JPH03225882A - 半導体レーザ - 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】 以下の順序で本発明を説明する。

Ａ　産業上の利用分野 Ｂ　発明の概要 Ｃ従来の技術 Ｄ　発明が解決しようとする課題 Ｅ　課題を解決するための手段 Ｆ　作用 Ｇ　実施例 Ｈ発明の効果 Ａ　産業上の利用分野 本発明は、半導体レーザ、特に例えばｋｌ　Ｇ　ａ　Ａ
　ｓ系の化合物半導体による埋込みへテロ接合型（ＢＨ
型）半導体レーザに係わる。

Ｂ　発明の概要 本発明は、半導体レーザに係わり、化合物半導体の一主
面にストライプ状のメサ突起と、その両側にそれぞれ１
本以上のストライプ状の副メサ突起がメサ突起とほぼ平
行して形成され、化合物半導体の主面側に第１導電型の
クラッド層と、活性層と、第２導電型の第１のクラッド
層と、第１導電型の電流ブロック層と、第２導電型の第
２のクラッド層とが順次エピタキシャル成長され、スト
ライプ状のメサ突起上に対して他と分断して第１導電型
のクラッド層と、活性層と第２導電型の第１のクラッド
層とが積層されたストライプ状エピタキシャル成長層が
形成され、メサ突起以外において形成された電流ブロッ
ク層が副メサ突起上に成長されたエピタキシャル成長層
を横切って全体として上記主面にほぼ沿う平坦な面とさ
れ、メサ突起上のストライプ状のエピタキシャル成長層
における活性層の両側端面が電流ブロック層の端面内に
おいてこれと衝合するようになされ、このストライプ状
エピタキシャル成長層におけるストライプ状活性層が発
光動作領域とされるものであり、このようにして発光動
作領域となすべき活性層以外に流れるリーク電流の低減
化をはかって、よりしきい値電流Ｉいの低減化をはかる
。

Ｃ従来の技術 低いしきい値電流■いを有する半導体レーザを作製する
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てＢＨ型構成をとり、しか
も電流狭搾を行う電流ブロック手段を設けることが望ま
れる。この種のＢＨ型半導体レーザでは、通常２回以上
に互いに独立したエピタキシャル成長を行う。すなわち
第１回目のエピタキシャル成長後にエツチング作業を施
し、次に第２回目のエピタキシャル成長作業が行われる
という手順が一般的に採られる。

ところが、この場合第１と第２のエピタキシャル成長作
業間において、表面酸化等の問題が生し、これが信転性
の低下、特性の低下を来す。

このような信顛性の問題、さらに作業性の煩雑さを回避
する目的をもって、本出願人は、先に例えば特開昭６１
−１８３９８７号において１回のエピタキシャル成長に
おいて全層を形成することができるようにしたＳ　Ｄ　
Ｈ（Ｓｅｐａｒａｔｅ　Ｄｏｕｂｌｅ　ＨｅｔｅｒｅＪ
ｕｎｃｔｉｏｎ）型の半導体レーザを提案した。

Ｄ　発明が解決しようとする課題 さらに、この種のＳＤＨ型半導体レーザとして本出願人
は特願昭６３−３３０１３６号において、例えば第３図
に路線的断面図を示した半導体レーザの提案をなした。

これは、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３図で紙面と直交する［０１１〕軸方
向に延びるストライプ状のメサ突起（２）が形成され、
このメサ突起（２）を有する基体（１）の土面上シこ順
次ＭＯＣＶＤ　（門ｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌＶａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　：有機
金属による化学的気相成長法）によって連続的に例えば
ｎ型のクラッド層（３）と、低不純物濃度ないしはアン
ドープの活性層（４）と、第２導電型例えばｐ型の第１
のクラッド層（５）と、第１導電型例えばｎ型の電流ブ
ロック層（６）と、第２導電型例えばｐ型の第２のクラ
ッド層（７）と、第２導電型のキャップ層（８）との各
半導体層がエピタキシャル成長されてなる。

