JPH03276688A - 半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ装置およびその製造方法Info
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- JPH03276688A JPH03276688A JP8037090A JP8037090A JPH03276688A JP H03276688 A JPH03276688 A JP H03276688A JP 8037090 A JP8037090 A JP 8037090A JP 8037090 A JP8037090 A JP 8037090A JP H03276688 A JPH03276688 A JP H03276688A
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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。
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、回折格子を有する構造（分布帰還型）の半
導体レーザ装置およびその製造方法に関するものである
。
導体レーザ装置およびその製造方法に関するものである
。
最近、光通信技術の高度化に伴い、高速で大量の情報を
伝達するための光源となる半導体レーザ装置として、特
にレーザ共振器の内部に回折格子を有する分布帰還型半
導体レーザ装置が広く研究されている。
伝達するための光源となる半導体レーザ装置として、特
にレーザ共振器の内部に回折格子を有する分布帰還型半
導体レーザ装置が広く研究されている。
従来より、この種の半導体レーザ装置を作製するための
結晶成長法としては、ＬＰＥ法（液相成長法）が用いら
れてきた。しかしながら近年、大面積成長と膜厚制御性
に優れたＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）により成
長させた結晶の膜質がＬＰＥ法による結晶の膜質と同程
度となり、ＭＯＶＰＥ法を用いて作製した半導体レーザ
装置の研究が注目されている。
結晶成長法としては、ＬＰＥ法（液相成長法）が用いら
れてきた。しかしながら近年、大面積成長と膜厚制御性
に優れたＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）により成
長させた結晶の膜質がＬＰＥ法による結晶の膜質と同程
度となり、ＭＯＶＰＥ法を用いて作製した半導体レーザ
装置の研究が注目されている。
ＬＰＥ法により半導体レーザ装置を作製する場合には、
逆メサ形状の狭ストライプ上には結晶成長を生じないと
いう特性を利用して、活性層を狭ストライプ状に形成し
た後その両側にｐ−ｎ−ｐ−ｎ構造の電流ブロック層を
成長させれば、電流ブロック層がメサ上には成長しない
ため、容易にメサ上を電流注入領域とすることができた
。
逆メサ形状の狭ストライプ上には結晶成長を生じないと
いう特性を利用して、活性層を狭ストライプ状に形成し
た後その両側にｐ−ｎ−ｐ−ｎ構造の電流ブロック層を
成長させれば、電流ブロック層がメサ上には成長しない
ため、容易にメサ上を電流注入領域とすることができた
。
一方、ＭＯＶＰＥ法で半導体レーザ装置を作製する場合
には、狭メサ上においても結晶成長を生しるという問題
点があった。そこで、ＭＯＶＰＥ法では、絶縁膜上に結
晶成長を生じないという特性を利用して、メサ上を絶縁
膜で覆い、絶縁膜以外の部分に電流ブロック層を結晶成
長した後、絶縁膜を除去して全体に電流注入層を成長す
るという製造方法がとられてきた。
には、狭メサ上においても結晶成長を生しるという問題
点があった。そこで、ＭＯＶＰＥ法では、絶縁膜上に結
晶成長を生じないという特性を利用して、メサ上を絶縁
膜で覆い、絶縁膜以外の部分に電流ブロック層を結晶成
長した後、絶縁膜を除去して全体に電流注入層を成長す
るという製造方法がとられてきた。
しかしながら、絶縁膜を利用して選択成長を行った場合
、均一な膜厚で結晶性に優れた結晶の成長は難しく、ｐ
−ｎ−ｐ構造かＦｅドープの半絶縁膜で電流ブロック層
を形成する程度であり、それ以外の構造の電流ブロック
層は実現困難であった。
、均一な膜厚で結晶性に優れた結晶の成長は難しく、ｐ
−ｎ−ｐ構造かＦｅドープの半絶縁膜で電流ブロック層
を形成する程度であり、それ以外の構造の電流ブロック
層は実現困難であった。
さらに、活性層のメサ形状としてはＬＰＥ成長において
実績のあった逆メサ形状が用いられており、ＭＯＶＰＥ
成長時においてもストライプ方向は＜０１１＞方向であ
り、電流注入領域の幅は活性層の幅と同しかそれ以上の
大きさであった。
実績のあった逆メサ形状が用いられており、ＭＯＶＰＥ
成長時においてもストライプ方向は＜０１１＞方向であ
り、電流注入領域の幅は活性層の幅と同しかそれ以上の
大きさであった。
〔発明が解決しようとする１ｌｆｆ）
従来、長波長の半導体レーザ装置は、逆メサ形状にエツ
チングした活性層をＬＰＥ法で埋め込む構造が主に用い
られてきた。しかしながら、１、 同じ逆メサ形状が安
定して得にくい。
チングした活性層をＬＰＥ法で埋め込む構造が主に用い
られてきた。しかしながら、１、 同じ逆メサ形状が安
定して得にくい。
２、ＬＰＥ法を用いるために、膜厚の制御性が悪く、電
流ブロック層の形状を安定することが難しい。
流ブロック層の形状を安定することが難しい。
という問題点があり、安定した特性の半導体レーザ装置
を高い歩留まりで得ることは困難であった。
を高い歩留まりで得ることは困難であった。
一方、従来のＭＯＶＰＥ法による埋め込み成長は、絶縁
膜を利用した選択成長を行っているので、電流ブロック
層を均一な膜厚にすることが困難で、しかも電流ブロッ
ク層における結晶性に優れた結晶の成長は難しい、特に
膜厚が絶縁膜付近で薄くなるために、薄い部分に電界が
集中しそこからブレークダウンやリークを生ずるという
間即があった。
膜を利用した選択成長を行っているので、電流ブロック
層を均一な膜厚にすることが困難で、しかも電流ブロッ
ク層における結晶性に優れた結晶の成長は難しい、特に
膜厚が絶縁膜付近で薄くなるために、薄い部分に電界が
集中しそこからブレークダウンやリークを生ずるという
間即があった。
第１の課題として、
■ を流ブロック層をｐ−ｎ−ｐ−ｎ構造で構成した場
合、ｎ−ｐ接合の耐圧に限界がある。
合、ｎ−ｐ接合の耐圧に限界がある。
■ ｎ−ｐ接合部に過電圧がかかった場合、サイリスク
効果により電流ブロック層に大電流が流れる。
効果により電流ブロック層に大電流が流れる。
■ ｎ−ｐ接合部での空乏層の拡がりが小さく、半導体
レーザ装置の容量が大きくなるため、動作速度が低下す
る。
レーザ装置の容量が大きくなるため、動作速度が低下す
る。
等の問題があった。
また、ＭＯＶＰＥ法による半絶縁性結晶にも問題があり
、電流ブロック層を半絶縁層で構成した場合に、トラッ
プを介したリーク電流が流れ、レーザのしきい値電流を
小さくできないという問題があった。
、電流ブロック層を半絶縁層で構成した場合に、トラッ
プを介したリーク電流が流れ、レーザのしきい値電流を
