JPH0724320B2 - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
半導体レーザおよびその製造方法Info
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- JPH0724320B2 JPH0724320B2 JP1033941A JP3394189A JPH0724320B2 JP H0724320 B2 JPH0724320 B2 JP H0724320B2 JP 1033941 A JP1033941 A JP 1033941A JP 3394189 A JP3394189 A JP 3394189A JP H0724320 B2 JPH0724320 B2 JP H0724320B2
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、横モード制御した半導体レーザに係り、特に
屈折率ガイドを再現性よく実現できる半導体レーザの構
造とその製造方法に関する。
屈折率ガイドを再現性よく実現できる半導体レーザの構
造とその製造方法に関する。
従来の技術 従来、半導体レーザとしては（AlGa）As系半導体レーザ
が知られている。この（AlGa）As系半導体レーザでは、
内部狭窄チャンネルストライプ構造が低しきい値化、横
モード制御を実現するのに有効であるとされている。
が知られている。この（AlGa）As系半導体レーザでは、
内部狭窄チャンネルストライプ構造が低しきい値化、横
モード制御を実現するのに有効であるとされている。
第３図は従来例による内部狭窄チャンネルストライプ構
造の（AlGa）As系半導体レーザの断面図である。図にお
いて、１はｎ型GaAs基板であり、この上に第１回目の成
長により下側クラッド層としてｎ型Alx′Ga1-x′Asクラ
ッド層２、活性層としてｐ型Aly′Ga1-y′As層３、上側
クラッド層の一部分を構成するｐ型Alx″Ga1-x″As第一
クラッド層４及び電流狭窄層としてｎ型GaAs層５を例え
ば液相エピタキシャル成長法（LPE法）で順次積層す
る。次にｐ型Alx″Ga1-x″As第一クラッド層４の厚みを
光閉じ込め機能を持たないような膜厚、例えば0.3μｍ
程度残して、ｎ型GaAs層５上からストライプ状にエッチ
オフして溝６を形成する。
造の（AlGa）As系半導体レーザの断面図である。図にお
いて、１はｎ型GaAs基板であり、この上に第１回目の成
長により下側クラッド層としてｎ型Alx′Ga1-x′Asクラ
ッド層２、活性層としてｐ型Aly′Ga1-y′As層３、上側
クラッド層の一部分を構成するｐ型Alx″Ga1-x″As第一
クラッド層４及び電流狭窄層としてｎ型GaAs層５を例え
ば液相エピタキシャル成長法（LPE法）で順次積層す
る。次にｐ型Alx″Ga1-x″As第一クラッド層４の厚みを
光閉じ込め機能を持たないような膜厚、例えば0.3μｍ
程度残して、ｎ型GaAs層５上からストライプ状にエッチ
オフして溝６を形成する。
次に、２回目の成長により、溝６を覆って上部クラッド
層を構成するｐ型AlzGa1-zAs第二クラッド層7,コンタク
ト層としてｐ型GaAsコンタクト層８を有機金属気相成長
法（MOVPE法）で順次積層する。
層を構成するｐ型AlzGa1-zAs第二クラッド層7,コンタク
ト層としてｐ型GaAsコンタクト層８を有機金属気相成長
法（MOVPE法）で順次積層する。
以上のように形成された積層構造のp,n側にそれぞれ電
極を被着し、半導体レーザが構成される。
