JPH06350188A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】第３クラッド層の幅寸法の精度を上げ、発振開
始しきい値電流を安定させる。 【構成】基板，第１クラッド層，活性層，第２クラッド
層，第３クラッド層，第４クラッド層，コンタクト層の
順に積層し、ストライプ状のメサ部を形成した第３クラ
ッド層の両側面に、電流狭窄層を埋め込んだ構造の半導
体レーザ素子であり、とくに第３クラッド層の厚さを、
０．２〜０．５μｍの範囲に小さくし、製造に当たっ
て、従来コンタクト層も含めて１．５μｍ程度であった
エッチング深さを浅くしたために、第３クラッド層を精
度よく所望の幅寸法にすることができ、第３クラッド層
の厚さを薄くしたことに対して、３回目の成長過程で第
４クラッド層とコンタクト層を形成することにより、レ
ーザ光の発振を安定させている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ａｌ_X Ｇａ_1-x Ａｓ系
の半導体レーザ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】単一横モードで発振するＡｌ_X Ｇａ_1-x
Ａｓ系（０≦Ｘ≦１）半導体レーザ素子は、図３に示す
構造を有するものが知られている。図３はこの半導体レ
ーザ素子を正面から見た模式断面図である。図３に示す
ように、この素子は、ＧａＡｓ基板１上に第１クラッド
層２，活性層３，第２クラッド層４，第３クラッド層５
およびコンタクト層６がこの順に積層されており、第３
クラッド層５とコンタクト層６に形成されたストライプ
状メサ部のレーザ光出射方向と平行な両側面を電流狭窄
層８で埋め込んである。この電流狭窄層８は、レーザ光
を吸収する役割を持っており、第３クラッド層５の幅を
適切に定めることにより、素子の安定な横モード発振を
可能とし、さらに電流狭窄層８が活性層３の発光領域に
近いため、電流が活性層３の一部に集中して流れ、発振
しきい値電流を低くすることができるものである。

【０００３】このような半導体レーザ素子は、通常次の
ようにして製造される。図４（ａ）〜（ｄ）は、その主
な工程順を示す製造工程図であり、図３と共通部分を同
一符号で表わしてある。まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１（Ｓ
ｉドープ，キャリア濃度２×１０¹⁸／ｃｍ³ ，厚さ３０
０μｍ）上に、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法を用
いて、第１クラッド層２（ｎ型Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓ，
キャリア濃度５×１０¹⁷／ｃｍ³ ，厚さ１μｍ），活性
層３（ノンドープ，Ａｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ａｓ，厚さ０．１
μｍ），第２クラッド層４（ｐ型Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａ
ｓ，キャリア濃度５×１０¹⁷／ｃｍ ³ ，厚さ０．３μ
ｍ），第３クラッド層５（ｐ型Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓ，
キャリア濃度５×１０¹⁷／ｃｍ³ ，厚さ１．０μｍ），
コンタクト層６（ｐ型ＧａＡｓ，キャリア濃度１×１０
¹⁹ｃｍ³ ，厚さ０．５μｍ）を成長させる［図４
（ａ）］。

【０００４】次に、このウエハ上にスパッタ法によりＳ
ｉＯ₂ 膜７を付着させ、フォトレジストを塗布してパタ
ーニングを行ない、コンタクト層６の上に幅５μｍのス
トライプを形成する。そして、フォトレジストをマスク
として、燐酸系エッチング液を用いて、コンタクト層６
と第３クラッド層５の一部のエッチングを行なう。［図
４（ｂ）］。

【０００５】次いでフォトレジストを除去した後、再度
ＭＯＣＶＤ法を用いて電流狭窄層８（ｎ型ＧａＡｓ，キ
ャリア濃度１×１０¹⁹／ｃｍ³ ，厚さ１．０μｍ）を成
長させる［図４（ｃ）］。続いて、これを装置から取り
出しＳｉＯ₂ 膜７を除去した後に、ＭＯＣＶＤ法により
コンタクト層を５μｍ再成長させ、始のコンタクト層と
一体となるように、コンタクト層６を形成する［図４
（ｄ）］。

【０００６】その後は、図示してない上下のｐ，ｎ両電
極を形成して、ウエハを劈開しチップ化し、図３に示し
た構造を持つ半導体レーザ素子を得ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ようにして製造される半導体レーザ素子には、次の問題
がある。それは、図４（ｃ）の工程で、再度のＭＯＣＶ
Ｄ法により、電流狭窄層８を成長させる際に、エッチン
グ深さが１．５μｍと深いために、第３クラッド層５の
幅を制御するのが難しいことである。このことにより、
第３クラッド層５の幅寸法に大きく依存する発振開始し
きい値電流のばらつきが大きく、半導体レーザ素子を量
産するときの問題になっている。第３クラッド層５の幅
寸法を精度よく制御するためには、その厚さの方を薄く
すればよいが、このようにすると、活性層３で発振した
光の閉じ込めが弱くなり、発振開始しきい値電流が増加
するという問題を生ずる。このように、従来、第３クラ
ッド層５の幅寸法を制御し、かつ低いしきい値電流で発
振する半導体レーザ素子を製造することは、非常に困難
であった。

