JPH01283984A - 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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JPH01283984A JP63113898A JP11389888A JPH01283984A JP H01283984 A JPH01283984 A JP H01283984A JP 63113898 A JP63113898 A JP 63113898A JP 11389888 A JP11389888 A JP 11389888A JP H01283984 A JPH01283984 A JP H01283984A
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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〕 、　　本発明は半導体レーザに係り、特に埋め込み型半
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〕
第２図は従来の代表的な例を示し、埋め込み層を設ける
ことにより横モードを制御する半導体レーザの構造を示
す図である０図中、２２は半絶縁性基板、２３は下クラ
ッド層、２４は活性層、２５は上クラッド層、２６はｐ
型キャリア注入層、２７はブロッキング層、２８はｎ型
キャリア注入層、２９．３０は電極である。
第２図に示すものは、横方向においてキャリアを活性層
に注入する構造のレーザであり、ＧａＡＳの半絶縁性基
板２２上にＡｆｘ　Ｇａ、−ｚ　Ａｓの下クラッド層２
３、Ａ　ｌ　、　Ｇ　ａ　ｌ−ｙ　Ａ　ｓの活性層２４
およびＡ　１ｙ　Ｇ　ａ　＋−ｙ　Ａ　ＳＯ上クラッド
層２５（但しＸおよびｙの関係はｘ＞ｙである）を順に
積層して設けている。このとき活性層２４の構造は上記
以外に単一量子井戸、多重量子井戸あるいはそれらの多
重活性層等のもので有ってもよい。
また、ｐ型およびｎ型のキャリア注入層２６．２８の埋
め込み領域は通常ＬＰＥ　（液層結晶成長）法で形成さ
れる。ブロッキング層２７はｐ型およびｎ型のキャリア
注入層２６．２８間の基板を通してのリークを防止する
ように設けられている。
〔発明が解決すべき課題〕
しかしながら、キャリア注入層の埋め込み領域の形成は
、ＬＰＥ法ではＡｊｌＸＧａＩ−ｘ　Ａｓ上への成長が
半導体レーザのクラッド層のようにＸ値が高くなるとメ
ルトが酸化されて表面酸化膜が形成されてしまい困難で
ある。そのため、メサエッチをＧａＡｓ１板２２まで行
った上でそのＧａＡＳ基板２２へ埋め込む必要があった
。
また、この構造では横方向に電流を流すときに基板を介
したリーク電流が生じるので、これを防ぐためにどちら
か片側の埋め込み領域にブロンキング層２７　（第２図
ではｎ側キャリア注入層２７の下部にｐ型のＡｊ！Ａｓ
モル比０．２〜０．４のＡＪＧａＡａ層）を設けなけれ
ばならない、このブロンキング層をＬＰＥ法で２インチ
あるいは３インチ基板のような大面積に均一に制御して
形成するのは困難であり、デバイスプロセス上歩留まり
の低下をもたらしている。
本発明は上記問題点を解決するためのもので、原料の供
給ガスソースとなっているＭＯ−ＶＰＥ法（有機金属気
相結晶成長法）、或いはＭＯ−ＭＢＥ法（有機金属分子
線結晶成長法）等のＡＪを含んだ３元以上の多元系の結
晶成長が可能な結晶成長法を用いてＡｕｇ　ＧａＩ−ｇ
　Ａｓ　　（０，３≦ｘ≦０．８５）上に埋め込み再成
長させることにより埋め込み型半導体レーザを製作する
ことを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
第１図は本発明に係る半導体レーザの構造を示す図であ
る０図中、１は半絶縁性基板、２は下クラッド層、３は
活性層、４は上クラッド層、５はｐ型キャリア注入層、
６はｐ３コンタクト層、７はｎ型キャリア注入層、８は
ｎ゛コンタクト層９．１０は電極である。
図において、第２図の場合と同様に、例えば０゜３〜０
