JPH03250685A - 半導体レーザ装置の製造方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ヘテロ接合構造を有する米導体レザの改良に
係わり、特にＩｎＧａＡＩＰ系半導体レーザ装置の製造
方法に関する。

（従来の技術） 近年、ＭＯＣＶＤ法等の結晶成長技術の向上に伴い、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザと同程度の発振波長を持つ半導体レーザ
が製造されるようになってきた。

ところで、この半導体レーザを、ビデオディスクやレー
ザプリンター用の光源として使用する場合、横モードが
制御されていることや、低非点隔差であることなどが要
求され°Ｃいる。また、消費電力の低減化からは、発振
しきい値を低くすることが、望ましい。この様な、要求
を満たすべく開発されたＩ　ｎＧａＡ　Ｉ　Ｐ系赤色半
導体レーザ装置に、第４図に示すようなリッジ導波型レ
ーザがある。以下に、このリッジ導波型し〜ザの概略構
造及び製造方法を第４図を参照しながら説明する。

先ず、第４図（ａ）に示すが如く、ｎ−ＧａＡＳ基板４
１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層４２、ｎ　−１ｎ　Ｇ
　ａ、　Ａ　Ｉ　Ｐクラッド層４３、Ｉ　ｎＧａ　Ｐ活
性層４４、第一のｐ−ＩｎＧａＡＩＰクラッド層４５、
ＩｎＧａＰエツチングストップ層４６、第二のｐ−１ｎ
ＧａＡＩＰクラッド層４７、ＩｎＧａＰ中間バンドギャ
ップ層４８を順次形成した後、ＩｎＧａＰ中間バンドギ
ャップ層４８上に５ｉ０２［４９をストライプ状に形成
する。次いで、ＳｉＯ□膜４９をマスクに臭化水素系エ
ッチャントを用いて、ＩｎＧａＰ中間バンドギャップ層
４８をストライプ状に残す。続いて、５ｉＯｚ膜及び、
ＩｎＧａＰ中間バンドギャップ層をマスクに熱硫酸を用
いた選択エツチングにより、Ｉ　ｎ、　Ｇ　ａＡＩＰク
ラッド層４３層厚３ｈだけ残すようにエツチングし、第
４図（ｂ）に示すごと（ＩｎＧａＰ中間バンドギャップ
層４８をふくむストライプ状のメサ５０を形成する。次
いで、ＳｉＯ２膜４９を選択成長用マスクとして、減圧
ＭＯＣＶＤ法を用いた選択成長により、第４図（Ｃ）に
示すごと＜　Ｓ　ｉ　Ｏ２マスクのある部分を除きｎ−
ＧａＡＳ電流阻止層５１を埋め混み形成する。次いで、
ＳｉＯ２膜４９を除去した後、全面にｐ−ＧａＡｓオー
ミックコンタクト層５２を成長する。最後に、ｎ型電極
５３及びｎ型電極５４を形成することにより、リッジ導
波型レーザが完成する。

ところで、この構造のレーザは、第４図（Ｃ）にみられ
るように、リッジ部両側において、活性層４４に導波さ
れた光が、クラッド層４５を通して、電流阻止層５１ま
でしみ出し、吸収を受けることによって、接合面に水平
方向に等測的複素屈折率の虚数部分に差が形成されて光
がガイドされる吸収損失ガイドである。つまり、第４図
の構造では、吸収損失の分だけしきい値が上昇してしま
うという欠点があった。また、吸収損失ガイド構造であ
るため導波モードに位相差が生じるため、非点隔差は１
５ｕｍ程度のものしか得られ無かった。また、電流−光
出力特性において直線性が損なわれる事態（いわゆるキ
ンクの発生）が起こった。そこで、ＧａＡｌＡｓ系レー
ザで行われているところの、接合面に水平方向に等測的
複素屈折率の実数部分の差を形成して光をガイドする屈
折率ガイド構造をＩ　ｎＧａＡ　Ｉ　Ｐ系半導体レーザ
に適用することを考えられた。第３図には、ＧａＡｌＡ
ｓ系レーザにおける上記屈折率ガイド構造レザを示す。

