JPH098401A

JPH098401A - 活性層領域幅の正確に規定された半導体レーザ及び半導体レーザ作製法

Info

Publication number: JPH098401A
Application number: JP17546695A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Miyazawa; 誠一宮澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-06-19
Filing date: 1995-06-19
Publication date: 1997-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】発振領域の精度、再現性が良く、同時に電流狭
窄構造をも作成できる半導体レーザの作製法およびその
製法に適した構造を持つ半導体レーザを提供する。【構成】選択成長法を用いて下地層３と異なる極性を持
った薄い層５を導入して、半導体レーザの活性領域幅の
正確な規定と、電流狭窄および光の閉じ込めを実現す
る。薄い層５上および露出した下地層３上には、下地層
３と同じ極性の半導体層６が連続形成される。この半導
体層６上に連続形成される活性層７は、電流集中領域に
対応した部分１１が横方向において薄い層５に挟まれる
様に積層される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は歩留まりの良い波長安定
半導体レーザ及びその作製法に関わる。

【０００２】

【従来技術】半導体レーザは光通信の主要構成部品とし
て精力的に検討されている。この構造の代表的なものと
しては、ＢＨ（ＢｕｒｉｅｄＨｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃ
ｔｕｒｅ）型レーザが挙げられる。ＢＨレーザ構造は、
電流および光の閉じ込めに優れ、高効率のレーザ構造で
ある。図５、図６および図７をもって説明する。図５は
従来例を示した図で、ＢＨ型の半導体レーザの構造図で
ある。図６および図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は工程図
である。図６および図７を用いて作製法を説明してい
く。

【０００３】図５において、１０１は基板であるところ
のｎ−ＧａＡｓである。この上に、１０２に示したクラ
ッド層であるｎ−ＡＩＧａＡｓを１．５μｍほど成長し
ている。続いて、１０３の活性層であるアンドープＧａ
Ａｓを０．１μｍ成長している。更に、ｌ０４の上部ク
ラッド層であるｐ−ＡｌＧａＡｓを２μｍ程度成長し
て、レーザの全体を一旦成長し、１回目の成長を終了す
る。この成長膜を、レーザ発振領域を制限する目的と電
流狭窄を図るために、液状エッチングかまたはドライエ
ッチングでエッチングして、図７（ａ）に示し‐た様に
成長膜を加工する。エッチングを行なう為に上部クラッ
ド層１０４上に１１０に示したＳｉＯ₂等に代表される
マスクを形成する。エッチングにより残される幅は、３
μｍ以下が望ましく、１０２のクラッドに達するまでエ
ッチングを行なう。この例では、エッチング深さは約
２．３μｍである。この後、図７（ｂ）に示したよう
に、１０５の電流ブロツク層であるｐ―ＡＩＧａＡｓを
形成する。そして最後に、図７（ｃ）に示した、１０６
の上部クラツド層であるｎ−ＡｌＧａＡｓを形成してレ
ーザ作製は終了する。最後に、ＳｉＯ₂を除去する。こ
の様に作製されたＢＨレーザは、電流ブロック層１０５
があるため活性領域１０３への電流閉じ込めも良く、ま
た１０６の上部クラッド層を再成長していることによる
光閉じ込めも良好であり、比較的良好な特性を持つ。

【０００４】しかしながら、このレーザ構造は作製上次
の様な問題点を抱えている。図７（ａ）において、エッ
チングにより発振領域である凸部を作製しているが、こ
の底面の幅１０９がエッチング条件により大きく変わ
る。ウエットエッチング、ドライエッチングの何れにお
いても縦方向のみではなく横方向へもエッチングが進
む。この結果、エッチングが縦方向に進むに比例してエ
ッチングの形状が変化してくる。この例では、マスク１
１０で規定した幅５．３μｍが徐々に狭くなり底面の幅
１０９では２μｍとかなり細くなった。

【０００５】また、以上の例と９０度異なった面方位で
エッチングして凸部を設けると、裾が広がつた台形がで
きる。この様に、エッチング法を用いるとマスクの幅が
そのまま活性層付近での幅になるとは限らない。つま
り、作製条件により活性領域１０３の幅が変化すること
を意味しており、レーザ駆動時の横モードの制御やしき
い電流の不安定性等が発生しやすくなり、歩留まりの低
下等をも招く。特に広い面積に渡り均等にエッチングす
ることは、面内での温度分布、エツチング液の濃度分布
が原因となり、不可能に近い。

