JPS63193585A - 半導体レ−ザおよびその製造方法 - Google Patents

半導体レ−ザおよびその製造方法

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JPS63193585A JP2487187A JP2487187A JPS63193585A JP S63193585 A JPS63193585 A JP S63193585A JP 2487187 A JP2487187 A JP 2487187A JP 2487187 A JP2487187 A JP 2487187A JP S63193585 A JPS63193585 A JP S63193585A
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は半導体レーザおよびその製造方法に係り、特に
効率の良い半導体レーザと、その簡略化された製造方法
に関する。
[従来技術] 半導体レーザは、小型で取り扱いが容易であるなどの特
徴を有することから、レーザビームプリンタ、光磁気記
録、光通信等に広く応用されている。
第7図(A)は、従来の半導体レーザの概略的構成図、
第7図(B)は、その屈折率の分布を示すグラフである
同図において、n−GaAsの基板1上に、厚さ0.5
pm程度のn−GaAsのバッファ層2を形成し、さら
に厚さ1.5.u、mのn−Alx Gay As (
x =0.3.y=0.7)のクラッド層3を形成する
次に、厚さ0.1gmのノンドープGaAsの活性層4
、厚さ1 、5 JLmノp−Alx Gay As 
(x=0.3.y=0.7)のクラッド層5、さらに厚
さ0.5pmのp−GaAsのコンタクト層6、最後に
Au−Geの電極7およびAu−3nの電極8を形成す
る。
このような構成を有する半導体レーザに電圧を印加する
と、電極7より注入された電流が電極8に到達するまで
に、矢印9に示すように広がってしまう、たとえば、電
極7が5gm程度とすると、電流は矢印9のように4〜
5倍に広がり、発振に必要とされる電流も大きくなる(
150〜200mA程度)。
さらに、この従来例では、同図(B)に示すように、活
性層の屈折率nが3.65程度、クラッド層の屈折率n
が3.4程度であるために、縦方向にはクラッド層2お
よび5によって光の閉じ込めができるが、横方向の光の
閉じ込めができない。
このために光の広がりが大きくなり、微分量子効果の低
下等を招来するという問題点を有していた。
この問題点を解消するために、次に示すようなレーザ構
造が提案されている。
第8図および第9図は、各々半導体レーザの従来例の概
略的構成図である。
第8図において、n型基板11上にnバッファ層12、
nクラッド層13、ノンドープ活性層14、Pクラッド
層15が形成され、さらに部分的に開口されたn−Ga
Asの電流ブロー、り層16、pクラッド層17、pコ
ンタクト層18および電極19.20が形成されている
このような構成において、電圧を印加すると、電極19
から電極20へ電流が流れる。その際、電流ブロック層
16の部分は電流が流れにくいために、電流は矢印22
のように電流ブロック層16の開口部に集中する。
さらに、活性層14からの光のしみ出しを考慮して、電
流ブロック層16と活性層14との距離21を電流ブロ
ック層16での光の吸収を生ずる距離に設定すると、電
流ブロック層16の開口部のみに発光部が制限される。
これによって低いしきい値(代表的には30〜40 m
A)でレーザ発振を生じさせることができる。
上記レーザ構造の具体的数値としては、距離21が0.
