JPS60225490A - 半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents

半導体レーザ素子の製造方法

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JPS60225490A
JPS60225490A JP8325184A JP8325184A JPS60225490A JP S60225490 A JPS60225490 A JP S60225490A JP 8325184 A JP8325184 A JP 8325184A JP 8325184 A JP8325184 A JP 8325184A JP S60225490 A JPS60225490 A JP S60225490A
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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】 く技術分野〉 本発明は結晶成長用基板に溝を形成したベテロ接合形半
導体レーザの素子構造及び結晶成長技術に関するもので
ある。
〈従来技術〉 従来半導体レーザ素子の作製に際し、ヌトライブ状の溝
を有する基板上にダブルへテロ接合の多層結晶構造を成
長させる場合、一般的に第１層目のクランド層に基板上
の溝を埋める役割をもたせている。しかしながら、この
方法では不都合の生じる場合がある。その−例として、
溝を有するＧＧａＡｓ基板上にＡｌＡｓモル比ｙが０．
６以上のＰ−Ｇａ１　、ＡｌｙＡｓをクラッド層として
成長させる場合について説明する。第１図は基板に７字
溝を加工した活性層平坦型ＶＳＩＳレーザの断面図であ
る。この半導体レーザの詳細については電子通信学会技
術報告ＥＤ８１−４２．３１頁（１９８１年９７月）に
述べられている。１はＰ−ＧａＡｓ基板、２はｎ−Ｇａ
Ａｓ電流阻止層、３はＰ−Ｇａｉ　ｙＡｌｙＡｓクラッ
ド層、４はＰＧ　ａｘ　−ｘＡ　ｌ　ｘ　Ａ　ｓ活性層
、５はｎ−Ｇａ１−ｙＡｌｙＡｓクラッド層、６はｎ−
ＧａＡｓキ’ｒツブ層である。また７はＶ字形溝でこの
部分が電流通路となる。この内部ストライブ構造ｖｓｒ
ｓレーザを波長７５０ｎｍ以下で発振させようとすると
、クラッド層３，５のＡｌＡｓモル比ｙとして０．６以
上が必要となる。その理由は０．６以下にすると活性層
４に蓄積されたキャリアがクラッド層３．５へ漏れ出し
、閾値電流の増大及び閾値電流の温度依存性の悪化を招
き、実用に供しなくなるからである。特に、活性層４の
キャリアでも電子のＰ−クラッド層３への漏れが最も多
いためＰ−クラッド層３の電子に対する障壁を極力高く
設定する必要がある。この障壁はＡｌＡｓモル比ｙに依
存するだけでなくＰ−クラッド層３の正孔濃度が高い程
高くなる。例えば正孔濃度５　Ｘ　１０１７Ｇ１３にす
ると障壁が約ｓｏｍｅＶ（障壁の約２０弗）高くなる。
従って、Ｐ−クラッド層３の正孔濃度は最低１　：ｘ：
　ｌ　９１８ｃｍ−３は必要であるＯｙ＞ｏ、６のＰ−
Ｇ　ａｌ−ｙＡ　１　ｙＡ　ｓに於て、ＩＸ　１０１５
ｃｍ　’以上のキャリア（正孔）濃度を得ようとすると
、その不純物としては現在のところＭｇが最も適当であ
る。その理由は０．３ａｔ％（原子Φ）以上の添加量で
Ｉ　Ｘ　１０１８ｃｍ　’以上のキャリア（正孔）濃度
が容易に得られるからである。
しかし、Ｇａ＋−ｙＡｌｙＡｓにＭｇを多量にドープす
るとその成長速度が遅くなる現象が存在する。この原因
はＭｇがＧａ溶液中でのＡｓの拡散係数を小さくするよ
うに作用するためであると考えられる。特にｙ＞ｏ、６
の場合にはＭｇを０．３ａｔ。
Φ添加するとＧａ＋−ｙＡＩｙＡｓの成長速度は非常に
遅くなシ、第２図に示すようにＰ−クラッド層３で溝７
を完全環めることが困難になる。その結果、活性層４は
湾曲したものとなる。この湾曲した活性層は高次横モー
ドを誘発するので望ましくない。成長工程でＰ−クラッ
ド層３の成長時間を長くしても、活性層４を平坦に層設
することは非常に困難である。また成長時間を非常に長
