JPH07249838A - 半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 メサ近傍の組成を格子整合したＡｌ0.5 Ｉｎ
0.5 Ｐまたは（ＡｌY Ｇａ1-Y ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐにする
ことによりメサ部分における格子歪の発生を抑制し、信
頼性の高いＡｌＩｎＰ埋め込みの実屈折率導波型レーザ
を提供する。 【構成】 ＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰを電流ブロ
ック層１１とするＡｌＧａＩｎＰ系の実屈折率導波型レ
ーザにおいて、メサ部分の歪解消のために、メサ近傍を
格子整合するＡｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐまたは（ＡｌY Ｇａ
1-Y ）0.5 Ｉｎ0.5Ｐになるように成長を行い、発光部
に影響を与えるメサ近傍での格子歪の発生を抑制する。
また、低温（６２０℃以下）でＡｌＩｎＰまたはＡｌＧ
ａＩｎＰを成長させることによりメサ近傍と平坦部で組
成差をなくすことができ、同様に歪の発生を抑制でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、単一モードで発振する
ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】６００nm帯で発振するＡｌＧａＩｎＰの
赤色半導体レーザは、コンパクトディスク（ＣＤ）や光
磁気ディスク用光源として重要である。このレーザに用
いられる構造は、図３に示したものが大部分であり（例
えば、エレクトロニクスレターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃｓ．Ｌｅｔｔｅｒｓ．）ｖｏｌ．２３（１９８７）ｐ
ｐ．１３２７）、有機金属熱分解法（以下ＭＯＶＰＥ法
と略す）で製造される。この構造では、電流ブロック層
に活性層よりバンドギャップの小さいＧａＡｓ層１０を
用いているためにこの層によって光が吸収され、共振器
内での損失が増大し、外部量子効率が低下するという問
題がある。これを解決するために、活性層よりバンドギ
ャップの大きいＡｌＩｎＰ層またはＡｌＧａＩｎＰで埋
め込む実屈折率導波型レーザが報告されている（例え
ば、特開平４−１５４１８３号公報半導体レーザ及びそ
の製造方法）。この場合、通常、平坦部のＡｌX Ｉｎ
1-X Ｐまたは（ＡｌY Ｇａ1-Y ）X Ｉｎ1-X ＰがＧａＡ
ｓの（００１）面に格子整合する（Ｘ＝０．５になる）
ように成長温度、原料の供給量などの成長条件が決めら
れる。しかし、（１１１）面で構成されるメサ側面では
ＩｎがＡｌに比べて取り込まれ易いためにＩｎ過剰（Ｘ
＜０．５）になる。このためメサ近傍は格子不整による
歪が発生し、その結果、レーザが突発的に劣化して信頼
性の点で大きな問題となっている。
【０００３】また、Ａｌを含んだ半導体（ＡｌＧａＡｓ
やＡｌＩｎＰなど）を通常のＭＯＶＰＥ法でメサ側部に
選択成長させることは困難であり、ＡｌＧａＡｓでは成
長時にＨＣｌ添加することにより選択成長が実現されて
いる（例えば、ジャーナルオブ クリスタル グロウス
（Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ）ｖｏｌ．１２４
（１９９２）ｐｐ．２３５）。この場合もメサ近傍では
Ｇａ過剰となり、平坦部とは組成が異なる。しかし、Ａ
ｌＧａＡｓは格子定数の組成依存性が小さく、組成がメ
サ近傍と平坦部で異なっても格子歪が発生する心配はな
い。従って、成長条件と組成の関係を把握することは重
要ではない。一方、ＡｌＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰは格
子定数の組成依存性が大きく、結晶成長をする面によっ
て組成が異なり、格子歪が発生することはデバイス製造
上大きな問題となる。故に、メサ近傍と平坦部で組成が
異ならないような選択成長条件の把握が必要になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、Ａ
ｌＩｎＰ層またはＡｌＧａＩｎＰ層を電流ブロック層に
用いた実屈折率導波型レーザを製造する場合、平坦部が
格子整合したＡｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐまたは（ＡｌY Ｇａ
1-Y ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐになるように成長をするために、
メサ近傍ではＩｎ過剰になる。このためメサ近傍で発生
した格子歪によりレーザの信頼性に大きな影響を及ぼす
という問題があった。
【０００５】また、ＡｌＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰは格
子定数の組成依存性が大きい。従って、ＨＣｌ添加によ
るＡｌＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰの選択成長を用いて実
屈折率導波型レーザを製造する場合、メサ近傍と平坦部
で組成が異ならないような選択成長の条件を把握するこ