ここに第１導電型のクラッド層（３）と、第２導電型の
第１及び第２のクラッド層（５）及び（７）と、第１導
電型の電流ブロック層（６）とは、活性層（４）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）及びメサ突起（２）の結晶
方位、メサ突起（２）の幅、及び高さすなわちその両側
のメサ溝の深さ、さらに各第１導電型のクラッド層（３
）、活性層（４）、第２導電型の第１のクラッド層（５
）等の厚さを選定することによってメサ突起（２）上の
第１導電型のクラッド層（３）、活性層（４）、第２導
電型の第１のクラッド層（５）を、メサ突起（２）の両
側のメサ溝（１１）上におけるそれと分断するように斜
面（９Ａ）及び（９Ｂ）による断層を形成し、これら斜
面（９＾）及び（９Ｂ）によって分断されたストライプ
状のエピタキシャル成長層（１０）がメサ突起（２）上
に形成されるようにする。これは、通常のＭＯＣＶＤす
なわちメチル系の有機金属を原料ガスとして行ったＭＯ
ＣＶＤによる場合、　（１１１）Ｂ結晶面が一旦生じる
と、この面に対してはエピタキシャル成長が生じにくい
ことによる斜面（９Ａ）及び（９Ｂ）の発生を利用して
これら斜面（９Ａ）及び（９Ｂ）によって挟まれて他と
分断されたストライプ状のエピタキシャル成長層（１０
）を形成するものである。そして、この場合電流ブロツ
ク層（６）は、ストライプ状のエピタキシャル成長層（
１０）によってこれを挟んでその両側に分断され、この
分断によって生じた両端面が、丁度ストライプ状エピタ
キシャル成長層（１０）における他と分離されたストラ
イプ状活性層（４）の両端面すなわち斜面（９Ａ）及び
（９Ｂ）に臨む端面に衝合されるようになされる。

このようにしてメサ突起（２）上のストライプ状エピタ
キシャル成長層（１０）における活性層（４）が、これ
より屈折率の小さい電流ブロック層（６）によって挟み
込まれるように形成されてその閉じ込めがなされ、しか
もこの電流ブロック層（６）の存在によってストライプ
状エピタキシャル成長層（１０）の両外側においては、
第２導電型の第２のクラッド層（７）と、電流ブロック
層（６）と、第２導電型の第１のクラッド層（５）と、
第１導電型のクラッド層（３）とによってｐ−ｎ−ｐ−
ｎのサイリスク構造が形成されて、ここにおける電流が
阻止され、これによってこのメサ突起（２）上のストラ
イブ状のエピタキシャル成長層（１０）のストライプ状
活性層（４）に電流が集中するようになされて、これが
発振動作領域として動作し、かつまたこの効果的電流集
中によってしきい値電流１ｔｈの低減化をはかるように
している。

ところが、このようなＳＤＨ構成による場合においても
、しばしばそのメサ溝（１１）上においてかなり広範囲
に発光が生しる場合がある。すなわち、リーク電流が生
じる場合がある。そして、このようなリーク電流が発生
することは充分なしきい値電流１ｔｈの低減化がはから
れないということになる。

このような現象は、メサ溝（１１）上に成長された各半
導体層がメサ突起（２）の近傍における第３図中頭域Ｉ
においては（３１１）結晶面が生しやすく、またメサ溝
（１１）の底面に沿う領域Ｈにおいては基体（１）の主
面に沿う（１００）面として形成され、両頭域１及び領
域■間の領域■においては両結晶面の遷移領域となり、
（１００）面による領域■においては制御性のよいｎ型
の電流ブロックを行うことができ、（３１１）結晶面に
よる領域Ｉにおいてはｎ化しゃずいという特性を有する
が、両者間の遷移領域■においてはＰ型化しやすいとい
う傾向を示すことに因る。

