JPS6355231B2 - - Google Patents

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JPS6355231B2
JPS6355231B2 JP17097983A JP17097983A JPS6355231B2 JP S6355231 B2 JPS6355231 B2 JP S6355231B2 JP 17097983 A JP17097983 A JP 17097983A JP 17097983 A JP17097983 A JP 17097983A JP S6355231 B2 JPS6355231 B2 JP S6355231B2
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JP
Japan
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layer
grown
groove
plane
substrate
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JP17097983A
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English (en)
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JPS6062181A (ja
Inventor
Koichi Imanaka
Hideaki Horikawa
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure 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
    • H01S5/22Structure 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 ridge or stripe structure
    • H01S5/2205Structure 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 ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
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    • H01S5/22Structure 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 ridge or stripe structure
    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2232Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode
    • H01S5/2234Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode having a structured substrate surface

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は基本横モード発振する半導体発光素子
の製造方法に関する。
(従来技術の説明) 先ず、本発明に説明に入る前に、従来の半導体
発光素子の一例である電流狭窄層を有し基本横モ
ード発振する半導体レーザの製造方法につき第1
図A及びBを参照して説明する。
従来においては、第1図Aに示すように、基板
表面が(100)面であるn−InP基板1を用意し、
この基板1を液相エピタキシヤル成長炉に入れ、
この基板1の上側表面1a上に電流狭窄層となる
べきp−InP層2を液相エピタキシヤル成長させ
る。次ぎに、一旦この基板1を成長炉から取り出
して、この層2上に、エツチングマスク用の、例
えば、SiO2などの被着して通常のフオトリソグ
ラフイ方法により、<011>方向に延在するストラ
イプ窓を開け、この層2から基板1に達する断面
ほぼV字状のストライプ状の溝3をエツチング形
成する。次ぎに、再度、電流狭窄層2を有するこ
の溝付き基板1を成長炉に入れて、第1図Bに示
すように、この基板1の溝3が形成されている側
に第一クラツド層であるn−InP層4を成長さ
せ、続いて活性層であるInGaAsP層5を溝に対
応する部分においては溝方向に下方に湾曲させ
て、成長させ、次に第二クラツド層であるp−
InP層6を成長させる。次いで、最終的に基板1
の下側面1b及び第二クラツド層6上に夫々電極
7及び8を形成するように成している。
しかしながら、この従来の製造方法によれば、
活性層の湾曲形状が基本横モード発振のための重
要な因子となるが、この活性層の形状の制御が困
難であつた。
さらに、この方法では、基板1を成長炉に入れ
て電流狭窄層2を成長させ、然る後、この基板を
溝形成のために一旦成長炉から取り出し、その後
再び溝付き基板を成長炉に入れて第一クラツド層
4以下の液相エピタキシヤル成長を行うため、独
立した二回のエピタキシヤル成長工程が必要と成
り、従つて、製造工程が複雑で、時間が掛り、原
料の損失が多く、しかも、製造歩留が悪いという
欠点があつた。
