JPS59119781A - 半導体レ−ザの製造方法 - Google Patents

半導体レ−ザの製造方法

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JPS59119781A
JPS59119781A JP23306682A JP23306682A JPS59119781A JP S59119781 A JPS59119781 A JP S59119781A JP 23306682 A JP23306682 A JP 23306682A JP 23306682 A JP23306682 A JP 23306682A JP S59119781 A JPS59119781 A JP S59119781A
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JP
Japan
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layer
type
mesa
semiconductor laser
buried
Prior art date
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Pending
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JP23306682A
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English (en)
Inventor
Masaaki Jindou
正明 仁道
Hideo Kawano
川野 英夫
Toshimasa Amano
天野 利昌
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NEC Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication of JPS59119781A publication Critical patent/JPS59119781A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227Buried mesa structure ; Striped active layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
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    • H01S5/2275Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching

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  • Optics & Photonics (AREA)
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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】 本発明は埋め込みへテロ構造を有する半導体レーザの製
造方法に関する。
半導体レーザの低発振閾値電流、安定な基本モード発振
を実現するために埋め込み型半導体レーザが出現してい
る。この構造は活性領域が低屈折率物質によって補完的
に取囲まれ、例えばG a A s活性層の場合h A
ZGa A s層によって包囲されて、その低屈折率物
質に強い光導波路作用をもたせている。そのためこの半
導体レーザはかなり良い特性を得られるが、その屈折率
差が必要以上に大きくならざるを得ない。このため活性
層の幅が1μm以内では基本モード発振を行うが、それ
以上広い幅の活性層になると高次モードの混入が避けが
たくなっていた。又、この活性層の幅が狭ければ当然の
ことながら光出力が数mW以下に制限され、光出力が小
さすぎる。
こうした埋め込み型レーザの欠点や小光出力の問題等を
改良するために、活性層の下に光導波層を設けた光導波
路封埋め込み型半導体レーザが提案されている。この光
導波路封埋め込み構造は、活性層と別に光導波層を設け
、活性層の光を光導波層に伝播させることで大きな光出
力を得ようとするものである。この光導波路封埋め込み
型半導体レーザの構造及び製造方法について説明する。
第1図はこの従来の構造の一例を示す断面図、第2図(
a)〜(C)はその製造工程の実施例を示す断面図であ
る。先ず、第2図(11)に示すように、n型GaAs
基体1上にn mAz o、s G a O,? A 
8  クラッド層2.  n型Azo、t Gao、s
 As光導波層3.活性層’+P型AAO1aGao、
yAsクラッド層5を第1の液相エピタキシャル成長工
程によって順次形成する。次に、第2図(b)に示すよ
うにクラッド層5よりG a A s基体に達する深さ
まで選択エツチングを行なって半導体層2. 3. 4
. 5をストライブ状に残したメサを形成する。この間
に前記メサのAtGaAsが露出した面にはAtが酸化
されやすいために、酸化層が自然に形成される。このの
ち、第2図(C)に示すように、第2の液相エピタキシ
ャル成長を行なってメサの埋め込み層、すなわちp型A
4o、s Gao、y As層6.  n型A l、o
、3G a O,7A s層7を形成する。これら半導
体層6,7は電流ブロック層である。この酸化層上には
結晶が成長しにくいため、メサの埋め込み層の形成にお
いては、通常過飽和度の大きい成長用溶液を用いて酸化
層のないG a A s面を種として埋め込み層を形成
