JPH0479282A - 埋め込み型半導体レーザおよびその製造方法 - 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ＡＪＧａＡｓ系埋を込み型半導体レーザに利用
する。特に、結晶面を利用して選択成長を行う埋め込み
型半導体レーザの製造方法、およびその方法により得ら
れる構造に関する。

本明細書では、結晶面とその方位をミラーの指数により
（ｈｋβ）面、〔ｈｋβ〕方向と表す。

また、各要素の逆方向をその要素の上に線を引くことに
より表す。さらに、結晶の対称性により等価な面を（ｈ
ｋβ）面と表し、同じく等価な方向を（ｈｋβ〉方向と
表す。したがって、ＧａＡｓ系の結晶における＜ＯＯ１
＞方向とは、 ［：００１）、〔０１０〕および〔１００〕の三つの結
晶方向と、それぞれの逆方向ＣＯ０１：］、〔ＯＴＯ〕
および〔ｌ　ＯＯ）とを含む。また、（１１０）面とは
、 （１１０）、（１０１）、（０１１）、（１１０）、（
ＬＯＴ）、（０１１）、（Ｔ１０）、（１０１）、（０
１１）、（ＴＴＯ）、（ＩＯＴ）および（ＯＩＴ）の各
結晶面を含む。

〔概　要〕

本発明は、結晶面を利用して選択成長を行う埋め込み型
半導体レーザの製造方法において、成長停止面として（
１１０）面を利用することにより、 埋と込み層を平坦に成長させるものである。

〔従来の技術〕 有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）を用いてＡｔＧａＡ
ｓ系埋め込み型半導体レーザを製造する場合に、活性層
の切断および埋め込み層の形成を結晶面による成長の停
止を利用して行う方法が考えられている（例えばＨｏＮ
ａｒｕｉ　ｅｔ　ａｌ、、　ＡＰＣＴ　８９．　ｐ、２
１５）。

すなわち、（１００）　ＧａＡｓ基板に＜０１１＞方向
のメサストライプを形成し、これにＭＯＶＰＥ成長を行
うと、メサに（１１１）　Ｂ面が形成され、メサ側面の
成長層の高さかもとのメサの位置に達するまで、（１１
１）　Ｂ面への成長が停止する。

したがって、メサの深さと幅、および各成長層の厚さを
適当に選べば、１回のＭＯＶＰＥ成長を行うだけで、切
断された形状の活性層をメサ上に成長させるとともに、
電流ブロック層をメサの側面のみに成長させることがで
きる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、（１１１）　Ｂ面による結晶成長の停止を利用
する場合には、埋め込み成長の条件の最適化が難しく、
成長過程で大きな凹凸が発生する傾向があった。このよ
うな例を第３図に示す。

第３図に示した写真は、＜０１１＞方向のメサストライ
プに埋め込み成長を行ったときの断面および表面のＳＥ
Ｍ像である。この写真には、メサストライプの断面と、
このメサストライプの上および側面にそれぞれ形成され
た三つの層とが示されている。写真の中央下部に示され
た白線の長さが１．６６μｍを示す。

このような凹凸が発生すると、成長後の表面形状が平坦
性の欠けたものとなり、あるいは活性層の切断が不完全
な部分が発生し、素子製造に支障がある。

本発明は、以上の課題を解決し、結晶面を利用して表面
が滑らかな埋め込み層を選択成長させることのできる半
導体レーザの構造およびその製造方法を提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の第一の観点は埋め込み型半導体レーザの製造方
法であり、（１００）　ＧａＡｓ基板上に活性層を含む
メサ構造を形成する第一工程と、このメサ構造を埋め込
む第二工程とを含む埋め込み型半導体レーザの製造方法
において、第一工程は、く００１〉方向のメサストライ
プを形成する工程と、このメサストライプ上に活性層を
含む層構造を（１１０）面を成長停止面として成長させ
る工程とを含み、第二工程は、前記成長させる工程にお
いてメサ構造の側部に成長した層に続けて埋め込み層を
成長させる工程を含むことを特徴とする。

