(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
｛１００｝面を主面とする一導電型半導体基板上に、少なくとも、活性層及び反対導電型クラッド層を成長させたのち、エッチングにより側面がほぼ｛０１１｝面のストライプ状メサを形成し、次いで、有機金属気相成長法を用いて、前記ストライプ状メサ側面と前記一導電型半導体基板の露出した｛１００｝面を覆い、且つ、前記ストライプ状メサの側面方向の｛０１１｝成長面が消失しない範囲で反対導電型層を成長させたのち、成長ガス雰囲気中に塩素を含むガスを添加しながら反対導電型埋込層を〔１００〕方向に成長させ、次いで、成長ガス雰囲気中に塩素を含むガスを添加しながら一導電型埋込層を〔１００〕方向に成長させ、さらに、前記一導電型埋込層上に成長ガス雰囲気中に塩素を含むガスを添加しながら反対導電型埋込層を〔１００〕方向に成長させることを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項２】
上記成長ガス雰囲気中に添加する塩素を含むガスとして、モノクロロメタン或いはモノクロロエタンのいずれかを用いたことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項３】
｛１００｝面を主面とする一導電型半導体基板上に、少なくとも、一導電型クラッド層、活性層、及び、反対導電型クラッド層を選択成長させてストライプ状メサを形成したのち、有機金属気相成長法を用いて、全面に反対導電型層を成長させ、次いで、成長ガス雰囲気中に塩素を含むガスを添加しながら一導電型埋込層を前記ストライプ状メサの側面方向にのみ成長させ、さらに、全面に反対導電型層を成長させることを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項４】
｛１００｝面を主面とする一導電型半導体基板上に、少なくとも、一導電型クラッド層、活性層、及び、反対導電型クラッド層を選択成長させてストライプ状メサを形成したのち、有機金属気相成長法を用いて、成長ガス雰囲気中に塩素を含むガスを添加しながら反対導電型埋込層或いは高抵抗埋込層を前記ストライプ状メサの側面方向にのみ成長させ、ついで、全面に一導電型半導体層を成長させたのち、前記一導電型半導体層の前記ストライプ状メサの上部に対応する部分を除去し、さらに、全面に反対導電型層を成長させることを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザの製造方法に関し、特に、埋込ヘテロ接合構造（ＢＨ）型半導体レーザの埋込層の構造及び埋込層の製造方法に特徴のある半導体レーザの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体レーザと光ファイバを基礎とする光通信技術の発展はめざましく、幹線系の通信路では光ファイバが電気ケーブルをほとんど置き換えてしまった状況であり、今後は、個人ベースでの情報処理の増大に伴い各家庭まで光ファイバが伸びるものと予測されている。
【０００３】
また、電子計算機間の伝送処理においても、動作速度ならびに実装上の問題から、従来の同軸ケーブルに替えて光ファイバを用いる光並列接続の開発が進められており、この様な光並列接続の実現には、電気−光変換素子の低電力化が重要になる。
【０００４】
この様な光通信に用いる半導体レーザとしては、一般に、ＢＨ（埋込ヘテロ接合）構造の半導体レーザが用いられているが、個人ベースでの使用のためには、低コストで大量にＢＨ構造半導体レーザを生産する技術の確立が求められ、また、光並列接続の実現のためには、低しきい値で動作する高効率のＢＨ構造半導体レーザの実現が求められている。
【０００５】
従来のＢＨ構造の半導体レーザの代表的例としてのＦＢＨ（Ｆｌａｔ−Ｂｕｒｉｅｄ−Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造半導体レーザを図８を参照して説明する。
【０００６】
図８参照
このＦＢＨ構造半導体レーザは、ｎ型クラッド層を兼ねるｎ型ＩｎＰ基板７１上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層７２、ＩｎＧａＡｓＰ活性層７３、及び、ｐ型ＩｎＰクラッド層７４を順次ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）によって成長させたのち、ＳｉＯ2 マスク等の誘電体マスク（図示せず）を用いてメサエッチングを行う。
