JPH11112075A

JPH11112075A - 半導体レーザ装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11112075A
Application number: JP26533797A
Authority: JP
Inventors: Naoko Okada; 直子岡田; Chikashi Anayama; 親志穴山
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体レーザ装置及びその製造方法に関し、
ＭＯＶＰＥ法に依る１回成長の利点、即ち、高製造歩留
り及び低価格の利点を維持したまま、屈折率導波に依る
横モード閉じ込め効果に利得導波に依る横モード閉じ込
め効果を付加できるようにし、安定な横モード制御を実
現させようとする。【解決手段】層数が複数に分割されたｎ側クラッド層
２内に介在して主面領域並びに主面と異なる面方位をも
つと共に主面と異なる不純物取り込み率をもつ斜面領域
からなる光吸収量が大きい光吸収層８（主面領域）及び
光吸収量が小さい光吸収層９（斜面領域）を含んでい
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、０．６〔μｍ〕帯
の発振波長をもつＡｌＧａＩｎＰ（Ａｓ）系混晶を材料
とする半導体レーザ装置及びその製造方法に関する。

【０００２】０．６〔μｍ〕帯の半導体レーザは、波長
が短い為、スポット・サイズを小さく絞り込むことがで
きるので、これを光源として光磁気ディスクやＤＶＤ
（ｄｉｇｉｔａｌｖｉｄｅｏｄｉｓｋ）の高密度且
つ大容量の記憶装置が実現されている。

【０００３】０．６〔μｍ〕帯の半導体レーザが高温で
高出力を維持できるようにする為に解決しなければなら
ない問題の一つに横モードの制御があり、一般に横モー
ドが制御されていない場合、温度や出力が変化すると横
モードが変化し、レーザ・スポットが移動するので、例
えば前記記憶装置に於いては、書き込みのエラーが多発
することになり、正常な動作をさせることは不可能とな
る。

【０００４】本発明では、０．６〔μｍ〕帯の半導体レ
ーザに於ける横モードを安定に制御する為の一手段を開
示する。

【０００５】

【従来の技術】一般に、半導体レーザに於ける横モード
の閉じ込めを向上し、横モードの安定に制御するには、
屈折率差に依る閉じ込め及び光の吸収に依る閉じ込めの
二つの手段が知られている。

【０００６】図５は屈折率の分布及び吸収係数の分布に
起因する光の閉じ込めについて説明する為の線図であ
る。

【０００７】図に於いて、（Ａ）は低次モードで発振し
ているレーザの近接場（ｎｅａｒｆｉｅｌｄｐａｔｔ
ｅｒｎ）のプロファイル、（Ｂ）は低次モードで発振し
ているレーザの近接場のプロファイル、（Ｃ）は屈折率
の分布、（Ｄ）は吸収係数の分布をそれぞれ示してい
る。

【０００８】（Ｃ）に見られるような屈折率の分布があ
る場合、光は屈折率が高いところに閉じ込められる為、
（Ｂ）に見られる高次モードよりも（Ａ）に見られる低
次モードで発振し易くなって横モードは安定する。

【０００９】（Ｄ）に見られるような吸収係数の分布が
ある場合、光は吸収が低いところに閉じ込められる為、
（Ｂ）に見られる高次モードよりも（Ａ）に見られる低
次モードで発振し易くなって横モードは安定する。

【００１０】図６は０．６〔μｍ〕帯に発振波長をもつ
代表的な埋め込みリッジ型半導体レーザを表す要部切断
正面図である。

【００１１】図に於いて、１は基板、２はｎ側クラッド
層、３は活性層、４はｐ側クラッド層、６はｐ側電極、
７はｎ側電極、１４は電流狭窄層、１５はスパイク防止
層、１６はコンタクト層をそれぞれ示している。

【００１２】この半導体レーザでは、ＭＯＶＰＥ（ｍｅ
ｔａｌｏｒｇａｎｉｃｖａｐｏｒｐｈａｓｅｅｐｉ
ｔａｘｙ）法に依る結晶成長を３回に亙って実施し、発
光部の両脇にＧａＡｓからなる電流狭窄層１４を埋め込
み、光がＧａＡｓに吸収されることを利用して高次モー
ドを制御し、利得導波に依る横モードの制御を行なって
いる。

【００１３】然しながら、前記半導体レーザを製造する
に際して、ＭＯＶＰＥ法に依る結晶成長を３回も実施し
なければならないことが製造歩留りを低下させ、また、
価格の引き下げを妨げている。

【００１４】図７並びに図８は本出願人に於けるグルー
プが開発した斜面発光型半導体レーザを表す要部切断正
面図である（要すれば、特開平６−４５７０８号公報、
を参照）。

