JPS6393185A

JPS6393185A - 埋込型半導体レ−ザ素子の製造方法

Info

Publication number: JPS6393185A
Application number: JP23947386A
Authority: JP
Inventors: Saburo Yamamoto; 三郎山本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1986-10-08
Filing date: 1986-10-08
Publication date: 1988-04-23

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】く技術分野〉本発明は、長寿命特性を有する埋め込み型半導体レーザ
素子の製造方法に関するものである。

〈従来技術〉従来の半導体レーザ素子を光導波原理で分類すると、利
得導波型と屈折率導波型とに分類されるが、実用面で重
要となるレーザ発振の低しきい値化を実現するためには
、屈折率導波型が有利であり、この代表的な例としてＢ
　Ｈ（ｂｕｒｉｅｄｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　
）レーザが周知である。

第２図に示すＢＨレーザは基板１上にレーザ発振用活性
層３を両面からクラッド層２．４で挟設したダブルへテ
ロ接合構造をメサ型にエツチングし、このメサ型構造の
両側を活性層よりも屈折率が低く、禁制帯幅の大きい結
晶１０で埋め込んでいるので、光とキャリアがメサ部活
性層３に完全に閉じ込められ、その結果、しきい値電流
が１０〜２０ｍＡと低い値になるという利点を有する。

しかしながら、埋め込み層ｌＯの屈折率及びメサ幅に相
当する導波路幅Ｗを最適値に制御して作製しないと高次
横モードで発振するという欠点がある。従って、製作条
件に制約が多く、しかも基本横モードで発振させるには
導波路幅Ｗを２μｍ以下にする必要があるので、レーザ
端面が比較的低出力でも破壊し易くなる。また、メサ側
面には深さ数１０００オングストロームのガタッキがあ
り、これがＢＨレーザの光学的特性に悪影響を与えてい
る。例えば、遠視野像や発振スペクトルが乱れやすいと
いう問題がある。

以上述べた従来のＢＨレーザの欠点を改良するために、
ＶＳＩＳレーザのＶ−チャネルの両側を埋め込んで、低
しきい値及び安定基本横モード発振を同時に満足させる
ために第３図に示すようなりＨ−ＶＳ　Ｉ　Ｓレーザと
呼ばれる半導体レーザが提案されている。

しかし、一般的にＢＨレーザはメサ型構造を形成した後
、次の埋め込み成長が行われる迄メサ側面が大気にさら
されるため、メサ側面のＧ　ａ　Ａ　＃Ａｓ表面に薄い
酸化膜が形成される。

このような状態で埋め込み成長が行われると、見かけ上
、完全にメサ部が埋め込まれているようであるが、メサ
側面と埋め込み層との界面での結晶格子のつながりは完
全なものとはならず、格子１陥の多い接合界面となる。

特にメサ側面の活性層端部に形成されている非発光再結
合中心は素子劣化の重大な原因となる。

〈発明の目的ン本発明は、メサ側面の活性層端部に形成され易い非発光
再結合中心のない埋め込み型半導体レーザ素子の製造方
法を提供することを目的とする。

〈発明の構成〉本発明は埋め込み成長直前にメサ側面の活性層端部をメ
ルトバックすることを特徴とする。一般的に結晶表面を
Ｇａの不飽和溶液に接触させた時、Ｇａｌ、ＡｌｘＡｓ
のＡ／組成比Ｘが大きい程、メルトバックしにくくなる
ことが知られている。特にＸが０．３以上の場合、はと
んどメルトバックされない。

本発明ではこの現象を利用して、まずメサ全領域ＣＡ＃
組成比Ｘが０．３以上のＧａＡ＃Ａｓ層を成長させ、こ
の層をメルトバック保護層として利用した。この後、不
飽和Ｇａ溶液に接触させると、メサ全域とクラッド層は
Ａ６組成比Ｘが０．３以上であるのでほとんどメルトバ
ックされず、Ｘの小さい活性塩のみがメルトバックされ
る。不飽和Ｇａ溶液を除去した後、別の溶液で埋め込み
成長を完了する。