小さくできないという問題があった。
第２の課題として、ｐ−ｎ−ｐ−ｎ構造の場合、ｎ−ｐ
接合がブレークダウンを生じる前に、サイリスタ効果に
より電流ブロック層内を大電流が流れるといった問題点
があった。
接合がブレークダウンを生じる前に、サイリスタ効果に
より電流ブロック層内を大電流が流れるといった問題点
があった。
第３の課題として、高速タイプの半導体レーザ装置を作
製する場合、電流ブロック層の容量は小さくなければな
らない、ＬＰＥ法では連続した結晶成長中に高抵抗の真
性半導体の成長が不可能という問題点があり、ＭＯＶＰ
Ｅ法による従来の埋め込み成長法では活性層付近で真性
半導体層の膜厚が薄くなるため、電流ブロック層として
作用しないという問題点があった。
製する場合、電流ブロック層の容量は小さくなければな
らない、ＬＰＥ法では連続した結晶成長中に高抵抗の真
性半導体の成長が不可能という問題点があり、ＭＯＶＰ
Ｅ法による従来の埋め込み成長法では活性層付近で真性
半導体層の膜厚が薄くなるため、電流ブロック層として
作用しないという問題点があった。
特に、従来のＭＯＶＰＥ法で作製した半導体レーザ装置
は、活性層の側面に電流ブロック層を設けて電流ブロッ
クを行っていたため、活性層の側面を流れるリーク電流
が存在して、発光効率を低下させていた。
は、活性層の側面に電流ブロック層を設けて電流ブロッ
クを行っていたため、活性層の側面を流れるリーク電流
が存在して、発光効率を低下させていた。
第４の！ｌＫＢとして、電流注入領域をエツチングで形
成しようとした場合において、ストライプ方向が＜０１
１＞方向の場合はエツチング面が垂直か逆メサ状となり
、ｔ′／ｊＬ注入領域の幅が活性層の幅と同しかそれ以
上の大きさとなり、を流注入効率が悪いという問題があ
った。
成しようとした場合において、ストライプ方向が＜０１
１＞方向の場合はエツチング面が垂直か逆メサ状となり
、ｔ′／ｊＬ注入領域の幅が活性層の幅と同しかそれ以
上の大きさとなり、を流注入効率が悪いという問題があ
った。
この発明においては、上記！！題を解決するために、Ｌ
ＰＥ法にかわりＭＯＶＰＥ法による活性層埋め込み成長
型の半導体レーザ装置の構造およびその製造方法を提供
する。その結果、 １、 ＭＯＶＰＥ法を用いるために、活性層を逆メサ
形状にする必要がなく、活性層を分離するためのエツチ
ングのみでよいため、エンチング形状が安定する。
ＰＥ法にかわりＭＯＶＰＥ法による活性層埋め込み成長
型の半導体レーザ装置の構造およびその製造方法を提供
する。その結果、 １、 ＭＯＶＰＥ法を用いるために、活性層を逆メサ
形状にする必要がなく、活性層を分離するためのエツチ
ングのみでよいため、エンチング形状が安定する。
２、 ＭＯＶＰＥ法を用いているために、膜厚制御性
がよく、かつ均一な膜厚の電流ブロック層を積層した構
造でよいため、電流ブロック層の形状を安定化すること
ができる。また、従来より行われている絶縁膜を利用し
た選択成長ではなく、活性層と導波路層よりなるストラ
イプ状のレーザ共振器構造を含む化合物半導体基板上の
全面にＭＯＶＰＥ法により均一な膜厚で電流ブロック層
を埋め込み成長し、導波路層上のみ電流ブロック層をエ
ツチングにより除去し、再び化合物半導体基板トを均一
な膜厚で電流注入層で埋め込み成長することで電流ブロ
ック層の良好な膜厚均一性や結晶性が実現できる。
がよく、かつ均一な膜厚の電流ブロック層を積層した構
造でよいため、電流ブロック層の形状を安定化すること
ができる。また、従来より行われている絶縁膜を利用し
た選択成長ではなく、活性層と導波路層よりなるストラ
イプ状のレーザ共振器構造を含む化合物半導体基板上の
全面にＭＯＶＰＥ法により均一な膜厚で電流ブロック層
を埋め込み成長し、導波路層上のみ電流ブロック層をエ
ツチングにより除去し、再び化合物半導体基板トを均一
な膜厚で電流注入層で埋め込み成長することで電流ブロ
ック層の良好な膜厚均一性や結晶性が実現できる。
請求項ｆｉｌ記載の半導体レーザ装置は、上記第１の課
題を解決するもので、第１導電型の半導体基板上に積層
されるメサストライプ状の活性層およびこの活性層上に
積層されるストライプ状の第２導電型の電流注入層を両
側から挟むように半導体基板上に電流ブロック層を配設
した２重ヘテロ構造の半導体レーザ装置において、を流
ブロック層を均一な厚みのｎ−１−ｐ−ｉ構造としたこ
とを特徴とするものである。従来より、光出力の大きな
レーザを作製する場合、耐圧が問題になり、ｐｎ−ｐ−
ｎ構造の場合はｎ−ｐ接合の耐圧が問題となってくる。
題を解決するもので、第１導電型の半導体基板上に積層
されるメサストライプ状の活性層およびこの活性層上に
積層されるストライプ状の第２導電型の電流注入層を両
側から挟むように半導体基板上に電流ブロック層を配設
した２重ヘテロ構造の半導体レーザ装置において、を流
ブロック層を均一な厚みのｎ−１−ｐ−ｉ構造としたこ
とを特徴とするものである。従来より、光出力の大きな
レーザを作製する場合、耐圧が問題になり、ｐｎ−ｐ−
ｎ構造の場合はｎ−ｐ接合の耐圧が問題となってくる。
そこで、ｐ−ｎ−ｐ−ｎ構造に代えてｎ−４−ｐ−ｉ構
造を用いることで、各ｎ−ｐ接合にかかる電圧を減少さ
ゼ、耐圧を向上させるようにしている。
造を用いることで、各ｎ−ｐ接合にかかる電圧を減少さ
ゼ、耐圧を向上させるようにしている。
請求項（２）記載の半導体レーザ装置の製造方法は、上
記課題を解決するために、第１導電型の化合物半導体基
板上に、第１導電型の活性層および第２導電型の導波路
層を順次エピタキシャル成長させる第１の結晶成長工程
と、 前記導波路層の表面を選択的にエツチングして回折格子
を形成する回折格子形成工程と、前記エピタキシャル成
長させた層の少なくとも前記バッファ層に至る層を選択
的にエツチングして前記回折格子の溝と直交方向のスト
ライプ形状のレーザ共振器構造を形成する工程と、前記
レーザ共振器構造を形成した前記化合物半導体基板の表
面に高抵抗または高抵抗の界面を持つ一層以上の電流ブ
ロック層を有機金属気相成長法によりエピタキシャル成
長させる第２の結晶成長工程と、 前記ストライプ形状のレーザ共振器構造の上部から導波
路層に至るまで選択的にストライプ形状に前記電流ブロ
ック層のエツチングを行うＮ’ｌＸブロック層エッチン
グ工程と、 前記電流ブロック層のエツチング後の前記化合物半導体
基板の表面に第２導電型の電流注入層をエピタキシャル
成長させる第３の結晶成長工程とを含む。
記課題を解決するために、第１導電型の化合物半導体基
板上に、第１導電型の活性層および第２導電型の導波路
層を順次エピタキシャル成長させる第１の結晶成長工程
と、 前記導波路層の表面を選択的にエツチングして回折格子
を形成する回折格子形成工程と、前記エピタキシャル成
長させた層の少なくとも前記バッファ層に至る層を選択
的にエツチングして前記回折格子の溝と直交方向のスト
ライプ形状のレーザ共振器構造を形成する工程と、前記
レーザ共振器構造を形成した前記化合物半導体基板の表
面に高抵抗または高抵抗の界面を持つ一層以上の電流ブ
ロック層を有機金属気相成長法によりエピタキシャル成
長させる第２の結晶成長工程と、 前記ストライプ形状のレーザ共振器構造の上部から導波
