JPH07115242A - 半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 広く、かつ、浅いメサ構造であっても低容量
化を実現した半導体レーザ素子およびその製造方法を得
ることを目的とする。 【構成】 従来のメサ型半導体レーザ素子に比べてメサ
幅は約８μｍであり、メサ高さは約３μｍの広く浅いメ
サとなっている。また、メサの側面の表面から約３μｍ
に渡ってプロトン注入による絶縁領域７が設けられてい
る。 【効果】 逆バイアス層によって形成された電流狭窄部
を有するメサの側面に絶縁領域を設けることにより、メ
サ幅の拡幅に伴う寄生容量の増加を抑制することができ
るので、メサ幅が広く、メサの頂上部における電極の形
成が容易な半導体レーザ素子を得ることができる。

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素子および
その製造方法に関し、特に高速動作可能な半導体レーザ
素子およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１９に従来のメサ型半導体レーザ素子
の断面図を示す。図１９においてｎ型ＩｎＰ基板１の上
にｎ型ＩｎＰクラッド層２がメサ型に形成され、その頂
上部にはＩｎＧａＡｓＰ活性層３が形成されている。活
性層３の上にはｐ型ＩｎＰクラッド層４０が形成されて
いる。メサ型のｎ型ＩｎＰクラッド層２およびその頂上
部に積層された活性層３およびクラッド層４０を覆うよ
うにｐ型ＩｎＰ層５が形成され、その上にｎ型ＩｎＰ層
６が形成されて全体としてメサ型構造となっている。該
メサの頂上部にｐ型ＩｎＰコンタクト層４１が形成さ
れ、これらメサの側面部全体および頂上部のコンタクト
層４１の一部を覆うように絶縁膜８が形成され、絶縁膜
８の全面およびコンタクト層４１の露出部分を覆うよう
にｐ側電極９が形成され、ｎ型ＩｎＰ基板１の下面には
ｎ側電極１０が形成されている。

【０００３】次に図１９を参照しつつ動作について説明
する。ｐ側電極９に正電圧を、ｎ側電極１０に負電圧を
印加すると、電流はｐ型ＩｎＰコンタクト層４１からｐ
型ＩｎＰクラッド層４０を通って、ＩｎＧａＡｓＰ活性
層３およびｎ型ＩｎＰクラッド層２を経てｎ型ＩｎＰ基
板１に流れる。この電流は、ｐ型ＩｎＰコンタクト層４
１およびｎ型ＩｎＰ層６およびｐ型ＩｎＰ層５およびｎ
型ＩｎＰクラッド層２によって形成されるｐｎｐｎ逆バ
イアス接合によって電流狭窄されることになる。

【０００４】ＩｎＧａＡｓＰ活性層３にはｐｎ接合が形
成されているので、ここにｐ型ＩｎＰクラッド層４０お
よびｎ型ＩｎＰクラッド層２からホールおよび電子が各
々流入し、電流を発振閾値以上に増加させることでレー
ザ発振が生じる。

【０００５】半導体レーザ素子の高速化のためには周波
数帯域ｆ_c を広くすることが必要であり、周波数帯域ｆ
_c を広くするには半導体レーザ素子の容量を低く抑える
ことが要求される。それは、周波数帯域ｆ_c と容量との
間に、ｆ_c ＝１／（２πＣＲ）の関係があることから明
かである。ここで、Ｃは容量値を、Ｒは抵抗値を表す。

【０００６】例えば、伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓの高速
半導体レーザ素子を得るためには、目標とする周波数帯
域は１６ＧＨｚである。ここで抵抗値が２５Ωとするな
らば、上述の式より、１６ＧＨｚ＝１／（２・π・Ｃ・
２５）となるので、Ｃ＝０．４ｐＦとなる。よって、半
導体レーザ素子の容量は０．４ｐＦ以下にする必要があ
る。この中で約０．２ｐＦはｐｎ接合部分の容量なの
で、寄生容量を０．２ｐＦ以下に抑える必要がある。そ
のために、図１９に示されるようなｐｎｐｎ逆バイアス
接合による電流狭窄構造の半導体レーザ素子の場合は、
メサ幅が約２μｍ、メサ高さが約６μｍの挟メサを形成
する必要がある。

【０００７】次に図１９で説明した従来のメサ型半導体
レーザ素子の製造方法を図２０〜図２７を参照しつつ説
明する。図２０〜図２７は製造工程を順に示した断面図
である。

【０００８】まず、図２０に示す工程において、ｎ型Ｉ
ｎＰ基板１の上にｎ型ＩｎＰクラッド層２およびＩｎＧ
ａＡｓＰ活性層３およびｐ型ＩｎＰクラッド層４０を、
順次エピタキシャル成長法により形成する。

【０００９】次に図２１に示す工程において、ｐ型Ｉｎ
Ｐクラッド層４０の所定位置に、所望の幅を有する絶縁
膜１１を例えばＳｉＯ₂ などで形成し、絶縁膜１１をエ
ッチングマスクとしてエッチングを行い、活性層３の幅
が約１．３μｍで、以下は徐々に広がって裾がｎ型Ｉｎ
Ｐクラッド層２の途中にあるようなリッジを形成する。

