JPS63126290A - 半導体レ−ザ素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体レ−ザ素子及びその製造方法Info
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- JPS63126290A JPS63126290A JP27271486A JP27271486A JPS63126290A JP S63126290 A JPS63126290 A JP S63126290A JP 27271486 A JP27271486 A JP 27271486A JP 27271486 A JP27271486 A JP 27271486A JP S63126290 A JPS63126290 A JP S63126290A
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Landscapes
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
この発明は、半導体レーザ素子及びその製造方法に関す
るものである。
るものである。
(従来の技術)
近年、光ディスクや長距離開光通信用の光源として用い
るため、高出力な半導体レーザ素子がますます望まれて
きている。このような高出力半導体レーザ素子の一例と
しては:例えば文献(すショナル テクニカル レポー
ト (NationalTechnical Repo
rt) 、32 [2]、1986 P P 、 2
48〜254)に開示されているBTRS (旦uri
ed Twin−j3idge 5ubstrate)
型と称されるものがある。
るため、高出力な半導体レーザ素子がますます望まれて
きている。このような高出力半導体レーザ素子の一例と
しては:例えば文献(すショナル テクニカル レポー
ト (NationalTechnical Repo
rt) 、32 [2]、1986 P P 、 2
48〜254)に開示されているBTRS (旦uri
ed Twin−j3idge 5ubstrate)
型と称されるものがある。
第3図は、このBTR5型半導体レーザの構造を概略的
に示す断面図であり、この半導体レーザの共振器と直交
する断面を示したものである。尚、図面が複雑化するの
を回避するため、断面を示すハツチングを一部省略しで
ある。
に示す断面図であり、この半導体レーザの共振器と直交
する断面を示したものである。尚、図面が複雑化するの
を回避するため、断面を示すハツチングを一部省略しで
ある。
メサ部分11aを含むP型GaAs基板11上には、メ
サ部分11aで基板面を露出するような満13aを有す
るn型GaAs電流狭窄層13が設けられている。さら
に、この溝13aを含む電流狭窄層13上に、電流狭窄
層側から順次にp型All、Ga1−、As下側クラッ
ド層15、p型A I X G a + −xAs活性
層17及びn型AfL、 G a l−y A S上側
クラッド層19のダブルヘテロ接合と、n型GaAsキ
ャップ層21とが順次に設けられている。さらに、この
キャップ層21の上側にはn型オーミック電極23が、
又、基板11の下側にはn型オーミック電極25がそれ
ぞれ設けられている。
サ部分11aで基板面を露出するような満13aを有す
るn型GaAs電流狭窄層13が設けられている。さら
に、この溝13aを含む電流狭窄層13上に、電流狭窄
層側から順次にp型All、Ga1−、As下側クラッ
ド層15、p型A I X G a + −xAs活性
層17及びn型AfL、 G a l−y A S上側
クラッド層19のダブルヘテロ接合と、n型GaAsキ
ャップ層21とが順次に設けられている。さらに、この
キャップ層21の上側にはn型オーミック電極23が、
又、基板11の下側にはn型オーミック電極25がそれ
ぞれ設けられている。
又、この半導体レーザ素子においては、電流狭窄層13
の溝!、3aの両側部分27a、27bがそれぞれリッ
ジ状になっている。このようなリッジを有するウェハ上
に、液相エピタキシャル結晶成長法(Liquid P
hase Epitaxy、以下LPE法と略称する。
の溝!、3aの両側部分27a、27bがそれぞれリッ
ジ状になっている。このようなリッジを有するウェハ上
に、液相エピタキシャル結晶成長法(Liquid P
hase Epitaxy、以下LPE法と略称する。
)によって活性層等の半導体層の成長を行なうと、リッ
ジ側面での成長が促進されるのに対しリッジ上での成長
速度は極めて遅くなる。これがため、活性層等を非常に
薄い膜厚に再現性良く成長させることが出来る。
ジ側面での成長が促進されるのに対しリッジ上での成長
速度は極めて遅くなる。これがため、活性層等を非常に
薄い膜厚に再現性良く成長させることが出来る。
又、この半導体レーザ素子は、電流狭窄層13から成る
内部ストライプ構造を有しているから、電流は溝部分1
3aに対応する活性層部分に効率良く注入される。
内部ストライプ構造を有しているから、電流は溝部分1
3aに対応する活性層部分に効率良く注入される。
上述したような活性層を非常に薄い膜厚のものにしてお
くと、活性層で生じた光は、この活性層の上下に設けら
