JPH021386B2 - - Google Patents

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JPH021386B2
JPH021386B2 JP58004456A JP445683A JPH021386B2 JP H021386 B2 JPH021386 B2 JP H021386B2 JP 58004456 A JP58004456 A JP 58004456A JP 445683 A JP445683 A JP 445683A JP H021386 B2 JPH021386 B2 JP H021386B2
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JP
Japan
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layer
cladding layer
optical waveguide
conductivity type
cladding
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JP58004456A
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JPS59129473A (ja
Inventor
Masasue Okajima
Naoto Mogi
Juhei Muto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPS59129473A publication Critical patent/JPS59129473A/ja
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Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体レーザ装置の製造方法の改良
に係わり、特にAlを構成元素として含む−
族半導体材料を用いた半導体レーザ装置及びその
製造方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近時、−族系半導体材料を用いて室温連続
発振を可能とした各種の化合物半導体レーザが開
発されている。この種の半導体レーザにおいて、
安定な基本横モード発振及び非点収差のないレー
ザビームを得るために作り付け導波路構造によつ
て横モードを制御することは、半導体レーザの応
用範囲を拡げる上で極めて重要な技術である。こ
のような作り付け導波路構造を有する半導体レー
ザの1つとして、第1図に示す如き埋め込み構造
レーザが知られている。なお、図中1は半導体基
板、2は第1クラツド層、3は活性層、4は第2
クラツド層、5はオーミツクコンタクト層、6は
埋め込み層、7は絶縁層、8,9は電極を示して
いる。このレーザでは、ストライプ状の発光領域
を形成するため、基板1上に各層2,〜,5を成
長したのち、基板1に至るまで深くエツチングす
る必要がある。この場合、通常のエツチングでは
深さ方向と同時に横方向にもエツチングが進行す
るため、活性層3からなる発光領域の幅Wが変化
し、所望の横モードを再現性良く実現することは
困難である。
そこで最近、上記問題を解決するものとして第
2図に示す如く活性層3上に光導波路層10を成
長形成し、活性層3及び光導波路層10をストラ
イプ状に加工した半導体レーザが提案されてい
る。このレーザでは、発光領域を規定するための
エツチングを活性層3の直下の浅いエツチングと
することによつて、横方向のエツチングを最小限
に抑えることができる。このため、所望の横モー
ドを再現性良く実現できる。また、活性層3上に
光導波路層10を有することから、横方向の屈折
率変化が小さく基本横モード発振が得易い、活性
層3に垂直な方向のビーム放射角を小さくでき
る、及び大きな出力が得られる等の利点を持つ。
しかしながら、この種のレーザでは、前記第1
クラツド層2若しくは光導波路層10としてAlx
Ga1-xAs、AlxGa1-xAsP及びIny(AlxGa1-x1-y
等のAlを構成元素として含む材料を用いた場合、
前記第2図の構造を実現することは困難であつ
た。すなわち、第2図の構造を実現するには、光
導波路層10までの結晶成長を行つたのち、エツ
チング等により光導波路層10及び活性層3をメ
サストライプ状に加工し、その上に第2クラツド
層及びオーミツクコンタクト層5の結晶成長を行
う必要がある。これを、従来の液相成長(LPE)
法で行う場合、Alを含む第1クラツド層2及び
光導波路層10の表面に前記エツチング等の工程
で酸化層が形成されるため、さらに一旦大気にさ
らされたAlを含む各層2,10の表面に酸化層
が形成されるため、この上に形成すべきクラツド
層4の結晶成長が困難となる。特に、族の構成
元素中のAlの割合xがx>0.1の化合物半導体層
上への上記条件下での結晶成長は、従来殆んど不
可能と考えられている(文献IEEE Journal of
Quantum Electronics、Vol、QE−15、NO6、
June(1979).P458)。このため、第2図に示す構
造のレーザは、InGaAsP系等のAlを含まない材
料のみで実現でき、Alを含む材料に関しては実
現困難であると考えられていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、Alを構成要素として含む材
料を用い、メサストライプ状に加工された光導波
路層及び第1クラツド層上への第2クラツド層の
