JPS62279688A - 半導体レ−ザ素子の製造方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野〕 本発明は内部電流狭搾溝造を有する半導体レーザ素子の
製造方法に関するものである。

（従来の技術〕 従来このような分野の技術としては、“セルファライン
構造を持ちメルトエッチされた、Ａ［Ｇａ　ＡＳ　ｌＧ
ａ　Ａｓ内Ｏ［Ｓストラ−１’　７　Ｌ／　−サタイオ
ード（Ａ、Ｑ　Ｇａ　Ａｓ　ｌＧａ　Ａｓ　ｍｅｌｔ−
ｅｔｃｌ］ｅｄｓｔｒｉｐ　ｔａｓｅｒ　ｄｉｏｄｅ　
ｗｉｔｈ　ｓｅｌｆ−ａｌｉｎｇｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒ
ｅ　　）　　”　　　八ｐｐｌｉｅｄ　　ｐＨ１７Ｓｉ
Ｃ３Ｌｅｔｉｅｒ　　Ｖｏｌ、４６Ｎｏ、１１（１９８
５，６）Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ
　Ｐｈｙｓｉｃｓ（米国）　　Ｐ、１０２３〜１０２５
に記載されるものがあった。

以下、その構成を図を用いて説明する。

第２図は従来の内部電流狭搾溝造を有する半導体レーザ
素子の一例の断面図で必って、前掲の文献にも開示され
たものでおる。

ｎ型Ｇａ　Ａｓからなる基板１上にはｎ型１ＧａＡｓか
らなる第１のクラッド層２ｙ　　　ｉ−ｙ と、ｎ型Ｉ　　Ｇａ　　　ＡＳ　　（Ｘ＜”！／）から
なるＸ　　　　　１−Ｘ 活性層３と、ｐ型ｌＧａＡｓからなる第”／　　　１−
ｙ ２のクラッド層４とが順次設けられ、第２のクラッド層
４の上には内部電流狭搾用の電流阻止層５゜６が設けら
れている。第１の電流阻止層５はｎ型Ｇａ　ＡＳからな
り、第２の電流阻止層６はｎ型Ａ、Ｑ　□Ｇａ　１−ｚ
　Ａｓ　　（ｘ≦ｚ　）からなり、これらはｐ型ｌＧａ
Ａｓからなる第２のクララＶ　　　ｉ−ｙ ド層７に囲まれている。第２のクラッド層７の上にはＰ
型Ｇａ　ＡＳからなるコンタクト層８とｐ電１伽１０が
形成され、オーミック接触がとられている。また、基板
１の下面にはｎ電極９がオーミック接触されている。

次に第２図のレーザ素子の作用を説明する。ｎ電極１０
より注入された電流はｐ型（３ａＡｓからなるコンタク
ト層８、ｐ型ＡＮＧａＡｓがＶ　　　１−Ｖ らなる第２のクラッド層７および４を通って１ＧａＡｓ
からなる活性層３（ｎ、ｐあＸ　　　　　１−Ｘ よびノンドープいずれでもよい）、ｎ型Ａρ　Ｇａ　　
　Ａｓからなる第１のクラッド層２Ｖ　　　１−Ｖ およびｎ型（３ａ　ＡＳ基板１からｎ電極９に流れる。

ところで、ｎ型（３ａ　ＡＳからなる第１の電流阻止層
５とｐ型Ａ！Ｊ　ＧａＡｓからなる第２のりｙ　　　ｉ
−ｙ ラット層４の界面は、ｎからｐへの逆バイアスとなって
いるため、ｎ型ＡｆＪ　ＧａＡｓからなＺ　　　１−Ｚ る第２の電流阻止層６および第１の電流阻止層５を通る
電流経路は採ることはできない。従って、チャネル部１
１のみに効率的な電流集中がなされ、チャネル部１１直
下の発光部１２において低しきい（ａ電流によってレー
ザ発撮が生ずる。また、チャネル部１１以外の部分では
ｐ型クラッド層４の厚みを光閉じ込め機構が有効に画面
しないように充分薄く（０，２〜０．４μｍ程度）して
おるため、ｐ型クラッド層４，７が充分な厚みを持つチ
ャネル部１１のみで光閉じ込め機構が働くようになって
いる。そのため発光部１２で生じた光は完全にチャネル
部１１のみに閉じ込められ、極めて安定な横基本モード
発振を実現している。

