JPH07283482A

JPH07283482A - 半導体レーザ装置及びその作製方法

Info

Publication number: JPH07283482A
Application number: JP7344094A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takahashi; 孝志高橋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1994-04-12
Filing date: 1994-04-12
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【目的】作製過程において精密な位置合わせ工程が不要
であり、キャリアの閉じ込め機構を有するリッジ導波路
型の半導体レーザ装置を提供する。【構成】本発明の半導体レーザ装置は、第１導電型基板
３０１と、該基板上に順次エピタキシャル成長された第
１導電型クラッド層３０２，第１のアンドープ光導波層
３０３，量子井戸構造を含む活性層３０４，第２のアン
ドープ光導波層３０５と、該第２の光導波層上に形成さ
れて第２の光導波層表面を露出したストライブ形状の開
口部４０１を有する絶縁層３１１と、該ストライプ形状
の開口部に順次選択的にエピタキシャル成長された第２
導電型クラッド層３０６，第２導電型コンタクト層３０
７と、エピタキシャル層を積層している面と反対側の基
板表面及び第２導電型コンタクト層上に形成したオーミ
ック電極３０９，３１０とを備えており、前記絶縁層の
下に位置する量子井戸構造３０８を混晶化したものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理機器や光伝
送システム等に用いられる半導体レーザ装置及びその作
製方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光情報処理機器や光伝送システム等の光
源に用いられる半導体レーザ装置の１つとして、リッジ
導波路型半導体レーザ装置が提案されている（特公平５
−６２８３４号公報等）。図７に従来のリッジ導波路型
半導体レーザ装置の断面図を示す。図中の符号１はｎ型
ＩｎＰ基板、２はｎ型ＩｎＰクラッド層、３はＩｎＧａ
ＡｓＰ活性層（λ＝１．５μｍ）、４はｐ型ＩｎＧａＡ
ｓＰクラッド層（λ＝１．３μｍ）、５はＳｉＯ₂ から
なる誘電体層、６はｐ型ＩｎＰリッジ、７はｐ側電極、
８はｎ側電極となっている。各層の厚さは、ｎ型クラッ
ド層２が３．０μｍ、活性層３が０．３μｍ、ｐ型クラ
ッド層４が０．３μｍ、誘電体層５が０．１５μｍであ
り、また窓ストライプ幅は５μｍであった。この構造に
おいては、ｐ側電極７とｎ側電極８に順方向バイアス電
圧を印加することにより、電流は誘電体層５中に形成さ
れたストライプ開口パターンを通して活性層３に注入さ
れる。また、光はリッジ導波路内に閉じ込められる。リ
ッジ導波路を形成しているリッジ６は、誘電体層５のス
トライプ開口パターンに、結晶成長させて形成してい
る。この場合、誘電体層５上には成長が起こらないた
め、誘電体層５で限定されたリッジ導波路構造が得られ
る。一方、誘電体層５は、電流狭窄用の絶縁層としての
働きも行っている。そのため、リッジ導波路と電流狭窄
用の絶縁ストライプパターンが自己整合的に形成され
る。これにより、図７に示す半導体レーザ装置において
は、その作製過程において、精密な位置合わせ工程が不
要であるという特徴を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示した半導体レーザ装置においては、活性層内において
水平横方向のキャリアの閉じ込め機構を有していないた
め、活性層内に注入されたキャリアは、水平横方向へ拡
散してしまい、利得領域幅が広くなってしまう。そし
て、リッジ導波路より離れた領域に注入されたキャリア
は、レーザ発振に寄与しないため、余分なキャリアが注
入されることになる。したがって、素子の発振しきい電
流を低減することが困難であった。

【０００４】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたものであり、作製過程において精密な位置合わ
せ工程が不要であるという特徴を生かしつつ、キャリア
の閉じ込め機構をも有するリッジ導波路型半導体レーザ
装置を得ることを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体レーザ装置においては、第１導電型
基板上に、第１導電型クラッド層，第１のアンドープ光
導波層，量子井戸構造を含む活性層，第２のアンドープ
光導波層が順次エピタキシャル成長により形成されてい
る。そして、第２の光導波層上に、第２の光導波層表面
を露出したストライプ形状の開口部を除いて絶縁層が形
成され、このストライプ形状の開口部には、第２導電型
クラッド層，第２導電型コンタクト層が選択的にエピタ
キシャル成長されて形成される。さらに、絶縁層の下に
位置する量子井戸構造は、混晶化されている。そして、
エピタキシャル層を積層している面と反対側の基板表面
と、第２導電型コンタクト層上には、それぞれ素子に電
流を注入するためのオーミック電極が形成されている
（請求項１）。