このレーザは、ｎ−Ｇ　ａ　Ａ、　ｓ基板３】上に、ｎ
　　Ｇ　ａ　ｏ６ｓＡ　１　ｏ、　３５Ａ　ｓクラッド
層３２、Ｇａｏ９７Ａ１００８ＡＳ活性層３３、ｐ−Ｇ
ａｏ６ｑＡ　ｌ　ｏ、　３５Ａ　Ｓクラッド層３４、ｎ
−ＧａＡｓ電流阻止層３５を順次成長後、フォトレジス
ト工程及びＳＨエツチング液（硫酸：過酸化水素水。

水−８：　１．、　＋　１　）により、ｐ　　Ｇ　８０
．６５Ａ　Ｉ　ｎ、　３゜Ａｓクラッド層３４の途中ま
でエツチングし、凹状のストライプを形成する。続いて
ｐ　　Ｇａｏ７Ａ　ｌ　０．３　Ａ　ｓ第１被覆層３６
、ｐ　　Ｇ　ａ　［１，６５Ａ　’ｏ、ｘｓＡｓ第２被
覆層３７、ｐ−ＧａＡｓオーミックコンタクト層３８を
全面に成長する。これに、ｎ型及びｎ型電極３９．４０
を形成して完成する。

ここで、凹状ストライプの底部にあたるｐ−Ｇａ。いＡ
　ｌ　ｏ３．Ａ　ｓクラッド層３４の厚みｔは、活性層
に導波された光が屈折率の大きいｐ−Ｇａ。

７Ａｌｏ３Ａｓ第１被覆層３６を感じさせるよう、また
、凹部両側とで屈折率差が形成されるよう適正な値にエ
ツチングすることにより、完成される。

このレーザは、実屈折率ガイド構造であるため、閾値が
低く、非点隔差が〜２ｕｍと小さく、キンクレベルも高
いものが得られている。ところで、ＧａＡｌＡｓ系の上
記屈折率ガイド構造レーザにおいては、厚みｔの制御を
、エツチング時間で行っており、その厚さのばらつきに
よっては十分な屈折率ガイド効果が得られないことがあ
った。ＩｎＧａＡ　Ｉ　Ｐ系半導体レーザにおいても事
情は同じ事で、通常の構造、すなわち第２図に示すよう
な構成では、厚みｔの制御は、非常に困難であった。ま
た、ＩｎＧａＡＩＰクラッドに設けられた凹部は、Ａ１
または、ＡＩＰを含む層であるため、凹部作成のため１
度大気に曝すと、その上に成長さぜる第１ＩｎＧａＡＩ
Ｐ被覆層及び、第２ＩｎＧ　ａ　Ａ　１．　Ｐ被覆層の
成長が困難であり、作成したレーザ素子の電流−電圧特
性を調べると、異常に抵抗が高いことが、新たに分かっ
た。これは、Ｇａ　Ａ、　ｌ　Ａ　ｓ系の上記屈折率ガ
イド構造レーザにおいても同様な事情にあると考えられ
るが、ＧａＡｌＡｓ系では、特に問題となっておらず、
ＩｎＧａＡ］Ｐ系材料特有の問題と思われる。さらに、
第２被覆層の成長厚みを必要以上に厚くするとこの材料
系のもつ熱抵抗の高さのため、連続発振できる最高温度
が低くなってしまうことが分かった。

