JPS6367349B2 - - Google Patents

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JPS6367349B2
JPS6367349B2 JP57108917A JP10891782A JPS6367349B2 JP S6367349 B2 JPS6367349 B2 JP S6367349B2 JP 57108917 A JP57108917 A JP 57108917A JP 10891782 A JP10891782 A JP 10891782A JP S6367349 B2 JPS6367349 B2 JP S6367349B2
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JP
Japan
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groove
inp
layer
substrate
growth
Prior art date
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Application number
JP57108917A
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JPS58225683A (ja
Inventor
Ryoichi Hirano
Hirobumi Namisaki
Wataru Suzaki
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPS58225683A publication Critical patent/JPS58225683A/ja
Publication of JPS6367349B2 publication Critical patent/JPS6367349B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure 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
    • H01S5/22Structure 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 ridge or stripe structure
    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2237Buried stripe structure with a non-planar active layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure 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
    • H01S5/24Structure 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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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は低しきい値電流で発振し、発振モー
ド特性に優れた半導体レーザに関するものであ
る。
半導体レーザが低しきい値電流で発振すること
は、活性層における発熱を小さくし、かつ良好な
高温動作を可能にするものであり、また、発熱を
小さく抑えることは、素子の寿命を長くする事に
もつながるものである。
そして、低しきい値電流で発振する半導体レー
ザを得るためには、活性領域の共振器長方向にお
ける断面積を小さくすることによつて達成される
ものである。このように共振器長方向の断面積を
小さくすることは、また、発振モード特性に優れ
た半導体レーザを作る事にもつながるものであ
る。
一方、半導体レーザの一般的な製造方法とし
て、液相エピタキシヤル法が知られている。この
方法は、結晶性の良好なエピタキシヤル成長層を
得るものとして、簡便で、しかも成長層厚さを
0.1μm程度と薄く成長できる特長を有するもので
ある。しかしながら、半導体レーザの活性層とし
て必要な幅方向の制御は容易でなく、このために
2回成長の方法が一般的に行なわれており、この
方法は大きく分けて二つの種類に分けられるもの
である。
第一の方法は1回目成長で通常のダブルヘテロ
接合構造を成長させ、狭い巾で活性層部分を残し
て両側面をエツチングで除去し、しかる後にその
両側面を二回目成長で埋めるものであつて、その
一例はT.Tsukada(テイ.ツカダ)により、J.
Appl.Phys(シヤーナル.アプライド.フイズツ
クス)の第45巻、1974年、4899頁に記載されてい
る。
また、第二の方法は、一回目成長を行つたエピ
タキシヤル基板(あるいは単なる基板であつても
よい)に狭い巾の溝を堀り、しかる後に、この溝
内に二回目成長として通常のダブルヘテロ接合構
造を成長させるものであつて、その一例はT.
Murotani(テイー.ムロタニ)らによる
Electronics detters、第16巻1980年556頁に記載
されている。
特に後者の場合、結晶基板に対する形成溝の結
晶学的方位を(100)InP表面に対して〈011〉方
向に平行に指定することによつてdovetail(鳩尾)
状の溝を形成すれば、溝内の成長が比較的容易で
再現性よく行なわれるという利点を有するもので
あつた。
しかしながら、dovetail(鳩尾)状の溝巾を
2.0μm程度以下に再現性よく作成することは次の
点から難しいものである。
