JPH04171782A - 化合物半導体レーザ - Google Patents

化合物半導体レーザ

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JPH04171782A
JPH04171782A JP2298166A JP29816690A JPH04171782A JP H04171782 A JPH04171782 A JP H04171782A JP 2298166 A JP2298166 A JP 2298166A JP 29816690 A JP29816690 A JP 29816690A JP H04171782 A JPH04171782 A JP H04171782A
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layer
active layer
superlattice
main surface
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Koji Tamamura
好司 玉村
Hiroyuki Iwamoto
博行 岩本
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Sony Corp
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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〕 本発明は化合物半導体レーザ特にＡｆＧａＡｓ／ＧａＡ
ｓ系等の超格子構造を有して成る化合物半導体レーザに
係わる。
〔発明の概要〕
本発明は、化合物半導体レーザに係わり、メサ突起を有
する化合物半導体の主面上に、少なくとも超格子構造の
活性層を有する化合物半導体エピタキシャル成長層が形
成され、このエピタキシャル成長層に、主面上のメジ突
起に応じて生じた高キャリア濃度領域により、超格子が
破壊されて混晶化され、この超格子から成る活性層との
間に屈折率差を形成して、横モード方向の光閉じ込めが
行われたことによって化合物半導体レーザの特性の向−
にをはかり、生産性の向上をはかる。
また本発明は、化合物半導体レーザに係わり、化合物半
導体の主面上に、該主面とｔよ結晶面の異なる斜面が少
なく七も２・つ形成され、主面上に、少なくとも超格子
構造の活性層を有する化合物半導体エピタキシャル成長
層が形成され、このエピタキシャル成長層中の斜面に対
応する部分に、結晶面の違いによって生した高キャリア
濃度領域により、超格子が破壊されて混晶化され、この
超格子から成る活性層との間に屈折率差を形成して、横
モード方向の光間し込めが行われたことにより、化合物
半導体レーザの特性の向上をはかり、生産性の向上をは
かる。
［従来の技術〕 化合物半導体レーザにおいて、低しきい値電流化をはか
るためには、電流狭窄を行う電流プロ。
り手段を設けてその活性層の発振領域に電流集中を行わ
しめてキャリア密度の大なる部分、即ち利得分布かや峻
に増大する部分を形成する利得導波機能を形成する。こ
の種の利得ガイド型半導体レーザを構成する場合、その
電流狭窄は通常プロｌ−ン、ボロンその他のイオン打ち
込みによる高抵抗領域を選択的に形成するとか、ｐ　ｒ
ｌ接合による電流遮断領域を形成するなどによって電流
通路が制限的に生しるようにして電流狭窄４段を設りて
行っている。
しかしながら、何れの場合においても充分な電流集中が
行われ難く、充分なしきい値電流１＋、ｈの低減化、特
性の安定化が図り難いという問題点がある。
このような電流狭窄を確実に再現性よく行うことができ
るようにするために、本出願人は先に特開昭６３−５６
９８１号公報において、ｌ１ｌ−Ｖ族化合物例えばΔ１
ｚＧａ１−ｙＡＳ系或いはＩｎｙＧａ　１−　ｙＡｓ系
（０≦ｘ、ｙ〈１）を、有機金属気相成長法いわゆるＭ
ＯＣＶＤ法によってエピタキシャル成長したとき、同条
件下のＭＯＣＶ［）法においても、その被ユピクキシ→
・ル成長基板面の結晶面方位によっｔキャリア濃度が相