そこで、この種のＳＤＨ型半導体レーザにおいては、そ
の電流ブロツク層（６）のｎ型の不純物濃度を比較的高
濃度にドーピングするということが行われる。ところが
、このような方法による場合、第、１図Ｓこｎ型の電流
ブロック層（６）とｎ型のクラッド層（３）におけるコ
ンダクションハンドのハンドモデル図を示すように、電
流ブロック層（６）が比較的低不純物濃度である場合に
は、そのコンダクションハンドは第４図Ａに示すように
比較的平坦となってストライプ状エピタキシャル層（１
０）のクラッド層（３）から電流ブロック層（６）に向
う電子ｅは、両頭域（３）及び（６）間のギャップ差に
よって矢印に示すように阻止されるが、電流ブロック層
（６）の不純物濃度が高い場合、第４図Ｂに示すように
フェルミ準位が下がり、その電流ブロック層（６）にお
けるコンダクションバンドが低下することによってキャ
リアの電子ｅが注入されやすくリーク電流が発生しやす
いという状態を来す。

また、この電流ブロック層（６）における遷移領域■の
影響を小さくするにはできるだけその厚さを大とするこ
とが望ましいが、その厚さを厚くするとこの電流ブロッ
ク層（６）からストライプ状エピタキシャル成長層（１
０）の動作領域を構成するストライプ状活性層（４）下
のクラッド層（３）に第３図中破線矢印で示すようなリ
ーク電流が発生しやすく、これが引き金となってｐ−ｎ
−ｐ−ｎサイリスクをオンするに至り、これによって第
５図にその光出力−電流特性を示すように破線図示の直
線性を示すべき特性が実線図示のように飽和してくると
いう不都合が生しる。

本発明においては、上述したＳＤＩ構造の半導体レーザ
において、そのリーク電流の低減化をはかってしきい値
電流Ｉいの低減化とその光出力電流特性の飽和の改善を
はかる。

Ｅ　課題を解決するための手段 本発明は、例えば第１図にその一例の路線的拡大断面図
を示すように、化合物半導体（２１）の−主面（２１ａ
）にストライプ状のメサ突起（２２）と、その両側にそ
れぞれ１本以上の副メサ突起（３２）がメサ突起（２２
）とほぼ平行して形成される。

この化合物半導体（２１）の主面（２１ａ）側に第１導
電型のクラッド層（２３）と、活性層（２４）と、第２
導電型の第１のクラッド層（２５）と、第１導電型の電
流ブロック層（２６）と、第２導電型の第２のクラッド
層（２７）とが順次エピタキシャル成長される。

そして、この場合ストライプ状メサ突起（２２）に対し
て他と分断して第１導電型のクラッド層（２３）と、活
性層（２４）と、第２導電型の第１のクラッド層（２５
）とが積層されたストライプ状のエピタキシャル成長層
（３０）が形成され、メサ突起（２２）以外のメサ溝（
３１）において形成された電流ブロック層（２６）が副
メサ突起（３２）上に形成されたエピタキシャル成長層
（１１）上を横切って全体として主面（２１ａ）に沿う
ほぼ平坦な面とされるようにする。

そして、メサ突起（２２）上のストライプ状エピタキシ
ャル成長層（３０）における活性層（２４）の両側端面
が電流ブロック層（２８）の端面内に衝合するようにな
され、このストライプ状エピタキシャル成長層（３０）
におけストライプ状活性層（２４）が発光動作領域とな
るような構成とする。

また、具体的には活性層（４）のバンドギャップは第１
導電型のクラッド層（２３）、電流ブロック層（２６）
、第２導電型の第２のクラッド層（２７）より大に選定
される。

Ｆ　作用 上述した本発明の構成によれば、副メサ突起（３２）を
メサ突起（２２）にほぼ平行してその近傍に設けたこと
によって電流ブロック層（２６）がその全域に亘ってほ
ぼ平坦な（１００）面として形成することができるので
、第３図で説明した遷移領域の発注を効果的に回避でき
、これによってこの電流ブロック層（２６）の不純物濃
度をさほど高めることな（、またその厚さを充分大とす
ることなく、したがって確実にリーク電流の発生を抑制
することができること、動作領域となるストライプ状エ
ピタキシャル成長層（３０）の両側に形成したｐ−ｎ−
ｐ−ｎサイリスクのオン動作を回避できることから、し
きい値電流Ｉいの低減化と光出力−電流特性の飽和の改
善をはかることができる。

