JPH10107367A - 半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電流狭窄層を有する平坦化埋込みレーザ（SIPB
H レーザ）に関し、活性層を含むメサ部直上部のｐ型ク
ラッド層のＺｎ濃度の低下を抑制して電流狭窄構造部を
流れるリーク電流を低減する。 【解決手段】（１００）面を有する半導体基板１と、半
導体基板１上に形成された活性層を含む活性層メサ領域
１０１と、活性層メサ領域１０１を挟む電流狭窄領域１
０２ａ、１０２ｂと、両方の領域を被覆するクラッド層
９とを有する半導体レーザにおいて、電流狭窄領域１０
２ａ、１０２ｂの最上層のｎ型電流阻止層８ａ，８ｂの
側壁は（１１１）Ｂ面を有し、側壁の間のクラッド層９
はＺｎ濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上を含有するＩｎＰ層か
らなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ及び
その製造方法に関し、より詳しくは、電流狭窄層を有す
る平坦化埋込みレーザ及びその製造方法に関する。平坦
化埋込みレーザは、その効率のよい電流狭窄構造から、
低閾値，高効率のレーザ発振を達成でき、また寄生容量
が小さいことから高速変調動作を期待できる。光通信用
レーザとして重要である。

【０００２】

【従来の技術】従来の平坦化埋込みレーザの一例として
用いられた半絶縁性電流狭窄層を有する平坦化埋込みレ
ーザ（Semi Insulated Planar Buried Heterostructure
Laser:SIPBHレーザ）の構造を図１１（ａ），（ｂ）に
示す。ｐ側電極７２より注入された電流は、広いp-InGa
AsP コンタクト層７０, p-InP クラッド層６９を透過し
た後、n-InP 電流阻止層６８ａ，６８ｂ、Fe-InP電流狭
窄層６７ａ，６７ｂからなる電流狭窄領域２０２ａ，２
０２ｂによって狭窄され、電流狭窄領域２０２ａ，２０
２ｂの間の活性層６３を含む活性層メサ領域２０１を流
れる。ここで電流狭窄領域２０２ａ，２０２ｂ上部に、
広いクラッド層６９及びコンタクト層７０を有し、電流
の通流面積が広いことから、直列抵抗を低減できる。こ
のことは、レーザ駆動電力を低減するのに重要である。

【０００３】このような構造は、有機金属気相成長法
（ＭＯＶＰＥ法）で３回連続成長することにより作成さ
れる。まず、（１００）面方位を有するn-InP 基板６１
を用意する。（１００）面を用いるのは、へき開により
垂直な出射端面を容易に得ることができること、再成長
したエピ層の結晶性が良好なこと等の利点があるためで
ある。

【０００４】一回目成長で、n-InP 基板６１上にn-InP
バッファ層６２、InGaAsP 活性層６３、p-InP クラッド
層６４及びp-InGaAsP キャップ層６５を形成する。次
に、p-InGaAsP キャップ層６５の中央部に形成したSiO₂
膜９１をマスクとして、下の多層６５〜６２をメサエッ
チングし、活性層６３を含む活性層メサ領域２０１ａを
形成する。

【０００５】次いで、図１０（ａ）に示すように、メサ
エッチングに用いたSiO₂膜９１を選択成長のマスクとし
て用い、２回目成長で、活性層メサ領域２０１ａの両側
にFe-InP電流狭窄層６７ａ，６７ｂ及びn-InP 電流阻止
層６８ａ，６８ｂを形成する。このとき、n-InP 電流阻
止層６８ａ，６８ｂの活性層メサ領域２０１ａに面した
側の側壁では、（１１１）Ｂ面が成長停止面となり、
（１１１）Ｂ面が出ている、傾斜した側壁となる。

【０００６】そして、最後に、図１０（ｂ）に示すよう
に、SiO₂膜９１のマスク及びp-InGaAsP キャップ層６５
を除去した後、図１０（ｃ）に示すように、３回目成長
で、p-InP クラッド層６９を形成し、さらに、図１１に
示すように、p-InGaAsP コンタクト層７０を形成する。
このとき、成長速度１．５μｍ／ｈ以上で良好な表面ホ
モロジを得るために、p-InP クラッド層６９の成長を通
常成長温度６２０℃以上で行う。また、p-InP クラッド
層６９を成長すると、２回目成長で生じた（１１１）Ｂ
面上への成長となるために、n-InP 電流阻止層６８ａ，
６８ｂに挟まれた活性層メサ領域２０１の直上部では
（１１１）Ｂ面成長となる。一方、活性層メサ領域２０
１から十分に離れたn-InP 電流阻止層６８ａ，６８ｂの
直上部では（１００）面成長となる。

