JPH04307778A - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ装置及び
その製造方法に関し、特に、共振器端面近傍に電流の非
注入領域を形成し、かつ、活性層を端面に露出させずに
、活性層下の光ガイド層から光を取り出すウインドウ型
構造を有する半導体レーザ装置及びその製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ディスクメモリ，宇宙通信，医
療などの応用分野において、単一モード発振し、かつ、
高い光出力が得られる半導体レーザが要望されている。 半導体レーザの高出力化の障害となる最大の原因は、共
振器端面の光学損傷である。この光学損傷による端面劣
化を防ぎ高出力を得るために、共振器端面近傍に電流非
注入領域を形成し、かつ、活性層を共振器端面に露出さ
せずに活性層下の光ガイド層から光を取り出すウインド
ウ型構造を有する半導体レーザが提案されている。

【０００３】図４は、従来型のウインドウ型構造を有す
る半導体レーザの概略図である。図４（ａ）は端面部の
構造図、図４（ｂ）は図４（ｃ）においてＢ−Ｂ′に沿
って分断した内部の断面構造図、図４（ｃ）は図（ａ）
においてＡ−Ａ′に沿って分断し内部の状況をわかるよ
うにした図である。ｐ−ＧａＡｓ基板１４は、端面近傍
にはメサ２３がなく、内部のみメサ２３を有し、その上
にメサ２３に達する溝２４を有するｎ−ＧａＡｓ層１５
があり、端面部で電流の非注入領域を形成している。レ
ーザ発振は、溝２４の上の活性層１８で起こるが、光は
活性層１８の下の光ガイド層１７に誘導され、端面に取
り出される。このとき、活性層１８は端面に露出されて
おらず、端面での活性層１８による光学損傷はない。活
性層１８の上には、キャリヤおよび光を活性層１８に閉
じ込めるための層１９があり、その上には、有機金属化
学蒸着法（以下ＭＯＣＶＤ法）で埋め込む為に、Ａｌの
混晶比を下げた層２０がある。２１，２２は各々ＭＯＣ
ＶＤ法により成長したｎ−ＧａＡｌＡｓクラッド層、ｎ
−ＧａＡｓコンタクト層である。

【０００４】次に、図５，図６で製造工程を説明する。 ｐ−ＧａＡｓ基板１４上に、端面近傍を除いてメサ２３
をエッチングにより形成する（図５（ａ））。その上に
、液相エピタキシャル成長によりｎ−ＧａＡｓ層１５を
成長し、メサ２３に達するように溝２４をエッチングに
より形成する（図５（ｂ））。次に、液相エピタキシャ
ル成長によりｐ−Ｇａ０．５９Ａｌ０．４１Ａｓクラッ
ド層１６、ｐ−Ｇａ０．６９Ａｌ０．３１Ａｓ光ガイド
層１７、Ｇａ０．９２Ａｌ０．０８Ａｓ活性層１８、ｎ
−Ｇａ０．５９Ａｌ０．４１Ａｓ層１９、ｎ−Ｇａ０．
８５Ａｌ０．１５Ａｓ層２０を成長する。２０は、後に
ＭＯＣＶＤ法による成長を容易にするために、Ａｌの混
晶比を低減した層である（図５（ｃ））。その後に端面
部をエッチングにより、活性層１８までエッチングする
（図５（ｄ））。更に、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−Ｇａ０
．５９Ａｌ０．４１Ａｓクラッド層２１、及びｎ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層２２を成長する（図６（ａ））。最後
に、電極１３を蒸着する（図６（ｂ））。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】半導体レーザ装置にお
いて、高出力化のためには活性層の薄膜化が必要であり
、横モード制御のためには溝幅やクラッド層などの層厚
の緻密な制御が必要である。これは、従来のウインドウ
構造を有する半導体レーザにも当てはまることである。

【０００６】上に説明した従来のウインドウ構造を有す
る半導体レーザは、ストライブ構造を形成するために液
相エピタキシャル成長を用いるが、液相エピタキシャル
成長では層厚の制御が困難であり、基板上での均一性が
良くない。溝部分は、液層エピタキシャル成長特有のメ
ルトバック現象の影響を受けるので、溝幅，溝形状も均
一性に乏しい。

【０００７】また、前記の従来のウインドウ構造を有す
る半導体レーザの製造工程において、端面部をエッチン
グにより活性層までエッチングすると（図５（ｄ））、
Ａｌ組成の高い半導体層が空気中に露出するため、酸化
物等の不純物が半導体層表面に生成する。こうした不純
物を除去するために酸溶液による処理を行うが、次のＭ
ＯＣＶＤ法による成長工程迄に、再度空気中に半導体層
が露出してしまうので不純物が再生成してしまう。ＭＯ
ＣＶＤ法による成長工程後の半導体層表面のモホロジー
が悪くなることからも、不純物による光吸収領域が形成
され、しきい電流値の増大や微分効率の低下など、特性
に影響を及ぼすことが示唆される。

