JPH0738194A - 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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JPH0738194A
JPH0738194A JP5179315A JP17931593A JPH0738194A JP H0738194 A JPH0738194 A JP H0738194A JP 5179315 A JP5179315 A JP 5179315A JP 17931593 A JP17931593 A JP 17931593A JP H0738194 A JPH0738194 A JP H0738194A
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crystal
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semiconductor layer
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Akihiro Shima
顕洋 島
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 量子効果の優れた量子細線，及び量子箱を備
えた半導体レーザを得る。 【構成】 ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなる活
性層４を、｛１００｝面に対する傾きが所定角度以下で
ある第１の結晶面と、この両側に配置される｛１００｝
面に対する傾きの角度が上記第１の結晶面の｛１００｝
面に対する傾きの角度よりも大きい第１の結晶面とを有
する第１導電型半導体層３上に、｛１００｝面上に成長
させた場合に結晶を構成する原子が規則正しく配列され
たオーダリング状態で結晶成長し、｛１００｝面に対し
傾きを有する面上に成長させた場合に原子の配列の規則
性が乱れたディスオーダリング状態で結晶成長する成長
条件で結晶成長した構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体レーザの発振
しきい電流を下げることが可能な量子細線及び量子箱の
作製に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１３〜図１７はＩＥＥＥ ジャーナル
オブ カンタム エレクトロニクス，ＱＥ−２２巻，
９号，１９１５〜１９２１頁（IEEE Journal of Quantu
m Electronics, Vol.QE-22, No.9, September 1986 p.1
915 〜1921）に示された量子細線，及び量子箱の効果を
説明するための図である。
【０００３】図１３はバルク活性層を示す斜視図であ
り、図において、９１は厚さが２００オングストローム
以上のＧａＡｓからなるバルク層、９２はＧａＡｓバル
ク層３１を挟むように配置されたＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ
からなるクラッド層である。図１４は量子薄膜活性層を
示す斜視図であり、図において、９３は厚さ１００オン
グストロームのＧａＡｓからなる量子薄膜である。図１
５は量子細線を示す斜視図であり、図において、９４は
厚さ１００オングストローム，幅１００オングストロー
ムのＧａＡｓからなる量子細線である。図１６は量子箱
を示す斜視図であり、図において、９５は厚さ１００オ
ングストローム，幅１００オングストローム，奥行１０
０オングストロームのＧａＡｓからなる量子箱である。
図１７は半導体レーザに上記バルク層９１，量子薄膜９
３，量子細線９４，及び量子箱９５が適用された場合に
得られる量子効果を示したグラフで、縦軸には得られる
最大ゲイン、横軸には注入されるキャリア密度を示して
いる。
【０００４】次に原理，動作について説明する。半導体
レーザの発光領域となる活性層は、活性層のバンドギャ
ップより大きな材料で囲まれることにより、活性層に注
入されるキャリアが、活性層内に効率良く閉じ込められ
るようになっている。ここでの説明ではバンドギャップ
の差を０．２６ｅＶ程度とった場合について述べる。図
１３は従来から広く用いられているバルク活性層９１の
場合であるが、これを図１４のように２００オングスト
ローム以下に薄くして量子薄膜９３と呼ばれる状態にす
ると、活性層に注入されるキャリア密度が同一でも大き
なゲインが得られるようになる。このような量子効果を
幅方向にも適用したものが図１５に示した量子細線９４
であり、さらに奥行方向にも適用したものが、図１６に
示した量子箱９５である。図１７はこれらそれぞれの活
性層構造におけるキャリア密度に対するレーザの最大ゲ
インの計算値を示す図であり、図からわかるように、キ
ャリア濃度が３〜４×１０18cm-3においてはバルク９
１、量子薄膜９３、量子細線９４、量子箱９５の順番に
ゲインが高くなっていく。
【０００５】レーザの発振しきい値電流は得られるゲイ
ンが大きいほど小さくなるため、上述のキャリア濃度範
囲においてはバルク９１，量子薄膜９３，量子細線９
４，量子箱９５の順にしきい値が低くなっていく。現状
では、バルク活性層９１と量子薄膜９３が用いられた半
導体レーザが実用化されているが、量子細線９４，量子
箱９５は作製が困難であるため実用化には至っていな
い。しかしながら、量子細線９４については最近活発に
研究が進められており、半導体レーザの試作も試みられ
ている。
【０００６】図１８は、例えばジャーナル オブ クリ
スタル グロース ９３巻，８５０〜８５６頁（Journa
l of Crystal Growth 93(1988)850-856 ）に掲載され
た、量子細線を半導体レーザに適用した実例を示す断面
図である。図において、１０１は表面が（１００）面で
あるｎ型ＧａＡｓ基板である。１０９は上記基板１０１
の表面に〔０１／１〕方向に形成されたＶ溝であり、１
０９ａはＶ溝底、１０９ｂはＶ溝斜面である。１２１は
厚さ１．２５μｍのｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ下クラッ
ド層１２１は基板１０１上に配置される。また、厚さ
０．２μｍのｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ下グレーデッドク
ラッド層１２２は下クラッド層１２１上に配置され、そ
のＡｌ組成比ｘは下クラッド層１２１に接する側が０．
５であり上層に向かって０．２まで徐々に変化してい
る。厚さ７０オングストロームのＧａＡｓからなる量子
薄膜活性層１２３は下グレーデッドクラッド層１２２上
に配置され、１２３ａはＶ溝底１０９ａ上の領域、１２
３ｂはＶ溝斜面１０９ｂ上の領域である。厚さ０．２μ
ｍのｐ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ上グレーデッドクラッド層
１２４は活性層１２３上に配置され、そのＡｌ組成比ｘ
は活性層１２３に接する側が０．２であり上層に向かっ
て０．５まで徐々に変化している。また、厚さ１．２５
μｍのｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ上クラッド層１２５は
