JPH0260075B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） この発明は半導体発光素子特に半導体レーザ素
子の製造方法に関する。

（従来技術の説明） 従来、このような分野の発光素子としてはＶ溝
付き半導体レーザ素子が知られている。この半導
体レーザ素子の製造方法を第２図Ａ及びＢにつき
簡単に説明する。

第２図Ａはこのレーザ素子を示す断面図で、第
２図Ｂは製造段階の途中での素子状態を示す斜視
図である。

先ず、（100）表面を持つたｎ−GaAs基板２０
を用意し、この（100）表面２０ａ上に電流狭窄
層（電流ブロツク層）として供し得るｐ−GaAs
層２１を結晶成長させる［第２図Ａ］。続いて第
２図Ｂにも示すように、通常のフオトリソグラフ
イ手法により、＜01１＞方向にエツチングでスト
ライプ状のＶ溝２２を基板２０に達する深さで形
成する。

次に、このＶ溝２２の部分及び残存するｐ−
GaAs層２１上に二回目の結晶成長を行い第一ク
ラツド層としてのｎ−AlGaAs層２３、活性層と
してのAlGaAs２４、第二クラツド層としてのｐ
−AlGaAs層２５、キヤツプ層としてのｐ−
GaAs層２６を順次に成長させている［第２図
Ａ］。

このような半導体レーザ素子の構造において、
ｐ−GaAs層２１は電流狭窄層として作用するの
で、Ｖ溝２２の外部の層領域には電流が流れない
と共に、この層２１は光吸収層としても作用する
ので、Ｖ溝２２の上側の活性層の、第２図Ａに斜
線を付して示す、発振領域２７で発振した光がＶ
溝２２の外部に導波された場合であつても、第一
クラツド層としてのｎ−AlGaAs層２３が光を閉
込める程度の厚さに形成されていないため、導波
された光はこの層２３を経て下側のｐ−GaAs層
２１に吸収される。

これがため、活性層２４の、Ｖ溝２２の上側の
上述した発振領域２７と、それ以外の部分との間
に実効的な屈折率の差が出来て、レーザ素子を安
定した横基本モードで発振させることが出来る。

（解決すべき問題点） しかしながら、従来の製造方法では、Ｖ溝２２
上に結晶成長を行うため、溝内部と、溝外部とで
の結晶成長速度が相違し、これがため、第一クラ
ツド層としてのAlGaAs層２３を成長させるに当
り、Ｖ溝内部を埋め、かつ、Ｖ溝外部の成長膜の
厚さを横モードの安定化が図れる0.3μｍ程度に形
成するように制御することは極めて困難であつ
た。

さらに、Ｖ溝２２の肩の部分２８がメルトバツ
クされ易いため、Ｖ溝２２の入口部分が広がる傾
向となり、これがため、レーザ素子の発振部分が
広がり、モード安定化を図ることが困難であつ
た。

（発明の目的） この発明の目的は、結晶成長させる層の厚み制
御を正確に、かつ、簡単に行えると共に、発振部
分の広がりを来さない発光素子の製造方法を提供
することにある。

（問題点を解決する手段） この発明の要点は一回目の結晶成長で上側クラ
ツド層を含むダブルヘテロ接合構造を形成し、こ
の上側クラツド層上に同一組成の別のクラツド層
を液相エピタキシヤル成長法においてメルトバツ
クを用いて成長させることにある。

従つて、この発明の目的の達成を図るため、こ
の発明は、GaAsの半導体基板上にダブルヘテロ
接合を形成するAlGaAsの第一クラツド層、
AlGaAsの活性層及びAlGaAsの第二クラツド層
と、該第二クラツド層上のGaAsの中間層とを順
次成長させる第１工程と、 該中間層をその表面から部分的にその厚みの一
部分にわたつてエツチングして層厚の薄い部分と
層厚の厚い突出部とを形成する第２工程と、 該突出部が形成された中間層上に電流狭窄用の
AlGaAsの上側層を成長させる第３工程と、 該上側層及び前記中間層に、メルトバツク速度
の相違を利用して、前記突出部の下側に対応する
前記第二クラツド層に達する溝を形成する第４工
程と、 然る後、該溝内及び残存する前記上側層上に
AlGaAsの第三クラツド層とGaAsのキヤツプ層
とを液相エピタキシヤル成長法で順次に結晶成長
させる第５工程と を含み、 前記第３工程、第４工程及び第５工程を同一の
成長反応炉中で連続して行う ことを特徴とする。

