JPS62200785A - Semiconductor laser device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor laser device and manufacture thereof

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JPS62200785A
JPS62200785A JP4293386A JP4293386A JPS62200785A JP S62200785 A JPS62200785 A JP S62200785A JP 4293386 A JP4293386 A JP 4293386A JP 4293386 A JP4293386 A JP 4293386A JP S62200785 A JPS62200785 A JP S62200785A
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conductivity type
substrate
current blocking
laser device
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Masayuki Ishikawa
正行 石川
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幸雄 渡辺
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Abstract

PURPOSE:To obtain a highly reliable laser device having a single basic lateral mode and capable of growing high-quality crystals on a surface having stepped portions even with mixed crystals having strict lattice-matching conditions, by utilizing the same V-family element for a current blocking layer and for a substrate. CONSTITUTION:A semiconductor laser device according to the present invention comprises a semiconductor substrate 11 having a first type of conductivity, a clad layer 14 of the first type of conductivity, an active layer 15 and clad layers 16-18 having a second type of conductivity and having a linear projection 18 thereon. A double hetero junction structure is thus formed on the semiconductor substrate 11. A current blocking layer 21 is provided on the double hetero junction structure except at least a part of the projection 18 of the clad layers having the second type of conductivity so that it performs optical waveguide and constriction of electric current. In such a semiconductor laser device, the substrate 11, he double hetero junction structure 14-18 and the current blocking layer 21 may be formed of compound semiconductors of III-V families, while the double hetero junction structure 14-18 contains a V family element different from an V-family element composing the substrate 11 and the current blocking layer 21 contains the same V-family element with the substrate 11.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、電流狭窄効果と光導波効果を有する半導体レ
ーザに係わり、特に有機金属を用いた化学気相成長法(
以下MOCVD法と略記する)による製造に適した半導
体レーザ装置及びその製造方法に関する。
Detailed Description of the Invention [Objective of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a semiconductor laser having a current confinement effect and an optical waveguide effect, and in particular to a chemical vapor deposition method (chemical vapor deposition method) using an organic metal.
The present invention relates to a semiconductor laser device suitable for manufacturing by the MOCVD method (hereinafter abbreviated as MOCVD method) and a method for manufacturing the same.

(従来の技術) 近年、光情報処理用光源として使用する半導体レーザ用
の半導体材料作成法として、従来使用されてきた液相成
長法(以下LPE法と略記する)に代りMOCVD法が
注目されている。このMOCVD法は、組成と膜厚の制
御性に亙る均一性に優れており、今後のレーザ製造技術
において重要な地位を占めると考えられている。
(Prior Art) In recent years, the MOCVD method has been attracting attention as a method for producing semiconductor materials for semiconductor lasers used as light sources for optical information processing, replacing the conventionally used liquid phase epitaxy method (hereinafter abbreviated as LPE method). There is. This MOCVD method has excellent uniformity in controllability of composition and film thickness, and is thought to occupy an important position in future laser manufacturing technology.

MOCVD法では、LPE法と異なり溝等の段差上へは
良好な発光効率を示す結晶が得難いと云う欠点があるた
め、基板から活性層までを平坦化する必要がある。MO
CVD法を利用した代表的なレーザ構造としては、第5
図に示すようなGaAノAsを材料として用いたものが
ある。これは、溝を形成したダブルヘテロウェハ上にG
aA1Asを再成長することにより、自己整合的に電流
狭窄及び光導波路を形成するものである。
Unlike the LPE method, the MOCVD method has a drawback in that it is difficult to obtain crystals with good luminous efficiency on top of steps such as grooves, so it is necessary to planarize the area from the substrate to the active layer. M.O.
A typical laser structure using the CVD method is the fifth one.
There is one using GaA or As as a material as shown in the figure. This is a G
By regrowing aA1As, current confinement and an optical waveguide are formed in a self-aligned manner.

なお、図中51はn−GaAs基板、52はn−Ga’
A、f?Asクラッド層、53はGaAs活性層、54
はp−GaAノAsクラッド層、55はn−GaAs電
流阻止層、56はp−GaAl!Asクラッド層、57
はp−GaAsコンタクト層、58゜59は電極を示し
ている。しかし、この構造のレーザでは溝上に再成長し
た層が光閉じ込め及び電流通路としての役割を果たして
いるので、この再成長層の結晶品質に対する要請が厳し
いものとなり、これまで GaA、il’Asを用いたレーザの試作が報告されて
いるに過ぎない。
In addition, in the figure, 51 is an n-GaAs substrate, and 52 is an n-Ga'
A, f? As cladding layer, 53 is GaAs active layer, 54
55 is a p-GaAs cladding layer, 55 is an n-GaAs current blocking layer, and 56 is p-GaAl! As cladding layer, 57
58 and 59 indicate a p-GaAs contact layer and electrodes, respectively. However, in a laser with this structure, the layer regrown on the groove plays the role of optical confinement and current path, so there are strict requirements for the crystal quality of this regrown layer. Only prototype lasers have been reported.

ところで、最近の技術動向として、光通信用長波長レー
ザや光記録用短波長レーザに使用する半導体材料として
、より長波長化や短波長化が可能な   InGaAs
P、     InGaA j7 As。
By the way, as a recent technological trend, InGaAs, which can be used for longer and shorter wavelengths, is being used as a semiconductor material for long wavelength lasers for optical communication and short wavelength lasers for optical recording.
P, InGaA j7 As.

I nGaAノP等が注目されている。中でも、V族元
素が1種類のみで構成されるI nGaAノP及びI 
nGaAGaA1As成長法に適したものである。しか
し、これらの材料はGaA1Asと異なり基板結晶との
格子整合のための条件が厳格なために、複雑な層構造の
作成が困難であり、これまで実用的な単一の基本横モー
ドを有するレーザの試作すら報告されていない。
InGaANOP etc. are attracting attention. Among them, InGaANOP and I, which are composed of only one type of group V element,
This is suitable for the nGaAGaAlAs growth method. However, unlike GaA1As, these materials have strict conditions for lattice matching with the substrate crystal, making it difficult to create complex layer structures. Even a prototype has not been reported.