上グレーデッドクラッド層１２４上に配置され、厚さ
０．２μｍのｐ型ＧａＡｓキャップ層１０５は上クラッ
ド層１２５上に配置される。また、１０６はプロトン注
入により形成された電流阻止領域、１０７はｐ側電極、
１０８はｎ側電極である。
【０００７】この従来の量子細線半導体レーザは、以下
のようにして作製される。即ち、まず、（１００）ｎ型
ＧａＡｓ基板１０１上に、〔０１／１〕方向に延びるス
トライプ状のＶ溝１０９を、Ｈ2 ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 （３
０モル％）：Ｈ2 Ｏ（体積比１：８：４０）をエッチン
グ液として用いて形成する。溝の開口幅，及び深さはい
ずれも約５μｍである。
【０００８】次に、このように溝１０９が形成された基
板１０１上にＭＯＣＶＤ( Metalorganic Chemical Vapo
r Deposition) 法によって、ＡｌＧａＡｓ下クラッド層
１２１，ＡｌＧａＡｓ下グレーデッドクラッド層１２
２，ＧａＡｓ量子薄膜活性層１２３，ＡｌＧａＡｓ上グ
レーデッドクラッド層１２４，ＡｌＧａＡｓクラッド層
１２５，及びＧａＡｓキャップ層１０５を順次積層させ
る。このような一連の結晶成長を行うと、各ＡｌＧａＡ
ｓ層はＶ溝１０９の形を残し、Ｖ溝１０９の斜面１０９
ｂ上でやや厚く成長するが、ＧａＡｓの量子薄膜活性層
１２３はＶ溝底部１０９ａ上で比較的厚く成長し、１０
０オングストローム厚の三日月状の領域１２３ａとな
る。一方、溝の斜面１０９ｂ上の活性層１２３ｂは７０
オングストローム程度と薄いため、量子効果により、三
日月状活性層１２３ａよりもバンドギャップが大きくな
っている。従って、三日月状活性層１２３ａは、もとも
と活性層１２３を構成する材料よりもバンドギャップの
大きな材料からなる上下グレーデッドクラッド層１２
２，１２４によって上下方向を、層厚の違いにより三日
月状活性層１２３ａよりもバンドギャップの大きい活性
層１２３ｂによって横方向を囲まれた量子細線構造とな
る。
【０００９】ここで、１００オングストローム厚の三日
月状活性層１２３ａと７０オングストローム厚の斜面上
活性層１２３ｂのバンドギャップ差は僅か０．０２３ｅ
Ｖ程度と計算できるので、前述のクラッド層と活性層の
バンドギャップ差０．２６ｅＶに比べ１桁小さい。
【００１０】上述の結晶成長工程の後、Ｖ溝の底部１０
９ａに対向する領域以外の領域に、キャップ層１０５表
面からプロトンをイオン注入し、電流阻止領域１０６を
形成する。この後、ｐ側電極１０７をキャップ層１０５
上に、ｎ側電極１０８を基板１０１裏面にそれぞれ形成
する工程等を経て図１８に示す半導体レーザが完成す
る。
【００１１】レーザ動作については、ｎ側電極１０８に
陰極，ｐ側電極１０７に陽極の電流源を接続し電流注入
を始めると、電流は電流阻止領域１０６の存在しない、
Ｖ溝の底部１０９ａ上の領域を通過して量子細線１２３
ａへ注入されレーザ発振が起こる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体レーザは
以上のように構成されており、量子細線となる三日月状
活性層と溝斜面上の活性層とのバンドギャップ差が非常
に小さいため、量子細線効果が小さいという問題点があ
った。
【００１３】量子細線効果を改善するには横方向のバン
ドギャップ差を大きくすることが必要であるが、従来の
構造では、Ｖ溝上に活性層を結晶成長した際に、該活性
層がＶ溝底上で厚く、Ｖ溝斜面上で薄く成長するとい
う、極めて限られた条件の下で僅かな効果をもって生ず
る現象を利用して横方向のバンドギャップ差を設けてお
り、さらにＶ溝底上の活性層厚があまり厚くなりすぎる
と上下方向の量子効果も低減してしまうという弊害が生
ずるため、Ｖ溝底上の活性層厚とＶ溝斜面上の活性層厚
の差を大きくして横方向のバンドギャップ差を大きくす
ることは困難であるいう問題点があった。
【００１４】また、上記従来例において、〔０１１〕方
向にストライプ状Ｖ溝を形成した場合にも同様の効果が
生ずると考えれば、基板に逆四角錐形状の凹部を設け
て、この基板上に結晶成長を行なうことによって量子箱
を形成することができるものであるが、この場合も、上
述したのと同様の理由から、横方向のバンドギャップ差
を大きくすることが困難であるため、量子効果の優れた
量子箱を得ることができないという問題点があった。
【００１５】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、量子効果の優れた量子細線，又
は量子箱を備えた半導体レーザ及びその製造方法を得る
ことを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体レ
ーザは、第１導電型半導体基板の第１の主面上に順次結
晶成長された第１導電型半導体層，該第１導電型半導体
層よりもバンドギャップの小さい材料からなる活性層，
及び該活性層の構成材料よりもバンドギャップの大きい
第２導電型半導体層を有するものであって、上記第１導
電型半導体層が、その上に配置される上記活性層が量子
細線となる第１の結晶面と、その両側に配置される第２
の結晶面とを備えたものであり、上記第１の結晶面は
｛１００｝面に対する傾きが所定角度以下の面であり、
上記第２の結晶面は｛１００｝面に対する傾きの角度が
上記第１の結晶面の｛１００｝面に対する傾きの角度よ
りも大きい面であり、上記活性層が、｛１００｝面上に
成長させた場合に結晶を構成する原子が規則正しく配列
されたオーダリング状態で結晶成長し、｛１００｝面に
対し傾きを有する面上に成長させた場合に原子の配列の
規則性が乱れたディスオーダリング状態で結晶成長する
成長条件で結晶成長されたＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩ
ｎＰからなる結晶薄膜であることを特徴とするものであ
る。
【００１７】また、この発明に係る半導体レーザは、第
１導電型半導体基板の第１の主面上に順次結晶成長され
た第１導電型半導体層，該第１導電型半導体層よりもバ
ンドギャップの小さい材料からなる活性層，及び該活性
層の構成材料よりもバンドギャップの大きい第２導電型
半導体層を有するものであって、上記第１導電型半導体
層が、その上に配置される上記活性層が量子箱となる第
１の結晶面と、その周囲に配置される第２の結晶面とを
備えたものであり、上記第１の結晶面は｛１００｝面に
対する傾きが所定角度以下の面であり、上記第２の結晶
面は｛１００｝面に対する傾きの角度が上記第１の結晶
面の｛１００｝面に対する傾きの角度よりも大きい面で
あり、上記活性層が、｛１００｝面上に成長させた場合
に結晶を構成する原子が規則正しく配列されたオーダリ
ング状態で結晶成長し、｛１００｝面に対し傾きを有す
る面上に成長させた場合に原子の配列の規則性が乱れた
ディスオーダリング状態で結晶成長する成長条件で結晶
成長されたＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなる結
晶薄膜であることを特徴とするものである。
【００１８】また、この発明に係る半導体レーザの製造
方法は、第１導電型半導体基板の第１の主面上に、｛１
００｝面に対する傾きが所定角度以下であるストライプ
状の第１の結晶面と、その両側に配置される｛１００｝
面に対する傾きの角度が上記第１の結晶面の｛１００｝
