JPH02174287A - 半導体レーザー - 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、半導体レーザー、特に例えばＡＩ　Ｇ　ａ　
Ａ　ｓ系化合物半導体による埋込みへテロ接合型（以下
ＢＨ型という）半導体レーザーに係わる。

〔発明の概要〕

本発明は、半導体レーザーに係わり、（１００）結晶面
による主面に側面がなだらかな凹曲面とされたメサ突起
を有する化合物半導体基体上に、第１導電型のクラッド
層と、活性層と、第１の第２導電型クラッド層と、第１
導電型の電流ブロック層と、第２の第２導電型クラッド
層との各エピタキシャル層を順次積層成長させ、メサ突
起上に第１導電型のクラッド層と第１の第２導電型のク
ランド層によって挾み込まれた活性層を成長形成し、そ
のメサ突起上の活性層の側面にこの活性層の全厚さにわ
たって接するように電流ブロック層がその上下に第２導
電型の第１及び第２のクラッド層によって挟み込まれて
メサ溝内に配置されるようにした構成をとって、１回の
連続エピタキシャル成長でメサ突起上の活性層の両側に
確実に電流ブロック層が形成された低閾値のＢＨ型半導
体レーザ−を容易、確実に製造することができるように
するものである。

〔従来の技術〕

低闇値電流１ｔｈを有する半導体レーザーを作製するに
は活性層の横方向に、すなわち活性層の面方向と直交す
る方向に屈折率差を形成し、しかも電流狭搾を行う電流
ブロック手段を必要とする。

従来のＢＨ型半導体レーザーでは、この２つの条件を満
足させるために少くとも２回以上のエピタキシャル成長
を行って作製する必要があった。

すなわち、１度目のエピタキシャル成長で活性層をバン
ドギャップの大きなりラッド層で挟むダブルへテロ接合
構造を形成し、次いで２回目のエピタキシャル成長でリ
ッジ構造のまわりを埋め込んでいくという方法がとられ
る。このような方法によって８１１型半導体レーザーを
得る場合、エツチング工程に際して、大気に結晶表面が
触れることによって表面が酸化しエピタキシャル層の界
面に影響を与えるため、半導体レーザーの特性を低下さ
せるとか、特性の不均一性、不安定性、信頬性の低下を
招来する。

一方、本出願人は特開昭６１−１８３９８７号（特願昭
６０−２２９８９号）において第３図に示すような１回
のエピタキシャル成長で上述の問題点を改善した半導体
レーザーを提案した。

この半導体レーザーは、例えば第３図に示すように（１
００）結晶面の主面に、例えば紙面に直交するストライ
プ状に、断面逆台形いわゆる逆メサ状突起（３０）を有
する化合物半導体基体（２１）上に順次連続ＭＯＣＶＤ
（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖ
ａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりｎ型ＡｆＧａ
Ａｓの第１導電型のクラッド層（２２）と必要に応じて
設けられる光導波層（２３）と、ＡＪＧａＡｓよりなる
活性層（２４）とｐ型ＡｌＧａＡｓの第２導電型のクラ
ッド層（２５）と、ｐ型ＧａＡｓのキャップ層（２６）
と、ｎ型に！　Ｇ　ａ　Ａ　Ｓの電流ブロック層（２７
）が形成され、電流ブロック層（２７）の中央部を一部
エッチングで除去し、その欠除部（２７ａ）内を含んで
電流ブロック層（２７）上に第１の電極（２８）を、ま
た基体（２１）の裏面に第２の電極（２９）をそれぞれ
オーミックに被着して構成される。

この半導体レーザーでは、第１のｎ型クラッド層（２２
）の成長において、（１１１）　Ｂ結晶面による側壁斜
面（２２ａ）が逆メサ状突起（３０）の両側にこれを挟
み込むように生じる。この（１１１）　Ｂ面は、この面
におけるエピタキシャル成長速度が（１００）結晶面等
の他の結晶面に比し数１０分の１以下程度にも低いこと
から、−旦この（１１１）　Ｂ面が生じると、この面に
他の結晶面による成長が進行してくるまで、この（１１
１）Ｂ結晶面に関してその結晶成長が見かけ上停止する
。したがって、これの上に形成された先導波層（２３）
及び活性層（２４）は、この斜面（２２ａ）によって逆
メサ状突起（３０）上とそれ以外の主面上にそれぞれ分
離して形成され、逆メサ状突起（３０）上の活性層（２
４）の両側がバンドギャップの大きいｐ型りラッド層（
２５）によって挟まれ光の閉じ込めがなされる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述した第３図に示すＢＨ型半導体レーザー
においては、１回のエピタキシャル成長で形成されるた
めに半導体レーザー特性の均一安定性、信顛性を高める
ことができるという利点を有するが、最上層の電流ブロ
ック層（２７）を形成して後にここに欠除部（２７ａ）
形成するためのエツチング工程を必要とする。また、電
流ブロック層（２７）の存在によってこれによる電流狭
搾の効果はあるが、この電流ブロック層（２７）が最上
層にあるため、活性層に至るまでの間に電流の広がりが
生ずる可能性があり充分低閾値電流化をはかる上で課題
がある。