【００１０】次に図２２に示す工程において、絶縁膜１
１をそのまま選択成長マスクとし、リッジ側面を埋める
ようにｐ型ＩｎＰ層５を成長させ、続いてｎ型ＩｎＰ層
６を成長させる。

【００１１】次に図２３に示す工程において、絶縁膜１
１を除去した後、ｐ型ＩｎＰコンタクト層４１を成長さ
せる。

【００１２】次に図２４に示す工程において、通常の写
真製版（リソグラフィー）とエッチングにより頂上部の
幅約２μｍ、深さ約６μｍの挟メサを形成する。

【００１３】次に図２５に示す工程において、該挟メサ
を被覆するようにＳｉＮあるいはＳｉＯ₂ 等により絶縁
膜８を形成する。

【００１４】次に図２６に示す工程において、フォトレ
ジスト１３を絶縁膜８で被覆された挟メサを埋め込むよ
うに塗布し、通常の写真製版により挟メサ頂上部に２μ
ｍよりも幅の狭いストライプ状のパターニングを行った
後、この部分をエッチングによって除去することでスト
ライプ状の開口部が形成される。

【００１５】最後に図２７に示す工程において、フォト
レジスト１３を除去した後、挟メサ表面全域を被覆する
ようにｐ側電極９を形成し、ｎ型ＩｎＰ基板１の下面側
にｎ側電極１０を形成してメサ型半導体レーザ素子が完
成する。以上が低容量化を達成するための従来の技術に
よるメサ型半導体レーザ素子の製造方法である。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体レーザ素
子は以上のように構成されているので、製造工程におい
て、幅約２μｍの挟メサの頂上部にさらに幅の狭いスト
ライプ状の開口部を設ける必要があった。しかしなが
ら、そのためにはパターニングの位置合わせに不可能に
近いほどの精度が要求されるため、実際にはメサ幅を２
μｍまで狭くすることができず、幅４μｍ程度のメサに
よって半導体レーザ素子を形成していた。この場合、半
導体レーザ素子の寄生容量は２ｐＦ以上となり目標値に
比べて１０倍も大きな値となり、半導体レーザ素子の低
容量化を達成することができないという問題があった。

【００１７】本発明は以上のような問題点を解消するた
めになされたもので、広く、かつ、浅いメサ構造であっ
ても低容量化を実現した半導体レーザ素子およびその製
造方法を得ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体レー
ザ素子の第１の態様は、逆バイアス層によって通電可能
な領域を制限する構造の電流狭窄部を有し、頂上部に電
極を設けたメサ型の半導体レーザ素子において、前記メ
サの側面に所定のイオンを注入して絶縁領域を設けたこ
とを特徴とする。

【００１９】本発明に係る半導体レーザ素子の第２の態
様は、半絶縁層によって通電可能な領域を制限する構造
の電流狭窄部を有し、頂上部に電極を設けたメサ型の半
導体レーザ素子において、前記メサの側面に所定のイオ
ンを注入して絶縁領域を設けたことを特徴とする。

【００２０】本発明に係る半導体レーザ素子の第３の態
様は、前記メサの頂上部の電極に接する部分には前記絶
縁領域が形成されていないことを特徴とする。

【００２１】本発明に係る半導体レーザ素子の第４の態
様は、前記電極が前記メサの頂上部および前記絶縁領域
が形成されたメサの側面に直接接して形成されたことを
特徴とする。

【００２２】本発明に係る半導体レーザ素子の第５の態
様は、前記所定のイオンがプロトンであることを特徴と
する。

【００２３】本発明に係る半導体レーザ素子の第６の態
様は、前記所定のイオンがホウ素であることを特徴とす
る。

【００２４】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法
の第１の態様は、半導体基板の上に、電流狭窄部を逆バ
イアス層によって形成する工程と、マスク層を用いて前
記電流狭窄部を含む構成をメサ型に形成する工程と、前
記メサの側面および頂上部に電極を形成する工程とを含
む半導体レーザ素子の製造方法において、前記メサの側
面および頂上部に電極を形成する工程の前に、前記メサ
の側面に所定のイオンを注入して絶縁領域を形成する工
程を有することを特徴とする。

【００２５】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法
の第２の態様は、半導体基板の上に、電流狭窄部を半絶
縁層によって形成する工程と、マスク層を用いて前記電
流狭窄部を含む構成をメサ型に形成する工程と、前記メ
サの側面および頂上部に電極を形成する工程とを含む半
導体レーザ素子の製造方法において、前記半導体基板表
面および前記メサの頂上部に電極を形成する工程の前
に、前記メサの側面に所定のイオンを注入して絶縁領域
を形成する工程を有することを特徴とする。

【００２６】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法
の第３の態様は、前記絶縁領域を形成する工程が、前記
マスク層を転用して前記メサの頂上部を保護し、一定の
角度でイオンを注入することにより、前記メサの頂上部
の電極に接する部分に前記絶縁領域が形成されることを
防止する工程を含むことを特徴とする。

【００２７】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法
の第４の態様は、前記メサの側面および前記メサの頂上
部に電極を形成する工程が、前記絶縁領域が形成された
メサの側面および、前記絶縁領域が形成されていないメ
サの頂上部に直接接して前記電極を形成する工程を含む
ことを特徴とする。