【００１５】図に於いて、図６に於いて用いた記号と同
記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとし、
５は電流狭窄層、１７はＳｅをドーピングしたｎ側クラ
ッド層を示している。尚、図８に見られる矢印は、電子
電流のパスを示している。

【００１６】この半導体レーザでは、ＭＯＶＰＥ法に依
る結晶成長を１回で作製することができる為、製造歩留
りは高く、従って、低価格にすることができ、また、電
流の狭窄構造は、ＭＯＶＰＥ法に於ける不純物ドーピン
グの面方位依存性を利用して作製するので、発光部に効
率良く電流を注入できる構造になっている。

【００１７】また、この半導体レーザでは、主として屈
折率導波に依る横モードの閉じ込めを行なっていて、具
体的には、活性層を屈曲させることで生成された斜面発
光部の横方向に屈折率が低い結晶が位置する構造を作
り、横方向の光閉じ込めを可能にしている。

【００１８】このような斜面発光型半導体レーザが備え
る実屈折率導波に依る横モード閉じ込め効果に利得導波
に依る横モード閉じ込め効果を付加することができれ
ば、従来の半導体レーザに比較して更に高温及び高出力
の下で横モード制御を安定に実現することができる。

【００１９】然しながら、前記説明した０．６〔μｍ〕
帯に発振波長をもつ代表的な埋め込みリッジ型半導体レ
ーザでは、ＧａＡｓからなる電流狭窄層を埋め込む為、
ＭＯＶＰＥ法を３回に亙って実施するので、それと同じ
手段を採ったのでは、斜面発光型半導体レーザの利点で
あるＭＯＶＰＥ法の１回成長に依る高製造歩留り及び低
価格の利点は失われてしまう。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＭＯＶＰＥ
法に依る１回成長の利点、即ち、高製造歩留り及び低価
格の利点を維持したまま、屈折率導波に依る横モード閉
じ込め効果に利得導波に依る横モード閉じ込め効果を付
加できるようにし、更に安定な横モード制御を実現させ
ようとする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明では、不純物取り
込まれ率が半導体表面の面方位に依存することを利用
し、活性層に於ける発光部近傍と発光部両脇近傍とで光
の吸収程度に差をつけることができる構造を実現する。

【００２２】一般に、ＧａＡｓ基板上に成長したＡｌＧ
ａＩｎＰ（Ａｓ）系混晶では、ＭＯＶＰＥ法で結晶成長
している間の結晶最表面に於ける面方位に依って不純物
の取り込まれ率が異なることが知られている（要すれ
ば、「Ｍ．Ｋｏｎｄｏｅｔａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ７６（１９９
４）９１４」、を参照）。

【００２３】この技術を利用すれば、半導体表面に異な
る面方位が現れている状態で結晶成長を行なった場合、
面方位に応じて異なる不純物濃度をもつ半導体層を同時
に成長させることができる。

【００２４】また、半導体に於ける光の吸収はキャリヤ
濃度或いは深い準位密度に依存し、キャリヤ濃度が高い
ほど、或いは、深い準位密度が高いほど光の吸収も大き
くなる傾向がある。

【００２５】図９は半導体に於ける光吸収係数がキャリ
ヤ密度及び深い準位密度に依存することを説明する為の
線図である。

【００２６】図に於いて、（Ａ）はキャリヤ密度（横
軸）に対する光吸収係数（縦軸）を、また、（Ｂ）は深
い準位密度（横軸）に対する光吸収係数（縦軸）をそれ
ぞれ示している。

【００２７】キャリヤ濃度は、浅い準位の起源となる不
純物の結晶中の濃度に依って調節することができるか
ら、異なる面方位が存在する半導体結晶では面方位に応
じて光の吸収を調節することができる。

【００２８】深い準位密度は、前記した浅い準位と同
様、起源となる不純物（例えばＯ）の結晶中の濃度に依
って調節することができるから、異なる面方位が存在す
る半導体結晶では面方位に応じて光の吸収を調節するこ
とができる。

【００２９】前記した事実からすれば、活性層近傍に於
いて、発光部の近くで不純物濃度が低く、且つ、発光部
の両脇で不純物濃度が高くなる層を同時成長させること
で、発光部及びその両脇間で光の吸収に差をつけること
ができ、また、光の吸収量は段差形状基板（図７を参
照）の表面に於ける各面方位、光吸収層にドーピングす
る不純物の種類と流量の組み合わせ、光吸収層のエネル
ギ・バンド・ギャップや層厚で調節することが可能であ
る。

【００３０】ところで、図７並びに図８について説明し
た従来の斜面発光型半導体レーザに於いては、ｎ側クラ
ッド層にドーピングするｎ型不純物としてＳｅを用いて
いる為、活性層の発光部近傍に於けるｎ側クラッド層に
比較して発光部両脇に於けるｎ側クラッド層のＳｅ濃度
は高くなっているので、発光部近傍と発光部両脇とでは
光の吸収に差がついている筈である。

