JPH01202883A - 半導体レーザとその製造方法 - Google Patents

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〕 本発明は半導体レーザと、その製造方法に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

最近、半導体チップ上に複数の半導体レーザを設けてレ
ーザ出力を高める試みや、半導体レーザと共に各種の半
導体デバイスを併設して集積化するなどの、各種の試み
がされている。

ところで、これらの集積化を実現するためには、第１に
、全ての半導体レーザや半導体デバイスが半導体基板の
一方の面上に形成可能でなければならず、第２に、これ
らの半導体レーザや半導体デバイスが電気的に分離可能
でなければならず、第３に、これらの半導体レーザや半
導体デバイスの電極が、半導体基板の一方の面上に配置
可能な構造でなければならない。

これに対応可能な半導体レーザの例として、トランスバ
ースジャンクションストライプ型の半導体レーザ（ＴＪ
Ｓ）が提案されている。ＴＪＳは、半絶縁性の半導体基
板の上にダブルへテロ構造を有する成長層を形成したの
ち、部分的に拡散処理してダブルへテロ構造に直交する
ｐｎ接合を形成し、上面に電極を設けるようにしたもの
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記の従来技術によれば、チップ上に複数の
半導体レーザを設けたり、あるいは各種の半導体デバイ
スを集積化する場合には、下記のような問題点があった
。

第１に、集積化するためには、半導体レーザや半導体デ
バイスの上面が平坦に形成され、配線層の形成が容易で
あることが望ましい。しかしながら、従来技術によれば
、半導体レーザに段差等が設けられるので集積化に不向
きであめる。

第２に、これらの半導体レーザや半導体デバイスについ
ては、相互の電気的な分離が完全に成されるべきである
。しかし、従来技術によれば、必ずしも分離が完全とは
ならず、これらの半導体素子の間に半導体基板経由の洩
れ電流が生じてしまう。

第３に、集積化に必要な工程により、半導体レーザ等の
特性劣化や歩留り低減が生じないようにすることが必要
である。しかし、従来技術によれば、半導体レーザの構
造が複雑であり、拡散工程等に厳密な正確性が要求され
、集積化により特性の劣化等をきたしやすい。

そこで本発明は、上記の従来技術が有していた問題点を
解決するため、集積化に適した半導体レーザと、その製
造方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の半導体レーザは、絶縁性または半絶縁性の基板
と、この基板上に順次に形成された第１導電型の第１の
クラッド層および第１のコンタクト層と、第１のコンタ
クト層およびクラッド層の各々の断面を側壁とし、基板
を底として形成される凹部と、この凹部の内面に沿って
被着される活性層と、この活性層に接して凹部の内側に
順次に形成される第２導電型の第２のクラッド層および
第２のコンタクト層と、第１および第２のコンタクト層
のそれぞれに接して形成される第１および第２の電極と
を有することを特徴とする。

また、本発明の半導体レーザの製造方法は、絶縁性また
は半絶縁性の基板上に第１導電型の第１のクラッド層お
よび第１のコンタクト層を順次に堆積する第１の工程と
、これら第１のコンタクト層およびクラッド層を選択的
に除去し、底が基板まで達する凹部を形成する第２の工
程と、この凹部の内面に沿って活性層を形成する第３の
工程と、活性層の内面に接する第２導電型の第２のクラ
ッド層および第２のコンタクト層を順次に被着する第４
の工程と、第１および第２のコンタクト層のそれぞれに
接する第１および第２の電極を形成する第５の工程とを
有することを特徴とする。

〔作用〕

本発明の半導体レーザは、以上のように構成したので、
第１の電極は何れも第１のコンタクト層およびクラッド
層経由で凹部の外側から凹部の側壁に形成された活性層
に接続され、第２の電極は何れも第２のコンタクト層お
よびクラッド層経由で凹部の内側から活性層に接続され
る。そして、これら画電極経由で活性層に注入される駆
動電流は、凹部の側壁に沿った活性層から駆動電流に応
じたレーザ光を出力するように作用する。このとき、凹
部の底を成す絶縁性または半絶縁性の基板は、駆動電流
が基板経由で漏れないように、漏れ電流を遮断する働き
をなす。

また、本発明の半導体レーザの製造方法は以上のように
構成したので、第２のクラッド層またはコンタクト層の
堆積厚みを所定に設定することにより、基板上での第１
および第２の電極をほぼ同一平面上に形成可能とするよ
うに作用する。