【０００７】その後、p-InGaAsP コンタクト層７０上に
絶縁膜７１のコンタクトホールを通してｐ側電極７２を
形成し、さらにn-InP 基板６１の裏面にｎ側電極７３を
形成すると、半導体レーザが完成する。上記半導体レー
ザでは、注入電流を活性層に集中して流す電流狭窄構造
の特徴を有効に生かすため、リーク電流を極力抑制する
必要がある。例えば、通常使用される駆動電流３０ｍＡ
以下の場合に、リーク電流を１５％以下に抑制すること
が望ましい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記半
導体レーザでは、活性層の両脇の電流狭窄領域２０２
ａ，２０２ｂを流れるリーク電流が増加するという問題
がある。例えば、駆動電流３０ｍＡで２５％以上のリー
ク電流が生じる場合がある。その原因調査によると、３
回目成長のp-InP クラッド層６９は、n-InP 電流阻止層
６８ａ，６８ｂに挟まれるＡ部では、n-InP 電流阻止層
６８ａ，６８ｂの直上部（Ｂ部）に比べてｐドーパント
濃度が低濃度になっていることが分かった。例えば、固
溶限界となる濃度２×１０¹⁸ｃｍ^-3でＺｎをp-InP クラ
ッド層６９にドーピングしても、Ａ部ではＺｎ濃度が凡
そ２×１０¹⁷ｃｍ^-3となっている。

【０００９】このように、活性層メサ領域２０１の直上
部（Ａ部）が低濃度になると、その部分ではn-InP 電流
阻止層６８ａ，６８ｂによって特に電流通流面積が小さ
いため、直列抵抗が増大し、活性層メサ領域２０１に加
わる電圧が増加する。その結果、ｐ側電極７２から注入
した電流は、活性層メサ領域２０１を流れるよりも電流
狭窄領域２０２ａ，２０２ｂの方を流れ易くなり、活性
層の両脇を流れるリーク電流となる。

【００１０】さらに、ＳＩＰＢＨ構造で、かつスポット
サイズ変換器を集積したレーザの場合、次のような問題
が生じる。即ち、この構造は活性層を含む利得領域と導
波路領域が共振器方向に隣接して設けられ、ｐ側電極は
利得領域の上部にのみ形成される。活性層メサ領域直上
部が低濃度になると、活性層メサ領域に加わる電圧が増
加するため、注入電流は導波路領域に広がり、発光再結
合に寄与しなくなる。

【００１１】本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて
創作されたものであり、活性層を含む活性層メサ領域直
上部のｐ型クラッド層のＺｎ濃度の低下を抑制して電流
狭窄領域及び導波路領域を流れるリーク電流を低減する
ことができる半導体レーザ及びその製造方法を提供する
ものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題は、第１の発明
である、（１００）面を有する半導体基板と、該半導体
基板上に形成された活性層を含む電流供給領域と、該電
流供給領域を挟む電流狭窄領域と、前記両方の領域を被
覆するクラッド層とを有する半導体レーザにおいて、前
記電流狭窄領域の最上層の電流阻止層の側壁は（１１
１）Ｂ面を有し、該側壁の間のクラッド層はＺｎ濃度５
×１０¹⁷ｃｍ^-3以上を含有するＩｎＰ層からなることを
特徴とする半導体レーザによって解決され、第２の発明
である、前記活性層から横方向に延びるスポットサイズ
変換器を有することを特徴とする第１の発明に記載の半
導体レーザによって解決され、第３の発明である、（１
００）面を有する半導体基板と、該半導体基板上の活性
層を含む電流供給領域と、最上層の電流阻止層の側壁が
（１１１）Ｂ面となっている、前記電流供給領域を挟む
電流狭窄領域と、前記両方の領域を被覆するクラッド層
とを有する半導体レーザの製造方法において、前記クラ
ッド層は、６００℃以下の成長温度でＺｎをドープしな
がらＩｎＰ層を成長させることにより形成することを特
徴とする半導体レーザの製造方法によって解決され、第
４の発明である、前記活性層から横方向に延びるスポッ
トサイズ変換器が形成されていることを特徴とする第３
の発明に記載の半導体レーザの製造方法によって解決さ
れる。