路層に至るまで選択的にストライプ形状に前記電流ブロ
ック層のエツチングを行うＮ’ｌＸブロック層エッチン
グ工程と、 前記電流ブロック層のエツチング後の前記化合物半導体
基板の表面に第２導電型の電流注入層をエピタキシャル
成長させる第３の結晶成長工程とを含む。
請求項（３）記載の半導体レーザ装置の製造方法は、第
１導電型の化合物半導体基板上を選択的にエツチングし
て回折格子を形成する回折格子形成工程と、 前記回折格子を形成した前記化合物半導体基板上に、第
１導電型の導波路層および活性層を順次エピタキシャル
成長させる第１の結晶成長工程と、前記エピタキシャル
成長させた層を選択的にエツチングして前記回折格子の
溝と直交方向のストライプ形状のレーザ共振器構造を形
成する工程と、前記レーザ共振器構造を形成した前記化
合物半導体基板の表面に高抵抗または高抵抗の界面を持
つ一層以上の電流ブロック層を有機金属気相成長法によ
りエピタキシャル成長させる第２の結晶成長工程と、 前記ストライプ形抄のレーザ共振器構造の上部から前記
導波路層に至るまで選択的に（１１１）Ａ面以外の壁面
を有するストライプ形状に前記電流ブロック層のエツチ
ングを行うｔ流プロ、り層エツチング後程と、 前記電流ブロック層をエツチングした後の前記化合物半
導体基板の表面に第２導電型の電流注入層をエピタキシ
ャル成長させる第３の結晶成長工程とを含む。
１導電型の化合物半導体基板上を選択的にエツチングし
て回折格子を形成する回折格子形成工程と、 前記回折格子を形成した前記化合物半導体基板上に、第
１導電型の導波路層および活性層を順次エピタキシャル
成長させる第１の結晶成長工程と、前記エピタキシャル
成長させた層を選択的にエツチングして前記回折格子の
溝と直交方向のストライプ形状のレーザ共振器構造を形
成する工程と、前記レーザ共振器構造を形成した前記化
合物半導体基板の表面に高抵抗または高抵抗の界面を持
つ一層以上の電流ブロック層を有機金属気相成長法によ
りエピタキシャル成長させる第２の結晶成長工程と、 前記ストライプ形抄のレーザ共振器構造の上部から前記
導波路層に至るまで選択的に（１１１）Ａ面以外の壁面
を有するストライプ形状に前記電流ブロック層のエツチ
ングを行うｔ流プロ、り層エツチング後程と、 前記電流ブロック層をエツチングした後の前記化合物半
導体基板の表面に第２導電型の電流注入層をエピタキシ
ャル成長させる第３の結晶成長工程とを含む。
請求項（４）記載の半導体レーザ装置の製造方法は、上
記第１のＲ題を解決するために、請求項（２）または請
求項（３）記載の半導体レーザ装置の製造方法において
、第２の結晶成長工程で、有機金属気相成長法により１
ｉｔ２ｉｉＬブロック層として均一な厚みのｎｌ−ｐ−
ｉ構造を形成する。このようなｎｐ−１構造を用いるこ
とで、各ｎ−ｐ接合にかかる電圧を減少させ、耐圧を向
上させる。
記第１のＲ題を解決するために、請求項（２）または請
求項（３）記載の半導体レーザ装置の製造方法において
、第２の結晶成長工程で、有機金属気相成長法により１
ｉｔ２ｉｉＬブロック層として均一な厚みのｎｌ−ｐ−
ｉ構造を形成する。このようなｎｐ−１構造を用いるこ
とで、各ｎ−ｐ接合にかかる電圧を減少させ、耐圧を向
上させる。
請求項（５）記載の半導体レーザ装置の製造方法は、上
記第２の課題を解決するために、請求項（２）または請
求項（３）記載の半導体レーザ装置の製造方法において
、第２の結晶成長工程で、有機金属気相成投法により第
２導電型の第１の電流ブロック層と第１の電流ブロック
層より禁制帯幅の狭い第１導電型の第２の電流ブロック
層とを順次エピタキシャル成長させ、第３の結晶成長工
程で第１の電流ブロック層よりキャリア濃度の低い第２
導電型の電流注入層をエピタキシャル成長させる。
記第２の課題を解決するために、請求項（２）または請
求項（３）記載の半導体レーザ装置の製造方法において
、第２の結晶成長工程で、有機金属気相成投法により第
２導電型の第１の電流ブロック層と第１の電流ブロック
層より禁制帯幅の狭い第１導電型の第２の電流ブロック
層とを順次エピタキシャル成長させ、第３の結晶成長工
程で第１の電流ブロック層よりキャリア濃度の低い第２
導電型の電流注入層をエピタキシャル成長させる。
従来より、ｐ−ｎ−ｐ−ｎ構造の場合、ｎ−ｐ接合がブ
レークダウンを生しる前に、サイリスク効果により電流
ブロック層内を大電流が流れるといった問題点があった
。そこで、ｎ層を両側の９層に対して禁制帯幅の異なる
材料とすることでＰＮＰ）ランリスクおよびＮＰＮ ）
ランリスクの増幅率を変化させることでサイリスタ効果
を生しにくくする。
レークダウンを生しる前に、サイリスク効果により電流
ブロック層内を大電流が流れるといった問題点があった
。そこで、ｎ層を両側の９層に対して禁制帯幅の異なる
材料とすることでＰＮＰ）ランリスクおよびＮＰＮ ）
ランリスクの増幅率を変化させることでサイリスタ効果
を生しにくくする。
請求項（６）記載の半導体レーザ装置の製造方法は、上
記第３の課題を解決するために、請求項（２）または請
求項（３）記載の半導体レーザ装置の製造方法において
、第２の結晶成長工程で、有機金属気相成長法により均
一な厚みの高抵抗の真性半導体電流ブロック層をエピタ
キシャル成長させる。このように、ｔｌｌジブロック層
高抵抗の真性半導体で作製することにより、電流ブロッ
ク層内はｐ−ｎ接合やＦｅドープ半絶縁性結晶の場合に
比べて接合容量が減少してレーザの動作速度が向上する
とともに、リーク電流によるしきい値電流の増加も防ぐ
ことができる。
記第３の課題を解決するために、請求項（２）または請
求項（３）記載の半導体レーザ装置の製造方法において
、第２の結晶成長工程で、有機金属気相成長法により均
一な厚みの高抵抗の真性半導体電流ブロック層をエピタ
キシャル成長させる。このように、ｔｌｌジブロック層
高抵抗の真性半導体で作製することにより、電流ブロッ
ク層内はｐ−ｎ接合やＦｅドープ半絶縁性結晶の場合に
比べて接合容量が減少してレーザの動作速度が向上する
とともに、リーク電流によるしきい値電流の増加も防ぐ
ことができる。
請求項（７）記載の半導体レーザ装置の製造方法は、上
記第４の課題を解決するために、請求項（２）または請
求項（３）記載の半導体レーザ装置の製造方法において
、回折格子を形成する際に導波路層の表面を＜０１１＞
方向に選択的にエツチングし、電流ブロック層を、順メ
サ壁面を有しストライプ底面がレーザ共振器構造のスト
ライプ幅より狭いストライプ形状にエツチングする。
記第４の課題を解決するために、請求項（２）または請
求項（３）記載の半導体レーザ装置の製造方法において
、回折格子を形成する際に導波路層の表面を＜０１１＞
方向に選択的にエツチングし、電流ブロック層を、順メ
サ壁面を有しストライプ底面がレーザ共振器構造のスト
ライプ幅より狭いストライプ形状にエツチングする。
このように、ストライプ方向を＜０１１＞方向とした場
合、エツチング面ば順メサ形状となり、活性層幅に対し
てｔｉ注注入の幅を狭くできる。
合、エツチング面ば順メサ形状となり、活性層幅に対し
てｔｉ注注入の幅を狭くできる。
これにより、電流注入効率を増加することができる。ま