本発明者等は、MOCVD法により形成したInGaA
iP、InGaA、f?Asを用いた単一の横モードを
有する半導体レーザの研究を行ってきたが、その結果、
従来GaA、17Asを使用したレーザにて採用されて
きた第5図の構造の素子では十分な特性を得難いことが
判明した。即ち、第5図の構成において基板をGaAs
5クラッド層をI n G a A j’ P %活性
層をInGaPとしたレーザでは、1時間程度の極めて
短い時間にて急速に劣化し、実用に耐える信頼性を期待
することはできない。この劣化原因を調査するためにウ
ェハのストライプ部をX線回折により調べたところ、平
坦な面上に再成長した部分では格子の不整合は0.1[
%コ以内であるのに対して、溝上に再成長した部分では
0.2[%]以上の格子不整合が認められ、この大きな
格子不整合に起因する転移の発生が急速劣化の主な原因
と考えられる。
The present inventors have developed an InGaA film formed by MOCVD method.
iP, InGaA, f? We have been researching a semiconductor laser with a single transverse mode using As, and as a result,
It has been found that it is difficult to obtain sufficient characteristics with the element having the structure shown in FIG. 5, which has been conventionally employed in lasers using GaA and 17As. That is, in the configuration shown in FIG. 5, the substrate is made of GaAs.
In a laser in which the cladding layer is InGaP and the active layer is InGaP, the laser deteriorates rapidly in an extremely short period of about one hour, and reliability that can withstand practical use cannot be expected. In order to investigate the cause of this deterioration, we examined the striped portion of the wafer by X-ray diffraction, and found that the lattice mismatch was 0.1[
In contrast, lattice mismatch of 0.2% or more is observed in the regrown portion on the groove, and the occurrence of dislocations due to this large lattice mismatch is the main cause of rapid deterioration. it is conceivable that.

このような現象は、構成■族元素の性質が基板とは大き
く異なるために、格子整合のための条件が厳格なものと
なる混晶材料に共通したものと考えられる。従って、今
後族々要求が増大すると思われるInGaA、f’Pや
InGaAノAsを使用した単一の基本横モードを有す
る半導体レーザを実現するためには、従来GaA1As
等で用いた半導体レーザの作成技術はそのままでは適用
できないことは明らかであり、全く新しい技術が要求さ
れる。
Such a phenomenon is considered to be common to mixed crystal materials in which the conditions for lattice matching are strict because the properties of the constituent group (I) elements are significantly different from those of the substrate. Therefore, in order to realize a semiconductor laser having a single fundamental transverse mode using InGaA, f'P, or InGaA-As, which is expected to have increasing demands in the future, it is necessary to
It is clear that the semiconductor laser manufacturing technology used in the above cannot be applied as is, and a completely new technology is required.

(発明が解決しようとする問題点) 上記のように従来装置では、InGaAiPやI nG
aAノAs等の格子整合のための条件が厳格な混晶材料
を使用した場合、段差を有する表面に高品質の結晶を成
長させることが困難であり、光導波路及び電流狭窄構造
を備えた単一の基本横モードををする半導体レーザを実
現することは極めて困難であった。
(Problems to be solved by the invention) As mentioned above, in the conventional device, InGaAiP and InG
When using a mixed crystal material with strict lattice matching conditions such as aA or As, it is difficult to grow a high-quality crystal on a surface with steps, and it is difficult to grow a high-quality crystal on a surface with steps. It has been extremely difficult to realize a semiconductor laser that operates in one fundamental transverse mode.

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、I nGaAノPや1 nGaAJ!
As等の格子整合のための条件が厳格な混晶材料を使用
しても、段差を有する表面に高品質の結晶を成長させる
ことができ、単一の基本横モード有する信頼性の高い半
導体レーザ装置を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide InGaAnoP and 1nGaAJ!
Even when using a mixed crystal material with strict lattice matching conditions such as As, a high-quality crystal can be grown on a surface with steps, and this is a highly reliable semiconductor laser with a single fundamental transverse mode. The goal is to provide equipment.

また本発明の他の目的は、上記目的を達成する半導体レ
ーザ装置の製造方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor laser device that achieves the above object.

[発明の構成コ (問題点を解決するための手段) 本発明の骨子は、構成V族元素が基板とは異なるため格
子不整合等の問題により結晶成長が困難な半導体材料を
使用した半導体レーザにおいて、クラッド層に設けたス
トライプ状凸部の周辺に基板と同一のV族元素にて構成
される異種の■−V族半導体とのへテロ接合を形成して
、電流狭窄と光導波構造を作成することにより、前記結
晶成長が困難な半導体材料の再成長を回避したことと、
結晶成長時に結晶表面でのV族雰囲気を極めて短時間に
て切換えることにより、相互に異なるV族元素にて構成
される半導体のへテロ接合の作成を可能にした点にある
[Configuration of the Invention (Means for Solving Problems)] The gist of the present invention is to provide a semiconductor laser using a semiconductor material in which crystal growth is difficult due to problems such as lattice mismatch because the constituent group V elements are different from that of the substrate. In this method, a heterojunction with a different type of ■-V group semiconductor made of the same group V element as the substrate is formed around the striped convex portion provided in the cladding layer, thereby achieving current confinement and an optical waveguide structure. By creating the semiconductor material, regrowth of the semiconductor material that is difficult to grow crystals is avoided;
By switching the V group atmosphere on the crystal surface in an extremely short period of time during crystal growth, it is possible to create a heterojunction of semiconductors composed of mutually different group V elements.

即ち本発明は、第1導電型半導体基板と、第1導電型ク
ラッド層、活性層及びストライプ状の凸部を有した第2
導電型クラッド層からなり、上記半導体基板上に形成さ
れたダブルヘテロ接合構造部と、このダブルヘテロ接合
構造部上に第2導電型クラッド層の凸部の少なくとも一
部を除いて形成された電流阻止層とを具備し、光導波及
び電流狭窄を゛行う半導体レーザ装置において、前記基
板。
That is, the present invention provides a first conductivity type semiconductor substrate, a first conductivity type cladding layer, an active layer, and a second conductivity type semiconductor substrate having a striped convex portion.
A double heterojunction structure made of a conductive type cladding layer and formed on the semiconductor substrate, and a current formed on the double heterojunction structure excluding at least a part of the convex part of a second conductive type cladding layer. In the semiconductor laser device comprising a blocking layer and performing optical waveguide and current confinement, the substrate.

