JPS6260283A - 埋め込み型半導体レ−ザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電流狭窄を施したストライブ埋め込み型半導
体レーザに関するものである。

〔従来の技術とその問題点〕

埋め込み型半導体レーザの構造は、屈折率の高い活性領
域が屈折率の低い物質によって囲まれ、例えば、Ｇ昌、
活性層の場合、Ａ１．Ａ、層によって包囲された強い光
導波作用をもっている。この結果、このｐｎ接合面に対
して垂直方向のみならず、水平方向も完全な屈折率導波
となるため安定した基本横モード発振及び低非点収差が
実現可能となる。この半導体レーザは、その構造上比較
的容易に電流狭窄ができるため、低発振閾値、高効率の
半導体レーザを実現できる４ このような埋め込み構造における電流狭窄を完全にする
ためには、メサストライプ部のｐｎ順方向バイアス接合
と、埋め込み層のｎｐ逆バイアス接合の接合面を一致さ
せる必要がある。しかし、その埋め込み成長過程では、
−ｆｆｌにメサ側面部から成長していくため、電流阻止
層として働・く埋め込み層がメサ側面にぜり」二がうた
構造となることが多く、電流狭窄が不完全になることが
多い。

この埋め込み成長の欠点を改良するために、メサストラ
イプのｐｎ接合のＥ部にくびれを設け、埋め込み層の逆
バイアス接合を、このくびれ部で制御する試みが提案さ
れている。これは、低閾値で高効率の埋め込み型半導体
レーザを再現性良く実現しようとするものである。

このくびれ部分をもつメサストライプ型半導体レーザの
構造としては、例えば第２図に示すような構造が報告さ
れている（［第３１回応用物理学会講演予稿集Ｊ　　（
１９８４）、講演番号３０ａ−Ｍ−９参照）。この図に
おいて、１はｎ型ＧａＡ。

基板、２はｎ型人　１　ｏ４Ｇ、ｎ、６Ａｓクラッド層
、３はｎ型人　ｆ２０．３５ＧａＱ、６５人。光導波層
、４は＾Ｐｏ。

＋　＋Ｇａｏ、ｇ９Ａｓ　　活性層、５はｐ型人１０５
Ｇ＊Ｑ、ｌｉ人。

中間層、６はｐ型人１０−４Ｇａ０．６Ａｓクラッド層
、７はｐ型Ａｆ！ｏ−＋＋；Ｇａｏ−５ｓＡｓ電極層、
８はくびれ部、９はｐ型人　（！　０．４Ｇ＋１０−６
＾８埋め込み層、１０はｎ型人ｆ！　０．４Ｇ８０．６
＾８埋め込み層、１１はｐ型不純物拡散層、１２はｎ型
電極、１３はｎ型電極、１・１はＳ＋０□膜をそれぞれ
示す。　この′ｌｆｉ造では、活性層４に隣接して光導
波層３が設けられており、光の大部分がこの光導波層３
の中を伝播するため、メサ部の実効屈折率が比較的小さ
くなり、メサ部と埋め込み部との間の屈折率差を小さく
することができる。この結果、２μｍ以上のメサ幅に対
しても安定した基本横モード発振が得られ、低発振閾値
、高効率、低非点収差かつ高出力が得られるという特徴
を有している。

さらに、本構造においては、第３図に示すように、第２
図のＳ、Ｏ２膜１４を取り除いても、電流狭窄の効果を
損なうことなく、低発振閾値、高効率を実現でき、製作
工程上簡単となりかっｐ型不純拡散層１１およびｎ型電
極１２を結晶表面全面に形成できるため、放熱特性も改
善され高温下においてもレーザ発振を充分性なわせるこ
とができ、かつＳＩＯ□膜１４膜上４ストレスも解消で
きる特徴を有している。

しかしながら、この構造は、ｐ型不純物拡散層１１がｎ
聖人（２０−４Ｇａ０．６＾３埋め込み層１０とｐ型Ａ
ρｏ、４Ｇａｏ、６Ａ、クラッド層６内に形成されるよ
うに精密な深さ制御を行なう必要があり、製作上再現性
に難点がある。