【００３１】然しながら、その場合、ｎ側クラッド層に
ドーピングされた不純物はＳｅのみであるから、活性層
の発光部両脇ではＳｅのドーピング量は多いが、発光部
近傍ではＳｅのドーピング量は少なくなってしまうの
で、キャリヤを注入するのに問題がある。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本発明では、半導体表面
に於ける面方位に依存することなく均一にドーピングさ
れて半導体の導電性に寄与する不純物及び半導体表面に
於ける面方位に依存して結晶への取り込まれ率が異なる
不純物を同時にドーピングし、活性層の発光部近傍と発
光部両脇とで光の吸収に差をつけて横モードを安定化す
ると共に活性層の発光部にキャリヤを注入し易くするこ
とが基本になっている。

【００３３】前記したところから、本発明に依る半導体
レーザ装置及びその製造方法に於いては、（１）層数が複数に分割されたｎ側クラッド層（例えば
ｎ側クラッド層２）内に介在して主面領域並びに主面と
異なる面方位をもつと共に主面と異なる不純物取り込み
率をもつ斜面領域からなる光吸収層（例えば光吸収層８
及び９）を含んでなることを特徴とするか、又は、

【００３４】（２）前記（１）に於いて、活性層（例え
ば活性層３）及びクラッド層（例えばクラッド層２及び
４）がＡｌＧａＩｎＡｓＰ系材料で構成されてなること
を特徴とするか、又は、

【００３５】（３）前記（１）或いは（２）に於いて、
光吸収層に複数種類のｎ型不純物がドーピングされ且つ
ｎ型不純物のうちの少なくとも一種類は取り込まれ率が
半導体の面方位に依存することなく均一にドーピングさ
れる不純物であると共に他の不純物は取り込まれ率が半
導体の面方位に依存して不均一にドーピングされる不純
物であることを特徴とするか、又は、

【００３６】（４）前記（２）に於いて、光吸収層にｎ
型不純物としてＳｉが又深い準位の起源となるＯが共に
ドーピングされてなることを特徴とするか、又は、

【００３７】（５）前記（３）に於いて、均一にドーピ
ングされる不純物がＳｉであり且つ不均一にドーピング
される不純物がＳｅであることを特徴とするか、又は、

【００３８】（６）前記（３）に於いて、均一にドーピ
ングされる不純物がＳｉであり且つ不均一にドーピング
される不純物がＳであることを特徴とするか、又は、

【００３９】（７）前記（３）に於いて、均一にドーピ
ングされる不純物がＳｉであり且つ不均一にドーピング
される不純物がＴｅであることを特徴とするか、又は、

【００４０】（８）層数が複数に分割されたｐ側クラッ
ド層（例えばｐ側クラッド層４）内に介在して主面領域
並びに主面と異なる面方位をもつと共に主面と異なる不
純物取り込み率をもつ斜面領域からなる電流狭窄を兼ね
る光吸収層（例えば電流をブロックする電流狭窄を兼ね
た半絶縁性光吸収層１２及び光吸収層１３）を含んでな
ることを特徴とするか、又は、

【００４１】（９）前記（８）に於いて、活性層及びク
ラッド層がＡｌＧａＩｎＡｓＰ系材料で構成されてなる
ことを特徴とするか、又は、

【００４２】（１０）前記（９）に於いて、光吸収層に
ｐ型不純物としてＺｎが又深い準位の起源となるＯが共
にドーピングされてなることを特徴とするか、又は、

【００４３】（１１）半導体基板（例えば基板１）に主
面（例えば（１００）から（１１１）Ａ方向に６°オフ
した面）と異なる面方位（例えば（４１１）Ａ）をもつ
斜面を表出させる為の溝を形成する工程と、該主面及び
斜面をもつ半導体基板上にｎ側クラッド層（例えばｎ側
クラッド層２）の一部を積層形成してから主面領域並び
に主面と異なる面方位をもつと共に主面と異なる不純物
取り込み率をもつ斜面領域からなる光吸収層（例えば光
吸収層８及び９）を形成して引き続き残りのｎ側クラッ
ド層（ｎ側クラッド層２）及び必要な半導体層（例えば
活性層３、ｐ側クラッド層４、電流狭窄層５など）を積
層形成する工程とが含まれてなることを特徴とするか、
又は、

【００４４】（１２）半導体基板に主面と異なる面方位
をもつ斜面を表出させる為の溝を形成する工程と、該主
面及び斜面をもつ半導体基板上にｐ側クラッド層（例え
ばｐ側クラッド層４）の一部を積層形成してから主面領
域並びに主面と異なる面方位をもつと共に主面と異なる
不純物取り込み率をもつ斜面領域からなる電流狭窄を兼
ねる光吸収層（例えば光吸収層１２及び１３）を形成し
て引き続き残りのｐ側クラッド層（ｐ側クラッド層４）
及び必要な半導体層を積層形成する工程とが含まれてな
ることを特徴とする。

