JPS63211788A - 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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JPS63211788A
JPS63211788A JP62045632A JP4563287A JPS63211788A JP S63211788 A JPS63211788 A JP S63211788A JP 62045632 A JP62045632 A JP 62045632A JP 4563287 A JP4563287 A JP 4563287A JP S63211788 A JPS63211788 A JP S63211788A
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layer
current blocking
groove
mask
cladding layer
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JP62045632A
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Etsuji Omura
悦司 大村
Hirobumi Namisaki
浪崎　博文
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/24—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a grooved structure, e.g. V-grooved, crescent active layer in groove, VSIS laser
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    • H01S5/2237—Buried stripe structure with a non-planar active layer

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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〕 この発明は、超高速応答を可能にした半導体レーザおよ
びその製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
長距離、大容量伝送の光通信用光源としてＩｎＧａＡｓ
Ｐ系の埋込み形半導体レーザが一般に用いられている。
第６図は埋込み形半導体レーザの一例の構造を示す断面
図であり、この半導体レーザは、Ｂｕｒｉｅｄ　Ｃｒｅ
ｓｃｅｎｔ　　（以下ＢＣと略す）レーザと呼ばれてい
る。ＢＣレーザについては、ＩＥＥ　　Ｅ　　Ｊｏｕｒ
ｎａｌ　　ｏｆ　　Ｌｉｇｈｔ−ｗａｖｅ　　Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ　　巻ＬＴ−３頁９７８１９８５年に詳し
く述べられているが、ここでは簡単に説明する。
第６図において、１はｐ−ＩｎＰからなる基板、２はｎ
−ＩｎＰからなる第１電流阻止層、３はｐ−ＩｎＰから
なる第２電流阻止層、４はｐ−ＩｎＰからなる第１クラ
ッド層、５は活性層、６はｎ−ＩｎＰからなる第２クラ
ッド層、７はｐ電極、８はｎ電極、９はｐｎ接合領域で
ある。
次に、その製造工程について説明する。
まず、第１回目の結晶成長によって基板１上に第１電流
阻止層２および第２電流阻止層３を順次形成する。
次に、通常用いられる写真製版および化学エツチング法
により矢尻形をした溝を＜０１１＞方向に形成する。エ
ツチングに際しては塩酸がよく用いられる。また、溝巾
は発振横モードを単一基本モードにするため２μｍ以下
になるように設定される。
次に、第２回目の結晶成長により溝内の基板１上に第１
クラッド層４．活性層５を順次形成した後、この活性層
５および第２電流阻止層３上に第２クラッド層６を形成
する。
そして、結晶成長終了後に、基板１側にＡｕＺｎ、Ａｕ
等のｐ電極７．第２クラッド層６側にＡｕＧｅ、Ａｕ等
のｎ電極８を形成することにより第５図に示したような
りＣレーザが完成する。
次に、その動作について説明する。
いま、ｐ電極８が正になるように両電極間にバイアス電
圧を印加すると、活性層５（通常ｐ型となっている）と
第２クラッド層６とで形成されるｐｎ接合は順方向バイ
アスとなり、第１電流阻止層２と第２電流阻止層３によ
って形成されるｐｎ接合領域９は逆バイアスとなる。従
って、チップ内に流れる電流経路は基板１．第１クラッ
ド層４、活性層５および第２クラッド層６とで構成され
る経路に限定され、活性層５の領域以外には流れない。