違してくることを利用して電流狭窄効果を得るようにし
て、再現性よくまた充分な電流集中を狭隘部分に形成す
ることができるようにした化合物半導体レーザを提案し
た。
この化合物半導体レーザは、例えば第５図に示すように
、−主面（１＾）に斜面（１２）を形成することによっ
て（１００＋結晶面とこの（１００１結晶面とは異なる
他の結晶面とが主面（ＩＡ）側に臨むように設けられた
基板（２１）例えばＧａＡｓ単結晶基板を設け、これの
上の上述した各結晶面上に例えばＭＯＣＶＤ法によって
■−Ｖ族化合物半導体層即ち例えばバッファ層（２２）
、第１のクラッド層（２３）、活性層（２４）、第２の
クラッド層（２５）、キャップ層（２７）をエピタキシ
ャル成長して形成するものである。このような構成によ
る場合、その濃度が約１０′６〜１０１１１［ｃｍ−’
］程度内で異なる結晶面からのエピタキシャル成長領域
に対応じてそのキャリア濃度が自然発生的に異なって生
じる。このため、この相違によって電子移動度の相違即
ち比抵抗の相違が顕著となり、これを利用して電流通路
を制限する電流集中領域（２６）を形成することができ
る。従って比抵抗が他部に比して小さい電流集中領域（
２６）　？こよってこれら領域（２６）の先端部におけ
る活性層（２４）にストライブ状に電流の集中する領域
、即ち住人キャリア密度の大きい利得の人なる部分を形
成することができ、シー９２発光を行わしめることがで
きるよ）にしたものである。
しかしながら、このように電流集中領域（２６）を２つ
の斜面（１２）上に形成する場合、その両斜面（１２）
上の電流集中領域（２６）の交叉する部分を活性層（２
４）と確実に交叉するように形成することが離しく、特
性のばら゛つきが生じて、歩留りの低下を招く恐れがあ
った。
〔発明が解決しようとする課題〕
更に本出願人は、先に特願平２−２１１１１邊勅許出願
において第６図に示すよ・うに、主面（１八）にストラ
イブ状の溝（３２）が形成され、この溝（３２）の両側
にメサ突起（２）が形成された化合物半導体（１１上の
主面（ＩＡ）に、第１導電型のフラノ［層（３４）と、
活性層（３５）と、第２導電型のクランド層（３Ｇ）と
か順次積層形成され、メサ突起（２）上に形成された第
１導電型のクラッド層（３４）によって挾まれて発光動
作領域とされてなる化合物半導体レーザを提案した。
このような構成とする場合、例えば第１導電型のｎ型Ｇ
ａＡｓ化合物半導体（１）の（１００）結晶面より成る
一主面（１八）上に＜０１０方向に延長する所要の幅の
ストライプ状エツチングマスクを形成して結晶学的エツ
チングを行い、メサ突起（２）とこれの間の溝（３２）
を形成し、更にこの溝（３２）上にエンチングマスクを
形成して、メサ突起（２）上に浅溝（３２Ａ）を形成す
る。その後、バンファ層（３３）、第１導電型例えばｎ
型へｌ　、Ｇａ　１−　ＸへＳより成るクラッド層（３
４）、ノンドープの例えばＡｔ　、Ｇａ　Ｈ−ｙＡｓよ
り成る活性層（３５）、第２導電型例えばｐ型のＡｌ　
ｘＧａ　Ｈ−ＸＡＳより成るクラッド層（３６）をｙ＜
ｘとしてＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長する。
このとき第１導電型のクラッド層（３４）を、メチル系
のＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長を行うと、　
（１００）結晶面に沿う方向に対しての角度が約５５°
をなず（１１１）Ｂ結晶面より成る斜面（３８）が自然
発生的に生じて来る。そしてこの（１１１）Ｂ結晶面上
にはメチル系によるエピタキシャル成長か律しにくいこ
とから、メサ突起（２）上においてその両側の斜面（３
８）が交叉するような位置まで第１導電型のクラット層
（３４）を成長さ−０、かつ溝（３２）上のクラット層
（３４）をその上面がこの斜面（３Ｂ）の中程に位置さ
せるように形成し得る。そしてこのとき活性層（３５）
の両側面が斜面（３８）に衝合して、各ノリ突起（２）
上の第１導電型のクラット層（３４）によって分断され