するか、メルトバック法を用いてメサ表面を清浄にした
のち埋め込み層を形成するという方法がとられている。
この第2の液相エピタキシャル成長工程後、レーザ結晶
を大気にさらすとn型kl、o、s Gao、y As
層7表面にも自然に酸化層が形成される。前記p型At
o、a Gao、y Asクラッド層5表面の酸化層を
選択的に除去し、p電極10.n電極11を形成して光
導波路封埋め込み型半導体レーザが完成する。
この構造において発振光は活性層4から光導波層3にひ
ろがって伝播するため、活性層内の光強度があまり上が
らず、高光出力でも活性層に光ダメージを与えることな
く動作することができる。
また光伝播領域がこの領域よりも屈折率の小さい半導体
層によってとりかこまれているため、安定な基本モード
発掘が可能である。さらにストライブ状の電流注入領域
の両横に電流ブロック層を形成して低閾値発振を実現し
ている。
しかし、埋め込み層形成の際に過飽和度の大きい成長用
溶液やメルトバック法を用いることは種々の問題がある
。すなわち、過飽和度の大きい成長用溶液を用いる方法
では、埋め込み層の形状制御が難しく、p型埋め込み層
とn型埋め込み層の境界の位置を再現性よく同じにする
ことができない。このため、半導体レーザの電気的特性
にばらつきが生じることになる。また、メサの上部には
結晶が成長しないため、n mA to、s G a 
O,7A 8層7がp型クラッド層5とが第1図に示す
様にメサの左右で段差をもつような形状となり、またこ
の形状も制御できないためp電極側の結晶表面は再現性
のない凹凸をもったものとなり、その結果p電極も凹凸
をもったものとなる。
一般に、半導体レーザでは活性層に近い側の電極をヒー
トシンクに密着させて熱放散を行うが、従来の製造法に
よる半導体レーザでは電極が凹凸をもつため密着がわる
く熱放散の効率が低くなり、ヒートシンクに密着する際
に素子に歪みが発生するという問題がおこっている。ま
た、電極の凹凸が一定でないので必然的に素子の温度特
性がばらつくことになる。さらに結晶表面の凹凸はp%
極の形成工程、素子化を困難にしており、歩留りの向上
をさまたげている。一方、メルトバック法によりメサ表
面を清浄にする方法ではこれら問題点は緩和されるが、
メルトバック量が制御困難であるため、メルトバックに
よるメサの変形を制御できず、特性のそろった素子を再
現性よく得ることができない欠点がある。
本発明の目的は、従来の製造方法における欠点を除去し
、生産性が高く歩留りのよい埋め込み型半導体レーザを
提供することにある。
本発明の半導体レーザの製造方法の構成は、第1の液相
エピタキシャル成長工程により、活性層及びこの活性層
の両面に接する第1及び第2クララド層を含む多層構造
を形成し、次にこの多層構造結晶を半導体基体が露出す
る深さまで選択エツチングを行なってメサを形成し、前
記メサの側面及び上面を還元反応の強い元素(標準酸化
還元電位が負でその絶対値が1以上のもの)を含む溶液
で洗浄し、第2の液相エピタキシャル成長工程によって
前記メサの側部および上部に接して半導体層を形成する
ことを特徴とする。
以下本発明を図面により詳細に説明する。
第3図は本発明の一実施例により得られた埋込型半導体
レーザの断面図、第4図(a)〜Ic)は本発明の実施
例を工程順に示した断面図である。
はじめに、従来と同様の方法により、n型G a A 
s基体上にn型A to、s G a o、y A s
クラッド層2.  n型A lo、x G a o、9
A sガイド層3.活性層4.  I)型A lo、s
 G a o、y A sクラッド層5を形成しく第4
図(a) )1次に従来と同様な方法でメサを形成する
(2)4図(b))。このときA t G a A s
  の露出した部分には大気中の酸素等とAtの化学反
応により酸化層が自然に形成され、前述のように第20
液相エピタキシヤル成長工程を行なってもこの酸化層上
には結晶が成長しにくい。本発明においては、次の第2
の液相エピタキシャル成長工程に先立ち、p型Ato、
a G a O,7A s層6の成長に使用する溶液の
前におかれた洗浄溶液で酸化層を除去する。この洗浄溶
液はp型AAo、a Ga 0.7 A s層6の成長
に使用する溶液に近似した組成を有し、標準酸化還元電
位(以下、Eo値という)が負であるA4Mg。
Be等の元素を含有しており、前記酸化層を除去するは
たらきを有するものである。こののち第20液相エピタ
キシヤル成長によってpgAto・3Q1o、vAs層
6.  n型A4o、i Gao、y As Jii 
7.  p型A to、s G a o、t A s層
8.  p型G a A s層9を順次形成する。(第
4図(C))・ 本発明による洗浄工程により結晶表面の酸化層が除去さ
れているために、メサ側部を埋め込むのに大きな過飽和
度の成長用溶液を用いな(でもよい。したがって、埋め
込み層の形状制御性が向上し、p型埋め込み層6とn型
埋め込み層7の境界の位置、p型クラッド層5とn型埋
め込み層7の間の段差の制御が容易となる。また、メル
トバックを用いてメ′す表面を洗浄しないので、洗浄工
程によるメサの変形はない。
さらに、メサ上部の酸化層も除去されているためにメサ
上部にも結晶を成長させることが可能であり、第4図(
C)に示すようにp型Ato、a Gao7As層s、
  p型G a A s層9の層厚を充分大きくすれば
、p型A 、l、o、s G a o、y A s層5
とn型kto、3Gao、yAsAsO2に段差ができ
ていてもp型G a A s層9の表面は平坦となる。
こうしてできあがった結晶にpt極10.n電極11を
形成して埋め込み型半導体レーザは完成する。
典型的な層厚はn型G a A s基板1の段差が0.
