JPH03227086A - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - 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） 本発明は遠距離光通信用光源に適した半導体レーザ素子
及びその製造方法に関し、特に、単一基本水平横モー２
ドで発振し、低電流で安定に動作する半導体レーザ素子
及びその製造方法に関する。

（従来の技術） １μ曹帯（１，１〜１．７μｌ）の波長領域で発振する
半導体レーザ素子は、高速遠距離通信分野に於ける光通
信用光源として盛んに研究されている。これは、この波
長帯に於ける光通信用石英ガラスファイバの伝搬損失が
極めて低いためである。

特に、高純度材料を用いた低損失石英ガラスファイバに
は、波長１．３μｍ領域に於いて材料分散がないため、
この波長領域のレーザ光を放射する半導体レーザを用い
ることによって、ＩＧＨｚ−ｋｍを越える高い遮断周波
数が得られる。

第４図に、１．３μｍ帯の光通信用光源として使用され
る従来の半導体レーザ素子の断面図を示す。

この半導体レーザ素子は、埋込型ダブルへテロ構造を有
するものである。

第４図かられかるように、半導体基板２１上に、ｎ型１
ｎＰクラッド層２２、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層
２３、ｐ型ＩｎＰクラッド層２４、及びｐ型ＩｎＧａＡ
ｓＰキャップ層２５がこの順番で基板２１側から積層さ
れたダブルへテロ構造のメサストライプ構造が設けられ
ている。メサストライプ構造が設けられている領域以外
の領域の基板２１上には、ｐ型１ｎＰ電流ブロック層２
６及びｎ型ＩｎＰｉｉ流ブロック層２７がこの順番で基
板２１側から積層された埋込層が設けられている。埋込
層は、メサストライプ構造の側面を覆っている。ｎ型Ｉ
ｎＰｉｌ流ブロック層２７及びｐ型Ｉ　ｎＧａＡｓＰキ
ャップ層２６上にはＡｕＺｎ電極２８が、基板２１の裏
面にはＡｕＧｅ１ｉ極２９が形成されている。

第４図の半導体レーザ素子は、活性層２３を含むメサス
トライプ構造の側面が埋込層によって覆われている。こ
のために、単一の基本水平横モードで発振するレーザ光
が得られる。また、レーザ光を発振させるために、ダブ
ルへテロ構造に対シて順方向に電圧を印加する場合、埋
込層内に設けられたｐｎ接合部には逆バイアスが印加さ
れる構成となっている。このために、埋込層を流れる無
効電流が減少し、メサストライプ構造中を電流は集中し
て効率よく流れる。従って、閾値電流は低下し、低電流
での安定したレーザ発振が実現する。

次に、第４図の半導体レーザ素子の従来の製造方法につ
いて説明する。

まず、ＬＰＥ法により、半導体基板２１上にｎ型ＩｎＰ
クラッド層２２、ノンドープＩ　ｎＧａＡｓＰ活性層２
３、ｐ型ＩｎＰクラッド層２４、及びｐ型Ｉ　ｎＧａＡ
ｓＰキャ・７ブ層２５をこの順番で基板２１側から積層
する。

次に、後工程で埋込層が埋め込まれる部分を形成するた
めに、ｐ型１ｎＧａＡｓＰキャップ層２５上に所定幅の
メサストライプパターンを有するエツチングマスクを形
成した後、該エツチングマスクに覆われていない領域の
ｐ型ＩｎＧａＡｓ？牛ヤップ層、ｐ型１ｎＰクラッド層
２４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層２３、ｎ及び型
ＩｎＰクラッド層２２をエツチングする。こうして、！
ｎＰクラッド層２２、ＩｎＧａＡｓＰ活性層２３、Ｉｎ
Ｐクラッド層２４、及びｐ型１ｎＧａＡｓＰキャップ層
からなるメサストライプ構造が基板２１上に形成される
。このときのエツチングマスクのパターンは、活性層２
３の幅を決定するものである。