くして活性層４が平坦になったとしても溝の外側のＰ−
クラッド層３の厚さが厚くなり過ぎ、屈折率導波路が形
成されなくなる。以上の如く、Ｐ−クラッド層Ｇａ＋−
ｙＡＩｙＡｓ（ｙ＞０．６）へのＭｇ添加量をいかに選
択しても良好な特性の半導体レーザを歩留り及び再現性
よく製作することは困難であった。
〈発明の目的〉 本発明はレーザ発振用多層結晶が積層される基板に溝を
形成したヘテロ接合形半導体レーザにおける製作上の歩
留シ及び特性上の再現性を向上させた新規有用な半導体
レーザ素子を提供することを目的とする。
〈構成及び効果の説明〉 本発明は結晶成長用基板に形成されている溝をＭｇが少
量（０，２ａｔ、％以下）添加された結晶層で埋めて該
結晶層の成長表面を平坦にした後、Ｍｇが多量（０，３
ａｔ、％以上）に添加されたクラッド層を成長させるこ
とにより、キャリア濃度及び層厚が適宜制御されたクラ
ッド層を結晶成長用基板上に堆積し、この上に平坦な活
性層を積層してレーザ発振用の多層結晶構造を形成した
ことを特徴としている。溝をＭｇが少量添加された結晶
層で埋めるため成長速度は遅くならず成長溶液中でのＡ
ｓの拡散係数が一定に維持され、溝は急速に埋められる
。この結果、結晶層の成長表面は比較的短時間で略々平
坦化されることになる。次にＭｇ。
が多量に添加された充分なキャリア濃度を有するクラッ
ド層を成長させこの上に平坦な活性層を堆積することに
より、活性層からのキャリアの漏れを防止する完全なヘ
テロ接合が得られる。
Ｖ−ザ発振の温度特性の再現性も良好で信頼性の高い素
子となる。また製作上の歩留りも大幅に改善されるため
効率の良い量産ラインを確立することができる。
〈実施例〉 以下、本発明の１実施例として７００ｎｍ以下の可視波
長で発振するＶＳＩＳ半導体レーザ素子を例にとって第
３図を参照しながらその製造方法とともに説明する。本
実施例の結晶成長方法は、７字溝の形成された結晶成長
用基板を保持台に載置し、成長用溶液が収納されたボー
トを移動して溶液を順次成長用基板上に被覆し、単結晶
を析出させるスライディング式液相成長法を基本とする
。
Ｐ−ＧａＡｓ基板（Ｚｎドープ、Ｉ　Ｘ　１０”０１１
−３）１の（１００）面上に電流阻止層としてｎ　−Ｇ
ａＡｓ（Ｔｅドープ、３　Ｘ　１０”ＣＩｌ＋　’）　
２を液相エピタキシャル成長法で０．６μｍの厚さに成
長させる。その後、（１１０）方向に幅４μｍのストラ
イプ状の７字形溝７を基板１に達する深さまでエツチン
グにより形成する。７字形溝７によって電流阻止層２が
基板１から除去され、電流通路が開通される。この溝の
形成された基板１上にＰ−Ｇａ１−ｚＡ１ｚＡｓ溝埋込
み層（Ｚ＝０．７　、　Ｍｇ　：　０．０６ａｔ、’ｌ
ｌｓ　添加）８．　Ｐ　Ｇ　ａ　ｒ−ｙＡ　１　ｙ　Ａ
　Ｓクラッド層（ｙ−０，８１Ｍ　ｇ　：　１．Ｏａｔ
０％添加）９゜Ｐ−Ｇａｌ−ＸＡＩＸＡＳ活性層（ｘ＝
０．３、Ｍｇ：０．０３　ａｔ、％添加）４．ｎ−Ｇａ
Ｉ−ｙＡＩｙＡｓクラッドｍ（ｙ＝０．８．Ｔｅ：０．
００１ａｔ、％添加）５．　ｎ−ＧａＡｓ　（Ｔｅ　：
　０．００３ａｔ、％添加）６を液相エピタキシャル成
長法で連続成長させ、ダブルへテロ接合のレーザ発振用
多層結晶層を形成する。各層のＡ　Ｉ　Ａ　５−１１：
）ｖ比は０（ｘ（ｚ≦ｙ、０．６＜ｚ≦ｙ＜１なる関係
式を満足している。溝埋込み層８０Ｍｇ添加量は少ない
ので、成長速度は速く、６０秒程度で完全に溝７は埋ま
り成長完了後の成長表面は平坦に々る。この時、溝７の
両肩はややメルトバックされ丸みを帯びた形となる。ま
た、溝埋込み層８の溝７外両側での厚さは０．１μ乳で
あった。溝埋込み層８に続いて成長する各層の厚さはＰ
−クラッド層９が０．１μｍ７７Ｌ）Ｐ−活性層４が０
．０８μｍ、ｎ−クラッド層５が１μｍ、Ｈ−キャップ
層６が１μｍに設定される。
Ｐ−クラッドＥ９のキャリア濃度はＭｇ添加量が多いの
で３×１０１８ＣＩ１１−３の高濃度値を呈し、活性層
４の電子に対する障壁は２３０ｍｅＶと大きなものにな
る。従って、ヘテロ接合界面での活性層４への電子の閉
じ込めは充分なる効果を奏する。
基板１及びキャップ層６に各々Ｐ側電極、ｎ側電極を形
