JP3217461B2 - 半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents
半導体レーザ素子の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ素子の製
造方法に関する。
造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】半導体レーザ素子においては、電流しきい
値を低減させるため、電流狭窄を行う必要がある。従
来、半導体レーザ素子の電流狭窄のために、様々な構造
が用いられている。一般的には、一度成長させたエピタ
キシャル積層体をエピタキシャル成長装置から外部に取
り出し、メサエッチングを施し、２回目の成長によりメ
サ側面を電流阻止層で埋め込む埋め込み構造が用いられ
ている。その他の構造としては、ストライプ状の電流注
入部をマスクキングし、その他の部分をプロトン照射に
より結晶を破壊して高抵抗化して電流阻止部を形成する
構造がある（文献１参照）。また、（１１１）Ａ面の斜
面を持つ段差ストライプを形成した（１００）ｐ型基板
上に、下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を
積層し、ＳｉドープＡｌＧａＡｓ層が（１００）面上で
ｎ型になり、（１１１）Ａ面もしくは（３１１）Ａ面上
でｐ型になることを利用した構造がある（文献２参
照）。 文献１：Electron. Lett.,20(1984)850 文献２：Appl. Phys. Lett.,55(1989)1059
値を低減させるため、電流狭窄を行う必要がある。従
来、半導体レーザ素子の電流狭窄のために、様々な構造
が用いられている。一般的には、一度成長させたエピタ
キシャル積層体をエピタキシャル成長装置から外部に取
り出し、メサエッチングを施し、２回目の成長によりメ
サ側面を電流阻止層で埋め込む埋め込み構造が用いられ
ている。その他の構造としては、ストライプ状の電流注
入部をマスクキングし、その他の部分をプロトン照射に
より結晶を破壊して高抵抗化して電流阻止部を形成する
構造がある（文献１参照）。また、（１１１）Ａ面の斜
面を持つ段差ストライプを形成した（１００）ｐ型基板
上に、下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を
積層し、ＳｉドープＡｌＧａＡｓ層が（１００）面上で
ｎ型になり、（１１１）Ａ面もしくは（３１１）Ａ面上
でｐ型になることを利用した構造がある（文献２参
照）。 文献１：Electron. Lett.,20(1984)850 文献２：Appl. Phys. Lett.,55(1989)1059
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電流狭窄構造には次のような問題があった。即ち、 １）埋め込み構造では、再成長界面が酸化したり、そこ
に欠陥が生じて、結晶の質が低下し、レーザ特性や寿命
に悪影響を与える。 ２）イオン注入により高抵抗層を形成する場合には、注
入されたイオンが活性層に達して、活性層を破壊する恐
れがある。 ３）３−５族の結晶成長は、飛散しやすい５族を過剰に
供給することで安定的におこなうことができる。従っ
て、（１１１）Ａ面もしくは（３１１）Ａ面上にＳｉド
ープＡｌＧａＡｓ層を形成する構造では、これらの面は
３族安定化面であるため、５族過剰状態で安定に成長さ
せることが困難であり、欠陥が生じやすい。
電流狭窄構造には次のような問題があった。即ち、 １）埋め込み構造では、再成長界面が酸化したり、そこ
に欠陥が生じて、結晶の質が低下し、レーザ特性や寿命
に悪影響を与える。 ２）イオン注入により高抵抗層を形成する場合には、注
入されたイオンが活性層に達して、活性層を破壊する恐
れがある。 ３）３−５族の結晶成長は、飛散しやすい５族を過剰に
供給することで安定的におこなうことができる。従っ
て、（１１１）Ａ面もしくは（３１１）Ａ面上にＳｉド
ープＡｌＧａＡｓ層を形成する構造では、これらの面は
３族安定化面であるため、５族過剰状態で安定に成長さ
せることが困難であり、欠陥が生じやすい。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決した半導体レーザ素子の製造方法を提供するもので、
