JPH01111396A

JPH01111396A - 半導体レーザの製造方法

Info

Publication number: JPH01111396A
Application number: JP27115287A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Fujii; 宏明藤井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1987-10-26
Filing date: 1987-10-26
Publication date: 1989-04-28
Anticipated expiration: 2009-05-02
Also published as: JPH0634427B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、可視光帯（６００ｎｍ帯）に発光波長を有す
るＡＪＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法に関する。

（従来の技術）ＡＪＧａＩｎＰ系可視光半導体レーザは、ここ数年来活
発に研究が行われ、間もなく実用化されようとしている
。ＡｊｔＧａＩ　ｎＰ系半導体レーザの最大の用途の一
つとして、光ディスクがあるが、光ディスクのヘッドと
して用いるには、半導体レーザ自身の持つ非点収差を小
さくする必要がある。この非点収差を小さくする方法と
しては、ＡＡＧａＡｓ系半導体レーザの研究より、横モ
ード制御の方法を利得（あるいは損失）導波型から屈折
率導波型とすればよいことが知られているが、現在の所
、ＡｐＧａＩｎＰ系半導体レーザにおいて、屈折率導波
型レーザの報告例はない、従って、ここでは、従来技術
として、Ａｊ！ＧａＡｓ系半導体レーザの横モード制御
構造より類推可能なＡｆＩＧａｌｎＰ系屈折率導波型レ
ーザ、及び、本願発明者の発明になる特願昭６２−１８
９８３９号のＡＪＧａｌｎＰ系屈折率導波型レーザを収
り上げる。

まず、第３図および第４図に、ＡρＧａＡｓ系横モード
制御レーザから類推されるＡｐＧａＩｎＰ系屈折率導波
型レーザを示す、第３図は、通常、有機金属熱分解気相
成長法（以下、ＨＯＶＰＥ法と略記、）で作製される自
己整合型レーザで、中央の電流注入部分のみブロック層
４を除去した後、全面にクラッド層３′を積層し、電流
注入路を形成するレーザで、第４図は、第３図と逆辷、
電流注入部分以外のクラッド層３を部分的に薄くした後
、ブロック層４を埋込むレーザである。第３図、第４図
において、ブロック層４は、電流注入部分を構成するＡ
ＪＧａｌｎＰよりもＡ１組成の大きなＡＪＧａｌｎＰま
たはＡｌＩｎＰとし、電流注入部分と、非励起領域（ブ
ロック層の部分）との間に′実屈折率差をつけている。

また、第４図の構造では、ブロック層４をＧａＡｓとし
た損失導波型レーザで室温連続発振が報告されている〔
文献：Ｅｘｆ＠ｎｔｅｄＡｂｓｔｒａｃｔｓ　ｏｆ　ｔ
ｂｅ　１８ｔｈ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ８ｏｌｉ
ｄ　８ｔｓｔｅ　Ｄｅｒｉｃｃｓ　ａｎｄ　１ｌａｔｅ
ｒｉａｌｓ、Ｔｏｋ７ｏ、１９８６、ｐｐ、１５３−１
５６１　、　Ｌかしながら、第３図および第４図の構造
のレーザは、以下に述べるような構造上あるいは作製上
の問題点を有している。

まず、第３図のレーザであるが、この構造の最大の問題
点は、電流注入部分でのクラッド層３とクラッドＦＩ３
’の再成長界面での問題である。

すなわち、第３図のレーザの作製時において、高Ａρ組
成のクラッド層３が大気中に露出され、酸化を受けるか
ら、その上に積層するクラッド層３′の積層不備、結晶
品質の低下あるいは再成長界面の高抵抗化が問題となる
。また、この再成長界面は、活性層のごく近傍に位置し
、レーザ発振時に高光密度となるので、再成長界面に多
数導入された欠陥はとのレーザの信頼性を著しく悪化さ
せてしまう、また、第４図のレーザについてはブロック
層４となるＡＪＧａｌｎＰあるいはＡＪ　Ｉ　ｎＰを再
成長する際に以上のような問題がある。すなわち、第４
図において、ブロック層４となるＡ、ｆ！ＧａＩｎＰま
たはＡｕＩｎＰをＨＯＶＰＥ法の選択エピタキシャル成
長で積層する場合、選択マスクとなる誘電体膜への多結
晶塊の析出は、ＡＪＧａｌｎＰのＡ１組成の増加と共に
急激に増大するから、選択埋込みは非常に困難となる。

