JPH0728102B2 - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
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- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
- H01S5/2214—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on oxides or nitrides
- H01S5/2216—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on oxides or nitrides nitrides
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- H01S5/32325—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm red laser based on InGaP
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はAlGaInPなどの材料で構成され、横モードが制
御された半導体レーザおよびその製造方法に関する。
御された半導体レーザおよびその製造方法に関する。
従来の技術 700nm以下の可視光の波長で発光する半導体レーザは光
ディスク、レーザプリンタ、バーコードリーダなどに用
いる光源として注目されている。中でもGaAsを基板と
し、これに格子整合するGa0.5In0.5P（以下の説明ではG
aInPと略記する）または(AlxGa1-x)0.5In0.5P（以下の
説明ではAlGaInPと略記する）を活性層、AlGaInPをクラ
ッド層とするダブルヘテロ接合型半導体レーザはGaAsに
格子整合するIII−Ｖ族化合物半導体の中で最も短い波
長の光を出すことができるので可視光半導体レーザの材
料として有望である。
ディスク、レーザプリンタ、バーコードリーダなどに用
いる光源として注目されている。中でもGaAsを基板と
し、これに格子整合するGa0.5In0.5P（以下の説明ではG
aInPと略記する）または(AlxGa1-x)0.5In0.5P（以下の
説明ではAlGaInPと略記する）を活性層、AlGaInPをクラ
ッド層とするダブルヘテロ接合型半導体レーザはGaAsに
格子整合するIII−Ｖ族化合物半導体の中で最も短い波
長の光を出すことができるので可視光半導体レーザの材
料として有望である。
第５図に従来の横モード制御型のAlGaInP系半導体レー
ザのおのおのの製作工程における断面構造を示す。まず
最初に第５図（ａ）に示すように、（100）面を主面と
するｎ型GaAs基板501の表面に、ｎ型AlGaInPクラッド層
502、GaInP活性層503、ｐ型AlGaInPクラッド層504、ｐ
型GaInPバッファ層505をMO−VPE法（有機金属気相成長
法）で順次結晶成長する。次に、〈011〉方向にストラ
イプ状に形成したSiO2膜506をマスクとしてｐ型GaInPバ
ッファ層505を例えばCCl4ガスを用いたRIE（反応性イオ
ンエッチング）によりエッチングし、さらにｐ型AlGaIn
Pクラッド層504を例えば40℃の熱濃硫酸でエッチングす
ると第５図（ｂ）に示すようになる。次にSiO2膜506を
マスクとしてMO−VPE法によりｎ型GaAs電流ブロック層5
07を選択的に結晶成長すると第５図（ｃ）に示すように
なる。選択成長のマスクとして用いたSiO2膜506を除去
したのち全面にｐ型GaAsコンタクト層508をMO−VPE法に
より結晶成長すると第５図（ｄ）に示すようにストライ
プが埋め込まれる。最後に表面にAu/Zn/Auからなるｐ型
オーミックコンタクト層509を形成し、裏面を研磨およ
びエッチングして基板を薄くしたのちAu−Ge/Ni/Auから
なるｎ型オーミックコンタクト層510を形成すると第５
図（ｅ）に示すように従来の横モード制御型のAlGaInP
系半導体レーザが完成する。
ザのおのおのの製作工程における断面構造を示す。まず
最初に第５図（ａ）に示すように、（100）面を主面と
するｎ型GaAs基板501の表面に、ｎ型AlGaInPクラッド層
502、GaInP活性層503、ｐ型AlGaInPクラッド層504、ｐ
型GaInPバッファ層505をMO−VPE法（有機金属気相成長
法）で順次結晶成長する。次に、〈011〉方向にストラ
イプ状に形成したSiO2膜506をマスクとしてｐ型GaInPバ
ッファ層505を例えばCCl4ガスを用いたRIE（反応性イオ
ンエッチング）によりエッチングし、さらにｐ型AlGaIn
Pクラッド層504を例えば40℃の熱濃硫酸でエッチングす
ると第５図（ｂ）に示すようになる。次にSiO2膜506を
マスクとしてMO−VPE法によりｎ型GaAs電流ブロック層5
07を選択的に結晶成長すると第５図（ｃ）に示すように
なる。選択成長のマスクとして用いたSiO2膜506を除去
したのち全面にｐ型GaAsコンタクト層508をMO−VPE法に
より結晶成長すると第５図（ｄ）に示すようにストライ
プが埋め込まれる。最後に表面にAu/Zn/Auからなるｐ型
オーミックコンタクト層509を形成し、裏面を研磨およ
びエッチングして基板を薄くしたのちAu−Ge/Ni/Auから
なるｎ型オーミックコンタクト層510を形成すると第５
図（ｅ）に示すように従来の横モード制御型のAlGaInP
系半導体レーザが完成する。
この従来のレーザにおいて、ｎ型GaAs電流ブロック層50
7は電気的には電流の狭窄層の役割を果たし、光に対し
てはｐ型AlGaInPクラッド層504よりも屈折率が大きくGa
InP活性層503で発光した光を吸収するので吸収型のアン
チ導波層の役割を果たしている。そのため、この従来の
横モード制御型のAlGaInP系半導体レーザは低しきい値
でレーザ発振する。
7は電気的には電流の狭窄層の役割を果たし、光に対し
てはｐ型AlGaInPクラッド層504よりも屈折率が大きくGa
InP活性層503で発光した光を吸収するので吸収型のアン
チ導波層の役割を果たしている。そのため、この従来の
横モード制御型のAlGaInP系半導体レーザは低しきい値
でレーザ発振する。
発明が解決しようとする課題 このような従来の横モード制御型のAlGaInP系半導体レ
ーザにおいては、横モードの制御が行なわれてはいるも
のの活性層と平行な方向の屈折率による光の閉じこめは
行なわれてはおらず利得導波性が強く残るため活性層と
平行な方向の導波光の波面が曲がってしまい、その結果
として大きな非点隔差ができてしまうという問題点があ
った。従って従来の横モード制御型のAlGaInP系半導体
レーザを光学機器に応用しようとする場合、通常の凸レ
ンズ１枚ではレーザ光を平行光にしたり一点に集光した
りすることできないため応用範囲が限定されてしまっ
た。
ーザにおいては、横モードの制御が行なわれてはいるも
のの活性層と平行な方向の屈折率による光の閉じこめは
行なわれてはおらず利得導波性が強く残るため活性層と
平行な方向の導波光の波面が曲がってしまい、その結果
として大きな非点隔差ができてしまうという問題点があ
った。従って従来の横モード制御型のAlGaInP系半導体
レーザを光学機器に応用しようとする場合、通常の凸レ
ンズ１枚ではレーザ光を平行光にしたり一点に集光した
りすることできないため応用範囲が限定されてしまっ
た。
また、ｎ型GaAs電流ブロック層507は活性層で発光した
光を吸収するので活性層を導波する光に対しては損失と
なるためこの損失の分だけ発振しきい値が増加するとい
う問題点もあった。
光を吸収するので活性層を導波する光に対しては損失と
なるためこの損失の分だけ発振しきい値が増加するとい
う問題点もあった。
課題を解決するための手段 本発明はこのような従来の横モード制御型のAlGaInP系
半導体レーザにおける問題点を解決するためになされた
もので、（１）GaAs基板上に一方導電型AlGaInPクラッ
ド層、活性層およびストライプ部分で厚さが厚くなった
他方導電型AlGaInPクラッド層を有し、前記ストライプ
の両側の前記他方導電型AlGaInPクラッド層の表面に前
記他方導電型AlGaInPクラッド層よりも屈折率の低い絶
縁層が一対のストライプ状に形成されていて、さらにそ
の外側に一方導電型電流ブロック層が形成された構成、
（２）（100）を主面とするGaAs基板上に一方導電型AlG
aInPクラッド層、活性層および〈01〉方向に形成され
たストライプ部分で厚さが厚く断面形状が逆メサ形状を