ストライプ状メサを有する３−５族化合物半導体基板面
上に、それぞれ３−５族化合物半導体からなる下部クラ
ッド層、活性層および上部クラッド層を順次積層する半
導体レーザ素子の製造方法であって、基板面方位が（１
００）面、メサ斜面方位が（ｎ１１）Ｂ（ただし、ｎ＝
１、２、３）であり、Ｓｉをドープした上部クラッド層
を４５０℃〜５６０℃の成長温度でＭＢＥ法により成長
させることを特徴とするものである。
決した半導体レーザ素子の製造方法を提供するもので、
ストライプ状メサを有する３−５族化合物半導体基板面
上に、それぞれ３−５族化合物半導体からなる下部クラ
ッド層、活性層および上部クラッド層を順次積層する半
導体レーザ素子の製造方法であって、基板面方位が（１
００）面、メサ斜面方位が（ｎ１１）Ｂ（ただし、ｎ＝
１、２、３）であり、Ｓｉをドープした上部クラッド層
を４５０℃〜５６０℃の成長温度でＭＢＥ法により成長
させることを特徴とするものである。
【０００５】
【作用】本発明者等は、Ｓｉドープ３−５族化合物半導
体層を４５０℃〜５６０℃の成長温度でＭＢＥ法により
成長させた場合に、その比抵抗が結晶成長面により異な
り、（ｎ１１）Ｂ（ただし、ｎ＝１、２、３）面の比抵
抗が（１００）面の比抵抗よりも大きくなるという新し
い知見を得た。本発明は上記現象を半導体レーザ素子の
製造方法に利用したもので、基板上にストライプ状メサ
を設け、基板面方位を（１００）面、メサ斜面方位を
（ｎ１１）Ｂ（ただし、ｎ＝１、２、３）とし、Ｓｉを
ドープした上部クラッド層を上記基板上に４５０℃〜５
６０℃の成長温度でＭＢＥ法により成長させると、相対
的に、メサ上面の上部クラッド層の抵抗をメサ斜面の上
部クラッド層の抵抗よりも低くすることができるため、
注入電流をメサ上面に狭窄することができる。
体層を４５０℃〜５６０℃の成長温度でＭＢＥ法により
成長させた場合に、その比抵抗が結晶成長面により異な
り、（ｎ１１）Ｂ（ただし、ｎ＝１、２、３）面の比抵
抗が（１００）面の比抵抗よりも大きくなるという新し
い知見を得た。本発明は上記現象を半導体レーザ素子の
製造方法に利用したもので、基板上にストライプ状メサ
を設け、基板面方位を（１００）面、メサ斜面方位を
（ｎ１１）Ｂ（ただし、ｎ＝１、２、３）とし、Ｓｉを
ドープした上部クラッド層を上記基板上に４５０℃〜５
６０℃の成長温度でＭＢＥ法により成長させると、相対
的に、メサ上面の上部クラッド層の抵抗をメサ斜面の上
部クラッド層の抵抗よりも低くすることができるため、
注入電流をメサ上面に狭窄することができる。
【０００６】
【実施例】以下、図面に示した実施例に基づいて本発明
を詳細に説明する。図１は本発明にかかる半導体レーザ
素子の製造方法の一実施例により製造した半導体レーザ
素子の断面図である。この素子は以下のようにして製造
した。即ち、 １）先ず、リソグラフィ技術およびエッチング技術を用
いて、（１００）面を有するｐ型ＧａＡｓ基板１に（１
１１）Ｂ面の斜面を有するストライプ状のメサを形成す
る。 ２）次いで、ＭＢＥ法により上記基板１上に、厚さ１．
５μｍ、キャリア濃度ｐ＝１×１０18ｃｍ-3のＢｅドー
プｐ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２、厚さ０．１μｍ
のノンドープＧａＡｓ活性層３を、成長温度６５０℃、
Ａｓフラックス１×１０-5Torrで成長させる。 ３）次いで、厚さ１．５μｍのＳｉドープｎ−ＡｌＧａ
Ａｓ上部クラッド層４、５を成長温度５３０℃で成長さ
せる。（１００）面上の上部クラッド層４はキャリア濃
度がｎ＝１×１０18ｃｍ-3であり、低抵抗になる。一
方、（１１１）Ｂ面上の上部クラッド層５は高抵抗にな
る。 ４）次いで、窓明け加工したＳｉＯ2 膜６、ｎ電極７、
ｐ電極８を設ける。 上記構造の素子において、電極７から上部クラッド層４
に注入された電流は、高抵抗層である上部クラッド層５
中には拡散せず、全て活性層３の方へ流れ、発光に寄与
するため、しきい値が低下し、発光効率が高くなる。こ
こで、ＭＢＥ法で成長させた（１００）面および（１１
１）Ｂ面上のＳｉドープＧａＡｓ層について、その比抵
抗の成長温度依存性についての実験結果を図２に示す。
図２からわかるように、（１００）面では約４５０℃以
下で、（１１１）Ｂ面では約５６０℃以下で比抵抗が高
くなることがわかる。Ｓｉセル温度は１１００℃で、
（１００）面では成長温度６１０℃において２×１０18