次に、上記第３図および第４図のレーザの問題点を解決
する構造として、前掲の特願昭６２−１８９８３９号の
レーザを第５図に示す、まず、このレーザの構造を説明
する。ＧａＡｓ　（１０Ｇ）基、板６上に（０１１）方
向のメサ１０を形成し、次に、このメサ１０上にＧａＡ
ｓでなるバッファ層７を積層する。この時、成長レート
の面方位依存性のため、メサ１０上に、積層したＧａＡ
ｓの側面は（１１１）Ｂ面を保持し、最終的には三角形
の形状でメサ１０上の成長が終了することが知られて０
る〔文献＝３６１秋　応用物理学会講演会予稿集２７Ｐ
−Ｔ−１４、ＰＰ、１６Ｇ〕９次に、この（１１１）Ｂ
面を側面に有するＧａＡｓメサ上に、ＡＪＧａＩｎＰｔ
、たはＡｕＩｎＰでなるクラッド層２、ＧａＩｎＰでな
る活性層１、ＡＪＧａｌｎＰまなはＡｌＩｎＰでなるク
ラッドＭ３、基板６と同じ導電型のＧａＡｓでなる電流
ブロック層４を、順次にＨＯＶＰＩ’法で成長し、ダブ
ルへテロ構造を形成する。この時、メサ側面への積層に
着目すると、クラッド層２，３となるＡＪＧａｌｎＰま
たはＡｌＩｎＰでは、（１１１）Ｂ面のメサ側面と、（
１００）面のメサ上面およびメサ底面は、同等の成長レ
ートで成長する。これは、ＡｐＧａＡｓ系の積層の様子
と大きく異なっている。ＡｐＧａＡｓ系の場合には、底
面からの這い上がりにより、メサ側面が（１１１）Ｂ面
からある程度のずれを生じてからのみ、側面への成長が
開始される。一方、活性層１となるＧａＩｎＰでは（１
１１）Ｂ面への成長レートが、（１００）面への成長レ
ートに比べ極端に遅い。従って、まずＧａＡｓでなるバ
ッファ層７を積層することにより、側面に（１１１）８
面を有する新たなメサ構造を形成し、その後、ＧａＩｎ
Ｐを活性層１とするダブルへテロ構造を積層することに
より、メサ上部で、ＧａＩｎＰ活性Ｍ１がＡｕＧａＩｎ
ＰまたはＡＪ　Ｉ　ｎＰクラッド層２．３で埋込まれた
、埋込みへテロ（ＢＨ）構造の半導体レーザが形成され
る。そして、最後に、Ｚｎ拡散による導電型の反転を利
用して、電流注入路を形成する。第５図のレーザは、Ａ
ＪＪＧａｌｎＰ系材料のＨＯＶＰＥ成長における面方位
依存性を巧みに利用して作製される屈折率導波型半導体
レーザで、第３図、第４図のレーザで問題となっていた
、高ＡＮ組成層の酸化、積層不備等の問題が改善されて
いる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、反面、第５図のレーザは以下の問題点を
有している。まず、第１点として、第５図の＃Ｉ造では
、電流注入機構として、Ｚｎ拡散によるキャップ層の導
電型の反転を利用しているから、ダブルへテロ構造形成
後の電流注入路形成工程が複雑となる。また、Ｚｎ拡散
用の窓明は工程におけるマスクずれによる特性劣化が生
じやすく、特に高次モード励起によるキングレベルの低
下、しきい［流の上昇、ひいては、歩留まり低下、信頼
性悪化が懸念される。第２点としては、第５図のｍｍで
は、ダブルへテロ構造形成後に、Ｚｎ拡散という高温加
熱工程を有するから、Ｚｎ拡散時における不純物の相互
拡散、活性層１の結晶品質の低下等が問題となる。また
、第３点として、第５図のレーザ構造は、ＧａＡｓ基板
６に形成したメサ１０上にダブルへテロ構造を形成する
がら、最終形状として、ＧａＩｎＰ活性層１を有するメ
サ上部が、メサ外部の平坦部に比べ、大きく突起してし
まうから、ヒートシンクに、接合を下にして組立てた際
に、大きなストレスを受け、信頼性への悪影響が懸念さ
れる。