【０００６】絶縁層の下の量子井戸構造を混晶化する方
法としては、エピタキシャル成長層としてＡｌＧａＡｓ
系材料を用い、また絶縁層として酸化ケイ素層を用いる
ことにより、酸化ケイ素層下のＡｌＧａＡｓ層にＧａ原
子の空格子点を形成，拡散させる方法がある（請求項
２）。また、第２の光導波層と絶縁層との間に、絶縁層
とほぼ同一のストライプ形状の開口部を有する高濃度不
純物ドーピング層を形成し、該不純物ドーピング層中の
不純物を量子井戸構造に拡散させる方法を用いることも
可能である（請求項３）。絶縁層は、一般に選択成長用
のマスク層の働きも兼ねているが、絶縁層と同一のスト
ライプ形状の開口部を有していれば、別の材料からなる
選択成長用マスク層を絶縁層上に積層してもよい（請求
項７）。また、ストライプ形状の開口部に選択的にエピ
タキシャル成長する際に、第２導電型クラッド層は、逆
テーパ形状で作製することができる。その場合、第２導
電型半導体コンタクト層は、第１導電型基板面と平行で
ないファセットにも形成される（請求項４）。また、酸
化ケイ素層上には、半導体多結晶層を堆積形成すること
も可能である（請求項５）。

【０００７】

【作用】本発明においては、第２の光導波層上に、第２
の光導波層表面を露出したストライプ形状の開口部を除
いて絶縁層が形成され、該絶縁層の下に位置する量子井
戸構造を混晶化している。混晶化した部分の禁制帯幅
は、混晶化していない量子井戸構造の等価禁制帯幅より
も大きくなる。従って、活性層の水平横方向にヘテロ接
合を形成することができる。キャリアは、禁制帯幅の狭
い領域、すなわち混晶化していない部分に閉じ込められ
るため、活性層内での水平方向のキャリア拡散を抑制す
ることが可能となる。

【０００８】本発明の構造において、エピタキシャル成
長層としてＡｌＧａＡｓ系材料を用い、また絶縁層とし
て酸化ケイ素層を用いた場合には、熱処理を行うことに
より、ＡｌＧａＡｓ結晶中のＧａ原子が酸化ケイ素層に
吸い取られ、結晶中にＧａの空格子点が形成される。さ
らに、熱処理を行うと、この空格子点が拡散するのに伴
って、酸化ケイ素層下の量子井戸構造の混晶化が誘起さ
れる。また、酸化ケイ素層のストライプ形状の開口部に
は、第２導電型クラッド層と第２導電型コンタクト層が
エピタキシャル成長されている。この第２導電型クラッ
ド層はリッジ構造を形成し、酸化ケイ素層のストライプ
形状の開口部にリッジ導波路を形成する。この酸化ケイ
素層は電気的には絶縁物質であるため、電極をコンタク
ト層及び酸化ケイ素層上に形成することにより、電流を
リッジ導波路部分に狭窄することが可能となる。以上述
べたことより、光導波路としてのリッジ導波路と注入電
流を狭窄する絶縁層ストライプとキャリアの拡散を抑制
する混晶領域が、自己整合的に形成されることになる。

【０００９】絶縁層の下に位置する量子井戸構造を混晶
化する他の方法としては、第２の光導波層と絶縁層との
間に、絶縁層とほぼ同一のストライプ形状の開口部を有
する高濃度不純物ドーピング層を形成し、熱処理を行う
ことにより、該不純物ドーピング層中の不純物を量子井
戸構造に拡散させる方法がある。該高濃度不純物ドーピ
ング層は、１回目の結晶成長時に、第２の光導波層上に
エピタキシャル成長して形成する。不純物の種類として
は、Ｚｎ，Ｓｉ，Ｓ，Ｓｅ等を用いることができる。ま
た、高濃度不純物ドーピング層におけるストライプ形状
の開口部は、絶縁層の開口部をマスクとしてエッチング
を行うことにより、その形状をそのまま転写して形成す
る。そのため、混晶領域は、リッジ導波路及び絶縁層ス
トライプと自己整合的に形成される。以上述べた絶縁層
下に位置する量子井戸層を混晶化する熱処理過程は、過
剰なＡｓ圧力を加えた環境で、５００〜９００℃の温度
で行う。この過程は、ストライプ形状の開口部に第２導
電型クラッド層，第２導電型コンタクト層をエピタキシ
ャル成長するチャンバー内で行うことも可能である（請
求項６）。