れている各クラッド層に大きくしみ出し、その結果、活
性層の光密度が減少する。
くと、活性層で生じた光は、この活性層の上下に設けら
れている各クラッド層に大きくしみ出し、その結果、活
性層の光密度が減少する。
レーザ素子においては、光密度が一定値以上の場合、レ
ーザ素子の端面を破壊するような現象が生じる。従って
、上述の如く活性層を薄膜化し光密度を適正値にするこ
とは、レーザ素子の最大出力を増加させるのに有効であ
ると云える。
ーザ素子の端面を破壊するような現象が生じる。従って
、上述の如く活性層を薄膜化し光密度を適正値にするこ
とは、レーザ素子の最大出力を増加させるのに有効であ
ると云える。
次に、第4図(A)〜(D)を参照して、第3図に示し
た半導体レーザ素子の製造方法につき説明する。尚、第
4図(A)〜(D)は製造進度に応じて変化する半導体
レーザを示す断面図である。第3図と同様、断面を示す
ハツチングを一部省略しである。
た半導体レーザ素子の製造方法につき説明する。尚、第
4図(A)〜(D)は製造進度に応じて変化する半導体
レーザを示す断面図である。第3図と同様、断面を示す
ハツチングを一部省略しである。
先ず、化学エツチングによってp型GaAs基板11に
、断面がメサ構造の凸部11aをストライプ状に形成す
る(第4図(A))。
、断面がメサ構造の凸部11aをストライプ状に形成す
る(第4図(A))。
次に、第一回目のLPE成長として、この凸部+1aを
含む基板ll上に、電流狭窄層用のn型GaAs層12
をその表面が平坦になるように成長させる(第4図(B
))、このn型GaAs層12の表面がうねり等が存在
するような平坦でないものであると以下のような問題が
生じる。すなわち、次工程においてこのn型GaAs層
I2に溝13aを形成することを行なうが、この際に、
この層12の溝形成領域以外の部分に基板IIに達する
エツチング部が生じてしまい、リーク電流発生の原因と
なる。従って、このn型GaAs層12の成長を慎重に
行なう必要があった。
含む基板ll上に、電流狭窄層用のn型GaAs層12
をその表面が平坦になるように成長させる(第4図(B
))、このn型GaAs層12の表面がうねり等が存在
するような平坦でないものであると以下のような問題が
生じる。すなわち、次工程においてこのn型GaAs層
I2に溝13aを形成することを行なうが、この際に、
この層12の溝形成領域以外の部分に基板IIに達する
エツチング部が生じてしまい、リーク電流発生の原因と
なる。従って、このn型GaAs層12の成長を慎重に
行なう必要があった。
次に、n型GaAs層12の、メサ部11aに対応する
領域表面からメサ部11aに至る溝13aを化学エツチ
ングによって形成する。これによって、互いが平行な二
つのリッジ27a、27bを有する電流狭窄層13を得
る(第4図(C))。
領域表面からメサ部11aに至る溝13aを化学エツチ
ングによって形成する。これによって、互いが平行な二
つのリッジ27a、27bを有する電流狭窄層13を得
る(第4図(C))。
次に、第二回目のLPEとして、この電流狭窄層13を
含む下地上に、ダブルヘテロ接合及びキャップ層を形成
する。このLPE成長を、リッジ間及びリッジ上の活性
層が平坦になるように行なっていた(第4図(D))。
含む下地上に、ダブルヘテロ接合及びキャップ層を形成
する。このLPE成長を、リッジ間及びリッジ上の活性
層が平坦になるように行なっていた(第4図(D))。
(発明が解決しようとする問題点)
しかしながら、第3図を用いて既に説明したような従来
の半導体レーザ素子は以下に示すような問題点があった
。
の半導体レーザ素子は以下に示すような問題点があった
。
■二回のLPE成長を行なう必要があるため、素子特性
の悪化と、製造工数の増加とを招く。
の悪化と、製造工数の増加とを招く。
具体的に説明すると、第一回目のLPHによって成長さ
せたn型GaAs層は、化学的エツチングで加工された
後、第二回目のLPE成長時に長時間(1〜2時間程度
)結晶成長のための温度雰囲気(約800℃)にさらさ
れる。従って、この工程においてn型GaAs層の不純
物と、p型GaAs基板の不純物とが熱拡散現象によっ
て相互に混じり合い、これがため、基板と電流狭窄層と
の界面付近にレーザ素子の特性を悪化させるような、両
者の中間的な層が生じ易くなってしまう。さらに、LP
Eを二回行なうため、二回のLPEと比較して倍の工数
が必要になる。
せたn型GaAs層は、化学的エツチングで加工された
後、第二回目のLPE成長時に長時間(1〜2時間程度
)結晶成長のための温度雰囲気(約800℃)にさらさ
れる。従って、この工程においてn型GaAs層の不純
物と、p型GaAs基板の不純物とが熱拡散現象によっ
て相互に混じり合い、これがため、基板と電流狭窄層と
の界面付近にレーザ素子の特性を悪化させるような、両
者の中間的な層が生じ易くなってしまう。さらに、LP
Eを二回行なうため、二回のLPEと比較して倍の工数
が必要になる。
■第4図(B)を用いて既に説明したような理由から、
電流狭窄層用のn型GaAs層をその表面が平坦になる
ように結晶成長させる必要がある。このような結晶成長
を行なうためには結晶成長用メルト(GaAsを結晶成
長させる場合であわば、溶媒としてのGa中に溶質とし
