JPH03194988A - 半導体レーザの構造 - 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〕 この発明は、特に低しきい値、低動作電流で駆動する半
導体レーザの構造に関するものである。

（従来の技術） 第８図は例えば第３６回応用物理学関係連合講演会（１
９８９年）の請演予稿集の９５２ページに掲載された従
来のプレーナー形レーザを示す断面図である。図におい
て、（２）はＡ１．、　、　Ｇａｏ、、ＡｓのＰ形りラ
ッド層、（３）はシングルクアンタムウェルーセパレー
トコンファイメントヘテロストラクチャー層（以下、５
ＱＷ−５ＣＨ層と略す。）、（４）はＡｌｏ、　、　Ｇ
ａ６．　ｇ　ＡｓのＮ形りラッド層、（５）はアンドー
プＧａＡｓのコンタクト層、（６）はＳｉ拡散領域、（
７）′−はＺｎ拡散領域、（８）はＮ電極、（９）はＰ
電極、（１１・）は活性領域、（１３）はＳ　Ｉ　Ｇａ
Ａｓ基板である。

次に動作について説明する。

上記の構造の半導体レーザに、ＰＮ接合に対して順方向
、すなわち、Ｐ電極（９）に（＋）、Ｎ電極（８）に（
−）となるよう電圧を印加すると電流は以下の経路を通
って流れる。

Ｐ電極（９）、コンタクト層（５）、クラッド層（４）
中のＺｎ拡散領域（７）を経て二つに分れ、その一つは
クラッド層（４）中の何ら拡散されていない領域を経て
５ＱＷ−ＳＣＨ層（３）中の活性領域（１１）に流入し
、またクラッド層（４）中のＺｎ拡散領域（７）を経た
他の一つは５ＱＷ−５ＣＨ層（３）中のＺｎ拡散領域（
７）を経て５ＱＷ−ＳＣＨ層（３）中の活性領域（１１
）に流入する。次いで５ＱＷ−ＳＣＨ層（３）中の活性
流域（１１）を経た電流はクラッド層（３）中の何ら拡
散されてない領域及び５ＱＷ−５ＣＨ層（３）中のＳｉ
拡散領域（６）に分流した後共にＮ形りラッド層（４）
中のＳｉ拡散領域（６）に流入し、更にコンタクト層（
５）Ｎ電極（８）に至る。

この過程で、５ＱＷ−ＳＣＨ層（３）中の活性領域（１
１）でレーザ発振が生ずる。

この構造においては、 ア、活性層が５ＱＷ−ＳＣＨ構造で構成されているため
、低電流密度でレーザ発振が生じる。

イ、５ＱＷ−ＳＣＨ層（３）中のＺｎ拡散領域（７）及
びＳｉ拡散領域（６）では、ＳＱＷが無秩序化されるた
め、レーザ光を活性領域（１１）に閉じ込める効果が生
じる。

以上二つの効果により、低しきい値、低動作電流で駆動
する半導体レーザが得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の半導体レーザは以上のように構成されているので
以下の２つの問題点があフだ。

ア、Ｓｉ及びＺｎ拡散はＳ　Ｉ　ＧａＡｓ基板方向のみ
でなく水平方向にも生じるので、拡散領域幅の制御が困
難である。

ィ、Ｓｉの拡散係数が小さいので、高温で長時間Ｓｉ拡
散を行なわなければならないが、この際０３ＱＷ層がＧ
ａＡｌの相互拡散で界面がなまる結果、量子効果がそこ
なわれる。

■Ｐ形クりッド層のＰドーパントがＮ形りラッド層へ拡
散し、ＰＮ接合がＮ形りラッド層中に形される（いわゆ
るリモートジャンクション）。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、Ｓｉ及びＺｎ拡散による拡散領域の形成が短
時間にかつ容易にできる低しきい値レーザの構造捉≠幹
妾＃≠を得、また、容易に他の電子素子と集積できるよ
うな構造を得ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明に係る半導体レーザは、活性領域の両脇に断面
が矩形のストライプ状溝が形成され、そのストライプ状
溝領域にイオン注入によりＳｉあるいはＺｎを注入し熱
処理をすることにより、Ｓｉ及びＺｎ拡散領域を形成し
たものである。また、上記のストライプ状溝の領域を一
部形成せず、その上方に電極パターンを形成することに
より、半導体レーザ以外の電子素子と電気的に結合しや
すくしたものである。