【０００６】サイドエッチング量は表面からのエッチン
グ深さと比例関係にあり、エッチングする深さを小さく
すれば横方向のエッチング量も低下し、エッチング幅の
変化を考慮しなくてもよくなる。しかしながら、レーザ
光を縦方向で閉じ込めようとした場合は、少なくともク
ラッドが１．５μｍ以上あることが望ましく、あまり薄
くすることはレーザ特性に悪影響を与える。よって、サ
イドエッチングによる凸部幅の減少或は増加は、再現性
良く上記ＢＨ型のレーザを作製するためには避けられな
い本質的な問題となる。

【０００７】この他、横方向（サイド）エッチングの速
度が、先に述べた基板温度、エッチング液の組成の面内
濃度分布のみではなく、エッチングされる膜の膜構成
（ここではＡｌの組成）、また１１０に示したマスクの
面積とそれ以外の露出しているエッチング膜の面積比等
によっても変化する。これらのことから、２μｍ以上の
厚みをエッチングして活性領域を再現性良く作製するこ
とは困難で、安定的な作製法が望まれている。

【０００８】

【発明が解決しようとしている課題】以上述べた様に、
エッチングにより作成される凸部の幅がエッチングする
膜厚、エッチングの条件、下地膜の組成等により大きく
変化する為、発振領域を再現性良く作成することが困難
である。

【０００９】従って、本発明の目的は、エッチングを使
用せず、面内分布、堆積速度等の制御性の格段に良い成
長法を使用することにより、発振領域の精度、再現性が
良く、同時に電流狭窄構造をも作成できる半導体レーザ
の作製法およびその製法に適した構造を持つ半導体レー
ザを提供するものである。

【００１０】

【課題を解決する為の手段】上記目的を達成する為の本
発明の半導体レーザ作製法は、活性層を該活性層よりバ
ンドギャップの大きな層で鋏んでなる半導体レーザの作
製法において、第一の導電型を有する第一の半導体層上
に、該レーザの電流注入領域を避けて、第二の導電型を
有する第二の半導体層を選択的に形成する工程と、該第
二の導電型を有する第二の半導体層上および該露出した
第一の半導体層上に第一の導電型を有する第三の半導体
層を連続形成して積層する工程と、第三の半導体層上に
連続形成される活性層の形成において、電流集中領域に
対応した部分の活性層が横方向において該第二の半導体
層に挟まれる様に作製する工程とを含んでなることを特
徴とする。

【００１１】また、上記目的を達成する為の本発明の半
導体レーザは、活性層を該活性層よりバンドギャップの
大きな層で鋏んでなる半導体レーザにおいて、第一の導
電型を有する第一の半導体層上に、該レーザの電流注入
領域を避けて、選択的に形成された第二の導電型を有す
る第二の半導体層、該第二の導電型を有する第二の半導
体層上および該露出した第一の半導体層上に連続形成し
て積層された第一の導電型を有する第三の半導体層、お
よび該第三の半導体層全面上に連続形成され、電流集中
領域に対応した部分が該第二の半導体層に挟まれる様に
該第一の半導体層側に落ち込んでいる活性層を含んでな
ることを特徴とする。

【００１２】より具体的には、第二の半導体層の膜厚が
０．５μｍ以下である。少なくとも半導体レーザの半導
体層にＶ族元素ＡｓまたはＰ（リン）を含んでいる。半
導体成長法がＭＢＥ法、または、一部または、全部がガ
ス状の供給原料により半導体層を形成する方法である。
また、第二の半導体層を選択的に形成する工程はグレー
ティング上に行なわれる。

【００１３】本発明の方法では、絶縁膜たとえばＳｉＯ
₂上には半導体膜が成長しにくく半導体膜上では成長す
るという特性、所謂選択成長を利用してレーザを作製す
る。本発明に使用される成長法の成長速度は、０．ｌｎ
ｍ／ｓからｌｎｍ／ｓと比較的ゆっくりしているため、
制御性が良く、さらに成長膜厚を制限することにより横
方向の成長が制限でき、所望の幅を持った発振領域を設
定できる点にある。また、該活性層幅を決定する半導体
層を用いて、同時に電流の狭窄および光の閉じ込めを実
現した構成となっている。