【００４５】前記手段を採ることに依り、活性層の発光
部近傍に比較して発光部両脇に於ける光の吸収が大きく
なる構造をＭＯＶＰＥ法の１回成長で歩留り良く安定に
作製することができ、屈折率導波に依る横モード閉じ込
め効果に利得導波に依る横モード閉じ込め効果を付加す
ることが可能であるから、横モードの制御性は大きく向
上し、半導体レーザの高温高出力化に有効であって、し
かも、活性層の発光部に対するキャリヤの注入が妨げら
れることは皆無である。

【００４６】

【発明の実施の形態】図１は本発明に於ける実施の形態
１を説明する為の斜面発光型半導体レーザを表す要部切
断正面図である。

【００４７】図に於いて、１は基板、２はｎ側クラッド
層、３は活性層、４はｐ側クラッド層、５は電流狭窄
層、６はｐ側電極、７はｎ側電極、８は光吸収量が大で
ある光吸収層、９は光吸収量が小である光吸収層をそれ
ぞれ示している。

【００４８】図から明らかなように、光吸収層８及び９
は、ｎ側クラッド層２内に介在させた構成になってい
る。

【００４９】前記半導体レーザに於ける各部分に関する
主要なデータを例示すると次の通りである。

【００５０】（１）基板１について材料：ｎ型ＧａＡｓ（面方位：（１００）から（１１
１）Ａ方向に６°オフ）不純物：Ｓｉ不純物濃度：２×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ：〜１００〔μｍ〕

【００５１】（２）ｎ側クラッド層２について材料：ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不純物：Ｓｉ不純物濃度：１×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ：合計で２〔μｍ〕

【００５２】（３）活性層３について材料：ｉ−Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ厚さ：０．０８〔μｍ〕

【００５３】（４）ｐ側クラッド層４材料：ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不純物：Ｚｎ不純物濃度：１×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ：合計で２〔μｍ〕

【００５４】（５）電流狭窄層５について材料（１００）面（主面）：ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5
Ｉｎ_0.5Ｐ（４１１）Ａ面（斜面）：ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）
_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不純物：ＺｎとＳｅを交互ドーピング不純物濃度（１００）面（主面）：６×１０¹⁷〔cm^-3〕（４１１）Ａ面（斜面）：１×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ：０．３〔μｍ〕

【００５５】（６）ｐ側電極６について材料：ＡｕＺｎ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ

【００５６】（７）ｎ側電極７について材料：ＡｕＧｅ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ

【００５７】（８）（１００）面上に在って光吸収量
が大である光吸収層８について材料：ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不純物：Ｓｉ及びＳｅ同時ドーピング不純物濃度：５×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ：０．２〔μｍ〕

【００５８】（９）（４１１）Ａ面上に在って光吸収
量が小である光吸収層９について材料：ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不純物：Ｓｉ及びＳｅ同時ドーピング不純物濃度：２×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ：０．２〔μｍ〕

【００５９】次に、実施の形態１の半導体レーザを製造
する工程について説明する。（１）リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセスを
適用することに依って、ライン・アンド・スペース状の
レジスト・マスクを形成してから、ＨＦ系溶液をエッチ
ャントとするウエット・エッチング法を適用することに
依って、面方位が（１００）面から（１１１）Ａ面方向
に６°オフした基板１をエッチングすると面方位が約
（４１１）Ａである斜面をもった溝が得られる。

【００６０】（２）ＭＯＶＰＥ法を適用することに依
り、基板１上にｎ側クラッド層２の一部、光吸収量が大
である光吸収層８及び光吸収量が小である光吸収層９、
ｎ側クラッド層２の一部、活性層３、ｐ側クラッド層４
の一部、電流狭窄層５、ｐ側クラッド層４の一部を順に
積層形成する。

【００６１】光吸収層８及び９は、図から明らかなよう
に、ｎ側クラッド層２を形成する途中に介在させるもの
であり、ｎ型不純物であるＳｉ及びＳｅを同時ドーピン
グすることで自然発生的に作り分けることができ、ま
た、それ等は活性層３から０．２〔μｍ〕離れて形成さ
れている。