【０００８】本発明は、上記課題を解決するもので、基
板面内で層厚や形状の均一がよく、かつ、製造工程にお
ける不純物生成が低減されたウインドウ構造を有する半
導体レーザ装置及びその製造方法を提供するものである
。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、全結晶成長工程が面内均一性に優れたＭ
ＯＣＶＤ法により行われ、再成長界面が空気中に露出す
る工程においては、硫黄を含む溶液を用いた処理を行い
、再成長界面に保護膜を形成する工程を取り入れたウイ
ンドウ型構造を有する半導体レーザ装置及びその製造方
法である。

【００１０】

【作用】本発明は、上記の構成により、不純物による光
吸収を低減することにより、低しきい電流，高効率，高
信頼性を有する半導体レーザ装置を、また、半導体層の
膜厚制御が容易であるため、目的の半導体レーザを歩留
まり良く作製することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図１及び図
２を参照しながら説明する。

【００１２】図１は、本発明の製造方法の一実施例を用
いて作成したウインドウ型構造を有する半導体レーザ装
置の構造図である。図１（ａ）は、レーザ素子の構造図
、図１（ｂ）は、Ａ−Ａ′に沿って分断した共振器方向
の構造図である。活性層５は、レーザ端面近傍で取り除
かれており、更に、活性層５が取り除かれた領域は、ｎ
−ＧａＡｓ電流ブロック層１２により電流の非注入領域
となっている。レーザ発振は、クラッド層６の一部が逆
メサ状に形成されたリッジ９の下の活性層５で起こるが
、光は活性層５の下の光ガイド層４に誘導され、端面に
取り出される。このとき、活性層５はレーザ端面に露出
されておらず、端面での光学損傷はない。次に、図２で
製造工程を説明する。ｎ−ＧａＡｓ基板１上にＭＯＣＶ
Ｄ法によりｎ−Ｇａ０．８５Ａｌ０．１５Ａｓバッファ
層２、ｎ−Ｇａ０．５９Ａｌ０．４１Ａｓ光閉じ込め層
３、ｎ−Ｇａ０．６９Ａｌ０．３１Ａｓ光ガイド層４、
Ｇａ０．９２Ａｌ０．０８Ａｓ活性層５を成長した後、
端面部の活性層５を光ガイド層４までをエッチングする
（図２（ａ））。ここで、光ガイド層４，活性層５が空
気中に露出するので、硫黄を含んだ溶液によるパッシベ
ーションを行い保護膜を形成する。次に、ＭＯＣＶＤ法
によりｐ−Ｇａ０．５９Ａｌ０．４１Ａｓクラッド層６
及びｐ−ＧａＡｓキャップ層７を成長する（図２（ｂ）
）。次に、ｐ−ＧａＡｓキャップ層７の上に図２（ｃ）
のような形状の絶縁膜８を形成する。そして、エッチン
グにより逆メサ状にリッジ９を形成する（図２（ｄ））
。次に、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層１
０を埋め込み成長することにより、電流狭窄部を形成し
絶縁膜８を除去する（図３（ａ））。次に、レーザ端面
に電流の非注入領域を形成するために、図３（ｂ）のよ
うな形状の絶縁膜１１を形成し、絶縁膜１１が形成され
ていない部分をエッチングする（図３（ｃ））。そして
、エッチングした部分にＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＧａＡ
ｓ電流ブロック層１２を埋め込み、最後に、絶縁膜１１
を除去した後、電極１３を蒸着する（図３（ｄ））。

【００１３】上記のパッシベーションの方法について、
硫化アンモニウム（ＮＨ４）２Ｓ溶液とポリ硫化アンモ
ニウム（ＮＨ４）２ＳＸ溶液を用いた場合を例にあげて
説明する。成長後のウエハを（ＮＨ４）２Ｓ溶液に５分
間程浸した後、（ＮＨ４）２ＳＸ溶液に１〜２分間浸す
。これにより、（ＮＨ４）２Ｓ溶液による処理でウエハ
表面の不純物が取り除かれ、その上に硫黄の単分子層が
形成され、（ＮＨ４）２ＳＸ溶液による処理で硫黄の単
分子層の上に硫黄の多層膜が形成される。こうして半導
体層表面が保護され不純物の生成や吸着が防止され良好
な界面が維持できる。上記の硫黄の単分子層とウエハ表
面の原子との間の化学結合は弱い分子性結合であるため
、雰囲気温度を３００℃以上にすれば結合は切れてしま
う。ＭＯＣＶＤ法による成長は７００〜８００℃で行わ
れるので、ウエハ表面に形成された硫黄は成長時には昇
華してしまい、再成長界面には悪影響を及ぼすことない
。

