JPH02194688A

JPH02194688A - 半導体レーザー

Info

Publication number: JPH02194688A
Application number: JP1485689A
Authority: JP
Inventors: Hironobu Narui; 啓修成井; Toyoji Ohata; 豊治大畑; Yoshifumi Mori; 森　芳文
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-01-24
Filing date: 1989-01-24
Publication date: 1990-08-01

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ー、特に活性層の面方向に沿う方
向からキャリアの注入を行うようにした新規な半導体レ
ーザーに係わる。

〔発明の概要〕

本発明は半導体レーザーに係わり、逆メサ型凸部を有す
る化合物半導体基板上に、それぞれエピタキシャル成長
層による第１導電型の第１の半導体層と、第２の半導体
層と、第１導電型の第３の半導体層と、第２導電型の第
４の半導体層と、第１導電型の第５の半導体層と、第２
導電型の第６の半導体層とが積層されて成り、第１．第
２．第３及び第４の各半導体層は、凸部上と、その両側
のメサ溝内に対するエピタキシャル成長部とが互いに分
離されるように積層されて成り、第５の半導体層は、凸
部側の端面が凸部上の第１の半導体層の端面に接し、凸
部上の第２の半導体層の端面の全厚さに亘って第６の半
導体層が接し、この凸部上の第２の半導体層の端面の第
６の半導体層との接合部から凸部上の第２の半導体層の
面方向にキャリアの注入が行われるようにして接合容量
の低減化したがって周波数特性に優れた半導体レーザー
を得る。

〔従来の技術〕

通常一般の半導体レーザーにおいては活性層のその面方
向と直交する厚さ方向にキャリアの注入が行われる。し
たがって、接合容量による寄生容量が大となり、高速変
調の隘路となっている。これに対して例えば第３図に示
すようなＴ　Ｊ　Ｓ　（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　Ｊｕｎ
ｃｔｉｏｎ　５ｔｒｉｐｅ　Ｌａ５ｅｒ）型半導体レー
ザにおいては、活性層の面方向と直交する端面からキャ
リアの注入が行われることによって実質的接合容量によ
る寄生容量の縮減化がはかられ高速変調が可能となると
いう利点がある。

このＴＪＳ型半型半導体レーク例えば第３図に示すよう
に、例えばｐ型のＧａＡｓ半導体サブストレイト（１）
上に順次エピタキシャル成長によってｎ型のＧａＡｓ層
（２）、　　ｐ型のＡＩ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層（３）、　
　ｎ型のＡｊＧａＡｓ層（４）、　　ｎ型のＧａＡｓ層
（５）（即ち活性層）＋ｎ型のＩＶ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層
（６）が順次積層形成され、その一部に選択的に例えば
ｐ型の不純物Ｚｎが拡散されてｐ型の領域（７）が形成
される。そしてｐ型頭域（７）上の半導体層（６）上に
は選択的にＳｉ３Ｎ、等の絶縁層（８）が被着形成され
この絶縁層が被着されていないｎ型のＭ　Ｇ　ａ　Ａ　
ｓ層（６）上に一方の電極（９）がオーミックに被着さ
れ、サブストレイト（１）の裏面に他方の電極（１０）
がオーミックに被着されてなる。

このような構成において電極（９）及び（１０）間に電
極（９）側を負極側とする所要の電圧を印加すると、ｐ
型頭域（７）との間のｐ−ｎ接合の特にバンドギャップ
の小さい活性層（５）より成るｐ−ｎ接合部（１１）に
おいてキャリアの注入が行われ、ｐ型頭域（７）の活性
層（５）の一部が動作領域（１２）となる。つまりこの
動作領域（１２）の面方向と直交する端面の小面積の接
合からキャリアの注入が行われ電流通路が面方向に生ず
ることによって実質的に影響される接合の面積の縮小化
、従って接合容量の縮小化が図られ高速変調が可能とな
るという利点を有する。

しかしながら、このようなＴＪＳ型半導体レーザーにお
いてはその製造にあたって部分拡散が必要となり、また
その部分拡散の制御が極めて難しいことによって安定し
た特性を有するこの種半導体レーザーの製造が難しいと
いう課題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上述したようなＴＪＳ型半導体レーザーにおけ
る接合容量の縮減化という利点を保持しつつ製造の困難
性の課題を図ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明においては第１図Ｆに示すように、逆メサ型凸部
（２１）を有する化合物半導体基板（２２）上に、それ
ぞれエピタキシャル成長層による第１導電型の第１の半
導体層（３１）と、第２の半導体層（３２）と。

