JPH0265288A - 半導体レーザ - 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、特に例えばへＥＧａＡｓ系化
合物半導体による埋込ヘテロ接合型（以下ＢＨ型という
）の半導体レーザに関する。

〔発明の概要〕

本発明は、特殊の構造とすることによってＭＯＣＶＤ（
Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａ
ｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によるエピタキシャ
ル技術における成長速度の結晶面方位依存性を利用し、
１回の結晶成長で活性層の横方向に屈折率差を形成して
なるＢＨ型半導体レーザであって、活性層の両側に電流
ブロック）藷を形成することによって低閾値の半導体レ
ーザを容易に製造することができるようにしたものであ
る。

（従来の技術〕 低閾値電流１　ｔｈを有する半導体レーザを作製するに
は活性層の横方向に屈折率差を施し、しかも電流狭搾が
必要となる。従来のＢＨ型半導体レーザでは、この２つ
の条件を満足させるために、少なくとも２回以上の結晶
成長を行って作製される。

即ち、１度目の結晶成長で活性層を、バンドギャップの
大きなりラッド層で挟むダブルへテロ接合構造を形成し
、エツチングを行って所謂’Ｊ　７シ構造を形成する。

次いで２回目の結晶成長でリッシ構造の囲りを埋込んで
いく必要がある。このような製法によるＢＨ型半導体レ
ーザにおいては、エツチングする際、大気に結晶表面が
触れ、表面が酸化し、界面に影響を与えるため素子の特
性が悪くなる。

一方、本出願人は特；頗昭６０−２２９８９号において
、第３図に示すような１回の結晶成長で上述の問題点を
改善した半導体レーザを提案した。

この半導体レーザは、（１００）結晶面の主面に例えば
逆メサ状凸起（３０）を有する化合物半導体基板（２１
）上に順次、連続ＭＯＣＶＤによりｎ型Ａｊ！　ＧａＡ
ｓのクラフト層（２２）と必要に応じて光導波層（２３
）と、　八ｊ！　ＧａＡｓよりなる活性層（２４）と、
■〕型Ａｊｌ！　ＧａＡｓのクラッド層（２５）とＰ型
ＧａＡｓのキャップ層（２６）とｎ型へβＧａＡｓの電
流狭搾層（２７）が形成され、電流狭搾Ｊｉｍ（２７）
の中央部を一部エソチングで除去し、その欠除部（２７
ａ　）内を含んで電流狭搾層（２７）上に第１の電極（
２８）を、基板（２１）の裏面に第２の電極（２９）を
夫々オーミックに被着して構成される。この半導体レー
ザでは、ｎ型りラッドＷ　（２２）の成長において、（
１０）Ｂ結晶面による側壁斜面（２２ａ　）が逆メサ状
凸起（３０）の両側に之を挟み込むように生じる。この
（１１１）　Ｂ面はこの面におけるエピタキシャル成−
圏速度が（１００）結晶面等の他の結晶面に比し、数十
分の１以下程度にも低いことから、−旦この（１１１）
Ｂ面が生じると、この面に他の結晶面による成長が進行
して来るまで、この（１１１）　Ｂ結晶面に関してその
結晶成長か見掛上停止する。従って、これの上に形成さ
れた光導波層（２３）及び活性！（２４）は、この斜面
（２２ａ　）によって逆メサ状凸起（３０）上とそれ以
外の主面上に夫々分離して形成され、逆メサ状凸起（３
０）上の活性層（２４）の両側がハントギャップの大き
いＰ型りラッドＮ（２５）によって挟まれ、光の閉じ込
めがなされる。

〔発明が解決しようとする課題Ｊ ところで、上述した第３図に示すＢ　Ｈ型半導体レーザ
においては、１回の結晶成長で形成されるを成長した後
、ここに欠除部（２７ａ　）を形成するためのエツチン
ク上程を必要とする。また電流狭搾１ｆｔ（２７）が最
上層に存するために、電流狭搾されるものの電流の広が
りが生ずる可能性がある。

