JPS61183987A - 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、半導体レーザー、特に、例えばＡｌＧａＡｓ
系化合物半導体にょる埋込ヘテロ接合型（以下ＢＨ型と
いう）の半導体レーザーに関する。

〔発明の概要〕

本発明は、半導体レーザー、特にＢＨ型半導体レーザー
において、特殊の構造とすることによってＭＯＣＶＤ　
　（Ｍｅｔａｌ　０ｒａｎｉｃ　ＣｈｅｆｆＬｉｃａｌ
　ＶｏｐｏｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によるエピタキ
シャル技術における結晶方法の成長依存性を巧みに利用
して確実に安定して均一な特性を有する半導体レーザー
を歩留り良く製造することができるようにする。

〔従来の技術〕

半導体レーザーとしては種々のものが提案されているが
、その中でＢＨ型半導体レーザーは、縦横共にその活性
層を、これに比し屈折率が小さく禁止帯幅の大きりクラ
ッド層によって完全に包囲した構造を採るものであり、
典型的且つ理想的な単一モードレーザ構造の１つとして
しられている（例えば特開昭５０−１１９５８４号公報
参照）。そして、近年このＢＨ型半導体レーザーにおい
で先導波路と電流狭搾層とを設けて円形に近い微小スポ
ットで低しきい値組流１　ｔｈを有し、高出力のレーザ
ーが得られることの報告もある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが上述したようなりＨ型半導体レーザーにおいて
、特に電流狭搾層を設けて電流の集中を行う構造とする
場合、特殊のエツチング作業を必要とし、また２度の液
相エピタキシャルを行うなどその製造工程は煩雑で、こ
れに伴って均一の特性のものを再現性良く、また高歩留
りをもって製造できないなどの問題点があった。

本発明は、ＢＨ型構造を採り、且つ電流狭搾層を具備し
、しかも上述した問題点を解決できるようにした半導体
レーザーを提供するものである。

ｃ問題点を解決するための手段〕 第１図を参照して本発明による半導体レーザーを説明す
るよに、（１）は第１導電型例えばｎ型の化合物半導体
基板で、この基板（１１は、そのｌ主面が（１００）結
晶面を有し、この主面に凹凸面が形成されてストライプ
状（図示の例では紙面と直交する方向に延びるストライ
プ）にメサないしはメサ溝が形成されて成る。そして、
この基板（１）の凹凸面を有する基板（１）の１主面上
に順次ＭＯＣＶＤによって連続的に第１導電型例えばｎ
型の第１のクラフト層（２）と、必要に応じて設けられ
る光導波層（３）と、低不純物ないしはアンドープの活
性層（４）と、第２導電型例えばｐ型の第２のクラッド
層（５）と、これと同導電型のキャップ層（６）と、第
１導電型の補助電流狭搾層（７）との各半導体層がエピ
タキシャル成長される。ここに第１及び第２のクラッド
層（２）及び（５）は、活性層（３）に比して、禁止帯
幅が大、すなわち屈折率が小なる材料より成る。

そして、この場合、下地の基板（１）の凹凸の形状、そ
の結晶方位との関係等を選定して置くことによってこの
凹凸の存在によって、第２のクランド層（２）に、（１
１１）　Ｂ結晶面による側壁斜面（２ａ）が、メサの両
■すにおいて、これを挟み込むように、このストライプ
状のメサの延長方向に沿って延びて生じるようにする。

この（１１１）Ｂ面は、この面におけるエピタキシャル
成長速度が、（１００）結晶面等の他の結晶面に比し、
数十分の１以下程度にも低いことから、一旦この（１１
１）　Ｂ面が生じると、この面に他の結晶面による成長
が進行して来るまで、この（１１１）Ｂ結晶面に関して
その結晶成長が見掛上停止する。したがって、これの上
に形成された光導波層（３）及び活性層（４）は、この
斜面（２ａ）の存在によって、これの上には殆ど成長さ
れず、メサ上とメサ溝内とに夫々分離して形成される。

そして、これの上にエピタキシャル成長させる第２のク
ラッド層（５）に関しては、主として他の結晶面からの
成長によって斜面（２ａ）上を埋めるようにその成長の
厚さを選定する。

そして、補助電流狭搾層（７）の一部に欠除部（７ａ）
を設け、この欠除部（７ａ）内を含んで狭搾層（７）上
に一方の電極（８）を被着して、この電極（８）を欠除
部（７ａ）を通じてキャップ層（６）にオーミックに連
結する。狭搾層（７）の欠除部（７ａ）は、今、基板（
１）のメサ上において発振領域、すなわち共振空洞を形
成する場合は、ストライプ状のメサ上に形成されたスト
ライプ状の活性層（４）に沿って対向する部分にストラ
イプ状に形成する。

