JPH01115191A - 半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ及びその製造方法

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JPH01115191A
JPH01115191A JP27404787A JP27404787A JPH01115191A JP H01115191 A JPH01115191 A JP H01115191A JP 27404787 A JP27404787 A JP 27404787A JP 27404787 A JP27404787 A JP 27404787A JP H01115191 A JPH01115191 A JP H01115191A
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JP
Japan
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semiconductor
semiconductor layer
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active layer
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JP27404787A
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Isao Hino
日野 功
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NEC Corp
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NEC Corp
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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) 本願発明は、高信頼・高出力の半導体レーザ及びその製
造方法に関する。
(従来の技術) 半導体レーザの活性層で発振した光は、素子の光出射面
から外部にとり出される。半導体レーザにおいては、レ
ーザ光出射面が臂開により形成され、レーザ発振光は、
その面からとり出される。
レーザ光出射面は、極めて高い光子密度となっているか
ら、光出射面の破壊や酸化により、素子の信頼性や動作
可能出力が制限されている。そこで従来、この光出射面
に5iot 、 MtOs 、 5isNt等の誘電体
膜を耐着せしめて出射面を保護し、信頼性や動作出力を
向上させるという構造が採用されてきた。従来の半導体
レーザの一例として、ジャーナル◆才ブ・アプライド・
フィジクス(、T、 Apl)1−Phys、 )第5
0巻、 5150ページ(1979年))に掲載された
構造を第3図に示す。本図は、AQGaAs系半導体レ
ーザをストライプ電極に平行な横側面から見た図である
。図の左右両端が襞間により形成したレーザ光出射面1
09である。この半導体レーザは、n−GaAs基板1
01の上にn  AQs、aGaa、J!3クラッドM
102.アンドープGaAs活性層103.p−AQ 
o 、 aGaa 、 aAsクラッド層104及びn
−GaAsキャップ層105の半導体層が順に積層され
てなる半導体多層構造を有し、p電極106とn電極1
07とから電流が注入される。レーザ光出射端面には5
i0z膜108が形成され、端面保護膜として働いてい
る。
第3図の例では保護膜108は、5illとなっている
が、Mhos 、 St、am膜の場合も同様の構図を
とって使われている。また、このような保護膜は、他の
半導体発光素子GaInPAs系レーザやAQGaIn
P系可視光レーザに対しても同様に用いられている。
(発明が解決しようとする問題点) 前述の従来法では、保護膜としてつけた誘電体膜と半導
体の物理的性質が著しく異なるから、両者の界面状態は
必ずしもよくない、また、熱膨張係数も異な゛るから、
高出力動作時の温度上昇の際端面に歪みがはいり、それ
が劣化の原因となる。
このため、高出力動作で長寿命化を達成することが困難
であった。また、光出射面を、素子と同一の格子定数を
もつ半導体膜で保護する構造も考えられるが、素子に影
舌を与えずに高抵抗の半導体膜を得ることが困難であっ
た。また、このような半導体膜は素子を構成している半
導体膜と屈折率に差をつけにくいから、端面反射率の制
御が難しい、従来法は、以上述べたような欠点を有して
いる。
そこで、本願発明の目的は、結晶成長の性質や材料の性
質を利用して上述の欠点を除き、高信頼・高性能の半導
体レーザおよびその製造方法を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 本願の第1の発明の半導体レーザが要旨とするところは
、光出射面上に、活性層よりも大きなエネルギギャップ
をもち活性層とほぼ格子定数の等しい半導体層と、誘電
体膜をこの順に形成したことである。半導体層を蔵を含
む■−v化合物、或いは誘電体膜をAQ t Osとす
ると、■−v化合物半導体より成る半導体レーザに本願
の第1の発明を適用してその効果が著しい。また、Al
を含む■−■化合物半導体層を、有機金属を原料とした
気相成長法(MOVPE法)により酸素をO,lppm
