JPH08130346A

JPH08130346A - 半導体レーザ装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH08130346A
Application number: JP26920594A
Authority: JP
Inventors: Yoshitake Katou; 芳健加藤; Ryuji Kobayashi; 隆二小林
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1994-11-02
Filing date: 1994-11-02
Publication date: 1996-05-21

Abstract

(57)【要約】【目的】閾値電流が低く、外部微分量子効率が高く、
かつ信頼性が高いＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザを提供
する。【構成】活性層１０５を含むダブルヘテロ構造を有
し、活性層の両脇がストライプ状のメサ構造を有し、メ
サ部両脇のメサ溝部が活性層より低屈折率のII-VI族化
合物半導体１１１で埋め込まれた半導体レーザであっ
て、メサ部とII-VI 族化合物半導体の間に、２元あるい
は３元からなるIII-Ｖ族化合物半導体１１０を配置する
構造を有する半導体レーザ。

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装置及びそ
の製造方法に関し、特にＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レー
ザ装置及びその製造方法に関に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＡｌＧａＩｎＰ系レーザは赤色可視光レ
ーザ光源として現在実用化されている。従来、このレー
ザの構造は、例えばエレクトロニクス・レターズ（Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．）１９８７年２３巻１３２７
頁〜１３２８頁に詳述されている図３に示すような構造
が一般的に採用されている。

【０００３】図３において、ｎ型ＧａＡｓ基板３０１上
に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層３０２、ｎ型（Ａｌ_0.8Ｇ
ａ_0.2）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ外側クラッド層３０３、ｎ型
（Ａｌ_0.6Ｇａ_0.4）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ内側クラッド層３
０４、（Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ活性層３０
５、ｐ型（Ａｌ_0.8Ｇａ_0.4）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ内側クラ
ッド層３０６、ｐ型（Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85）_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐエッチングストッパー層３０７、ｐ型（Ａｌ_0.8Ｇａ
_0.2）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ外側クラッド層３０８、ｐ型Ｇａ
Ａｓキャップ層３０９からなるヘテロ構造が形成されて
いる。

【０００４】ｐ型の半導体層中には、ストライプ状のメ
サが形成され、メサ脇がｎ型ＧａＡｓブロック層３１０
で埋め込まれている。ｎ型ＧａＡｓ基板３０１およびｐ
型ＧａＡｓキャップ層３０９に接して電極３１１および
３１２がそれぞれ設けられている。

【０００５】この従来の図３に示した半導体レーザの製
造方法は、まず、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置
を用いてｎ型ＧａＡｓ基板３０１上に、ＧａＡｓバッフ
ァ層３０２、外側クラッド層３０３、内側クラッド層３
０４、活性層３０５、内側クラッド層３０６、エッチン
グストッパー層３０７、外側クラッド層３０８、ｐ型Ｇ
ａＡｓキャップ層３０９を順次積層させる。

【０００６】一旦、このヘテロ構造基板をＭＯＣＶＤ装
置から出し、通常の熱分解気相成長法（熱ＣＶＤ法）に
より、基板表面にＳｉＯ₂を堆積させる。続けて、通常
用いられるフォトリソグラフィ法を用いて、数μｍ幅の
ストライプ状にＳｉＯ₂を加工する。このＳｉＯ₂を選
択エッチングマスクに用いて、活性層の両脇をメサ状に
エッチングする。この時、エッチングはエッチングスト
ッパー層３０７で止める。

【０００７】その後、このヘテロ構造基板を再度ＭＯＣ
ＶＤ装置に導入し、このメサ溝部に、ＳｉＯ₂を選択エ
ッチング用マスクとして用いてｎ型ブロック層３１０を
選択成長させる。このヘテロ構造基板をＭＯＣＶＤ装置
から取り出し、ＳｉＯ₂をエッチング除去した後、ＭＯ
ＣＶＤ法によりｐ型ＧａＡｓキャップ層３０９を再度成
長させる。得られたヘテロ構造基板に電極３１１，３１
２を形成し、図３に示す半導体レーザが得られる。

【０００８】従来の製造方法で製造された半導体レーザ
では、室温連続発振閾値電流として６３ｍＡが得られて
いる。これは発振閾値電流密度に換算すると４．２ｋＡ
／ｃｍ²に相当する。

