JP3084051B2 - 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＞ 本発明は埋込み構造半導体レーザ素子及びその製造方
法の改善に関するものである。
法の改善に関するものである。
＜従来の技術＞ 埋込み構造半導体レーザ素子は横方向に屈折率の違い
を持たせて光の閉じ込めを行うためにヘテロ接合に平行
な結晶表面に対してストライプ状のメサを形成し、この
メサの両側に電流阻止および光閉じ込めをするための埋
込み領域を形成している。
を持たせて光の閉じ込めを行うためにヘテロ接合に平行
な結晶表面に対してストライプ状のメサを形成し、この
メサの両側に電流阻止および光閉じ込めをするための埋
込み領域を形成している。
一般に上記埋込み領域にはpn逆バイアス構造となるよ
うに半導体層を形成するか若しくは半絶縁層を形成する
方法が用いられている。
うに半導体層を形成するか若しくは半絶縁層を形成する
方法が用いられている。
しかし、埋込み構造半導体素子において上述のように
埋込み領域を半導体層で形成すると、逆バイアスとなる
pnの接合のところで空乏層が広がり、寄生容量が増すた
めに高速応答ができなかった。また、半絶縁性層により
埋め込み領域を形成すると寄生容量の問題はなくなる
が、電流阻止層としての機能を十分果すために、抵抗率
を十分高くすることや再現性良く高抵抗層を得ることが
困難であり、素子の歩留りを低下させていた。
埋込み領域を半導体層で形成すると、逆バイアスとなる
pnの接合のところで空乏層が広がり、寄生容量が増すた
めに高速応答ができなかった。また、半絶縁性層により
埋め込み領域を形成すると寄生容量の問題はなくなる
が、電流阻止層としての機能を十分果すために、抵抗率
を十分高くすることや再現性良く高抵抗層を得ることが
困難であり、素子の歩留りを低下させていた。
これらの問題を解決する方法として例えば、特開昭62
−18782には第６図に示すように埋込み領域に逆バイア
ス接合に達する溝を形成させることによりpn接合全体の
幅を小さして接合容量を低減させる方法が示されてい
る。
−18782には第６図に示すように埋込み領域に逆バイア
ス接合に達する溝を形成させることによりpn接合全体の
幅を小さして接合容量を低減させる方法が示されてい
る。
第６図において、１はｎ型InP基板、２はｎ型GaInPAs
導波路層、３はGaInPAs活性層、４はｐ型GaInAsPバッフ
ァー層、６はｐ型GaInPAsキャップ層、９はｎ側電極、1
0はｐ側電極、61、63、64はｐ型InP層、62はｎ型InP
層、67は絶縁膜である。
導波路層、３はGaInPAs活性層、４はｐ型GaInAsPバッフ
ァー層、６はｐ型GaInPAsキャップ層、９はｎ側電極、1
0はｐ側電極、61、63、64はｐ型InP層、62はｎ型InP
層、67は絶縁膜である。
また特開昭57−63883には、第７図に示すように上記
半導体層の代わりに埋込み領域としてポリイミド絶縁層
71を用いる方法が示されている。この方法によると上記
のような寄生容量の問題がなくなる上に、埋め込み領域
に形成されたポリイミド絶縁層71とGaInPAsキャップ層
６の段差がなくなり、上部を平坦化することができるた
め、ヒートシンクが電極10の側に装着された場合にはヒ
ートシンクへ熱を逃がすことが容易になる。
半導体層の代わりに埋込み領域としてポリイミド絶縁層
71を用いる方法が示されている。この方法によると上記
のような寄生容量の問題がなくなる上に、埋め込み領域
に形成されたポリイミド絶縁層71とGaInPAsキャップ層
６の段差がなくなり、上部を平坦化することができるた
め、ヒートシンクが電極10の側に装着された場合にはヒ
ートシンクへ熱を逃がすことが容易になる。
第７図において、１はｎ型InP基板、２はｎ型InPクラ
ッド層、３はGaInPAs活性層、４はｐ型InPクラッド層、
６はGaInPAsキャップ層、９はｎ側電極、10はｐ側電
極、71はポリイミド絶縁層によって形成された埋込み領
域である。
ッド層、３はGaInPAs活性層、４はｐ型InPクラッド層、
６はGaInPAsキャップ層、９はｎ側電極、10はｐ側電
極、71はポリイミド絶縁層によって形成された埋込み領
域である。
＜発明が解決しようとする課題＞ しかし、上記の方法では埋込み領域に熱伝導率の小さ
いInP等の半導体層やSiO2、SiNおよびポリイミド等の絶
縁体層を形成しているため活性領域で発生する熱をヒー
