電型とすることを特徴とする。
【００２１】
【作用】従来、ＧａＡｓ層のＭＯＶＰＥ成長ではリッジ
ストライプ側面に（１１１）面が現出し、その上にＡｌ
ＧａＩｎＰ層をＭＯＶＰＥ成長すると、側面上のＡｌＧ
ａＩｎＰ層は欠陥が多く凹凸を呈していた。しかし、本
発明者の鋭意研究によれば、成長温度（Ｔｇ）が４００
＜Ｔｇ＜７００℃の限られた条件では（ａ１１）面（ａ
＞１）を現出でき、（ａ１１）面上にはＴｇ＞６００℃
の限られた条件で凹凸のない鏡面状態の良好なＡｌＧａ
ＩｎＰ層の結晶成長が可能であること、（１００）面上
に比べｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層のキャリア濃度を高められ
ることを確認した。本発明はこの結果に基づくものであ
る。
ストライプ側面に（１１１）面が現出し、その上にＡｌ
ＧａＩｎＰ層をＭＯＶＰＥ成長すると、側面上のＡｌＧ
ａＩｎＰ層は欠陥が多く凹凸を呈していた。しかし、本
発明者の鋭意研究によれば、成長温度（Ｔｇ）が４００
＜Ｔｇ＜７００℃の限られた条件では（ａ１１）面（ａ
＞１）を現出でき、（ａ１１）面上にはＴｇ＞６００℃
の限られた条件で凹凸のない鏡面状態の良好なＡｌＧａ
ＩｎＰ層の結晶成長が可能であること、（１００）面上
に比べｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層のキャリア濃度を高められ
ることを確認した。本発明はこの結果に基づくものであ
る。
【００２２】請求項1の半導体レーザ構造によれば、Ｖ
形状底部で実効的な水平方向の光閉じ込めが行われるよ
うにでき、横モードの安定化が図れる。
形状底部で実効的な水平方向の光閉じ込めが行われるよ
うにでき、横モードの安定化が図れる。
【００２３】請求項2の半導体レーザの製造方法よれ
ば、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層のキャリア濃度はストライプ
溝上で高めることができ、またバンドギャップは大きく
できるので、温度特性の改善が図れる。
ば、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層のキャリア濃度はストライプ
溝上で高めることができ、またバンドギャップは大きく
できるので、温度特性の改善が図れる。
【００２４】請求項3の半導体レーザの製造方法によれ
ば、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層内で電流の狭窄が可能と
なり、動作電流の低減が図れる。
ば、ＡｌＧａＩｎＰクラッド層内で電流の狭窄が可能と
なり、動作電流の低減が図れる。
【００２５】請求項4の半導体レーザ構造よれば、ポテ
ンシャルバリアを低減でき、またＶ形状底部で実効的な
水平方向の光閉じ込めが行われるようにできるので、動
作電圧の低減と横モードの安定化が図れる。
ンシャルバリアを低減でき、またＶ形状底部で実効的な
水平方向の光閉じ込めが行われるようにできるので、動
作電圧の低減と横モードの安定化が図れる。
【００２６】請求項5の半導体レーザの製造方法よれ
ば、容易に横モード制御構造のＩＩーＶＩ族系半導体レ
ーザが作成できる。
ば、容易に横モード制御構造のＩＩーＶＩ族系半導体レ
ーザが作成できる。
【００２７】請求項6の半導体レーザの製造方法よれ
ば、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層はストライプ溝上で電流の狭
窄が可能となり、動作電流の低減が図れる。
ば、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層はストライプ溝上で電流の狭
窄が可能となり、動作電流の低減が図れる。
【００２８】
【実施例】図１および図２は本発明の第１の実施例に係
わる横モード制御型半導体レーザのおよびその製造工程
を示す断面図である。
わる横モード制御型半導体レーザのおよびその製造工程
を示す断面図である。
【００２９】図１において，ｐ−ＧａＡｓ基板１０４上
に、ｐ−ＧａＡｓ層２０、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層２１、ＭＱＷ活性層２２、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層２３、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層２４が積層されて
いる。またＳｉＯ2膜１５１（絶縁層）がn-GaAsコンタ
クト層２４の上に形成されている。２０４、２０５はそ
れぞれｐ側，ｎ側電極である。
に、ｐ−ＧａＡｓ層２０、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド
層２１、ＭＱＷ活性層２２、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッ
ド層２３、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層２４が積層されて
いる。またＳｉＯ2膜１５１（絶縁層）がn-GaAsコンタ
クト層２４の上に形成されている。２０４、２０５はそ
れぞれｐ側，ｎ側電極である。
【００３０】本構造において、ストライプ溝上のｐ−Ｇ
ａＡｓ層２０表面は（３１１）基板面より構成された断
面Ｖ形状となっている。（ここでＧａＡｓ２０を用いて
いるがＡｌxＧａ1-xＡｓ層（０≦ｘ≦１）を用いてもよ
い。）この表面上のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２
１、ＭＱＷ活性層２２、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
２３からなるダブルヘテロ構造は、下層の断面Ｖ形状を