通常の写真製版法では1.0μm程度のマスク巾
を抜くのが限度で、溝形成におけるエツチング
によつて巾の広がりで形成溝幅が2.0μm前後に
なることが避けられなかつた。
形状がdovetail(鳩尾)状であるため、基板
の深さ方向に溝巾が広くなる。
これらのことから、活性層幅を2.0μm以下にし
て発振モード特性の良好な素子を得ることがむず
かしかつた。
一方、dovetail(鳩尾)状の溝の形成に代えて
V溝を形成した場合、上記の欠点は解消する。す
なわち、 結晶表面から深さ方向に溝幅が狭くなり、
2.0μm以下の活性層を溝内に成長できる。
V溝側面は低指数面で形成され、この面は通
常、エツチング速度が遅い為、溝の広がりがほ
とんどなく、再現性よく一定の形態に溝の断面
形状を制御することができる。
V溝側面は平担な表面となり、このことは、
溝内に活性層などを形成した場合、溝の長さ方
向に見て均一な断面形状を有する層が得られ、
素子特性の安定化に有効である。
などの利点が生ずる。
しかしながら、V溝を形成した基板上に液相エ
ピタキシヤル成長を行うと、溝部分が埋まりにく
く、平担な結晶表面が得にくいという致命的な欠
点があつた。
この発明は、V溝が形成された基板を用いてV
溝形成による長所をそのまゝ生かし、V溝内にレ
ーザ発振部を形成したレーザにおいてV溝上端部
に接し、このV溝の上端を跨いでInGaAsPから
なるエピタキシヤル層を形成して、平担な結晶表
面を得ることにより良好なレーザダイオードを得
ることを目的としたものである。
まず、V溝が形成された基板上に液相エピタキ
シヤル層を形成する場合、特にV溝内部をこのエ
ピタキシヤル層にて埋め尽くす場合について考察
する。
1つとして、V溝が形成された(100)表面を
有するInP基板1上にInPからなるエピタキシヤ
ル層を成長させた場合について、第1図ないし第
3図に基づいて説明する。
まず、(100)表面を有するInP結晶基板1上に
溝を有するフオトレジスト膜を用いて写真製版法
によりV溝2を形成したものを用意する。この時
InPのエツチヤントとして通常Hcl(100%濃度)
かBr(5%)―メタノール溶液が使われるもので
あり、Hcl(100%濃度)を用いた場合には、V溝
2面に(221)面が顕われ、Br(5%)―メタノ
ール溶液を用いた場合には、V溝2面に(111)
A面が顕われているものである。
次に、第2図に示すように、この様にしてV溝
2が形成された基板1上にInPをV溝2内部の中
途までエピタキシヤル成長させる。この時形成さ
れたV溝2内部のInPエピタキシヤル層3表面
は、基板1表面、つまり基板1の平担面1aと平
行に成長し、また、V溝2内部のInPエピタキシ
ヤル成長層3の成長厚さd1と基板1の平担面1
a上に形成されたInPエピタキシヤル層4の成長
厚さd2を比べてみると、エピタキシヤル成長段
階において、V溝2底部におけるInPエピタキシ
ヤル成長層3の成長厚さd1の増加はInPエピタ
キシヤル成長層4の成長厚さd2の増加よりも比
較的速いが、エピタキシヤル成長がV溝2上部に
進むに従い、InPエピタキシヤル成長層3の成長
厚さd1の増加率がエピタキシヤル成長層4の成
長厚さd2の増加率に比べて小さくなつた。この
ように、V溝2内部のInPエピタキシヤル層3の
成長が進むにつれて成長厚さd1の増加率が基板
1の平担面1a上のInPエピタキシヤル層4の成
長厚さd2に比べて小さくなる理由は次のように
考えられる。すなわち、エピタキシヤル層3,4
とも(100)面上のInPの成長で、同じ成長速度
を持つ筈ではあるが、V溝2内部は平担面1aに
比べて液相からの溶質Pの拡散が行なわれにく
く、相対的にV溝2内部の成長速度が小さくなる
ためであると推察される。
上記の様にV溝2上部の成長の際V溝2内部の
成長厚さd1の増加率がV溝2外部の成長厚さd
2の増加より小さいということは、InPをエピタ
キシヤル成長させればさせるほど、二つのInP表
面の段差が大きくなるということを意味し、平担
な表面を有するInPエピタキシヤル層を得られな
いということが判る。
この結果を基に、InPエピタキシヤル成長層
3,4をさらに厚く成長させた場合を第3図に示
す。この第3図から明らかな様に、InPエピタキ
シヤル成長層3,4は、段違いのままである。つ
まり、基板1表面におけるV溝2上端部2a,2
b上には、InPは成長せず、V溝2内部のエピタ
キシヤル成長層3と平担面1a上のエピタキシヤ
ル成長層4との間の亀裂5,6として残り、V溝
2内部を埋め尽くし、平担な表面を得るには、
InPエピタキシヤル層を積む方法は適当でない事
がわかる。
したがつて、基板1のV溝2内に活性層として
InGaAsPエピタキシヤル成長層を成長させ、そ
の上にInPエピタキシヤル成長層を成長させてV
溝2内を埋め尽くして半導体レーザを得ようとす
る場合にも、V溝2上端部2a,2b上には亀裂
5,6が生じるものであつた。
第4図は、この状態を示す半導体レーザの断面
図であり、図において1はV溝2が形成された
InP結晶基板、7はこの基板のV溝2底部にエピ
タキシヤル成長された第1のInPエピタキシヤル
成長層で、同時に基板1の平担面1a上にも成長
層8が形成される。9はこの第1のInPエピタキ
シヤル成長層7上に形成されたInGaAsPエピタ
キシヤル成長層からなる活性層で、同時に成長層
8上にもInGaAsPエピタキシヤル成長層10が
形成される。3,4は基板1のV溝2内を埋め尽
くすために、この活性層8およびInGaAsPエピ
タキシヤル成長層10上に形成された第2のInP
エピタキシヤル成長層、5,6は上記V溝2の上
端部2a,2b、つまりV溝2内に形成された第
2のInPエピタキシヤル成長層3と基板1平担面
1a上に形成された第2のInPエピタキシヤル成