トシンクへうまく逃がすことができない。従って素子の
温度上昇を引きおこし、高出力、高寿命の素子が得られ
ないという問題があった。
いInP等の半導体層やSiO2、SiNおよびポリイミド等の絶
縁体層を形成しているため活性領域で発生する熱をヒー
トシンクへうまく逃がすことができない。従って素子の
温度上昇を引きおこし、高出力、高寿命の素子が得られ
ないという問題があった。
本発明は、埋込み領域全体若しくは一部を熱伝導率の
高い結晶質AlNで形成することにより活性領域で発生す
る熱をヒートシンクへ逃がし易くすることにより高出
力、高寿命の素子及びその製造方法を得ることを目的と
する。
高い結晶質AlNで形成することにより活性領域で発生す
る熱をヒートシンクへ逃がし易くすることにより高出
力、高寿命の素子及びその製造方法を得ることを目的と
する。
＜課題を解決するための手段＞ 上記目的を達成するために本発明では半導体基板上に
形成された少なくとも発光層を含むメサストライプ状の
発光領域と、該発光領域を囲む埋込み領域とを備えた埋
込み構造半導体レーザ素子において、 前記埋込み領域全体若しくは一部が結晶質AlNからな
ることを特徴とする。
形成された少なくとも発光層を含むメサストライプ状の
発光領域と、該発光領域を囲む埋込み領域とを備えた埋
込み構造半導体レーザ素子において、 前記埋込み領域全体若しくは一部が結晶質AlNからな
ることを特徴とする。
＜作用＞ 本発明に用いられるAlNは高温まで安定であり、電気
的な絶縁特性にも優れている。また、反応性スパッタリ
ング法によりAlN膜を作製すると、比較的容易にｃ軸配
向膜が形成され、300℃以下の低温においても、単結晶
あるいは多結晶の膜が得られる。このことはT.Shiosaki
他,Japanese Journal of Applied Physics,Vol.21
（1982） Suplement 21−3,pp69−71に記載されてい
る。
的な絶縁特性にも優れている。また、反応性スパッタリ
ング法によりAlN膜を作製すると、比較的容易にｃ軸配
向膜が形成され、300℃以下の低温においても、単結晶
あるいは多結晶の膜が得られる。このことはT.Shiosaki
他,Japanese Journal of Applied Physics,Vol.21
（1982） Suplement 21−3,pp69−71に記載されてい
る。
下記第１表に従来の埋込み領域材料、AlN単結晶、並
びに半導体材料であるGaAs単結晶及びInP単結晶の熱伝
導率を示す。
びに半導体材料であるGaAs単結晶及びInP単結晶の熱伝
導率を示す。
第１表から理解されるように、AlN単結晶の熱伝導率
は2.0W/cm・degであり、従来の埋込み領域材料のそれに
比較して遥かに大きい。
は2.0W/cm・degであり、従来の埋込み領域材料のそれに
比較して遥かに大きい。
以上のように結晶質AlNで埋込み領域を形成させるこ
とにより、高出力において高い放熱効果を有する長寿命
の半導体レーザ素子を得ることができる。
とにより、高出力において高い放熱効果を有する長寿命
の半導体レーザ素子を得ることができる。
＜実施例１＞ 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明
する。
する。
第１図は本発明の一実施例の半導体レーザ素子であ
り、第２図（ａ）乃至（ｄ）はその製造方法を示す略断
面図である。
り、第２図（ａ）乃至（ｄ）はその製造方法を示す略断
面図である。
第１図において１はｎ型InP基板、２はｎ型InPクラッ
ド層、３はGaInPAs活性層、４はｐ型InPクラッド層、５
は第１の埋込み層であるFeドープInP電流阻止層、６は
ｐ型GaInPAsキャップ層、７は第２の埋込み層であるポ
リイミド絶縁層、８は第３の埋込み層である結晶質AlN
層、９はｎ側電極、10はｐ側電極である。
ド層、３はGaInPAs活性層、４はｐ型InPクラッド層、５
は第１の埋込み層であるFeドープInP電流阻止層、６は
ｐ型GaInPAsキャップ層、７は第２の埋込み層であるポ
リイミド絶縁層、８は第３の埋込み層である結晶質AlN
層、９はｎ側電極、10はｐ側電極である。
第１図に示すように本発明の半導体レーザ素子は埋込
み領域の一部に熱伝導率の高い結晶質AlN層が形成され
ているため、活性層で発生した熱を効率良くヒートシン
ク（図示せず）へ逃がすことができ、高出力で高寿命の
半導体レーザ素子を得ることができる。