た、ＭＯＶＰＥ埋め込み構造の場合、垂直面を有する溝
の埋め込みには約４μｍの膜厚が必要となるが、順メサ
面を有する溝の埋め込みにはｌｃｒｍ程度の埋め込み層
膜厚で十分であり、容易にブレーナ構造とできる。
た、ＭＯＶＰＥ埋め込み構造の場合、垂直面を有する溝
の埋め込みには約４μｍの膜厚が必要となるが、順メサ
面を有する溝の埋め込みにはｌｃｒｍ程度の埋め込み層
膜厚で十分であり、容易にブレーナ構造とできる。
この発明は、結晶成長法としてＭＯＶＰＥ法を用いるた
め活性層を逆メサ形状にする必要がなく、また活性層を
分離するためのエツチングのみでよいためエツチング形
状が安定する。また、ＭＯＶＰＥ法を用いて基板表面全
体にエピタキシャル成長を行っているため膜厚制御性が
よ（、かつ均一な膜厚の電流ブロック層を積層した構造
をとっているため電流ブロック層の形状を安定化するこ
とができる。
め活性層を逆メサ形状にする必要がなく、また活性層を
分離するためのエツチングのみでよいためエツチング形
状が安定する。また、ＭＯＶＰＥ法を用いて基板表面全
体にエピタキシャル成長を行っているため膜厚制御性が
よ（、かつ均一な膜厚の電流ブロック層を積層した構造
をとっているため電流ブロック層の形状を安定化するこ
とができる。
また、この発明は、前記したような構造において、電流
ブロック層にｎ−３−ｐ−４構造を用いている。各ｎ−
ｐ接合にかかる電圧はｎ−１−ｐｉ同周期数に反比例し
て減少するために、ｎ−２間でのブレークダウンおよび
サイリスタ効果が起こりにくり、高耐圧の半導体レーザ
装置を得ることができる。
ブロック層にｎ−３−ｐ−４構造を用いている。各ｎ−
ｐ接合にかかる電圧はｎ−１−ｐｉ同周期数に反比例し
て減少するために、ｎ−２間でのブレークダウンおよび
サイリスタ効果が起こりにくり、高耐圧の半導体レーザ
装置を得ることができる。
従来は、ｎ−ｐ−ｎ−ｐサイリスタ構造やＦｅドープ半
絶縁層により電流ブロック層を形成していた。しかしな
がら、ｎ−ｐ−ｎ−ｐ構造ではブレークダウンおよびサ
イリスタ効果を起こしやすいという問題点があった。こ
れに剣し、ｎ−１−ｐ−１構造にすることでｉ層による
ブレークダウンの緩和、耐圧の向上を実現でき、ｎ、ｐ
、ｉ各層の膜厚が薄いためにｐ−ｎ接合へのｔ流汗入量
が小さく、サイリスク効果が抑制される。特に、この発
明の構造は、電流ブロック層が電流注入領域付近におい
てもで均一な膜厚となっていることを特徴としている。
絶縁層により電流ブロック層を形成していた。しかしな
がら、ｎ−ｐ−ｎ−ｐ構造ではブレークダウンおよびサ
イリスタ効果を起こしやすいという問題点があった。こ
れに剣し、ｎ−１−ｐ−１構造にすることでｉ層による
ブレークダウンの緩和、耐圧の向上を実現でき、ｎ、ｐ
、ｉ各層の膜厚が薄いためにｐ−ｎ接合へのｔ流汗入量
が小さく、サイリスク効果が抑制される。特に、この発
明の構造は、電流ブロック層が電流注入領域付近におい
てもで均一な膜厚となっていることを特徴としている。
この発明は、前記したような手段において、活性層と導
波路層よりなるストライプ状のレーザ共振器構造を含む
化合物半導体基板上の全面にＭＯＶＰＥ法により均一な
膜厚で電流ブロック層を埋め込み成長させ、電流ブロッ
ク層のみエツチングし導波路層はエツチングしない選択
エンチャントを用いて導波路層上のｉ！＠ブロック層を
レーザ導波路層に達するまでエツチングにより除去し、
再び化合物半導体基板全体を均一な膜厚のｔ流注入層で
埋め込み成長することとで、を流ブロック層の良好な膜
厚均一性や結晶性力ｊ実現でき、高耐圧低リーク、高効
率で、歩留まりの高い半導体レーザ装置を得ることがで
きる。
波路層よりなるストライプ状のレーザ共振器構造を含む
化合物半導体基板上の全面にＭＯＶＰＥ法により均一な
膜厚で電流ブロック層を埋め込み成長させ、電流ブロッ
ク層のみエツチングし導波路層はエツチングしない選択
エンチャントを用いて導波路層上のｉ！＠ブロック層を
レーザ導波路層に達するまでエツチングにより除去し、
再び化合物半導体基板全体を均一な膜厚のｔ流注入層で
埋め込み成長することとで、を流ブロック層の良好な膜
厚均一性や結晶性力ｊ実現でき、高耐圧低リーク、高効
率で、歩留まりの高い半導体レーザ装置を得ることがで
きる。
特に、この発明の手段は、電流ブロック層の電流注入領
域を形成するためのストライプ溝断面形状が逆メサより
も垂直に近い形状であればＭＯＶＰＥ法によるストライ
プ溝内のエピタキシャル埋め込み成長が可能であること
が明らかになったために実現できたものである。
域を形成するためのストライプ溝断面形状が逆メサより
も垂直に近い形状であればＭＯＶＰＥ法によるストライ
プ溝内のエピタキシャル埋め込み成長が可能であること
が明らかになったために実現できたものである。
ストライプ溝のエッチャントとしては、例えば塩酸と燐
酸の混合液が用いられ、混合比率を変化させることによ
り溝側面の傾きを調節できる。また、従来より回折格子
の形状を最適化するために回折格子の方向を＜０１１＞
方向としてきたが、回折格子の方向を＜０１１＞とする
ことでストライプ溝の方向が＜０１１＞となり、溝断面
形状は順メサ方向となる。その結果、溝埋め込み成長は
さらに容易になり、２μｍ程度の埋め込み成長で埋め込
み層表面は平坦化できる。
酸の混合液が用いられ、混合比率を変化させることによ
り溝側面の傾きを調節できる。また、従来より回折格子
の形状を最適化するために回折格子の方向を＜０１１＞
方向としてきたが、回折格子の方向を＜０１１＞とする
ことでストライプ溝の方向が＜０１１＞となり、溝断面
形状は順メサ方向となる。その結果、溝埋め込み成長は
さらに容易になり、２μｍ程度の埋め込み成長で埋め込
み層表面は平坦化できる。
結晶成長機構としては以下のように考察される。
ストライプ溝側面が逆メサの場合、（１１１）Ａ面に沿
った成長が優勢となり、溝上部が成長膜により被われる
ため、溝内部のエピタキシャル成長が阻害される。しか
しながら、ストライプ側面形状が垂直面の場合、溝内部
に（１１１）Ｂ面が形成され溝内部においても＜１００
＞方向のエピタキシャル成長が継続される。ストライプ
溝側面が逆メサの場合、（１１１） Ａ面に沿った成長
が優勢となる理由としては、結晶表面に存在するＩｎ原
子およびＰ原子が拡散しストライプ溝へ優先的に供給さ
れるためと考えられる。
った成長が優勢となり、溝上部が成長膜により被われる
ため、溝内部のエピタキシャル成長が阻害される。しか
しながら、ストライプ側面形状が垂直面の場合、溝内部
に（１１１）Ｂ面が形成され溝内部においても＜１００
＞方向のエピタキシャル成長が継続される。ストライプ
溝側面が逆メサの場合、（１１１） Ａ面に沿った成長
が優勢となる理由としては、結晶表面に存在するＩｎ原
子およびＰ原子が拡散しストライプ溝へ優先的に供給さ
れるためと考えられる。
また、この発明は、前記したような手段において、電流
ブロック層にｎ−１−ｐ−ｉ構造を用いることで各ｎ−
ｐ接合にかかる電圧はｎ−４−ｐ−４周期の数に反比例
して減少するために、高耐圧の半導体レーザ装置を得る
ことができる。特に、半導体基板の表面全面に電流ブロ
ック層を成長した後エツチングによりＷ流注入領域を形