【００６２】光吸収層８並びに９の材料組成は、前記し
た通り、（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐであり、成長時には、Ａｌのソース・ガスとして、トリ
メチルアルミニウム（ＴＭＡｌ：Ａｌ（ＣＨ₃）₃）
を、Ｇａのソース・ガスとして、トリエチルガリウム
（ＴＥＧａ：Ｇａ（Ｃ₂Ｈ₅）₃）を、Ｉｎのソース・
ガスとして、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ：Ｉｎ
（ＣＨ₃）₃）を、Ｐのソース・ガスとしてホスフィン
（ＰＨ₃）をそれぞれ用い、五族／三族比は１１０、成
長速度は２・２〔μｍ／時〕とし、また、ｎ型不純物で
あるＳｉ及びＳｅのソース・ガスとしては、ジシラン
（Ｓｉ₂Ｈ₆）及びセレン化水素（Ｈ₂Ｓｅ）を用い、
Ｓｉ₂Ｈ₆及びＨ₂Ｓｅの流量は、各不純物を単独でド
ーピングした場合、（４１１）Ａ面上で１×１０¹⁸〔cm
^-3〕となるように調節した。

【００６３】前記のような条件で成長した光吸収層のう
ち、（４１１）Ａ面に在る光吸収層９のｎ型キャリヤ密
度は２×１０¹⁸〔cm^-3〕（Ｓｉ：１×１０¹⁸〔cm^-3〕、
Ｓｅ：１×１０¹⁸〔cm^-3〕）であり、また、（１００）
面に在る光吸収層８のｎ型キャリヤ密度は５×１０
¹⁸〔cm^-3〕（Ｓｉ：１×１０¹⁸〔cm^-3〕、Ｓｅ：４×１
０¹⁸〔cm^-3〕）である。

【００６４】（３）ｐ側電極６を形成するには、抵抗加
熱蒸着法を適用することに依り、表面側に厚さが１００
〔Å〕／１００〔Å〕／１０００〔Å〕のＡｕ／Ｚｎ／
Ａｕ膜を形成し、Ｎ₂雰囲気中で温度４５０〔℃〕、時
間５〔分〕の合金化熱処理を行なって低抵抗層とし、次
に、電子ビーム蒸着法を適用することに依り、厚さが１
０００〔Å〕／３０００〔Å〕のＴｉ／Ｐｔ膜を形成
し、更に、抵抗加熱蒸着法を適用することに依り、厚さ
が５０００〔Å〕のＡｕ膜を形成して完成させる。

【００６５】ｎ側電極７を形成するには、抵抗加熱蒸着
法を適用することに依り、裏面側に厚さが５００〔Å〕
／１００〔Å〕／３０００〔Å〕のＡｕ／Ｇｅ／Ａｕ膜
を形成し、Ｎ₂雰囲気中で温度４００〔℃〕、時間５
〔分〕の合金化熱処理を行なって低抵抗層とし、次に、
抵抗加熱蒸着法を適用することに依り、厚さが５０００
〔Å〕のＡｕ膜を形成して完成させる。

【００６６】半導体レーザをアップ・サイド・ダウン、
即ち、ｐ側電極６を下にしてヒート・シンクに取り付け
る構成を採る場合、半導体が半田の影響を受けることが
ないように、表面にＳｉＯ₂からなる絶縁膜を設けると
良い。

【００６７】その場合には、例えば、ＣＶＤ法を適用す
ることに依り、表面に厚さ例えば３０００〔Å〕のＳｉ
Ｏ₂膜を形成し、リソグラフィ技術を適用することに依
り、ストライプの発光領域に対応する例えば幅３０〔μ
ｍ〕のストライプをなす開口を形成し、エッチング・マ
スクとして用いたレジスト膜を残したまま、前記と同様
にしてＡｕ／Ｚｎ／Ａｕ膜を形成してからリフト・オフ
法を適用してパターニングし、同じく、合金化熱処理に
依る低抵抗層の形成、その後、全面に亙り、Ｔｉ／Ｐｔ
膜の形成、及び、Ａｕ膜の形成を行なえば良い。

【００６８】図２は本発明に於ける実施の形態２を説明
する為の斜面発光型半導体レーザを表す要部切断正面図
であり、図１に於いて用いた記号と同記号は同部分を表
すか或いは同じ意味を持つものとする。

【００６９】図に於いて、１０は光吸収量が大である光
吸収層、１１は光吸収量が小である光吸収層をそれぞれ
示している。

【００７０】図から明らかなように、光吸収層１０及び
１１はｎ側クラッド層２内に介在させた構成になってい
る。

【００７１】実施の形態２の半導体レーザに於ける光吸
収層１０及び１１に関する主要なデータを例示すると次
の通りである。

【００７２】（１）（１００）面上に在って光吸収量
が大である光吸収層１０について材料：ｎ−（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不純物：Ｓｉ及びＳ同時ドーピング不純物濃度：９×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ：０．２〔μｍ〕

【００７３】（２）（４１１）Ａ面上に在って光吸収
量が小である光吸収層１１について材料：ｎ−（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不純物：Ｓｉ及びＳ同時ドーピング不純物濃度：２×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ：０．２〔μｍ〕