次に、第３図の工程別素子断面図を参照して、この半導
体レーザ素子の製造手順を説明する。まず、ｎ型Ｇａ　
ＡＳ基板１上に液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）もし
くはそれに代わる通光な結晶成長法によって、ｎ型ＡΩ
　Ｇａ　　　Ａｓからなｙ　　　ｉ−ｙ る第１のクラッド層２、Ａ、Ｉ）ＧａＡｓからｘ　　　
１−ｘ なる活性層３、ｐ型Ａ、ＱＧａＡｓからなるｙトｙ 第２のクラッド層４およびｎ型Ｇａ　ＡＳからなる第１
の電流阻止層５を順次成長させる（第３図（ａ）図示）
。この時、ｐ型クラッド層４の厚みは０．２〜０．４μ
γＵ程度にして光閉じ込め別面を働かせないようにさせ
てあく。また、ｎ型電流阻止＠５の厚みは３μｍ程度に
する。

次に、ｎ型Ｇａ　ＡＳ電流からなる電流阻止層５上に＜
０１１＞方向に平行に幅５μｍのストライプを酸化膜等
で形成し、これをマスクとしてウェットエツチング法に
よりｎ型電流阻止層５内に逆メサ１３を形成する（第３
図（ｂ）図示）。メサ１３の高さを２μｍ程度とすると
、ｎ型電流阻止層５のエツチング部１３ｂの残りの厚み
は、１μｍ程度になる。

次にこのウェハにＬＰＥにより２回目の結晶成長を行な
う。第２図（Ｃ）、（ｄ’）、（ｅ）は結晶成長中の各
ステップを表している。まず、ｎ型△Ωｚ　Ｇ”　ｉ−
ｚ　ＡＳからなる第２の電流阻止層６を１．５μｍ程度
成長させる。この時、メサ１３の幅は４〜５μｍなので
メサ上面１３ａには結晶が成長ゼず、エツチング部’１
３ｂ上のみに選択的に成長させることが可能でおる（第
２図（Ｃ）図示）。

次に、Ｇａ　Ａｓ未飽和メルトによってウェハ仝面にメ
ルトエツチングを行なう。この時、（３ａ　ＡＳのメル
トバック速度は７Ｊ　Ｇａ　Ａｓのそれらに比べて非常
に大きいので、Ｇａ　Ａｓから成るメサ部１３のみが選
択的にエツチングされる。

このとき、ｎ型Ａｆｌ　（３ａ　ＡＳからなる電流阻止
層６はエツチングマスクの役割をする。エツチングはｐ
型ＡΩＧａ　ＡＳからなる電流クラッド層４との界面で
自動的に停止し、この結果、電流阻止層（２重になって
いる）にチャネル１１を形成した形状が得られる（第３
図（ｄ）図示）。

次いでｐ型ｌＧａＡｓからなる第２の ｙ　　　ｉ−ｙ クラッド層７（クラッド層４と同一組成）と、ｐ型Ｇａ
　ＡＳからなるコンタクト＠８を順次結晶成長させ、電
極１０を形成して所定の形状を１ｑる（第３図（ｅ）図
示）。

この方法では、同−結晶成長工程中において空気に触れ
ることなくｌ　Ｇａ　ＡＳ層上に結晶成長を行なえる（
ｐ型ＡｆｌＧａ　ＡＳからなるクラッド暦４上にｐ型Ａ
、Ｑ　Ｇａ　Ａｓからなるクラッド層７を追加して成長
させることができる）ので、酸化による劣化を防ぐこと
ができる利点も有している。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、第３図に示す工程により製造された第２
図に示す構成の半導体レーザ素子では、しきい値電流が
高くなり、横基本モードの発振が不安定になる欠点がお
った。これを第４図（ａ＞を参照して説明する。

第４図（ａ）はこのレーザ構造のチャネル部近傍を書き
直したものでおる。電流阻止層４によって電流は、電流
経路幅ｄ１に制限されて活性層領域に注入され、発光部
８で発光する。この時、発光した光のエネルギーは電流
、阻止層４の禁制帯幅（バンドギャップ）より大きいた
め、電流阻止層４は光を吸収する。この光吸収開溝を積
極的に利用したレーザ構造がチャネルストライププレー
ナ（Ｃ３Ｐ）構造でおり、第２図および第３図のレーザ
もＣ３Ｐ構造の一種である。Ｃ３Ｐ溝造では電流阻止層
４に吸収された光は電子−正孔対を形成するが、少数キ
ャリアで必る正孔の拡散長よりも電流阻止層４の厚みが
大きければ光によるスイッチング（導通状態になること
）は生じない。ところが前述のレーザ構造では、第４図
（ａ＞に示すように発光部８に近い電流阻止層エツジ部
１５では厚みがテーパ状に変化して薄くなっているので
、吸収光による光スイッチングが生じやすく、従って実
効的な電流経路幅ｄ２が元の経路幅ｄ１Ｊ：り拡がって
しまう現象がめった。電流経路が拡がるとしきい値電流
が上昇するばかりでなく、横基本モード発振も不安定に
なり特性上に大ぎな劣化をもたらす欠点となっていた。