【００１０】次に図８を参照してリッジ形成について述
べる。尚、以下の説明においては、電子出願における使
用文字の制約上、バー付き文字が使用できないため、

【数１】の様に記載する。（００１）ＧａＡｓ基板２０１上にＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ層
の選択エピタキシャル成長を行う場合、ストライプの方
向によって結晶成長層２０３の形状が変化する。ストラ
イプパターンを［１１０］方向に平行になるように形成
したときには、選択成長した層２０３に、結晶面（１１
~１）Ｂ，（１~１１）Ｂ面が表れる（図８[ａ]参照）。
この面が表れると、結晶成長がこれ以上進まなくなり、
従って選択成長によって形成された層２０３の形状は上
に行くほどメサ幅が狭くなる順メサ形状となる。このた
め、最上層に積層する第２導電型コンタクト層の幅は、
ストライプパターンの幅よりも狭くなってしまう。一
方、ストライプパターンを［１１~０］方向と平行に形
成した場合には、選択成長した層２０３は、（１~１~
１）Ａ，（１１１）Ａ面と（１~１~１~）Ｂ，（１１１
~）Ｂ面の両ファセットが表れる（図８[ｂ]参照）。す
なわち、［００１］方向だけでなく、［１１１］方向に
も結晶成長は進んでいくこととなる。従って、第２導電
型コンタクト層は、基板面と平行な（００１）面に加え
て、（１~１~１）Ａ，（１１１）Ａ面上にも積層形成さ
れる。よって、ストライプの開口幅が狭い場合にも、電
極とコンタクト層の接触面積を広くすることができる。

【００１１】リッジ導波路を構成する第２導電型クラッ
ド層を選択的にエピタキシャル成長して形成する際に、
例えば、ＡｌＧａＡｓ系において、成長するＡｌＧａＡ
ｓ層のＡｌ組成比を大きくすること等により、絶縁層上
に半導体多結晶層が同時に堆積する。そして、第２導電
型クラッド層を逆テーパ形状に形成した場合には、該多
結晶層は、逆テーパ形状の側面にも埋め込まれることに
なる。また、上記半導体レーザ装置は、以下の方法で作
製してもよい。第２の光導波層上に絶縁層と選択成長用
マスク層を順に積層し、該絶縁層及び選択成長用マスク
層に１回のフォトリソグラフィー工程で同一のストライ
プ形状の開口部を形成する。そして、ストライプ形状の
開口部に第２導電型クラッド層と第２導電型コンタクト
層を選択的にエピタキシャル成長させる（請求項７）。
この方法を用いる場合には、選択成長用マスクに絶縁層
と異なる材料、例えば、タングステンなどを用いること
ができる。また、電極形成する前に、選択成長用マスク
層をエッチングにより除去することにより、選択成長時
に選択成長用マスクの上に生じた多結晶のスペックル
を、選択成長用マスクと一緒に除去することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して詳細に説明する。［実施例１］図１は本発明の第１の実施例による半導体
レーザ装置の斜視図である。図１において、符号３０１
はｎ型ＧａＡｓ基板、３０２は基板３０１上に形成され
たｎ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層、３０３はｎ型ク
ラッド層３０２上に形成された第１のアンドープＡｌ
_0.18Ｇａ_0.82Ａｓ光導波層、３０４は第１の光導波層３
０３上に形成されたＧａＡｓ／Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ａｓ多
重量子井戸活性層、３０５は活性層３０４上に形成され
た第２のアンドープＡｌ_0.18Ｇａ_0.82Ａｓ光導波層、３
１１は第２の光導波層３０５上に形成された酸化ケイ素
層、３１２は酸化ケイ素層３１１上に形成されたタング
ステン層である。また、３０６は酸化ケイ素層３１１及
びタングステン層３１２がストライプ形状に除去された
開口部分の第２の光導波層３０５上に形成されたｐ型Ａ
ｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓクラッド層であり、３０７はｐ型ク
ラッド層３０６上に形成されたｐ型ＧａＡｓコンタクト
層である。また、３０９はコンタクト層３０７及びタン
グステン層３１２上に形成されたＣｒ／Ａｕからなるｐ
側電極であり、３１０は基板３０１の下面に形成された
Ａｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるｎ側電極である。

