JPH06164053A - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ素子及びその製造方法

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JPH06164053A
JPH06164053A JP31371992A JP31371992A JPH06164053A JP H06164053 A JPH06164053 A JP H06164053A JP 31371992 A JP31371992 A JP 31371992A JP 31371992 A JP31371992 A JP 31371992A JP H06164053 A JPH06164053 A JP H06164053A
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JP
Japan
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layer
ridge portion
cladding layer
cladding
thickness
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JP31371992A
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English (en)
Inventor
Yasuyuki Bessho
靖之 別所
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造を複雑化することなく、ウエハごとのク
ラッド層の厚みのバラツキを減少させた半導体レーザ素
子及びその製造方法を提供すること。 【構成】 基板1上にn-Al0.45Ga0.55Asの第1クラッド
層2,Al0.14Ga0.86Asの活性層3,p-Al0.45Ga0.55Asの
第2クラッド層4がこの順に積層され、第2クラッド層
4は中央部にストライプ状のリッジ部4aを有し、非リ
ッジ部4bの厚みが 0.2μmである。この非リッジ部4
b上に、第3クラッド層であるp-Al0.45Ga0.55Asの追加
クラッド層6を 0.2μmの厚みで成長させ、さらにその
上にn-GaAsの電流ブロック層7を成長させる。これによ
り、第2クラッド層4が有するリッジ部4aは、追加ク
ラッド層6及び電流ブロック層7で埋め込まれた構造と
なっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば光ディスクシス
テム用光源に用いられる半導体レーザ素子及びその製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図6は、従来のリッジ導波路型半導体レ
ーザの構造を示す模式的断面図であり、図7〜図9は、
その製造段階における模式的断面図である。図6におい
て、図中1はn-GaAsの基板であり、基板1上にはn-Alx
Ga1-x Asの第1クラッド層2,Aly Ga1-y Asの活性層
3,p-Alx Ga1-x Asの第2クラッド層4がこの順に積層
されている。第2クラッド層4は中央部にストライプ状
のリッジ部4aを有し、非リッジ部4bの厚みは 0.4μ
mである。このリッジ部4a上にp-GaAsのキャップ層5
が積層され、リッジ部4aを囲む様態にて第2クラッド
層4上にn-GaAsの電流ブロック層7が形成され、リッジ
部4a及び電流ブロック層7上にはp-GaAsのコンタクト
層8が積層されている。
【0003】このような半導体レーザ素子を製造する場
合には、まず、図7に示すように、n-GaAsの基板1上に
MOCVD(Metalorganic Chemical Vapor Depositio
n:有機金属気相成長)法を用いて、n-Alx Ga1-x Asの
第1クラッド層2,Aly Ga1-yAsの活性層3,p-Alx Ga
1-x Asの第2クラッド層4を形成する半導体層41,p-Ga
Asのキャップ層5をこの順に積層形成する。次に、図8
に示すように、所定幅のSiO2 層9をp-GaAsのキャップ
層5の中央部上に形成し、この SiO2 層9をマスクとし
て、p-GaAsのキャップ層5及び半導体層41の下部の残り
厚dまでエッチングを施して除去し、中央をリッジ型に
残存させ、非リッジ部4bの厚みがdであるように形成
する。
【0004】次に、図9に示すように、MOCVD法を
用いてn-GaAsの電流ブロック層7を積層形成した後、 S
iO2 層9を除去する。次いで、MOCVD法を用いて図
6に示すように、電流ブロック層7及びp-GaAsのキャッ
プ層5上にコンタクト層8を積層する。かかるMOCV
D法では、大面積にわたって均一にエピタキシャル成長
が行われ、再現性が良好となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような構造の半導
体レーザ素子において、第2クラッド層の非リッジ部の
厚みdはその特性を大きく変化させる。しかしながら、
上述した製造工程において、第2クラッド層4に施すエ
ッチングの深さを制御することが困難であるので、エッ
チングの都度、第2クラッド層4の非リッジ部4bを所
定の厚みにすることが難しく、ウエハごとに、第2クラ
ッド層の非リッジ部4bの厚みにバラツキが生じるとい
う問題があった。
【0006】これを解決するために、第2クラッド層中
の所定の深さに第2クラッド層とAl組成比が異なるエッ
チングストップ層を挿入積層し、リッジ型を形成する際
に選択的にエッチングをエッチングストップ層の深さで