結晶成形を可能にして、前記第2図に示す構造の
レーザを実現でき、横モード制御の容易化をはか
り得る半導体レーザ装置の製造方法を提供するこ
とにある。
〔発明の概要〕
本発明の骨子は、メサストライプ状に加工され
た光導波路層及び第1クラツド層上への結晶成長
に際し、有機金属気相成長法(以下MOCVD法
と略記する)若しくは分子線エピタキシー法(以
下MBE法と略記する)を用いることにある。
すなわち、従来のLPE法は熱平衡状態で結晶
成長が進行するのに対して、MOCVD法及び
LPE法では、非熱平衡条件の下で結晶成長が進
行するため、極端な場合は格子定数の異なる基板
の上や単結晶でない基板の上にも結晶成長が起こ
り得る。MOCVD法及びMBE法のこのような特
徴を利用することにより、LPE法では困難な材
料の上へのエピタキシヤル成長が可能であると考
えられる。そして、本発明者等の鋭意研究によれ
ば、MOCVD法若しくはMBE法を用いることに
より、メサストライプ状に形成されたAlを構成
元素として含む光導波路層及び第1クラツド層上
に、良好な結晶成長を行い得ることが確認され
た。
本発明はこのような点に着目し、半導体レーザ
装置の製造方法において、絶縁物若しくは−
族半導体からなる基板上にAlを構成元素として
含む−族半導体からなる第1導電型の第1ク
ラツド層、−族半導体からなる活性層、Al
を構成元素として含む−族半導体からなる第
2導電型の光導波路層及び第2導電型不純物を高
濃度に添加したバツフア層を上記順に成長形成
し、次いで前記バツフア層、光導波路層及び活性
層を前記第1クラツド層に至る深さまでエツチン
グしてメサストライプ部を形成し、次いで有機金
属気相成長法或いは分子線エピタキシー法を用
い、露出した第1クラツド層及びバツフア層上に
−族半導体からなる第1導電型の第2クラツ
ド層及び−族半導体からなる第2導電型の第
3クラツド層を上記順に成長形成し、しかるのち
前記バツフア層から前記第2クラツド層に不純物
を拡散して該クラツド層のストライプ上を第2導
電型に変換するようにした方法である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、Alを構成元素として含むク
ラツド層及び光導波路層を用いる場合にあつて
も、前記第2図に示す如き構造の半導体レーザを
実現することができ、横モード制御の容易化をは
かり得る。また、Alを含む材料を用いているこ
とから、レーザ発振波長を短波長側に制御するこ
とができ、最近特に注目されているビデオ・デイ
スクやDAD(デジタル・オーデイオ・デイスク)
等の読み取り用光源として極めて有効である。
〔発明の実施例〕
第3図a〜cは本発明の参考例半導体レーザの
製造工程を示す断面図である。まず、第3図aに
示す如くN−GaAs基板1上に、N−Al0.45Ga0.55
As層(第1クラツド層)2、アンドープAl0.15
Ga0.85As層(活性層)3及びP−Al0.35Ga0.65As
層(光導波路層)10をLPE法により上記順に
成長形成する。次いで、フオトレジスト等をマス
クとして用い、第3図bに示す如く光導波路層1
0及び活性層3を第1クラツド層に至る深さまで
選択エツチングし、メサストライプ部を形成す
る。なお、このエツチングに際しては、
CH3OH、H3PO4、H2O2(体積比3:1:1)等
を用いることができる。
次に、MOCVD法若しくはMBE法を用い、第
3図cに示す如く第1クラツド層2及び光導波路
層10上にP−Al0.45Ga0.55As層(第2クラツド
層)4及びP−GaAs層(オーミツクコンタクト
層)5を順次成長形成する。ここで、MOCVD
法を用いた場合の詳細を述べる。まず、前記第3
図bに示す状態の試料を十分に脱脂洗浄したの
ち、希HCl等によつて表面の酸化層を除去し直ち
に反応炉に入れる。結晶成長温度は750〔℃〕と
し、原料としてはトリメチルガリウム
((CH33Ga)、トリメチルアルミニウム
((CH33Al)及びアルシン(AsH3)を用いた。
P型ドーパントにはジエチルジンク(C2H52Zn
を用いた。また、原料ガス中の族元素(Ga、
Al)と族元素(As)とのモル比は 〔As〕/〔Ga+Al〕=20とした。このような
条件下でMOCVD法を実施したところ、第1ク
ラツド層2及び光導波路層10上に良好な結晶成
長を行うことができた。
次に、第3図cに示す状態の試料に電流狭窄の
ためのSiO2膜(絶縁層)7及びCr/Au電極8,
9を形成することによつて、前記第2図に示す構
造の半導体レーザが作製されることになる。な
お、基板及び各層の厚さL、不純物濃度Nは次の
ように設定した。基板1ではW=80〔μm〕、ND
=1×1018〔cm-3〕、第1クラツド層2ではL=1
〔μm〕、ND=3×1017〔cm-3〕、活性層3ではL=
0.12〔μm〕、光導波路層10ではL=0.5〔μm〕、
NA=5×1017〔cm-3〕、第2クラツド層4ではL=
1〔μm〕、NA=5×1017〔cm3〕、オーミツクコン
タクト層5ではL=0.5〔μm〕、NA=1×1019〔cm
-3〕とした。
かくして作製された半導体レーザは、活性層3
上に設けた光導波路層10により安定した基本横
モード発振を達成することができ、またAlを構
成材料として含むことから、発振波長を比較的短
波長側に制御することができる。このため、ビデ
オデイスクやDAD等の信号読み取り用光源とし
て用いるのに極めて有効である。また、メサスト
ライプ部を形成する際に、基板1に至る深さまで
ではなく、活性層3の直下までの浅いエツチング
を行えばよく、このエツチングの際の横方向のエ
ツチングを極めて小さくすることができる。この