本発明の第二の観点は上述の方法により製造される埋め
込み型半導体レーザてあり、（１００）ＧａＡｓ基板上
に活性層を含んで形成されたストライプ状のメサ構造と
、このメサ構造を埋め込む埋め込み層とを備えた埋め込
み型半導体レーザにおし）で、メサ構造の長さ方向は＜
００１＞方向であり、このメサ構造の上部には側面が（
１１０）面で囲まれた断面形状が実質的に三角形の層構
造を備え、二〇層構造内に活性層が形成されたことを特
徴とする。

本明細書において・“上−、とは、結晶成長の方向、す
なわち基板から離れる方向をいう。

〔作　用〕

結晶面を利用して結晶成長を停止させることにより、エ
ツチング工程によることなく、結晶成長中に活性層を自
動的に切断することができる。また、同じ結晶面を利用
して、その領域への成長を停止させた状態でメサ構造を
埋め込むことにより、メサ構造以外の部分に電流ブロッ
ク層を形成し、実質的に活性領域のみに電流が流れる構
造を形成することができる。

ＡＬＧａＡｓ系の半導体レーザは、端面の襞間その他の
理由から、導波方向（メサストライプの方向）を＜０１
１＞方向に一致させるのが一般的である。

その場合には、成長停止面として（１１１）Ｂ面を用い
る必要がある。

これに対して本願発明者等は、分布帰還型や分布ブラッ
グ反射型の構造を用いれば必ずしも襞開面による反射は
必要ではなし）ことから、他の結晶方向および結晶面を
用いた場合について実験した。

その結果、導波方向を＜００１＞方向とし、成長停止面
としてＭＩＯ）面を利用すると、成長条件をそれほど選
ばなくても埋め込み層が平坦に成長することが判明した
。

そこで、（１００）　ＧａＡｓ基板またはその基板上に
結晶成長を行ったものに対して、〔ＯＯ１〕：方向また
は〔０１０〕方向のメサストライプを形成する。このと
きのメサの深さ、は、次に成長させる層の最下端から活
性層の上端の厚さ以上とする。

このメサストライプを形成した基板にＭＯＶＰＥ法によ
り結晶成長を行う。このとき、成長条件を選べば、〔０
０１〕方向のメサストライプ上には（１１０）面が現れ
、メサ側面の成長層の高さかもとのメサの位置に達する
程度まで、この面上の成長が抑制される。この成長形状
を利用して、メサ上の（１１０）面で囲まれた三角形の
内部に活性層を形成し、メサ以外の部分には電流ブロッ
ク層を形成する。このとき、活性層は（１１０）面で切
断された形状となり、電流ブロック層がメサ上に形成さ
れることはない。

〔実施例〕

第１図は本発明第一実施例の埋め込み型半導体レーザの
導波方向に直交する面の断面図である。

この半導体レーザは、（１００）ｎ型ＧａＡｓ基板１上
にメサストライプ１１、ｎ型バッファ層１２、ｎ型クラ
ッド層１３、活性層１４およびｐ型りラッド第−層１５
により形成されたメサ構造を備え、このメサ構造がｎ型
バッファ層２２、ｎ型クラッド層２３、活性層２４、ｐ
型りラッド第−層２５およびｎ型電流ブロック層２６に
より埋め込まれる。ｐ型りラ・ンド第−層１５とｎ型電
流ブロック層２６との上には、ｐ型りラッド第二層７お
よびｐ型キャップ層８が設けられる。

ここで本実施例の特徴とするところは、メサ構造の長さ
方向くストライブの方向）は＜ＯＯ１＞方向であり、メ
サ構造上部のｎ型バッファ層１２、ｎ型クラッド層１３
、活性層１４およびｐ型りラッド第−層１５が、側面が
（１１０３面で囲まれた断面形状が実質的に三角形の層
構造に形成されたことにある。