【００７４】次に、実施の形態２の半導体レーザに於け
る光吸収層１０及び１１の成長について説明する。

【００７５】光吸収層１０と１１は、図から明らかなよ
うに、ｎ側クラッド層２を形成する途中に介在させるも
のであり、ｎ型不純物であるＳｉとＳを同時ドーピング
することで自然発生的に作り分けることができ、また、
それ等は活性層３から０．２〔μｍ〕離れて形成されて
いる。

【００７６】光吸収層１０並びに１１の材料組成は、前
記した通り、（Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐであり、成長時のｎ型不純物であるＳｉ及びＳのソース
・ガスとしては、Ｓｉ₂Ｈ₆及び硫化水素（Ｈ₂Ｓ）を
用い、Ｓｉ₂Ｈ₆及びＨ₂Ｓの流量は、各不純物を単独
でドーピングした場合、（４１１）Ａ面上で１×１０¹⁸
〔cm^-3〕となるように調節した。

【００７７】前記のような条件で成長させた光吸収層の
うち、（４１１）Ａ面に在る光吸収層１１のｎ型キャリ
ヤ密度は２×１０¹⁸〔cm^-3〕（Ｓｉ：１×１０¹⁸〔c
m^-3〕、Ｓ：１×１０¹⁸〔cm^-3〕）であり、また、（１
００）面に在る光吸収層１０のｎ型キャリヤ密度は９×
１０¹⁸〔cm^-3〕（Ｓｉ：１×１０¹⁸〔cm^-3〕、Ｓ：８×
１０¹⁸〔cm^-3〕）である。

【００７８】一般に、同じ波長の光を結晶が吸収する場
合、結晶のエネルギ・バンド・ギャップが小さいと光吸
収効率は高くなるから、実施の形態２に見られるよう
に、光吸収層のエネルギ・バンド・ギャップがクラッド
層のエネルギ・バンド・ギャップに比較して小さいと光
吸収量の絶対量が増加する為、光吸収層の構造、即ち、
層厚、ドーピング量、斜面部と平面部との光吸収量の比
などの設計に於いて、その自由度は大きくなる。

【００７９】図３は本発明に於ける実施の形態３を説明
する為の斜面発光型半導体レーザを表す要部切断正面図
であり、図１及び図２に於いて用いた記号と同記号は同
部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。

【００８０】図に於いて、１２は半絶縁性で光吸収量が
大である光吸収層、１３は光吸収量が小である光吸収層
をそれぞれ示している。

【００８１】図から明らかなように、光吸収層１２及び
１３はｐ側クラッド層４内に介在させた構成になってい
る。

【００８２】実施の形態３の半導体レーザに於ける半絶
縁性光吸収層１２及び光吸収層１３に関する主要なデー
タを例示すると次の通りである。

【００８３】（１）（１００）面上に在って半絶縁性
で光吸収量が大である光吸収層１２について材料：半絶縁性（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不純物：Ｚｎ及び深い準位の起源であるＯを同時ドーピ
ング不純物濃度：１．４×１０¹⁷〔cm^-3〕深い準位密度：２×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ：０．３〔μｍ〕

【００８４】（２）（４１１）Ａ面上に在って光吸収
量が小である光吸収層１３について材料：ｐ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不純物：Ｚｎ及び深い準位の起源であるＯを同時ドーピ
ング不純物濃度：１×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ：０．３〔μｍ〕

【００８５】次に、実施の形態３の半導体レーザに於け
る光吸収層１２及び１３の成長について説明する。

【００８６】光吸収層１２と１３は、図から明らかなよ
うに、ｐ側クラッド層４を形成する途中に介在させるも
のであり、不純物としてＺｎとＯを同時ドーピングする
ことで自然発生的に作り分けることができ、また、それ
等は活性層３から０．２〔μｍ〕離れて形成され、層厚
は前記した通り０．３〔μｍ〕である。

【００８７】Ｚｎは（４１１）Ａ面で取り込まれ率が大
きく、また、Ｏは（１００）面で取り込まれ率が大き
く、従って、（４１１）Ａ面ではｐ型層、（１００）面
では半絶縁性層を同時に成長することができ、従って、
半絶縁性光吸収層１２は電流をブロックする電流狭窄の
機能と、光を吸収して横モードを閉じ込める機能を併せ
もつものである。

【００８８】光吸収層１２並びに１３の材料組成は、前
記した通り、（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐであり、成長時のｐ型不純物であるＺｎのソース・ガス
としては、（ＣＨ₃）₂Ｚｎを用い、また、深い準位の
起源となるＯのソース・ガスとしては、Ｏ₂を用い、
（ＣＨ₃）₂Ｚｎの流量は、Ｚｎを単独でドーピングし
た場合に（４１１）Ａ面上で１×１０¹⁸〔cm^-3〕となる
ように、そして、Ｏ₂の流量は、Ｏを単独でドーピング
した場合に（１００）面で２×１０¹⁹〔cm^-3〕となるよ
うにそれぞれ調節した。