第２図において２１は、ｎ−ＧａＡｓ基板、２２は、ｎ
−１ｎＧａＡＩＰクラッド層、２３は、ＩｎＧａＰ活性
層、２４は、ｐ−１ｎＧａＡＩＰクラッド層、２５は、
ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層、２６．２７は、第１及び、第
２ｐ−１ｎＧａＡＩＰ被覆層、２８は、ＩｎＧａＰ中間
バンドギャップ層、２９は、ＧａＡｓオーミックコンタ
クト層である。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来の構造は、ビデオディスクやレーザプ
リンター用の光源として使用するには、しきい値や非点
隔差及びキングの発生などの点から必ずしも満足できる
ものではなかった。そこで、Ｉ　ｎＧａＡ　Ｉ　Ｐ系半
導体レーザにおいても、接合面に水平方向に等測的複素
屈折率の実数部分の差を形成して光をガイドする屈折率
ガイド構造レーザとすることが考えられた。しかし、Ｇ
ａＡｌＡｓ系の上記屈折率ガイド構造レーザと同様に凹
状ストライプの底部にあたるＩ　ｎＧａＡ　Ｉ　Ｐクラ
ッド層の厚みｔの制御が困難であった。また、ＩｎＧａ
Ａ　Ｉ　Ｐ系材料特有の問題も新たに生じた。本発明は
、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、制
御性良く厚みｔの制御が行われ、被覆層の成長が容易に
行われ熱特性のよいＩｎＧａＰ層Ｐ系の実屈折率ガイド
構造半導体レーザ装置の製造方法を提供することにある
。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本願発明は、第１導電型の半導体基板上に、第」導電型
のＩ　ｎＺ　（Ｇａ＋−ｘ　Ａ　ｌｘ　）　Ｉ−７Ｐ　
（０＜Ｚ＜１．　Ｏ＜Ｘ≦１）クラッド層、ＩｎＧａＰ
活性層、第２導電型のＩ　ｎＺ　（Ｇａ１−ｙＡｌｙ　
）　ｌ−２Ｐ　（０＜Ｚ＜ｉ、　ｏ＜ｙ≦１）クラッド
層、膜厚が２０Ａ−１，０ＯＡの第２導電型のＩ　ｎＧ
ａＰ層、第１導電型のＩｎｚ　　（Ｇａ＋−ｏ　　Ａ　
　ｌｏ　　）　　＋−ｚ　　Ｐ　　（０＜Ｚ＜１．　０
＜Ｑ≦　１）クラッド層、ＧａＡｓ電流狭窄層を順次形
成後、第２導電型のＩｎＧａＰ層表面部までエツチング
を行って凹状ストライプを形成し、次いで表面に第２導
電型のＩｎｚ　（Ｇａ＋−＋＋　ＡＩＲ）＋−ｚ　Ｐ（
０＜Ｚ＜１．０＜Ｒ≦１）被覆層及び第２導電型のＩｎ
７（Ｇａ＋　ｓ　Ａ　Ｉｓ　）　＋−ｚ　Ｐ　（０＜Ｚ
＜１．　Ｏ＜Ｓ≦１）被覆層（Ｒ＜　Ｓ）　、Ｉ　ｎＧ
ａＰ中間バンドギャップ層、第２導電型のＧａＡｓオー
ミックコンタクト層を連続成長し半導体レーザ装置を得
るものである。

すなわち本発明の骨子は、ＩｎＧａＡＩＰ系実屈折率ガ
イド構造半導体レーザにおいて、クラッド層の中間にＩ
ｎＧａＰ層を設けることにあり、その厚みを２０Ａから
１０ＯＡにすることにより、発振モードに影響を与える
こと無く、エツチングストップ層都市手、充分機能させ
る事にあり、底部の厚みｔの制御を容易ならしめ、さら
に、凹状ストライプ底部上面への被覆層の成長を容易な
らしめるものである。また、通常のＤＨ構造において規
定されるクラッド層の厚みより大きくならないよう被覆
層の厚みを限定することにより、この材料系のもつ熱抵
抗の悪さからくるレーザの温度特性の劣化を最小限に抑
えることにある。