3μm、 n型Ato、a Gao、y As層2が1
4m、n型A tO,I G a O,G A 8層3
が0.5Am+  活性層4が0.14m、p型A L
a、3Q 116.フAs層5が0.5 μm。
p型入lo、s G a 0.7 A a層6が1.5
 μm、 n型Ato、s G a o、y A s層
7が1 μm、 p型A i o、s Q a o、y
As層8が14m、I)型GaAs9が1/Amである
本実施例の工程によれば、埋め込み層形成前にメサの酸
化層を除去し、電流ブロック層を形状制御性よく形成し
、さらに電流ブロック層形成後結晶全面に平坦にエピタ
キシャル層を形成することができる。また、本実施例に
使用される洗浄溶液中に含まれるAt、Mg、Be等の
元素は多量である必要はなく、ごく微量でその効果は充
分発揮される。また、これらの元素はEo値が小さいの
で還元反応が起りやすく、その効果は大きいものとなる
。なお、このEo値が−1より大きい場合は本発明の効
果はあまり期待できない。ちなみにA4 Mg、Beに
ついていえばMg(Eo=−2,363)が最も効果が
大きく、次いでBe(−1,85)、A7(−1,66
2)の順となる。
本発明によれば、表面の平坦な埋め込み型半導体レーザ
を製作できるが、従来型の埋め込み型半導体レーザと同
様の優れた特徴を有するばかりでなく、従来型に比べて
次のような長所をもっている。
すなわち、レーザ結晶表面が平坦であるため、活性層に
近い側の電極を平坦に形成でき、この電極をヒートシン
クに密着させて熱放散の効率を向上することができる。
また、レーザ結晶表面全面に電極を形成できるので熱放
散の効率の向上はさらに顕著である。更に、表面の平坦
さは電極形成工程、素子化を容易にし、素子固着の際に
発生する歪みを低減するため歩留りが向上する。また、
メサ側面の酸化層を除去したのちメサ側部の埋め込み成
長を行うので埋め込み層の形状の再現性、制御性が向上
し、レーザ結晶の電気的特性のばらつきが少なくなり、
この意味においても歩留りが向上する。
以上、詳細に述べたように本発明の製造方法により発振
閾値電流が低く、高光出力まで安定なO次モード発振が
可能であり、又熱放散効率のよい高温動作にすぐれた半
導体レーザを提供することができる。さらに、メサ側部
埋め込み層の形状制御性、再現性が向上するため電気的
特性のばらつきが少なくなり、平坦な結晶表面が形成で
きるため、電極形成、素子化する際の素子固着が容易と
なり素子固着の際に発生する歪みが減り、全体として歩
留りが向上し、信頼性の高い半導体レーザを得ることが
できた。
【図面の簡単な説明】
法を示す工程図である。図において 1・・・・・・n型G a A s基体、2,7・・・
・・・n型A7oyaGao、yAs層、3−−・n型
A Lo、s G a o、e A s JJ 。 4・・・・・・活性層、5.6.8−曲p型Ato、a
 Gao、7As層、9・・・・・・pmGaAs層、
10・・・・・・p電極、11・・・・・・n電極であ
る。 8Z図 (C) 第 3 区 第4図 (e)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 牛導体活性層の両面に接してこの活性層よりも屈折率の
    小さい第1及び第2クラッド層とを少なくとも有する半
    導体多層を半導体基体上に形成する第1の液相エピタキ
    シャル成長工程と、前記半導体多層の表面から前記半導
    体基体に達する澤さまで選択的にエツチングしてメサを
    形成するエツチング工程と、標準酸化還元電位が負でそ
    の絶対値が1以上である元素を含有した溶液で前記メサ
    の側面及び上面を洗浄する洗浄工程と、前記メサの側部
    及び上部に接して単一または複数個の半導体層を形成す
    る第2の液相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。
JP23306682A 1982-12-24 1982-12-24 半導体レ−ザの製造方法 Pending JPS59119781A (ja)

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