上記のエツチングによりｎ型１ｎＰクラッド層２２、ノ
ンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層２３、ｐ型ＩｎＰクラッ
ド層２４、及びｐ型ｒ　ｎＧａＡｓＰキャップ層が除去
された領域の基板２１上に、ＬＰＥ法により、ｐ型Ｉｎ
Ｐｉｉ流ブＣ２ツク層２６及びｎ型ＩｎＰ電流ブロック
層２７をこの順番で基板２１側から積層する。このとき
、埋込層がメサストライプ構造の側面を覆うようにし、
しかも、ｐ型ｒｎＰ７４流ブｏ　ツク層２６とｎｆｉＩ
ｎＰｉｌ流ブロック層２７の界面（ｐｎ接合面）の高さ
が、活性層２３の高さに一致するか又は少し高くなるよ
うにする。

エツチングマスク除去後、ｐ型Ｉ　ｎＧａＡｓＰキャッ
プ層２５及びｎ型１ｎＰ’ｉｉ流ブロツク后２７上にＡ
ｕＺｎ電極２８を、基板２１の裏面にＡＬＩＧ　ｅｉｉ
極２９を形成する。

（発明が解決しようとする課Ｈ） しかしながら、上述の従来技術においては、以下に述べ
る問題点があった。

第４図に示す従来例では、所定幅の活性層２３を形成す
るために、基板２１上の全面に活性層２３を含む多層膜
を形成した後、この多層の膜の所定領域を高精度でエツ
チングし、所定幅のメサストライプ構造を形成する工程
が必要である。レーザ発振の水平横モードを安定化する
ためには、活性層２３の幅の所定の値からのズレを０．
　１μｍ程度以下に抑える制御が必要である。上記従来
技術によれば、ウェハ上全面に形成された多層膜の所定
部分を深くエツチングすることによってメサストライプ
構造を形成するため、このような精度で、活性層２３の
幅を再現性良く決定することは困難である。このため、
活性層２３の幅に大きなバラツキが生じることになる。

また、無効電流を低減するためには、埋込層に於けるｐ
ｎ接合の高さを活性層の高さに一致させるように、各層
の層厚を制御しなければならない。

ｐｎ接合の高さと活性層２３の高さとの間に大きなズレ
が生じてしまうと、活性層２３を流れることなく埋込層
を流れる無効電流が増加する。このため、半導体レーザ
素子の発振閾値が高くなってしまう。

また、ダブルへテロ構造を形成するための結晶成長工程
と埋込層を形成するための結晶成長工程との間に、エツ
チング工程等の工程が必要であるため、工程が複雑であ
る。更に、上記の結晶成長工程間に、結晶層中に大気雰
囲気から不純物が混入してしまう可能性がある。

上記従来例を改良した半導体レーザ素子（特開昭６４−
２５５９０号により開示）を、第５図に示す。

この改良例に於いては、面方位（１００）のｎ型１ｎＰ
基板３１の上に、メサ状のりッジ（幅５μｍｓ高さ２．
２μ＋＊）３２が、＜０１１＞方向（共振器方向、図面
に垂直）に沿うようにして設けられている。

基板３１上には、ｎ型１ｎＰバッファ層３３、ｎ型１ｎ
Ｐクラッド層３４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層３
５、及びｐ型ＩｎＰクラッド層３６がこの順番で基板３
１側から積層されている。

リッジ部分上では、特に、断面形状が三角形のメサスト
ライプ状積層構造が形成されている。この積層構造の側
面は（１１１）Ｂ面であり、その側面と基板３１の表面
とのなす角度は５４．７度である。このように、メサス
トライプ状の積層構造の側面が特定面方位のファセット
となるのは、（１１１）８面上に結晶成長が起こりに（
くなる条件で、上記の各層を成長したからである。この
改良例では、メサストライプ状積層構造を形成するため
のエツチング工程が不要となる。

なお、メサストライプ状積層構造が設けられている領域
以外の領域の基板３１上でも、メサストライプ状積層構
造と同様の積層構造を有する多層膜が形成されている。

ウェハ上には、さらに、ｎ型ＩｎＰバリア層４１、ｐ型
ＩｎＰクラッド層４２、及びｐ型１ｎＧａＡｓＰコンタ
クト層４３が、この順番で基板側から積層されている。

ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層４３上にはｐ側電極４
４が、基板３１の裏面にはｎ側電極４５が形成されてい
る。