ダブルヘテロ接合構造部及び電流阻止層の構成材料をそ
れぞれ■−v族化合物半導体で形成し、且つ前記ダブル
ヘテロ接合構造部の構成V族元素を前記基板の構成V族
元素とは異なるものとし、前記電流阻止層の構成V族元
素を前記基板の構成V族元素と同一にするようにしたも
のである。
The constituent materials of the double heterojunction structure and the current blocking layer are each made of a ■-V group compound semiconductor, and the group V element constituting the double heterojunction structure is different from the group V element constituting the substrate, The group V element constituting the current blocking layer is the same as the group V element constituting the substrate.

また本発明は上記構造の半導体レーザ装置の製造方法に
おいて、第1導電型半導体基板上に、第1導電型クラッ
ド層、活性層及び第2導電型クラッド層からなり上記基
板を構成するV族元素と異なるV族元素を含むダブルヘ
テロ接合構造部と、第2導電型コンタクト層とを有機金
属を用いた化学気相成長法により上記順に連続して成長
形成したのち、上記第2導電型コンタクト層上にエッチ
ングマスクを形成し、次いで上記マスクを用い前記コン
タクト層を選択エツチングし、且つ前記第2導電型クラ
ッド層をその途中まで選択エツチングして該クラッド層
にストライプ状の凸部を形成し、次いで前記マスクを残
したまま或いはマスクを除去したのち、前記ダブルヘテ
ロ接合構造部上及びコンタクト層の側面に有機金属を用
いた化学気相成長法により前記基板を構成するV族元素
と同じV族元素を含む電流阻止層を成長形成するように
した方法である。
The present invention also provides a method for manufacturing a semiconductor laser device having the above structure, in which a first conductivity type cladding layer, an active layer and a second conductivity type cladding layer are formed on a first conductivity type semiconductor substrate, and a Group V element constituting the substrate is provided. A double heterojunction structure containing a group V element different from the group V element and a second conductivity type contact layer are successively grown in the above order by a chemical vapor deposition method using an organic metal, and then the second conductivity type contact layer is grown in the above order. forming an etching mask thereon, then selectively etching the contact layer using the mask, and selectively etching the second conductivity type cladding layer partway through to form striped convex portions in the cladding layer; Next, with the mask remaining or after removing the mask, a group V element, which is the same as the group V element constituting the substrate, is deposited on the double heterojunction structure and on the side surface of the contact layer by chemical vapor deposition using an organic metal. This is a method in which a current blocking layer containing elements is grown and formed.

(作用) 本発明によれば、段差を有する表面上に成長される電流
阻止層が基板と同一のV族元素から構成されるので、電
流阻止層は高品質の結晶状態で成長されることになる。
(Function) According to the present invention, since the current blocking layer grown on the surface having steps is made of the same group V element as the substrate, the current blocking layer is grown in a high quality crystalline state. Become.

従って、光導波及び電流狭窄構造をMOCVD法を利用
して自己整合的に形成する。ことが可能となり、InG
aA、gPやI n G a A I! A s等の格
子整合のための条件が厳格な混晶材料を使用した半導体
レーザの実現が可能となる。
Therefore, the optical waveguide and current confinement structure are formed in a self-aligned manner using the MOCVD method. InG
aA, gP and I n G a A I! It becomes possible to realize a semiconductor laser using a mixed crystal material with strict conditions for lattice matching, such as As.

(実施例) まず、実施例を説明する前に、本発明の基本原理につい
て説明する。
(Example) First, before describing an example, the basic principle of the present invention will be explained.

本発明者等は、半導体レーザを構成する各層の形成手法
として、原料に■族メチル系何機金属であるトリメチル
アルミニウム、トリメチルガリウム及びトリメタルイン
ジウム、V放水素化物であるアルシン及びホスフィンを
用いた大気圧未満の圧力下での有機金属熱分解を用い、
InP基板上に成長したInGaAnGaAlAs上n
P上に#乎#=段差を形成してこの上にInP或いはI
 nGaAlAs上 基板上に成長したInGaAノP若しくはGaA、ff
As上に        段差を形成してこの上にGa
A、i?As或いはInGaAJ:!Pを再成長する実
験とを繰返した。その結果、段差を形成したGaAノA
s或いはInGaAiP上へのGaA、&ASの再成長
は容易であったが、高品質のInGaAiPの再成長は
困難であった。また、段差を形成したInP或いは I nGaAlAs上へのInPの再成長は容易であっ
たが、InGaA、i’Asの再成長は困難であった。
The present inventors used trimethylaluminum, trimethylgallium, and trimetatalindium, which are group (III) methyl-based metals, and arsine and phosphine, which are V-hydrogenides, as raw materials for forming each layer constituting a semiconductor laser. Using organometallic pyrolysis under subatmospheric pressure,
On InGaAnGaAlAs grown on InP substrate
#乎#=Step is formed on P and InP or I is formed on top of this.
InGaANOP or GaA grown on nGaAlAs substrate, ff
A step is formed on As and Ga is placed on top of this.
A,i? As or InGaAJ:! The experiment was repeated to re-grow P. As a result, the GaA no A formed a step.
Although regrowth of GaA, &AS on S or InGaAiP was easy, regrowth of high quality InGaAiP was difficult. Further, although it was easy to re-grow InP on InP or InGaAlAs with a step formed thereon, it was difficult to re-grow InGaA or i'As.

これらの再成長層をX線回折により調べたところ、In
GaAiPとInGaA、i’Asでは段差部と平坦部
では格子定数が大きく異なり、多数の転移が観測された
When these regrown layers were examined by X-ray diffraction, it was found that In
In GaAiP, InGaA, and i'As, the lattice constants were significantly different between the stepped portion and the flat portion, and many transitions were observed.

