JPH01238183A - 埋め込み形半導体レーザ及びその製造方法 - 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及びその製造方法に関するもので
ある。

（従来の技術） 半絶縁性半導体層を電流阻止層に用いた半導体レーザは
電流阻止層での漏れ電流が少なくしかも寄生容量が小さ
いため低閾値、高速動作が期待される。この様な半導体
レーザの従来例（エレクトロニクスレターズ誌、第２２
巻２３号１２）４〜１２）５頁、１９８６年）を第３図
に示す。第３図において、活性層１２は上下よりｎ形バ
ッファ層１１、ｐ形りラッド層１３で、また、左右より
半絶縁性半導体層１８で挟まれ、電流は活性層１２の両
脇に位置する半絶縁性半導体層及びＳｉ０２層１７によ
り狭窄される。従って、電子はｎ形電極１６、ｎ形半導
体基板１０、ｎ形バッファ層１１を経て活性層１２に注
入され、一方正孔はｐ形電極１５、コンタクト層１４、
クラッド層１３を経て活性層１２に注入される。この半
導体レーザは半絶縁性半導体層を電流阻止層に用いたこ
とにより１０ＧＨｚまでの高い周波数応答特性を示す。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の半絶縁性半導体層を用いた半導体
レーザには、歩留りを高くすることが困難であるという
欠点があった。それは第１には半絶縁性層を形成する際
ダブルヘテロ構造との界面である（１１１）Ａ面に気相
成長の特性によって低抵抗の半導体層が生じてしまいこ
れにより漏れ電流が増大し、閾値が増大するためである
。また、第２には活性層をストライプ状に形成するのに
湿式エツチングを用いているため活性層幅を再現性よく
形成することが困難であるためである。

本発明の目的は、電流阻止層での漏れ電流が少なくしか
も寄生容量が小さいため低閾値、高速動作が可能であり
、また、制御性に優れた構造であるために高い製造歩留
りが期待できる半導体レーザ及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） 本発明の半導体レーザは、活性領域がこの活性領域の屈
折率より低い屈折率を有しかつ前記活性領域の禁制帯幅
より大きい禁制帯幅を有する半導体層で囲まれ、かつ該
半導体層の導電形が前記活性領域の左右においては半絶
縁性であり上下においてはそれぞれ第１導電形及び第２
導電形である埋め込み形半導体レーザにおいて、（１０
０）面上で＜０１１＞方向と平行な方向に共振器方向を
有し、か゛つ、前記活性領域、前記第１導電形の半導体
層及び前記第２導電形の半導体層と、前記半絶縁性の半
導体層とが（１１１）Ｂ面及び（１００）面で接してい
ることを特徴としている。

またこの半導体レーザの製造方法は、（１００）面の表
面を有する半導体基板の上に前記半導体基板の表面を＜
Ｏａｌ＞方向にストライプ状に露出させた窓を有する絶
縁層を形成したのち気相成長法を用いて前記窓の上に活
性層を含み上面及び側面が（１００）面、（１１０）Ｂ
面となっているダブルヘテロ構造をエピタキシャル成長
する第１の工程と、前記ダブルヘテロ構造の上面に絶縁
層を形成した後気相成長法を用いて前記ダブルヘテロ構
造を半絶縁性半導体層で埋め込む第２の工程とを有する
ことを特徴としている。

（作用） 本発明による半導体レーザでは、電流狭窄のための半絶
縁性半導体層が活性層を含むダブルヘテロ構造の（１１
１）Ｂ面及び（１００）面と接する構造になっている。

一方、気相成長には（１１１）Ｂに結晶成長しないとい
う特性がある。そのため、気相成長による半絶縁性半導
体層の埋め込み成長の際（１１１）Ｂ面からの成長はな
く半絶縁性半導体層が得られる（１００）面からのみ結
晶成長する。こうして形成された埋め込み層は（１１１
）Ａ面から成長する低抵抗層を含まず（１００）面から
成長した高抵抗層のみからなるため良好な半絶縁性を示
す。従って、注入電流は活性層にのみ流れ、漏れ電流は
従来に比べ著しく低減され再現性よく低い閾値が得られ
る。