極を被着し、半導体レーザが構成される。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような構造では、ｐ型Alx″Ga1-x″
As第一クラッド層４をエッチオフする際、極めて薄い層
を残すようにエッチング制御しなければならず、残った
層の膜厚のバラツキが大きく、半導体レーザ特性の再現
性が乏しいという問題があった。
As第一クラッド層４をエッチオフする際、極めて薄い層
を残すようにエッチング制御しなければならず、残った
層の膜厚のバラツキが大きく、半導体レーザ特性の再現
性が乏しいという問題があった。
また、一般にAl化合物は、結晶表面が酸化されやすい性
質を持ち、発振波長の短い半導体レーザを形成する場合
にAl組成比を大きくする必要があり、ｐ型Alx″Ga1-x″
As第一クラッド層４のAl組成比ｘ″がｘ″＞0.4とする
と表面に酸化膜が形成され易く、再成長界面に結晶欠陥
が導入され半導体レーザの特性低下をもたらすという問
題もあった。
質を持ち、発振波長の短い半導体レーザを形成する場合
にAl組成比を大きくする必要があり、ｐ型Alx″Ga1-x″
As第一クラッド層４のAl組成比ｘ″がｘ″＞0.4とする
と表面に酸化膜が形成され易く、再成長界面に結晶欠陥
が導入され半導体レーザの特性低下をもたらすという問
題もあった。
そこで、本発明の目的は、上記の問題点を同時に解決
し、いかなる発振波長においても（発振可能領域におい
て）特性およびその再現性と信頼性を確実に向上させる
ことが出来る構造の横モード制御した半導体レーザおよ
びその製造方法を提供することにある。
し、いかなる発振波長においても（発振可能領域におい
て）特性およびその再現性と信頼性を確実に向上させる
ことが出来る構造の横モード制御した半導体レーザおよ
びその製造方法を提供することにある。
課題を解決するための手段 本発明の半導体レーザは、GaAs基板上に、（AlGa）As層
を用いた下側クラッド層、活性層と上側第一クラッド層
からなるダブルヘテロ構造と、（AlGaIn）Ｐ層よりなる
酸化防止層および酸化防止層よりAl組成比の大なる内部
電流狭窄層を有する層構造とすることにある。
を用いた下側クラッド層、活性層と上側第一クラッド層
からなるダブルヘテロ構造と、（AlGaIn）Ｐ層よりなる
酸化防止層および酸化防止層よりAl組成比の大なる内部
電流狭窄層を有する層構造とすることにある。
本発明の半導体レーザの製造方法は、GaAs基板上に（Al
Ga）As層を用いた下側クラッド層、活性層と上側第一ク
ラッド層からなるダブルヘテロ構造と（AlGaIn）Ｐ層よ
りなる酸化防止層および酸化防止層よりAl組成の大なる
内部電流狭窄層を順次積層する第１の結晶成長工程と、
（AlGaIn）Ｐ酸化防止層が露出するように溝を形成する
工程と、リン雰囲気中で表面のサーマルクリーニングを
行う工程と、（AlGaIn）Ｐ酸化防止層を覆って少なくと
も（AlGa）As層を用いた上側第二クラッド層を形成する
第２の結晶成長工程を含むものである。
Ga）As層を用いた下側クラッド層、活性層と上側第一ク
ラッド層からなるダブルヘテロ構造と（AlGaIn）Ｐ層よ
りなる酸化防止層および酸化防止層よりAl組成の大なる
内部電流狭窄層を順次積層する第１の結晶成長工程と、
（AlGaIn）Ｐ酸化防止層が露出するように溝を形成する
工程と、リン雰囲気中で表面のサーマルクリーニングを
行う工程と、（AlGaIn）Ｐ酸化防止層を覆って少なくと
も（AlGa）As層を用いた上側第二クラッド層を形成する
第２の結晶成長工程を含むものである。
作用 （AlGaIn）Ｐ系混晶はGaAs基板に格子整合する材料の中
で最も大きい禁制帯幅を持ち、その中で最も禁制帯幅の
小さい（GaIn）Ｐでも1.86eVであり、（AlGa）As系半導