これらのInGaAiPとInGaAJ!AsnGaA
lAs混晶長が困難なのは、次の理由によると考えられ
る。即ち、I nGaAGaAlAsするInP、Ga
P、A、i?Pの格子定数が、この混晶が格子整合しな
ければならないGaAsの格子定数と大きく異なるり格
子定数が組成に対して敏感になるために、段差を有する
表面上にこの混晶を再成長した場合、段差部と平坦部と
の間の結晶成長のし方の相違がfiかの組成のずれを引
起こし、その結果大きな格子不整合に結付くからである
。また、InGaA1Asの段差上への再成長が困難で
あるのも同様の理由に基づくものと考えられる。一方、
格子整合しなければならない基板と同一の■族元素から
構成されるInPやGaAlAs等では、このような格
子整合上の問題がないので、適切な手法によれば、段差
上へも高品位の結晶が再現性良く成長可能であるものと
考えられる。
These InGaAiP and InGaAJ! AsnGaA
The difficulty in determining the lAs mixed crystal length is thought to be due to the following reasons. That is, InP, Ga
P, A, i? Because the lattice constant of P is significantly different from that of GaAs, with which this mixed crystal must be lattice-matched, and the lattice constant is sensitive to composition, this mixed crystal was regrown on a surface with steps. In this case, the difference in crystal growth between the stepped portion and the flat portion causes a compositional shift in fi, resulting in a large lattice mismatch. It is also believed that the reason why InGaA1As is difficult to re-grow on a step is based on the same reason. on the other hand,
InP and GaAlAs, which are composed of the same group III elements as the substrate that must be lattice-matched, do not have this problem with lattice matching, so if an appropriate method is used, high-quality crystals can be formed even on steps. It is considered that it is possible to grow with good reproducibility.

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。Hereinafter, details of the present invention will be explained with reference to illustrated embodiments.

第1図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの概略
構造を示す断面図である。図中11はn−GaAs基板
であり、この基板11上にはn−GaAsバッファ層1
2及びn−InGaPバッファ層13が形成されている
。バッファ層13上には、n−InGaAl!Pクラッ
゛ド層14゜InGaP活性層15及びp−1nGaA
ノPクラッド層L6.17,1Bからなるダブルヘテロ
接合構造部が形成されている。ここで、クラッド層17
は低A、f?組成であり、後述のエツチング停止層とし
て作用する。また、クラッド層18はストライプ状に加
工されており、これによりpクラッド層にストライプ状
リブが形成されている。クラッド層18上には、p−I
nGaAノPコンタクト層19及びp−GaAsコンタ
クト層20が形成されている。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention. 11 in the figure is an n-GaAs substrate, and on this substrate 11 is an n-GaAs buffer layer 1.
2 and an n-InGaP buffer layer 13 are formed. On the buffer layer 13, n-InGaAl! P cladding layer 14° InGaP active layer 15 and p-1nGaA
A double heterojunction structure consisting of the cladding layer L6.17 and 1B is formed. Here, the cladding layer 17
is low A, f? This composition acts as an etching stop layer, which will be described later. Further, the cladding layer 18 is processed into a striped shape, thereby forming striped ribs in the p-cladding layer. On the cladding layer 18, p-I
An nGaA contact layer 19 and a p-GaAs contact layer 20 are formed.

ダブルヘテロ接合構造部及びコンタクト層20の側面に
は、n−GaAs電流阻止層21が形成されている。コ
ンタクト層20及び電流阻止層21上には、p−GaA
sコンタクト層22が形成されている。
An n-GaAs current blocking layer 21 is formed on the side surfaces of the double heterojunction structure and the contact layer 20. On the contact layer 20 and the current blocking layer 21, p-GaA
An s-contact layer 22 is formed.

そして、コンタクト層22の上面に金属電極23が被着
され、基板11の下面に金属電極24が被着されている
A metal electrode 23 is attached to the upper surface of the contact layer 22, and a metal electrode 24 is attached to the lower surface of the substrate 11.

この構造では、電流狭窄はコンタクト層20と電流阻止
層21により行われ、光導波はストライプ状のメサに形
成されたクラッド層18により行われる。
In this structure, current confinement is performed by a contact layer 20 and a current blocking layer 21, and optical waveguide is performed by a cladding layer 18 formed in a striped mesa.

なお、バッファ層13はGaAs上に形成するInGa
A、ffP系結晶の品質向上のためである。
Note that the buffer layer 13 is made of InGa formed on GaAs.
A. This is to improve the quality of ffP crystal.

また、コンタクト層(中間コンタクト層)19は、クラ
ッド層18とコンタクト層20との間の電気抵抗の低減
を目的とするものであり、コンタクト層20よりもバン
ドギャップが大きく、且つクラッド層18よりもバンド
ギャップが小さいものであればよい。さらに、中間コン
タクト層19のバンドギャップを、クラッド層18及び
コンタクト層20に接する部分でこれらと同様にし、ク
ラッド層18がらコンタクト層20まで徐々に変化させ
るようにしてもよい。
Further, the contact layer (intermediate contact layer) 19 is intended to reduce the electrical resistance between the cladding layer 18 and the contact layer 20, and has a larger band gap than the contact layer 20, and has a larger bandgap than the cladding layer 18. It is sufficient if the band gap is small. Furthermore, the bandgap of the intermediate contact layer 19 may be made similar to the cladding layer 18 and the contact layer 20 at the portion thereof, and may be gradually changed from the cladding layer 18 to the contact layer 20.

次に、上記構成の半導体レーザの製造方法について説明
する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser having the above structure will be described.