一方、これに鑑みて１回のエピタキシャル成長によって
全層を形成し、かつその後のエツチング工程を不要にし
て、より電流狭搾すなわち電流ブロックを確実に行って
低閾値電流を実現し得るものとして本出願人による特願
昭６３−２１７８２９号出願「半導体レーザ」の提案が
ある。この半導体レーザーは、第４図に示すように第１
導電型例えばｎ型で一主面が（１００）結晶面を有する
例えばＧａＡｓ化合物半導体基体（１）のその−主面に
第４図の紙面と直交する方向に延びるストライプ状の断
面台形の逆メサ状の突起（１２）が形成され、この突起
（１２）を有する基体（１）の主面上に順次ＭＯＤＣＶ
Ｄによって連続的に第１導電型例えばｎ型のクラッドＮ
（２）と、低不純物ないしはアンドープの活性層（３）
と、第１の第２導電型例えばｐ型のクラッド層（４）と
、第１導電型例えばｎ型の電流ブロックＮ（５）と、第
２の第２導電型例えばｐ型のクラッド層（６）と第２導
電型のキャップ層（７）との各半導体層がエピタキシャ
ル成長される。

ここに第１導電型のクラッド層（２）と、第２導電型の
第１及び第２のクラッド層（４）（６）と、第１導電型
の電流ブロック層（５）とは、活性層（３）に比してバ
ンドギャップが大すなわち屈折率が小なる材料よりなる
。

そしてこの場合、基体（１）の突起（１２）の形状、そ
の結晶方位との関係等を選定しておくことによって突起
（１２）の存在によって第１導電型のクラッド層（２）
に前述したような（１１１）Ｂ結晶面による側壁斜面（
２ａ）が突起（１２）を挟み込むようにこのストライプ
状突起（１２）の延長方向に沿って延びるようにその両
側において生じる。したがって、これの上に形成された
活性層（３）は、この斜面（２ａ）の存在によってこの
（１１１）８面上にはほとんど成長されず、突起（１２
）とその両側すなわちメサ溝内とにそれぞれ分離して形
成され、電流ブロック層（５）は、突起（１２）上に形
成された活性層（３）を含むエピタキシャル層の両側壁
斜面（２ａ）に接して形成される。すなわち、少な（と
も電流ブロック層（５）は突起（１２）上の第１の第２
導電型クランド層（４）と、突起（１２）以外のメサ溝
上の同様の第１の第２導電型のクラッド層（４）間を分
離させる位置に形成される。

第２の第２導電型クラッド層（６）に関しては、主とし
て他の結晶面からの成長によって突起（１２）上の第１
の第２導電型クラッド層（４）上を埋めるようにその成
長の厚さを選定する。そして、ギャップ層（力士に第１
の電極（８）を被着形成し、基体（１）の裏面に第２の
電極（９）を被着形成する。

この構成によれば、基体（１）の突起（１２）上に形成
された活性層（３）が、この突起（１２）上の第１導電
型クラッド層（２）と、第１の第２導電型クラッド層（
４）と、メサ溝内の電流ブロック層（５）とによって包
囲されたＢＨ構造を有する。この活性層（４）の両側は
第１導電型クラッド層（２）に生じた（１１１）　Ｂ結
晶面による側壁斜面（２ａ）の延長上で規制されるとと
もに第１導電型の電流ブロック層（５）によって規制さ
れる。

すなわち、この場合、ストライブ状の突起（１２）上の
実際の動作領域となる活性層（３）自体を挟んでその両
側に電流ブロック層（５）が形成されてメサ溝部でρ−
ｎ−ｐ−ｎ構造が形成されるので、電流狭搾が効果的に
行われ、活性層（３）の動作領域に電流の集中を効果的
に行うことができる。