成するために、電流ブロック層の膜厚均一性が高く、導
波路層付近でｎ−１−ｐ−ｉ構造が乱れることがなく、
高耐圧の半導体レーザ装置を得ることができる。
ブロック層にｎ−１−ｐ−ｉ構造を用いることで各ｎ−
ｐ接合にかかる電圧はｎ−４−ｐ−４周期の数に反比例
して減少するために、高耐圧の半導体レーザ装置を得る
ことができる。特に、半導体基板の表面全面に電流ブロ
ック層を成長した後エツチングによりＷ流注入領域を形
成するために、電流ブロック層の膜厚均一性が高く、導
波路層付近でｎ−１−ｐ−ｉ構造が乱れることがなく、
高耐圧の半導体レーザ装置を得ることができる。
また、この発明は、前記したような手段において、電流
ブロック層をｐ−ｎ−ｐ−ｎ構造とし、ｎ層を両側のｐ
層に対して禁制帯幅の小さい材料とすることで、サイリ
スタ効果を生しない半導体レーザ装置を得るものである
。つまり、ｎ層を両側のｐ層に対して禁制帯幅の異なる
材料として、ＰＮＰ ｌ−ランリスタおよびＮＰＮ ト
ランジスタの増幅率を変化させることでサイリスタ効果
を生しなくする。
ブロック層をｐ−ｎ−ｐ−ｎ構造とし、ｎ層を両側のｐ
層に対して禁制帯幅の小さい材料とすることで、サイリ
スタ効果を生しない半導体レーザ装置を得るものである
。つまり、ｎ層を両側のｐ層に対して禁制帯幅の異なる
材料として、ＰＮＰ ｌ−ランリスタおよびＮＰＮ ト
ランジスタの増幅率を変化させることでサイリスタ効果
を生しなくする。
また、この発明は、前記したような手段において、電流
ブロック層を高抵抗の真性半導体とすることで、電流ブ
ロック層内の空乏層法がりが大きくなり、接合における
容量が減少してレーザの動作速度が向上するとともに、
不純物の添加を行っていないためにリーク電流によるし
きい値電流の増加のない半導体レーザ装置を得ることが
できる。
ブロック層を高抵抗の真性半導体とすることで、電流ブ
ロック層内の空乏層法がりが大きくなり、接合における
容量が減少してレーザの動作速度が向上するとともに、
不純物の添加を行っていないためにリーク電流によるし
きい値電流の増加のない半導体レーザ装置を得ることが
できる。
また、この発明は、前記したような手段において、スト
ライプ方向を＜０１１＞方向としているので、エツチン
グ面が順メサ形状となり、活性層幅に対して電流注入層
の幅を狭くすることで、電流注入効率を向上するととも
に、横モードの安定化を図ったプレーナ構造の半導体レ
ーザ装置を得ることができる。
ライプ方向を＜０１１＞方向としているので、エツチン
グ面が順メサ形状となり、活性層幅に対して電流注入層
の幅を狭くすることで、電流注入効率を向上するととも
に、横モードの安定化を図ったプレーナ構造の半導体レ
ーザ装置を得ることができる。
第１図にこの発明の実施例の半導体レーザ装置の第１の
実施例の構造図を示す、この半導体レーザ装置は、ｎ−
４−ｐ−ｉｆｌ造の電流ブロック層を有するものである
。
実施例の構造図を示す、この半導体レーザ装置は、ｎ−
４−ｐ−ｉｆｌ造の電流ブロック層を有するものである
。
第１図において、ｌはｎ型１ｎＰ基板（Ｓｎドープ、ｎ
型不純物濃度＝ ３ Ｘ Ｉ Ｏ”ｃｎ−３） 、２は
ｎ型ｒｎＰバッファ層（Ｓｅドープ、ｎ型不純物濃度−
Ｉ Ｘ Ｉ Ｏ”３−”、膜厚ｔ＝１．ｃｒｍ）、３は
ｎ型［ｎＧａＡＳＰ活性ＩＩ（ノンドープ、７ｇ−１，
３μｍ、ｔ＝０．３＃ｍ） 、４はｐ型１ｎＧａＡｓＰ
導波路層（Ｚｎドープ、ｐ型不純物濃度＝５Ｘ Ｉ Ｑ
”ｔｓ−”、 λｇ ＝ １．１ ｐｍ、 ｔ
＝０．５ μｍ）、５は周期が約２０００人の回折格子
、６はｎ型１ｎＧａＡｓＰ活性層３およびｐ型１ｎＧａ
ＡｓＰ導波路層４を選択的にエツチングしたレーザ共振
器構造、７はエツチング溝、８はｐ型１ｎＰｔ流注入層
（Ｚｎドープ、ｐ型不純物濃度−１×１０′＠ロー３、
ｔ＝２μｍ） 、９はｐ型ＴｎＧａＡｓＰコンタクト層
（Ｚｎドープ、ｐ型不純物濃度＝１×１０’″ｅｌｌ
−’、ｔ＝１ｕｍ）、１０はＳｉＮ絶縁膜、１１はＡｕ
／Ｚｎからなるｐ側電極、１２はＡｕ／ Ｓ ｎからな
るｎ側電極、１３はｎ−４−ｐｊ構造のｐ型ＩｎＰ層（
Ｚｎドープ、ｐ＝１×１０１６１−３、ｔ ＝ ０．１
μｍ）、１４はｎ−１−ｐｉ構造のノンドープＩｎＰ層
（ｎ型不純物濃度＝Ｉ Ｘ １０ ”ａｍ−’、ｔ ＝
０．２ 、ｕｍ） 、１５番よｎｌ−ｐ−ｉ構造のｎ型
１ｎＰ層（Ｓｅドープ、ｎ型不純物濃度＝ｌＸＩＱ”ａ
ｍ−３、ｔ −０，１μｍ）、１６はｐ型１ｎＰ層１３
．ノンドープＩｎＰ層１４およびｎ型１ｎＰ層１５の堆
積層であるｎｌ−ｐ−ｉ構造（５周期）のｔ流ブロック
層である。
型不純物濃度＝ ３ Ｘ Ｉ Ｏ”ｃｎ−３） 、２は
ｎ型ｒｎＰバッファ層（Ｓｅドープ、ｎ型不純物濃度−
Ｉ Ｘ Ｉ Ｏ”３−”、膜厚ｔ＝１．ｃｒｍ）、３は
ｎ型［ｎＧａＡＳＰ活性ＩＩ（ノンドープ、７ｇ−１，
３μｍ、ｔ＝０．３＃ｍ） 、４はｐ型１ｎＧａＡｓＰ
導波路層（Ｚｎドープ、ｐ型不純物濃度＝５Ｘ Ｉ Ｑ
”ｔｓ−”、 λｇ ＝ １．１ ｐｍ、 ｔ
＝０．５ μｍ）、５は周期が約２０００人の回折格子
、６はｎ型１ｎＧａＡｓＰ活性層３およびｐ型１ｎＧａ
ＡｓＰ導波路層４を選択的にエツチングしたレーザ共振
器構造、７はエツチング溝、８はｐ型１ｎＰｔ流注入層
（Ｚｎドープ、ｐ型不純物濃度−１×１０′＠ロー３、
ｔ＝２μｍ） 、９はｐ型ＴｎＧａＡｓＰコンタクト層
（Ｚｎドープ、ｐ型不純物濃度＝１×１０’″ｅｌｌ
−’、ｔ＝１ｕｍ）、１０はＳｉＮ絶縁膜、１１はＡｕ
／Ｚｎからなるｐ側電極、１２はＡｕ／ Ｓ ｎからな
るｎ側電極、１３はｎ−４−ｐｊ構造のｐ型ＩｎＰ層（
Ｚｎドープ、ｐ＝１×１０１６１−３、ｔ ＝ ０．１
μｍ）、１４はｎ−１−ｐｉ構造のノンドープＩｎＰ層
（ｎ型不純物濃度＝Ｉ Ｘ １０ ”ａｍ−’、ｔ ＝
０．２ 、ｕｍ） 、１５番よｎｌ−ｐ−ｉ構造のｎ型
１ｎＰ層（Ｓｅドープ、ｎ型不純物濃度＝ｌＸＩＱ”ａ
ｍ−３、ｔ −０，１μｍ）、１６はｐ型１ｎＰ層１３
．ノンドープＩｎＰ層１４およびｎ型１ｎＰ層１５の堆
積層であるｎｌ−ｐ−ｉ構造（５周期）のｔ流ブロック
層である。
以上のような構造において、ｐ側電極１１より注入され
た電流はコンタクト層９を通り電流注入層８に収束され
る。この全電流は、直接ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ導波路層４
．ｎ型１ｎＧａＡｓＰ活性層３に注入されて発光に寄与
するために、発光効率が高くなる。特に、電流ブロック
層１６をｎ−４−ｐ−４構造としているために、耐圧が
高くかつサイリスタ効果の抑制された半導体レーザ装置
を提供できる。
た電流はコンタクト層９を通り電流注入層８に収束され
る。この全電流は、直接ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ導波路層４
．ｎ型１ｎＧａＡｓＰ活性層３に注入されて発光に寄与
するために、発光効率が高くなる。特に、電流ブロック
層１６をｎ−４−ｐ−４構造としているために、耐圧が
高くかつサイリスタ効果の抑制された半導体レーザ装置
を提供できる。
第２図にこの発明の半導体レーザ装買の製造方法を示す
