JPH08316565A - 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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JPH08316565A
JPH08316565A JP11804495A JP11804495A JPH08316565A JP H08316565 A JPH08316565 A JP H08316565A JP 11804495 A JP11804495 A JP 11804495A JP 11804495 A JP11804495 A JP 11804495A JP H08316565 A JPH08316565 A JP H08316565A
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slope
plane
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JP11804495A
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Chikashi Anayama
親志 穴山
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH08316565A publication Critical patent/JPH08316565A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザ及びその製造方法に関し、斜面
発振型半導体レーザの光ガイド層における電流の拡がり
を低減させ、しきい値電流の増大を防止する。 【構成】 (100)面から(111)A面に対してオ
フ角θだけオフした主面を有すると共に、(111)A
面に対するオフ角θ1 (θ1 >θ)を有する斜面を有す
る段差基板1上に、斜面に略沿った形状の活性層3と、
活性層3に接して積層されて斜面に沿う領域で高いキャ
リア濃度を持ち且つ主面に沿う領域で低いキャリア濃度
を持つ第1p型クラッド層4とを設け、第1p型クラッ
ド層4中にp型光ガイド層5を設けると共に、第1p型
クラッド層4上に斜面に沿う領域がp型領域であり且つ
主面に沿う領域が電流ブロック層6となる第2クラッド
層7を設ける。

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及びその製
造方法に関するものであり、特に、光情報処理装置に用
いるAlGaInP系横モード制御型の可視光半導体レ
ーザに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、0.6μm帯の可視光半導体レー
ザは、POS(Point Of Sales:販売時
点情報管理)システム、光ディスク装置、レーザプリン
タ等の光情報処理装置の高性能化を実現できる光源とし
て大いに期待されている。
【0003】この可視光半導体レーザは、低価格で、低
しきい値電流、高出力の特性が要求されているが、上記
の用途に用いるためには、さらに、キンクレベルが高
く、効率が高くて低消費電力で、遠視野像が単峰性で、
非点収差が小さい等のビーム特性が高安定であることも
要求される。
【0004】しかし、AlGaInP系可視光半導体レ
ーザにおいて、上述の諸要求を満たすために屈折率導波
構造を形成しようとしても、従来のGaAs/AlGa
As系半導体レーザと異なって、Alを含む半導体層を
加工したのちその上にAlを含む半導体層を成長させな
ければならないが、Alを含む半導体層を加工した場
合、その表面に自然酸化膜が形成されるので、その上に
Alを含む半導体層を成長させることは非常に困難であ
った。
【0005】そこで、本発明者等は、このような困難を
解決するために埋め込み構造を用いない半導体レーザと
して、段差を形成した基板上にダブルヘテロ接合構造を
成長させた斜面発振型半導体レーザを提案(特願平4−
250280号)している。
【0006】この斜面発振型半導体レーザの基本構造
は、TS(Terraced Substrate)レ
ーザとして知られているもので、基板に設けた段差によ
って活性層にも段差が形成され、横モード制御が可能と
なるものである。
【0007】ここで、図6を参照して、従来のAlGa
InP系斜面発振型半導体レーザを説明する。 図6参照 この斜面発振型半導体レーザは、主面が(100)面の
n型GaAs基板11に側面がほぼ(311)A面とな
る段差を形成したのち、この上にMOVPE法(有機金
属気相成長法)を用いて、n型GaAsバッファ層2
3、n型GaInP中間層24、n型AlGaInPク
ラッド層12、MQW(多重量子井戸)活性層14、第
1p型AlGaInPクラッド層15、周辺部を電流ブ
ロック層17にした第2p型AlGaInPクラッド層
18、第3p型AlGaInPクラッド層19、p型G
aInP中間層25、及び、p型GaAsコンタクト層
20を順次成長させたものである。なお、(311)A
面は、III 族元素(この場合はGa)が表面に現れてい
る(311)面である。
【0008】この内の周辺部を電流ブロック層17にし
た第2p型AlGaInPクラッド層18の成長工程に
おいて、不純物ドーピングの結晶面方位依存性を利用し
て、自動的に電流狭窄機構を形成しているので、埋め込
み構造や、拡散を用いる必要がなく、製造工程が簡素化
されることになる。
【0009】次に、この不純物ドーピングの結晶面方位
依存性について、図7乃至図9を参照して説明する。 図7参照 この図7は、p型不純物であるZn及びMgのドーピン
グの面方位依存性を示す図であり、(100)面から
(111)A面及び(111)B面に傾斜した各種面を