【００２８】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法
の第５の態様は、前記所定のイオンを注入して絶縁領域
を形成する工程が、プロトンを注入する工程を含んでい
る。

【００２９】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法
の第６の態様は、前記所定のイオンを注入して絶縁領域
を形成する工程が、ホウ素を注入する工程を含んでい
る。

【００３０】

【作用】本発明に係る半導体レーザ素子の第１の態様に
よれば、逆バイアス層によって形成された電流狭窄部を
有し、頂上部に電極を設けたメサの側面に所定のイオン
を注入して絶縁領域を設けることにより、メサ幅の拡幅
に伴う寄生容量の増加を抑制することができる。

【００３１】本発明に係る半導体レーザ素子の第２の態
様によれば、半絶縁層によって形成された電流狭窄部を
有し、頂上部に電極を設けたメサの側面に所定のイオン
を注入して絶縁領域を設けることにより、メサ幅の拡幅
に伴う寄生容量の増加をより一層抑制することができ
る。

【００３２】本発明に係る半導体レーザ素子の第３の態
様によれば、メサの頂上部の電極に接する部分には絶縁
領域が形成されていないので、メサの頂上部と電極との
接触面積が広くなる。

【００３３】本発明に係る半導体レーザ素子の第４の態
様によれば、電極がメサの頂上部および絶縁領域が形成
されたメサの側面に直接接して形成されるため、電極が
段差を有さず、段差に起因する電極の断切れが発生しな
い。また、電極構造が単純化される。

【００３４】本発明に係る半導体レーザ素子の第５の態
様によれば、絶縁領域の形成にプロトンを用いること
で、注入エネルギーが低くても他のイオンを用いる場合
に比べて深い位置に注入を行うことができる。

【００３５】本発明に係る半導体レーザ素子の第６の態
様によれば、絶縁領域の形成にホウ素を用いることで、
熱的に安定な絶縁層を得ることができる。

【００３６】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法
の第１の態様によれば、逆バイアス層による電流狭窄部
を有したメサの形成後に、該メサの側面に所定のイオン
を注入して絶縁領域を形成するので、イオン注入領域を
調整することによりメサ幅に合致した絶縁領域を形成す
ることができる。

【００３７】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法
の第２の態様によれば、半絶縁層による電流狭窄部を有
したメサの形成後に、該メサの側面に所定のイオンを注
入して絶縁領域を形成するので、イオン注入領域を調整
することによりメサ幅に合致した絶縁領域を形成するこ
とができる。

【００３８】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法
の第３の態様によれば、メサの形成に用いたマスク層を
転用してメサの頂上部を保護し、一定の角度でイオンを
注入することにより、メサの頂上部の電極に接する部分
を除いたメサの側面に、容易に絶縁領域を形成すること
ができる。

【００３９】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法
の第４の態様によれば、メサの側面およびメサの頂上部
に直接接して電極を形成するので、工程が簡略化され、
かつ電極が段差を有さず構造が単純なので、段差に起因
する電極の断切れを懸念する必要がなくなる。

【００４０】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法
の第５の態様によれば、注入イオンにプロトンを用いる
ので、他のイオンを用いる場合に比べて低いエネルギー
でも深く注入を行うことができる。

【００４１】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法
の第６の態様によれば、注入イオンに注入技術が確立さ
れたホウ素を用いるので、注入工程における技術的問題
の発生が低減される。

【００４２】

【実施例】

＜第１の実施例＞ ＜構造＞図１は本発明に係る半導体レーザ素子の第１の
実施例を示す断面図である。図１において、基本的な構
成は図１９で説明した従来のメサ型半導体レーザ素子と
同様であるが、従来のメサ型半導体レーザ素子に比べて
メサ幅は約８μｍであり、メサ高さは約３μｍの広く浅
いメサとなっている。また、メサの側面の表面から約３
μｍに渡ってプロトン注入による絶縁領域７が設けられ
ている。

【００４３】次に図１を参照しつつ動作について説明す
る。図１においてメサの頂上部の幅は約８μｍであり、
このサイズでの寄生容量は膨大なものである。しかし、
メサの側面表面から約３μｍに渡ってプロトン注入によ
る絶縁領域７を設けることによって、該領域が高抵抗に
なるため、外見上はメサ幅約８μｍ、メサ深さ約３μｍ
の広く浅いメサ構造であるが、プロトン注入による絶縁
領域７がメサ側面の表面から約３μｍにわたって均一に
形成されるので、実質的には図１に示されるように、頂
上部の幅が約２μｍ、深さが約６μｍの挟メサと等価に
なる。よって、本発明に係る半導体レーザ素子によれ
ば、寄生容量０．２ｐＦ以下の低容量化を実現すること
ができる。

【００４４】＜製造方法＞次に本実施例の製造方法を図
２〜図１１を参照しつつ説明する。図２〜図１１は製造
工程を順に示した断面図である。

【００４５】まず、図２に示す工程において、ｎ型Ｉｎ
Ｐ基板１の上にｎ型ＩｎＰクラッド層２およびＩｎＧａ
ＡｓＰ活性層３およびｐ型ＩｎＰクラッド層４０を、順
次エピタキシャル成長法により形成する。

