JPH0416033B2 - - Google Patents
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- JPH0416033B2 JPH0416033B2 JP57089249A JP8924982A JPH0416033B2 JP H0416033 B2 JPH0416033 B2 JP H0416033B2 JP 57089249 A JP57089249 A JP 57089249A JP 8924982 A JP8924982 A JP 8924982A JP H0416033 B2 JPH0416033 B2 JP H0416033B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/24—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a grooved structure, e.g. V-grooved, crescent active layer in groove, VSIS laser
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- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ビデオデイスク、オーデイオデイス
ク、レーザプリンタ等光情報処理装置用光源とし
て用いられる半導体レーザ装置の新規な素子構造
及び製造技術に関するものである。
ク、レーザプリンタ等光情報処理装置用光源とし
て用いられる半導体レーザ装置の新規な素子構造
及び製造技術に関するものである。
光情報処理装置用光源として要求される半導体
レーザ装置の特性としては、極力短波長の発振光
であること、横モードが安定であること、低閾値
電流を有すること、長寿命であること等が挙げら
れる。これらの条件を満足させた半導体レーザの
一つとしてＶ−チヤンネルド・サブストレイト・
インナー・ストライプ（VSIS）レーザがある。
この半導体レーザ素子の断面図を第１図に示す。
Ｐ形GaAs基板１上にｎ形GaAs電流ブロツキン
グ層２、ｐ形GaAlAsクラツド層３、GaAlAs活
性層４、ｎ形GaAlAsクラツド層５、ｎ形GaAs
キヤツプ層６が順次積層され、ｎ側電極７及びｐ
側電極８が形成されている。またブロツキング層
２の一部はＶ−チヤネル９と称する電流通路とな
る。この半導体レーザ素子では電流はＶ−チヤネ
ル９内のストライプ領域に集中して流れ、Ｖ−チ
ヤネル９外での光はｎ形電流ブロツキング層２に
吸収される。従つて、低閾値電流及び安定横モー
ド発振が容易に得られる非常に優れた半導体レー
ザ装置として利用することができる。しかもこの
レーザは素子化工程でパターン合せ、Zn拡散等
も含まず、合金電極を形成するだけという大量生
産に適した形態を有している。このVSISレーザ
を用いて、更に740nｍ以下の短波長で発振する
レーザを製作しようとする場合、問題となるのは
活性層４かるる歪（圧縮応力）である。これはエ
ピタキシヤル成長層を支持している厚いGaAs基
板とGaAlAs成長層の格子定数が800℃前後の成
長温度では一致しているものの、熱膨張係数が相
違している為、室温では格子定数に差が出てくる
ことに起因する。Ga1-xAlxAsの熱膨張係数は組
成によつて変化し、一般に（6.86−1.66x）×10-6
℃-1で表わされる。ここでｘはAlAsモル比であ
る。例えば、GaAsの基板（ｘ＝０）と、Ga0.7
Al0.3Asの活性層（ｘ＝0.3）とでは室温で格子定
数が約0.06％程度相違する。従つて、活性層４に
は圧縮圧力が加わることになり、これがレーザ発
振中のレーザ素子内に欠陥を発生させ、寿命を短
くしている。この活性層４へ加わる歪を低減させ
てやれば素子寿命は改善される筈である。
レーザ装置の特性としては、極力短波長の発振光
であること、横モードが安定であること、低閾値
電流を有すること、長寿命であること等が挙げら
れる。これらの条件を満足させた半導体レーザの
一つとしてＶ−チヤンネルド・サブストレイト・
インナー・ストライプ（VSIS）レーザがある。
この半導体レーザ素子の断面図を第１図に示す。
Ｐ形GaAs基板１上にｎ形GaAs電流ブロツキン
グ層２、ｐ形GaAlAsクラツド層３、GaAlAs活
性層４、ｎ形GaAlAsクラツド層５、ｎ形GaAs
