JPS6381887A

JPS6381887A - 半導体レ−ザ装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPS6381887A
Application number: JP22872386A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Mihashi; 三橋　豊; Yutaka Nagai; 豊永井; Yukio Goto; 幸夫後藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-09-25
Filing date: 1986-09-25
Publication date: 1988-04-12
Anticipated expiration: 2012-07-09
Also published as: JP2629678B2

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、半導体レーザ装置およびそのＳ８！造方法
に関し、さらに詳しくは、低しきい値電流で発振し、か
つ高信頼性、長ｌｊ命を実現できて、しかもＸＯ〜ＣＶ
Ｄ法によって製造し得るのに適した゛ト導体レーザ装置
およびその製造方法に係るものである。

〔従来の技術〕

この種の半導体レーザ装置における結晶成長に関しては
、従１ｉｉｊからの液相に＆良法に代って、層厚および
組成の精密制御が可能で、しかも同時に多数枚処理によ
る大ｊ−生産が容易であるなどの特長を有するＭＯ−Ｃ
ＶＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ
　ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属熱分解気
相成長）法に移行しつ−ある。

こ−で、このＭＯ−ＣＶＤ法を適用した従来例による（
１９８０ηにおいて提案した内部電咬挟挿型の構造があ
る。

この従来例装着の構成を第４図に示す。

すなわち、この第４図構成において、符号１はｎ型Ｇａ
Ａｓ基板、２はｎ型Ａ　Ｉ　ＧａＡｓクラッド層、３は
ＡＪＩＧａＡｓ活性層、４は第１のｐ’！！　Ａ文Ｇａ
Ａｓクラッド層、７はｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層、１
１は第２のｐ型Ａ文ＧａＡｓクラッド層、６はｐ型Ｇａ
ＡＳコンタクト層、８はｎ（１１電極、９はｐ側電極で
ある。

こ−で、この従来例による内部電流挟挿型の半導体レー
ザ装置は、次のような手段によって製造される。

すなわち、前記したＭＯ−４１：ＶＤ法を適用して、ま
ず最初、ｎ型ＧａＡｓ基板１上にｎ型Ａ立ＧａＡｓクラ
ンド層２．　ＡｕＧａＡｓ活性層３．第１のｐ型Ａ　Ｉ
　ＧａＡｓクラット層４．およびｎ型ＧａＡｓ電流ブロ
ック層７の各層を順次に成長させた後に、所定の写真製
版技術およびエツチング技術によって、　ｎ型ＧａＡｓ
電流ブロック層７にストライブ状の溝１２を掘り込んで
形成する。

次に、１■１記掘り込まれたｎ型ＧａＡｓ１（ｉＱブロ
ック層７上に、１１ｆ度の結晶成長によって、第２のｐ
型ＡＵ−ＧａＡｓクラッド層１１．およびｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層６奢順次に形成させると共に、　ｎ側電極
８．およびｐ　１１１１１　Ｚｌｆ極９を形成して、所
期のレーザ構造を得るのである。

Ｉ７かして、この従来例による装置構成の場合。

ｎ側電極８に負（−）、ｐ側電極８に正（＋）の電圧を
印加Ｓせると、′Ｉｔ！：流はｎ型ＧａＡｓ電流ブロッ
ク層７のストライブ状の溝１２における開口部を流れて
、このストライブ状の溝１２の下方に位置しているＡｆ
ｌＧａＡｓ活性層３の部分に、ホールおよび電子が集中
的に注入され、同部分が図中９点線で示した活性領域１
３となって、こ−にレーザ発振を生ずる。

つまり、このレーザ構造において、水上方向の光の閉じ
込めは、レーザ光がｎ型ＧａＡＳ電倚ブロック層７に吸
収されることで生ずるところの、実効的な屈折率段差に
よってなされるもので、この屈折率段差の値は、第１の
ｐ型ＡｕＧａＡｓクラッド層４の厚さが釣いほど大きく
なるために、低しきい値電流で安定した横モードによっ
て発振するレーザ構造を得るのには、その厚さが薄い方
が望ましく、一般的に０．２〜Ｑ、４　ｇｍ程度の値に
選択ごれることが多い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この従来例構造による半導体レーザ装置
では、その製造過程における、エツチングによって一度
露出されるところの、ストライブ状の溝１２中での第１
のｐ型１ｊＧａＡｓクラッド層４と、第２．のｐ型１ｊ
ＧａＡＳクラッド層１１との間の界面、すなわち図中、
Ｘ印で示した再成長界面が、第９．ＧａＡｓ活性層３に
非常に接近していて、この再成長界面の近傍は、前記露
出によって、一般的には酸化物とかその他の不純物によ
り汚染されていることが多く、このために結晶性が悪く
、格子欠陥、転位などの要素を含んでいる。