〔作用〕

この発明における半導体レーザは、活性領域の両脇のス
トライプ状溝からＳ　Ｉ　ＧａＡｓ基板に対して斜め方
向からストライプ状溝の側壁にイオン注入することによ
りＳｉ及びＺｎ拡散領域を形成するので、拡散距離が短
くて済む。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は半導体レーザの構造を示す断面図、第２図ない
し第６図は第１図の半導体レーザの製造方法の工程を示
す断面図、第７図はこの発明の他の実施例による半導体
レーザの上面図である。図において（２）〜（９）、（
１１）は第８図の従来例に示したものと同等であるので
説明を省略する。（１）はＣｒドープのＳ　Ｉ　ＧａＡ
ｓ基板（１０）はエツチング溝、（１２）は保護膜であ
る。

次に製造方法について述べる。

まず第２図に示すとと（Ｓ　Ｉ　ＧａＡｓ基板（１）に
Ｐ形りラッド層（２）、５ＱＷ−ＳＣＨ層（３）：Ｎ形
りラッド層（４）、コンタクト層（５）の各層をエピタ
キシャル成長法により順次形成する。なお、５ＱＷ−５
ＣＨ層（３）は従来例に示すようにＳＱＷ層とＳＣＨ層
の２層で構成されている。ＳＱＷ層は量子効果が生じる
ような層厚、すなわち２００Ａ’以下にする必要がある
。またＳＣＨ層はＡ１組成比が０．２〜０．４のＡｌＧ
ａＡｓ層で構成されている。エピタキシャル成長法とし
ては、２００　Ａ”以下の層を容易に形成てきるような
成長法１例えばＭＯ−ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＭＯ−ＭＢ
Ｅ法等が望ましい。

成長後、第３図に示すとと（Ｓｉｎ、膜、ＳｉＮ膜のよ
うなエツチングに対する保護膜（１２）を形成し、エツ
チングすべき箇所、すなわち、活性領域（１１）の両脇
にストライプ状の開口部を設ける。この箇所を通してＳ
　Ｉ　ＧａＡｓ基板（１）までエツチングを行なう。エ
ツチング法としては、溝形状が矩形を呈するような ＲＩＥ％ＲＩＢＥ等のドライエツチング法が有用である
。なぜなら、この方法の方が従来のウェットエツチング
より活性領域（１１）幅の制御が容易だからである。

次にイオン注入の工程を行なう。イオン注入は、まず第
４図に示すごとく結晶中でＮ形不純物となるＳｉから行
なう。なぜなら、ＳｉはＰ形不純物のＺｎより拡散係数
が小さいので、イオン注入後の熱処理に高い温度と長時
間を要するからである。

イオン注入は、矩形のエツチング溝 （１０）の側壁にＳｉが注入されるようＳ　Ｉ　ＧａＡ
ｓ基＃１ｊ（１）表面に対して斜め方向から行なう。Ｓ
ｉイオン注入後、熱処理を行なう。熱処理の典型的な条
件は６７５℃、４時間である。この熱処理の過程でＳＱ
Ｗ層の混晶化が生じ、Ｓｉイオンが注入されたＳｉ拡散
領域（６）のＳＱＷ層中にＳＣＨ層のＡＩ原子が混ざり
、全体としてＳＣＨ層と等価なＡ１組成比となる。

次に第５図に示すごと（Ｓｉの場合と同様の手順でＺｎ
イオンの注入を行ない熱処理をおこなう。Ｓｉを注入し
ていない側の側壁にイオン注入する点が異なる。

イオン注入後、真空蒸着、スパッタ法等の方法で第６図
に示すごとくＮ電極（ａ）、ｐ電極（９）を形成する。

なお、Ｎ電極（ｓ）、ｐ電極（９）中、活性流域（１１
）の上部でＳｉ、Ｚｎ両不純物が拡散されていない箇所
の上の領域は、Ｐ電極（９）、Ｎ電極（８）分離のため
ストライプ状に除去しておく。

最後にＰ電極（９）、Ｎ電極（８）をエツチングマスク
として、コンタクト層（５）をエツチングにより除去す
る。エッチャントとしてはＧａＡｓのみエツチングして
Ａｌｌ、６　Ｇａｏ、ｓ＾Ｓはエツチングしないような
選択性のあるエッチャント、例えばアンモニアと過酸化
水素の混合溶液が非常に有用である。