キヤツプ層６が順次積層され、ｎ側電極７及びｐ
側電極８が形成されている。またブロツキング層
２の一部はＶ−チヤネル９と称する電流通路とな
る。この半導体レーザ素子では電流はＶ−チヤネ
ル９内のストライプ領域に集中して流れ、Ｖ−チ
ヤネル９外での光はｎ形電流ブロツキング層２に
吸収される。従つて、低閾値電流及び安定横モー
ド発振が容易に得られる非常に優れた半導体レー
ザ装置として利用することができる。しかもこの
レーザは素子化工程でパターン合せ、Zn拡散等
も含まず、合金電極を形成するだけという大量生
産に適した形態を有している。このVSISレーザ
を用いて、更に740nｍ以下の短波長で発振する
レーザを製作しようとする場合、問題となるのは
活性層４かるる歪（圧縮応力）である。これはエ
ピタキシヤル成長層を支持している厚いGaAs基
板とGaAlAs成長層の格子定数が800℃前後の成
長温度では一致しているものの、熱膨張係数が相
違している為、室温では格子定数に差が出てくる
ことに起因する。Ga1-xAlxAsの熱膨張係数は組
成によつて変化し、一般に（6.86−1.66x）×10-6
℃-1で表わされる。ここでｘはAlAsモル比であ
る。例えば、GaAsの基板（ｘ＝０）と、Ga0.7
Al0.3Asの活性層（ｘ＝0.3）とでは室温で格子定
数が約0.06％程度相違する。従つて、活性層４に
は圧縮圧力が加わることになり、これがレーザ発
振中のレーザ素子内に欠陥を発生させ、寿命を短
くしている。この活性層４へ加わる歪を低減させ
てやれば素子寿命は改善される筈である。
本発明は上述の問題点に鑑み適切なAlAsモル
比を有するキヤツプ層を100μｍ程度に厚く成長
させた後、歪を誘発するGaAs基板をエツチング
により除去し活性層にかかる歪を減少させた新規
有用な半導体レーザ素子を提供することを目的と
するものである。
比を有するキヤツプ層を100μｍ程度に厚く成長
させた後、歪を誘発するGaAs基板をエツチング
により除去し活性層にかかる歪を減少させた新規
有用な半導体レーザ素子を提供することを目的と
するものである。
以下、本発明を実施例に従つて図面を参照しな
がら詳説する。
がら詳説する。
第２図は本発明の１実施例を示すVSIS半導体
レーザ素子の要部構成図である。
レーザ素子の要部構成図である。
ｐ形GaAs層２１上に電流集中のための逆導電
型を有するｎ形GaAs電流ブロツキング層１２、
ヘテロ接合で活性層を限定するためのｐ形
GaAlAsクラツド層１３、レーザ発振のための
GaAlAs活性層１４、ヘテロ接合を形成するｎ形
GaAlAsクラツド層１５、オーミツクコンタクト
を得るためのｎ形GaAlAsキヤツプ層１６が順次
堆積されている。また駆動電流を活性層１４へ付
与するためｎ側電極１７、ｐ側電極１８及びＶ−
チヤネル１９が形成されている。ｐ形GaAs層２
１よりキヤツプ層１６迄の多層結晶は全てエピタ
キシヤル成長層で構成され、キヤツプ層１６は層
厚が非常に厚く設定されている。
型を有するｎ形GaAs電流ブロツキング層１２、
ヘテロ接合で活性層を限定するためのｐ形
GaAlAsクラツド層１３、レーザ発振のための
GaAlAs活性層１４、ヘテロ接合を形成するｎ形
GaAlAsクラツド層１５、オーミツクコンタクト
を得るためのｎ形GaAlAsキヤツプ層１６が順次
堆積されている。また駆動電流を活性層１４へ付
与するためｎ側電極１７、ｐ側電極１８及びＶ−
チヤネル１９が形成されている。ｐ形GaAs層２
１よりキヤツプ層１６迄の多層結晶は全てエピタ
キシヤル成長層で構成され、キヤツプ層１６は層
厚が非常に厚く設定されている。
次に第２図に示す半導体レーザ素子の製造方法
について第３図とともに説明する。
について第３図とともに説明する。
第３図Ａに示すように、まずGaAs基板１１上
にエツチング停止層２０としてGa0.5Al0.5As層を
約1μｍの厚さに成長させ、更にｐ形GaAs層２
１、ブロツキング層１２をそれぞれ2.0μｍ、0.6μ
ｍの厚さに成長させた。ここで、GaAs基板１１
及びエツチング停止層２０は最終的には除去して
しまうので導電形はｐ形、ｎ形、アンドープを問
わないが、GaAs基板１１は転位密度の低いこと
が望ましい。第３図Ｂで示すように、ブロツキン
グ層１２表面より＜110＞方向にストライプ状の
溝を加工してｎ形GaAsの電流ブロツキング層１
２を貫通するようにＶ形チヤネル１９を形成す