上記半導体レーザは本発明による製造方法によって実現
される。（１００）面半導体基板の上に前記半導体基板
の表面を＜ｏＴ　１＞方向にストライプ状に露出させた
窓を有する絶縁層を形成したのち気相成長により活性層
を含むダブルヘテロ構造を結晶成長させると、このダブ
ルヘテロ構造は気相成長の成長特性により上面及び側面
がそれぞれ（１００）面及び（１１１）Ｂ面よりなる逆
台形状の断面形状をもつように形成される。こうして形
成されたダブルヘテロ構造は、側面に漏れ電流を小さく
できる（１１１）Ｂ面と、制御性の低い湿式エツチング
を用いずに前記ストライプ状窓の幅で決定された高精度
の活性層幅とを有するため、半導体レーザの構造が高精
度で再現でき、したがって再現性よく低い閾値が得られ
る。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す半導体レーザの断面図
である９本実施例では活性層１２に禁制帯幅０．９５ｅ
ＶのアンドープＩ　ｎＧａＡｓＰ層、クラッド層１３に
亜鉛をＩ　Ｘ　１０１８Ｃ１１−’にドープしたＩｎＰ
層、コンタクト層１４に亜鉛をＩＸ　１０１９Ｃ１１−
３にドープしたＩ　ｎＧａＡｓＰ層、半絶縁性半導体層
１８に鉄を１　ｘ　１０１６Ｃ１１−３にドープしたＩ
ｎＰ層を用いた。また、半導体基板１０にはＳドープＩ
ｎＰ基板を用いた。活性層１２は上下よりｎ形半導体基
板１０、クラッド層１３で、また、左右より半絶縁性半
導体層１８で挟まれ、電流は活性層１２の両脇に位置す
る半絶縁性層１８及びＳｉＯ□層１７層上７狭窄される
。従って、電子はｎ形電極１６、ｎ形１ｎＰ基板１０、
を経て活性層１２に注入され、一方正孔はｐ形電極１５
、コンタクト層１４、クラッド層１３を経て活性層１２
に注入される。

本実施例による半導体レーザでは、半絶縁性半導体層１
８は半導体基板１０、活性層１２、及びクラッド層１３
よりなるダブルヘテロ構造の（１００）面及び（１１１
）Ｂ面で接する。そのなめ半絶縁性半導体層１８は（１
１１）Ａ面から成長する低抵抗層を含まず（１００）面
から成長した高抵抗層のみからなり良好な半絶縁性を示
した。

その結果、注入電流は活性層にのみ流れ、漏れ電流は従
来に比べ著しく低減され再現性よく１０ｍＡ程度の低い
閾値が得られた。また、寄生容量は半絶縁性半導体層１
８により低減されｌ０ＧＨ２以上の変調帯域が得られた
。

次に本発明の製造方法の一実施例について説明する。本
実施例では第１図の構成の半導体レーザを製造する場合
について説明する。第２図は製造工程の各段階における
断面図を示す。

まず第１の工程として、（１００）面を表面とするｎ形
ＩｎＰ基板１０の上に通常のホトリソグラフィ法によっ
て幅２０μｍ、間隔１．５μｍの２本のストライプ状の
５ｉ０２マスク層２０ａを＜０１１＞方向に平行に形成
した後、ハイドライド気相成長を用いて活性層１２、ク
ラッド層１３、コンタクト層１４よりなるダブルヘテロ
構造をエピタキシャル成長した（第２図（月参照）０本
実施例では活性層１２に禁制帯幅０．９５ｅＶのアンド
ープＩｎＧａＡｓＰＮｉ、クラッド層１３に亜鈴をＩ　
Ｘ　１０１８ｃｔ−’にドープしたＩｎＰ層、コンタク
ト層１４に亜鉛をＩ　Ｘ　１０１９ｃｔａ−’にドープ
したＩｎＧａＡｓＰ層、半絶縁性半導体層１８に鉄を１
×１０１６Ｃ１１−’にドープしたＩｎＰ層を用いた。

また、ハイドライド気相成長では成長温度６９０’Ｃと
し、■族材料およびＶ族材料にＩｎメタル、Ｇａメタル
及びアルシン、ホスフィンガスをそれぞれ用−いた。こ
のハイドライド気相成長では前記ダブルヘテロ構造を選
択成長させた後の側面を（１１１）Ｂ面とするなめに、
■族メタルと塩化水素との反応で生成した■族基化物の
分圧を１１０−３ａｔ以上にした。また、Ｖ族材料のア
ルシン、ホスフィン流量は総量を■族材料の流量と等し
くした。

