JPH01293586A - 半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents

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］ 本発明は半導体レーザ素子およびその製造方法、特に、
内部狭窄型半導体レーザ素子のチャネル形成に適用して
有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

半導体レーザ（レーザダイオード：ＬＤ）は、光フアイ
バ通信を中心にした通信分野、あるいは光デイスクファ
イル、ディジタルオーディオディスク、ビデオディスク
、レーザビームプリンタ等を中心とする情報端末分野等
に使用されている。

前者は、発振波長が１．３μｍ、１．５μｍの長波長帯
レーザダイオードであり、後者は発振波長が０．７８μ
ｍ、０．８３μｍの可視・赤外帯レーザダイオードであ
る。

ところで、コパクトディスク（ＣＤ）やビデオディスク
（ＶＤ）、特にＶＤにおいては、組み込む半導体レーザ
における低雑音化は重賞である。

レーザダイオードの戻り光ノイズによるＳ／Ｎが劣化す
ると、ビデオディスクにあっては画質が劣化する。

レーザ光の戻り光による雑音を許容値以下に抑えた半導
体レーザとしては、たとえば、日経マグロウヒル社発行
「日経エレクトロニクス」１９８３年１０月１０日号、
Ｐ１７３〜Ｐ１９３に記載されたものがある。

この文献には、屈折率導波型の単一モードで発振する半
導体レーザの駆動電流（直流バイアス電流）に、ＩＧＨ
ｚ＠後の高周波電流を重畳して、多モード発振させるこ
とによって、戻り光による雑音を許容値に抑える技術が
開示されている。また、この文献には、共振周波数付近
で自助発振（パルセーション）を起こさせることができ
る旨記載されている。また、このパルセーションを生じ
ている素子では、上記の高周波重畳方式のレーザと同じ
く、比較的低雑音で戻り光に対して安定な特性が得られ
ていることも記載されている。

一方、オーム社発行「エレクトロニクス」１９８５年１
０月号、昭和６０年１０月１日発行、Ｐ５６〜Ｐ６１に
は、チャネルストライプ型の半導体レーザ素子にあって
、横モードの不安定性や非点格差を改善した屈折率導波
型構造として、埋め込み型や内部電流狭窄型（内部狭窄
型）の半導体レーザ素子が開発されている旨記載されて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように、チャネルストライプ型の半導体レーザ素
子として内部狭窄型（内部電流狭窄型）の半導体レーザ
素子が知られている。

この内部狭窄型の半導体レーザ素子は、たとえば、第７
図に示されるような構造となっている。

すなわち、この内部狭窄型半導体レーザ素子は、ｐ形Ｇ
ａＡｓ基板１の主面にストライプ状のチャネル２を隔て
てｎ形Ｇ　ａ　Ａ　ｓからなる一対の内部狭窄層３を有
している。また、このｐ形ＧａＡｓ基板１の主面には、
多層成長層４が設けられている。この多層成長層４は、
エピタキシャル成長によって、ｐ形のＧａＡｌＡｓ層か
らなるクラッド［５，ＧａＡＪＩＬＡｓからなる活性層
６．ｎ形ＧａＡｕＡｓ層からなるクランド層７．ｎ形Ｇ
ａＡＳ１からなるキャップ層８と順次積層されることに
よって形成されている。また、前記ｐ形ＧａＡｓ基板１
の裏面にはアノード１掻９が設けられ、キャップ層８上
にはカソード１ｉＴｈｌｏが設けられている。また、前
記チャネル２はｐ形ｃａＡｓ基板ｌの表層部に亘って設
けられている。

このような内部狭窄型半導体レーザ素子は、使用サイド
のπ７として、レーザ光のビーム広がり角度のうち、接
合と平行となる水平方向法がり角θＩが、たとえば、コ
ンパクトディスクに対する光学系との結合から、９度〜
１２度が要求されている。このような要求を満たすため
には、前記チャスル２の幅Ｗｃは、４μｍ〜６μｍにす
る必要がある。