成して電流を注入すると溝７の電流阻止層２が除去され
た領域のみに電流が集中して流れ、これに対応する活性
層４内でレーザ動作が開始される。溝７は電流集中用の
内部ストライプ構造として作用する。
本実施例のＶＳＩＳレーザは波長６８０〜７００ｎｍの
短波長で発振し、その閾値電流も平均７０ｍＡと小さな
ものであった。また、閾値電流の温度依存性も０．６　
ｍ　Ａ／　’Ｃと小さかった。更に、ウェハー内のほと
んどの素子が１００ｍＡ以下の閾値電流で発振し、その
再現性も良好であった。現在、ＣＷ（連続）発振で６８
３ｎｍの発振波長をもつ素子が得られている。これは、
これまでの半導体レーザの中で最も短いＣＷ発振波長で
ある。
（Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ　−Ｌｅｔｔ、　ｖｏｌ、　４
１　、　Ｐ、　７９６゜１９８２　）　Ｐ−クラッド層
のＡｌＡｓ混晶比が０．６程度以上と非常に大きいにも
かかわらす正孔濃度がＩ　Ｘ　１０１８ｃｍ　”程度の
高い値を有するため、閾値電流が低くなり、素子特性の
再現も良好となる。
本発明は上述したＧａＡｓ−ＧａＡｌＡｓ系に限らず、
Ｉ　ｎＰ−１ｎＧａＡｓＰ系、ＧａＡｓ５ｂ−ＡＩＧａ
ＡｓＳｂ糸等他の材料にも等信することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はＶＳＩＳレーザの基本構成を示す断面図である
。 第２図は活性層が湾曲したＶＳＩＳレーザの断面図であ
る。 第３図は本発明の１実施例を示す半導体レーザ素子の要
部断面図である。 １・・Ｐ−ＧａＡｓ基板 ２・・ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層 ３．１＝Ｐ−Ｇａｌ−ｙＡＩｙＡｓクラッド層４−Ｐ又
はｎ−ＧａＩ−ＸＡＩＸＡＳ活性層５−ｎ　−Ｇ　ａｔ
−ｙＡ　１　ｙＡ　ｓクラッド層６・・・ｎ、−ＧａＡ
ｓキャップ層 ７・・・Ｖ字形溝

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １、　溝加工された基板とレーザ発振用活性層との間に
    、前記溝を埋めるＭｇ添加量の小なる層と前記活性層の
    キャリアを塞き止めるＭｇ添加量の大なる層との２層構
    造を介設したことを特徴とする半導体レーザ素子。
JP8325184A 1984-04-24 1984-04-24 半導体レーザ素子の製造方法 Granted JPS60225490A (ja)

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JP8325184A JPS60225490A (ja) 1984-04-24 1984-04-24 半導体レーザ素子の製造方法
EP85302819A EP0160490B1 (en) 1984-04-24 1985-04-23 A semiconductor laser
DE8585302819T DE3586293T2 (de) 1984-04-24 1985-04-23 Halbleiterlaser.
EP90118783A EP0412582B1 (en) 1984-04-24 1985-04-23 A semiconductor laser
DE90118783T DE3587702T2 (de) 1984-04-24 1985-04-23 Halbleiterlaser.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58115877A (ja) * 1981-12-28 1983-07-09 Sharp Corp 半導体レ−ザ素子

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS58115877A (ja) * 1981-12-28 1983-07-09 Sharp Corp 半導体レ−ザ素子

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