また、電流ブロック層（５）は、第１及び第２の第２導
電型クラッド層（４）及び（６）間に形成され、自動的
に突起（１２）上の動作領域となる活性Ｎ（３）の両側
を規制するように形成されるので、連続した結晶成長の
終了後に前述の第３図で示したような選択エツチング工
程は不要となり製造工程が簡単化される。

ところが、このような半導体レーザーによる場合、電流
ブロック層（５）の主たる面は（３１１）結晶面として
形成されるものであるが、突起（１２）が逆メサ型、す
なわち逆傾斜の急峻な側面を有する突起形状とすると、
実際上上述した半導体レーザーにおいては（３１１）面
が必ずしも安定して生じないで第５図に示すようにその
電流ブロック層（５）がストライブ状の突起（１２）の
延長方向に沿う方向に関して波を打ち、これによってこ
の電流ブロック層（５）が突起（１２）上の動作領域を
構成する活性層（３）の側面をその全厚さに亘って横切
ったり横切らなかったりするという不都合が生じ、その
特性が不均一あるいは不安定となり、信頼性の低下等を
招来する場合がある。

本発明においては、このような課題の解決すなわち電流
ブロック層において（３１１）面の発生が確実に行われ
るようにして突起上の動作領域となる活性層の全域にわ
たって全側面を覆うようにブロック層の形成が行われる
ようにした半導体レーザーを提供する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、第１図に示すように、（１００）結晶面によ
る主面（４１ａ）に側面（４２ａ）が基部側に向かって
凸のなだらかな凹曲湾曲面とされたストライプ状（紙面
と直交する方向に延在）メサ突起（４２）を有する化合
物半導体基体（４１）上に、この化合物半導体基体（４
１）のメサ突起（４２）を有する主面（４１ａ）側に、
全面的に第１導電型のクラッド層（４３）と、活性層（
４４）と、第１の第２導電型クランド層（４５）と、第
１導電型の電流ブロック層（４６）と、第２の第２導電
型クラッド層（４７）との各エピタキシャル層が順次積
層形成されてなる。そして、そのメサ突起（４２）を形
成するメサ溝（４８）内の電流ブロック層（４６）が、
メサ突起（４２）上にエピタキシャル成長された第１及
び第２の導電型クラッド層（４３）及び（４５）によっ
て挟まれた活性層（４４）の側面にこの活性層（４４）
の全厚さにわたって接するようにかつ第１及び第２の第
２導電型クラッド層（４５）及び（４７）間に挟まれて
配置された構成とする。

〔作用〕

本発明構成によれば、基体（４１）のメサ突起（４２）
上に形成された動作領域となる活性層（４４）が、第１
導電型のクラッド層（４３）と、第１の第２導電型クラ
ッド層（４５）によって挟まれ、その横方向が電流ブロ
ック層（４６）によって包囲されたＢＨ槽構造される。

そして、このメサ突起（４２）上の実質的動作領域とな
す活性層（４４）の両側は、第１導電型クラッド層（２
）に生じた（１１１）Ｂ結晶面による斜面（４つ）の延
長上で規制されるとともに第１導電型の電流ブロック層
（４６）によって規制される。

そして、本発明によるメサ突起（４２）の側面（４２ａ
）をなだらかな凹面とした、すなわち順メサに近い突起
（４２）とするときは、電流ブロック層（４６）は確実
に平坦な（３１１）面として形成された。したがって、
メサ突起（４２）上のストライプ状の実質的動作領域す
なわち発光部としての活性層（４４）を挾んでその両側
にその全厚さにわたって電流ブロック層（４６）を確実
に形成することができるので、これによって電流狭搾が
充分になされ、電流は広がらすメサ突起（４２）上の活
性層（４４）に確実に電流集中を行うことができ、低閾
値電流の半導体レーザーを構成することができる。

また、この本発明による半導体レーザーにおいても、電
流ブロック層（４６）は、第１及び第２の第２導電型ク
ラッド層（４５）及び（４７）間に形成され自動的に動
作領域すなわち実質的発光部となる活性層（４４）の両
側を規制するように形成されるので、連続した結晶成長
の終了後に第３図で説明した選択的エツチング工程が不
要となることから製造工程の簡略化及び信頬性の向上が
はかられる。