るようになる。この斜面（３８）は（１１１）８面を有
して成るため不純物濃度が高（なり、図中斜線を付して
示した領域においてＩ埼−１−ヤリア濃度領域（３７）
が形成され、ｐ型りランド層（３Ｇ）への電流ブロック
効果を犬とすることができる。
そしてこの後例えばＰ型ＧａＡｓ等より成るキャップＪ
Ｗ　（３９）をＭＯＣＶＤ法等により形成し、更に、図
示しないがキャップ層（３９）ヒに第１の電極を、また
化合物半導体（１）の裏面に第２の電極をそれぞれオー
ミックに被着して半導体レーザを得る。
このような構成とする場合、各層（３３）、（３４）、
（３５）、（３６）、（３９）は一連のエピタキシャル
成長によって、その供給する原料ガスを切り換えること
によって１作業即ち１回の結晶成長で形成することがで
きる。
一方、近年ＭＯＣＶＤ法等のエピタキシャル成長語間の
飛躍的な進歩によって、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系等の
化合物半導体成長において単原子層程度の薄膜成長が可
能となり、従って成長方向にキャリア濃度や組成を原子
層レヘル程度の急峻な変化をもって形成することが可能
となっている。
これを利用して例えば超格子構造をその活性層に用いた
化合物半導体レーザの形成が試みられている。この場合
例えば活性層領域の両側部において不純物を導入して混
晶化即ちいわゆる無秩序化を行い、これにより活性層の
両側面において屈折率の小なる領域を形成して横モード
方向の光閉じ込めを行っている。
しかしながら、このような不純物導入を選択的拡散によ
って行う場合は、その混晶すべき領域を精度よく無秩序
化することが難しく、信頼性に乏しいという問題があっ
た。
本発明は、前述したキャリア濃度の相違によって、上述
の超格子構造を有する埋込み型半導体レーザの信頼性の
向上をばかり、特性の良好な化合物半導体レーザを提供
するものである。
〔課題を解決するための手段］ 第１の本発明は、第１図にその−・例の路線的断面図を
示すように、−主面（１八）にメサ突起（２）を有する
化合物半導体（１）ｌに、少なくとも超格子構造の活性
層（５）を有する化合物半導体エピタキシャル成長層（
１０）が形成され、このエピタキシャル成長層（１０）
に、主面（ＩＡ）上のメサ突起（２）に応じて生した高
キャリア濃度領域（７）により、超格子が破壊されて混
晶化され、超格子から成る活性層（５）との間に屈折率
差を形成して、横モード方向の光閉じ込めを行う。
また第２の本発明は、化合物半導体（１）の主面（１八
）上に、主面（１八）とは結晶面の異なる斜面（１２）
が少なくとも２つ形成され、主面（ＩＡ）上に、少なく
とも超格子構造の活性Ｎ（５）を有する化合物半導体エ
ピタキシャル成長層（］０）が形成され、エピタキシャ
ル成長層（１０）中の斜面（２）に対応する部分に、結
晶面のｊＲいによって生じた高キャリア濃度領域（７）
により、超格子が破壊されて混晶化され、超格子から成
る活性層（５）との間に屈折率差を形成して、横モート
方向の光間し込めを行う。
（作用〕 上ｊホしたように、本発明化合物半導体レーザでは、化
合物半導体（１）の結晶面の相違によって生しるエピタ
キシャル成長Ｆ’　（１０）のキャリア濃度の違いを利
用して超格子構造の無秩序化を行ったものであるが、例
えば化合物半導体（１）上にメサ突起（２）や、斜面（
１２）を形成した後ＭＯＣＶＤ法等によりエピタキシャ
ル成長することによって高キャリア濃度領域（７）を形
成することができ、しかもこの高キャリア濃度領域（７
）の形状はメサ突起（２）又は斜面（１２）の幅及び高
さを適切に選定することによって精度よく形成すること
かできる。
また、超格子の無秩序化を行い得るキャリア濃度は従来
約１０”［ｃｍ−’］程度とされていたが、実際上は３
〜５　ＸＩＯ”［ｃｍ−’］　程度でもよいものであっ
て、上述したように、結晶面の違いによって生じるキャ
リア濃度の相違を利用して、充分このような超格子構造
の無秩序化を行うことができた。
このため、化合物半導体（１）の主面（ＩＡ）−１−に
メ→ノ突起（２）又は斜面（１２）を形成し２て才旨ノ