とが重要となる。
【０００６】本発明の目的は、このような従来の問題を
解決し信頼性の高いＡｌＧａＩｎＰ系の実屈折率導波型
レーザを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、電流ブロック層であるＡｌX Ｉｎ1-X Ｐ層または
（ＡｌY Ｇａ1-Y ）X Ｉｎ1-X Ｐ層の組成がメサ近傍で
はＧａＡｓと格子整合する組成（Ｘ＝０．５）を持ち、
平坦部はＸ＝０．５以外の組成を持つことを特徴として
いる。
【０００８】また、本発明の半導体レーザの製造方法
は、ＨＣｌ添加によりＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰ
電流ブロック層を選択成長する工程において、基板温度
６２０℃以下で成長を行うことを特徴としている。
【０００９】
【作用】本発明の構造によれば、メサ近傍のＡｌX Ｉｎ
1-X Ｐ層または（ＡｌY Ｇａ1-Y ）X Ｉｎ1-X Ｐ層を格
子整合させる（Ｘ＝０．５にする）ことによりメサ近傍
における格子歪の発生を抑制し、突発性劣化の起きにく
い（信頼性の高い）レーザができる。
【００１０】また、本発明の製造方法では、（１１１）
面であるメサ近傍と（００１）面（基板面）である平坦
部でのＡｌとＩｎの取り込まれ率が比較的等しくなり、
均一組成のＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰがメサ構造
に成長できる。
【００１１】その結果、信頼性の高い実屈折率導波型
（ＡｌＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰ埋め込み）レーザが
製造できる。
【００１２】
【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。図
１は本発明のＡｌＩｎＰ選択埋め込みレーザの断面図で
あり、図４は比較のために製造した従来構造のレーザの
断面図である。
【００１３】結晶成長は減圧（７０ｔｏｒｒ）のＭＯＶ
ＰＥ法で行い、原料としてはトリメチルアルミニウム
（ＴＭＡｌ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリ
メチルインジウム（ＴＭＩｎ）、フォスフィン（Ｐ
Ｈ3 ）を、ｎ型ドーパントとしてはジシラン（Ｓｉ2 Ｈ
6 ）を、ｐ型ドーパントとしてはジエチル亜鉛（ＤＥＺ
ｎ）を、ＨＣｌは水素希釈１０％ＨＣｌを用いた。ま
た、成長はすべて６６０℃で行った。
【００１４】まず１回目のＭＯＶＰＥ成長により（００
１）ＧａＡｓ基板１（Ｓｉドープ、ｎ＝２×１０18c
m-3）上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２（ｎ＝２×
１０17cm-3：厚さ１μm ）、ＡｌＧａＩｎＰ層とＧａＩ
ｎＰ層の量子井戸構造からなる活性層３（アンドープ：
厚さ０．１μm ）、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ内側クラッド層
４（ｐ＝６×１０17cm-3：厚さ０．２μm ）、ｐ型Ｇａ
ＩｎＰエッチングストッパー層５（厚さ５nm）、ｐ型Ａ
ｌＧａＩｎＰ外側クラッド層６（ｐ＝６×１０17cm-3：
厚さ１．３μm ）、ｐ型ＧａＩｎＰバッファー層（厚さ
１０nm）、ｐ型ＧａＡｓキャップ層８（厚さ０．２５μ
m ）を成長する。
【００１５】こうして成長したウェーハにフォトリソグ
ラフィにより幅６μm のストライプ状の窒化シリコンマ
スクを形成し、ウエットエッチングによりエッチングス
トッパー層までエッチングをしてメサ構造を形成する。
【００１６】そして、２回目のＭＯＶＰＥ成長でＨＣｌ
添加によりｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層１１（厚さ
０．２μm ）とＨＣｌなしでｎ型ＧａＡｓキャップ層１
０（厚さ０．４μm ）を成長する。そして窒化シリコン
マスクを除去後、３回目のＭＯＶＰＥ成長によりｐ型Ｇ
ａＡｓコンタクト層９を成長した。
【００１７】図２はメサ近傍と平坦部におけるＡｌX Ｉ
ｎ1-X ＰのＡｌ組成差（ΔＸ）の成長温度依存性を示し
たものである。Ａｌ組成は、電子プローブ微少分析（Ｅ
ＰＭＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏａ
ｎａｌｙｓｉｓ）装置で測定した。成長温度６６０℃で
は、メサ近傍が平坦部より１４％程度Ｉｎ過剰になる。
そのため図４で示したように平坦部を格子整合させる従
来の構造では、メサ近傍のＡｌＩｎＰ層はＩｎ過剰にな
り格子歪が発生する。この歪は、レーザ発光部であるメ
サ下部の活性層に影響を与え、突発性の劣化やしきい値
電流の上昇をもたらす。
【００１８】一方、図１で示したように本発明の構造で
は、メサ近傍での格子歪の抑制を第１に考え、メサ近傍
が格子整合するＡｌ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐになるように成長を
行う。本発明の構造と従来構造のレーザを光一定出力試
験にかけると、メサ近傍を格子整合させた本発明のレー
ザの方が突発的に劣化するものが少なかった。一方、平