4pm、電流ブロック層16の厚さおよびキャリア濃度
が各々0.6gmおよび6×1018cm−3,Pクラ
ッド層15および17のキャリア濃度がI X I 0
18cm−3である。また電流ブロック層16の開口部
は3ルm幅である。
第9図に示す半導体レーザでは、段差を設けたn基板3
1上に、nバッファ層32、クラッド層33、ノンドー
プ活性層34、pクラッド層35および36、開口部を
有するn−GaAsの電流ブロック層41、コンタクト
層37および電極40.38が形成されている。
この従来例においても、電流は電流ブロック層41の開
口部に集中しく矢印39)、また段差によって横方向に
も屈折率の差があるために、光は段差部に閉じ込められ
、高い効率を達成することができる。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上記従来の半導体レーザでは、電流ブロ
ック層(16,41)を製造するために、まずn−Ga
As層を全面に形成した後で、開口部を化学エツチング
等により形成する必要がある。
このために、エツチングによって欠陥が発生し、あるい
は堆植室の外に取り出す際のゴミ等の付着によって欠陥
が発生する可能性がある。
更に、活性層(14,34)の近傍に電流ブロック層(
16,41)を設けるために、上記エツチングを精度良
く制御することが必要となる。特に、第9図に示すレー
ザでは、傾斜を有しているために、エツチングの制御が
困難になっている。
第8図に示すレーザは、層16により電流のブロックと
屈折率変化を与え1発光部の制御を図っている。ところ
が、電流ブロック層16を形成するためには2回成長を
行う必要があり、工程が複雑となり、ゴミ等のため欠陥
の導入等の問題を生ずる。
このように、従来の半導体レーザでは、電流の狭窄およ
び光の閉じ込めを達成しようとすると、製造が複雑かつ
困難となり、製造歩留りが低下し、信頼性も不十分にな
るという問題点を有していた。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、上記従来の問題点を解決しようとするもので
あり、その目的は、電流狭窄および光の閉じ込めに優れ
、かつ信頼性の高い半導体レーザを容易に製造できる半
導体レーザの製造方法を提供することにある。
本発明による半導体レーザは、 一導電型化合物半導体の第1光閉じ込め層、化合物半導
体の活性層および反対導電型化合物半導体の第2光閉じ
込め層が積層形成されており、かつ、第2光閉じ込め層
を堆積する堆積面は凸部を有し、第2光閉じ込め層にお
ける前記凸部の傾斜面上の部分のみが一導電型化合物半
導体で形成されていることを特徴とする。
本発明による半導体レーザの製造方法は、一導電型化合
物半導体基板上に、一導電型化合物半導体の第1光閉じ
込め層、化合物半導体の活性層および反対導電型化合物
半導体の第2光閉じ込め層が積層形成されてなる半導体
レーザの製造方法において、 前記第2光閉じ込め層が形成される堆積面に、格子方向
指数で示す(110>軸にほぼ平行でかつミラー指数で
示す(ooi)面となす角度がほぼ20’以上である傾
斜面と、前記(001)面となす角度がほぼ20°未満
である面とを形成し、 前記堆積面に、両性不純物をドープした化合物半導体を
成長させて、前記傾斜面に一導電型化合物半導体の領域
を有する前記第2光閉じ込め層を形成する、 ことを特徴とする。
[作用] 本発明による半導体レーザは、上記反対導電型化合物半
導体の第2光閉じ込め層が凸部の傾斜面上の部分のみ一
導電型化合物半導体で形成されていることで、この一導
電型化合物半導体の部分が電流狭窄領域となって凸部頂
上部の活性層を孤立させ、高効率を達成でき、また良好
な光閉じ込めを行うことができる。
本発明による半導体レーザの製造方法は、上記堆積面に
、両性不純物をドープした化合物半導体を成長させるこ
とで、第2光閉じ込め層と電流狭窄領域となる一導電型
化合物半導体とを同時に形成することができるために、
工程数が少ない簡易な製法であり、したがって製造歩留
りおよび信頼性を向上させることができる。
[実施例] 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明
する。
第1図は、本発明による半導体レーザの第1実施例の概
略的構成図である。
同図において、後述するりッジ51aを形成したp−G
aAs基板51上に、p型バフ 77層52、p型りラ
