JPH0564478B2 - - Google Patents
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- JPH0564478B2 JPH0564478B2 JP59083251A JP8325184A JPH0564478B2 JP H0564478 B2 JPH0564478 B2 JP H0564478B2 JP 59083251 A JP59083251 A JP 59083251A JP 8325184 A JP8325184 A JP 8325184A JP H0564478 B2 JPH0564478 B2 JP H0564478B2
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- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/24—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a grooved structure, e.g. V-grooved, crescent active layer in groove, VSIS laser
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- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
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- H01S5/2237—Buried stripe structure with a non-planar active layer
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Geometry (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
＜技術分野＞
本発明は結晶成長用基板に溝を形成したヘテロ
接合形半導体レーザ素子の製造方法に関するもの
である。
接合形半導体レーザ素子の製造方法に関するもの
である。
＜従来技術＞
従来半導体レーザ素子の作製に際し、ストライ
プ状の溝を有する基板上にダブルヘテロ接合の多
層結晶構造を成長させる場合、一般的に第１層目
のクラツド層の基板上の溝を埋める役割をもたせ
ている。しかしながら、この方法では不都合の生
じる場合がある。その一例として、溝を有する
GGaAs基板上にAlAsモル比ｙが0.6以上のＰ−
Ga1-yAlyAsをクラツド層として成長させる場合
について説明する。第１図は基板にＶ字溝を加工
した活性層平坦型VSISレーザの断面図である。
この半導体レーザの詳細については電子通信学会
技術報告ED81−42、31頁（1981年、７月）に述
べられている。１はＰ−GaAs基板、２はｎ−
GaAs電流阻止層、３はＰ−Ga1-yAlyAsクラツ
ド層、４はＰ−Ga1-xAlxAs活性層、５はｎ−
Ga1-yAlyAsクラツド層、６はｎ−GaAsキヤツ
プ層である。また７はＶ字形溝でこの部分が電流
通路となる。この内部ストライプ構造VSISレー
ザを波長750nｍ以下で発振させようとすると、
クラツド層３，５のAlAsモル比ｙとして0.6以上
が必要となる。その理由は0.6以下にすると活性
層４に蓄積されたキヤリアがクラツド層３，５へ
漏れ出し、闘値電流の増大及び闘値電流の温度依
存性の悪化を招き、実用に供しなくなるからであ
る。特に、活性層４のキヤリアでも電子のＰ−ク
ラツド層３への漏れが最も多いためＰ−クラツド
層３の電子に対する障壁を極力高く設定する必要
がある。こ障壁はAlAsモル比ｙに依存するだけ
でなくＰ−クラツド層３の正孔濃度が高く程高く
なる。例えば正孔濃度５×1017cm-3にすると障壁
が約50meV（障壁の約20％）高くなる。従つて、
Ｐ−クラツド層３の正孔濃度は最低１×1018cm-3
は必要である。
プ状の溝を有する基板上にダブルヘテロ接合の多
層結晶構造を成長させる場合、一般的に第１層目
のクラツド層の基板上の溝を埋める役割をもたせ
ている。しかしながら、この方法では不都合の生
じる場合がある。その一例として、溝を有する
GGaAs基板上にAlAsモル比ｙが0.6以上のＰ−
Ga1-yAlyAsをクラツド層として成長させる場合
について説明する。第１図は基板にＶ字溝を加工
した活性層平坦型VSISレーザの断面図である。
この半導体レーザの詳細については電子通信学会