主面とする基板にZn及びMgを含んだ成長ガスからA
lGaInPを成長させた場合の、AlGaInP層に
おける不純物濃度及びキャリア濃度を示したものであ
る。
【0010】黒丸及び黒四角で示すのはC−V測定(容
量測定)で測定したキャリア濃度であり、また、白丸及
び白四角で示すのはSIMS(Secondary I
onMass Spectroscopy)で測定した
不純物濃度であり、これらの差によって不純物の活性化
率が分かると共に、結晶の面方位による不純物濃度の
差、即ち、不純物の取り込まれ率の面方位依存性が分か
る。なお、丸はA方向を示し、四角はB方向を示す。
【0011】図から明らかなように、Znの場合には、
A方向については傾斜が大きくなるにしたがって、即
ち、オフ角が大きくなるにしたがって不純物濃度及びキ
ャリア濃度が上昇し、オフ角が25°、即ち、(31
1)面近傍で、最大になり、以後低下していくが、(1
11)A面においても(100)面の6倍程度の濃度を
有している。
【0012】この場合、不純物濃度とキャリア濃度とは
ほとんど差がない、即ち、不純物の活性化率に面方位依
存性が見られないので、この結果は不純物の取り込まれ
率の面方位依存性を表していることになる。
【0013】一方、B方向については、不純物の取り込
まれ率の面方位依存性はあまり見られず、寧ろ(11
1)B面では、(100)面の半分になっている。ま
た、Mgの場合にも、Znとほぼ同様な傾向が見られる
が、Znより面方位依存性が小さい。
【0014】次に、図8を参照してn型不純物であるS
eのドーピングの面方位依存性を説明する。 図8参照 Seについては、p型不純物の逆の傾向が見られ、A方
向においてはオフ角が大きくなるに連れて不純物の取り
込まれ率が低下し、一方、B方向においてはオフ角が大
きくなるに連れて不純物の取り込まれ率が増加する。
【0015】したがって、異なる面方位を持つ半導体表
面に対し、Zn或いはMgからなるp型不純物及びSe
からなるn型不純物を同時にドーピングすることによ
り、p型領域とn型領域とを同時に成長させることが可
能になる。
【0016】図9参照 図9はZnとSeを同時ドーピングして(Al0.7 Ga
0.3)0.5 In0.5 P層を成長した場合の(Al0.7 Ga
0.3)0.5 In0.5 P層におけるキャリア濃度の面方位依
存性を示す図であり、横軸は(100)面から(11
1)A面方向へのオフ角を表している。
【0017】図において、白三角及び黒三角で表してい
るように、(711)A面近傍でキャリア濃度が最低に
なるので、不純物を同じ量ドーピングした場合には、n
>7の(n11)A面ではn型層が得られ、m≦7の
(m11)A面ではp型層が得られる。なお、このn及
びmの値は不純物のドーピング量、ドーピング比等に依
存するので、格別臨界的な意味はない。
【0018】このように、従来の斜面発振型半導体レー
ザはMOVPE法における不純物ドーピングの面方位依
存性を利用して電流狭窄機構を形成しているので、連続
した一回成長で全体の積層構造が得られ、したがって、
高歩留りで且つ低価格で作製することができる。また、
この斜面発振型半導体レーザはロスガイド構造ではない
ので光の吸収損失を考慮する必要がなく、また、低非点
収差特性が得られる利点がある。
【0019】次に、図10を参照して、リッジ構造を用
いた従来の可視光半導体レーザを説明する。 図10(a)参照 先ず、MOVPE法によって、n型GaAs基板11上
に、n型AlGaInPクラッド層12、MQW活性層
14、及び、第1p型AlGaInPクラッド層を成長
させたのち、エッチングによって凸状のリッジ26を形
成し、次いで、n型GaAs電流ブロック層27及びp
型GaAsコンタクト層20を成長させる。
【0020】この場合、電流狭窄機構はMQW活性層よ
りも禁制帯幅の小さなn型GaAs電流ブロック層27
によって形成されるため、レーザ光の一部がn型GaA
s電流ブロック層27によって吸収されるロスガイド型
となり、効率が低く、しきい値電流が高いという欠点が
あるものの、ストライプ幅、即ち、リッジ26の幅を比
較的広くできるので出射端面における光密度を低減で
き、大出力化が容易であるという利点がある。
【0021】図10(b)及び(c)参照 さらに、図10(a)のリッジ型半導体レーザに外部光
ガイド層を設けることにより、さらに光密度を低減する
ことも提案されている。図10(b)に示す半導体レー
ザは、n型AlGaInPクラッド層12中にn型Al
GaInP光ガイド層13を挿入したものであり、ま
た、図10(c)はn型AlGaInPクラッド層12
中にn型AlGaInP光ガイド層13を挿入すると共
に、第1p型AlGaInPクラッド層15中にもp型
AlGaInP光ガイド層16を設けて対称光導波構造
としたものである。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の斜面発
振型半導体レーザは基板に設けた段差を利用して横モー
ド制御を行っているので、従来のリッジ型半導体レーザ
のようにストライプ幅を大きく拡げることができないの
で、大出力化の際に出射端面の光密度を低減化すること
が困難であるという問題がある。
【0023】この場合、ストライプ幅を変えないで出射
端面の光密度を低減化するためには、図10(b)或い
は(c)に示すように外部に光ガイド層を設ければ良い
が、光ガイド層はクラッド層よりも禁制帯幅の小さな半
導体層によって形成されるので、クラッド層との間にヘ
テロ接合が形成されることになる。
【0024】特に、このヘテロ接合がp型クラッド層と
の間に形成されると、p型クラッド層からp型光ガイド
層に流れ込んだ正孔は、活性層との間にあるp型クラッ
ド層に阻まれ、p型光ガイド層において横方向に拡がっ