体レーザの発振可能な波長領域のAlGaAs活性層のそれよ
り大きい。よって本発明の構成によれば、発振可能な波
長領域であれば（AlGaIn）Ｐ酸化防止層での光吸収は起
らないし、（AlGaIn）Ｐ内部電流狭窄層は、（AlGa）As
第一クラッド層より禁制帯幅が大きく、屈折率を小さく
することができ、従って屈折率ガイドの安定な横モード
制御した（AlGa）As系半導体レーザの提供が可能とな
る。
で最も大きい禁制帯幅を持ち、その中で最も禁制帯幅の
小さい（GaIn）Ｐでも1.86eVであり、（AlGa）As系半導
体レーザの発振可能な波長領域のAlGaAs活性層のそれよ
り大きい。よって本発明の構成によれば、発振可能な波
長領域であれば（AlGaIn）Ｐ酸化防止層での光吸収は起
らないし、（AlGaIn）Ｐ内部電流狭窄層は、（AlGa）As
第一クラッド層より禁制帯幅が大きく、屈折率を小さく
することができ、従って屈折率ガイドの安定な横モード
制御した（AlGa）As系半導体レーザの提供が可能とな
る。
また、（AlGaIn）Ｐ混晶ではAl組成比が0.35以下では、
その酸化性を十分抑制して結晶欠陥の少ない再成長界面
を形成することができる。さらに（GaIn）Ｐと（AlGaI
n）Ｐはお互い選択エッチング性を持っている。よって
本発明の製造方法によれば、（AlGaIn）Ｐ酸化防止層表
面でエッチングは停止し、Al組成比の大きいAlGaAs第一
クラッド層表面が露出することなく再成長界面での結晶
欠陥の発生は抑制できる。また、屈折率ガイドの（AlG
a）As系半導体レーザを形成する場合、最も重要な（AlG
a）As第一クラッド層の膜厚は成長条件の制御だけであ
り、従来例のエッチング制御に比べて極めて容易に正確
に制御でき、屈折率ガイドを再現性よく形成できる。
その酸化性を十分抑制して結晶欠陥の少ない再成長界面
を形成することができる。さらに（GaIn）Ｐと（AlGaI
n）Ｐはお互い選択エッチング性を持っている。よって
本発明の製造方法によれば、（AlGaIn）Ｐ酸化防止層表
面でエッチングは停止し、Al組成比の大きいAlGaAs第一
クラッド層表面が露出することなく再成長界面での結晶
欠陥の発生は抑制できる。また、屈折率ガイドの（AlG
a）As系半導体レーザを形成する場合、最も重要な（AlG
a）As第一クラッド層の膜厚は成長条件の制御だけであ
り、従来例のエッチング制御に比べて極めて容易に正確
に制御でき、屈折率ガイドを再現性よく形成できる。
実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の半導体レーザの一実施例を示す構造断
面図である。
面図である。
この実施例は、ｎ型GaAs基板１上に下側クラッド層とし
てｎ型Alx′Ga1-x′Asクラッド層２（１μm,x′＝0.
5）、活性層としてｐ型Aly′Ga1-y′As活性層３（0.1μ
m,y′＝0.1）、上側クラッド層の一部を構成するｐ型Al
x″Ga1-x″As第一クラッド層４（0.3μm,x″＝0.4）、
からなるダブルヘテロ構造とこのダブルヘテロ構造の表
面に形成された酸化防止層としてｐ型AlxGa0.5-xIn0.5P
酸化防止層９（0.05μm,x＝０）、と内部電流狭窄層と
してｎ型AlyGa0.5-yIn0.5P内部電流狭窄層10（0.5μm,y
＝0.2）を有している。７は上側クラッド層の一部を構
成するｐ型AlzGa1-zAs第二クラッド層（２μm,z＝0.
5）、８はコンタクト層としてのｐ型GaAsコンタクト層
（１μｍ）であり、溝６を覆って形成されている。
てｎ型Alx′Ga1-x′Asクラッド層２（１μm,x′＝0.