〔実施例〕

第２図を参照して本発明による半導体レーザの一例を、
その製法の一例と共に説明する。ｊＶＧａＡｓ系の■−
■族化合物半導体レーザを得る場合で、先ず第２図に示
すように、例えばｎ型のＧａＡｓ化合物半導体基体（４
１）を設ける。この基体（４１）はその−主面（４１ａ
）が（１００）結晶面を有して成る。この基体（４１）
の主面（４１ａ）上に所要の幅Ｗをもってストライブ上
のエツチングマスク（５１）を選択的に形成する。マス
ク（５１）は例えばフォトレジスト膜の塗布、パターン
露光、現像の各処理によって形成し得る。この場合、紙
面に沿う面が（０１１）面に選ばれ、マスク（５１）の
ストライプの延長方向は、この面と直交する方向に選ば
れる。

次に、基体（４１）に対し、その面（４１ａ）側から例
えば硫酸系エツチング液の１ｌｚｓＯ４とＨ，０□とＨ
２Ｏが３；１：１の割合で混合されたエツチング液によ
る結晶学的エツチングを行う。このようにすると、マス
ク（５１）によって覆われない部分からエツチングが進
行し、第２図Ｂに示すようにメサ溝（４８）が形成され
て両側面（４２ａ）がなだらかな湾曲凹面とされた順メ
サに近いストライプ状のメサ突起（４２）が生ずる。次
に第２図Ｃに示すようにエツチングマスク（５１）を除
去し、基体（４１）の凹凸面上に、ＭＯＣＶＤ法によっ
て図示いないがｎ型のバッファ層を必要に応じて形成し
、次いでｎ型Ａ７　ＸＧａ　Ｉ　−ＸＡＳの第１導電型
クラッド層（４３）をエピタキシャル成長する。

この場合、エピタキシャル成長が進行すると、メサ突起
（４２）の上面では（１００）面に対しての角度θが約
５５度をなす（１１１）Ｂ結晶面より成る斜面（４９）
が両側に自然発生的に生じて来る。そして、このような
（１１１）Ｂ面による斜面（４９）が存在している状態
でｎ型クラッド層（４３）のエピタキシャル成長を停止
する。続いて連続ＭＯＣＶＤによって、メサ突起（４２
）上の断面台形をなすｎ型クラッド層（４３）上を含ん
でアンドープのＡ７ｖＧａ、−ＶＡｓよりなる活性層（
４４）をエピタキシャル成長する。

この場合、斜面（４９）の（１１１）Ｂ結晶面にはＭＯ
ＣＶＤによるエピタキシャル成長層が生じにくいので、
活性層（４４）はこの斜面（４９）上には実質的に殆ど
成長せずに、メサ突起（４２）上とその両側のメサ溝（
４８）の底面にのみ選択的に互に分断して形成すること
ができる。

次に、基体（４１）上に第１のｐ型／ｕｘＧａＩ−Ｊｓ
の第１の第２導電型クラッド層（４５）をＭＯＣＶＤに
よってエピタキシャル成長する。この場合、第２図りに
示すように、ｎ型クラッド層（４５）の成長が進行して
メサ突起（４２）上においてその両側の斜面（４９）が
交叉するような位置までｎ型クラッド層（４５）を成長
させ、一方、メサ溝（４８）上においてメサ突起（１２
）上のｎ型クラッド層（４３）の斜面（４９）の中間位
置まで２９９９７１層（４５）を成長させる。

次に、第２図Ｅに示すように例えばｎ型クラッド層（４
３）と同じ組成のｎ型ＡＺｘＧａ＋−ｘＡｓよりなる電
流ブロック層（４６）をＭＯＣＶＤによってエピタキシ
ャに膜厚制御して成長する。また、電流ブロック層（４
６）はメサ突起（４２）上のｎ型クラッド層（４５）と
メサ溝（４８）上の第１の第２導電型（Ｐ型）クラッド
層　（４５）間を分離するように形成される。

次に、第２図Ｆに示すように第１の第２導電型（ｐ型）
クラッド層（４５）と同じ組成の第２の第２導電型（ｐ
型）　ｔｄｘＧａ＋−ｘＡｓクラッド層（４７）及び第
２導電型（ｐ型）　ＧａＡｓよりなる高不純物濃度のキ
ャップ層（５０）を、順次ＭＯＣＶＤによってエピタキ
シャル成長する。この場合、第２のｎ型クラッド層（４
７）は、初期では斜面（４９）において成長しないが成
長の進行により斜面（４９）とのつき合せ部に（１１１
）Ｂ面以外の結晶面が生じてくると斜面（４９）上を含
んで前面に成長される。従って、この第２のｎ型クラッ
ド層（４７）上のキャップ層（５０）も全面的に成長さ
れる。