上述の方法で製造された埋め込み型半導体レーザはメサ
側面の活性層端部に非発光再結合中心が存在しないので
、レーザ発振の長寿命化を達成することができる。

〈実施例〉本発明はＢＨ−ＶＳＩＳレーザに適用した場合の実施例
について第１図に示す製造工程図に即して説明する。

ｆｌｌ　　Ｐ−ＧａＡｓ基板Ｉ上にＨ２Ｏ：Ｈ２Ｏ２：
Ｈ２Ｓ０４＝５０＋２：１のエツチング液により、幅５
μｍ、高さ０．５１ｚｍ程度のストライプ状メサを形成
した後、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層５をメサ上で約０．６
／Ａｍの厚さになるようにＬＰＥ　（液相エピタキシャ
ル）成長させる。この時、成長表面は平坦になる。これ
を第１図（Ａ＋に示す。

（２）メサ上のｎ　　ＧａＡｓ電流阻止層５表面からＶ
−チャネ）Ｖ　（ストライブ溝）をその先端底面が１）
　　ＧａＡｓ１＆板ｌに達するように形成し、さらにｐ
　−ＧａＡｌ１Ａｓ　　クラッド層２、Ｇ　ａ　Ａ　Ｉ
　Ａ　ｓ　活性層３、ｎ　　ＧａＡ＃Ａｓ　　クラッド
層４からなるダブルへテロ接合構造の多層結晶を８００
℃で順次ＬＰＥ成長させる。■−チャネルの幅はＷ＝４
．５〜５μｍとした。Ａｎ？組成比はクラッド層を０．
４、活性層を０．０５とした。これを第１図用に示す。

（３）■−チャネル直上のｎ−クラッド層４の表面に、
マスクアライナにより８μｍ幅のホトレジスト（シラプ
レー社ＡＺ−１３５０）を残し、上記エツチング液によ
りｎ−ＧａＡｓ電流阻止層５に達するまで上記多層結晶
をエツチングする。

この時、多層結晶層厚の不均一により、エツチング深さ
もウェハーの部位によって不均一となる。このために電
流阻止層５が薄くなり過ぎる場合があるので本実施例で
は、予め電流阻止層５を厚く成長させておく。メサ内の
活性層の幅ＷはＶ−チャネルの幅Ｗよりも０．５〜１μ
ｍだけ広くなるようにする。本実施例ではＷ＝５〜６μ
ｍとした。これを第１図［ＣＩ！示す。

（４）埋め込み成長工程として、まず第１Ｇａ溶液によ
ってアンドープＧａＡｇＡｓ　　層（ｘ＝０．８）６を
ＬＰＥ成長させる。この時、Ｇａ溶液の過飽和度を３℃
以下に低くしておくと、メサ側面への這い上り成長が起
らず、活性層３端部は埋め込まれない。この工程を第１
図ｐ）に示す。

（５）　次に第２Ｇａ溶液をＡｓ不飽和の状態にしてお
き、ウェハーと接触させると、ウェハー表面をメルトバ
ックしようとする。しかし、活性層３以外の頭載はＡＪ
組成比０．４以上のＧ　ａ　Ａ　ｇＡｓ層であるので、
メルトバックは起らず、Ａ１組成比の小さい活性層３の
端部のみがメルトバックされる。メルトバックされるこ
とによって活性層３の端部に形成される酸化膜は除去さ
れ清浄面が唄われる。その後、第３Ｇａ溶液によって、
アンドープＧａＡｌＡｓ層（ｘ＝０．８）７をＬＰＥｒ
ｆｔ長させる。

埋め込み層の第１層６と第２層７は高抵抗層（ｉ層）と
なる。次に第３Ｇａ溶液によって、ＧｅドープＧ　ａ　
Ａ　ｓ層（ｐ層）８を、第４Ｇａ溶液によって、Ｔｅド
ープＧ　ａ　Ａ　ｓ層（ｎ層）９を成長させる。ｎ−Ｇ
ａＡｅＡｓ　　クラッド層４の表面であるメサ上には、
これらの埋め込み層は成長しなかった。