【００１３】従来例のSIPBH 構造の半導体レーザで活性
層メサ領域２０１の直上部（Ａ部）が低濃度になる原因
は以下のように説明することができる。即ち、ＩｎＰ結
晶成長において、（１１１）Ｂ面と（１００）面とで、
Ｚｎの取り込まれ量が異なること、特に成長温度が６２
０℃以上では、（１１１）Ｂ面でのＺｎの取り込まれ率
が（１００）面に比べて非常に低いことが挙げられる。
例えば、成長温度６２０℃では、（１００）面でＺｎの
固溶限界である２×１０¹⁸ｃｍ^-3でドーピングしたとし
ても、（１１１）Ｂ面では凡そ２×１０¹⁷ｃｍ^-3とな
る。

【００１４】本願発明者は、（１００）面方位の半導体
基板を用いて電流狭窄領域を有する半導体レーザを作成
することを前提条件として、活性層を含む活性層メサ領
域の直上部（Ａ部）のＺｎ濃度を上げる方法を調査し
た。調査によれば、（１００）面でのＺｎの取り込まれ
量に対する（１１１）Ｂ面でのＺｎの取り込まれ量の比
率が成長温度に依存し、かつその比率は低温になるほど
高くなることを見いだした。その結果を図３に示す。従
って、活性層メサ領域の直上部（Ａ部）のＺｎの濃度を
上げるためには、成長温度を低くすればよい。

【００１５】一方、低閾値及び高効率とするために、動
作電流３０ｍＡ以下で、リーク電流比率１５％以下とな
るようなＡ部でのＺｎ濃度条件をシミュレーションによ
り求めると、図２に示すように、Ｚｎ濃度５×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3以上が必要であることが分かった。ところで、（１
００）面を有するＩｎＰでは、Ｚｎの固溶限界は２×１
０¹⁸ｃｍ^-3である。従って、（１１１）Ｂ面でのＺｎ濃
度５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上とするためには、Ｚｎ取り込ま
れ量の面方位依存性が０．２５以上、即ち、図３によ
り、成長温度６００℃以下とする必要がある。これによ
り、図２に示すように、Ａ部でのＺｎ濃度が５×１０¹⁷
ｃｍ^-3の場合にリーク電流比率を１５％程度に、１×１
０¹⁸ｃｍ^-3の場合に８％程度に、２×１０¹⁸ｃｍ^-3の場
合に５％程度にそれぞれ低減することができる。

【００１６】また、ＳＩＰＢＨ構造で、かつスポットサ
イズ変換器を集積したレーザに本発明を適用した場合に
特に有効である。この構造では、活性層を含む利得領域
と導波路領域とが共振器方向に隣接して設けられ、ｐ側
電極は利得領域の上部にのみ形成される。これにより、
注入電流は大部分活性層に集中して流れ、発光再結合が
生じる。活性層を含む活性層メサ領域の直上部のｐ型ク
ラッド層の抵抗が低く抑制されることにより、ｐ側電極
から活性層メサ領域に注入される電流が導波路部及び電
流狭窄領域に広がるのを抑制することができるため、閾
値電流の低減、効率の向上を図ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。 （１）本願発明者による調査及びシミュレーション 図２は、本願発明者がシミュレーションにより求めた、
注入した全電流（Ｉ_T）に対するリーク電流比率（Ｉ_L
／Ｉ_T ）の変化の様子を示す特性図である。縦軸は線形
目盛りで表されたリーク電流比率（Ｉ_L ／Ｉ_T ）を示
し、横軸は線形目盛りで表された全注入電流（Ｉ_T ）
（ｍＡ）を示す。

【００１８】図１及び図９の断面構造を持つ半導体レー
ザをモデルとしている。活性層を含む活性層メサ領域の
直上部でのＺｎ濃度をパラメータとし、Ｚｎ濃度として
１，２，５×１０¹⁷，１，２×１０¹⁸ｃｍ^-3の５条件を
採っている。また、電流狭窄領域の直上部でのＺｎ濃度
を２×１０¹⁸ｃｍ^-3としている。低閾値及び高効率とす
るために、動作電流３０ｍＡ以下で、リーク電流比率１
５％以下となるようなＡ部でのＺｎ濃度条件は、図２よ
り、Ｚｎ濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上であることが分か
る。

【００１９】これにより、図２に示すように、Ａ部での
Ｚｎ濃度が５×１０¹⁷ｃｍ^-3の場合にリーク電流比率を
１５％程度に、１×１０¹⁸ｃｍ^-3の場合に８％程度に、
２×１０¹⁸ｃｍ^-3の場合に５％程度にそれぞれ低減する
ことができる。図３は、本発明の実施の形態に係る半導
体レーザの製造方法における、成長温度に対するｐ型Ｉ
ｎＰ層へのＺｎ取り込まれ量の面方位依存比率Ｒ_Znにつ
いて示す特性図である。