この発明は、以上述べた光スイッチングによる実効的な
電流経路幅の増大という問題点を除去し、低しきい値の
電流から安定した横基本モード発振をする内部電流狭搾
型の半導体レーザ素子の製造方法を提供しようとするも
のでおる。

（問題点を解決するための手段〕 本発明は、上記の問題を解決するために、基板上で第１
のクラッド層、活性層および第２のクラッド層をダブル
ヘテロ接合させた半導体レーザ素子の製造方法において
、第２のクラッド層上に電流阻止用の第１層を成長させ
、この第１層を部分的にエツチングして＜０１丁〉方向
のメサストライプを形成させた後、このメサストライプ
の上面を除く第１層のエツチング面上に成長されぜた電
流阻止用の第２層をマスクにしてメサストライプの上面
から第１層をメルトエツチングして第２のクラッド層の
上面に遅する溝を形成し、この溝内および残存する第２
層上に第３のクラッド層およびコンタク１〜層を順次成
長させることを特徴とするものでおる。

〔作用〕

本発明によれば、以上のように半導体レーザ素子の製造
方法を構成したので、＜０１１＞方向のメサストライプ
をメルトエツチングした後に形成される電流阻止層のエ
ッチ部の界面を活性層の方向に拡がる形状にでき、従っ
てエッチ部と発光部の間の距離を大きくとれるので、エ
ッチ部での光スイッチングを防止して上記問題点を解決
することができる。

〔実施例〕

第５図は本発明方法により製造される半導体レーザ索子
の一例の断面図でおる。そしてこれが第２図の従来例と
異なる点は、ｎ型Ｇａ　ＡＳからなる第１の電流阻止層
５のヂャネル部１１の付近のエッヂ部１５のテーパのつ
き方が従来例と反対になり、エッチ部１５の界面が活性
層３の方向に拡がっていることである。従って第４図（
ｂ）に示すように、エッチ部（層の厚みが薄くなってい
る部分）１５が発光部１２から離れているため、光吸収
による光スイッチングが生じることなく、実効的な電流
経路幅ｄ２が拡がることがない。

次に第１図の製造工程別素子断面図を参照してこの半導
体レーザ素子の製造方法を説明する。

なお、第３図の製造工程と同一の工程については詳細な
説明は省略し、相違点を中心に指摘する。

まず、Ｑａ　Ａｓ基板］上にダブルヘテロ接合構造を含
む４層（第１のクラッド層２、活性層３、第２のクラッ
ド層４、第１の電流阻止層５）を順次結晶成長させる（
第１図（ａ）図示）。各層の厚みは従来例と同様である
。次にｎ型Ｇａ　、Ａｓかうなる第１の電流阻止層５上
にその結晶の＜０１１＞方向に平行にストライプを形成
し、これをマスクとしてドライエツチング等により垂直
なメサ１３を形成する（第１図（ｂ）に図示）。

メサストライプ１３の幅は２〜３μｍ、高さは２μｍと
し、エツチング部１３６の残りの厚みは１μｍ程度とす
る。

次に、２回目の結晶成長をＬＰＥにより行なう。

第１図（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は成長の各ステップを表
わす。まず、ｎ型ＡｆｌＧａ　ＡＳからなる第２の電流
阻止＠６を１．５μｍ程度の厚さでエツチング部１３ｂ
の上のみに選択的に成長させる（第１図（Ｃ）に図示）
。次にＧａ　Ａｓ未飽和メルトによってメサ上面１３ａ
からメルトエツチングを行なう。このようにするとメル
トバック速度のＡρ依存性により、Ｇａ　ＡＳから成る
メサストライプ部１３のみが選択的にエツチングされる
。

この時、メサストライプ１３は＜０１１＞方向に平行に
形成したので、メルトエツチングにより形成されるチャ
ネル１１は末広がりの形状となる（第１図（ｄ＞図示）
。この点が第２図に従来例と異なるところであり、Ｇａ
　ＡＳによる第１の電流阻止層５のエッチ部１５におけ
る光吸収による光スイッチングを防ぐのに適した形状と
なる。メルトエツチングに引き続いて結晶成長を順次行
ない、所定の形状を得る（第１図（ｅ）図示）。

本発明は上記のものに限定されることなく、種々の変形
が可能である。例えば、半導体結晶はＡＪＩ　Ｇａ　Ａ
ｓ　／Ｇａ　Ａｓに限られることなく、他のものでも可
能でおる。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように本発明によれば、メサスト
ライプを第１の電流阻止層を溝成する結晶の＜Ｏ’１１
＞方向に形成したので、メルトエッチングにより作り付
ける電流阻止層のエツジ部のテーパー形状を、電流阻止
層の界面が活性層方向に拡がるような形状にすることが
でき、従ってチャネル部付近の電流阻止層エッチ部にお
いて光吸収による光スイツチング状態が生じることがな
い。