てしまい、p型クラッド層側に設けた電流狭窄機構によ
る電流狭窄性能が低下し、しきい値電流が増大するとい
う問題がある。
【0025】したがって、本発明は、光ガイド層を設け
た斜面発振型半導体レーザのしきい値電流の増大を防止
することを目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図1を参照して課題を解決する
ための手段を説明する。 図1参照 (1)本発明は、(100)面から(111)A面に対
してオフ角θだけオフした主面を有すると共に、(10
0)面から(111)A面に対してオフ角θ1(θ1
θ)を有する斜面を有する段差基板1と、斜面にほぼ沿
った形状の活性層3と、この活性層3に接して積層され
て斜面に沿う領域で高いキャリア濃度を持ち且つ主面に
沿う領域で低いキャリア濃度を持つ第1p型クラッド層
4と、この第1p型クラッド層に接して積層されて斜面
に沿う領域がp型領域であり且つ主面に沿う領域が電流
ブロック層6となる第2クラッド層7と、この第2クラ
ッド層7上に設けた第3p型クラッド層8とを具備する
半導体レーザにおいて、第1p型クラッド層4中に光ガ
イド層5を設けたことを特徴とする。
【0027】(2)また、本発明は、上記(1)におい
て、光ガイド層5の主面に沿った領域がn型であり、斜
面に沿った領域がp型であることを特徴とする。 (3)また、本発明は、上記(2)において第2クラッ
ド層7と光ガイド層5とが0.2μm以上離れているこ
とを特徴とする。
【0028】(4)また、本発明は、(100)面から
(111)A面に対してオフ角θだけオフした主面を有
すると共に、(100)面から(111)A面に対して
オフ角θ1 (θ1 >θ)を有する斜面を有する段差基板
1と、斜面にほぼ沿った形状の活性層3と、この活性層
3に接して積層されて斜面に沿う領域で高いキャリア濃
度を持ち且つ主面に沿う領域で低いキャリア濃度を持つ
第1p型クラッド層4と、この第1p型クラッド層に接
して積層されて斜面に沿う領域がp型領域であり且つ主
面に沿う領域が電流ブロック層6となる第2クラッド層
7と、この第2クラッド層7上に設けた第3p型クラッ
ド層8とを具備する半導体レーザにおいて、第3p型ク
ラッド層8中に光ガイド層5を設けたことを特徴とす
る。
【0029】(5)また、本発明は、上記(1)乃至
(4)において、n型クラッド層2中にも、光ガイド層
を設けたことを特徴とする。
【0030】(6)また、本発明は、(100)面から
(111)A面に対してオフ角θだけオフした主面を有
すると共に、(100)面から(111)A面に対して
オフ角θ1 (θ1 >θ)を有する斜面を有する段差基板
1と、斜面にほぼ沿った形状の活性層3と、この活性層
3に接して積層されて斜面に沿う領域で高いキャリア濃
度を持ち且つ主面に沿う領域で低いキャリア濃度を持つ
第1p型クラッド層4と、この第1p型クラッド層に接
して積層されて斜面に沿う領域がp型領域であり且つ主
面に沿う領域が電流ブロック層6となる第2クラッド層
7と、この第2クラッド層7上に設けた第3p型クラッ
ド層8とを具備する半導体レーザにおいて、電流ブロッ
ク層6を含む第2クラッド層7中に光ガイド層5を設け
たことを特徴とする。
【0031】(7)また、本発明は、上記(1)乃至
(6)において、基板1の主面が、オフ角θが0°の
(100)面であることを特徴とする。
【0032】(8)また、本発明は、上記(1)乃至
(6)において、基板1の主面がオフ角θの(n11)
A面(n>7)であり、且つ、斜面がオフ角θ1 の(m
11)A面(2≦m≦7)であることを特徴とする。
【0033】(9)また、本発明は、上記(1)乃至
(8)において、各クラッド層2,4,7,8がAlG
aInPであることを特徴とする。
【0034】(10)また、本発明は、(100)面か
ら(111)A面に対してオフ角θだけオフした主面を
有すると共に、(100)面から(111)A面に対し
てオフ角θ1 (θ1 >θ)を有する斜面を有する段差基
板1と、斜面にほぼ沿った形状の活性層3と、この活性
層3に接して積層されて斜面に沿う領域で高いキャリア
濃度を持ち且つ主面に沿う領域で低いキャリア濃度を持
つ第1p型クラッド層4と、この第1p型クラッド層に
接して積層されて斜面に沿う領域がp型領域であり且つ
主面に沿う領域が電流ブロック層6となる第2クラッド
層7と、この第2クラッド層7上に設けた第3p型クラ
ッド層8とを具備する半導体レーザの製造方法におい
て、各p型クラッド層4,7,8の内の一つの中に光ガ
イド層5を設ける際に、光ガイド層5中にp型不純物と
n型不純物とを交互にドーピングして、光ガイド層5の
主面に沿った領域をn型にし、且つ、斜面に沿った領域
をp型にしたことを特徴とする。
【0035】(11)また、本発明は、(100)面か
ら(111)A面に対してオフ角θだけオフした主面を
有すると共に、(100)面から(111)A面に対し
てオフ角θ1 (θ1 >θ)を有する斜面を有する段差基
板1と、斜面にほぼ沿った形状の活性層3と、この活性
層3に接して積層されて斜面に沿う領域で高いキャリア
濃度を持ち且つ主面に沿う領域で低いキャリア濃度を持
つ第1p型クラッド層4と、この第1p型クラッド層に
接して積層されて斜面に沿う領域がp型領域であり且つ
主面に沿う領域が電流ブロック層6となる第2クラッド
層7と、この第2クラッド層7上に設けた第3p型クラ
ッド層8とを具備する半導体レーザの製造方法におい
て、各p型クラッド層4,7,8の内の一つの中に光ガ
イド層5を設ける際に、光ガイド層5中にp型不純物と
n型不純物とを同時にドーピングして、光ガイド層5の
主面に沿った領域をn型にし、且つ、斜面に沿った領域
をp型にしたことを特徴とする。
【0036】