【００４６】次に図３に示す工程において、ｐ型ＩｎＰ
クラッド層４０の所定位置に、所望の幅を有する絶縁膜
１１を例えばＳｉＯ₂ などで形成し、絶縁膜１１をエッ
チングマスクとしてエッチングを行い、活性層３の幅が
約１．３μｍで、以下は徐々に広がって裾がｎ型ＩｎＰ
クラッド層２の途中にあるようなリッジを形成する。

【００４７】次に図４に示す工程において、絶縁膜１１
をそのまま選択成長マスクとし、リッジ側面を埋めるよ
うにｐ型ＩｎＰ層５を成長させ、続いてｎ型ＩｎＰ層６
を成長させる。

【００４８】次に図５に示す工程において、絶縁膜１１
を除去した後ｐ型ＩｎＰコンタクト層４１を成長させ
る。

【００４９】次に図６に示す工程において、所定の幅の
エッチングマスク１２をｐ型ＩｎＰコンタクト層４１上
にストライプ状に形成し、通常の写真製版とエッチング
により、頂上部の幅約８μｍ、深さ約３μｍのメサを形
成する。エッチングマスク１２は次の工程におけるプロ
トン注入に際してもマスクとして使用するので、材質と
して例えば、ＳｉＯ₂ あるいはＳｉＮあるいはフォトレ
ジストなどを用いる。

【００５０】次に図７に示す工程において、エッチング
マスク１２をそのまま使用してプロトン注入を行い、メ
サの両側面に深さ約３μｍの絶縁領域７を形成する。イ
オン注入は異方性を持つので、メサの側面に均一の深さ
で注入するには、例えば、曲面部分と平面部分とで分別
して注入するために各々を交互にマスキングし、曲面部
分においてはメサ側面の曲面形状に合わせて素子基板を
揺動させて注入を行う。

【００５１】次に、図８で示す工程において、エッチン
グマスク１２を除去した後、図９に示す工程においてメ
サ表面全域を被覆するようにＳｉＮあるいはＳｉＯ₂ 等
により絶縁膜８を形成する。

【００５２】次に、図１０で示す工程において、フォト
レジスト１３を絶縁膜８で被覆された挟メサを埋め込む
ように塗布し、通常の写真製版により挟メサ頂上部に２
μｍよりも幅の狭いストライプ状のパターニングを行っ
た後、この部分をエッチングで除去することによって絶
縁膜８も除去され、ストライプ状の開口部が形成され
る。

【００５３】最後に図１１に示す工程でフォトレジスト
１３を除去した後、メサ表面全域を被覆するようにｐ側
電極９を形成することで、ストライプ状の開口部にｐ側
電極９が形成され、ｎ型ＩｎＰ基板１の下面側にｎ側電
極１０を形成してメサ型半導体レーザ素子が完成する。

【００５４】＜第２の実施例＞ ＜構造＞次に本発明に係る半導体レーザ素子の第２の実
施例について説明する。図１２は第２の実施例を説明す
るための断面図である。基本的な構成は図１で説明した
第１の実施例と同様であるが、メサの頂上部の幅は約１
８μｍであり、第１の実施例に比べてより広いメサ構造
となっている。また、従来例および実施例１ではｐ型Ｉ
ｎＰコンタクト層４１およびｎ型ＩｎＰ層６およびｐ型
ＩｎＰ層５およびｎ型ＩｎＰクラッド層２によって形成
されるｐｎｐｎ逆バイアス接合によって電流を狭窄する
構造を説明したが、本実施例においてはｐ型ＩｎＰ層５
の代わりにに、不純物をドーピングすることにより半絶
縁性となったＩｎＰ結晶を用いて電流を狭窄する構造と
なっている。

【００５５】ドーピングする不純物には、例えば、Ｆｅ
あるいはＣｏあるいはＴｉ等が使用される。図１２は、
従来例および第１の実施例ではｐ型ＩｎＰ層５として説
明した部分をＦｅドープＩｎＰ層５０で構成した例を示
す。その他の構成は図１で説明した第１の実施例と同様
である。

【００５６】本実施例によれば、半絶縁性となったＩｎ
Ｐ結晶を用いて電流を狭窄することにより、寄生容量を
０．２ｐＦ以下にするためのメサ幅の許容範囲を、ｐｎ
ｐｎ逆バイアス接合によって電流を狭窄する場合に比べ
て広くできることである。

【００５７】また、プロトン注入による絶縁領域７も併
せて形成することにより、メサ幅の拡幅による寄生容量
の増加をさらに抑制することができる。よって、寄生容
量の増加を懸念することなくメサ幅を広くできるので、
写真製版によりメサの頂上部に開口部を形成する工程を
容易に行うことが可能となる。

【００５８】＜製造方法＞本実施例の製造方法は、図４
で説明したｐ型ＩｎＰ層５を成長させる工程の代わりに
ＦｅドープＩｎＰ層５０を結晶成長させる以外は、図２
〜図１１で説明した第１の実施例と同様である。