る。このＶ−チヤネル１９が電流通路となる。次
に第３図Ｃで示すように、ｐ形Ga0.3Al0.7Asクラ
ツド層１３、ｐ形Ga0.7Al0.3AS活性層１４、ｎ形
Ga0.3Al0.7ASクラツド層１５、及びｎ形Ga0.85
Al0.15ASキヤツプ層１６をそれぞれ、0.1μｍ、
0.1μｍ、1.0μｍ、100μｍの厚さにエピタキシヤル
成長させる。しかる後に、第３図Ｄに示すよう
に、過酸化水素水とアンモニア水を５対１
（H2O2：NH4OH＝５：１）の混合比としたエツ
チング液によつて、GaAs基板１１を完全にエツ
チング除去する。このエツチング液はGaAlAs層
では酸化膜を形成してエツチングが停止する性質
を有しているので、エツチングはGa0.5Al0.5Asの
エツチング停止層２０で停止され、その直前の
GaAs基板１１をウエハー全面で完全に除去する
ことができる。そして、第３図Ｅに示すようにエ
ツチング停止層２０はフツ酸によつて完全にエツ
チング除去する。その後、ｐ形GaAs層２１上に
はｐ側電極１８としてAu−Znを、ｎ形Ga0.85
Al0.15Asキヤツプ層１６上にはｎ側電極１７とし
てAu−Ge−Niを蒸着し、熱処理によつて合金化
する。このようにして製作したVSISレーザは
690nｍの短波長で室温連続発振し、その時の閾
値電流は70ｍＡであつた。また、素子寿命も３ｍ
Ｗ出力で1000時間以上あることが確認された。
にエツチング停止層２０としてGa0.5Al0.5As層を
約1μｍの厚さに成長させ、更にｐ形GaAs層２
１、ブロツキング層１２をそれぞれ2.0μｍ、0.6μ
ｍの厚さに成長させた。ここで、GaAs基板１１
及びエツチング停止層２０は最終的には除去して
しまうので導電形はｐ形、ｎ形、アンドープを問
わないが、GaAs基板１１は転位密度の低いこと
が望ましい。第３図Ｂで示すように、ブロツキン
グ層１２表面より＜110＞方向にストライプ状の
溝を加工してｎ形GaAsの電流ブロツキング層１
２を貫通するようにＶ形チヤネル１９を形成す
る。このＶ−チヤネル１９が電流通路となる。次
に第３図Ｃで示すように、ｐ形Ga0.3Al0.7Asクラ
ツド層１３、ｐ形Ga0.7Al0.3AS活性層１４、ｎ形
Ga0.3Al0.7ASクラツド層１５、及びｎ形Ga0.85
Al0.15ASキヤツプ層１６をそれぞれ、0.1μｍ、
0.1μｍ、1.0μｍ、100μｍの厚さにエピタキシヤル
成長させる。しかる後に、第３図Ｄに示すよう
に、過酸化水素水とアンモニア水を５対１
（H2O2：NH4OH＝５：１）の混合比としたエツ
チング液によつて、GaAs基板１１を完全にエツ
チング除去する。このエツチング液はGaAlAs層
では酸化膜を形成してエツチングが停止する性質
を有しているので、エツチングはGa0.5Al0.5Asの
エツチング停止層２０で停止され、その直前の
GaAs基板１１をウエハー全面で完全に除去する
ことができる。そして、第３図Ｅに示すようにエ
ツチング停止層２０はフツ酸によつて完全にエツ
チング除去する。その後、ｐ形GaAs層２１上に
はｐ側電極１８としてAu−Znを、ｎ形Ga0.85
Al0.15Asキヤツプ層１６上にはｎ側電極１７とし
てAu−Ge−Niを蒸着し、熱処理によつて合金化
する。このようにして製作したVSISレーザは
690nｍの短波長で室温連続発振し、その時の閾
値電流は70ｍＡであつた。また、素子寿命も３ｍ
Ｗ出力で1000時間以上あることが確認された。
本発明がVSIS半導体レーザ素子は活性層へか
かる歪の低減化がキヤツプ層１６の組成化によつ
て図られているので、750nｍより短波長でも高
信頼性の半導体レーザ装置の得られる。しかも低
閾値電流化、横モード安定化も同時に図られてい
るので光情報処理用光源として最適となる。
かる歪の低減化がキヤツプ層１６の組成化によつ
て図られているので、750nｍより短波長でも高
信頼性の半導体レーザ装置の得られる。しかも低
閾値電流化、横モード安定化も同時に図られてい
るので光情報処理用光源として最適となる。
本発明は、GaAsを成長用基板とするGaAlAs
系レーザのみでなく、InP，GaP，InAs等を成長
用基板として利用した三元系または四元系化合物
半導体レーザへも適用できることは明らかであ
る。
系レーザのみでなく、InP，GaP，InAs等を成長
用基板として利用した三元系または四元系化合物
半導体レーザへも適用できることは明らかであ
る。