【０００９】この半導体レーザでは、ブロック層３１０
は活性層３０５に対してそのバンドギャップは小さく、
その屈折率は大きい。従って、活性層で発光した光の一
部は、ブロック層で吸収され、半導体レーザの吸収損失
は大きく、また半導体レーザの活性層に平行な横モード
制御が難しいという問題があった。これら問題が克服さ
れるならば、発振閾値電流の低減、外部微分量子効率の
向上が期待できることになる。

【００１０】ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系半導体レーザで
は、ブロック層に活性層よりワイドギャップなII-VI 族
化合物半導体であるＺｎＳｅを用いた低閾値電流動作の
半導体レーザが試作されている。この半導体レーザおよ
びその製造方法に対する、第１の従来例は、アプライド
・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅ
ｔｔ．）１９８７年５１巻８７７頁〜８７９頁に詳述さ
れており、第２の従来例としてジャーナル・クリスタル
・グロース（Ｊ．ＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈ）１９
８８年９３巻６７３頁〜６７８頁に、第３の従来例とし
てジャパニーズ・ジャーナル・アプライド・フィジック
ス（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）１９８９年２
８巻Ｌ２０８５頁〜Ｌ２０８８頁に夫々詳述されてい
る。

【００１１】また、第４の従来例として、ＺｎＳ_xＳｅ
_1-X（０≦ｘ＜１）をブロック層とした半導体レーザが
特開昭６３−７６９２号公報に詳述されている。第５の
従来例として、活性層より屈折率が小さく、バンドギャ
ップが大きいII-VI 族化合物半導体をブロック層として
用いる半導体レーザが特開昭６３−２８８０８７号公報
に詳述されている。

【００１２】上述した第１〜第５の従来例は、いずれの
場合もブロック層としてＺｎＳＳｅを用いたＡｌＧａＡ
ｓ／ＧａＡｓ系半導体レーザに対しての技術であり、そ
の製造方法もほぼ同じである。

【００１３】これら従来例の中で代表的なものとし第４
の従来例を選び、図４にその従来の半導体レーザの構造
図を示す。この半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板４０
１上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４０２、活性層４
０３、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４０４、ｐ型ＧａＡ
ｓキャップ層４０５からなるヘテロ構造が形成されてい
る。活性層両脇のメサ溝部には、ＺｎＳＳｅブロック層
４０６が埋め込まれている。レーザのｐ側、ｎ側には電
極４０７、４０８が設けられている。

【００１４】この従来の半導体レーザの製造方法は、前
述したＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザの従来の製造方法
で述べたのと同じである。以下、説明する。通常用いら
れるＭＯＣＶＤ法を用いてＧａＡｓ基板４０１上にクラ
ッド層４０２、活性層４０３、クラッド層４０４、キャ
ップ層４０５を順次積層させる。このヘテロ構造基板に
ＳｉＯ₂を堆積させ、フォトリソグラフィーとエッチン
グによりストライブ状のＳｉＯ₂マスクを形成し、エッ
チングによって活性層両脇にメサ溝を形成する。続い
て、ＭＯＣＶＤ法などを用いてメサ溝部にＺｎＳＳｅを
選択埋め込み成長し、ブロック層４０６とするものであ
る。

【００１５】ここで、第３の従来例には別の製造方法が
詳述されている。図５に第３の従来の半導体レーザの製
造方法の工程図を示す。図５（ａ）に示すように、ｎ型
ＧａＡｓ基板５０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ
型ＡｌＧａＡｓクラッド層、ＡｌＧａＡｓ活性層５０
４、ｐ型ＡｌＧａＡｓ導波路層５０５、ｐ型ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層５０６、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５０７を
ＭＯＣＶＤ法で順次成長し、ヘテロ構造基板を得る。

【００１６】この後、熱ＣＶＤ法によるＳｉＯ₂形成、
フォトリソグラフィー、ＳｉＯ₂マスク５０８によるエ
ッチングを行い、図５（ｂ）に示すように活性層両脇に
メサ溝部を形成する。その後、このヘテロ構造基板に対
し、ＭＯＣＶＤ法による通常のＺｎＳＳｅ成長を行な
う。この時、ＺｎＳＳｅは選択成長ではないので、メサ
溝部には単結晶ＺｎＳＳｅ５０９が、ＳｉＯ₂マスク５
０８上には多結晶ＺｎＳＳｅ５１０が同時に成長する。