技術報告ED81−42、31頁（1981年、７月）に述
べられている。１はＰ−GaAs基板、２はｎ−
GaAs電流阻止層、３はＰ−Ga1-yAlyAsクラツ
ド層、４はＰ−Ga1-xAlxAs活性層、５はｎ−
Ga1-yAlyAsクラツド層、６はｎ−GaAsキヤツ
プ層である。また７はＶ字形溝でこの部分が電流
通路となる。この内部ストライプ構造VSISレー
ザを波長750nｍ以下で発振させようとすると、
クラツド層３，５のAlAsモル比ｙとして0.6以上
が必要となる。その理由は0.6以下にすると活性
層４に蓄積されたキヤリアがクラツド層３，５へ
漏れ出し、闘値電流の増大及び闘値電流の温度依
存性の悪化を招き、実用に供しなくなるからであ
る。特に、活性層４のキヤリアでも電子のＰ−ク
ラツド層３への漏れが最も多いためＰ−クラツド
層３の電子に対する障壁を極力高く設定する必要
がある。こ障壁はAlAsモル比ｙに依存するだけ
でなくＰ−クラツド層３の正孔濃度が高く程高く
なる。例えば正孔濃度５×1017cm-3にすると障壁
が約50meV（障壁の約20％）高くなる。従つて、
Ｐ−クラツド層３の正孔濃度は最低１×1018cm-3
は必要である。
ｙ＞0.6のＰ−Ga1-yAlyAsに於て、１×1018cm
-3以上のキヤリア（正孔）濃度を得ようとする
と、その不純物としては現在のところMgが最も
適当である。その理由は0.3at％（原子％）以上
の添加量で１×1018cm-3以上のキヤリア（正孔）
濃度が容易に得られるからである。
-3以上のキヤリア（正孔）濃度を得ようとする
と、その不純物としては現在のところMgが最も
適当である。その理由は0.3at％（原子％）以上
の添加量で１×1018cm-3以上のキヤリア（正孔）
濃度が容易に得られるからである。
しかし、Ga1-yAlyAsにMgを多量にドープす
るとその成長速度が遅くなる現象が存在する。こ
の原因はMgがGa溶液中でのAsの拡散係数を小
さくするように作用するためであると考えられ
る。特にｙ＞0.6の場合にはMgを0.3at・％添加
するとGa1−yAlyAsの成長速度は非常に遅くな
り、第２図に示すようにＰ−クラツド層３で溝７
を完全埋めることが困難になる。その結果、活性
層４は湾曲したものとなる。この湾曲した活性層
は高次横モードを誘発するので望ましくない。成
長工程でＰ−クラツド層３の成長時間を長くして
も、活性層４を平坦す層設することは非常に困難
である。また成長時間を非常に長くして活性層４
が平坦になつたとしても溝の外側のＰ−クラツド
層３の厚さが厚くなり過ぎ、屈折率導波路が形成
されなくなる。以上の如く、Ｐ−クラツド層
Ga1-yAlyAs（ｙ＞0.6）へのMg添加量をいかに選
択しても良好な特性の半導体レーザを歩留り及び
再現性よく製作することは困難であつた。
るとその成長速度が遅くなる現象が存在する。こ
の原因はMgがGa溶液中でのAsの拡散係数を小
さくするように作用するためであると考えられ
る。特にｙ＞0.6の場合にはMgを0.3at・％添加
するとGa1−yAlyAsの成長速度は非常に遅くな
り、第２図に示すようにＰ−クラツド層３で溝７
を完全埋めることが困難になる。その結果、活性
層４は湾曲したものとなる。この湾曲した活性層
は高次横モードを誘発するので望ましくない。成
長工程でＰ−クラツド層３の成長時間を長くして
も、活性層４を平坦す層設することは非常に困難
である。また成長時間を非常に長くして活性層４
が平坦になつたとしても溝の外側のＰ−クラツド
層３の厚さが厚くなり過ぎ、屈折率導波路が形成
されなくなる。以上の如く、Ｐ−クラツド層
Ga1-yAlyAs（ｙ＞0.6）へのMg添加量をいかに選
択しても良好な特性の半導体レーザを歩留り及び
再現性よく製作することは困難であつた。
＜発明の目的＞
本発明はレーザ発振用多層結晶を積層される基
板に溝を形成したヘテロ接合形半導体レーザにお
ける製作上の歩留り及び特性上の再現性を向上さ
せた新規有用な半導体レーザ素子の製造方法を提
供することを目的とする。
板に溝を形成したヘテロ接合形半導体レーザにお
ける製作上の歩留り及び特性上の再現性を向上さ
せた新規有用な半導体レーザ素子の製造方法を提
供することを目的とする。
＜構成及び効果の説明＞
本発明は、基板上に形成された電流阻止層に、
前記基板に至る電流通路となる溝を加工して結晶
成長用基板とし、該結晶成長用基板上に第１のク
ラツド層、活性層、第２のクラツド層を順次液相
エピタキシヤル成長法で連続成長させてなる半導
体レーザ素子の製造方法において、前記結晶成長
用基板に形成されている溝をMgが少量（0.2at.
