JPH04322486A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ、特に活
性層の横方向において電流狭窄がなされて低しきい値電
流化がはかられた半導体レーザに係わる。

【０００２】

【従来の技術】低しきい値電流Ｉｔｈを有する半導体レ
ーザとして、１回のエピタキシャル成長作業によって形
成し得るようにしたＳＤＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅｄ　Ｄｏ
ｕｂｌｅ　Ｈｅｔｅｒｏ　Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）　半導体
レーザが、本出願人による例えば特開昭６１−１８３９
８７号特許出願、特開平２−１７４２８７号特許出願に
おいて提案されている。

【０００３】このＳＤＨ型半導体レーザは、図３にその
一例の略線的拡大断面図を示すように、先ず第１導電型
例えばｎ型で一主面１Ｓが｛１００｝結晶面の例えば（
１００）結晶面を有する例えばＧａＡｓより成る基板５
１のその主面１Ｓに、図３においてその紙面と直交する
〈０１１〉結晶軸方向の例えば〔０１１〕結晶軸方向に
延びるストライプ状のメサ突起２が形成され、この突起
２上を含んだｎ型基板５１の主面１Ｓ上に、順次通常の
ＭＯＣＶＤ（有機金属による化学的気相成長）法すなわ
ちメチル系ＭＯＣＶＤ法によって、連続的に第１導電型
例えばｎ型のＧａＡｓ等より成るバッファ層５２、第１
導電型例えばｎ型のクラッド層５３と、低不純物濃度な
いしはアンドープの活性層５４と、第２導電型例えばｐ
型の第１のクラッド層５５と、第１導電型例えばｎ型の
電流ブロック層５６と、第２導電型例えばｐ型の第２の
クラッド層５７と、第２導電型のキャップ層５８との各
半導体層が１回のエピタキシャル成長作業によって形成
されてなる。

【０００４】ここに第１導電型のクラッド層５３と第２
導電型の第１及び第２のクラッド層５５及び５７と、第
１導電型の電流ブロック層５６とは、活性層５４に比し
てバンドギャップが大すなわち屈折率が小なる材料より
成る。

【０００５】このとき、上述したようにｎ型基板５１の
主面１Ｓの結晶面及びストライプ状のメサ突起２との結
晶方位を選定し、更に突起２の幅及び高さ、即ちその両
側のメサ溝２Ａの深さ、さらにｎ型のクラッド層５３、
活性層５４、ｐ型の第１のクラッド層５５等の厚さを選
定することによって、各層５３、５４及び５５を、メサ
突起２上とメサ溝２Ａ上とにおいて互いに他と分断する
ように斜面７Ａ及び７Ｂによる断層を形成し、これら斜
面７Ａ及び７Ｂによって分断された断面三角形状でかつ
図３の紙面に直交する方向にストライプ状に延長するエ
ピタキシャル成長層２０がメサ突起２上に形成されるよ
うにすることができる。

【０００６】これは、通常のＭＯＣＶＤ法、即ちメチル
系の有機金属を原料ガスとして行ったＭＯＣＶＤ法によ
る場合、（１１１）Ｂ結晶面が一旦生じてくると、この
面に関してはエピタキシャル成長が生じにくいことを利
用して、断面三角形状のエピタキシャル成長層２０を形
成するものである。そして、この場合電流ブロック層５
６は、ストライプ状のエピタキシャル成長層２０によっ
てこれを挟んでその両側に分断され、この分断によって
生じた両端面が丁度ストライプ状エピタキシャル成長層
２０における分断されたストライプ状活性層５４の両側
端面の近傍、即ち斜面７Ａ及び７Ｂに臨む端面の近傍に
衝合するようになされる。