した他方導電型AlGaInPクラッド層を有し、前記他方導
電型AlGaInPクラッド層の逆メサ表面に前記他方導電型A
lGaInPクラッド層よりも屈折率の低い絶縁層が形成され
ていて、さらにその外側に一方導電型電流ブロック層が
形成された構成、（３）GaAs基板上に一方導電型AlGaIn
Pクラッド層、活性層およびストライプ部分で厚さが厚
くなった他方導電型AlGaInPクラッド層を有し、レーザ
光の出射端面近傍の領域の前記他方導電型AlGaInPクラ
ッド層の前記ストライプの両側表面に前記他方導電型Al
GaInPクラッド層よりも屈折率の低い絶縁層が一対のス
トライプ状に形成されていて、さらにその外側および前
記絶縁層が形成されていない領域の前記他方導電型AlGa
InPクラッド層の前記ストライプの両側表面に一方導電
型電流ブロック層が形成された構成、および（４）GaAs
基板上に一方導電型AlGaInPクラッド層、活性層、他方
導電型AlGaInPクラッド層および他方導電型コンタクト
層がストライプ状に形成されていて、前記ストライプの
両側に前記他方導電型AlGaInPクラッド層および一方導
電型AlGaInPクラッド層よりも屈折率の低い非晶質層が
形成された構成を有するものであり、さらにこれらの構
成を実現するための製造方法としては（５）（100）を
主面とするGaAs基板上に一方導電型AlGaInPクラッド
層、活性層および他方導電型AlGaInPクラッド層を形成
する工程、前記他方導電型AlGaInPクラッド層を〈011〉
方向にストライプ状になっており該ストライプ部分で厚
さが厚くなるようにエッチング加工する工程、前記他方
導電型AlGaInPクラッド層の表面に一方導電型電流ブロ
ック層を形成する工程、前記他方導電型AlGaInPクラッ
ド層の前記ストライプ上および前記ストライプの両側の
上の前記一方導電型電流ブロック層をエッチングして一
対の溝を形成する工程、前記一対の溝の表面に前記他方
導電型AlGaInPクラッド層よりも屈折率の低い絶縁層を
一対のストライプ状に形成する工程、および少なくとも
前記他方導電型AlGaInPクラッド層のストライプ上およ
び前記一方導電型電流ブロック層の表面に他方導電型コ
ンタクト層を形成する工程を備えた製造方法、（６）
（100）を主面とするGaAs基板上に一方導電型AlGaInPク
ラッド層、活性層および他方導電型AlGaInPクラッド層
を形成する工程、前記他方導電型AlGaInPクラッド層を
〈01〉方向にストライプ状で逆メサ形状になっており
該ストライプ部分で厚さが厚くなるようにエッチング加
工する工程、前記前記逆メサ形状の前記他方導電型AlGa
InP層の逆メサ表面に前記他方導電型AlGaInPクラッド層
よりも屈折率の低い絶縁層を形成する工程、表面に露出
した前記他方導電型AlGaInPクラッド層の表面に一方導
電型電流ブロック層を選択的に形成する工程、および少
なくとも前記他方導電型AlGaInPクラッド層のストライ
プ上および前記一方導電型電流ブロック層の表面に他方
導電型コンタクト層を形成する工程を備えた製造方法、
および（７）GaAs基板上に一方導電型AlGaInPクラッド
層、活性層、他方導電型AlGaInPクラッド層および他方
導電型コンタクト層を形成する工程、前記一方導電型Al
GaInPクラッド層、前記活性層、前記他方導電型AlGaInP
クラッド層および前記他方導電型コンタクト層をストラ
イプ状にエッチングする工程、全面に前記他方導電型Al
GaInPクラッド層および一方導電型AlGaInPクラッド層よ
りも屈折率の低い非晶質層を形成する工程、表面に前記
非晶質層とエッチング速度が同じになる膜を塗布する工
程、および前記塗布膜とともにストライプ状の前記非晶
質膜をエッチングして前記他方導電型コンタクト層の表
面を露出させる工程を備えた製造方法で構成されてい
る。
半導体レーザにおける問題点を解決するためになされた
もので、（１）GaAs基板上に一方導電型AlGaInPクラッ
ド層、活性層およびストライプ部分で厚さが厚くなった
他方導電型AlGaInPクラッド層を有し、前記ストライプ
の両側の前記他方導電型AlGaInPクラッド層の表面に前
記他方導電型AlGaInPクラッド層よりも屈折率の低い絶
縁層が一対のストライプ状に形成されていて、さらにそ
の外側に一方導電型電流ブロック層が形成された構成、
（２）（100）を主面とするGaAs基板上に一方導電型AlG
aInPクラッド層、活性層および〈01〉方向に形成され
たストライプ部分で厚さが厚く断面形状が逆メサ形状を
した他方導電型AlGaInPクラッド層を有し、前記他方導
電型AlGaInPクラッド層の逆メサ表面に前記他方導電型A
lGaInPクラッド層よりも屈折率の低い絶縁層が形成され
ていて、さらにその外側に一方導電型電流ブロック層が
形成された構成、（３）GaAs基板上に一方導電型AlGaIn
Pクラッド層、活性層およびストライプ部分で厚さが厚
くなった他方導電型AlGaInPクラッド層を有し、レーザ
光の出射端面近傍の領域の前記他方導電型AlGaInPクラ
ッド層の前記ストライプの両側表面に前記他方導電型Al
GaInPクラッド層よりも屈折率の低い絶縁層が一対のス
トライプ状に形成されていて、さらにその外側および前
記絶縁層が形成されていない領域の前記他方導電型AlGa
InPクラッド層の前記ストライプの両側表面に一方導電
型電流ブロック層が形成された構成、および（４）GaAs
基板上に一方導電型AlGaInPクラッド層、活性層、他方
導電型AlGaInPクラッド層および他方導電型コンタクト
層がストライプ状に形成されていて、前記ストライプの
両側に前記他方導電型AlGaInPクラッド層および一方導
電型AlGaInPクラッド層よりも屈折率の低い非晶質層が
形成された構成を有するものであり、さらにこれらの構
成を実現するための製造方法としては（５）（100）を
主面とするGaAs基板上に一方導電型AlGaInPクラッド
層、活性層および他方導電型AlGaInPクラッド層を形成
する工程、前記他方導電型AlGaInPクラッド層を〈011〉
方向にストライプ状になっており該ストライプ部分で厚
さが厚くなるようにエッチング加工する工程、前記他方
導電型AlGaInPクラッド層の表面に一方導電型電流ブロ
ック層を形成する工程、前記他方導電型AlGaInPクラッ
ド層の前記ストライプ上および前記ストライプの両側の
上の前記一方導電型電流ブロック層をエッチングして一
対の溝を形成する工程、前記一対の溝の表面に前記他方
導電型AlGaInPクラッド層よりも屈折率の低い絶縁層を
一対のストライプ状に形成する工程、および少なくとも
前記他方導電型AlGaInPクラッド層のストライプ上およ
び前記一方導電型電流ブロック層の表面に他方導電型コ
ンタクト層を形成する工程を備えた製造方法、（６）
（100）を主面とするGaAs基板上に一方導電型AlGaInPク
ラッド層、活性層および他方導電型AlGaInPクラッド層
を形成する工程、前記他方導電型AlGaInPクラッド層を
〈01〉方向にストライプ状で逆メサ形状になっており
該ストライプ部分で厚さが厚くなるようにエッチング加
工する工程、前記前記逆メサ形状の前記他方導電型AlGa
InP層の逆メサ表面に前記他方導電型AlGaInPクラッド層
よりも屈折率の低い絶縁層を形成する工程、表面に露出
した前記他方導電型AlGaInPクラッド層の表面に一方導
電型電流ブロック層を選択的に形成する工程、および少
なくとも前記他方導電型AlGaInPクラッド層のストライ
プ上および前記一方導電型電流ブロック層の表面に他方
導電型コンタクト層を形成する工程を備えた製造方法、
および（７）GaAs基板上に一方導電型AlGaInPクラッド
層、活性層、他方導電型AlGaInPクラッド層および他方
導電型コンタクト層を形成する工程、前記一方導電型Al
GaInPクラッド層、前記活性層、前記他方導電型AlGaInP
クラッド層および前記他方導電型コンタクト層をストラ
イプ状にエッチングする工程、全面に前記他方導電型Al
GaInPクラッド層および一方導電型AlGaInPクラッド層よ
りも屈折率の低い非晶質層を形成する工程、表面に前記
非晶質層とエッチング速度が同じになる膜を塗布する工
程、および前記塗布膜とともにストライプ状の前記非晶
質膜をエッチングして前記他方導電型コンタクト層の表
面を露出させる工程を備えた製造方法で構成されてい
る。
作用 上述の本発明の構成により本発明は、以下のような作用
効果を有する。
効果を有する。
構成（１）（２）および（４）においてはストライプの
両側にAlGaInPクラッド層よりも屈折率の小さい絶縁膜
が形成されているので活性層と平行な方向にも光を閉じ