次に第２の工程として、Ｓ　ｉ　０２マスク層２０ａを
除去し新たに前記ダブルヘテロ構造の上面に５ｉ０２マ
スク層２０ｂを通常のホトリソグラフィ法によって形成
した後、第１の工程で形成された（１１１）Ｂ面と（１
００）面からなる溝にハイドライド気相成長を用いて半
絶縁性半導体層１８を埋め込み成長させたく第２図（２
参照）。この半絶縁性半導体層１８には鉄をＩ　Ｘ　１
０１６ｃＩＩ−３にドープしたＩｎＰ層を用いた。この
鉄ドープＩｎＰの鉄ドーパントには、鉄と塩化水素を高
温で反応させて得られるＦ　ｅ　Ｃ１２ガスを用いた。

また、成長温度波６００°Ｃとした。

以上の第１から第２の工程は気相成長法を用いており再
現性に優れ、かつ、均一性も高い。また、第１の工程で
形成される活性層の幅は、２本のストライプ状のＳｉＯ
□ｉＯ□層２０ａの間隔のみで決まり、従来の湿式エツ
チングの低い再現性に影響されることがない。更に、湿
式エツチングでは形成することが不可能であった＜　０
１１　＞方向に平行でかつ側面が（１１１）８面である
溝が再現性よく形成された。その結果、第２の工程でこ
の溝に埋め込んだ半絶縁性半導体層１８は（１１１）Ａ
面から成長する低抵抗層を含まず（１００）面から成長
した高抵抗層のみからなり良好な半絶縁性を示した。従
って、以−ヒの工程で製作された半導体レーザは高い製
造歩留りを有し、かつ電流阻止層での漏れ電流が少なく
しかも寄生容量が小さいため低閾値、高速動作が可能で
あることが分かった。

上記実施例ではＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体材料が用
いられたが、ＧａＡ　Ｉ　Ａｓ／ＧａＡｓ。

Ｉ　ｎＧａＡ　ＩＡｓ／Ｉ　ｎＰ等の他の■−Ｖ族半導
体材料からなる半導体レーザにも適用が可能である。

上記第２の実施例ではハイドライド気相成長を用いたが
、成長条件は実施例の条件に限定されるものではなく、
またクロライド成長や有機金属気相成長等の他の成長法
を用いても可能である。

（発明の効果） 本発明による半導体レーザは、電流阻止層での漏れ電流
が少なくしかも寄生容量が小さいため低閾値は、高速動
作が可能であり、また、制御性に優れた構造であるため
に高い製造歩留りが期待できる。

また、本発明の製造方法によればこの様な半導体レーザ
を高い製造歩留りで再現性よく製造することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である半導体レーザの断面図
、第２図は本発明の一実施例である半導体レーザの製造
方法を説明するための半導体レーザの工程説明図、第３
図は従来例を説明する半導体レーザの断面図である。 １０　・・・・・・　ｎ形半導体基板 １】−・−・・・・　バッファ層 １２　・・・・・・　活性層 １３　・・・・・・　クラッド層 １４　・・・・・・　コンタクト層 １５　・・・・・・　ｎ形電極 １６　・・・・・・　ｎ形電極 １７　・・・・・・　ＳｉＯ□層 １８　・・・・・・　半絶縁性半導体層２０ａ・・・・
・・　５ｉ０２マスク層２０ｂ・・・・・・　Ｓｉ○２
マスク層を、それぞれ示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）活性領域がこの活性領域の屈折率より低い屈折率
   を有しかつ前記活性領域の禁制帯幅より大きい禁制帯幅
   を有する半導体層で囲まれ、かつ該半導体層の導電形が
   前記活性領域の左右においては半絶縁性であり上下にお
   いてはそれぞれ第１導電形及び第２導電形である埋め込
   み形半導体レーザにおいて、（１００）面上で＜０＠１
   ＠１＞方向と平行な方向に共振器方向を有し、かつ、前
   記活性領域、前記第１導電形の半導体層及び前記第２導
   電形の半導体層と、前記半絶縁性の半導体層とが（１１
   １）Ｂ面及び（１００）面で接していることを特徴とす
   る埋め込み形半導体レーザ。
2. （２）請求項１に記載した埋め込み形半導体レーザの製
   造方法において、（１００）面方位の表面を有する半導
   体基板の上に前記半導体基板の表面を＜０＠１＠１＞方
   向にライプ状に露出させた窓を有する絶縁層を形成した
   のち気相成長方法を用いて前記窓の上に活性層を含み（
   １１１）Ｂ面を側面とし、（１００）面を上面とするダ
   ブルヘテロ構造をエピタキシャル成長する第１の工程と
   、前記ダブルヘテロ構造の上面に絶縁層を形成した後気
   相成長法を用いて前記ダブルヘテロ構造を半絶縁性半導
   体層で埋め込む第２の工程とを有することを特徴とする
   埋め込み半導体レーザの製造方法。