てのAsを結晶成長温度において過飽和になるように溶
かし込んだもの)の過飽和度を、通常のLPEで行なわ
れている;b制御よりも、さらに正確に制御しなければ
ならないという問題点があった。
電流狭窄層用のn型GaAs層をその表面が平坦になる
ように結晶成長させる必要がある。このような結晶成長
を行なうためには結晶成長用メルト(GaAsを結晶成
長させる場合であわば、溶媒としてのGa中に溶質とし
てのAsを結晶成長温度において過飽和になるように溶
かし込んだもの)の過飽和度を、通常のLPEで行なわ
れている;b制御よりも、さらに正確に制御しなければ
ならないという問題点があった。
■又、リッジ形成工程において、基板に形成したメサ状
の凸部上に正確に溝を形成する必要がある。従って、溝
形成時のフォトリングラフィ技術は非常に高精度に行な
わなければならないという問題点があった。この溝の形
成位置が例えば凸部からずれた場合は、溝の深さが深く
なりLPHの選択成長を利用しての活性層の平坦化が出
来なくなるようなことが考えられる。又、溝位置が凸部
の中心からずれた場合も溝両側のリッジの幅が異なって
くる。いずれの場合も、レーザ素子の特性を悪化させる
原因になる。
の凸部上に正確に溝を形成する必要がある。従って、溝
形成時のフォトリングラフィ技術は非常に高精度に行な
わなければならないという問題点があった。この溝の形
成位置が例えば凸部からずれた場合は、溝の深さが深く
なりLPHの選択成長を利用しての活性層の平坦化が出
来なくなるようなことが考えられる。又、溝位置が凸部
の中心からずれた場合も溝両側のリッジの幅が異なって
くる。いずれの場合も、レーザ素子の特性を悪化させる
原因になる。
この出願の第一発明の目的は、上述した問題点を解決し
、生産性及び特性共に優れた高出力半導体レーザ素子を
提供することにある。
、生産性及び特性共に優れた高出力半導体レーザ素子を
提供することにある。
この出願の第二発明の目的は、生産性及び特性共に優れ
た高出力半導体レーザ素子を再現性良く製造することが
出来る製造方法を提供することにある。
た高出力半導体レーザ素子を再現性良く製造することが
出来る製造方法を提供することにある。
(問題点を解決するための手段)
この出願の第一発明の目的の達成を図るため、この発明
の半導体レーザ素子は以下のような特徴を有している。
の半導体レーザ素子は以下のような特徴を有している。
この半導体レーザ素子は、第一導電型のGaAs下地上
に第二導電型の八ll G a A s内部電流狭窄層
と、第一導電型のAILG a A s下側クラッド層
、GaAs又はkl G a A s活性層及び第二導
電型のAlGaAs上側クラッド層で形成したダブルヘ
テロ接合とを具える。さらに、前述の内部電流狭窄層の
発光端面と平行な断面における形状を、この電流狭窄層
の厚みが電流注入領域側から離れるに従って漸次に連続
的に活性層側に増大して最大厚となり、その後は一定の
厚みにまで減少する山形形状とする。さらに、この半導
体レーザ素子の活性層を、前述の山形形状の二つの頂部
間に亘る部分において均一な厚みで平坦なものとする。
に第二導電型の八ll G a A s内部電流狭窄層
と、第一導電型のAILG a A s下側クラッド層
、GaAs又はkl G a A s活性層及び第二導
電型のAlGaAs上側クラッド層で形成したダブルヘ
テロ接合とを具える。さらに、前述の内部電流狭窄層の
発光端面と平行な断面における形状を、この電流狭窄層
の厚みが電流注入領域側から離れるに従って漸次に連続
的に活性層側に増大して最大厚となり、その後は一定の
厚みにまで減少する山形形状とする。さらに、この半導
体レーザ素子の活性層を、前述の山形形状の二つの頂部
間に亘る部分において均一な厚みで平坦なものとする。
又、この出願の第二発明の目的の達成を図るため、この
発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、第一導電
型のGaAs下地に逆メサ構造の凸部をストライプ状に
形成する工程と、−回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。
発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、第一導電
型のGaAs下地に逆メサ構造の凸部をストライプ状に
形成する工程と、−回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。
尚、この−回の液相エピタキシャル成長工程において、
前述の凸部の両側の下地面上に第二導電型のAILGa
As層を成長させること、メルトバックによって前述の
凸部を除去すること、 前述の第二導電型のAn G a A s層を含む下地
上に第一導電型のAILG a A s下側クラッド層
5GaAs又はAILG a A s活性層、第二導電
型のAl1G a A s上側クラッド層及び第二導電
型のGaAsキャップ層を順次に成長させることを順次
に行なうことを特徴とする。
前述の凸部の両側の下地面上に第二導電型のAILGa
As層を成長させること、メルトバックによって前述の
凸部を除去すること、 前述の第二導電型のAn G a A s層を含む下地