Ｇ　実施例 さらに第１図を参照して本発明による半導体レーザの一
例を詳細に説明する。この例においては、’−ｉ　Ｇ　
ａ　Ａ　ｓ系化合物半導体レーザに適用した場合で、こ
の場合、化合物半導体（２１）としてその主面（２１ａ
）が（１００）面を有する第１導電型例えばｎ型のＧａ
Ａｓサブストレイトを用意し、その主面（２１ａ）の（
１００）面に、所要の幅Ｗを有するメサ突起（２２）と
、これと所要の間隔りを保持して、さらに所要の幅Ｗｓ
を有する副メサ突起（３２）を（ＯＩＩ〕方向に沿って
１本以上、図示では２本形成する。

これらメサ突起（２２）及び副メサ突起（３２）の形成
は、この各メサ突起（２２）及び副メサ突起（３２）を
形成するべき部分にフォトレジスト等のエツチングマス
クをそれぞれ幅Ｗ及びＷｓに対応する幅をもってストラ
イプ状に（０１１：ｌ軸方向に沿って形成し、結晶学的
エツチング例えは硫酸系エツチング液のＨ２ＳＯ，とＨ
，０□とＨ２Ｏが３：１：１の割合で混合されたエツチ
ング液によるエツチングを行って所要の幅りを有するメ
サ溝（３１）を（０１１）軸方向に形成することによっ
て各メサ溝（３１）間にそれぞれ所要の幅Ｗ及びＷｓを
有するメサ突起（２２）と副メサ突起（３２）をいわゆ
る順メサ状に形成することができる。

その後、このメサ突起（２２）及び副メサ突起（３２）
が形成された凹凸面を有する化合物半導体（２１）の主
面（２１ａ）側に全面的に通常のＭＯＣＶＤすなわちメ
チル系の有機金属を原料ガスとするＭＯＣＶＤ法によっ
てまず必要に応じて図示しないが、第１導電型の例えば
ｎ型のバッファ層をエピタキシャル成長し、次いでこれ
の上に同様に第１導電型のｎ型のＡＪ！　Ｇ　ａ　Ａ　
ｓのクラッド層（２３）をエピタキシャル成長する。こ
の場合、このエピタキシャル成長が進行するにつれメサ
突起（２２）及び副メサ突起（３２）上において、その
面（１００）面に対しての角度が約５５°をなす（１１
１）　Ｂ結晶面よりなる斜面（３９Ａ）及び（３９Ｂ）
、（４９Ａ）及び（４９Ｂ）がメサ突起（２２）及び副
メサ突起（３２）の両側に対応して自然発生的に生じて
くる。