上記改良例は、製造の際に、メサストライプ状積層構造
を形成するための結晶成長工程と埋込層を形成するため
の結晶成長工程との間に、エツチング工程が不要である
という利点を有している。

また、上記の２種類の結晶成長工程を連続した１回の工
程で実施できるため、結晶層中に大気雰囲気から不純物
が混入してしまう可能性が少ない。

しかし、この改良例には、基板３１を深（エツチングす
ることにより、リッジ３２を形成しているために、所定
幅のリッジ３２を歩留り良く形成することが困難である
という問題点がある。

また、リッジ３２上にダブルへテロ構造が形成されてい
るために、埋込層形成前のウェハ表面の断差が大きく、
埋込層形成によるウェハ表面の平坦化も困難である。ウ
ェハの上面が平坦でないと、ヒートシンク等の上に半導
体レーザ素子を搭載するときに、ヒートシンク等とウェ
ハ上面とが接するような配置を実現できなくなるという
問題が生じる。

更に、この改良例には、埋込層に於けるｐｎ接合の高さ
を活性層の高さに一致させるように、各層の層厚を精度
良く制御しなければならないので、製造歩留りが低下し
てしまうという問題もある。

第６図に、他の改良例を示す。

この改良例に於いては、面方位（１００）のｎ型ＩｎＰ
基板５１の上に、第５図のメサストライプ状積層構造と
同様の構造を有する積層構造が、＜０１１＞方向（共振
器方向、図面に垂直）に沿うようにして設けられている
。この積層構造は、長辺が＜０１１＞方向に沿う長方形
状の開口部を有するＳｉＯ２膜をｎ型ＩｎＰ基板５１の
上に形成した後、ＭＯＣＶＤ法により開口部内のみに、
ｎ型Ｉｎ２８１７１層５２、ｎ型ＩｎＰクラッド層５３
、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層５４、及びｐ型１ｎ
Ｐクラッド層５５を、順次選択的に成長させることによ
って形成されたものである。こうして形成された積層構
造の側面は、前記改良例と同様に、（１１１）　Ｂ面で
ある。

上記の結晶成長は、５ＩＯ２膜上では起こらない。

５１０２膜は、上記の選択的な結晶成長後に、基板５１
からエツチングにより除去される。

５１０２膜の除去された基板５１上には、ＬＰＥ法によ
り、ｐ型１ｎＰ埋込層５６、ｎ型ＩｎＰ埋込層５７、及
びｐ型１ｎＰ埋込層５８、及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰ牛ヤ
ップ層５９がこの順番で基板５１側から積層されている
。これらの層の成長によって、ウェハの表面は平坦化さ
れている。埋込層を流れる無効電流を低減するために、
ｐ型ＩｎＰ埋込層５６とｎ型ＩｎＰ埋込層５７の界面（
ｐｎ接合面）の高さが、活性層５４の高さに、はぼ一致
するように制御されている。

ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層５９上にはｐ側電極６０
が、基板５１の裏面にはｎ側電極６１が形成されている
。

この改良例では、基板５１の表面にリッジが形成されて
いないので、埋込層形成前のウェハ表面の断差が比較的
小さく、埋込層形成によりウェハ表面を平坦化すること
も比較的容易に行われている。

しかし、埋込層に於けるｐｎ接合が活性層５４の近傍に
形成されるように、埋込層の層厚を精度良く制御するの
が困難である。このため、製造歩留りが低下してしまう
。

また、弗酸系エツチング液等を用いたエツチングにより
、５ｆＯ２膜を基板６１から除去するとき、メサストラ
イプ状積層構造にもエツチング損傷を与えてしまうとい
う問題がある。このエツチング損傷により、半導体レー
ザ素子の製造歩留りや信頼性が低下してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであ
り、その目的とするところは、活性層の幅が高精度で制
御され、単一基本水平モードで安定に発振する、閾値電
流の低減された半導体レーザ素子及びその製造方法を提
供することにある。

