JPH0563293A - ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents
ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子およびその製造方法Info
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- JPH0563293A JPH0563293A JP22062691A JP22062691A JPH0563293A JP H0563293 A JPH0563293 A JP H0563293A JP 22062691 A JP22062691 A JP 22062691A JP 22062691 A JP22062691 A JP 22062691A JP H0563293 A JPH0563293 A JP H0563293A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 AlGaInP系の可視光半導体レーザ素子におい
て，屈折率導波構造および電流狭窄構造を１回の結晶成
長工程で形成すると共に，素子特性を安定させ，信頼性
を向上させる。 【構成】 段差を有するp型の基板100上に，AlGaInP混
晶系からなる，p型の第１クラッド層102，活性層103，n
型の第２クラッド層104，およびn型のコンタクト層105
を含む積層構造が形成されている。基板100と第１クラ
ッド層102との間には，クラッド層102より禁制帯幅の小
さいp型の中間層101が形成されている。MBE法で結晶成
長を行う際には，基板100の主面に対して斜め方向から
分子線を照射する。それゆえ，中間層101の層厚は，基
板100の主面部ではキャリアのド・ブロイ波長より薄
く，基板100の段差部ではキャリアのド・ブロイ波長よ
り厚い。
て，屈折率導波構造および電流狭窄構造を１回の結晶成
長工程で形成すると共に，素子特性を安定させ，信頼性
を向上させる。 【構成】 段差を有するp型の基板100上に，AlGaInP混
晶系からなる，p型の第１クラッド層102，活性層103，n
型の第２クラッド層104，およびn型のコンタクト層105
を含む積層構造が形成されている。基板100と第１クラ
ッド層102との間には，クラッド層102より禁制帯幅の小
さいp型の中間層101が形成されている。MBE法で結晶成
長を行う際には，基板100の主面に対して斜め方向から
分子線を照射する。それゆえ，中間層101の層厚は，基
板100の主面部ではキャリアのド・ブロイ波長より薄
く，基板100の段差部ではキャリアのド・ブロイ波長よ
り厚い。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はAlGaInP系の可視光半導
体レーザ素子に関する。
体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年，半導体レーザ素子は，情報記録再
生装置の光源をはじめとして，光通信や光計測制御など
の分野において，幅広く利用されている。特に，GaAs基
板に格子整合する(AlyGa1-y)xIn1-xP(x〜0.5，0≦y≦1)
混晶を用いた半導体レーザ素子は，600nm帯の可視光が
得られるので注目されている。このような短波長の可視
光は，例えば，光ディスクやビデオディスクなどの情報
記録再生装置の光源として用いた場合に，光スポットを
小さく絞ることができるので，高密度記録が可能になる
という利点がある。
生装置の光源をはじめとして，光通信や光計測制御など
の分野において，幅広く利用されている。特に，GaAs基
板に格子整合する(AlyGa1-y)xIn1-xP(x〜0.5，0≦y≦1)
混晶を用いた半導体レーザ素子は，600nm帯の可視光が
得られるので注目されている。このような短波長の可視
光は，例えば，光ディスクやビデオディスクなどの情報
記録再生装置の光源として用いた場合に，光スポットを
小さく絞ることができるので，高密度記録が可能になる
という利点がある。
【０００３】これまで，AlGaInP系の半導体レーザ素子
としては，様々な構造のものが提案されている。例え
ば，図５に従来のAlGaInP系半導体レーザ素子の一例を
示す（石川他，日本学術振興会光電相互変換第125委員
会第121回研究会資料(1987)，第35〜40頁を参照）。こ
の図に示す半導体レーザ素子は，SBR(Selectively Buri
edRidge Waveguide)構造と呼ばれ，有機金属気相成長法
(MOCVD法)を用いた３回の結晶成長工程により，以下の
ようにして作製される。
としては，様々な構造のものが提案されている。例え
ば，図５に従来のAlGaInP系半導体レーザ素子の一例を
示す（石川他，日本学術振興会光電相互変換第125委員
会第121回研究会資料(1987)，第35〜40頁を参照）。こ
の図に示す半導体レーザ素子は，SBR(Selectively Buri
edRidge Waveguide)構造と呼ばれ，有機金属気相成長法
(MOCVD法)を用いた３回の結晶成長工程により，以下の
ようにして作製される。
【０００４】まず，第１回目の結晶成長工程として，n-
GaAs基板500上に，減圧MOCVD法を用いて，n-AlGaInP第
１クラッド層502，GaInP活性層503，p-AlGaInP第２クラ
ッド層504，およびp-GaAsキャップ層505を順次成長させ
る。次いで，適当なエッチング技術を用いて，第２クラ
ッド層504に達するメサ状ストライプを形成する。引き
続いて，第２回目の結晶成長工程として，このメサ上部
を除く部分に，n-GaAs電流狭窄層506を選択的に成長さ
せる。さらに，第３回目の結晶成長工程として，メサ上
部を含む全面に，p-GaAsコンタクト層507を成長させ
る。最後に，基板500の裏面にはn側電極（図示せず）を
形成し，コンタクト層507の表面にはp側電極（図示せ