ッド層53およびノンドープ活性層54が形成されてい
る。そして、その上にn型クラッド層55およびコンタ
クト層56を形成する際、同時に傾斜部がp領域60と
なる。続いて、リッジの頂上部の除いて絶縁層57が形
成され、さらに電極58および59を形成して半導体レ
ーザが構成される。
このような半導体レーザでは、電極58および59間に
電圧を印加するとp領域60によって電流が狭窄され、
矢印63のようにリッジ51の頂上部と電極58間に電
流が集中する。したがって、しきい値電流が低く、また
活性層54がリッジ部の上部で孤立するために、光の閉
じ込めが良好となり高効率となる。
次に、半導体レーザの製造方法について説明する。
第2図(A)および(B)は、本実施例で使用される半
導体形成方法の原理説明図である。
通常、GaAs基板上にSiをドープしたGaAs等の
半導体を成長させると、n型の半導体層が形成される。
しかし、これはAsが安定な面、つまりAs面と呼ばれ
ている面での話である。したがって、通常は、このAs
面のみを利用して半導体素子を作製している。
ところが、GaAsのようなm−V族の化合物半導体に
対して、Siのような■族は両性不純物となる。つまり
、SiがGaサイトに入ればn型、Asサイトに入れば
p型となる。したがって、SiがAsサイトに入るよう
な面を作れば、SiをドープしたGaAsを用いてもp
型半導体層を成長させることができる。以下、このよう
な面をGa面という。
GaAs基板51(7)(001)面はAs面であるが
、第2図(A)に示すように、この面に対して(110
)軸にほぼ平行に角度0をなす傾斜面を有するリッジ5
1aを形成すると、θがほぼ20°以上であれば傾斜面
にはGa面が露出する。したがって、第2図(B)に示
すように、角度θがほぼ20°以上になると、この傾斜
面にはp型半導体層が成長する。
すなわち、同一基板上に(001)面となる角度が20
’以上の面と、20°未満の面とを形成することによっ
て、−回の成長で各面上にp型およびn型の半導体層を
形成することができる。
なお、この方法では、例えば、 基板温度は400〜800℃程度、 GaAs(7)成長速度は0.5〜5Bm/h、フラッ
クス比J (A S4 ) /J (G a)はlO以
下で、特に5以下が望ましい。
また、GaAsおよびAlGaAsの両性不純物として
はSiの他にGe、Snが挙げられ、同様な効果を有す
る。ただし、成長条件が多少異なる。
また、この様な効果を利用できる材料としては、InG
aAs、InAlGaP等があり、これらの材料に両性
不純物をドープすることにより、同様な効果を得られる
。ドープ材としては、■族元素であり、同様にSi、G
e、Sn、Pbを利用すれば同様の効果を得られる。
本発明は、この方法を利用して半導体層の導電型を制御
し、半導体レーザを簡単な工程で製造しようとするもの
である。
まず、基板51は、(001)面を有したp−GaAs
基板に、(110)軸にそった方向でリッジ51aを形
成したものである。本実施例では、リッジの幅を頂上部
で3 gm、段差を1.5gmとしている。これらの数
値は任意である。また、傾斜面は(001)面に対して
40°傾斜している。
リッジ51aの形成は通常のホトリソグラフィによる。
まずレジストを形成し、硫酸系エッチャントでエツチン
グすると、基板は断面が扇形にエツチングされる。続い
て、レジストを剥離してエツチングすることで、断面形
状が台形のりッジ51aが形成される。
なお、リッジ51aの高さを2〜3gm程度に高くし、
さらに基板温度を低く、Asのフラックスを小さくすれ
ば、リッジの傾斜面の角度を維持することができる。
次に、 p−GaAs基板51上に、Beをドープした
GaAsのバッファ層52を厚さ0.5gm形成し、更
に、BeドープのAlx Gay AS(x=0 、3
 、 y=0.7、以下同じ。)のクラッド層53を厚
さ1.5#Lm、/ンドーブGaAsの活性層54を厚
さ0・1用m形成する。
次に、SiドープのAI! Gay Asをクラッド層
55として1.5pm形成し、さらにコンタクト層56
として形成する。
すでに述べたように、Siは両性不純物であり、(00
1)面に対する角度θがほぼ20°以上になるとp型の
AI! Gay Asが成長する。したがって、クラッ
ド層55およびコンタクト層56を形成する際、基板5
1のリッジ部51aの傾斜面上の部分にはp型Al! 