そこで、本発明の目的は、上記の諸問題を解決し、作製
容易で、再現性、均一性が高く、融着ストレスの少ない
高品質、高信頼のＡｐＧａＩｎＰ系屈折率導波型半導体
レーザの製造方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）前述の問題点を解決するために本発明が提供する半導体
レーザの製造方法は、ＧａＡｓ　（１００）基板上に、
（０１１）方向の平行な２本の溝を、エツチングにより
形成する工程と、前記２本の溝の間に形成されるメサの
上面以外の全面に、ＬＰＦ。

法によりＧａＡｓでなる電流ブロック層を被覆する工程
と、ＨＯＶＰＥ法により、ＧａＡｓでなるバッファ層を
前記電流ブロック層付きの前記基板上に積層する工程と
、ＡｕＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰでなる第１のクラッ
ド層を全面に積層する工程と、前記第１のクラッド層よ
り禁制帯幅の小さいＧａＩｎＰでなる活性層をメサ上面
と溝底面と、これらメサ及び溝以外の平坦部とに互いに
分離して積層する工程と、前記活性層より禁制帯幅の大
きなＡｕＧａＩｎＰまたはＡＩＩｎＰでなる第２のクラ
ッド層を全面に積層する工程と、ＧａＡｓでなるキャッ
プ層を前記第２のクラッド層上に積層する工程とをこの
順に含むことを特徴とする。

（作用）本発明の一実施例の方法により製造された屈折率導波型
ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの断面図を第２図に、そ
の実施例のｒＪＩＩ造方法の工程図を第１図にそれぞれ
示す０本発明の半導体レーザの製造方法の特徴としては
、第５図のレーザがダブルへテロ構造形成後に、Ｚｎ拡
散によるキャップ層の導電型の反転を利用して電流注入
路を形成するのに対し、本発明の第１図のｒＭ造方法で
は、ダブルへテロ構造形成前に、ＬＰＥ法の埋込み成長
の特性を巧みに利用し、基板に形成した２本の平行な溝
の間の、メサの上面以外の全面を、選択的に、ＧａＡｓ
でなる電流ブロック層で埋込み、自己整合的に電流注入
路を形成することができる〔文献＝１、Ｍｉｔｏ　５ｔ
ａｌｅ’Ｄｏｕｂｌｅ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｐｌａｎａｒ
　ｂａｒｉｅｄ−ｂｅｔｃｒｏｓｔｒｃｃｔｍｒｅ　１
ａｓｅｒ　ｄｉｏｄｅ　ｗｉｔｈ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ
ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ’、ＥＩｅｃ
ｔｒｏｎ、Ｌｅｔｔ、、１９８２゜１８、ＰＰ、９５３
−９５４）　Ｌかも、第１図のレーザでは、第５図のレ
ーザと異なり、メサの外側にもメサと同じ高さか又はそ
れ以上の高さの平坦部を有するから、接合を下にして融
着した際の融着ストレスが第５図のレーザに比べ大幅に
緩和される。

ま、ず、第１図および第２図を参照し本発明の半導体レ
ーザ製造方法を説明する。ＧａＡｓ　（１００）３コ■ 基板６上に、（０１１）方向の平行な２本の清を形成す
る〔第１図（ａ＞）、次に、この２本の溝を有するＧａ
Ａｓ基板６を液相成長炉に導入し、ＧａＡｓでなる電流
ブロック層４を形成する〔第１図（ｂ）〕。この時、２
本の溝の深さを中部深くし、メサの幅を十分細くしてお
けば、ＬＰＦ、成長の特徴として、メサの上面以外の部
分だけを選択的にＧａＡｓブロック層で被覆することが
可能である。