ところで、前記チャネル２は、ｐ形ＧａＡｓＪＪ仮１の
主面にｎ形ＧａＡｓ層を形成した後、ホｈレジストをマ
スクとしてストライプ状にエツチングを行うことによっ
て形成される。このエッチングは、メサエッチング（異
方性エツチング）であるため、チャネル２の幅Ｗ、を広
（すると、当然にして一対の内部狭窄層間の間隔、すな
わち、電流狭窄幅Ｗ、も広くなってしまう。この結果、
チャネル幅Ｗｅを４〜６μｍ程度にすると、電流狭窄幅
Ｗ、は２．０μｍを大幅に越えてしまう。たとえば、前
記チャネル幅Ｗｃが３．４μｍの場合、電流狭窄幅Ｗ、
は１．９μｍとなる。

一方、内部狭窄型半導体レーザ素子のパルセーション化
においては、前記クラ、ド層５や活性層６の厚さ、さら
には各層の組成等もあるが、それらを一定の条件のもと
においた場合、前記電流狭窄幅Ｗｂを、たとえば、２．
０μｍ以下と小さくすれば、パルセーション化するとい
う事実を実験的に得ている。前記電流狭窄幅Ｗ、が小さ
いほどパルセーション効果は大きく、各スペクトルの幅
も広くなり、雑音（ノイズ）特性も向上する。

そこで、前記電流狭窄幅Ｗｋを２．０μｍ以下、チャネ
ル幅Ｗｃを４μｍ〜６μｍとするチャネル構造を達成す
る方法の一つとして、チャネル２の広がり角度（拡開角
度）を大きくする方法が考えられる。

しかし、このようにチャネル２の拡開角度を大きくする
と、チャネルの深さに対するチャネル幅の変化が大きく
、制御性が悪くなり、歩留りが低くなる。

本発明の目的は所望のビーム広がり角度を有しかつ雑音
特性の良好な半導体レーザ素子およびその製造方法を提
供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

（課題を解決するための手段） 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

本発明の内部狭窄型半導体レーザ素子は、その製造にお
いて、ｐ形ＧａＡｓ基板の主面にｎ形ＧａＡｓ層を形成
した後、このｎ形ＧａＡｓ１ｉ上にホトレジストによっ
てマスクを形成し、このマスクを利用して前記ｎ形Ｇａ
Ａｓ１をストライプ状にエツチングして、下層のｐ形Ｇ
ａＡｓ基＋ｆｆの表層部に達するチャネルを形成する。

この際、最初に異方性エツチング液を用いてｎ形ＧａＡ
ｓＪ５に幅が狭いチャネルを形成し、その後等方性エツ
チング液を用いてエツチングを行い、電流狭窄部を構成
する幅の狭い下部狭小チャネルと、幅の広い上部幅広チ
ャネルからなるチャネルを形成する。

その後、活性層を含む多層成長層を形成することによっ
て、電流狭窄幅Ｗ、が１．２μｍとなり、チャネル幅Ｗ
。が５μｍとなる内部ＩＬｉｆ型半導体レーザ素子を製
造する。

〔作用〕

上記した手段によれば、本発明の内部狭窄型半導体レー
ザ素子は、その製造におけるチャネルの形成にあっては
、異方性エッチング液を用いる第１のエツチングの後に
、等方性エツチング液を用いる第２のエツチングを行う
ことによって、最初は幅の狭いチャネルを形成し、その
後前記チャネルををさらにエツチングしかつ等方性エッ
チング効果を利用して、チャネル幅Ｗ、を５μｍと広く
、電流狭窄幅Ｗ、を１．２μｍと小さく形成している。

この結果、チャネル幅Ｗｃと電流狭窄幅Ｗ。

は独立制御のちとに形成されるため、電流狭窄幅Ｗ、は
パルセーション化に必要な１．２μｍが得られるととも
に、チャネル幅Ｗ、はレーザ光の水平方向拡がり角θ〃
を１１”とすることができる５７１　ｍなる幅が得られ
る。

