JPS5811111B2 - 半導体レ−ザ装置の製造方法 - Google Patents

半導体レ−ザ装置の製造方法

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JPS5811111B2
JPS5811111B2 JP50075902A JP7590275A JPS5811111B2 JP S5811111 B2 JPS5811111 B2 JP S5811111B2 JP 50075902 A JP50075902 A JP 50075902A JP 7590275 A JP7590275 A JP 7590275A JP S5811111 B2 JPS5811111 B2 JP S5811111B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガリウムヒ素(GaAs)を基板として作製し
たストライプ型半導体レーザ装置の製造方法に関するも
のである。
GaAsとGaAlAsのダブルへテロ構造半導体レー
ザが発明されて、半導体レーザの室温連続発振が初めて
可能となり、さらに種々のストライプ型が開発されるに
及んで発振に要するしきい値も大幅に下がった。
しかし従来のストライプ型レーザではまだ多くの問題が
残っていた。
その最も大きな問題は寿命である。
すなわち連続発振の寿命が非常に短く、数秒で発振が止
まってしまうレーザさえある。
この劣化をおこす原因は色々と考えられるが、その最大
のものは活性領域に入る歪である。
第1図に従来のストライプ型レーザの代表的な3つの例
を示しである。
同図aはオキサイドストライプ型とよばれるもので、第
4層p”−GaAs4の表面にその電極部となる一部の
みをストライプ状に残して他の部分を5t02膜、51
3N4膜などの絶縁膜Sで覆ったものである。
このようにストライプ部に絶縁膜を用いたものでは、G
aAs4と絶縁膜8との熱膨張係数の差のために、その
界面に大きな歪が生じ、その歪が活性領域2まで達する
同図すはいわゆるプラナストライプ型とよばれるもので
、n−GaAs11の一部にストライプ状にZn拡散領
域12を設けこのZn拡散領域12にのみ順方向電流が
流れるようにしたものである。
この場合Zn拡散を導入するに際してその拡散フロント
には多くの転位も導入され、これが活性領域2の近傍に
達するので転位による活性領域2への悪影響が大きいと
思われる。
同図Cはプロトン照射ストライプ型と呼ばれるもので、
ストライプ部を除いて、第1層n−Gao、7A16.
3AS1に達するまでプロトン照射を行い、その部分を
高抵抗層にして電流をストライプ部に閉じ込めるように
したものである。
この場合は、活性領域2にもプロトン照射部が入り込ん
でいるため、活性領域2中の歪は非常に大きく、適当な
後処理を行わないと歪は軽減されない。
以上述べたように、従来のストライプ型はどの場合も、
活性領域2中に歪を導入しており、これが劣化の主要因
となっていた。
これに対して出願人は先に特願昭49−25943号公
報において、活性領域中の歪を無視できるほど小さくし
、放熱特性が良好なストライプ型として第2図に示すヘ
テロアイソレーション型のものを提案した。
これは第4層p+−GaAs4の上にn−Ga1−yA
AyAs(0<yく1)15を付着し、その一部をスト
ライプ状に窓あけを行って第4層p+−GaAs4にま
で達するようにしたものであるこの場合GaAs4とG
a1−yAAyAs15との格子定数はほぼ等しいため
、界面にはほとんど歪は生じず、従って、ストライプ型
にすることによる悪影響は活性領域2には及ばない。
電極6にプラス電圧を、電極Tにスイナス電圧を印加す
ると、ストライプ部以外はp+−GaAs4とn−Ga
1−yAlyAS15が逆方向にバイアスされるため電
流は流れずストライプ部にのみ電流は流れてストライプ
直下の活性領域2で発振がおこる。
上記の方式で歪の問題は解決されたが、しかし、この構
造にも欠点がある。
それは第1図に示したオキサイドストライプ型レーザや
プラナストライプ型レーザと同様に、活性領域2中で電
流が広がるため、ストライプ幅を狭くしても、しきい値
はそれほど下がらないということである。