【０００７】
次いで、この誘電体マスクを選択成長マスクとして用いて、ＬＰＥ法（液相エピタキシャル成長法）或いはＭＯＶＰＥ法を用いてｐ型ＩｎＰ埋込層７５及びｎ型ＩｎＰ埋込層７６を順次成長させたのち、誘電体マスクを除去し、全面にクラッド層となるｐ型ＩｎＰ層７７及びｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７８を成長させて、最後に、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７８上にｐ側電極７９を設けると共に、ｎ型ＩｎＰ基板７１の裏面にｎ側電極８０を設けてＦＢＨ構造半導体レーザが完成する。
【０００８】
また、他のＢＨ構造半導体レーザとして、高抵抗埋込層を設けた半導体レーザを図９を参照して説明する。
図９（ａ）参照
このＢＨ構造半導体レーザの場合には、まず、ｎ型クラッド層を兼ねるｎ型ＩｎＰ基板７１上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層７２、ＩｎＧａＡｓＰ活性層７３、ｐ型ＩｎＰクラッド層７４、及び、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７８を順次ＭＯＶＰＥ法によって成長させたのち、ＳｉＯ2 マスク等の誘電体マスク（図示せず）を用いてメサエッチングを行う。
【０００９】
次いで、この誘電体マスクを選択成長マスクとして用いて、ＭＯＶＰＥ法を用いてＦｅドープＩｎＰ埋込層８１を成長させたのち、誘電体マスクを除去し、最後に、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７８上にｐ側電極７９を設けると共に、ｎ型ＩｎＰ基板７１の裏面にｎ側電極８０を設けてＢＨ構造半導体レーザが完成する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
再び、図８参照
しかし、従来のＦＢＨ構造半導体レーザにおいては、ａの矢印で示す、ｐ型ＩｎＰクラッド層７４→ｐ型ＩｎＰ埋込層７５→ｎ型ＩｎＰ基板７１の経路の漏れ電流パスと、ｂの矢印で示す、ｐ型ＩｎＰ層７７→ｎ型ＩｎＰ埋込層７６→ｐ型ＩｎＰ埋込層７５→ｎ型ＩｎＰ基板７１の経路の漏れ電流パスが存在し、レーザ発振に必要なしきい値電流を大きくするという問題がある。
【００１１】
このうち、ｂの漏れ電流パスは、半導体レーザに高電流注入した場合に、ｐ型ＩｎＰ層７７−ｎ型ＩｎＰ埋込層７６−ｐ型ＩｎＰ埋込層７５−ｎ型ＩｎＰ基板７１からなるサイリスタ構造がターンオンして、顕著な漏れ電流パスとなり、一方、しきい値電流近傍での低電流注入領域では、ａの漏れ電流パスが主要なパスとなり、低しきい値電流化の妨げとなっている。
【００１２】
このａの漏れ電流パスによる漏れ電流を低減するためには、ｐ型ＩｎＰクラッド層７４とｐ型ＩｎＰ埋込層７５との接合部分を狭くすれば良いが、通常の成長法を用いて埋込層を形成した場合に、このｐ型ＩｎＰ埋込層７５を制御性良くコントロールして成長させることは困難であった。
【００１３】
また、ｎ型ＩｎＰ埋込層７６は、通常、ＩｎＧａＡｓＰ活性層７３の斜め上方に位置するため、ａの漏れ電流パスはｐ型ＩｎＰ埋込層７５で大きく拡がり、この点からもしきい値電流を小さくすることが困難であった。
【００１４】
さらに、ストライプ状メサをウェット・エッチングによって形成した場合には、選択埋込成長用マスクに庇部、即ち、張出部を形成することが容易であるため、埋込層の表面平坦化が容易であるが、エッチング量の制御性、再現性、及び、大面積での均一なエッチングの可能性の点ではＲＩＥ（反応性イオンエッチング）に比べて劣っているという問題がある。
【００１５】
このウェット・エッチングの問題点を解決するために、エタン−水素系のＲＩＥを用いた場合には、メサエッチングの工程において、選択埋込成長用マスクとしての誘電体マスクも少なからずエッチングされ、メサ幅の制御性が十分でないという新たな問題が生ずる。
【００１６】
この様な問題を解決するために、ｎ型ＩｎＰ基板上に幅２．５μｍ程度のストライプ状の開口部を有する誘電体マスクを設け、選択成長法によりこの開口部上にＤＨ（ダブルヘテロ接合）構造を含むストライプ状メサを成長させることが提案されている（必要ならば、Ｙ．Ｋｏｎｄｏ，Ａｐｐｌｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．６２，１９９３，ｐ．１１８８参照）。
【００１７】