％以下）添加された結晶層で埋めて該結晶層の成
長表面を平坦にした後、Mgが多量（0.3at.％以
上）に添加された前記第１のクラツド層を成長さ
せることにより、キヤリア濃度及び層厚が適宜制
御されたクラツド層を結晶成長用基板上に推積
し、この上に平坦な活性層を積層してレーザ発振
用の多層結晶構造を形成したことを特徴としてい
る。溝をMgが少量添加された結晶層で埋めるた
め成長速度は遅くならず成長溶液中でのAsの拡
散係数が一定に維持され、溝は急速に埋められ
る。この結果、結晶層の成長表面は比較的短時間
で略々平坦化されることになる。次にMgが多量
に添加された充分なキヤリア濃度を有するクラツ
ド層を成長させこの上に平坦な活性層を堆積する
ことにより、活性層からのキヤリアの漏れを防止
する完全なヘテロ接合が得られる。
前記基板に至る電流通路となる溝を加工して結晶
成長用基板とし、該結晶成長用基板上に第１のク
ラツド層、活性層、第２のクラツド層を順次液相
エピタキシヤル成長法で連続成長させてなる半導
体レーザ素子の製造方法において、前記結晶成長
用基板に形成されている溝をMgが少量（0.2at.
％以下）添加された結晶層で埋めて該結晶層の成
長表面を平坦にした後、Mgが多量（0.3at.％以
上）に添加された前記第１のクラツド層を成長さ
せることにより、キヤリア濃度及び層厚が適宜制
御されたクラツド層を結晶成長用基板上に推積
し、この上に平坦な活性層を積層してレーザ発振
用の多層結晶構造を形成したことを特徴としてい
る。溝をMgが少量添加された結晶層で埋めるた
め成長速度は遅くならず成長溶液中でのAsの拡
散係数が一定に維持され、溝は急速に埋められ
る。この結果、結晶層の成長表面は比較的短時間
で略々平坦化されることになる。次にMgが多量
に添加された充分なキヤリア濃度を有するクラツ
ド層を成長させこの上に平坦な活性層を堆積する
ことにより、活性層からのキヤリアの漏れを防止
する完全なヘテロ接合が得られる。
上記構造の半導体レーザ素子は闘値電流が低
く、レーザ発振の温度特性の再現性も良好で信頼
性の高い素子となる。また製作上の歩留りも大幅
に改善されるため効率の良い量産ラインを確立す
ることができる。
く、レーザ発振の温度特性の再現性も良好で信頼
性の高い素子となる。また製作上の歩留りも大幅
に改善されるため効率の良い量産ラインを確立す
ることができる。
＜実施例＞
以下、本発明の１実施例として700nｍ以下の
可視波長で発振するVSIS半導体レーザ素子を例
にとつて第３図を参照しながらその製造方法とと
もに説明する。本実施例の結晶成長方法は、Ｖ字
溝の形成された結晶成長用基板を保持台に載置
し、成長用溶液が収納されたボートを移動して溶
液を順次成長用基板上に被覆し、単結晶を折出さ
せるスライデング式液相成長法を基本とする。
可視波長で発振するVSIS半導体レーザ素子を例
にとつて第３図を参照しながらその製造方法とと
もに説明する。本実施例の結晶成長方法は、Ｖ字
溝の形成された結晶成長用基板を保持台に載置
し、成長用溶液が収納されたボートを移動して溶
液を順次成長用基板上に被覆し、単結晶を折出さ
せるスライデング式液相成長法を基本とする。
Ｐ−GaAs基板（Znドープ、１×1019cm-3）１
の（100）面上に電流阻止層としてｎ−GaAs（Te
ドープ、３×1018cm-3）２を液相エピタキシヤル
成長法で0.6μｍの厚さに成長させる。その後、
（110）方向に幅4μｍのストライプ状のＶ字形溝
７を基板１に達する深さまでエツチングにより形
成する。Ｖ字形溝７によつて電流阻止層２が基板
１から除去され、電流通路が開通される。この溝
の形成された基板１上にＰ−Ga1-zAlzAs溝埋込
み層（Ｚ＝0.7、Mg：0.06at.％添加）８、Ｐ−
Ga1-yAlyAsクラツド層（ｙ＝0.8、Mg：1.0at.％
添加）９、Ｐ−Ga1-xAlxAs活性層（ｘ＝0.3、
Mg：0.03at.％添加）４、ｎ−Ga1-yAlyAsクラ
ツド層（ｙ＝0.8、Te：0.001at.％添加）５、ｎ
−GaAs（Te：0.003at.％添加）６を液相エピタキ
シヤル成長法で連続成長させ、ダブルヘテロ接合
のレーザ発振用多層結晶層を形成する。各層の
AlAsモル比は０＜ｘ＜ｚ≦ｙ、0.6ｚ≦ｙ＜１
なる関係式を満足している。溝埋込み層８のMg
添加量は少ないので、成長速度は速く、60秒程度
で完全に溝７は埋まり成長完了後の成長表面は平
坦になる。この時、溝７の両肩はややメルトバツ
クされ丸みを帯びた形となる。また、溝埋込み層
８の溝７外両側での厚さは0.1μｍであつた。溝埋
