JPH053375A - 半導体レーザとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 信頼性の高い量子細線構造を有する半導体レ
ーザを、再現性よく確実に作製する。 【構成】 本発明は、〈０１１〉結晶軸方向に延びたメ
サ突起２が形成された｛１００｝結晶面を有する半導体
基体１の主面１Ａ上に、化合物半導体層を順次エピタキ
シャル成長し、メサ突起２上のエピタキシャル成長層１
０の頂部１０Ａに活性層４を構成する半導体レーザの製
造方法において、このメサ突起２上に｛１１１｝Ｂ結晶
面で囲まれた断面三角形領域を有するエピタキシャル成
長層１０を形成し、エピタキシャル成長層１０の頂部１
０Ａを形成した後にエピタキシャル成長を中止し、エピ
タキシャル成長材料ガス中の化合物半導体層を構成する
元素成分圧を下げ、再びこの元素成分圧を上げてメサ突
起２上のエピタキシャル成長を行なってエピタキシャル
成長層１０の頂部１０Ａに活性層４を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ装置とそ
の製造方法、特に量子細線構造を有する半導体レーザと
その製造方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザの低しきい値電流化をはか
るために、量子井戸構造が適用されつつある。

【０００３】この量子井戸構造は、活性層の厚さを数十
ｎｍ以下程度に極めて薄くすることによりヘテロ接合に
よってポテンシャル井戸を形成する構造で、この構造を
適用した半導体レーザはバルク結晶による半導体レーザ
に比して特異な光学特性を示すことが知られており、例
えばスペクトル線幅の狭小化や低しきい値電流化をはか
ることができる。そしてこの場合、活性層の厚さと共に
幅、又は幅及び長さを数十ｎｍ程度の微小な構造とする
ことによって、量子井戸細線構造又は量子井戸箱構造と
して、２次元及び３次元的なポテンシャル井戸を形成す
ることにより、更に特性を高めることが望まれている。

【０００４】上述したような量子井戸構造部を有する半
導体レーザの製法の一例を図７Ａ〜Ｄの略線的拡大斜視
図に示す。この場合、活性層の幅及び厚みが量子井戸構
造とされて２次元的な構成とした量子井戸細線構造の例
を示す。

【０００５】図７Ａに示すように、第１導電型例えばｎ
型のＧａＡｓより成る半導体基体２１上に第１導電型の
クラッド層２２、量子井戸構造の活性層２３、第２導電
型例えばｐ型の第１のクラッド層２４を順次例えばＭＯ
ＣＶＤ（有機金属による化学的気相成長）法によりエピ
タキシャル成長する。

【０００６】次に図７Ｂに示すように、このｐ型の第１
のクラッド層２４上に所要のパターンのフォトレジスト
２５をフォトレジストの塗布、パターン露光、現像によ
って形成する。

【０００７】この場合のパターンは量子井戸細線構造を
形成するため所要の幅及びピッチのストライプ状のパタ
ーンとするが、量子井戸箱構造を形成する場合は所要の
幅及び長さを有する方形状パターンとする。

【０００８】そして図７Ｃに示すようにフォトレジスト
２５をマスクとしてＲＩＥ（反応性イオンエッチング）
等の異方性エッチングを行い、ｐ型の第１のクラッド層
２４及び活性層２３をパターニングする。

【０００９】次に図７Ｄに示すように、第２導電型例え
ばｐ型の第２のクラッド層２６を全面的にＭＯＣＶＤ法
等により被着形成して、破線図示の量子井戸細線構造の
活性層２３を有する半導体レーザを得ることができる。

【００１０】しかしながら、このような方法による場合
図７Ｃに示すエッチング工程において、活性層２３が露
出するために酸化されたり、不純物が取り込まれたりし
て特性の劣化を招く恐れがある。また、図７Ｂで説明し
たフォトレジスト２５の形成において、パターンのゆら
ぎが生じ、このゆらぎによってエッチングの不安定性に
より活性層２３の例えばストライプパターンに凹凸が生
じ、量子井戸細線レーザとしての機能が損なわれる場合
があった。

【００１１】また、上述したような量子効果を得るため
にはエッチングパターンの幅及び長さを数ｎｍ〜数十ｎ
ｍ程度とする必要があり、エッチングによって形成する
ことが実際上困難であった。

【００１２】このような問題を解決する方法としては、
例えば特開昭６３−９４６９６号公開公報にその一例が
報告されている。この例では、図８にその一例の略線的
拡大断面図を示すように、｛１００｝面またはそれと等
価な結晶面を有するジンクブレンド型結晶より成る基板
３１の表面に、〈０１１〉方向に延びたストライプ状リ
ッジ３２いわゆるメサ突起が例えばその高さ及び幅等の
寸法形状を適切に選定して形成し、この上に例えばｎ型
のＡｌ_x Ｇａ_1-xＡｓ層等より成る第１のクラッド層３
３をエピタキシャル成長する。このようにリッジ３２の
寸法形状や、結晶軸に対する方向性を適切に選定する
と、リッジ３２上での成長結晶が（１１１）面を出して
成長するため、第１のクラッド層３３は（１１１）結晶
面を有して断面三角形を成して形成される。このため、
この第１のクラッド層３３の結晶成長を、その頂部３５
が形成される直前で中止し、第１のクラッド層３３の上
面上に例えばノンドープのＡｌ_y Ｇａ_1-y Ａｓ層より成
る障壁層及びＡｌ_z Ｇａ_1-z Ａｓより成る井戸層が積層
された量子井戸構造の活性層３４を、例えばｘ＞ｙ＞ｚ
として交互に成長させ、頂部３５を形成する。そして引
き続き例えばｐ型のＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ等より成る第２
のクラッド層３６をエピタキシャル成長し、更にこの上
にｐ型ＧａＡｓ等より成るキャップ層３７を形成し、Ｓ
ｉＯ₂ 等より成る絶縁層３８を被着した後フォトリソグ
ラフィ等の適用により即ちフォトレジストの塗布、パタ
ーン露光、現像した後ＲＩＥ等の異方性エッチングを行
なって所要のパターンにパターニングして窓３８Ｃを形
成し、この窓３８Ｃ内を覆ってｐ側のオーミック電極形
成用の電極層３９Ａを被着し、更に基板３１の裏面にｎ
側のオーミック電極形成用の電極層３９Ｂを被着して量
子井戸細線構造の活性層３４を有する半導体レーザを得
ることができる。