ず）を形成することにより，図５に示すような半導体レ
ーザ素子が得られる。この構造では，電流狭窄層506
が，活性層503への電流注入領域をpnp構造により限定す
ると共に，光吸収層としても機能するので，光導波路が
形成される。
GaAs基板500上に，減圧MOCVD法を用いて，n-AlGaInP第
１クラッド層502，GaInP活性層503，p-AlGaInP第２クラ
ッド層504，およびp-GaAsキャップ層505を順次成長させ
る。次いで，適当なエッチング技術を用いて，第２クラ
ッド層504に達するメサ状ストライプを形成する。引き
続いて，第２回目の結晶成長工程として，このメサ上部
を除く部分に，n-GaAs電流狭窄層506を選択的に成長さ
せる。さらに，第３回目の結晶成長工程として，メサ上
部を含む全面に，p-GaAsコンタクト層507を成長させ
る。最後に，基板500の裏面にはn側電極（図示せず）を
形成し，コンタクト層507の表面にはp側電極（図示せ
ず）を形成することにより，図５に示すような半導体レ
ーザ素子が得られる。この構造では，電流狭窄層506
が，活性層503への電流注入領域をpnp構造により限定す
ると共に，光吸収層としても機能するので，光導波路が
形成される。
【０００５】また，図６に他の従来例であるAlGaInP系
半導体レーザ素子を示す（板谷他，電子情報通信学会技
術研究報告OQE89-44(1989)，第49〜54頁）。この図に示
す半導体レーザ素子は，HBB(Hetero Barrier Blocking)
構造と呼ばれ，MOCVD法を用いた２回の結晶成長工程に
より，以下のようにして作製される。
半導体レーザ素子を示す（板谷他，電子情報通信学会技
術研究報告OQE89-44(1989)，第49〜54頁）。この図に示
す半導体レーザ素子は，HBB(Hetero Barrier Blocking)
構造と呼ばれ，MOCVD法を用いた２回の結晶成長工程に
より，以下のようにして作製される。
【０００６】まず，第１回目の結晶成長工程として，n-
GaAs基板500上に，減圧MOCVD法を用いて，n-AlGaInP第
１クラッド層602，GaInP活性層603，p-AlGaInP第２クラ
ッド層604，およびp-GaInP中間層605を順次成長させ
る。次いで，適当なエッチング技術を用いて，第２クラ
ッド層604に達するストライプ状メサを形成する。続い
て，第２回目の結晶成長工程として，このメサ領域を含
む全面に，p-GaAsコンタクト層606を成長させる。な
お，中間層605は第２クラッド層604とコンタクト層606
との中間の禁制帯幅を有する。最後に，基板600の裏面
にはn側電極（図示せず）を形成し，コンタクト層607の
表面にはp側電極（図示せず）を形成することにより，
図６に示すような半導体レーザ素子が得られる。
GaAs基板500上に，減圧MOCVD法を用いて，n-AlGaInP第
１クラッド層602，GaInP活性層603，p-AlGaInP第２クラ
ッド層604，およびp-GaInP中間層605を順次成長させ
る。次いで，適当なエッチング技術を用いて，第２クラ
ッド層604に達するストライプ状メサを形成する。続い
て，第２回目の結晶成長工程として，このメサ領域を含
む全面に，p-GaAsコンタクト層606を成長させる。な
お，中間層605は第２クラッド層604とコンタクト層606
との中間の禁制帯幅を有する。最後に，基板600の裏面
にはn側電極（図示せず）を形成し，コンタクト層607の
表面にはp側電極（図示せず）を形成することにより，
図６に示すような半導体レーザ素子が得られる。
【０００７】この構造における光導波機構は，上記のSB
R構造と同様に，コンタクト層606による光吸収を利用し
ている。他方，電流狭窄機構としては，第２クラッド層
604とコンタクト層606との間における価電子帯側のバン
ド構造の不連続性を利用している。つまり，第２クラッ
ド層604とコンタクト層606との間のヘテロ接合界面に
は，価電子帯側のバンド構造の不連続性に起因した大き
いスパイクが現れる。このスパイクは正孔に対する障壁
として作用し，この界面で大きな電圧降下が生じる。こ
れに対し，中間層605が介在するストライプ領域では，
上記のスパイクが第２クラッド層604と中間層605との間
の界面，および中間層605とコンタクト層606との間の界
面に分割されるので，正孔に対する実効的な障壁を低減
することができ，ストライプ領域と，それ以外の部分と
で電圧降下に大きな差を形成することができる。つま
り，素子の両電極間に電圧を与えた場合，ストライプ領
域のみに電流を注入できるので，電流狭窄機構が形成さ
れる。ただし，スパイクの高さを上記２つの界面に分割
するには，中間層605の層厚は充分に厚くなければなら
ない。この層厚は，中間層605のキャリア濃度にも依存
するが，キャリア（ここでは正孔）のド・ブロイ波長よ
り厚いことが不可欠である。
R構造と同様に，コンタクト層606による光吸収を利用し
ている。他方，電流狭窄機構としては，第２クラッド層
604とコンタクト層606との間における価電子帯側のバン
ド構造の不連続性を利用している。つまり，第２クラッ
ド層604とコンタクト層606との間のヘテロ接合界面に
は，価電子帯側のバンド構造の不連続性に起因した大き
いスパイクが現れる。このスパイクは正孔に対する障壁
として作用し，この界面で大きな電圧降下が生じる。こ
れに対し，中間層605が介在するストライプ領域では，
上記のスパイクが第２クラッド層604と中間層605との間
の界面，および中間層605とコンタクト層606との間の界
面に分割されるので，正孔に対する実効的な障壁を低減
することができ，ストライプ領域と，それ以外の部分と
で電圧降下に大きな差を形成することができる。つま
り，素子の両電極間に電圧を与えた場合，ストライプ領
域のみに電流を注入できるので，電流狭窄機構が形成さ
れる。ただし，スパイクの高さを上記２つの界面に分割
するには，中間層605の層厚は充分に厚くなければなら