停止させることにより、第2クラッド層の非リッジ部の
厚みdを制御する方法が考えられている(S.Nakatsukaet
al : Jpn. J. Appl. Phys. 25 (1986) L498 )。ま
た、第2クラッド層中に第2クラッド層とAl組成比が異
なるエッチングシグナル層を挿入積層し、リッジ型を形
成する際のエッチング工程にて、エッチングシグナル層
の存在により第2クラッド層のエッチングレートを求
め、第2クラッド層の非リッジ部の厚みdを制御する方
法が考えられている(岡田 他:1991年,秋季応用物理
学会予稿集,9a-ZM-3 )。
【0007】このような半導体レーザ素子の製造方法に
より、ウエハごとの第2クラッド層の非リッジ部の厚み
のバラツキを減少させることができる。しかしながら、
これらの方法では、非リッジ部の厚み制御をエッチング
により行なっているためにその精度には限界がある。ま
た、これらの方法で製造された半導体レーザ素子の構造
は複雑になっており、その信頼性が低下するという問題
があった。
【0008】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、非リッジ部上に第3クラッド層を結晶成長さ
せて厚み制御することにより、構造を複雑化することな
く、製造ごとの前記厚みのバラツキが減少される半導体
レーザ素子及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体レー
ザ素子は、半導体基板上に第1クラッド層と活性層とリ
ッジ部を有する第2クラッド層とをこの順に備え、該リ
ッジ部を囲んで積層された電流ブロック層を備える半導
体レーザ素子において、前記第2クラッド層の非リッジ
部と前記電流ブロック層との間に第3クラッド層を備
え、前記第1,第2及び第3クラッド層は、発振波長に
応じたエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギ
ーを有し、前記活性層よりも小さな屈折率を有している
ことを特徴とする。
【0010】本発明に係る半導体レーザの製造方法は、
半導体基板上に第1クラッド層と活性層とリッジ部を有
する第2クラッド層とをこの順に備え、該リッジ部を囲
んで積層された電流ブロック層を備える半導体レーザ素
子の製造方法において、前記活性層上に前記第2クラッ
ド層を形成する半導体層を積層する工程と、該半導体層
にその厚みに達しない深さまでのエッチングを施し、リ
ッジ部と非リッジ部とを形成する工程と、該非リッジ部
上に第3クラッド層を、前記非リッジ部と第3クラッド
層との総厚みが所定値となるように形成する工程と、前
記第3クラッド層上に前記電流ブロック層を形成する工
程とを有し、前記第1,第2及び第3クラッド層は、発
振波長に応じたエネルギーよりも大きなバンドギャップ
エネルギーを有し、前記活性層よりも小さい屈折率を有
することを特徴とする。
【0011】
【作用】本発明の半導体レーザ素子及びその製造方法で
は、第2クラッド層を形成する半導体層にリッジ部及び
非リッジ部を形成するように、半導体層の厚みに達しな
い深さまでエッチングを施して、前記非リッジ部上に第
3クラッド層を成長させ、その上に電流ブロック層を積
層して、第3クラッド層と電流ブロック層とで前記リッ
ジ部を埋め込んだ構造とする。このとき、発振波長に応
じたエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギ
ー、及び活性層よりも小さな屈折率を有する第2クラッ
ド層の非リッジ部と第3クラッド層との総厚みが所定値
となるように、第3クラッド層を成長させることによ
り、前記厚みがウエハごとに均一に製造される。
【0012】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
き具体的に説明する。図1は、本実施例のリッジ導波路
型半導体レーザの構造を示す模式的断面図であり、図2
〜図4は、その製造段階における模式的断面図である。
例えば活性層上に非リッジ部の厚みdが 0.4μmのクラ
ッド層を有する本実施例の半導体レーザを製造する場合
には、まず、図2に示すように、n-GaAsの基板1上にM
OCVD法を用いて、厚み 1.5μmのn-Al0.45Ga0.55As
の第1クラッド層2, 厚み0.07μmのAl0.14Ga0.86Asの
活性層3, 厚み 1.2μmのp-Al0.45Ga0.55Asの第2クラ
ッド層4を形成する半導体層41及び厚み 0.2μmのp-Ga
Asのキャップ層5を、この順に連続成長させて積層形成
する。次に、図3に示すように、5μm幅を有するスト
ライプ状の SiO2 層9をキャップ層5の中央部上に形成
する。この SiO2層9をマスクとして、 H2 SO4 : H 2 O
2 : H 2 O=1:8:8によりキャップ層5及び半導
体層41にエッチングを施して、キャップ層5の全部及び
第2クラッド層4の下部の残り厚Dまで除去し、中央に
ストライプ状のリッジ部4aを残存させる。厚みDで残
存させた部分が第2クラッド層の非リッジ部4bとな
る。このとき厚みDの値は、前記所定値よりも小さい0
<D<0.4 μmであれば良い。このエッチング工程後、
例えばSEM(走査型電子顕微鏡)により、上述の製造
過程における素子の前記厚みDを、素子断面から測定す
る。なお、本実施例では前記厚みDの測定値が 0.2μm
である場合について以下に説明する。
【0013】次に、図4に示すように、MOCVD法を
用いて、第2クラッド層4の非リッジ部4bの上に、第
2クラッド層4と同組成の前記第3クラッド層であるp-
Al0. 45Ga0.55 As の追加クラッド層6を 0.2μm成長さ