従って、装置を長時間動作させた場合、電流とかＡ４Ｇ
ａＡｓ活性層３で発生した光により、これらの格子欠陥
、転位などが漸次に増殖されて、活性領域１３における
発光効率を低下させ、これによって一定出力を得るのに
必要な動作電流が次第に上昇し、遂には発振自体が不可
能な状態に至ることがあるもので、このように、その製
造に際して。

肋−ＣＶＤ法による成長を適用した従来例構造の半導体
レーザ装置では、結果的に装置の高信頼性、長寿命を得
ることができないと云う致命的な問題点があった。

この発明は、従来のこのような問題点を解消するために
なされたものであって、その目的とするところは、Ｎｏ
−ＣＶＤ法を適用して製造するのに好適で、しかも低し
きい値電流により、基本横モードで発振し得て、かつ高
信頼性、長寿命を実現できる。この種の半導体レーザ装
置およびその製造方法を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、この発明に係る半導体レー
ザ装置は、半導体基板上に、第１のクラフト層、活性層
、および第２のクラッド層を順次に形成させると共に、
第２のクラッド層上の一部領域には、畝状をした光ガイ
ド層、およびコンタクト層を順次に形成させ、同他の領
域には、活性層よりもバンドギャップの小さい電流ブロ
ック層をそれぞれに形成させたものである。

また、半導体レーザ装置の製造方法は、半導体ス（板上
に、第１のクラッド層、活性層、第２のクラッド層、光
ガイド層、およびコンタクト層を順次に成長させた後、
第２のクラッド層中でのエツチング速度が、光ガイド層
、およびコンタクト層中でのそれよりも小さい選択性エ
ツチング液を用い、これらの光ガイド層、およびコンタ
クト層を選択的にエツチング除去して、畝状をした光ガ
イド層、およびコンタクト層を形成させ、かっこのエツ
チング除去された光ガイド層、およびコンタクト層部分
に、活性層よりもバンドギャップの小さい電流ブロック
層を形成させたものである。

〔作　　　用〕

すなわち、この発明の半導体レーザ装置においては、半
導体基板上での各層をＮｏ−ＣＶＤ成長法の適用により
、−回の工程で連続して成長形成できるために、前記し
た従来例装置におけるような再成長界面での格子欠陥な
どの発生と、これが活性領域に悪影響を及ぼして、装置
の信頼性を低下させると云う不都合を回避でき、また、
この発明の半導体レーザ装置の製造方法においては、半
導体基板１−での：５２のクラッド層がエツチング制御
をなして、畝状をした光ガイド層、およびコンタクト層
のエツチング形成に際して、たとえエツチング液の組成
とか、エツチング温度、および時間などに多少のばらつ
きがあったとしても、そのエツチング深さを再現性良く
制御できて、レーザ特性を決めることになる畝状領域の
幅、および活性領域までの間隔などを、制御性かつ再現
性良く所定のｆ＋ｔＪに設定できるのである。

〔実　施　例〕

以下、この発明に係る半導体レーザ装置およびその製造
方法の一実施例につき、第１図ないし第３図を参照して
詳細に説明する。

第１図はこの発明の一実施例による半導体レーザ装置の
Ｊ［Ｉ要構成を示す斜視図であり、また第２図（ａ）な
いしくｅ）は同上実施例装置の製造を工程順に示したそ
れぞれ断面図である。

これらの第１図および第２図実施例において、前記第４
図従来例と同一符号は同一または相当部分を示している
。

まず、この実施例による半導体レーザ装置の構成につい
て述べる。

第１図に示す実施例構成において、　（１００）面を主
面とするｎ型のＧａＡｓからなる半導体基板ｌ上には、
　ｎ型のＡｌｘｃａｌ−！ＡＳからなる第１のクラッド
層２と、ｎ型またはｐ型のＡ文、Ｇａ、、Ａｓからなる
活性層３と、　ｐ型のＡ文。Ｇ　ａ　１−２Ａ　ｓから
なる。こ−ではエツチング制御にも用いる第２のクラッ
ド層４とがそれぞれ順次に形成されており、また、前記
第２のクラッド層４上の選択された一部の領域には、　
ｐ型の＋’ｌＪ１　ｕＧａｌ−ｕＡｓからなる横断面台
形の光ガイド層５が＜０１エン方向に１畝状に形成され
るとｊ（に、この光ガイド層５１−にｐ型のＧａＡｓか
茎うなる電極取付は用のコンタクト層６が形成され、か
つ同値の領域を、　ｉｉｊ記活性層３よりもバンドギャ
ップの小さいｎ型）ＧａＡｓ（またはＡｎ　、Ｇａｐ−
ｖＡｓ）からなる電流ブロック層７によって埋め込んだ
ものである。