ない。この層厚は，中間層605のキャリア濃度にも依存
するが，キャリア（ここでは正孔）のド・ブロイ波長よ
り厚いことが不可欠である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】まず，図５に示すSBR
構造では，３回の結晶成長工程が不可欠であり，しか
も，第２回目の結晶成長工程においては，メサ上部に電
流狭窄層506が成長しないように選択成長技術を用いる
必要がある。選択成長を行うには，基板温度を制御した
り，原料ガスの構成比を調整しなければならない。それ
ゆえ，結晶成長工程が複雑となり，歩留りの低下や製造
コストの上昇を招く。
構造では，３回の結晶成長工程が不可欠であり，しか
も，第２回目の結晶成長工程においては，メサ上部に電
流狭窄層506が成長しないように選択成長技術を用いる
必要がある。選択成長を行うには，基板温度を制御した
り，原料ガスの構成比を調整しなければならない。それ
ゆえ，結晶成長工程が複雑となり，歩留りの低下や製造
コストの上昇を招く。
【０００９】また，図６に示すHBB構造では，結晶成長
工程は２回で済むが，電流注入経路には再成長界面が含
まれるので，この部分における結晶性の低下により素子
特性が劣化し，かつ信頼性が低下する。
工程は２回で済むが，電流注入経路には再成長界面が含
まれるので，この部分における結晶性の低下により素子
特性が劣化し，かつ信頼性が低下する。
【００１０】さらに，いずれの構造であっても，AlGaIn
P層，GaInP層，GaAs層などの２層以上からなる積層構造
にストライプ状メサを形成する必要があるので，エッチ
ング技術の適用が不可欠である。このようなエッチング
工程においては，横モードの安定化に重要な意味を持つ
第２クラッド層の残厚を制御するのが困難であり，ウエ
ハ内でバラツキが生じるので，歩留りが低下する。
P層，GaInP層，GaAs層などの２層以上からなる積層構造
にストライプ状メサを形成する必要があるので，エッチ
ング技術の適用が不可欠である。このようなエッチング
工程においては，横モードの安定化に重要な意味を持つ
第２クラッド層の残厚を制御するのが困難であり，ウエ
ハ内でバラツキが生じるので，歩留りが低下する。
【００１１】このような問題点を解決するために，液相
エピタキシャル法(LPE法)を用いた１回の結晶成長工程
で作製し得るようなAlGaAs系半導体レーザ素子が提案さ
れている（T.Sugino et al., IEEE J. Quantum Electro
n., vol.QE-17, pp.745-750,May 1981）。この半導体レ
ーザ素子は，TS(Terraced Substrate)構造と呼ばれ，以
下のようにして作製される。
エピタキシャル法(LPE法)を用いた１回の結晶成長工程
で作製し得るようなAlGaAs系半導体レーザ素子が提案さ
れている（T.Sugino et al., IEEE J. Quantum Electro
n., vol.QE-17, pp.745-750,May 1981）。この半導体レ
ーザ素子は，TS(Terraced Substrate)構造と呼ばれ，以
下のようにして作製される。
【００１２】まず，n-GaAs基板700に，段差（テラス）
を設ける。次いで，LPE法を用いて，段差を有する基板7
00上に，n-AlyGa1-yAs第１クラッド層702，n-AlxGa1-xA
s活性層703，p-AlyGa1-yAs第２クラッド層704，およびn
-GaAsストップ層705を順次成長させる。ただし，Al混晶
比は関係式y>xを満足する。このとき，クラッド層702お
よび704より屈折率の高い活性層703の層厚は平坦な主面
部より段差部の方が厚くなる。また，主面部では，活性
層703が基板700の近くに形成されているので，基板700
による光吸収が生じる。それゆえ，段差部における活性
層703の部分は光導波層として機能する。さらに，この
光導波層に電流を有効に閉じ込めるために，段差側面部
に位置合せした不純物拡散領域706を設ける。不純物拡
散領域706はストップ層705の表面から第２クラッド層70
4に達する深さで形成されている。最後に，基板700の裏
面にはn側電極（図示せず）を形成し，ストップ層705の
表面にはp側電極（図示せず）を形成することにより，
図７に示すような半導体レーザ素子が得られる。
を設ける。次いで，LPE法を用いて，段差を有する基板7
00上に，n-AlyGa1-yAs第１クラッド層702，n-AlxGa1-xA
s活性層703，p-AlyGa1-yAs第２クラッド層704，およびn
-GaAsストップ層705を順次成長させる。ただし，Al混晶
比は関係式y>xを満足する。このとき，クラッド層702お
よび704より屈折率の高い活性層703の層厚は平坦な主面
部より段差部の方が厚くなる。また，主面部では，活性
層703が基板700の近くに形成されているので，基板700
による光吸収が生じる。それゆえ，段差部における活性
層703の部分は光導波層として機能する。さらに，この
光導波層に電流を有効に閉じ込めるために，段差側面部
に位置合せした不純物拡散領域706を設ける。不純物拡
散領域706はストップ層705の表面から第２クラッド層70
4に達する深さで形成されている。最後に，基板700の裏
面にはn側電極（図示せず）を形成し，ストップ層705の
表面にはp側電極（図示せず）を形成することにより，
図７に示すような半導体レーザ素子が得られる。
【００１３】図７に示す構造は，１回の結晶成長工程で
作製できるものの，段差側面部に位置合せした不純物拡
散領域706を設ける必要がある。それゆえ，製造工程が
煩雑になり，生産性および歩留りが低下する。しかも，
AlGaInP系半導体レーザ素子に適用した場合には，LPE法
を用いてAlGaInP系混晶を成長させることは偏析係数の
関係から困難である。
作製できるものの，段差側面部に位置合せした不純物拡
散領域706を設ける必要がある。それゆえ，製造工程が