面に対する傾きの角度よりも大きい第２の結晶面とを有
する第１導電型半導体層を形成した後、該第１導電型半
導体層上に、｛１００｝面上に成長させた場合に結晶を
構成する原子が規則正しく配列されたオーダリング状態
で結晶成長し、｛１００｝面に対し傾きを有する面上に
成長させた場合に原子の配列の規則性が乱れたディスオ
ーダリング状態で結晶成長する成長条件で、上記第１導
電型半導体層よりもバンドギャップの小さいＧａＩｎＰ
またはＡｌＧａＩｎＰからなる活性層を結晶成長し、さ
らに、該活性層上に該活性層の構成材料よりもバンドギ
ャップの大きい第２導電型半導体層を形成し、上記第１
導電型半導体層の上記第１の結晶面上に、上記活性層か
らなる量子細線を形成するようにしたものである。
【００１９】また、この発明に係る半導体レーザの製造
方法は、第１導電型半導体基板の第１の主面上に、｛１
００｝面に対する傾きが所定角度以下である第１の結晶
面と、これを囲んで配置される｛１００｝面に対する傾
きの角度が上記第１の結晶面の｛１００｝面に対する傾
きの角度よりも大きい第２の結晶面とを有する第１導電
型半導体層を形成した後、該第１導電型半導体層上に、
｛１００｝面上に成長させた場合に結晶を構成する原子
が規則正しく配列されたオーダリング状態で結晶成長
し、｛１００｝面に対し傾きを有する面上に成長させた
場合に原子の配列の規則性が乱れたディスオーダリング
状態で結晶成長する成長条件で、上記第１導電型半導体
層よりもバンドギャップの小さいＧａＩｎＰまたはＡｌ
ＧａＩｎＰからなる活性層を結晶成長し、さらに、該活
性層上に該活性層の構成材料よりもバンドギャップの大
きい第２導電型半導体層を形成し、上記第１導電型半導
体層の上記第１の結晶面上に、上記活性層からなる量子
箱を形成するようにしたものである。
【００２０】
【作用】この発明においては、第１導電型半導体基板の
第１の主面上に順次結晶成長された第１導電型半導体
層，該第１導電型半導体層よりもバンドギャップの小さ
い材料からなる活性層，及び該活性層の構成材料よりも
バンドギャップの大きい第２導電型半導体層を有するも
のにおいて、上記第１導電型半導体層が、その上に配置
される上記活性層が量子細線となる第１の結晶面と、そ
の両側に配置される第２の結晶面とを備えたものであ
り、上記第１の結晶面は｛１００｝面に対する傾きが所
定角度以下の面であり、上記第２の結晶面は｛１００｝
面に対する傾きの角度が上記第１の結晶面の｛１００｝
面に対する傾きの角度よりも大きい面であり、上記活性
層が、｛１００｝面上に成長させた場合に結晶を構成す
る原子が規則正しく配列されたオーダリング状態で結晶
成長し、｛１００｝面に対し傾きを有する面上に成長さ
せた場合に原子の配列の規則性が乱れたディスオーダリ
ング状態で結晶成長する成長条件で結晶成長されたＧａ
ＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなる結晶薄膜である構
成としたから、量子効果の優れた量子細線を備えた半導
体レーザを得ることができる。
【００２１】また、この発明においては、第１導電型半
導体基板の第１の主面上に順次結晶成長された第１導電
型半導体層，該第１導電型半導体層よりもバンドギャッ
プの小さい材料からなる活性層，及び該活性層の構成材
料よりもバンドギャップの大きい第２導電型半導体層を
有するものにおいて、上記第１導電型半導体層が、その
上に配置される上記活性層が量子箱となる第１の結晶面
と、その周囲に配置される第２の結晶面とを備えたもの
であり、上記第１の結晶面は｛１００｝面に対する傾き
が所定角度以下の面であり、上記第２の結晶面は｛１０
０｝面に対する傾きの角度が上記第１の結晶面の｛１０
０｝面に対する傾きの角度よりも大きい面であり、上記
活性層が、｛１００｝面上に成長させた場合に結晶を構
成する原子が規則正しく配列されたオーダリング状態で
結晶成長し、｛１００｝面に対し傾きを有する面上に成
長させた場合に原子の配列の規則性が乱れたディスオー
ダリング状態で結晶成長する成長条件で結晶成長された
ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなる結晶薄膜であ
る構成としたから、量子効果の優れた量子箱を備えた半
導体レーザを得ることができる。
【００２２】また、この発明においては、第１導電型半
導体基板の第１の主面上に、｛１００｝面に対する傾き
が所定角度以下であるストライプ状の第１の結晶面と、
その両側に配置される｛１００｝面に対する傾きの角度
が上記第１の結晶面の｛１００｝面に対する傾きの角度
よりも大きい第２の結晶面とを有する第１導電型半導体
層を形成した後、該第１導電型半導体層上に、｛１０
０｝面上に成長させた場合に結晶を構成する原子が規則
正しく配列されたオーダリング状態で結晶成長し、｛１
００｝面に対し傾きを有する面上に成長させた場合に原
子の配列の規則性が乱れたディスオーダリング状態で結
晶成長する成長条件で、上記第１導電型半導体層よりも
バンドギャップの小さいＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎ
Ｐからなる活性層を結晶成長し、さらに、該活性層上に
該活性層の構成材料よりもバンドギャップの大きい第２
導電型半導体層を形成し、上記第１導電型半導体層の上
記第１の結晶面上に、上記活性層からなる量子細線を形
成するようにしたから、量子効果の優れた量子細線を備
えた半導体レーザを作製することができる。
【００２３】また、この発明においては、第１導電型半
導体基板の第１の主面上に、｛１００｝面に対する傾き
が所定角度以下である第１の結晶面と、これを囲んで配
置される｛１００｝面に対する傾きの角度が上記第１の
結晶面の｛１００｝面に対する傾きの角度よりも大きい
第２の結晶面とを有する第１導電型半導体層を形成した
後、該第１導電型半導体層上に、｛１００｝面上に成長
させた場合に結晶を構成する原子が規則正しく配列され
たオーダリング状態で結晶成長し、｛１００｝面に対し
傾きを有する面上に成長させた場合に原子の配列の規則
性が乱れたディスオーダリング状態で結晶成長する成長
条件で、上記第１導電型半導体層よりもバンドギャップ
の小さいＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなる活性
層を結晶成長し、さらに、該活性層上に該活性層の構成
材料よりもバンドギャップの大きい第２導電型半導体層
を形成し、上記第１導電型半導体層の上記第１の結晶面
上に、上記活性層からなる量子箱を形成するようにした
から、量子効果の優れた量子箱を備えた半導体レーザを
作製することができる。
【００２４】
【実施例】実施例１．以下、この発明の一実施例につい
て説明する。図１は本発明の第１の実施例による半導体
レーザを示す斜視図であり、また図２はその主要部の断
面模式図である。これら図において、１は表面が（１０
０）面であるｎ型ＧａＡｓ基板である。１１は上記基板
１の表面に形成された〔０１／１〕方向に延びる断面逆
台形形状のストライプ状溝であり、１１ａは（１００）
面からなる溝底面、１１ｂは溝斜面である。溝斜面１１
ｂの（１００）面に対する傾きθ1 は例えば４５°であ
る。厚さ１μｍのｎ型（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.