【００１７】その後、このヘテロ構造基板表面にレジス
ト５１１を塗付し、基板表面を平坦化する（第５図
（ｃ））。続けて、レジスト５１１で覆われた基板表面
に対し、垂直に塩素のイオンビームを照射しレジストお
よび多結晶ＺｎＳＳｅを除去する。ＳｉＯ₂マスク５０
８をケミカルエッチングで除去し、第５図（ｄ）に示す
ような半導体レーザが得られる。

【００１８】また、第１の従来例には、ＳｉＯ₂上に堆
積した多結晶ＺｎＳｅをＨＮＯ₃、ＨＣｌ、Ｈ₂Ｏ
（１：３：１）混合液でケミカルエッチングして半導体
レーザを製造する製造方法が述べられている。

【００１９】以上述べたように、ワイドギャップII-VI
族化合物半導体をブロック層とするＡｌＧａＡｓ系半導
体レーザは報告されているが、ＡｌＧａＩｎＰ系レーザ
での適用の報告はない。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】従来のＡｌＧａＩｎＰ
系レーザに、ワイドギャップII-VI 族化合物半導体をブ
ロック層として適用した報告はなされていないが、本発
明者は実験によりこれを試みた。ＺｎＳｅ埋め込み層の
形成方法は、第１としてＭＯＣＶＤ法を用いて基板温度
５００℃でＺｎＳｅの選択埋め込み成長を行なう方法、
および第２としてＭＯＣＶＤ法を用いて基板温度２８０
℃でＺｎＳｅ成長を行い、その後ＳｉＯ₂マスク上の多
結晶ＺｎＳｅをケミカルエッチングにて除去する方法の
２種類である。

【００２１】試作した半導体レーザの構造図を図１に示
す。同時に、同じＡｌＧａＩｎＰヘテロ構造基板を用い
てＧａＡｓブロック層を有する半導体レーザも製作し
た。

【００２２】第１の方法で製作した半導体レーザは、室
温における発振閾値電流が１００ｍＡを越えるものばか
りであり、レーザ特性として非常に悪いものであった。
また、基板から切り出したレーザの発振歩留りは数％程
度と非常に悪く、特性のばらつきも大きいという問題が
あった。更に、レーザ特性測定中に、急速に特性劣化す
るほど、信頼性は劣悪であることが分かった。この原因
を調べるため、レーザ素子のへき開断面を観察した結
果、Ｚｎが活性層を突き抜け、ｎ型クラッド層に達して
いることが分かった。

【００２３】第２の方法で製作した半導体レーザは、発
振閾値および外部微分量子効率は、ＧａＡｓブロック層
のレーザに対し改善が認められた。しかし、レーザ特性
のばらつきが大きいという問題があった。さらに、５０
℃、３０ｍＷの自動出力制御試験（ＡＰＣ試験）を実働
３０００時間行った結果、ＧａＡｓブロック層のものは
３０００時間後も駆動電流の上昇は極めて小さく、駆動
電流上昇率から見積もられる寿命（この場合、駆動電流
が１０％増加するまでの時間）は、１０，０００時間以
上であった。一方、ＺｎＳｅ選択埋め込みのレーザの寿
命は６００時間〜２０００時間と、信頼性が桁違いに悪
いという問題があった。

【００２４】この原因を調べるため、エージング試験後
のレーザについて調べた結果、本来ドービングされてい
ない活性層に亜鉛が拡散していることが分かり、このこ
とが駆動電流の増加、つまりは発光効率の低下の原因で
あることが分かった。

【００２５】第１の従来の半導体レーザの製造方法で
は、ＺｎＳｅ選択成長方法を使わないため、今回本発明
者が実施した第２の方法のように、ＺｎＳｅ成長温度が
低温化できるために、初期特性には優れた半導体レーザ
が得られる。しかし、多結晶ＺｎＳｅケミカルエッチン
グするために、メサ部ｐ型キャップ層の両脇にＺｎＳｅ
の突起状のものが残り、ヒートシンクへのマウントが非
常に難しいという問題が生じた。この結果として、歩留
りの低下、特性のばらつきなどの問題が生じているよう
であった。

【００２６】第２、第４および第５の従来の半導体レー
ザの製造方法のように、ＺｎＳｅの選択成長を用いた方
法では、成長温度により程度の差はあるもののＡｌＧａ
ＩｎＰクラッド層へのＺｎ拡散、あるいは活性層へ広が
るＺｎ拡散が生じるという問題があった。このような半
導体レーザは、特性が悪く、信頼性も非常に悪いという
問題があった。