すなわち、チップ内の電流の大部分が活性層５に集中し
てレーザ発振に寄与することになる。その結果、２０ｍ
Ａ以下という低しきい値電流がＢＣレーザでは実現され
ている。
ここでは、ＢＣレーザのみを説明したが、いわゆる埋め
込み形の低しきい値電流半導体レーザは、このように電
流集中効果を達成するために複数組の逆バイアス接合を
活性層５の両側に内蔵している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記のような従来の半導体レーザは、複数組の逆バイア
ス接合を有するために、素子内部に大きな容量成分を有
することになる。そして、この容量成分が寄生容量とし
て作用するため、ＲＣ時定数が大きくなって半導体レー
ザの周波数応答が数百ＭＨｚ以下に制限されてしまうと
いう問題点があった。
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、低しきい値での発振が可能なうえ、高速で応答す
る半導体レーザおよびその製造方法を得ることを目的と
する。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明の第１の発明に係る半導体レーザは、共振器方
向にストライプ状の溝を形成した半導体基板と、この半
導体基板の溝のない領域上に形成した電流阻止層と、溝
内の半導体基板上に形成した第１クラッド層と、この第
１クラッド層上に形成した活性層と、この活性層上に直
接形成するとともに、電流阻止層上に空隙またはこの空
隙と寄生容量の無視できる電流阻止部材を介して形成し
た第２クラッド層とから構成したものである。
また、この発明の第２の発明に係る半導体レーザは、共
振器方向にストライプ状の溝を形成した第１導電型の半
導体基板と、この半導体基板の溝のない領域上に形成し
た第２導電型の電流阻止層と、溝内の半導体基板上に形
成した第１導電型の第１クラッド層と、この第１クラッ
ド層上に形成した活性層と、この活性層上および電流阻
止層上に絶縁体層を介して形成した第２導電型の第２ク
ラッド層とから構成したものである。
また、この発明の第３の発明に係る半導体レーザの製造
方法は、第１導電型の半導体基板上に電流阻止層１選択
除去可能なマスク層を順次成長させる工程と、マスク層
に共振器方向にストライプ状の窓を形成する工程と、マ
スク層を介して半導体基板までのエツチングを行ってス
トライプ状の溝を形成する工程と、この溝内の半導体基
板上に第１クラッド層、活性層を順次成長させた後、こ
の活性層およびマスク層上に第２クラッド層を成長させ
る工程と、マスク層を除去する工程とを含むものである
。
〔作用〕
この発明の第１の発明おいては、電流が電流阻止層上の
空隙または電流阻止層上の空隙と寄生容量の無視できる
電流阻止部材とによって阻止されて活性層に集中し、寄
生容量がほとんど生じない。
また、この発明の第２の発明においては、電流が絶縁体
層によって阻止されて活性層に集中し、寄生容量がほと
んど生じない。
また、この発明の第３の発明においては、電流阻止層の
エツチングを行うさいにマスクとなるマスク層上および
活性層上に第２クラッド層が成長された後、マスク層が
エツチングによって除去されて、第２クラッド層と電流
阻止層間に空隙が形成される。
〔実施例〕
第１図はこの発明の第１の発明の半導体レーザの一実施
例の構造を示す断面図である。
この図において、第６図と同一符号は同一部分を示し、
６ａ、６ｂはそれぞれ前記第２クラッド層６の電流集中
領域および電流分散領域、１０はｎ−ＩｎＰからなる電
流阻止層、１１は空隙である。
また、第２図（ａ）〜（ｄ）はこの発明の第３の発明の
半導体レーザの製造方法を説明するための図である。
これらの図において、第１図と同一符号は同一部分を示
し、１２はＩｎｅａＡｓＰからなるマスク層、１３はス
トライプ状の窓、１４はストライプ状の溝である。
次に、その製造工程および動作について説明する。
まず、基板１上に電流阻止層１０および選択除去可能な
マスク層１２を順次成長させる。成長厚はそれぞれおよ
そ２μｍ、１μｍとする。
次に、通常用いられている写真製版法によりマスク層１
２上に形成したフォトレジスト（図示されていない）に
幅約２μｍのストライプ状の窓を＜０１１＞方向に形成
したのち、このフォトレジストをマスクとしてマスク層
１２に硫酸、過酸化水素水および水の混合液エッチャン
トあるいは、塩酸、酢酸、過酸化水素水の混合エッチャ
ントによってストライプ状の窓１３を形成する（第２図
（ａ））。
次に、窓あけが終ったマスク層１２をマスクにして、例
えば塩酸によって基板１に達するストライプ状の溝１４
を形成する。塩酸はＩｎＰのみをエツチングしＩｎＧａ
ＡｓＰをほとんどエツチングしないため、このようなＩ
ｎＧａＡｓＰをマスクとしてＩｎＰを選択的にエツチン
グする際のエッチャントとして適している（第２図（ｂ