第２図はこの実施例の製造方法を示す。

まず、第２図（ａ）に示すように、（１００）ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板１または基板１上に結晶成長を行ったものに対
して、［００１’ｌ方向またはＣ０１ｆＢ方向のメサス
トライプ１１を形成する。このときのメサの深さｄは、
次に成長させる層の最下端から活性層１４の上端の厚さ
以上とする。

次に、第２図（ｂ）に示すように、メサストライプ１１
が形成された基板１に、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型バッ
ファ層１２．２２、ｎ型クラッド層１３．２３、活性層
１４．２４、ｐ型りラッド第−層１５．２５およびｎ型
電流ブロック層２６を結晶成長させる。ｎ型ノ＜ッコア
層１２と２２、ｎ型クラッド層１３と２３、活性層１４
と２４、ｐ型りラッド第−層１５と２５は、それぞれの
形成された場所が異なるだけであり、同一成長工程で形
成される。

このとき、成長条件を選べば、メサストライプ１１上に
（１１０）面が現れ、メサストライプ１１の側面に成長
するｐ型りラッド第−層２５の高さかもとのメサストラ
イプ１１の位置に達する程度まで、この面上の成長が抑
制される。この成長形状を利用して、メサストライプ１
１上の（１１０）面で囲まれた三角形の内部に活性層１
４を形成し、それ以外の部分にはｎ型電流ブロック層２
６を形成する。

このとき、活性層１４は（１１０’を面で切断された形
状となる。また、ｎ型電流ブロック層２６は活性層１４
の両側に形成され、メサ上に形成されることはない。

続いて、第２図（Ｃ）に示すように、三角形頂部のｐ型
りラッド第−層１５とｎ型電流ブロック層２６の上に、
ｐ型りラッド第二層７およびｐ型キャップ層８を成長さ
せる。

このようにして、活性層１４の上下にｐ−１−ｎダブル
・ペテロ構造が形成され、その一方で、ｎ型電流ブロッ
ク層２６の部分には上下にｐ−ｎ−ｐ−ｉｎ構造が形成
される。この構造により、活性領域に電流を集中させる
ことができる。また、活性層１４が成長中に自動的に切
断されて埋給込まれるたｔ、ｖ造工程中に大気に触れる
ことがなく、欠陥や損傷の生じる可能性を減らすことが
できる。また、活性層１４の周囲を低屈折率にてきるの
で、光閉じ込めも良好にてきる。

ＭＯＶＰＥ法による埋め込み成長の条件としては、例え
ば 圧力　　　１００　Ｔｏｒｒ 総流量　　１０　β／ｍｉｎ 基板温度　７２０〜７５０℃ ＶＺｍ比　　５〜３０ 成長速度　　０．１　μｍ／ｍｉｎ程度とする。

また、メサストライプ１１の寸法および各層の組成、膜
厚としては、例えば、 メサストライプ１１の深さ　　　　ｄ＝１，６μｍメサ
ストライプ１１の上端の幅　　Ｗ＝４．０μｍｎ型バッ
’７ｙ層１２　　　ＧａＡｓ　　　　　　、　０．１　
ｔｔｒｎｎ型クラッド層１３　　　Ａｌｏ、　４Ｓｃａ
Ｏ，５ｓＡｓ、１．３μｍ活性層１４　　　　　　　Ｇ
ａＡｓ　　　　　　、　０．１　μｍｐ型クラりド第−
層１５ Ａｌｏ　４ｓＧａｏ、５５ＡＳ、　１．３　μｍｎ型電
流ブロック層２６ Ａｌｏ、４５Ｇａｏ、　５５ＡＳ、　０．３　ｊＬｒｎ
ｐ型クラッドり二層７ ＡＬｏ’　ａｓＧａｏ、５ｓＡｓ、　１．０　μｍｐ型
キャップ層３　　　ＧａＡｓ　　　　　　、０．５　μ
ｍとする。