本発明は、上述の点に鑑み、１回の結晶成長後のエツチ
ング」−程を不要として製造を容易にし、またより′ｄ
ｉ流狭搾を確実にしてより低閾値電流を実現し得る半導
体し・−ザを提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

第１図を参照して本発明の半導体し・−ザを説明する。

（１）は第１導電型例えはｎ型の化合物半導体基板で、
この基板（１）はその−主面が（１００）結晶面を有し
、この主面にストライプ状（図示の例では紙面と直交す
る方向に伸びるストライプ）にメサ状凸起（１２）が形
成されて成る。このメサ状凸起（１２）を有する基板（
１）の主面上に順次？Ｉｏｃｖｕによって連続的に第１
導電型例えばｎ型のクラッド＋ｔ＝　（２＋と、低不純
物ないしアンドープの活性ｊｆｉｉ　（ａｌと、第１の
第２導電型例えばＰ型のクラ・メト層（４）と、第１導
電型の電流ブロック層（５）と、第２の第２導電型のク
ラッド層（６）と、第２導電型のキャップ層（７）との
各半導体層がエピタキシャル成長される。

ここに第１導電型のクラッド＋＊　ｔ２＋、第２導電型
のクラッド層（４１（６１及び第１導電型の電流ブロッ
ク層（５）は、活性層（３）に比してハトギャップが大
、すなわち屈折率が小なる材料より成る。

そして、この場合、基板（１）の凸起（１２）の形状、
その結晶方位との関係等を選定して置くことによって凸
起（１２）の存在によって第１導電型のクラッドＮ　ｆ
ｓＱに、前述したような（１１１）Ｂ結晶面による側壁
斜面（２ａ）がメサ状凸起（１２）の両側においてこれ
を挟み込むように、ストライプ状のメサ状凸起の延長方
向に沿って延びるように生じる。

したがって、これの上に形成された活性層（３）は、こ
の斜面（２ａ）の存在によってこの（１１１）　８面上
にはほとんど成長されず、メサ状凸起（１２）上とその
両側のメサ溝内とに夫々分離して形成される。

電流ブＩ：Ｉツク１ｔｉｉＦ５１は、メサ状凸起（１２
）上の活性層（３）を含むエピタキシャル層の両側或は
活性層（３）に近接する第１４電型クラツド層（４）の
両側斜面に接して形成される。即ち、少なくとも電流ブ
ロックＩｙｉｌ　（５１はメサ状凸起（１２）上の第１
の第２導電型クラノｔ”　Ｗ　ｔａと凸起（１２）以外
の主面（即ち両側のメサ溝）上の第１の第２導電型クラ
フト層（４）間を分離させる位置に形成される。

第２の第２導電型クラソｌ”　ｌｉｔ　（６１に関して
は、主として他の結晶面からの成長によってメサ状凸起
（１２）上の第１の第２導電型クラッド層（４）上を埋
めるようにその成長の厚さを選定する。そして、キャン
プ層（７）上に一方の電極（８）を被着形成し、基板（
１）の裏面に他方の電極（９）を被着形成する。

〔作用〕

本発明構成によれば、基板（１）のメサ状凸起（１２）
上に形成された活性層（３）が第１導電型クラット層（
２）と第２導電型クラット層（４）と電流ブロックＪＷ
　（５１（場合によって第１導電型クラッド層（２）と
第２導電型クラッド層（３１（６１）とによって包囲さ
れたＢＨ槽構造有する。この活性層（４）の両側は第１
導電型クラッド層（２）に生じた（１１１）Ｂ結晶面に
よる斜面（２ａ）の延長上で規制されると共に第１導電
型の電流ブロックＮ（５）によって規制される。

即ちメサ状凸起（１２）上のストライプ状の活性１＃　
（３１を挟んでその両側に或は活性１７ｉ　（３１に近
接した両側に、電流ブロック層（５）が形成されるので
、これによって電流狭搾が十分になされ、電流は広がら
すメサ状凸起（１２）上の活性層（３）に電流が集中す
ることになる。

