JPH067632B2 - 半導体レ−ザの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は低しきい値電流及び安定な横基本モードで発
振するＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ半導体レーザを液相エピ
タキシャル成長法を用いて製造する方法に関する。

（従来の技術） このような液相エピタキシャル成長法を用いた従来のＧ
ａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ半導体レーザの製造方法は文献
（「アプライド フィジクス レターズ（Appl.Phys.Le
tt.）」45（３）(1984)，ｐ282〜283）に開示されてお
り、これにつき第２図を参照して説明する。

従来においては、第２図に示すように、基板表面が（１
００）面であるｐ−ＩｎＰ基板10を液相エピタキシャル
成長炉に入れ、この基板10の上側表面10a上に、先ず、
ｐ−ＩｎＰバッファ層11、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層1
2、ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層13の三層を順次に成長さ
せる。

次に、このウエハを成長炉から取り出し、通常のフォト
リソ及び化学エッチング工程を用いて、このｐ−ＩｎＰ
電流ブロック層13の表面からバッファ層11に達する深さ
に、ストライプ方向が［０１１］方向に延在しかつスト
ライプ方向に直交する断面形状がＶ字状のいわゆるＶ溝
14を形成する。

次に二回目の液相エピタキシャル成長を行ってＶ溝付き
ウエハ上にｐ−ＩｎＰ下側クラッド層15、ＧａＩｎＡｓ
Ｐ活性層16及びｎ−ＩｎＰ上側クラッド層17の三層を順
次に成長させる。

次いで、図には示していないが、基板10の下面10b及び
上側クラッド層17上に＋及び−のオーミック電極を夫々
形成する。

これら電極間に電圧を印加して電流を注入させると、ｎ
型電流ブロック層12及びｐ型電流ブロック層13との間の
界面が逆バイアスとなるため、Ｖ溝14内の上下のクラッ
ド層15、17及び活性層16の部分に電流が効率良く集中し
て流れ、Ｖ溝14以外の領域には電流が流れない。従っ
て、この半導体レーザ素子は低しきい値電流で発振す
る。

また、Ｖ溝14の二つの傾斜面間のＧａＩｎＡｓＰ活性層
16の幅を例えば約１．７μｍ以下にすると、安定な基本
横モード発振をするようになる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述した従来の製造方法によれば、主と
して電流ブロック層を成長させるための液相エピタキシ
ャル成長工程と、主として活性層及びクラッド層を成長
させるための液相エピタキシャル成長工程との二回の成
長が必要であり、その間にウエハを一旦成長炉外へ取り
出してＶ溝をエッチング形成するので、この二回の成長
の界面が劣化され易いという問題点があった。

さらに、二回の成長工程のため歩留まりが悪いという問
題点があった。

この発明の目的は、このような従来の欠点を除去するた
め、一回の連続した液相エピタキシャル成長で、低しき
い値電流でしかも安定化した横基本モードで発振出来る
屈折率導波構造の半導体レーザを製造する方法を提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明によれば ＩｎＰ基板の（１００）面から（１１１）Ａ面を側面と
する溝を形成する工程と、 この溝付きＩｎＰ基板上に成長速度の面方位依存性を利
用した電流ブロック層の成長と、これに続くＧａＩｎＡ
ｓＰバッファ層、ＩｎＰ下側クラッド層、ＧａＩｎＡｓ
Ｐ活性層、ＧａＩｎＡｓＰ光導波層及びＩｎＰ上側クラ
ッド層の成長とを、一回の液相エピタキシャル成長で連
続して行う工程と、 この上側クラッド層をエッチングして上述のの上側部分
に残存した上側クラッド層部分から成るリッジ部を形成
する工程と を含むことを特徴とするものである。

（作用） このように構成すれば、基板に溝を形成した後は一回の
液相エピタキシャル成長工程によって電流ブロック層及
び下側クラッドから上側クラッド層までの各層を成長さ
せることが出来るので、この発明で得られた半導体レー
ザは従来のような劣化し易い界面を有しない。