続いて、連続的に同様のメチル系ＭＯＣＶＤによって例
えばアンドープのＧａＡｓよりなる活性層（２４）、第
２導電型のｎ型の例えばＡｊ’　Ｇ　ａ　Ａ　ｓよりな
る第１のクラッド層（２５）、第１導電型のｎ型の例え
ばＡＪ！　Ｇ　ａ　Ａ　ｓよりなる電流ブロック層（２
６）、第２導電型のＰ型の例えばＡＪＧａＡｓよりなる
第２のクラッド層（２７）、さらにこれの上に第２導電
型のｎ型のＧａＡｓよりなるキャップ層（３３）を連続
的に一回でエピタキシーする。この場合、上述した（１
１１）Ｂ面が生じてくるとこの（１１１）Ｂ結晶面には
メチル系ＭＯＣＶＤによるエピタキシャル成長層が生じ
にくいので、各メサ突起（２２）及び副メサ突起（３２
）上に対するエピタキシャル成長によって（１１１）　
Ｂ面が斜面（３９Ａ）及び（３９Ｂ）　、　（４９Ａ）
及び（４９Ｂ）として生じてくると同時に、メサ溝（３
１）上に対応する各半導体層はこの斜面からの成長が停
止してメサ溝（３１）の主として底部からの成長に依存
する。したがって、この場合、メサ突起（２２）及び副
メサ突起（３２）には、それぞれ他と断層が生じる斜面
（３９Ａ）及び（３９Ｂ）によって、また（４９Ａ）及
び（４９Ｂ）によって挟まれたストライプ状エピタキシ
ャル成長層（３０）及び（３１）が生成される。この場
合、メサ突起（２２）の幅Ｗ、副メサ突起（３２）の幅
ＷＳ、両者の間隔Ｄ、またメサ溝（３１）の深さ、各層
（２３）〜（２６）の厚さ等を選定することによって、
メサ突起（２２）上のストライプ状エピタキシャル成長
層（３０）においては、第１のクラット１（２３）と、
活性層（２４）と第２導電型の第１のクラッド層（２５
）のみが積層されたストライプ状エピタキシャル成長層
（３０）が形成され、また副メサ突起（３２）上のエピ
タキシャル成長層（３１）は、第１導電型のクラッド層
（２３）のみによって形成され、更にｔｍｍブロク層（
２６）については、メサ突起（２２）上のストライプ状
エピタキシャル成長層（３０）によってその両側に分断
されるように、しかも副メサ突起（３２）上のエピタキ
シャル成長層（３１）上の上方においては、これを横切
るように、かつまたこの電流ブロンク層（２６）が平坦
な面としてすなわち（１００）面の主面にほぼ沿う平坦
な面として形成されるようにする。この場合、例えばＤ
＝Ｗｓ＝５μｍとし、メサ溝（３１）の深さを６μｍに
選定し得る。

また、第２導電型の第２のクラッド層（２７）及びキャ
ップ層（３３）に関しては、その厚さを適当に選定する
ことによって斜面（３９Ａ）及び（３９Ｂ）においては
成長が行われにくいものの電流ブロック層（２６）上か
らの成長によってストライブ状エビクキンヤル成長層（
３０）を横切るように全面的に形成する。

このような構成によれば、ストライプ状エピタキシャル
成長層（３０）における活性１　（２４）が、これより
バンドギャップの大きい第１導電型のクラッド層（２３
）と第２導電型の第１のクラッド層（２５）と、電流ブ
ロンク層（２６）によって閉じ込められるので、ストラ
イプ状エピタキシャル成長層（３０）における活性層（
２４）が発光動作領域となる。そして、その両側に第２
導電型の第２のクラッド層（２７）、電流ブロック層（
２６）、第２導電型の第１のクラッド層（２５）、第１
導電型のクラッド層（２３）によるｐ−ｎｐ−ｎサイリ
スタが形成される。

そして、このような構成による場合、電流ブロック層（
２６）がほぼ平坦な面として形成されることによって遷
移領域の発生が効果的に回避されるので、その不純物濃
度をさほど高くする必要はなく、またその厚さもさほど
厚くする必要がないことから、第３図で説明した従前の
ＳＤＨにおけるリーク電流の発生を効果的に回避するこ
とができ、しきい値電流Ｉいの低減化と飽和特性の改善
をはかることかできる。

さらにまた電流ブロック層（２６）が平坦に形成される
ことから、これの上に形成される第２導電型の第２のク
ラッド層（２７）及びキャップ層（３３）の表面が平坦
に形成されることから、このキャップ層（３３）側にお
いて半導体レーザをヘッダないしはヒートシンク上にボ
ンディングする場合にそのボンディングを容易かつ確実
に行うことができる。

面、上述した例においては第１導電型がｎ型で第２導電
型がｐ型である場合について説明したが、これとは逆の
導電型とすることもできる。また、図示の例においては
副メサ突起（３２）がメサ突起（２２）の両側に各２本
配列した場合であるが、１本以上の複数本設は得る。

また、上述した例においては、化合物半導体（２１）が
ＧａＡｓサブストレイトによって構成した場合であるが
、例えばＩｎＰによるサズストレイトを用い得るなどＡ
ｊ！　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ系に限らず種々の化合物半導体レ
ーザに本発明を適用し得るものである。