このため、電流狭搾幅（電流経路幅）がどのような場合
でも設計通りの１直に限定できるので、低しきい値の電
流においても横基本モード発振状態を安定して実現でき
る効果がおる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体レーザ双子の製造方法の一
実施例を示す製造工程別素子断面図、第２図は従来の製
造方法により製造された半導体レーザ素子の一例の断面
図、第３図は従来の製造方法の一例を示す製造工程別素
子断面図、第４図は従来方法によるものと本発明方法に
よるものとの素子断面の差異を説明する断面図、第５図
は＠１図に示す本発明の方法により製造された半導体レ
ーザ素子の一例の断面図でおる。 １・・・ｎ型Ｇａ　ＡＳからなる基板、２・・・ｎ型１
ＧａＡｓからなる第１のクラッド層、Ｖ　　　１−Ｖ ３・・・ＡΩ　Ｇａ　　　Ａｓからなる活性層、Ｘ　　
　１−Ｘ ４・・・ｐ型ＡρｙＧａ１□Ａｓからなる第２のクラッ
ド層、５・・・ｎ型ＧａＡＳからなる第１の電流阻止層
、５　・ｎ型１７Ｇａ　１−２Ａｓからなる第２の電流
阻止層、７　・Ｉ）型ＡＪ２　ｙ　（３ａ　１−ｙ　Ａ
ｓからなる第２のクラッド層、８・・・ｐ型Ｇａ　ＡＳ
からなるコンタクト層、９・・・ｎ電極、１０・・・ｎ
電極、１１・・・チャネル部、１３・・・メサストライ
プ、１３ａ・・・メサ上面、１３ｂ・・・エツチング部
、１５・・・電流阻止層のエッチ部。 ７＝−ｐ−ＡｌｙＧａトｙＡｓ＠２クラッド層１３・・
・メサ １３ａ・・・メサ上面 １３ｂ・・・エツチング部 ｌ　−−・ｎ−ＧａＡｓ基板 ２−　ｎ　−Ａｌｙ　Ｇａｐ−ｙＡｓ第４クランド層３
、、−−−−−に１ｘＧａｐ−ｘＡｓ活性濁１、−＝　
ｐ−Ａｌｙ　Ｇａｐ−ｙＡｓ第２クラッド層５・・・ｎ
−ＧａＡｓ第１電流阻止層 ５・−ｎ−ＡｌｚＧａｌ−ＨＡｓ第２電流阻止層７、−
１ｐ−Ａｌｙ　Ｇａ１−ｙＡｓ　ｇ　２クラッド層８・
・・ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ９・・・ｎ電極 １ｏ・・・ｎ電極 １１・・・チャネル部 １２・・・発光部 １ｚ （ｂ） １５・・・阻止層エツジ部 ｄｌ・・・電流経路幅 ｄ２・・・実効的電流経路幅 ｉ　−ｎ−ＧａＡｓ基板 ２−・ｎ−Ａｌｙ　Ｇａ１−ｙＡ＄第１クラッド層３＝
−−−Ａ　ｌｘ　Ｇａ１−Ｉ　Ａｓ活性層４−　ｐ　−
Ａ’ｙ　Ｇａｔ−ｙλＳ第２クラッド層５・・・ローＧ
ａＡｓ第１電流阻止層 ６−ｎ　−Ａｌｘ　Ｇａ１４Ａｓ第２電流阻止層７−＝
　ｐ−Ａｌｙ　Ｇａ１−ｙＡｓ第２クラッド層８・・・
ｐ−ＧａＡｓコンタクト層 ９・・・ｎ電極 １０・・・ｐ１１框 １１・・・チャネル部 １２・・・発光部 １５・・・阻止層エツジ部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上で第１のクラッド層、活性層および第２のク
   ラッド層をダブルヘテロ接合させた半導体レーザ素子の
   製造方法において、 前記第２のクラッド層上に電流阻止用の第１層を成長さ
   せる工程と、 この第１層を部分的にエッチングし ＜０１＠１＠＞方向のメサストライプを形成させる工程
   と、 このメサストライプの上面を除く前記第１層のエッチン
   グ面上に電流阻止用の第２層を成長させる工程と、 前記メサストライプの上面から前記第１層をメルトエッ
   チングしてこのメサストライプの下側に対応する前記第
   ２のクラッド層の上面に達する溝を形成する工程と、 この溝内および残存する前記第２層上に第３のクラッド
   層およびコンタクト層を順次成長させる工程とを備える
   ことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。 ２、第１層はＧａＡｓ結晶からなり、第２層はＡｌＧａ
   Ａｓ結晶からなる特許請求の範囲第１項記載の半導体レ
   ーザ素子の製造方法。