煩雑になり，生産性および歩留りが低下する。しかも，
AlGaInP系半導体レーザ素子に適用した場合には，LPE法
を用いてAlGaInP系混晶を成長させることは偏析係数の
関係から困難である。
【００１４】本発明は，上記従来の問題点を解決するも
のであり，その目的とするところは，１回の結晶成長工
程で屈折率導波構造および電流狭窄構造を形成し得る構
造を有するので，界面における結晶性の劣化などの懸念
がなく，安定な素子特性と，高い信頼性を有するAlGaIn
P系の可視光半導体レーザ素子を提供することにある。
本発明の他の目的は，MBE法を用いた１回の結晶成長工
程で屈折率導波構造および電流狭窄構造を形成し，AlGa
InP系の可視光半導体レーザ素子を高い生産性で歩留り
よく製造する方法を提供することにある。
のであり，その目的とするところは，１回の結晶成長工
程で屈折率導波構造および電流狭窄構造を形成し得る構
造を有するので，界面における結晶性の劣化などの懸念
がなく，安定な素子特性と，高い信頼性を有するAlGaIn
P系の可視光半導体レーザ素子を提供することにある。
本発明の他の目的は，MBE法を用いた１回の結晶成長工
程で屈折率導波構造および電流狭窄構造を形成し，AlGa
InP系の可視光半導体レーザ素子を高い生産性で歩留り
よく製造する方法を提供することにある。
【００１５】
【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，段差を有する第１導電型のGaAs基板上に，AlGaIn
P混晶系からなる第１導電型の第１クラッド層，活性
層，第２導電型の第２クラッド層，および第２導電型の
GaAsコンタクト層を含む積層構造が形成されたAlGaInP
系半導体レーザ素子であって，第１導電型がp型の場合
にはp-GaAs基板とp-AlGaInP第１クラッド層との間に第
１クラッド層より禁制帯幅の小さいｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
中間層が設けられ，第１導電型がｎ型の場合にはp-AlGa
InP第２クラッド層とp-GaAsコンタクト層との間に第２
クラッド層より禁制帯幅の小さいp-AlGaInP中間層が設
けられ，その層厚が，基板の主面部ではキャリアのド・
ブロイ波長より薄く，基板の段差部ではキャリアのド・
ブロイ波長より厚く，そのことにより上記目的が達成さ
れる。
子は，段差を有する第１導電型のGaAs基板上に，AlGaIn
P混晶系からなる第１導電型の第１クラッド層，活性
層，第２導電型の第２クラッド層，および第２導電型の
GaAsコンタクト層を含む積層構造が形成されたAlGaInP
系半導体レーザ素子であって，第１導電型がp型の場合
にはp-GaAs基板とp-AlGaInP第１クラッド層との間に第
１クラッド層より禁制帯幅の小さいｐ−ＡｌＧａＩｎＰ
中間層が設けられ，第１導電型がｎ型の場合にはp-AlGa
InP第２クラッド層とp-GaAsコンタクト層との間に第２
クラッド層より禁制帯幅の小さいp-AlGaInP中間層が設
けられ，その層厚が，基板の主面部ではキャリアのド・
ブロイ波長より薄く，基板の段差部ではキャリアのド・
ブロイ波長より厚く，そのことにより上記目的が達成さ
れる。
【００１６】なお，本発明で用いられるAlGaInP混晶系
とは，GaAs基板に格子整合する(AlyGa1-y)xIn1-xP(x〜
0.5，0≦y≦1)混晶を意味し，その混晶比xおよびyは，
適宜選択される。例えば，x=0.5，y=0であれば，Ga0.5I
n0.5P混晶を表す。
とは，GaAs基板に格子整合する(AlyGa1-y)xIn1-xP(x〜
0.5，0≦y≦1)混晶を意味し，その混晶比xおよびyは，
適宜選択される。例えば，x=0.5，y=0であれば，Ga0.5I
n0.5P混晶を表す。
【００１７】また，本発明の製造方法は，段差を有する
第１導電型のGaAs基板上に，AlGaInP混晶系からなる第
１導電型の第１クラッド層，活性層，第２導電型の第２
クラッド層，および第２導電型のGaAsコンタクト層を含
む積層構造を形成する工程を包含するAlGaInP系半導体
レーザ素子の製造方法であって，第１導電型がp型の場
合には基板上に第１クラッド層より禁制帯幅の小さいp-
AlGaInP中間層を設けた後，その上に第１クラッド層が
形成され，第１導電型がn型の場合には第２クラッド層
上に第２クラッド層より禁制帯幅の小さい中間層を設け
た後，その上にコンタクト層が形成され，この中間層を
含む積層構造が，MBE法を用いて，基板の主面に対して
斜め方向から分子線を照射することにより形成され，そ
のことにより上記目的が達成される。
第１導電型のGaAs基板上に，AlGaInP混晶系からなる第
１導電型の第１クラッド層，活性層，第２導電型の第２
クラッド層，および第２導電型のGaAsコンタクト層を含
む積層構造を形成する工程を包含するAlGaInP系半導体
レーザ素子の製造方法であって，第１導電型がp型の場
合には基板上に第１クラッド層より禁制帯幅の小さいp-
AlGaInP中間層を設けた後，その上に第１クラッド層が
形成され，第１導電型がn型の場合には第２クラッド層
上に第２クラッド層より禁制帯幅の小さい中間層を設け
た後，その上にコンタクト層が形成され，この中間層を
含む積層構造が，MBE法を用いて，基板の主面に対して
斜め方向から分子線を照射することにより形成され，そ
のことにより上記目的が達成される。
【００１８】段差を有する基板上にMBE法を用いて結晶
成長を行った場合，平坦な主面部と段差部とでは成長層
の層厚が異なる。その層厚の比は，基板に対する分子線
の入射角度を調節することにより，制御できる。例え
ば，図３に示すように，基板300に平坦な主面部310に対
して角度φをなす段差を設け，このような基板300に対
して角度θの斜め方向から分子線を照射した場合，成長
層301の層厚は平坦な主面部310と段差部とでは異なり，