また、図に示すように、ｐ型人　２０−１５ＧｌｌＯ−
８５＾３電極層７表面には成長形成せず選択的にｎ聖人
！。、４Ｇｍ０．６＾、埋め込み層１０が成長形成され
るなめ、一般に電極層７表面よりも埋め込み層１０表面
が数μｍ程度高い段差ができ、レーザチップをヒートシ
ンクに融着マウントする際、この場合ｎ型電極側を下に
してマウントすることになり、この段差のためにレーザ
チ・ツブとヒートシンクとの密着を損なったりヒートシ
ンクとの接触状態が不良となりやすい。このため素子組
立上の歩留りが悪く、熱放散の点でも不利となり高出力
動作が困難となる欠点がある。

一方、図ではｎ型Ｇ８＾８基板を用いた半導体レーザの
構造を示したが、この構造ではｐ型Ｇ、Ａ、基板を用い
た場合でも、メサストライプ部および埋め込み層のｐ型
、ｎ型をそれぞれ反転するだけで、メサストライプ部の
ｐｎ接合面と埋め込み層で形成されるｎｐ逆バイアス接
合面とは一致しており、電流狭窄構造となっている。し
かしながら、一般にｎ型の不純物拡散を形成することは
技術的に困難なために、ｎ型電極とｐ型人　１０．４Ｇ
ａ０．６Ａｓ埋め込み層（ｎ型Ｇ、Ａ、基板１ではｎ型
人　（２０，４Ｇ−０，６＾３埋め込み層１０に相当す
る）とがオーミック接触することになり、ｐ型人（２０
−４Ｇ＋１１］、６＾８埋め込み層とｐ型人β０−３５
ＧａＯ−６’ｉ＾８光導波層（ｎ型６８人８基板１では
ｎ型Ａβ０−９５ＧａＯ−６５＾８光導波層３に相当す
る）とが電気的に短絡されているくびれを介したリーク
電流が流れるため、発振閾値電流が以上に大きくなる欠
点がある。

また、メサストライプ上部にｎ型電極を形成した場合の
もう一つの問題として、ｎ型電極となる−６＝ ＡｕＧｅＮＩ等の祠料を用いた場合、そのオーミ・ツク
アロイ層の一部がスパイク状に数μｍ以」二の深さまで
侵入するなめ、メサス１〜ライブの活性領域に達するこ
とになり、結晶欠陥が導入されレーザ素子の信頼性に問
題となる。

し発明の目的〕 本発明の目的は、これら従来の欠点を除去し、確実な電
流狭窄効果を有し、安定した基本横モード発振でかつ高
出力動作を可能にし、製作歩留りが良く信頼性に優れた
埋め込み型半導体レーザを提供することにある。

ｒ発明の構成〕 本発明の埋め込み型半導体レーザの構成は、第１導電型
の半導体基板」二に、少なくとも第１導電型の第１半導
体層と、この第１半導体層よりも屈折率の大きい第１導
電型の第２半導体層と、この第２半導体層よりも屈折率
の大きい活性層と、前記第１半導体層よりも屈折率の小
さい第２導電型の第３半導体層と、前記第１半導体層と
同じ屈折率を有する第２導電型の第４半導体層とを順次
積層してなるストライブ状の多層構造と：前記第２す導
体層の側面に設けられこの第２半導体層と同一又は小さ
い屈折率をもつ第２導電型の第５半導体層と；前記活性
層と第３．第４半導体層の側面に設けられこの活性層よ
りも屈折率の小さい第１導電型の第６半導体層と：この
第６半導体層と前記第４半導体層との結晶表面上に設け
られ前記活性層よりも屈折率の小さい第２導電型の第７
半導体層とを備えたことに特徴とする。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の断面図である９先に本実施
例の製造工程を説明する。

先ず、第１の液相エピタキシャル成長工程において、ｎ
型Ｇ、Ａ、基板１上に順次、ｎ聖人！。、４Ｇａ１１．
６人、クラ’７ド層２、ｎ型人１２０．９．ＧａＱ、６
１；人。