【００２７】第３の従来の半導体レーザの製造方法のよ
うに、ＺｎＳｅの選択成長を用いないで、ＳｉＯ₂上に
堆積した多結晶ＺｎＳｅをドライエッチングで除去する
方法は、工程が増えること、再現性に問題があるなど量
産性に問題があった。

【００２８】本発明の目的は、閾値電流が低く、外部微
分量子効率が高く、かつ信頼性が高い半導体レーザを提
供することにある。また、このように特性の優れた半導
体レーザの量産性に優れた製造方法を提供することにあ
る。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明による半導体レー
ザ装置は、活性層と、この活性層を挟み活性層よりも屈
折率の小さなクラッド層からなるダブルヘテロ構造を少
なくとも有し、該活性層の両脇がストライプ状のメサ構
造を有し、該メサ部両脇のメサ溝部が活性層より低屈折
率II-VI 族化合物半導体で埋め込まれた半導体レーザに
おいて、該メサ部と該II-VI 族化合物半導体の間に、２
元あるいは３元からなるIII-Ｖ族化合物半導体を配置す
る構造を少なくとも有することを特徴とするものであ
る。

【００３０】本発明による半導体レーザ装置の製造方法
は、活性層と、この活性層を挟み活性層よりも屈折率の
小さなクラッド層からなるダブルヘテロ構造を少なくと
も有し、該活性層の両脇がストライプ状のメサ構造を有
し、該メサ両脇のメサ溝部が活性層より低屈折率II-VI
族化合物半導体で埋め込まれた半導体レーザの製造方法
において、前記メサ部を前記II-VI 族化合物半導体で選
択的に埋め込み成長する工程の前に、２元あるいは３元
からなるIII-Ｖ族化合物半導体を選択的に成長する工程
を少なくとも有することを特徴とするものである。

【００３１】

【作用】従来の半導体レーザから類推されるＺｎＳｅブ
ロック層を有するＡｌＧａＩｎＰ系レーザでは、活性層
両脇のメサ部界面でＡｌＧａＩｎＰクラッド層とＺｎＳ
ｅブロック層が直接接触している。他方、本発明の半導
体レーザでは、メサ部界面ではＡｌＧａＩｎＰクラッド
層とＺｎＳｅブロック層の間に２元あるいは３元からな
るIII-Ｖ族化合物半導体が導入されている。この場合の
２元あるいは３元からなるIII-Ｖ族化合物半導体とは、
ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０＜ｘ＜
１）、Ｇａ_xＩｎ_1-xＰ（０＜ｘ＜１）、Ａｌ_xＩｎ
_1-xＰ（０＜ｘ＜１）などを指す。

【００３２】本発明者が実験にて調べた結果、ＡｌＧａ
ＩｎＰとＺｎＳｅの界面での相互拡散は、ＩｎＧａＰ／
ＺｎＳｅ界面での拡散やＧａＡｓ／ＺｎＳｅ界面での拡
散に対し、桁違いに大きいことが分かった。また、結晶
中のＺｎの拡散定数は、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧ
ａＩｎＰの順に大きくなることも分かった。

【００３３】従って、従来の半導体レーザから類堆され
るＺｎＳｅブロック層を有するＡｌＧａＩｎＰ系レーザ
では、相互拡散によってＡｌＧａＩｎＰ外側クラッド層
にＺｎが拡散しやすく、かつＺｎの拡散速度が大きいた
めに特性劣化が生じているものと考えられる。

【００３４】他方、本発明の半導体レーザでは、ＡｌＧ
ａＩｎＰとII-VI 族化合物半導体間に挿入した２元ある
いは３元からなるIII-Ｖ族化合物半導体が相互拡散抑制
層として働き、高い信頼性のものが得られる。本発明
が、実施例で後述するように、挿入するＧａＡｓ層の膜
厚がわずかに２ｎｍであってもその効果は絶大であっ
た。

【００３５】従来の半導体レーザの製造方法と、本発明
の半導体レーザの製造方法を実験により比較した結果、
例えば成長温度５００℃でＺｎＳｅの選択成長を行った
結果、従来の製造方法では活性層にＺｎが拡散する、も
しくはＺｎが活性層を突き抜けていた。得られた半導体
レーザは、発振閾値電流や量子効率は非常に悪く、かつ
信頼性は劣悪であった。本発明の製造方法では、活性層
へのＺｎ拡散は認められず、得られた半導体レーザの特
性および信頼性は非常に良好であった。更に、本発明の
製造方法では、基板面内の特性ばらつきは極めて小さ
く、かつＺｎＳｅ成長後の多結晶ＺｎＳｅ除去工程が必
要でないために量産性に優れた方法である。