【００１３】しかしながら、このように断面三角形領域
の頂部３５に１０ｎｍ程度の幅を残して第１のクラッド
層３３を形成することは難しく、再現性よく高精度に均
一の特性を有する量子井戸構造の活性層３４を形成する
ことができない場合があり、特性の劣化、生産性の劣化
を招来する恐れがあった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、信頼性の高
い量子井戸細線構造を有する半導体レーザを、再現性良
く作製する製造方法を提供し、また利得の大なる半導体
レーザを得ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明半導体レーザの製
造方法の一例を図１Ａ〜Ｃ及び図２Ａ及びＢの製造工程
図に示す。

【００１６】本発明は、〈０１１〉結晶軸方向に延びた
メサ突起２が形成された｛１００｝結晶面を有する半導
体基体１の主面１Ａ上に、化合物半導体層を順次エピタ
キシャル成長し、メサ突起２上のエピタキシャル成長層
１０の頂部１０Ａに活性層４を構成する半導体レーザの
製造方法において、図１Ｂに示すように、このメサ突起
２上に｛１１１｝Ｂ結晶面で囲まれた断面三角形領域を
有するエピタキシャル成長層１０を形成し、エピタキシ
ャル成長層１０の頂部１０Ａを形成した後にエピタキシ
ャル成長を中止し、エピタキシャル成長材料ガス中の化
合物半導体層を構成する元素成分圧を下げ、図２Ａに示
すように、再びこの元素成分圧を上げてメサ突起２上の
エピタキシャル成長を行なってエピタキシャル成長層１
０の頂部１０Ａに活性層４を形成する。

【００１７】他の本発明による半導体レーザの一例の略
線的拡大断面図を図３に示す。他の本発明は、図３に示
すように、〈０１１〉結晶軸方向に延びたメサ突起２が
形成された｛１００｝結晶面を有する半導体基体１の主
面１Ａ上に、化合物半導体層が順次エピタキシャル成長
され、少なくともメサ突起２上の｛１１１｝Ｂ結晶面で
囲まれた断面三角形領域を有するエピタキシャル成長層
１０が形成された半導体レーザにおいて、この断面三角
形領域の頂部１０Ａから〈０１１〉結晶軸方向に延びる
複数の量子細線構造の活性層１４ａ〜１４ｄが｛１０
０｝結晶面即ち主面１Ａに垂直な方向、この場合図３に
おいて上方向に並んで形成されて成る。

【００１８】また他の本発明による半導体レーザの製造
方法の一例の工程図を図４〜図６に示す。他の本発明製
造方法は図４Ａに示すように、〈０１１〉結晶軸方向に
延びたメサ突起２が形成された｛１００｝結晶面を有す
る半導体基体１の主面１Ｓ上に、図４Ｂに示すように、
化合物半導体層を順次エピタキシャル成長し、少なくと
も上記メサ突起上の｛１１１｝Ｂ結晶面で囲まれた断面
三角形領域を有するエピタキシャル成長層１０を形成
し、図４Ｃに示すように、エピタキシャル成長層１０の
頂部１０Ａが形成された後にエピタキシャル成長を中止
し、エピタキシャル材料ガス中の化合物半導体層を構成
する元素成分圧を下げ、図５Ａに示すように、再びこの
元素成分圧を上げてメサ突起２上のエピタキシャル成長
を行ってエピタキシャル成長層１０の頂部１０Ａに活性
層４ａを形成する。

【００１９】そしてこの後、図５Ｂに示すように、頂部
１０Ａに活性層４ａが形成された｛１１１｝Ｂ結晶面で
囲まれた断面三角形領域を覆うように形状を保持しなが
ら化合物半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、
図５Ｃに示すように、エピタキシャル成長を中止しエピ
タキシャル成長材料ガス中の化合物半導体層を構成する
元素成分圧を下げる工程と、図６Ａに示すように、再び
元素成分圧を上げてメサ突起２上のエピタキシャル成長
を行ってこのエピタキシャル成長層１０の断面三角形領
域の頂部１０Ａに活性層４ｂ、４ｃを形成する工程とを
少なくとも一回以上繰り返す。