、なお、この実施例は１．３μｍの波長で発振するＩｎ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓＰ系分布帰還型半導体レーザ装置の製
造方法の一例を示す。
、なお、この実施例は１．３μｍの波長で発振するＩｎ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓＰ系分布帰還型半導体レーザ装置の製
造方法の一例を示す。
つぎに、この発明の半導体レーザ装置の製造方法を工程
毎に順を追って説明する。
毎に順を追って説明する。
第２図（ａ）はＭＯＶＰＥ法を用いてｎ型１ｎＰ基板１
上にｎ型ＩｎＰバンファ層２およびｎ型ＩｎＧａＡｓＰ
活性層３およびｐ型ＩｎＧａＡｓＰ導波路層４を順次結
晶成長する第１の結晶成長工程後の構造である。なお、
バッファ層２は省いてもよい。
上にｎ型ＩｎＰバンファ層２およびｎ型ＩｎＧａＡｓＰ
活性層３およびｐ型ＩｎＧａＡｓＰ導波路層４を順次結
晶成長する第１の結晶成長工程後の構造である。なお、
バッファ層２は省いてもよい。
つぎに、ｐ型１ｎＧａＡｓＰ導波路層４上にフォトレジ
ストで回折格子パターンを形成した後、飽和臭素水と燐
酸と水との混合液を用いてｐ型ＩｎＧａＡｓＰ導波路層
４の表面を回折格子パターンにより選択エツチングする
。その後、フォトレジストを有機溶剤で除去することで
回折格子を作製した第２図（ｂｌの構造となる。
ストで回折格子パターンを形成した後、飽和臭素水と燐
酸と水との混合液を用いてｐ型ＩｎＧａＡｓＰ導波路層
４の表面を回折格子パターンにより選択エツチングする
。その後、フォトレジストを有機溶剤で除去することで
回折格子を作製した第２図（ｂｌの構造となる。
つぎに、回折格子５を形成したｐ型１ｎＧａＡｓＰ導波
路層４の表面にフォトレジストを塗布して回折格子の溝
と直交方向にのびる約２μｍの幅のストライプパターン
を形成する。つぎに、フォトレジストのストライプパタ
ーンをマスクにして飽和臭素水と燐酸と水の混合液によ
りｐ型１ｎＧａＡｓＰ導波路層４．ｎ型１ｎＧａＡｓＰ
活性層３およびｎ型１ｎＰバンファ層２を選択的にエツ
チングした後、フォトレジストを有機溶剤で除去するこ
とで、ストライプ形状のレーザ共振器を形成した第２図
ｔｅｌの構造となる。
路層４の表面にフォトレジストを塗布して回折格子の溝
と直交方向にのびる約２μｍの幅のストライプパターン
を形成する。つぎに、フォトレジストのストライプパタ
ーンをマスクにして飽和臭素水と燐酸と水の混合液によ
りｐ型１ｎＧａＡｓＰ導波路層４．ｎ型１ｎＧａＡｓＰ
活性層３およびｎ型１ｎＰバンファ層２を選択的にエツ
チングした後、フォトレジストを有機溶剤で除去するこ
とで、ストライプ形状のレーザ共振器を形成した第２図
ｔｅｌの構造となる。
つぎに、再びＭＯＶＰＥ法を用いて、ｎ−１−ｐ−ｉ構
造のｔｉｊ！Ｌブロック層１６を層成６晶成長し、第２
の結晶成長工程を終了し第２図（ｄｉの構造となる。
造のｔｉｊ！Ｌブロック層１６を層成６晶成長し、第２
の結晶成長工程を終了し第２図（ｄｉの構造となる。
つぎに、ＳｉＮ、１膜（図示せず）を０．２μｍ堆積し
た後、フォトリソグラフィーによりレーザ共振器直上に
約１μｍの幅のストライプパターンを形成する。つぎに
、フォトレジストのストライプパターンをマスクにして
反応性イオンビームエツチングによりＳｉＮｘ膜を除去
した後、燐酸と塩酸の混合液によるエツチングでｔ流ブ
ロック層１６の表面からｐ型１ｎＧａＡｓＰ導波路層４
まで到達する垂直ストライプ形状のエツチング溝７を形
成し、フォトレジストおよびＳｉＮ、を除去することで
第２図（ｅｌの構造となる。
た後、フォトリソグラフィーによりレーザ共振器直上に
約１μｍの幅のストライプパターンを形成する。つぎに
、フォトレジストのストライプパターンをマスクにして
反応性イオンビームエツチングによりＳｉＮｘ膜を除去
した後、燐酸と塩酸の混合液によるエツチングでｔ流ブ
ロック層１６の表面からｐ型１ｎＧａＡｓＰ導波路層４
まで到達する垂直ストライプ形状のエツチング溝７を形
成し、フォトレジストおよびＳｉＮ、を除去することで
第２図（ｅｌの構造となる。
表面処理後、ｐ型１ｎＰｉｉ！注入層８およびｐ型１
” Ｇ ａ Ａ ３ Ｐコンタクト層９を連続してＭＯ
ＶＰＥ法により結晶成長させる（第３の結晶成長工程）
と、第２図（ｆｌの構造となる。
” Ｇ ａ Ａ ３ Ｐコンタクト層９を連続してＭＯ
ＶＰＥ法により結晶成長させる（第３の結晶成長工程）
と、第２図（ｆｌの構造となる。
最後に、ＳｉＮ絶縁膜１０を積層した後、フォトリソグ
ラフィーによりレーザ共振器直上に約３μｍの幅のスト
ライプパターンをマスクとしてＳｉＮ絶縁膜ＩＯを除去
し、その後ｐ＠電極１１としてＡ ｕ ／ Ｚ ｎを、
ｎ側電極１２としてＡ ｕ ／ Ｓｎをそれぞれ蒸着し
、第２図（ｇｌの構造となる。
ラフィーによりレーザ共振器直上に約３μｍの幅のスト
ライプパターンをマスクとしてＳｉＮ絶縁膜ＩＯを除去
し、その後ｐ＠電極１１としてＡ ｕ ／ Ｚ ｎを、
ｎ側電極１２としてＡ ｕ ／ Ｓｎをそれぞれ蒸着し
、第２図（ｇｌの構造となる。
上記の工程で作製した半導体レーザ装置の発振特性を調
べると、３ ｃｓ Ｘ ３ ａｍのサイズのウェハー内
で９０％以上の素子が２０ｍＡ以下の低電流闇値でレー
ザ発振した。また、その特性は均一性に優れており、回
折格子との結合にＬも２程度の値が均一に得られ、多く
の素子が良好に単一縦モードで発振した。これらの素子
は全て１００℃以上の温度範囲までレーザ発振した。
べると、３ ｃｓ Ｘ ３ ａｍのサイズのウェハー内
で９０％以上の素子が２０ｍＡ以下の低電流闇値でレー
ザ発振した。また、その特性は均一性に優れており、回
折格子との結合にＬも２程度の値が均一に得られ、多く
の素子が良好に単一縦モードで発振した。これらの素子
は全て１００℃以上の温度範囲までレーザ発振した。
以上のような製造方法によると、ｉｔ流ジブロック層１
６良好な膜厚均一性や結晶性を実現でき、高耐圧、低リ
ーク、高効率で歩留まりの高い半導体レーザ装置を製造
することができる。
６良好な膜厚均一性や結晶性を実現でき、高耐圧、低リ
ーク、高効率で歩留まりの高い半導体レーザ装置を製造
することができる。
第３図にこの発明の第２の実施例の禁制帯幅の異なる２
層の電流ブロック層を有する半導体レーザ装置の断面図
を示す。
層の電流ブロック層を有する半導体レーザ装置の断面図
を示す。
第３図において、２０はｐ型ＩｎＰｉｉ流プロフク層（
Ｚｎドープ、ｎ型不純物濃度−５Ｘ１０”ＣＪＩ−３、
ｔ＝１．ｕｍ）、２１はｎ型１ｎＧａＡｓ電流ブロック
層（ｎ型不純物濃度−Ｉ Ｘ Ｉ Ｑ ”ａｍ−”ｔ＝
１．ｅｌｍ）であり、ｎ型１ｎＧａＡｓ電流ブロック層
２１の方がｐ型ＩｎＰｔ流ブロック層２０に比べて禁制
帯幅が狭く設定されており、電流注入層８はｐ型１ｎＰ
ｉｉ流ブロック層２０に比べてキャリア濃度が低くなっ
ている。その他は第１図のものと同様である。
Ｚｎドープ、ｎ型不純物濃度−５Ｘ１０”ＣＪＩ−３、
ｔ＝１．ｕｍ）、２１はｎ型１ｎＧａＡｓ電流ブロック
層（ｎ型不純物濃度−Ｉ Ｘ Ｉ Ｑ ”ａｍ−”ｔ＝
１．ｅｌｍ）であり、ｎ型１ｎＧａＡｓ電流ブロック層
２１の方がｐ型ＩｎＰｔ流ブロック層２０に比べて禁制