【０００７】このようにしてメサ突起２上のストライプ
状エピタキシャル成長層２０における活性層５４が、こ
れより屈折率の小さい電流ブロック層５６によって挟み
こまれるように形成されて横方向の閉じ込めがなされて
発光動作領域となるようにされ、しかもこの電流ブロッ
ク層５６の存在によってストライプ状エピタキシャル成
長層２０の両外側においては、ｐ型の第２のクラッド層
５７と、ブロック層５６と、ｐ型の第１のクラッド層５
５と、ｎ型のクラッド層５３とによってｐ−ｎ−ｐ−ｎ
のサイリスタが形成されて、ここにおける電流が阻止さ
れ、これによってこのメサ突起２上のストライプ状エピ
タキシャル成長層２０の活性層５４に電流が集中するよ
うになされて、低しきい値電流化をはかるようになされ
ている。

【０００８】この場合、電流ブロック層５６は主にエピ
タキシャル成長層２０の近傍では｛３１１｝Ｂ結晶面、
この場合（３１１）Ｂ結晶面に沿って成長し、メサ突起
２とは離間した位置では｛１００｝結晶面の例えば（１
００）結晶面に沿って成長するため、この（３１１）Ｂ
結晶面領域６１と（１００）結晶面領域６２との間に高
次の結晶面に沿って成長する領域即ち図３において破線
ａで囲んで示す高次の結晶面領域６３が生じる。

【０００９】そして特にこのような構造を採る場合は、
メサ突起２上のｐ型の第１のクラッド層５５を覆わない
ように、電流ブロック層５６の厚みを小とする必要があ
る。また、活性層５６の横幅を小として低しきい値電流
化をはかる場合、この上のｐ型の第１のクラッド層５５
より成る頂部は更に小となるため、更に電流ブロック層
５６の厚みを小とすることが望まれる。

【００１０】しかしながら、（３１１）Ｂ結晶面領域６
１はｎ型化し易く、（３１１）Ｂ結晶面領域６１から（
１００）結晶面領域６２に漸次移り変わる高次の結晶面
領域６３はｐ型化し易いという傾向があることから、電
流ブロック層５６の厚さを例えば３０００Å程度以下と
すると、この高次の結晶面領域６３において電流ブロッ
ク層５６の一部がｐ型化されるか、或いは実質的なｎ型
の領域が例えば１０００Å以下程度の厚さとなってトン
ネル電流を生じさせる場合がある。このように電流ブロ
ック層５６の高次の結晶面領域６３の近傍でリーク電流
が生じると、この部分に流れるリーク電流が支配的とな
って活性層５４への電流が流れにくくなる。つまりこの
場合上述したｐ−ｎ−ｐ−ｎサイリスタ構造が実質的に
損なわれ、しきい値電流の増大化を招来する恐れがある
。

【００１１】このため、この電流ブロック層５６のｎ型
不純物濃度を大として、高次の結晶面領域６３において
ｐ型化されないようにする必要があるが、この場合は（
３１１）Ｂ結晶面領域６１の厚さが大となるため、メサ
突起２上のｐ型の第１のクラッド層５５を覆わないよう
に制御する必要が生じ、位置選定の裕度が小となって信
頼性に問題が生じる恐れがある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うなＳＤＨ型構造を有する半導体レーザにおいて、リー
ク電流を低減化して、低しきい値電流化をはかると共に
、電流ブロック層の位置選定の裕度を大として信頼性の
向上をはかる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明半導体レーザの一
例の略線的拡大断面図を図１に示す。本発明は図１に示
すように、｛１００｝結晶面より成る主面１Ｓに〈０１
１〉結晶軸方向に延長するメサ突起２を有するｐ型基板
１上に、気相成長法で成長した少なくとも活性層５とク
ラッド層４、６及び９と電流ブロック層８とを有し、こ
の電流ブロック層８はｐ型層より成り、メサ突起２の両
側のメサ溝２Ａ上に形成され、主としてメサ突起２上の
活性層５の両側または両側近傍に至る｛３１１｝Ｂ結晶
面領域１１より成る膜薄部と、基板主面１Ｓに沿う｛１
００｝結晶面領域１２と、この間の高次の結晶面領域１
３より成る膜厚部として成長されて成る。