本発明の他の目的は、埋込層の層厚の制御を高精度で行
う必要がなく、しかも平坦化の容易な半導体レーザ素子
及びその製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の半導体レーザ素子は、半導体基板と、該半導体
基板上に形成された誘電体膜と、該誘電体膜に形成され
、該基板に達っする溝と、該溝内の該基板上に設けられ
たメサストライプ状の積層構造と、該積層構造の両側に
設けられた埋込層とを備え、該基板の主たる面が（１０
０）面であり、該溝が＜０１１＞方向に沿う溝であり、
該積層構造が、活性層を含む下方部と、該活性層の屈折
率よりも小さい屈折率を有している半導体層を含む上方
部とを備えており、　該下方部の側面は、　（１１１）
面のファセットであり、該活性層の側面は、該半導体層
によって覆われており、そのことにより上記目的が達成
される。

また、前記埋込層がＳＯＧ膜であってもよい。

本発明の製造方法は、（１００）面を主たる面とする半
導体基板上に誘電体膜を形成する工程と、＜０１１＞方
向に沿う溝を該基板に達するようにして該誘電体膜に形
成する工程と、活性層を含むメサストライプ状の多層膜
を該溝内の該基板上にのみ選択的に成長させる工程と、
該誘電体膜を除去することなく、該活性層の屈折率より
も小さい屈折率を有している半導体層を、該活性層の側
面を覆うようにして形成する工程と、を包含しており、
そのことにより上記目的が達成される。

（実施例） 以下に本発明を実施例について説明する。

第１図に、本発明の第１の実施例の断面図を示す。

面方位（１００）のｎ型ＩｎＰ基板（キャリア濃度ｎ　
〜２　ｘ　１０　”ｃｍ−３）　１の上に、５１０２膜
からなる非晶質の誘電体膜２が設けられている。誘電体
膜２には、基板１に達する幅５μｍの溝１２が［０１１
］方向（共振器方同、図面に垂直）に沿うようにして設
けられている。基板１に達する溝１２が誘電体膜２に設
けられているので、溝１２を介して電極間に駆動電流が
流れることになる。

溝１２内の基板１上には、ｎ型１ｎＰバッファ層（層厚
１μ躍、キャリア濃度ｎ〜Ｉ　Ｘ　１０　”ａｍ３）３
、ｎ型ＩｎＰクラッド層（層厚１μｍ、キャリア濃度ｎ
　〜Ｉ　Ｘ　１０　”ｃｍ−’）　４、ノンドープＩｎ
ＧａＡｓＰ活性層（層厚０．２μｍ、発振波長１゜３μ
１１）５、及びｐ型１ｎＰクラッド層（層厚ｌ。

５μｍ、キャリア濃度ｐ〜１ｘ　１０　”ｃａｂ−’）
　６がこの順番で基板１側から積層されたメサストライ
プ状の多層膜が設けられており、ダブルへテロ構造が形
成されている。このメサストライプ状の多層膜は、後に
述べるメサストライプ状積層構造の下方部１３である。

このメサストライプ状積層構造の下方部１３の断面形状
は三角形であり、その側面は（１１１）８面ファセット
である。　（１１１）Ｂ面と基板１の表面とがなす角度
は５４．７度である。従って、この角度と溝１２の幅と
ｎ型Ｉｎ２８７７１層３及びｐ型ＩｎＰクラッド層４の
層厚とによって幾何学的に決定される活性層５の幅は、
２μｍとなる。

メサストライプ状積層構造の下方部１３の上には、活性
層５の屈折率よりも小さい屈折率を有するｐ型１ｎＰ層
（層厚２μｍ１　キャリア濃度ｐ〜ＩＸ　１０　ｌ８ｃ
ｍ−３）　７が、活性層５の側面を覆うようにして形成
されている。

ｐ型ＩｎＰ層７上には、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
（層厚０．　５μｍ１　キャリア濃度ｐ〜６ｘ１０　”
ａｍ−３）　８が形成されている。

こうして、ｎ型Ｉｎ２８７７１層３、ｎ型Ｉｎ２２９１
１層４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層５、及びｐ型
ＩｎＰクラッド層６がこの順番で基板ｌ側から積層され
たメサストライプ状積層構造の下方部１３と、ＩｎＰ層
７及びＩ　ｎＧａＡｓＰキャップ層８からなるメサスト
ライプ状積層構造の上方部１４とによって、メサストラ
イプ状積層構造が形成されている。