〔実施例］ 以下、本発明の一実施例について説明する。

第１図は来光・明の一実施例による内部狭窄型半導体レ
ーザ素子の要部を示す断面図、第２図〜第６図は本発明
の内部狭窄型半導体レーザ素子を製造する方法を示す図
であって、第２図は半導体レーザ素子の製造に使用にさ
れるウェハを示す断面図、第３図はチャネル形成のため
の第１エッチングが行われたウェハの断面図、第４図は
チャネル形成のための第２エッチングが行われたウェハ
の断面図、第５図は多層成長層が形成された状態を示す
ウェハの断面図、第６図は１掻が形成された状態を示す
ウェハの断面図である。

この実施例の内部狭窄型半導体レーザ素子は、第１図に
示されるような構造となっている。すなわち、この内部
狭窄型半導体レーザ素子は、８０μｍ程度の厚さのＰ形
ＧａＡｓ基板１の主面にストライプ状のチャネル２を隔
てて、厚さ１μｍ程度のｎ形Ｇ　ａ　Ａ　ｓからなる内
部狭窄層３を一対有している。前記チャネル２はｐＹ３
ＧａＡｓｌｌ板１の表層部分にも達している。また、こ
のチャネル２は二段状構造となり、下部チャネル部１１
は幅が狭く、かつその拡開角度も小さくなっている。

前記下部チャネル部１１には、後述する多層成長層４が
形成され、これにより、一対の内部狭５ｉＮ３間に電流
狭窄部１２が形成される。この電流狭窄部１２の幅、す
なわち、電流狭窄幅Ｗ、は、この実施例では１゜２μｍ
となっている。また、上部チャネル部１３は、拡開角度
が下部チャネル部１１に比較して大幅に大きくなり、そ
の上端の幅、すなわち、チャネル幅Ｗ、は最大となり、
この実施例では５μｍとなっている。

一方、前記チャネル２および前記内部狭窄層３上には、
多層成長層４が設けられている。この多層成長１ｉ４は
、エピタキシャル成長によって形成され、ｐ形のＧａＡ
旦Ａｓ［からなる厚さ０．　３５μｍのクラッド層５、
ＧａＡＥＬＡｓからなる厚さ数百人の活性層６、ｎ形Ｇ
ａＡ［ＡｓＮからなる厚さ２μｍのクラッド層７、ｎ形
ＧａＡｓ層からなる厚さ１０μｍ程度のキャップ１１８
で構成されている。そして、前述のように、前記下部チ
ャネル部１１における一対の内部狭窄層３間には、電流
狭窄部１２が形成されることになる。また、前記ｐ形Ｇ
　ａ　Ａ　ｓ基板ｌの裏面にはアノード電極９が設けら
れ、キャンプ層８上にはカソード電極１０が設けられて
いる。

このような内部狭窄型半導体レーザ素子にあっては、前
記アノード電極９およびカソード電極１０に所定の電圧
を印加することによって、前記チャネル２に対応する活
性層６領域からレーザ光を発光する。また、前記チャネ
ル２における下部チャネル部１１は、１２μｍと狭い電
流狭窄幅Ｗ、を構成していることから、パルセーション
発振し、ノイズ特性が良好となる。このノイズ特性は、
コンパクトディスクにあっては、相対雑音強度（ＲＩＮ
）は、ｆ＝７５０ＫＨ２、Δｆ＝３０ＫＨ２の場合、１
０−”　／Ｈ，以下となり、ビデオディスクにあっては
、ＲＩＮは、ｆ＝８ＭＨ２、Δｆ＝１００Ｋ）ｊｚの場
合、１０−”　／Ｈ２以下となる。