保存した形状となっている。電流はＳｉＯ2膜１５１に
より狭窄している。このような構造においては、活性層
のＶ溝底部において安定した基本横モード発振を達成で
きる。
ａＡｓ層２０表面は（３１１）基板面より構成された断
面Ｖ形状となっている。（ここでＧａＡｓ２０を用いて
いるがＡｌxＧａ1-xＡｓ層（０≦ｘ≦１）を用いてもよ
い。）この表面上のｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２
１、ＭＱＷ活性層２２、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
２３からなるダブルヘテロ構造は、下層の断面Ｖ形状を
保存した形状となっている。電流はＳｉＯ2膜１５１に
より狭窄している。このような構造においては、活性層
のＶ溝底部において安定した基本横モード発振を達成で
きる。
【００３１】つぎに、図２（ａ）〜（ｃ）の製造工程を
説明する。まず、図２（ａ）に示す如く（１００）ｐ−
ＧａＡｓ基板１０４上に、フォトレジスト等をマスクと
して用い、ストライプ状にエッチングしストライプ溝を
形成する。このエッチングに際しては硫酸系エッチャン
トを用いることができる。
説明する。まず、図２（ａ）に示す如く（１００）ｐ−
ＧａＡｓ基板１０４上に、フォトレジスト等をマスクと
して用い、ストライプ状にエッチングしストライプ溝を
形成する。このエッチングに際しては硫酸系エッチャン
トを用いることができる。
【００３２】次に、ＭＯＶＰＥ法を用い、図２（ｂ）に
示す如くストライプ溝上にｐ−ＧａＡｓ層２０、ｐ−Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層２１、ＭＱＷ活性層２２、ｎ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２３、ｎ−ＧａＡｓコンタク
ト層２４を順次成長形成する。
示す如くストライプ溝上にｐ−ＧａＡｓ層２０、ｐ−Ａ
ｌＧａＩｎＰクラッド層２１、ＭＱＷ活性層２２、ｎ−
ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２３、ｎ−ＧａＡｓコンタク
ト層２４を順次成長形成する。
【００３３】ここで、ＭＯＶＰＥ法を用いた場合の詳細
を述べる。図２（ａ）に示す基板を十分に脱脂洗浄した
のち、ＨＣｌによって表面の酸化層を除去し直ちに成長
炉に入れる。トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とアルシ
ン（ＡｓＨ3）を用い、Ｖ/III比５０、成長温度６００
℃の条件下でｐ−ＧａＡｓ層２０を形成する。ｐ型ドー
パントにはジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用いる。続い
て、成長温度を７５０℃に昇温し、トリメチルガリウム
（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、
トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、ホスフィン（ＰＨ
3）を用い、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２１、ＭＱ
Ｗ活性層２２、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２３、ｎ
−ＧａＡｓコンタクト層２４を順次形成する。ｐ型ドー
パントにはジメチルジンク（ＤＭＺｎ）、ｎ型ドーパン
トにはモノシラン（ＳｉＨ4）を用いる。このような条
件下でＭＯＶＰＥ成長を実施したところ、ストライプ溝
上のｐ−ＧａＡｓ層２０表面には（３１１）結晶面が現
出し、（３１１）面から構成されるＶ溝形状となる。こ
の上のダブルヘテロ構造はほぼｐ−ＧａＡｓ層２０の表
面構造を保持しながら良好な結晶が形成することができ
た。
を述べる。図２（ａ）に示す基板を十分に脱脂洗浄した
のち、ＨＣｌによって表面の酸化層を除去し直ちに成長
炉に入れる。トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とアルシ
ン（ＡｓＨ3）を用い、Ｖ/III比５０、成長温度６００
℃の条件下でｐ−ＧａＡｓ層２０を形成する。ｐ型ドー
パントにはジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用いる。続い
て、成長温度を７５０℃に昇温し、トリメチルガリウム
（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、
トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、ホスフィン（ＰＨ
3）を用い、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２１、ＭＱ
Ｗ活性層２２、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２３、ｎ
−ＧａＡｓコンタクト層２４を順次形成する。ｐ型ドー
パントにはジメチルジンク（ＤＭＺｎ）、ｎ型ドーパン
トにはモノシラン（ＳｉＨ4）を用いる。このような条
件下でＭＯＶＰＥ成長を実施したところ、ストライプ溝
上のｐ−ＧａＡｓ層２０表面には（３１１）結晶面が現
出し、（３１１）面から構成されるＶ溝形状となる。こ
の上のダブルヘテロ構造はほぼｐ−ＧａＡｓ層２０の表
面構造を保持しながら良好な結晶が形成することができ
た。
【００３４】次に、図２（ｃ）に示す状態の試料に電流
狭窄のためのＳｉＯ2膜（絶縁層）１５１及び電極２０
４、２０５を形成することによって、前記図１に示す構
造の半導体レーザが作製されることになる。
狭窄のためのＳｉＯ2膜（絶縁層）１５１及び電極２０