【作用】(100)面から(111)A面に対してオフ
角θだけオフした主面を有すると共に、(100)面か
ら(111)A面に対してオフ角θ1 (θ1 >θ)を有
する斜面を有する段差基板1を用いることによって、図
7乃至図9において説明したように不純物のドーピング
の面方位依存性を利用して主面に沿った領域と斜面に沿
った領域のキャリア濃度を変えることができる。
【0037】また、第1p型クラッド層4中に光ガイド
層5を設けた場合に、不純物のドーピングの面方位依存
性により光ガイド層5の斜面に沿う領域が高いキャリア
濃度となり且つ主面に沿う領域が低いキャリア濃度とな
るので、光ガイド層5において電流が拡がるのを防止す
ることができる。
【0038】この事情を、図2を参照して説明する。 図2(a)参照 図2(a)は、光ガイド層5近傍のバンドダイヤグラム
を示したもので、正孔10は光ガイド層5及び第1p型
クラッド層4を介して活性層3に注入されることにな
る。
【0039】図2(b)参照 もし、光ガイド層5全体がp型で、且つ、電流ブロック
層6より活性層側にあった場合には、一度電流ブロック
層6によって狭窄された電流が光ガイド層5に流れ込ん
だ際に、第1p型クラッド層4との間に形成されるポテ
ンシャルバリアが正孔10に対する障壁となり、一方、
光ガイド層5の活性層と平行な方向にはポテンシャルバ
リアは存在しない(図における点線は主面に沿った領域
と斜面に沿った領域との境界を表す)ので、正孔は光ガ
イド層5の中で拡がることになる。
【0040】図2(c)参照 しかし、光ガイド層5にキャリア濃度分布が形成される
と、図に示すように主面に沿った低不純物濃度領域5b
と斜面に沿った高不純物濃度領域5aとの境界にポテン
シャルバリアが形成されるので、正孔10の拡散が抑制
され、且つ、高不純物濃度領域5aは低抵抗であるため
この領域で電流が流れやすくなり、したがって、光ガイ
ド層5において電流が拡がるのを防止することができ
る。
【0041】また、光ガイド層5の主面に沿った領域を
n型とし、斜面に沿った領域をp型とすることによっ
て、正孔10の拡散をより効果的に防止することができ
る。
【0042】また、第2クラッド層7と光ガイド層5と
が近づきすぎるとかえって光密度を増加させることにな
るので、第2クラッド層7と光ガイド層5とを0.2μ
m以上離すことによって出射端面における光密度をより
低減することができる。
【0043】また、光ガイド層5を電流ブロック層6の
外側の第3クラッド層8中に設けることにより、電流を
狭窄した後の電流通路に光ガイド層5に伴うヘテロ接合
がないので光ガイド層5の存在に起因して電流が拡がる
ことがなくなり、しきい値電流の増大を防止することが
できる。
【0044】また、n型クラッド層2中にも、光ガイド
層を設けることにより、断面形状が対称な光ビームを得
ることができ、且つ、出射端面における光密度をより低
減することができる。
【0045】また、n型の電流ブロック層6を含む第2
クラッド層7中に光ガイド層5を設けることにより、光
ガイド層5において電流が拡がるのを確実に防止するこ
とができる。
【0046】また、主面のオフ角θが0°の(100)
面の段差基板1を用いることにより、不純物のドーピン
グの面方位依存性を利用した正孔10に対する閉じ込め
構造を形成することができる。
【0047】また、主面がオフ角θの(n11)A面
(n>7)であり、且つ、斜面がオフ角θ1 の(m1
1)A面(2≦m≦7)の段差基板1を用いることによ
り、不純物のドーピングの面方位依存性を利用した正孔
10に対する閉じ込め構造を確実に形成することができ
る。
【0048】また、各クラッド層2,4,7,8として
AlGaInPを用いることによって、光情報処理装置
に有用な可視光半導体レーザを得ることができる。
【0049】また、各p型クラッド層4,7,8の内の
一つの中に光ガイド層5を設ける際に、光ガイド層5中
にp型不純物とn型不純物とを交互にドーピングするこ
とによって、自動的に光ガイド層5の主面に沿った領域
をn型にし、斜面に沿った領域をp型にすることができ
るので、電流の拡がりが少なく、且つ、しきい値電流の
小さな半導体レーザを安価に製造することができる。
【0050】また、各p型クラッド層4,7,8の内の
一つの中に光ガイド層5を設ける際に、光ガイド層5中
にp型不純物とn型不純物とを同時にドーピングするこ
とによって、自動的に光ガイド層5の主面に沿った領域
をn型にし、斜面に沿った領域をp型にすることがで
き、交互にドーピングする場合に比べて操作が簡単にな
る。
【0051】
【実施例】図3を参照して、本発明の第1の実施例を説
明する。なお、図3は斜面発振型半導体レーザの断面図
であり、また、図6の従来例において説明したn型Ga
Asバッファ層、n型GaInP中間層、及び、p型G
aInP中間層の図示は省略している。
【0052】図3参照 まず、(100)面から(111)A面に6°オフした
主面を有するキャリア濃度が4×1018cm-3のSiド
ープn型GaAs基板11上にフォトレジスト(図示せ
ず)を塗布し、150μm間隔で幅150μmのストラ
イプパターンをフォトリソグラフィー工程によって形成
する。
【0053】次いで、HF系エッチャントを用いてエッ
チングすることによって主面に対する傾斜角が約14
°、即ち、(100)面に対するオフ角が20°の斜面
を有する深さ0.5μmの溝を形成する。この場合、斜
面の面方位はほぼ(411)A面となるが、この様な方
位はHF系エッチャントの組成及び反応温度を調整する
ことによって再現性良く得ることができる。
【0054】次いで、バッファ層からコンタクト層まで
全ての層をMOVPE法によって連続成長させるもので
あるが、この場合、全体の成長工程を通して、成長圧力