【００２０】図３に本願発明者が実験により取得した結
果を示す。横軸は線形目盛りで表した成長温度（℃）を
示し、縦軸は線形目盛りで表した、（１００）面の成長
層へのＺｎの取り込まれ量に対する（１１１）Ｂ面の成
長層へのＺｎの取り込まれ量の面方位依存比率Ｒ_Znを示
す。結果によれば、図３に示すように、今まで用いられ
てきた成長温度６２０℃では、（１１１）Ｂ面の成長層
へのＺｎの取り込まれ量は（１００）面の成長層へのＺ
ｎの取り込まれ量の１０％程度と低い。この場合、Ｉｎ
Ｐ層の格子点に入り得るＺｎの濃度限界、即ちＩｎＰ層
へのＺｎの固溶限界は凡そ２×１０¹⁸ｃｍ^-3であるた
め、（１１１）Ｂ面の成長層のＺｎ濃度は２×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3程度と極めて低くなる。

【００２１】これに対して、成長温度６００℃ではＺｎ
の取り込まれ面方位依存比率は２５％程度となり、成長
温度が低下するにしたがって増加する。即ち、成長温度
５９０℃では５０％となり、成長温度５８０℃では７５
〜８０％となり、成長温度５７０℃では１．２倍程度と
なり、成長温度５６０℃では１．７倍程度になる。実験
によれば、図１の構造においては、閾値電流が増大せ
ず、効率が大きく低下しないような、活性層メサ領域直
上部における（１１１）Ｂ成長面のＩｎＰ層中のＺｎ濃
度は５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上、好ましくは１×１０¹⁸ｃｍ
^-3以上がよい。従って、（１００）面を有するＩｎＰ層
へのＺｎの固溶限界を凡そ２×１０¹⁸ｃｍ^-3とすると、
成長温度６００℃以下、好ましくは成長温度５９０℃以
下が適切である。

【００２２】なお、成長温度の低下により再成長エピ層
の結晶性が悪化する心配があるが、成長速度を低下させ
ることにより、それを改善することが可能である。例え
ば、成長温度６２０℃で成長速度２μｍ／ｈであったも
のを、ガス流量を低くすることにより成長温度５９０℃
で成長速度１μｍ／ｈ程度とする。 （２）本発明の第１の実施の形態 図７（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る、電流狭
窄構造を有するＳＩＰＢＨテーパレーザを示す斜視図で
ある。図１は図７（ａ）のＩ−Ｉ線断面図であり、図７
（ｂ）は図７（ａ）のII-II 線断面図である。

【００２３】図７（ａ）及び図１に示すように、注入電
流の大部分が流れる活性層部分を含む活性層メサ領域１
０１と、活性層メサ領域１０１の両側に形成された電流
狭窄領域１０２ａ，１０２ｂとを有する。電流狭窄領域
１０２ａ，１０２ｂへのキャリアのリークが抑制される
ため、注入された電流は活性層メサ領域１０１に集中し
て流れる。

【００２４】活性層メサ領域１０１では、（１００）
面、又は（１００）面から±１０°以内、好ましくは±
５°以内で傾けた結晶面を有するn-InP 基板１上に、Ｓ
ｉ濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3，層厚約０．２μｍのn-InP バ
ッファ層２と、アンドープ，層厚約０．３μｍの１．３
μｍ組成のInGaAsP 活性層３と、Ｚｎ濃度７×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3，層厚約０．７μｍのp-InP クラッド層４とが積層
されている。

【００２５】また、電流狭窄領域１０２ａ，１０２ｂで
は、n-InP 基板１上に、Ｆｅ濃度５×１０¹⁶ｃｍ^-3，層
厚約２μｍのFe-InP電流狭窄層７ａ，７ｂと、Ｓｉ濃度
３×１０¹⁸ｃｍ^-3，層厚約０．３μｍのn-InP 電流阻止
層８ａ，８ｂとが積層されている。Fe-InP電流狭窄層７
ａ，７ｂではFe原子がディープレベルを形成しており、
そこの抵抗を大きくしている。また、n-InP 電流阻止層
８ａ，８ｂは、その上のクラッド層９からFe-InP電流狭
窄層７ａ，７ｂに正孔が注入されないようにするために
設けられている。