最後に、ドライ・エツチング法によりストライブに垂直
な端面を形成してレーザ端面とし、ｐ型キャップ層８の
上および基板１の裏面に電極を設ける。

第４図および第５図は〔００１〕方向のメサストライプ
に複数の層を成長させたときのＳＥＭ像であり、第４図
は断面写真、第５図は斜め上から見た写真である。この
例は、成長状況を見やすくするため、埋め込み層として
ＡＬＧａＡｓとＧａＡｓとを交互に成長させている。ま
た、第４図の断面は（０１１）面であり、メサストライ
プを形成した基板はＡＬ組成の異なる四つの層を含む。

これらの写真に示したように、＜００１＞方向のメサス
トライプ上に（１１０）面を成長停止面として層構造を
形成し、さらにこれを埋め込めば、平滑な埋め込み成長
が行われることがわかる。

第６図は本発吠第二実施例埋め込み型半導体レーザの断
面図である。

この実施例は、電流ブロック層を全面に成長させ、２ｎ
拡散によりメサ上部をｐ型に反転させたことが第一実施
例と異なる。

この素子を製造するには、（１００）ｎ型ＧａＡｓ基板
１上に＜００１＞方向メサストライプ１１を形成する。

次に、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型バッファ層１２．２２
、ｎ型クラッド層１３．２３、活性層１４．２４、ｐ型
りラッド第−層１５．２５、ｎ型電流ブロック層２７お
よびｐ型キャップ層８を成長させる。このとき各成長層
の厚さを適当に選んでおき、（１１０）面で囲まれた三
角形内部に活性層１４を切断して形成する。また、ｎ型
電流ブロック層２７については、メサ構造が完全に埋め
込まれた後も続けて成長させる。キャップ層８を成長さ
せた後、Ｚｎを拡散させて、メサ構造の上のｎ型電流ブ
ロック層２７内にｐ型圧転領域１７を形成する。

これにより、（，１１０）面で囲まれた三角形内部の活
性層１４の上下に、ｐ−１−ｎダブル゛ヘテロ構造が形
成される。他の部分には、ｎ−ｐ−１−ｎ構造が形成さ
れる。この構造により、活性領域に集中的に電流を流す
ことができる。最後に、トライ・エツチング法によりス
トライプに垂直な端面を形成してレーザ端面とし、ｐ型
キャップ層８の上および基板１の裏面に電極を設ける。

第７図は本発明第三実施例埋め込み型単導体レーザの断
面図である。

この実施例は、メサ構造内にガイド層を備え、このガイ
ド層に回折格子が設けられたことが第一実施例と異なる
。

この素子を製造するには、（１００）ｎ型ＧａＡｓ基板
１上にｎ型バッファ層３１およびガイド層３２を成長さ
せ、ガイド層３２上に［００１：］方向または［：０１
０：］方向に平行な回折格子を形成する。続いて、この
回折格子と直交する方向、すなわち〔０１０〕方向また
は口００１〕・方向に、メサストライプ１１を形成する
。この後に、Ｍ　ＯＶ　Ｐ　Ｅ法を用いて、ｎ型クラッ
ド層１３．２３、活性層１４．２４、ｐ型りラッド第−
層１５．２５、ｎ型電流ブロック層２６、ｐ型りラッド
第二層７およびｐ型キャップ層８を順に成長させる。こ
のとき、第一実施例と同様に、メサストライプ１１の幅
と深さおよび各成長層の厚さを適当に選ぶことにより、
（１１０）面で囲まれた三角形内部に活性層を切断して
形成し、なおかつ、メサ側面だけにｎ型電流ブロック層
２６を形成できる。