第１図は従来のVSIS半導体レーザ素子を示す
断面図である。第２図は本発明の１実施例を示す
VSIS半導体レーザ素子の要部構成図である。第
３図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは第２図に示す半導体レ
ーザ素子の製造工程説明図である。 １１……GaAs基板、１２……ｎ形GaAs電流
ブロツキング層、１３……ｐ形GaAlAsクラツド
層、１４……GaAlAs活性層、１５……ｎ形
GaAlAsクラツド層、１６……ｎ形GaAlAsキヤ
ツプ層、２０……GaAlAsエツチング停止層、２
１……ｐ形GaAs層。
断面図である。第２図は本発明の１実施例を示す
VSIS半導体レーザ素子の要部構成図である。第
３図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは第２図に示す半導体レ
ーザ素子の製造工程説明図である。 １１……GaAs基板、１２……ｎ形GaAs電流
ブロツキング層、１３……ｐ形GaAlAsクラツド
層、１４……GaAlAs活性層、１５……ｎ形
GaAlAsクラツド層、１６……ｎ形GaAlAsキヤ
ツプ層、２０……GaAlAsエツチング停止層、２
１……ｐ形GaAs層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第１のエピタキシヤル成長層と該第１のエピ
タキシヤル成長層にｐ−ｎ接合を介して堆積され
た第２のエピタキシヤル成長層から成る第１の結
晶積層体と、 該第１の結晶積層体の前記第２のエピタキシヤ
ル成長層表面より前記ｐ−ｎ接合を切断する深さ
に形成された触刻溝内及び前記第２のエピタキシ
ヤル成長層上に堆積されかつレーザ発振用活性層
を包含する第２の結晶積層体と、 該第２の結晶積層体に堆積され前記活性層の歪
を低減する組成比に設定された三元系以上の化合
物半導体から成る層厚の比較的厚い支持成長層
と、 前記第１のエピタキシヤル成長層に形成される
第１の電極及び前記活性層を介して対向する表面
に形成される第２の電極とを具備して成り、 前記ｐ−ｎ接合の切断された領域に限定して通
電領域を形成したことを特徴とする半導体レーザ
素子。 ２ 基板上に第１のエピタキシヤル成長層と第２
のエピタキシヤル成長層を重畳形成するとともに
両成長層の接合界面をｐ−ｎ接合とする工程と、 前記第２のエピタキシヤル成長層表面より前記
ｐ−ｎ接合界面を切断する深さい触刻溝を形成す
る工程と、 該触刻溝及び前記第２のエピタキシヤル成長層
上にレーザ発振用活性層を含む結晶積層体を堆積
する工程と、 該結晶積層体上に前記活性層の歪を低減する組
成比に設定された三元系以上の化合物半導体から
成る支持成長層を比較的厚く堆積する工程と、 前記基板を完全にエツチングして前記第１のエ
ピタキシヤル成長層から除去した後、電極を形成
する工程と、 を具備して成り、 前記ｐ−ｎ接合の切断された領域に限定して通
電した形成したことを特徴とする半導体レーザ素
子の製造方法。 ３ 基板と第１のエピタキシヤル成長層との界面
にエツチング停止層を介挿し、基板のエツチング
を該エツチング停止層で停止することにより基板
を除去した後、エツチング停止層を除去する特許
請求の範囲第２項記載の半導体レーザ素子の製造
方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57089249A JPS58206184A (ja) | 1982-05-25 | 1982-05-25 | 半導体レ−ザ素子及びその製造方法 |
| EP83303029A EP0095895B1 (en) | 1982-05-25 | 1983-05-25 | Semiconductor laser |
| DE8383303029T DE3377606D1 (en) | 1982-05-25 | 1983-05-25 | Semiconductor laser |
| US06/498,041 US4592062A (en) | 1982-05-25 | 1983-05-25 | (VSIS) semiconductor laser with reduced compressive stress |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57089249A JPS58206184A (ja) | 1982-05-25 | 1982-05-25 | 半導体レ−ザ素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58206184A JPS58206184A (ja) | 1983-12-01 |