【００１４】

【実施例１】本発明の成長法を用いた半導体レーザの作
製法の第１の実施例を、図１をもって示す。１は、基板
であるところのｎ−ＧａＡｓである。２は、バッファ層
であるＳｉドープＧａＡｓ（厚さ０．５μｍ）である。
３は、クラッド層であるＳｉドープＡＩＧａＡｓ（厚さ
ｌ．０μｍ）である。この時点で成長を一旦停止する
（図１（ａ））。この停止した成長膜上に、４で示した
絶縁層であるＳｉＯ₂を膜厚１０Ｏｎｍで形成する。こ
の、ＳｉＯ₂絶縁層４の幅は、３μｍとしている（図１
（ｂ））。ここで、ＩＩＩ族にトリエチルガリウム、ト
リメチルアルミニウム、Ｖ族にアルシンを使用した有機
金属成長法においてＡｌＧａＡｓ膜を選択成長する。基
板温度は６００°Ｃとし、ＡＩＧａＡｓの成長速度は、
０．５μｍ／ｈとなっている。この条件下で、５に示し
た電流狭窄も兼ねたＢｅドープＡＩＧａＡｓを０．３μ
ｍ成長した。膜厚を０．３μｍにした理由としては、選
択成長膜を厚くすると徐々に成長膜がＳｉＯ₂膜４から
遠ざかる横方向の引っ込み成長が観測されるからであ
る。ｌμｍ積層した場合、横方向の引っ込みは約０．７
μｍ程度となる。ここでは、０．３μｍ成長したため横
方向に０．２１μｍづつ引っ込み、活性層幅は３．４μ
ｍ程度に制限できた。よって、ＳｉＯ₂で覆われた層４
の幅がほぼ変化なく保たれたまま成長が終了する（図１
（ｃ））。この後、ＳｉＯ₂膜４はウエットエッチング
等で取り除かれる。取り除いた形を図２（ａ）に示す。

【００１５】この後、レーザの活性層等の上部層を形成
する。図２（ｂ）において、電流狭窄層５を成長し終え
た後に、まず６に示す下部クラッド層の残りを０．１５
μｍ成長する。下部クラッド層６は、電流の中央部への
集中を良くする為に、とぎれることなく連続形成されて
いる。続いて、７の活性層であるアンドープＧａＡｓを
０．１μｍ形成した。更に、８の上部クラッド層である
ＢｅドープＡＩＧａＡｓをｌ．５μｍ成長し、最後にＢ
ｅドープＧａＡｓ９を０．５μｍ成長して成長を終わ
る。５の電流ブロック層がある領域では、垂直方向で、
６のｎ‐ＡｌＧａＡｓと５のｐ―ＡＩＧａＡｓと３のｎ
−ＡＩＧａＡｓでＮＰＮが形成されるため、電流は流れ
ず、電流は中央部に集中し符号１０で示す様に流れる。

【００１６】この成長法の特徴は、ＳｉＯ₂層４により
規定された領域には電流ブロック層５の成長が起こらな
いため、ＳｉＯ₂マスク４を精度良く形成しておけば、
電流の流れる活性層領域１１の幅の正確なレーザを作製
することができる。電流の閉じ込めは電流ブロック層５
があるために可能になり、また中央の活性層領域１１の
両サイドに電流ブロック層５のＡｌＧａＡｓがあるた
め、屈折率が中央で大きくなって光が中央に閉じ込めら
れる。こうして、精度の良い活性層７を実現すると共
に、電流の閉じ込めと光の閉じ込めを同時に実現する構
成となっている。このレーザのもう一つの特徴として
は、電流ブロック層５の組成を選択することにより活性
層７の積層方向と横方向で同等の屈折率差を形成するこ
とができ、近視野像が丸いビームを得ることが可能とな
る。この様に、選択成長を応用することにより、活性層
領域１１を正確に作製すると同時に、電流閉じ込め、光
閉じ込めに優れた特性をもったレーザを作製できる。本
実施例の半導体レーザはファブリ−ペロ型レーザとして
動作する。