．５鶴程度の厚みの半絶縁性基板１上に、厚み３　ｎ　
ｍ〜５−００　ｎ　ｍ、好ましくは１０〜３００ｎｍの
ＡＩｔ、Ｇａ、−ｙＡｓ活性層３を、ＡＩｔ、ＩＧ　ａ
　ｌ−Ｘ　Ａ　ｓクラッド層２．４で挟んだダブルヘテ
ｔｌｌｌ　（ＤＨ）構造（但し０．　３≦ｘ≦０．８５
、Ｏ≦ｙ≦０．４５．０：５１≦ｘ）を形成する。上ク
ランド層４は０．５〜２μｍ１下クラツド層２は１〜５
μｍである。なお、基板はＡＩｔ、ＧａＩ−ｙＡｓが気
相成長できればガラス等のアモルファス基板でもよく、
低抵抗のものでもよい、また活性層の構造は、上記以外
に単一量子井戸、多重量子井戸あるいはそれらの活性層
を２層以上重ねて形成したものであってもよい。
その後、第１図のようにｐ側またはｎ側のどらちかの埋
め込み領域を形成するために、ＡＡ’１ｌＧａ＋−ｘ　
Ａｓ　　（０，３≦ｘ≦０．８５）の下クラッド層２の
途中まで、約０．２〜１μｍを残してメサエッチを行い
、このＡ　ｌ　ｇ　Ｇ　ａ　Ｉ−ｘ　Ａ　ｓ上にｐ側１
１またはｎ側１２のキャリア注入領域を形成する。この
場合のキャリア濃度は、ｐ型キャリア注入層５において
は５×１０＋？〜２×１０ＩＩＩｃ１１−３、ｐ゛コン
タクト層６おいては２Ｘ１０”〜５×ＩＱ”ａｍ−”、
ｎ型キャリア注入Ｎ７においては５ｘ　１０”　〜２　
Ｘ　１０”ａｍ−”、ｎ”　コンタクト層８においては
１×ｌＯＩ″〜３×１０１１１０１１Ｉ程度である（Ｖ
ａｎ　　ｄｅｒ　　Ｐａｕｗ法により測定）。
次にもう一方の領域１２または１１のメサエッチおよび
埋め込み成長を行う、こうして埋め込み層５．７及びコ
ンタクト層６．８からなる領域１１及び１２を形成する
。従来ではＬＰＥ法によっていたためＡＩＸ　Ｇａ１−
ｘ　Ａｓの表面酸化膜の存在により結晶成長が困難であ
り、そのためＧａＡｓ基板まで掘り込んでいた。これに
対して、本発明ではＡｌＸＧａ、−ｘＡｓ上への再成長
が可能であり、かつ５ｉ０２．ＳｉＮ、等の保護膜を用
いた選択成長が可能な結晶成長法、例えばガリウム源（
トリメチルガリウム）、ひ素源（アルシン）、アルミニ
ウム源（トリメチルアルミニウム）等の原料供給源がす
べてガスソースとなっているＭＯ−ＶＰＥ法あるいはＭ
Ｏ−ＭＢＥ法を用いて埋め込み再成長させる。但し、再
成長直前にその場でＨＣｊ！　（塩化水素）等を用いた
気相エツチングによりＡ　Ｉ　Ｘ　Ｇ　ａ　ｌ−Ｘ　Ａ
　ｓ表面の酸化膜の除去を行い、Ａ＃、Ｇａ＋−ｚ　Ａ
ｓ　（ｘ≧ｚ＞ｙ）埋め込み層５及び７を形成する。こ
のとき、層５及び７は活性Ｎ７よりも表面側まで成長さ
せる０次いで、ｐ”　ＧａＡｓ　５、ｎ”ＧａＡｓ８の
コンタクト層を形成する。コンタクト層上には電極９．
１０が蒸着により形成される。
〔作用〕
本発明は、原料の供給源がすべてガスソースとなってい
るＭＯ−ＶＰＥあルイはＭＯ−ＭＢＥ等の結晶成長法を
用いて高抵抗のＡＩｔ、Ｇａ、−ＸＡＳのクラッド層の
上に埋め込み再成長によりキャリア注入層を形成するこ
とにより、基板までメサエッチする必要がなく、別途プ
ロフキング層を形成する必要がなくなると共に、基板の
影響をなくして電極間容量を小さくし、時定数を小さく
することが可能となる。
〔実施例〕
以下、実施例を説明する。
減圧ＭＯ−ＶＰＥ法により成長温度７１０〜７９１℃成
長圧カフ６Ｔｏｒｒで半絶縁性基板上に順にアンドープ
（ｕｎ）　Ａｌ１ａ、４ｚＧａｏ、ｓ＊Ａ５　ｔ、　５
μｍ、ｕｎ−ＧａＡｓ　０．２μｍそしてｕｎ−ＡＩｔ
　ｏ、ａｚＧ　ａ　ｏ＋ｓｓＡ　１１１　、　０１１　
ｍを成長させる０次にこの基板表面にＰＣＶＤ　（プラ
ズマ化学気相蒸着法）によりＳ　ｉＮｘ膜を約１５００
人蒸着する。
このＳ　ｉＮｘ膜にレジストを塗布し、紫外線露光法に
より片面の埋め込める領域のパターニングを行い、緩衝
フン酸液（Ｉ　ＨＦ　：　２４ＮＨ４Ｆ）でＳｉＮｘ膜
の窓開けをし、レジストを除去する。
その後、リン酸過水系エツチング液（ＩＨｓＰＯａ　　
：　ｌＨｇ　Ｃｈ　　：　３ＨＯＣ＊　Ｈｓ　Ｃｍ　Ｈ
ｓ　ＯＨ）でｕ　ｎ　−Ａ　１　＠、　ａｔＧ　ａ　ｏ
、　ｓ＊Ａ　ｓの下クラッド層の途中まで約１．７μｍ
メサエッチをし、減圧ＭＯ−ＶＰＥ法により７１０℃Ｔ