【００２０】

【作用】上述したように、本発明半導体レーザの製造方
法によれば、〈０１１〉結晶軸方向に延びたメサ突起２
が形成された｛１００｝結晶面を有する半導体基体１の
主面１Ｓ上に、化合物半導体層をエピタキシャル成長す
るものであるが、通常の即ちメチル系ＭＯＣＶＤ法によ
りエピタキシャル成長する場合、一旦メサ突起２の縁部
から｛１１１｝Ｂ結晶面が生じると、この｛１１１｝Ｂ
結晶面上ではメチル系エピタキシャル成長が生じにくい
ことから、メサ突起２上において化合物半導体は自然発
生的に｛１１１｝Ｂ結晶面により囲まれた断面三角形領
域として、メサ溝内の化合物半導体とは互いに分断して
形成される。

【００２１】そして本発明においてはこのようにしてメ
サ突起２上に｛１１１｝Ｂ結晶面を有するエピタキシャ
ル成長層１０を形成してこのエピタキシャル成長層１０
の頂部１０Ａが形成された後にエピタキシャル成長を一
旦中止して、エピタキシャル成長材料ガス中の化合物半
導体層を構成する元素成分圧を下げるものであるが、こ
のようにエピタキシャル成長材料ガス中のある元素成分
圧を下げると、この成分元素が外部に蒸発して即ちアニ
ール効果が生じ、この成分元素によって構成される部分
が削られることとなる。

【００２２】従って、｛１１１｝Ｂ結晶面で囲まれた化
合物半導体層をエピタキシャル成長した後、この結晶面
を構成する元素成分圧を下げると、エピタキシャル成長
層１０の表面即ち｛１１１｝Ｂ結晶面が削られることと
なり、図１Ｃに示すように、この｛１１１｝Ｂ結晶面の
交叉する領域では特にこの元素が両側から蒸発してエピ
タキシャル成長層１０の頂部１０Ａが削られて、頂面１
０Ｓが形成される。

【００２３】この頂面１０Ｓの幅は、その成分圧を下げ
た時間即ちアニール時間やこのときの圧力等の調整によ
って、例えば１０ｎｍ程度の微細な幅をもって精度よく
制御することができることから、再びこの元素成分圧を
上げてこの頂面１０Ｓ上に量子井戸構造の活性層４をエ
ピタキシャル成長させることによって、｛１１１｝Ｂ面
によって挟みこまれた活性層４が形成され、その厚さは
例えば１０ｎｍ程度となって、結局幅及び厚さが例えば
１０ｎｍ程度とされた量子井戸細線構造の活性層４を形
成することができる。

【００２４】また本発明半導体レーザは、図３に示すよ
うに、〈０１１〉結晶軸方向に延びたメサ突起２が形成
された｛１００｝結晶面を有する半導体基体１の主面１
Ａ上に、化合物半導体層が順次エピタキシャル成長さ
れ、少なくともメサ突起２上の｛１１１｝Ｂ結晶面で囲
まれた断面三角形領域を有するエピタキシャル成長層１
０が形成された半導体レーザにおいて、この断面三角形
領域の頂部１０Ａから〈０１１〉結晶軸方向に延びる複
数の量子細線構造の活性層１４ａ〜１４ｄが｛１００｝
結晶面に垂直な方向に並んで形成されて成り、多層の量
子細線構造を採るため、利得を増大化することができ
る。

【００２５】またこのような構成とする場合、各活性層
１４ａ〜１４ｄが、それぞれ成長時に自然発生的に生じ
る｛１１１｝Ｂ結晶面によってその横方向端面が構成さ
れるため、良好な結晶性を有することから、信頼性の向
上をはかることができる。

【００２６】また他の本発明製造方法では、図４Ａに示
すように、〈０１１〉結晶軸方向に延びたメサ突起２が
形成された｛１００｝結晶面を有する半導体基体１の主
面１Ｓ上に、図４Ｂに示すように、化合物半導体層を順
次エピタキシャル成長し、少なくとも上記メサ突起上の
｛１１１｝Ｂ結晶面で囲まれた断面三角形領域を有する
エピタキシャル成長層１０を形成し、図４Ｃに示すよう
に、エピタキシャル成長層１０の頂部１０Ａが形成され
た後にエピタキシャル成長を中止し、エピタキシャル材
料ガス中の化合物半導体層を構成する元素成分圧を下
げ、図５Ａに示すように、再びこの元素成分圧を上げて
メサ突起２上のエピタキシャル成長を行ってエピタキシ
ャル成長層１０の頂部１０Ａに活性層４ａを形成するこ
とによって、一の本発明製造方法と同様に、元素成分圧
を下げた時間即ちアニール時間やその圧力の制御によっ
て頂部１０Ａに形成した活性層４ａの幅及び厚さを１０
ｎｍ程度の微細な構造として精度よく制御することがで
きることから、〈０１１〉結晶軸方向に延びる量子細線
構造の活性層４ａを確実に再現性良く得ることができ
る。

【００２７】そしてこの後、図５Ｂに示すように、頂部
１０Ａに活性層４ａが形成された｛１１１｝Ｂ結晶面で
囲まれた断面三角形領域を覆うように形状を保持しなが
ら化合物半導体層をエピタキシャル成長させる工程を有
するものであるが、このように｛１１１｝Ｂ上のエピタ
キシャル成長は、例えばトリエチルガリウム、トリエチ
ルアルミニウム等のエチル系原料を用いたＭＯＣＶＤ法
によって行うことができる。