【００２６】さらに、活性層メサ領域１０１及び電流狭
窄領域１０２ａ，１０２ｂの上部全体に、Ｚｎ濃度２×
１０¹⁸ｃｍ^-3，層厚約１．５μｍのp-InP クラッド層９
と、Ｚｎ濃度７×１０¹⁸ｃｍ^-3，層厚約０．５μｍのp-
InGaAsP コンタクト層１０とが積層されている。ここ
で、p-InP クラッド層９のＺｎ濃度は、活性層メサ領域
１０１の直上部（Ａ部）で１×１０¹⁸ｃｍ^-3となってお
り、電流狭窄領域１０２ａ，１０２ｂの直上部（Ｂ部）
で２×１０¹⁸ｃｍ^-3となっている。

【００２７】また、図７（ａ），（ｂ）に示すように、
ＳＩＰＢＨテーパレーザは、活性層３に共振器方向で隣
接するテーパ導波路（スポットサイズ変換器）６を設け
た構造を有する。テーパ導波路６は、活性層３組成より
短波の、即ちバンド端の広い組成を有し、レーザ光を吸
収しないで出射端面に導く。導波路は出射端面に向けて
層厚が薄くなり、光閉じ込め率が減少する。従って、出
射端面に向けて光スポットサイズが大きくなり、光ファ
イバとの結合が良好となる。ｐ側電極１２は活性層３上
方にのみ被着される。これにより、注入電流は活性層３
にのみ集中して流れ、発光再結合が生じる。活性層３よ
り出たレーザ光はテーパ導波路６で吸収されることなく
出射端面に導かれ、そこから出射される。このとき、p-
InP クラッド層９のＺｎ濃度が高く、抵抗が低いと、ｐ
側電極１２より活性層メサ領域１０１に注入された電流
は、テーパ導波路６領域に広がらずに大部分が活性層３
に流れる。これにより、閾値電流の低減及び効率の向上
を図ることができる。

【００２８】次に、上記ＳＩＰＢＨテーパレーザの製造
方法について図面を参照しながら説明する。図４（ａ）
〜（ｃ），図５（ａ）〜（ｃ）は図７（ａ）のＩ−Ｉ線
断面図である。図６（ａ），（ｂ）は作成途中の半導体
レーザを示す斜視図である。図７（ａ）は完成した半導
体レーザを示す斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）
のII-II 線断面図である。

【００２９】全ての半導体層の成膜方法として有機金属
気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いる。まず、図４
（ａ）に示すように、（１００）面、又は（１００）面
から±１０°以内、好ましくは±５°以内で傾けた面方
位を有するＳｉドープのn-InP 基板１ａ上に間隔をおい
て一対の選択成長マスク５１ａを形成したものを用意
し、その上に、Ｓｉ濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3，層厚約０．
２μｍのn-InP 層２ａと、アンドープ，層厚約０．３μ
ｍで、１．３μｍ組成のInGaAsP 層３ａと、Ｚｎ濃度７
×１０¹⁷ｃｍ^-3，層厚約０．７μｍのp-InP 層４ａと、
Ｚｎドープ，１．１μｍ組成のp-InGaAsP キャップ層５
ａとを成長する。

【００３０】このとき、図６（ａ）に示すように、各層
はマスク５１ａに挟まれた領域では一定膜厚となり、そ
の他の領域ではマスク５１ａが形成された側から徐々に
膜厚が薄くなる。そして、InGaAsP 層３ａと隣接するIn
GaAsP 層６ａがテーパ導波路となる。さらに、p-InGaAs
P キャップ層５ａ上の中央部にパターニングにより幅約
１．５μｍの帯状のＳｉＯ₂ 膜からなマスク５１ｂを形
成する。このとき、p-InGaAsP キャップ層５ａはマスク
５１ｂを除去する際のエッチャントから下部層を保護す
るために形成される。従って、キャップ層５ａはこの機
能有するものであれば、材料を自由に選べる。

【００３１】次に、図４（ｂ）に示すように、マスク５
１ｂに従って、p-InGaAsP キャップ層５ａ、p-InP 層４
ａ、InGaAsP 層３ａ、及びn-InP 層２ａをエッチングす
る。このとき、多少オーバエッチングを行い、n-InP 基
板１ａの表層を少しエッチングする。これにより、p-In
GaAsP キャップ層５、p-InP クラッド層４、InGaAsP活
性層３、及びn-InP バッファ層２からなるメサ部１０１
ａが形成される。