メサストライプ状積層構造の断面形状は、第１図に示す
ように、六角形状である。ｐ型ＩｎＰ層７及びｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰキ’ｒ−／ブ層８は、５１ｏ２からなる誘電
体層２上には形成されていない。

メサストライプ状積層構造が設けられている領域以外の
領域の基板１上には、埋込層として、絶縁性に優れたＳ
ＯＧ膜（Ｓｐｉｎ　　Ｏｎ　　ＧｌａＳＳ膜）９が、メ
サストライプ状積層構造の側面を覆うようにして設けら
れている。

メサストライプ状積層構造の側方部が、ＳＯＧ膜９によ
よって埋め込まれることにより、ウェハの上面が平坦化
されている。これら平坦化されたウェハの上面にはＡｕ
Ｚｎ１Ｉ極ｌＯが、基板ｌの裏面にはＡｕＧｅ＠極１１
が形成されている。

このように、本実施例の半導体レーザ素子のメサストラ
イプ状積層構造は、　（１１１）８面ファセットの側面
を有するメサストライプ状積層構造下方部１３を備えて
いる。（１１１）８面ファセットと基板１の表面とのな
す角度は、結晶学的に定まった値（５４，７度）である
ので、本実施例の半導体レーザ素子は、この角度と溝１
２の幅とｎ型Ｉ　ｎ　ｐ　バッファ層３及びｎ型Ｉｎ２
２９１１層４の層厚とによって定まるバラツキの少ない
幅を有する活性層５を備えている。このため、発振する
レーザ光の水平横モードが単一化し安定する。

しかも、発振特性の素子間バラツキが低減されている。

メサストライプ状積層構造下方部１３のＩｎＧａＡｓＰ
活性層５の側面は、メサストライプ状上方部１４の、活
性層５よりも屈折率の低いｐ型ＩｎＰ層７によって覆わ
れている。このため、活性層５の内部で発生したレーザ
光は、活性層５内部に効果的に閉じ込められる。また、
Ｉ　ｎＧａＡｓＰ活性Ａｓ上ｐ型ＩｎＰ層７との界面に
生じるビルトイン電位（拡散電位）のために、活性層５
に注入されたキャリアが活性層Ｓ内に閉じ込められる。

これによって、注入されたキャリアが効率よくレーザ発
振に寄与し、閾値電流レベルが低減する。

また、活性層５を含むメサストライプ状積層構造下方部
１３は、メサストライプ状積層構造上方部１４の比較的
熱伝導率に優れたｐ型１ｎＰ層７によって囲まれている
ので、活性層５内で発生した熱は、下方部１３から埋込
層へ速やかに放熱される。しかも、ＩｎＧａＡｓＰ活性
層５の熱膨張係数とｐ型ＩｎＰ層７の熱膨張係数が比較
的近い値であるため、ＩｎＧａＡｓＰ活性層５とｐ型Ｉ
ｎＰ層７との界面近傍にに、熱膨張率の差に起因する結
晶欠陥等の発生がな（、界面準位が形成されにくい。従
って、本実施例の構成によれば、温度特性及び信頼性に
優れた長寿命の半導体レーザ素子が得られる。これらの
優れた特性は、メサストライプ状積層構造下方部１３と
ＳＯＧ膜９とが直接に接触する構成によっては、得るこ
とが困難である。

埋込層であるＳＯＧ膜９は、従来から埋込層として用い
られている半導体層よりも、絶縁性が高く、誘電率が低
いため、埋込層を流れる無効電流が低減され、しかも、
高速応答性に優れた特性を発揮することができる。

長波長のレーザ光を発光する半導体層を活性層として有
する半導体レーザ素子の電流−光出力特性は、通常、温
度変化により変動しやすい。特に、埋め込み層に逆バイ
アス電圧の印加されるｐｎ接合が設けられている構成を
有している半導体レーザ素子の電流−光出力特性は、ｐ
ｎ接合のリーク電流量が温度に強く依存して変化するた
めに、温度変化によって更にいっそう変動しやすくなる
。