【００２８】そして更に図５Ｃに示すように、エピタキ
シャル成長を中止しエピタキシャル成長材料ガス中の化
合物半導体層を構成する元素成分圧を下げる工程と、図
６Ａに示すように、再び元素成分圧を上げてメサ突起２
上のエピタキシャル成長を行ってこのエピタキシャル成
長層１０の断面三角形領域の頂部１０Ａに活性層４ｂ、
４ｃを形成する工程とを少なくとも一回以上繰り返すこ
とによって、上述の活性層４ａと同様に、幅及び厚さを
１０ｎｍ程度の微細な構造とした複数の活性層４ｂ、４
ｃ‥‥を確実に再現性良く形成することができることと
なる。

【００２９】このような製造方法による場合、従来方法
のように活性層を横切ってエッチングを行うことがない
ため、活性層の酸化や不純物の混入等を回避することが
できると共に、エッチング精度を越えた微細な量子井戸
細線構造を精度よくかつ確実に形成することができる。

【００３０】

【実施例】実施例１ 以下、図１Ａ〜図１Ｃ及び図２Ａ〜図２Ｂを参照して、
本発明半導体レーザの製造方法の一例を詳細に説明す
る。

【００３１】この場合ＡｌＧａＡｓ系のIII-Ｖ族化合物
半導体レーザを得る場合で、先ず第１導電型例えばｎ型
のＧａＡｓより成る半導体基体１を用意する。この半導
体基体１は、その主面１Ａが｛１００｝面の例えば（１
００）結晶面を有して成り、この主面１Ａ上に例えば幅
３μｍ程度の幅Ｗをもって〈０１１〉方向例えば〔０１
１〕方向即ち図１において紙面に直交する方向に延長す
るメサ突起２を形成する。

【００３２】このメサ突起２の形成方法は、図示しない
が所要の幅Ｗを有し〔０１１〕方向に延長するエッチン
グマスクを、例えばフォトレジストの塗布、パターン露
光、現像した後ＲＩＥ等の異方性エッチングによって形
成し、これをマスクとして主面１Ａ側から例えば硫酸系
エッチング液のＨ₂ ＳＯ₄とＨ₂ Ｏ₂ とＨ₂ Ｏが３：
１：１の割合で混合されたエッチング液による結晶学的
エッチングを行なって形成する。

【００３３】そして図１Ｂに示すように、このメサ突起
２上を含んで全面的に第１導電型例えばｎ型のＡｌ_x Ｇ
ａ_1-x Ａｓより成るクラッド層３を例えばｘ＝０．４５
としてメチル系ＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長
する。この場合メサ突起２上において主面１Ａと約５５
°を成す（１１１）Ｂ即ち（１１１）Ａｓ結晶面より成
る斜面１０Ｃが自然発生的に生じると、この（１１１）
Ｂ結晶面上ではエピタキシャル成長が生じにくいことか
ら、第１導電型のクラッド層３は、半導体基体１のメサ
溝２Ａ内とメサ突起２上とで選択的に互いに他と分断し
て形成されることとなる。そしてこのメサ突起２上の第
１導電型のクラッド層３より成るエピタキシャル成長層
１０は、その両斜面１０Ｃが交叉するまでエピタキシャ
ル成長を続けると、この交叉した部分即ち図１の紙面に
直交する〔０１１〕方向に延長する稜線を頂部１０Ａと
する断面三角形状に形成される。

【００３４】そしてこのエピタキシャル成長を一旦中止
した後、エピタキシャル成長材料ガス中の化合物半導体
層を構成する元素成分圧、即ちこの場合例えばＶ族元素
のＡｓの圧力を下げると、エピタキシャル成長層１０の
（１１１）Ｂ結晶面より成る斜面１０Ｃの表面にＡｓ原
子が露出していること、更にこのＡｓの蒸気圧がＧａに
比して高いことから、頂部１０Ａ上を含めてＡｓが徐々
に外部へ蒸発していくため、図１Ｃに示すようにエピタ
キシャル成長層１０の頂部１０Ａが削られて頂面１０Ｓ
が形成される。これはＡｓ圧を下げることによりアニー
ルしたと同様の効果を得るものである。この場合低下さ
せたＡｓ圧、その保持時間等を調整することにより、頂
面１０Ｓの幅を１０ｎｍ程度として形成する。

【００３５】そして再びＶ族元素成分圧即ちＡｓ圧を上
げて、図２Ａに示すように、エピタキシャル成長層１０
の頂面１０Ｓ上に活性層４を形成する。この活性層４
は、例えばＧａＡｓとＡｌ_y Ｇａ_1-y Ａｓとの積層によ
る量子井戸構造としてｙ＜ｘとして連続してエピタキシ
ャル成長する。この場合においても、（１１１）Ｂ結晶
面上ではエピタキシャル成長が生じにくいので、この活
性層４はメサ突起２上とメサ溝２Ａ上とで互いに他と分
断して形成される。