こめて導波させることができ、従って活性層に平行な方
向および垂直な方向ともに屈折率導波されるので非点隔
差も従来例で示したレーザよりもはるかに小さくなっ
る。
両側にAlGaInPクラッド層よりも屈折率の小さい絶縁膜
が形成されているので活性層と平行な方向にも光を閉じ
こめて導波させることができ、従って活性層に平行な方
向および垂直な方向ともに屈折率導波されるので非点隔
差も従来例で示したレーザよりもはるかに小さくなっ
る。
構成（３）ではレーザの出射端面の近傍ではストライプ
の両側にクラッド層よりも低い屈折率の絶縁膜が設けら
れているため導波光が完全にストライプに閉じこめられ
ており、出射する光は非点隔差が小さくなることであ
り、しかも絶縁膜が埋め込まれた領域以外の領域では従
来例と同じ利得導波成分が残るのでレーザ発振の縦モー
ドはマルチモードになることである。これにより半導体
レーザは戻り光などの擾乱に対しても影響をあまり受け
ない安定な動作を行なうことができる。
の両側にクラッド層よりも低い屈折率の絶縁膜が設けら
れているため導波光が完全にストライプに閉じこめられ
ており、出射する光は非点隔差が小さくなることであ
り、しかも絶縁膜が埋め込まれた領域以外の領域では従
来例と同じ利得導波成分が残るのでレーザ発振の縦モー
ドはマルチモードになることである。これにより半導体
レーザは戻り光などの擾乱に対しても影響をあまり受け
ない安定な動作を行なうことができる。
また構成（５）の製造方法ではｎ型GaAs電流ブロック層
を結晶成長した後選択エッチングによってストライプ状
のｐ型GaInPバッファ層およびｐ型AlGaInPクラッド層を
堀り出すことができることであり、結晶を選択成長する
必要がない。
を結晶成長した後選択エッチングによってストライプ状
のｐ型GaInPバッファ層およびｐ型AlGaInPクラッド層を
堀り出すことができることであり、結晶を選択成長する
必要がない。
構成（６）の製造方法では絶縁膜がストライプの側面お
よび逆メサ面にマスク合わせ工程を必要とせずエッチン
グの異方性によって選択的に残すことができるので工程
が簡単でありまた幅を狭くすることができるという点で
ある。またストライプの側面および逆メサ面に形成され
た絶縁膜の幅はほぼ膜厚と同程度であるのでｐ型GaAsコ
ンタクト層を結晶成長する場合も絶縁膜の上でｐ型GaAs
コンタクト層がつながりやすいためｐ型GaAsコンタクト
層とｐ側のオーミックコンタクト電極とのコンタクト面
積を広くすることができる。
よび逆メサ面にマスク合わせ工程を必要とせずエッチン
グの異方性によって選択的に残すことができるので工程
が簡単でありまた幅を狭くすることができるという点で
ある。またストライプの側面および逆メサ面に形成され
た絶縁膜の幅はほぼ膜厚と同程度であるのでｐ型GaAsコ
ンタクト層を結晶成長する場合も絶縁膜の上でｐ型GaAs
コンタクト層がつながりやすいためｐ型GaAsコンタクト
層とｐ側のオーミックコンタクト電極とのコンタクト面
積を広くすることができる。
構成（７）の製造方法では結晶成長が１回のみであるこ
とであり素子の製作が容易になることである。
とであり素子の製作が容易になることである。
実施例 以下、本発明を実施例にしたがって説明する。第１図に
本発明の第１の実施例のAlGaInP系半導体レーザの各製
造工程における模式的断面構造図を示す。まず最初に第
１図（ａ）に示すように、例えば（100）面を主面とす
るｎ型GaAs基板101の表面に、ｎ型AlGaInPクラッド層10
2（例えばｘ＝0.6、キャリア密度５×1017cm-3、厚さ１
μｍ）、GaInP活性層103（例えば厚さ0.1μｍ）、ｐ型A
lGaInPクラッド層104（例えばｘ＝0.6、キャリア密度１
×1018cm-3、厚さ0.7μｍ）、ｐ型GaInPバッファ層105
（例えばキャリア密度３×1018cm-3、厚さ0.3μｍ）をM
O−VPE法でｎ型GaAs基板101に格子整合させて順次結晶
成長する。
本発明の第１の実施例のAlGaInP系半導体レーザの各製
造工程における模式的断面構造図を示す。まず最初に第
１図（ａ）に示すように、例えば（100）面を主面とす
るｎ型GaAs基板101の表面に、ｎ型AlGaInPクラッド層10
2（例えばｘ＝0.6、キャリア密度５×1017cm-3、厚さ１
μｍ）、GaInP活性層103（例えば厚さ0.1μｍ）、ｐ型A
lGaInPクラッド層104（例えばｘ＝0.6、キャリア密度１
×1018cm-3、厚さ0.7μｍ）、ｐ型GaInPバッファ層105
（例えばキャリア密度３×1018cm-3、厚さ0.3μｍ）をM
O−VPE法でｎ型GaAs基板101に格子整合させて順次結晶
成長する。
次に、例えば〈011〉方向に例えば幅４μｍのストライ
プ状に形成したSiO2膜106をマスクとしてｐ型GaInPバッ
ファ層105を例えばCCl4ガスを用いたRIEによりエッチン
グし、さらにｐ型AlGaInPクラッド層104を例えば40℃の
熱濃硫酸で例えば４分間エッチングしてｐ型AlGaInPク
ラッド層104がストライプの外側で厚さが0.4μｍ残るよ
うにすると、第１図（ｂ）に示すようになる。この実施
例ではストライプを〈011〉方向に形成しているのでス
トライプの両側面のｐ型AlGaInPクラッド層104は順テー
パー状にエッチングされる。次にSiO2膜106を除去してM
O−VPE法によりｎ型GaAs電流ブロック層107を全面に結
晶成長すると第１図（ｃ）に示すようになる。
プ状に形成したSiO2膜106をマスクとしてｐ型GaInPバッ
ファ層105を例えばCCl4ガスを用いたRIEによりエッチン
グし、さらにｐ型AlGaInPクラッド層104を例えば40℃の
熱濃硫酸で例えば４分間エッチングしてｐ型AlGaInPク
ラッド層104がストライプの外側で厚さが0.4μｍ残るよ
うにすると、第１図（ｂ）に示すようになる。この実施
例ではストライプを〈011〉方向に形成しているのでス
トライプの両側面のｐ型AlGaInPクラッド層104は順テー
パー状にエッチングされる。次にSiO2膜106を除去してM
O−VPE法によりｎ型GaAs電流ブロック層107を全面に結
晶成長すると第１図（ｃ）に示すようになる。
次に、エッチングマスクとなるSi3N4膜108をマスクとし
てｎ型GaAs電流ブロック層107を例えばH2SO4：H2O2：H2
O＝1:1:10の混合液で選択的にエッチングすると第１図
（ｄ）に示すようにストライプの両側のｎ型GaAs電流ブ
ロック層107がエッチングされストライプの両側に一対
の溝が形成される。次に第１図（ｅ）に示すように、マ
スクとして用いたSi3N4膜108を除去したのち新たに堆積
したｐ型AlGaInPクラッド層104よりも屈折率が低い絶縁
膜例えば厚さ0.1μｍのSi3N4膜109をホトエッチングの
手法を用いてストライプの両側の一対の溝に選択的に形
成する。さらに全面にｐ型GaAsコンタクト層110（例え
ばキャリア密度５×1018cm-3、厚さ３μｍ）をMO−VPE
法により結晶成長すると第１図（ｆ）に示すようにスト
ライプが埋め込まれる。結晶成長の条件によってはSi3N
4膜109の表面にｐ型GaAsコンタクト層110が結晶成長し
ない場合もあるがその場合でも本発明の第１の実施例の
AlGaInP系半導体レーザの動作には本質的には無関係で
ある。最後に表面にAu/Zn/Auからなるｐ型オーミックコ
ンタクト電極111を形成し、裏面を研磨およびエッチン
グして基板を薄くしたのちAu−Ge/Ni/Auからなるｎ型オ
ーミックコンタクト電極112を形成すると第１図（ｇ）
に示すように本発明の第１の実施例のAlGaInP系半導体
レーザが完成する。
てｎ型GaAs電流ブロック層107を例えばH2SO4：H2O2：H2
O＝1:1:10の混合液で選択的にエッチングすると第１図
（ｄ）に示すようにストライプの両側のｎ型GaAs電流ブ
ロック層107がエッチングされストライプの両側に一対
の溝が形成される。次に第１図（ｅ）に示すように、マ
スクとして用いたSi3N4膜108を除去したのち新たに堆積
したｐ型AlGaInPクラッド層104よりも屈折率が低い絶縁
膜例えば厚さ0.1μｍのSi3N4膜109をホトエッチングの
手法を用いてストライプの両側の一対の溝に選択的に形
成する。さらに全面にｐ型GaAsコンタクト層110（例え
ばキャリア密度５×1018cm-3、厚さ３μｍ）をMO−VPE
法により結晶成長すると第１図（ｆ）に示すようにスト
ライプが埋め込まれる。結晶成長の条件によってはSi3N
4膜109の表面にｐ型GaAsコンタクト層110が結晶成長し
ない場合もあるがその場合でも本発明の第１の実施例の