| JPH0416033B2 true JPH0416033B2 (ja) | 1992-03-19 |
Family
ID=13965479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57089249A Granted JPS58206184A (ja) | 1982-05-25 | 1982-05-25 | 半導体レ−ザ素子及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4592062A (ja) |
| EP (1) | EP0095895B1 (ja) |
| JP (1) | JPS58206184A (ja) |
| DE (1) | DE3377606D1 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6031288A (ja) * | 1983-07-29 | 1985-02-18 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
| JPS61284988A (ja) * | 1985-06-11 | 1986-12-15 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
| JPS63258090A (ja) * | 1987-04-15 | 1988-10-25 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ装置 |
| JPH01220492A (ja) * | 1988-02-26 | 1989-09-04 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| JP3510305B2 (ja) * | 1994-02-22 | 2004-03-29 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザの製造方法，及び半導体レーザ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5645093A (en) * | 1979-09-20 | 1981-04-24 | Sharp Corp | Manufacturing of semiconductor laser element |
-
1982
- 1982-05-25 JP JP57089249A patent/JPS58206184A/ja active Granted
-
1983
- 1983-05-25 US US06/498,041 patent/US4592062A/en not_active Expired - Lifetime
- 1983-05-25 EP EP83303029A patent/EP0095895B1/en not_active Expired
- 1983-05-25 DE DE8383303029T patent/DE3377606D1/de not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5645093A (en) * | 1979-09-20 | 1981-04-24 | Sharp Corp | Manufacturing of semiconductor laser element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0095895A3 (en) | 1985-05-15 |
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| DE3377606D1 (en) | 1988-09-08 |
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| JPS58206184A (ja) | 1983-12-01 |
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