ば、その後はＭＯＣＶＤ法等の１回のエピタキシャル成
長によって確実に所要部即し活性層（５）の両側の特定
領域における超格子の混晶化即ち無秩序化が行われて、
混晶化すべき超格子領域を確実にまた再現性よく形成す
ることができろことから、活性層（５）の両側部ニオい
てこの無秩序化によって確実に横モーｔ−Ｊｊ向の光間
し込めを行・うことができて、特性の−・定した信頼性
の高い化合物半導体レーザを得ることができる。
［実施例］ 以下、本発明化合物半導体レーザの一例を、その理解を
容易にするためムこ、第２図Ａ−Ｄの製造工程図を参照
して詳細に説明する。この例では、＾ＺＧａＡｓ系の■
−■族化合物半導体レーザを得る場合で、先ず第２１Ｄ
Ａに示すように、化合物半導体（１）例えば第１導電型
のｎ型ＧａＡｓ化合物半導体を設ける。この化合物半導
体（１）は、その−主面（１＾）が例えば（１００）面
を有して成る。この化合物半導体（１）の主面（ＩＡ）
１に、例えば第２図紙面に対して垂直なくＯＬＤ方向に
延びるスＩ・ライブ状のエツチングマスク（１３）をフ
ォトリソグラフィの適用、即ちフォトレジストの塗布、
パターン露光、現像によって形成し、このエツチングマ
スク（Ｉ３）をマスクとして例えばＨ２ＳＯ４系のウェ
ットエツチングを行い、基体（１）に対して（１００）
面より成る主面（１八）を表出しつつエツチングを行う
と共に、工ンチングマスクク１３）下においては例えば
（ｌ］１）１１面より成る斜面（１２）を有するメサ突
起（２）を形成しながらエツチングを進行させる。
そして、第２図Ｂに示すように、メナ突起（２）の（１
１１）８面より成る斜面が交叉するまでそのエツチング
を行い、例えば幅ｗ＝２．５７１ｍ、高さｈ　＝１．５
μｍのメサ突起（２）を形成し、このメリ突起（２）１
−を含んで全面的に例えば厚さ０．２１Ｉｍのｎ型のＧ
　ａ　Ａ　８層と厚さ０．２７ｚｍのｎ型の八ｔ。１Ｇ
１）。７眞層より成るバッファ層（３）を通常のメチル
系！’１ＯｃＶＤ法によってエピタキシャル成長する。
このときメ−り突起（２）の斜面（１２）即ち（＋１１
）１１結晶面上ではメチル系ＭＯＣＶＤ法のエピタキシ
ャル成長が生しにくいことから、その斜面（１２）Ｊ−
では初期においてはエピタキシャル成長が生じないが、
主面（１八）上が覆われるにつれてこの斜面（１２）上
にもエピタキシャル成長が生じ、その上面が平坦化され
てくる。
そしてこのバッファ層（３）」−にメチル系ＭＯＣＶＤ
法によってＡｆＡｓ５０人、ＧａＡｓ５０人ずつの超格
子構造より成るｎ型の第１のクラブ１′層（４）、更に
活性層（５）として量子井戸構造即ら例えばＧａＡｓよ
り成るウェル層８０人、ＡＰ　６．３ｃａＧ、　７八Ｓ
より成るバリア層１２０人の積層を５回繰り返してこの
活性層（５）を形成し、更にＡＺＡｓ５０人、ＧａＡｓ
５０人より成るｐ型の第２のクラッド層（６）を形成し
て、ｎ型の第１のクラッド層（４）、活性層（５）及び
このｐ型の第２のクラッド層（６）より成る化合物半導
体エピタキシャル成長ｊＷ　（１０）を構成し、この化
合物半導体エピタキシセル成長層（１０）の斜面（１２
）に対応する部分に、即ちメサ突起（２）上の扇状領域
において高キャリア濃度領域（７）が形成され、活性層
（５）のメサ突起（２）上即ち活性層（５）の両側の特
定した位置において無秩序化がなされる。
次に第２図Ｃに示すように、例えばＭＯＣＶｔｌ法によ
って更に第２導電型例えばｐ型のＧａＡｓより成るキャ
ップ層（８）を形成した後、キャップ層（８）上の電流
通路となる領域に電極（９）を形成し、更にこの上に、
図示しないが所要のマスク層を形成してＢ゛等のイオン
注入を行って高比抵抗領域（１１）を形成し、より電流
狭窄効果が高まるようにすることができる。
尚、上述の例においてはメサ突起（２）をその斜面（１
２）が交叉する位置までメサ呈ツチングを行った場合で
あるが、例えば第３図Ａに示すように、このメザエッチ
ングを斜面（１２）が交叉する前に中断して、その後バ
ッファ層（３）や第１のクラット層（４）等をＭＯＣＶ
Ｄ法によってエピタキシャル成長する場合においても、