ｃｍ-3のキャリア濃度が得られる。このことから、４５
０℃と５６０℃の間の成長温度では、（１００）面上は
ｎ型の低抵抗層、（１１１）Ｂ面上は比抵抗約５×１０
4Ω・ｃｍの高抵抗層になる。このような現象はＡｌＧ
ａＡｓについても認められた。本発明は、この現象を利
用したものである。なお、成長温度が低いと比抵抗が高
い理由は、ディープレベルが形成されるためであり、基
板面方位により、このディープレベルが形成される温度
は異なると考えられる。本発明は上記実施例に限定され
ず、基板はＩｎＰでもよく、上部クラッド層にＳｉをド
ープしたＩｎＡｌＡｓやＩｎＧａＰ、活性層にＩｎＧａ
Ａｓを用いてもよく、基板メサ斜面の面方位も、（１１
１）Ｂ面だけでなく、（２１１）Ｂ面、（３１１）Ｂ
面、およびこれらの面から数度ずれていてもよい。
を詳細に説明する。図１は本発明にかかる半導体レーザ
素子の製造方法の一実施例により製造した半導体レーザ
素子の断面図である。この素子は以下のようにして製造
した。即ち、 １）先ず、リソグラフィ技術およびエッチング技術を用
いて、（１００）面を有するｐ型ＧａＡｓ基板１に（１
１１）Ｂ面の斜面を有するストライプ状のメサを形成す
る。 ２）次いで、ＭＢＥ法により上記基板１上に、厚さ１．
５μｍ、キャリア濃度ｐ＝１×１０18ｃｍ-3のＢｅドー
プｐ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層２、厚さ０．１μｍ
のノンドープＧａＡｓ活性層３を、成長温度６５０℃、
Ａｓフラックス１×１０-5Torrで成長させる。 ３）次いで、厚さ１．５μｍのＳｉドープｎ−ＡｌＧａ
Ａｓ上部クラッド層４、５を成長温度５３０℃で成長さ
せる。（１００）面上の上部クラッド層４はキャリア濃
度がｎ＝１×１０18ｃｍ-3であり、低抵抗になる。一
方、（１１１）Ｂ面上の上部クラッド層５は高抵抗にな
る。 ４）次いで、窓明け加工したＳｉＯ2 膜６、ｎ電極７、
ｐ電極８を設ける。 上記構造の素子において、電極７から上部クラッド層４
に注入された電流は、高抵抗層である上部クラッド層５
中には拡散せず、全て活性層３の方へ流れ、発光に寄与
するため、しきい値が低下し、発光効率が高くなる。こ
こで、ＭＢＥ法で成長させた（１００）面および（１１
１）Ｂ面上のＳｉドープＧａＡｓ層について、その比抵
抗の成長温度依存性についての実験結果を図２に示す。
図２からわかるように、（１００）面では約４５０℃以
下で、（１１１）Ｂ面では約５６０℃以下で比抵抗が高
くなることがわかる。Ｓｉセル温度は１１００℃で、
（１００）面では成長温度６１０℃において２×１０18
ｃｍ-3のキャリア濃度が得られる。このことから、４５
０℃と５６０℃の間の成長温度では、（１００）面上は
ｎ型の低抵抗層、（１１１）Ｂ面上は比抵抗約５×１０
4Ω・ｃｍの高抵抗層になる。このような現象はＡｌＧ
ａＡｓについても認められた。本発明は、この現象を利
用したものである。なお、成長温度が低いと比抵抗が高
い理由は、ディープレベルが形成されるためであり、基
板面方位により、このディープレベルが形成される温度
は異なると考えられる。本発明は上記実施例に限定され
ず、基板はＩｎＰでもよく、上部クラッド層にＳｉをド
ープしたＩｎＡｌＡｓやＩｎＧａＰ、活性層にＩｎＧａ
Ａｓを用いてもよく、基板メサ斜面の面方位も、（１１
１）Ｂ面だけでなく、（２１１）Ｂ面、（３１１）Ｂ
面、およびこれらの面から数度ずれていてもよい。
【０００７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
トライプ状メサを有する３−５族化合物半導体基板面上
に、それぞれ３−５族化合物半導体からなる下部クラッ
ド層、活性層および上部クラッド層を順次積層する半導
体レーザ素子の製造方法であって、基板面方位が（１０
０）面、メサ斜面方位が（ｎ１１）Ｂ（ただし、ｎ＝
１、２、３）であり、Ｓｉをドープした上部クラッド層
を４５０℃〜５６０℃の成長温度でＭＢＥ法により成長
させるため、一回の結晶成長工程で電流狭窄構造を有す
る半導体レーザ素子を製造することができるので、界面
欠陥のない低しきい値の半導体レーザ素子を得ることが
できるという優れた効果がある。
トライプ状メサを有する３−５族化合物半導体基板面上
に、それぞれ３−５族化合物半導体からなる下部クラッ
ド層、活性層および上部クラッド層を順次積層する半導