【００３６】

【実施例】以下、本発明の第１の発明の一実施例を図面
を用いて説明する。

【００３７】図１は本実施例で製造された半導体レーザ
の断面図である。基板１０１としてＳｉドープｎ型Ｇａ
Ａｓ基板を用い、その上にｎ型バッファ層１０２として
ＳｉドープＧａＡｓ（ｎ＝１ｘ１０¹⁸ｃｍ^-3；膜厚ｔ＝
０．３μｍ）、ｎ型外側クラッド層１０３としてＳｉド
ープ（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（ｎ＝３×１
０¹⁶ｃｍ^-3；ｔ＝１μｍ）、ｎ型内側クラッド層１０４
として（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（ｎ〜１×
１０¹⁵ｃｍ^-3；ｔ＝50ｎｍ）、活性層１０５としてＧａ
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ量子井戸層（ｔ＝６ｎｍ；５層）と（Ａ
ｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐバリア層（ｔ＝４ｎ
ｍ；４層）の多重量子井戸、ｐ型内側クラッド層１０６
としてＺｎドープ（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ
（ｐ〜１×１０¹⁶ｃｍ^-3；ｔ＝50ｎｍ）、ｐ型エッチン
グストッパ層１０７としてＺｎドープ（Ａｌ_0.2Ｇａ
_0.8）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（ｐ＝５×１０¹⁷ｃｍ^-3；ｔ＝５
μｍ）、Ｐ型外側クラッド層１０８としてＺｎドープ
（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（ｐ＝５×１０¹⁷
ｃｍ^-3；ｔ＝１μｍ）、ｐ型キャップ層１０９としてＺ
ｎドープＧａＡｓ（ｐ＝３×１０¹⁸ｃｍ^-3；ｔ＝0.4 μ
ｍ）が順次積層されたヘテロ構造となっている。

【００３８】また、活性層両脇のメサ溝部には、ｐ型外
側クラッド層１０８とｐ型エッチングストッパ層１０７
に接するように、２元あるいは３元のIII-Ｖ族化合物半
導体１１０としてＧａＡｓ（ｎ＝１×１０¹⁷ｃｍ^-3；ｔ
＝２ｎｍ）が配置されている。また、このＧａＡｓ１１
０に接するようにメサ溝部は、II-VI 族化合物半導体１
１１としてノンドープＺｎＳｅで埋め込まれている。基
板１０１およびｐ型キャップ層に接触するように電極１
１２、１１３がそれぞれ設けられている。

【００３９】次に、図１に示した半導体レーザを製造す
る方法の一実施例について説明する。図２は本実施例の
製造工程図である。本実施例では、反応管が横型のＭＯ
ＣＶＤ装置を用いた。ＭＯＣＶＤ装置には、複数の有機
金属がＨ₂のバブリングによって反応管に供給されるよ
うになっており、同時にＨ₂をキャリアガスとしてＡｓ
Ｈ₃およびＰＨ₃が供給されるようになっている。

【００４０】まず、Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓ基板１０１
を洗浄した後、ＭＯＣＶＤ装置反応管内に設置し、前述
のｎ型バッファ層１０２、ｎ型外側クラッド層１０３、
ｎ型内側クラッド層１０４、活性層１０５、ｐ型内側ク
ラッド層１０６、ｐ型エッチングストッパー層１０７、
ｐ型外側クラッド層１０８、ｐ型キャップ層１０９を順
次成長させ図２（ａ）に示すようなヘテロ構造基板を得
る。

【００４１】この時、成長温度は６６０℃、使用した成
長原料はこの材料系で一般的に用いられているトリメチ
ルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（Ｔ
ＭＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、ホスフ
ィン（ＰＨ₃）、ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、モノシラ
ン（ＳｉＨ₄）などである。

【００４２】続いて、このヘテロ構造基板表面に通常用
いられる熱ＣＶＤ装置を用いて、ＳｉＯ₂を０．２μｍ
堆積させた。次に、通常のフォトリソグラフィーとエッ
チングを用いて、ＳｉＯ₂を幅２μｍ〜５μｍ（本実施
例では、０．５μｍづつ幅を変えた）のストライプ状Ｓ
ｉＯ₂マスク２１０に加工した。通常の溶液エッチング
によって、図２（ｂ）に示すような活性層両脇がメサス
トライプ状になったヘテロ構造基板を得た。