））。
次に、溝１４内の基板１上に従来と同様な手法により第
２回目の結晶成長を行い、第１クラッド層４．活性層５
を順次成長させた後、活性層５およびマスク層１２上に
第２クラッド層６を成長させる（第２図（Ｃ））。
次に、ＩｎＧａＡｓＰのみをエツチングする硫酸、過酸
化水素水および水の混合液エッチャントあるいは、フェ
ロシアン化カリウム、水酸化カリラムおよび水の混合液
エッチャントで、成長後のウェハの選択エツチングを行
う。この際、エッチャントはウェハの両サイドから浸透
して、ＩｎＧ　ａ　Ａ’ｓ　Ｐからなるマスク層１２の
みをエツチングし、活性層５上の第２クラッド層６まで
エツチングが進行した後、自動的に停止する。このエツ
チングの終了時には活性層５の近くまで空隙１１が形成
されている（第２図（ｄ））。
すなわち、この発明の半導体レーザは、活性層５の極く
近くまで空隙１１を有しており、この空隙１１が当然の
ことながら絶縁層として働くため、基板１．電流阻止層
１０から直接第２クラッド層６の上部の電流分散領域６
ｂへと流れる電流の経路が完全に遮断される。その結果
、電流は活性層５．電流集中領域６ａを介してのみ電流
分散領域６ｂへと流れ、低しきい値化を達成できる。
また、高周波成分に対しても、この空１１１１１１によ
る容量が無視できるほど小さくなりているため、ＲＣ時
定数による変調速度の制限も無視できるようになり、１
０ＧＨｚ以上の高速応答が可能になる。
また、上述した製造方法では、エツチングで除去される
マスク層１２にこのマスク層１２を取り囲んでいる電流
阻止層１０および第２クラッド層６と異なる半導体材料
を用い、活性層５およびマスク層１２上に第２クラッド
層６を形成したのち、マスク層１２の選択エツチングを
行い自動的に選択エツチングを終了させるので、製作工
程に高度な技術が必要でなく、再現性良く空隙１１を形
成することができる。
また、選択エツチングにより、ウェハ１１の両側面から
エツチングを行うため、活性層５上部の第２クラッド層
６の上部の電流分散領域６ｂの横幅を、活性領域にくら
べて充分広くでき、第２クラッド層６上に容易に良好な
オーミック電極を形成できる。
第３図はこの発明の第１の発明の半導体レーザの他の実
施例の構造を示す断面図である。　　−この図において
、第１図と同一符号は同一部分を示し、６Ｃは前記第２
クラッド層６と一体化されたｐ型半導体層である。
上記実施例では、第１回目の結晶成長でマスク層１２ま
で形成したのち、ストライプ状の溝１４をエツチングで
形成したが、この実施例では第１回目の結晶成長でマス
ク層１２上にさらに、例えばｐ−ＩｎＰからなるｐ型半
導体層６ｃを形成しておく点が異なる。
すなわち、この構造では、第２クラッド層６の上部の電
流分散領域６ｂの下部に異る導電型のｐ型半導体層６ｃ
が存在するので、電流分散領域６Ｃと電流阻止層１０と
の間の絶縁を上記実施例に比べてより完全にしている。
また、第１図および第３図に示した半導体レーザは、い
ずれも第１クラッド層４．活性層５および第２クラッド
層６の下部の電流集中領域６ａの細い領域で幅の広い第
２クラッド層６の上部の電流分散領域６ｂを支える構造
となっているため、外力に対して脆弱であることが懸念
される場合には、第４図の実施例に示すように、寄生容
量の無視できる電流阻止部材としてのｐ型半導体層６ｃ
やＳ　ｉ　０２等の絶縁体やポリイミド等の高分子材料
を、電流阻止層１０と第２クラッド層６の電流分散領域
６ｂ間の一部に設けることにより、チップの強化を図る
ことができる。
また、第５図はこの発明の第２の発明の半導体レーザの
一実施例の構造を示す断面図である。
この図において、第１図と同一符号は同一部分を示し、
１５は絶縁体層である。
すなわち、この構造の半導体レーザでは、電流阻止層１
０と第２クラッド層６の上部の電流分散領域６ｂ間の絶
縁を絶縁体層１５で行っており、上記第１の発明と同様
に寄生容量がほとんど生じないため、高速応答が可能に
なる。
この第２の発明における絶縁体層１５の形成方法として
は、第１回目の結晶成長後、電流阻止層１０上に直接形
成する方法と、上記第３の発明によって空隙１１を有す
る素子を形成したのちに、空隙１１に樹脂等を含浸させ
て形成する方法とが考えられる。
なお、上記各実施例ではいずれもＩｎＰ系の半導体レー
ザを例にあげて説明を行ったが、この発明はこれに限定
されることなく、他の材料例えばＧ　ａ　Ａ　ｓ　／　
Ａ　Ｉｔ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ系の半導体レーザにも適用で
きることはあきらかである。
また、導電型をすべて逆にした構造の半導体レーザにも
適用できることはいうまでもない。
〔発明の効果〕
この発明の第１の発明は以上説明したとおり、共振器方
向にストライプ状の溝を形成した半導体基板と、この半