（作用） 該クラッド層の中間に２ＯＡから１０ＯＡのＩｎＧａＰ
層を設は熱硫酸でエツチング作成する事により、発振モ
ードに影響が無く、凹状ストライプ底部の厚みｔの制御
が容易となり、凹状ストライプ底部上面は、ＡＩを含ま
ない層となるため、その上のＩ　ｎＧａＡ　Ｉ　Ｐ被覆
層の成長が容易になる。また、被覆層の厚みを必要最小
限な値とすることにより、この材料系のもつ熱抵抗の悪
さからくるレーザの温度特性の劣化を最小限に抑えるこ
とができる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の１実施例に係わる半導体レーザ装置の
概略構成を示す図である。第１図において１は、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板、２は、ｎ−１ｎＧａＰバッファ層、３は、
ｎ　　Ｉｎｏ、（Ｇａｏ、ｖ　Ａ、　ｌ　Ｏ，７）　ｏ
、−Ｐクラッド層、４は、ＩｎＧａＰ活性層、５は、ｐ
　　Ｉ　ｎｏ、（Ｇａｏ、ｑ　Ａ　１゜、７　）　０．
Ｓ　Ｐ第１クラッド層、６は、ＩｎＧａＰエツチングス
トップ層、７は、ｎ−１ｎ０．５（Ｇａａ、ｑ　Ａ　ｌ
　０．７　）　ｏ５Ｐ第２クラッド層、８は、ｎ−Ｇａ
Ａｓ電流阻止層、９は、ｐ　Ｉｎｏ。

（Ｇａｏ５Ａ　１０．５　）０５Ｐ第１被覆層、１０は
、ｐ　　Ｉｎｏ　５（Ｇａｎ、ｉ　ＡＩ、０．７）　ｏ
、ｓ　Ｐ第２被覆層、１１は、ＩｎＧａＰ中間バンドギ
ャップ層、１２は、ｐ−ＧａＡｓオーミックコンタクト
層である。

この構造は、まず初めに、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層８ま
で成長を行った後、ホトレジスト工程を用いて、ｎ−Ｇ
ａＡｓ電流阻止層８をストライプ状にＳＨエツチング液
によりエツチングした後、次ぎに、ｎ−ＧａＡｓ電流阻
止層８をマスクに熱硫酸を用いて、ｎ　　Ｉ　ｎｎ、ｓ
　　（Ｇ　ａｏ３Ａ　］、　０．７　）。、Ｐ第２クラ
ッド層７をＩ　ｎ　Ｇ　ａ、　Ｐエツチングストップ層
６がでるまで、エツチングし、凹状ストライプを形成し
た。このときＩｎＧａＰ層の厚みが、２ＯＡより薄い領
域では、エツチングストップ層として、充分機能しない
場合や、熱硫酸でＩ　ｎＧａＡ　Ｉ　Ｐ層を基板全面に
渡って、完全に、エツチング除去する前に、ＩｎＧａＰ
エツチングストップ層が、エツチングされてしまう事が
あった。そのメカニズムついては、良く分かつていない
が、ＭＯＣＶＤ法では、充分な結晶界面の急峻性が得ら
れず、Ａ１の混入があるためと考えられる。そのため本
実施例では５０Ａとした。上記の事情からは、この厚み
は、厚ければ厚い程よい。

しかし、この層は、発振光にたいして吸収として働く。

この効果をレーザ素子の閾値から調べた結果１００Ａま
でなら、その影響は少ないことが分かった。続いて、ｐ
−１ｎｎ５　（Ｇａｏ、Ａ、Ｉ。

９）。、５Ｐ第１被覆層９、ｐ　　Ｉｎａ、（Ｇａ。

、　Ａ　１０．、　）　Ｏ，’＋　Ｐ第２被覆層１０、
ＴｎＧａＰ中間バンドギャップ層１１、ｐ−ＧａＡｓオ
ーミックコンタクト層１２を連続して成長した。このと
き、主電流の流れる凹状ストライプの底部は、Ａ、　ｌ
を全く含まない表面への成長であるため、良好な、結晶
成長が行われていると思われる結果が得られた。すなわ
ち第２図の構成では、作成したレーザ素子の電流−電圧
特性において、異常に抵抗が高いことが観測されたが、
第１図の構成では、通常得られる程度の低い値を示した
。かくして、ＩｎＧａＰ層Ｐ系の実屈折率ガイド構造半
導体レーザ装置が実現された。なお、凹状ストライプ上
部のＩ　ｎｏ、（Ｇａｏ３Ａ　ＩＯ７）’ｏ、Ｐ被覆層
の成長厚みは、結晶成長の面方位異存性により、凹状ス
トライプ部の両側に比して厚くなりがちであり、この部
分の厚みが厚くなることは、レーザ素子の温度特性を極
端に悪くする方向に働いた。