5 Ｐ下クラッド層２は基板１上に配置される。ここで２
ａは溝底面１１ａ上の下クラッド層、２ｂは溝斜面１１
ｂ上の下クラッド層である。また、厚さ０．２μｍのｎ
型（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ下グレーデッドク
ラッド層３は下クラッド層２上に配置され、そのＡｌ組
成比ｘは下クラッド層２に接する側が０．５であり上層
に向かって０．２まで徐々に変化している。厚さ１００
オングストロームのＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなる量子薄
膜活性層４下グレーデッドクラッド層３上に配置され
る。ここで４ａはＶ溝底１１ａ上の活性層、４ｂはＶ溝
斜面１１ｂ上の活性層である。厚さ０．２μｍのｐ型
（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ上グレーデッドクラ
ッド層５は活性層４上に配置され、そのＡｌ組成比ｘは
活性層４に接する側が０．２であり上層に向かって０．
５まで徐々に変化している。また、厚さ２μｍのｐ型
（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ上クラッド層６は
上グレーデッドクラッド層５上に配置され、厚さ０．２
μｍのｐ型ＧａＡｓキャップ層７は上クラッド層６上に
配置される。また、８はプロトン注入により形成された
電流阻止領域、９はｐ側電極、１０はｎ側電極である。
【００２５】次に、製造工程について説明する。図３，
図４は本実施例による半導体レーザの製造方法を説明す
るための工程斜視図であり、図において図１と同一符号
は同一又は相当部分である。まず、図３(a) に示すよう
に、表面が（１００）面であるｎ型ＧａＡｓ基板１上に
〔０１／１〕方向に延びるストライプ状の開口部を有す
るマスク１５をパターニングする。次に、例えばＨ2 Ｓ
Ｏ4 ：Ｈ2 Ｏ2 （３０モル％）：Ｈ2 Ｏ（体積比 ８：
１：１）をエッチング液として用いて、基板１をエッチ
ングし、図３(b) に示すように、断面逆台形形状のスト
ライプ状溝１１を形成する。そして、図３(c) に示すよ
うにマスク１５を除去した後、基板１上に、図４(a) に
示すように、下クラッド層２，下グレーデッドクラッド
層３，活性層４，上グレーデッドクラッド層５，上クラ
ッド層６，及びコンタクト層７をＭＯＣＶＤ法により順
次結晶成長する。この後、コンタクト層７上に、電流通
路を形成すべき領域に対応した形状のマスク１６をパタ
ーニングし、図４(b) に示すように、コンタクト層７表
面からプロトン注入を行ない、電流阻止領域８を形成す
る。そして、マスク１６を除去した後、コンタクト層７
上にｐ側電極９を、基板裏面にｎ側電極１０を形成し、
さらに劈開等による共振器端面形成工程等を経て図１に
示す半導体レーザが完成する。
【００２６】図７は、例えばＩＥＥＥ ジャーナル オ
ブ カンタム エレクトロニクス，２７巻，６号，１４
８３〜１４８９頁（IEEE Journal of Quantum Electron
ics,Vol.27, No.6, June 1991 p.1483 〜1489）に掲載
された、Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層及び（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5
）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層を、主面として（１００）面に対
し〔０１１〕方向へある角度傾けた面（オフアングル
面）をもつＧａＡｓ基板上に成長したときのフォトルミ
ネッセンスピークエネルギー即ちバンドギャップエネル
ギーのシフト量を示す図である。
【００２７】図７からわかるように、Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5
ＰをＭＯＣＶＤ法を用いて、成長温度６８０℃，Ｖ族原
子とIII 族原子の比、即ちＶ／III 比を５５０の条件下
で結晶成長した場合、（１００）ＧａＡｓ面（オフアン
グル＝０°）上に結晶成長したものに比して、オフアン
グルを有する面上に結晶成長したものの方がバンドギャ
ップが大きく、オフアングルが７°以上になると、（１
００）面、即ちオフアングル０°の面上よりバンドギャ
ップが０．０７４ｅＶ以上大きくなる。
【００２８】このバンドギャップのシフトは、成長層の
結晶状態に起因するものである。即ち、ＧａＩｎＰを例
えば上述のような所定の成長条件で結晶成長した場合、
（１００）面上では、図５に模式的に示すように、ガリ
ウム２０，リン２１，及びインジウム２２の各原子が規
則的に並んだ状態で結晶が形成される。この状態はオー
ダリング状態と呼ばれる。一方、オフアングル面上で
は、図６に示すように、ガリウム２０とインジウム２２
の位置が周期性を持たないディスオーダリング状態で結
晶が形成され、バンドギャップが大きくなる。オフアン
グルが大きくなるにつれてバンドギャップのシフト量が
大きくなるのは、ディスオーダリングの程度がオフアン
グルが大きくなるにつれて大きくなるためである。な
お、応用物理，第５９巻，第９号（１９８９年）の１３
６０頁〜１３６７頁には、このようなＧａＩｎＰの結晶
状態とバンドギャップのシフトとの関係についての論文
が掲載されている。
【００２９】本実施例では上記のメカニズムを利用して
量子細線の横方向バンドギャップ差を大きくしている。
即ち、（１００）ＧａＡｓ基板に断面逆台形形状のスト
ライプ状溝１１を形成することにより、基板は、ストラ
イプ状溝の底面であるストライプ状の（１００）面と、
その両側に配置されるストライプ状溝の斜面である４５
°のオフアングル面とを備えたものとなる。このような
基板上に上記成長条件で結晶成長を行なうと、（１０
０）面（オフアングル＝０°）からなるストライプ状溝
底面１１ａ上に成長されるＡｌＧａＩｎＰ層２ａ，及び
ＧａＩｎＰ層４ａはオーダリング状態となり、一方、４
５°のオフアングル面からなるストライプ状溝の斜面１
１ｂ上に成長されるＡｌＧａＩｎＰ層２ｂ，及びＧａＩ
ｎＰ層４ｂはディスオーダリング状態となる。このた
め、本実施例では、溝底面１１ａ上の活性層４ａは、そ
の上下方向は、バンドギャップの大きな（Ａｌx Ｇａ1-
x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなる上グレーデッドクラッド層
５，及び下グレーデッドクラッド層３により挟まれ、横
方向は、ディスオーダリング状態で成長され量子細線部
（活性層４ａ）とのバンドギャップ差が従来例で示した
ものより約３倍（０．０７４ｅＶ）大きい活性層４ｂで
囲まれることになる。従って、従来より大きな量子効果
が得られ、より良好な量子細線が形成されるようにな
る。
【００３０】ここで、上記結晶成長工程においては、ス
トライプ状溝底面からの結晶成長とストライプ状溝斜面
からの結晶成長はほぼ同様の速度で進むため、下グレー
デッドクラッド層３の（１００）面の幅ｗ2 とストライ
プ状溝底面の幅ｗ1 との間には、ほぼｗ2 ＝ｗ1 −２ t
an｛Ｒ−（２Ｒ−θ1 ）／２｝・（ｔ1 ＋ｔ2 ）の関係
が成り立つ。但し、ｔ1 は下クラッド層２の層厚、ｔ2
は下グレーデッドクラッド層３の層厚である。従って、
本実施例ではストライプ状溝底面の幅ｗ1 を１μｍ程度
とすれば、下グレーデッドクラッド層３の（１００）面
の幅ｗ2 は約０．０１μｍとなり、この上面に形成され
る活性層４ａの幅は、量子細線として求められる寸法
（２００オングストローム以下）を十分に満足するもの
となる。
【００３１】本実施例では、下クラッド層２，下グレー
デッドクラッド層３，上グレーデッドクラッド層５，及
び上クラッド層６についても溝底面１１ａ上に成長した