〔実施例〕

以下、添付図面の第１図および第２図を参照して、本発
明の実施例について説明する。

第１図は本発明の実施例に係る半導体レーザの構造を示
すもので、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＢ−Ｂ線
断面図、同図（ｃ）はＣ−Ｃ線断面図である。インジウ
ムリン（ＩｎＰ）からなる半絶縁性の半導体基板１の上
には、ｎ−ＩｎＰからなる第１のクラッド層２と、ｎ＋
−ＧａｌｎＡｓからなる第１のコンタクト層３が積層さ
れている。基板１上には、これらクラッド層２とコンタ
クト層３の断面を側壁とし、底を基板１とする凹部が設
けられている。凹部の内面には、ｎ−夏ｎＰからなるバ
ッファ層５を介して、ガリウムインジウムヒ素リン（Ｇ
ａ　Ｉｎ　Ａｓ　Ｐ）からなる活性層６が被着されてい
る。活性層６の内側には第１のクラッド層２とほぼ同じ
厚さで、ｐ　−ＩｎＰからなる第２のクラッド層７が活
性層６に接して堆積され、第２のクラッド層７の上には
第１のコンタクト層３とほぼ同じ厚さで　、＋　　−Ｇ
ａｌｎＡｓからなる第２のコンタクト層８が積層されて
いる。

第１のコンタクト層３と第２のコンタクト層８の境界領
域には、例えば亜鉛（Ｚｎ　）が注入されてｎ型のコン
タクト層およびクラッド層の一部と補償効果が生じるた
め高抵抗となる領域を含む拡散領域９が形成されている
。また、第１のコンタクト層３の上には第１の電極１０
ａが埋め込んで形成され、第２のコンタクト層８の上に
は第２の電極１０ｂが埋め込んで形成されている。さら
に、第１のコンタクト層３および第２のコンタクト層８
の上面には絶縁層１１が形成され、第１図（ａ）に示す
スルーホールを介して第２の電極１０ｂと第２の配線層
１２ｂが接続され、同図（ｂ）に示すスルーホールを介
して第１の電極１０ａと第１の配線層１２ａが接続され
ている。

従って上記の構成によれば、半導体基板１上に複数の半
導体レーザ素子を集積させることができ、しかも半導体
基板１の上面に電極を形成することができる。このため
、半導体レーザ素子を集積させることはもちろん、これ
と他のデバイス（例えばトランジスタ）を半導体基板１
上で集積させることもできる。

次に、上記実施例に係る半導体レーザの作用を説明する
。

図示しないリード線を介して第２の配線層１２ｂに与え
られた電流は、各々の第２の電極１０ｂに半導体レーザ
の駆動電流として供給される。第２の電極１０ｂから供
給される駆動電流は、第２のコンタクト層８と第２のク
ラッド層７経由で凹部４の両側の側壁に沿った活性層６
に注入され、活性層６においてレーザ光を出力し、バッ
ファ層５と第１のクラッド層２、第１のコンタクト層３
経由で第１の電極１０ａに流出し、第１の配線層１２ａ
を介して図示しないリード線に流れる。

上記の第１の実施例の構成によれば、レーザ光は凹部の
両側の活性層６から出射され、通常の半導体レーザのｎ
倍（ｎ倍は凹部の数）以上の出力のレーザ光を得ること
ができる。また、凹部の底は半絶縁性の半導体基板１に
より電気的に絶縁されているので、駆動電流が基板１内
に漏れ出すことがない。さらに、第１のコンタクト層３
と第２のコンタクト層８の境界領域には高抵抗の拡散領
域９が設けられているので、この点でも駆動電流が漏れ
出すことはない。その結果、漏れ電流がない高効率なレ
ーザ発光を可能にする。

次に、第２図の製造工程別の素子断面図を参照して、実
施例に係る半導体レーザの製造方法を説明する。

まず、第１の工程として、絶縁性のＧａ　Ａｓ基板１の
上にｎ−Ａｐ　Ｇａ　Ａｓからなる第１のクラッド層２
を形成したのち、ｎ　　−Ｇｓ　Ａｓからなる第１のコ
ンタクト層３を形成する。その後、コンタクト層３の表
面にパターン処理されたマスク２１を被着する（第２図
（ａ）参照）。

次に、第２の工程では、マスク２１により覆われていな
い第１のコンタクト層３と第１のクラッド層２を基板１
に至るまで蝕刻して除去する。これにより、第１のコン
タクト層３および第１のクラッド層２の断面を側壁とし
、基板１を底とする凹部４が基板１の上に形成される。