み領域の一部に熱伝導率の高い結晶質AlN層が形成され
ているため、活性層で発生した熱を効率良くヒートシン
ク（図示せず）へ逃がすことができ、高出力で高寿命の
半導体レーザ素子を得ることができる。
尚、第１図において第１の埋込み領域５にｐ型InP層
とｎ型InP層を連続して形成させることによりpn逆バイ
アス構造の電流阻止層を形成しても同様の効果を得るこ
とができる。
とｎ型InP層を連続して形成させることによりpn逆バイ
アス構造の電流阻止層を形成しても同様の効果を得るこ
とができる。
以下に本実施例の半導体レーザ素子の製造工程につい
て第２図（ａ）乃至（ｄ）に従って説明する。
て第２図（ａ）乃至（ｄ）に従って説明する。
まず、第２図（ａ）において、ｎ型InP基板１上に順
次ｎ型InPクラッド層２、GaInAsP活性層３、ｐ型InPク
ラッド層４をエピタキシャル成長により形成し、その上
にSiO2膜11を堆積させた。次に、レーザ発振に寄与する
ストライプ領域をメサ状に残して、フォトリソグラフィ
ーおよびエッチングによりクラッド層４から基板１に達
する部分を除去した。
次ｎ型InPクラッド層２、GaInAsP活性層３、ｐ型InPク
ラッド層４をエピタキシャル成長により形成し、その上
にSiO2膜11を堆積させた。次に、レーザ発振に寄与する
ストライプ領域をメサ状に残して、フォトリソグラフィ
ーおよびエッチングによりクラッド層４から基板１に達
する部分を除去した。
次に、第２図（ｂ）において残されたSiO2膜11をマス
クとしてエッチングによって除去された部分に選択的に
第１の埋込み領域にFeドープInP電流阻止層５をエピタ
キシャル成長によって形成した。
クとしてエッチングによって除去された部分に選択的に
第１の埋込み領域にFeドープInP電流阻止層５をエピタ
キシャル成長によって形成した。
次に、第２図（ｃ）においてSiO2膜11を除去した後、
ｐ型GaInPAsキャップ層６をｐ型InPクラッド層４及びFe
ドープInP層５の上全体にわたってエピタキシャル成長
によって形成した。
ｐ型GaInPAsキャップ層６をｐ型InPクラッド層４及びFe
ドープInP層５の上全体にわたってエピタキシャル成長
によって形成した。
次に、第２図（ｄ）において活性領域の両側のFeドー
プInP電流阻止層５の一部を残してさらに広い幅のメサ
状のストライプ領域をエッチングとフォトリソグラフィ
ーによって形成し、その上に第３の埋込み領域に結晶質
AlN層８をスパッタリングにより、第２の埋込み領域に
ポリイミド絶縁層９をスピンコートにより堆積させた。
プInP電流阻止層５の一部を残してさらに広い幅のメサ
状のストライプ領域をエッチングとフォトリソグラフィ
ーによって形成し、その上に第３の埋込み領域に結晶質
AlN層８をスパッタリングにより、第２の埋込み領域に
ポリイミド絶縁層９をスピンコートにより堆積させた。
さらにエッチングとフォトリソグラフィーにより活性
領域上のポリイミド絶縁層と結晶質AlN層を順次除去し
た後、ｎ側電極９およびｐ側電極10を形成し、第１図に
示す半導体レーザ素子を得た。
領域上のポリイミド絶縁層と結晶質AlN層を順次除去し
た後、ｎ側電極９およびｐ側電極10を形成し、第１図に
示す半導体レーザ素子を得た。
＜実施例２＞ 第３図は本発明の第２の実施例の略断面図である。
本実施例では、埋込み領域の構造が第１図とは異な
り、第１の埋込み領域が結晶質AlN層31で形成されてお
り、第２の埋込み領域がポリイミド絶縁層32で形成され
た構造になっている。
り、第１の埋込み領域が結晶質AlN層31で形成されてお
り、第２の埋込み領域がポリイミド絶縁層32で形成され
た構造になっている。
すなわち、第１の埋込み領域が熱伝導率の高い結晶質
AlNで形成されているため、実施例１の半導体レーザ素
子同様、活性層で発生した熱を効率良くヒートシンク
（図示せず）へ逃がすことができ、高出力で高寿命の半
導体レーザ素子を得ることができる。
AlNで形成されているため、実施例１の半導体レーザ素
子同様、活性層で発生した熱を効率良くヒートシンク
（図示せず）へ逃がすことができ、高出力で高寿命の半
導体レーザ素子を得ることができる。
第３図において31は結晶質AlN電流阻止層、32はポリ
イミド絶縁層である。尚、第１図と同一部分には同一符
号を付して説明を省略する。
イミド絶縁層である。尚、第１図と同一部分には同一符
号を付して説明を省略する。
＜実施例３＞ 第４図は本発明の第３の実施例の略断面図である。