平坦な主面部310での層厚dと，段差部での層厚d0とは，
段差部の角度φと分子線の入射角度θの関数となる。そ
れゆえ，基板に設けられた段差部と平坦な主面部とにお
ける成長層の層厚は分子線の入射方向により制御し得
る。
成長を行った場合，平坦な主面部と段差部とでは成長層
の層厚が異なる。その層厚の比は，基板に対する分子線
の入射角度を調節することにより，制御できる。例え
ば，図３に示すように，基板300に平坦な主面部310に対
して角度φをなす段差を設け，このような基板300に対
して角度θの斜め方向から分子線を照射した場合，成長
層301の層厚は平坦な主面部310と段差部とでは異なり，
平坦な主面部310での層厚dと，段差部での層厚d0とは，
段差部の角度φと分子線の入射角度θの関数となる。そ
れゆえ，基板に設けられた段差部と平坦な主面部とにお
ける成長層の層厚は分子線の入射方向により制御し得
る。
【００１９】このような成長は，例えば図４に示すよう
な概念に基づくMBE装置を用いて行われる。以下に，そ
の手順を簡単に説明する。
な概念に基づくMBE装置を用いて行われる。以下に，そ
の手順を簡単に説明する。
【００２０】まず，基板ホルダ401に固定された基板400
の主面に対して角度θをなす斜め方向に，分子線源とし
て原料404を入れたるつぼ403を配置する。そして，装置
内を超高真空下に維持した状態で，基板加熱用ヒータ40
2により，基板400を所定温度に加熱する。さらに，原料
加熱用ヒータ405により，るつぼ403を所定温度に加熱す
る。真空中に噴出させる原料の分子線の量は，るつぼ40
3の温度を変えることにより制御できるので，実際に噴
出している分子線の量を測定して，その結果をルツボ40
3の温度制御装置にフィードバックすれば，分子線の噴
出量を精密に制御することができる。なお，分子線の照
射および遮断は，るつぼ403の前に配置されたシャッタ4
06の開閉により行われる。このようにして，基板400に
対して角度θをなす斜め方向から原料404の分子線を照
射して，各半導体層を順次成長させる。
の主面に対して角度θをなす斜め方向に，分子線源とし
て原料404を入れたるつぼ403を配置する。そして，装置
内を超高真空下に維持した状態で，基板加熱用ヒータ40
2により，基板400を所定温度に加熱する。さらに，原料
加熱用ヒータ405により，るつぼ403を所定温度に加熱す
る。真空中に噴出させる原料の分子線の量は，るつぼ40
3の温度を変えることにより制御できるので，実際に噴
出している分子線の量を測定して，その結果をルツボ40
3の温度制御装置にフィードバックすれば，分子線の噴
出量を精密に制御することができる。なお，分子線の照
射および遮断は，るつぼ403の前に配置されたシャッタ4
06の開閉により行われる。このようにして，基板400に
対して角度θをなす斜め方向から原料404の分子線を照
射して，各半導体層を順次成長させる。
【００２１】
【作用】本発明のAlGaInP系半導体レーザ素子では，第
１導電型がp型の場合にはGaAs基板と第１クラッド層と
の間に第１クラッド層より禁制帯幅の小さいp-AlGaInP
中間層が設けられ，第１導電型がn型の場合にはGaAsコ
ンタクト層と第２クラッド層との間に第２クラッド層よ
り禁制帯幅の小さいp-AlGaInP中間層が設けられてい
る。しかも，その層厚は，基板の主面部ではキャリアの
ド・ブロイ波長より薄く，基板の段差部ではキャリアの
ド・ブロイ波長より厚い。それゆえ，基板の主面部で
は，p-AlGaInP中間層によるp-GaAs基板またはp-GaAsコ
ンタクト層と，p-AlGaInP第１クラッド層またはp-AlGaI
nP第２クラッド層との間のバンド不連続に基づく価電子
帯障壁の緩和は生じず，ヘテロバリア効果により電流注
入が阻止される。その結果，電流は段差部のみを流れ，
電流狭窄構造が実現される。また，活性層の層厚も中間
層と同様に，主面部では薄く，段差部では厚くなる。し
たがって，従来のTS構造と同様に，段差部の厚い活性層
部分が光導波路として機能する。
１導電型がp型の場合にはGaAs基板と第１クラッド層と
の間に第１クラッド層より禁制帯幅の小さいp-AlGaInP
中間層が設けられ，第１導電型がn型の場合にはGaAsコ
ンタクト層と第２クラッド層との間に第２クラッド層よ
り禁制帯幅の小さいp-AlGaInP中間層が設けられてい
る。しかも，その層厚は，基板の主面部ではキャリアの
ド・ブロイ波長より薄く，基板の段差部ではキャリアの
ド・ブロイ波長より厚い。それゆえ，基板の主面部で
は，p-AlGaInP中間層によるp-GaAs基板またはp-GaAsコ
ンタクト層と，p-AlGaInP第１クラッド層またはp-AlGaI
nP第２クラッド層との間のバンド不連続に基づく価電子
帯障壁の緩和は生じず，ヘテロバリア効果により電流注
入が阻止される。その結果，電流は段差部のみを流れ，
電流狭窄構造が実現される。また，活性層の層厚も中間
層と同様に，主面部では薄く，段差部では厚くなる。し
たがって，従来のTS構造と同様に，段差部の厚い活性層
部分が光導波路として機能する。
【００２２】本発明の製造方法では，MBE法を用いて基
板に対して斜め方向から分子線を照射することにより，
基板の主面部ではキャリアのド・ブロイ波長より薄く，
基板の段差部ではキャリアのド・ブロイ波長より厚いよ
うな中間層および活性層を成長させるので，１回の結晶
成長工程で屈折率導波構造および電流狭窄構造が形成で
きる。それゆえ，従来のTS構造では必要とされる不純物
拡散領域を設ける工程などが不要であり，生産性および
歩留りが大幅に向上する。
板に対して斜め方向から分子線を照射することにより，
基板の主面部ではキャリアのド・ブロイ波長より薄く，
基板の段差部ではキャリアのド・ブロイ波長より厚いよ
うな中間層および活性層を成長させるので，１回の結晶
成長工程で屈折率導波構造および電流狭窄構造が形成で
きる。それゆえ，従来のTS構造では必要とされる不純物
拡散領域を設ける工程などが不要であり，生産性および