また、電流ブロック層（５）は第２導電型のクラッドｊ
ｉｉｉ　１４１及び（６）間に形成され、自動的に動作
領域となる活性ｉｉｆ　（３１の両側を規制するように
形成されるので、連続した結晶成長の終了後に、前述の
第３図で示す如き、選択エツチング工程は不要となり、
製造工程が簡単化する。

〔実施例〕

第２図を参照して本発明による半導体レーザの一例を、
その製法と共に説明する。ＡｅＧａＡｓ糸のｔＵ−Ｖ族
化合物半導体レーザを得る場合で、先ず第２図Ａに示す
ように例えばｎ型のＧａＡｓ基板（１）を設ける。この
基板＋１１はその一生面が（１００）結晶面を有して成
る。この基板（１）の主面（１ａ）上に所要の幅Ｗをも
ってストライプ上のエツチングマスク（１１）を選択的
に形成する。マスク（１１）は例えばフォトレジスト膜
の塗布、パターン露光、現像の各処理によって形成し得
る。この場合、紙面に沿う面が（Ｏｌｌ　）面に選ばれ
、マスク（１１）のス］・ライブの延長方向は、この面
と直交する方向に選ばれる。

次に、基板（１）に対し、その面（１ａ）側から例えば
燐酸系エソチンダ液によってエツチングを行う。

これにより、マスク（１１）によって覆われない部分か
らエツチングが進行し、第２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状の逆メ
サ状凸起（１２）を形成するメサエッチングが行われ主
面（１ａ）に凹凸面が形成される。

次に、第２図Ｃに示すようにエツチングマスク（１１）
を除去し、基板（１）ノ凹凸面上に、ＭＯＣＶＤ法によ
ってｎ型＾ＱにＧａｔ−ｘＡＳクラッドＩｊｉ　ｆ２）
をエピタキシャル成長する。この場合、エピタキシャル
成長が進行すると、逆メサ状凸起（１２）の上面では（
１００）面に対しての角度θが約５５度をなす（１１１
）Ｂ結晶面より成る斜面（２ａ）が両側に自然発生的に
生じて来る。そして、このような（１１１）８面による
斜面（２ａ）が存在している状態でｎ型クラッド層（２
）のエピタキシャル成長を停止する。続いて連続ＭＯＣ
ＶＤによって、逆メサ状凸起（１２）上に断面台形をな
すｎ型りラッドＮ（２）上を含んでアンドープのＡＱｙ
　Ｇａｔ−ｙ　Ａｓよりなる活性層（３）をエピタキシ
ャル成長する。

この場合、斜面（２ａ）の（１１１）Ｂ結晶面にはＭＯ
Ｃシロによるエピタキシャル成長層が生じにくいので、
活性層（３）はこの斜面（２ａ）上には実質的に殆ど成
長せずに、逆メサ状凸起（１２）上とその両側のメサ溝
の底面にのみ選択的に互に分断して形成することができ
る。

次に、基板（１１上に第１のＰ型ＡＱｘ　Ｇａｚ−ｘ　
Ａｓクラッド屓（４）をＭＯＣＶＤによ−、てエピタキ
シャル成長する。

ごの場合、第２図りに示すように、Ｐ型りラノｌ：層（
４）の成長が進行して逆メサ状凸起（１２）上において
その両側の斜面（２ａ）が交叉するよう位置までＰ型り
ラフト層（４）が成長し、一方、メサ溝の底面において
逆メサ状凸起（１２）状のｎ型クラットＩｎ　（２＋の
斜面（２ａ）の中間位置までＰ型りラット１８（４）が
成長する。

次に、第２図Ｅに示ずよ・うにｒｌ型クラソｉ・層（２
）と同じ組成のｎ型面ｘＧａｚ−ｘＡｓよりなる電流ブ
ロック層（５）をＭＯＣＶＤによってエピタキシャル成
圏する。

この場合、電流ブロックＮ（５）は逆メサ状凸起（１２
）上の活性Ｎ（３１の両側を覆うよ・うに膜厚制御して
成長する。また、電流ブロック層（５）は逆メサ状凸起
（１２）上のＰ型りラッド層（４）とメサ溝の底面側の
Ｉ〕型クラッド層（４）間を分離するように形成される
。