【００１３】ｎ型クラッド層３０２の厚さは１．５μ
ｍ、第１及び第２の光導波層３０３，３０５の厚さは各
々０．１μｍ、ｐ型クラッド層３０６の厚さは１．８μ
ｍ、ｐ型コンタクト層３０７の厚さは０．５μｍとし
た。また、活性層に用いている多重量子井戸構造は、層
厚６ｎｍのＡｌ_0.18Ｇａ_0.82Ａｓバリア層を挾んだ層厚
１０ｎｍのＧａＡｓ井戸層２層から構成されている。ま
た、酸化ケイ素層３１１の下の多重量子井戸構造は、熱
処理により混晶化されたＡｌＧａＡｓ層３０８となって
いる。

【００１４】図２は図１に示した実施例による半導体レ
ーザ装置の作製過程を示したものである。以下、図４を
用いて作製過程の説明を行う。最初に図２[ａ]に示すよ
うに、ｎ型（００１）ＧａＡｓ基板３０１上に、Ｓｅド
ープＡｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層３０２，第１のアン
ドープＡｌ_0.18Ｇａ_0. ₈₂Ａｓ光導波層３０３，多重量子
井戸活性層３０４，第２のアンドープＡｌ_0.18Ｇａ_0.82
Ａｓ光導波層３０５を順にエピタキシャル成長させた。
結晶成長方法としては、ＭＯＶＰＥ(metal organic vap
or phase epitaxy）法を用いて行った。次に、図２[ｂ]
に示すように、第２の光導波層３０５上に、酸化ケイ素
層３１１と、選択エピタキシャル成長用マスク層である
タングステン層３１２をＣＶＤ（chemical vapor depos
ition)法で、それぞれ３００ｎｍ，５０ｎｍの厚さに堆
積形成した。

【００１５】続いて、フォトレジストをマスクとして、
ＲＩＥ(reactive ion etching)法で、タングステン層３
１２と酸化ケイ素層３１１をドライエッチングで除去
し、幅５μｍのストライプ形状の窓４０１を形成した
（図２[ｃ]）。このとき、ストライプパターン４０１
は、［１１０］方向に平行になるように形成した。そし
て、フォトレジストを除去した後に、基板を減圧ＭＯＶ
ＰＥ装置のチャンバー内にセットする。そして、ＭＯＶ
ＰＥ装置のチャンバー内で、酸化ケイ素層下の多重量子
井戸構造を混晶化するための熱処理を行った。尚、基板
温度は８８０℃とした。このとき、ＡｓＨ₃ を流して、
十分なＡｓ圧をかけた状態で行うため、表面が露出して
いるＡｌＧａＡｓ層の分解は、ほとんど生じない。

【００１６】次に、同じチャンバー内で、ストライプ形
状にタングステン層３１２，酸化ケイ素層３１１が除去
されて、第２の光導波層３０５表面が露出している部分
４０１に、ＺｎドープＡｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓクラッド層
３０６、ＺｎドープＧａＡｓコンタクト層３０７を選択
的にエピタキシャル成長させる（図２[ｄ]）。成長条件
としては、成長温度７００℃、成長圧力２５Ｔorr で行
った。この成長条件においては、半導体層が露出してい
る部分にのみ結晶成長が行われ、タングステン層３１２
上には堆積がほとんど生じない。また、ストライプパタ
ーン４０１を［１１０］方向と平行に形成したため、前
述したように（図８[ａ]参照）、選択成長により形成さ
れた層の形状は順メサ形状となる。次に、タングステン
層３１２及びｐ型コンタクト層３０７の上にｐ側電極３
０９を、また、基板３０１の裏面にｎ側電極３１０を真
空蒸着法により形成する（図２[ｅ]）。