光導波層３．＾１　ｏ、　＋　ｌＧａ０−８９人、活性
層４．ｐ聖人ｆ　Ｑ、５ＧａＯ９５Ａａ中間層５．ｐ型
＾ｆ！　０．４ＧａＯ−６＾３クラッド層６．ｐ型Ａ　
Ｊ？　０．０５ＧａＯ１５＾８電極層２０を順次形成す
る。これらの各層厚は各々、１゜０μｍ、０．５μｍ、
０．０５μｍ、０．３μｍ、１．５μｍ、０．５μｍと
している。ここで、従来の半導体レーザを構成する多層
構造と異なる点は、ｐ聖人（’　ＸＧ、、−ＸＡ、電ｉ
層２０のＡＦｉｌ成（Ｘ）　を比較的小さくしており、
本実施例では０．０５≦Ｘ≦０．１の条件のもとで作成
している点にある。

しかる後、Ｈ２Ｏ２＋Ｈ３ＰＯ４＋　３ＣＨ３０）１エ
ツチヤントを用い、ｎ型Ｇ、Ａｓ基板１に達するまでス
トライブ状にメサエッチングを行ない、活性領域をもっ
メサ部を形成する。次に、ＨＦ液を用いて室温で１分間
エツチングすると、ｐ型Ａ＃　０．５Ｇａｌ］、５人、
中間層５のみがメサ側面部から深さ０．３μｍだけ選択
的にエツチングされる。さらに、Ｈ２０□＋）Ｉ３ＰＯ
４＋３ＣＨ３０Ｈエッチャントを用いて露出しな＾１ｏ
−ｒ＋Ｇｓ０．８９＾８活性層４を室温で１０〜２０秒
間軽くエツチングすると、図に示すようにメサ側面部に
深さ０．３μｍのくびれ部８が形成される。

次に、第２の液相エピタキシャル成長工程により、上部
メサ部を包囲する様に、ｐ聖人Ｉ！０−４Ｇ−６６＾８
埋込み層９．ｎ型＾Ｒ０１４ＧａＯ−６Ａａ埋込み層１
０を順次形成する２この際、ｎ聖人！０．４Ｇａｒ１．
６Ａｓ埋め込み層］０はｐ聖人ρ０．０５ＧａＯ１９５
＾３電極層２０上には成長せずメサ側面部に選択的に成
長される、これは通常メサ側面部の方がメサ上部よりも
成長速度が速いことと、電極層２０に小量のＡ！が含ま
れているため非常に薄い酸化層が形成されていることか
ら結晶核が出来にくいことが関与している。

続いて、ｐ型人β０−２Ｇａ０．８Ａｓ層２１とｐ＋型
Ｇ８＾８層２２とを結晶全面に成長形成する。この際、
ｐ型人　ｆ２　ｎ−２Ｇ−ｏ、ｓＡ、層２１の成長に用
いる成長溶液の過飽和度を大きくすることにより、ｐ型
人ｌ。、。５ＧａＯ−９５Ａｓ電極層２０上に均一に成
長形成できる。このことは、電極層２０の＾ρ組成（Ｘ
）を０．０５≦Ｘ≦０．１の範囲で種々の過飽和度溶液
を用いて実験を行なった結果、７℃程度以上の過飽和度
で均一に成長できることが確かめられた。ここでｐ型”
　ｏ　、２　Ｇ　ａ　ｏ８Ａ　ｓ層２１は０．５　μｒ
ｎ、　ｐ＋型Ｇ、Ａ、、層２２は５　）ｔ、　ｍの層厚
とした。しかる後、ｎ型電極１２．ｎ型電極］３を形成
して本実施例の埋め込み型半導体レーザが形成される。

「、発明の効果〕 以」二述べたように、本発明によれば、ｐ”Ｇ、Ａ。

層２２が最上層となり、この層にｐ型不純物濃度約１０
”Ｃ１１−３のＺｎ、　Ｇ、等をドーピンクしておくこ
とにより、従来の半導体レーザのようなｐ型不純物の拡
散工程が不要となり、ｎ型電極２２とは良好なオーミッ
ク性が得られ、製作上工程が簡単となる。

