JPS6152999B2 - - Google Patents

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JPS6152999B2
JPS6152999B2 JP12326180A JP12326180A JPS6152999B2 JP S6152999 B2 JPS6152999 B2 JP S6152999B2 JP 12326180 A JP12326180 A JP 12326180A JP 12326180 A JP12326180 A JP 12326180A JP S6152999 B2 JPS6152999 B2 JP S6152999B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は埋め込みヘテロ構造半導体レーザに関
し、特にInPを基板とするInGaAsP埋め込みヘテ
ロ構造半導体レーザ（以下InGaAsPBH LDと略
す）に関する。
埋め込みヘテロ構造半導体レーザは低い発振電
流閾値、安定化された発振横モード、高温動作可
能などの優れた特性を有するため、AlGaAs系の
みならず、最近では発光波長が１μｍ以上の
InGaAsP系の材料を用いても製作されている。
例えば平尾等は1979年12月発行の電子材料誌第18
巻第12号の58頁から61頁で報告している様に、第
１図に示す形状のInGaAsP BHLDを製作してい
る。ところで、AlGaAs系のレーザに比較し
InGaAsP系のレーザでは一般に発振電流閾値の
温度依存性が大きいという欠点がある。室温付近
での発振電流閾値Ithは一般に Ith（Ｔ）＝Ioexp（Ｔ／Ｔｏ） と近似される。AlGaAs系では特性温度Toが
150K程度であるのに比較し、InGaAsP系では60
〜70K程度と小さく閾値の温度依存性が大きい。
更にInGaAsP BH LDでは、40℃程度以上で活性
層周辺に於るInPのpn接合を介して流れる漏洩電
流が増加するために、第１図に於て、ｐ形InP電
流ブロツク層６が無い場合には40℃程度以上で特
性温度Toは40〜50Kと劣化する。従つて
InGaASP BH LDの特性温度の劣化を抑えるため
には第１図に於て電流閉じ込め層７とｎ形InPク
ラツド層２の間の導通を阻止する必要があり、こ
のために活性層側面に繋がるｐ形InP電流ブロツ
ク層６を設けている。こうすることによつて、
100℃程度まで特性温度Toを70K程度に抑えるこ
とができている。ところで第１図に示すBH LD
の製造過程に於て、pInP電流ブロツク層６を
InGaAsP活性層３の側面に繋げるためには、逆
メサ形状にエツチングする場合のエツチング深
さ、及びＰ形InP電流ブロツク層６の厚さを精度
良く制御する必要があるが、現在用いられている
液相エピタキシヤル成長法、及びBr―メタノー
ル系などを用いたメサエツチングの手法では、必
ずしも十分な制御性があるとは言えない。従つ
て、第１図に示すInGaAsP BH LDの製造の歩留
まりが悪いという結果を招いている。
以上の様に、InGaAsP BH LDでは発振閾値電
流の温度特性の劣化を防ぐため、活性層と繋がる
ｐ形InP電流ブロツク層を設ける必要がある。従
つて本発明ではこのpInP電流ブロツク層を正確
に、かつ再現性良く活性層側面に設けることがで
きる等の特徴を有するInGaAsPBH LDの製造方
法を提供するものである。即ち本発明の目的は温
度特性の良好なInGaASPBH LDを歩留り良く製
造することができる製造方法を提供することにあ
る。
本発明によれば面方位が（100）、或いは
（100）近傍であるｎ形InP基板に、少くとも
In1-xGaxAs1-yPy活性層を含む半導体層を積層さ
せた多層膜構造ウエハを作製する第１のエピタキ
シヤル成長工程と、その多層膜構造ウエハに＜
110＞方向に沿つてIn1-xGaxAs1-yPy活性層より
も深くメサエツチングを施し多層膜構造のメサス
トライプを形成する工程と、メサストライプの上
面のみを除いて、ｐ形InP電流ブロツク層及びｎ
形InP電流閉じ込め層を順次積層させた後に、ｐ
形InP埋め込み層を全面に亘つて連続して積層さ
せる第２のエピタキシヤル成長工程とを含むこと
を特徴とする埋め込みヘテロ構造半導体レーザの
製造方法が得られる。
実施例を説明する前に、面方位が（100）の
InP基板上に形成した、＜110＞方向に伸るメサス
トライプを、液相エピタキシヤル成長（以下LPE
と略）により、InP層で埋める場合の積層形状を
簡単に説明する。LPEには通常のカーボンスライ
ドボートを用いており、又H2ガス中にpH3ガスを
100ppm添加させた雰囲気中で成長を行うことに
より基板の熱ダメージを抑えている。第２図ａ，
ｂ，ｃの何れの場合も、成長は4gのInに60mgの