【００１４】

【作用】上述したように、本発明半導体レーザにおいて
は、｛１００｝結晶面より成る主面１Ｓに〈０１１〉結
晶軸方向に延長するメサ突起２を有するｐ型基板１上に
、気相成長法で成長した活性層５とクラッド層４、６及
び９と電流ブロック層８とを有するものであるが、この
ように主面１Ｓの結晶面及びメサ突起２の延長する方向
を選定する場合、気相成長法、特にメチル系原料を用い
たＭＯＣＶＤ法による場合はメサ突起２上において一旦
｛１１１｝Ｂ結晶面が生じると、この｛１１１｝Ｂ結晶
面上ではメチル系ＭＯＣＶＤ法による成長が生じにくい
ことから、メサ突起２上では｛１１１｝Ｂ結晶面より成
る斜面７Ａ及び７Ｂに両側を挟まれた断面三角形状とな
って成長し、各層はメサ突起２上とメサ溝２Ａ内とで互
いに分断して成長する。従ってこのメサ突起２の幅及び
高さ、更には各クラッド層４及び６、活性層５の厚さを
適切に選定することによって、メサ突起２上においては
ｐ型クラッド層４、活性層５及びｎ型の第１のクラッド
層６による断面三角形状のエピタキシャル成長層２０が
構成され、一方メサ溝２Ａ上の電流ブロック層８が、メ
サ突起２上の活性層５の両斜面７Ａ及び７Ｂに臨む両側
の近傍に位置するようになすことができる。

【００１５】更に本発明半導体レーザにおいては、この
電流ブロック層８はｐ型層より成り、主としてメサ突起
２上の活性層５の両側または両側近傍に至る｛３１１｝
Ｂ結晶面領域１１と、基板主面１Ｓに沿う｛１００｝結
晶面領域１２と、この間の高次の結晶面領域１３として
成長するものであるが、この｛３１１｝Ｂ結晶面領域１
１ではｎ型化し易く、高次の結晶面領域１３においては
ｐ型化し易いため、この｛３１１｝Ｂ結晶面領域１１は
結果的に本来のｐ型エピタキシャル成長膜厚より厚さが
減少して膜薄部となり、他方高次の結晶面領域１３は結
果的にｐ型化によって厚さが増加して膜厚部となる。

【００１６】このように電流ブロック層８の、メサ突起
２上の活性層５の両側または両側近傍に至る｛３１１｝
Ｂ結晶面領域１１は、その厚さが小さくなるためその形
成位置選定の裕度が大となり、信頼性の向上をはかるこ
とができる。また電流ブロック層８の高次の結晶面領域
１３の厚さが大となるため、この部分におけるリーク電
流を確実に回避することができる。

【００１７】

【実施例】以下本発明半導体レーザの各例を図１及び図
２を参照して詳細に説明する。各例共に、ＡｌＧａＡｓ
系のＩＩＩ　−Ｖ族半導体レーザを得る場合である。

【００１８】実施例１ 図１を参照して説明する。先ず図１に示すように、Ｇａ
Ａｓ等より成るｐ型基板１の｛１００｝結晶面、例えば
（１００）結晶面より成る主面１Ｓ上に、所要の幅をも
って、図示しないが〈０１１〉結晶軸方向の例えば〔０
１１〕結晶軸方向に沿って延長するストライプ状のエッ
チングマスクを、例えばフォトレジストの塗布、パター
ン露光により形成し、このエッチングマスクをマスクと
して主面１Ｓ上から例えばＨ２　ＳＯ４　とＨ２　Ｏ２
　とＨ２　Ｏとが３：１：１の割合で混合されたエッチ
ング液による結晶学的エッチングを行って、〔０１１〕
結晶軸方向に沿って延長するストライプ状メサ突起２を
形成する。 即ちこの場合図１において紙面に直交する方向を〔０１
１〕結晶軸方向とする。