（実施例の説明） 以下、第１図Ａ〜Ｅを参照して、この発明の実
施例につき説明する。

第１図Ａ〜Ｅは一例としてGaAs半導体レーザ
素子の製造方法を説明するための、主要製造段階
での素子状態を概略的に示す図で、同図Ｂを除き
断面図であるが、断面を表わすハツチング等は省
略して示してあり、同図Ｂは斜視図である。先
ず、第１図Ａに示すように、ｎ−GaAs基板１を
用意し、この基板１の表面１ａ上にダブルヘテロ
接合構造を形成する各層、すなわち、第一クラツ
ド層としてのｎ−AlGaAs層２、活性層としての
AlGaAs層３、第二クラツド層としてのｐ−
AlGaAs層及びこの第二クラツド層４上に光吸収
層とし得る中間層としてのｎ−GaAs層５を、一
回目の結晶成長で、それぞれ順次に成長させる。
この場合の成長法は膜厚制御を正確に行える、例
えば、液相エピタキシヤルとかその他任意好適な
結晶成長法で行うことが出来る。

次に、第１図Ｂに示すように、通常のフオトリ
ソグラフイ技術を用いて、中間層５を一部分エツ
チングして除去し、中央部に＜011＞方向にスト
ライプ状の逆メサ構造の突出部５ａを形成する。
このエツチングはマスクを用いて、中間層の厚さ
の一部分にわたつて行い、エツチングによつて厚
さの減少した残部を５ｂで示す。この時、この逆
メサ形状のストライプ状突出部５ａの幅は電流狭
窄作用及び横モード安定化に関係するので、２〜
3μｍ以下とするのが好適であり、その制御は正
確かつ容易である。

次に、第１図Ｃ〜Ｅに示すように、この突出部
５ａが形成された中間層５上に、二回目の結晶成
長を行い、電流狭窄層として供するｎ−AlGaAs
層６を成長させ、次いで、第三クラツド層として
のｐ−AlGaAs層７、キヤツプ層としてのｐ−
GaAs層８を順次に液相エピタキシヤル成長させ
る。

この二回目の成長に際して、先ず、第１図Ｃに
示すよに、電流狭窄層として供し得るｎ−
AlGaAs層を上側層６として、突出部５ａを埋込
み上面６ｄが平担面となるように、成長させる。
従つて、この層６は、中間層５の突出部５ａの上
側の部分６ａの厚みが残部５ｂの上側の部分６ｂ
の厚みよりも薄くなるように、形成されている。

次に、未飽和のGaAs溶液を用いて、この上側
層であるｎ−AlGaAs層６をメルトバツクさせ、
第１図Ｄに示すように、この上側層６と、中間層
５とにストライプ状の溝９を形成する。この際、
ｎ−GaAs層５のメルトバツク速度はｎ−
AlGaAs層のメルトバツク速度よりも約10倍程度
速いので、このメルトバツク速度の差を利用して
この溝掘りを行う。このメルトバツクにより、先
ず、上側層６の６ａで示す部分の厚みだけメルト
バツクすると、突出部５ａの上部が現れる。さら
にメルトバツクを続けると、上述したメルトバツ
ク速度の差のため、この突出部５ａの部分が上側
層６の６ｂで示す部分よりもメルトバツクが早く
進行する。従つて、この中間層５のメルトバツク
が下側の第二クラツド層４に達した時、上側層６
の部分６ｂは未だその厚みの一部分しかメルトバ
ツクされないで、６ｃで示すように残存する。よ
つてこのメルトバツクにより、上述した中間層５
の突出部５ａの下側に対応する部分の中間層５及
び上側層６にストライプ状の溝９が形成される。

この場合、メルトバツクの条件はメルトバツク
される材料、厚さ、その他所要に応じて好適な条
件を設定することが出来る。

次に、第１図Ｅに示すよに、この溝９内及び残
存した部分６ｃ上に第三クラツド層としてのｐ−
AlGaAs層７を成長させる。一般に、一度空気中
に露出させたAlGaAs層上に液相エピタキシヤル
成長させることは困難である。しかしながら、こ
の発明によれば、大気に露出されると酸化されや
すくしかもGaAsと比べてメルトバツクされにく
いAlGaAsを一度も大気に露出させることなく電
流狭窄層６ｃはもとより第二クラツド層４の表面
の一部分を露出させ溝９を形成することが可能で
ある。その理由は、中間層５に層厚の薄い部分５
ｂと厚い突出部５ａとを形成した後は、同一の成
長プロセスで従つて成長用反応炉を途中一回も大
気にさらすことなく、上側層６（第１図Ｃ）の形
成、メルトバツクによる電流狭窄層６ｃ及び溝９
の形成、この溝９を含む電流狭窄層６ｃ上への第
三クラツド層７の成長及びその上側のキヤツプ層
８の成長を、連続して行うことが出来るからであ
る。このように、メルトバツクを用いると、メル
トバツク直後にAlGaAs層を成長出来るため、上
述したような、第二クラツド層であるｐ−
AlGaAs層４上にｐ−AlGaAs層７を液相エピタ
キシヤル成長させることが可能となる。尚、第三
クラツド層７と、第二クラツド層４とは組成が同
一であるので、この結晶成長により両者は一体と
なり、活性層３に対し、上側クラツド層として作
用する。