この場合、マスクレスで埋込層を成長させるために、Ｓｅを高ドープして埋込層を成長させているが、この様なＳｅドープｎ+ 型埋込層はメモリ効果の原因となるという問題があり、さらに、ｎ型不純物であるＳｅを高ドープしてｐ型埋込層を成長させることは実際的に困難であるという問題もある。
【００１８】
また、ストライプ状メサをＲＩＥで形成した場合には、選択埋込成長用マスクに庇部を形成することができないので、埋込層を平坦に成長させることが困難であるという問題がある。
【００１９】
図９（ｂ）参照
例えば、ＲＩＥによってｎ型ＩｎＰ基板７１をエッチングしてストライプ状メサを形成したのち、通常のＭＯＶＰＥ法によって埋込層を成長させた場合、埋込層、即ち、ＩｎＧａＡｓ層８２及びＩｎＰ層８３は平坦に成長せず、選択埋込成長用マスク８４上への異常成長さえ生ずる。
【００２０】
なお、図９（ｂ）は、半導体レーザの断面の顕微鏡写真を模写したものであり、この場合には、そのコントラストによって成長過程が良く分かるように、埋込層として互いに組成の異なる薄いＩｎＧａＡｓ層８２及びＩｎＰ層８３を交互に成長させたものである。
【００２１】
この様な場合、埋込層を平坦に成長させるためには、成長温度を高めたり、成長速度を遅くすれば良いが、成長温度を高くすると、成長過程において活性層へ不純物が拡散するという問題や、マストランスポートによる昇温中のメサの変改が促進され、レーザ特性の劣化をもたらすという問題がある。
【００２２】
さらに、成長速度を落とした場合には、成長時間の増大をもたらし、生産性を低下させると共に、不純物の拡散を促進してレーザ特性を劣化させるという問題がある。
【００２３】
したがって、本発明は、ＢＨ構造半導体レーザにおける漏れ電流を低減させて低しきい値電流化すると共に、レーザ特性に悪影響を与えることなく平坦な埋込層を生産性良く形成することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、また、図２は本発明の方法による埋込層の成長方向の説明図であり、この図１及び図２を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１（ａ）参照
（１）本発明は、半導体レーザの製造方法において、｛１００｝面を主面とする一導電型半導体基板１上に、少なくとも、活性層３及び反対導電型クラッド層４を成長させたのち、エッチングにより側面がほぼ｛０１１｝面のストライプ状メサ５を形成し、次いで、有機金属気相成長法を用いて、ストライプ状メサ５の側面と一導電型半導体基板１の露出した｛１００｝面を覆い、且つ、ストライプ状メサ５の側面方向の｛０１１｝成長面が消失しない範囲で反対導電型層６を成長させのち、成長ガス雰囲気中に塩素を含むガスを添加しながら反対導電型埋込層を〔１００〕方向に成長させ、次いで、成長ガス雰囲気中に塩素を含むガスを添加しながら一導電型埋込層７を〔１００〕方向に成長させ、さらに、一導電型埋込層７上に成長ガス雰囲気中に塩素を含むガスを添加しながら反対導電型埋込層８を〔１００〕方向に成長させることを特徴とする（第１の実施の形態に対応）。
【００２５】
図２（ａ）参照
図２（ａ）は、主面が（１００）面のＩｎＰ基板１１上に、側面が（０１１）面近傍のストライプ状メサ１２を形成したのち、モノクロロメタン（ＣＨ3 Ｃｌ）を添加したＭＯＶＰＥ法によって埋込層を成長させた場合の断面の顕微鏡写真を模写したものであり、コントラストによって成長方向が分かるように、埋込層として組成の異なる薄いＩｎＧａＡｓ層１３とＩｎＰ層１４を交互に成長させたもので、図から明らかなように、ほぼ（１００）面に平行に、即ち、〈１００〉方向にのみ成長していることが分かる。
【００２６】
この様に、ストライプ状メサ５の側面が｛０１１｝面近傍であると、成長ガス雰囲気中に塩素を含むガスを添加し、且つ、成長条件を制御することにより、例えば、成長温度を６００℃±１０°にすることにより、ストライプ状メサ５の側面への成長は抑制され、一導電型半導体基板１の露出した｛１００｝面上にのみ、即ち、〔１００〕方向にのみ成長が生ずるので、ストライプ状メサ５の側面と一導電型半導体基板１の露出した｛１００｝面を覆うように成長させた反対導電型層６の厚さを制御することによって低電流注入時における漏れ電流パスの幅、即ち、一導電型埋込層７のストライプ状メサ５からの横方向の距離を狭くすることができ、したがって、しきい値電流を低減することができる。
【００２７】