４、２０５を形成することによって、前記図１に示す構
造の半導体レーザが作製されることになる。
【００３５】従来、（１１１）結晶面を側面とするリッ
ジストライプ上にＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長すると，
側面上のＡｌＧａＩｎＰ層は欠陥が多く凹凸を呈してい
た。しかし、本発明者の鋭意研究によれば、成長温度
（Ｔｇ）が４００＜Ｔｇ＜７００℃の限られた条件では
（ａ１１）ＧａＡｓ面（ａ＞１）を現出でき、（ａ１
１）面上にはＴｇ＞６００℃の限られた条件で凹凸のな
い鏡面状態の良好なＡｌＧａＩｎＰ層の結晶成長が可能
であること、（１００）面上に比べｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
層のキャリア濃度を高められることを確認した。
ジストライプ上にＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長すると，
側面上のＡｌＧａＩｎＰ層は欠陥が多く凹凸を呈してい
た。しかし、本発明者の鋭意研究によれば、成長温度
（Ｔｇ）が４００＜Ｔｇ＜７００℃の限られた条件では
（ａ１１）ＧａＡｓ面（ａ＞１）を現出でき、（ａ１
１）面上にはＴｇ＞６００℃の限られた条件で凹凸のな
い鏡面状態の良好なＡｌＧａＩｎＰ層の結晶成長が可能
であること、（１００）面上に比べｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
層のキャリア濃度を高められることを確認した。
【００３６】先に説明したように、（ａ１１）面上のＡ
ｌＧａＩｎＰ層は（１００）平坦面上のそれに比べ、Ｐ
Ｌの発光エネルギーは４０ｍｅＶ高く、キャリア濃度は
平坦面上の約２倍と、傾斜基板を用いた場合と同様の効
果を生むことができた。しかもストライプ溝部のキャリ
ア濃度は周囲の平坦部より高いので電流はストライプ溝
部に集中させることができ、しきい値の低減に有効であ
る。かくして作製された半導体レーザは、Ｖ溝底部に安
定した基本横モード発振を達成することができた。発振
波長は６３０ｎｍで、しきい値電流は25ｍＡと低い。最
高発振温度は１００℃とこの波長領域では極めて高く、
ｐ型クラッド層のキャリア濃度を十分高められた結果に
よるものである。５０℃、１０ｍＷの条件下で連続通電
しているが、１０００時間経過して劣化傾向はなく、良
好な結晶が形成されていることを示している。比較のた
め平坦部に作製した同様の素子構造の素子においてはし
きい値電流８０ｍＡ、最高発振温度４５℃であった。
ｌＧａＩｎＰ層は（１００）平坦面上のそれに比べ、Ｐ
Ｌの発光エネルギーは４０ｍｅＶ高く、キャリア濃度は
平坦面上の約２倍と、傾斜基板を用いた場合と同様の効
果を生むことができた。しかもストライプ溝部のキャリ
ア濃度は周囲の平坦部より高いので電流はストライプ溝
部に集中させることができ、しきい値の低減に有効であ
る。かくして作製された半導体レーザは、Ｖ溝底部に安
定した基本横モード発振を達成することができた。発振
波長は６３０ｎｍで、しきい値電流は25ｍＡと低い。最
高発振温度は１００℃とこの波長領域では極めて高く、
ｐ型クラッド層のキャリア濃度を十分高められた結果に
よるものである。５０℃、１０ｍＷの条件下で連続通電
しているが、１０００時間経過して劣化傾向はなく、良
好な結晶が形成されていることを示している。比較のた
め平坦部に作製した同様の素子構造の素子においてはし
きい値電流８０ｍＡ、最高発振温度４５℃であった。
【００３７】図３は第２の実施例に係わる半導体レーザ
の構造断面図を示す。この半導体レーザの製造工程を図
３を参照しながら説明する。なお、図１、２と同一部分
には同一符号を付している。
の構造断面図を示す。この半導体レーザの製造工程を図
３を参照しながら説明する。なお、図１、２と同一部分
には同一符号を付している。
【００３８】まず、（１００）ｐ−ＧａＡｓ基板１０４
上に、フォトレジスト等をマスクとして用い、ストライ
プ状にエッチングしストライプ溝を形成する。このエッ
チングに際しては硫酸系エッチャントを用いることがで
きる。
上に、フォトレジスト等をマスクとして用い、ストライ
プ状にエッチングしストライプ溝を形成する。このエッ
チングに際しては硫酸系エッチャントを用いることがで
きる。
【００３９】次に、ＭＯＶＰＥ法を用い、ストライプ溝
上にｐ−ＧａＡｓ層２０、ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄クラ
ッド層２５、ＭＱＷ活性層２２、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層２３、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層２４を順次成
長形成する。
上にｐ−ＧａＡｓ層２０、ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄クラ
ッド層２５、ＭＱＷ活性層２２、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰク
ラッド層２３、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層２４を順次成
長形成する。
【００４０】ここで、ＭＯＶＰＥ法を用いた場合の詳細
を述べる。ストライプ状にエッチングしストライプ溝を
形成したｐーＧａＡｓ基板１０４を十分に脱脂洗浄した
のち、ＨＣｌによって表面の酸化層を除去し直ちに成長
炉に入れる。トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とアルシ
ン（ＡｓＨ3）を用い、Ｖ/III比５０、成長温度６００
℃の条件下でｐ−ＧａＡｓ層２０を形成する。ｐ型ドー
パントにはジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用いる。続い
て成長温度を７５０℃に昇温し、トリメチルガリウム
（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、
トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、ホスフィン（ＰＨ
3）を用い、ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄クラッド層、ＭＱ
Ｗ活性層２２、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２３、ｎ
−ＧａＡｓコンタクト層２４を順次成長形成する。ｐ型
ドーパントにはジメチルジンク（ＤＭＺｎ）、ｎ型ドー
パントにはモノシラン（ＳｉＨ4）を用いる。ＡｌＧａ
ＩｎＰ電流狭窄クラッド層形成時はＤＭＺｎとＳｉＨ４
を同時ドーピングする。最後に電極２０４、２０５を形
成することによって、前記図３に示す構造の半導体レー
ザが作製されることになる。
を述べる。ストライプ状にエッチングしストライプ溝を
形成したｐーＧａＡｓ基板１０４を十分に脱脂洗浄した
のち、ＨＣｌによって表面の酸化層を除去し直ちに成長
炉に入れる。トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とアルシ
ン（ＡｓＨ3）を用い、Ｖ/III比５０、成長温度６００
℃の条件下でｐ−ＧａＡｓ層２０を形成する。ｐ型ドー
パントにはジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用いる。続い
て成長温度を７５０℃に昇温し、トリメチルガリウム
（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、
トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、ホスフィン（ＰＨ
3）を用い、ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄クラッド層、ＭＱ
Ｗ活性層２２、ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２３、ｎ
−ＧａＡｓコンタクト層２４を順次成長形成する。ｐ型
ドーパントにはジメチルジンク（ＤＭＺｎ）、ｎ型ドー
パントにはモノシラン（ＳｉＨ4）を用いる。ＡｌＧａ
ＩｎＰ電流狭窄クラッド層形成時はＤＭＺｎとＳｉＨ４
を同時ドーピングする。最後に電極２０４、２０５を形
成することによって、前記図３に示す構造の半導体レー
ザが作製されることになる。
【００４１】このような条件下でＭＯＶＰＥ成長を実施
したところ、ストライプ溝上のｐ−ＧａＡｓ層層２０表
面には（３１１）結晶面が現出し、（３１１）面から構
成されるＶ溝形状となる。この上のダブルヘテロ構造は
ほぼｐ−ＧａＡｓ層の表面構造を保持しながら良好な結
晶が成長形成することができた。発明者の鋭意研究によ
れば、（ａ１１）面上に成長したＡｌＧａＩｎＰ層は平
坦面上に比べてｐ型は高キャリア濃度層、ｎ型は低キャ
リア濃度層となる。ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄クラッド層
はドーパントの添加量を調節することにより、平坦部で
ｎーＡｌＧａＩｎＰ層２５、ストライプ溝上でｐーＡｌ
ＧａＩｎＰ層26となり、クラッド層内に電流狭窄構造を
実現できる。かくして作製された半導体レーザは、Ｖ溝
底部に安定した基本横モード発振を達成することができ
た。また作製した半導体レーザの発振波長は６３０ｎｍ
で、しきい値電流は18ｍＡと低く、電流が効率的にスト
ライプ溝内に注入されたことを示している。５０℃、１
０ｍＷの条件下で連続通電しているが、１０００時間経
過して劣化傾向はなく、良好な結晶が形成されているこ
とを示している。
したところ、ストライプ溝上のｐ−ＧａＡｓ層層２０表
面には（３１１）結晶面が現出し、（３１１）面から構
成されるＶ溝形状となる。この上のダブルヘテロ構造は
ほぼｐ−ＧａＡｓ層の表面構造を保持しながら良好な結
晶が成長形成することができた。発明者の鋭意研究によ
れば、（ａ１１）面上に成長したＡｌＧａＩｎＰ層は平
坦面上に比べてｐ型は高キャリア濃度層、ｎ型は低キャ
リア濃度層となる。ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄クラッド層
はドーパントの添加量を調節することにより、平坦部で
ｎーＡｌＧａＩｎＰ層２５、ストライプ溝上でｐーＡｌ
ＧａＩｎＰ層26となり、クラッド層内に電流狭窄構造を
実現できる。かくして作製された半導体レーザは、Ｖ溝
底部に安定した基本横モード発振を達成することができ
た。また作製した半導体レーザの発振波長は６３０ｎｍ
で、しきい値電流は18ｍＡと低く、電流が効率的にスト
ライプ溝内に注入されたことを示している。５０℃、１
０ｍＷの条件下で連続通電しているが、１０００時間経
過して劣化傾向はなく、良好な結晶が形成されているこ
とを示している。
【００４２】図４および図５は本発明の第3の実施例に
係わるＺｎＳｅ系横モード制御型半導体レーザの素子お
よびその製造工程を示す断面図である。
係わるＺｎＳｅ系横モード制御型半導体レーザの素子お
よびその製造工程を示す断面図である。
【００４３】図４において、１０４はｐ−ＧａＡｓ基
板、３０はｐ−ＧａＡｓ層、３１はｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
層、３２はｐーＺｎＳＳｅクラッド層、３３はＣｄＺｎ
Ｓｅ歪量子井戸活性層、 ３４はｎーＺｎＳＳｅクラッ
ド層である。また１５２はＳｉＯ2膜（絶縁層）、２０
６、２０７はそれぞれｐ側、ｎ側電極である。