込み層８に続いて成長する各層の厚さはＰ−クラ
ツド層９が0.1μｍ、Ｐ−活性層４が0.08μｍ、ｎ
−クラツド層５が1μｍ、ｎ−キヤツプ層６が1μ
ｍに設定される。Ｐ−クラツド層９のキヤリア濃
度たMg添加量が多いので３×1018cm-3の高濃度
値を呈し、活性層４の電子に対する障壁は
230meVと大きなものになる、従つて、ヘテロ接
合界面での活性層４への電子の閉じ込めは充分な
る効果を奏する。基板１及びキヤツプ層６に各々
Ｐ側電極、ｎ側電極を形成して電流を注入すると
溝７の電流阻止層２が除去された領域のみに電流
が集中して流れ、これに対応する活性層４内でレ
ーザ動作が開始される。溝７は電流集中用の内部
ストライプ構造として作用する。
の（100）面上に電流阻止層としてｎ−GaAs（Te
ドープ、３×1018cm-3）２を液相エピタキシヤル
成長法で0.6μｍの厚さに成長させる。その後、
（110）方向に幅4μｍのストライプ状のＶ字形溝
７を基板１に達する深さまでエツチングにより形
成する。Ｖ字形溝７によつて電流阻止層２が基板
１から除去され、電流通路が開通される。この溝
の形成された基板１上にＰ−Ga1-zAlzAs溝埋込
み層（Ｚ＝0.7、Mg：0.06at.％添加）８、Ｐ−
Ga1-yAlyAsクラツド層（ｙ＝0.8、Mg：1.0at.％
添加）９、Ｐ−Ga1-xAlxAs活性層（ｘ＝0.3、
Mg：0.03at.％添加）４、ｎ−Ga1-yAlyAsクラ
ツド層（ｙ＝0.8、Te：0.001at.％添加）５、ｎ
−GaAs（Te：0.003at.％添加）６を液相エピタキ
シヤル成長法で連続成長させ、ダブルヘテロ接合
のレーザ発振用多層結晶層を形成する。各層の
AlAsモル比は０＜ｘ＜ｚ≦ｙ、0.6ｚ≦ｙ＜１
なる関係式を満足している。溝埋込み層８のMg
添加量は少ないので、成長速度は速く、60秒程度
で完全に溝７は埋まり成長完了後の成長表面は平
坦になる。この時、溝７の両肩はややメルトバツ
クされ丸みを帯びた形となる。また、溝埋込み層
８の溝７外両側での厚さは0.1μｍであつた。溝埋
込み層８に続いて成長する各層の厚さはＰ−クラ
ツド層９が0.1μｍ、Ｐ−活性層４が0.08μｍ、ｎ
−クラツド層５が1μｍ、ｎ−キヤツプ層６が1μ
ｍに設定される。Ｐ−クラツド層９のキヤリア濃
度たMg添加量が多いので３×1018cm-3の高濃度
値を呈し、活性層４の電子に対する障壁は
230meVと大きなものになる、従つて、ヘテロ接
合界面での活性層４への電子の閉じ込めは充分な
る効果を奏する。基板１及びキヤツプ層６に各々
Ｐ側電極、ｎ側電極を形成して電流を注入すると
溝７の電流阻止層２が除去された領域のみに電流
が集中して流れ、これに対応する活性層４内でレ
ーザ動作が開始される。溝７は電流集中用の内部
ストライプ構造として作用する。
本実施例のVSISレーザは波長680〜700nｍの短
波長で発振し、その闘値電流も平均70ｍＡと小さ
なものであつた。また、闘値電流の温度依存性も
0.6ｍＡ／℃と小さかつた。更に、ウエハー内の
ほとんどの素子が100ｍＡ以下の闘値電流で発振
し、その再現性も良好であつた。現在、CW（連
続）発振で683nｍの発振波長をもつ素子が得ら
れている。これは、これまでの半導体レーザの中
で最も短いCW発振波長である。（Appl.Phys−
Lett.vol.41、P.796、1982）Ｐ−クラツド層の
AlAs混晶比が0.6程度以上と非常に大きいにもか
かわらず正孔濃度が１×1018cm-3程度の高い値を
有するため、閾値電流が低くなり、素子特性の再
現も良好となる。
波長で発振し、その闘値電流も平均70ｍＡと小さ
なものであつた。また、闘値電流の温度依存性も
0.6ｍＡ／℃と小さかつた。更に、ウエハー内の
ほとんどの素子が100ｍＡ以下の闘値電流で発振
し、その再現性も良好であつた。現在、CW（連
続）発振で683nｍの発振波長をもつ素子が得ら
れている。これは、これまでの半導体レーザの中
で最も短いCW発振波長である。（Appl.Phys−
Lett.vol.41、P.796、1982）Ｐ−クラツド層の
AlAs混晶比が0.6程度以上と非常に大きいにもか
かわらず正孔濃度が１×1018cm-3程度の高い値を
有するため、閾値電流が低くなり、素子特性の再
現も良好となる。
本発明は上述したGaAs−GaAlAs系に限らず、
InP−InGaAsP系GaAsSb−AlGaAsSb系等他の
材料にも適用することができる。
InP−InGaAsP系GaAsSb−AlGaAsSb系等他の
材料にも適用することができる。
第１図はVSISレーザの基本構成を示す断面図