Gay As領域60が形成され、その他の部分はn型
AIX Gay Asとなる。
次に、’ Si3 N 4の絶縁層57を厚さ5000
人形成した後、通常のホトリソグラフィによってリッジ
頂上部のみを除去する。そして、最後にAu−3nの電
極58およびAu−Znの電極59を蒸着により形成す
る。
第3図は、本発明による半導体レーザの第2実施例の概
略的構成図である。なお、第1実施例と同一部分には同
一番号を付しである。
本実施例では、上述したようにSiドープのAlxGa
yAsを成長させることによって、P型Alx Gay
As領域60を有するクラッド層55を形成し、その上
にリッジ頂上部を除いて絶縁層71を形成する。続いて
、頂上部にコンタクト層72を形成し、最後に電極73
および59を形成する。
このようにコンタクト層が頂上部のみに形成されている
ために、コンタクト層を通しての横方向電流がなくなり
、電流を更に集中させ効率を向上させることができる。
第4図は、本発明による半導体レーザの第3実施例の概
略的構成図である。
本実施例では、第1実施例の構成を有する半導体レーザ
L1 、L2 、L3 ・・・を同一基板51上に複数
個配列している。また、各レーザの電極58は、分離溝
64によって電気的に分離されているために、各レーザ
を独立駆動させることができる。
第10図は、本発明による半導体レーザの第4実施例の
概略的構成図である。
上記各実施例と異なるところは、第2光閉じ込め層が活
性層の下部に形成されていることである。
120はn型GaAs基板である。この上にバッファ層
121としてSiドープGaAsを0.5ルm成長させ
、続いてSiドープAlxGayAs (x=0.5.
y=0.5)c7)層122を1.5pm形成すると、
上述したように、傾斜面のみp型となる。これが領域1
31である。
さらに、活性層123を形成する。本実施例では、Ga
ASとA 1xGayAs (x=0.3 。
y=o、’;r)の多層膜(GaAsは60人で5層、
ALGaAsは100人で4層)により形成されている
活性層123上に、BeドープAIxGayAs (x
=0 、5 、 y=0 、5)の第1光閉じ込め層1
24を形成し、更にBeドープGaAsの電極用コンタ
クト層125を形成する。
なお、このままでは第1および第2実施例に比較して電
流の閉じ込めが十分ではないために、電流の広がりを防
ぐために、p−AlGaAs層124およびp−GaA
s層125を132に示すようにエツチングによって除
去する。ただし、活性層123まで達しない方がレーザ
としての特性は良好になる傾向にある。また、p−Al
GaAsの層124の残された層133は、厚さ0.1
〜IJLm程度が望ましい。
さらに、エツチング部132の位置も重要である。基板
120の台形凸部のすそ135とエツチング部132の
位置をなるべく一致させるが、その距$134を小さく
することを望ましい。勿論、エツチング部132の位置
がすそ135を過ぎて、リッジ上部に近づく程良いわけ
である。
こうしてエツチングされずに残された部分の上に、Si
3N4層126を形成し、その頂上部128を除去した
後、電極127を形成する。また、電極130も形成す
る。
このような構造のレーザの電極127および130間に
電圧を印加すると、電流が矢印129の方向に流れ、中
央部に集中して発振する。p領域131により狭窄効果
を有するからである。また、活性層123も台形上部と
傾斜面で折れ曲がっているために、屈折率差を有し、光
も中央部に閉じ込められる。
工程数は、第1および第2実施例に比べて増加するが、
傾斜面にp領域が形成される効果により、光および電流
の閉じ込めが良好な半導体レーザを得ることができた。
なお、本実施例における台形形状は、台形の上部が5p
m、高さが34mであった。レーザを作製する場合、基
板の台形形状は、上部が6gm以下の幅で、高さが3g
m以下であることが望ましい、また、第3実施例におけ
る台形間のピッチは任意である。
リッジを形成する方向は(110)にほぼ平行と表現し
ているが、「はぼ」とは−30’〜+30°の範囲を含
む意味である。さらに望ましくは一10’〜+10°で
ある。
また、基板も(001)面に完全に一致している必要は
なく、(001)面から(111)方向に最大10°傾
いていても良い。
また、本発明におけるリッジの斜面が(001)面とな
る傾斜角度を40°としたが、本発明の適用範囲は最大
70°程度である。ただし、真空蒸着法を用いた場合に
は、角度が大きいと傾斜面に成長しない可能性がある。
本実施例で使用したウェットエツチングでは、(111
)面が形成され、ドライエツチングでも斜面が形成でき
る0本発明の効果を有効に利用するためには、傾斜角度