AlGaInP系半導体レーザの動作には本質的には無関係で
ある。最後に表面にAu/Zn/Auからなるｐ型オーミックコ
ンタクト電極111を形成し、裏面を研磨およびエッチン
グして基板を薄くしたのちAu−Ge/Ni/Auからなるｎ型オ
ーミックコンタクト電極112を形成すると第１図（ｇ）
に示すように本発明の第１の実施例のAlGaInP系半導体
レーザが完成する。
また、上述の本発明の第１の実施例の中で第１図（ｆ）
の結晶成長の際にSi3N4膜109の表面にｐ型GaAsコンタク
ト層110が結晶成長しなかった場合や、第１図（ｅ）の
工程のSi3N4膜109を形成せずにｐ型GaAsコンタクト層11
3（例えばキャリア密度５×1018cm-3、厚さ１μｍ）を
全面に埋め込んだのちストライプの両側のｐ型GaAsコン
タクト層113およびｎ型GaAs電流ブロック層107をエッチ
ングして形成された一対の溝にSi3N4膜114を形成した場
合は第１図（ｈ）に示すような形状になる。第１図
（ｈ）ではｐ側のコンタクト電極としてCr/Au/Pt/Au115
を用いている。Cr/Au/Pt/Au電極は非アロイ系の電極で
ありまた絶縁膜との密着性の良いので第１図（ｈ）のよ
うに絶縁膜が表面に露出している場合やｐ型GaAsコンタ
クト層が薄い場合に有効である。
の結晶成長の際にSi3N4膜109の表面にｐ型GaAsコンタク
ト層110が結晶成長しなかった場合や、第１図（ｅ）の
工程のSi3N4膜109を形成せずにｐ型GaAsコンタクト層11
3（例えばキャリア密度５×1018cm-3、厚さ１μｍ）を
全面に埋め込んだのちストライプの両側のｐ型GaAsコン
タクト層113およびｎ型GaAs電流ブロック層107をエッチ
ングして形成された一対の溝にSi3N4膜114を形成した場
合は第１図（ｈ）に示すような形状になる。第１図
（ｈ）ではｐ側のコンタクト電極としてCr/Au/Pt/Au115
を用いている。Cr/Au/Pt/Au電極は非アロイ系の電極で
ありまた絶縁膜との密着性の良いので第１図（ｈ）のよ
うに絶縁膜が表面に露出している場合やｐ型GaAsコンタ
クト層が薄い場合に有効である。
上述の本発明の第１の実施例の特徴とするところは構造
的にはストライプの両側にAlGaInPクラッド層よりも屈
折率の小さい絶縁膜が形成されているので活性層と平行
な方向にも光を閉じこめて導波させることができる点で
あり、従って活性層に平行な方向および垂直な方向とも
に屈折率導波されるので非点隔差も従来例で示したレー
ザよりもはるかに小さくなることである。またストライ
プの両側に埋め込まれるSi3N4膜の熱伝導率は0.12W/cm
・degでありGaAsの0.54W/cm・degよりも低い値である
が、本発明の第１の実施例ではSi3N4膜の膜厚は0.1μｍ
程度に薄くできしかもSi3N4膜が埋め込まれているのは
ストライプの両側の溝の部分のみでありその外側はｎ型
GaAs電流ブロック層であるので、Si3N4膜によって活性
層の近傍で発生した熱の放散が悪くなることはない。さ
らに上述の本発明の第１の実施例においてSi3N4膜109の
表面にもｐ型GaAsコンタクト層110を結晶成長させた場
合、表面が平坦になり第１図（ｈ）の構造に比べてｐ型
オーミックコンタクト電極111とのコンタクト面積が広
くコンタクト抵抗を下げやすいという特徴もある。
的にはストライプの両側にAlGaInPクラッド層よりも屈
折率の小さい絶縁膜が形成されているので活性層と平行
な方向にも光を閉じこめて導波させることができる点で
あり、従って活性層に平行な方向および垂直な方向とも
に屈折率導波されるので非点隔差も従来例で示したレー
ザよりもはるかに小さくなることである。またストライ
プの両側に埋め込まれるSi3N4膜の熱伝導率は0.12W/cm
・degでありGaAsの0.54W/cm・degよりも低い値である
が、本発明の第１の実施例ではSi3N4膜の膜厚は0.1μｍ
程度に薄くできしかもSi3N4膜が埋め込まれているのは
ストライプの両側の溝の部分のみでありその外側はｎ型
GaAs電流ブロック層であるので、Si3N4膜によって活性
層の近傍で発生した熱の放散が悪くなることはない。さ
らに上述の本発明の第１の実施例においてSi3N4膜109の
表面にもｐ型GaAsコンタクト層110を結晶成長させた場
合、表面が平坦になり第１図（ｈ）の構造に比べてｐ型
オーミックコンタクト電極111とのコンタクト面積が広
くコンタクト抵抗を下げやすいという特徴もある。
また上述の本発明の第１の実施例の製造工程における特
徴はｎ型GaAs電流ブロック層107を結晶成長した後選択
エッチングによってストライプ状のｐ型GaInPバッファ
層105およびｐ型AlGaInPクラッド層104を堀り出すこと
ができることであり、本発明の第１の実施例では結晶を
選択成長する必要がない。
徴はｎ型GaAs電流ブロック層107を結晶成長した後選択
エッチングによってストライプ状のｐ型GaInPバッファ
層105およびｐ型AlGaInPクラッド層104を堀り出すこと
ができることであり、本発明の第１の実施例では結晶を
選択成長する必要がない。
また第１図（ｈ）の構造のレーザを製作する場合は従来
のレーザの製作工程と同じ工程で３回の結晶成長を行な
った後エッチングによりストライプの両側に溝を形成し
て形成された一対の溝に絶縁膜を形成する工程が付加さ
れるだけであるので結晶成長は従来とまったく同じ手法
を用いてでき容易に実現することができるという特徴も
ある。
のレーザの製作工程と同じ工程で３回の結晶成長を行な
った後エッチングによりストライプの両側に溝を形成し
て形成された一対の溝に絶縁膜を形成する工程が付加さ
れるだけであるので結晶成長は従来とまったく同じ手法
を用いてでき容易に実現することができるという特徴も
ある。
第２図に本発明の第２の実施例のAlGaInP系半導体レー
ザの各製造工程における模式的断面構造図を示す。まず
最初に第２図（ａ）に示すように、例えば（100）面を
主面とするｎ型GaAs基板201の表面に、ｎ型AlGaInPクラ
ッド層202（例えばｘ＝0.6、キャリア密度５×1017c
m-3、厚さ１μｍ）、GaInP活性層203（例えば厚さ0.1μ
ｍ）、ｐ型AlGaInPクラッド層204（例えばｘ＝0.6、キ
ャリア密度１×1018cm-3、厚さ0.7μｍ）、ｐ型GaInPバ
ッファ層205（例えばキャリア密度３×1018cm-3、厚さ
0.3μｍ）をMO−VPE法でｎ型GaAs基板201に格子整合さ
せて順次結晶成長する。次に、例えば〈01〉方向に例
えば幅４μｍのストライプ状に形成したSiO2膜206をマ
スクとしてｐ型GaInPバッファ層205を例えばCCl4ガスを
用いたRIEによりエッチングし、さらにｐ型AlGaInPクラ
ッド層204を例えば40℃の熱濃硫酸で例えば４分間エッ
チングしてｐ型AlGaInPクラッド層204がストライプの外
側で厚さが0.4μｍ残るようにすると、第２図（ｂ）に
示すようになる。この実施例ではストライプを〈01〉
方向に形成しているのでストライプの両側面のｐ型AlGa
InPクラッド層204は逆メサ状にエッチングされる。
ザの各製造工程における模式的断面構造図を示す。まず
最初に第２図（ａ）に示すように、例えば（100）面を
主面とするｎ型GaAs基板201の表面に、ｎ型AlGaInPクラ
ッド層202（例えばｘ＝0.6、キャリア密度５×1017c
m-3、厚さ１μｍ）、GaInP活性層203（例えば厚さ0.1μ
ｍ）、ｐ型AlGaInPクラッド層204（例えばｘ＝0.6、キ
ャリア密度１×1018cm-3、厚さ0.7μｍ）、ｐ型GaInPバ
ッファ層205（例えばキャリア密度３×1018cm-3、厚さ
0.3μｍ）をMO−VPE法でｎ型GaAs基板201に格子整合さ
せて順次結晶成長する。次に、例えば〈01〉方向に例
えば幅４μｍのストライプ状に形成したSiO2膜206をマ
スクとしてｐ型GaInPバッファ層205を例えばCCl4ガスを
用いたRIEによりエッチングし、さらにｐ型AlGaInPクラ
ッド層204を例えば40℃の熱濃硫酸で例えば４分間エッ
チングしてｐ型AlGaInPクラッド層204がストライプの外
側で厚さが0.4μｍ残るようにすると、第２図（ｂ）に
示すようになる。この実施例ではストライプを〈01〉
方向に形成しているのでストライプの両側面のｐ型AlGa
InPクラッド層204は逆メサ状にエッチングされる。
次に例えば光CVD法（化学的気相堆積法）などの段差の
側面にも効率よく絶縁膜が堆積できる方法を用いてｐ型
AlGaInPクラッド層204よりも屈折率が低い絶縁膜例えば
厚さ0.3μｍのSi3N4膜207を堆積すると第２図（ｃ）の