特に、反対導電型層６の上にさらに反対導電型層を成長させた場合、この反対導電型層の厚さによって一導電型埋込層７の縦方向の位置を任意に制御することが可能になり、また、この反対導電型層を設けることによって、高電流注入時の漏れ電流パスを構成するサイリスタ構造の反対導電型ベース層の厚さを厚くすることができるので、ターンオン電圧が高くなり、漏れ電流を低減することができる。
【００２８】
（２）また、本発明は、上記（１）において、成長ガス雰囲気中に添加する塩素を含むガスとして、モノクロロメタン或いはモノクロロエタンのいずれかを用いたことを特徴とする。
【００２９】
この様に、埋込層を〔１００〕方向にのみ成長させるために成長ガス雰囲気中に添加する塩素を含むガスとしては、塩素が一つのモノクロロメタン或いはモノクロロエタンが好適である。
【００３０】
図１（ｂ）参照
（３）また、本発明は、半導体レーザの製造方法において、｛１００｝面を主面とする一導電型半導体基板１上に、少なくとも、一導電型クラッド層２、活性層３、及び、反対導電型クラッド層４を選択成長させてストライプ状メサ５を成長させたのち、有機金属気相成長法を用いて、全面に反対導電型層６を成長させ、次いで、成長ガス雰囲気中に塩素を含むガスを添加しながら一導電型埋込層７をストライプ状メサ５の側面方向にのみ成長させ、さらに、全面に反対導電型層埋込層８を成長させることを特徴とする（第２の実施の形態に対応）。
【００３１】
図２（ｂ）参照
図２（ｂ）は、ＩｎＰ基板１１上に、ストライプ状メサ１２を形成したのち、成長ガス雰囲気中に塩素を含むガスを添加して薄いＩｎＧａＡｓ層１３とＩｎＰ層１４を交互に成長させた場合の断面構造を模式的に示したものであり、図に示したように、ストライプ状メサ１２の上面及びＩｎＰ基板１１の露出面上にはほとんど成長せず、ストライプ状メサ１２の側面方向にのみ成長が生ずる。
【００３２】
したがって、エッチング兼選択成長用の誘電体マスクを用いることなく、簡単な製造工程によって、ストライプ状メサ５及び平坦な一導電型埋込層７を形成することができるので、レーザ特性を均一化することができ、且つ、生産性も向上する。
【００３３】
（４）また、本発明は、半導体レーザの製造方法において、｛１００｝面を主面とする一導電型半導体基板１上に、少なくとも、一導電型クラッド層２、活性層３、及び、反対導電型クラッド層４を選択成長させてストライプ状メサ５を成長させたのち、有機金属気相成長法を用いて、成長ガス雰囲気中に塩素を含むガスを添加しながら反対導電型埋込層或いは高抵抗埋込層をストライプ状メサ５側面方向にのみ成長させ、ついで、全面に一導電型半導体層を成長させたのち、この一導電型半導体層のストライプ状メサ５の上部に対応する部分を除去し、さらに、全面に反対導電型層を成長させることを特徴とする（第３の実施の形態に対応）。
【００３４】
この様に、成長ガス雰囲気中に塩素を含むガスを添加することによって、反対導電型埋込層或いは高抵抗埋込層をストライプ状メサ５の側面方向のみに直接設けることができ、特に、高抵抗埋込層を設けた場合には、漏れ電流をより低減することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明の第１の実施の形態の前提となる製造工程を図３及び図４を参照して説明する。
図３（ａ）参照
まず、（１００）面を主面とするｎ型ＩｎＰ基板２１上に、ＭＯＶＰＥ法によって厚さが１００〜３００ｎｍ、例えば、１５０ｎｍで不純物濃度が５．０×１０17ｃｍ-3のｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２２、発光波長が１．３μｍ、厚さが１００〜２００ｎｍ、例えば、１００ｎｍでアンドープのＩｎＧａＡｓＰ活性層２３、及び、厚さが１．５〜２．０μｍ、例えば、１．５μｍで不純物濃度が５．０×１０17ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰクラッド層２４を順次成長させる。
【００３６】
図３（ｂ）参照
次いで、ＣＶＤ法によって厚さ０．３μｍのＳｉＯ2 膜を堆積させたのち、パターニングして幅１．５μｍのストライプ状のＳｉＯ2 マスク２５を形成し、次いで、このＳｉＯ2 マスク２５をエッチングマスクとして、エタン＋水素＋微量酸素からなるエタン系のガスを用いたＲＩＥによってメサエッチングを行い、高さが、例えば、２．５μｍで、その側面がほぼ（０１１）面のストライプ状メサ２６を形成する。
【００３７】
