(57)【要約】【課題】埋込構造の半導体レーザに関し、活性層と電流ブロック層との距離を狭くかつ制御性よく実現すること。【解決手段】第１導電型不純物を含む化合物半導体よりなりメサ形状の突起を有する第１クラッド層と、突起の上にストライプ状に形成され、かつ第１クラッド層の上面に対して７０度以上且つ９０度以下の角度で傾斜する側面を有する活性層と、突起の両側に形成された第２導電型不純物を含む埋込層と、活性層の側面を上側に延長させた仮想面に一端が接し、該一端から下方に向けて第１クラッド層の上面に対してほぼ５５度の角度で傾斜する第１の面と、活性層の側方において活性層の側面の角度よりも大きく第１クラッド層の上面に対して垂直の角度よりも小さく傾斜する第２の面とを有して埋込層の上に形成された第１導電型不純物を含有する電流ブロック層と、電流ブロック層と活性層の上に形成された第２導電型不純物を含む第２クラッド層とを有する。【選択図】図９
2006279087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型不純物を含む化合物半導体よりなりメサ形状の突起を有する第１クラッド層と、
前記突起の上にストライプ状に形成され、かつ前記第１クラッド層の上面に対して７０度以上且つ９０度以下の角度で傾斜する側面を有する活性層と、
前記突起の両側に形成された前記第１導電型不純物と異なる第２導電型不純物を含む埋込層と、
前記活性層の側面を上側に延長させた仮想面に一端が接し、さらに該一端から下方に向けて前記第１クラッド層の前記上面に対してほぼ５５度の角度で傾斜する第１の面と、前記活性層の側方において前記活性層の側面の角度よりも大きく前記第１クラッド層の前記上面に対して垂直の角度よりも小さく傾斜する第２の面とを有して前記埋込層の上に形成された第１導電型不純物を含有する電流ブロック層と、
前記電流ブロック層と前記活性層の上に形成された第２導電型不純物を含む第２クラッド層と
を有することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
前記電流ブロック層の前記第２の面は前記活性層の下面と等しいかそれよりも下方に延び、
さらに、前記第２の面の下端からは前記突起から離れる方向に延びる第３の面を有することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記活性層と前記電流ブロック層の最短距離は０．１〜０．３μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記電流ブロック層の前記一端から上方には、前記活性層の側方に広がって前記基板の面に対してほぼ５５度の角度で傾斜する面を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体レーザ。
【請求項５】
第１導電型不純物を含む第１クラッド層の上に活性層と第２導電型不純物を含む第２クラッド層の下側層を形成する工程と、
前記第２クラッド層の前記下側層の上にストライプ形状のマスクを形成する工程と、
前記マスクに覆われない部分の前記第２クラッド層の下側層から前記第１クラッド層の上部までをドライエッチングして平面ストライプ状のメサ部を形成する工程と、
前記メサ部の頂面の縁から下に広がって（１１１）面である第１の面と、該第１の面の下方且つ前記活性層の両側方において前記活性層の側面の角度と前記第１クラッド層の上面に対して垂直な角度の間の角度に傾斜した第２の面を有し、かつ第２導電型不純物を含む埋込層を前記メサ部の両側方に形成する工程と、
前記埋込層の上に第１導電型不純物を含む電流ブロック層を形成する工程と、
前記マスクを除去した後に、前記第２クラッド層の前記下側層と前記電流ブロック層の上に前記第２クラッド層の上層部を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項６】
前記埋込層は、前記活性層の両側面上で所定膜厚を形成した後に、さらに該両側面上での成長速度を実質的に零として前記活性層よりも下側でのみ成長が局所的に進む成長過程を経て形成されることを特徴とする請求項５記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項７】
前記埋込層の前記成長過程において、塩化メチルを含むガスを用い、該塩化メチルガスの流量を増やすことによって前記活性層の前記両側面上での成長速度を実質的に零に変化させて前記活性層よりも下側でのみ成長を局所的に進ませていることを特徴とする請求項６記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項８】
前記埋込層は、原料ガスとともに塩素含有ガスを用いながら成長されることを特徴とする請求項５記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項９】