従って、本実施例の構成のような、ｐｎ接合を有しない
ＳＯＧ膜からなる埋込層を用いる構成は、長波長のレー
ザ光を発振する半導体レーザ素子の構成として適してい
る。

以下に、第１図に示す半導体レーザ素子の作製方法につ
いて第２図を参照しながら説明する。

まず、面方位（１００）のｎ型ＩｎＰ基板１上に、プラ
ズマＣＶＤ法を用いてＳｉＯ２膜からなる誘電体膜２を
形成した。次に、通常のフォトエツチング工程により、
幅５μｍの溝１２を、　［０１１］の方間に沿うように
して誘電体膜２に形成した（第２図（ａ））。なお、溝
１２の深さが基板１に達するように、エツチング条件を
調節した。

次に、ＭＯＣＶＤ法を用いた選択成長により、満１２内
の基板１上に、メサストライプ状積層構造のメサストラ
イプ状下方部１３となる多層膜選択成長させた（第２図
（ｂ））。結晶成長の際、ガス種等を調節することによ
り、ｎ型１ｎＰバッファ層３、ｎ型１ｎＰクラッド層４
、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層５、及びｐ型１ｎＰ
クラッド層６をこの順番で基板１側から連続的に成長さ
せた。このとき、基板温度を約６５０°Ｃに、また、雰
囲気圧力を約１０Ｔｏｒｒに保った。この選択成長の条
件下では、（１１１）８面上に結晶成長が起こらないと
いう成長速度の面方位依存性があり、結晶成長後の多層
膜の側面には、　（１１１）８面ファセットが形成され
た。こうして、　［０１１］方位に沿う溝１２上に、側
面が（１１１）Ｂ面であり、その断面構造が三角形とな
るメサストライプ状積層構造下方部１３を形成した。

次に、ＬＰＥ法（成長温度６００℃）により、ｐ型Ｉｎ
Ｐ層７とｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層８を順次形成し
、メサストライプ状積層構造を形成した（第２図（Ｃ）
）。これらの各層は、５ｔ０２からなる誘電体層２上に
は成長しないが、メサストライプ状積層構造下方部１３
の（１１１）面上には成長した。

こうして、活性層５の側面を、活性層５よりも屈折率の
低いｐ型ＩｎＰ層７によって覆った。

次１．：、ＳＯＧ溶液をウェハ上にスピンコード法によ
り塗布し、メサストライプ状積層構造によって凹凸が形
成されているウェハ表面の平坦化を行った。このとき用
いたＳＯＧ溶液中の５１０２濃度は２０％とした。ＳＯ
Ｇ溶液を塗布する際、ウェハを毎分１０００回転で３０
秒間回転させた。塗布後、ウェハのベーキングを、４５
０℃、３０分の条件で行った。こうして、ガラス状のＳ
ＯＧ膜９が、メサストライプ状積層構造の外側を埋め込
むようにして誘電体膜２上に形成された（第２図（ｄ）
）。

ＳＯＧ膜９により平坦化されたウェハ表面にＡｕＺｎ電
極１０を形成した。また、基板１の裏面にＡｕＧｅ１ｉ
ｉ極１１を形成した（第２図（ｅ））。

こうして、箪１図の半導体レーザ素子が形成された。

このように、本実施例では、所定幅を有する活性層５を
歩留り良く形成するために、ＭＯＣＶＤ法により、活性
層５を含む多層膜を基板ｌ上の溝１２の上にメサストラ
イプ状に選択成長させた。

こうして、多層膜の側面に（１１１）Ｂ面を有するファ
セットを形成した。　（１１１）８面ファセットと基板
１の表面とのなす角度は、結晶学的に定まった値（５４
，７度）であるため、溝１２の幅に対してｎ型１ｎＰバ
ッファ層３及びｎ型ＩｎＰクラッド層４の層厚を調節す
ることによって活性層５の幅を高精度で制御することが
できた。本実施例では、従来のようにウェハ上全面に形
成された多層膜の所定部分を深くエツチングする工程が
不要であった。このため、活性層５の幅の設計寸法が　
２μｍ程度であるにもかかわらず、この値からのズレを
０．１μ■以下に抑えることが容易であった。従って、
活性層５の幅を再現性良（制御することができ、活性層
５の幅に大きなバラツキが生じてしまうことがなくなっ
た。