【００３２】次いで、図４（ｃ）に示すように、濃度５
×１０¹⁶ｃｍ^-3でＦｅをドープしながら、ＩｎＰを成長
し、層厚約２μｍのFe-InP電流狭窄層７ａ，７ｂを形成
する。このとき、ＩｎＰはマスク５１ｂ上には成長せ
ず、マスク５１ｂの両側部のn-InP 基板１上にのみ成長
する。この場合、成長したＩｎＰ層７ａ，７ｂの面方位
はn-InP 基板１の面方位に従って（１００）面、又は
（１００）面から±１０°以内、好ましくは±５°以内
で傾いた面方位を有する。続いて、濃度３×１０¹⁸ｃｍ
^-3でＳｉをドープしながら、ＩｎＰを成長し、層厚約
０．３μｍのn-InP 電流阻止層８ａ，８ｂを形成する。
このとき、マスク５１ｂ側では、マスク５１ｂ上を原料
ガスが濃度拡散により横方向に流れていくため、成長速
度が増加する。そして、（１１１）Ｂ面が成長停止面と
なり、マスク５１ｂ側のn-InP 電流阻止層８ａ，８ｂの
側壁は（１１１）Ｂ面を有し、傾斜する。一方、マスク
５１ｂと離れたn-InP 電流阻止層８ａ，８ｂの平坦部で
は下層の結晶方位に従って（１００）面方位を有する。
これにより、図６（ｂ）に示すように、マスク５１ｂの
両側に電流狭窄領域１０２ａ，１０２ｂが形成される。
幅Ｗの領域が活性層３及び活性層３に隣接するテーパ導
波路６となる。

【００３３】次に、図５（ａ）に示すように、マスク５
１ｂとキャップ層５を除去し、p-InP クラッド層４を表
出する。これにより、p-InP クラッド層４、InGaAsP 活
性層３、及びn-InP バッファ層２からなる活性層メサ領
域１０１が形成される。続いて、図５（ｂ）に示すよう
に、（１００）面を有するＩｎＰ層でのＺｎ濃度が２×
１０¹⁸ｃｍ^-3となるようにＺｎをドープしながら、Ｉｎ
Ｐ層９ａ〜９ｄを成長し、層厚約１．５μｍのp-InP ク
ラッド層９を形成する。このとき、（１００）面と（１
１１）Ｂ面とでＺｎ濃度に大きな差が生じないように、
成長温度を６００℃以下、好ましくは５９０℃以下とす
る。これにより、p-InP クラッド層９のＺｎ濃度は、活
性層メサ領域１０１の直上部（Ａ部）で１×１０¹⁸ｃｍ
^-3となり、電流狭窄領域１０２ａ，１０２ｂの直上部
（Ｂ部）で２×１０¹⁸ｃｍ^-3となる。

【００３４】次いで、図５（ｃ），図７（ａ），（ｂ）
に示すように、p-InP クラッド層９の成長温度と同じ成
長温度で、濃度７×１０¹⁸ｃｍ^-3でＺｎをドープしなが
ら、InGaAsP を成長し、層厚約０．５μｍのp-InGaAsP
コンタクト層１０を形成する。その後、n-InP 基板１の
裏面にｎ側電極１３を形成する。続いて、p-InGaAsPコ
ンタクト層１０表面に絶縁膜１１を形成し、続いてコン
タクトホールを形成した後、コンタクトホールを通して
p-InGaAsP コンタクト層１０と接触するｐ側電極１２を
形成する。

【００３５】以上のように、図５（ｂ）の工程におい
て、（１００）面と（１１１）Ｂ面とでp-InP クラッド
層９へのＺｎの取り込まれ面方位依存比率に大きな差が
生じないように、成長温度を６００℃以下、好ましくは
５９０℃以下としている。これにより、（１１１）Ｂ面
を有するp-InP クラッド層９におけるＺｎの取り込まれ
面方位依存比率が向上するため、主電流が通過する活性
層メサ領域１０１の直上部（Ａ部）でp-InP クラッド層
９のＺｎ濃度の低下を抑制することができる。

【００３６】これにより、電流狭窄領域１０２ａ，１０
２ｂと比べて活性層メサ領域１０１の抵抗が低下するた
め、ｐ側電極１２とｎ側電極１３間に流れる電流は主電
流として活性層メサ領域１０１の方により集中して流れ
るようになり、電流狭窄領域１０２ａ，１０２ｂの方に
迂回するリーク電流が減少する。従って、閾値電流の低
減及び効率の向上を図ることができる。

【００３７】（３）本発明の第２の実施の形態 図８は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ
の構造について示す断面図である。図１の半導体レーザ
と異なるところは、図８に示すように、Ｆｅをドープし
たInP 電流狭窄層７ａ，７ｂの代わりに、Ｚｎをドープ
したp-InP 電流狭窄層２１ａ，２１ｂを用いたことであ
る。この場合、電流狭窄領域１０３ａ，１０３ｂはｐｎ
ｐｎのサイリスタ素子構造を有し、電流狭窄メカニズム
は図１の場合と異なる。即ち、電子の流れと正孔の流れ
はそれぞれのｐｎ接合の電位障壁により抑制される。