次いで、原料ガスとしてＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＰＨ3 、及び、ドーパントとしてＤＭＺｎ（ジメチル亜鉛）を用いたＭＯＶＰＥ法によって、６００℃の成長温度において、厚さが０．１〜０．８μｍ、例えば、０．３μｍで不純物濃度が１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰ層２７をストライプ状メサ２６の側面及びｎ型ＩｎＰ基板２１の露出面に成長させる。
【００３８】
図３（ｃ）参照
次いで、ドーパントをＳｉＨ4 に替えると共に、モノクロロメタン（ＣＨ3 Ｃｌ）を、ＴＭＩの流量に対する比、即ち、モノクロロメタン／ＴＭＩが２〜５０、例えば、３０になるように添加して、厚さが０．１〜１．０μｍ、例えば、０．４μｍで不純物濃度が２．０×１０18ｃｍ-3のｎ型ＩｎＰ埋込層２８、及び、厚さが０．５〜２．０μｍ、例えば、１．５μｍで不純物濃度が１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰ埋込層２９を順次成長させて、ストライプ状メサ２６を埋め込む。
【００３９】
図４（ｄ）参照
次いで、ＳｉＯ2 マスク２５を除去したのち、ＭＯＶＰＥ法によって、厚さが０．５〜３．０μｍ、例えば、１．０μｍで不純物濃度が１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰ層３０、及び、厚さが０．１〜０．５μｍ、例えば、０．３μｍで不純物濃度が１．０×１０19ｃｍ-3のｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層３１を順次成長させ、最後に、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層３１上にｐ側電極としてのＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極３２を設けると共に、ｎ型ＩｎＰ基板２１の裏面にｎ側電極としてＡｕ・Ｇｅ／Ａｕ電極３３を設ける。
【００４０】
図４（ｅ）参照
図４（ｅ）は、ｐ型ＩｎＰ層２７、ｎ型ＩｎＰ埋込層２８、及び、ｐ型ＩｎＰ埋込層２９の成長状態を確認するために、上記と同じ条件でストライプ状メサ２６を設けたｎ型ＩｎＰ基板２１に埋込層を成長させた場合の断面の顕微鏡写真を模写したものであり、図２の場合と同様に、コントラストにより成長方向を確認するために埋込層として薄いｐ型ＩｎＰ層３４、ＩｎＧａＡｓ層３５、ｎ型ＩｎＰ層３６、及び、ｐ型ＩｎＰ層３７を交互に成長させたものである。
【００４１】
図から明らかなように、成長ガス雰囲気中にモノクロロメタンを含まない場合には、ｐ型ＩｎＰ層３４とＩｎＧａＡｓ層３５とがストライプ状メサ２６の側面及びｎ型ＩｎＰ基板２１の露出面に沿って成長し、次いで、成長ガス雰囲気中にモノクロロメタンを添加した場合には、ｎ型ＩｎＰ層３６、ＩｎＧａＡｓ層３５及び、ｐ型ＩｎＰ層３７が、ｎ型ＩｎＰ基板２１の露出面である（１００）面上にのみ、即ち、〈１００〉方向にのみ成長することが分かる。
【００４２】
即ち、モノクロロメタンの添加によって、〈０１１〉方向への成長は抑制されるので、ｎ型ＩｎＰ埋込層２８は、（１００）面と平行に、且つ、ほぼ矩形状に成長させることができる。
【００４３】
したがって、この第１の実施の形態においては、ｐ型ＩｎＰ層２７を成長する際に、その厚さを制御することによって、ストライプ状メサ２６とｎ型ＩｎＰ埋込層２８との間の横方向の間隔を任意に狭くすることができ、それによって、低電流注入時の漏れ電流パスの間隔を狭くすることができるので、しきい値電流を低くすることができる。
【００４４】
例えば、この様にして作製したＢＨ構造半導体レーザの共振器長を３００μｍとし、端面コートなしで発振させた場合に、５．０ｍＡという低いしきい値電流が得られた。
【００４５】
以上を前提として、次に、本発明の第１の実施の形態を説明するが、上述の説明における図３（ｃ）の工程においてｎ型ＩｎＰ埋込層２８を成長させる前に、成長ガス雰囲気中にモノクロロメタンを添加した状態でｐ型ＩｎＰ埋込層を成長させたものである。
【００４６】
したがって、本発明の第１の実施の形態においては、ｎ型ＩｎＰ埋込層２８の縦方向の位置をｐ型ＩｎＰ埋込層の厚さで任意に制御することが可能になり、また、ｐ型ＩｎＰ埋込層を設けることによって、高電流注入時の漏れ電流パスを構成するサイリスタ構造のｐ型ベース層の厚さを厚くすることができるので、ターンオン電圧が高くなり、漏れ電流を低減することができる。
【００４７】
また、上記の第１の実施の形態においては、ｐ型ＩｎＰ埋込層２９もモノクロロメタンを添加した雰囲気中で成長させているが、ｎ型ＩｎＰ埋込層２８を形成した後の埋込層の場合には、必ずしもモノクロロメタンを添加する必要はなく、通常のＭＯＶＰＥ法を用いても良いものである。