は50Torr、成長効率は約800μm/mol、キ
ャリアガスの水素を含めた総流量は8000sccmで
ある。
【0055】まず、段差が形成されたn型GaAs基板
11上に、基板温度を670℃とした状態で、TMG
(トリメチルガリウム)及びAsH3 を用いて、AsH
3 /TMG比が100となり、成長速度が1μm/時と
なるように原料ガスを流すと共に、Si2 6 を不純物
源として流すことによってキャリア濃度が5×1017
-3で厚さが1.5μmのn型GaAsバッファ層(図
示せず)を成長させる。
【0056】次いで、TEG(トリエチルガリウム)、
TMI(トリメチルインジウム)、及び、PH3 を用い
て、PH3 /(TEG+TMI)比が500となり、成
長速度が1μm/時となるように原料ガスを流すと共
に、Si2 6 を不純物源として流しながら、基板温度
を670℃から710℃へと緩やかに上昇させることに
よってキャリア濃度が1×1018cm-3で厚さが0.1
μmのn型Ga0.5 In 0.5 P中間層(図示せず)を成
長させる。
【0057】このGa0.5 In0.5 P中間層はGaAs
層とクラッド層となるAlGaInP層との禁制帯幅の
差を緩和するものであり、また、成長温度を710℃ま
で上昇させるのは、次の工程におけるAlGaInP層
が710℃以下では結晶性良く成長しないためである。
【0058】次いで、基板温度を710℃とした状態
で、TMA(トリメチルアルミニウム)、TEG、TM
I、及び、PH3 を用いて、PH3 /(TMA+TEG
+TMI)比が330となり、成長速度が2μm/時と
なるように原料ガスを流すと共に、Si2 6 を不純物
源として流すことによってキャリア濃度が5×1017
-3で厚さが2.0μmのn型(Al0.7 Ga0.3)0.5
In0.5 Pクラッド層12を成長させる。
【0059】次いで、TMA、TEG、TMI、及び、
PH3 を用いて、PH3 /(TMA+TEG+TMI)
比が400となり、成長速度が1μm/時となるように
原料ガスを流すと共に、Si2 6 を不純物源として流
すことによってキャリア濃度が5×1017cm-3で厚さ
が50Åのn型(Al0.4 Ga0.6)0.5 In0.5 P光ガ
イド層13を成長させる。
【0060】次いで、基板温度を710℃とした状態
で、TMA、TEG、TMI、及び、PH3 を用いて、
PH3 /(TMA+TEG+TMI)比が330とな
り、成長速度が2μm/時となるように原料ガスを流す
と共に、Si2 6 を不純物源として流すことによって
キャリア濃度が5×1017cm-3で厚さが0.1μmの
活性層側のn型(Al0.7 Ga0.3)0.5 In0.5 Pクラ
ッド層12を成長させる。
【0061】次いで、基板温度を710℃とした状態
で、TMA、TEG、TMI、及び、PH3 を用いて、
PH3 /(TMA+TEG+TMI)比が400とな
り、成長速度が1μm/時となるように原料ガスを流す
ことによって50Åの(Al0.4Ga0.6)0.5 In0.5
Pバリア層を4層、及び、TEG、TMI、PH3 、及
び、AsH3 を用いて、(PH3 +AsH3 )/(TE
G+TMI)比が500となり、成長速度が1μm/時
となるように原料ガスを流すことによって60Åの約1
%歪を有するIn0.44Ga0.56As0.080.92井戸層を
3層交互に成長させてMQW活性層14を形成する。
【0062】次いで、基板温度を710℃とした状態
で、TMA、TEG、TMI、及び、PH3 を用いて、
PH3 /(TMA+TEG+TMI)比が330とな
り、成長速度が2μm/時となるように原料ガスを流す
と共に、DMZn(ジメチルジンク)を不純物源として
流すことによって斜面に沿った部分のキャリア濃度が6
×1017cm-3で且つ主面に沿った部分のキャリア濃度
が1×1017cm-3で、厚さが0.1μmの活性層側の
第1p型(Al0.7 Ga0.3)0.5 In0.5 Pクラッド層
15を成長させる。
【0063】次いで、TMA、TEG、TMI、及び、
PH3 を用いて、PH3 /(TMA+TEG+TMI)
比が400となり、成長速度が1μm/時となるように
原料ガスを流すと共に、DMZnを不純物源として流す
ことによって斜面に沿った部分16aのキャリア濃度が
6×1017cm-3で且つ主面に沿った部分16bのキャ
リア濃度が1×1017cm-3で、厚さが50Åのp型
(Al0.4 Ga0.6)0.5In0.5 P光ガイド層16を成
長させる。
【0064】次いで、基板温度を710℃とした状態
で、TMA、TEG、TMI、及び、PH3 を用いて、
PH3 /(TMA+TEG+TMI)比が330とな
り、成長速度が2μm/時となるように原料ガスを流す
と共に、DMZnを不純物源として流すことによって斜
面に沿った部分のキャリア濃度が6×1017cm-3で且
つ主面に沿った部分のキャリア濃度が1×1017cm-3
で、厚さが0.3μmの第1p型(Al0.7 Ga0.3)
0.5 In0.5 Pクラッド層15を成長させる。
【0065】次いで、基板温度を710℃とした状態
で、TMA、TEG、TMI、及び、PH3 を用いて、
PH3 /(TMA+TEG+TMI)比が330とな
り、成長速度が2μm/時となるように原料ガスを流す
と共に、不純物源となるDMZnとH2 Sとを交互に流
して夫々50Åずつ20周期成長させて全体の厚さが
0.20μmとなる第2(Al0.7 Ga0.3)0.5 In
0.5 Pクラッド層18を形成する。
【0066】この場合、Sがドープされた層は主面に沿
った部分のn型キャリア濃度は8×1017cm-3とな
り、斜面に沿った部分のn型キャリア濃度は1×1017
cm-3となり、また、Znがドープされた層は主面に沿
