JPS5834988A - 半導体レ−ザの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体レーザの製造方法に関し、きらに詳しく
は段差を有する基板を用いた半導体レーザ（Ｔｅｒｒａ
ｅｅｄ　８ｕｂｓｔｒａｔｅ　Ｌａ５ｅｒ　、以下ＴＳ
レーザと略す）の製造方法に関するものである。

Ｔ８レーザとして良く知られた半導体レーザは段差の付
いた基板の上にダブルヘテｐ層構造を液相エピタキシャ
ル成長すると段差の上で活性層が屈曲し、実効的に屈折
率差が形成されることを利用した光の閉じ込め機構を有
している（特願昭５３−１４２４７．ｒ半導体接合レー
ザコ参照）。従来から波長１．３μｍ帯で発振するＴ８
レーザとして第１図に斜視図として示したようなＩｎＧ
ａＡｓＰ／ＩｎＰ系のものが実現されている（鼻水ら、
ジャパエーズジャーナルオファプライドフイズイックス
１９巻、ａｌ１１９８１年１頁２１９１−２１９６参Ｉ
Ｉ）。

このＴ８レーザは［０１１）方向に延びた段差を形成し
た（１００）ｎ型ＩｎＰ基板１に液相エビタキシャル成
長によりｎ１ＩＩｎＰクラッド層２゜ＩｎＯ２ム、Ｐ活
性層３．ＰＭＩＩｎＰクラッド層４．ｐｍ［ＩｎＧＢＡ
＠Ｆコンタクト・層５を順次成長し、ｐ型Ｉｎ（ｈＡｓ
Ｐコンタクシ層５上に電流注入幅を規定するための８ｉ
０．絶縁Ｊ［６，ｐｉＩ電極７を、ｎ型ＩｎＰ基板１１
１１Ｋｎ型電極８を設けて製作される。

液相エピタキシャル成長において成長厚を制御すること
により段差部１０１でＩｎ（ｈＡ＋Ｐ活性層３が屈曲し
、厚さが平坦部より大きい活性値＃！３３が形成される
。この結果、（ｉｏｏ’）面に平行かつ［：０１１］方
向に艦直な方向に屈折率差が形成され、光を閉じ込める
効果が得られている。このＴＳレーザに順方向電流を印
加すると、活性領域３３でレーザ発振し、発振閾値電流
の約１．１倍まで安定な基本横モードが得られたという
。室温でのパルス発振閾値電流は約５０　ｍＡと報告さ
れている。しかし、注入電流を増大すると平坦部の活性
層３でも発振がおこり、横モードの形がくずれて安定な
基本横モードが得られないという欠点を有している。こ
の欠点は電流が有効に活性領域に注入されず、平坦部に
も注入されてしまうことに原因がある。注入電流が有効
に活性層に注入されるようにすれば基本横モードがより
大きい注入電流でも安定に得られ、かつより低い閾値電
流で発振し、またその結果より高い温度でも容易に発振
するはずである。上記の欠点をなくすにはＩｎＰ基板内
に基板と導電型の異なる電流ブロック層を設けて電流注
入幅を狭窄することが有効である。電流ブロック層を形
成する方法としては、段差を設けたＩｎＰ基板に選択的
に不純物拡散または、エピタキシャル結晶成長を行なう
方法が知られているが後述するように工程が困難であっ
たり、再現性に乏しいため製造歩留りが低いなど問題点
が多い。

本発明の目的は、これらの問題点を解決し、高い再現性
が容易に得られ、従って製造分留りの高い、電流ブロッ
ク層付きの新構造ＴＳレーザの製造方法を提供すること
である。

第２図に本発明によって製作される電流ブロック層を設
けたＴ８レーザの一実施例の斜視図を示した。この構造
の特徴は、第１図に示した従来のＴ８レーザにおいて半
導体基板１の段差の上面と下面に電流プラック層９を形
成しである点にある。