【００４８】
また、上記の第１の実施の形態においては、成長ガス雰囲気中に添加するガスとしてモノクロロメタンを用いているが、モノクロロエタン（Ｃ2 Ｈ5 Ｃｌ）を用いても良く、いずれにしても塩素を一つ含んだ塩化物が望ましい。
【００４９】
また、埋込層を〈１００〉方向にのみ成長させるためには、成長温度の制御が必要であり、上記の第１の実施の形態においては、成長温度として６００℃を採用しているが、６００℃±１０°の範囲であれば良い。
【００５０】
次に、図５及び図６を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。
図５（ａ）参照
まず、（１００）面を主面とするｎ型ＩｎＰ基板５１上に、ＣＶＤ法によって厚さ０．２μｍのＳｉＯ2 膜を設けたのち、パターニングによって幅２．５μｍのストライプ状開口部を設けてＳｉＯ2 マスク５２とし、次いで、このＳｉＯ2 マスク５２を選択成長マスクとしたＭＯＶＰＥ法によって、厚さが５００〜１５００ｎｍ、例えば、１０００ｎｍで不純物濃度が５．０×１０17ｃｍ-3のｎ型ＩｎＰバッファ層５３、発光波長が１．３μｍ、厚さが夫々１０ｎｍと６ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ構造を１０周期設けたＭＱＷ活性層５４、及び、厚さが５００〜１０００ｎｍ、例えば、７００ｎｍで不純物濃度が５．０×１０17ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰクラッド層５５を順次成長させて、高さが１．０〜２．５μｍ、例えば、１．８μｍのストライプ状メサ５６を形成する。
【００５１】
図５（ｂ）参照
次いで、ＨＦ溶液を用いてＳｉＯ2 マスク５２を除去したのち、原料ガスとしてＴＭＩ、ＰＨ3 、及び、ドーパントとしてＤＭＺｎを用いたＭＯＶＰＥ法によって、６００℃の成長温度において、厚さが０．１〜０．５μｍ、例えば、０．４μｍで不純物濃度が１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰ層５７を全面に成長させる。
【００５２】
図６（ｃ）参照
次いで、ドーパントをＳｉＨ4 に替えると共に、ＰＣｌ3 の流量比のＴＭＩの流量に対する比、即ち、Ｃｌ／Ｉｎが０．２〜１．０、例えば、０．５になるようにＰＣｌ3 を添加すると共に、成長温度を、５５０〜６００、例えば、５７５℃にして、不純物濃度が２．０×１０18ｃｍ-3のｎ型ＩｎＰ埋込層５８をストライプ状メサ５６の側面方向のみに成長させる。
【００５３】
この場合に、ｎ型ＩｎＰ埋込層５８をストライプ状メサ５６の側面方向のみに成長させるために重要な条件は、Ｃｌ／Ｉｎ比と成長温度であり、Ｃｌの流量を多くすると共に、成長温度を低めに設定することによって側面方向のみへの結晶成長が可能になる。
【００５４】
図６（ｄ）参照
次いで、ＰＣｌ3 を含まない雰囲気における通常のＭＯＶＰＥ法によって、厚さが０．２〜１．５μｍ、例えば、１．０μｍで不純物濃度が１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰ層５９、及び、厚さが０．１〜０．５μｍ、例えば、０．５μｍで不純物濃度が１．０×１０19ｃｍ-3のｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層６０を順次成長させ、最後に、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層６０上にｐ側電極としてのＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極６１を設けると共に、ｎ型ＩｎＰ基板５１の裏面にｎ側電極としてＡｕ・Ｇｅ／Ａｕ電極６２を設ける。
【００５５】
この様に作製したＢＨ構造半導体レーザにおいては、メサ幅の均一性が良いため共振器長を３００μｍとし、端面コートなしでのレーザ発振において、２インチウェハ内でのしきい値電流分布が８．０±０．５ｍＡと非常に高い均一性を示し、高い歩留りが得られた。
【００５６】
また、この第２の実施の形態においては、マスクレスで且つ簡単な製造工程で平坦な埋込層を成長させているので、生産性が向上し、より安価な半導体レーザの製造が可能になる。
【００５７】
次いで、図７を参照して、本発明の第３の実施の形態を説明する。
図７（ａ）参照