上に第一導電型のAILG a A s下側クラッド層
5GaAs又はAILG a A s活性層、第二導電
型のAl1G a A s上側クラッド層及び第二導電
型のGaAsキャップ層を順次に成長させることを順次
に行なうことを特徴とする。
(作用)
このような半導体レーザ素子の構造によれば、電流狭窄
層の山形形状の二つの頂部間の活性層部分に発振領域を
特定することが出来る。このことにつき具体的に説明す
る。
層の山形形状の二つの頂部間の活性層部分に発振領域を
特定することが出来る。このことにつき具体的に説明す
る。
電流狭窄層を含む下地上にLPE法を用いてダブルヘテ
ロ接合を形成する場合を考える。LPE成長の異方性の
ため、山形の斜面におけるダブルヘテロ接合用半導体層
の結晶成長速度は、この斜面以外での成長速度よりも速
くなる。従って、頂部間では斜面に下側クラッド層が成
長するに従い対向する斜面の層が接近してゆき、結果的
に頂部間の層の表面は平坦になる。一方、山形の他方の
斜面では、電流注入領域と反対側が平坦面であるから、
頂部から離れるに従い成長速度が遅くなる。従って、下
側クラッド層の層厚は頂部近傍で厚くなり、頂部から離
れるに従い薄くなりある距離離れると一定厚みになる。
ロ接合を形成する場合を考える。LPE成長の異方性の
ため、山形の斜面におけるダブルヘテロ接合用半導体層
の結晶成長速度は、この斜面以外での成長速度よりも速
くなる。従って、頂部間では斜面に下側クラッド層が成
長するに従い対向する斜面の層が接近してゆき、結果的
に頂部間の層の表面は平坦になる。一方、山形の他方の
斜面では、電流注入領域と反対側が平坦面であるから、
頂部から離れるに従い成長速度が遅くなる。従って、下
側クラッド層の層厚は頂部近傍で厚くなり、頂部から離
れるに従い薄くなりある距離離れると一定厚みになる。
又、活性層用半導体層を成長させる際には、下側クラッ
ド層の傾斜部において活性層用半導体層は速く成長し、
頂部間の平坦部での成長は非常に遅くなる。これがため
、頂部開領域で均一でかつ薄い厚みの平坦な活性層が得
られる。
ド層の傾斜部において活性層用半導体層は速く成長し、
頂部間の平坦部での成長は非常に遅くなる。これがため
、頂部開領域で均一でかつ薄い厚みの平坦な活性層が得
られる。
この発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、逆メ
サのストライプ状の凸部の両側の下地上に電流狭窄層形
成用の第二導電型のAj2 G a A s層を形成す
る。その後、GaAsから成る凸部をメルトバックを用
い所定の深さまで除去することによって、山形形状を有
する内部電流狭窄層が容易に形成される。
サのストライプ状の凸部の両側の下地上に電流狭窄層形
成用の第二導電型のAj2 G a A s層を形成す
る。その後、GaAsから成る凸部をメルトバックを用
い所定の深さまで除去することによって、山形形状を有
する内部電流狭窄層が容易に形成される。
さらに、逆メサ形状の凸部をメルトバックして得た領域
は、この領域を含む下地上への結晶成長が進むにつれて
、そのまま電流注入領域及び発振領域になる。従って、
凸部形成後は、キャップ層形成が終了するまで、マスク
合わせ等が不要になる。
は、この領域を含む下地上への結晶成長が進むにつれて
、そのまま電流注入領域及び発振領域になる。従って、
凸部形成後は、キャップ層形成が終了するまで、マスク
合わせ等が不要になる。
又、電流狭窄層用半導体層の形成、メルトバック、ダブ
ルヘテロ接合用半導体層の形成及びキャップ層用半導体
層の形成は、−回のLPE成長工程中で行なわれる。
ルヘテロ接合用半導体層の形成及びキャップ層用半導体
層の形成は、−回のLPE成長工程中で行なわれる。
(実施例)
以下、図面を参照して、この発明の半導体レーザ素子及
びその製造方法の一実施例につき説明する。尚、これら
図はこの発明が理解できる程度に概略的に示しであるに
すぎず、各構成成分の寸法、形状及び配置関係は図示例
に限定されるものではない。
びその製造方法の一実施例につき説明する。尚、これら
図はこの発明が理解できる程度に概略的に示しであるに
すぎず、各構成成分の寸法、形状及び配置関係は図示例
に限定されるものではない。
半一 レーザ; の才゛生
第1図は、この出願の第一発明に係る半導体レーザ素子
の構造の一例を概略的に示す断面図であり、この半導体
レーザの共振器と直交する断面(発光端面に平行な面)
を示したものである。
の構造の一例を概略的に示す断面図であり、この半導体
レーザの共振器と直交する断面(発光端面に平行な面)
を示したものである。
尚、図面が複雑化するのを回避するため、断面を示すハ
ツチングを一部省略しである。
ツチングを一部省略しである。
又、以下の実施例を第一導電型をp型とし、第二導電型
をn型とした例で説明するが、互いが逆の導電型であっ
ても勿論良い。又、この発明で云う下地とは、GaAs
基板そのものでも、或いはGaAs基板とバッファ層と
で構成したものであっても良い。
をn型とした例で説明するが、互いが逆の導電型であっ
ても勿論良い。又、この発明で云う下地とは、GaAs
基板そのものでも、或いはGaAs基板とバッファ層と
で構成したものであっても良い。
31はp型GaAs下地を示す。このp型GaAs下地