から1100ppの範囲で含む気相雰囲気中で形成し、
この半導体層を大気に曝すことなく、ひき続きAQ 、
o。
膜を形成する本願の第2の発明により、本願の第1の発
明の構造はつくり易くまた著しい効果を以て実現するこ
とができる。Alを含む■−■化合物半導体層としては
、半導体レーザの活性層よりもエネルギギャップが大き
く、格子定数が活性層とほぼ等しいという条件を満たし
ていれば何でもよく、AQGaAs 、 AQInP 
、 AQGaSb 、 A11)GaInP等がある。
また、半導体層はAlを含む■−■化合物によらなくて
も、また誘電体膜はM、0.でなくても本願の第1の発
明は有効である。
(作用) 半導体レーザ素子端面に形成して端面を保護する膜ある
いは領域は、大きく3つの機能を果たす。それらは端面
附近のエネルギギャップを大きくし、この領域での光吸
収を減らし、光吸収による発熱による端面破壊を防ぐ(
機能1)、励起される半導体素子の端面を直接大気にさ
らさぬことにより、端面の化学変化を防ぐ(機能2)、
素子端面の反射率を制御して光出射端面内部の光子密度
を減らして端面破壊や劣化を防ぐ(機能3)の3つであ
る。従来構造では、これら3機能のうちのいくつかは満
足するものの、すべてを十分に満足しているものはなか
った。本願の第1の発明の構造をとることにより、まず
、半導体レーザの活性層よりも大きなエネルギギャップ
をもつ半導体層を素子端面に活性層に接して設けること
により、素子端面領域での光吸収を減らすことができ、
光吸収による発熱を減少することができる。
このとき、素子端面に設けた半導体層の格子定数が、活
性層のひいては半導体レーザを構成している半導体材料
の格子定数と異なっていると、素子端面に設けた半導体
層との界面に歪みが生じ、素子劣化の原因となる。この
点は、素子界面に設けた半導体層の格子定数を半導体レ
ーザの活性層にほぼ一致させることにより解決される0
以上述べた半導体層を端面に設けるだけでは、前述の機
能1は満足するが、機能29機能3に対しては十分な効
果をもたない、そこで、この半導体膜上に誘電体膜を一
定の厚さで形成することにより、機能2および機能3を
満たす、半導体端面を誘電体膜で覆うことにより、半導
体層の大気露出を防ぐことにより機能2が満たされる。
誘電体膜厚・誘電体屈折率を制御することにより、端面
反射率を制御でき、機能3が満たされる。
前述した素子端面に設ける半導体膜は、電気抵抗の高い
ことが要求される。つまり、膜の抵抗が低いと、漏れ電
流のために素子の効率が悪くなる。AQを含む■−■化
合物をその半導体膜として利用することには、次の利点
がある。第1に、Alを含む化合物は、形成の際に酸素
を添加すると容易に高抵抗となる。第2にGaのみ又は
AQとGaを両方含むII−V化合物ではGaとAlを
置き換えることにより、格子定数を殆ど変えずにバンド
ギャップを大きくすることができる。このため、素子端
面に設ける半導体膜としてAlを含むIII−v化合物
を用いると本願の第1の発明の効果は著しい。
さらに統いで設ける誘電体膜をM、0.とすると、前述
のAlを含む■−■化合物を形成したのち、試料を大気
中にとり出すことなく同一の装置で、ひき続き形成する
ことが容易である。このため誘電体膜としてAQ*Os
を用いると、前述の効果に加えて、製作の容易さおよび
さらなる信頼性の向上という効果が生ずる。
Alを含む■−■化合物層を形成する方法としては、有
機金属を用いた気相成長法(MOVPE法)が、優れた
方法の一つである。本方法による場合、通常の高純度雰
囲気で成長させると、アンドープの場合でも絶縁性をも
たせることは難しい、一方、成長雰囲気に酸素を混入す
るとAlを含むI[−4化合物層は高抵抗となるが、酸
素を多量に含むと結晶は劣化し、表面粗れを生ずるから
光出射面保護には適さない、ところが、成長中の酸素の
濃度を0. lppmから1100ppの範囲に制御し
ながら、Alを含む■−v化合物を成長させると、結晶
品質を保ちつつ高抵抗の結晶が得られる。そこで、Al
を含む■−■化合物半導体層を、MOVPE法により、
酸素@ 0.1ppmから1100ppの範囲で含む気
相雰囲気中で形成すると、活性層よりも大きなエネルギ
ギャップをもち活性層とほぼ格子定数の等しい半導体層
として理想的なものができる。
また、Alを含む■−v化合物半導体層を形成したのち
、そのままひき続いてM!08を形成すると、半導体と
誘電体膜の界面が汚染されることなく劣化原因を除くこ
とができる。
(実施例) 次に本願発明の実施例を示す、第1図に本願の第1の発
明の実施例である半導体レーザの模式的斜視図を示すa
 600nm帯で発振するAQGaInP系可視光半導
体レーザを例として示す、第2図には、第1図の半導体
レーザを製造する本願の第2の発明の一実施例を工程図
で模式的に示す0両図面中同−箇所を指すものには、同
一番号が附しである。
第2図(a)、(b)は素子製作用ウェーハの断面図、
第2図(c)は第2図(b)のウェーハを上から見た平
面図である* n  GaAs基板1上にn  (AQ
o、aGa*、s)a、1Ino、iPクラッド層2゜
アンドープGas 、 5Ina 、 sP活性層3 
、 p −(AQ、、。
Gas、a ) o、sIn*、aPクラッドFa 4
 、 p−GaAsキャップ層5を順次形成する(第2
図(a))。成長法は、MOVPE法や分子ビームエピ
タキシャル法CMBE法)によればよい6次に、反応性