次に、第１図に示すようにキャップ層（５０）上に第１
の電極（５１）を、また基体（４１）の裏面に第２の電
極（５２）を夫々オーミックに被着して本発明による半
導体レーザを得る。

ここに、各層（４３）　、　（４４）　、　（４５）　
、　（４６）　、　（４７）　、　（５０）は一連のＭ
ＯＣＶＤによってその供給する原料ガスを切り換えるこ
とによって１作業すなわち１回の結晶成長で形成し得る
。

またｎ型クラッド層（４３）、第１のｎ型クラッド層（
４５）、ｎ型電流ブロック層（４６）及び第２のＰクラ
ッド層（４７）の組成ＡＪｘＧａ＋−＊Ａｓと、活性層
（４４）の組成Ａ７ｙＧａ＋イＡｓとはＸ＞Ｙに選ばれ
る。

尚、必要に応じて、活性層（４４）に接して光導波層を
連続ＭＯＣＶＤにより形成することもできる。

また、各層の導電型は、図示とは反対の導電型とするこ
ともできる。

（発明の効果〕 上述の本発明によれば、動作領域すなわち発光部となる
メサ突起（４２）上の活性層（４４）が、第１導電型ク
ラッド層（４３）と、第１の第２導電型クラッド層（４
５）と電流ブロックｌｉ　（４６）によって包み込まれ
た８１１型の屈折率ガイド型の構成とされ、特に電流ブ
ロック層（４６）がメサ突起（４２）の動作領域となる
活性層（４４）の両側に接して形成されるために電流狭
搾がより強く作用するものであり、またこの電流ブロッ
ク層（４６）は確実に（３１１）面の平坦面として形成
されることによって、これをそのメサ突起（４２）上の
動作領域となる活性層（４４）の両側の全厚さにわたっ
て確実に配置することができることによって、確実に電
流ブロックすなわち電流狭搾を行うことができることか
ら安定した特性の低闇値電流半導体レーザーを確実に得
ることができる。

また、本発明においても１度の連続エピタキシャル成長
でその製造が可能で、更にまたそのエピタキシセル成長
後のエツチング工程を省略し得ることから均一で安定に
優れた信頼性の高い低閾値電流半導体レーザーを容易に
再現性よく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半導体レーザーの一例を示す断面
図、第２図はその製造工程図、第３図は従来の半導体レ
ーザーの例を示す断面図、第４図は比較例の半導体レー
ザーの断面図、第５図は比較例の要部の斜視図である。 （４１）は化合物半導体基体、（４３）は第１導電型の
クラッド層、（４４）は活性層、（４５）は第１の第２
導電型クラッド層、（４６）は電流ブロック層、（４７
）は第２の第２導電型クラッド層、（５０）はキャップ
層、（５１）及び（５２）は第１及び第２の電極である
。 ４１　・基体 ４１α　支１ ４２・・・メサ窄む ４２ａ・・　イ１噌１シ ４３・・・　纂１傳１【！クラヮに１ ４４・・　ツ性１ Δ５・・・１鵡町導ｔ！り５グに層 ４６・・　フ・ロー、り１ ＡＴ−ｖ−２ｃ　ｖ！２　’４１９　〒７７・＋トー４
４８・　ノ？；鼻 ４９・・斜面 ５０・・’ｍｇｗ’　９１ ５１・・・１〜１の１！子と ５２・・貞２のｔ楡

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１００）結晶面による主面に側面が基部側に向かって
   凸のなだらかな凹曲湾曲面とされたメサ突起を有する化
   合物半導体基体上に、 該化合物半導体基体の上記メサ突起を有する主面に、第
   １導電型のクラッド層と、活性層と、第１の第２導電型
   クラッド層と、第１導電型の電流ブロック層と、第２の
   第２導電型クラッド層との各エピタキシャル層が順次積
   層形成されてなり、上記メサ突起を形成するメサ溝内の
   上記電流ブロック層が、上記メサ突起上にエピタキシャ
   ル成長された活性層の側面に該活性層の全厚さにわたっ
   て接するようにかつ第１及び第２の第２導電型クラッド
   層間に挟まれてなることを特徴とする半導体レーザー。