31上には、活性層への電流注入領域33を規制するn
型11z Ga、−2As内部電流狭窄層35を具える
。さらに、この電流狭窄層35上側には、ρ型入f)、
y G a + −y As下側クラッド層37、ρ
型AjZ、Ga、−XAs活性層39及びn型1゜Ga
p−、As上側クラッド層4Iで形成したダブルヘテロ
接合を具える。この上側クラッド層41上にn型GaA
sキャップ層43を具える。又、p型GaAs下地31
の下側には第一電極としてのp側オーミック電極45を
具え、キャップ層43の上側には第二電極としてのn側
オーミック電極47を具える。
31上には、活性層への電流注入領域33を規制するn
型11z Ga、−2As内部電流狭窄層35を具える
。さらに、この電流狭窄層35上側には、ρ型入f)、
y G a + −y As下側クラッド層37、ρ
型AjZ、Ga、−XAs活性層39及びn型1゜Ga
p−、As上側クラッド層4Iで形成したダブルヘテロ
接合を具える。この上側クラッド層41上にn型GaA
sキャップ層43を具える。又、p型GaAs下地31
の下側には第一電極としてのp側オーミック電極45を
具え、キャップ層43の上側には第二電極としてのn側
オーミック電極47を具える。
尚、上述の内部電流狭窄層35は、これの、半導体レー
ザ素子の発光端面と平行な断面における形状が、この層
35の厚みが電流注入領域33側から離れるに従って漸
次に連続的に活性層39側に増大して最大厚となりその
後は一定の厚みにまで減少する山形形状となっている。
ザ素子の発光端面と平行な断面における形状が、この層
35の厚みが電流注入領域33側から離れるに従って漸
次に連続的に活性層39側に増大して最大厚となりその
後は一定の厚みにまで減少する山形形状となっている。
又、山形形状の二つの頂部間(第1図中、Woで示す領
域)に亘る活性層部分は均一の厚み(7f11図中、d
で示す寸法)てかつ平坦なものになっている。
域)に亘る活性層部分は均一の厚み(7f11図中、d
で示す寸法)てかつ平坦なものになっている。
ジ体し−ザ素 の製造 ン
次に、第2図(A)〜(D)を参照して、上述したよう
な半導体レーザ素子を製造するための方法の一実hh例
につき説明する。尚、第2図(A)〜(D)は製造進度
に応じて変化する半導体レーザを示す断面図である。こ
れら図は、第1図と同様、断面を示すハツチングを一部
省略して示しである。又、以下に述べる製造方法は単な
る一例にすぎず、数値的条件や使用薬品等はこの実施例
に限定されるものでないこと明らかである。
な半導体レーザ素子を製造するための方法の一実hh例
につき説明する。尚、第2図(A)〜(D)は製造進度
に応じて変化する半導体レーザを示す断面図である。こ
れら図は、第1図と同様、断面を示すハツチングを一部
省略して示しである。又、以下に述べる製造方法は単な
る一例にすぎず、数値的条件や使用薬品等はこの実施例
に限定されるものでないこと明らかである。
p型GaAs下地31の(100)表面に、フォトソン
グラフィ技術を用いて、ストライプ方向が<011>方
向になるようにストライプ状に下地の一部を覆うエツチ
ングマスクを形成する。次に、このp型GaAs下地3
1の、マスクで覆われていない領域を硫酸−過酸化水素
水系のエツチング液によって除去して、ストライプ方向
と直交する断面が逆メサ形状の凸部31aを有するウェ
ハを得る(第2図(A))。この実施例の場合、エツチ
ング後の凸部の頂上部分の幅W。、エツチング深さく凸
部の高さ)hをそれぞれW。=2〜6μm、h=1〜3
μmの範囲の値とした。尚、これらの値は、WOについ
ては横シングルモードが得られるよう、又、hについて
は製造条件を考慮して、変更することが出来る。
グラフィ技術を用いて、ストライプ方向が<011>方
向になるようにストライプ状に下地の一部を覆うエツチ
ングマスクを形成する。次に、このp型GaAs下地3
1の、マスクで覆われていない領域を硫酸−過酸化水素
水系のエツチング液によって除去して、ストライプ方向
と直交する断面が逆メサ形状の凸部31aを有するウェ
ハを得る(第2図(A))。この実施例の場合、エツチ
ング後の凸部の頂上部分の幅W。、エツチング深さく凸
部の高さ)hをそれぞれW。=2〜6μm、h=1〜3
μmの範囲の値とした。尚、これらの値は、WOについ
ては横シングルモードが得られるよう、又、hについて
は製造条件を考慮して、変更することが出来る。
次に、この凸部31 aを有する下地31上に一回の液
相エピタキシャル結晶成長(LPEと略称することもあ
る。)工程で、第2図(B)〜(D)を用いて説明する
ような半導体層形成及びメルトバックを行なう。
相エピタキシャル結晶成長(LPEと略称することもあ
る。)工程で、第2図(B)〜(D)を用いて説明する
ような半導体層形成及びメルトバックを行なう。
LPEを行なう際、下地がメサ形状を有していて、さら
に、このメサの頂上部分の幅W。が6μm程度と小さい
場合は、LPE成長の異方性によってこのメサの側面で
の結晶成長が促進される。従って、内部電流狭窄層用の
n型AJZzGa、−、As層5】を、このメサ形状の
凸部3]aを有する下地31上に成長させると、凸部3
1.a側面にメルト中の溶質が集中しメサの頂点には結