次に、この実施例による゛ト導体レーザ装置の製造方法
について述べる。

前記ｎ型ＧａＡｓ−ニド導体基板１１−に対する。第１
のｎ型Ａ見、Ｇａｐ−、Ａｓクラッド層２から電極取付
は用のｐηｊＧａＡｓコンタクト層６までの各層は、前
記したＭＯ−ＣＶＤ成長法の適用により、−回の１程で
連続して成長形成できる（第１図（ａ））。ついで、適
当な俵４膜技術９例えば、ＣＶＤ法、へ着法などにより
シリコン酸化膜（Ｓｉｎ、）　、シリコン窒化膜（Ｓ１
３Ｎ４）などを、前記結晶層上に堆積形成させ、かつ所
定の写真製版技術によって、　＜ｏ＋Ｔ＞方向にストラ
イブ状のパターンマスク１０を、選択的にパターニング
形成させる（同図（ｂ））。

続いて、前記パターンマスク１０をエツチングマスクと
し、前記第２のｐ型Ａ〜Ｇａｌ−２Ａｓクラッド層４中
でのエツチング速度が、　ｐ型Ａ文、Ｇａ１．、ｌ□Ａ
ｓ光ガイトガ１１層５びｐ型ＧａＡｓコンタクト層Ｂ中
でのそれよりも小さい選択性エツチング液、こ覧では過
酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）とアンモニア水（ＮＨ４０Ｈ）
との混合液からなる選択性エツチング液を用い、これら
の光ガイド層５．およびコンタクト層６を第２のクラッ
ド層４の表面に達するまで選択的に工。

チング除去する。

そして、この際、第２のｐ型ＡＭ、Ｇａ１−２Ａｓクラ
ッド層４０’）Ａ１組成比２を０．４０以ｌ−、（Ｚ≧
０．４０）　。

またｐ型Ａ文ｕＧａ１．、ｕＡｓ光ガイド層５のＡＭ組
成比１」を０．３５以下（Ｕ≦０．３５）とし、かつ選
択性エツチング液での過酸化水素水とアンモニア水との
体積比を２０：１とすることによって、そのエツチング
速度が、ｐ型Ａ　ｌ　、、Ｇａ、−２Ａｓ　（Ｚ≧０．
４０）グランド層４中では、　ｐ型Ａ　ｌ　ｕＧａ　１
−ｕ　Ａ　ｓ　（ｕ≦０．３５）光カイト層５中での１
０００以丁になるために、エツチング温度、および時間
を適当に設定すれば、エンチングを実質的に第２のクラ
ッド層４の表面Ｃ停止ヒできて、こ〜に畝状をしたｐ型
ＡζＧａ１−１ｌＡｓ光ガイド層５．およびｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層６を、それぞれ選択的に形成できる（同
図（Ｃ））。

さらに、その後、前記パターンマスク１０を残したま−
の状態で、再度、前記した肋−ＣＶＤ成長法によって、
１ｉｉｊ記活性層３よりもバンドギャップの小さいｎ　
Ｗ３　ＧａＡｓ′屯流ブロック層７を成長させるが、こ
のとき、ＭＯ−ＣＶＤｄ長法においては、パターンマス
ク１０としての、シリコン酸化■Ｑとかシリコン窒化膜
上などには、殆んど結晶成長がなされず、このために前
記畝状の光ガイド層５．およびコンタクＩ・層６以外で
の、第２のクラッド層４の表面を埋め込むようにして、
この電流ブロック層７を形成できる（同図（ｄ））。

そして次に、このパターンマスク１０を公知の手段で除
去した後、前記ｎ型ＧａＡｓ半導体基板１面にｎ側電極
８．　ｐ型ＧａＡｓコニ／タクト層６とｎ型ＧａＡｓ電
流ブロンク層７面にｐ側電極９を、それぞれ形成させる
ことによって、所期の半導体レーザ装置をイＩする（同
図（ｅ））のである。