領域と斜面１１ｂ上に成長した領域間でバンドギャップ
差が生じるが、これは量子細線の効果をそれほど高める
ものではない。
【００３２】実施例２．図８は本発明の第２の実施例に
よる半導体レーザを示す斜視図であり、また図９はその
主要部の断面模式図である。これら図において、３１は
表面が（１００）面であるｎ型ＧａＡｓ基板である。ｎ
型（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ下クラッド層３
２は基板３１上に配置される。ここで、下クラッド層３
２は、〔０１／１〕方向に延びる断面台形形状のストラ
イプ状凸部４１を有する。４１ａは（１００）面からな
る凸部上面、４１ｂは凸部斜面である。下クラッド層３
２の層厚は凸部の部分が１μｍ、それ以外の部分が０．
２μｍである。厚さ０．２μｍのｎ型（Ａｌx Ｇａ1-x
）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ下グレーデッドクラッド層３３は下
クラッド層３２上に配置され、そのＡｌ組成比ｘは下ク
ラッド層３２に接する側が０．５であり上層に向かって
０．２まで徐々に変化している。厚さ１００オングスト
ロームのＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなる量子薄膜活性層３
４は下グレーデッドクラッド層３３上に配置される。こ
こで３４ａは凸部上面４１ａに対応して形成される下グ
レーデッドクラッド層３３の（１００）面上に成長した
活性層であり、３４ｂは凸部斜面４１ｂに対応して形成
される下グレーデッドクラッド層３３の斜面上に成長し
た活性層である。厚さ０．２μｍのｐ型（Ａｌx Ｇａ1-
x）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ上グレーデッドクラッド層３５は活
性層３４上に配置され、そのＡｌ組成比ｘは活性層３４
に接する側が０．２であり上層に向かって０．５まで徐
々に変化している。また、厚さ２μｍのｐ型（Ａｌ0.5
Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ上クラッド層３６は上グレー
デッドクラッド層３５上に配置され、厚さ０．２μｍの
ｐ型ＧａＡｓキャップ層３７は上クラッド層３６上に配
置される。また、３８はプロトン注入により形成された
電流阻止領域、３９はｐ側電極、４０はｎ側電極であ
る。
【００３３】次に、製造工程について説明する。まず、
表面が（１００）面であるｎ型ＧａＡｓ基板３１上に層
厚１μｍの下クラッド層３２を結晶成長した後、該下ク
ラッド層３２上に〔０１／１〕方向に延びるストライプ
状マスクをパターニングする。次に、例えばＨ2 ＳＯ4
：Ｈ2 Ｏ（体積比１：１）をエッチング液として用い
て、下クラッド層３２をエッチングし、断面台形形状の
ストライプ状凸部４１を形成する。このとき、ストライ
プ状凸部の頂上面４１ａの幅は０．０１μｍ以下となる
ようにする。そして、マスクを除去した後、下クラッド
層３２上に、下グレーデッドクラッド層３３，活性層３
４，上グレーデッドクラッド層３５，上クラッド層３
６，及びコンタクト層３７をＭＯＣＶＤ法により順次結
晶成長する。この後、コンタクト層３７上に、電流通路
を形成すべき領域に対応した形状のマスクをパターニン
グし、コンタクト層３７表面からプロトン注入を行な
い、電流阻止領域３８を形成する。そして、マスクを除
去した後、コンタクト層３７上にｐ側電極３９を、基板
３１裏面にｎ側電極４０を形成し、さらに劈開等による
共振器端面形成工程等を経て図８に示す半導体レーザが
完成する。
【００３４】この実施例においても凸部頂上４１ａ上の
活性層３４ａはオーダリング状態となり、凸部斜面４１
ｂ上の活性層３４ｂはディスオーダリング状態となるた
め、上記第１の実施例と同様、活性層の横方向の閉じ込
め効果が大きく、量子効果の優れた量子細線を実現する
ことができる。
【００３５】ここで、本実施例ではストライプ状凸部を
ＧａＡｓ基板３１に設けるのではなく、基板３１上に形
成した下クラッド層３２に設けるようにしている。これ
は、以下の理由によるものである。ＧａＡｓ基板３１は
ＧａＩｎＰ活性層３４よりもバンドギャップが小さいの
で、活性層と基板が近接しすぎている場合には、活性層
で発生した光の基板による吸収損失が生じ、発振しきい
値の増大等の問題が発生する。このような弊害を抑える
等の目的から、基板と活性層の間には活性層よりもバン
ドギャップが大きい材料からなり、かつ十分な厚み（１
μｍ程度）を有する下クラッド層を配置する必要があ
る。一方、断面台形形状の凸部上に結晶成長を行なう場
合は、断面逆台形形状の溝部上に結晶成長を行なう場合
とは逆に、オフアングル面の間の（１００）面、即ち凸
部の頂上面の幅は結晶成長がすすむに従って広くなる。
このため、ＧａＡｓ基板上に断面台形形状のストライプ
状凸部を形成し、この上に、十分な層厚の下クラッド
層，及び下グレーデットクラッド層を成長すると、凸部
上面に対応して形成される下グレーデッドクラッド層の
（１００）面の幅が広くなりすぎて、活性層の幅方向の
量子効果が十分に得られなくなってしまう。本実施例で
は、基板３１上に成長した下クラッド層３２に断面台形
形状のストライプ状凸部４１を設け、この上に薄い下グ
レーデッドクラッド層３３を成長するようにしているの
で、凸部の頂上面の幅の広がりを小さく抑えることがで
き、また活性層と基板との間に十分な厚みの下クラッド
層を配置した構造を得ることができる。
【００３６】実施例３．図１０は本発明の第３の実施例
による半導体レーザの主要部を示す断面模式図である。
図において、５１は表面が（１００）面であるｎ型Ｇａ
Ａｓ基板である。ｎ型（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.
5 Ｐ下クラッド層５２は基板５１上に配置される。ここ
で、下クラッド層５２は、断面台形形状のストライプ状
凸部と断面逆台形形状のストライプ状溝が〔０１１〕方
向に周期的に配置されてなるグレーティング６１を含
む。６１ａは（１００）面からなるグレーティングの凸
部頂上面、６１ｂは（１００）面からなるグレーティン
グの凹部底面、６１ｃはグレーティングの斜面である。
下クラッド層５２はグレーティングの凸部頂上部での厚
みが１μｍ、グレーティングの凹部底部での厚みが０．
２μｍである。厚さ０．２μｍのｎ型（Ａｌx Ｇａ1-x
）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ下グレーデッドクラッド層５３は下
クラッド層５２上に配置され、そのＡｌ組成比ｘは下ク
ラッド層５２に接する側が０．５であり上層に向かって
０．２まで徐々に変化している。厚さ１００オングスト
ロームのＧａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐからなる量子薄膜活性層５
４は下グレーデッドクラッド層５３上に配置される。こ
こで５４ａはグレーティングの凸部頂上面６１ａに対応
して形成される下グレーデッドクラッド層５３の（１０
０）面上に成長した活性層であり、５４ｂはグレーティ
ングの凹部底面６１ｂに対応して形成される下グレーデ
ッドクラッド層５３の（１００）面上に成長した活性層
であり、５４ｃはグレーティングの斜面６１ｃに対応し
て形成される下グレーデッドクラッド層５３の斜面上に
成長した活性層である。厚さ０．２μｍのｐ型（Ａｌx
Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ上グレーデッドクラッド層５
５は活性層５４上に配置され、そのＡｌ組成比ｘは活性
層５４に接する側が０．２であり上層に向かって０．５
まで徐々に変化している。また、厚さ２μｍのｐ型（Ａ
ｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ上クラッド層５６は上
グレーデッドクラッド層５５上に配置され、厚さ０．２
μｍのｐ型ＧａＡｓキャップ層５７は上クラッド層５６
上に配置される。また、５８はプロトン注入により形成
された電流阻止領域、５９はｐ側電極、６０はｎ側電極
である。
【００３７】次に、製造工程について説明する。まず、
表面が（１００）面であるｎ型ＧａＡｓ基板５１上に層
厚１μｍの下クラッド層３２を結晶成長した後、該下ク
ラッド層５２上に〔０１／１〕方向に延びる複数のスト
ライプ状マスクをパターニングする。次に、例えばＨ2
ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ（体積比１：１）をエッチング液として
用いて、下クラッド層５２をエッチングし、断面台形形
状のストライプ状凸部と断面逆台形形状のストライプ状
溝が〔０１１〕方向に周期的に配置されてなるグレーテ
ィング６１を形成する。そして、マスクを除去した後、
下クラッド層５２上に、下グレーデッドクラッド層５
３，活性層５４，上グレーデッドクラッド層５５，上ク
ラッド層５６，及びコンタクト層５７をＭＯＣＶＤ法に
より順次結晶成長する。この結晶成長では、グレーティ
ングの凹部上ではその底面の幅が狭くなるように成長が
進み、グレーティングの凸部上ではその頂上面の幅が広
くなるように成長が進むため、グレーティングの凹部底
面６１ｂ上に位置する活性層５４ｂとグレーティングの
凸部頂上面６１ａ上に位置する活性層５４ａの幅が均一
になるようにするために、上記グレーティング形成時
に、（１００）面からなるグレーティングの凹部底面の
幅ｗ3 は、同じく（１００）面からなるグレーティング
の凸部頂上面の幅ｗ4 よりも広くなるように形成する。
この後、コンタクト層５７上に、電流通路を形成すべき
領域に対応した形状のマスクをパターニングし、コンタ
クト層５７表面からプロトン注入を行ない、電流阻止領
域５８を形成する。そして、マスクを除去した後、コン
タクト層５７上にｐ側電極５９を、基板５１裏面にｎ側
電極６０を形成し、さらに劈開等による共振器端面形成
工程等を経て図１０に示す半導体レーザが完成する。
【００３８】この実施例においてもグレーティングの凸
部頂上６１ａ上の活性層５４ａ，及びグレーティングの
凹部底面６１ｂ上の活性層５４ｂはオーダリング状態と
なり、グレーティングの斜面６１ｃ上の活性層５４ｃは
ディスオーダリング状態となるため、上記第１，第２の
実施例と同様、活性層の横方向の閉じ込め効果が大き
く、量子効果の優れた量子細線を実現することができ
る。
【００３９】さらに、本第３の実施例では、下クラッド
層にストライプ状凸部とストライプ状溝が〔０１１〕方
向に周期的に配置されてなるグレーティング６１を形成
し、グレーティングの凸部頂上面６１ａに対応する位
置，及びグレーティングの凹部底面６１ｂに対応する位
置に量子細線を形成するようにしたので、量子細線を密
に集積できる効果がある。
【００４０】実施例４．次に本発明の第４の実施例につ
いて説明する。図１１は本発明の第４の実施例による半
導体レーザを説明するための図であり、図において、７
１は表面が（１００）面であるｎ型ＧａＡｓ基板であ
り、７２は基板７１に形成された逆四角錐台形状の凹部
である。凹部７２の４つの斜面が（１００）面となす角
度はいずれも４５°であり、底面の寸法は、約１μｍ角
である。
【００４１】本第４の実施例による半導体レーザは、図
１１に示す基板７１上に、上記第１の実施例と同様に、
下クラッド層，下グレーデッドクラッド層，活性層，上
グレーデッドクラッド層，上クラッド層，及びコンタク
ト層を順次結晶成長する工程を含んで作製される。
【００４２】上述の文献ＩＥＥＥ ジャーナル オブ
カンタム エレクトロニクス，２７巻，６号では、オフ
アングル面の傾斜の方向が〔０１１〕方向であるものの
データのみが記載されている。ここで、オフアングル面
上でＧａＩｎＰがディスオーダ状態で成長するのは、オ
フアングル面はその表面を原子層オーダでみると階段状
となっており、この階段状となっていることにより、そ
の表面上に結晶成長される半導体層の原子配列の周期性
が乱されることによるものであると考えられるので、デ
ィスオーダリング状態での成長は、オフアングル面の傾
斜の方向が〔０１１〕方向である場合に限らず、どの方
向であっても発生する筈である。
【００４３】従って、図１１に示す基板７１上に、上記
第１の実施例と同様の一連の結晶成長を行うと、逆四角
錐台形状の凹部７２の底面上にはＩｎＧａＰ活性層はオ
ーダリング状態で成長し、凹部７２の斜面上にはディス
オーダリング状態ので成長する。これにより、本実施例
では、凹部底面上の活性層が、その上下方向をバンドギ
ャップの大きなクラッド層により、横四方をディスオー
ダリング状態で結晶成長されバンドギャップの大きくな
った活性層により囲まれた構成となり、量子効果の優れ
た量子箱を形成することができる。
【００４４】ここで、逆四角錐台形状の凹部７２の形成
は、基板７１上に〔０１１〕方向に延びる辺と〔０１／
１〕方向に延びる辺とによって構成される複数の正方形
の開口を有するマスクを設け、例えばＨ2 ＳＯ4 ：Ｈ2
Ｏ2 （３０モル％）：Ｈ2 Ｏ（体積比 ８：１：１）等
の面方位依存性を持たないエッチング液を用いて基板７
２をエッチングすることによって行なう。
【００４５】なお、本第４の実施例では、凹部７２の形
状を逆四角錐台形状としたものについて説明したが、こ
れは、逆三角錐台形状，逆五角錐台形状等の他の逆多角
錐台形状、もしくは逆円錐台形状であってもよい。
【００４６】実施例５．次に本発明の第５の実施例につ
いて説明する。図１２は本発明の第５の実施例による半
導体レーザを説明するための図であり、図において、８
１は表面が（１００）面であるｎ型ＧａＡｓ基板であ
る。ｎ型（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ下クラッ
ド層８２は基板８１上に配置され、エッチングにより複
数の四角錐台形状の凸部８３を含む形状に成形されてい
る。
【００４７】本第５の実施例による半導体レーザは、図
１２に示す下クラッド層８２上に、上記第２の実施例と
同様に、下グレーデッドクラッド層，活性層，上グレー
デッドクラッド層，上クラッド層，及びコンタクト層を
順次結晶成長する工程を含んで作製される。
【００４８】図１２に示す下クラッド層８２上に、上記
第２の実施例と同様の一連の結晶成長を行うと、四角錐
台形状の凸部８３の頂上面上にはＩｎＧａＰ活性層はオ
ーダリング状態で成長し、凸部８３の斜面上にはディス
オーダリング状態ので成長する。これにより、本実施例
では、凸部頂上面上の活性層が、その上下方向をバンド
ギャップの大きなクラッド層により、横四方をディスオ
ーダリング状態で結晶成長されバンドギャップの大きく
なった活性層により囲まれた構成となり、量子効果の優
れた量子箱を形成することができる。
【００４９】なお、本第５の実施例では、凸部７２の形
状を四角錐台形状としたものについて説明したが、これ
は、三角錐台形状，五角錐台形状等の他の多角錐台形
状、もしくは円錐台形状であってもよい。
【００５０】また、上記第１ないし第５の各実施例で
は、基板１としてその主面が（１００）ジャスト面、即
ち、（１００）面に対するオフアングルが０°のものを
用い、（１００）面上に成長される活性層が量子細線，
または量子箱構造となるものについて説明したが、基板
主面が（１００）面に対して多少のオフアングルを有す
るものであっても、このオフアングルが溝，凸部，また
は凹部の斜面のオフアングルに比して十分小さく、平坦
面上に成長するＧａＩｎＰと斜面上に成長するＧａＩｎ
Ｐのディスオーダリングの程度が十分に差があるもので
あれば、同様の効果を奏するものである。
【００５１】また、上記各実施例では、活性層にＧａ0.