【００３６】このような構成とすることにより、幅方向
と厚み方向に量子井戸構造とされたいわゆる量子井戸細
線構造の活性層４を得ることができる。

【００３７】そして次に図２Ｂに示すように、第２導電
型例えばｐ型のＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ等よりなる第１のク
ラッド層５と、例えばｎ型のＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ等より
成る電流ブロック層６、第２導電型例えばｐ型のＡｌ_x
Ｇａ_1-x Ａｓ等より成る第２のクラッド層７、ｐ型のＧ
ａＡｓ等より成るキャップ層８を順次メチル系ＭＯＣＶ
Ｄ法等によりエピタキシャル成長する。このとき第２導
電型の第１のクラッド層５及び電流ブロック層６の厚さ
を適切に選定することにより、第２導電型の第２のクラ
ッド層７が活性層４の斜面１０Ｃに臨む両端面に接する
ように、即ちこのｐ型のクラッド層７が活性層４を全面
的に覆うように成す。またメサ突起２上のエピタキシャ
ル成長層１０の斜面１０Ｃ上では、初期においてはエピ
タキシャル成長が生じないが、成長の進行によりこのエ
ピタキシャル成長層１０の頂部１０Ａ上に（１１１）Ｂ
結晶面以外の結晶面が生じてくると、斜面１０Ｃ上を含
んで全面に成長される。従ってこれら各層７及び８は全
面的に成長される。

【００３８】この後図示しないがキャップ層８上と、半
導体基体１の裏面に電極をそれぞれオーミックに被着し
て、量子井戸細線構造を有する半導体レーザを得ること
ができる。

【００３９】ここに、各層３、４、５、６、７及び８は
一連のＭＯＣＶＤ法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
し得るため、従来方法のように活性層端面の汚染、劣化
を伴うことなく量子細線構造の活性層を有する半導体レ
ーザを得ることができる。また元素成分圧の制御即ちア
ニール時間等の制御によって、簡単に精度良く量子細線
構造を得ることができ、半導体レーザの信頼性の向上を
はかることができる。

【００４０】実施例２ 次に、他の本発明による半導体レーザの一例を図３を参
照して詳細に説明する。図３において、図２Ｂに対応す
る部分には同一符号を付して示す。１は例えばｎ型のＡ
ｌＧａより成る半導体基体で、その｛１００｝結晶面例
えば（１００）結晶面より成る主面１Ａ上に、〈０１
１〉結晶軸方向の例えば〔０１１〕結晶軸方向に延びる
メサ突起２が形成されて成り、この上に全面的にｎ型の
ＧａＡｓ等より成るバッファ層１２、ｎ型のＡｌ_x Ｇａ
_1-x Ａｓ等より成る第１導電型の第１のクラッド層３ａ
が、例えばｘ＝０．４５としてエピタキシャル成長され
て、メサ突起２上において断面三角形領域のエピタキシ
ャル成長層１０が構成される。そしてこの頂部１０Ａに
例えば幅３０ｎｍ、厚さ１０ｎｍ程度の量子細線構造の
例えばＧａＡｓより成る活性層４ａが〔０１１〕結晶軸
方向に延長して設けられ、更にこの活性層４ａの上に積
層して、第１導電型の第２のクラッド層３ｂが断面三角
形領域のエピタキシャル成長層１０を全面的に覆うよう
にエピタキシャル成長されて形成され、その頂部に同様
に量子細線構造のＧａＡｓ等より成る活性層４ｂが設け
られて成り、同様に第１導電型の第３のクラッド層３ｃ
及び量子細線構造の活性層４ｃ、第１導電型の第４のク
ラッド層３ｄ及び量子細線構造の活性層４ｄが積層形成
されて成る。このようにして、断面三角形領域のエピタ
キシャル成長層１０の頂部１０Ａから（１００）結晶面
に垂直な方向に、複数の量子細線構造の〔０１１〕結晶
軸方向に延びる活性層１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４
ｄが並んで形成される。

【００４１】そしてこのように積層された最外側のクラ
ッド層、この場合第４のクラッド層３ｄの両斜面の中腹
程度にまで達するｐ型のＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ等より成る
第２導電型の第１のクラッド層５が、メサ溝２Ａ内上に
のみ、即ち断面三角形のエピタキシャル成長層１０の形
状を保持することなくエピタキシャル成長されて成り、
更にこの上にｎ型のＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ等より成る電流
ブロック層６が、エピタキシャル成長層１０上に形成さ
れた複数の活性層１４ａ〜１４ｄのほぼ両側即ち図３に
おいて左右を挟み込むように設けられる。そしてこの上
にｐ型のＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ等より成る第２導電型の第
２のクラッド層７が、メサ突起２上の各化合物半導体
層、即ちエピタキシャル成長層１０上の積層された断面
三角形領域を覆うように全面的にエピタキシャル成長さ
れ、更にこの上にｐ型のＧａＡｓ等より成るキャップ層
８が被着形成されて、本発明半導体レーザが構成され
る。

【００４２】このように、複数の量子細線構造の活性層
１４ａ〜１４ｄを設けることによって、その利得の増大
化をはかることができる。しかも、各活性層１４ａ〜１
４ｄが後述するように、上述の実施例１において説明し
た半導体レーザと同様に、従来の製造方法によらずに即
ち活性層を横切ってエッチングを行うことなく形成し得
るため、活性層の酸化や不純物の混入等を回避すること
ができると共に、エッチング精度を越えた微細な量子井
戸細線構造の複数の活性層を得ることができ、高い信頼
性を得ることができる。

【００４３】実施例３ 次に、他の本発明による製造方法の一例を図４〜図６を
参照して詳細に説明する。図４〜図６において、図１及
び図２に対応する部分には同一符号を付して示この場合
においても、ＡｌＧａＡｓ系のIII-Ｖ族半導体レーザを
得る場合で、実施例２において説明した本発明半導体レ
ーザを得る場合を示す。