った部分のp型キャリア濃度は2×1017cm-3とな
り、斜面に沿った部分のp型キャリア濃度は1.2×1
18cm-3となる。なお、SはSeよりも面方位依存性
が少し大きいので、n型不純物としてはSを用いた方が
有利となる。
【0067】そして、成長過程において斜面に沿った部
分のp型不純物は不純物濃度差による拡散原理によりn
型層に進入して平均化され、斜面に沿った部分全体が6
×1017cm-3のp型領域に変換される。
【0068】一方、主面に沿った部分においては、p型
不純物は濃度の高いn型不純物にブロックされて拡散が
生ぜず、且つ、n型不純物の拡散は殆ど起こらないの
で、pnpnpn・・構造のドーピングプロファイルに
なるが、これらの層は全て薄いのでキャリアの拡散によ
りp型ドープ部分が空乏化して均一なn型の電流ブロッ
ク層17となり、この電流ブロック層17によって電流
狭窄が行われる。
【0069】次いで、基板温度を710℃とした状態
で、TMA、TEG、TMI、及び、PH3 を用いて、
PH3 /(TMA+TEG+TMI)比が330とな
り、成長速度が2μm/時となるように原料ガスを流す
と共に、Cp2Mg(シクロペンタジエニールマグネシ
ウム)を不純物源として流すことによって斜面に沿った
部分のキャリア濃度が9×1017cm-3で且つ主面に沿
った部分のキャリア濃度が4×1017cm-3で、厚さが
1.6μmの第3p型(Al0.7 Ga0.3)0.5 In 0.5
Pクラッド層19を成長させる。
【0070】次いで、TEG、TMI、及び、PH3
用いて、PH3 /(TEG+TMI)比が500とな
り、成長速度が1μm/時となるように原料ガスを流す
と共に、DMZnを不純物源として流しながら、基板温
度を710℃から670℃へと緩やかに降温させること
によって斜面に沿った部分のキャリア濃度が1×1018
cm-3で厚さが0.1μmのp型Ga0.5 In0.5 P中
間層(図示せず)を成長させる。
【0071】次いで、基板温度を670℃とした状態
で、TMG及びAsH3 を用いて、AsH3 /TMG比
が100となり、成長速度が1μm/時となるように原
料ガスを流すと共に、DMZnを不純物源として流すこ
とによってキャリア濃度が2×1018cm-3で厚さが5
μmのp型GaAsコンタクト層20を成長させる。
【0072】次いで、図示しないが、100μm幅の素
子分離領域を形成したのち、Au/Ge/Auからなる
n型コンタクト電極、及び、AuZn/Auからなるp
型コンタクト電極を蒸着により堆積させ、幅300μ
m、長さ700μmのチップに劈開し、p型サイドUP
でヒートシンクにボンディングする。
【0073】この様に、本発明においては、不純物のド
ーピングの面方位依存性を利用して電流ブロック層17
を形成するとともに、p型光ガイド層16及びp型クラ
ッド層15,19にもキャリア濃度分布が形成されるの
で、p型光ガイド層16をMQW活性層14と電流ブロ
ック層17との間に置いても、図2(c)で説明したよ
うにp型光ガイド層16において殆ど電流が拡がること
はない。なお、n型クラッド層の不純物用いているSi
は取り込まれ率に面方位依存性がほとんど見られないの
で、キャリア濃度分布が形成されない。
【0074】また、上記第1の実施例においては、p型
不純物とn型不純物とを交互にドープすることによって
電流ブロック層17を形成しているが、同時ドープによ
って電流ブロック層17を形成しても良いものであり、
その場合には、p型不純物とn型不純物を同時にドープ
することによって、図9から分かるように、主面に沿っ
た部分はn型領域となり、このn型領域が電流ブロック
層17となる。
【0075】次に、図4及び図5を参照して本発明の第
2乃至第5の実施例を説明する。 図4(a)参照 この第2の実施例は、p型(Al0.4 Ga0.6)0.5 In
0.5 P光ガイド層16を電流ブロック層17の外側の第
3p型(Al0.7 Ga0.3)0.5 In0.5 Pクラッド層1
9中に設けたものであり、n型光ガイド層を除いたその
他の構造及び成長条件は第1の実施例と同様である。
【0076】この場合、電流狭窄はMQW活性層14に
近い側で行われ、活性層との間に不所望なヘテロ接合が
存在しないの、しきい値電流が増大することはない。ま
た、この場合においても、第1の実施例と同様にn型
(Al0.7 Ga0.3)0. 5 In0.5 Pクラッド層12中に
もn型(Al0.4 Ga0.6)0.5 In0.5 P光ガイド層を
設けても良い。
【0077】図4(b)参照 この第3の実施例は、第1p型(Al0.7 Ga0.3)0.5
In0.5 Pクラッド層15中にp型(Al0.4 Ga0.6)
0.5 In0.5 P光ガイド層16を設ける際に、電流ブロ
ック層17の形成工程と同様に、p型不純物とn型不純
物を交互にドーピングするか、或いは、p型不純物とn
型不純物を同時にドーピングして、斜面に沿った部分を
p型領域16cとすると共に、主面に沿った部分をn型
領域16dにしたものであり、n型光ガイド層を除いた
その他の構造及び成長条件は第1の実施例と同様であ
る。
【0078】この場合、光ガイド層16においても電流
狭窄が行われるので、光ガイド層16において電流が拡
がることはなく、したがって、しきい値電流が増大する
ことはない。また、この場合においても、第1の実施例
と同様にn型(Al0.7 Ga0.3)0. 5 In0.5 Pクラッ
ド層12中にもn型(Al0.4 Ga0.6)0.5 In0.5
光ガイド層を設けても良い。
【0079】図5(c)参照 この第4の実施例は、第2p型(Al0.7 Ga0.3)0.5
In0.5 Pクラッド層18中にp型(Al0.4 Ga0.6)
0.5 In0.5 P光ガイド層16を設けたものであり、n