（９）は基板（１）の裏面に設けられた他方の電極であ
る。

〔作用〕

本発明構成によれば、基板ｉｌｌの例えばメサ上に形成
された活性層（４］は、第１及び第２のクラッド層によ
って包囲されたＢＨ構造を有するものであり、この活性
層（４）の両側は第１のクラッド層（２）に生じた（１
１１）Ｂ結晶面による斜面（２ａ）の延長上で規制され
、第１及び第２のクラッド層（２）及び（５）の界面す
なわちＰＮ接合がこの斜面（２ａ）において構成され、
ここに生じるビルトインポテンシャルによって電流の阻
止がなされる。つまり、メサ上のストライプ状の活性層
（４）を挟んでその両側の斜面（２ａ）に第１及び第２
のクラッド層（２）及び（５）間の接合による電流狭搾
層が形成されるので、これによってメサ上の活性層（４
）に電流が集中することになる。そして、この構造にお
いては、動作領域（共振領域）となるメサ上の活性層（
４）の両側位置が電流狭搾層を形成する斜面（２ａ）と
同一の結晶面、すなわち（１１１）　Ｂの同一結晶面上
に形成されるので、両者は良好に一致するものである。

すなわち、動作領域となる活性層（４）と電流狭搾層と
は自動的に整合、すなわちセルファラインする。

また、上部の電極（８）下に補助電流狭搾層（７）を設
けるときは、メサ溝底部における不要部分の活性層（４
）に電流が流れ込むことを効果的に阻止できる。

〔実施例〕

第２図を参照して本発明による半導体レーザーの一例を
、その理解を容易にするために製造工程順に説明する。

ＡｌＧａＡｓ系のｍ−ｖ族化合物半導体レーザーを得る
場合で、先ず第２図Ａに示すように、例えばｎ型のＧａ
Ａｓより成るｍ−ｖ族化合物半導体基板（１）を設ける
。この基板（１１はその１主面（１ａ）が（１００）結
晶面を有して成る。この基板（１）の主面（ｌａ）上に
所要の幅Ｗをもって、ストライプ状のエツチングマスク
（１１）を選択的に形成する。このマスク（１１）は周
知の技術、例えばフォトレジスト膜の塗布、パターン露
光、現像の各処理によって形成し得る。

この場合、紙面に沿う面が（１１１）面に選ばれマスク
（１１）のストライプの延長方向は、この面と直交する
方向に選ばれる。

次に、基板（１）に対し、その面（ｌａ）側から例えば
燐酸系エツチング液によってエツチングを行う。このよ
うにすると、マスク（１１）によって覆われていない部
分からエツチングが進行し、第２図Ｂに示すように両側
に（１１１）Ａ面による壁面を有するストライプ状のメ
サ（１２）を形成するメサエッチングが行われ、主面（
ｌａ）に凹凸面が形成される。

次に、第２図Ｃに示すように、エツチングマスク（１１
）を除去し、基板（１）の凹凸面上に、ＭＯＣＶＤ法に
よってｎ型ＡＩＸ　Ｇａｔ−ＸＡｓより成る第１のクラ
ッド層（２）をエピタキシャル成長する。この場合、こ
のエピタキシャル成長が成る程度進行すると、（１００
）面に対してすなわちメサ（１２）の上面に対しての角
度θが約５５°をなす（１１１”）　Ｂ結晶面より成る
斜面（２ａ）がメサ（１２）を挟んでその両側に自然発
生的に生じて来る。そして、このような（１１１）　Ｂ
面による斜面（２ａ）が存在している状態で第２のクラ
ッド層（２）のエピタキシャル成長を停止する。

続いて、連続ＭＯＣＶＤによって、すなわち、原料ガス
の切り換えを行ってメサ（１２）上に断面台形をなす第
２のクラッド層（２）上を含んで第２２のクラッド層（
２）上に、第２図りに示すように、必要に応じて光導波
層（３）をエピタキシャル成長し、これの上にＡｌｙ　
Ｇａｐ−ｙＡｓより成る活性層（４）をエピタキシャル
成長する。この場合、斜面（２ａ）の（１１１）Ｂ結晶
面にはＭＯＣＶＤによるエピタキシャル成長が生じにく
いので、光導波層（３）と活性層（４）とはこの斜面（
２ａ）上には実質的に殆ど成長せずに、メサ（１２）上
とその両側のメサ溝の底面にのみ選択的に互いに分断し
て形成することができる。

次に基板（１）上にｐ型のＡＩＸ　Ｇａｔ−＞（Ａｓよ
り成る第２のクラッド層（５）をＭＯＣＶＤによってエ
ピタキシャル成長させる。この場合、第２図Ｅに示すよ
うに、初期においては斜面（２ａ）においては第２のク
ラッド層（５）の成長が生じないが、メサ（１２）上及
びその両側のメサ溝の底面において第２のクラッド層（
５）の成長が進行して、第２図Ｅに示すように、メサ（
１２）上においてその両側の斜面（２ａ）が交叉するよ
うな位置迄クラッド層（５）が成長し、一方、メサ溝の
底面において斜面（２ａ）とのつき合わせ部Ｃに（１１
１）Ｂ以外の結晶面が生じてくると、第２図Ｆに示すよ
うに、第２のクラッド層（５）が斜面（２ａ）上に含ん
で全面的に成長される。