【００４４】先ず図４Ａに示すように、第１導電型例え
ばｎ型のＧａＡｓ等より成る半導体基体１を用意する。
この半導体基体１は、その主面１Ａが｛１００｝結晶面
の例えば（１００）結晶面より成り、その主面１Ａ上
に、例えば幅３μｍ程度の幅Ｗをもって〈０１１〉結晶
軸方向の例えば〔０１１〕結晶軸方向、即ち図４の紙面
に直交する方向に延長するメサ突起２を形成する。

【００４５】このメサ突起２の形成方法は、実施例１で
説明した製造方法と同様に、フォトリソグラフィ等の適
用によって、結晶学的エッチング又はＲＩＥ（反応性イ
オンエッチング）等の異方性エッチングを行って形成す
る。

【００４６】そして図４Ｂに示すように、この上に例え
ばｎ型のＧａＡｓ等より成るバッファ層１２と、第１導
電型例えばｎ型のＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓより成る第１のク
ラッド層３ａとを、例えばｘ＝０．４５として通常の即
ちメチル系ＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長す
る。このとき、実施例１において説明した例と同様に、
メサ突起２の縁部から｛１１１｝Ｂ結晶面より成る斜面
１０Ｃが一旦成長すると、この部分においてはメチル系
ＭＯＣＶＤ法による成長が生じにくいため、メサ突起２
上においてはこの両斜面１０Ｃによって挟まれて溝２Ａ
内の化合物半導体層とは分断して形成される。そしてそ
の成長を、両斜面１０Ｃが交叉する位置まで行って、メ
サ突起２上に断面三角形領域のエピタキシャル成長層１
０を形成する。１０Ａはこのエピタキシャル成長層１０
の、〔０１１〕結晶軸方向に延長する稜線即ち頂部を示
す。

【００４７】次に、このエピタキシャル成長を一旦中止
した後、エピタキシャル成長材料ガス中の化合物半導体
層を構成する元素成分圧、即ちこの場合Ａｓの圧力を下
げると、エピタキシャル成長層１０の（１１１）Ｂ結晶
面より成る斜面１０Ｃの表面を構成するＡｓ原子が、頂
部１０Ａ上を含めて徐々に外部へ蒸発して即ちアニール
効果が生じて、図４Ｃに示すように、エピタキシャル成
長層１０の頂部１０Ａが削られて頂面１０Ｓが形成され
る。この例においても実施例１と同様に、ＡｓがＧａに
比して蒸気圧が高いことを利用したものである。そして
この低下させたＡｓ圧、その保持時間即ちアニール時間
等を調整することにより、頂面１０Ｓの幅ｗ_a を３０ｎ
ｍ程度として形成する。

【００４８】そして再びＶ族元素成分圧即ちＡｓ圧を上
げて、図５Ａに示すように、エピタキシャル成長層１０
の頂面１０Ｓ上に第１の活性層４ａを形成する。この第
１の活性層４ａは、例えばＧａＡｓとＡｌ_y Ｇａ_1-y Ａ
ｓとの積層による量子井戸構造として、ｙ＜ｘ、即ちこ
の場合ｙ＜０．４５として連続してメチル系ＭＯＣＶＤ
法によりエピタキシャル成長する。この場合において
も、（１１１）Ｂ結晶面より成る斜面１０Ｃ上ではエピ
タキシャル成長が生じにくいので、この活性層はメサ突
起２上とメサ溝２Ａ上とで互いに他と分断して形成さ
れ、両斜面１０Ｃが交叉するまでその成長を行って、厚
さｈを１０ｎｍ程度として形成する。この場合、その幅
ｗ_a 及び厚さｈは、上述の元素成分圧低下時間即ちアニ
ール時間によって制御することができる。

【００４９】次に、図５Ｂに示すように、第１の活性層
４ａを形成したエピタキシャル成長層１０上を覆って全
面的に、第２導電型の例えばｐ型のＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ
より成る第２のクラッド層３ｂを例えば厚さｔを１０ｎ
ｍ程度としてエピタキシャル成長する。この第２のクラ
ッド層３ｂは、例えばエチル系材料のトリエチルガリウ
ム、トリエチルアルミニウム、アルシンを用いたエチル
系ＭＯＣＶＤ法によってエピタキシャル成長する。エチ
ル系材料を用いると｛１１１｝Ｂ結晶面上でもエピタキ
シャル成長するため、この第２のクラッド層３ｂを（１
１１）Ｂ結晶面より成る斜面１０Ｃ上に他部と同様にエ
ピタキシャル成長することができる。つまりこのｐ型の
第２のクラッド層３ｂは、断面三角形のエピタキシャル
成長層１０の形状を保持しながら、即ち（１１１）Ｂ結
晶面より成る斜面１０Ｃを構成しながら成長することと
なる。

【００５０】そして第２のクラッド層３ｂのエピタキシ
ャル成長を一旦中止した後、エピタキシャル成長材料ガ
ス中の化合物半導体層を構成する元素成分圧、即ちこの
場合Ａｓの圧力を下げ、（１１１）Ｂ結晶面より成る斜
面１０Ｃの表面を構成するＡｓ原子を徐々に外部へ蒸発
させて即ちアニール効果を生じさせ、図５Ｃに示すよう
に、第２導電型の第２のクラッド層の頂部を削って頂面
１０Ｓを形成する。この場合においてもその低下させた
Ａｓ圧、保持時間即ちアニール時間等を調整することに
より、頂面１０Ｓの幅ｗ_a を３０ｎｍ程度として形成す
る。