型光ガイド層を除いたその他の構造及び成長条件は第1
の実施例と同様である。
【0080】この場合、光ガイド層16は電流ブロック
層17に挟まれているので、光ガイド層16において電
流が拡がることはなく、したがって、しきい値電流が増
大することはない。また、この場合においても、第1の
実施例と同様にn型(Al0.7 Ga0.3)0. 5 In0.5
クラッド層12中にもn型(Al0.4 Ga0.6)0.5 In
0.5 P光ガイド層を設けても良い。
【0081】図5(d)参照 この第5の実施例は、第2の実施例における導電型を、
電流ブロック層17を含む第2p型クラッド層18及び
光ガイド層16を除いて反転させると共に、光ガイド層
16と活性層14を入れ換えたものであり、他の構造及
び成長条件は第2の実施例と同様である。
【0082】この場合は、p型GaAs基板21が第2
の実施例のp型GaAsコンタクト層20と同様に機能
し、また、n型GaAsコンタクト層22が第2の実施
例のn型GaAs基板11と同様に機能するので、第2
の実施例と同様にしきい値電流が増大することはない。
また、この場合においても、第1の実施例と同様にn型
(Al0.7 Ga0.3)0. 5 In0.5 Pクラッド層12中に
もn型(Al0.4 Ga0.6)0.5 In0.5 P光ガイド層を
設けても良い。
【0083】なお、導電型を反転させる場合については
一例しか示していないが、第1の実施例、第3の実施
例、及び、第4の実施例においても同様であり、その場
合には、電流ブロック層17を含む第2p型クラッド層
18及びp型光ガイド層16を除いた部分の導電型を反
転させると共に、光ガイド層16と活性層14を入れ換
えれば良い。
【0084】なお、本発明は、上記第2乃至第5の実施
例にも共通するものであるが、第1の実施例における数
値に限定されるのではない。
【0085】また、p型クラッド層15,18及びp型
光ガイド層16は不純物源としてDMZnを用いている
が、DEZn(ジエチルジンク)やCp2Mgを用いて
も良いものであり、また、不純物濃度も斜面に沿った部
分においては3×1017〜1×1018cm-3の範囲が好
適である。
【0086】また、本発明の各実施例においては、活性
層はMQW活性層14であるが、この様な活性層に限ら
れるものではなく、SQW構造であっても良いし、量子
井戸構造を有さない活性層であっても良い。
【0087】
【発明の効果】本発明によれば、一回成長により電流狭
窄機構を形成した斜面発振型半導体レーザにおいて、出
射端面の光密度を低減するためにp型光ガイド層を設け
る場合、電流ブロック層の外側に光ガイド層を設ける構
成、または、活性層と電流ブロック層との間に光ガイド
層を設ける場合には斜面に沿った部分のキャリア濃度を
主面に沿った部分のキャリア濃度より高くするか、或い
は、斜面に沿った部分をp型領域とし且つ主面に沿った
部分をn型領域とする構成、または、電流ブロック層を
含む第2p型クラッド層中に光ガイド層を設ける構成を
採用しているので、p型光クラッド層における電流の拡
がりを防止することができ、したがって、しきい値電流
の増加を防止することができるので、低消費電力でしか
も高光出力の可視光半導体レーザを作製することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理的構成の説明図である。
【図2】本発明の作用の説明図である。
【図3】本発明の第1の実施例の断面図である。
【図4】本発明の第2及び第3の実施例の断面図であ
る。
【図5】本発明の第4及び第5の実施例の断面図であ
る。
【図6】従来の斜面発振型半導体レーザの断面図であ
る。
【図7】p型不純物のドーピングの面方位依存性の説明
図である。
【図8】n型不純物のドーピングの面方位依存性の説明
図である。
【図9】p型不純物及びn型不純物の同時ドーピングの
面方位依存性の説明図である。
【図10】従来のリッジ型半導体レーザの断面図であ
る。
【符号の説明】
1 n型半導体基板 2 n型クラッド層 3 活性層 4 第1p型クラッド層 5 p型光ガイド層 5a 高不純物濃度部 5b 低不純物濃度部 6 電流ブロック層 7 第2クラッド層 8 第3p型クラッド層 9 p型コンタクト層 10 正孔 11 n型GaAs基板 12 n型AlGaInPクラッド層 13 n型AlGaInP光ガイド層 14 MQW活性層 15 第1p型AlGaInPクラッド層 16 p型AlGaInP光ガイド層 16a 高不純物濃度部 16b 低不純物濃度部 16c p型領域 16d n型領域 17 電流ブロック層 18 第2p型AlGaInPクラッド層 19 第3p型AlGaInPクラッド層 20 p型GaAsコンタクト層 21 p型GaAs基板 22 n型GaAsコンタクト層 23 n型GaAsバッファ層 24 n型GaInP中間層 25 p型GaInP中間層 26 リッジ 27 n型GaAs電流ブロック層

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (100)面から(111)A面に対し
    てオフ角θだけオフした主面を有すると共に、(10
    0)面から(111)A面に対してオフ角θ1(θ1
    θ)を有する斜面を有する段差基板と、前記斜面にほぼ
    沿った形状の活性層と、前記活性層に接して積層されて
    前記斜面に沿う領域で高いキャリア濃度を持ち且つ前記
    主面に沿う領域で低いキャリア濃度を持つ第1p型クラ
    ッド層と、前記第1p型クラッド層に接して積層されて
    前記斜面に沿う領域がp型領域であり且つ主面に沿う領
    域が電流ブロック層となる第2クラッド層と、前記第2
    クラッド層上に設けた第3p型クラッド層とを具備する