第１導電型の第３の半導体層（３３）と、第２導電型の
第４の半導体層（３４）と、第１導電型の第５の半導体
層（３５）と、第２導電型の第６の半導体層（３６）と
が積層された構成とし、第１．第２．第３及び第４の各
半導体層（１）〜（４）は凸部（２１）上と、その両側
のメサ溝内（２３）内に対するエピタキシャル成長部と
が互いに分離されるように積層し、第５の半導体層（３
５）は、凸部（２１）側の端面が凸部（２１）上の第１
の半導体層（３１）の端面に接するようにする。

また、凸部（２１）上の第２の半導体層（３２）の端面
にはその全厚さに亘って第６の半導体層（３６）が接し
、ヘテロ接合部（２４）が構成されるようにする。

そして、この凸部（２１）上の第２の半導体層（３２）
の端面の第６の半導体層（３６）との接合部（２４）か
らこの第２の半導体層（３２）の面方向にキャリアの注
入が行われるようにする。

そして、ここに、第２の半導体層（３２）は、少くとも
第１．第２．第３及び第６の各半導体層（３１）。

（３２）、　（３３）及び（３６）に比し、エネルギー
バンドギャップが小に設定される。

〔作用〕

本発明構成では、凸部（２１）上において、第２の半導
体層（３２）が第１及び第３の半導体層（３１）及び（
３３）と、第６の半導体層（３６）とによって囲まれて
動作領域（２５）となる。すなわちメサ溝（２３）上で
は第３〜第６の半導体層（３３）〜（３６）による第１
及び第２導電型の繰返しによる電流阻止作用を呈するｐ
−ｎ−ｐ−ｎ素子が形成され、更に第６の半導体層（６
）との接合部において、特に他に比しバンドギャップの
小さい第２の半導体層（３２）における接合部（２４）
でキャリアの注入が支配的に生じることから、第２図に
その原理的構成を第１図Ｆの各部と対応する部分に同一
符号を付して示すように、凸部（２１）上の第２の半導
体層（３２）がレーザー発振の動作領域（２５）となる
、このように、動作領域（２５）にはその面方向を横切
る端面から領域（２５）の面方向にほぼ沿うようにキャ
リアの注入が行われ、ここから垂直方向へと第２図に矢
印で示す電流通路が形成されるので、ＴＪＳ型レーザと
同様に接合容量に基く寄生容量を減少できる。しかも、
その製造に当っては凸部（２１）の形成を結晶学的異方
性エツチングによって形成し、また第１〜第６の半導体
層（３１）〜（３６）を連続エピタキシャル法で形成す
れば、確実に再現性良く均一なすぐれた特性の半導体レ
ーザを得ることができる。

〔実施例〕

本発明によ−る半導体レーザーの一例を第１図を参照し
て工程順に説明する。この場合ＡｌＧａＡｓ系の■−Ｖ
属化金化合物半導体レーザーる場合で、まず第１図Ａに
示すように、例えばｎ型のＧａＡｓよりなる■−■属化
金化合物半導体基板２）を用意する。

この基板（２２）はその−主面（２２ａ）が（１００）
結晶面より成り、図において紙面に沿う面を（０１１）
面とする。この基板（２２）の主面（２２ａ）上に所要
の幅Ｗをもって図において紙面と直交する方向に延長す
るストライプ状のエツチングマスク（２６）を選択的に
形成する。このマスク（２６）は周知の技術例えばフォ
トレジスト膜の塗布、パターン露光、現像の各処理を順
次行うことによって形成し得る。

次に、基板（２２）に対し、その主面（２２ａ）側から
例えばりん酸系エツチング液（ｌｈＰＯ４とＨｔＯ□と
ＩＩ、０の混合液）或いは硫酸系エツチング液（Ｈ，Ｓ
Ｏ，とＨ！０□とＨ，Ｏの混合液）によって結晶学的エ
ツチングを行う。このようにすると、マスク（２６）に
よって覆われていない部分からエツチングが進行し第１
図Ｂに示すように両側に（１１１）Ａ面による壁面を有
するストライブの断面逆メサ型凸部（２１）が形成され
る。

次に第１図Ｃに示すようにエツチングマスク（２６）を
除去し、基板（２２）の逆メサ型凸部（２１）を有する
側の面上にＭ　ＯＣＶ　Ｄ　（１’ｌｅｔａｌｏｒｇａ
ｎｉｃ　ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ）法によって第１導電型、この場合はｎ型のＡＩ
　Ｇａ　Ａ　Ｓの第１の半導体層（３１）と、これの上
に例えば不純物がドープされずまた、第１の半導体層（
３１）に比し、エネルギーバンドギャップが小なる、例
えばＧａＡｓより成る第２の半導体層（３２）と、さら
にこれの上に第１導電型例えばｎ型の第１の半導体層（
３１）と同じ組成の第３の半導体層（３３）とを順次エ
ピタキシャル成長する。この場合凸部（２１）上のエピ
タキシャル層には、（１１１）　Ｂ面による斜面（２７
）が両側に生じる。そしてこの結晶面が生じるとこの面
にはエピタキシャル成長が生じにくくなる。この特性を
、凸部（２１）の高さ、更に半導体層（３１）〜（３３
）の各厚さの選定によって凸部（２１）上とその周囲の
メサ溝（２３）内とが互いに分離されるようにする。