体レーザ素子の製造方法であって、基板面方位が（１０
０）面、メサ斜面方位が（ｎ１１）Ｂ（ただし、ｎ＝
１、２、３）であり、Ｓｉをドープした上部クラッド層
を４５０℃〜５６０℃の成長温度でＭＢＥ法により成長
させるため、一回の結晶成長工程で電流狭窄構造を有す
る半導体レーザ素子を製造することができるので、界面
欠陥のない低しきい値の半導体レーザ素子を得ることが
できるという優れた効果がある。
【図１】本発明にかかる半導体レーザ素子の製造方法の
一実施例により製造した半導体レーザ素子の断面図であ
る。
一実施例により製造した半導体レーザ素子の断面図であ
る。
【図２】ＳｉドープＧａＡｓ層について、成長温度と比
抵抗の関係を示す図である。
抵抗の関係を示す図である。
１ 基板 ２ 下部クラッド層 ３ 活性層 ４、５ 上部クラッド層 ６ ＳｉＯ2 膜 ７ ｎ電極 ８ ｐ電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−243180（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−56981（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−55711（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−218590（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−109786（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−193585（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−265787（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−84186（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 27/12
Claims (1)
- 【請求項１】 ストライプ状メサを有する３−５族化合
物半導体基板面上に、それぞれ３−５族化合物半導体か
らなる下部クラッド層、活性層および上部クラッド層を
順次積層する半導体レーザ素子の製造方法であって、基
板面方位が（１００）面、メサ斜面方位が（ｎ１１）Ｂ
（ただし、ｎ＝１、２、３）であり、Ｓｉをドープした
上部クラッド層を４５０℃〜５６０℃の成長温度でＭＢ
Ｅ法により成長させることを特徴とする半導体レーザ素
子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17493692A JP3217461B2 (ja) | 1992-06-08 | 1992-06-08 | 半導体レーザ素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17493692A JP3217461B2 (ja) | 1992-06-08 | 1992-06-08 | 半導体レーザ素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05343815A JPH05343815A (ja) | 1993-12-24 |
| JP3217461B2 true JP3217461B2 (ja) | 2001-10-09 |
Family
ID=15987320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17493692A Expired - Fee Related JP3217461B2 (ja) | 1992-06-08 | 1992-06-08 | 半導体レーザ素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3217461B2 (ja) |
-
1992
- 1992-06-08 JP JP17493692A patent/JP3217461B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05343815A (ja) | 1993-12-24 |
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