さらに、この半導体レーザを一回の液相エピタキシャル
成長で形成するので、従来よりも製造歩留まりが良い。

さらに、活性層上に光導波路を設け、その上側の上側ク
ラッド層をエッチングして少なくとも溝の上方にストラ
イプ状のリッジ部を残存させた構造とするので、得られ
たレーザは屈折率差を付けた屈折率導波型構造となり、
安定な横基本モード発振が得られる。

さらに、内部電流ブロック層を具えるので、電流注入効
率が上り、よって低しきい値電流発振が可能となる。

（実施例） 以下、第１図(A)〜(C)を参照しながらこの発明の半導体
レーザの製造方法の一実施例につき説明する。尚、図は
製造工程中の主要工程段階でのウエハ構造を概略的に示
す図であり、従って、各構成成分の形状、寸法及び配置
関係は図示例及び以下の説明にのみ限定されるものでな
いことを理解されたい。

第１図(Ａ)は溝付きＩｎＰ半導体基板を示す斜視図で、
(Ｂ)及び(Ｃ)はレーザの劈開面またはこの劈開面と平行
な面での断面で夫々示す。また、図中、断面を表わすハ
ッチングを省略して示してある。

先ず、ｐ−ＩｎＰ基板10の上側表面10aである（１０
０）面に［０１］方向のストライプ溝20をエッチング
形成する。このエッチングはＩｎＰ材料に対して通常の
適切なエッチャントを用いて行うことが出来る。この溝
20の側面は（１１１）Ａ面（Ｉｎ原子で構成された面）
となっており、その深さを例えば基板面10aから０．２
μｍ程度とし、基板面10aでの幅を１．５μｍ程度とす
る。

次に、この溝20付きの基板10を液相エピタキシャル成長
炉中に入れ、一回の液相エピタキシャル成長で、ｎ−Ｉ
ｎＰ電流ブロック層21、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰバッファ層
22、ｐ−ＩｎＰ下側クラッド層23、ＧａＩｎＡｓＰ活性
層24、ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光導波炉層25及びｎ−ＩｎＰ
上側クラッド層26の六層を順次に成長させて第１図(Ｂ)
に示すようなウエハ構造を得る。

この場合のエピタキシャル成長は６００℃程度の低温で
行う。従って、基板10の溝20の内部においてはＩｎＰ成
長時に核の発生が困難であるため、この溝20内にはＩｎ
Ｐは全く成長しない。従って、ＩｎＰ電流ブロック層21
は成長速度の面方位依存性により、溝20外の基板面10a
上にのみ成長して形成される。

この電流ブロック層21に続いて成長させるバッファ層22
のためのＧａＩｎＡｓＰは溝20内でも核が発生し易く、
従って、成長が可能である。このＧａＩｎＡｓＰのバッ
ファ層22を電流ブロック層21に続いて成長させることに
よって、このバッファ層22以降の各層23〜26を基板面10
aの上側の全面上に成長させることが可能である。この
場合、バッファ層22の成長の際、溝20の内部での方が溝
20の外部よりも速く埋っていくように成長するが、どの
ような厚みに成長したとしても、基板面上の全面に成長
していれば良い。

また、このエピタキシャル成長工程において、ＧａＩｎ
ＡｓＰ活性層24上にＧａＩｎＡｓＰ光導波路層25を成長
させ、その上側にＩｎＰ上側クラッド層26を成長させて
いる。この光導波路層25の組成は、バンドギャップ幅
（禁制帯幅：Ｅｇ）が活性層24のバンドギャップ幅より
も大きく、上側クラッド層26のバンドギャップ幅と同一
かそれよりも小さく設定するのが好適である。また、こ
の光導波路層25の厚みを０．３μｍ程度とするのが好適
であるが、この層25の組成により多少変化する。