歩留りが大幅に向上する。
【００２３】
【実施例】以下に，本発明の実施例について説明する。
【００２４】（実施例１）本実施例では，p-GaAs基板を
用いて，p-GaAs基板とp-AlGaInP第１クラッド層との間
に，p-AlGaInP中間層を設けたAlGaInP系半導体レーザ素
子について説明する。
用いて，p-GaAs基板とp-AlGaInP第１クラッド層との間
に，p-AlGaInP中間層を設けたAlGaInP系半導体レーザ素
子について説明する。
【００２５】図１に本実施例のAlGaInP系半導体レーザ
素子の概略的な断面構造を示す。この半導体レーザ素子
は以下のようにして作製される。
素子の概略的な断面構造を示す。この半導体レーザ素子
は以下のようにして作製される。
【００２６】まず，Znドープp-GaAs基板100（不純物濃
度2x1019cm-3）に，ホトリソグラフィ法とウェットエッ
チング技術とを用いて，段差を設ける。次いで，MBE法
を用いて，Beドープp-Ga0.5In0.5P中間層101（不純物濃
度2x1018cm-3），Beドープp-(Al0.8Ga0.2)0.5In0.5P第
１クラッド層102（不純物濃度1x1018cm-3），ノンドー
プGa0.5In0.5P活性層103，Siドープn-(Al0.8Ga0.2)0.5I
n0.5P第２クラッド層104（不純物濃度1x1018cm-3），お
よびSiドープn-GaAsコンタクト層105（不純物濃度2x10
18cm-3）を順次成長させる。この際，分子線の入射方向
が基板100に設けた段差部に対して垂直になるように，
基板100および分子線源（原料るつぼ）の位置を設定す
る。このような結晶成長工程により，中間層101の層厚
は，段差肩部では25nm，平坦な主面部では８nmとなる。
また，活性層103の層厚は，段差肩部では70nm，平坦な
主面部では23nmとなる。段差肩部においては，中間層10
1の層厚がキャリアのド・ブロイ波長より厚いので，キ
ャリア注入に対する障壁としては機能しないのに対し
て，平坦な主面部においては，中間層101の層厚がキャ
リアのド・ブロイ波長より薄いので，キャリア注入に対
する障壁となり，電流狭窄構造として機能する。他方，
平坦な主面部と段差肩部とにおける活性層103の層厚
差，および光吸収層として働く基板100までの距離の差
により，従来のTS構造と同様の屈折率導波構造が形成さ
れる。
度2x1019cm-3）に，ホトリソグラフィ法とウェットエッ
チング技術とを用いて，段差を設ける。次いで，MBE法
を用いて，Beドープp-Ga0.5In0.5P中間層101（不純物濃
度2x1018cm-3），Beドープp-(Al0.8Ga0.2)0.5In0.5P第
１クラッド層102（不純物濃度1x1018cm-3），ノンドー
プGa0.5In0.5P活性層103，Siドープn-(Al0.8Ga0.2)0.5I
n0.5P第２クラッド層104（不純物濃度1x1018cm-3），お
よびSiドープn-GaAsコンタクト層105（不純物濃度2x10
18cm-3）を順次成長させる。この際，分子線の入射方向
が基板100に設けた段差部に対して垂直になるように，
基板100および分子線源（原料るつぼ）の位置を設定す
る。このような結晶成長工程により，中間層101の層厚
は，段差肩部では25nm，平坦な主面部では８nmとなる。
また，活性層103の層厚は，段差肩部では70nm，平坦な
主面部では23nmとなる。段差肩部においては，中間層10
1の層厚がキャリアのド・ブロイ波長より厚いので，キ
ャリア注入に対する障壁としては機能しないのに対し
て，平坦な主面部においては，中間層101の層厚がキャ
リアのド・ブロイ波長より薄いので，キャリア注入に対
する障壁となり，電流狭窄構造として機能する。他方，
平坦な主面部と段差肩部とにおける活性層103の層厚
差，および光吸収層として働く基板100までの距離の差
により，従来のTS構造と同様の屈折率導波構造が形成さ
れる。
【００２７】最後に，基板100の裏面にはp側電極（図示
せず）を形成し，コンタクト層105の表面にはn側電極
（図示せず）を形成することにより，図１に示すような
半導体レーザ素子が得られる。
せず）を形成し，コンタクト層105の表面にはn側電極
（図示せず）を形成することにより，図１に示すような
半導体レーザ素子が得られる。
【００２８】（実施例２）本実施例では，n-GaAs基板を
用いて，p-AlGaInP第１クラッド層とp-GaAsコンタクト
層の間に，p-AlGaInP中間層を設けたAlGaInP系半導体レ
ーザ素子について説明する。
用いて，p-AlGaInP第１クラッド層とp-GaAsコンタクト
層の間に，p-AlGaInP中間層を設けたAlGaInP系半導体レ
ーザ素子について説明する。
【００２９】図２に本実施例のAlGaInP系半導体レーザ
素子の概略的な断面構造を示す。この半導体レーザ素子
は以下のようにして作製される。
素子の概略的な断面構造を示す。この半導体レーザ素子
は以下のようにして作製される。
【００３０】まず，Siドープn-GaAs基板200（不純物濃
度2x1018cm-3）に，実施例１と同様に，ホトリソグラフ
ィ法とウェットエッチング技術とを用いて段差を設け
る。次いで，MBE法を用いて，Siドープn-Al0.5In0.5P第
１クラッド層202（不純物濃度1x1018cm-3），ノンドー
プ(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P活性層203，Beドープp-Al0.5I
n0.5P第２クラッド層204（不純物濃度8x1017cm-3），Be
ドープp-Ga0.5In0.5P中間層201，およびBeドープp-GaAs
コンタクト層205（不純物濃度2x1018cm-3）を順次成長
させる。この際，分子線の入射方向が基板200に設けた
段差部に対して垂直になるように，基板200および分子
線源（原料るつぼ）の位置を設定する。このような結晶