このような構造を実現する方法としては、段差を設けた
半導体基板に液相エピタキシャル結晶成長により電流プ
レツタ層を積層する方法がある。段差の大きさが十分に
あり、成長用融液の過飽和度略Ｏ成長条件が適切ならば
電流プルツク層は段差の側面を完全に覆わずに段差の上
面と下面に分離して積層するので第２ｇｌに示したのと
同様な電流プルツク層が形成される。この方法によれば
電流プロッタ層の形成に連続してレーザ発振に必要な半
導体層を成長させることができるので半導体レーザの製
造に必要な液相エピタキシャル成長が１回ですみ利点が
多い。しかしながらこの方法は電流プルツク層の形状に
再現性がなく、同一成長つ″　工＾−内でのばらつきが
あり、製造方法として好ましくない。

一方１段差を形成した半導体基板に段差部を除いて選択
的に不純物を拡散することにより電流ブロック層を形成
することができる。そのためには段差の上面から下面に
かけて選択拡散マスクを形成することが必要である。一
般に凹凸部分への選択拡散マスクの形成は難しく１段差
が高いとマスクが角で途切れ易すく再現性良く形成する
ことができない。以上述べたように従来から知られてい
る方法では電流ブロック層を再現性良く形成することが
できず高い製造歩留りが得られない。対するに本発明は
エピタキシャル成長と選択的エツチングの組み合せによ
って確実に電流ブロック層を形成することができ、高い
製造歩留りが得られる方法である。

本発明の製造方法は以下に示す手順で構成されている。

まず、第１導電型の半導体基板上にレーザ光の光軸方向
に平行に延びた段差を形成し、次にエピタキシャル結晶
成長によりこの半導体基板上に活性層より屈折率が小さ
く、電流ブロック層となる第２導電型の第１半導体層を
成長して段差を覆い平坦な表面とする。次に選択的エツ
チングにより基板表面なレーザ光の光軸方向と平行に延
びた段差状に加工し、段差の側面と下面に前記第１半導
体層が露出し、かつ側面と下面の少くとも一方において
前記半導体基板が露出した構造の基板結晶を形成する。

次いでこの基板結晶上に第２０筐相エピタキシヤル成長
により活性層より屈折率Ｏ小さい第１導電型の第２半導
体層、活性層。

活性層より屈折率の小さい第２導電型の第３半導体層、
活性層と第３半導体層の中間の禁制帯幅を有する第１導
電型の＄４半導体層を順次成長する。

こＯ際、活性層が段差部で屈曲し、第４半導体層の表面
が平坦となるように成長する。しかる後、段差部直上の
第４半導体層の導電型をストライブ状に反転せしめて第
２導電型とし、ストライブ状の電流注入を可能とする。

レーザ光の光軸方向、即ち段差の延びた方向に直角にレ
ーザ共振器反射面を形成して本発明によるＴ８レーザが
得られる。

以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

１１３１１は本実施例の製造方法を示す工程図である。

まず、（ｉｏｏ）面を主面とするｎｉ！ＩＩｎＰ基板ｌ
の（ｉｏｏ）表面上に例えばＣＶＤ法により８ｉ０１膜
を付着し、フォトリングラフイーにより［０１１］方向
に平行な輻２００　ｆｉｒｎ　ｅ　ピッチ４００μｍの
選択的エツチング用８ｉ０．マスクを形成する。次に例
えばＨ，８０，：　Ｈ，Ｏ，：　Ｈ，Ｑ＝＝３：１：１
の混液により化学エツチングして輻約２００　ｓｍ　Ｃ
）溝１００を堀り、８ｉ０．マスクを除去して第３図ム
の基板構成を形成する。典型的な溝１００の深さ、即ち
段差１０１の高さは１μｍであるが、それ以上の深さで
も良い。次に第１の波相エピタキシャル成長工程により
ｎ型ＩｎＰ基板１上にｐｌ［ＩｎＰ電流ブｐツク層９（
第１半導体層に該当する）を成長し、第３図Ｂのように
段差１０１を完全に覆って溝１００を埋める。この際、
ｐ　ｉｌｌ　ＩｎＰ電流プ田ツク層９の表面はこの後の
工程で選択的エツチング用のマスクの形成を容易にする
ためほぼ平坦に成長されていることが望ましい。