また、前記チャネル２の上部チャネル部１３の幅、換言
するならば、チャネル幅Ｗｃは５μｍと広いことから、
接合に平行なビーム広がり角度、すなわち、水平方向拡
がり角りは１１度となり、コンパクトディスク用光源と
しての要求を充分果たすことになる。

つぎに、このような内部狭窄型半導体レーザ素子の製造
方法について、第２図〜第６図を参照しながら説明する
。

最初に、第２図に示されるように、数百μｍの厚さのウ
ェハ（半導体薄板）１４が用意される。

このウェハ１４は、ｐ形（第１導電型）のＧａＡＳ基板
１からなっている。このウェハ１４はその主面（上面）
が結晶的には、（１００）となっている、そして、この
主面にＬＰＥまたは、ＭＯＣＶＤ法により厚さ１μｍ程
度のｎ形（第２導電型）のＧａＡｓＮからなる内部狭窄
層形成層１５が形成される。

つぎに、前記ウェハ１４の主面には、常用のホトエツチ
ングによってマスク１６が形成される。

このマスク１６はウェハ１４の主面をストライブ状にエ
ツチングできるようなパターンとなっている。その後、
第３図に示されるように、このマスク１６をマスクとし
てエツチングが行われる。そして、これが本発明の特徴
的なことであるが、このエツチングは第１のエツチング
と第２のエツチングと２回に亘って行われる。第１のエ
ッチングは、サイドエツチング速度の遅い異方性エツチ
ング液、たとえば、１：２；７＝ＨｚＳＯ４：ＨｚＯ，
：　Ｃ，Ｈ，（ＯＨ）、なる硫酸系エッチャントが用い
られる。この異方性エツチングによって、幅が１μｍ以
下の狭いチャネル１７が内部狭窄層形成Ｊ１１５に設け
られる。このエツチングにおいては、最終的に必要とす
るｐ形ＣａＡｓ基扱１と内部狭窄層形成層１５の界面で
のチャネル幅、すなわち、電流狭窄幅Ｗ、を次の第２の
エツチングで決めることから、たとえば、内部狭窄層形
成層１５内にエツチング底が位置するように設けられる
。しかし、チャネル１７を極めて狭く形成できるならば
、この限りではない。また、このエツチングは異方性エ
ツチングによるため、前記チャネル１７の側壁面は結晶
的に（１１１）となり、その傾斜角度も５４°と２、峻
となっている。

つぎに、第４図に示されるように、前記マスク１６を用
いて第２のエッチングが行われる。この第２のエツチン
グは、サイドエツチング速度の早い等方性エツチング液
、たとえば、１：６；２０＝ＨＦ：Ｈ２０□　；Ｈ！０
なるふっ化水素系エッチセントが用いられる。この第２
のエツチングによって、チャネル２はｐ形ＧａＡｓ基板
１の表層部に達し、かつこのチャネル２の両側にそれぞ
れ内部狭窄層３を形成することになる。また、このチャ
ネル２は、あらかじめチャネル１７が設けられていたこ
とから、“チャネル２は下部が狭く上部が広い二段状構
造となる。下部チャネル部１１は、幅が狭くかつその拡
開角度も小さいことから、下部チャネル部１１によって
分断された一対の内部狭窄層３の間隔、すなわち、電流
狭窄幅Ｗ、も、たとえば、１．２μｍと狭くなる。また
、上部チャネル部１３はサイドエツチング速度の速い等
方性エツチングによるため、拡開角度も太き（、チャネ
ル幅Ｗゎも５μｍと広（形成されることになる。

つぎに、前記マスク１６が除去される。その後、第５図
に示されるように、エピタキシャル成長法によって、ウ
ェハ１４上にはｐ形のＧａＡ１Ａｓ層からなるクランド
層５．ＧａＡｕＡｓからなる活性Ｎ６．ｎ形のＧａＡｌ
Ａｓ１ｉからなるクラッドＦＪ７．ｎ形のＧａＡｓＮか
らなるキャップ層８が順次積層成長され、多層成長層４
が形成される。