次に、ブロックＮＩ４付きのＧａＡｓ基板を、ＨＯＶＰ
Ｅ成長装置に導入し、第５図のレーザと同様に、バッフ
ァ層７を含むダブルへテロ構造をＨＯＶＰＥ法により形
成する。まず、前記基板上に□、ＧａＡｓでなるバッフ
ァ層７を積層する〔第１図（Ｃ））。

この時、メサ上に積層したＧａＡｓの側面は、（１１１
）Ｂ面を保持している０次に、この（１１１）Ｂ面を側
面に有するＧａＡｓメサ上に、ＡｇＧａＩｎＰまたはＡ
！ＪＩ　ｎＰでなるクラッド層２、ＧａＩｎＰでなる活
性層１〔第１図（ｄ）〕、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｇＩ
ｎＰでなるクラッド層３、ＧａＡｓでなるキャップ層５
〔第１図（ｅ））、を積層し、ダブルへテロＭ　造を形
成する。〔第１図〕。

上述の製造方法では、ＡｐＧａｌｎＰ系材料の特徴とし
てクラッド層２．３となるＡｇＧａＩｎＰまたはＡｇＩ
ｎＰは、（１１１）Ｂ面のメサ側面上へも（１００）面
上とほぼ等しい成長レートで積層するのに対し、活性層
１となるＧａＩｎＰは（１１１）Ｂ面へは、はとんど積
層しないから、ＨＯＶＰＥ成長するだけでｌ３）ＩｆＲ
造が作製される。

このことは、クラッド層となるＡＪＧａＡｓ層と活性層
となるＧａＡｓ層が、ともに、（１１１）Ｂ面のメサ側
面には積層しないＡｇＧａＡｓ系のＢ　Ｈレーザ〔文献
：８６１秋　応用物理学会講演会予稿集２７Ｐ−Ｔ−１
４、ＰＰ１６０）。とは異なっている。

以上に本発明の半導体レーザの製造方法を説明した。

本発明の半導体レーザの製造方法によれば、第５図の従
来構造のレーザでの三つの問題点が解決される。まず第
１点は、第５図の構造では、電流注入路の形成にＺｎ拡
散という複雑な工程を必要としたが、第１図のレーザで
は、液相成長炉に導入し、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層の成長を行
うだけでよい、また、第５図のレーザでは、Ｚｎ拡散用
の窓明は工程におけるマスクずれに起因するキングベル
の低下、しきい値電流の上昇、あるいは歩留まり低下、
信顆性悪化といつな問題があったが、第１図のレーザで
は、ＬＰＥ成長の特性を利用し、自己整合的にブロック
層の形成を行うから、マスクずれの問題はなく、均一性
および再現性良く電流注入路が形成される。また、第２
点として、第５図のし、−ザではダブルへテロ構造形成
後に、Ｚｎ拡散という高温加熱工程を有するから、Ｚｎ
拡散時における不純物の相互拡散、活性層の結晶品質の
低下が心配されたが、第１図のレーザでは、ダブルへテ
ロ構造形成前に、既に、電流狭窄のためのブロック層の
成長を行っているから、高温処理によるダブルへテロ′
！ＩＩｉ造の結晶品質の低下等は起らない、第３点とし
ては、第５図のレーザ構造は、ＧａＩｎＰ活性層を有す
るメサ上部がメサ外部の平坦部に比べ大きく突起してい
るから、接合を下にして組立てた際、大きな融着ストレ
スを受けるという問題があったが、第１図のレーザでは
、メサ外部に、メサ部と同等かそれ以上の高さの平坦部
を有しているから、接合を下にして組立てた際の融着ス
トレスは第５図のレーザに比べ大幅に緩和されている。