第2゛図 (a)〜(1’)は実施例レーザの製造工程
を示す断面図である。まず、原料としてメタル系■族有
機金属(トリメチルインジウム、トリメチルガリウム、
トリメチルアルミニウム)と、V放水素化物(アルシン
、ホスフィン)とを使用した大気圧未満の圧力下でのM
OCVD法により、第2図(a)に示す如く面方位(1
00)のn−GaAs基板jl(Siドープ、3x t
o18cIn−3)上に厚さ0.5  [μmlのn−
GaAs第1バッファ層12(Seドープ、3X 10
18n−3) 、 厚さ0.5Ett m]のn−In
GaP第2バッファ層13(Seドープ、3x 101
8c11−3) 、  厚さ1.5  [μ77Z]の
n−InGaAノ  P第1クラッド0.5  0.2
  0.3 層13(Seドープ、IX 1018c11−3) 、
厚さ0.1[μ71L]のIn   Ga   P活性
層15.厚さ0.5  0.5 0、I   Cμ m コ  の p−In     
  Ga       A、ff       PO,
50,20,3 第2クラッド層10(Mgドープ、2×to18cI1
1−3) 。
FIGS. 2(a) to 1' are cross-sectional views showing the manufacturing process of the example laser. First, the raw materials are metal-based group II organic metals (trimethylindium, trimethylgallium,
(trimethylaluminum) and V-hydrogenides (arsine, phosphine) under subatmospheric pressure.
By the OCVD method, the surface orientation (1
00) n-GaAs substrate jl (Si doped, 3x t
o18cIn-3) with a thickness of 0.5 [μml n-
GaAs first buffer layer 12 (Se doped, 3X 10
18n-3), thickness 0.5Ett m] n-In
GaP second buffer layer 13 (Se doped, 3x 101
8c11-3), thickness 1.5 [μ77Z] n-InGaA P first cladding 0.5 0.2
0.3 layer 13 (Se doped, IX 1018c11-3),
InGaP active layer 15 with a thickness of 0.1 [μ71L]. Thickness 0.5 0.5 0, I Cμ m co p-In
Ga A, ff PO,
50, 20, 3 Second cladding layer 10 (Mg doped, 2×to18cI1
1-3).

エツチング停止層として作用する厚さ0.02 [μ7
′IL]のp−1nGaAノ  P第3クラッド0.5
  0.4  0.1 層17(Mgドープ、2X 1018cII−3) 、
  厚さ1.4[μ77Z]のp−InGaAノ  P
第40.5  0.2  0.3 クラッド層18(Mgドープ、2x 1018cII−
3) 、中間コンタクト層としての厚さ0.01 [μ
71′L]のp−In   Ga   A、g   P
第1コンタクト0.5  0.4  0.1 層19(Mgドープ、2X 10181018C及び厚
さ0.5Eμ7rL]のp−GaAs第2コンタクト層
20(Mgドープ、2X 1018(1−3)を順次成
長してダブルヘテロウェハを形成した。続いて、第2コ
ンタクト層20上に、シランガスの熱分解と写真蝕刻に
より幅5[μm]、厚さ0.1[μ77Z]のストライ
プ状に5i02膜2Gを形成した。
Thickness 0.02 [μ7 to act as etching stop layer
'IL] p-1nGaAno P third cladding 0.5
0.4 0.1 layer 17 (Mg doped, 2X 1018cII-3),
p-InGaA with a thickness of 1.4 [μ77Z]
40.5 0.2 0.3 Cladding layer 18 (Mg doped, 2x 1018cII-
3) , thickness 0.01 [μ
71′L] p-In Ga A, g P
Sequential growth of p-GaAs second contact layer 20 (Mg doped, 2X 1018 (1-3)) of first contact 0.5 0.4 0.1 layer 19 (Mg doped, 2X 10181018C and thickness 0.5Eμ7rL) Then, a 5i02 film 2G was formed on the second contact layer 20 in the form of a stripe with a width of 5 [μm] and a thickness of 0.1 [μ77Z] by thermal decomposition of silane gas and photolithography. Formed.

次いで、第2図(b)に示す如く、5i02膜26をマ
スクとして用い、GaAsの選択エッチャントにより第
2コンタクト層20をエツチングして第1コンタクト層
19を露出させ、幅3[μ771]のGaAsのストラ
イプ状メサ27を形成した。
Next, as shown in FIG. 2(b), using the 5i02 film 26 as a mask, the second contact layer 20 is etched with a GaAs selective etchant to expose the first contact layer 19, and a GaAs film having a width of 3 [μ771] is etched. A striped mesa 27 was formed.

次いで、第2図(c)に示す如く、GaAsストライプ
状メサ27をマスクとして用い、InGaA、i’Pの
選択エッチャントにより、第3クラッド層17が露出す
るまで第1コンタクト層19及び第゛4クラッド層18
をエツチングして、ストライプ状メサ28を形成した。
Next, as shown in FIG. 2(c), using the GaAs striped mesa 27 as a mask, the first contact layer 19 and the fourth contact layer 17 are etched using a selective etchant of InGaA and i'P until the third cladding layer 17 is exposed. Cladding layer 18
A striped mesa 28 was formed by etching.

このウェハをGaAsの選択エッチャントにて処理する
ことにより、第2コンタクト層20をエツチングしてそ
の幅を狭くし、第2図(d)に示す形状のストライプ状
メサ29を形成した。なお、GaAsの選択エッチャン
トは、28%アンモニア水、35%過酸化水素水及び水
を1:30:9の割合いで混合したものであり、20[
’C]にて使用した。
By treating this wafer with a GaAs selective etchant, the second contact layer 20 was etched to narrow its width, thereby forming a striped mesa 29 having the shape shown in FIG. 2(d). Note that the selective etchant for GaAs is a mixture of 28% ammonia water, 35% hydrogen peroxide water, and water in a ratio of 1:30:9.
'C] was used.

また、InGaAノPの選択エッチャントは、硫酸或い
は燐酸であり、40〜130  [’C]の温度にて使
用した。
The selected etchant for InGaA-P was sulfuric acid or phosphoric acid, and was used at a temperature of 40 to 130 ['C].

次いで、トリメチルガリウムとアルシンを原料として使
用した減圧下でのMOCVD法により、第2図(0)に
示す如(n−GaAs電流阻止層21(M gドープ、
5x t018i−3)を厚さ0.5[μ7Il]成長
した。このとき、成長は希釈ホスフィンガスを導入しつ
つ700  [’(lまで、&??mした後、ホスフィ
ンガス流をアルシンガス流に切換え、約1秒間待II 
L、た後、トリメチルガリウム何機金属ガスを導入する
ことにより行った。その結果、前記5i02膜26上に
はGaAsの成長は全く見られず、第2図(e)に示す
断面形状のウェハが得られた。
Next, by MOCVD under reduced pressure using trimethyl gallium and arsine as raw materials, an n-GaAs current blocking layer 21 (Mg-doped,
5x t018i-3) was grown to a thickness of 0.5 [μ7Il]. At this time, growth was performed by introducing diluted phosphine gas to 700 ['(l), then switching the phosphine gas flow to an arsine gas flow and waiting for about 1 second.
This was done by introducing a trimethyl gallium metal gas. As a result, no growth of GaAs was observed on the 5i02 film 26, and a wafer having the cross-sectional shape shown in FIG. 2(e) was obtained.