第３図Ｂに示すように、その後のバッファ層（３）等の
形成の際に、メサ突起（２）上にエピタキシャル成長層
が斜面（１２）を形成しながら、この斜面（１２）が交
叉するまでその成長が続き、また交叉した斜面（１２）
の上面において、高キャリア濃度領域（７）を形成する
ことができ、上述した例よ同様に、確実に活性Ｎ（５）
の両側の特定した位置の無秩序化を行うことができる。
また第４図に本発明化合物半導体レーザの他の例の路線
的断面図を示すように、例えば化合物半導体（１）の−
主面（ＩＡ）上に例えばその頂面が幅広とされた順メサ
状のメサ突起（２）を形成してその両側に（１１１）Ｂ
結晶面より成る斜面（１２）を設け、この」二にメチル
系ＭＯＣＶＤ法等によってエピタキシャル成長を行って
高；トヤリア濃度領域（７）を形成して、これによる活
性層（５）の超格子構造の無秩序化を行うようにしても
良い。
また、上述の例においては第１及び第２のクラッド層（
４）及び（６）をも超格子構造として形成した場合であ
るが、例えばＡｌｏ、　、Ｇａｏ、　ｓＡｓ層をそれぞ
れ厚さ１．５μｍとして形成してもよく、また活性層（
５）も例えばＡｌ　ｏ、　５Ｇａｏ、　７八Ｓのバリア
層とＧａＡｓのウェル層とを５回繰り返して積層した超
格子構造など、種々の態様を採ることができる。
〔発明の効果〕
上述したように、本発明化合物半導体レーザによれば、
ＭＯＣＶＤ法等の１回のエピタキシャル成長によって結
晶面の相違によるキャリア濃度の相違を利用して、超格
子構造の活性層の所定部即ち両側に限定的に混晶化即ち
無秩序化を行うようにしたので、確実にかつ再現性よく
混晶化領域を形成することができる。
またこのような活性層（５）の両側部における無秩序化
によって、確実に横モード方向の光閉じ込めを行うこと
ができて、特性の一定した信頼性の高い化合物半導体レ
ーザを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明化合物半導体レーザの−・例の路線的拡
大断面図、第２図Ａ−Ｃは本発明化合物半導体レーザの
一例の製造工程図、第３図は本発明化合物半導体レーザ
の他の例の要部の断面図、第４図は本発明化合物半導体
レーザの他の例の路線的拡大断面図、第５図は従来の化
合物半導体レーザの路線的拡大断面図、第６図は比較化
合物半導体レーザの路線的拡大断面図である。 （１）は化合物半導体、（ＩＡ）は主面、（２）はメサ
突起、（１２）は斜面、（３）はバッファ層、（４）は
第１のクラッド層、（５）は活性層、（６）は第２のク
ラン１−層、（７）は高キャリア濃度領域、（８）はキ
中ツブ層、（９）は電極、（１０）は化合物半導体エピ
タキシャル成長層、（１１）は高比抵抗領域、（１３）
はエツチングマスクである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、メサ突起を有する化合物半導体の主面上に、少なく
    とも超格子構造の活性層を有する化合物半導体エピタキ
    シャル成長層が形成され、該エピタキシャル成長層に、
    上記主面上のメサ突起に応じて生じた高キャリア濃度領
    域により、上記超格子が破壊されて混晶化され、上記超
    格子から成る活性層との間に屈折率差を形成して、横モ
    ード方向の光閉じ込めが行われたことを特徴とする化合
    物半導体レーザ。 ２、化合物半導体の主面上に、該主面とは結晶面の異な
    る斜面が少なくとも２つ形成され、 上記主面上に、少なくとも超格子構造の活性層を有する
    化合物半導体エピタキシャル成長層が形成され、 該エピタキシャル成長層中の上記斜面に対応する部分に
    、上記結晶面の違いによって生じた高キャリア濃度領域
    により、上記超格子が破壊されて混晶化され、上記超格
    子から成る活性層との間に屈折率差を形成して、横モー
    ド方向の光閉じ込めが行われた ことを特徴とする化合物半導体レーザ。
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