到発明は以上のことを考慮して、第2図の構造を用い、
さらに基板のn−GaAs5にもストライプ領域番設け
た、歪の少ない、しかも発振しきい値の大幅に小さい半
導体レーザ装置の製造方法を提供することを目的とする
以下図面とともに本発明について説明する。
第3図に本発明の方法こより得られる半導体レーザ装置
の概略構造断面図を示し、その製造工程図を第4図a=
fに示す。
第3図において、5はGaAsからなる基板であって、
その一部をストライプ状に残し他の部分には基板5より
高抵抗率のGa、−xA!xAS(o≦X≦1)16層
を成長させである。
これを基板として上部にはダブルへテロ構造を有するよ
うに層が4層形成されており、2が活性領域となってい
る。
15は第4層のp+−GaAs4の表面に形成されたn
−Ga1−yklyAs層であって、基板のストライプ
部と対面する部分のみストライプ状に除去されており、
その表面には電極6が被着され、また基板5の裏面にも
電極7が被着された構造となっている。
次こ、第4図a〜fを用いて本発明の半導体レーザの製
造方法について説明する。
レーザ作製用の基板として、Teドープのキャリア濃度
が2×1011018Cのn+型GaAs5を用いる。
先ずn+−GaAsS上に5t02膜8を6000人付
着し、フォトエツチング技術を用いて250μmピッチ
で240μm幅の窓をこの5t02膜8にあける(第4
図a)。
次(硫酸:過酸化水素水:水が8:1:1の容積比のエ
ツチング液を用い60℃で3分間、窓の部分のGaAs
をエツチングして除去する。
これにより基板n+−〇aAs5は深さが6μmエツチ
ングされる(同図b)。
次いでエツチングにより凹んだ部分に高抵抗のGaAs
16をエピタキシャル成長により埋め込み、表面を鏡面
に研磨する(同図C)。
この高抵抗領域16は気相エピタキシャル法のトリメチ
ルガリウム(Ga(CH3)3)とアルシン(AsHs
)を用いた熱分解法により5i02膜8をマスクに用い
て選択的に埋め込み成長をさせた。
この埋め込み層は630℃で成長を行なうと約104Ω
cmの高抵抗層が成長した。
なお、高抵抗領域の形成法には従来よりプロトン照射法
があるが、この場合の高抵抗領域16形成には不都合で
ある。
それは、高抵抗領域16の作成後、この基板上にエピタ
キシャル層を成長する際、その成長温度850℃でプロ
トン照射領域がアンニールされて高抵抗は消滅するから
である。
次にSiO2膜8をエツチングにより除去する。
これまでの工程でストライプ状のn+−GaAs基板を
作製した。
このストライプ状のn+−GaAs基板上に、通常の液
相エピタキシャル法でn−Gao、7AA0,3AS1
、p−GaAs2、p−Gao、5AlO,3AS3、
p”−GaAs4、n−Ga、−、AlyAs15ρ各
層を順次成長する(同図d)。
成長後n−Ga、−yklyAs15を基板のストライ
プと対応するように250μmピッチで108℃巾のス
トライプ状に窓あけを行い、その窓の先端が第4層p+
−GaAs4にまで達するようにする。
この場合のGa1−yA〜yAs15の選択エツチング
液としては熱リン酸を用いた。
その後、両面にオーミック電極金属6及び7を付着(同
図e)すれば素子は完成する(同図f)。
このレーザの特徴は、活性領域の上下両方から電流路を
制限しており、非常に狭い発振領域のレーザが得られる
点にある。
さらに従来のプロトン照射やメサエッチングによるスト
ライプレーザのように活性領域を直接加工、処理しない
で、活性領域と一層以上隔った層で電流集中をおこなっ
ているので歪の導入とくに活性領域への歪の導入が少な
い点にある。
さらに、同レーザの製造方法において、基板に形成した
ストライプ状の凸部の両側の埋め込み層をトリメチルガ
リウム(Ga(CHs)艶とアルシン(AsHs)を用
いた熱分解気相成長法により形成しているので、埋め込
み層の形成時の温度が低くAVたがって基板に歪が入る
ことがない。
したがって基板の歪による活性層への悪影響を防止でき
る。
以下本発明の特徴をさらに説明するために、従来の各種
ストライプ型レーザ、例えば第1図aのオキサイドスト
ライプ型、第2図のへテロアイソレーションストライプ
型と本発明のレーザとの発振のしきい値電流密度を比較
した。