である。第２図は活性層が湾曲したVSISレーザ
の断面図である。第３図は本発明の１実施例を示
す半導体レーザ素子の要部断面図である。 １……Ｐ−GaAs基板、２……ｎ−GaAs電流
阻止層、３，９……Ｐ−Ga1-yAlyAsクラツド
層、４……Ｐ又はｎ−Ga1-xAlxAs活性層、５…
…ｎ−Ga1-yAlyAsクラツド層、６……ｎ−
GaAsキヤツプ層、７……Ｖ字形溝、８……Ｐ−
Ga1-zAlzAs溝埋込み層。
である。第２図は活性層が湾曲したVSISレーザ
の断面図である。第３図は本発明の１実施例を示
す半導体レーザ素子の要部断面図である。 １……Ｐ−GaAs基板、２……ｎ−GaAs電流
阻止層、３，９……Ｐ−Ga1-yAlyAsクラツド
層、４……Ｐ又はｎ−Ga1-xAlxAs活性層、５…
…ｎ−Ga1-yAlyAsクラツド層、６……ｎ−
GaAsキヤツプ層、７……Ｖ字形溝、８……Ｐ−
Ga1-zAlzAs溝埋込み層。
Claims (1)
- １ 基板上に形成された電流阻止層に、前期基板
に至る電流通路となる溝を加工して結晶成長用基
板とし、該結晶成長用基板上に、第１のクラツド
層、活性層及び第２のクラツド層を順次液相エピ
タキシヤル成長法で連続成長させてなる半導体レ
ーザ素子の製造方法において、前記結晶成長用基
板上に、該結晶成長用基板の溝を埋めるMgの添
加量の小なる溝埋込み層を成長させて後に、該溝
埋込み層を覆い、前記活性層のキヤリアを塞ぎ止
めるMgの添加量の大なる前記第１のクラツド層
を成長させることを特徴とする半導体レーザ素子
の製造方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8325184A JPS60225490A (ja) | 1984-04-24 | 1984-04-24 | 半導体レーザ素子の製造方法 |
| DE90118783T DE3587702T2 (de) | 1984-04-24 | 1985-04-23 | Halbleiterlaser. |
| EP85302819A EP0160490B1 (en) | 1984-04-24 | 1985-04-23 | A semiconductor laser |
| US06/726,356 US4792960A (en) | 1984-04-24 | 1985-04-23 | Semiconductor laser |
| EP90118783A EP0412582B1 (en) | 1984-04-24 | 1985-04-23 | A semiconductor laser |
| DE8585302819T DE3586293T2 (de) | 1984-04-24 | 1985-04-23 | Halbleiterlaser. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8325184A JPS60225490A (ja) | 1984-04-24 | 1984-04-24 | 半導体レーザ素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60225490A JPS60225490A (ja) | 1985-11-09 |
| JPH0564478B2 true JPH0564478B2 (ja) | 1993-09-14 |
Family
ID=13797113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8325184A Granted JPS60225490A (ja) | 1984-04-24 | 1984-04-24 | 半導体レーザ素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60225490A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58115877A (ja) * | 1981-12-28 | 1983-07-09 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
-
1984
- 1984-04-24 JP JP8325184A patent/JPS60225490A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60225490A (ja) | 1985-11-09 |
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