ｏｒｒにおいて、順にｎ（またはＩ））　−Ａ　Ｉｌｏ
、ｘｔＧ　ａｏ、ｉｓＡ　Ｓ　１　ｊｌｍ、　　ｎ（ま
たはｐ）−ＧａＡｓ　０．１ｐｍを埋め込み成長する。
このとき再成長直前にＨＣＪを反応炉内に導入し、再成
長表面の約０．０５〜０．２μｍを気相エツチングによ
り除去する。
次に、同様なプロセスを用いてＱａＡ３　　（ｙ＝Ｏ）
活性化層の横幅が約０．１５μｍになるようにメサエッ
チを行い、もう一方のｐ　（またはｎ）型の埋め込み領
域を形成する。この後ｎ側およびｐ側領域の表面に電極
としてそれぞれ（エビ側）ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ　（表
面側）、（エビ側）ＡｕＺｎ／Ｎｉ／Ａｕ　（表面側）
を蒸着する。また・上記レーザの作成プロセスとして、
ウェット・エツチングの代わりに反応炉内で上記保護膜
を用いてＨＣＩ等のガスを導入し、気相エツチングでメ
サエッチを行い、そのまま埋め込み再成長を行うことも
できる。このようにして製作したレーザは再現性よく、
レーザ発振に成功した。しかし、成長直前に反応炉内で
気相エツチングを行わなかったサンプルはすべて発振に
いたらなかった。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、横方向にキャリアを注入
する構造のレーザにおいて、原料の供給源がすべてガス
ソースとなっているＭＯ−ＶＰＥあるいはＭＯ−ＭＢＥ
等の結晶成長法を用いて高抵抗のＡｍ！１　Ｇａ＋−ｘ
　Ａ’のクランド層の上に埋め込み再成長によりキャリ
ア注入層を形成することにより、■基板までメサエッチ
する必要がなく、別途プロンキング層を形成する必要が
なくなる。
■基板の影響もなくなる。■電極間容量を小さくし、そ
の結果時定数を小さくすることが可能となる、■これら
のデバイスは、超高速度応答デバイス、例えばホトカプ
ラ、０ＲＩＣ等の製造に用いることができる。■クラッ
ド層により素子間が電気的に絶縁され、しかもプレーナ
プロセスで作成できるためにモノリシックに他の電子回
路および光回路との集積化が可能となる。さらに■歩留
りの低下の原因の１つであるブロッキング層を形成する
必要がなくなるためプロセスが簡単化される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る半導体レーザの構造を示す図、第
２図は従来の半導体レーザの構造を示す図ある。 ｌ・・・半絶縁性基板、２・・・下クラッド層、３・・
・活性層、４・・・上クラッド層、５・・・ｐ型キャリ
ー注入層、６・・・ｐ４コンタクト層、７・・・ｎ型キ
ャリア注入層、８・・・ｎ゛コンタクト層９．１０・・
・電極。 出　　願　　人　　三菱化成工業株式会社代理人　弁理
士　　蛭　川　昌　信（外４名）第１図 第２図 手続補正書帽発） １、事件の表示　昭和６３年特″ａ／Ｆ願第１１３８９
８号２、発明の名称　半導体レーザ及びその製造方法３
、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　　所　東京都千代田区丸の内二丁目５番２号名　　
称　（５９６）三菱化成株式会社　　　　　　　　　２
代表者鈴木精二 ４、代理人 】 ５、補正により増加する請求項の数　　な　し　　　　
　　　　（６、補正の対象　　　　明細書の発明の詳細
な説明の欄、図面の簡単な説明の欄、　　　　　　　（
及び図面（第３図）。 ノ 補正の内容 （１）明細書第３頁第８行記載の「２４およびＡ１’ｙ
Ｇａ＋−ｙ　ＡＳＪを「２４およびＡ　ｊ！　＊　Ｇ　
ａ　１−ＫＡｓ」と補正する。 （２）明細書第３頁第１２行記載の「多重活性層りもの
で有ってもよい。」の次に以下の文章を挿入する。 「第３図は従来の多重量子井戸構造を説明するための図
である。 活性層の厚みを２０ｎｍ以下とすると量子効果が出てき
て、電子は極めて限られた準位しかとれｔくなり、その
ため限られた準位で遷移が生ずる辷め発光効率が上がり
、その結果しきい値電流を下げることが可能となる。多
重量子井戸構造はこＤようなことを利用したものであり
、図の上下のクラッド層３１．３２間に形成される活性