続いて連続的ＭＯＣＶＤ等のエピタキシャルによって第
１図りに示すように、第２導電型この例ではｐ型の第４
の半導体層（３４）をエピタキシャル成長する。この場
合、この半導体層（３４）によって凸部（２１）上では
全表面が（１１１）　Ｂによる断面３角状とされ、メサ
溝（２３）内では凸部（２１）上の第１の半導体層（３
１）の端面にその上縁が位置するように選定される。

さらに続いて連続ＭＯＣＶＤ等のエピタキシャルによっ
て第１図已に示すように、第１電導型の電流ストップ層
となるｎ型のＭ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓより成る第５の半導体
層（３５）を成長する。この場合、この半導体層（３５
）の厚さを前述したように、凸部（２１）上の（１１１
）　Ｂ面より成る斜面に半導体が成長しに（いことを利
用してこの半導体層（３５）の端面が凸部（２１）上の
第１の半導体層（３１）の端面に接合するように形成す
る。

続いて更に連続して例えばＭＯＣＶＤを行って第１図Ｆ
に示すように、全面的に即ち凸部（２１）上に成長され
た半導体層（３１）〜（３４）の各部を埋め込むような
厚さに第２導電型の即ちｐ型の第６の半導体層（３６）
と、さらに必要に応じてこれと同導電型を有し、低比抵
抗のキャップ層（３７）をエピタキシャル成長する。そ
してこのキャップ層上（３７）に一方の電極（４１）を
オーミックに被着し、基板（２２）の裏面に他方の電極
（４２）をオーミックに被着する。

このようにすれば目的とする本発明による半導体レーザ
（５０）が得られる。

このような構成によれば第２図で説明した原理的構成に
よる半導体レーザが得られる。即ちメサ溝（２３）に第
１〜第６半導体層（３１）〜（３６）が順次積層されて
電流阻止作用を有するｎ−ｐ−ｎ−ｐ素子が形成され、
凸部（２１）上のｎ型の特にバンドギャップの小さい第
２の半導体層（３２）を動作領域（２５）としてその紙
面と直交する方向のストライプの両側の端面からキャリ
アの注入が行われ、そのストライプの延長両端から発光
がなされる半導体レーザー（５０）が構成される。

尚、上述した例において各部分の導電型を図示とは逆の
導電型に選定することもできる。

〔発明の効果〕

上述したように本発明による半導体レーザの構成によれ
ば、接合容量による寄生容量の小さい従って高速動作が
可能な半導体レーザを得ることができる。

また上述したように半導体に対する結晶学的エツチング
、及びエピタキシャル成長の特異性の利用によって逆メ
サ型凸部（２１）上に選択的に単に連続的エピタキシャ
ル成長によって動作領域（２５）を形成することができ
るので、動作領域（２５）を選択的に不純物の拡散注入
等の制御性の低い手段によることなく確実に均一な特性
の半導体レーザを構成することがてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ−Ｆは本発明による半導体レーザの一例の一製
造方法の説明に供する各工程の断面図、第２図はその原
理的構成図、第３図は従来のＴＪＳ型半導体レーザの断
面図である。（２１）は逆メサ型凸部、（２２）はメサ溝、（３１）
〜（３６）は第１〜第６の半導体層である。第２図

Claims

【特許請求の範囲】逆メサ型凸部を有する化合物半導体基板上に、それぞれ
エピタキシャル成長層による第１導電型の第１の半導体
層と、第２の半導体層と、第１導電型の第３の半導体層
と、第２導電型の第４の半導体層と、第１導電型の第５
の半導体層と、第２導電型の第６の半導体層とが積層さ
れて成り、上記第１、第２、第３及び第４の各半導体層
は、上記凸部上と、その両側のメサ溝内に対するエピタ
キシャル成長部とが互いに分離されるように積層されて
成り、上記第５の半導体層は、上記凸部側の端面が上記凸部上
の上記第１の半導体層の端面に接し、上記凸部上の第２
の半導体層の端面の全厚さに亘って上記第６の半導体層
が接し、上記凸部上の上記第２の半導体層の端面の上記第６の半
導体層との接合部から該第２の半導体層の面方向にキャ
リアの注入が行われるようにしたことを特徴とする半導
体レーザー。