【００１９】そしてエッチングマスクを除去した後に、
通常のＭＯＣＶＤ法、すなわちメチル系の有機金属を原
料ガスとするＭＯＣＶＤ法によって、メサ溝２Ａ内を含
んで全面的にＧａＡｓ等より成るバッファ層３、ｐ型の
ＡｌＧａＡｓより成るクラッド層４、アンドープもしく
は低濃度のＧａＡｓ等より成る活性層５及びｎ型のＡｌ
ＧａＡｓ等より成るクラッド層６をエピタキシャル成長
する。このとき、メサ突起２上とメサ溝２Ａ内とでエピ
タキシャル成長されるが、メサ突起２の上面では（１０
０）結晶面に対しての角度が約５５°をなす（１１１）
Ｂ結晶面より成る斜面７Ａ，７Ｂが自然発生的に生じ、
またこの斜面７Ａ，７Ｂ上ではメチル系ＭＯＣＶＤ法に
よるエピタキシャル成長が進行しにくいので、各層３、
４、５及び６はメサ突起２上とメサ溝２Ａ内とでは、互
いに分断して形成される。

【００２０】そしてこのメサ突起２の幅及び高さ、各層
３、４、５及び６の厚さを適切に選定することによって
、ｎ型の第１のクラッド層６の成長途中において、その
両側の斜面７Ａ及び７Ｂが交叉するようになして、メサ
突起２上に各層３、４、５及び６より成る断面三角形状
のエピタキシャル成長層２０が構成されるようになす。

【００２１】そして更にｎ型の第１のクラッド層６の成
長を続けて、メサ溝２Ａ内におけるその上面が、メサ突
起２上の活性層５の両側面、即ち両斜面７Ａ及び７Ｂに
臨む両端面の中間位置程度まで覆うようになし、その上
に続いてｐ型のＡｌＧａＡｓ等より成り、活性層５に比
して屈折率が小とされた電流ブロック層８を同様にＭＯ
ＣＶＤ法によってエピタキシャル成長して、この電流ブ
ロック層８の上面が、メサ突起２上のｎ型の第１のクラ
ッド層６の両側面の中間位置程度まで覆うように、その
厚さ及び不純物濃度を選定する。

【００２２】この場合、電流ブロック層８のメサ突起２
上のエピタキシャル成長層２０にかかる領域は（３１１
）Ｂ結晶面に沿う｛３１１｝Ｂ結晶面領域１１で構成さ
れ、この｛３１１｝Ｂ結晶面領域１１はｎ型化し易いた
め、この部分においてはその厚みが他部に比して小とな
り、肉薄となる。

【００２３】一方、この電流ブロック層８の｛３１１｝
Ｂ結晶面領域１１から離間したメサ溝２Ａ上では（１０
０）結晶面より成る｛１００｝結晶面領域１２で構成さ
れ、上述した｛３１１｝Ｂ結晶面領域１１からこの｛１
００｝結晶面領域１２に移る領域は高次の結晶面領域１
３によって構成されるが、この高次の結晶面領域１３は
ｐ型化し易いため、この部分においてはその厚みが、他
部に比して大となり、肉厚となる。

【００２４】そして更にこの上にｎ型のＡｌＧａＡｓ等
より成る第２のクラッド層９、ｎ型のＧａＡｓ等より成
るキャップ層１０をエピタキシャル成長する。このとき
、メサ突起２上の（１１１）Ｂ結晶面より成る斜面７Ａ
及び７Ｂ上では初期においてはエピタキシャル成長が生
じないが、メサ溝２Ａ内での成長が進むにつれてその突
き合わせ部において（１１１）Ｂ結晶面以外の面が生じ
て、ｎ型の第２のクラッド層９はメサ突起２上のエピタ
キシャル成長層２０を覆って全面的に成長される。

【００２５】そして図示しないが、キャップ層１０上と
、基板１の裏面とにそれぞれＡｌ等より成る電極を蒸着
、スパッタリング等によって被着して本発明半導体レー
ザを得ることができる。