ように逆メサの側面にも絶縁膜を堆積させることができ
る。次にRIEやRIBE（反応性イオンビームエッチング）
によりエッチングガスとして例えばCF4などのガスを用
いて全面にエッチングを施すとエッチング異方性により
段差の側面および逆メサ面に堆積したSi3N4膜207がエッ
チングされずに残り第２図（ｄ）に示すようになる。
側面にも効率よく絶縁膜が堆積できる方法を用いてｐ型
AlGaInPクラッド層204よりも屈折率が低い絶縁膜例えば
厚さ0.3μｍのSi3N4膜207を堆積すると第２図（ｃ）の
ように逆メサの側面にも絶縁膜を堆積させることができ
る。次にRIEやRIBE（反応性イオンビームエッチング）
によりエッチングガスとして例えばCF4などのガスを用
いて全面にエッチングを施すとエッチング異方性により
段差の側面および逆メサ面に堆積したSi3N4膜207がエッ
チングされずに残り第２図（ｄ）に示すようになる。
次にMO−VPE法によりｎ型GaAs電流ブロック層208を表面
に露出しているｐ型AlGaInPクラッド層204の表面にのみ
選択的に結晶成長すると第２図（ｅ）に示すように段差
の側面および逆メサ面に堆積したSi3N4膜207が埋め込ま
れる。次に、表面に露出したSiO2膜206を例えばHF:H2O
＝1:10の混合液でエッチングして除去し、第２図（ｆ）
に示すようにｐ型GaInPバッファ層205の表面を露出させ
る。さらに全面にｐ型GaAsコンタクト層209（例えばキ
ャリア密度５×1018cm-3、厚さ３μｍ）をMO−VPE法に
より結晶成長すると第２図（ｇ）に示すようにストライ
プが埋め込まれる。最後に表面にAu/Zn/Auからなるｐ型
オーミックコンタクト電極210を形成し、裏面を研磨お
よびエッチングして基板を薄くしたのちAu−Ge/Ni/Auか
らなるｎ型オーミックコンタクト電極211を形成すると
第２図（ｈ）に示すように本発明の第２の実施例のAlGa
InP系半導体レーザが完了する。
に露出しているｐ型AlGaInPクラッド層204の表面にのみ
選択的に結晶成長すると第２図（ｅ）に示すように段差
の側面および逆メサ面に堆積したSi3N4膜207が埋め込ま
れる。次に、表面に露出したSiO2膜206を例えばHF:H2O
＝1:10の混合液でエッチングして除去し、第２図（ｆ）
に示すようにｐ型GaInPバッファ層205の表面を露出させ
る。さらに全面にｐ型GaAsコンタクト層209（例えばキ
ャリア密度５×1018cm-3、厚さ３μｍ）をMO−VPE法に
より結晶成長すると第２図（ｇ）に示すようにストライ
プが埋め込まれる。最後に表面にAu/Zn/Auからなるｐ型
オーミックコンタクト電極210を形成し、裏面を研磨お
よびエッチングして基板を薄くしたのちAu−Ge/Ni/Auか
らなるｎ型オーミックコンタクト電極211を形成すると
第２図（ｈ）に示すように本発明の第２の実施例のAlGa
InP系半導体レーザが完了する。
上述の本発明の第２の実施例の特徴とするところは構造
的には本発明の第１の実施例と同じくストライプの両側
にAlGaInPクラッド層よりも屈折率の小さい絶縁膜が形
成されているので活性層と平行な方向にも光と閉じこめ
て導波させることができる点であり、従って活性層に平
行な方向および垂直な方向ともに屈折率導波されるので
非点隔差も従来例で示したレーザよりもはるかに小さく
なることである。またストライプの両側に埋め込まれる
Si3N4膜の熱伝導率はGaAsよりも低いが、本発明の第２
の実施例ではストライプの側面および逆メサ面に形成さ
れたSi3N4膜はマスク合わせ工程を必要とせずにエッチ
ングの異方性によって選択的に残すことができるので幅
を狭くすることができしかもSi3N4膜が埋め込まれてい
るのはストライプの両側面の部分のみでありその外側は
ｎ型GaAs電流ブロック層であるので、Si3N4膜によって
活性層の近傍で発生した熱の放散が悪くなることはな
い。さらにｐ型AlGaInPクラッド層204が逆メサ形状にエ
ッチングされているので電流の狭窄効果も大きくなる。
ちなみに従来例に示したレーザにおいてストライプ方向
を〈01〉方向としてｐ型AlGaInP層を逆メサ形状とし
た場合はｎ型GaAs電流ブロック層が活性層で発光した光
を吸収しやすくなるため光の損失が大きく、かえって発
振しきい値が高くなってしまう。従って、本発明の第２
の実施例の構造は光に吸収係数がきわめて小さい絶縁膜
を用いることによって初めて有効になるものである。
的には本発明の第１の実施例と同じくストライプの両側
にAlGaInPクラッド層よりも屈折率の小さい絶縁膜が形
成されているので活性層と平行な方向にも光と閉じこめ
て導波させることができる点であり、従って活性層に平
行な方向および垂直な方向ともに屈折率導波されるので
非点隔差も従来例で示したレーザよりもはるかに小さく
なることである。またストライプの両側に埋め込まれる
Si3N4膜の熱伝導率はGaAsよりも低いが、本発明の第２
の実施例ではストライプの側面および逆メサ面に形成さ
れたSi3N4膜はマスク合わせ工程を必要とせずにエッチ
ングの異方性によって選択的に残すことができるので幅
を狭くすることができしかもSi3N4膜が埋め込まれてい
るのはストライプの両側面の部分のみでありその外側は
ｎ型GaAs電流ブロック層であるので、Si3N4膜によって
活性層の近傍で発生した熱の放散が悪くなることはな
い。さらにｐ型AlGaInPクラッド層204が逆メサ形状にエ
ッチングされているので電流の狭窄効果も大きくなる。
ちなみに従来例に示したレーザにおいてストライプ方向
を〈01〉方向としてｐ型AlGaInP層を逆メサ形状とし
た場合はｎ型GaAs電流ブロック層が活性層で発光した光
を吸収しやすくなるため光の損失が大きく、かえって発
振しきい値が高くなってしまう。従って、本発明の第２
の実施例の構造は光に吸収係数がきわめて小さい絶縁膜
を用いることによって初めて有効になるものである。
また上述の本発明の第２の実施例の製造工程における特
徴はSi3N4膜207がストライプの側面および逆メサ面にマ
スク合わせ工程を必要とせずエッチングの異方性によっ
て選択的に残すことができるので工程が簡単でありまた
幅を狭くすることができるという点である。またストラ
イプの側面および逆メサ面に形成されたSi3N4膜207の幅
はほぼ膜厚と同程度であるのでｐ型GaAsコンタクト層20
9を結晶成長する場合もSi3N4膜207の上でｐ型GaAsコン
タクト層209がつながりやすいためｐ型GaAsコンタクト
層209とｐ側のオーミックコンタクト電極210とのコンタ
クト面積を広くすることができるのでコンタクト抵抗を
小さくすることができるという特徴もある。
徴はSi3N4膜207がストライプの側面および逆メサ面にマ
スク合わせ工程を必要とせずエッチングの異方性によっ
て選択的に残すことができるので工程が簡単でありまた
幅を狭くすることができるという点である。またストラ
イプの側面および逆メサ面に形成されたSi3N4膜207の幅
はほぼ膜厚と同程度であるのでｐ型GaAsコンタクト層20
9を結晶成長する場合もSi3N4膜207の上でｐ型GaAsコン
タクト層209がつながりやすいためｐ型GaAsコンタクト
層209とｐ側のオーミックコンタクト電極210とのコンタ
クト面積を広くすることができるのでコンタクト抵抗を
小さくすることができるという特徴もある。
さらに、本発明の第１および第２の実施例の特徴はスト
ライプの両側に設けられたクラッド層よりも屈折率の小
さい絶縁膜104あるいは207の外側の領域には活性層で発
光した光を吸収するGaAs層107あるいは208があることで
ある。すなわち、活性層に平行な面内での導波モードの
分布であるラテラルモードは高次モードになるほどスト
ライプの両側への光のしみだしが大きくなり、ストライ
プの内部への光の閉じこめ係数は小さくなる。従って本
発明の第１および第２の実施例の半導体レーザにおいて
はラテラルモードが高次モードになるほどGaAs層107あ
るいいは208で吸収される光の量が多くなる。そのため
高次のラテラルモードは抑圧されやすくなり、基本モー
ドで発振しやすくなるのでモードの跳びに起因する光出
力対電流特性の折れ曲がりも起こりにくく安定な動作が
得られる。
ライプの両側に設けられたクラッド層よりも屈折率の小
さい絶縁膜104あるいは207の外側の領域には活性層で発
光した光を吸収するGaAs層107あるいは208があることで
ある。すなわち、活性層に平行な面内での導波モードの
分布であるラテラルモードは高次モードになるほどスト
ライプの両側への光のしみだしが大きくなり、ストライ
プの内部への光の閉じこめ係数は小さくなる。従って本
発明の第１および第２の実施例の半導体レーザにおいて