【００５９】＜第３の実施例＞ ＜構造＞次に本発明に係る半導体レーザ素子の第３の実
施例について説明する。図１３は第３の実施例を示す断
面図である。図１３において、メサの頂上部のｐ型Ｉｎ
Ｐコンタクト層４１の表面および側面にはＰ側電極９が
直接接して形成されている。また、メサの側面にはプロ
トン注入による絶縁領域７が形成されているが、ｐ型Ｉ
ｎＰコンタクト層４１表面のＰ側電極９と接する部分に
はプロトンが注入されず絶縁領域７は形成されていな
い。その他の構成は、図１で説明した第１の実施例と同
様である。

【００６０】本発明に係る半導体レーザ素子によれば、
半導体レーザ素子の第１の実施例と同様に寄生容量０．
２ｐＦ以下の低容量化を実現することができる。さら
に、メサ頂上部のｐ型ＩｎＰコンタクト層４１の表面お
よび側面に密接してＰ側電極９を形成するので、絶縁膜
を介してＰ側電極９を形成する第１の実施例に見られる
段差ができず、段差に起因するＰ側電極９の断切れを懸
念する必要がなくなる。

【００６１】また、ｐ型ＩｎＰコンタクト層４１の表面
には絶縁領域７は形成されていないので、Ｐ側電極９と
の接触面積が広くなるので密着性が向上し、かつ、Ｐ側
電極９とｐ型ＩｎＰコンタクト層４１との間の合金化に
よるオーミックコンタクトの形成の際に、合金化にむら
が生じても接触面積が広ければオーミック特性に及ぼす
影響は低減される。

【００６２】さらに、オーミック抵抗Ｒは、Ｒ＝ρ・ｌ
／Ｓで表されるので、接触面積Ｓが広ければ低い値にな
る。ここで、ρは抵抗率であり、ｌは電極の厚みと合金
層の厚みの和の値である。よって、接触面積Ｓが広くな
ってオーミック抵抗Ｒが低下すれば、オーミックコンタ
クトでの電圧降下も小さくなり、発熱等が低減されるの
で、素子の動作特性の向上を図ることができる。

【００６３】＜製造方法＞次に本実施例についての製造
方法を図１４〜図１７を参照しつつ説明する。なお、図
１４以前の製造工程は、図２〜図６を用いて説明した第
１の実施例と同様なので省略する。

【００６４】図１５においてエッチングマスク１２をそ
のまま使用してプロトン注入を行い、メサの両側面に深
さ約３μｍの絶縁領域７を形成する。この際メサ頂上部
のｐ型ＩｎＰコンタクト層４１の表面には絶縁領域７を
形成しないように、エッチングマスク１２のひさし部分
を利用してイオンの入射を制限する。そのためには、未
注入領域の大きさはひさしによってイオンが遮られる角
度によって決まるので、まず、注入方向を固定してイオ
ンを注入する。この方法では、曲面部分では注入領域は
曲面に沿ってほぼ一定に形成されるが、ＩｎＰ基板１の
側面などの平面部分では注入領域を一定に保てないの
で、曲面部分と平面部分とで分別して注入するために各
々を交互にマスキングし、注入角度を適宜変更して行う
必要がある。

【００６５】次に、図１６で示す工程において、エッチ
ングマスク１２を除去した後、図１７で示す工程におい
て、メサ表面に直接ｐ側電極９を形成し、ｎ型ＩｎＰ基
板１の下面側にｎ側電極１０を形成してメサ型半導体レ
ーザ素子が完成する。

【００６６】＜第４の実施例＞ ＜構造＞次に本発明に係る半導体レーザ素子の第４の実
施例について説明する。図１８は第４の実施例を説明す
るための断面図である。図１８において、メサの頂上部
のｐ型ＩｎＰコンタクト層４１の表面および側面にはＰ
側電極９が直接形成されている。また、メサの側面には
プロトン注入による絶縁領域７が形成されているが、ｐ
型ＩｎＰコンタクト層４１表面のＰ側電極９と接する部
分にはプロトンが注入されず絶縁領域７は形成されてい
ない。その他の構成は、図１３で説明した第３の実施例
と同様である。

【００６７】本実施例によれば、第２の実施例と同様
に、半絶縁性となったＩｎＰ結晶を用いて電流を狭窄す
ることにより、寄生容量を０．２ｐＦ以下にするための
メサ幅の許容範囲を、ｐｎｐｎ逆バイアス接合によって
電流を狭窄する場合に比べて広くでき、プロトン注入に
よる絶縁領域７も併せて形成することにより、メサ幅の
拡幅による寄生容量の増加をさらに抑制することができ
る。

【００６８】また、ｐ型ＩｎＰコンタクト層４１の表面
には絶縁領域７は形成されていないので、Ｐ側電極９と
の接触面積が広くなるので密着性が向上し、かつ、界面
状態のばらつきに起因するオーミックコンタクトのばら
つきが低減される。

【００６９】＜製造方法＞製造方法については、図４で
説明したｐ型ＩｎＰ層５を成長させる工程の代わりにＦ
ｅドープＩｎＰ層５０を結晶成長させる以外は、図１４
〜図１７で説明した第３の実施例と同様である。