【００１７】次に、以上の過程により作製した半導体レ
ーザ装置の動作について説明する。ＭＯＶＰＥ装置内に
おける熱処理により、第２のＡｌ_0.18Ｇａ_0.82Ａｓ光導
波層３０５中のＧａ原子が酸化ケイ素層３１１中に吸い
取られ、酸化ケイ素層３１１の下の第２の光導波層３０
５中に空格子点が形成される。さらに熱処理を行うと空
格子点は多重量子井戸構造３０４中に拡散する。この空
格子点の拡散に伴って多重量子井戸構造３０４の混晶化
が誘起される。ＧａＡｓ／Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ａｓ多重量
子井戸構造の等価的な禁制帯幅は１．４４ｅＶであり、
一方、混晶化した層の禁制帯幅は約１．５ｅＶとなる。
従って、活性層の水平横方向にヘテロ接合によるエネル
ギー障壁が生じる。このため、キャリアは禁制帯幅の狭
い混晶化されていない多重量子井戸構造内に閉じ込めら
れる。この領域は、選択成長によって形成したリッジ導
波路と一致しているため、注入したキャリアがレーザ発
振に有効に寄与することとなる。従って、本発明におい
ては素子のしきい電流を低減することができる。

【００１８】［実施例２］図３は本発明の第２の実施例
による半導体レーザ装置の斜視図である。第１の実施例
に示した半導体レーザ装置と異なっている点は、ストラ
イプパターン４０１を［１１~０］方向と平行に形成し
ていることである。そのため、選択成長した層３０６，
３０７は、前述したように（図８[ｂ]参照）、（１~１~
１）Ａ，（１１１）Ａ面と（１~１~１~）Ｂ，（１１１
~）Ｂ面を有する逆メサ形状となっている。また、本実
施例では、酸化ケイ素層３１１上にＡｌＧａＡｓの多結
晶層５０１を堆積させた構造としている。

【００１９】図４は図３に示した実施例による半導体レ
ーザ装置の作製過程を示したものである。以下、図４を
用いて作製過程の説明を行う。最初にＭＯＶＰＥ法によ
り、ｎ型（００１）ＧａＡｓ基板３０１上に、Ｓｅドー
プＡｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａｓクラッド層３０２，第１のアン
ドープＡｌ_0.18Ｇａ_0. ₈₂Ａｓ光導波層３０３，多重量子
井戸活性層３０４，第２のアンドープＡｌ_0.18Ｇａ_0.82
Ａｓ光導波層３０５を順にエピタキシャル成長させた
（図４[ａ]）。次に、第２の光導波層３０５上に、酸化
ケイ素層３１１をＣＶＤ法で、３００ｎｍの厚さに堆積
形成した（図４[ｂ]）。続いて、フォトレジストをマス
クとして、ＲＩＥ法で、酸化ケイ素層３１１をドライエ
ッチングで除去し、［１１~０］方向に平行になるよう
に幅２．５μｍのストライプ形状の窓４０１を形成した
（図４[ｃ]）。

【００２０】次に、第１の実施例と同様に酸化ケイ素層
下の多重量子井戸構造を混晶化するための熱処理を行
う。そして、ＭＯＶＰＥ法により、ストライプ形状の開
口部４０１にＺｎドープＡｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａｓクラッド
層３０６、ＺｎドープＧａＡｓコンタクト層３０７をエ
ピタキシャル成長させた（図４[ｄ]）。このとき同時
に、酸化ケイ素層３１１上には、ＡｌＧａＡｓ多結晶層
５０１を堆積させている。成長条件としては、成長温度
７８０℃、成長圧力１００Ｔorr で行った。最後に、多
結晶層５０１及びｐ型コンタクト層３０７の上にｐ側電
極３０９を、また、基板３０１の裏面にｎ側電極３１０
を真空蒸着法により形成する（図４[ｅ]）。