まず、上記の第３の実施の形態と全く同様に、（１００）面を主面とするｎ型ＩｎＰ基板５１上に、ＣＶＤ法によって厚さ０．２μｍのＳｉＯ2 膜を設けたのち、パターニングによって幅２．５μｍのストライプ状開口部を設けてＳｉＯ2 マスク（図示せず）とし、次いで、このＳｉＯ2 マスクを選択成長マスクとしたＭＯＶＰＥ法によって、厚さが５００〜１５００ｎｍ、例えば、１０００ｎｍで不純物濃度が５．０×１０17ｃｍ-3のｎ型ＩｎＰバッファ層５３、発光波長が１．３μｍ、厚さが夫々１０ｎｍと６ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓ構造を１０周期設けたＭＱＷ活性層５４、及び、厚さが５００〜１０００ｎｍ、例えば、７００ｎｍで不純物濃度が５．０×１０17ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰクラッド層５５を順次成長させて、高さが１．０〜２．５μｍ、例えば、１．８μｍのストライプ状メサ５６を形成する。
【００５８】
次いで、ＨＦ溶液を用いてＳｉＯ2 マスクを除去したのち、原料ガスとしてのＴＭＩ、ＰＨ3 、及び、Ｆｅドーパントとしてのフェロセンに対してＰＣｌ3 を添加したＭＯＶＰＥ法よって、成長温度を、５５０〜６００、例えば、５７５℃にして、抵抗値が１×１０8 Ω・ｃｍのＦｅドープＩｎＰ埋込層６３をストライプ状メサの側面方向のみに成長させたのち、ＰＣｌ3 を含まない雰囲気における通常のＭＯＶＰＥ法によって、メサ上の厚さが０．１〜０．５μｍ、例えば、０．２５ｍで不純物濃度が１．０×１０18ｃｍ-3のｎ型ＩｎＰブロック層６４を成長させる。
【００５９】
図７（ｂ）参照
次いで、ストライプ状メサの頂部に対応する部分のｎ型ＩｎＰブロック層６４を選択的に除去したのち、通常のＭＯＶＰＥ法によって、厚さが０．２〜１．５μｍ、例えば、１．０μｍで不純物濃度が１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰ層５９、及び、厚さが０．１〜０．５μｍ、例えば、０．５μｍで不純物濃度が１．０×１０19ｃｍ-3のｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層６０を順次成長させ、最後に、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層６０上にｐ側電極としてのＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極６１を設けると共に、ｎ型ＩｎＰ基板５１の裏面にｎ側電極としてＡｕ・Ｇｅ／Ａｕ電極６２を設ける。
【００６０】
この第３の実施の形態においては、マスクレスで且つ簡単な製造工程で平坦なＦｅドープＩｎＰ埋込層６３をストライプ状メサの側面方向のみ成長させているので、漏れ電流をより低減することができ、レーザ特性が向上すると共に、安価な半導体レーザの製造が可能になる。
【００６１】
なお、上記の第３の実施の形態におけるＦｅドープＩｎＰ埋込層６３は、ｐ型ＩｎＰ埋込層に置き換えても良いものである。
【００６２】
また、上記の第２及び第３の実施の形態においては、活性層としてＭＱＷ活性層を用いているが、第１の実施の形態と同様にＩｎＧａＡｓＰ活性層を用いても良く、また、光ガイド層を設けても良いものである。
【００６３】
また、逆に、上記の第１の実施の形態における活性層はＩｎＧａＡｓＰ活性層であるが、第２及び第３の実施の形態と同様にＭＱＷ活性層を用いても良く、また、光ガイド層は設けなくとも良いし、或いは、活性層の両側に設けても良いものである。
【００６４】
また、上記の第１の実施の形態においては、ｎ型ＩｎＰ基板がｎ型クラッド層を兼ねているため、ｎ型ＩｎＰ基板上にｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層を直接設けているが、ｎ型ＩｎＰ基板上にｎ型ＩｎＰバッファ層を介してｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層をもうけても良く、この場合には、ｎ型ＩｎＰバッファ層がｎ型クラッド層として機能することになる。
【００６５】
また、上記の各実施の形態においては、基板としてｎ型ＩｎＰ基板を用いているが、ｐ型ＩｎＰ基板を用いても良いものであり、その場合には、各実施の形態に記載している各層の導電型を全て反転させる必要がある。
【００６６】
また、上記の各実施の形態においては、埋込層のほとんどをＩｎＰで形成しているが、ＩｎＰに限られるものでなく、一般的にはＩｎＧａＡｌＡｓＰで表される半導体層を用いれば良い。