このとき、凹部４の底は基板１内に浅く蝕刻されて形成
されてもよい（第２図（ｂ）参照）。

その後、第３の工程では、凹部４の内面に接してｎ−Ａ
ｌＧａ　Ａｓからなるバッファ層５を形成し、バッファ
層５に重ねてＧａ　Ａｓからなる活性層６を形成する。

これにより、凹部４の内面に沿って活性層６が形成され
る。引き続き、第４の工程では、活性層６の内面に接す
る凹部４の内側に、ｐ−Ａｊｌ　Ｇａ　Ａｓからなる第
２のクラッド層７を選択的に堆積する。その後、第２の
クラッド層７の上にｐ”　−Ｇａ　Ａｓからなる第２の
コンタクト層を被着する（第２図（ｃ）参照）。

次いで、第５の工程では、マスク（図示せず）を除去し
たのち、基板１上の凹部４の上縁に形成される第１のコ
ンタクト層３と第２のコンタクト層８との境界に、例え
ば不純物としての亜鉛（Ｚｎ　）を選択的に拡散して拡
散領域９を形成する。さらに、第１のコンタクト層３と
第２のコンタクト層８の各々の表面を選択的に浅く除去
し、これらの浅い除去部分に選択的に金属を蒸着し、コ
ンタクト層３，８の表面に埋め込まれた形で第１および
第２の電極１０ａ、１０ｂを形成する（第２図（ｅ）参
照）。

その後、基板１の上面全体に絶縁層１１を被着する。（
第２図（ｆ）参照）。次に、電極１０ａ。

１０ｂ上の絶縁層１１を選択的に除去して孔、開けし、
隣接する半導体レーザの電極１０ａ、１０ｂ同士をそれ
ぞれ相互に接続する配線層１２ａ。

１２ｂを絶縁層１１上に被着して結線すると、第１図の
半導体レーザが得られる。

上記の製造工程によれば、凹部４の内側に形成する第２
のクラッド層７とコンタクト層８の各々の層の厚さを、
第１のクラッド層２とコンタクト層３の各々の層の厚さ
とほぼ等しくすることにより、第１、第２のコンタクト
層３．８の各々の上面の位置をほぼ同じ平面上に形成で
きる。しかも、これらのコンタクト層３．８の上面に接
する各々の電極１０ａ、１０ｂはコンタクト層３，８に
埋め込まれるので、これらの電極１０ａ、１０ｂの表面
も平坦化される。その結果、半導体レーザの上に絶縁層
１１を介して配線層１２ａ、１２ｂを設けることが可能
になり、半導体レーザの集積化が容易になる。また、第
１、第２のコンタクト層３．８の境界に設けられた拡散
領域９は、境界を通じて流れる漏れ電流を遮断して、集
積化した場合の電流の回り込みを抑制する。また、拡散
領域の屈折率が活性層６の屈折率より小さくなり、その
結果、活性層６への光の閉じ込めが良くなり、しきい値
電流が小さくなるという効果および活性層６が直接絶縁
層１１に接触して、その部分から劣化が生じるのを防ぐ
効果もある。さらに、活性層６は凹部４の内面に沿って
形成されるので、活性層６の幅をクラッド層２．７とコ
ンタクト層３゜８の各々の層の厚さにより正確に定める
ことができる。

以上、本発明のいくつかの実施例について説明したが、
本発明はこれらに限られるものではない。

例えば、第１導電型をｎ型とし第２導電型をｐ型とした
が、第１導電型をｐ型とし第２導電型をｎ型としてもよ
いａｌｎＰを基板とした場合、バッファ層やクラッド層
をＩｎＰとしたが、Ｇａ１ｎＡｓＰとすることもできる
。また、コンタクト層をＧａ１ｎＡｓとしたがこれに限
らず、Ｇａ１ｎＡｓＰにより構成することもできる。ま
た、活性層として、Ｇａ１ｎＡｓ／ＩｎＰの量子井戸型
構造にすることもでき、Ｇａ１ｎＡｓ／Ａｌ１１ｎＡｓ
やＧａ　Ｉｎ　Ａｓ　Ｐ／Ｇａ　Ｉｎ　Ａｓ　Ｐの量子
井戸型構造にすることもできる。さらに、Ｇａ　Ａｓを
基板とした場合には、活性層６をＧａ　Ａｓ　／Ａｌｌ
　Ｇａ　ＡｓやＡＮ　Ｇａ　Ａｓ　／ＡｇＧａ　Ａｓの
量子井戸型構造にすることも可能である。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明の半導体レーザは、基板上の第１の
クラッド層とコンタクト層を側壁とし、基板を底とする
凹部の内面に活性層を設け、さらに活性層に接する第２
のクラッド層とコンタクト層を設け、第２のコンタクト
層の上面位置を第１のコンタクト層の上面位置とほぼ同
一に揃え、これらのコンタクト層の各々に接続される電
極を平坦に構成したので、同一基板上に複数の半導体し
一ザや他の半導体デバイスを容易に集積化することがで
きる。