成長工程により，中間層201の層厚は，段差肩部では28n
m，平坦な主面部では9nmとなる。また，活性層203の層
厚は，段差肩部では75nm，平坦な主面部では25nmとな
る。段差肩部においては，中間層201の層厚がキャリア
のド・ブロイ波長より厚いので，キャリア注入に対する
障壁としては機能しないのに対して，平坦な主面部にお
いては，中間層201の層厚がキャリアのド・ブロイ波長
より薄いので，キャリア注入に対する障壁となり，電流
狭窄構造として機能する。他方，平坦な主面部と段差肩
部とにおける活性層203の層厚差，および光吸収層とし
て働く基板200までの距離の差により，従来のTS構造と
同様の屈折率導波構造が形成される。
度2x1018cm-3）に，実施例１と同様に，ホトリソグラフ
ィ法とウェットエッチング技術とを用いて段差を設け
る。次いで，MBE法を用いて，Siドープn-Al0.5In0.5P第
１クラッド層202（不純物濃度1x1018cm-3），ノンドー
プ(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P活性層203，Beドープp-Al0.5I
n0.5P第２クラッド層204（不純物濃度8x1017cm-3），Be
ドープp-Ga0.5In0.5P中間層201，およびBeドープp-GaAs
コンタクト層205（不純物濃度2x1018cm-3）を順次成長
させる。この際，分子線の入射方向が基板200に設けた
段差部に対して垂直になるように，基板200および分子
線源（原料るつぼ）の位置を設定する。このような結晶
成長工程により，中間層201の層厚は，段差肩部では28n
m，平坦な主面部では9nmとなる。また，活性層203の層
厚は，段差肩部では75nm，平坦な主面部では25nmとな
る。段差肩部においては，中間層201の層厚がキャリア
のド・ブロイ波長より厚いので，キャリア注入に対する
障壁としては機能しないのに対して，平坦な主面部にお
いては，中間層201の層厚がキャリアのド・ブロイ波長
より薄いので，キャリア注入に対する障壁となり，電流
狭窄構造として機能する。他方，平坦な主面部と段差肩
部とにおける活性層203の層厚差，および光吸収層とし
て働く基板200までの距離の差により，従来のTS構造と
同様の屈折率導波構造が形成される。
【００３１】最後に，基板200の裏面にはp側電極（図示
せず）を形成し，コンタクト層205の表面にはn側電極
（図示せず）を形成することにより，図２に示すような
半導体レーザ素子が得られる。
せず）を形成し，コンタクト層205の表面にはn側電極
（図示せず）を形成することにより，図２に示すような
半導体レーザ素子が得られる。
【００３２】なお，上記実施例では，いずれもダブルヘ
テロ構造の半導体レーザ素子について説明したが，活性
層近傍の構造は量子井戸構造や光ガイド層を含む構造で
あってもよい。また，基板と積層構造との間にバッファ
層を設けることにより，積層構造を構成する半導体層の
結晶性を向上させることができる。
テロ構造の半導体レーザ素子について説明したが，活性
層近傍の構造は量子井戸構造や光ガイド層を含む構造で
あってもよい。また，基板と積層構造との間にバッファ
層を設けることにより，積層構造を構成する半導体層の
結晶性を向上させることができる。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば，安定な素子特性を有
し，信頼性が向上したAlGaInP系の可視光半導体レーザ
素子が得られる。このような半導体レーザ素子は，光ス
ポットを小さく絞ることができ，高密度記録を可能にす
るので，例えば，光ディスクおよびビデオディスクなど
の情報記録再生装置の光源として非常に有用である。ま
た，本発明の製造方法によれば，１回の結晶成長工程に
より，AlGaInP系の可視光半導体レーザ素子の屈折率導
波構造および電流狭窄構造を形成し得るので，生産性お
よび歩留りが向上し，性能の優れた半導体レーザ素子を
低価格で供給することができる。
し，信頼性が向上したAlGaInP系の可視光半導体レーザ
素子が得られる。このような半導体レーザ素子は，光ス
ポットを小さく絞ることができ，高密度記録を可能にす
るので，例えば，光ディスクおよびビデオディスクなど
の情報記録再生装置の光源として非常に有用である。ま
た，本発明の製造方法によれば，１回の結晶成長工程に
より，AlGaInP系の可視光半導体レーザ素子の屈折率導
波構造および電流狭窄構造を形成し得るので，生産性お
よび歩留りが向上し，性能の優れた半導体レーザ素子を
低価格で供給することができる。
【図１】本発明の一実施例であるAlGaInP系半導体レー
ザ素子の概略構造を示す断面図である。
ザ素子の概略構造を示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施例であるAlGaInP系半導体レ
ーザ素子の概略構造を示す断面図である。
ーザ素子の概略構造を示す断面図である。
【図３】本発明の製造方法において，段差を有する基板
に斜め方向から分子線を照射して半導体層を成長させる
結晶成長工程を示す概念図である。
に斜め方向から分子線を照射して半導体層を成長させる
結晶成長工程を示す概念図である。
【図４】本発明の製造方法に用いられるMBE装置の一例
における基板と分子線源（原料るつぼ）との配置を示す
概念図である。
における基板と分子線源（原料るつぼ）との配置を示す
概念図である。
【図５】従来のAlGaInP系半導体レーザ素子の概略構造
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図６】従来の他のAlGaInP系半導体レーザ素子の概略
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図７】従来のAlGaAs系半導体レーザ素子の概略構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