はラテラルモードが高次モードになるほどGaAs層107あ
るいいは208で吸収される光の量が多くなる。そのため
高次のラテラルモードは抑圧されやすくなり、基本モー
ドで発振しやすくなるのでモードの跳びに起因する光出
力対電流特性の折れ曲がりも起こりにくく安定な動作が
得られる。
本発明の第３の実施例を第３図に示す。第３図におい
て、301はｎ型GaAs基板、302はｎ型AlGaInPクラッド
層、303はGaInP活性層、304はｐ型AlGaInPクラッド層、
305はｐ型GaInPバッファ層、306はｎ型GaAs電流ブロッ
ク層、307はSi3N4膜、308はｐ型GaAsコンタクト層、309
はｐ側オーミックコンタクト電極、310はｎ側オーミッ
クコンタクト電極である。第３図においてはレーザの断
面構造が領域Ａと領域Ｂとで異なり、領域Ａでは断面構
造は本発明の第１の実施例と同じ構造であり領域Ｂでは
断面構造は従来例と同じである。
て、301はｎ型GaAs基板、302はｎ型AlGaInPクラッド
層、303はGaInP活性層、304はｐ型AlGaInPクラッド層、
305はｐ型GaInPバッファ層、306はｎ型GaAs電流ブロッ
ク層、307はSi3N4膜、308はｐ型GaAsコンタクト層、309
はｐ側オーミックコンタクト電極、310はｎ側オーミッ
クコンタクト電極である。第３図においてはレーザの断
面構造が領域Ａと領域Ｂとで異なり、領域Ａでは断面構
造は本発明の第１の実施例と同じ構造であり領域Ｂでは
断面構造は従来例と同じである。
本発明の第３の実施例の特徴は領域Ａではストライプの
両側にクラッド層よりも低い屈折率の絶縁膜307が設け
られているため導波光が完全にストライプに閉じこめら
れており、従って領域Ａでは活性層に平行な方向および
垂直な方向ともに屈折率導波されているので領域Ａから
出射する光は非点隔差が小さくなることであり、しかも
領域Ｂでは従来例と同じ利得導波成分が残るのでレーザ
発振の縦モードはマルチモードになることである。これ
により本発明の第３の実施例の半導体レーザは戻り光な
どの擾乱に対しても影響をあまり受けない安定な動作を
行なうことができる。また本発明の第３の実施例の半導
体レーザの製作は従来例と本発明の第１の実施例とを組
み合わせることによって行なうことができ容易に実現可
能である。
両側にクラッド層よりも低い屈折率の絶縁膜307が設け
られているため導波光が完全にストライプに閉じこめら
れており、従って領域Ａでは活性層に平行な方向および
垂直な方向ともに屈折率導波されているので領域Ａから
出射する光は非点隔差が小さくなることであり、しかも
領域Ｂでは従来例と同じ利得導波成分が残るのでレーザ
発振の縦モードはマルチモードになることである。これ
により本発明の第３の実施例の半導体レーザは戻り光な
どの擾乱に対しても影響をあまり受けない安定な動作を
行なうことができる。また本発明の第３の実施例の半導
体レーザの製作は従来例と本発明の第１の実施例とを組
み合わせることによって行なうことができ容易に実現可
能である。
なお、上述の本発明の第１ないし第３の実施例の説明に
おいてストライプの両側に形成する絶縁膜としてSi3N4
膜を例にあげて説明したがSiO2膜やAl2O3などの絶縁膜
でも良いことはもちろんである。
おいてストライプの両側に形成する絶縁膜としてSi3N4
膜を例にあげて説明したがSiO2膜やAl2O3などの絶縁膜
でも良いことはもちろんである。
第４図に本発明の第４の実施例のAlGaInP系半導体レー
ザの各製造工程における模式的断面構造図を示す。まず
最初に第４図（ａ）に示すように、ｎ型GaAs基板401の
表面に、ｎ型AlGaInPクラッド層402（例えばｘ＝0.6、
キャリア密度５×1017cm-3、厚さ１μｍ）、GaInP活性
層403（例えば厚さ0.1μｍ）、ｐ型AlGaInPクラッド層4
04（例えばｘ＝0.6、キャリア密度１×1018cm-3、厚さ
0.7μｍ）、ｐ型GaInPバッファ層405（例えばキャリア
密度３×1018cm-3、厚さ0.3μｍ）、ｐ型GaAsコンタク
ト層406（例えばキャリア密度５×1018cm-3）、厚さ１
μｍ）をMO−VPE法でｎ型GaAs基板401に格子整合させて
順次結晶成長する。次に、ストライプ状に形成したSiO2
膜406をマスクとしてｐ型GaInPバッファ層405、ｐ型AlG
aInPクラッド層404、GaInP活性層403およびｎ型AlGaInP
クラッド層402の一部を例えばCl2ガスを用いたRIEによ
りエッチングして第４図（ｂ）に示すようなリッジを形
成する。
ザの各製造工程における模式的断面構造図を示す。まず
最初に第４図（ａ）に示すように、ｎ型GaAs基板401の
表面に、ｎ型AlGaInPクラッド層402（例えばｘ＝0.6、
キャリア密度５×1017cm-3、厚さ１μｍ）、GaInP活性
層403（例えば厚さ0.1μｍ）、ｐ型AlGaInPクラッド層4
04（例えばｘ＝0.6、キャリア密度１×1018cm-3、厚さ
0.7μｍ）、ｐ型GaInPバッファ層405（例えばキャリア
密度３×1018cm-3、厚さ0.3μｍ）、ｐ型GaAsコンタク
ト層406（例えばキャリア密度５×1018cm-3）、厚さ１
μｍ）をMO−VPE法でｎ型GaAs基板401に格子整合させて
順次結晶成長する。次に、ストライプ状に形成したSiO2
膜406をマスクとしてｐ型GaInPバッファ層405、ｐ型AlG
aInPクラッド層404、GaInP活性層403およびｎ型AlGaInP
クラッド層402の一部を例えばCl2ガスを用いたRIEによ
りエッチングして第４図（ｂ）に示すようなリッジを形
成する。
次に第４図（ｃ）に示すように例え封管法によりZnP2を
不純物の拡散源としてｐ型の不純物であるZnを全面に拡
散してｐ型拡散層408を形成する。これは活性層の近傍
のpn接合が表面に露出するのを防ぐための拡散でありｐ
型拡散層408の拡散深さは0.2μｍ程度の浅い拡散であ
る。次にｐ型AlGaInPクラッド層404やｎ型AlGaInPクラ
ッド層402よりも屈折率が低い膜例えば反応性スパッタ
蒸着法を用いてSiをターゲットとしArと微量のN2を混合
させたガスでスパッタ蒸着して非晶質SiとSi3N4とが混
ざった非晶質膜409を例えば３μｍの厚さに堆積すると
第４図（ｄ）のようになる。非晶質膜の屈折率を例えば
3.2にしようとすると、非晶質Siの屈折率が波長0.67μ
ｍにおいて3.4でありSi3N4の屈折率が2.0であるから非
晶質SiとSi3N4との組成比は0.86:0.14となる。次に例え
ばホトレジストを３μｍの厚さに回転塗布すると第４図
（ｅ）に示すように表面が平坦化される。次にRIEによ
りエッチングガスとして例えばCF4とO2の混合などのガ
スを用いてホトレジスト410と非晶質膜409とのエッチン
グ速度が同じになる条件で全面にエッチングを施すと第
４図（ｆ）に示すようにｐ型GaAsコンタクト層406の表
面が露出する。最後に表面にCr/Au/Pt/Auからなるｐ型
オーミックコンタクト電極411を形成し、裏面を研磨お
よびエッチングして基板を薄くしたのちAu−Ge/Ni/Auか
らなるｎ型オーミックコンタクト電極412を形成すると
第４図（ｇ）に示すように本発明の第４の実施例のAlGa
InP系半導体レーザが完成する。
不純物の拡散源としてｐ型の不純物であるZnを全面に拡
散してｐ型拡散層408を形成する。これは活性層の近傍
のpn接合が表面に露出するのを防ぐための拡散でありｐ
型拡散層408の拡散深さは0.2μｍ程度の浅い拡散であ
る。次にｐ型AlGaInPクラッド層404やｎ型AlGaInPクラ
ッド層402よりも屈折率が低い膜例えば反応性スパッタ
蒸着法を用いてSiをターゲットとしArと微量のN2を混合
させたガスでスパッタ蒸着して非晶質SiとSi3N4とが混
ざった非晶質膜409を例えば３μｍの厚さに堆積すると
第４図（ｄ）のようになる。非晶質膜の屈折率を例えば
3.2にしようとすると、非晶質Siの屈折率が波長0.67μ
ｍにおいて3.4でありSi3N4の屈折率が2.0であるから非
晶質SiとSi3N4との組成比は0.86:0.14となる。次に例え
ばホトレジストを３μｍの厚さに回転塗布すると第４図
（ｅ）に示すように表面が平坦化される。次にRIEによ
りエッチングガスとして例えばCF4とO2の混合などのガ
スを用いてホトレジスト410と非晶質膜409とのエッチン
グ速度が同じになる条件で全面にエッチングを施すと第
４図（ｆ）に示すようにｐ型GaAsコンタクト層406の表
面が露出する。最後に表面にCr/Au/Pt/Auからなるｐ型
オーミックコンタクト電極411を形成し、裏面を研磨お