また、本発明の半導体レーザの製造方法は、第１のコン
タクト層とクラッド層を選択的に除去して底が基板にま
で達する凹部を形成し、その後、凹部の内面に沿って活
性層を形成し、次いで、活性層に接する第２のクラッド
層とコンタクト層を形成し、各々のコンタクト層には第
１と第２の電極を各々形成するようにしたので、特殊な
工程を必要とすることなく、通常の工程により基板上に
ほぼ平坦に半導体レーザ素子を容易に集積化できる。ま
た、活性層の形成後に過酷な拡散工程を伴わないので、
半導体レーザの特性を損なうことがなく、出力特性に優
れた大出力の半導体レーザを製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る半導体レーザの構造を示
す図、第２図は実施例の製造方法を説明する工程別の断
面図である。 １・・・基板、２・・・第１導電型のクラ・ソド層（第
１のクラッド層）、３・・・第１導電型のコンタクト層
（第１のコンタクト層）、５・・・第１導電型のノ（ツ
ファ層、６・・・活性層、７・・・第２導電型のクラ・
ソド層（第２のクラッド層）、８・・・第２導電型のコ
ンタクト層（第２のコンタクト層）、９・・・拡散領域
、１０ａ、１０ｂ・・・第１および第２の電極、１１・
・・絶縁層、１２ａ、１２ｂ・・・第１および第２の配
線層。 特許出願人　　住友電気工業株式会社 代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　樹５　　　　１０
ａ　　１０ｂ　　５ ５１Ｑａ５ 実施例の構造

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁性または半絶縁性の基板と、この基板上に形成
   された第１導電型の第１のクラッド層と、この第１のク
   ラッド層上に形成された第１導電型の第１のコンタクト
   層と、前記第１のコンタクト層および第１のクラッド層
   の各々の断面を側壁とし、前記基板を底として形成され
   る凹部と、この凹部の内面に沿って被着される活性層と
   、この活性層に接して前記凹部の内側に形成される第２
   導電型の第２のクラッド層と、この第２のクラッド層に
   接して前記凹部の内側に形成される第２導電型の第２の
   コンタクト層と、前記第１のコンタクト層に接して形成
   される第１の電極と、前記第２のコンタクト層に接して
   形成される第２の電極とを有することを特徴とする半導
   体レーザ。 ２、前記第１のコンタクト層と前記第２のコンタクト層
   は、各々の上面が前記基板上でほぼ同じ平面上に形成さ
   れることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。 ３、前記活性層と前記凹部の側壁および底の間には、第
   １導電型のバッファ層が介在されていることを特徴とす
   る請求項１記載の半導体レーザ。 ４、前記第１および第２のコンタクト層の境界領域には
   、高抵抗層が形成されていることを特徴とする請求項１
   記載の半導体レーザ。 ５、絶縁性または半絶縁性の基板上に第１導電型の第１
   のクラッド層を被着したのち、第１導電型の第１のコン
   タクト層を堆積する第１の工程と、 これらの第１のコンタクト層と第１のクラッド層を選択
   的に除去し、底が前記基板まで達する凹部を形成する第
   ２の工程と、 この凹部の内面に沿って活性層を形成する第３の工程と
   、 前記活性層の内面に接する第２導電型の第２のクラッド
   層を堆積したのち、この第２のクラッド層上に第２導電
   型の第２のコンタクト層を被着する第４の工程と、 前記第１のコンタクト層に接する第１の電極と、前記第
   ２のコンタクト層に接する第２の電極を形成する第５の
   工程とを有することを特徴とする半導体レーザの製造方
   法。 ６、前記第３の工程は、前記凹部の内面に第１導電型の
   バッファ層を形成したのち、前記活性層を形成する工程
   であることを特徴とする請求項５記載の半導体レーザの
   製造方法。 ７、前記第５の工程は、前記第１および第２のコンタク
   ト層の各々の上面を選択的に浅く除去し、これらの除去
   部分の各々に前記第１または第２の電極を成す金属層を
   被着し、次いで、この金属層の上面を含む前記第１およ
   び第２のコンタクト層の上面に絶縁層を堆積したのち、
   この絶縁層を選択的に除去して前記第１または第２の電
   極に接する配線層を前記絶縁層上に被着することを特徴
   とする請求項５記載の半導体レーザの製造方法。 ８、前記第５の工程は、前記第１のコンタクト層と前記
   第２のコンタクト層との境界領域に不純物を拡散する工
   程を含むことを特徴とする請求項５記載の半導体レーザ
   の製造方法。