前記クラッド層５は平坦な内部狭窄層３上では、厚さ０
．３５μｍとなっている。また、活性層６は厚さ数百人
、クラッド層７は厚さ２μｍ、キャップ層８は厚さ１０
μｍとなっている。前記クラッド層５をチャネル２に埋
め込むことによって、一対の内部狭窄層３間には電流狭
窄部１２が形成される。このｉｉ流狭窄部１２０幅、す
なわち、電流狭窄幅Ｗ１は１．２μｍとなり、前述のよ
うな高特性のノイズ特性を示すようになる。また、クラ
ッド層５の埋め込みによって、レーザ光の水平方向拡が
り角山に関与するチャネル幅Ｗｃは５μｍとなり、発光
されるレーザ光の水平方向拡がり角りは１１°とするこ
とができるようになる。

つぎに、前記ウェハ１４はその裏面がバラクエンチされ
、ｐ形ＧａＡｓ基板１を８０μｍ程度の厚さにする。そ
の後、第６図に示されるように、ウェハ１４の主面およ
び下面には、それぞれ全系電極からなるカソード１掻１
０およびアノード１掻９が形成される。

つぎに、このウェハ１４は縦横に分断される。

この結果、第１図に示されるような内部狭窄型半導体レ
ーザ素子が多数製造される。

このような実施例によれば、つぎのような効果が得られ
る。

（１）本発明の内部狭窄型半導体レーザ素子は、その製
造において、チャネル形成時、二段階に亘ってエツチン
グが行われるが、２回目のエツチングにあっては、サイ
ドエツチング速度が速い等方性エツチングによって最終
的なチャネルが形成さｎるため、チャネル幅Ｗｃを５μ
ｍと広くすることができ、レーザ光の水平方向拡がり角
θ〃を１１°と大きくできるという効果が得られる。し
たがって、本発明の内部狭窄型半導体レーザ素子は、コ
ンパクトディスク用発光源としても充分使用に耐えるこ
とになる。

（２）本発明の内部狭窄型半導体レーザ素子は、その製
造において、チャネル形成時、二段階に亘ってエッチン
グが行われるが、１回目のエツチングにあっては、サイ
ドエツチング速度が遅い異方性エツチングによって予備
的なチャネルが形成される。この予備的なチャネルは、
サイドエツチング量が少なくかつその幅が１μｍにも及
ばない狭い幅に形成される。この結果、その後に行われ
る第２回目のエツチングによって形成された最終的なチ
ャネルにお、いて、電流狭窄幅Ｗ、をｌ　２μｍと狭く
でき、パルセーション化が達成できることからノイズ特
性の優れた内部狭窄型半導体レーザ素子を提供すること
ができるという効果が得られる。

（３）上記（１）および（２）により、本発明によれば
、水平方向拡がり角θ〃が大きくかつノイズ特性の優れ
た内部狭窄型半導体レーザ素子を提供することができる
という効果が得られる。

（４）本発明の内部狭窄型半導体レーザ素子の製造方法
によれば、チャネル形成は、異方性エツチングによる第
１のエツチングと、等方性エッチングによる第２のエツ
チングにより、前記第１のエッチングで電流狭窄部Ｗｂ
を狭くする手立てができ、第２のエツチングで水平方向
拡がり角θ〃を大きくする手立てができる。したがって
、本発明では電流狭窄幅Ｗ、とチャネル幅Ｗ、は独立し
て制御できることになり、チャネルを再現性良く形成で
きるという効果が得られる。

（５）上記（４）により、本発明の内部狭窄型半導体レ
ーザ素子の製造方法によれば、再現性良くチャネルを形
成できることから、半導体レーザ素子の歩留りを向上さ
せることができるという効果が得られる。