ため、所望の横モードを再現性良く実現できる。
さらに、活性層3がストライプ状に加工されてい
るので、横モード制御がより確実になる等の利点
がある。第4図は本発明の一実施例に係わる半導
体レーザの概略構成を示す斜視図である。なお、
第2図及び第3図a〜cと同一部分には同一符号
を付して、その詳しい説明は省略する。この実施
例が先に説明した参考例と異なる点は、前記
SiO2膜7の代りに拡散層を用いて電流狭窄構造
を実現したことにある。すなわち、先の実施例と
同様に第3図aに示す如く基板1上に第1クラツ
ド層2、活性層3及び光導波路層10を成長形成
したのち、第5図aに示す如く光導波路層10上
にZnを高濃度に添加(P>1×1019cm-3)したP+
−GaAs層(Zn拡散層)11を成長形成する。そ
の後、Zn拡散層11、光導波路層10及び活性
層3をクラツド層2に至る深さまで選択エツチン
グして第5図bに示す如きメサストライプ部を形
成する。次いで、第5図cに示す如くN−Al0.45
Ga0.55As層(第3クラツド層)12、前記第2ク
ラツド層4及びオーミツクコンタクト層5を
MOCVD法により順次成長形成する。ここで、
N型のドーパントにはセレン化水素(H2Se)を
用いた。また、第3クラツド層12の厚さL及び
不純物濃度Nは、L=0.5〔μm〕、ND=3×1017
〔cm-3〕とした。
次いで、900〔℃〕において4時間程度熱処理を
行い、Zn拡散層11よりZnを拡散させメサスト
ライプ部上の第3クラツド層12をP型に変換す
る。ここで、上記Zn拡散による拡散領域13の
不純物濃度はNA=1×1018〔cm-3〕であつた。
この後は、第5図cの試料の両面に電極8,9
を被着することにより、第4図に示す構造の半導
体レーザが作製されることになる。
かくして作製された半導体レーザは、拡散領域
13が電流狭窄構造として作用することになり、
活性層3の発光領域をストライプ状に規定するこ
とができる。このため、先の参考例と同様の効果
を奏するのは勿論、電流狭窄構造としてのSiO2
膜7を必要とせず、その製造がより容易化され
る。また、Zn拡散に際しては光導波路層10よ
りAlを多く含む第3クラツド層12の方法が拡
散し易いので、拡散領域13を活性層3に達する
ことなく第2クラツド層4に達するよう容易に形
成することができる。
なお、本発明は上述した各実施例に限定される
ものではない。例えば、前記光導波路層やクラツ
ド層の構成材料としてはAlxGa1-xAs系に限定さ
れるものではなく、AlxGa1-xAsP系やIny(Alx
Ga1-x1-yP系等を用いてもよい。要は、Alを構
成元素として含む−族半導体に適用すること
ができる。また、実施例では第1クラツド層、活
性層及び光導波路層をLPE法で成長形成したが、
これらの層をもMOCVD法やMBE法で成長形成
するようにしてもよい。さらに、基板として−
族半導体の代りに、サフアイア等の絶縁物を用
いることも可能である。また、基板及び各層の厚
さLや不純物濃度等の条件は、仕様に応じて適宜
変更可能である。その他、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で、種々変形して実施することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図はそれぞれ従来の半導体レー
ザの概略構造を示す斜視図、第3図a〜cは本発
明の参考例としての半導体レーザの製造工程を示
す断面図、第4図は本発明の一実施例に係わる半
導体レーザの概略構造を示す斜視図、第5図a〜
cは上記本発明の一実施例を説明するための工程
断面図である。 1……基板、2……第1クラツド層、3……活
性層、4……第2クラツド層、5……オーミツク
コンタクト層、6……埋め込み層、7……絶縁
層、8,9……電極、10……光導波路層、11
……Zn拡散層、12……第3クラツド層、13
……拡散領域、14……イオン注入層(高抵抗
層)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 絶縁物若しくは−族半導体からなる基板
    上にAlを構成元素として含む−族半導体か
    らなる第1導電型の第1クラツド層、−族半
    導体からなる活性層、Alを構成元素として含む
    −族半導体からなる第2導電型の光導波路層
    及び第2導電型不純物を高濃度に添加したバツフ
    ア層を上記順に成長形成する工程と、前記バツフ
    ア層、光導波路層及び活性層を前記第1クラツド
    層に至る深さまでエツチングしてメサストライプ
    部を形成する工程と、次いで有機金属気相成長法
    或いは分子線エピタキシー法を用い、露出した第
    1クラツド層及びバツフア層上に−族半導体
    からなる第1導電型の第2クラツド層及び−
    族半導体からなる第2導電型の第3クラツド層を
    上記順に成長形成する工程と、次いで前記バツフ
    ア層から前記第2クラツド層に不純物を拡散して
    該クラツド層のストライプ上を第2導電型に変換
    する工程とを含むことを特徴とする半導体レーザ
    装置の製造方法。 2 前記第1乃至第3のクラツド層、光導波路層
    及びバツフア層は、AlGaAs系、AlGaAsP系或
    いはInAlGaP系の材料からなるものであること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体
    レーザ装置の製造方法。
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