さらに、素子部材を成長炉に出し入れするた
め、基板表面をはじめ各層の界面が熱ダメージを
受けクリーンな状態に保持することが出来なかつ
た。
(発明の目的) 本発明の目的は、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ヤル成
長を用いて、低しきい値電流でかつ特に活性層を
湾曲させる必要なくして基本横モード発振し得る
半導体発光素子を製造出来るようにした半導体発
光素子の製造方法を提供するにある。
(発明の構成) この目的の達成を図るため、本発明によれば、
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(100)面と(111)
A面とに対するInPの結晶成長速度の面方位依存
性を利用して溝外の基板表面上に電流狭窄層を成
長させ、さらに、InGaAsPの光吸収層をこの電
流狭窄層上に成長させると共に、溝内では凹状に
下方に湾曲した層として成長させ、さらに、第一
クラツド層を溝の部分の光吸収層上では厚つくか
つ溝外の光吸収層上では薄く成長させ、さらに第
一クラツド層上にInGaAsPの活性層を成長させ、
さらに、この活性層上に第二クラツド層を成長さ
せるという一回の液相エピタキシヤル成長工程と
を含むことを特徴とする。
(実施例の説明) 以下第2図A〜J及び第3図に従つて本発明の
半導体発光素子の製造方法の一実施例を半導体レ
ーザにつき説明する。
第2図A〜Jは半導体レーザの製造段階での状
態をレーザ素子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製造工程図であり、各構
成成分の寸法、形状などは本発明の構成が解る程
度に概略的に示してあるにすぎない。また、図
中、断面を表わすハツチングを省略して示してあ
る。
先ず、第2図Aに示すように、n−InP基板1
1を用意する。この基板11の上側表面11aを
(100)面とする。次ぎに、第2図Bに示すよう
に、基板表面11a上に、エツチングマスク層と
して供する、例えば、SiO2等のような層12を
形成する。次いで、第2図Cに示すように、この
エツチングマスク層12に通常のフオトリソグラ
フイ手法によつて、ストライプ窓13を<011>
方向に延在するように開ける。この窓13を介し
て、基板11の露出した表面11aをエツチング
する。このエツチングによつて、第2図D及び第
3図の斜視図に示すように、凹型の溝14を形成
する。この溝の幅wは基本横モードで発振させる
ことを考慮して、約2μm以下とする。この溝の傾
斜側面14aは(111)A面と成り、この溝14
の断面形状は図示のようなほぼ底面14bが平で
あつてもよいし、また、やや盛上つた状態となつ
ていてもよいし、他の形をしていても良い。いず
れにしても、この底面14bの幅はInPが成長し
ない程度の幅に押えておく必要がある。
次ぎに、この溝14が形成された基板11を液
相エピタキシヤル成長炉に入れ、第2図E〜Iに
示すように、電流狭窄層となるべきp−InP層1
5(第2図E)、光吸収層であるn−InGaAsP層
16(第2図F)、第一クラツド層であるn−
InP層17(第2図G)、活性層であるInGaAsP
層18(第2図H)及び第二クラツド層であるp
−InP層19(第2図I)を一回の液相エピタキ
シヤル成長で順次に連続成長させる。
この連続エピタキシヤル成長の際、p−InP層
15は結晶成長速度の面方向依存性により基板1
1の表面である(100)面上での成長速度が速く、
溝14内、すなわち、(111)A面の側面14a上
での成長速度が著しく遅いので、成長時間を選定
することにより、第2図Eに示すように、実質的
に基板11の溝14外の平担な表面11a上にの
みp−InPを成長させることができる。この電流
狭窄層15の厚さd1を1μm以上とする。続いてこ
のp−InP層15及び溝14上に成長させるn−
InGaAsPの光吸収層16はInPのような強い面方
位依存性は無く、むしろ凹凸を無くすように、す
なわち、溝14を埋めるように成長する。従つ
て、長時間成長させると、成長表面は平担となる
が、そうならない程度で成長を停止させて、第2
図Fに示すように、溝14の部分では、この層1
6の表面が溝内に向けて下方に湾曲して凹所を形
成しかつ溝外では平担となるように、この層16
を成長させる。この光吸収層16の溝外の厚さ
d2は0.3μm程度あれば充分である。ここで、この
InGaAsPのエネルギーギヤツプは活性層のエネ
ルギーギヤツプよりも小さく取る。
この溝14内に成長した光吸収層16の傾斜し
た面は最早(111)A面でなく、これがため、続
いて、このn−InGaAsP光吸収層16上にn−
InP第一クラツド層17を成長させると、第2図
Gに示すように、このクラツド層17は溝14の
内部にも良好に成長する。この場合、このクラツ
ド層17の溝の中心付近での厚さd3を1μm以上と
し、溝外の平担部では厚さd4を例えば0.5μm以下
のように充分薄く成長させる。このような成長は
基板11に掘る溝14の深さ、電流狭窄層15の
厚み、光吸収層16の厚み等を調整することで容
易に制御出来る。
続いて、第2図Hに示すように、InGaAsP活
性層18を成長させる。この活性層18の厚さを
0.2μm以下とする。この活性層18の幾何学的形
状は、第一クラツド層17を成長させた時点で、
この層17が溝14の中央部分で凹状となつてい