せる。そして、図5に示すように、追加クラッド層6の
上にn-GaAsの電流ブロック層7をキャップ層5の表面と
面一になるように積層形成した後、 SiO2 層9を除去す
る。次いで、MOCVD法を用いて、図1に示すよう
に、電流ブロック層7及びキャップ層5上にp-GaAsのコ
ンタクト層8を 1.0μmの厚みに積層する。薄膜形成法
による膜厚の制御は、エッチングによる制御よりも高精
度であり、このように、MOCVD法により追加クラッ
ド層6を高精度の厚み制御で形成できるので、第2クラ
ッド層4の非リッジ部4bと追加クラッド層6との総厚
みは、製造の都度均一となる。
【0014】以上の如く形成された半導体レーザ素子
は、基板1上にn-Al0.45Ga0.55Asの第1クラッド層2,
Al0.14Ga0.86Asの活性層3,p-Al0.45Ga0.55Asの第2ク
ラッド層4がこの順に積層されており、第2クラッド層
4は中央部にストライプ状のリッジ部4aを有し、その
非リッジ部4bの厚みは 0.2μmである。そして非リッ
ジ部4b上に第2クラッド層4と同組成の追加クラッド
層6が 0.2μmの厚みで形成され、非リッジ部4bと追
加クラッド層6との総厚みdが 0.4μmとなる。この上
にn-GaAsの電流ブロック層7が形成されて、このリッジ
部4aは追加クラッド層6及び電流ブロック層7で埋め
込まれた構造となっている。
【0015】なお、本実施例では追加クラッド層6とし
て第2クラッド層4と同一組成比のp型のAl0.45Ga0.55
As を用いたが、第1,第2クラッド層2,4と同様に
光とキャリアとの閉じ込めが十分行えるように、発振波
長のエネルギーに比べて大きなバンドギャップエネルギ
ーを有し、且つ、活性層に比べて屈折率が小くなる範囲
の組成比のものを用いても良く、さらには、n型のAl
0.45Ga0.55 As のように第2クラッド層4と逆導電型の
ものを用いても良い。なお、このような追加クラッド層
を用いる場合は、前記厚みDの設定は適宜変更すること
が望ましい。また、本実施例は AlGaAs/GaAs系の半導体
レーザについて説明したが、これに限るものではなく、
InGaAlP/InGaP 系等の半導体レーザにも本発明を適用で
きる。
【0016】
【発明の効果】以上のように、本発明においては、第2
クラッド層を形成する半導体層に、リッジ部と非リッジ
部とを形成するようにエッチングを施した後に、第3ク
ラッド層を形成するので、前記非リッジ部と第3クラッ
ド層との総厚みを容易に且つ高精度に所定値とすること
ができる。従って、半導体レーザ素子の構造を複雑化す
ることなく、製造ごとの前記総厚みのバラツキが減少さ
れる等、本発明は優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のリッジ導波路型半導体レーザの構造を
示す模式的断面図である。
【図2】本発明のリッジ導波路型半導体レーザの製造段
階における模式的断面図である。
【図3】本発明のリッジ導波路型半導体レーザの製造段
階における模式的断面図である。
【図4】本発明のリッジ導波路型半導体レーザの製造段
階における模式的断面図である。
【図5】本発明のリッジ導波路型半導体レーザの製造段
階における模式的断面図である。
【図6】従来のリッジ導波路型半導体レーザの構造を示
す模式的断面図である。
【図7】従来のリッジ導波路型半導体レーザの製造段階
における模式的断面図である。
【図8】従来のリッジ導波路型半導体レーザの製造段階
における模式的断面図である。
【図9】従来のリッジ導波路型半導体レーザの製造段階
における模式的断面図である。
【符号の説明】
1 基板 2 第1クラッド層 3 活性層 4 第2クラッド層 4a リッジ部 4b 非リッジ部 6 追加クラッド層 7 電流ブロック層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に第1クラッド層と活性層
    とリッジ部を有する第2クラッド層とをこの順に備え、
    該リッジ部を囲んで積層された電流ブロック層を備える
    半導体レーザ素子において、 前記第2クラッド層の非リッジ部と前記電流ブロック層
    との間に第3クラッド層を備え、前記第1,第2及び第
    3クラッド層は、発振波長に応じたエネルギーよりも大
    きなバンドギャップエネルギーを有し、前記活性層より
    も小さな屈折率を有していることを特徴とする半導体レ
    ーザ素子。
  2. 【請求項2】 半導体基板上に第1クラッド層と活性層
    とリッジ部を有する第2クラッド層とをこの順に備え、
    該リッジ部を囲んで積層された電流ブロック層を備える
    半導体レーザ素子の製造方法において、 前記活性層上に前記第2クラッド層を形成する半導体層
    を積層する工程と、該半導体層にその厚みに達しない深
    さまでのエッチングを施し、リッジ部と非リッジ部とを
    形成する工程と、該非リッジ部上に第3クラッド層を、
    前記非リッジ部と第3クラッド層との総厚みが所定値と
    なるように形成する工程と、前記第3クラッド層上に前
    記電流ブロック層を形成する工程とを有し、前記第1,
    第2及び第3クラッド層は、発振波長に応じたエネルギ
    ーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有し、前記
    活性層よりも小さい屈折率を有することを特徴とする半
    導体レーザ素子の製造方法。
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