【０００８】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、第３クラッド層の幅寸法のばらつき
を小さくし、安定な発振しきい値電流が得られる半導体
レーザ素子を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の半導体レーザ素子は、ＧａＡｓ基板
（１）の一主面上に順次積層した第１クラッド層
（２），活性層（３），第２クラッド層（４）と、この
第２クラッド層（４）の上に第３クラッド層（５），Ｇ
ａＡｓ層（１０）の順に積層してこれらをストライプ状
に形成したメサ部と、このメサ部の両側面に埋め込み第
３クラッド層（５）とは逆導電型の電流狭窄層（８）
と、メサ部上面と電流狭窄層（８）上面とのなす同一平
面上に積層形成した第４クラッド層（９）と、この第４
クラッド層（９）の上に積層形成したコンタクト層
（６）とを有する構造としたものである。

【００１０】

【作用】本発明の半導体レーザ素子は上記のように構成
し、製造に当たって第３クラッド層の厚さを０．２〜
０．５μｍの範囲に薄くして、最初の成長過程でコンタ
クト層を形成することなく、電流狭窄層を成長させる領
域をエッチングする際のエッチング深さも、０．２〜
０．５μｍ程度に浅くしているために、このエッチング
に起因する第３クラッド層の幅寸法のばらつきを小さく
することができ、したがって、得られた素子の発振しき
い値電流のばらつきも小さくなる。また、第３クラッド
層を薄くしたことに対して、３回目の成長過程で第４ク
ラッド層とコンタクト層を積層形成することにより、レ
ーザ光の発振を安定させている。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明する。本
発明の半導体レーザ素子の構造を図１の模式断面図に示
し、図３と共通する部分を同一符号で表わす。本発明の
半導体レーザ素子が従来と異なる点は、図１に示す如
く、第３クラッド層５の厚さが従来素子に比べて薄く、
新たに第４クラッド層９を付加したことにある。

【００１２】本発明の半導体レーザ素子は、次のように
して製造することができ、図２（ａ）〜（ｃ）の製造工
程図にその主な工程順を示し、図４と共通部分を同一符
号で表わしている。まず、図４（ａ）と同様に、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、第１クラッ
ド層２，活性層３，第２クラッド層４，第３クラッド層
５（ｐ型Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓ，キャリア濃度５×１０
¹⁷／ｃｍ³ ，厚さ０．３μｍ），ＧａＡｓ層１０（ｐ型
ＧａＡｓ，キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ³ ，厚さ０．０
３μｍ）を成長させる。この過程で第３クラッド層５の
厚さを０．３μｍとし、コンタクト層６を形成していな
いことが従来とは異なる。［図２（ａ）］。

【００１３】次に図４（ａ），（ｂ）に示したのと同様
の手法により、電流狭窄層８を成長させる領域のエッチ
ングを行ない、第３クラッド層５とＧａＡｓ層１０から
なるストライプ状のメサ部を形成し、その両側面に電流
狭窄層８を埋め込むが、そのとき、第３クラッド層５の
表面が酸化するのを防止するために、ＧａＡｓ層１０を
用いている。したがって、電流狭窄層８の厚さは、第３
クラッド層５（０．３μｍ）とＧａＡｓ層１０（０．０
３μｍ）の厚さの合計である０．３３μｍとなり、スト
ライプ状メサ部を形成するためのエッチング深さを浅く
することができるのも、従来とは異なる点である［図２
（ｂ）］。

【００１４】続いて、ここでは図示してないＳｉＯ₂ 膜
を除去した後、３回目のＭＯＣＶＤ法により第４クラッ
ド層９（ｐ型Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 Ａｓ，キャリア濃度５×
１０ ¹⁷／ｃｍ³ ，厚さ０．７μｍ）を成長させる。第４
クラッド層９は、第３クラッド層５を薄くしたままでは
光が吸収されてレーザ発振を起こさなくなるので、これ
を補償しレーザ発振を安定させるために形成する必要が
ある。そしてコンタクト層６を５μｍ成長させる［図２
（ｃ）］。