InP多結晶を仕込み610℃で1hr溶かし込んだ後、
冷却速度毎分0.7℃で温度降下させ、600℃から２
分間成長させている。610℃の溶かし込み温度に
於てもInP多結晶は、In溶媒には完全に溶け切つ
てはおらず所謂２相融液の状態である。第２図ａ
はメサの高さhaが５μｍと比較的高い場合であ
り、InPエピタキシヤル層はメサの側面部に速く
成長し、メサ上面では全く成長せず、又平坦部に
成長した厚さ約0.7μｍのInPエピタキシヤル層と
メサ側面部のInPエピタキシヤル層との間が途切
れて成長する。これはメサ側面部でのInP層の成
長速度が速いため、基板に接触しているIn溶液中
のメサ側面部周囲でのｐ濃度が減少することによ
るものと考えられる。第２図ｂはメサの高さhb
が１μｍと比較的浅い場合であり、この場合に
は、メサは完全にInPエピタキシヤル層に埋まつ
てしまう。第２図ｃはメサの高さを２μｍにした
場合であり、この場合は、InPエピタキシヤル層
はメサ側面部と平坦部には、途中膜厚が薄くなり
ながらも連続して成長するが、メサ上面部には積
層しない。ところで第２図ｃの場合のInPエピタ
キシヤル層の成長の状態は、電流閉じ込め型の
InGaAsP BH LDを作成する場合に都合の良い形
状である。第２図ｃと同じ形状の基板にＰ形InP
層17、ｎ型InP層18をメサ上面部には積層させず
に各々平坦部で、約0.5μｍの厚さで積層させた
後ｐ形InP層19を全面に亘つて連続して約３μｍ
の厚さで積層させると第２図ｄに示す埋め込み形
状が得られるが、後述する様に、この埋め込み形
状はメサ部にのみ電流が集中して流れる構造にな
つている。
本発明は、本発明の発明者等が実験的に初めて
見出した以上に述べたメサ状基板上へのLPEによ
つて形成される層形状を効果的に利用したもので
ある。
本発明の一実施例を第３図に示す。第３図ａは
ｎ形InP基板２０（Snドープ、面方位（100））上
に、ｎ形InPバツフア層２１（Snドープ、厚さ５
μｍ）、ノンドープInGaAsP活性層２２（発行波
長にして1.3μｍ相当の組成、厚さ0.2μｍ）、お
よびｐ形InPクラツド層２３（Znドープ、厚さ0.5
μｍ）を順次積層させた状態を示す。活性層の成
長温度は635℃でありInPと格子整合がとれる様
に4gのInに51mgのGaAs多結晶、290mgのInAs多
結晶、40mgのInP多結晶を仕込んでいる。
InGaAsP活性層２２とｎ形及びｐ形InP層２
１，２３との格子整合Δａ／ａは0.05％以内であ
る。次に通常のフオトリソグラフイの手法によ
り、幅２〜３μｍのフオトレジストのストライプ
２５を形成した後、これをマスクとしてBr―メ
チルアルコールを用いて約２μｍの深さにエツチ
ングしメサストライプ２６を形成するこの状態が
第３図ｂである。次に埋め込み成長を行なう。埋
め込み成長は第２図ｄの場合と同様の成長条件で
行う。即ちｐ形InP電流ブロツク層２７（Znドー
プ、平坦部での厚さ0.5μｍ）、及びｎ形InP電流
閉じ込め層２８（Snドープ、平坦部での厚さ0.5
μｍ）を順次メサストライプ２６の上面に積層さ
せない外は繋がつて積層させ、その後ｐ形InP埋
め込み層２９（Znドープ，平坦部での厚さ３μ
ｍ）を全面に亘つて連続して積層し、最後にｎ形
InGaAsP電極形成層３０（Teドープ、厚さ0.5μ
ｍ）を積層させて成長を終える。埋め込み成長に
際しｐ形InP電流ブロツク層２７はメサ側面に成
長し易いのでｐ形InP電流ブロツク層２７とメサ
ストライプ２６中のｐ形InPクラツド層３１は繋
がるため、ｎ形InP電流閉じ込め層２８とｎ形
InPバツフア層２１は完全に途切れることにな
る。これは最初に述べた様にInGaAsP BH LDの
特性温度を改善する上で都合の良い形状である。
第４図は第３図で示した製造方法により得られ
た多層膜ウエハを通常の方法により、10μｍの幅
でpInP埋め込み層２９に達する深さで選択Zn拡
散層３２を形成した後ｐ側にAn―Znオーミツク
性電極３３、ｎ側にAu―Ge―Niオーミツク性電
極３４を形成し（110）面がFabry―Perot共振器
の共振器面となる様に劈開して形成した
InGaAsP BH LDの斜視図である。このInGaAsP
BH LDにｐ側を正、ｎ側を負とするバイアス電
圧を加えるとメサストライプ２６内部の
InGaAsP活性層光導波路ストライプ３２の部分
はPN接合の順バイアスであるためこの領域で発
光再結合が生じるがその他の領域は大部分が
PNPN接合であるため負性抵抗特性を示しターン
オン電圧以下では電流が殆んど流れない。従つて
電流は活性層光導波路ストライプ３２に集中して
流れるため20mA程度の低い発振電流閾値が得ら
れた。又メサストライプ２６内部のｐ形InPクラ
ツド層３１とｐ形InP電流ブロツク層２７とは繋