【００３８】この場合、半導体レーザを作成するため、
図４（ｃ）の工程で、濃度５×１０ ¹⁶ｃｍ^-3でＺｎをド
ープしながら、ＩｎＰを成長し、層厚約１μｍのZn-InP
電流狭窄層２１ａ，２１ｂを形成する。これ以外の作成
工程及び作成条件は、第１の実施の形態で説明した工程
及び条件と同一である。以上のように、第２の実施の形
態でも、p-InP クラッド層９を形成する際、（１００）
面と（１１１）Ｂ面とでＺｎ濃度に大きな差が生じない
ように、成長温度を６００℃以下、好ましくは５９０℃
以下とする。これにより、p-InP クラッド層９のＺｎ濃
度は、活性層メサ領域１０１の直上部で１×１０¹⁸ｃｍ
^-3となり、電流狭窄領域１０３ａ，１０３ｂの直上部で
２×１０¹⁸ｃｍ^-3となる。

【００３９】これにより、電流狭窄領域１０３ａ，１０
３ｂと比べて活性層メサ領域１０１の抵抗が低下するた
め、ｐ側電極１２とｎ側電極１３間に流れる電流は活性
層メサ領域１０１の方により集中して流れるようにな
り、電流狭窄領域１０３ａ，１０３ｂの方に迂回するリ
ーク電流が減少する。従って、閾値電流の低減及び効率
の向上を図ることができる。

【００４０】なお、第２の実施の形態で説明した本発明
の構成は、電流狭窄構造を有するＳＩＰＢＨテーパレー
ザのみならず、電流狭窄構造を有する他の構造の半導体
レーザにも適用可能である。 （４）本発明の第３の実施の形態 図９は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザ
の構造について示す断面図である。

【００４１】第１の実施の形態に係る半導体レーザ（図
７（ｂ）参照）と異なるところは、図９に示すように、
テーパ導波路６を形成せず、すべて活性層２２としてい
ることである。コンタクト層２３及びｐ側電極２４は活
性層２２上方共振方向全長にわたって形成されている。
n-InP バッファ層２と活性層２２とp-InP クラッド層４
とが活性層メサ領域１０４を構成する。なお、電流狭窄
層は第１又は第２の実施の形態と同じ構造のものいずれ
でも用いることができる。

【００４２】この場合、半導体レーザを作成するため、
図６（ａ）の工程で、マスク５１ａを形成せずに、n-In
P 基板全面にn-InP バッファ層２を成長し、層厚約０．
３μｍ一定膜厚のInGaAsP 活性層２２を形成する。これ
以外の作成工程及び作成条件は、第１の実施の形態で説
明した工程と及び条件と同一である。以上のように、第
３の実施の形態でも、p-InP クラッド層９を形成する
際、（１００）面と（１１１）Ｂ面とでＺｎ濃度に大き
な差が生じないように、成長温度を６００℃以下、好ま
しくは５９０℃以下とする。これにより、p-InP クラッ
ド層９のＺｎ濃度は、活性層メサ領域１０４の直上部で
１×１０¹⁸ｃｍ^-3となり、電流狭窄領域の直上部で２×
１０¹⁸ｃｍ^-3となる。

【００４３】これにより、電流狭窄領域と比べて活性層
メサ領域１０４の抵抗が低下するため、ｐ側電極２４と
ｎ側電極１３間に流れる電流は活性層メサ領域１０４の
方により集中して流れるようになり、電流狭窄領域の方
に迂回するリーク電流が減少する。従って、閾値電流の
低減及び効率の向上を図ることができる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る半導体レー
ザにおいては、電流狭窄領域に挟まれた活性層を含む活
性層メサ領域の直上部でのクラッド層のＺｎ濃度を５×
１０¹⁷ｃｍ^-3としているので、動作電流３０ｍＡ以下
で、リーク電流比率１５％以下に低減することができ
る。これにより、閾値電流の低減、効率の向上を図るこ
とができる。