【００１７】選択成長法としてはもう一つの方法があ
る。即ち、符号５で示した周辺部分にＳｉＯ₂膜を設置
し、符号４に対応した部分に最初に電流注入部を形成す
る方法である。この方法もＢＨタイプの‐レーザの作成
法である。しかし、細い領域にｌμｍ以上の厚さで成長
すると、多くの場合、基板に対して斜めのファセットが
発生し、成長した断面形状が三角形であったり、台形状
に変化したりする。よって、垂直な面を持った凸部を得
ることは困難であり、工程上、電流注入領域をあらかじ
め形成しておくことは、安定にレーザを作製する上で適
切な成長法ではない。よって、本方法では、電流注入領
域を後で形成することとしている。

【００１８】本成長法における基板の面方位依存につい
て記述する。本方法では、上に示したように５の電流狭
窄層を薄くすることに注意を払っている。この結果、４
の領域に接する５の成長層のエッジには、ファセットが
発生しにくく、また発生したとしても再成長に支障のな
い程度の大きさになる。この点においても、５の電流狭
窄層を薄くすることは重要である。

【００１９】

【実施例２】図３は第２の実施例について説明したもの
である。本実施例の第１の実施例との違いは、クレーテ
ィングを有するレーザ構造になっていることである。２
１は基板であるところのｎ−ＩｎＰである。この上に２
２、２３のＳｉドープＩｎＰを０．５μｍ、１．５μｍ
ずつ成長している。この後、層２３上に干渉露光法を用
いて２４のグレーティングを作製する。その周期は２４
０ｎｍとしている。次に、選択成長をするためにＳｉＮ
₄を形成した。図３（ｃ）において、２４はグレーティ
ングを示している。このグレーティング２４上に誘電体
層であるＳｉＮ₄２５を形成した。誘電体層２５の幅は
２．５μｍである。

【００２０】図４（ａ）において、この誘電体層２５を
用いて、２６のＢｅドープＩｎＰの選択成長を行つてい
る。ＢｅドープＩｎＰ層２６の層厚は０．５μｍとして
いる。ここで、層２６を一面に成長し、成長後にエッチ
ングで抜く方法が考えられるが、この時、下地のグレー
ティング２４まで荒らしてしまうことが多々あり、グレ
ーティングがある場合はエッチング法は適した方法では
ない。この点でも選択成長法は優位な方法である。

【００２１】層２６を選択成長した後、誘電体膜２５を
除去後（ここで使われるエッチャントではグレーティン
グ２４までは荒らされない）、この上に活性層、上部ク
ラッド層を成長していく。２７は光閉じ込め層であるＳ
ｉドープＩｎＧａＡｓＰであり、１．１５μｍ帯の波長
に合うように形成している。２８は活性層である多重量
子井戸層である。この構成は、Ｉｎ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓの
活性層（厚さ５ｎｍ）と波長１．３μｍ帯に一致するア
ンドープＩｎＧａＡｓＰのバリア（厚さ２００ｎｍ）と
の組み合わせを５周期形成して成っている。２９は、上
部クラッド層であるＢｅドープＩｎＰで１．５μｍ厚と
した。そして、最後に、３０のＢｅドープＩｎＧａＡｓ
Ｐを形成して終了する。電流の閉じ込めは、第１の実施
例で説明したと同様に、ｎ領域中に層２６のｐ領域があ
るためＮＰＮが形成され電流が中央に集中する。また、
光についても、中央の部分の活性層２８はＩｎＰ２６に
両サイドが挟まれ、ＩｎＰの方が屈折率が低いため光が
中央に閉じ込められる。また、両サイドの層２６があり
光ガイド層２７があるためグレーティング部２４にも光
が広がり、グレーティング２４の影響を受ける。光は符
号３１に示す様に広がり、波長選択レーザとなる。

【００２２】以上説明したように、電流狭窄する領域を
誘電体層で覆い選択成長法を用いて半導体膜を積層する
ことにより、成長下地層および再成長層にダメージを与
えることなく、発光領域幅の再現性がよく、電流閉じ込
め、光閉じ込め効果を持った分布帰還型（ＤＦＢ）半導
体レーザを作製することができる。