100，200，300，400，500，600，700 基板 101，201，605 中間層 102，202，502，602，702 第１クラッド層 103，203，503，603，703 活性層 104，204，504，604，704 第２クラッド層 105，205，507，606， コンタクト層 310 主面部 311 段差部 505 キャップ層 506 電流狭窄層 705 ストップ層 706 不純物拡散領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅 康夫 大阪市阿倍野区長池町22番22号 シヤープ 株式会社内 (72)発明者 谷 健太郎 大阪市阿倍野区長池町22番22号 シヤープ 株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 段差を有する第１導電型のGaAs基板上
に，AlGaInP混晶系からなる第１導電型の第１クラッド
層，活性層，第２導電型の第２クラッド層，および第２
導電型のGaAsコンタクト層を含む積層構造が形成された
AlGaInP系半導体レーザ素子であって，第１導電型がp型
の場合にはp-GaAs基板とp-AlGaInP第１クラッド層との
間に第１クラッド層より禁制帯幅の小さいp-AlGaInP中
間層が設けられ，第１導電型がn型の場合にはp-AlGaInP
第２クラッド層とp-GaAsコンタクト層との間に第２クラ
ッド層より禁制帯幅の小さいp-AlGaInP中間層が設けら
れ，その層厚が，基板の主面部ではキャリアのド・ブロ
イ波長より薄く，基板の段差部ではキャリアのド・ブロ
イ波長より厚い，AlGaInP系半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 段差を有する第１導電型のGaAs基板上
に，AlGaInP混晶系からなる第１導電型の第１クラッド
層，活性層，第２導電型の第２クラッド層，および第２
導電型のGaAsコンタクト層を含む積層構造を形成する工
程を包含するAlGaInP系半導体レーザ素子の製造方法で
あって，第１導電型がp型の場合には基板上に第１クラ
ッド層より禁制帯幅の小さいp-AlGaInP中間層を設けた
後，その上に第１クラッド層が形成され，第１導電型が
n型の場合には第２クラッド層上に第２クラッド層より
禁制帯幅の小さい中間層を設けた後，その上にコンタク
ト層が形成され，この中間層を含む積層構造が，分子線
エピタキシャル成長法(MBE法)を用いて，基板の主面に
対して斜め方向から分子線を照射することにより形成さ
れる，AlGaInP系半導体レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22062691A JPH0563293A (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22062691A JPH0563293A (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0563293A true JPH0563293A (ja) | 1993-03-12 |
Family
ID=16753926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22062691A Withdrawn JPH0563293A (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0563293A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996012328A1 (fr) * | 1994-10-18 | 1996-04-25 | Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. | Laser a semi-conducteur |
| WO1996020522A1 (fr) * | 1994-12-28 | 1996-07-04 | Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. | Element de laser a semi-conducteur |
| KR100272791B1 (ko) * | 1996-05-22 | 2000-12-01 | 고타니 고이치 | 반도체발광소자 |
-
1991
- 1991-08-30 JP JP22062691A patent/JPH0563293A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996012328A1 (fr) * | 1994-10-18 | 1996-04-25 | Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. | Laser a semi-conducteur |
| US6118799A (en) * | 1994-10-18 | 2000-09-12 | Mitsui Chemicals, Inc. | Semiconductor laser device |
| WO1996020522A1 (fr) * | 1994-12-28 | 1996-07-04 | Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. | Element de laser a semi-conducteur |
| KR100272791B1 (ko) * | 1996-05-22 | 2000-12-01 | 고타니 고이치 | 반도체발광소자 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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