このようにして、各液相エピタキシャル成長層21〜26を
溝20付き基板10上に一回の工程で形成した後、これら層
を有するウエハを成長炉から取り出し、上側クラッド層
26の部分的エッチングを行って第１図(Ｃ)に示すよう
に、少なくとも溝20の上側にクラッド層26の残存部分か
らなるストライプ状のリッジ部27を形成する。このエッ
チングは通常の方法で行うことが出来る。図示例では、
ストライプ状溝20の両側の上側クラッド層26の部分をエ
ッチングし、溝20の上側及び基板面の両端部側の上側ク
ラッド層26の部分を残存させてリッジ部27を形成した構
造となっている。

溝20の上方のリッジ部27の幅を、安定な横基本モードを
得るようにするため、２〜３μｍ以下とするのが良い。

このようにリッジ部27を形成すると、光導波路層25はリ
ッジ部27のある部分と無い部分とでは屈折率差が異なる
ため、レーザは屈折率導波型構造となる。

このように形成した溝20の上側のリッジ部27及び基板10
の下面10b上に図示せずもオーミック電極をそれぞれ被
着形成し、半導体レーザを完成する。

このようにして得られた半導体レーザの両電極間に適切
な電圧を印加して注入電流を流すと、電流ブロック層21
が電流狭窄層として作用し、これがため、電流は溝部分
にのみ効率良く集中して流れ、横モード閉込めも可能と
成り、また、光導波路層25によりレーザ光は溝内部に閉
込められ基本横モードの安定化が図られる。

尚、この発明は上述した実施例にのみ限定されるもので
はない。例えば基板及び各エピタキシャル層の導電型を
全部反転させた構造のものでも良い。

また、液相エピタキシャル成長及びエッチングの条件は
通常の条件で良く、また、各層の寸法、形状の制御も設
計に応じて適切に行える。

（発明の効果） 上述したこの発明の半導体レーザの製造方法によれば、
一旦、基板を成長炉中に入れた後、この基板をその上側
に所要の各レーザ層の全てが液相エピタキシャル成長し
終るまで成長炉の外へ取り出さないという、一回の液相
エピタキシャル成長工程において、液相エピタキシャル
成長の面方位依存性を利用して電流ブロック層を形成す
ることが出来る。従って、従来のような成長層間の界面
での劣化が生じる恐れが著しく低減する。また、内部電
流ブロック層を有したレーザ構造となるので、低しきい
値電流発振が期待出来る。

さらに、光導波路層を設け、その上側にクラッド層でリ
ッジ部を形成すので、レーザが屈折率導波構造となり、
安定な横基本モード発振で発振が可能となる。

さらに、一回の液相エピタキシャル成長工程で各相を成
長させるので、製造が簡単で、時間が掛らず、製造歩留
りがよいという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図(Ａ)〜(Ｃ)はこの発明の半導体レーザの製造方法
の実施例を説明するための製造工程図、 第２図は従来の半導体レーザの製造工程を説明するため
の断面図である。 10…ｐ−ＩｎＰ基板 10a…基板の上側表面、 10b…基板の下面 20…溝 21…ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層 22…ｐ−ＧａＩｎＡｓＰバッファ層 23…ｐ−ＩｎＰ下側クラッド層 24…ＧａＩｎＡｓＰ活性層 25…ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ光導波路層 26…ｎ−ＩｎＰ上側クラッド層 27…リッジ部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ半導体レーザを液
   相エピタキシャル成長法を用いて製造するに当り、 ＩｎＰ基板の（１００）面から（１１１）Ａ面を側面と
   する溝を形成する工程と、 該溝付きＩｎＰ基板上に成長速度の面方位依存性を利用
   した電流ブロック層の成長と、これに続くＧａＩｎＡｓ
   Ｐバッファ層、ＩｎＰ下側クラッド層、ＧａＩｎＡｓＰ
   活性層、ＧａＩｎＡｓＰ光導波及びＩｎＰ上側クラッド
   層の成長とを、一回の液相エピタキシャル成長で連続し
   て行う工程と、 前記上側クラッド層をエッチングして前記溝の上側部分
   に残存した上側クラッド層部分から成るリッジ部を形成
   する工程と を含むことを特徴とする半導体レーザの製造方法。