よびエッチングして基板を薄くしたのちAu−Ge/Ni/Auか
らなるｎ型オーミックコンタクト電極412を形成すると
第４図（ｇ）に示すように本発明の第４の実施例のAlGa
InP系半導体レーザが完成する。
上述の本発明の第４の実施例の特徴とするところは構造
的にはストライプの両側にAlGaInPクラッド層よりも屈
折率の小さい非晶質膜が形成されているので活性層と平
行な方向にも光を閉じこめて導波させることができる点
であり、従って活性層に平行な方向および垂直な方向と
もに屈折率導波されるので非点隔差も従来例で示したレ
ーザよりもはるかに小さくなることである。またストラ
イプの両側に形成される非晶質膜409の熱伝導率は非晶
質Siの1.5W/cm・degとSi3N4膜の0.12W/cm・degとの間の
値であり例えば非晶質膜409の屈折率が3.2となる組成比
を選ぶと1.3W/cm・degとなってGaAsの0.54W/cm・degよ
りも高い値となるため従来例よりも活性層の近傍で発生
した熱の放散が良くなるという特徴もある。また非晶質
層は高抵抗であり電気的には電流のブロック層として作
用する。また、上述の説明では非晶質膜として非晶質Si
とSi3N4との混合物を例に挙げて説明したがN2のかわり
にO2を用いて反応性スパッタ蒸着を行ない非晶質SiとSi
O2との混合物を堆積させても同様であることはいうまで
もない。また、AlをターゲットとしてN2ガスとO2ガスと
の混合ガスで反応性スパッタ蒸着したAlNとAl2O3との混
合物を非晶質層として用いても同様であることはいうま
でもない。さらに、電流のブロック層として使用するな
らば非晶質ZnSeやZnSなども適用可能である。
的にはストライプの両側にAlGaInPクラッド層よりも屈
折率の小さい非晶質膜が形成されているので活性層と平
行な方向にも光を閉じこめて導波させることができる点
であり、従って活性層に平行な方向および垂直な方向と
もに屈折率導波されるので非点隔差も従来例で示したレ
ーザよりもはるかに小さくなることである。またストラ
イプの両側に形成される非晶質膜409の熱伝導率は非晶
質Siの1.5W/cm・degとSi3N4膜の0.12W/cm・degとの間の
値であり例えば非晶質膜409の屈折率が3.2となる組成比
を選ぶと1.3W/cm・degとなってGaAsの0.54W/cm・degよ
りも高い値となるため従来例よりも活性層の近傍で発生
した熱の放散が良くなるという特徴もある。また非晶質
層は高抵抗であり電気的には電流のブロック層として作
用する。また、上述の説明では非晶質膜として非晶質Si
とSi3N4との混合物を例に挙げて説明したがN2のかわり
にO2を用いて反応性スパッタ蒸着を行ない非晶質SiとSi
O2との混合物を堆積させても同様であることはいうまで
もない。また、AlをターゲットとしてN2ガスとO2ガスと
の混合ガスで反応性スパッタ蒸着したAlNとAl2O3との混
合物を非晶質層として用いても同様であることはいうま
でもない。さらに、電流のブロック層として使用するな
らば非晶質ZnSeやZnSなども適用可能である。
また本発明の製造工程における特徴は結晶成長が１回の
みであることであり素子の製作が容易になることであ
る。
みであることであり素子の製作が容易になることであ
る。
なお、上述の本発明の第１ないし第４の実施例において
活性層としてGaInPを用いて説明したがAlGaInPであって
も良いことはもちろんである。また導電型に関してもｐ
型とｎ型とが入れ替わっても良いことはもちろんであ
る。
活性層としてGaInPを用いて説明したがAlGaInPであって
も良いことはもちろんである。また導電型に関してもｐ
型とｎ型とが入れ替わっても良いことはもちろんであ
る。
また、上述の本発明の第１ないし第４の実施例において
ｐ型AlGaInPクラッド層の表面にｐ型GaInP層を形成した
構造について説明したが、これはｐ型AlGaInPクラッド
層とｐ型GaInP層との界面あるいはｐ型GaInP層とｐ型Ga
As層との界面のヘテロ接合界面に存在する価電子帯のス
パイクによる電流のバリア効果を低減するために挿入さ
れるものであり、これらの各層のキャリア密度を高くす
ればｐ型GaInP層は不要である。
ｐ型AlGaInPクラッド層の表面にｐ型GaInP層を形成した
構造について説明したが、これはｐ型AlGaInPクラッド
層とｐ型GaInP層との界面あるいはｐ型GaInP層とｐ型Ga
As層との界面のヘテロ接合界面に存在する価電子帯のス
パイクによる電流のバリア効果を低減するために挿入さ
れるものであり、これらの各層のキャリア密度を高くす
ればｐ型GaInP層は不要である。
発明の効果 以上説明したように本発明は、以下のような効果を有す
る。
る。
本発明の第１、第２および第４の実施例の構造において
はストライプの両側にAlGaInPクラッド層よりも屈折率
の小さい絶縁膜が形成されているので活性層と平行な方
向にも光を閉じこめて導波させることができ、従って活
性層に平行な方向および垂直な方向ともに屈折率導波さ
れるので非点隔差も従来例で示したレーザよりもはるか
に小さくなる。
はストライプの両側にAlGaInPクラッド層よりも屈折率
の小さい絶縁膜が形成されているので活性層と平行な方
向にも光を閉じこめて導波させることができ、従って活
性層に平行な方向および垂直な方向ともに屈折率導波さ
れるので非点隔差も従来例で示したレーザよりもはるか
に小さくなる。
本発明の第３の実施例の構造においてはレーザの出射端
面の近傍ではストライプの両側にクラッド層よりも低い
屈折率の絶縁膜が設けられているため導波光が完全にス
トライプに閉じこめられており、出射する光は非点隔差
が小さくなることであり、しかも絶縁膜が埋め込まれた
領域以外の領域では従来例と同じ利得導波成分が残るの
でレーザ発振の縦モードはマルチモードになることであ
る。これにより半導体レーザは戻り光などの擾乱に対し
ても影響をあまり受けない安定な動作を行なうことがで
きる。
面の近傍ではストライプの両側にクラッド層よりも低い
屈折率の絶縁膜が設けられているため導波光が完全にス
トライプに閉じこめられており、出射する光は非点隔差
が小さくなることであり、しかも絶縁膜が埋め込まれた
領域以外の領域では従来例と同じ利得導波成分が残るの
でレーザ発振の縦モードはマルチモードになることであ
る。これにより半導体レーザは戻り光などの擾乱に対し
ても影響をあまり受けない安定な動作を行なうことがで
きる。
また本発明の第１の実施例の製造方法ではｎ型GaAs電流
ブロック層を結晶成長した後選択エッチングによってス
トライプ状のｐ型GaInPバッファ層およびｐ型AlGaInPク
ラッド層を堀り出すことができることであり、結晶を選
択成長する必要がない。
ブロック層を結晶成長した後選択エッチングによってス
トライプ状のｐ型GaInPバッファ層およびｐ型AlGaInPク
ラッド層を堀り出すことができることであり、結晶を選
択成長する必要がない。
本発明の第２の実施例の製造方法では絶縁膜がストライ
プの側面および逆メサ面にマスク合わせ工程を必要とせ
ずエッチングの異方性によって選択的に残すことができ
るので工程が簡単でありまた幅を狭くすることができる
という点である。またストライプの側面および逆メサ面
に形成された絶縁膜の幅はほぼ膜厚と同程度であるので
ｐ型GaAsコンタクト層を結晶成長する場合も絶縁膜の上
でｐ型GaAsコンタクト層がつながりやすいためｐ型GaAs
コンタクト層とｐ側のオーミックコンタクト電極とのコ
ンタクト面積を広くすることができるのでコンタクト抵
抗を小さくすることができる。
プの側面および逆メサ面にマスク合わせ工程を必要とせ
ずエッチングの異方性によって選択的に残すことができ
るので工程が簡単でありまた幅を狭くすることができる
という点である。またストライプの側面および逆メサ面
に形成された絶縁膜の幅はほぼ膜厚と同程度であるので
ｐ型GaAsコンタクト層を結晶成長する場合も絶縁膜の上
でｐ型GaAsコンタクト層がつながりやすいためｐ型GaAs
コンタクト層とｐ側のオーミックコンタクト電極とのコ
ンタクト面積を広くすることができるのでコンタクト抵
抗を小さくすることができる。
本発明の第４の実施例の製造方法では結晶成長が１回の
みであることであり素子の製作が容易になることであ
る。
みであることであり素子の製作が容易になることであ
る。
第１図（ａ）〜（ｈ）、第２図（ａ）〜（ｈ）および第
４図（ａ）〜（ｇ）はそれぞれ本発明の第1,第２および
第４の実施例の半導体レーザの各製造工程における構造
的断面模式図、第３図（ａ）は本発明の第３の実施例の
半導体レーザの構造斜視図、第３図（ｂ）は同（ａ）の