    半導体レーザにおいて、前記第1p型クラッド層中に光
    ガイド層を設けたことを特徴とする半導体レーザ。
  2. 【請求項2】 上記光ガイド層の上記主面に沿った領域
    がn型であり、且つ、上記斜面に沿った領域がp型であ
    ることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ。
  3. 【請求項3】 上記第2クラッド層と上記光ガイド層と
    が0.2μm以上離れていることを特徴とする請求項2
    記載の半導体レーザ。
  4. 【請求項4】 (100)面から(111)A面に対し
    てオフ角θだけオフした主面を有すると共に、(10
    0)面から(111)A面に対してオフ角θ1(θ1
    θ)を有する斜面を有する段差基板と、前記斜面にほぼ
    沿った形状の活性層と、前記活性層に接して積層されて
    前記斜面に沿う領域で高いキャリア濃度を持ち且つ前記
    主面に沿う領域で低いキャリア濃度を持つ第1p型クラ
    ッド層と、前記第1p型クラッド層に接して積層されて
    前記斜面に沿う領域がp型領域であり且つ前記主面に沿
    う領域が電流ブロック層となる第2クラッド層と、前記
    第2クラッド層上に設けた第3p型クラッド層とを具備
    する半導体レーザにおいて、前記第3p型クラッド層中
    に光ガイド層を設けたことを特徴とする半導体レーザ。
  5. 【請求項5】 上記n型クラッド層中にも、光ガイド層
    を設けたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1
    項に記載の半導体レーザ。
  6. 【請求項6】 (100)面から(111)A面に対し
    てオフ角θだけオフした主面を有すると共に、(10
    0)面から(111)A面に対してオフ角θ1(θ1
    θ)を有する斜面を有する段差基板と、前記斜面にほぼ
    沿った形状の活性層と、前記活性層に接して積層されて
    前記斜面に沿う領域で高いキャリア濃度を持ち且つ前記
    主面に沿う領域で低いキャリア濃度を持つ第1p型クラ
    ッド層と、前記第1p型クラッド層に接して積層されて
    前記斜面に沿う領域がp型領域であり且つ前記主面に沿
    う領域が電流ブロック層となる第2クラッド層と、前記
    第2クラッド層上に設けた第3p型クラッド層とを具備
    する半導体レーザにおいて、前記電流ブロック層を含む
    第2クラッド層中に光ガイド層を設けたことを特徴とす
    る半導体レーザ。
  7. 【請求項7】 上記段差基板の主面がオフ角θが0°の
    (100)面であることを特徴とする請求項1乃至6の
    いずれか1項に記載の半導体レーザ。
  8. 【請求項8】 上記段差基板の主面がオフ角θの(n1
    1)A面(n>7)であり、且つ、上記斜面がオフ角θ
    1 の(m11)A面(2≦m≦7)であることを特徴と
    する請求項1乃至6のいずれか1項に記載の半導体レー
    ザ。
  9. 【請求項9】 上記各クラッド層がAlGaInPであ
    ることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記
    載の半導体レーザ。
  10. 【請求項10】 (100)面から(111)A面に対
    してオフ角θだけオフした主面を有すると共に、(10
    0)面から(111)A面に対してオフ角θ 1 (θ1
    θ)を有する斜面を有する段差基板と、前記斜面にほぼ
    沿った形状の活性層と、前記活性層に接して積層されて
    前記斜面に沿う領域で高いキャリア濃度を持ち且つ前記
    主面に沿う領域で低いキャリア濃度を持つ第1p型クラ
    ッド層と、前記第1p型クラッド層に接して積層されて
    前記斜面に沿う領域がp型領域であり且つ前記主面に沿
    う領域が電流ブロック層となる第2クラッド層と、前記
    第2クラッド層上に設けた第3p型クラッド層とを具備
    する半導体レーザの製造方法において、前記各p型クラ
    ッド層の内の一つの中に光ガイド層を設ける際に、前記
    光ガイド層中にp型不純物とn型不純物とを交互にドー
    ピングして、前記光ガイド層の主面に沿った領域をn型
    にし、且つ、斜面に沿った領域をp型にしたことを特徴
    とする半導体レーザの製造方法。
  11. 【請求項11】 (100)面から(111)A面に対
    してオフ角θだけオフした主面を有すると共に、(10
    0)面から(111)A面に対してオフ角θ 1 (θ1
    θ)を有する斜面を有する段差基板と、前記斜面にほぼ
    沿った形状の活性層と、前記活性層に接して積層されて
    前記斜面に沿う領域で高いキャリア濃度を持ち且つ前記
    主面に沿う領域で低いキャリア濃度を持つ第1p型クラ
    ッド層と、前記第1p型クラッド層に接して積層されて
    前記斜面に沿う領域がp型領域であり且つ前記主面に沿
    う領域が電流ブロック層となる第2クラッド層と、前記
    第2クラッド層上に設けた第3p型クラッド層とを具備
    する半導体レーザの製造方法において、前記各p型クラ
    ッド層の内の一つの中に光ガイド層を設ける際に、前記
    光ガイド層中にp型不純物とn型不純物とを同時にドー
    ピングして、前記光ガイド層の主面に沿った領域をn型
    にし、且つ、斜面に沿った領域をp型にしたことを特徴
    とする半導体レーザの製造方法。
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