イオンビームエツチング法等により、レーザ共振器面1
1形成のための溝12を形成する。その後MOVPE法
によりAQo、5Ins、gP層6を形成する。このと
き、トリメチルアルミニウム(TMAQ)、トリメチル
インジウム(TMIn ) 、’ Pt(sおよびキャ
リアガスとして用いる水素から成る混合原料ガスに、酸
素を0.lppmから1100ppの範囲で添加する。
こうして成長中の気相雰囲気中の酸素濃度をQ、 lp
pmから1100ppとする。AQ e 、 gIns
 、 sPを形成した後、試料を大気に曝すことなく、
ひき続きM gosを形成する(第2図(b))、この
AQ tOs膜を形成するには、AQ * 、 11n
@ 、 aP膜を形成したものと同じ装置内で、TMA
Qと酸素を同様に流し、基板を400℃程度に加熱すれ
ばよい6次に、フォトリソグラフィ法により′rILi
注入用ストライブ窓8を、AQ x Os膜7と、AQ
 o 、 aIn−、−P層6にあける。エツチング液
は、AQ t Osに対してはHF緩衝液、AQs、g
Ins、aPに対しては稀塩酸を用いることにより選択
エツチングが行える。その後、pttOを蒸着により附
着して再びフォトリソグラフィ法により、第2図(c)
に示すように選択的に残す、最後にn電極10を形成し
、個々のチップに分けることにより、第1図に示す構造
ができる。こうして得られた素子は、従来構造の半導体
レーザと較べて、高出力動作時での信頼性の優れたもの
となった。実施例では、絶縁膜でストライブ注入領域を
形成したストライブレーザを示したが、半導体レーザ素
子端面を光出射端とする半導体レーザであれば、本願の
発明は如何なる構造に対しても適用できる。また、Al
を含む■−v化合物として、AQs、gIns、iPを
示したが、(AQxGas−x) o、1Ins、sP
(0< x〈1)でもよい。また、Ga、 、 5In
e 、 aPよりもエネルギギャップの大きなAQ、G
a、−、Asでも同様の効果が得られる。また、本実施
例ではAQGaAs系系を用いて説明したが、本願発明
はAQGaAs系、 AQGaSb系など他の材料に対
しても適用できる。効果の大きさ、製作のしやすさの点
から、光出射面に附着せしめる半導体層としてAlを含
む■−v化合化合物覚誘電体膜も■0.を用いて説明し
たが、本願の第1の発明には他の材料を用いても、当該
発明の効果は得られる。
(発明の効果) 以上に述べたように、本願発明により、端面での光吸収
による発熱の減少、端面の光子密度の減少、端面の大気
からの保護が同時にかつ製作容易な方法で実現できる。
また、附着する端面保護膜は高品質なものができるので
、この事も併せて本願発明により、従来よりも高信頼・
高出力の半導体レーザを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本願の第1の発明の一実施例を示す模式的斜視
図、第2図は本願の第2の発明の一実施例により第1図
の半導体レーザを製作する方法を示す図、第3図は従来
の半導体レーザの模式的断面図である。 1 、101− n−GaAs基板、2−rl −(A
Q、 、 、Ga8.、)。5Ina 、 iPクラッ
ド層、3・・・アンドープGa* 、 aIn@ 、 
IP活性層、4・op  (AQs、4Gam、a)e
、5In1.、Pクラッド層、5 、105・・・p−
GaAsキ’rツブ層、6・・・高抵抗AQ、、sIn
、、sP層、7−u*os膜、8・・・電流注入ストラ
イブ領域、9 、106・= p を極、10゜107
・・・n電極、11 、109・・・レーザ光出射端面
、102”’ n  AQ a 、 aGas 、 i
As層、103・・−GaAs活性層、104−・・p
−AQ a 、 aGas 、 sAs層、108”・
SiOx保護膜。 第1図 、5p−GaAs (a) (b) 第2図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光出射面上に半導体層と誘電体層とがこの順に積
    層されており、前記半導体層はエネルギギャップが前記
    活性層より大きく格子定数がその活性層にほぼ等しいこ
    とを特徴とする半導体レーザ。
  2. (2)前記半導体層がAlを含むIII−V化合物である
    特許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ。
  3. (3)前記誘電体膜がAl_2O_3である特許請求の
    範囲第2項記載の半導体レーザ。
  4. (4)光出射面上に半導体層と誘電体層とがこの順に積
    層されており、前記半導体層はエネルギギャップが前記
    活性層より大きく格子定数が活性層にほぼ等しい半導体
    レーザの製造方法において、前記半導体層として、Al
    を含むIII−V化合物半導体層を、有機金属を原料とし
    た気相成長法により酸素と0.1ppmから100pp
    mの範囲で含む気相雰囲気中で形成し、この半導体層を
    大気に曝すことなく、ひきつづき前記誘電体層としてA
    l_2O_3膜を形成することを特徴とする半導体レー
    ザの製造方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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