5 Ｉｎ0.5 Ｐを用いた例について示したが、ＧａＰとＩ
ｎＰの組成比がこれとは異なるＧａＩｎＰを用いて歪み
入り構造としてもよい。また図７に示すように、結晶成
長面の（１００）に対するオフアングル角度の増加によ
る成長層のバンドギャップエネルギの増大の効果は、Ｇ
ａＩｎＰのみならずＡｌＧａＩｎＰにおいても生ずるの
で、活性層としてＡｌＧａＩｎＰを用いることも可能で
ある。
【００５２】また、上記各実施例では、クラッド層とし
て（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐを、グレーデッ
ドクラッド層としてＡｌ組成比ｘが０．５から０．２ま
でもしくは０．２から０．５まで変化する（Ａｌx Ｇａ
1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐを用いたものについて説明した
が、これらの層を構成する半導体の組成比はこれに限ら
れるものではない。
【００５３】また、上記各実施例では、クラッド層及び
グレーデッドクラッド層としてＡｌＧａＩｎＰを用いた
ものについて示したが、例えばＡｌＧａＡｓ系等の他の
材料系を用いてもよい。また、上記各実施例では活性層
を一層のみ設けたものについて示したが、薄い障壁層を
介して複数層積層した構造としてもよい。
【００５４】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、第１
導電型半導体基板の第１の主面上に順次結晶成長された
第１導電型半導体層，該第１導電型半導体層よりもバン
ドギャップの小さい材料からなる活性層，及び該活性層
の構成材料よりもバンドギャップの大きい第２導電型半
導体層を有するものにおいて、上記第１導電型半導体層
が、その上に配置される上記活性層が量子細線となる第
１の結晶面と、その両側に配置される第２の結晶面とを
備えたものであり、上記第１の結晶面は｛１００｝面に
対する傾きが所定角度以下の面であり、上記第２の結晶
面は｛１００｝面に対する傾きの角度が上記第１の結晶
面の｛１００｝面に対する傾きの角度よりも大きい面で
あり、上記活性層が、｛１００｝面上に成長させた場合
に結晶を構成する原子が規則正しく配列されたオーダリ
ング状態で結晶成長し、｛１００｝面に対し傾きを有す
る面上に成長させた場合に原子の配列の規則性が乱れた
ディスオーダリング状態で結晶成長する成長条件で結晶
成長されたＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなる結
晶薄膜である構成としたから、量子効果の優れた量子細
線を備えた半導体レーザを得ることができる効果があ
る。
【００５５】また、この発明によれば、第１導電型半導
体基板の第１の主面上に順次結晶成長された第１導電型
半導体層，該第１導電型半導体層よりもバンドギャップ
の小さい材料からなる活性層，及び該活性層の構成材料
よりもバンドギャップの大きい第２導電型半導体層を有
するものにおいて、上記第１導電型半導体層が、その上
に配置される上記活性層が量子箱となる第１の結晶面
と、その周囲に配置される第２の結晶面とを備えたもの
であり、上記第１の結晶面は｛１００｝面に対する傾き
が所定角度以下の面であり、上記第２の結晶面は｛１０
０｝面に対する傾きの角度が上記第１の結晶面の｛１０
０｝面に対する傾きの角度よりも大きい面であり、上記
活性層が、｛１００｝面上に成長させた場合に結晶を構
成する原子が規則正しく配列されたオーダリング状態で
結晶成長し、｛１００｝面に対し傾きを有する面上に成
長させた場合に原子の配列の規則性が乱れたディスオー
ダリング状態で結晶成長する成長条件で結晶成長された
ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなる結晶薄膜であ
る構成としたから、量子効果の優れた量子箱を備えた半
導体レーザを得ることができる効果がある。
【００５６】また、この発明に係る半導体レーザの製造
方法によれば、第１導電型半導体基板の第１の主面上
に、｛１００｝面に対する傾きが所定角度以下であるス
トライプ状の第１の結晶面と、その両側に配置される
｛１００｝面に対する傾きの角度が上記第１の結晶面の
｛１００｝面に対する傾きの角度よりも大きい第２の結
晶面とを有する第１導電型半導体層を形成した後、該第
１導電型半導体層上に、｛１００｝面上に成長させた場
合に結晶を構成する原子が規則正しく配列されたオーダ
リング状態で結晶成長し、｛１００｝面に対し傾きを有
する面上に成長させた場合に原子の配列の規則性が乱れ
たディスオーダリング状態で結晶成長する成長条件で、
上記第１導電型半導体層よりもバンドギャップの小さい
ＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなる活性層を結晶
成長し、さらに、該活性層上に該活性層の構成材料より
もバンドギャップの大きい第２導電型半導体層を形成
し、上記第１導電型半導体層の上記第１の結晶面上に、
上記活性層からなる量子細線を形成するようにしたか
ら、量子効果の優れた量子細線を備えた半導体レーザを
作製することができる効果がある。
【００５７】また、この発明に係る半導体レーザの製造
方法によれば、第１導電型半導体基板の第１の主面上
に、｛１００｝面に対する傾きが所定角度以下である第
１の結晶面と、これを囲んで配置される｛１００｝面に
対する傾きの角度が上記第１の結晶面の｛１００｝面に
対する傾きの角度よりも大きい第２の結晶面とを有する
第１導電型半導体層を形成した後、該第１導電型半導体
層上に、｛１００｝面上に成長させた場合に結晶を構成
する原子が規則正しく配列されたオーダリング状態で結
晶成長し、｛１００｝面に対し傾きを有する面上に成長
させた場合に原子の配列の規則性が乱れたディスオーダ
リング状態で結晶成長する成長条件で、上記第１導電型
半導体層よりもバンドギャップの小さいＧａＩｎＰまた
はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層を結晶成長し、さら
に、該活性層上に該活性層の構成材料よりもバンドギャ
ップの大きい第２導電型半導体層を形成し、上記第１導
電型半導体層の上記第１の結晶面上に、上記活性層から
なる量子箱を形成するようにしたから、量子効果の優れ
た量子箱を備えた半導体レーザを作製することができる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例による半導体レーザを
示す斜視図である。
【図２】図１の半導体レーザの主要部を示す断面模式図
である。
【図３】図１の半導体レーザの製造工程の一部を示す斜
視図である。
【図４】図１の半導体レーザの製造工程の一部を示す斜
視図である。
【図５】（１００）面上に所定の成長条件で成長された
ＧａＩｎＰ層の結晶状態を示す模式図である。
【図６】オフアングル面上に所定の成長条件で成長され
たＧａＩｎＰ層の結晶状態を示す模式図である。
【図７】Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層及び（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5
）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ層を（１００）面に対し［０１１］
方向のオフアングルをもつＧａＡｓ基板上に成長したと
きのオフアングル量とフォトルミネッセンスピークエネ
ルギーとの関係を示す図である。
【図８】この発明の第２の実施例による半導体レーザを
示す斜視図である。
【図９】図８の半導体レーザの主要部を示す断面模式図
である。
【図１０】この発明の第３の実施例による半導体レーザ
の主要部を示す断面模式図である。
【図１１】この発明の第４の実施例による半導体レーザ
を説明するための図である。
【図１２】この発明の第５の実施例による半導体レーザ
を説明するための図である。
【図１３】バルク活性層を示す斜視図である。
【図１４】量子薄膜活性層を示す斜視図である。
【図１５】量子細線活性層を示す斜視図である。
【図１６】量子箱活性層を示す斜視図である。
【図１７】量子薄膜構造，量子細線構造，及び量子箱構
造による量子効果を説明するための図である。
【図１８】従来の量子細線構造を有する半導体レーザの
主要部を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ下クラ
ッド層 ３ ｎ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ下グレー
デッドクラッド層 ４ Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ活性層 ５ ｐ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ上グレー
デッドクラッド層 ６ ｐ型（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ上クラ
ッド層 ７ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ８ 電流阻止領域 ９ ｐ側電極 １０ ｎ側電極 １１ 断面逆台形形状のストライプ状溝 ２０ ガリウム（Ｇａ）原子 ２１ リン（Ｐ）原子 ２２ インジウム（Ｉｎ）原子 ３１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ３２ ｎ型（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ下ク
ラッド層 ３３ ｎ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ下グレ
ーデッドクラッド層 ３４ Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ活性層 ３５ ｐ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ上グレ
ーデッドクラッド層 ３６ ｐ型（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ上ク
ラッド層 ３７ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ３８ 電流阻止領域 ３９ ｐ側電極 ４０ ｎ側電極 ４１ 断面台形形状のストライプ状凸部 ５１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ５２ ｎ型（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ下ク