5）、活性層としてｐ型Aly′Ga1-y′As活性層３（0.1μ
m,y′＝0.1）、上側クラッド層の一部を構成するｐ型Al
x″Ga1-x″As第一クラッド層４（0.3μm,x″＝0.4）、
からなるダブルヘテロ構造とこのダブルヘテロ構造の表
面に形成された酸化防止層としてｐ型AlxGa0.5-xIn0.5P
酸化防止層９（0.05μm,x＝０）、と内部電流狭窄層と
してｎ型AlyGa0.5-yIn0.5P内部電流狭窄層10（0.5μm,y
＝0.2）を有している。７は上側クラッド層の一部を構
成するｐ型AlzGa1-zAs第二クラッド層（２μm,z＝0.
5）、８はコンタクト層としてのｐ型GaAsコンタクト層
（１μｍ）であり、溝６を覆って形成されている。
この実施例の半導体レーザにおいて、ｐ型Alx″Ga1-x″
As第一クラッド層４は光閉じ込め機能を持たないよう0.
3μｍに精密に膜厚制御されている。
As第一クラッド層４は光閉じ込め機能を持たないよう0.
3μｍに精密に膜厚制御されている。
この実施例の半導体レーザにおいて、ｐ型AlxGa0.5-xIn
0.5P酸化防止層９での光吸収は起らず、ｎ型AlyGa0.5-y
In0.5P内部電流狭窄層10の屈折率はｐ型Alx″Ga1-x″As
第一クラッド層のそれより小さいので良好な屈折率ガイ
ドが形成でき、従って安定な横モード発振が可能とな
る。
0.5P酸化防止層９での光吸収は起らず、ｎ型AlyGa0.5-y
In0.5P内部電流狭窄層10の屈折率はｐ型Alx″Ga1-x″As
第一クラッド層のそれより小さいので良好な屈折率ガイ
ドが形成でき、従って安定な横モード発振が可能とな
る。
次に本発明の半導体レーザの製造方法について第２図の
半導体レーザの製造工程図に従って説明する。
半導体レーザの製造工程図に従って説明する。
MOVPE法を用いて、ｎ型GaAs基板１上に下側クラッド層
としてAlx′Ga1-x″Asクラッド層２（１μm,x′＝０・
４）、活性層としてｐ型Aly′Ga1-y′As活性層３（0.1
μm,y′＝0.1）、上側クラッド層の一部を構成するｐ型
Alx″Ga1-x″As第一クラッド層４（0.3μm,x″＝0.
5）、酸化防止層としてｐ型AlxGa0.5-xIn0.5P酸化防止
層９（0.05μm,x＝0.5）、と内部電流狭窄層としてｎ型
AlyGa0.5-yIn0.5P内部電流狭窄層10（0.5μm,y＝0.2）
を順次積層したａ。原料ガスとしてトリエチルガリウ
ム，トリメチルアルミニウム，トリメチルインジウム，
アルシン，ホスフィン,n型ドーパントとしてセレン化水
素、ｐ型ドーパントとしてジメチル亜鉛を用いた。成長
条件は700℃、炉内圧力は100Torrとした。
としてAlx′Ga1-x″Asクラッド層２（１μm,x′＝０・
４）、活性層としてｐ型Aly′Ga1-y′As活性層３（0.1
μm,y′＝0.1）、上側クラッド層の一部を構成するｐ型
Alx″Ga1-x″As第一クラッド層４（0.3μm,x″＝0.