【００８９】前記のような条件で成長した光吸収層で、
（４１１）Ａ面に在る光吸収層１３に於けるｐ型キャリ
ヤ密度が１×１０¹⁸〔cm^-3〕（Ｚｎ：１×１０¹⁸〔c
m^-3〕、Ｏ：２×１０¹⁷〔cm^-3〕、Ｏを起源とする深い
準位密度：１×１０¹⁵〔cm^-3〕）であり、（１００）面
に在る光吸収層１２に於けるｐ型キャリヤ密度が１．４
×１０¹⁷〔cm^-3〕となるが、深い準位密度が２×１０¹⁷
〔cm^-3〕となる為、キャリヤが深い準位に捕獲され半絶
縁性になる（Ｚｎ：１×１０¹⁷〔cm^-3〕、Ｏ：２×１０
¹⁹〔cm^-3〕）。

【００９０】図４は本発明に於ける実施の形態４を説明
する為の斜面発光型半導体レーザを表す要部切断正面図
であり、図１及び図２に於いて用いた記号と同記号は同
部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。

【００９１】図に於いて、２０は光吸収量が大である光
吸収層、２１は光吸収量が小である光吸収層をそれぞれ
示している。

【００９２】図から明らかなように、光吸収層２０及び
２１はｎ側クラッド層２の表面に形成され、そして、そ
の上には活性層３が積層形成されているから、光吸収層
２０及び２１と活性層３とは直に接した構成になってい
る。

【００９３】実施の形態４の半導体レーザに於ける光吸
収層２０及び２１に関する主要なデータを例示すると次
の通りである。

【００９４】（１）（１００）面上に在って光吸収量
が大である光吸収層２０について材料：ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不純物：Ｓｉ及びＴｅ同時ドーピング不純物濃度：１．１×１０¹⁹〔cm^-3〕厚さ：０．１〔μｍ〕

【００９５】（２）（４１１）Ａ面上に在って光吸収
量が小である光吸収層２１について材料：ｎ−（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ不純物：Ｓｉ及びＴｅ同時ドーピング不純物濃度：２×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ：０．１〔μｍ〕

【００９６】次に、実施の形態４の半導体レーザに於け
る光吸収層２０及び２１の形成について説明する。

【００９７】光吸収層２０と２１は、図から明らかなよ
うに、活性層２に接するｎ側クラッド層２の表面にｎ型
不純物であるＳｉ及びＴｅを同時ドーピングすることで
自然発生的に作り分けることができる。

【００９８】光吸収層２０及び２１の材料組成は、前記
した通り、（Ａｌ_0.7Ｇａ_0.3）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐであり、成長時のｎ型不純物であるＳｉとＴｅのソース
・ガスとしては、Ｓｉ₂Ｈ₆とＨ₂Ｔｅを用い、その際
に於けるＳｉ₂Ｈ₆及びＨ₂Ｔｅの流量は、各不純物を
単独でドーピングした場合に（４１１）Ａ面上で１×１
０¹⁸〔cm^-3〕となるように調節した。

【００９９】前記条件に依って成長させた光吸収層のう
ち、（４１１）Ａ面に在る光吸収層２１のｎ型キャリヤ
密度は２×１０¹⁸〔cm^-3〕（Ｓｉ：１×１０¹⁸〔c
m^-3〕、Ｔｅ：１×１０¹⁸〔cm^-3〕）であり、また、
（１００）面に在る光吸収層２０のｎ型キャリヤ密度は
１．１×１０¹⁹〔cm^-3〕（Ｓｉ：１×１０¹⁸〔cm^-3〕、
Ｔｅ：１×１０¹⁹〔cm^-3〕）である。

【０１００】実施の形態４として説明した構成では、光
の分布が大きい活性層３に接して光吸収層２０及び２１
が存在していることから、光の吸収を更に効果的に利用
することができる。

【０１０１】

【発明の効果】本発明に依る半導体レーザ装置及びその
製造方法に於いては、層数が複数に分割されたｎ側クラ
ッド層内或いはｐ側クラッド層内に介在して主面領域並
びに主面と異なる面方位をもつと共に主面と異なる不純
物取り込み率をもつ斜面領域からなる光吸収層或いは電
流狭窄を兼ねる光吸収層が形成される。