晶成長しないから、この電流狭窄層用半導体層51の厚
さは凸部から離れるに従い薄くなりある距離離れると一
定になる(第2図(B))。ここで、n型1゜Ga +
−z A s層のA4組成比を、n型ARx G a
+−、As層の成長後に引き続き行なわれるメルトエツ
チングを考慮して、2が約0.2より大きな値好ましく
は0.2≦2≦0.5とする。
に、このメサの頂上部分の幅W。が6μm程度と小さい
場合は、LPE成長の異方性によってこのメサの側面で
の結晶成長が促進される。従って、内部電流狭窄層用の
n型AJZzGa、−、As層5】を、このメサ形状の
凸部3]aを有する下地31上に成長させると、凸部3
1.a側面にメルト中の溶質が集中しメサの頂点には結
晶成長しないから、この電流狭窄層用半導体層51の厚
さは凸部から離れるに従い薄くなりある距離離れると一
定になる(第2図(B))。ここで、n型1゜Ga +
−z A s層のA4組成比を、n型ARx G a
+−、As層の成長後に引き続き行なわれるメルトエツ
チングを考慮して、2が約0.2より大きな値好ましく
は0.2≦2≦0.5とする。
次に、メルトバックによって凸部31aを頂上部から所
定の量だけ除去する。
定の量だけ除去する。
結晶成長温度において、溶質Asが溶媒Ga中で未飽和
状態にあるメルトを第2図(B)に示すようなウェハに
接触させると、この接触部のGaAsがメルト中に溶は
出しGaAsがエツチングされる。この際、GaAsと
llGaAsとではメルトによってエツチングされる速
度が大きく異なり(通常2桁程度異なる。)、GaAs
のエツチング速度は非常に速い。従って、数秒間程度の
時間でメルトエツチングを行なうと、GaAsが選択的
にエツチングされるから、第2図(B)に示すようなウ
ェハにおいては凸部31aのGaAsのみかエツチング
されて、内部電流狭窄層35を得ることが出来る(第2
図(C))。尚、このメルトバックによるエツチング深
さく第2図(C)中、hlで示す寸法。)は、凸部31
aの高さhと比較した場合h I<hの関係を満足する
と共に、活性層39で生じた光を充分に閉じ込められる
厚みとする。この関係は、例えば0.5μm<h、<h
とすることができ、エツチング深さhlの許容度は非常
にゆるやかなものと云える。
状態にあるメルトを第2図(B)に示すようなウェハに
接触させると、この接触部のGaAsがメルト中に溶は
出しGaAsがエツチングされる。この際、GaAsと
llGaAsとではメルトによってエツチングされる速
度が大きく異なり(通常2桁程度異なる。)、GaAs
のエツチング速度は非常に速い。従って、数秒間程度の
時間でメルトエツチングを行なうと、GaAsが選択的
にエツチングされるから、第2図(B)に示すようなウ
ェハにおいては凸部31aのGaAsのみかエツチング
されて、内部電流狭窄層35を得ることが出来る(第2
図(C))。尚、このメルトバックによるエツチング深
さく第2図(C)中、hlで示す寸法。)は、凸部31
aの高さhと比較した場合h I<hの関係を満足する
と共に、活性層39で生じた光を充分に閉じ込められる
厚みとする。この関係は、例えば0.5μm<h、<h
とすることができ、エツチング深さhlの許容度は非常
にゆるやかなものと云える。
続いて、ダブルヘテロ接合及びキャップ層の形成を行な
う。これらは、内部電流狭窄層35の形成 パのため
のLPEと同一工程で行なうことは既に述べた通りであ
る。
う。これらは、内部電流狭窄層35の形成 パのため
のLPEと同一工程で行なうことは既に述べた通りであ
る。
先ず、内部電流狭窄層35を含む下地31上にp型Af
t、Ga、−、As下側クラッド層37を成長させる。
t、Ga、−、As下側クラッド層37を成長させる。
この際、凸部31aのメルトバックで除去した部分(こ
の部分を溝53と称する。)の側面53aにおける下側
クラッド層用の半導体層の成長速度は、LPE成長の異
方性によって溝53の底面への成長速度より速いため、
この溝53上側(W Oで示す領域)での下側クラッド
層37の部分は平坦なものになる。一方、溝53以外の
領域の下側クラツド層37の部分は内部電流狭窄層35
と同様に成長する。
の部分を溝53と称する。)の側面53aにおける下側
クラッド層用の半導体層の成長速度は、LPE成長の異
方性によって溝53の底面への成長速度より速いため、
この溝53上側(W Oで示す領域)での下側クラッド
層37の部分は平坦なものになる。一方、溝53以外の
領域の下側クラツド層37の部分は内部電流狭窄層35
と同様に成長する。
次に、この下側クラッド層上に、例えばp型AJ2XG
a、−XAs層から成る活性層39、n型AIl、Ga
、−、As上側クラッド層41及びn型GaAsキャッ
プ層43を順次にLPE成長させる。この成長において
、下側クラッド層37がメサ構造になっているため、L
PE成長の異方性によって、メサの側面の結晶成長速度
が速くなるから、下側クラッド層37の平坦部分(W
aで示す領域)上に成長される活性層39の部分の膜厚
(第2図(D)中、dで示す寸法。)を非常に薄くする
ことが出来る。この膜厚dは例えばd=0.06μmに
なる。
a、−XAs層から成る活性層39、n型AIl、Ga
、−、As上側クラッド層41及びn型GaAsキャッ