【００２１】以上の過程で作製した、第２の実施例によ
る半導体レーザ装置においては、ストライプ開口部の
幅、すなわち電流狭窄用の絶縁ストライプ４０１の幅が
２．５μｍと狭くなっている。このように、電流注入領
域をより狭い領域に限定することは、素子のしきい電流
をより低減させるように働く。しかしながら、選択成長
した層を順メサ形状に作製した場合には、メサ頂上の幅
が約１μｍ程度となる。そのため、最上層に形成するコ
ンタクト層３０７の幅が狭くなり、コンタクト層３０７
と電極３０９との接触抵抗が大きくなってしまう。一
方、本実施例では選択成長する層を逆メサ形状に形成し
ている。このため、コンタクト層３０７は、基板面と平
行な（００１）面に加えて基板面と平行でない（１~１~
１）Ａ，（１１１）Ａ面上にも積層形成される。これに
より、電極３０９とオーミック接触を形成するコンタク
ト層３０７の幅は約４μｍと大きくなるため、電極との
接触抵抗が増大することを防いでいる。また、本実施例
では、選択成長で形成したｐ型クラッド層３０６側面の
逆テーパ形状になっている部分に、多結晶層５０１を埋
め込んでいる。これにより、電極３０９が逆テーパ部分
で断切れすることを防止している。尚、多結晶層５０１
は、その最上面が、（１~１~１）Ａ面と（１~１~１~）
Ｂ面，（１１１）Ａ面と（１１１~）Ｂ面の境界である
折れ曲がり部分と同じ高さになるように形成することが
望ましい。

【００２２】［実施例３］図５は本発明の第３の実施例
による半導体レーザ装置の斜視図である。第１の実施例
に示した半導体レーザ装置と異なっている点は、第２の
光導波層３０５上に、Ａｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａｓエッチング
ストップ層７０１と高濃度ＺｎドープＧａＡｓ層７０２
を形成していることである。該高濃度ＺｎドープＧａＡ
ｓ層７０２は、絶縁層である窒化ケイ素層３１１とほぼ
同一のストライプ形状の開口部を有している。そして該
開口部には、リッジ構造が選択的にエピタキシャル成長
されている。エッチングストップ層７０１の層厚は５０
ｎｍ、高濃度ＺｎドープＧａＡｓ層の層厚は０．２μｍ
とした。また、高濃度ＺｎドープＧａＡｓ層７０２のド
ーピング濃度は、１×１０²⁰ｃｍ~³である。

【００２３】図６は図５に示した実施例による半導体レ
ーザ装置の作製過程を示したものである。以下、図６を
用いて作製過程の説明を行なう。最初に、ＭＯＶＰＥ法
により、ｎ型（００１）ＧａＡｓ基板３０１上に、Ｓｅ
ドープＡｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層３０２，第１のア
ンドープＧａＡｓ光導波層３０３，多重量子井戸活性層
３０４，第２のアンドープＧａＡｓ光導波層３０５，Ｚ
ｎドープＡｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａｓエッチングストップ層７
０１，高濃度ＺｎドープＧａＡｓ層７０２を順にエピタ
キシャル成長させた（図６[ａ]）。活性層に用いている
多重量子井戸構造３０４は、層厚９ｎｍのＧａＡｓバリ
ア層を挾んだ層厚７ｎｍのＩｎＧａＡｓ井戸層２層から
構成されており、歪量子井戸構造となっている。また、
高濃度Ｚｎドープ層７０２は、比較的低温（〜６２０
℃）で成長することにより、Ｚｎのドーピング効率を上
げた。

【００２４】次に、高濃度Ｚｎドープ層７０２上に、窒
化ケイ素層３１１，酸化ケイ素層３１２をＣＶＤ法で、
それぞれ１５０ｎｍ，５０ｎｍの厚さに順に堆積形成し
た（図６[ｂ]）。続いて、フォトレジストをマスクとし
て、ＲＩＥ法で、酸化ケイ素層３１２と窒化ケイ素層３
１１をドライエッチングで除去し、［１１０］方向に平
行になるように幅５μｍのストライプ形状の窓を形成し
た。さらに、パターニングを行った窒化ケイ素層３１１
をマスクとして、その下にある高濃度Ｚｎドープ層７０
２をウェットエッチングで除去し、ストライプパターン
形状の開口部４０１を形成した。ウェットエッチングの
エッチング溶液として、アンモニア：過酸化水素系を採
用することにより、ＧａＡｓ層のみをエッチングし、エ
ッチングがＡｌ_0.45Ｇａ_0.55Ａｓエッチングストップ層
７０１で停止するようにした（図６[ｃ]）。