また、埋込層として設けたＳＯＧ膜９は、誘電体膜２に
対する密着性に優れた高抵抗層であるため、歩留り良（
閾値電流の低い半導体レーザ素子を製造することができ
た。また、本実施例のＳＯＧ膜９を用いた埋込層の形成
方法によれば、スピンコード法により表面の平坦な膜を
簡単に形成できるので、結晶成長法による半導体層を用
いて埋込層を形成する従来の方法に比べて、ウェハ表面
を簡単に平坦化することができた。

第３図に、他の実施例の半導体レーザ素子の断面図を示
す。

第１図の半導体レーザ素子の溝の沿う方向は、［０１１
］であるが、本実施例の半導体レーザ素子の溝の方向は
、［０１丁］で示される方向である。このため、本実施
例では、ＭＯＣＶＤ法により選択成長させたメサストラ
イプ状積層構造下方部１３の断面形状が、第３図に示す
ような、六角形となる。活性層５は、基板１に平行な層
の部分と、基板１に対して傾斜した層の部分とからなる
。

ダブルへテロ構造が形成されている本実施例の下方部１
３の側面も、前記実施例の下方部１３の側面と同様に、
　（１１１）面である。この下方部１３上には、活性層
５の側面を覆うようにして、活性層５よりも屈折率の低
いｎ型ＩｎＰ層７が選択に形成され、ｎ型ＩｎＰ層７上
には、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層８が形成されてい
る。

本実施例でも、こうして、ｎ型ＩｎＰバッファ層３、ｎ
型ＩｎＰクラッド層４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性
層５、及びｐ型ＩｎＰクラッド層６がこの順番で基板ｌ
側から積層されたメサストライプ状積層構造下方部１３
と、ＩｎＰ層７及びＩｎＧａＡｓＰキャップ層８からな
るメサストライプ状積層構造上方部１４とによって、メ
サストライプ状積層構造が形成されている。

レーザ光は、活性層５のうち、基板１の表面に平行な層
の部分に閉じ込められる。単一の基本水平横モードでレ
ーザ発振を行うためには、活性層５の基板１に平行な層
の部分の幅を２μｍ程度に設定しなければならない。こ
のため、誘電体層２に形成する溝の幅を、第１図の半導
体レーザ素子の溝の幅よりも狭くする必要がある。

本実施例の半導体レーザ素子も、前記実施例の半導体レ
ーザ素子と同様に、温度特性及び信頼性に優れ、無効電
流が少なく、しかも、高速応答性に優れた特性を発揮す
る。

なお、上記何れの実施例でも、ＩｎＧａＡｓＰ／　Ｉ　
ｎ　Ｐ系半導体材料を用いた例について説明したが、他
の系、例えばＧ　ａ　Ａ　Ｉ　Ａ　ｓ　／　Ｇ　ａ　Ａ
　ｓ系等の半導体材料を用いた半導体レーザ素子も、上
記実施例と同様の効果を発揮することができる。

このとき、　（ｘ　Ｉ　Ｌ）面の側面を有するメサスト
ライプ状積層構造の下方部１３上に形成する半導体層と
しては、下方部１３中のクラッド層と同じ組成の半導体
層を用いることができる。

（１１１）面のファセット面を有するメサストライプ状
積層構造下方部１３を、溝内の基板上に選択成長させる
方法としては、ＭＯＣＶＤ法の他に、ＭＢＥ法を用いる
こともできる。

半導体基板及び各半導体層の導電型については、実施例
の導電型を逆にしたものであっても良い。

誘電体層としては、５ｉ０２層以外にも、他の誘電体材
料からなる層、例えば、ＳＩＮ、層、Ａｌ２Ｏ２層、あ
るいは感光性ポリイミドやレジスト等の樹脂層が好適で
ある。

埋込層としては、ＳＯＧ膜以膜間外、ポリイミド樹脂等
の樹脂からなる膜を用いてもよい。

（発明の効果） このように本発明の半導体レーザ素子は、（１１１１面
の側面を有するメサストライプ状のダブルヘテロ構造を
備え、所望の値に幅が高精度で調節された活性層を有し
ているため、単一の基本水平横モードで安定に発振する
。