【００６７】
また、上記の各実施の形態においては、光通信用半導体レーザを主たる対象としているため、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系で説明しているが、本発明はＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系に限られるものではなく、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系をも対象とするものである。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、ＢＨ構造半導体レーザの埋込層を形成する場合、製造条件を制御することによって、等方的成長か、基板に垂直方向の成長か、或いは、ストライプ状メサの側面方向への成長かを制御し、それらを組み合わせることによって、漏れ電流が少なく低しきい値電流を半導体レーザを製造することができ、また、埋込層表面が平坦で素子特性が均一な半導体レーザを歩留り良く製造できるので、光通信技術の一層の発展・普及に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】  本発明の方法による埋込層の成長方向の説明図である。
【図３】  本発明の第１の実施の形態の前提となる製造工程の途中までの説明図である。
【図４】  本発明の第１の実施の形態の前提となる製造工程の図３以降の説明図である。
【図５】  本発明の第２の実施の形態の途中までの製造工程の説明図である。
【図６】  本発明の第２の実施の形態の図５以降の製造工程の説明図である。
【図７】  本発明の第３の実施の形態の製造工程の説明図である。
【図８】  従来のＦＢＨ構造半導体レーザの説明図である。
【図９】  従来のＢＨ構造半導体レーザの説明図である。
【符号の説明】
１  一導電型半導体基板
２  一導電型クラッド層
３  活性層
４  反対導電型クラッド層
５  ストライプ状メサ
６  反対導電型層
７  一導電型埋込層
８  反対導電型埋込層
９  電極
１０  電極
１１  ＩｎＰ基板
１２  ストライプ状メサ
１３  ＩｎＧａＡｓ層
１４  ＩｎＰ層
２１  ｎ型ＩｎＰ基板
２２  ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層
２３  ＩｎＧａＡｓＰ活性層
２４  ｐ型ＩｎＰクラッド層
２５  ＳｉＯ2 マスク
２６  ストライプ状メサ
２７  ｐ型ＩｎＰ層
２８  ｎ型ＩｎＰ埋込層
２９  ｐ型ＩｎＰ埋込層
３０  ｐ型ＩｎＰ層
３１  ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
３２  Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極
３３  Ａｕ・Ｇｅ／Ａｕ電極
３４  ｐ型ＩｎＰ層
３５  ＩｎＧａＡｓ層
３６  ｎ型ＩｎＰ層
３７  ｐ型ＩｎＰ層
５１  ｎ型ＩｎＰ基板
５２  ＳｉＯ2 マスク
５３  ｎ型ＩｎＰバッファ層
５４  ＭＱＷ活性層
５５  ｐ型ＩｎＰクラッド層
５６  ストライプ状メサ
５７  ｐ型ＩｎＰ層
５８  ｎ型ＩｎＰ埋込層
５９  ｐ型ＩｎＰ層
６０  ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
６１  Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極
６２  Ａｕ・Ｇｅ／Ａｕ電極
６３  ＦｅドープＩｎＰ埋込層
６４  ｎ型ＩｎＰブロック層
７１  ｎ型ＩｎＰ基板
７２  ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層
７３  ＩｎＧａＡｓＰ活性層
７４  ｐ型ＩｎＰクラッド層
７５  ｐ型ＩｎＰ埋込層
７６  ｎ型ＩｎＰ埋込層
７７  ｐ型ＩｎＰ層
７８  ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
７９  ｐ側電極
８０  ｎ側電極
８１  ＦｅドープＩｎＰ埋込層
８２  ＩｎＧａＡｓ層
８３  ＩｎＰ層
８４  選択埋込成長用マスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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