板、３０はｐ−ＧａＡｓ層、３１はｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
層、３２はｐーＺｎＳＳｅクラッド層、３３はＣｄＺｎ
Ｓｅ歪量子井戸活性層、 ３４はｎーＺｎＳＳｅクラッ
ド層である。また１５２はＳｉＯ2膜（絶縁層）、２０
６、２０７はそれぞれｐ側、ｎ側電極である。
【００４４】本構造において、ストライプ溝上のｐ−Ｇ
ａＡｓ層３０とｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層表面は（３１１）
基板面より構成された断面Ｖ形状となっている。この表
面上のｐ−ＺｎＳＳｅクラッド層３１、ＺｎＣｄＳｅ歪
量子井戸活性層３２、ｎ−ＺｎＳＳｅクラッド層３３か
らなるダブルヘテロ構造は、下層の断面Ｖ形状を保存し
た形状となっている。電流はＳｉＯ2膜１５２により狭
窄している。このような構造においては、活性層のＶ溝
底部において安定した基本横モード発振を達成できる。
またｐーＧａＡｓ層とｐーＺｎＳＳｅクラッド層の間に
中間的なバンドギャップを持つＡｌＧａＩｎＰ層を挿入
しているのでポテンシャルバリアによる直列抵抗の増大
はなく、低電圧動作が可能である。
ａＡｓ層３０とｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層表面は（３１１）
基板面より構成された断面Ｖ形状となっている。この表
面上のｐ−ＺｎＳＳｅクラッド層３１、ＺｎＣｄＳｅ歪
量子井戸活性層３２、ｎ−ＺｎＳＳｅクラッド層３３か
らなるダブルヘテロ構造は、下層の断面Ｖ形状を保存し
た形状となっている。電流はＳｉＯ2膜１５２により狭
窄している。このような構造においては、活性層のＶ溝
底部において安定した基本横モード発振を達成できる。
またｐーＧａＡｓ層とｐーＺｎＳＳｅクラッド層の間に
中間的なバンドギャップを持つＡｌＧａＩｎＰ層を挿入
しているのでポテンシャルバリアによる直列抵抗の増大
はなく、低電圧動作が可能である。
【００４５】つぎに、図５（ａ）〜（ｃ）の製造工程を
説明する。まず，図５（ａ）に示す如く（１００）ｐ−
ＧａＡｓ基板１０４上に、フォトレジスト等をマスクと
して用い、ストライプ状にエッチングしストライプ溝を
形成する。このエッチングに際しては硫酸系エッチャン
トを用いることができる。次に、ＭＯＶＰＥ法を用い、
図５（ｂ）に示す如くストライプ溝上にｐ−ＧａＡｓ層
３０、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層３１を順次形成する。ここ
で、ＭＯＶＰＥ法を用いた場合の詳細を述べる。前記図
５（ａ）に示す基板を十分に脱脂洗浄したのち、ＨＣｌ
によって表面の酸化層を除去し直ちに成長炉に入れる。
トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とアルシン（Ａｓ
Ｈ3）を用い、Ｖ/III比５０、成長温度６００℃の条件
下でｐ−ＧａＡｓ層３０を形成する。ｐ型ドーパントに
はジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用いる。続いて成長温
度を７５０℃に昇温し、トリメチルガリウム（ＴＭＧ
ａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチ
ルインジウム（ＴＭＩｎ）、ホスフィン（ＰＨ3）を用
い、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３１を形成する。つ
ぎに、ＭＢＥ装置に真空搬送し、図５（ｃ）に示すよう
に、成長温度２００℃の条件下でｐーＺｎＳＳｅクラッ
ド層３２、ＺｎＣｄＳｅ歪量子井戸活性層３３、ｎーＺ
ｎＳＳｅクラッド層３４を順次形成する。最後に、電流
狭窄のためのＳｉＯ 2膜（絶縁層）１５２及び電極２０
６、２０７を形成することによって，前記図４に示す構
造の半導体レーザが作製されることになる。
説明する。まず，図５（ａ）に示す如く（１００）ｐ−
ＧａＡｓ基板１０４上に、フォトレジスト等をマスクと
して用い、ストライプ状にエッチングしストライプ溝を
形成する。このエッチングに際しては硫酸系エッチャン
トを用いることができる。次に、ＭＯＶＰＥ法を用い、
図５（ｂ）に示す如くストライプ溝上にｐ−ＧａＡｓ層
３０、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層３１を順次形成する。ここ
で、ＭＯＶＰＥ法を用いた場合の詳細を述べる。前記図
５（ａ）に示す基板を十分に脱脂洗浄したのち、ＨＣｌ
によって表面の酸化層を除去し直ちに成長炉に入れる。
トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とアルシン（Ａｓ
Ｈ3）を用い、Ｖ/III比５０、成長温度６００℃の条件
下でｐ−ＧａＡｓ層３０を形成する。ｐ型ドーパントに
はジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用いる。続いて成長温
度を７５０℃に昇温し、トリメチルガリウム（ＴＭＧ
ａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチ
ルインジウム（ＴＭＩｎ）、ホスフィン（ＰＨ3）を用
い、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３１を形成する。つ
ぎに、ＭＢＥ装置に真空搬送し、図５（ｃ）に示すよう
に、成長温度２００℃の条件下でｐーＺｎＳＳｅクラッ
ド層３２、ＺｎＣｄＳｅ歪量子井戸活性層３３、ｎーＺ
ｎＳＳｅクラッド層３４を順次形成する。最後に、電流
狭窄のためのＳｉＯ 2膜（絶縁層）１５２及び電極２０
６、２０７を形成することによって，前記図４に示す構
造の半導体レーザが作製されることになる。
【００４６】このような条件下でＭＯＶＰＥ成長を実施