プ層43を順次にLPE成長させる。この成長において
、下側クラッド層37がメサ構造になっているため、L
PE成長の異方性によって、メサの側面の結晶成長速度
が速くなるから、下側クラッド層37の平坦部分(W
aで示す領域)上に成長される活性層39の部分の膜厚
(第2図(D)中、dで示す寸法。)を非常に薄くする
ことが出来る。この膜厚dは例えばd=0.06μmに
なる。
キャップ層43の形成が終了した後は、従来公知の方法
によって、下地31の下側に第一電極45を、又、キャ
ップ層43の上側に第二電極47をそれぞれ形成して、
第1図に示すこの発明の半導体レーザ素子を得ることが
出来る。
によって、下地31の下側に第一電極45を、又、キャ
ップ層43の上側に第二電極47をそれぞれ形成して、
第1図に示すこの発明の半導体レーザ素子を得ることが
出来る。
尚、上述の実施例において、活性層39のAJZ組成X
は、半導体レーザ素子の発振波長に応じて適正な値にす
る。又、上側及び下側クラッド層37゜41の1組成y
は、活性層39にキャリアと光とを閉じ込めるために、
おおよそx+0.2≦yの関係にする。
は、半導体レーザ素子の発振波長に応じて適正な値にす
る。又、上側及び下側クラッド層37゜41の1組成y
は、活性層39にキャリアと光とを閉じ込めるために、
おおよそx+0.2≦yの関係にする。
又、活性層39をGaAs層を以って構成しても良い。
さらに、活性層をAfl、GaAs、GaAsいずれで
構成した場合であっても、その導電型はp型、n型いず
れのものでも良い。
構成した場合であっても、その導電型はp型、n型いず
れのものでも良い。
(発明の効果)
上述した説明からも明らかなように、この発明の半導体
レーザ素子の構造は、電流狭窄層用半導体層の形成、メ
ルトバック、ダブルヘテロ接合用半導体層の形成及びキ
ャップ層用半導体層の形成を、−回のLPE成長工程で
行ない得る。従って、二回のLPEを行なうがため生じ
ていた素子特性の悪化と工数の増加という問題点を解決
することが出来る。
レーザ素子の構造は、電流狭窄層用半導体層の形成、メ
ルトバック、ダブルヘテロ接合用半導体層の形成及びキ
ャップ層用半導体層の形成を、−回のLPE成長工程で
行ない得る。従って、二回のLPEを行なうがため生じ
ていた素子特性の悪化と工数の増加という問題点を解決
することが出来る。
又、逆メサ形状の凸部をメルトバックするだけで内部電
流狭窄層を形成することが出来ると共に、メルトバック
によって得た領域は、この領域を含む下地上への結晶成
長が進むにつれて、そのまま電流注入領域及び発振領域
になる。従って、従来のような内部電流狭窄層形成のた
めのフォトリソグラフィ工程やエツチング工程が全く不
要になる。従って、構造の位置ずれの発生を完全に除去
することが出来、よって、位置ずれに起因する素子特性
の悪化を防止することが出来る。
流狭窄層を形成することが出来ると共に、メルトバック
によって得た領域は、この領域を含む下地上への結晶成
長が進むにつれて、そのまま電流注入領域及び発振領域
になる。従って、従来のような内部電流狭窄層形成のた
めのフォトリソグラフィ工程やエツチング工程が全く不
要になる。従って、構造の位置ずれの発生を完全に除去
することが出来、よって、位置ずれに起因する素子特性
の悪化を防止することが出来る。
又、上述した実施例の説明からも明らかなように、この
発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、通常行な
われているようなLPE成長条件と、メルトバック条件
とを用いて、均一な膜厚でかつ薄い平坦な活性層が得ら
れる。従って、LPE成長及びメルトバックにおける飽
和度制御が容易である。
発明の半導体レーザ素子の製造方法によれば、通常行な
われているようなLPE成長条件と、メルトバック条件
とを用いて、均一な膜厚でかつ薄い平坦な活性層が得ら
れる。従って、LPE成長及びメルトバックにおける飽
和度制御が容易である。
これがため、生産性及び特性共に優れた高出力半導体レ
ーザ素子を提供することが出来る。さらに、生産性及び
特性共に優れた高出力半導体レーザ素子を再現性良く製
造することが出来る製造方法を提供することが出来る。
ーザ素子を提供することが出来る。さらに、生産性及び
特性共に優れた高出力半導体レーザ素子を再現性良く製
造することが出来る製造方法を提供することが出来る。
第1図は、この発明の半導体レーザ素子の実施例を示す
断面図、 第2図(A)〜(D)は、この発明の半導体レーザ素子
の製造方法の実施例を示す製造工程図、 第3図は、従来の半導体レーザ素子の一例を示す断面図
、 第4図(A)〜(D)は、第3図に示した従来の半導体
レーザ素子の製造方法を示す製造工程図である。 31・・・第一導電型のGaAs下地 33−・・電流注入領域 35−・・第二導電型Au、Ga、−、As内部電流狭
窄層 37−・・第一導電型/ll、Ga、−、As下側クラ
ッド層 39−・・活性層(へ1XGa+−XAs層)41・・
・第二導電型11.Ga、−、As上側クラッド層 43・・・キャップ層 45・・・第一電極(p側オーミック電極)47−・・
第二電極(n側オーミック電極)51・・・内部電流狭
窄層用A立2 G a +−2A 5層53−・・溝、