【００５１】そして再びＶ族元素成分圧即ちＡｓ圧を上
げて、図６Ａに示すように、第２導電型の第２のクラッ
ド層３ｂの頂面１０Ｓ上に第２の活性層４ｂを形成す
る。この第２の活性層４ｂは再びメチル系ＭＯＣＶＤ法
によって、第１の活性層４ａと同様に例えばＧａＡｓと
Ａｌ_y Ｇａ_1-y Ａｓとの積層による量子井戸構造、例え
ばｙ＜０．４５としてエピタキシャル成長する。このと
き活性層４ｂは、メチル系ＭＯＣＶＤ法とすることよっ
て、上述の活性層４ａと同様に、メサ突起２上とメサ溝
２Ａ上とで互いに他と分断して形成され、両斜面１０Ｃ
が交叉するまでその成長を行って、厚さｈを１０ｎｍ程
度として形成する。この場合においてもその幅ｗ_a 及び
厚さｈは、上述の元素成分圧を低下する時間即ちアニー
ル時間等の調整によって制御することができる。

【００５２】そしてこの後、上述した図５Ｂ〜Ｃ、図６
Ａにおいて説明したエピタキシャル成長工程を繰り返す
ことによって、この第２の活性層４ｂ上に、断面三角形
の第２導電型の第３のクラッド層３ｃとその頂部に第３
の量子細線構造の活性層４ａを形成し、更にその上に断
面三角形の第２導電型の第４のクラッド層３ｄとその頂
部に第４の活性層４ｄとを形成することができる。この
場合４層のクラッド層３ａ〜３ｄと、その各頂部に（１
００）結晶面に垂直な方向に４層積層されて成る〔０１
１〕結晶軸方向に延長する量子細線構造の活性層４ａ〜
４ｄが並んで形成されたエピタキシャル成長層４０を得
ることができる。

【００５３】このとき各活性層４ｃ及び４ｄの幅及び厚
さの制御は、上述の活性層４ａ及び４ｂと同様に、元素
成分圧を下げる時間即ちアニール時間等を調整して行う
ことができる。

【００５４】そして図６Ｂに示すように、第２導電型例
えばｐ型のＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓよりなる第１のクラッド
層５と、例えばｎ型のＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓより成る電流
ブロック層６、第２導電型例えばｐ型のＡｌ_x Ｇａ_1-x
Ａｓより成る第２のクラッド層７、ｐ型のＧａＡｓ等よ
り成るキャップ層８を順次メチル系ＭＯＣＶＤ法等によ
り例えばｘ＝０．４５として、エピタキシャル成長す
る。このとき第２導電型の第１のクラッド層５及び電流
ブロック層６の厚さを適切に選定することにより、第２
導電型の第２のクラッド層７が第４の活性層４ｄの斜面
１０Ｃに臨む両端面に接するように、即ち全面的に覆う
ように成す。このときエピタキシャル成長層４０の斜面
１０Ｃ上では、初期においてはエピタキシャル成長が生
じないが、成長の進行によりこのエピタキシャル成長層
４０の頂部上に（１１１）Ｂ結晶面以外の結晶面が生じ
てくると、斜面１０Ｃ上を含んで全面に成長される。従
ってこれら第２導電型の第２のクラッド層７及びキャッ
プ層８は全面的に成長される。

【００５５】そしてこの後図示しないがキャップ層８上
と、半導体基体１の裏面に電極をそれぞれオーミックに
被着して、複数の量子細線構造を有する半導体レーザを
得ることができる。

【００５６】この場合も、各層３ａ〜３ｄ、４ａ〜４
ｄ、５、６、７及び８は一連のＭＯＣＶＤ法によってそ
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し得るため、従来方法のように
活性層端面の汚染、劣化を伴うことなく量子細線構造の
活性層を有する半導体レーザを得ることができる。また
元素成分圧制御即ちアニールによって、簡単に精度良く
複数の量子細線構造を形成することができ、このような
半導体レーザの信頼性の向上をはかることができる。

【００５７】尚、上述の実施例３においては、量子細線
構造の活性層を４本設ける場合について説明したが、こ
れに限ることなく例えば５層以上の量子細線構造とする
こともできる。

【００５８】また、本発明装置及び製造方法は、上述の
実施例に限ることなく、例えばＩｎＧａＡｓＰ系材料を
用いたり、各層の導電型を図示とは反対の導電型とする
こともでき、また必要に応じて活性層４に近接してガイ
ド層等を連続ＭＯＣＶＤ法により形成する等、種々の構
成及び製造方法を採ることができる。

【００５９】

【発明の効果】上述したように、本発明半導体レーザの
製造方法によれば、メサ突起２上のエピタキシャル成長
層１０の頂部１０Ａにおいて、そのエピタキシャル成長
材料ガス中の化合物半導体層を構成する元素成分圧を下
げることにより、この部分の元素を蒸発させて幅が例え
ば１０ｎｍ程度の幅狭の頂面１０Ｓを確実に形成するこ
とができ、この頂面１０Ｓ上に微細な幅をもって精度よ
く量子井戸構造の活性層４をエピタキシャル成長させる
ことによって、量子井戸細線構造の活性層４を有する半
導体レーザを確実に精度良く形成することができる。