（６）上記（１）〜（５）により、本発明によれば、所
望の水平方向拡がり角山を有しかつノイズ特性の優れた
内部狭窄型半導体レーザ素子を安価に提供することがで
きるという相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、実施例では水
平方向拡がり角θ〃を１１″壱得るためにチャネル幅Ｗ
ｃを５（ｔｍとし、所望のノイズ特性を得るために電流
狭窄幅Ｗ、を１．２μｍとしたが、これらの数イ直は、
エツチング条件等を選択することによって変更可能であ
る。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である内部電流狭窄型の半
導体レーザ素子の製造技術に適用した場合について説明
したが、それに限定されるものではなく、他の半導体レ
ーザ素子の製造技術などに通用できる。

本発明は少なくともチャネルを有する構造の半導体レー
ザ素子の製造技術には適用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

本発明の内部狭窄型半導体レーザ素子は、その製造にお
いて異方性エツチング液を用いて第１のエツチングを行
って狭くかつ側壁が急峻なチャネルを形成した後、再び
等方性エツチング液を行うことによって、チャネル幅Ｗ
ｃを５μｍと小さくできることから、コンパクトディス
クの光源として使用できる水平方向拡がり角りを１１°
とすることができるとともに、ｉａｉ狭窄幅Ｗ、を１，
２μｍと小さくすることができることから、パルセーシ
ョン化によりノイズ特性の優れた内部狭窄型半導体レー
ザ素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による内部狭窄型半導体レー
ザ素子の要部を示す断面図、 第２図は同じく内部狭窄型半導体レーザ素子の製造に使
用にされるウェハを示す断面図、第３図は同じくチャネ
ル形成のための第１エツチングが行われたウェハの断面
図、 第４図は同じくチャネル形成のための第２エツチングが
行われたウェハの断面図、 第５図は同じく多層成長層が形成された状態を示すウェ
ハの断面図、 第６図は同じく電極が形成された状態を示すウェハの断
面図、 第７図は従来の内部狭窄型半導体レーザ素子の要部を示
す断面図である。 １・・・ｐ形ＧａＡｓ１板、２・・・チャネル、３・・
・内部狭窄層、４・・・多層成長層、５・・・クラッド
層、６・・・活性層、７・・・クラッド層、８・・　キ
ャップ層、９　・　アノード電極、１０　・・カソード
電極、１１・・　下部チャネル部、１２・・・電流狭窄
部、１３・上部チャネル部、１４・・・ウェハ、１５・
　・内部狭窄層形成層、１６・・・マスク、１７・・第
７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１導電型の半導体基板と、この半導体基板の主面
   にチャネルを隔てて設けられた一対の第２導電型からな
   る内部狭窄層と、このチャネルおよび前記内部狭窄層を
   被いかつ活性層を含む多層成長層とを有する内部狭窄型
   半導体レーザ素子であって、前記チャネルは電流狭窄部
   を構成する幅の狭い下部狭小チャネルと幅の広い上部幅
   広チャネルとによって形成されていることを特徴とする
   半導体レーザ素子。 ２、前記下部狭小チャネル部分で形成される電流狭窄幅
   は、パルセーションが起きるように２． ０μｍ程度以下となっていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の半導体レーザ素子。 ３、第１導電型の半導体基板の主面に第２導電型層を形
   成する工程と、前記第２導電型層をストライプ状にエッ
   チングしてチャネルの両側にそれぞれ内部狭窄層を形成
   する工程と、前記半導体基板および内部狭窄層上に順次
   エピタキシャル成長層を形成して活性層を含む多層成長
   層を形成する工程とを有する内部狭窄型半導体レーザ素
   子の製造方法であって、前記エッチングによる内部狭窄
   層形成時、最初に異方性エッチングによって幅が狭いチ
   ャネルを前記内部狭窄層に形成した後、同じマスクを用
   いる等方性エッチングを行って幅の狭い下部狭小チャネ
   ルおよび幅の広い上部幅広チャネルを形成し、前記下部
   狭小チャネル部分に電流狭窄部を形成することを特徴と
   する半導体レーザ素子の製造方法。