5）、酸化防止層としてｐ型AlxGa0.5-xIn0.5P酸化防止
層９（0.05μm,x＝0.5）、と内部電流狭窄層としてｎ型
AlyGa0.5-yIn0.5P内部電流狭窄層10（0.5μm,y＝0.2）
を順次積層したａ。原料ガスとしてトリエチルガリウ
ム，トリメチルアルミニウム，トリメチルインジウム，
アルシン，ホスフィン,n型ドーパントとしてセレン化水
素、ｐ型ドーパントとしてジメチル亜鉛を用いた。成長
条件は700℃、炉内圧力は100Torrとした。
次に通常のフォトリソグラフィにより幅５μｍのストラ
イプ窓を形成し、硫酸（50℃）中でエッチングを行い、
溝６を形成した。硫酸（50℃）中ではエッチングの選択
性があり、Al0.2Ga0.3In0.5Pに比べGa0.5In0.5Pのエッ
チング速度は極めておそいことを利用すると、ほぼｐ型
AlxGa0.5-xIn0.5P酸化防止層９表面でエッチングは停止
する（ｂ）。この時、表面に露出しているのはｐ型AlxG
a0.5-xIn0.5P酸化防止層９とｎ型AlyGa0.5-yIn0.5P内部
電流狭窄層10であるので、MOVPE装置内でホスフィン雰
囲気でサーマルクリーニングを行う。この時の温度は65
0℃とした。サーマルクリーニングに引きつづき上側ク
ラッド層を構成するｐ型AlzGa1-zAs第二クラッド層７
（２μm,z＝0.5）、コンタクト層としてｐ型GaAs層８
（１μｍ）を順次積層した（ｃ）。最後に、p,n側にそ
れぞれ電極を被着し半導体レーザを構成した。
イプ窓を形成し、硫酸（50℃）中でエッチングを行い、
溝６を形成した。硫酸（50℃）中ではエッチングの選択
性があり、Al0.2Ga0.3In0.5Pに比べGa0.5In0.5Pのエッ
チング速度は極めておそいことを利用すると、ほぼｐ型
AlxGa0.5-xIn0.5P酸化防止層９表面でエッチングは停止
する（ｂ）。この時、表面に露出しているのはｐ型AlxG
a0.5-xIn0.5P酸化防止層９とｎ型AlyGa0.5-yIn0.5P内部
電流狭窄層10であるので、MOVPE装置内でホスフィン雰
囲気でサーマルクリーニングを行う。この時の温度は65
0℃とした。サーマルクリーニングに引きつづき上側ク
ラッド層を構成するｐ型AlzGa1-zAs第二クラッド層７
（２μm,z＝0.5）、コンタクト層としてｐ型GaAs層８
（１μｍ）を順次積層した（ｃ）。最後に、p,n側にそ
れぞれ電極を被着し半導体レーザを構成した。
この実施例の半導体レーザの製造方法によると、Ga0.5I
n0.5PとAl0.2Ga0.3In0.5Pのエッチングの選択性を利用
することにより、Al組成比の大きいｐ型Alx″Ga1-x″As
第一クラッド層４の表面が露出することはなく、エッチ
ングによる膜厚のばらつきはほとんどないので、再現性
良く信頼性の高い半導体レーザを製造できる。
n0.5PとAl0.2Ga0.3In0.5Pのエッチングの選択性を利用
することにより、Al組成比の大きいｐ型Alx″Ga1-x″As
第一クラッド層４の表面が露出することはなく、エッチ
ングによる膜厚のばらつきはほとんどないので、再現性
良く信頼性の高い半導体レーザを製造できる。
以上、実施例では活性層がAl0.1G0.9Asの半導体レーザ
について説明したがAlの組成比はいくらでもよく、活性
層が直接遷移領域のAl組成比においては十分適用でき
る。また、基板はｎ型GaAs基板を用いたが、ｐ型GaAs基
板を用いてもよく、その場合、他の層の導電型を対応し
て変えればよい。さらに、本発明はAlGaAs系量子井戸レ
ーザにも適用できる。
について説明したがAlの組成比はいくらでもよく、活性
層が直接遷移領域のAl組成比においては十分適用でき
る。また、基板はｎ型GaAs基板を用いたが、ｐ型GaAs基
板を用いてもよく、その場合、他の層の導電型を対応し
て変えればよい。さらに、本発明はAlGaAs系量子井戸レ
ーザにも適用できる。
発明の効果 上述した説明から明らかなように、本発明の半導体レー
ザの構造および製造方法により、再成長界面における結
晶欠陥の発生を抑制でき、エッチングによる膜厚制御が
容易であるため素子特性およびその再現性、信頼性の向
上をもたらす効果があり、実用上極めて有用である。
ザの構造および製造方法により、再成長界面における結
晶欠陥の発生を抑制でき、エッチングによる膜厚制御が
容易であるため素子特性およびその再現性、信頼性の向
上をもたらす効果があり、実用上極めて有用である。
第１図は本発明の半導体レーザの構造の一実施例を示す
断面図、第２図は本発明の半導体レーザの製造方法の一