活性層の側面は、活性層よりも屈折率の低い半導体層に
よって覆われているので、活性層の内部で発生したレー
ザ光が活性層内に効果的に閉じ込められる。

また、活性層と該半導体層との界面に生じるビルトイン
電位（拡散電位）のために、活性層中に注入されたキャ
リアが活性層内に閉じ込められる。

これによって、注入されたキャリアが効率よくレーザ発
振に寄与し、闇値電流レベルが低減する。

しかも、活性層の熱膨張係数と該半導体層の熱膨張係数
とが比較的近い値であるため、活性層と該半導体層との
界面近傍に、熱膨張率の差に起因する結晶欠陥等の発生
がなく、界面準位が形成されにくい。

埋込層としてＳＯＧ膜を用いれば、熱伝導率に優れたＳ
ＯＧ膜によって、メサストライプ状積層構造の外側が埋
め込まれているので、良好な温度特性を得ることができ
る。ＳＯＧ膜の絶縁性は高く、誘電率が低いため、埋め
込み層を流れる無効電流が低減され、しかも、高速応答
性に優れた発振特性を発揮することができる。

このように、本発明によれば、温度特性及び信頼性に優
れ、発振閾値が低く単一基本横モードで発振する長寿命
の半導体レーザ素子が提供される。

本発明の製造方法によれば、　＋１１１）面の側面を有
するダブルへテロ構造のメサストライプ状多層膜を基板
上の溝内に選択成長させることができる。このため、活
性層幅を再現性良く高精度で制御することができ、活性
層幅に大きなバラツキが生じなくなる。従って、単一基
本水平横モードで安定に動作する半導体レーザ素子を歩
留り良く形成することができる。

埋込層としてＳＯＧ膜を用いると、ＳＯＧ膜は誘電体膜
に対する密着性に優れた高抵抗層であるため、埋込層を
流れる無効電流が低減され、発振閾値の低い半導体レー
ザ素子を歩留り良く製造することができる。また、スピ
ンコード法により表面の平坦なＳＯＧ膜を簡単に形成で
きるので、結晶成長法による半導体層を用いて埋込層を
形成する従来の方法に比べて、ウニ凸表面を平坦化する
ことが容易である。

４゜　　　　　の　　　な！　Ｈ 第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図、第２図（
ａ）〜（ｅ）は第１の実施例の作製方法を説明するため
の断面図、第３図は第２の実施例を示す断面図、第４図
〜第６図は各々従来例を示す断面図である。

１・・・ｎ型ＩｎＰ基板、２・・・誘電体膜、３・・・
ｎ型ＩｎＰバッファ層、４・・・ｎ型ＩｎＰクラッド層
、５・・・ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層、６・・・
ｐ型ＩｎＰクラッド層、７・・・ｐ型ＩｎＰ層、８・・
・ｐ型Ｉ　ｎＧ　ａ　Ａ　ｓ　Ｐキャップ層、９−３　
ＯＧ膜、１０−−−　Ａ　ｕ　Ｚ　ｎ　７４極、　１１
・・・ＡｕＧｅ電極。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板と、 該半導体基板上に形成された誘電体膜と、 該誘電体膜に形成され、該基板に達っする溝と、該溝内
   の該基板上に設けられたメサストライプ状の積層構造と
   、 該積層構造の両側に設けられた埋込層とを備え、該基板
   の主たる面が（１００）面であり、 該溝が＜０１１＞方向に沿う溝であり、 該積層構造が、活性層を含む下方部と、該活性層の屈折
   率よりも小さい屈折率を有している半導体層を含む上方
   部とを備えており、 該下方部の側面は、（１１１）面のファセットであり、 該活性層の側面は、該半導体層によって覆われている、 半導体レーザ素子。 ２、前記埋込層がＳＯＧ膜である請求項１に記載の半導
   体レーザ素子。 ３、（１００）面を主たる面とする半導体基板上に誘電
   体膜を形成する工程と、 ＜０１１＞方向に沿う溝を該基板に達するようにして該
   誘電体膜に形成する工程と、 活性層を含むメサストライプ状の多層膜を該溝内の該基
   板上にのみ選択的に成長させる工程と、該誘電体膜を除
   去することなく、該活性層の屈折率よりも小さい屈折率
   を有している半導体層を、該活性層の側面を覆うように
   して形成する工程と、を包含する半導体レーザ素子の製
   造方法。