【００７０】＜変形例＞以上説明した実施例１〜実施例
４はいずれも以下のような変形が可能である。すなわ
ち、実施例１および実施例２では絶縁領域７の形成にお
いて、注入イオンとしてプロトンを用いたが、絶縁領域
を形成できるものであればプロトン以外でも良い。プロ
トン以外の不純物としてはＢ（ホウ素）等を用いること
ができ、Ｂの注入源としてはＢＮやＢ₂ Ｏ₃ 等が使用さ
れる。

【００７１】

【発明の効果】請求項１記載の半導体レーザ素子によれ
ば、逆バイアス層によって形成された電流狭窄部を有す
るメサの側面に絶縁領域を設けることにより、メサ幅の
拡幅に伴う寄生容量の増加を抑制することができるの
で、メサ幅が広く、メサの頂上部における電極の形成が
容易な半導体レーザ素子を得ることができる。

【００７２】請求項２記載の半導体レーザ素子によれ
ば、半絶縁層によって形成された電流狭窄部を有するメ
サの側面に絶縁領域を設けることにより、メサ幅の拡幅
に伴う寄生容量の増加をより一層抑制することができる
ので、よりメサ幅が広く、メサの頂上部における電極の
形成が容易な半導体レーザ素子を得ることができる。

【００７３】請求項３記載の半導体レーザ素子によれ
ば、メサの頂上部の電極に接する部分には絶縁領域が形
成されていないので、メサの頂上部と電極との接触面積
を広くすることができ、メサの頂上部と電極との密着性
が向上し、かつ、この部分において、オーミックコンタ
クトの形成の際に生じる合金化のむらによるオーミック
特性への影響が低減される。さらに、接触面積が広くな
ることでオーミック抵抗が低下し、オーミックコンタク
トでの電圧降下が小さくなって発熱等が低減し、素子の
動作特性が向上した半導体レーザ素子を得ることができ
る。

【００７４】請求項４記載の半導体レーザ素子によれ
ば、電極がメサの頂上部および絶縁領域が形成されたメ
サの側面に直接接して形成されるため、電極構造が単純
化され、電極が段差を有さないので、段差に起因する電
極の断切れを防止した半導体レーザ素子を得ることがで
きる。

【００７５】請求項５記載の半導体レーザ素子によれ
ば、絶縁領域の形成にプロトンを用いることで、他のイ
オンを用いる場合に比べて深い位置まで注入を行うこと
ができるので、メサ幅の拡幅に対応した深さの絶縁領域
を有する半導体レーザ素子を容易に得ることができる。

【００７６】請求項６記載の半導体レーザ素子によれ
ば、絶縁領域の形成にホウ素を用いることで、熱的に安
定な絶縁層を得ることができるので、熱処理が施されて
も性能が劣化しない半導体レーザ素子を得ることができ
る。

【００７７】請求項７記載の半導体レーザ素子の製造方
法によれば、逆バイアス層による電流狭窄部を有したメ
サの形成後に、該メサの側面に所定のイオンを注入して
絶縁領域を形成するので、イオン注入領域を調整するこ
とにより種々の幅のメサに対応して絶縁領域を形成する
ことが可能な半導体レーザ素子の製造方法を得ることが
できる。

【００７８】請求項８記載の半導体レーザ素子の製造方
法によれば、半絶縁層による電流狭窄部を有したメサの
形成後に、該メサの側面に所定のイオンを注入して絶縁
領域を形成するので、イオン注入領域を調整することに
より種々の幅のメサに対応して絶縁領域を形成すること
ができ、電流狭窄部が逆バイアス層によって形成された
場合に比べてよりメサ幅が広く、メサの頂上部における
電極の形成が容易な半導体レーザ素子の製造方法を得る
ことができる。

【００７９】請求項９記載の半導体レーザ素子の製造方
法によれば、メサの頂上部の電極に接する部分を除いた
メサの側面に、容易に絶縁領域を形成することができる
ので、メサの頂上部と電極との接触面積が広く、密着性
が向上し、かつ、この部分において良好なオーミック特
性を備え、さらに、接触面積が広くなることでオーミッ
ク抵抗が低下し、素子の動作特性が向上した半導体レー
ザ素子の製造方法を得ることができる。

【００８０】請求項１０記載の半導体レーザ素子の製造
方法によれば、メサの側面およびメサの頂上部に直接接
して電極を形成するので、工程が簡略化され、かつ電極
が段差を有さず構造が単純なので、段差に起因する電極
の断切れを懸念する必要がなく、素子の歩留まりが向上
した半導体レーザ素子の製造方法を得ることができる。

【００８１】請求項１１記載の半導体レーザ素子の製造
方法によれば、注入イオンにプロトンを用いるので、他
のイオンを用いる場合に比べて低いエネルギーでも深く
注入を行うことができ、高エネルギーによる注入の必要
性が低減するので、絶縁領域形成に伴う製造コストの増
加を抑制する効果がある。

【００８２】請求項１２記載の半導体レーザ素子の製造
方法によれば、注入イオンに注入技術が確立されたホウ
素を用いるので、絶縁領域形成に伴う新規技術の開発の
必要性が低減し、製造コストの増加を抑制する効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体レーザ素子の第１の実施例
を示す断面図である。