【００２６】このような構成とする場合、メサ突起２上
のストライプ状エピタキシャル成長層２０における活性
層５が、これより屈折率の小さい電流ブロック層８及び
メサ溝２Ａ上のｎ型の第１のクラッド層６によって挟み
こまれて、即ち横方向の閉じ込めがなされて発光動作領
域となるようにされ、しかもこの電流ブロック層８の存
在によってストライプ状エピタキシャル成長層２０の両
外側のメサ溝２Ａ内においては、ｎ型の第２のクラッド
層９と、ブロック層８と、ｎ型の第１のクラッド層６と
、ｐ型のクラッド層４とによってｎ−ｐ−ｎ−ｐのいわ
ばサイリスタ構造が形成されて、ここにおける電流が阻
止され、これによってこのメサ突起２上のストライプ状
エピタキシャル成長層２０の活性層５に電流が集中する
ようになされて、低しきい値電流化をはかるようになす
ことができる。

【００２７】図１に示す例では電流ブロック層８の両斜
面７Ａ及び７Ｂに接する下面が活性層５の両側に位置す
る場合であるが、例えばｎ型の第１のクラッド層６の両
側面に接するようになす場合でも、この電流ブロック層
８の下面が活性層５の両側面の近傍に位置する構造であ
ればリーク電流を実用上抑制することができる。

【００２８】一方、この電流ブロック層８がメサ突起２
上のｎ型の第１のクラッド層６より成る両斜面７Ａ及び
７Ｂの突き合わせ部即ち頂部を覆わないように、この頂
部より下方に電流ブロック層８の上面が位置するように
なす。このためにｎ型の第１のクラッド層６のメサ溝２
Ａ内の厚さを制御する必要があるが、本発明においては
、上述したように電流ブロック層８のエピタキシャル成
長層２０の活性層５に至る領域が肉薄となるため、その
位置選定の裕度を大とすることができて、信頼性の向上
をはかることができ、これにより歩留りの向上をはかる
ことができる。

【００２９】そして活性層５の両外側においては高次の
結晶面領域１３が肉厚となるため、活性層５から離間し
た領域におけるリーク電流の発生をも確実に回避して、
電流狭窄を確実に行い得る低しきい値の半導体レーザを
得ることができる。つまり、前述した電流ブロック層を
ｎ型エピタキシャル成長した場合に生じるｐ−ｎ−ｐ−
ｎサイリスタ構造が損なわれる不都合を回避することが
できる。

【００３０】実施例２ 半導体レーザの他の例を図３の略線的拡大断面図を参照
して説明する。図３において、図１に対応する部分には
同一符号を付して重複説明を省略する。

【００３１】この例においては、電流ブロック層８を３
層構造とした場合である。メサ溝２Ａ内におけるｎ型の
第１のクラッド層６の上面が、メサ突起２上のｐ型のク
ラッド層４の両側面即ち両斜面７Ａ及び７Ｂに臨む両端
面に接するようになし、この上にｐ型のＡｌＧａＡｓ等
より成るｐ型ブロック層８Ａ、ｎ型のＡｌＧａＡｓ等よ
り成るｎ型のブロック層８Ｂ、ｐ型のＡｌＧａＡｓ等よ
り成るｐ型のブロック層８Ｃを順次メチル系ＭＯＣＶＤ
法によりエピタキシャル成長する。

【００３２】この場合、エピタキシャル成長層２０の活
性層５の両側または両側近傍に至る｛３１１｝Ｂ結晶面
領域１１においてはｐ型化し易いため、ｐ型のブロック
層８Ａ及び８Ｃの厚さは比較的小となり、ｎ型のブロッ
ク層８Ｂは逆に厚さが比較的大となる。一方メサ溝２Ａ
内の高次の結晶面領域１３においてはｎ型化し易いため
、ｎ型のブロック層８Ｂの厚さは比較的小となり、ｐ型
のブロック層８Ａ及び８Ｃは逆に厚さが比較的大となる
。