は20〜60°が望ましい。
(比較例1) 第5図は、BMQWレーザ(Buried multi
quantug well 1asers )の概略的
構成図である。BMQWレーザの報告例には、Appl
、 Ph7s、 Lett、45(+)、I July
 1984がある。
同図において、82はp−GaAs基板、83はp−A
I !l Ga yI A11(!1 弓、35. y
l =0.65 、以下同じ、)のバー/ 77層、8
4はP−AlX Gay Asのクラッド層、85はZ
nの拡散によって無秩序化された領域、86はZn拡散
領域、87はSiO2の電流ブロック層、88はAuG
eN 1−Auの電極、81は0r−Auの電極、89
はZnの拡散していないn−Al XI Ga yI 
Asの上部クラッド層、90はn−GaAsのコンタク
ト層、91は多重量子井戸型活性層である。
このレーザの特徴は、Zn拡散により多重量子井戸活性
層であった領域85が無秩序化されることで、無秩序化
した領域85の組織化が変り、屈折率の変化を生じて光
が活性層91に閉じ込められるところにある。更に、Z
n拡散によって、横方向にpn接合が形成されるために
、電流の集中化という効果も生じる。また、このレーザ
は33mAという低いしきい値電流で発振している。
しかしながら、この比較例では、Zn拡散をした後の加
工を必要とし、製造において制御性等に技術的な問題を
有している。
これに対して、本発明では、クラッド層等の成長と共に
電流狭窄領域が形成され、上記比較例より製造技術の点
で優れたものである。
(比較例2) 第6図は、BHレーザ(Buried−heteros
tructure 1njection 1asers
 )の概略的構成図である。
BHL/−ザの報告例としては、Journal of
 Appliad Physics、 Vol、45.
No、!1.November 1974.4899が
挙げられる。
同図において、102はn−GaAs基板、103は電
流を閉じ込めるためのn−AlGaAs層、104は酸
化膜、101および105は電極、106はp−AlG
aAsのクラッド層、107はGaAsの活性層、10
8はn−A lGaAsの下部クラッド層である。
このレーザの製造方法は、基板102上に、下部クラッ
ド層108、活性層107およびクラッド層106を形
成した後、エツチングにより中心部分だけを残して他を
除去し、電流を閉じ込めるためのn−AlGaAs層1
03を再成長させる、というものである。
このレーザは15mAという非常に低いしきい値電流を
示すが、上述したように製造工程が多く、複雑な製法と
なる。
これに対して、本発明では、傾斜面を形成するだけでク
ラッド層の成長と同時に電流狭窄領域を形成することが
でき、リッジの頂上部に活性層を孤立させることができ
る。したがって、上記比較例に比べて製造工程が大幅に
簡単化され、しかも効率の良いレーザを提供することが
できる。
このように、上記各比較例では、電流の狭窄を達成する
構造を形成するために2回の成長工程又は拡散工程を必
要とするのに対して、本発明によれは1回の成長工程で
効率の高いレーザ構造を形成することができる。
[発明の効果] 以上詳細に説明したように、 本発明による半導体レーザは、上記反対導電型化合物半
導体の第2光閉じ込め層が凸部の傾斜面上の部分のみ一
導電型化合物半導体で形成されているために、この一導
電型化合物半導体の部分が電流狭窄領域となって凸部頂
上部の活性層を孤立させ、高効率を達成でき、また良好
な光閉じ込めを行うことができる。
本発明による半導体レーザの製造方法は、上記堆積面に
、両性不純物をドープした化合物半導体を成長させるこ
とで、第2光閉じ込め層と電流狭窄領域となる一導電型
化合物半導体とを同時に形成することができるために、
工程数が少ない簡易な製法であり、したがって製造歩留
りおよび信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による半導体レーザの第1実施例の概
略的構成図、 第2図(A)および(B)は、本実施例で使用される半
導体形成方法の原理説明図、 第3図は、本発明による半導体レーザの第2実施例の概
略的構成図、 第4図は、本発明による半導体レーザの第3実施例の概
略的構成図、 第5図は、BMQWレーザ(Buried multi
quamtum well 1aserS)の概略的構
成図、第6図は、BHレーザ(Buried−hete
rostructure 1njection 1as
ers )の概略的構成図、第7図(A)は、従来の半
導体レーザの概略的構成図、第7図(B)は、その屈折
率の分布を示すグラフ、 第8図および第9図は、各々半導体レーザの従来例の概