【００１４】図７に、本発明の一実施例であるウインド
ウ型構造を有する半導体レーザ装置の電流−光出力特性
を示す。比較のために、従来のウインドウ構造を有する
半導体レーザ装置の特性も示す。従来のレーザに比べ、
しきい電流値が低減され、微分効率が向上していること
がわかる。

【００１５】

【発明の効果】以上の実施例から明かなように、本発明
は、高歩留まりで良好な特性を備えたウインドウ型構造
を有する半導体レーザ装置を得ることが可能な技術を提
供するものである。

【００１６】尚、実施例では、ｐ−ＧａＡｓ基板上にレ
ーザ構造を設ける場合を述べたが、ｎ−ＧａＡｓ基板上
にしても、実施例中の各半導体層のｐ型とｎ型を入れ換
えれば良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である半導体レーザ装置の構
造図

【図２】本発明の一実施例である半導体レーザ装置の製
造方法の主要な工程図

【図３】同半導体レーザ装置の製造方法の主要な工程図

【図４】従来の半導体レーザの構造図

【図５】従来の半導体レーザの製造工程図

【図６】同半
導体レーザの製造工程図

【図７】電流−光出力特性を示す図

【符号の説明】

１　　　　　　ｎ−ＧａＡｓ基板 ２　　　　　　ｎ−Ｇａ０．８５Ａｌ０．１５Ａｓバッ
ファ層３　　　　　　ｎ−Ｇａ０．５９Ａｌ０．４１Ａ
ｓ光閉じ込め層４　　　　　　ｎ−Ｇａ０．６９Ａｌ０
．３１Ａｓ光ガイド層５　　　　　　Ｇａ０．９２Ａｌ
０．０８Ａｓ活性層６　　　　　　ｐ−Ｇａ０．５９Ａ
ｌ０．４１Ａｓクラッド層７　　　　　　ｐ−ＧａＡｓ
キャップ層８　　　　　　絶縁膜 ９　　　　　　リッジ １０　　　　ｎ−ＧａＡｓ電流狭窄層 １１　　　　絶縁膜 １２　　　　ｎ−ＧａＡｓ基板 １３　　　　電極 １４　　　　ｐ−ＧａＡｓ基板 １５　　　　ｐ−ＧａＡｓ層 １６　　　　ｐ−Ｇａ０．５９Ａｌ０．４１Ａｓクラッ
ド層１７　　　　ｐ−Ｇａ０．６９Ａｌ０．３１Ａｓ光
ガイド層１８　　　　Ｇａ０．９２Ａｌ０．０８Ａｓ活
性層１９　　　　ｎ−Ｇａ０．５９Ａｌ０．４１Ａｓ層
２０　　　　ｎ−Ｇａ０．８５Ａｌ０．１５Ａｓ層２１
　　　　ｎ−Ｇａ０．５９Ａｌ０．４１Ａｓクラッド層
２２　　　　ｎ−ＧａＡｓコンタクト層２３　　　　メ
サ ２４　　　　溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　導電型ＧａＡｓ基板上に、前記基板と
   同じ導電型のバッファ層、前記基板と同じ導電型の光閉
   じ込め層及び前記基板と同じ導電型の光ガイド層があり
   、その上には端面近傍を除いて活性層があり、前記活性
   層及び端面近傍の光ガイド層の上には前記基板と反対の
   導電型のクラッド層があり、その上には前記クラッド層
   と前記基板と反対の導電型のキャップ層よりなるリッジ
   があり、リッジの両側には前記基板と同じ導電型の電流
   狭窄層があり、前記キャップ層及び前記電流狭窄層の端
   面近傍には前記基板と同じ導電型の電流ブロック層があ
   ることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】　　半導体レーザの製造工程において、導
   電型ＧａＡｓ基板上に、バッファ層，光閉じ込め層，光
   ガイド層、および活性層を順次結晶成長させた後、端面
   近傍の活性層をエッチングし、空気中に露出した結晶表
   面をパッシベーションし、その上にクラッド層及びキャ
   ップ層を結晶成長させウインドウ領域を形成し、上記の
   キャップ層の上の中央部にストライプ状の誘電膜を形成
   し、誘電膜の存在しない上記のキャップ層と、上記のク
   ラッド層をエッチングすることでリッジ部を形成し、上
   記のリッジ部の両側を上記の電流狭窄層を結晶成長させ
   、上記のキャップ層と電流狭窄層の上に上記の活性層が
   存在する領域にのみ誘電膜を形成し、誘電膜が存在しな
   い半導体層をエッチングにより取り除き、そこに電流ブ
   ロック層を成長することを特徴とし、かつ、成長はすべ
   て有機金属化学蒸着法で行うことを特徴とする半導体レ
   ーザ装置の製造方法。
3. 【請求項３】　　パッシベーションする工程において、
   硫黄を含んだ溶液を用い半導体結晶の表面処理を行うこ
   とを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装置の製造
   方法。