【００６０】このような製造方法による場合、従来方法
のように活性層を横切ってエッチングを行うことがない
ため、活性層の酸化や不純物の混入等を回避することが
できると共に、エッチング精度を越えた微細な量子井戸
細線構造を精度良くかつ確実に形成することができ、半
導体レーザの信頼性の向上及び生産性の向上をはかるこ
とができる。

【００６１】また本発明半導体レーザによれば、複数の
量子細線構造の活性層を設けるため、利得の増大化をは
かることできると共に、各活性層が自然発生的に生じる
｛１１１｝Ｂ結晶面によってその横方向の端面が構成さ
れる構造を採るため、信頼性の向上をはかることができ
る。

【００６２】更に他の本発明による半導体レーザの製造
方法では、上述の製造方法と同様に、元素成分圧を下げ
ることによって量子細線構造の活性層を確実に精度よく
形成することができると共に、その活性層を複数個設け
ることによって、利得のより大なる半導体レーザを得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明半導体レーザの製造方法の一例を示す製
造工程図である。

【図２】本発明半導体レーザの製造方法の一例を示す製
造工程図である。

【図３】本発明半導体レーザの一例の略線的拡大断面図
である。

【図４】本発明半導体レーザの製造方法の一例を示す製
造工程図である。

【図５】本発明半導体レーザの製造方法の一例を示す製
造工程図である。

【図６】本発明半導体レーザの製造方法の一例を示す製
造工程図である。

【図７】従来の量子井戸細線構造半導体レーザの製法を
示す工程図である。

【図８】従来の半導体レーザの一例の略線的拡大断面図
である。

【符号の説明】

１ 半導体基体 ２ メサ突起 ３ 第１導電型のクラッド層 ３ａ 第１導電型の第１のクラッド層 ３ｂ 第１導電型の第２のクラッド層 ３ｃ 第１導電型の第３のクラッド層 ３ｄ 第１導電型の第４のクラッド層 ４ 活性層 ４ａ 第１の活性層 ４ｂ 第２の活性層 ４ｃ 第３の活性層 ４ｄ 第４の活性層 ５ 第２導電型の第１のクラッド層 ６ 電流ブロック層 ７ 第２導電型の第２のクラッド層 ８ キャップ層 １０ エピタキシャル成長層 １０Ａ 頂部 １０Ｃ 斜面 １０Ｓ 頂面 ４０ エピタキシャル成長層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 〈０１１〉結晶軸方向に延びたメサ突起
   が形成された｛１００｝結晶面を有する半導体基体の主
   面上に、化合物半導体層を順次エピタキシャル成長し、
   上記メサ突起上のエピタキシャル成長層の頂部に活性層
   を構成する半導体レーザの製造方法において、上記メサ
   突起上に｛１１１｝Ｂ結晶面で囲まれた断面三角形領域
   を有するエピタキシャル成長層を形成し、該エピタキシ
   ャル成長層の頂部が形成された後にエピタキシャル成長
   を中止し、エピタキシャル成長材料ガス中の上記化合物
   半導体層を構成する元素成分圧を下げ、再び該元素成分
   圧を上げて上記メサ突起上のエピタキシャル成長を行っ
   て上記エピタキシャル成長層の頂部に活性層を形成する
   ことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
2. 【請求項２】 〈０１１〉結晶軸方向に延びたメサ突起
   が形成された｛１００｝結晶面を有する半導体基体の主
   面上に、化合物半導体層が順次エピタキシャル成長さ
   れ、少なくとも上記メサ突起上の｛１１１｝Ｂ結晶面で
   囲まれた断面三角形領域を有するエピタキシャル成長層
   が形成された半導体レーザにおいて、上記断面三角形領
   域の頂部から〈０１１〉結晶軸方向に延びる複数の量子
   細線構造活性層が｛１００｝結晶面に垂直な方向に並ん
   で形成されて成ることを特徴とする半導体レーザ。
3. 【請求項３】 〈０１１〉結晶軸方向に延びたメサ突起
   が形成された｛１００｝結晶面を有する半導体基体の主
   面上に、化合物半導体層を順次エピタキシャル成長し、
   少なくとも上記メサ突起上の｛１１１｝Ｂ結晶面で囲ま
   れた断面三角形領域を有するエピタキシャル成長層を形
   成し、該エピタキシャル成長層の頂部が形成された後に
   エピタキシャル成長を中止し、エピタキシャル材料ガス
   中の上記化合物半導体層を構成する元素成分圧を下げ、
   再び該元素成分圧を上げて上記メサ突起上のエピタキシ
   ャル成長を行って上記エピタキシャル成長層の頂部に活
   性層を形成した後、上記頂部に上記活性層が形成された
   ｛１１１｝Ｂ結晶面で囲まれた断面三角形領域を覆うよ
   うに形状を保持しながら化合物半導体層をエピタキシャ
   ル成長させる工程と、エピタキシャル成長を中止しエピ
   タキシャル成長材料ガス中の上記化合物半導体層を構成
   する元素成分圧を下げる工程と、再び該元素成分圧を上
   げて上記メサ突起上のエピタキシャル成長を行って上記
   エピタキシャル成長層の断面三角形領域の頂部に活性層
   を形成する工程とを少なくとも一回以上繰り返すことを
   特徴とする半導体レーザの製造方法。