【００４３】このヘテロ構造基板を直ちに、ＭＯＣＶＤ
装置反応管内に設置し、メサ埋め込み成長を開始した
（本実施例では、別のＭＯＣＶＤ装置を用いた）。アル
シン（ＡｓＨ₃）、ＰＨ₃供給下、基板温度を６６０℃
に設定し、メサ溝部に、２元あるいは３元のIII-Ｖ族化
合物半導体２１１として本実施例ではＳｉドープＧａＡ
ｓを２ｎｍ選択成長させた。本実施例では、成長原料と
してＴＭＧａとＡｓＨ₃を用い、ドーパントガスにＳｉ
Ｈ₄を用い、反応管圧力７０Ｔｏｒｒ、Ｖ／III原料供
給比＝５０で行なった。

【００４４】続けて、基板温度５００℃に設定し、アン
ドープＺｎＳｅを選択成長させ、図２（ｃ）に示すよう
なヘテロ構造基板を得た。本実施例では、ＺｎＳｅの選
択成長条件として、成長原料としてＤＭＺｎとジメチル
セレン（ＤＭＳｅ）を用い、反応管圧力５００Ｔｏｒ
ｒ、VI／II原料供給比＝８で行なった。

【００４５】得られた半導体レーザの室温における発振
波長は６７０ｎｍ、発振閾値電流は３７ｍＡ、外部微分
量子効率は０．５６Ｗ／Ａ／ｆａｃｅｔであり、従来の
ブロック層にＧａＡｓを用いた従来の半導体レーザを上
回る特性であった。また、基板から切り出したレーザ間
の特性のばらつきは極めて小さく高い歩留りであること
が確認できた。

【００４６】実働３０００時間までの５０℃、３０ｍＷ
ＡＰＣ信頼性試験の結果、駆動電流の上昇率から見積
もられる寿命は、１０，０００時間以上であり、従来の
ブロック層にＧａＡｓを用いた従来の半導体レーザと同
等またはそれ以上であった。

【００４７】次に、本発明の半導体レーザの製造方法の
第２の実施例について説明する。

【００４８】本実施例においても、図２（ｂ）に示すメ
サストライプを形成する工程までは、実施例１で説明し
た製造工程と同一である。

【００４９】このヘテロ構造基板を直ちに、ＭＯＣＶＤ
装置反応管内に設置し、メサ埋め込み成長を開始した。
アルシン（ＡｓＨ₃）、ＰＨ₃供給下、基板温度を６０
０℃まで昇温し、メサ溝部の表面クリーニングを行っ
た。その後、基板温度を５００℃に設定し、ジエチルガ
リウムクロライド（ＤＥＧａＣｌ）とＡｓＨ₃を基板に
交互に供給する原子層エピタキシー法により、ＧａＡｓ
を６分子層成長させた。

【００５０】続けて、基板温度５００℃において、Ｚｎ
Ｓｅ選択成長を行った。この時、ＺｎＳｅ選択成長条件
は、実施例１で説明した条件と同一である。

【００５１】得られた半導体レーザのレーザ特性は、実
施例１で得られた特性と同一であったが、レーザ特性の
基板面内でのばらつきはほとんど皆無であった。また、
信頼性試験の結果も非常に良好であった。

【００５２】更に、本発明の半導体レーザの製造方法の
第３の実施例について説明する。

【００５３】本実施例では、先の第１の実施例として、
ｐ型外側クラッド層とエッチングストッパ層に接するよ
うに配置された２元あるいは３元のIII-Ｖ族化合物半導
体１１０としてＧａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐを有する半導体レー
ザについて説明する。その他の層構造については、第１
の実施例と同一である。

【００５４】本実施例においても、図２（ｂ）に示すメ
サストライプを形成する工程までは、実施例１で説明し
た製造工程と同一である。

【００５５】このヘテロ構造基板を直ちに、ＭＯＣＶＤ
装置反応管内に設置し、メサ埋め込み成長を開始した。
ＡｓＨ₃、ＰＨ₃供給下、基板温度を６００℃まで昇温
し、メサ溝部の表面クリーニングを行なった。その後、
基板温度を４００℃に設定し、ジメチルインジウムクロ
ライド（ＤＭＩｎＣｌ）、ＤＥＧａＣｌ、およびＰＨ₃
をＩｎ、Ｐ、Ｇａ、Ｐを１周期とするように基板に順次
供給する原子層エピタキシー法により、ＧａＩｎＰを８
分子層成長させた。