しきい値電流密度は、各層の厚さに大きく左右されるの
で、第1層n−Gao、7AA!0.3AS1から第4
層p−GaAs4までの厚さを同一にして、ストライプ
幅の関数としてしきい値電流密度を実験的に求めてみた
第3図のレーザでは、基板5のストライプ幅とn−Ga
、−yAAyAs15のストライプ幅は同一とした。
その結果を第5図に示す。実線は本発明のストライプ型
、一点鎖線はへテロアイソレーションストライプ型、点
線はオキサイドストライプ型である。
この比較において、活性領域2の厚さは0.2μmのも
のを用いである。
同図より本発明のレーザが他の2つのストライプ型レー
ザに比べ、発振しきい値が小さくなっており、特にスト
ライプ幅の狭い領域でその効果が顕著であることがわか
る。
これは他のストライプ型レーザでは、p+−GaAs4
から注入された電流は、活性領域2に達するまでに相当
床がり、特にストライプ幅が狭いとき、その効果は著し
いが、本発明のレーザでは、上下の両側から電流を閉じ
込めているため、活性領域2中でも電流はあまり広がら
ないためと考えられる。
このレーザは低電流動作が可能で、しかも歪が少ないた
めに高寿命であることが確認された。
基板5にストライプ部を作製する場合、高抵抗領域16
はGaAsあるいはGa1−xAlxAsであるため基
板自体にはほとんど歪が入らず、従ってその活性領域2
への影響も全くない。
またn−Ga1−、A7yAs15側のストライプ部に
歪が入らないのは第2図の説明のところで述べた通りで
ある。
従ってストライプにすることによる歪は全お無視できて
、寿命は飛躍的に増大した。
事実、同一条件で作製したオキサイドストライプ型レー
ザと、第3図に示した本発明レーザとでは、その寿命に
約2倍の差があり、本発明のレーザが寿命の点でも優れ
ていることが示された。
本実施例ではダブルへテロ構造について述べたが、ホモ
接合、シングルへテロ構造等の他の構造の半導体レーザ
にも用いることができ、また発光装置にも適用できるこ
とは勿論のことである。
以上述べたように、本発明の方法によれば、基板のスト
ライプ状凸部の両側面凹部に、同基板に歪を入れること
なく高抵抗の埋め込み層を形成できるので、低しきい値
でかつ長寿命の半導体レーザ装置を得ることができる。
すなわち、本発明の方法により得られる半導体レーザは
、従来のストライプ型レーザに比べて低いしきい値で発
振し、しかも寿命を伸ばすことのできる非常に良好なス
トライプ型レーザで、実用的価値の卓越したものである
【図面の簡単な説明】
第1図a、b、cおよび第2図は従来の種々のストライ
プ型レーザの構造断面図、第3図は本発明のストライプ
型レーザの一実施例を示す構造断面図、第4図a=fは
本発明の半導体レーザ装置の製造方法の一実施例を示す
製造工程図、第5図は従来のストライプ型レーザと本発
明のストライプ型レーザのしきい値電流密度を示す特性
図である。 1・n−Ga07A103As、2・p−GaAs13
−p−Ga07A103As、4−p+−GaAs。 5・・・・・・n−GaAs、6.7・・・・・・電極
、15・・・・・・n−Ga1−、A7.AS、16−
高抵抗Ga、込11.As。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. I GaAsよりなる基板の表面を、ストライプ状の凸
    部が形成されるように選択的に除去する工程と、熱分解
    気相成長法を用いて前記除去された部分を高抵抗率のG
    a1−XAlxAs(0≦X≦1)層で埋め込む工程と
    、前記基板および前記Ga1−XAlXAs層の上に、
    最終の層をGa1−xA7xAs(0<y<1)として
    活性層を含む各層を成長する工程と、前記基板のストラ
    イプ状の凸部と対面する位置の前記Ga1−yAlyA
    S層にストライプ状の窓をあける工程を含むことを特徴
    とする半導体レーザ装置の製造方法。
JP50075902A 1975-06-20 1975-06-20 半導体レ−ザ装置の製造方法 Expired JPS5811111B2 (ja)

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