次いで、5i02膜26を除去した後、第2図(r)に
示す如<、MOCVD法により全面にp−GaAs第3
コンタクト層22(Mgドープ。
Next, after removing the 5i02 film 26, a p-GaAs third layer is deposited on the entire surface by MOCVD as shown in FIG.
Contact layer 22 (Mg doped.

5X to18C11−’ )を厚さ3[μm]成長し
た。その後、通常の電極付は工程により、第3コンタク
ト層22上にA u / Z n電極23を基板11の
下面にA u/G e電極24を被着することによって
、前記第1図1ご示す構造のレーザ用ウェハを得た。
5X to18C11-') was grown to a thickness of 3 [μm]. Thereafter, the normal electrode attachment process is performed by depositing the A u/Z n electrode 23 on the third contact layer 22 and the A u/G e electrode 24 on the lower surface of the substrate 11, as shown in FIG. A laser wafer having the structure shown was obtained.

かくして得られたウェハをへき開して、共振器長250
[μTL]のレーザ素子を作成したところ、しきい値電
流90[mA]、微分量子効率片面当り20[%]と良
好な特性が得られた。光出力は駆動電流に従って20[
mW]以上まで直線的に増大し、キンクのない良好な電
流−光出力特性を示した。
The wafer thus obtained was cleaved to have a cavity length of 250 mm.
When a [μTL] laser device was fabricated, good characteristics were obtained, such as a threshold current of 90 [mA] and a differential quantum efficiency of 20 [%] per side. The light output is 20 [
mW] or more, showing good current-light output characteristics without kinks.

また、遠視野像、近視野像共に単峰であり、良好なモー
ド制御が行われていることが判明した。
Furthermore, both the far-field image and the near-field image were unimodal, indicating that good mode control was performed.

この゛ように本実施例によれば、電流狭窄構造及び光導
波構造を自己整合的に形成することができ、且つ電流阻
止層21としてGaAsを用いているので、段差のある
表面上にも電流阻止層21を高品質の結晶状態で成長さ
せることができる。従って、光情報処理用光源として強
い要求のあるInGaAl!Pを使用した場合にも、単
一の基本横モードと小さな非点収差を持ち、多量の外部
反射光の帰還下にても安定な動作を有する半導体レーザ
が再現性良く、しかも高い信頼性を合わせ持って実現で
きることになり、その有用性は絶大である。また、電極
23が第3コンタクト層22の平坦な面上に被着されて
いるので、コンタクト層22と電極23との接触抵抗を
十分小さくすることができ、且つ電極23の変形を招く
こともない。このため、素子特性及び信頼性の向上をは
かり得る等の利点もある。
As described above, according to this embodiment, the current confinement structure and the optical waveguide structure can be formed in a self-aligned manner, and since GaAs is used as the current blocking layer 21, current can be formed even on a stepped surface. The blocking layer 21 can be grown in a high quality crystalline state. Therefore, InGaAl! has strong demand as a light source for optical information processing! Even when using P, a semiconductor laser with a single fundamental transverse mode, small astigmatism, and stable operation even under the feedback of a large amount of externally reflected light has good reproducibility and high reliability. Together, they can be realized, and their usefulness is enormous. Furthermore, since the electrode 23 is deposited on the flat surface of the third contact layer 22, the contact resistance between the contact layer 22 and the electrode 23 can be made sufficiently small, and the deformation of the electrode 23 can be prevented. do not have. Therefore, there are advantages such as improvement in element characteristics and reliability.

また、本実施例の製造方法によれば、通常問題となる種
々の困難が巧みに回避される。即ち、選択エツチングに
よる光導波路の形成と減圧下でのMOCVD法による電
流狭窄構造の作成は、高度な微細加工技術を用いること
なく、良好な再現性を提供する。また、実施例のように InGaAiPとGaAs (GaA)Asであっても
よい)とを組合わせて光導波及び電流狭窄構造を形成す
る場合、InGaAiP及びGaAsが同時に露出した
表面上への再成長が必要となるが、通常は昇温時におけ
るPとAsの蒸発による結晶表面の損傷をI n G 
a AノP及びGaAsの両者にて同時に抑制すること
は困難である。しかし、ここで採用した成長方法では、
GaAs表面を5i02膜26にて被覆しているために
、上記のような問題は生じず、P雰囲気下にて昇温する
ことにより良好な成長が達成される。さらに、この実施
例では、ストライプ状の5i02膜26の幅5[μm]
に対して、第2コンタクト層20の頂部の幅は3 [μ
m]と狭められる。このため、GaAs電流阻止層21
の成長後の形状は前記第2図(f’)に示すようなもの
となり、電流流路を形成する第2コンタクト層20の周
辺が平坦であるので、その上への電極形成が容易になる
等の利点がある。
Further, according to the manufacturing method of this embodiment, various difficulties that normally occur can be skillfully avoided. That is, the formation of an optical waveguide by selective etching and the creation of a current confinement structure by MOCVD under reduced pressure provide good reproducibility without using advanced microfabrication techniques. Furthermore, when forming an optical waveguide and current confinement structure by combining InGaAiP and GaAs (which may also be GaA)As as in the example, regrowth of InGaAiP and GaAs on the exposed surface at the same time is prevented. However, damage to the crystal surface due to evaporation of P and As during temperature rise is usually
a It is difficult to suppress both AnoP and GaAs at the same time. However, with the growth method adopted here,
Since the GaAs surface is covered with the 5i02 film 26, the above-mentioned problems do not occur, and good growth is achieved by raising the temperature in a P atmosphere. Furthermore, in this example, the width of the striped 5i02 film 26 is 5 [μm].
On the other hand, the width of the top of the second contact layer 20 is 3 [μ
m]. For this reason, the GaAs current blocking layer 21
The shape after growth is as shown in FIG. 2 (f'), and since the periphery of the second contact layer 20 that forms the current flow path is flat, it is easy to form an electrode thereon. There are advantages such as