【００５６】続けて、基板温度を５００℃に設定し、Ｚ
ｎＳｅ選択成長を行った。この時、ＺｎＳｅ選択成長条
件は、実施例１で説明した条件と同一である。

【００５７】得られた半導体レーザの室温における発振
閾値電流は３５ｍＡと、やや改善がみられた。その他の
特性については実施例１で得られた特性と同一であっ
た。レーザ特性の基板面内でのばらつきはやはりほとん
ど皆無であった。また、信頼性試験の結果も非常に良好
であった。

【００５８】上記実施例では、２元あるいは３元のIII-
Ｖ族化合物半導体として、ＧａＡｓやＧａ_0.5Ｉｎ_0.5
Ｐを用いたが、本発明では、この材料に限定されずＡｌ
Ａｓ、Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（０＜ｘ＜１）、Ａｌ_xＩｎ
_1-xＰ（０＜ｘ＜１）など他のIII-Ｖ族化合物半導体で
もよい。

【００５９】上記実施例では、II-VI 族化合物半導体と
してＺｎＳｅを用いたが、本発明はこれに限定されず、
むしろ基板に格子整合したＺｎＳ_xＳｅ_1-x（０≦ｘ≦
１）Ｍｇ_xＺｎ_1-xＳ_yＳｅ_1-y（０≦ｘ≦１，０≦ｙ
≦１）などの半導体の方がよい。また、このII-VI 族化
合物半導体は活性層の組成や、活性層幅の設計などによ
っていかなる材料系でもよく、ＢｅＣｄＭｇＳＳｅＴｅ
混晶系でもよい。

【００６０】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の半導体
レーザによれば、低い発振閾値電流や高い微分量子効率
で動作するなどレーザ特性に優れており、かつ高い信頼
性を有する構造を得ることができるという効果がある。
また本発明の製造方法によれば、このような特性に優れ
た半導体レーザが再現性良く、高歩留りで製造でき量産
性に優れているという効果がある。

【００６１】また、本発明で得られる半導体レーザは可
視光レーザとして工業的にも極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施例の製造工程順
の各断面図である。

【図３】従来の半導体レーザの一例を示す断面図であ
る。

【図４】従来の半導体レーザの他の例を示す断面図であ
る。

【図５】従来の半導体レーザの別の他の製造工程順の各
断面図である。

【符号の説明】

１０１基板１０２ｎ型バッファ層１０３ｎ型外側クラッド層１０４ｎ型内側クラッド層１０５活性層１０６Ｐ型内側クラッド層１０７Ｐ型エッチングストッパー層１０８Ｐ型外側クラッド層１０９Ｐ型キャップ層１１０２元あるいは３元のIII-Ｖ族化合物半導体層１１１ II-VI 族化合物半導体層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型の半導体層と、この半導体層
上に設けられた活性層と、この活性層上に設けられたス
トライプ状のメサ構造の第２導電型の半導体層と、この
メサ構造の半導体層のメサ溝部に設けられたII-VI 族化
合物半導体層と、前記メサ構造の半導体層と前記II-VI
族化合物半導体層との間に設けられ、２元若しくは３元
からなるIII-Ｖ族化合物半導体層とを含むことを特徴と
する半導体レーザ装置。
【請求項２】前記第１及び第２導電型の半導体層並び
に前記活性層はＡｌＧａＩｎＰ系の半導体層であること
を特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】前記II-VI 族化合物半導体層はＺｎＳｅ
系の半導体層であり、前記III-Ｖ族化合物半導体層はＧ
ａＡｓ系の半導体層であることを特徴とする請求項２記
載の半導体レーザ装置。
【請求項４】第１導電型の半導体層を形成する工程
と、この半導体層上に活性層を形成する工程と、この活
性層上に第２導電型の半導体層を形成する工程と、この
第２導電型の半導体層を選択的に除去してストライプ状
のメサ構造とする工程と、この第２導電型の半導体層上
に２元若しくは３元からなるIII-Ｖ族化合物半導体層を
形成する工程と、このIII-Ｖ族化合物半導体層上にII-V
I 族化合物半導体層を形成する工程とを含むことを特徴
とする半導体レーザ装置の製造方法。