なおご覧で、前記各層の厚さｔ、およびＡＭ組成比Ｘ　
、　Ｖ　、　Ｚ　、　１１については、これらを、例え
ば、第１のｎ）Ｉ：４　Ａｎ　ｘＧａ、−、Ａｓクラッ
ド層２では、ｔ　＝　　１〜１．５　ｇｍ、ｘ＝０．４
５とし、　ｎ型または　ｐ型Ａ　ｌ　、Ｇａｐ−、Ａｓ
活性層３では、ｔ　＝０．０５〜０．１５メｔｍ。

”／＝０．１５とし、第２のｐ型Ａ　ｌ　２Ｇａ、−２
Ａｓクラッド層４では、ｔ　＝　０．２〜０．４　ｇｒ
ａ、ｚ　＝０．４５とし、かつｐ型Ａ　’ｌ　、Ｇａ　
、−ｕＡｓ光ガイド層５では、ｔ＝１〜１．５　　ｇ　
ｍ、　ｕ　＝　０．３５とし、　ｐ型ＧａＡｓコンタク
ト層６では、ｔ＝０．５〜１．５　ｇｍに、それぞれ選
択することにより、波長７８０ｎｍ程度の可視光領域で
発振する半導体レーザ装置が得られる。また、前記畝状
をなす光ガイド層５の底辺の幅を、　２〜８　ｇｍ程度
に設定することで、基本横モードで発振する半・ｎ体し
−ザ装置が得られるのである。

なおまた、前記電流ブロック層７として、　ｎ型Ａ　ｌ
　、Ｇａｐ−、Ａｓを用いた場合での、Ａｐｒｔ成比Ｖ
についてはＶ≦ｙに設定する。

しかして、以−トのように構成された半導体レーザ装置
にあって、ｎ側型８ｉ８に負、ｐ側電極９に正の電圧を
印加させた場合、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層７の下部
領域では、このｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層７と第２の
ｐ型Ａ！；Ｌ２Ｇａｌ−２ＡＳクラッド層４との境界部
に、ｐｎ接合が介在されていて、これが逆バイアスとな
るために、　ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層７の直下のｎ
型またはｐ型Ａ　ｆＬｌＧａ　１□Ａｓ活性層３には、
殆んど電流が流れず、これに対してｐ型ＧａＡＳコンタ
クト層８．　ｐ型Ａ文ｕＧａ１−ｕＡＳ光ガイガ４１層
５よび第２のｐ型Ａ文２Ｇａ　ｔ−２Ａｓクラッド層４
は、すべて同一導電型であるために、電流が畝状をなす
光ガイド層５の直下の領域部分の活性層３に集中して流
れ、この部分が活性領域１３となってレーザ発振を生ず
ることになる。

また、この実施例構成において、光の閉じ込めは、光が
ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層７に吸収されることで生ず
るところの、実効的な屈折率段差によってなされる。そ
して、この屈折率段差は、　ｐ型Ａ　４１１２Ｇａ１−
２Ａｓクラッド層４を薄くシて、　ｎ型ＧａＡｓ電流ブ
ロック層７への光の吸収を大きくするほど大きくなり、
有効に光の閉じ込めがなされて、低しきい値発振が可能
になる。

また、この実施例方法では、エツチング工程において、
選択性エツチングを用い得ることから、ｐ型Ａ文２Ｇａ
１−２．Ａｓクラッド層４を、例えば、０．２〜Ｑ、３
　ｐ−ｒｔｒ程度に薄くシても、このエツチング操作を
、該当帰の表面で制御性良く停止させることができて、
特性の揃った装置構成を再現性良く製造でき、さらに、
活性領域１３の直上には、従来のような格子欠陥などの
発生の原因となる。再結晶成長界面が存在しないため、
装置構成の信頼性。

ならびに耐用寿命を十分に向上し得る。

なお、前記実施例においては、ｎ型の半導体基板上に構
成されたＧａＡｓ／Ａ！；ＬＧａＡｓ系レーザについて
述べたが、その他のｐ型の半導体基板−ヒに構成される
ＧａＡｓ／ｌｊ　ＧａＡｓ系レーザとか、他の材料９例
えば、ＩｎＰ／　ＩｎＧａＡｓＰ系レーザ、Ｇａ１ｎＰ
／Ａ１Ｇａ１ｎＰ系レーザなどにも適用できることは勿
論である。