【００２５】次に、ＭＯＶＰＥ法により、ストライプ形
状の開口部４０１にＺｎドープＡｌ_0.35Ｇａ_0.65Ａｓク
ラッド層３０６、ＺｎドープＧａＡｓコンタクト層３０
７をエピタキシャル成長させた（図６[ｄ]）。成長条件
としては、成長温度７００℃、成長圧力２５Ｔorr で行
った。その際に、１×１０²⁰ｃｍ~³のドーピング濃度を
有する高濃度ＺｎドープＧａＡｓ層７０２中のＺｎが、
約０．１μｍ下に位置する量子井戸構造に拡散する（図
中の符号７０３で示す斜線部がＺｎ拡散領域）。それに
伴い、多重量子井戸構造の混晶化が起こる。その後、稀
フッ酸を用いたウェットエッチングにより酸化ケイ素層
３１２を除去し、窒化ケイ素層３１１表面を露出させる
（図６[ｅ]）。このとき、酸化ケイ素層上に多少生じた
ＡｌＧａＡｓのスペックルも同時に除去することができ
る。最後に、窒化ケイ素層３１１及びｐ型コンタクト層
３０７の上にｐ側電極３０９を、また、基板３０１の裏
面にｎ側電極３１０を真空蒸着法により形成する（図６
[ｆ]）。

【００２６】以上の作製過程においては、閉管型熱拡散
やイオン注入等の工程を用いることなく混晶化を行って
おり、素子作製が容易となっている。また、高濃度Ｚｎ
ドーピング層７０２におけるストライプ形状の開口部４
０１は、絶縁層である窒化シリコン層３１１の開口部を
マスクとしてエッチングを行うことにより、その形状を
そのまま転写して形成している。そのため、Ｚｎの拡散
によって生じた混晶領域は、リッジ導波路及び絶縁層ス
トライプと自己整合的に形成される。

【００２７】

【発明の効果】本発明の半導体レーザ装置は、以上説明
したように構成されているので、以下に記載するような
効果を奏する。本発明の半導体レーザ装置においては、
ストライプ形状の開口部を除いて形成されている絶縁層
の下側に位置する量子井戸構造が混晶化されて、活性層
の水平横方向にヘテロ接合を形成している。これによ
り、活性層内における水平横方向のキャリア拡散を抑制
することが可能となり、しきい電流を低減することがで
きる。また、絶縁層のストライプ形状の開口部には、リ
ッジ構造が選択的にエピタキシャル成長されているた
め、光導波路としてのリッジ導波路と注入電流を狭窄す
る絶縁層ストライプとキャリアの拡散を抑制する混晶領
域を自己整合的に形成している。従って、素子作製過程
において、精密な位置合わせ工程が不要であり、素子形
成が容易となっている。

【００２８】また、上記半導体レーザ装置を作製する場
合に、絶縁層上に選択成長用マスク層を積層し、絶縁層
と選択成長用マスク層に、１回のフォトリソグラフィー
工程で同一のストライプ形状の開口部を形成し、その開
口部にリッジ構造を選択的にエピタキシャル成長させる
方法を用いることにより、リッジ導波路と絶縁ストライ
プと混晶領域を自己整合的に形成する特徴を有したまま
で、多様なマスク材料を用いることができる。さらに、
選択成長後に選択成長用マスク層をエッチングにより除
去することにより、選択成長時に選択成長用マスク層の
上に生じる多結晶のスペックルを除去することができ
る。

【００２９】また、絶縁層下に位置する量子井戸構造を
混晶化する熱処理過程を、ストライプ形状の開口部に第
２導電型クラッド層，第２導電型コンタクト層をエピタ
キシャル成長するチャンバー内で行うことにより、素子
作製過程をより簡略化することができる。また、第２導
電型コンタクト層を、選択成長により形成した第２導電
型クラッド層の、基板面と平行な面に加えて基板面と平
行でない側面上にも積層形成することにより、電極とコ
ンタクト層の接触面積を広くして、電極の接触抵抗を低
減することができる。また、第２導電型クラッド層を選
択的にエピタキシャル成長して形成する際に、逆テーパ
形状に形成した第２導電型クラッド層の側面に、半導体
多結晶層を埋め込み平坦化することにより、電極が逆テ
ーパ部分で断切れするのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による半導体レーザ装置
の斜視図である。