本実施例は、埋込み領域の構造が第１図および第２図
とは異なり、第１の埋込み領域がFeドープInP電流阻止
層５で形成されており、第２の埋込み領域が結晶質AlN
絶縁層41で形成された構造になっている。
とは異なり、第１の埋込み領域がFeドープInP電流阻止
層５で形成されており、第２の埋込み領域が結晶質AlN
絶縁層41で形成された構造になっている。
すなわち、第２の埋込み領域が熱伝導率の高い結晶質
AlNで形成されているため、実施例１の半導体レーザ素
子同様、活性層で発生した熱を効率良くヒートシンク
（図示せず）へ逃がすことができ、高出力で高寿命の半
導体レーザ素子を得ることができる。
AlNで形成されているため、実施例１の半導体レーザ素
子同様、活性層で発生した熱を効率良くヒートシンク
（図示せず）へ逃がすことができ、高出力で高寿命の半
導体レーザ素子を得ることができる。
第４図において41は結晶質AlN絶縁層である。尚、第
１図と同一部分は同一符号を付して、説明を省略する。
１図と同一部分は同一符号を付して、説明を省略する。
＜実施例４＞ 第５図は本発明の第４の実施例の略断面図である。
本実施例は発光領域の構造が第１図とは異なり、埋込
みVSIS（Ｖ−channeled Substrate Inner Stripe）
構造を有している。
みVSIS（Ｖ−channeled Substrate Inner Stripe）
構造を有している。
第５図に示すように本実施例の半導体レーザ素子は、
実施例１において第３の埋込み層に相当する部分に実施
例１同様AlNにより形成しているので、実施例１の半導
体レーザ素子と同様の効果を得ることができる。
実施例１において第３の埋込み層に相当する部分に実施
例１同様AlNにより形成しているので、実施例１の半導
体レーザ素子と同様の効果を得ることができる。
第５図において50はｐ型GaAs基板、51はｎ型GaAs電流
阻止層、52はｐ型GaAlAsクラッド層、53はｐ型GaAlAs活
性層、54はｎ型GaAlAsクラッド層、55はｎ型GaAsキャッ
プ層、56は実施例１において第３の埋込み領域に相当す
る結晶質AlN層、57は実施例１において第２の埋込み領
域に相当するポリイミド絶縁層、58はｎ側電極、59はｐ
側電極である。
阻止層、52はｐ型GaAlAsクラッド層、53はｐ型GaAlAs活
性層、54はｎ型GaAlAsクラッド層、55はｎ型GaAsキャッ
プ層、56は実施例１において第３の埋込み領域に相当す
る結晶質AlN層、57は実施例１において第２の埋込み領
域に相当するポリイミド絶縁層、58はｎ側電極、59はｐ
側電極である。
＜発明の効果＞ 本発明によれば、埋込み構造半導体レーザにおいて、
埋込み領域全体若しくは一部を結晶質AlNで形成するこ
とにより、活性領域で発生した熱を効率良くヒートシン
クへ逃がすことができ、高出力で長寿命の半導体レーザ
素子及びその製造方法を得ることできる。
埋込み領域全体若しくは一部を結晶質AlNで形成するこ
とにより、活性領域で発生した熱を効率良くヒートシン
クへ逃がすことができ、高出力で長寿命の半導体レーザ
素子及びその製造方法を得ることできる。
第１図、第３図、第４図、第５図は本発明の半導体レー
ザ素子の試料断面図、第２図（ａ）乃至（ｄ）は第１図
の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面
図、第６図、第７図は従来の半導体レーザ素子の試料断
面図である。 １……ｎ型InP基板 ２……ｎ型InPクラッド層 ３……GaInPAs活性層 ４……ｐ型InPクラッド層 ５……FeドープInP電流阻止層 7,32……ポリイミド絶縁層 ８……結晶質AlN層 31……結晶質AlN電流阻止層 41……結晶質AlN絶縁層 ９……ｎ側電極、10……ｐ側電極、
ザ素子の試料断面図、第２図（ａ）乃至（ｄ）は第１図
の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための断面
図、第６図、第７図は従来の半導体レーザ素子の試料断
面図である。 １……ｎ型InP基板 ２……ｎ型InPクラッド層 ３……GaInPAs活性層 ４……ｐ型InPクラッド層 ５……FeドープInP電流阻止層 7,32……ポリイミド絶縁層 ８……結晶質AlN層 31……結晶質AlN電流阻止層 41……結晶質AlN絶縁層 ９……ｎ側電極、10……ｐ側電極、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50