帯幅が狭く設定されており、電流注入層８はｐ型１ｎＰ
ｉｉ流ブロック層２０に比べてキャリア濃度が低くなっ
ている。その他は第１図のものと同様である。
このような構成によれば、ＰＮＰ ）ランリスクおよび
ＮＰＮ ）ランリスクの増幅率を変化させることができ
、サイリスク効果を生しにくくすることができる。
ＮＰＮ ）ランリスクの増幅率を変化させることができ
、サイリスク効果を生しにくくすることができる。
第４図にこの発明の第３の実施例の高抵抗の真性半導体
からなる電流ブロック層を有する半導体レーザ装置の構
造図を示す。
からなる電流ブロック層を有する半導体レーザ装置の構
造図を示す。
第４図において、３０はノンドープＩｎＰＩｉ流ブロッ
ク層（ｎ型不純物濃度−５Ｘ Ｉ Ｏ”ｅｌｍ−”ｔ＝
１μｍ）である、その他は第１図のものと同様である。
ク層（ｎ型不純物濃度−５Ｘ Ｉ Ｏ”ｅｌｍ−”ｔ＝
１μｍ）である、その他は第１図のものと同様である。
このような構成によれば、ノンドープＩｎＰｉ流ブロッ
ク層３０の接合容量をｐ−ｎ接合やＦｅドープの半絶縁
性結晶に比べて小さくすることができ、レーザの動作速
度を高めるとともに、レーク電流によるしきい値電流の
増加を防ぐことができる。
ク層３０の接合容量をｐ−ｎ接合やＦｅドープの半絶縁
性結晶に比べて小さくすることができ、レーザの動作速
度を高めるとともに、レーク電流によるしきい値電流の
増加を防ぐことができる。
第５図にこの発明の第４の実施例の＜Ｏｌｌ＞方向の回
折格子の溝を有する半導体レーザ装置の構造図を示す。
折格子の溝を有する半導体レーザ装置の構造図を示す。
第５図において、４０は順メサ形状をしたエツチング溝
、３０はノンドープＴｎＰｔ流ブロック層（ｎ型不純物
濃度＝ ５ Ｘ Ｉ Ｑ ”ｔｘ−”、ｔ＝１μｍ）で
ある０以上の構造は、ノンドープＩｎＰｉｉ流ブロック
層３０を有する半導体レーザ装置の他に、ｎ−１−ｐ−
ｉ構造の電流ブロック層１６であっても、ｐ型１ｎＰｉ
ｉ流ブロック層２０およびｎ型１ｎＧａＡｓｌｉ流ブロ
ック層２１の２層電流ブロック層を用いた半導体レーザ
装置にも適用できる。
、３０はノンドープＴｎＰｔ流ブロック層（ｎ型不純物
濃度＝ ５ Ｘ Ｉ Ｑ ”ｔｘ−”、ｔ＝１μｍ）で
ある０以上の構造は、ノンドープＩｎＰｉｉ流ブロック
層３０を有する半導体レーザ装置の他に、ｎ−１−ｐ−
ｉ構造の電流ブロック層１６であっても、ｐ型１ｎＰｉ
ｉ流ブロック層２０およびｎ型１ｎＧａＡｓｌｉ流ブロ
ック層２１の２層電流ブロック層を用いた半導体レーザ
装置にも適用できる。
このような構成によれば、エツチング面を順メサ形状に
することができ、ｎ型１ｎＧａＡｓＰ活性ＩＩ３に対し
てｐ型１ｎＰｉｉ流注入層８の幅を狭くすることができ
、電流注入効率を増加することができる。また、順メサ
構造のため、プレーナ構造が容易に実現できる。
することができ、ｎ型１ｎＧａＡｓＰ活性ＩＩ３に対し
てｐ型１ｎＰｉｉ流注入層８の幅を狭くすることができ
、電流注入効率を増加することができる。また、順メサ
構造のため、プレーナ構造が容易に実現できる。
なお、以上の実施例においては、第１の結晶成長工程に
て第１導電型の化合物半導体基板上に、第１導電型のハ
フファ層、第１導電型の活性層および第２導電型の導波
路層を順次エピタキシャル成長させ、その後回折格子形
成工程にて導波路層の表面を選択的にエツチングして回
折格子を形成したが、逆に第１の結晶成長を行う前に回
折格子を形成してもよい、すなわち、第１導電型の化合
物半導体基板上を選択的にエツチングして回折格子を形
成した後、第１導電型の導波路層および活性層を順次エ
ピタキシャル成長させる工程としてもよい。
て第１導電型の化合物半導体基板上に、第１導電型のハ
フファ層、第１導電型の活性層および第２導電型の導波
路層を順次エピタキシャル成長させ、その後回折格子形
成工程にて導波路層の表面を選択的にエツチングして回
折格子を形成したが、逆に第１の結晶成長を行う前に回
折格子を形成してもよい、すなわち、第１導電型の化合
物半導体基板上を選択的にエツチングして回折格子を形
成した後、第１導電型の導波路層および活性層を順次エ
ピタキシャル成長させる工程としてもよい。
また、以上の実施例においては、レーザ共振器の方向を
＜０１１＞方向としたが、＜０１１＞方向としてもよい
。この場合、ストライプの断面形状は垂直面とはならず
、順メサ形状となり、第３の結晶成長工程による結晶表
面の平坦性が向上する。
＜０１１＞方向としたが、＜０１１＞方向としてもよい
。この場合、ストライプの断面形状は垂直面とはならず
、順メサ形状となり、第３の結晶成長工程による結晶表
面の平坦性が向上する。
また、第３図ないし第５図に示した半導体レーザ装置に
ついては、第２図に示した工程と同様の製造工程にて製
造することができる。
ついては、第２図に示した工程と同様の製造工程にて製
造することができる。
また、以上の実施例において、１．３μｍ帯の発振波長
を有するＩｎＰ／１ｎＧａＡｓＰ系分布帰還型半導体レ
ーザ装置の構造と製造方法について述べたが、ＧａＡｓ
／Ａｊ！ＧａＡｓ系の材料やＩｎＧａＰ／ＡＩＣ，ａ
ＩｎＰ系材料などの他の半導体材料を用いても良いし、
分布反射型半導体レーザ構造等の回折格子を内部に有す
る種類の半導体レーザ装置においても同様にこの発明を
適用できることはいうまでもない。
を有するＩｎＰ／１ｎＧａＡｓＰ系分布帰還型半導体レ
ーザ装置の構造と製造方法について述べたが、ＧａＡｓ
／Ａｊ！ＧａＡｓ系の材料やＩｎＧａＰ／ＡＩＣ，ａ
ＩｎＰ系材料などの他の半導体材料を用いても良いし、
分布反射型半導体レーザ構造等の回折格子を内部に有す
る種類の半導体レーザ装置においても同様にこの発明を
適用できることはいうまでもない。
この発明によれば、製造工程が簡略化される、大面積の
結晶成長可能である、素子特性が均一である、素子の歩
留まりが大幅に向上するというＭＯＶＰＥ結晶成長法自
体の効果の他に、ｔ′ｆｔブロフク層の構造に応して、
高耐圧、大出力、サイリスタ現象を生しない、しきい値
が低いｔ流注入効率がよい、ブレーナ構造である、歩留
まりが高いなどの効果があり、半導体レーザ装置の製造
に大きく貢献するもので、産業上重要な意義を有する。
結晶成長可能である、素子特性が均一である、素子の歩
留まりが大幅に向上するというＭＯＶＰＥ結晶成長法自
体の効果の他に、ｔ′ｆｔブロフク層の構造に応して、
高耐圧、大出力、サイリスタ現象を生しない、しきい値
が低いｔ流注入効率がよい、ブレーナ構造である、歩留
まりが高いなどの効果があり、半導体レーザ装置の製造
に大きく貢献するもので、産業上重要な意義を有する。
第１図はこの発明の半導体レーザ装置の第１の実施例の
構造図、第２図はこの発明の半導体レーザ装置の製造方
法の実施例を示す工程図、第３図はこの発明の半導体レ
ーザ装置の製造方法で作成された第２の実施例の半導体
レーザ装置の断面図、第４図はこの発明の半導体レーザ
装置の製造方法で作成された第３の実施例の半導体レー
ザ装置の断面図、第５図はこの発明の半導体レーザ装置
の製造方法で作成された第４の実施例の半導体レーザ装
置の断面図である。 １・・・ｎ型１ｎＰ基板、２・・・ｎ型１ｎＰバッファ
層、３−・・ｎ型１ｎＧａＡｓＰ活性層、４ ・Ｐ型■