また、第２図に示すように、発光動作領域となるストラ
イブ状エピタキシャル成長層（３０）の両側においてキ
ャップ層（３３）、第２導電型の第２のクラッド層（２
７）、電流ブロック層（２６）を横切る深さの溝をスト
ライブ状エピタキシャル成長層（３０）に沿って形成し
、ここに５ｉＪａ等の絶縁層をＣＶＤによって被着する
とか、或いは、溝を形成することな（Ｃｒドープするな
どして絶縁ないしは高抵抗電流阻止層（４０）を設ける
ようにすることもできる。

第２図において第１図と対応する部分には同一符号を付
して重複説明を省略する。

Ｈ発明の効果 上述した本発明の構成によれば、副メサ突起（３２）を
メサ突起（２２）にほぼ平行してその近傍に設けたこと
によって電流ブロック層（２６）がほぼ平坦な（１００
）面として形成することができるので、第３図で説明し
た遷移領域の発生を効果的に回避でき、これによってこ
の電流ブロック層（２６）の不純物濃度をさほど高める
ことなく、またその厚さを充分大とすることなく、した
がって確実にリーク電流の発生を抑制することができる
こと、動作頭載となるストライブ状エピタキシャル成長
層（３０）の両側に形成したｐ−ｎ−ｐ−ｎサイリスク
のオン動作を回避できることから、しきい値電流ＩＬｈ
の低減化と光出力−電流特性の飽和の改善をはかること
ができる。

また副メサ突起（３２）の形成によって電流ブロック層
（２６）が平坦に形成されることから、これの上に形成
される第２導電型の第２のクラット層（２７）及びキャ
ップ層（３３）の表面が平坦に形成されることから、こ
のキャップ層（３３）側において半導体レーザをヘッダ
ないしはヒートシンク上にボンディングする場合にその
ボンディングを容易かつ確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明による半導体レーザの各側の
路線的拡大断面図、第３図は従前の半導体レーザの路線
的拡大断面図、第４図はその説明↓こ供するハンドモデ
ル図、第５図は光出力−電流特性曲線図である。 （２１）は化合物半導体、（２１ａ）はその主面、（２
２）はメサ突起、（３２）は副メサ突起、（２３）は第
１導電型のクラッド層、（２４）は活性層、（２５）は
第２導電型の第１のクラッド層、（２６）は電流ブロッ
ク層、（２７）は第２導電型の第２のクラッド層である
。 代 理 人 松 隈 秀 盛 ５碧２孝ｆ工の躬２のグラ、ｈ看 従約の半導体し 第３ す゛の直面（２） 図 ラフ贋 ノでソにモデル図 第４図 ■ 土呂カーｔ７．ｔ’ｒ腎ゼ［荘わ筆亀 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 化合物半導体の一主面にストライプ状のメサ突起と、そ
   の両側にそれぞれ１本以上のストライプ状の副メサ突起
   が上記メサ突起とほぼ平行して形成され、 上記化合物半導体の上記主面側に第１導電型のクラッド
   層と、活性層と、第２導電型の第１のクラッド層と、第
   １導電型の電流ブロック層と、第２導電型の第２のクラ
   ッド層とが順次エピタキシャル成長され、 上記ストライプ状のメサ突起上に対し他と分断して上記
   第１導電型のクラッド層と、上記活性層と、上記第２導
   電型の第１のクラッド層とが積層されたストライプ状エ
   ピタキシャル成長層が形成され、 上記メサ突起以外において形成された電流ブロック層が
   上記副メサ突起上に成長されたエピタキシャル成長層を
   横切って全体として上記主面にほぼ沿う平坦な面とされ
   、 上記メサ突起上のストライプ状エピタキシャル成長層に
   おける活性層の両側端面が上記電流ブロック層の端面内
   においてこれと衝合するようになされ、このストライプ
   状エピタキシャル成長層におけるストライプ状活性層が
   発光動作領域とされた ことを特徴とする半導体レーザ。