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記第3コンタクト層22を省略し、第3
図に示す如く第2コンタクト層20上に電極23を直接
被着するようにしてもよい。また、第3コンタクト層2
2の形成の代りに、第4図に示す如<Zn等のP型ドー
パントの拡散或いはイオン注入によりP型拡散層41を
形成するようにしてもよい。ここで、第4図の例は、前
記第2図(c)における電流阻止層21の成長の際に、
5i02膜26を除去しておき、全面に電流阻止層21
を形成し、電流狭窄すべき部分に上記拡散層41を形成
したものである。
Note that the present invention is not limited to the embodiments described above. For example, the third contact layer 22 may be omitted, and the third contact layer 22 may be omitted.
As shown in the figure, the electrode 23 may be directly deposited on the second contact layer 20. In addition, the third contact layer 2
2, the P-type diffusion layer 41 may be formed by diffusion or ion implantation of a P-type dopant such as Zn, as shown in FIG. Here, in the example of FIG. 4, during the growth of the current blocking layer 21 in FIG. 2(c),
The 5i02 film 26 is removed and a current blocking layer 21 is formed on the entire surface.
, and the diffusion layer 41 is formed in the portion where current confinement is to be performed.

また、実施例ではp−1nGaAiP第4クラッド層を
エツチングしてストライプ状リブを形成した後、p−G
aAs第2コンタクト層を再エツチングしているが、こ
の再エツチング工程は必ずしも必要でない。また、p−
InGaAsPからなる第2〜第4クラッド層は、単一
の層で形成することも可能である。さらに、 p−InGaAノP第1コンタクト層(中間コンタクト
層)は必ずしも用いなくてもよい。
In the example, after etching the p-1nGaAiP fourth cladding layer to form striped ribs,
Although the aAs second contact layer is re-etched, this re-etching step is not necessarily necessary. Also, p-
The second to fourth cladding layers made of InGaAsP can also be formed as a single layer. Furthermore, the p-InGaA first contact layer (intermediate contact layer) does not necessarily have to be used.

また、本発明は実施例で述べた以外の材料を利用したレ
ーザにも同様に適用することができる。
Further, the present invention can be similarly applied to lasers using materials other than those described in the embodiments.

例えば、GaAsを基板としたGaAノAS。For example, GaA AS with GaAs as a substrate.

InGaAsP、或いはInPを基板としたInGaA
、7?As、j、nGaAsPを使用したレーザ等が考
えられる。さらに、実施例では第1導電型をn型、第2
導電型をp型としたが、これらを逆にしてもよいのは勿
論のことである。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々変形して実施することができる。
InGaAsP or InGaA with InP as a substrate
, 7? Lasers using As, j, nGaAsP, etc. can be considered. Furthermore, in the embodiment, the first conductivity type is n type, and the second conductivity type is n type.
Although the conductivity type is p-type, it goes without saying that these may be reversed. In addition, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、第2導電型クラッ
ド層のストライプ状凸部のように段差をaする表面上に
成長される電流阻止層を基板と同じV族元素から構成し
ているので、電流狭窄構造と光導波構造とを自己整合的
に形成しながらも、電流阻止層を高品質の結晶状態で成
長させることができる。このため、InGaA、f7P
やInGaAノAs等の格子整合のための条件が厳格な
混晶材料を使用したにも拘らず、単一の基本横モードを
有する信頼性の高い半導体レーザが実現されることにな
り、光情報処理用光源等として極めて有効である。
[Effects of the Invention] As detailed above, according to the present invention, the current blocking layer grown on the surface of the second conductivity type cladding layer having a step such as the striped convex portion is made of the same V group as the substrate. Since it is composed of elements, the current blocking layer can be grown in a high-quality crystalline state while forming the current confinement structure and the optical waveguide structure in a self-aligned manner. Therefore, InGaA, f7P
Despite using mixed crystal materials with strict conditions for lattice matching, such as InGaA and As, highly reliable semiconductor lasers with a single fundamental transverse mode were realized, and optical information It is extremely effective as a processing light source, etc.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの素子
構造を示す断面図、第2図(a)〜(「)は上記実施例
レーザの製造工程を示す断面図、第3図及び第4図はそ
れぞれ変形例を示す断面図、第5図は従来レーザの素子
構造を示す断面図である。 1l−n−GaAs基板、12−n−G a A sバ
フフッ層、13・・・n−1nGaPバッファ層、14
・・・n−1nGaAノPクラッド層(第1導電型クラ
ッド層) 、■5−I nGaP活性層、16 、17
 、 l 8−・・p−1nGaAiPクラッド層(第
2導電型クラッド層) 、19−p−1nGaAJP:
+ンタクト層、20.22−= p−G a A sコ
ンタクト層、21−・・n−GaAs電流阻止層、23
.24−・・電極、2 G −・・5i02膜。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図
FIG. 1 is a sectional view showing the element structure of a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention, FIGS. 4 is a sectional view showing a modified example, and FIG. 5 is a sectional view showing an element structure of a conventional laser. 1l-n-GaAs substrate, 12-n-GaAs buff layer, 13...n -1nGaP buffer layer, 14
... n-1 nGaA P cladding layer (first conductivity type cladding layer), ■5-I nGaP active layer, 16, 17
, l8-...p-1nGaAiP cladding layer (second conductivity type cladding layer), 19-p-1nGaAJP:
+ contact layer, 20.22-=p-GaAs contact layer, 21-...n-GaAs current blocking layer, 23
.. 24--electrode, 2G--5i02 film. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 1