【図２】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の工
程を説明する断面図である。

【図３】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の工
程を説明する断面図である。

【図４】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の工
程を説明する断面図である。

【図５】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の工
程を説明する断面図である。

【図６】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の工
程を説明する断面図である。

【図７】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の工
程を説明する断面図である。

【図８】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の工
程を説明する断面図である。

【図９】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の工
程を説明する断面図である。

【図１０】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の
工程を説明する断面図である。

【図１１】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の
工程を説明する断面図である。

【図１２】本発明に係る半導体レーザ素子の第２の実施
例を示す断面図である。

【図１３】本発明に係る半導体レーザ素子の第３の実施
例を示す断面図である。

【図１４】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の
工程を説明する断面図である。

【図１５】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の
工程を説明する断面図である。

【図１６】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の
工程を説明する断面図である。

【図１７】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法の
工程を説明する断面図である。

【図１８】本発明に係る半導体レーザ素子の第４の実施
例を示す断面図である。

【図１９】従来の半導体レーザ素子を示す断面図であ
る。

【図２０】従来の半導体レーザ素子の製造方法の工程を
説明する断面図である。

【図２１】従来の半導体レーザ素子の製造方法の工程を
説明する断面図である。

【図２２】従来の半導体レーザ素子の製造方法の工程を
説明する断面図である。

【図２３】従来の半導体レーザ素子の製造方法の工程を
説明する断面図である。

【図２４】従来の半導体レーザ素子の製造方法の工程を
説明する断面図である。

【図２５】従来の半導体レーザ素子の製造方法の工程を
説明する断面図である。

【図２６】従来の半導体レーザ素子の製造方法の工程を
説明する断面図である。

【図２７】従来の半導体レーザ素子の製造方法の工程を
説明する断面図である。

【符号の説明】

７ 絶縁領域 １２ エッチングマスク ５０ ＦｅドープＩｎＰ層（半絶縁層）

【手続補正書】

【提出日】平成６年２月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】図１９に従来のメサ型半導体レーザ素子
の断面図を示す。図１９においてｎ型ＩｎＰ基板１の上
にｎ型ＩｎＰクラッド層２が形成され、その上部にはＩ
ｎＧａＡｓＰ活性層３が形成されている。活性層３の上
にはｐ型ＩｎＰクラッド層４０が形成されている。ｎ型
ＩｎＰクラッド層２およびその上部に積層された活性層
３およびクラッド層４０はエッチングによってリッジ型
に加工され、このリッジを埋め込むようにｐ型ＩｎＰ層
５とｎ型Ｉｎｐ層６が形成されている。該クラッド層４
０とｎ型Ｉｎｐ層６の頂上部にｐ型ＩｎＰコンタクト層
４１が形成された後、幅約２μｍのメサが形成され、全
体としてメサ型構造になっている。このメサの側面部全
体および頂上部のコンタクト層４１の一部を覆うように
絶縁膜８が形成され、絶縁膜８の全面およびコンタクト
層４１の露出部分を覆うようにｐ側電極９が形成され、
ｎ型ＩｎＰ基板１の下面にはｎ側電極１０が形成されて
いる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】半導体レーザ素子の高速化のためには周波
数帯域ｆ_c を広くすることが必要であり、周波数帯域ｆ
_c を広くするには半導体レーザ素子の容量を低く抑える
ことが要求される。それは、周波数帯域ｆ_c と容量との
間に、ｆ_c ＝１／（２πＣＲ）の関係があることから明
らかである。ここで、Ｃは容量値を、Ｒは抵抗値を表
す。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】例えば、伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓの高速
半導体レーザ素子を得るためには、目標とする周波数帯
域は１６ＧＨｚである。ここで抵抗値が２５Ωとするな
らば、上述の式より、１６ＧＨｚ＝１／（２・π・Ｃ・
２５）となるので、Ｃ＝０．４ｐＦとなる。よって、半
導体レーザ素子の容量は０．４ｐＦ以下にする必要があ
る。この中で約０．２ｐＦはｐｎ接合部分の容量なの
で、寄生容量を０．２ｐＦ以下に抑える必要がある。そ
のために、図１９に示されるようなｐｎｐｎ逆バイアス
接合による電流狭窄構造の半導体レーザ素子の場合は、
メサ幅が約２μｍ、メサ高さが約６μｍの狭メサを形成
する必要がある。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】次に図２４に示す工程において、通常の写
真製版（リソグラフィー）とエッチングにより頂上部の
幅約２μｍ、深さ約６μｍの狭メサを形成する。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】次に図２５に示す工程において、該狭メサ
を被覆するようにＳｉＮあるいはＳｉＯ₂ 等により絶縁
膜８を形成する。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】次に図２６に示す工程において、フォトレ
ジスト１３を絶縁膜８で被覆された狭メサを埋め込むよ
うに塗布し、通常の写真製版により狭メサ頂上部に２μ
ｍよりも幅の狭いストライプ状のパターニングを行った