【００２３】ここで、層２６の高さは０．５μｍ程度と
しているが、層２６があまり高いと成長した膜にファセ
ットが発生し活性領域の制御が困難であったり、層２６
底面付近の成長がうまくいかず成長した膜に欠陥が入り
やすい（例えば、底面の角部に小さな空洞や組成含有率
が違うものが形成される）。よって、２５に示した電流
注入幅にもよるが、層２６の高さは０．５μｍ以下が望
ましい。尚、本実施例を実現する成長法としては、ガス
ソースＭＢＥ、ＣＢＥ、ＭＯＣＶＤ法等が代表的な方法
である。これらの成長方法は、成長中に成長速度のモニ
ターが可能で、エッチング法の様にエッチング速度にば
らつきがなく、０．ｌｎｍ／ｓから１Ｏｎｍ／ｓ程度の
速度で成長速度の制御が可能となっている。

【００２４】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、例
えば、選択成長を用い電流注入領域を避け、下地とは導
電型の異なる薄い膜を積層することにより、半導体レー
ザの発振領域を正確に規定するとともに、電流狭窄、光
の閉じ込めを実現することができる。また、エッチング
法を用いた電流注入領域の形成に比較して、下地層にダ
メージを与えることなくレーザが作製でき、ＤＦＢレー
ザの作製等には適したレーザ作製法を実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の工程説明図。

【図２】第１の実施例の工程説明図。

【図３】第２の実施例の工程説明図。

【図４】第２の実施例の工程説明図。

【図５】従来例の説明図。

【図６】従来例の工程説明図。

【図７】従来例の工程説明図。

【符号の説明】

１、２１基板２バッファ層３クラッド層４ＳｉＯ₂絶縁層５、２６電流狭窄層６下部クラッド層の残り部７、２８活性層８、２９上部クラッド層９ＢｅドープＧａＡｓ１１中央の活性層領域２２、２３ＳｉドープＩｎＰ層２４グレーティング２５誘電体層２７光閉じ込め層３０ＢｅドープＩｎＧａＡｓＰ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性層を該活性層よりバンドギャップの大
きな層で鋏んでなる半導体レーザの作製法において、第
一の導電型を有する第一の半導体層上に、該レーザの電
流注入領域を避けて、第二の導電型を有する第二の半導
体層を選択的に形成する工程と、該第二の導電型を有す
る第二の半導体層上および該露出した第一の半導体層上
に第一の導電型を有する第三の半導体層を連続形成して
積層する工程と、第三の半導体層上に連続形成される活
性層の形成において、電流集中領域に対応した部分の活
性層が横方向において該第二の半導体層に挟まれる様に
作製する工程とを含んでなる半導体レーザ作製法。
【請求項２】該第二の半導体層の膜厚が０．５μｍ以下
である請求項１記載の半導体レーザ作製法。
【請求項３】少なくとも該半導体レーザの半導体層にＶ
族元素ＡｓまたはＰ（リン）を含んでいる請求項１記載
の半導体レーザ作製法。
【請求項４】半導体成長法がＭＢＥ法である請求項３記
載の半導体レーザ作製法。
【請求項５】半導体成長法において、一部または、全部
がガス状の供給原料により半導体層を形成する請求項３
記載の半導体レーザ作製法。
【請求項６】該第二の半導体層を選択的に形成する工程
はグレーティング上に行なわれる請求項１記載の半導体
レーザ作製法。
【請求項７】活性層を該活性層よりバンドギャップの大
きな層で鋏んでなる半導体レーザにおいて、第一の導電
型を有する第一の半導体層上に、該レーザの電流注入領
域を避けて、選択的に形成された第二の導電型を有する
第二の半導体層、該第二の導電型を有する第二の半導体
層上および該露出した第一の半導体層上に連続形成して
積層された第一の導電型を有する第三の半導体層、およ
び該第三の半導体層全面上に連続形成され、電流集中領
域に対応した部分が該第二の半導体層に挟まれる様に該
第一の半導体層側に落ち込んでいる活性層を含んでなる
半導体レーザ。