したところ、ストライプ溝上のｐ−ＧａＡｓ層層３０表
面には（３１１）結晶面が現出し、（３１１）面から構
成されるＶ溝形状となる。この上のｐーＡｌＧａＩｎＰ
層３１はほぼｐ−ＧａＡｓ層３０の表面構造を保持しな
がら良好な結晶が成長形成することができた。従来（１
１１）結晶面を側面とするリッジストライプ上にＡｌＧ
ａＩｎＰ層やＺｎＳＳｅ層を形成すると、側面上のＡｌ
ＧａＩｎＰ層やＺｎＳＳｅ層は欠陥が多く凹凸を呈して
いた。しかし、本発明者の鋭意研究によれば、成長温度
（Ｔｇ）が４００＜Ｔｇ＜７００℃の限られた条件では
（ａ１１）ＧａＡｓ面（ａ＞１）を現出でき、（ａ１
１）面上にはＴｇ＞６００℃の限られた条件で凹凸のな
い鏡面状態の良好なＡｌＧａＩｎＰ層の結晶成長が可能
であること、またＺｎＳＳｅ層の結晶成長が可能である
ことを確認した。かくして作製された半導体レーザは、
Ｖ溝底部に安定した基本横モード発振を達成することが
できた。発振波長は５２０ｎｍで、しきい値電流は４０
ｍＡと低い。また、動作電圧は６Ｖとこの材料系として
は低いものが得られた。
したところ、ストライプ溝上のｐ−ＧａＡｓ層層３０表
面には（３１１）結晶面が現出し、（３１１）面から構
成されるＶ溝形状となる。この上のｐーＡｌＧａＩｎＰ
層３１はほぼｐ−ＧａＡｓ層３０の表面構造を保持しな
がら良好な結晶が成長形成することができた。従来（１
１１）結晶面を側面とするリッジストライプ上にＡｌＧ
ａＩｎＰ層やＺｎＳＳｅ層を形成すると、側面上のＡｌ
ＧａＩｎＰ層やＺｎＳＳｅ層は欠陥が多く凹凸を呈して
いた。しかし、本発明者の鋭意研究によれば、成長温度
（Ｔｇ）が４００＜Ｔｇ＜７００℃の限られた条件では
（ａ１１）ＧａＡｓ面（ａ＞１）を現出でき、（ａ１
１）面上にはＴｇ＞６００℃の限られた条件で凹凸のな
い鏡面状態の良好なＡｌＧａＩｎＰ層の結晶成長が可能
であること、またＺｎＳＳｅ層の結晶成長が可能である
ことを確認した。かくして作製された半導体レーザは、
Ｖ溝底部に安定した基本横モード発振を達成することが
できた。発振波長は５２０ｎｍで、しきい値電流は４０
ｍＡと低い。また、動作電圧は６Ｖとこの材料系として
は低いものが得られた。
【００４７】図６は第４の実施例に係わる半導体レーザ
の素子断面図である。なお、図４および図５と同一部分
には同一符号を付している。この半導体レーザの製造工
程を図６を参照しながら説明する。
の素子断面図である。なお、図４および図５と同一部分
には同一符号を付している。この半導体レーザの製造工
程を図６を参照しながら説明する。
【００４８】まず、（１００）ｐ−ＧａＡｓ基板１０４
上に、フォトレジスト等をマスクとして用い、ストライ
プ状にエッチングしストライプ溝を形成する。このエッ
チングに際しては硫酸系エッチャントを用いることがで
きる。次に、ＭＯＶＰＥ法を用い、ストライプ溝上にｐ
−ＧａＡｓ層３０、ＡｌＧａＩｎＰ層電流狭窄層を順次
形成する。
上に、フォトレジスト等をマスクとして用い、ストライ
プ状にエッチングしストライプ溝を形成する。このエッ
チングに際しては硫酸系エッチャントを用いることがで
きる。次に、ＭＯＶＰＥ法を用い、ストライプ溝上にｐ
−ＧａＡｓ層３０、ＡｌＧａＩｎＰ層電流狭窄層を順次
形成する。
【００４９】ここで、ＭＯＶＰＥ法を用いた場合の詳細
を述べる。ストライプ状にエッチングしストライプ溝を
形成したｐーＧａＡｓ基板を十分に脱脂洗浄したのち、
ＨＣｌによって表面の酸化層を除去し直ちに成長炉に入
れる。トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とアルシン（Ａ
ｓＨ3）を用い、Ｖ/III比５０、成長温度６００℃の条
件下でｐ−ＧａＡｓ層３０を形成する。ｐ型ドーパント
にはジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用いる。続いて成長
温度を７５０℃に昇温し、トリメチルガリウム（ＴＭＧ
ａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチ
ルインジウム（ＴＭＩｎ）、ホスフィン（ＰＨ3）を用
い、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層を形成する。ｐ型ド
ーパントにはジメチルジンク（ＤＭＺｎ）、ｎ型ドーパ
ントにはモノシラン（ＳｉＨ4）を用いる。ＡｌＧａＩ
ｎＰ電流狭窄クラッド層形成時はＤＭＺｎとＳｉＨ４を
同時ドーピングする。つぎに、ＭＢＥ装置に真空搬送
し、成長温度２００℃の条件下でｐーＺｎＳＳｅクラッ
ド層３２、ＺｎＣｄＳｅ歪量子井戸活性層３３、ｎーＺ
ｎＳＳｅクラッド層３４を順次形成する。最後に、電極
２０６、２０７を形成することによって，前記図６に示
す構造の半導体レーザが作製されることになる。
を述べる。ストライプ状にエッチングしストライプ溝を
形成したｐーＧａＡｓ基板を十分に脱脂洗浄したのち、
ＨＣｌによって表面の酸化層を除去し直ちに成長炉に入
れる。トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とアルシン（Ａ
ｓＨ3）を用い、Ｖ/III比５０、成長温度６００℃の条
件下でｐ−ＧａＡｓ層３０を形成する。ｐ型ドーパント
にはジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用いる。続いて成長
温度を７５０℃に昇温し、トリメチルガリウム（ＴＭＧ
ａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチ
ルインジウム（ＴＭＩｎ）、ホスフィン（ＰＨ3）を用
い、ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層を形成する。ｐ型ド
ーパントにはジメチルジンク（ＤＭＺｎ）、ｎ型ドーパ
ントにはモノシラン（ＳｉＨ4）を用いる。ＡｌＧａＩ