典型的な成長厚は溝１００Ｃ）中央部で１μｍ２段差１
０１の上面の平坦部で０．５ＪＩｍである。次にｐＨｌ
１１Ｐ電流ブロック層９０表面に例えばＣＶＤ法により
８ｉ０．膜を付着させ、フォトリソグラフィーにより［
０１１］方向に平行な幅が１９２ないし２００μｍ、ピ
ッチ４００μｍの選択的エツチング用８１０ｙマスクを
マスクのない部分の中央が溝１００の中央と一致するよ
うに形成する。次に例えばＨ，８０４：Ｈ，Ｏ，：Ｈ，
Ｏ＝　３　：　１　：　１混液により化学エツチングし
て溝２００を堀り、ｓｉｏ。

マスクを除去してｊｌ！３図Ｃに示すような段差２０１
の付いた基板結晶を形成する。エツチングに際してはｎ
ｌ［ＩｎＰ基板１とｐ型ＩｎＰ電流ブロック層９が段差
２０１の側面か下面、またはその両方において露出する
ようにするが＝ｐｉｆＩｎＰ電流ブロック層９が段差２
０１の下面において注入電流を阻止するのに充分なだけ
の厚さ残っていることが必要である。この桟っているべ
きｐ型ＩｎＰ電流プロッタ層９の典型的な厚さは０．５
μｍである。尚。

段差１０１，２０１の側面は（１１１）Ａ面または（１
１１）Ｂ面である必要はなく、また側面と上面のなす角
に制限はない。以上のようにして形成した基鈑結晶に第
２０液相エピタキシヤル成長工程により＊　型ＩｎＰク
ラッド層２（第２半導体層に該当する）、ＩＩＩＧＩＡ
ＩＦ活性層３．ｐ型ＩｎＰクツッド層４（第３半導体層
に該当する）％ｎ型Ｉ　ｎＧａＡｍ　Ｐ　コンタクト層
５１を順次成長し第３図りのような結晶層構造を形成す
る。ｎ鷹ＩｎｉムＰコンタクト層５１は主にオーミック
な電極を形成しやすくするために設けるもので典型的な
組成はバンドギャップ波長にして１１−０５Ｊｔである
。第２０液相エビタキシヤル工程で、ｎ型ＩｎＰクラッ
ド層２とＩＨＧＢＡｇＦ活性層３の成長厚を制御するこ
とにより段差２０１で斜面状の屈曲したＩｎＧａＡｓＰ
活性層３が得られる。段差２０１の隅での結晶の成長速
度が平坦部より速いためにＩｎＧａＡｓＰ活性層３の屈
曲部は他の部分より厚みが増し、実効的屈折率が大きく
なっており、ここが活性領域３３となる。ＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性領域３３が２つのＩｎＰクラッド層２，４で包囲
されているため屈折率導波作用により光がここに閉じ込
められて導波するが。

基本横モードを得るために屈曲部は２ないし３μｍの輻
にわたって傾斜するように成長する。第２の液相エピタ
キシャル成長工程により成長する典蓋的な各層の厚さは
ｎｌ［ＩｎＰクラッド層２が段差から遠い平坦部で０．
１ないし０．２　μｍ　、　ＩｎＧａＡｓＰ活性層３が
平坦部で０．１μｍ、活性領域３３で０．１ないし０．
３μ！ｎ　＊　Ｐ　ｌ！Ｉ　ＩｎＰクラッド層４が平坦
部で２．５ｘｍｔｎ型ＩＢＧａＡＢＰ　：ｙ　：／タク
ト層５１が１μｍである。次に活性領域３３へのストラ
イプ状の電流注入を行なうために活性領域３３の直上の
ｎ型ＩｎＧａＡｇ　Ｐ　−ｔ　ンｐ　クト層５１に８ｉ
０．ｗスフ６をフォトリソグラフィーにより形成し選択
的に不純物拡散してｐ型に反転させる。不純物としては
亜鉛またはカドミウムを用い、ｐ型ＩｎＰクラッド層４
にストライプ状のｐ型頭域１０が達する深さまで拡散す
る。次いでｎ型ＩｎＧａＡｓＰ　コンタクト層５１側表
面にｐ型電極７を、ｎ型ＩｎＰ基板１にｎｌ！電極電極
ｌ形成する（第３図Ｅ）。電極形ｔｉ４Ｓ、レーザ共振
器反射面を段差２０１の延びている方向に直角に形成し
、更に第３図Ｅの形状をしている結晶を溝２００の中央
部と、段差２０１の上面平坦部の中央で切断し５８２図
に示す本発明による電流プ田ツク層付きのＴ８レーザが
製作さ以上のようにして得られたブロック層付きのＴ８
レーザに順方向電流を印加したところ従来のＴＳレーザ
よりも低い。約３０　ｍＡの閾値電流でパルス発振した
（室温）。横モード特性は、従来のＴ８レーザ同様基本
横モードが得られるが印加電流が発振閾値電流の２倍以
上の電流でも安定であり従来より改善されている。この
ように本発明によればｐ型１ｎＰ電流ブロック層９を確
実に設けることができるので活性領域３３の外に無駄に
流れる漏れ電流が減少し、低電流で動作し、高出力まで
安定に基本横モード発振するＴＳレーザが再現性良く製
造される。