【００４５】また、本発明に係る半導体レーザの製造方
法においては、活性層メサ領域と電流狭窄領域を被覆す
るクラッド層を、６００℃以下の成長温度でＺｎをドー
プしながらＩｎＰ層を成長することにより形成してい
る。従って、ＩｎＰ層のＺｎ取り込まれ量の面方位依存
比率は０．２５以上となる。（１００）面を有するＩｎ
Ｐ混晶のＺｎの固溶限界２×１０¹⁸ｃｍ^-3を考慮する
と、電流狭窄領域の（１１１）Ｂ面の側壁に挟まれた活
性層メサ領域の直上部でのクラッド層のＺｎ濃度は５×
１０¹⁷ｃｍ^-3以上となるため、動作電流３０ｍＡ以下
で、リーク電流比率を１５％以下に低減することがで
き、閾値電流の低減、効率の向上を図ることができる。

【００４６】また、ＳＩＰＢＨ構造で、かつスポットサ
イズ変換器を持つレーザに本発明を適用した場合に特に
有効である。活性層を含む活性層メサ領域の直上部のp-
InPクラッド層の抵抗が低く抑制されることにより、ｐ
側電極から活性層部分に注入される電流が導波路部及び
電流狭窄領域に広がるのを抑制することができるため、
閾値電流の低減、効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導
体レーザについて示す断面図である。

【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る半導
体レーザのリーク電流のＺｎ濃度依存性について示す特
性図である。

【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る半導体レー
ザの作成方法における、成長温度に対するＩｎＰ混晶へ
のＺｎの取り込まれ量の面方位依存比率について示す特
性図である。

【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施の
形態に係る半導体レーザの作成方法について示す断面図
（その１）である。

【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施の
形態に係る半導体レーザの作成方法について示す断面図
（その２）である。

【図６】図６（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施の
形態に係る半導体レーザの作成方法について示す斜視図
（その１）である。

【図７】図７（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係
る半導体レーザの作成方法について示す斜視図（その
２）であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のII-II 線断面図
である。

【図８】図８は、本発明の第２の実施の形態に係る半導
体レーザについて示す断面図である。

【図９】図９は、本発明の第３の実施の形態に係る半導
体レーザについて示す断面図である。

【図１０】図１０（ａ）〜（ｃ）は、従来例に係る半導
体レーザの作成方法について示す断面図（その１）であ
る。

【図１１】図１１（ａ），（ｂ）は、従来例に係る半導
体レーザの作成方法について示す断面図（その２）であ
る。

【符号の説明】

１，１ａ n-InP 基板、 ２ n-InP バッファ層、 ２ａ n-InP 層、 ３，２２ InGaAsP 活性層、 ３ａ，６ａ InGaAsP 層、 ４，９，９ａ〜９ｄ p-InP クラッド層、 ４ａ p-InP 層、 ５，５ａ p-InGaAsP キャップ層、 ６ テーパ導波路、 ７ａ，７ｂ Fe-InP電流狭窄層、 ８ａ，８ｂ n-InP 電流阻止層、 １０，２３ p-InGaAsP コンタクト層、 １１ 絶縁膜、 １２，２４ ｐ側電極、 １３ ｎ側電極、 ２１ａ，２１ｂ p-InP 電流狭窄層、 ５１ａ，５１ｂ マスク、 １０１，１０４ 活性層メサ領域、 １０１ａ メサ部、 １０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ 電流狭窄領
域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 剛之 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 石川 務 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （１００）面を有する半導体基板と、該
   半導体基板上に形成された活性層を含む活性層メサ領域
   と、該活性層メサ領域を挟む電流狭窄領域と、前記両方
   の領域を被覆するクラッド層とを有する半導体レーザに
   おいて、 前記電流狭窄領域の最上層のｎ型電流阻止層の側壁は
   （１１１）Ｂ面を有し、該側壁の間のクラッド層はＺｎ
   濃度５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上を含有するＩｎＰ層からなる
   ことを特徴とする半導体レーザ。
2. 【請求項２】 前記活性層から横方向に延びるスポット
   サイズ変換器を有することを特徴とする請求項１に記載
   の半導体レーザ。
3. 【請求項３】 （１００）面を有する半導体基板と、該
   半導体基板上の活性層を含む活性層メサ領域と、最上層
   のｎ型電流阻止層の側壁が（１１１）Ｂ面となってい
   る、前記活性層メサ領域を挟む電流狭窄領域と、前記両
   方の領域を被覆するクラッド層とを有する半導体レーザ
   の製造方法において、 前記クラッド層は、６００℃以下の成長温度でＺｎをド
   ープしながらＩｎＰ層を成長させることにより形成する
   ことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
4. 【請求項４】 前記活性層から横方向に延びるスポット
   サイズ変換器が形成されていることを特徴とする請求項
   ３に記載の半導体レーザの製造方法。