ラッド層 ５３ ｎ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ下グレ
ーデッドクラッド層 ５４ Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ活性層 ５５ ｐ型（Ａｌx Ｇａ1-x ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ上グレ
ーデッドクラッド層 ５６ ｐ型（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.5 Ｉｎ0.5 Ｐ上ク
ラッド層 ５７ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ５８ 電流阻止領域 ５９ ｐ側電極 ６０ ｎ側電極 ６１ グレーティング

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１導電型半導体基板の第１の主面上に
    順次結晶成長された第１導電型半導体層，該第１導電型
    半導体層よりもバンドギャップの小さい材料からなる活
    性層，及び該活性層の構成材料よりもバンドギャップの
    大きい第２導電型半導体層を有する半導体レーザにおい
    て、 上記第１導電型半導体層は、その上に配置される上記活
    性層が量子細線となる第１の結晶面と、その両側に配置
    される第２の結晶面とを備えたものであり、 上記第１の結晶面は｛１００｝面に対する傾きが所定角
    度以下の面であり、 上記第２の結晶面は｛１００｝面に対する傾きの角度が
    上記第１の結晶面の｛１００｝面に対する傾きの角度よ
    りも大きい面であり、 上記活性層は、｛１００｝面上に成長させた場合に結晶
    を構成する原子が規則正しく配列されたオーダリング状
    態で結晶成長し、｛１００｝面に対し傾きを有する面上
    に成長させた場合に原子の配列の規則性が乱れたディス
    オーダリング状態で結晶成長する成長条件で結晶成長さ
    れたＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなる結晶薄膜
    であることを特徴とする半導体レーザ。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体レーザにおいて、 上記第１導電型半導体層は上記第１の結晶面からなる底
    面と上記第２の結晶面からなる側面を有する断面逆台形
    形状のストライプ状溝を有するものであることを特徴と
    する半導体レーザ。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の半導体レーザにおいて、 上記第１導電型半導体層は上記第１の結晶面からなる頂
    上面と上記第２の結晶面からなる側面を有する断面台形
    形状のストライプ状凸部を有するものであることを特徴
    とする半導体レーザ。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の半導体レーザにおいて、 上記第１導電型半導体層は上記第１の結晶面からなる底
    面と上記第２の結晶面からなる側面を有する断面逆台形
    形状のストライプ状凹部と、上記第１導電型半導体層は
    上記第１の結晶面からなる頂上面と上記第２の結晶面か
    らなる側面を有する断面台形形状のストライプ状凸部と
    を交互に複数配置したグレーティングを有するものであ
    ることを特徴とする半導体レーザ。
  5. 【請求項５】 第１導電型半導体基板の第１の主面上に
    順次結晶成長された第１導電型半導体層，該第１導電型
    半導体層よりもバンドギャップの小さい材料からなる活
    性層，及び該活性層の構成材料よりもバンドギャップの
    大きい第２導電型半導体層を有する半導体レーザにおい
    て、 上記第１導電型半導体層は、その上に配置される上記活
    性層が量子箱となる第１の結晶面と、その周囲に配置さ
    れる第２の結晶面とを備えたものであり、 上記第１の結晶面は｛１００｝面に対する傾きが所定角
    度以下の面であり、 上記第２の結晶面は｛１００｝面に対する傾きの角度が
    上記第１の結晶面の｛１００｝面に対する傾きの角度よ
    りも大きい面であり、 上記活性層は、｛１００｝面上に成長させた場合に結晶
    を構成する原子が規則正しく配列されたオーダリング状
    態で結晶成長し、｛１００｝面に対し傾きを有する面上
    に成長させた場合に原子の配列の規則性が乱れたディス
    オーダリング状態で結晶成長する成長条件で結晶成長さ
    れたＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなる結晶薄膜
    であることを特徴とする半導体レーザ。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の半導体レーザにおいて、 上記第１導電型半導体層は上記第１の結晶面からなる底
    面と上記第２の結晶面からなる側面を有する断面逆台形
    形状の凹部を有するものであることを特徴とする半導体
    レーザ。
  7. 【請求項７】 請求項５記載の半導体レーザにおいて、 上記第１導電型半導体層は上記第１の結晶面からなる底
    面と上記第２の結晶面からなる側面を有する断面台形形
    状の凸部を有するものであることを特徴とする半導体レ
    ーザ。
  8. 【請求項８】 第１導電型半導体基板の第１の主面上
    に、｛１００｝面に対する傾きが所定角度以下であるス
    トライプ状の第１の結晶面と、その両側に配置される
    ｛１００｝面に対する傾きの角度が上記第１の結晶面の
    ｛１００｝面に対する傾きの角度よりも大きい第２の結
    晶面とを有する第１導電型半導体層を形成する工程と、 該第１導電型半導体層上に、｛１００｝面上に成長させ
    た場合に結晶を構成する原子が規則正しく配列されたオ
    ーダリング状態で結晶成長し、｛１００｝面に対し傾き
    を有する面上に成長させた場合に原子の配列の規則性が
    乱れたディスオーダリング状態で結晶成長する成長条件
    で、上記第１導電型半導体層よりもバンドギャップの小
    さいＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなる活性層を
    結晶成長する工程と、 該活性層上に該活性層の構成材料よりもバンドギャップ
    の大きい第２導電型半導体層を形成する工程とを含み、 上記第１導電型半導体層の上記第１の結晶面上に、上記
    活性層からなる量子細線を形成することを特徴とする半
    導体レーザの製造方法。
  9. 【請求項９】 請求項８記載の半導体レーザの製造方法
    において、 上記第１導電型半導体層として、上記第１の結晶面から
    なる底面と上記第２の結晶面からなる側面を有する断面
    逆台形形状のストライプ状溝を有する層を形成すること
    を特徴とする半導体レーザの製造方法。
  10. 【請求項１０】 請求項９記載の半導体レーザの製造方
    法において、 上記第１導電型半導体層として、上記第１の結晶面から
    なる頂上面と上記第２の結晶面からなる側面を有する断
    面台形形状のストライプ状凸部を有する層を形成するこ
    とを特徴とする半導体レーザの製造方法。
  11. 【請求項１１】 請求項９記載の半導体レーザの製造方
    法において、 上記第１導電型半導体層として、上記第１導電型半導体
    層は上記第１の結晶面からなる底面と上記第２の結晶面
    からなる側面を有する断面逆台形形状のストライプ状凹
    部と、上記第１導電型半導体層は上記第１の結晶面から
    なる頂上面と上記第２の結晶面からなる側面を有する断
    面台形形状のストライプ状凸部とを交互に複数配置した
    グレーティングを有する層を形成することを特徴とする
    半導体レーザの製造方法。
  12. 【請求項１２】 第１導電型半導体基板の第１の主面上
    に、｛１００｝面に対する傾きが所定角度以下である第
    １の結晶面と、これを囲んで配置される｛１００｝面に
    対する傾きの角度が上記第１の結晶面の｛１００｝面に
    対する傾きの角度よりも大きい第２の結晶面とを有する
    第１導電型半導体層を形成する工程と、 該第１導電型半導体層上に、｛１００｝面上に成長させ
    た場合に結晶を構成する原子が規則正しく配列されたオ
    ーダリング状態で結晶成長し、｛１００｝面に対し傾き
    を有する面上に成長させた場合に原子の配列の規則性が
    乱れたディスオーダリング状態で結晶成長する成長条件
    で、上記第１導電型半導体層よりもバンドギャップの小
    さいＧａＩｎＰまたはＡｌＧａＩｎＰからなる活性層を
    結晶成長する工程と、 該活性層上に該活性層の構成材料よりもバンドギャップ
    の大きい第２導電型半導体層を形成する工程とを含み、 上記第１導電型半導体層の上記第１の結晶面上に、上記
    活性層からなる量子箱を形成することを特徴とする半導
    体レーザの製造方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１２記載の半導体レーザの製造
    方法において、 上記第１導電型半導体層として、上記第１の結晶面から
    なる底面と上記第２の結晶面からなる側面を有する断面
    逆台形形状の凹部を有する層を形成することを特徴とす
    る半導体レーザの製造方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１２記載の半導体レーザの製造
    方法において、 上記第１導電型半導体層として、上記第１の結晶面から
    なる底面と上記第２の結晶面からなる側面を有する断面
    台形形状の凸部を有する層を形成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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