さらに、前記実施例においては、　（１００）面上の＜
ＯＵ＞方向に形成した。横断面を台形とした光ガイド層
を有する半導体レーザ装置について述べたが、第３図に
示すように、同面上の　＜ＯＨ）方向に形成した。横断
面を逆台形とした光ガイド層を有する半導体レーザ装置
にも適用できる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、この発明に係る半導体レーザ装置
においては、半導体基板上での各層構成をＭＯ−ＣＶＤ
成長法の適用によって、−回の工程で連続して成長形成
でき、また、こ−では畝状をした光ガイド層のＡＪＩ組
成比をクラッド層よりも小さくすることで、光ガイド層
の畝状エツチング形成に際し、選択性エツチングを適用
可能にした−めに、電流ブロック層を活性層に十分に接
近させることができ、これによって、制御性、ならびに
再現性が良好で、しかも低しきい値発振の装置構成を実
現でき、また、この装置構成にあっては、活性層での発
振領域の直−Ｌに、再成長界面が存在しないために、装
置の特性に影響を及ぼす惧れがなく、従って、装置の信
頼性、ならびに１耐用寿命を十分に向−Ｉｎ　Ｌ得るな
どの優れた特長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る半導体レーザ装置の一実施例に
よる概要構成を示す斜視図、第２図（ａ）ないしくｅ）
は同上実施例装置の製造を工程順に示したそれぞれ断面
図、第３図は同上側の実施例による半導体レーザ装置の
概要構成を示す斜視図であり、また第４図は従来例によ
る同上半導体レーザ装置の概要構成を示す斜視図である
。１・・・・ｎ型ＧａＡｓ半導体基板、２・・・・第１の
ｎ型Ａ立ＧａＡｓクラッド層、３・・・・ｎ型またはｐ
型Ａ交ＧａＡｓ活性層、４・・・・第２のｐ型Ａ　Ｉ　
ＧａＡｓクラッド層、５・・・・ｐｍ　Ａ文ＧａＡｓ光
ガイド層、６・・・・　ｐ型ＧａＡｓコンタクト層、７
・・・・ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層、８・・・・ｎ側
電極、９・・・・ｐ側電極、１０・・・・パターンマス
ク、１３・・・・活性領域。代理人　　　大　　　岩　　　増　　　Ｎ［第１図８　　：　　ｎイ！！１１ｔｊｒ、ｂ９　二　　ｐイ則＠５（。１０　：　ハ６ダーゝ７７又７１３：浩狂傾１ム第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の第１
のクラッド層、第１または第２導電型の活性層、および
第２導電型の第２のクラッド層を順次に形成させると共
に、前記第２のクラッド層上の一部領域には、畝状をし
た第２の導電形の光ガイド層、および第２の導電形のコ
ンタクト層を順次に形成させ、同他の領域には、前記活
性層よりもバンドギャップの小さい第１の導電形の電流
ブロック層を形成させたことを特徴とする半導体レーザ
装置。
（２）半導体基板としてＧａＡｓ、第１のクラッド層と
してＡｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓ、活性層としてＡｌ
＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙＡｓ、第２のクラッド層としてＡ
ｌ＿ｚＧａ＿１＿−＿ｚＡｓ、光ガイド層としてＡｌ＿
ｕＧａ＿１＿−＿ｕＡｓ、および電流ブロック層として
ＧａＡｓまたはＡｌ＿ｖＧａ＿１＿−＿ｖＡｓをそれぞ
れに用い、これらの各層のＡｌ組成比ｘ、ｙ、ｚ、ｕ、
およびｖを、それぞれにｘ≧０．２０、０≧ｙ＜ｘ、ｚ
、ｕ、ｚ≧０．４０、ｕ≦０．３５、およびｖ≦ｙとし
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の半導
体レーザ装置。
（３）第１導電型の半導体基板上に、第１導電型の第１
のクラッド層、第１または第２導電型の活性層、第２導
電型の第２のクラッド層、第２の導電形の光ガイド層、
および第２の導電形のコンタクト層を順次に成長させる
工程と、前記第２のクラッド層中におけるエッチング速
度が、前記光ガイド層、およびコンタクト層中における
エッチング速度よりも小さい選択性エッチング液を用い
、これらの光ガイド層、およびコンタクト層を選択的に
エッチング除去して、畝状をした光ガイド層、およびコ
ンタクト層を形成させる工程と、前記エッチング除去さ
れた光ガイド層、およびコンタクト層部分に、前記活性
層よりもバンドギャップの小さい第１の導電形の電流ブ
ロック層を形成させる工程とを含むことを特徴とする半
導体レーザ装置の製造方法。
（４）選択性エッチング液が、過酸化水素水とアンモニ
ア水との混合液であることを特徴とする特許請求の範囲
第３項に記載の半導体レーザ装置の製造方法。