ｎＧａＡｓＰ導波路層、５・・・回折格子、６・・・レ
ザ共振器構造、７・・・エツチング溝、８・・・ｐ型Ｉ
ｎＰｌ流注入層、９−ｐ型１ｎＧａＡｓＰコンタクト層
、１０・・・ＳｉＮ絶縁膜、１１・・・ｐ側を掻、１２
・・・ｎ側電極、１３・・・ｐ型ＪｎＰ層、１４・・・
ノンドープＩｎＰ層、１５・・−ｎ型ＩｎＰ層、１６・
・・電流ブロック層、２０・・・ｐ型ＩｎＰｉｉ流ブロ
ック層、２１・・・ｎ型１ｎＧａＡｓ電流ブロック層１
３０・・・ノンドープＩｎＰｉｉ流ブロック層、４０・
・・エツチング溝 第 図 ２１・・・ｎ翌１ｎＱａＡｓ電流ブロック層１ 図 ４０・・・エツチング溝 第 図
構造図、第２図はこの発明の半導体レーザ装置の製造方
法の実施例を示す工程図、第３図はこの発明の半導体レ
ーザ装置の製造方法で作成された第２の実施例の半導体
レーザ装置の断面図、第４図はこの発明の半導体レーザ
装置の製造方法で作成された第３の実施例の半導体レー
ザ装置の断面図、第５図はこの発明の半導体レーザ装置
の製造方法で作成された第４の実施例の半導体レーザ装
置の断面図である。 １・・・ｎ型１ｎＰ基板、２・・・ｎ型１ｎＰバッファ
層、３−・・ｎ型１ｎＧａＡｓＰ活性層、４ ・Ｐ型■
ｎＧａＡｓＰ導波路層、５・・・回折格子、６・・・レ
ザ共振器構造、７・・・エツチング溝、８・・・ｐ型Ｉ
ｎＰｌ流注入層、９−ｐ型１ｎＧａＡｓＰコンタクト層
、１０・・・ＳｉＮ絶縁膜、１１・・・ｐ側を掻、１２
・・・ｎ側電極、１３・・・ｐ型ＪｎＰ層、１４・・・
ノンドープＩｎＰ層、１５・・−ｎ型ＩｎＰ層、１６・
・・電流ブロック層、２０・・・ｐ型ＩｎＰｉｉ流ブロ
ック層、２１・・・ｎ型１ｎＧａＡｓ電流ブロック層１
３０・・・ノンドープＩｎＰｉｉ流ブロック層、４０・
・・エツチング溝 第 図 ２１・・・ｎ翌１ｎＱａＡｓ電流ブロック層１ 図 ４０・・・エツチング溝 第 図
Claims (7)
- （１）第１導電型の半導体基板上に積層されるメサスト
ライプ状の活性層および第２導電型の電流注入層を両側
から挟んだ状態に電流ブロック層を前記半導体基板上に
配置した２重ヘテロ構造の半導体レーザ装置において、 前記電流ブロック層をｎ−ｉ−ｐ−ｉ構造としたことを
特徴とする半導体レーザ装置。 - （２）第１導電型の化合物半導体基板上に、第１導電型
の活性層および第２導電型の導波路層を順次エピタキシ
ャル成長させる第１の結晶成長工程と、 前記導波路層の表面を選択的にエッチングして回折格子
を形成する回折格子形成工程と、 前記エピタキシャル成長させた層を選択的にエッチング
して前記回折格子の溝と直交方向のストライプ形状のレ
ーザ共振器構造を形成する工程と、前記レーザ共振器構
造を形成した前記化合物半導体基板の表面に高抵抗また
は高抵抗の界面を持つ一層以上の電流ブロック層を有機
金属気相成長法によりエピタキシャル成長させる第２の
結晶成長工程と、 前記ストライプ形状のレーザ共振器構造の上部から前記
導波路層に至るまで選択的に（１１１）Ａ面以外の壁面
を有するストライプ形状に前記電流ブロック層のエッチ
ングを行う電流ブロック層エッチング工程と、 前記電流ブロック層をエッチングした後の前記化合物半
導体基板の表面に第２導電型の電流注入層をエピタキシ
ャル成長させる第３の結晶成長工程とを含む２重ヘテロ
構造の半導体レーザ装置の製造方法。 - （３）第１導電型の化合物半導体基板上を選択的にエッ
チングして回折格子を形成する回折格子形成工程と、 前記回折格子を形成した前記化合物半導体基板上に、第
１導電型の導波路層および活性層を順次エピタキシャル
成長させる第１の結晶成長工程と、前記エピタキシャル
成長させた層を選択的にエッチングして前記回折格子の
溝と直交方向のストライプ形状のレーザ共振器構造を形
成する工程と、前記レーザ共振器構造を形成した前記化
合物半導体基板の表面に高抵抗または高抵抗の界面を持
つ一層以上の電流ブロック層を有機金属気相成長法によ
りエピタキシャル成長させる第２の結晶成長工程と、 前記ストライプ形状のレーザ共振器構造の上部から前記
導波路層に至るまで選択的に（１１１）Ａ面以外の壁面
を有するストライプ形状に前記電流ブロック層のエッチ
ングを行う電流ブロック層エッチング工程と、 前記電流ブロック層をエッチングした後の前記化合物半
導体基板の表面に第２導電型の電流注入層をエピタキシ
ャル成長させる第３の結晶成長工程とを含む２重ヘテロ
構造の半導体レーザ装置の製造方法。 - （４）第２の結晶成長工程で電流ブロック層としてｎ−
ｉ−ｐ−ｉ構造をエピタキシャル成長させる請求項（２
）または請求項（３）記載の半導体レーザ装置の製造方
法。 - （５）第２の結晶成長工程で第２導電型の第１の電流ブ
ロック層と第１の電流ブロック層より禁制帯幅の狭い第
１導電型の第２の電流ブロック層とを順次エピタキシャ
ル成長させ、第３の結晶成長工程で前記第１の電流ブロ
ック層よりキャリア濃度の低い第２導電型の電流注入層
をエピタキシャル成長させる請求項（２）または請求項
（３）記載の半導体レーザ装置の製造方法。 - （６）第２の結晶成長工程で高抵抗の真性半導体電流ブ
ロック層をエピタキシャル成長させる請求項（２）また
は請求項（３）記載の半導体レーザ装置の製造方法。 - （７）回折格子形成工程で回折格子を形成するための導
波路層の表面のエッチング方向を＜０１＠１＠＞方向と
し、電流ブロック層エッチング工程で電流ブロック層を
順メサ壁面を有しストライプ底面がレーザ共振器構造の
ストライプ幅より狭いストライプ形状にエッチングする
請求項（２）または請求項（３）記載の半導体レーザ装
置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2080370A JP2747080B2 (ja) | 1990-03-26 | 1990-03-26 | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03276688A true JPH03276688A (ja) | 1991-12-06 |
| JP2747080B2 JP2747080B2 (ja) | 1998-05-06 |
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| JPS6392078A (ja) * | 1986-10-07 | 1988-04-22 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
| JPS63129683A (ja) * | 1986-11-20 | 1988-06-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 埋め込み構造半導体レ−ザの製造方法 |
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- 1990-03-26 JP JP2080370A patent/JP2747080B2/ja not_active Expired - Fee Related
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