また、結晶表面がほぼ全面にわたって平坦となるためレ
ーザチ・・ｌプとヒートシンクとの密着も良好で、放熱
の点でも有利であり、素子組立上の歩留りおよび高出力
動作が容易に実現でかる。

さらにｐ型Ｇ、Ａ、基板を用いた場合でも、ｐ型。

ｎ型をそれぞれ反転するだけで、次のように問題点を解
消できる。すなわち、ｎ型電極はｎ＋型Ｇ　ａＡ３層（
本実施例ではＰ’Ｇ、＾８層に相当する）上に形成され
、かつｎ型Ａβ０．２０＠Ｄ−８Ａａ層とｐ型Ａ！１．
４Ｇａｏ、６Ａａ埋め込み層（本実施例ではｐ聖人β０
゜２ＧａＯ−８Ａｓ層２１．ｎ型Ａβ０−４００−４Ｏ
＾８埋め込み層１０に相当する）とのｐｎ接合が形成さ
れているため、メサストライプ部でのｐｎ接合よりも拡
散電位が高く、メサ外部へのリーク電流を完全に防ぐこ
とができ、これにより低発振閾値、高効率でかつ高出力
動作が容易に実現できる。

またｎ＋０３人３層を充分厚くすることも可能であり、
ｎ型電極のオーミックアロイによる結晶欠陥の導入も防
ぐことができ、信頼性に優れたレーザ素子を形成できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例のｉ速断面図、第２図、
第３図は従来の埋め込み型半導体レーザの構造断面図を
それぞれ示す。 １　＝−ｎ型Ｇ、Ａ、基板、２−ｎ型Ａ　１　ｏ、４Ｇ
ａｏ、６Ａｓクラット層、３　＝−ｎ型Ａ　ｆ：！　Ｑ
−３’３Ｇａ０．６６人、光導波層、４−　Ａ　Ｉ！　
ｏ、　ｔ　ｌＧｍ０．８９人ｍ活性層、５−ｐ聖人（！
　ｎ、ｑＧａｌｌ、５Ａｓ中間層、６−ｒ）型Ａ　ｌ　
０．４ＧａｌｌｉＡｓクラッド層、７　・Ｐ型人ｊ？　
Ｑ、＋１１Ｇ１１０．８！Ｉ＾６電極層、８−＜びれ部
、９−ｎ聖人（２Ｑ−４ＧａＯ−６Ａａ埋め込み層、１
１・・・ｐ型不純物拡散層、１２・・・ｎ型電極、１３
・・・ｎ型電極、１４−５Ｉ０２膜、２０−ｐ型Ａ　１
　ｏ−ｏ５Ｇ−ｏ−７，し電極層、２１−ｐ型Ａ　２０
−２Ｇ−０，８Ａ一層、２２・・・ｐ４型Ｇ、Ａ、層。 摩　１　菌

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１導電型の半導体基板上に、少なくとも、第１導電型
   の第１半導体層と、この第１半導体層よりも屈折率の大
   きい第１導電型の第２半導体層と、この第２半導体層よ
   りも屈折率の大きい活性層と、前記第１半導体層よりも
   屈折率の小さい第２導電型の第３半導体層と、前記第１
   半導体層と同じ屈折率を有する第２導電型の第４半導体
   層とを順次積層して成るストライプ状の多層構造と；前
   記第２半導体層の側面に設けられこの第２半導体層と同
   一又は小さい屈折率を有した第２導電型の第５半導体層
   と；前記第３、第４半導体層と前記活性層との側面に設
   けられこの活性層よりも屈折率の小さい第１導電型の第
   ６半導体層と；この第６半導体層と前記第４半導体層と
   の結晶表面上に設けられ前記活性層よりも屈折率の小さ
   い第２導電型の第７半導体層とを備えたことを特徴とす
   る埋め込み型半導体レーザ。