【図２】第１の実施例に示した半導体レーザ装置の作製
過程を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施例による半導体レーザ装置
の斜視図である。

【図４】第２の実施例に示した半導体レーザ装置の作製
過程を示す図である。

【図５】本発明の第３の実施例による半導体レーザ装置
の斜視図である。

【図６】第３の実施例に示した半導体レーザ装置の作製
過程を示す図である。

【図７】従来技術の一例を示す半導体レーザ装置の断面
図である。

【図８】選択エピタキシャル成長の結晶面を説明する図
である。

【符号の説明】

２０１：ＧａＡｓ基板２０２：選択エピタキシャル成長用マスク層２０３：選択エピタキシャル成長層３０１：ｎ型ＧａＡｓ基板（第１導電型基板）３０２：ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層（第１導電型クラ
ッド層）３０３：第１のアンドープ光導波層３０４：多重量子井戸活性層３０５：第２のアンドープ光導波層３０６：ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層（第２導電型クラ
ッド層）３０７：ｐ型ＧａＡｓコンタクト層（第２導電型コンタ
クト層）３０８：混晶層３０９：ｐ側電極３１０：ｎ側電極３１１：絶縁層３１２：選択エピタキシャル成長用マスク層４０１：ストライプ形状の開口部５０１：多結晶層７０１：ＡｌＧａＡｓエッチングストップ層７０２：高濃度ＺｎドープＧａＡｓ層７０３：Ｚｎ拡散領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型基板と、該基板上に順次エピタ
キシャル成長された第１導電型クラッド層，第１のアン
ドープ光導波層，量子井戸構造を含む活性層，第２のア
ンドープ光導波層と、該第２の光導波層上に形成されて
第２の光導波層表面を露出したストライブ形状の開口部
を有する絶縁層と、該ストライプ形状の開口部に順次選
択的にエピタキシャル成長された第２導電型クラッド
層，第２導電型コンタクト層と、エピタキシャル層を積
層している面と反対側の基板表面及び第２導電型コンタ
クト層上に形成したオーミック電極とを備えており、前
記絶縁層の下に位置する量子井戸構造を混晶化したこと
を特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】請求項１記載の半導体レーザ装置におい
て、エピタキシャル成長層としてＡｌＧａＡｓ系材料を
用い、絶縁層として酸化ケイ素層を用いたことを特徴と
する半導体レーザ装置。
【請求項３】請求項１記載の半導体レーザ装置におい
て、第２の光導波層と絶縁層との間に、高濃度に不純物
をドーピングした層がエピタキシャル成長により積層さ
れ、該高濃度不純物ドーピング層に絶縁層とほぼ同一の
ストライプ形状の開口部が形成されており、高濃度不純
物ドーピング層の下に位置する量子井戸構造が混晶化さ
れていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】請求項１記載の半導体レーザ装置におい
て、ストライプ形状の開口部にエピタキシャル成長する
第２導電型クラッド層が逆テーパ形の形状を有してお
り、かつ、第２導電型コンタクト層が第１導電型基板面
と平行でないファセットにも形成されていることを特徴
とする半導体レーザ装置。
【請求項５】請求項１記載の半導体レーザ装置におい
て、絶縁層または選択成長用マスク層上に半導体多結晶
層を堆積させ、該半導体多結晶層及び第２導電型コンタ
クト層上に電極を形成したことを特徴とする半導体レー
ザ装置。
【請求項６】請求項１記載の半導体レーザ装置を作製す
る方法において、ストライプ形状の開口部に第２導電型
半導体クラッド層，第２導電型コンタクト層を選択的に
エピタキシャル成長する過程と、量子井戸構造を混晶化
する過程を、同一のチャンバー内で行うことを特徴とす
る半導体レーザ装置の作製方法。
【請求項７】請求項１記載の半導体レーザ装置を作製す
る方法において、絶縁層上に選択成長用マスク層を積層
し、該選択成長用マスク層に絶縁層と同一のストライプ
形状の開口部を形成し、該開口部に第２導電型半導体ク
ラッド層，第２導電型コンタクト層を選択的にエピタキ
シャル成長することを特徴とする半導体レーザ装置の作
製方法。