Claims (6)
- 【請求項１】半導体基板上に形成された少なくとも発光
層を含むメサストライプ状の発光領域と、該発光領域を
囲む埋込み領域と、少なくとも前記発光領域に接する電
極と、を備えた埋込み構造半導体レーザにおいて、 前記埋め込み領域全体若しくは一部が結晶質AlN絶縁膜
からなると共に、該結晶質AlN絶縁膜は、前記発光領域
及び／又は前記電極に接してなることを特徴とする半導
体レーザ素子。 - 【請求項２】前記発光領域を囲む埋め込み領域が、前記
発光領域を囲んで形成されたメサストライプ状である第
１の埋込み領域と前記第１の埋め込み領域の両側に第２
の埋め込み領域とからなり、 前記第１の埋め込み領域が結晶質AlN絶縁膜からなるこ
とを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項３】前記発光領域を囲む埋め込み領域が、前記
発光領域を囲んで形成されたメサストライプ状である第
１の埋込み領域と前記第１の埋め込み領域の両側に第２
の埋め込み領域とからなり、 前記第２の埋め込み領域が結晶質AlN絶縁膜からなるこ
とを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項４】前記発光領域を囲む埋め込み領域が、前記
発光領域を囲んで形成されたメサストライプ状である第
１の埋込み領域と第１の埋め込み領域の両側に第２の埋
め込み領域と前記第１の埋め込み領域と第２の埋め込み
領域との間に介在させる第３の埋め込み領域からなり、 前記第２の埋め込み領域が耐熱性かつ耐薬品性の絶縁体
からなり、前記第３の埋め込み領域が結晶質AlN絶縁膜
からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体レー
ザ素子。 - 【請求項５】前記結晶質AlN絶縁膜からなる埋め込み領
域が前記埋め込み構造半導体レーザの表面に形成された
電極と接することを特徴とする請求項３あるいは４に記
載の半導体レーザ素子。 - 【請求項６】半導体基板上に形成された少なくとも発光
層を含むメサストライプ状の発光領域と該発光領域を囲
む埋込み領域とを有し、前記埋め込み領域全体若しくは
一部が結晶質AlN絶縁膜からなる半導体レーザ素子の製
造方法であって、 前記メサストライプ状の発光領域を形成する工程後、前
記発光領域を囲む埋込み領域を形成する工程を行うこと
を特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02212976A JP3084051B2 (ja) | 1990-08-09 | 1990-08-09 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02212976A JP3084051B2 (ja) | 1990-08-09 | 1990-08-09 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0494184A JPH0494184A (ja) | 1992-03-26 |
| JP3084051B2 true JP3084051B2 (ja) | 2000-09-04 |
Family
ID=16631416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02212976A Expired - Lifetime JP3084051B2 (ja) | 1990-08-09 | 1990-08-09 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3084051B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1027940A (ja) * | 1996-07-12 | 1998-01-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザー装置 |
-
1990
- 1990-08-09 JP JP02212976A patent/JP3084051B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0494184A (ja) | 1992-03-26 |
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