坦部が格子整合しメサ近傍で格子がずれた組成を持つ従
来構造のレーザでは、試験開始後１００時間以内に劣化
するものが多数あった。突発性の劣化の原因としては、
メサ近傍で発生した歪が考えられる。以上の結果から、
メサ近傍が格子整合したレーザ構造を採用することによ
り突発性劣化の起きにくいレーザを製造できた。
【００１９】また、図２の結果からわかるように６２０
℃以下でＡｌＩｎＰ層を成長することによりメサ近傍と
平坦部で組成が異ならないＡｌＩｎＰ層が成長できる。
成長温度が低いため、６６０℃で成長した場合に比べて
Ｓｉのドーピング効率は低くなるが、メサ近傍と平坦部
の組成差をなくすことができ格子歪の発生を抑制するこ
とができる。この場合、１回目と３回目のＭＯＶＰＥ成
長はＡｌＧａＩｎＰやＧａＡｓの結晶性を考えて６６０
℃で行い、他の工程は前述と同じである。この選択成長
条件を用いることにより、格子歪が発生しにくいＡｌＩ
ｎＰ層を成長することができ信頼性の高い実屈折率導波
型レーザを製造できた。
【００２０】以上述べた実施例ではＡｌＩｎＰを埋め込
み層に用いたが、活性層よりバンドギャップが大きくク
ラッド層より屈折率が小さければ、ＡｌＧａＩｎＰを用
いても同じである。さらにこの（ＡｌY Ｇａ1-Y ）X Ｉ
ｎ1-X ＰのＡｌとＧａの組成比Ｙを適当に変えることに
より半導体レーザの導波路の屈折率を任意に制御でき
る。これにより単一横モード条件の許容度を広げること
が可能である。
【００２１】
【発明の効果】本発明の半導体レーザの構造及び製造方
法により、信頼性の高いＡｌＧａＩｎＰ系の実屈折率導
波型半導体レーザを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による、ＡｌＩｎＰを電流ブロック層と
する実屈折率導波型レーザの断面図で、メサ近傍格子整
合させた構造図である。
【図２】ＨＣｌ添加ＡｌＩｎＰ成長層のＡｌ組成と成長
温度の関係をメサ近傍と平坦部について示した図であ
る。
【図３】ＧａＡｓを電流ブロック層とする一般的な従来
のＡｌＧａＩｎＰ系レーザの断面図である。
【図４】ＡｌＩｎＰを電流ブロック層とする実屈折率導
波型レーザの断面図で、平坦部（（００１）面）を格子
整合させた従来構造の図である。
【符号の説明】
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐクラッド
層 ３ 量子井戸活性層 ４ ｐ型（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ内側クラ
ッド層 ５ ｐ型Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐエッチングストッパー層 ６ ｐ型（Ａｌ0.6 Ｇａ0.4 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ外側クラ
ッド層 ７ ｐ型Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐバッファー層 ８ ｐ型ＧａＡｓキャップ層 ９ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 １０ ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層 １１ ｎ型ＡｌＩｎＰ電流ブロック層 １２ ｎ型ＧａＡｓキャップ層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、
    アンドープＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰまたはそれ
    らの量子井戸構造でなる活性層と、メサ形状を有する第
    ２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、前記メサ側部が
    前記第２導電型クラッド層よりバンドギャップが大きく
    屈折率の小さいＡｌX Ｉｎ1-X Ｐ層または（ＡｌY Ｇａ
    1-Y ）X Ｉｎ1-X Ｐ層で埋め込まれ、前記ＡｌX Ｉｎ
    1-X Ｐまたは（ＡｌY Ｇａ1-Y ）X Ｉｎ1-X Ｐ埋め込み
    層の組成が前記メサ近傍ではＧａＡｓと格子整合する組
    成（Ｘ＝０．５）であり、平坦部はＸ＝０．５以外の組
    成であることを特徴とする半導体レーザ。
  2. 【請求項２】第１導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、
    アンドープＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰまたはそれ
    らの量子井戸構造でなる活性層と、メサ形状を有する第
    ２導電型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層とを形成する工程
    と、メサ側部にＡｌＩｎＰ層またはＡｌＧａＩｎＰ層を
    基板温度６２０℃以下で、塩化水素（ＨＣｌ）を添加し
    て選択成長する工程とを有することを特徴とする半導体
    レーザの製造方法。
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