以上の各工程を経て第１図に示すような素子が完成する
。

上記の半導体レーザの動作原理は、従来の半導体レーザ
とまったく同様である。

この構造の従来構造に対する利点を以下に列挙する。

ア、活性領域（１１）の幅はしきい値電流や動作電流に
敏感に影曽を及ぼすが、この構造では活性領域（１１）
の両端のストライプ状溝の位置でほぼ決定されるが、こ
れは容易に制御できる。イ。

イオン注入後の熱処理はＳｉ、　Ｚｎ拡散を行なう場合
に比べて低温でかつ短時間で済むため、ＳＱＷ層の界面
がなまることはない。また、いわゆるリモートジャンク
ションも生じない。

以上のような利点がある。

なお、上記実施例では、Ｐ電極（９）、Ｎ電極（８）、
は矩形のストライプ状溝をとぎれることがないようにせ
ねばならない。このため形成法としてはスパッタ法ぐら
いに限定されてしまう、また０ＥＩＣのように他の電子
素子と共に集積する場合は電極は平坦な方が望ましい、
そこで、第７図に示すように、ストライプ状溝の一部を
掘らずに残してその上に電極を形成すればよい。この場
合、ストライプ状溝が掘られていない領域はＳｉ、　Ｚ
ｎによるＳＱＷ層の混晶化が生じないのでこの領域では
光の閉じ込めか弱くなる。しかし素子全体の長さから比
べれば、ストライプ状溝が掘られていない領域は非常に
短くて済むので素子特性に大きな影響が出る事はない。

また上記実施例では単にＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料
を用いた半導体レーザについて説明したが、他の材料、
例えば、ＩｎＰ／ Ｉ　ｎ　ＧａＡｓＰ　＆、ＧａＩ　ｎ　Ｐ　／　ＡＩＧ
ａＩ　ｎ　Ｐ系等の■−Ｖ族化合物半導体の材料につい
ても同様な効果が期待できる。

〔発明の効果〕

以上ように、この発明によれば、活性領域の両脇にドラ
イエツチングによって矩形のストライプ状溝を設け、Ｓ
　Ｉ　ＧａＡｓに対して斜め方向から側壁にＳｉ、　Ｚ
ｎをイオン注入をするように構成したので、再現性良く
製造できるという効果がある。またストライプ状溝の一
部を残し、その上に電極を形成することとしたので、０
ＥＩＣに有用な半導体レーザを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による半導体レーザを示す
断面図、第２図ないし第６図は第１図の半導体レーザの
製造方法の工程を示す断面図、第７図はこの発明の他の
実施例による半導体レーザを示す上面図、第８図は従来
の半導体レーザを示す断面図、第９図は５ＱＷ−ＳＣＨ
層構造を示す図である。 図中、 （１）はＳ　Ｉ　ＧａＡｓ基板 （２）はＰ形りラッド層 （３）は５ＱＷ−３ＣＨ層 （４）はＮ形りラッド層 （５）はコンタクト層 （６）はＳｉ拡散領域 （７）はＺｎ拡散領域 （８）はＮ電極 （９）はＰ電極 （１０）はエツチング溝 （１１）は活性領域 （１２）は保護膜 をそれぞれ示す。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 絶縁性の半導体基板上に、第１導電形のクラッド層、２
   ００Ａ゜以下の層厚を有するシングルクァンタムウェル
   層及び該シングルクァンタムウェル層をはさむように構
   成され、かつエネルギーバンドギャップがシングルクァ
   ンタムウェル層より大きいセパレートコンファイメント
   ヘテロストラクチャー層の２種の層から成るシングルク
   ァンタムウェル層−セパレートコンファイメントヘテロ
   ストラクチャー層、第２導電形のクラッド層、及びコン
   タクト層、以上の各層から成るウェハにおいて、活性領
   域の両脇に断面の形状が矩形を呈しているストライプ状
   溝が形成され、該各ストライプ状溝中で活性領域の存す
   る側に、結晶中でそれぞれ第１導電形、第２動電形とな
   るような不純物の領域がそれぞれ設けられ、かつ不純物
   領域のシングルクァンタムウェル層が無秩序化されてい
   て、更に活性領域の上部領域のみ該コンタクト層及び金
   属電極がとぎれている事を特徴とする半導体レーザの構
   造。