後、この部分をエッチングによって除去することでスト
ライプ状の開口部が形成される。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】最後に図２７に示す工程において、フォト
レジスト１３を除去した後、狭メサ表面全域を被覆する
ようにｐ側電極９を形成し、ｎ型ＩｎＰ基板１の下面側
にｎ側電極１０を形成してメサ型半導体レーザ素子が完
成する。以上が低容量化を達成するための従来の技術に
よるメサ型半導体レーザ素子の製造方法である。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体レーザ素
子は以上のように構成されているので、製造工程におい
て、幅約２μｍの狭メサの頂上部にさらに幅の狭いスト
ライプ状の開口部を設ける必要があった。しかしなが
ら、そのためにはパターニングの位置合わせに不可能に
近いほどの精度が要求されるため、実際にはメサ幅を２
μｍまで狭くすることができず、幅４μｍ程度のメサに
よって半導体レーザ素子を形成していた。この場合、半
導体レーザ素子の寄生容量は２ｐＦ以上となり目標値に
比べて１０倍も大きな値となり、半導体レーザ素子の低
容量化を達成することができないという問題があった。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４３】次に図１を参照しつつ動作について説明す
る。図１においてメサの頂上部の幅は約８μｍであり、
このサイズでの寄生容量は膨大なものである。しかし、
メサの側面表面から約３μｍに渡ってプロトン注入によ
る絶縁領域７を設けることによって、該領域が高抵抗に
なるため、外見上はメサ幅約８μｍ、メサ深さ約３μｍ
の広く浅いメサ構造であるが、プロトン注入による絶縁
領域７がメサ側面の表面から約３μｍにわたって均一に
形成されるので、実質的には図１に示されるように、頂
上部の幅が約２μｍ、深さが約６μｍの狭メサと等価に
なる。よって、本発明に係る半導体レーザ素子によれ
ば、寄生容量０．２ｐＦ以下の低容量化を実現すること
ができる。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５２】次に、図１０で示す工程において、フォト
レジスト１３を絶縁膜８で被覆された狭メサを埋め込む
ように塗布し、通常の写真製版により狭メサ頂上部にス
トライプ状のパターニングを行った後、この部分をエッ
チングで除去することによって絶縁膜８も除去され、ス
トライプ状の開口部が形成される。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 逆バイアス層によって通電可能な領域を
   制限する構造の電流狭窄部を有し、頂上部に電極を設け
   たメサ型の半導体レーザ素子において、 前記メサの側面に所定のイオンを注入して絶縁領域を設
   けたことを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 【請求項２】 半絶縁層によって通電可能な領域を制限
   する構造の電流狭窄部を有し、頂上部に電極を設けたメ
   サ型の半導体レーザ素子において、 前記メサの側面に所定のイオンを注入して絶縁領域を設
   けたことを特徴とする半導体レーザ素子。
3. 【請求項３】 前記メサの頂上部の電極に接する部分に
   は前記絶縁領域が形成されていないことを特徴とする、
   請求項１あるいは請求項２記載の半導体レーザ素子。
4. 【請求項４】 前記電極が前記メサの頂上部および前記
   絶縁領域が形成されたメサの側面に直接接して形成され
   たことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半
   導体レーザ素子。
5. 【請求項５】 前記所定のイオンがプロトンであること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体レ
   ーザ素子。
6. 【請求項６】 前記所定のイオンがホウ素であることを
   特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体レー
   ザ素子。
7. 【請求項７】 半導体基板の上に、電流狭窄部を逆バイ
   アス層によって形成する工程と、 マスク層を用いて前記電流狭窄部を含む構成をメサ型に
   形成する工程と、前記メサの側面および頂上部に電極を
   形成する工程とを含む半導体レーザ素子の製造方法にお
   いて、 前記メサの側面および頂上部に電極を形成する工程の前
   に、前記メサの側面に所定のイオンを注入して絶縁領域
   を形成する工程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。
8. 【請求項８】 半導体基板の上に、電流狭窄部を半絶縁
   層によって形成する工程と、 マスク層を用いて前記電流狭窄部を含む構成をメサ型に
   形成する工程と、 前記メサの側面および頂上部に電極を形成する工程とを
   含む半導体レーザ素子の製造方法において、 前記半導体基板表面および前記メサの頂上部に電極を形
   成する工程の前に、前記メサの側面に所定のイオンを注
   入して絶縁領域を形成する工程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。
9. 【請求項９】 前記絶縁領域を形成する工程が、前記マ
   スク層を転用して前記メサの頂上部を保護し、一定の角
   度でイオンを注入することにより、前記メサの頂上部の
   電極に接する部分に前記絶縁領域が形成されることを防
   止する工程を含むことを特徴とする、請求項７あるいは
   請求項８記載の半導体レーザ素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記メサの側面および前記メサの頂上
    部に電極を形成する工程が、前記絶縁領域が形成された
    メサの側面および、前記絶縁領域が形成されていないメ
    サの頂上部に直接接して前記電極を形成する工程を含む
    ことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の半導
    体レーザ素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記所定のイオンを注入して絶縁領域
    を形成する工程が、プロトンを注入する工程を含む請求
    項７〜１０のいずれかに記載の半導体レーザ素子の製造
    方法。
12. 【請求項１２】 前記所定のイオンを注入して絶縁領域
    を形成する工程が、ホウ素を注入する工程を含む請求項
    ７〜１０のいずれかに記載の半導体レーザ素子の製造方
    法。