れば、レンズ状となり、また、この層17が平担
状となつていれば、平担となる。いずれの場合で
も、溝14の中央部分に対応する活性層18の部
分の厚みd5が0.2μm以下となつているならば活性
層の形状は問わない。尚、この活性層18の上側
の面は平担にするのが好適である。
然る後、第2図Iに示すように、活性層18上
にp−InPの第二クラツド層19を2μm以上の厚
みをもつて成長させ、液相エピタキシヤル成長工
程を終了する。
このようにして、各液相エピタキシヤル成長層
を基板11上に形成した後、これら層を有する基
板を成長炉から取り出し、第二クラツド層19の
表面19a上に及び基板11の下側面11b上に
夫々電極20及び21を被着形成する。
このようにして得られた半導体レーザの両電極
20及び21間に適切な電圧を印加して注入電流
を流すと、電流は層18→17→16→15→1
1へと流れ、この場合、この電子とホールとが活
性層18において再結合発光し、発光した光が劈
開面で共振しフアブリペローモードでレーザ発振
する。この時、電流狭窄層15は逆バイアスにな
るため、溝14の外部では電流が流れず、溝14
の内側のみに電流経路が形成される。従つて、低
電流でも電流注入効率が高まり、レーザ発振が起
る。
また、再結合により得られた光は、溝14の中
央付近では下部の第一クラツド層17が充分厚い
ため活性層18とこの層17との屈折率差で閉込
められるが、溝14の中央部分から左右にずれた
位置の部分(溝近傍の溝外の平担部を含む)では
第一クラツド層17が薄いため、活性層18より
この層17に入つた光はその下側の光吸収層16
にまで達する。この光吸収層16は活性層18よ
りもエネルギーギヤツプを小さくしてあるから、
この層16に達する光は全てこの層で吸収されて
しまい、レーザ発振に寄与しない。この効果によ
り、レーザ発振するのは活性層18のうち、溝の
中央部付近の上部に位置する領域部分のみとな
り、基本横モードで発振することとなる。
(発明の効果) 上述した本発明の半導体発光素子の製造方法に
よれば、一回の液相エピタキシヤル成長によつ
て、電流狭窄層や、光吸収層や、活性層等を含む
各層を順次に連続的に形成出来、また、その際、
活性層を特に湾曲させて成長させるような特別の
制御を必要とせずに、基本横モード発振する構造
の半導体発光素子を容易に製造し得る利点を有す
る。
また、本発明方法によれば、液相エピタキシヤ
ル成長中に基板を成長炉外に取出すことがないの
で、基板表面等に熱ダメージを与えることなく、
この製造方法は簡単で、時間が掛らず、原料を節
約出来、製造歩留りがよいという利点がある。
尚、上述した実施例では半導体レーザにつき説
明したが、製造された発光素子の端面を劈開面と
しない場合には半導体発光ダイオードとなる。上
述した実施例では、基板としてn−InP基板を用
いたが、p−InP基板を使用してもよいこと勿論
であり、その場合には各エピタキシヤル層の導電
型をこれに対応させて反転させることが必要であ
る。
本発明の方法で製造された半導体発光素子は低
しきい値でしかも基本横モードで発振するので、
この素子は光通信、情報処理装置等の光源として
利用して好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図A及びBは従来の電流狭窄層を有する構
造の半導体発光素子の製造方法を説明するための
製造工程図、第2図A〜Jは本発明の半導体発光
素子の製造方法の一実施例を説明するための製造
工程図、第3図は第2図の一工程段階での基板の
状態を示す斜視図である。 1,11……基板、1a,11a……基板の上
側表面、1b,11b……基板の下側面、2,1
5……電流狭窄層、3,14……溝、4,17…
…第一クラツド層、5,18……活性層、6,1
9……第二クラツド層、7,8,20,21……
電極、12……エツチングマスク層、13……ス
トライプ窓、14a……溝の側面、14b……溝
の底面、16……光吸収層、19a……第二クラ
ツド層の上側表面。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 InGaAsP/InP半導体発光素子を液相エピタ
    キシヤ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面を傾斜側
    面とする溝を形成する工程と、 該(100)面と(111)A面とに対するInPの結
    晶成長速度の面方位依存性を利用して前記溝外の
    基板表面上に電流狭窄層を成長させ、さらに、
    InGaAsPの光吸収層を該電流狭窄層上に成長さ
    せると共に、溝内では凹状に下方に向けて湾曲し
    た層として成長させ、さらに、第一クラツド層を
    該溝の部分の光吸収層上では厚つくかつ溝外の光
    吸収層上では薄く成長させ、さらに、該第一クラ
    ツド層上にInGaAsPの活性層を成長させ、さら
    に、該活性層上に第二クラツド層を成長させる一
    回の液相エピタキシヤル成長工程とを含むことを
    特徴とする半導体発光素子の製造方法。
JP17097983A 1983-09-16 1983-09-16 半導体発光素子の製造方法 Granted JPS6062181A (ja)

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