がつているがｐ形InP電流ブロツク層２７は、キ
ヤリア濃度を低くしているため、抵抗層として機
能し温度上昇により生じる、メサストライプ２６
周辺のInPのpn接合を介しての洩れ電流の増加を
抑制することができる。従つてこの構造の
InGaAsP BH LDは100℃程度まで特性温度が
70K程度と、ｐ形InP電流ブロツク層２７がない
場合の特性温度40K程度に比べ数段改善された。
又ｐ形InP電流ブロツク層２７は結晶成長の性質
として、メサストライプ２６の側面に速く成長し
易いので、確実にメサストライプ内部のpInPク
ラツド層３１に繋がるため、InGaAsP BH LDを
作製する上で、電流ブロツク層の形成の再現性が
非常に良好となり素子製作の歩留りが大幅に向上
した。
本発明の実施例では活性層として1.3μｍの組
成のInGaAsPを用いているが、これに限定され
ることなくInGaAsP混晶の発光波長範囲として
1.1μｍから1.7μｍの間のどの波長であつても構
わない。又電流ブロツク層、電流閉じ込め層とし
てｐ形及びｎ形のInP層を用いたが、これらの層
は活性層光導波路ストライプ３２に電流を集中さ
せるという機能を果せれば良いので半絶縁性の
InP層であつても良い。又、第１回目の成長でｐ
形InPクラツド層２３を積層させているが、この
層はなくても構わない。
最後に本発明が有する特徴を述べると、
InGaAsP BH LDのを特性温度を良好にするため
の電流ブロツク層が再現性良く得られる製法であ
ること、従つてInGaAsP BH LDの製作の歩留り
が大幅に向上したことである。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来例のInGaAsP BH LDの斜視図、
第２図ａ，ｂ，ｃ，ｄは本発明の原理を説明する
斜視図でありメサ基板をInP層で埋める場合の成
長形状を示す図、第３図ａ，ｂ，ｃは本発明によ
る一実施例の製造方法を示す工程斜視図、第４図
は本発明によるInGaAP BH LDの斜視図であ
る。 １はｎ形InP基板、２はｎ形InPバツフア層、
３はInGaAsP活性層光導波路ストライプ、４は
ｐ形InPクラツド層、５はｐ形InGaAsP電極形成
層、６はｐ形InP電流ブロツク層、７はｎ形InP
電流閉じ込め層、８はｎ形InGaAsP層、９は
SiO2膜、１０はｐ形オーミツク性電極、１０ａ
はｎ側オーミツク性電極、１１，１２，１３はメ
サの高さが異なるInP基板、１４，１５，１６は
InP層、１７はｐ形InP層、１８はｎ形InP層、１
９はｐ形InP層、２０はｎ形InP基板、２１はｎ
形InPバツフア層、２２はInGaAsPバツフア層、
２３はｐ形InPクラツド層、２５はフオトレジス
トのストライプ膜、２６はメサストライプ、２７
はｐ形InP電流ブロツク層、２８はｎ形InP電流
閉じ込み層、２９はｐ形InP埋め込み層、３０は
InGaAsP電極形成層、３１はメサストライプ内
部のｐ形InPクラツド層、３２は選択Zn拡散領
域、３３はｐ側オーミツク性電極、３４はｎ側オ
ーミツク性電極である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 面方位が（100）、或いは（100）近傍である
    ｎ形InP基板に少くともIn1−xGaxAs1−yPy活性
    層を含む半導体層を積層させた多層膜構造ウエハ
    を作製する第１のエピタキシヤル成長工程と、前
    記多層膜構造ウエハに、＜110＞方向に沿つて前記
    In1−xGaxAs1−yPy活性層よりも深くメサエツチ
    ングを施し多層膜構造のメサストライプを形成す
    る工程と、前記メサストライプの上面のみを除い
    て、ｐ形InP電流ブロツク層及びｎ形InP電流閉
    じ込め層を順次積層させた後に、Ｐ形InP埋め込
    み層を全面に亘つて連続して積層させる第２のエ
    ピタキシヤル成長工程とを含むことを特徴とする
    埋め込みヘテロ構造半導体レーザの製造方法。
JP12326180A 1980-04-15 1980-09-05 Manufacture of buried hetero structured semiconductor laser Granted JPS5748286A (en)

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EP81102910A EP0038085B1 (en) 1980-04-15 1981-04-15 Buried heterostructure laser diode and method for making the same
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