ｎＰ電流狭窄クラッド層形成時はＤＭＺｎとＳｉＨ４を
同時ドーピングする。つぎに、ＭＢＥ装置に真空搬送
し、成長温度２００℃の条件下でｐーＺｎＳＳｅクラッ
ド層３２、ＺｎＣｄＳｅ歪量子井戸活性層３３、ｎーＺ
ｎＳＳｅクラッド層３４を順次形成する。最後に、電極
２０６、２０７を形成することによって，前記図６に示
す構造の半導体レーザが作製されることになる。
【００５０】この実施例が第３の実施例と異なる点は、
ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層を基板上に設け、電流狭窄構
造を実現したことにある。すなわち、（ａ１１）面上に
成長したＡｌＧａＩｎＰ層は平坦面上に比べてｐ型は高
キャリア濃度層、ｎ型は低キャリア濃度層となるため、
ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄クラッド層はドーパントの添加
量を調節することにより、平坦部でｎーＡｌＧａＩｎＰ
層２５、ストライプ溝上でｐーＡｌＧａＩｎＰ層26とな
る。これによりＳｉＯ2電流狭窄層を用いなくてもＡｌ
ＧａＩｎＰ層によりＶ溝内に電流を効率的に狭窄でき、
低電流での動作が可能となる。かくして作製された半導
体レーザは、Ｖ溝底部に安定した基本横モード発振を達
成することができた。発振波長は５２０ｎｍで、しきい
値電流は３０ｍＡと低く、電流が効率的にストライプ溝
内に注入されたことを示している。また、動作電圧は６
Ｖとこの材料系としては低いものが得られた。
ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄層を基板上に設け、電流狭窄構
造を実現したことにある。すなわち、（ａ１１）面上に
成長したＡｌＧａＩｎＰ層は平坦面上に比べてｐ型は高
キャリア濃度層、ｎ型は低キャリア濃度層となるため、
ＡｌＧａＩｎＰ電流狭窄クラッド層はドーパントの添加
量を調節することにより、平坦部でｎーＡｌＧａＩｎＰ
層２５、ストライプ溝上でｐーＡｌＧａＩｎＰ層26とな
る。これによりＳｉＯ2電流狭窄層を用いなくてもＡｌ
ＧａＩｎＰ層によりＶ溝内に電流を効率的に狭窄でき、
低電流での動作が可能となる。かくして作製された半導
体レーザは、Ｖ溝底部に安定した基本横モード発振を達
成することができた。発振波長は５２０ｎｍで、しきい
値電流は３０ｍＡと低く、電流が効率的にストライプ溝
内に注入されたことを示している。また、動作電圧は６
Ｖとこの材料系としては低いものが得られた。
【００５１】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。たとえば、本発明の実施例ではＧａＡ
ｓ基板上に、ｐクラッド層としてｐ−ＧａＡｓ層を用い
ているがＡｌＧａＡｓ（ＡｌxＧａ1-xＡｓ層（０≦ｘ≦
１））であればよい。要は（ａ１１）面を形成できる材
料であればよいのである。また、電流狭窄層を他の部分
に設けてもよい。また、基板や成長結晶の導電型、各層
の厚み、不純物濃度の条件はこの限りではない。
るものではない。たとえば、本発明の実施例ではＧａＡ
ｓ基板上に、ｐクラッド層としてｐ−ＧａＡｓ層を用い
ているがＡｌＧａＡｓ（ＡｌxＧａ1-xＡｓ層（０≦ｘ≦
１））であればよい。要は（ａ１１）面を形成できる材
料であればよいのである。また、電流狭窄層を他の部分
に設けてもよい。また、基板や成長結晶の導電型、各層
の厚み、不純物濃度の条件はこの限りではない。
【００５２】
【発明の効果】このように本発明によれば、可視光半導
体レーザ、特に６５０ｎｍより波長の短いＡｌＧａＩｎ
Ｐ系半導体レーザにおいて、横モードの安定で、低しき
い値かつ高温動作可能な半導体レーザを得ることができ
る。また、ＩＩ-ＶＩ族の半導体レーザにおいては、動
作電圧を高めることなく、ひいては高信頼性の横モード
安定な青・緑色で発光可能な半導体レーザを得ることが
できる。
体レーザ、特に６５０ｎｍより波長の短いＡｌＧａＩｎ
Ｐ系半導体レーザにおいて、横モードの安定で、低しき
い値かつ高温動作可能な半導体レーザを得ることができ
る。また、ＩＩ-ＶＩ族の半導体レーザにおいては、動
作電圧を高めることなく、ひいては高信頼性の横モード
安定な青・緑色で発光可能な半導体レーザを得ることが
できる。
【図１】この発明の第1の実施例の半導体レーザの断面
構造図
構造図
【図２】この発明の第1の実施例の半導体レーザの製造
方法を示す工程順断面図
方法を示す工程順断面図
【図３】この発明の第2の実施例により製造した半導体
レーザの断面構造図
レーザの断面構造図
【図４】この発明の第３の実施例の半導体レーザの断面
構造図
構造図
【図５】この発明の第３の実施例の半導体レーザの製造
方法を示す工程順断面図
方法を示す工程順断面図
【図６】この発明の第４の実施例により製造した半導体
レーザの断面構造図
レーザの断面構造図
【図７】従来の横モード制御型半導体レーザの断面構造
図
図
【図８】従来のＩＩ-ＶＩ族半導体レーザの断面構造図
２０ ｐーＧａＡｓ層 ２１ ｐーＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ２２ 活性層 ２３ ｎ−ＡｌＧａＩｎＰクラッド層 ２４ ｎ−ＧａＡｓコンタクト層 ２５ ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層 ２６ ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層 ３０ ｐーＧａＡｓ層 ３１ ｐーＡｌＧａＩｎＰ層 ３２ ｐーＺｎＳＳｅクラッド層 ３３ ＣｄＺｎＳｅ活性層 ３４ ｎーＺｎＳＳｅクラッド層 １０４ ｐーＧａＡｓ基板 １５１ ＳｉＯ2層 ２０４ ｐ側電極 ２０５ ｎ側電極