また、このような結晶成長により、埋込まれた
中間層の部分５ｂ及び上側層の部分６ｃが電流狭
窄層として作用する。尚、この場合、中間層５を
電流狭窄作用を有する材料で形成しても良いが、
必ずしもその必要はなく、メルトバツクする材料
であれば充分であり、さらに、光吸収特性を有し
ていれば好適である。

次に、図示せずも、ｎ側及びｐ側電極を被着形
成してレーザ素子を完成する。この素子の発振領
域を第１図Ｅに１０で示し、この発振領域１０は
充分狭い領域に限定される。

この発明は上述した実施例にのみ限定されるも
のではない。例えば上述した実施例ではｎ−
GaAs基板を用いたが、ｐ−GaAs基板を用いて
も良く、その場合には他の層の導電型を対応して
変えば良い。

また、上述した実施例では半導体レーザ素子に
つき説明したが、これに限定されずに、広く発光
素子に適用出来るものである。

また、上述した突出部の断面形状は逆メサ形状
にのみ限定されるものではなく、矩形状であつて
も、三角形状であても良い。

さらに、上述した素子の製造条件は所要に応じ
て適切な条件を選定することが出来る。

さらに、各部分の寸法、形状及び配置関係を適
切に選定出来る。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明
の発光素子の製造方法によれば、平担な基板面上
にダブルヘテロ接合を形成する第一クラツド層、
活性層、第二クラツド層を一回の結晶成長、例え
ば、一回目の液相エピタキシヤル成長で成長させ
るので、これら各層の膜厚を所要の如く正確に、
かつ、簡単に制御出来、これがため、光吸収層と
しての中間層の下側の第二クラツド層の厚みを正
確に制御出来るので、横モード発振を従来の場合
よりも著しく安定化させることが出来る。

さらに、この発明の方法によれば、使用材料の
メルトバツク速度差を用いて溝を形成すると共
に、内部電流狭窄層を画成するので、従来のよう
なＶ溝の肩の部分のメルトバツクが起らず、これ
がため、溝幅を設計通りに容易に制御することが
出来、従つて、発振部分の広がりを抑制すること
が出来、横モード発振の安定化を図ることが出来
る。

さらに、液相エピタキシヤル成長の際に、メル
トバツクを利用しているので、AlGaAsの第二ク
ラツド層上にもAlGaAsの第三クラツド層を成長
させることが出来、従つて、良質の上側クラツド
層を形成することが出来、発振特性が良好とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ〜Ｅはこの発明の発光素子の製造方法
を説明するための製造工程図、第２図Ａ及びＢは
従来の発光素子の製造方法を説明するための断面
図及び斜視図である。 １……半導体基板（GaAs基板）、１ａ……
（基板の）表面、２……第一クラツド層
（AlGaAs層）、３……活性層（AlGaAs層）、４…
…第二クラツド層（AlGaAs層）、５……中間層
（GaAs層）、５ａ……（中間層の）突出部、５ｂ
……（中間層の）残部、６……上側層、６ａ……
（突出部５ａの上側の上側層の）部分、６ｂ……
（残部５ｂの上側の上側層の）部分、６ｃ……
（メルトバツクで残存した上側層の）部分、７…
…第三クラツド層、８……キヤツプ層、９……ス
トライプ状の溝、１０……発振領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ GaAsの半導体基板上にダブルヘテロ接合を
   形成するAlGaAsの第一クラツド層、AlGaAsの
   活性層及びAlGaAsの第二クラツド層と、該第二
   クラツド層上のGaAsの中間層とを順次成長させ
   る第１工程と、 該中間層をその表面から部分的にその厚みの一
   部分にわたつてエツチングして層厚の薄い部分と
   層厚の厚い突出部とを形成する第２工程と、 該突出部が形成された中間層上に電流狭窄用の
   AlGaAsの上側層を成長させる第３工程と、 該上側層及び前記中間層に、メルトバツク速度
   の相違を利用して、前記突出部の下側に対応する
   前記第二クラツド層に達する溝を形成する第４工
   程と、 然る後、該溝内及び残存する前記上側層上に
   AlGaAsの第三クラツド層とGaAsのキヤツプ層
   とを液相エピタキシヤル成長法で順次に結晶成長
   させる第５工程と を含み、 前記第３工程、第４工程及び第５工程を同一の
   成長反応炉中で連続して行う ことを特徴とする発光素子の製造方法。