（実施例）以下、本発明のレーザ製造方法を、実施例を挙げてさら
に詳しく説明する。本実施例のレーザ製作工程図を第１
図に示す。この実施例の方法では、まず、Ｐ形Ｚｎドー
プＧａＡｓ　（１００）基板６上に、（０１１）方向の
平行な溝を形成した。溝の深さは４゜０祖とした０次に
、基板６を液相成長炉に導入し、メサ上面以外の全面に
ＳｅドープＧａＡｓでなる電流ブロック層４を積層した
。電流ブロック層４の厚さは、溝外部の平坦部で、０．
８ｕ＋ｎとした０次に、ブロック層４付きのＧａＡｓ基
板６を、ＨＯＶＰＥ装Ｚ　Ｃ；：　導入した。そして、
７０Ｔｏｒｒノ減圧ＨＯＶＰＥ成長法により、前記基板
上に、厚さ２．５四のＺｎドープＧａＡｓでなるバッフ
ァＮＪ７を積層し、メサ側面に（１１１）Ｉ３面を有す
る新たなメサを形成した後、厚さ１．〇四のＺｎドープ
（Ａｊ！　０．４　Ｇａｏ、ｉ　）　ｏ、ｓ　Ｉ　ｎｏ
、ｓ　Ｐでなるクラッド層２、厚さ０．１１Ｊｍのノン
ドーグＧａｏ、５Ｉｎｏ、ｓＰでなる活性層１、厚さ０
．１−のＳｅドープ（Ａ！Ｊ６．４　Ｇａｏ、６）　ｏ
、ｓ　Ｉ　ｎｏｌ、Ｐでなるクラッド層３、厚さ１　、
０ＩＪｎのＳｅドープＧａＡｓでなるキャップ層５をこ
の順に積層した６以上が、本発明のレーザ製造方法の実
施例である。

（発明の効果）以上に述べた様に、本発明のレーザ製造方法では、１回
のＨＯＶＰＥ成長で屈折率導波型レーザが得られるＡｇ
ＧａＩｎＰ系半導体レーザの製造方法に、ＨＯＶＰＥ成
長に先立ちＬＰＥ法の特性を生かしたブロック層の選択
成長を導入することにより自己整合的にＺ　Ｋ注入路を
形成し、さらに、平行な２本の消を有する基板を用いる
ことにより、融着ストレスを大幅に改善した。そこで、
本発明の方法を採用することにより、高品質、高信頼の
ＡＮＧａｌｎＰ系屈折率導波型半導体レーザが再現性よ
く容易に製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例により屈折率導波型半導体レ
ーザを製造する工程を示す図、第２図は第１図実施例に
より製造された半導体レーザを示す模式的な断面図、第
３図および第４図はＡρＧａＡｓ系レーザから類推され
る従来型屈折率導波型半導体レーザの模式的な断面図、
第５図はＨＯＶＰＥ法により形成される従来の屈折率導
波型半導体レーザを模式的に示す断面図である。１・・・活性層、２．３．３’・・・クラッド層、４・
・・電流ブロック層（第１図、第２図および第５図では
ＧａＡＳ、第３図および第４図では電流注入部分のＡｇ
ＧａＩｎＰよりもＡＪ組成の大きいＡＪ２ＧａＩｎＰま
たはＡｕ　Ｉ　ｎＰ）　、５−キャップ層、６・・・Ｇ
ａＡｓ基板、７・・・バッファ層、８・・・Ｚｎ拡散領
域。

Claims

【特許請求の範囲】

ＧａＡｓ（１００）基板上に、（０１１）方向の平行な
２本の溝をエッチングにより形成する工程と、前記２本
の溝の間に形成されるメサの上面以外の全面に、液相成
長法により、ＧａＡｓでなる電流ブロック層を被覆する
工程と、有機金属熱分解気相成長法により、ＧａＡｓで
なるバッファ層を前記電流ブロック層付きの前記基板上
に積層する工程と、ＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰで
なる第１のクラッド層を全面に積層する工程と、前記第
１のクラッド層より禁制帯幅の小さいＧａＩｎＰでなる
活性層をメサ上面と溝底面と、これらメサ及び溝以外の
平坦部とに互いに分離して積層する工程と、前記活性層
より禁制帯幅の大きなＡｌＧａＩｎＰまたはＡｌＩｎＰ
でなる第２のクラッド層を全面に積層する工程と、Ｇａ
Ａｓでなるキャップ層を前記第２のクラッド層上に積層
する工程とをこの順に含むことを特徴とする半導体レー
ザの製造方法。