実施例を説明するための工程図、第３図は従来の半導体
レーザの断面図である。 １……ｎ型GaAs基板、２……ｎ型Alx′Ga1-x′Asクラッ
ド層、３……ｐ型Aly′Ga1-y′As活性層、４……ｐ型Al
x″Ga1-x″As第一クラッド層、５……ｎ型GaAs層、６…
…溝、７……ｐ型AlzGa1-zAs第二クラッド層、８……ｐ
型GaAsコンタクト層、９……ｐ型AlxGa0.5-xIn0.5P酸化
防止層、10……ｎ型AlyGa0.5-yIn0.5P内部電流狭窄層。
断面図、第２図は本発明の半導体レーザの製造方法の一
実施例を説明するための工程図、第３図は従来の半導体
レーザの断面図である。 １……ｎ型GaAs基板、２……ｎ型Alx′Ga1-x′Asクラッ
ド層、３……ｐ型Aly′Ga1-y′As活性層、４……ｐ型Al
x″Ga1-x″As第一クラッド層、５……ｎ型GaAs層、６…
…溝、７……ｐ型AlzGa1-zAs第二クラッド層、８……ｐ
型GaAsコンタクト層、９……ｐ型AlxGa0.5-xIn0.5P酸化
防止層、10……ｎ型AlyGa0.5-yIn0.5P内部電流狭窄層。
Claims (2)
- 【請求項１】第１導電型GaAs基板上に、（AlGa）As層を
活性層とし、この活性層を組成比の異なる第１導電型
（AlGa）Asクラッド層および第２導電型（AlGa）As第一
クラッド層で挾んだダブルヘテロ構造を有し、前記活性
層の上側に第２導電型(AlxGaIn)P酸化防止層と第１導電
型(AlyGaIn)P内部電流狭窄層を有する（ここで、０≦ｘ
＜ｙ≦0.5）ことを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】第１導電型GaAs基板上に、（AlGa）As層を
活性層とし、該活性層を組成比の異なる第１導電型（Al
Ga）Asクラッド層および第２導電型（AlGa）As第一クラ
ッド層で挾んだダブルヘテロ構造と第２導電型(AlxGaI
n)P酸化防止層、第１導電型(AlyGaIn)P内部電流狭窄層
を順次形成する（ここで、０≦ｘ＜ｙ≦0.5）第１の結
晶成長工程と、前記第２導電型(AlxGaIn)P酸化防止層が
露出するよう溝を形成するエッチング工程と、リン雰囲
気中で表面のサーマルクリーニングを行う工程と、前記
第２導電型(AlxGaIn)P酸化防止層を覆って少なくとも第
２導電型（AlGa）As第二クラッド層を形成する第２の結
晶成長工程よりなることを特徴とする半導体レーザの製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1033941A JPH0724320B2 (ja) | 1989-02-14 | 1989-02-14 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1033941A JPH0724320B2 (ja) | 1989-02-14 | 1989-02-14 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02213181A JPH02213181A (ja) | 1990-08-24 |
| JPH0724320B2 true JPH0724320B2 (ja) | 1995-03-15 |
Family
ID=12400535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1033941A Expired - Lifetime JPH0724320B2 (ja) | 1989-02-14 | 1989-02-14 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0724320B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007250888A (ja) * | 2006-03-16 | 2007-09-27 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体素子の製造方法 |
-
1989
- 1989-02-14 JP JP1033941A patent/JPH0724320B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02213181A (ja) | 1990-08-24 |
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