53a・・・溝側面。 特許出願人 沖電気工業株式会社 3f′冨−瀉4E型の&&Aj下り也 j3 豪;FL>笠へ禰2或 35: ’1:z4t”JAJ、zCrat−zAs内
’is賓iiq層37 )ら−勾し?智仁’JA又y
(rat−yAs T”イμリク フッ ト−2tJ
L 名’/j−)qtcAlx(rat−xAJ)41
第1痺を型AJ、yltat−yAs rjll’
lクラッド乃43:代ヤッ71 45・ セg −tモ弛 (1p4貝り オーミック
/lj否ど)47: 第−ah (yui1才−ミ、7
’TJi4り牛4#レーr幸71ネT断面記 第1図 5f’内令p電じ’jLStq/IltmAJ!z(r
ar−zハ5屑5J 准 5j改 溝儂1動 啜l二牲記 第2図 嘔11:、才り圓 第2図 従来の牛4A+レー寸゛禾千(斤〜j断1旧第3図
断面図、 第2図(A)〜(D)は、この発明の半導体レーザ素子
の製造方法の実施例を示す製造工程図、 第3図は、従来の半導体レーザ素子の一例を示す断面図
、 第4図(A)〜(D)は、第3図に示した従来の半導体
レーザ素子の製造方法を示す製造工程図である。 31・・・第一導電型のGaAs下地 33−・・電流注入領域 35−・・第二導電型Au、Ga、−、As内部電流狭
窄層 37−・・第一導電型/ll、Ga、−、As下側クラ
ッド層 39−・・活性層(へ1XGa+−XAs層)41・・
・第二導電型11.Ga、−、As上側クラッド層 43・・・キャップ層 45・・・第一電極(p側オーミック電極)47−・・
第二電極(n側オーミック電極)51・・・内部電流狭
窄層用A立2 G a +−2A 5層53−・・溝、
53a・・・溝側面。 特許出願人 沖電気工業株式会社 3f′冨−瀉4E型の&&Aj下り也 j3 豪;FL>笠へ禰2或 35: ’1:z4t”JAJ、zCrat−zAs内
’is賓iiq層37 )ら−勾し?智仁’JA又y
(rat−yAs T”イμリク フッ ト−2tJ
L 名’/j−)qtcAlx(rat−xAJ)41
第1痺を型AJ、yltat−yAs rjll’
lクラッド乃43:代ヤッ71 45・ セg −tモ弛 (1p4貝り オーミック
/lj否ど)47: 第−ah (yui1才−ミ、7
’TJi4り牛4#レーr幸71ネT断面記 第1図 5f’内令p電じ’jLStq/IltmAJ!z(r
ar−zハ5屑5J 准 5j改 溝儂1動 啜l二牲記 第2図 嘔11:、才り圓 第2図 従来の牛4A+レー寸゛禾千(斤〜j断1旧第3図
Claims (2)
- (1)第一導電型のGaAs下地上に第二導電型のAl
GaAs内部電流狭窄層と、第一導電型のAlGaAs
下側クラッド層、GaAs又はAlGaAs活性層及び
第二導電型のAlGaAs上側クラッド層で形成したダ
ブルヘテロ接合とを具え、 前記内部電流狭窄層の発光端面と平行な断面における形
状をその厚みが電流注入領域側から離れるに従って漸次
に連続的に活性層側に増大して最大厚となりその後は一
定の厚みにまで減少する山形形状とし、 前記山形形状の二つの頂部間に亘る活性層部分を均一の
厚みで平坦として成ること を特徴とする半導体レーザ素子。 - (2)第一導電型のGaAs下地に逆メサ構造の凸部を
ストライプ状に形成する工程と、 前記凸部の両側の下地面上に第二導電型のAlGaAs
層を成長させた後、メルトバックによって前記凸部を除
去し、その後、前記第二導電型のAlGaAs層を含む
下地上に第一導電型のAlGaAs下側クラッド層、G
aAs又はAlGaAs活性層、第二導電型のAlGa
As上側クラッド層及び第二導電型のGaAsキャップ
層を順次に成長させる一回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素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27271486A JPS63126290A (ja) | 1986-11-15 | 1986-11-15 | 半導体レ−ザ素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27271486A JPS63126290A (ja) | 1986-11-15 | 1986-11-15 | 半導体レ−ザ素子及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63126290A true JPS63126290A (ja) | 1988-05-30 |
Family
ID=17517762
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27271486A Pending JPS63126290A (ja) | 1986-11-15 | 1986-11-15 | 半導体レ−ザ素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63126290A (ja) |
-
1986
- 1986-11-15 JP JP27271486A patent/JPS63126290A/ja active Pending
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