これにより、（１１０）面で囲まれた三角形内部の活性
層の上下に、ｐ−１−ｎダブル・ペテロ構造が形成され
る。他の部分には、ｐ−ｎ−ｐ−１−ｎ構造が形成され
る。この構造により、活性領域に電流を集中的に流すこ
とができる。最後に、ｐ型キャップ層８の上および基板
１の裏面に電極を設けることにより、分布帰還形の埋め
込み型半導体レーザが得られる。

第８図および第９図は結晶の面方位を示す図である。市
販の半導体ウェハは、結晶の導電型および面方位を表す
ために、円状のウェハの特定の端が削られている。（１
００）ｎ型ＧａＡｓウェハの場合には、ウェハの中心部
から〔ＯＴ丁〕方向の端部と、［０１１）方向の端部と
がそれぞれ削られている。これらをそれぞれＯＦ、　Ｉ
Ｆで表す。上述の実施例でメサストライプが形成される
〔００１〕方向は、ウェハの中心から口Ｆに至る直線と
、同じく中心からＩＦに至る直線との双方に対して４５
°の角度をもつ方向である。また、〔０１０〕方向は、
〔００１〕方向と直交する方向である。

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明の埋め込み型半導体レーザ
は、成長停止面として（１１０）面を用いることにより
、埋め込み成長を平滑に行うことができ、素子の作成が
容品とする効果がある。

また、活性層の切断と周囲の埋め込みを大気に曝すこと
なく行うことができ、欠陥や損傷の生じる可能性を削減
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第三実施例埋島込み型半導体レーザの導
波方向に直交する面の断面図。 第２図は製造方法を示す図。 第３図は＜０１１＞方向のメサストライプに埋め込み成
長を行ったときの結晶構造を示す写真。 第４図は＜００１＞方向のメサストライプに複数の層を
成長させたときの結晶構造を示す写真。 第５図は同じ結晶構造を斜め上から見た写真。 第６図は本発明第三実施例埋め込み型半導体レーザの断
面図。 第７図は本発明第三実施例埋め込み型半導体レーザの断
面図。 第８図および第９図は結晶の面方位を示す図。 １・・・基板、７・・・ｐ型りラッド第二層、訃・・ｐ
型キャップ層、１１・・・メサストライプ、１２．２２
．３１・・・ｎ型バッファ層、１３．２３・・・ｎ型ク
ラッド層、１４．２４・・・活性層、１５．２５・・・
ｐ型りラッド第−層、１７・・・ｐ型反転領域、２６．
２７・・・ｎ型電流ブロック層、３２・・・ガイド層。 亮−実胞停ｊ 兇　１　図 兜 兜 配 竿 、２・・、ノ 図 〈−Ｗ−〉 （ａ） （ｂ） （Ｃ） 亮 図 兇二実胞イ列 亮　６　図 兇三夷胞イ列 亮　７　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（１００）ＧａＡｓ基板上に活性層を含むメサ構造
   を形成する第一工程と、 このメサ構造を埋め込む第二工程と を含む埋め込み型半導体レーザの製造方法において、 前記第一工程は、 〈００１〉方向のメサストライプを形成する工程と、 このメサストライプ上に活性層を含む層構造を｛１１０
   ｝面を成長停止面として成長させる工程と を含み、 前記第二工程は、前記成長させる工程において前記メサ
   構造の側部に成長した層に続けて埋め込み層を成長させ
   る工程を含む ことを特徴とする埋め込み型半導体レーザの製造方法。 ２、（１００）ＧａＡｓ基板上に活性層を含んで形成さ
   れたストライプ状のメサ構造と、このメサ構造を埋め込
   む埋め込み層と を備えた埋め込み型半導体レーザにおいて、前記メサ構
   造の長さ方向は〈００１〉方向であり、 このメサ構造の上部には側面が｛１１０｝面で囲まれた
   断面形状が実質的に三角形の層構造を備え、 この層構造内に前記活性層が形成された ことを特徴とする埋め込み型半導体レーザ。