このようにして全面的に形成された第２のクラッド層（
５）上に、順次ＭＯＣＶＤによってｐ型の例えばＧａＡ
ｓより成る高不純物濃度のキャップ層（６）と、これと
は異る導電型のｎ型のＡｌｚ　Ｇａｐ−ｚＡｓより成る
補助電流狭搾層（７）を形成する。そして、補助電流狭
搾層（７）に選択的゛エツチングを行って、第２図Ｇに
示すように、メサ（１２）上において、このメサ（１２
）の延長方向に沿ってこの層（７）の一部と排除してこ
れの第２のクラッド層（５）の一部を外部に露呈させる
欠除部（７ａ）を形成する。

次に、この欠除部（７ａ）内を含んで補助電流狭搾層（
７）上に第１の電極（８）を、また基板（１）の裏面に
第２の電極（９）を夫々オーミックに被着して第１図で
説明した本発明による半導体レーザーを得る。

尚、ここに各層（２）〜（７）は一連のＭＯＣＶＤによ
ってその供給する原料ガスを切り換えることによって１
作業として形成し得るものである。また、第１及び第２
のクラッド層（２）及び（５）の組成ＡＩＸ　Ｇａｔ−
ｘＡｓと活性層（４）の組成Ａ　ｌｙ　Ｇａ５−ｙ　Ａ
ｓとはＸ〉ｙに選ばれる。また、光導波層（３）は活性
層（４）に比しＡＩ濃度を大きくしたすなわち禁止帯幅
を大にしたＡｌＧａＡｓ層によって形成し得るが、成る
場合はこの光導波層（３）を具備しない半導体レーザー
に本発明を通用することもできる。

また、図に示した例においては第１のクラッド層（２）
がメサ（１２）上に断面台形状を形成している状態で動
作領域となる活性層（３）の形成を行った場合であるが
、メサ（１２）の幅を選定すると共に第１のクラッド層
（２）の厚さ、したがってメサ（１２）上における第２
のクラッド層（２）の厚さを選定することによって台形
部の上面幅が小となる状態で活性層（４）の形成を行う
ことによって確実に所定の細い幅の共振領域を形成する
ことができる。

尚、上述した例においては、メサ（１２）が頂部に向か
って広がる断面形状とした場合であるが、これとは逆に
裾広がりの台形状のメサとすることもできるし、メサ溝
を中央に形成し、このメサ溝内の活性層によって動作領
域、すなわち共振領域を形成することもできる。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明構成によれば動作領域となる活
性層がクラッド層（２）及び（５）によって包み込まれ
たＢＨ型の屈折率ガイド型の構造とされることによって
しきい値電流１　ｔｈの低い半導体レーザーを得ること
ができ、またこのＢＨ型半導体レーザーにおいて電流狭
搾層が設けられるものであるが、動作領域となる活性層
と電流狭搾層との位置関係を整合することができること
、またこの活性層の幅を任意に狭小に且つ確実に形成で
きることによって均一の特性を有する半導体レーザーを
再現性良く、高い歩留りをもって得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半導体レーザーの一例の路線的拡
大断面図、第２図はその製造工程図である。 （１１は化合物半導体基板、（２）は第１のクラフト層
、（２ａ）はその斜面、（３）は先導波層、（４）は活
性層、（５）は第２のクラッド層、（６）はキャップ層
、（７）は補助電流狭搾層、（８）及び（９）は電極、
（１２）はメサである。 Ｇ １１！！！遠工程図 第２図 手続ネｉｌｉ正用： 昭和６０年　４月！９日 特許庁長官　　志　賀　　　学　　　殿１、事件の表示 昭和６０年　特　許　願　第　２２９８９号３、補正を
する者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　東京部品用区北品用６丁目７番３５号名称（２
１Ｂ）ソニー株式会社 代表取締役　大　賀　典　雄 ４、代理人 （１１明細■！１中、第２頁８行１結晶方法の成長」を
［成長速度の結晶面力位］と訂正する。 （２）同、第３真ＩＯ行１２度の」を１２度以」二の１
と訂ｉＥする。 （３）　　同、第６頁１９行１ごごに生じる」を「ここ
に生じる大きなＪと訂正する。 （４）同、第ａＩＡｔｚ行１’　（１１１）　Ｊをｒ　
（０１１）　Ｊと１丁１Ｅする。 （５）同、第１３頁１４行１狭小に且−″）Ｊを１狭小
に且つ一度の成長で」と訂正する。 （６）図面中、第２図Ａを別紙のように訂正する。 以　上。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）（１００）結晶面を主面とし、該主面に凹凸が形
   成された化合物半導体基板と、 （ｂ）該凹凸を有する主面上に順次設けられた夫々エピ
   タキシャル成長層による第１の導電型の第１のクラッド
   層と活性層と第２導電型の第２のクラッドとを有し、 （ｃ）上記第１のクラッド層は、（１１１）Ｂ結晶面に
   よる上記活性層が実質的に存在しない側壁斜面を有し、 （ｄ）上記第２のクラッド層は、上記第１のクラッド層
   の上記側壁斜面上に跨って上記活性層を覆うように形成
   されて成る半導体レーザー。