【０１０２】前記構成を採ることに依り、活性層の発光
部近傍に比較して発光部両脇に於ける光の吸収が大きく
なる構造をＭＯＶＰＥ法の１回成長で歩留り良く安定に
作製することができ、屈折率導波に依る横モード閉じ込
め効果に利得導波に依る横モード閉じ込め効果を付加す
ることが可能であるから、横モードの制御性は大きく向
上し、半導体レーザの高温高出力化に有効であって、し
かも、活性層の発光部に対するキャリヤの注入が妨げら
れることは皆無である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に於ける実施の形態１を説明する為の斜
面発光型半導体レーザを表す要部切断正面図である。

【図２】本発明に於ける実施の形態２を説明する為の斜
面発光型半導体レーザを表す要部切断正面図である。

【図３】本発明に於ける実施の形態３を説明する為の斜
面発光型半導体レーザを表す要部切断正面図である。

【図４】本発明に於ける実施の形態４を説明する為の斜
面発光型半導体レーザを表す要部切断正面図である。

【図５】屈折率の分布及び吸収係数の分布に起因する光
の閉じ込めについて説明する為の線図である。

【図６】０．６〔μｍ〕帯に発振波長をもつ代表的な埋
め込みリッジ型半導体レーザを表す要部切断正面図であ
る。

【図７】本出願人に於けるグループが開発した斜面発光
型半導体レーザを表す要部切断正面図である。

【図８】本出願人に於けるグループが開発した斜面発光
型半導体レーザを表す要部切断正面図である。

【図９】半導体に於ける光吸収係数がキャリヤ密度及び
深い準位密度に依存することを説明する為の線図であ
る。

【符号の説明】

１基板２ｎ側クラッド層３活性層４ｐ側クラッド層５電流狭窄層６ｐ側電極７ｎ側電極８光吸収量が大である光吸収層９光吸収量が小である光吸収層１０光吸収量が大である光吸収層１１光吸収量が小である光吸収層１２半絶縁性で光吸収量が大である光吸収層１３光吸収量が小である光吸収層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】層数が複数に分割されたｎ側クラッド層内
に介在して主面領域並びに主面と異なる面方位をもつと
共に主面と異なる不純物取り込み率をもつ斜面領域から
なる光吸収層を含んでなることを特徴とする半導体レー
ザ装置。
【請求項２】活性層及びクラッド層がＡｌＧａＩｎＡｓ
Ｐ系材料で構成されてな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】光吸収層に複数種類のｎ型不純物がドーピ
ングされ且つｎ型不純物のうちの少なくとも一種類は取
り込まれ率が半導体の面方位に依存することなく均一に
ドーピングされる不純物であると共に他の不純物は取り
込まれ率が半導体の面方位に依存して不均一にドーピン
グされる不純物であることを特徴とする請求項１或いは
２記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】光吸収層にｎ型不純物としてＳｉが又深い
準位の起源となるＯが共にドーピングされてなることを
特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】均一にドーピングされる不純物がＳｉであ
り且つ不均一にドーピングされる不純物がＳｅであるこ
とを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】均一にドーピングされる不純物がＳｉであ
り且つ不均一にドーピングされる不純物がＳであること
を特徴とする請求項３記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】均一にドーピングされる不純物がＳｉであ
り且つ不均一にドーピングされる不純物がＴｅであるこ
とを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】層数が複数に分割されたｐ側クラッド層内
に介在して主面領域並びに主面と異なる面方位をもつと
共に主面と異なる不純物取り込み率をもつ斜面領域から
なる電流狭窄を兼ねる光吸収層を含んでなることを特徴
とする半導体レーザ装置。
【請求項９】活性層及びクラッド層がＡｌＧａＩｎＡｓ
Ｐ系材料で構成されてなることを特徴とする請求項８記
載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】光吸収層にｐ型不純物としてＺｎが又深
い準位の起源となるＯが共にドーピングされてなること
を特徴とする請求項９記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】半導体基板に主面と異なる面方位をもつ
斜面を表出させる為の溝を形成する工程と、該主面及び斜面をもつ半導体基板上にｎ側クラッド層の
一部を積層形成してから主面領域並びに主面と異なる面
方位をもつと共に主面と異なる不純物取り込み率をもつ
斜面領域からなる光吸収層を形成して引き続き残りのｎ
側クラッド層及び必要な半導体層を積層形成する工程と
が含まれてなることを特徴とする半導体レーザ装置の製
造方法。
【請求項１２】半導体基板に主面と異なる面方位をもつ
斜面を表出させる為の溝を形成する工程と、該主面及び斜面をもつ半導体基板上にｐ側クラッド層の
一部を積層形成してから主面領域並びに主面と異なる面
方位をもつと共に主面と異なる不純物取り込み率をもつ
斜面領域からなる電流狭窄を兼ねる光吸収層を形成して
引き続き残りのｐ側クラッド層及び必要な半導体層を積
層形成する工程とが含まれてなることを特徴とする半導
体レーザ装置の製造方法。