長層4との間に出来た亀裂である。
この第4図に示すように、V溝2内に形成され
る第2のInPエピタキシヤル成長層3表面は、V
溝2外部、つまり基板1の平担面1a上に形成さ
れる第2InPエピタキシヤル成長層4表面まで成
長が追い付かず、かつ、基板1表面におけるV溝
2上端部2a,2b上にInPは成長しないため亀
裂5,6が残ることになり、平担な表面が得られ
ず、半導体レーザとしては不適なものであつた。
発明者らはさらに種々検討を加えた結果、V溝
2が形成されたInPからなる基板1におけるV溝
2を埋め尽くす際に、InGaAsPをエピタキシヤ
ル成長させることにより、V溝2上端部2a,2
bにおける亀裂の発生が阻止でき、平担な表面が
得られることを見出した。
第5図はこの発明を説明するための、V溝内の
エピタキシヤル層の形成を示す断面図であり、図
において1は第1図に示したV溝2が形成された
(100)表面を有するInP結晶基板、7はこの基板
のV溝2底部にエピタキシヤル成長された第1の
InPエピタキシヤル成長層で、同時に基板1の平
担面1a上にも成長層8が形成される。11は上
記基板1のV溝2内を埋め尽くすために、第1の
InPエピタキシヤル成長層7,8および基板1の
V溝2上部上に形成されたInGaAsPからなるエ
ピタキシヤル成長層で、基板1表面におけるV溝
2上端部2a,2bに接し、V溝2の上端部2
a,2bを跨いで形成されているものである。1
2はこのInGaAsPからなるエピタキシヤル成長
層11上にInPをエピタキシヤル成長させた第3
のInPエピタキシヤル成長層である。
この様に構成されたものにおいては、 InGaAsPエピタキシヤル成長層11はV溝
2内部に於いて、V溝2外部、つまり基板1の
平担面1a上より厚く成長する。
InGaAsPエピタキシヤル成長層11は、基
板1表面におけるV溝2上端部2a,2bにお
いて成長が行なわれる為、第3図あるいは第4
図で示したもののように、V溝2を埋め込むた
めのInPエピタキシヤル層3,4の成長で起き
るような亀裂5,6を生じない。
InGaAsPエピタキシヤル層11上への第3
のInPエピタキシヤル層12の成長は表面全体
に旦つて起こり、第3図あるいは第4図で示し
たもののように段違いの(100)表面の場合と
は異なり第3のInPエピタキシヤル層12は平
担に成長される。
などの作用により、表面平担な結晶を得ることが
出来るものである。
第6図は本発明の一実施例を示す半導体レーザ
の断面図で、1はV溝2を有するInP結晶基板、
7,8はInPエピタキシヤル層、9,10は第1
のInGaAsPエピタキシヤル層で9はレーザの活
性層である。3,4はInPエピタキシヤル層で、
11は3,4のInPエピタキシヤル層上に形成さ
れた第2のInGaAsPエピタキシヤル層で、基板
1表面におけるV溝2上端部2a,2bに接し、
V溝2の上端部2a,2bを跨いで形成されてい
るものである。12はこのInGaAsPエピタキシ
ヤル成長層11上に形成された第3のInPエピタ
キシヤル成長層である。
この様に構成された半導体レーザにおいては、
上記第5図に示したものと同様に表面が平担な結
晶を得ることができるものである。
この発明は以上述べたとうり、InGaAsPのエ
ピタキシヤル層をV溝が形成された基板表面にお
けるV溝上端部に接し、V溝の上端部を跨いで形
成させたので、V溝内部と溝外部、つまり基板平
担面における成長の段差をなくすことができ、表
面全体を平滑化できるという効果を有するもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図はV溝2が形成された基板1を示す断面
図、第2図および第3図は基板1上にInPエピタ
キシヤル成長層を形成した時の断面図、第4図は
基板1のV溝2内をInPエピタキシヤル成長層で
埋めようとした場合の半導体レーザを示す断面
図、第5図はこの発明のエピタキシヤル層の形成
を説明する断面図、第6図はこの発明の実施例と
なる半導体レーザの一例を示す断面図である。 図において1は基板、2はV溝、2a,2bは
V溝2の上端部、11はInGaAsP層からなるエ
ピタキシヤル層である。なお、各図中同一符号は
同一または相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 平担な一主面を有するInP基板を準備する工
    程、上記InP基板の一主面に、上部に開口を有す
    るV溝を形成する工程、上記V溝の底部および上
    記基板の一主面の平担部に第1のInPエピタキシ
    ル層を段切れ状に形成する工程、上記第1のInP
    エピタキシヤル層の上に第1のInGaAsPエピタ
    キシヤル層を段切れ状に形成する工程、上記第1
    のInGaAsPエピタキシヤル層上に第2のInPエピ
    タキシヤル層を段切れ状に形成する工程、上記V
    溝の上端部に接し、該V溝の上端部を跨いで第2
    のInGaAsPエピタキシヤル層を形成する工程、
    並びに上記第2のInGaAsPエピタキシヤル層上
    に第3のInPエピタキシヤル層を形成する工程を
    含み、上記第1のInGaAsPエピタキシヤル層の
    うち上記V溝内に形成された層を活性層とする半
    導体レーザの製造方法。
JP10891782A 1982-06-22 1982-06-22 半導体レーザの製造方法 Granted JPS58225683A (ja)

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Cited By (2)

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