そのため、凹状ス）・ライブ上部のｐ　　Ｉｎｏ。

（Ｇ　ａｏ、ｉ　Ａ　ｌ　０．７　）　０５Ｐ第２被覆
層１０厚みを通常のＩ　ｎＧａＡ　Ｉ　Ｐ−ＤＨレーザ
の場合において、計算されるクラッド層の厚み、すなわ
ち、第１図においては、ｐ　Ｉ　ｎｎ５　（Ｇａｏ、ｉ
　Ａ　１０．７　）　０．Ｐ第一クラッド層５とｎ　　
Ｉｎａ５（Ｇａｏ、＞　Ａ　１ｏ７）０．Ｐ第二クラッ
ド層７の合計より厚くならないようにすることにより、
通常のＩｎＧａＡ　Ｉ　Ｐ−ＤＨレーザの場合と同程度
の温度特性が得られた。なお、ｐ　　Ｉｎｏ、（Ｇａ　
ｏ、ｓ　Ａ　ｌ　Ｏ，９）　ｏ、ｓ　Ｐ第１被覆層９は
、］）１ｎｏ、（Ｇａｏ、ｉ　Ａ　１０．７　）ｏ５Ｐ
第２被覆層１０の厚みの１／１０程度であり、また、こ
の層の厚みは、実屈折率ガイド構造において、重要なパ
ラメータとなるため、これを薄くすることは、賢明でな
い。また、第１図のように、ストップ層上部のクラッド
層の導電型を反転することにより１、注入電流の狭窄効
果が高まり、また、この層をＩｎＡＩＰとすることによ
り、電気抵抗を高くすることができ、低閾値で発振する
ことが可能になった。この様に、本実施例によれば、該
クラッド層の中間にＩｎＧａＰ層を設は熱硫酸でエツチ
ング作成する事により、凹状ストライプ底部の厚みｔの
制御が容品となり、さらにこれを設けたため、凹状スト
ライプ底部上面は、ＡＩを含まない層とすることに成り
、その上のＩ　ｎＧａＡ　Ｉ　Ｐ被覆層の成長を容おな
らしめ、また、被覆層の厚みを限定することに寄り、こ
の材料系のもつ熱抵抗の悪さからくるレーザの温度特性
の劣化を最小限に抑えることができた。なお、ＩｎＧａ
ＡＩＰ被覆層は、ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層８上にも成長
しており、凹状ストライプ両側は、ｎ−ＧａＡｓ電流阻
止層８を挟んで２重にＩ　ｎＧａＡ　Ｉ　Ｐ層が形成さ
れており、この部分の熱抵抗は、凹状ストライプの２倍
程度の値となっていることが考えられる。

この熱抵抗成分をへらずためには、熱抵抗の小さいｎ−
ＧａＡｓ電流阻止層８を充分厚くすることにより、活性
層で発生した熱をストライプ両側へ広く拡散してやるこ
とが可能となった。本実施例では、基板として、ｎ型基
板を使用したが、ｐ型基板を使用してもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、ＩｎＧａＡ　１．
　Ｐ系の材料からなる実屈折率ガイド構造半導体レーザ
装置において、活性層上部のＩｎｏ。

（Ｇａ＋−ｘ　ＡＩＸ　）０．５　Ｐクラッド層の中間
に、ＩｎＧａＰ層が設けられているため、凹状ストライ
プ底部の厚みｔの制御が容易となり、凹部とその両側に
おいて、十分な屈折率差を形成することが可能となり、
また、結晶成長も容易なため、再現良く、閾値が低く、
非点隔差が〜２ｕｍと小さく、また、ギンフレベルも高
いものが得られる。