次に、第２図Ｆに示すように第１のＩ〕型クりット層（
４）と同じ組成の第２のＰ型ＡＱｘ　Ｇａｘ−ｘ　Ａｓ
クラッド層（６）及びＰ型Ｇ、］Ａｓよりなる高不純物
濃度のキャップ層（７）を、順次ＭＯＣＶ＋］によって
エピタキシャル成長する。この場合、第２のＰ型りラッ
ドＪ＠　＋６１は、初期では斜面（２ａ）において成長
しないが成長の進行により斜面（２ａ）とのつき合せ部
に（’ｌｌ’ｉ）Ｂ面以外の結晶面が生じてくると斜面
（２ａ）上を含んで全面に成長される。従って、この第
２のＰ型りラソＩ−層（６）上のキャップ層（７）も全
面的に成長される。

次に、このキャップ１ｍ　（７１上に第１の電極（８）
を、また基板（１）の裏面に第２の電極（９）を夫々オ
ーｉ　ツクに被着して第１図で説明した本発明による半
導体レーザを得る。

各層（２１，＋３１．　（４）、　（５１，（６１，（
７１は一連（７）ＭＯＣＶＤによってその供給する原料
ガスを切り換えることによって１作業即ち１回の結晶成
長で形成し得る。

またｎ型りラッドＮ（２）、第１のＰ型りラット層（４
）、ｎ型電流ブロック層（５）及び第２のＰ型りラッド
層（６）の組成＾ＱｘＧａｘ−ｘ八Ｓと、活性層（３）
の組成Ａ１１ｙＧａｔ−ｙへＳとはＸ　＞　Ｙに選ばれ
る。

上例では逆メサ状凸起（１２）とした場合であるが、こ
れとは逆に裾広がりの台形状のメサ、所謂順メサ状凸起
とすることもできる。

また、必要に応じて、活性層（３）に接して光導波層を
連続ＭＯＣＶＤにより形成することもできる。

さらに、上例では電流ブロックＭ（５）を逆メサ状凸起
（１２）上の活性１’ｉ　＋３１の両側を覆うように形
成したが、その他、凸起（１２）上のＰ型りラ・ノド層
（４）と凸起の両側のメサ溝上のＰ型りラ・ノド層（４
）を分離するように活性層（３）に近接するｎ型クラッ
ト１１　（２１の両側に形成することも可能である。

（発明の効果〕 上述の本発明によれば、動作領域となる活性層が第１導
電型クラット層、第２導電型クラッド層及び電流ブロッ
ク層（或は、第１導電型クラッド層及び第２導電型クラ
ッド層）によって囲まれたＢＨ型の屈折率ガイド型の構
成とされ、特に電流ブロック層が活性層の両側に接して
、或は活性層に近接する第１導電型クラッド層の両側に
接して形成されるために電流狭搾がより強く作用し、ま
た活性層の幅を任意に狭小に形成できるので低閾構成に
おいては５．５〜６．０　ｍＡの低閾値電流が実現した
。

また、−度の結晶成長で形成でき、且つ結晶成長後に選
択エツチング等の工程を有しないので、均一な特性を有
する低閾値半導体レーザを容易に、再現性よく製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半導体レーザの一例を示す断面図
、第２図はその製造工程図、第３図は従来の半導体レー
ザの例を示す断面図である。 （１）は化合物半導体基板、（２）はｎ型クラット層、
（３）は活性層、（４）はＰ形りラッド層、（５）は電
流ブロック層、（６）はＰ形りランド層、（７）はキャ
ップ層、（８１（９１は電極である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１００）結晶面の主面にメサ状凸起を有した化合物半
   導体板と、 該メサ状凸起を有する主面上に設けられたエピタキシャ
   ル成長層による第１導電型のクラッド層と活性層と第２
   導電型のクラッド層と第１導電型の電流ブロック層とを
   有し、 上記電流ブロック層は上記メサ状凸起上のエピタキシャ
   ル層の両側に在って 上記第２導電型のクラッド層間に挟まれるように形成さ
   れて成る半導体レーザ。