導体基板の溝のない領域上に形成した電流阻止層と、溝
内の半導体基板上に形成した第１クラッド層と、この第
１クラッド層上に形成した活性層と、この活性層上に直
接形成するとともに、電流阻止層上に空隙またはこの空
隙と寄生容量の無視できる電流阻止部材を介して形成し
た第２クラッド層とから構成したので、寄生容量を小さ
くでき、低しきい値で高速応答が可能になるという効果
がある。
また、この発明の第２の発明は、第１の発明の空隙内に
絶縁体層を介在させたので、上記第１の発明の効果に加
え、チップがより強化される効果がある。
また、この発明の第３の発明は、第１導電型の半導体基
板上に電流阻止層１選択除去可能なマスク層を順次成長
させる工程と、マスク層に共振器方向にストライプ状の
窓を形成する工程と、マスク層を介して半導体基板まで
のエツチングを行ってストライプ状の溝を形成する工程
と、この溝内の半導体基板上に第１クラッド層、活性層
を順次成長させた後、この活性層およびマスク層上に第
２クラッド層を成長させる工程と、マスク層を除去する
工程とを含むので、容易な工程で上記第１および第２の
発明の半導体レーザを得ることができるという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の第１の発明の半導体レーザの一実施
例の構造を示す断面図、第２図はこの発明の第３の発明
の半導体レーザの製造方法の一実施例を説明するための
図、第３図、第４図はこの発明の第１の発明の半導体レ
ーザの他の実施例の構造を示す断面図、第５図はこの発
明の第２の発明の半導体レーザの一実施例の構造を示す
断面図、第６図は従来の半導体レーザの構造を示す断面
図である。 図において、１は基板、４は第１クラッド層、５は活性
層、６は第２クラッド層、６ａは電流集中領域、６ｂは
電流分散領域、６ｃはｐ型半導体層、７はｐ電極、８は
ｎ電極、１Ｑは電流阻止層、１１は空隙、１２はマスク
層、１３はストライプ状の窓、１４はストライプ状の溝
、１５は絶縁体層である。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　大　岩　増　雄　　　　（外２名）第１図 １１、空販 第２図 （ａ）　　　　　　（ｂ） （ｃ）　　　　　　（ｄ） 第３図 第４図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）共振器方向にストライプ状の溝を形成した半導体
    基板と、この半導体基板の前記溝のない領域上に形成し
    た電流阻止層と、前記溝内の前記半導体基板上に形成し
    た第１クラッド層と、この第１クラッド層上に形成した
    活性層と、この活性層上に直接形成するとともに、前記
    電流阻止層上に空隙またはこの空隙と寄生容量の無視で
    きる電流阻止部材を介して形成した第２クラッド層とか
    ら構成したことを特徴とする半導体レーザ。
  2. （２）半導体基板、第１クラッド層が第１導電型、電流
    阻止層、第２クラッド層が第２導電型であることを特徴
    とする特許請求の範囲第（１）項記載の半導体レーザ。
  3. （３）半導体基板、第１クラッド層が第１導電型、電流
    阻止層が第２導電型であり、第２クラッド層の下部の空
    隙上の領域が第１導電型、その他の領域が第２導電型で
    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）共振器方向にストライプ状の溝を形成した第１導
    電型の半導体基板と、この半導体基板の前記溝のない領
    域上に形成した第２導電型の電流阻止層と、前記溝内の
    前記半導体基板上に形成した第１導電型の第１クラッド
    層と、この第１クラッド層上に形成した活性層と、この
    活性層上および前記電流阻止層上に絶縁体層を介して形
    成した第２導電型の第２クラッド層とから構成したこと
    を特徴とする半導体レーザ。
  5. （５）第１導電型の半導体基板上に電流阻止層、選択除
    去可能なマスク層を順次成長させる工程と、前記マスク
    層に共振器方向にストライプ状の窓を形成する工程と、
    前記マスク層を介して半導体基板までのエッチングを行
    ってストライプ状の溝を形成する工程と、この溝内の前
    記半導体基板上に第１クラッド層、活性層を順次成長さ
    せた後、この活性層および前記マスク層上に第２クラッ
    ド層を成長させる工程と、前記マスク層を除去する工程
    とを含むことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
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