───────────────────────────────────────────────────── 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 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (6)
- 【請求項１】＜１-１０＞方向のストライプ溝が形成さ
れた（１００）ＧａＡｓ基板と、前記基板上に、該スト
ライプ溝上で表面が（ａ１１）基板面（ａ＞１）からな
るＡｌxＧａ1-xＡｓ層（０≦ｘ≦１）と、該ストライプ
溝上で断面Ｖ形状となるＡｌＧａＩｎＰ層をクラッド層
とするダブルヘテロ構造とを備えたことを特徴とする半
導体レーザ。 - 【請求項２】（１００）ＧａＡｓ基板上に＜１-１０＞
方向のストライプ溝を形成する工程と、 該基板上に、成長温度（Ｔｇ）が４００＜Ｔｇ＜７００
℃の条件で、ＡｌxＧａ1 -xＡｓ層（０≦ｘ≦１）を気相
成長し、該ストライプ溝上のＡｌxＧａ1-xＡｓ層表面に
（ａ１１）基板面（ａ＞１）を現出させる工程と、 該ＡｌxＧａ1-xＡｓ表面上に、成長温度（Ｔｇ）が６０
０℃以上の条件で、ＡｌＧａＩｎＰ層をクラッド層とす
るダブルヘテロ構造を気相成長し、該ストライプ溝上で
断面Ｖ形状とする工程とを少なくとも備えたことを特徴
とする半導体レーザの製造方法。 - 【請求項３】第一導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層形成
時に第一導電型ドーパントと同時に第二導電型ドーパン
トを添加し、該ストライプ溝上のみを第一導電型とする
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザの製造
方法。 - 【請求項４】＜１-１０＞方向のストライプ溝が形成さ
れた（１００）ＧａＡｓ基板と、前記基板上に、該スト
ライプ溝上で表面が（ａ１１）基板面（ａ＞１）からな
るＡｌxＧａ1-xＡｓ層（０≦ｘ≦１）と、該ストライプ
溝上で断面Ｖ形状となるＡｌＧａＩｎＰ層と、該ストラ
イプ溝上で断面Ｖ形状となるＩＩ-ＶＩ族半導体層をク
ラッド層とするダブルヘテロ構造とを備えたことを特徴
とする半導体レーザ。 - 【請求項５】（１００）ＧａＡｓ基板上に＜１-１０＞
方向のストライプ溝を形成する工程と、 該基板上に、成長温度（Ｔｇ）が４００＜Ｔｇ＜７００
℃の条件で、ＡｌxＧａ1 -xＡｓ層（０≦ｘ≦１）を気相
成長し、該ストライプ溝上のＡｌxＧａ1-xＡｓ層表面に
（ａ１１）基板面（ａ＞１）を現出させる工程と、 該ＡｌxＧａ1-xＡｓ表面上に、成長温度（Ｔｇ）が６０
０℃以上の条件で、ＡｌＧａＩｎＰ層を気相成長し、該
ストライプ溝上で断面Ｖ形状とする工程と該ＡｌＧａＩ
ｎＰ層表面上にＩＩ-ＶＩ族半導体層をクラッド層とす
るダブルヘテロ構造を気相成長もしくは分子線結晶成長
し、該ストライプ溝上で断面Ｖ形状とする工程とを少な
くとも備えたことを特徴とする半導体レーザの製造方
法。 - 【請求項６】第一導電型ＡｌＧａＩｎＰ層形成時に第一
導電型ドーパントと同時に第二導電型ドーパントを添加
し、該ストライプ溝上のみを第一導電型とすることを特
徴とする請求項５に記載の半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18602393A JP2956425B2 (ja) | 1993-07-28 | 1993-07-28 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
| US08/280,936 US5546418A (en) | 1993-07-28 | 1994-07-27 | Semiconductor laser having a flat groove for selected crystal planes |
| US08/396,520 US5561080A (en) | 1993-07-28 | 1995-03-01 | Semiconductor laser and method for fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18602393A JP2956425B2 (ja) | 1993-07-28 | 1993-07-28 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0745903A JPH0745903A (ja) | 1995-02-14 |
| JP2956425B2 true JP2956425B2 (ja) | 1999-10-04 |
Family
ID=16181046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18602393A Expired - Fee Related JP2956425B2 (ja) | 1993-07-28 | 1993-07-28 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2956425B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6251934B2 (ja) * | 2013-07-30 | 2017-12-27 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | 半導体レーザの製造方法 |
-
1993
- 1993-07-28 JP JP18602393A patent/JP2956425B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0745903A (ja) | 1995-02-14 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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