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)第1導電型半導体基板と、第1導電型クラッド層
、活性層及びストライプ状の凸部を有した第2導電型ク
ラッド層からなり、上記半導体基板上に形成されたダブ
ルヘテロ接合構造部と、このダブルヘテロ接合構造部上
に第2導電型クラッド層の凸部の少なくとも一部を除い
て形成された電流阻止層とを具備し、光導波及び電流狭
窄を行う半導体レーザ装置において、前記基板、ダブル
ヘテロ接合構造部及び電流阻止層の構成材料はそれぞれ
III−V族化合物半導体であり、前記ダブルヘテロ接合
構造部は前記基板を構成するV族元素とは異なるV族元
素を含み、前記電流阻止層は基板と同一のV族元素を含
むことを特徴とする半導体レーザ装置。
(1) A double heterojunction structure formed on the semiconductor substrate, consisting of a first conductivity type semiconductor substrate, a first conductivity type cladding layer, an active layer, and a second conductivity type cladding layer having striped convex portions. and a current blocking layer formed on the double heterojunction structure excluding at least a part of the convex portion of the second conductivity type cladding layer, and performing optical waveguide and current confinement, The constituent materials of the substrate, double heterojunction structure and current blocking layer are respectively
It is a III-V group compound semiconductor, and the double heterojunction structure includes a group V element different from the group V element constituting the substrate, and the current blocking layer includes the same group V element as the substrate. Semiconductor laser device.
(2)前記基板がGaAs、前記ダブルヘテロ接合構造
部がIn_xGa_1_−_x_−_yAl_yP(0
≦y≦1)前記電流阻止層がGa_1_−_zAl_z
As(0≦z≦1)であることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の半導体レーザ装置。
(2) The substrate is GaAs, and the double heterojunction structure is In_xGa_1_-_x_-_yAl_yP(0
≦y≦1) The current blocking layer is Ga_1_-_zAl_z
The semiconductor laser device according to claim 1, characterized in that As (0≦z≦1).
(3)前記基板がInP、前記ダブルヘテロ接合構造部
がIn_xGa_1_−_x_−_yAl_yAs(0
≦y≦1)、前記電流阻止層がInPであることを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ装置。
(3) The substrate is InP, and the double heterojunction structure is In_xGa_1_-_x_-_yAl_yAs(0
≦y≦1), the semiconductor laser device according to claim 1, wherein the current blocking layer is made of InP.
(4)前記第2導電型クラッド層及び電流阻止層上に、
第2導電型コンタクト層を設けてなることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ装置。
(4) On the second conductivity type cladding layer and current blocking layer,
2. The semiconductor laser device according to claim 1, further comprising a second conductivity type contact layer.
(5)前記コンタクト層と第2導電型クラッド層との間
に、該コンタクト層よりもバンドギャップが大きく、該
クラッド層よりもバンドギャップが小さい少なくとも一
層の第2導電型中間コンタクト層を設けてなることを特
徴とする特許請求の範囲第4項記載の半導体レーザ装置
(5) Between the contact layer and the second conductivity type cladding layer, at least one second conductivity type intermediate contact layer having a larger band gap than the contact layer and a smaller band gap than the cladding layer is provided. A semiconductor laser device according to claim 4, characterized in that:
(6)前記中間コンタクト層は、前記コンタクト層に近
い方でそのバンドギャップが小さく、前記第2導電型ク
ラッド層に近い方でそのバンドギャップが大きく、且つ
その間でバンドギャップが徐々に変化するものであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第5項記載の半導体レー
ザ装置。
(6) The intermediate contact layer has a smaller band gap closer to the contact layer and a larger band gap closer to the second conductivity type cladding layer, and the band gap gradually changes between the layers. A semiconductor laser device according to claim 5, characterized in that:
(7)III−V族化合物半導体材料からなる半導体レー
ザ装置の製造方法において、第1導電型半導体基板上に
、第1導電型クラッド層、活性層及び第2導電型クラッ
ド層からなり上記基板を構成するV族元素と異なるV族
元素を含むダブルヘテロ接合構造部と、第2導電型コン
タクト層とを有機金属を用いた化学気相成長法により上
記順に連続して成長形成する工程と、上記第2導電型コ
ンタクト層上にエッチングマスクを形成する工程と、次
いで上記マスクを用い前記コンタクト層を選択エッチン
グし、且つ前記第2導電型クラッド層をその途中まで選
択エッチングして該クラッド層にストライプ状の凸部を
形成する工程と、次いで前記マスクを残したまま或いは
マスクを除去したのち、少なくとも前記ダブルヘテロ接
合構造部上及びコンタクト層の側面に有機金属を用いた
化学気相成長法により前記基板を構成するV族元素と同
じV族元素を含む電流阻止層を成長形成する工程とを含
むことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
(7) In a method for manufacturing a semiconductor laser device made of a III-V group compound semiconductor material, a semiconductor substrate of a first conductivity type, a cladding layer of a first conductivity type, an active layer, and a cladding layer of a second conductivity type are placed on a semiconductor substrate of the first conductivity type. a step of successively growing and forming a double heterojunction structure containing a group V element different from the constituent group V element and a second conductivity type contact layer in the above order by a chemical vapor deposition method using an organic metal; forming an etching mask on the second conductivity type contact layer, then selectively etching the contact layer using the mask, and selectively etching the second conductivity type cladding layer partway through the second conductivity type cladding layer to form a stripe on the cladding layer; a step of forming a convex portion in the shape of a shape, and then, with the mask left in place or after removing the mask, at least the double heterojunction structure portion and the side surface of the contact layer are formed by chemical vapor deposition using an organic metal. A method for manufacturing a semiconductor laser device, comprising the step of growing a current blocking layer containing the same group V element as the group V element constituting the substrate.
(8)前記電流阻止層を成長形成する際に前記マスクを
残しておき、前記電流阻止層を形成した後に該マスクを
除去し、次いで前記コンタクト層及び電流阻止層上に有
機金属を用いた化学気相成長法により再び第2導電型コ
ンタクト層を成長形成することを特徴とする特許請求の
範囲第7項記載の半導体レーザ装置の製造方法。
(8) The mask is left when growing the current blocking layer, the mask is removed after the current blocking layer is formed, and then the contact layer and the current blocking layer are grown using an organic metal. 8. The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 7, wherein the second conductivity type contact layer is grown again by a vapor phase growth method.
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