層３３つ厚みを極めて薄くし、Ａｊ２ＧａＡｓからなる
バリア層３４とＧａＡｓ量子井戸３５を繰り返し形成す
る。この場合、光を有効に活性層に閉じ込めるためにバ
リア層の／ｌの混晶比をクラッド層のそれよりも小さく
しており、また、通常、縦方向に電流を流す構造では上
下の量子井戸でのキャリア注入が変化してしまうので井
戸数、バリア層の厚み、及びバリア層の混晶比に制限が
ある（通常、量子井戸数５個、バリア層の厚み６〜２０
ｎｍ。 バリア層のＡｌ１ＡＳ比０．　２〜０．３）が、横接合
型レーザではこれらの制限を受けない。こうして図示す
るようなコンダクションバンドＥｃとバレンスパントＥ
Ｖのエネルギバンド構造が得られ、量子井戸にキャリア
が注入されて電子とホールの再結合による発光が行われ
、各量子井戸間では相互作用があるために出力光のコヒ
ーレンシーが保たれる。なお、クラッド層と最初の指子
井戸との間隔を大きくしているのは、クラッド層のエネ
ルギレベルが高いため、他の量子井戸とエネルギバンド
構造の相似性が崩れないようにするためである。また、
量子井戸を活性層に用いることにより電極間容量が極め
て小さな値になる。 （３）明細書第８頁第１４行〜１５行記載の「７９１℃
」を「７９０℃」と補正する。 （４）明細書第１Ｏ頁第９行記載の「発振にいたらなか
った。」の次に次の文章を挿入する。 「第１図に示す横接合理め込みへテロ構造において、５
ｍ子井戸構造とし、共振器長１６０μｍ。 活性層の幅２．０μｍ、活性層の厚み２３０ｎｍ。 バリア層の厚み１９ｎｍ、量子井戸の厚みｌｌｎｍ、常
温、連続発振動作を行わせたところ、しきい値電流９．
５ｍＡ、順方向電極間抵抗３４Ω、１４ｍＡにおいて発
振波長８６８〜８７０ｎｍで１．８ｍＷの出力光が得ら
れた。また、電極間容量については０．０４２ｐＦ　（
零バイアス時）という極めて小さな値が得られた。」 （５）明細書第１１頁第１１〜１２行記載の「構造を示
す図ある。」を「構造を示す図、第３図は従来の多重量
子井戸構造を説明するための図である。」と補正する。 （６）明細書第１１頁第１４行記載の「キャリー」を「
キャリア」と補正する。 （７）別紙図面（第３図）を追加する。 以上

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）半絶縁性基板上に形成され、Ａｌ＿ｙＧａ＿１＿
    −＿ｙＡｓ活性層を高比抵抗のＡｌｘＧａ＿１＿−＿ｘ
    Ａｓの上及び下クラッド層で挟んだメサ状に形成された
    ダブルヘテロ構造（０．３≦ｘ≦０．８５、０≦ｙ≦０
    ．４５、０≦ｙ＜ｘ）、ＡｌｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓの
    下クラッド層上に埋め込み再成長によりダブルヘテロ構
    造を挟んで形成されたｎ型及びｐ型のＡｌ＿２Ｇａ＿１
    ＿−＿ｚＡｓ（ｙ＜ｚ≦ｘ）キャリア注入層、及び表面
    に電極が形成されるｎ＾＋型及びｐ＾＋型コンタクト層
    からなる半導体レーザ。
  2. （２）埋め込み再成長によるキャリア注入層の形成は、
    原料の供給源がすべてガスソースとなつているＭＯ−Ｖ
    ＰＥあるいはＭＯ−ＭＢＥ等の結晶成長法を用いて行う
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
  3. （３）横方向にｐｎ接合を有する請求項１記載の半導体
    レーザ。
  4. （４）埋め込み型半導体レーザの製造方法において、原
    料の供給源がすべてガスソースとなつているＭＯ−ＶＰ
    ＥあるいはＭＯ−ＭＢＥ等の結晶成長法を用いてＡｌｘ
    Ｇａ＿１＿−＿ｘＡｓ（０．３≦ｘ≦０．８５）上に埋
    め込み再成長させることを特徴とする半導体レーザの製
    造方法。
  5. （５）再成長直前に気相エッチングによりＡｌｘＧａ＿
    １＿−＿ｘＡｓ表面の酸化膜の除去を行う請求項４記載
    の半導体レーザの製造方法。
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