【００３３】このとき、各層の厚さ及び不純物濃度を適
切に選定することによって、エピタキシャル成長層２０
の活性層５の両端面５Ａ及び５Ｂにｎ型のブロック層８
Ｂが接し、その上下のｐ型のクラッド層４とｎ型の第１
のクラッド層６との両側面に、それぞれｐ型のブロック
層８Ａとｐ型ブロック層８Ｂが接するようになすことが
できる。一方高次の結晶面領域１３においてはｎ型ブロ
ック層８Ｂが例えば全面的にｐ型化されてｐ型ブロック
層８Ａ及び８Ｃと同導電型化し、厚さが比較的大なるｐ
型領域とすることができる。

【００３４】このような構成とすることによって、エピ
タキシャル成長層２０の両外側において、ｐ型ブロック
層８Ｃ、ｎ型ブロック層８Ｂ、ｐ型ブロック層８Ａ及び
ｎ型の第１のクラッド層６より成るｐ−ｎ−ｐ−ｎサイ
リスタ構造が形成され、リーク電流の低減化をはかって
、半導体レーザの低しきい値電流化をはかることができ
る。つまり、この場合においても、前述した電流ブロッ
ク層をｎ型エピタキシャルする場合におけるサイリスタ
構造が損なわれる不都合を回避することができる。

【００３５】尚、上述した各例においては、ＡｌＧａＡ
ｓ系のＩＩＩ　−Ｖ族半導体レーザを得る場合を示した
が、本発明はその他ＩｎＰ系等種々の材料構成を採る半
導体レーザに適用することができる。

【００３６】

【発明の効果】上述したように本発明半導体レーザ構成
によれば、電流ブロック層８をｐ型としたことによって
、エピタキシャル成長層２０の活性層５の両側または両
側近傍に至る｛３１１｝Ｂ結晶面領域１１を、そのエピ
タキシャル成長時の厚さ及び不純物濃度の選定によって
充分小なる厚さとすることができるため、その位置選定
の裕度を大とすることができ、信頼性及び歩留りの向上
をはかることができる。

【００３７】また高次の結晶面領域１３の厚みを同様に
そのエピタキシャル成長時の厚さ及び不純物濃度の選定
によって充分大とすることができて、この部分における
リーク電流の発生を確実に回避して、電流狭窄を確実に
行い得る低しきい値の半導体レーザを得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明半導体レーザの一例の略線的拡大断面図
である。

【図２】本発明半導体レーザの他の例の略線的拡大断面
図である。

【図３】従来の半導体レーザの一例の略線的拡大断面図
である。

【符号の説明】

１　　ｐ型基板 １Ｓ　　主面 ２　　メサ突起 ２Ａ　　メサ溝 ３　　バッファ層 ４　　ｐ型のクラッド層 ５　　活性層 ６　　ｎ型の第１のクラッド層 ７Ａ　　斜面 ７Ｂ　　斜面 ８　　電流ブロック層 ９　　ｎ型の第２のクラッド層 １０　　キャップ層 １１　　｛３１１｝Ｂ結晶面領域 １２　　｛１００｝結晶面領域 １３　　高次の結晶面領域 ２０　　エピタキシャル成長層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　｛１００｝結晶面より成る主面に〈０
   １１〉結晶軸方向に延長するメサ突起を有するｐ型基板
   上に、気相成長法で成長した少なくとも活性層とクラッ
   ド層と電流ブロック層とを有し、上記電流ブロック層は
   ｐ型層より成り、上記メサ突起の両側のメサ溝上に形成
   され、主として上記メサ突起上の上記活性層の両側また
   は両側近傍に至る｛３１１｝Ｂ結晶面領域より成る膜薄
   部と、上記基板主面に沿う｛１００｝結晶面領域と、こ
   の間の高次の結晶面領域より成る膜厚部として成長され
   て成ることを特徴とする半導体レーザ。