【００１５】その後は、従来と同様に上下のｐ，ｎ両電
極を形成して、ウエハを劈開しチップ化することによ
り、図１に示す半導体レーザ素子（上下の両電極は図示
を省略）を得ることができる。以上のようにして得られ
た本発明の半導体レーザ素子１００個と、従来の半導体
レーザ素子１００個について、発振開始しきい値電流を
測定し比較した。その結果、本発明の半導体レーザ素子
の発振開始しきい値電流は、３６ｍＡ±２ｍＡであった
のに対し、従来の半導体レーザ素子の発振開始しきい値
電流は、３７．５ｍＡ±８ｍＡであった。さらに、第３
クラッド層５の幅を測定したところ、本発明の素子は
３．９μｍ±０．０２μｍであり、従来の素子は３．９
５μｍ±０．４３μｍであった。このように、本発明の
半導体レーザ素子は、第３クラッド層５の幅寸法の制御
性が向上していることがわかる。

【００１６】本実施例では、第３クラッド層５の厚さを
０．３μｍとした場合について述べたが、第３クラッド
層５の厚さは、０．５μｍまでは同様の効果を得ること
ができる。第３クラッド層５の厚さの下限は、電流狭窄
層８との関係で決めることができ、０．２μｍより薄く
なると、電流狭窄層８が電流を絞り込む役割を果たせな
くなる。したがって、本発明の素子の第３クラッド層５
の適切な厚さ範囲は、０．２μｍ〜０．５μｍと決める
ことができる。

【００１７】また、その他の特性に関しても、本発明の
素子は、従来と同等またはそれ以上の良好な特性を示す
ことがわかった。

【００１８】

【発明の効果】電流狭窄型の半導体レーザ素子は、電流
狭窄層を形成する領域をエッチングする際に、エッチン
グ深さが大きく、そのために第３クラッド層の幅にばら
つきが生じ、発振開始しきい値電流の変動も大きかった
が、本発明では、実施例で述べた如く、第３クラッド層
の厚さを、０．２〜０．５μｍの範囲に小さくし、従来
コンタクト層も含めて１．５μｍ程度であったエッチン
グ深さを浅くしたために、第３クラッド層を精度よく所
望の幅寸法にすることができ、第３クラッド層の厚さが
薄くなったことに対しては、３回目のＭＯＣＶＤ成長過
程で第４クラッド層を設けて、その上にクラット層を形
成する素子構造としたことにより、第３クラッド層の幅
に依存する発振開始しきい値電流のばらつきが小さくな
る。その結果、本発明の半導体レーザ素子は、レーザ光
を安定な横モードで発振させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザ素子の構造を示す模式断
面図

【図２】本発明の半導体レーザ素子の主な製造工程順を
示し、それぞれ（ａ）は始めの積層過程、（ｂ）はエッ
チング後電流狭窄層を埋め込んだ過程、（ｃ）は第４ク
ラッド層とコンタクト層を形成した過程を表わす模式断
面図

【図３】従来の半導体レーザ素子の構造を示す模式断面
図

【図４】従来の半導体レーザ素子の主な製造工程順を示
し、それぞれ（ａ）は始めの積層過程、（ｂ）はエッチ
ング過程、（ｃ）は電流狭窄層を埋め込んだ過程、
（ｄ）はコンタクト層を形成した過程を表わす模式断面
図

【符号の説明】

１ 基板 ２ 第１クラッド層 ３ 活性層 ４ 第２クラッド層 ５ 第３クラッド層 ６ コンタクト層 ７ ＳｉＯ₂ 膜 ８ 電流狭窄層 ９ 第４クラッド層 １０ ＧａＡｓ層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＧａＡｓ基板の一主面上に順次積層したＡ
   ｌ_X Ｇａ_1-X Ａｓ第１クラッド層，Ａｌ_Y Ｇａ_1-Y Ａｓ
   活性層［０≦Ｙ≦Ｘ≦１（以下同様）］，Ａｌ_X Ｇａ
   _1-X Ａｓ第２クラッド層と、この第２クラッド層上にＡ
   ｌ_X Ｇａ_1-X Ａｓ第３クラッド層，ＧａＡｓ層の順に積
   層しこれらをストライプ状に形成したメサ部と、このメ
   サ部の両側面に埋め込んだ前記Ａｌ_X Ｇａ_1-X Ａｓ第３
   クラッド層とは逆導電型の電流狭窄層と、前記メサ部上
   面と前記電流狭窄層上面とのなす同一平面上に積層形成
   したＡｌ_X Ｇａ_1-X Ａｓ第４クラッド層と、この第４ク
   ラッド層の上に積層形成したＧａＡｓコンタクト層とを
   有することを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 【請求項２】請求項１記載の半導体レーザ素子におい
   て、Ａｌ_X Ｇａ_1-X Ａｓ第３クラッド層の厚さを０．２
   〜０．５μｍとすることを特徴とする半導体レーザ素
   子。