略的構成図、 第10図は、本発明による半導体レーザの第4実施例の
概略的構成図である。 51−−、p型基板(p−GaAs) 52−−−pパー/ 77層(Be−doped)53
−−−pクラッド層(Be−doped)54・・・活
性層(ノンドープ) 55 * @ @ nクラッド層(Si−doped)
56*eanコンタクト層(Si−doped)57・
・・絶縁層 58.59・働・電極 60・・・p領域 代理人  弁理士 山 下 穣 平 第1図 第2図 (A) (Bン 0      20−          e第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図    第9図 第10図 手続?10正書(自発) 昭和62年 9月30日 特許庁長官  小 川 邦 夫  殿 1、 事件の表示 昭和62年特許願第24871号 2、 発明の名称 半導体レーザおよびその製造方法 3、 補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都大田区下丸子3丁目30番2号名称(io
o)キャノン株式会社 4、代理人 明細書の発明の詳細な説明の欄 6、 補正の内容 (1)  明細書第15頁第10行〜第12行の「基板
は断面が扇形にエツチングされる。続いて、レジストを
剥離してエツチングすることで、」を削除する。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一導電型化合物半導体の第1光閉じ込め層、化合
    物半導体の活性層および反対導電型化合物半導体の第2
    光閉じ込め層が積層形成されており、 かつ、第2光閉じ込め層を堆積する堆積面は凸部を有し
    、第2光閉じ込め層における前記凸部の傾斜面上の部分
    のみが一導電型化合物半導体で形成されていることを特
    徴とする半導体レーザ。
  2. (2)上記凸部は、その断面がほぼ上底の短かい台形形
    状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。
  3. (3)上記第2光閉じ込め層が形成される堆積面は、格
    子方向指数で示す〈110〉軸にほぼ平行でかつミラー
    指数で示す(001)面となす角度がほぼ20°以上の
    傾斜面を有し、その他の面は前記(001)面となす角
    度がほぼ20°未満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。
  4. (4)上記第2光閉じ込め層は上記活性層に接して形成
    され、前記活性層はGaAs、AlGaAs、又はGa
    AsおよびAlGaAsがなす積層から成り、第2光閉
    じ込め層は両性不純物をドープしたGaAs又はAlG
    aAsであることを特徴とする特許請求は範囲第3項記
    載の半導体レーザ。
  5. (5)一導電型化合物半導体基板上に、一導電型化合物
    半導体の第2光閉じ込め層、化合物半導体の活性層およ
    び反対導電型化合物半導体の第2光閉じ込め層が積層形
    成されてなる半導体レーザの製造方法において、 前記第2光閉じ込め層が形成される堆積面に、格子方向
    指数で示す〈110〉軸にほぼ平行でかつミラー指数で
    示す(001)面となす角度がほぼ20°以上である傾
    斜面と、前記(001)面となす角度がほぼ20°未満
    である面とを形成し、 前記堆積面に、両性不純物をドープした化合物半導体を
    成長させて、前記傾斜面に一導電型化合物半導体の領域
    を有する前記第2光閉じ込め層を形成する、 ことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
  6. (6)上記堆積面はGaAs又はAlGaAsであり、
    上記両性不純物はSi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の製造方法。
  7. (7)上記基板に凸部を形成し、その上に第1光閉じ込
    め層および活性層を形成することで、該活性層を上記堆
    積面として第2光閉じ込め層を形成することを特徴とす
    る特許請求の範囲第6項記載の半導体レーザの製造方法
  8. (8)上記基板に凸部を形成し、その上に第2光閉じ込
    め層および活性層を形成することで、該活性層を上記堆
    積面として第1光閉じ込め層を形成することを特徴とす
    る特許請求の範囲第6項記載の半導体レーザの製造方法
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