また、被覆層第２被覆層の厚みをＤＨレーザの場合にお
いて、計算されるクラッド層の厚み程度に限定したため
温度特性の良好な、実屈折率ガイド構造半導体レーザ装
置とすることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例にかかわる半導体レザ装置の
概略構成を示す図、第２図は本発明以前のＩ　ｎ　Ｇ　
ａ　Ａ　Ｉ　Ｐ系の材料からなる実屈折率ガイド構造半
導体レーザ装置を示す図、第３図は、ＧａＡｌＡｓ系の
材料からなる実屈折率ガイド構造半導体レーザ装置を示
す図、第４図は、ＩｎＧａＰ層Ｐ系の材料からなる損失
ガイド構造半導体レーザ装置を示す図である。 ］、−ｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、 ２−・−ｎ−ＴｎＧａＰｎＧａＰバフ フッ＝ｎ、　　１．　ｎｏ、（Ｇａ、ｏ３Ａ　ｌｏ　７
　）　ｏ、ｑ　Ｐクラッド層、 ４−＝　Ｉ　ｎ　Ｇ　ａ　Ｐ活性層、 ５・ｐ−Ｉ　ｎｏ、５　　（Ｇａ、ｏ、ｑ　Ａ　１０．
７　）　０．５　Ｐ第１クラッド層、 ６・・・ＩｎＧａＰエツチングストップ層、’７−・・
ｎ　　Ｉ　ｎｏ５（Ｇａｏ、ｑ　Ａ　１０．７　）　ｏ
Ｐ第２クラッド層、 ８・・・ｎ−ＧａＡｓ電流阻止層、 ９＝−ｐＩ　ｎｏ、ｑ　　（Ｇａｏ、ｓ　Ａ、　１０．
）　０．Ｓ　Ｐ第１被覆層、 ］、　ｏ−−−１）　　Ｉ　ｎｏ５（Ｇａｏ　３　Ａ　
１０．７　）　０．Ｐ第２被覆層、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１導電型の半導体基板上に、第１導電型のＩｎ
   ＿ｚ（Ｇａ＿１＿−＿ｘＡｌ＿ｘ）＿１＿−＿ｚＰ（０
   ＜Ｚ＜１、０＜Ｘ≦１）クラッド層、ＩｎＧａＰ活性層
   、第２導電型のＩｎ＿ｚ（Ｇａ＿１＿−＿ｙＡｌ＿ｙ）
   ＿１＿−＿ｚＰ（０＜Ｚ＜１、０＜Ｙ≦１）クラッド層
   、膜厚が２０Ａ〜１００Ａの第２導電型のＩｎＧａＰ層
   、第１導電型のＩｎ＿ｚ（Ｇａ＿１＿−＿ＱＡｌ＿Ｑ）
   ＿１＿−＿ｚＰ（０＜Ｚ＜１、０＜Ｑ≦１）クラッド層
   、ＧａＡｓ電流狭窄層を順次形成後、前記第２導電型の
   ＩｎＧａＰ層表面部までエッチングを行って凹状ストラ
   イプを形成し、次いで表面に第２導電型のＩｎ＿ｚ（Ｇ
   ａ＿１＿−＿ＲＡｌ＿Ｒ）＿１＿−＿ｚＰ（０＜Ｚ＜１
   、０＜Ｒ≦１）被覆層及び第２導電型のＩｎ＿ｚ（Ｇａ
   ＿１＿−＿ｓＡｌ＿ｓ）＿１＿−＿ｚＰ（０＜Ｚ＜１、
   ０＜Ｓ≦１）被覆層（Ｒ＜Ｓ）、ＩｎＧａＰ中間バンド
   ギャップ層、第２導電型のＧａＡｓオーミックコンタク
   ト層を連続成長することを特徴とする半導体レーザ装置
   の製造方法。