領域Ｂでの断面図、第５図（ａ）〜（ｅ）は従来の横モ
ード制御型AlGaInP系半導体レーザの各製造工程におけ
る構造的断面模式図である。。 101、201、301、401、501……ｎ型GaAs基板、102、20
2、302、402……ｎ型AlGaInPクラッド層、103、203、30
3、403……GaInP活性層、104、204、304、404……ｐ型A
lGaInPクラッド層、107、208、306……ｎ型GaAs電流ブ
ロック層、109、207、307……Si3N4膜膜、110、209、30
8、406……ｐ型GaAsコンタクト層。
４図（ａ）〜（ｇ）はそれぞれ本発明の第1,第２および
第４の実施例の半導体レーザの各製造工程における構造
的断面模式図、第３図（ａ）は本発明の第３の実施例の
半導体レーザの構造斜視図、第３図（ｂ）は同（ａ）の
領域Ｂでの断面図、第５図（ａ）〜（ｅ）は従来の横モ
ード制御型AlGaInP系半導体レーザの各製造工程におけ
る構造的断面模式図である。。 101、201、301、401、501……ｎ型GaAs基板、102、20
2、302、402……ｎ型AlGaInPクラッド層、103、203、30
3、403……GaInP活性層、104、204、304、404……ｐ型A
lGaInPクラッド層、107、208、306……ｎ型GaAs電流ブ
ロック層、109、207、307……Si3N4膜膜、110、209、30
8、406……ｐ型GaAsコンタクト層。
Claims (9)
- 【請求項１】GaAs基板上に一方導電型AlGaInPクラッド
層、活性層およびストライプ部分で厚さが厚くなった他
方導電型AlGaInPクラッド層を有し、 前記ストライプの両側の前記他方導電型AlGaInPクラッ
ド層の表面に前記他方導電型AlGaInPクラッド層よりも
屈折率の低い絶縁層が一対のストライプ状に形成されて
いて、 さらにその外側に一方導電型電流ブロック層が形成され
ていることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】（100）を主面とするGaAs基板上に一方導
電型AlGaInPクラッド層、活性層および〈01〉方向に
形成されたストライプ部分で厚さが厚く断面形状が逆メ
サ形状をした他方導電型AlGaInPクラッド層を有し、 前記他方導電型AlGaInPクラッド層の逆メサ表面に前記
他方導電型AlGaInPクラッド層よりも屈折率の低い絶縁
層が形成されていて、 さらにその外側に一方導電型電流ブロック層が形成され
ていることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項３】GaAs基板上に一方導電型AlGaInPクラッド
層、活性層およびストライプ部分で厚さが厚くなった他
方導電型AlGaInPクラッド層を有し、 レーザ光の出射端面近傍の領域の前記他方導電型AlGaIn
Pクラッド層の前記ストライプの両側表面に前記他方導
電型AlGaInPクラッド層よりも屈折率の低い絶縁層が一
対のストライプ状に形成されていて、 さらにその外側および前記絶縁層が形成されていない領
域の前記他方導電型AlGaInPクラッド層の前記ストライ
プの両側表面に一方導電型電流ブロック層が形成されて
いることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項４】屈折率の低い絶縁層の上に他方導電型コン
タクト層が形成されていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項，第２項または第３項記載の半導体レーザ。 - 【請求項５】（100）を主面とするGaAs基板上に一方導
電型AlGaInPクラッド層、活性層および他方導電型AlGaI
nPクラッド層を形成する工程、 前記他方導電型AlGaInPクラッド層を〈011〉方向にスト
ライプ状になっており該ストライプ部分で厚さが厚くな
るようにエッチング加工する工程、 前記他方導電型AlGaInPクラッド層の表面に一方導電型
電流ブロック層を形成する工程、 前記他方導電型AlGaInPクラッド層の前記ストライプ上
および前記ストライプの両側の上の前記一方導電型電流
ブロック層をエッチングして一対の溝を形成する工程、 前記一対の溝の表面に前記他方導電型AlGaInPクラッド
層よりも屈折率の低い絶縁層を一対のストライプ状に形
成する工程、 および少なくとも前記他方導電型AlGaInPクラッド層の
ストライプ上および前記一方導電型電流ブロック層の表
面に他方導電型コンタクト層を形成する工程を備えたこ
とを特徴とする半導体レーザの製造方法。 - 【請求項６】（100）を主面とするGaAs基板上に一方導
電型AlGaInPクラッド層、活性層および他方導電型AlGaI
nPクラッド層を形成する工程、 前記他方導電型AlGaInPクラッド層を〈01〉方向にス
トライプ状で逆メサ形状になっており該ストライプ部分
で厚さが厚くなるようにエッチング加工する工程、 前記逆メサ形状の前記他方導電型AlGaInP層の逆メサ表
面に前記他方導電型AlGaInPクラッド層よりも屈折率の
低い絶縁層を形成する工程、 表面に露出した前記他方導電型AlGaInPクラッド層の表
面に一方導電型電流ブロック層を選択的に形成する工
程、 および少なくとも前記他方導電型AlGaInPクラッド層の
ストライプ上および前記一方導電型電流ブロック層の表
面に他方導電型コンタクト層を形成する工程を備えたこ
とを特徴とする半導体レーザの製造方法。 - 【請求項７】GaAs基板上に一方導電型AlGaInPクラッド
層、活性層、他方導電型AlGaInPクラッド層および他方
導電型コンタクト層がストライプ状に形成されていて、 前記ストライプの両側に前記他方導電型AlGaInPクラッ
ド層および一方導電型AlGaInPクラッド層よりも屈折率
の低い非晶質層が形成されていることを特徴とする半導
体レーザ。 - 【請求項８】非晶質層として非晶質Siと非晶質Si3N4あ
るいはSiO2との混合物を用いることを特徴とする特許請
求の範囲第７項記載の半導体レーザ。 - 【請求項９】GaAs基板上に形成されたストライプ状の一
方導電型AlGaInPクラッド層、活性層、他方導電型AlGaI
nPクラッド層および他方導電型コンタクト層の表面に他
方導電型の拡散層が形成されていることを特徴とする特
許請求の範囲第７項または第８項記載の半導体レーザ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31111488A JPH0728102B2 (ja) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
| US07/437,934 US5029175A (en) | 1988-12-08 | 1989-11-17 | Semiconductor laser |
| US07/683,181 US5143863A (en) | 1988-12-08 | 1991-04-09 | Method of manufacturing semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31111488A JPH0728102B2 (ja) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02156588A JPH02156588A (ja) | 1990-06-15 |
| JPH0728102B2 true JPH0728102B2 (ja) | 1995-03-29 |
Family
ID=18013312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31111488A Expired - Fee Related JPH0728102B2 (ja) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0728102B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
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-
1988
- 1988-12-08 JP JP31111488A patent/JPH0728102B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02156588A (ja) | 1990-06-15 |
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