（６）基板ｌの裏面をエツチングしてウェハーの厚され
約１００／Ａｍにした後、成長表面にはｎ側電極（Ａｕ
　Ｇｅ　Ｎｉ　）を、基板側ｃｈｐ側電極（Ａｕ−Ｚｎ
）を真空蒸着し、真空中４５０℃で合金化しオーミック
コンタクトを得る。次に襞間及びスクライブによりペレ
ット化し、素子の長さを２５０μｍ１幅を３００μｍに
する。

（７）共振器面（臂開面）には１２０Ｂ膜をλ／２（λ
は波長）の厚さにコーチｌフグする。またレーザ素子は
成長面を下にして、Ｉｎを介して銅板（ヒートシンク）
上にマウントする。

ＢＨ−ＶＳＩＳレーザでは埋め込み領域のｐｎｉｐｎ接
合のうち、ｉ層（高抵抗層）の存在が電流阻止のために
有効に働く。即ち、半導体レーザな順バイアヌしたとき
にｎｉｐ接合が逆バイアスとなり、そのブレークダウン
電圧がｉ層の存在のために高くなる。実験的にメサ部を
含まないように素子を分離することにより、埋め込み領
域のブレークダウン電圧を測定したところ、９ボルトと
高いことがわかった。

また、メサ側面から埋め込み層を通って流れる漏れ電流
も、高抵抗層のために非常に小さいものである。

上記実施例のＢＨ−ＶＳＩＳレーザの発振波長は８　Ｂ
　Ｏｎｍであり、しきい値電流は２０　ｍＡ前後であっ
た。これはしきい値電流密度１．３　Ｋ　Ａ　／　ｃａ
に相当する。また、５０℃、５ｍＷの定出力状態でエー
ジングテストを行ったところ、現在１５００時間で駆動
電流の増加が全く見られていない。この長寿命特性は、
メサ側面の活性層端部なメルトバックした後埋め込んだ
効果によるものである。

本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、上述のＢＨ−
ＶＳＩＳレーザに限定されず、一般的なりＨレーザにも
適用可能である。またＧａＡ４？Ａｓ／ＧａＡｓ系に限
定されず、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系やその他のへテロ
接合レーザ素子にも適用することができる。

成長方法はＬＰＥ　（液相エピタキシャル）法具外にも
、ＭＯ−ＣＶＤ　　（有機金属熱分解）法、ＶＰＥ（気
相エピタキシャル〕法、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル
）法等を利用してもよい。

〈発明の効果〉以上詳説した如く、本発明によれば製造工程中にメルト
バックを利用することにより比較的簡単な操作制御で寿
命特性の良いＢＨ半導体レーザーを得ることができ、実
用的価値が非常に高い。

【図面の簡単な説明】

第１図へ］　、　０３＋　、　（Ｃ）　、　Ｉ）Ｊ　、
　（Ｅ＋は本発明の１実施例の説明に供する埋め込み型
半導体レーザ素子の製造工程図である。第２図は従来のＢＩ（半導体レーザの断面図である。第３図は従来のＢＨ−ＶＳＩＳ半導体レーザの断面図で
ある。ｌ・・・ＧａＡｓ基板、２．４・・・クラッド層、３・
・・活性層、５・・・電流阻止層、６・・・第１埋込層
（ｉ）、７・・・第２埋込層（ｉ）、訃・・第３埋込居
（ｐ）、９・・・第４埋込層（ｎ）。代理人　弁理士　杉　山　毅　至（他１名）（Ａ）（Ｄ
）（Ｂ”）　　　　　　　　　　　（Ｅ）（Ｃ）第１　コ第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

１、基板上に刻設されたストライプ溝を含む結晶成長面
上にレーザ発振用活性層を有する多層結晶構造をエピタ
キシャル成長させた後、該多層結晶構造の両側をエッチ
ングしてメサ型構造とし、該メサ型構造の両側に埋込層
をエピタキシャル成長させて前記メサ型構造を埋め込む
過程で前記埋込層の成長融液と接する前記活性層の端部
をメルトバックすることを特徴とする埋込型半導体レー
ザ素子の製造方法。