上記実施例ではＩ　ｎＧａＡａ　Ｐ活性層３は段差２０
１の上面及び下面で屈曲部より薄くなっているが途切れ
ることなく連続している。しかし、結晶成長条件、即ち
段差２０１の高さ、　Ｉ　ｎＧａＡｓ　Ｐ融液の過飽和
度、成長時間等を巧みに制御すれば屈曲部にのみ活性層
３が成長した構造を形成できる。この場合には段差２０
１の上面及び下面にはけとんど１．−〜Ｐ活性層３が成
長せず、活性領域３３が完全にＩｎＰによって取り囲ま
れる。この構造は活性層が途切れている点で従来のいわ
ゆるＴ８レーザとは異なるが、注入された電流が活性領
域３３に集中するのでより高い効率で発振することがで
き、前記実施例の場合よりも低い閾値電流で発振する。

以上述べた２つの実施例においては、活性層としてＩｍ
ＧａＡｓＰを、その他の層としてＩｎＰを用いた場合を
述べたが電流ブロック層やクラッド層は本発明の趣旨に
合えばＩｎＧａＡｓＰでも良く、また各半導体層は他の
混晶例えばＩ　ｎＧａＡｓ　／　Ｉ　ｎＰ系やＡｊＧｍ
Ａｓ　／Ｑ＆Ａｇ系であっても良い。また実施例におい
て導電型がｎ型とあるのをｐ型にｐ型をｎ型に置き換え
ても本発明の要件、趣旨を満す。また、実施例では液相
エピタキシャル成長により結晶成長を行なったが、気相
成長法でも分子線エピタキシー法でも良いことは言うま
でもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＴＳレーザの斜視図、第２図は本発明の
一実施例により製作されるＴＳレーザの斜視図、第３図
はその製造工程を示す図で、レーザ光の光軸方向に垂直
な断面図である。各図において １はｎ型ｒｎｐ基板、２はｎ型ＩｎＰクラッド層、３は
Ｉｎ（ｈＡｓＰ活性層、４はｐ型ＩｎＰクラッド層、５
はＰ　Ｍ　ＩｎＧａＡｇＰ　コニｙタクト層、５１はｎ
型ＩｎＧａＡ４Ｐ　：ｌ　７タクト層、６はＳｉＯ２マ
スク、７はｐ型電極、８はｎ型電極、９はｐ型ＩｎＰブ
ロック層、１０はｐ型不純物拡散領域、１００と２００
は溝、１０１と２０１は段差部、そして３３はＩ　ｎ　
Ｇａ　Ａｓ　Ｐ活性領域をそれぞれ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１導電型の半導体基板にレーザ光の光軸方向に平行に
   延びた段差を形成する工程と、該基板上に電流ブロック
   層となる第２導電型の第１半導体層を成長して前記段差
   を覆い平坦な表面となす第１のエピタキシャル成長工程
   と、該表面に前記段差と平行に延びた第２の段差を段け
   て少くとも該ｗ！２０段差の側面と下面に前記ｊ１１半
   導体層が露出し、かつ該側面と該下面の少くとも一方に
   おいて前記半導体基板が露出した構造の基板結晶を形成
   する工程と、該基板結晶に少くとも第１導電型のＩＩ２
   半導体層と、該＃１！２牛導体導体り屈折率の大きい屈
   曲した活性層と、該活性層よりも屈折率の小さい第２導
   電型の第３半導体層と、電極形成用のｔｓ４半導体層を
   順次成長する第２のエピタキシャル成長工程とを含むこ
   とを特徴とする半導体レーザの製造方法。