前記塩素含有ガスは、塩化メチルガスであることを特徴とする請求項８記載の半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ及びその製造方法に関し、より詳しくは、光ファイバ通信に用いられる埋込構造を有する半導体レーザ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信の適用範囲が、通信網の幹線系統から加入者系統へと広がっていくにつれ、光源となる半導体レーザには広い温度環境での動作が求められており、特に、動作電流の増大する高温で良好なレーザ特性を実現する必要がある。同時に、所要量も増大してきている。
【０００３】
そこで、高温まで動作可能なレーザを均一性よく実現できる構造及び製造方法が必要となっている。
【０００４】
通常、光通信に用いられている半導体レーザでは埋め込み構造が用いられている。埋め込み構造は電流を狭窄するものであって、ｐｎ接合を用いるものと高抵抗層を用いるものとがあるが高温動作にはｐｎ接合を用いた構造が適している。
【０００５】
ｐｎ接合の埋込構造を有する半導体レーザは例えば図１に示すような構造を有している。
【０００６】
図１において、ｎ型（n-）InP基板１の上には、InGaAsPよりなる活性層２とｐ型（p-）InPよりなる第１のｐ型クラッド層３が形成され、第１のｐ型クラッド層３からn-InP基板１の上部まではメサ状に形成されてメサ部となっている。そのメサ部を構成する活性層２は幅１〜１．５μｍ程度のストライプ形状となり、また、メサ部の両側は埋込領域となっている。
【０００７】
埋込領域には、p-InPよりなるｐ型埋込層４とn-InPよりなるｎ型電流ブロック層５が埋め込まれ、さらに電流ブロック層５と第１のｐ型クラッド層３の上にはp-InPよりなる第２のｐ型クラッド層６、p-InGaAsよりなるｐ型コンタクト層７が順に形成されている。
【０００８】
さらに、ｐ型コンタクト層７上にはｐ側電極８が形成され、InP基板１の下にはｎ側電極９が形成されている。
【０００９】
そのような埋込構造の半導体レーザは、n-InP基板１上に活性層２と第１のｐ型クラッド層３を成長した後に、マスクを用いて第１のｐ型クラッド層３からn-InP基板１の上部までを略ストライプ状にエッチングした後に、その両側にｐ型埋込層４とｎ型電流ブロック層５よりなる埋込構造を形成している。
【００１０】
尚、最近の光通信用レーザにおいては活性層に量子井戸または歪量子井戸構造を採用している場合が多いが、以下に示す活性層とは、井戸層、障壁層からなる量子井戸構造及びそれを挟む上下の光ガイド層までを含んだものを指すものとする。
【００１１】
以上説明したような構造を有する具体的な報告例としては近藤他，１９９５年秋季応用物理学会２７ｐ−ＺＡ−５、知野他，１９９７年春季応用物理学会３０ｐ−ＮＧ−１１がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、埋込型半導体レーザにおいて、高温で良好な特性を得るためには活性層を通らないリーク電流を低減することが重要である。
【００１３】
図１に例示したｐｎ埋め込み構造のレーザでは、活性層２の両脇をｐ型埋込層４で埋め込む構造となっておりこの層が活性層２直上のｐ型クラッド層３，６とつながっている。
【００１４】
そのため、高温動作時には図１の矢印に示す経路を通ってｐ型クラッド層３，６からｐ型埋込層４を通してｎ型InP基板１へ流れるリーク電流が発生する。この漏れ電流量は活性層２とｎ型ブロック層５との間の間隔に依存するので、漏れ電流を小さくするためにはｎ型ブロック層５と活性層との距離を例えば０．２μｍ程度に狭くする必要がある。しかも、均一なレーザ特性を得るためにはその距離を制御性よく作製することが必要となる。
【００１５】
しかしながら、従来の構造ではｎ型ブロック層５の一番内側の点はメサ頂面の縁に設定されるものの、活性層２に近いｎ型ブロック層５底面の角度θが水平方向に対して３０度前後の緩い角度で広がっているために、ｎ型ブロック層５と活性層２との距離が下にいくほど急速に広がって、リーク電流が流れる領域の幅が広めになってしまっている。
【００１６】
そのｎ型ブロック層５の底面の角度は、その下のｐ型埋込層４の上面の角度に依存するものである。即ち、その３０度前後の緩い角度の面は、ｐ型埋込層４の結晶成長時においては成長当初に速度の遅い（１１１）面が現われ、ついで他の面方位との成長速度の関係で（１１１）面の上に成長が開始することで現われる面であって、その面の位置及び角度は、メサ部の高さ、メサ部の下部の形状、成長条件の変化による面方位の相互間の成長速度の関係の変化、等に非常に敏感である。
【００１７】
そのため制御性が良いと言われているＭＯＶＰＥ法を用いてｐ型埋込層４を形成するといえども、ｎ型ブロック層５の活性層２に対する位置を再現性良く均一に製作することは困難であった。
【００１８】
本発明の目的は、基板上に作製したレーザにおいて活性層と電流ブロック層との距離を狭くかつ制御性よく実現できる半導体レーザとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記した課題は、図９に例示するように、第１導電型不純物を含む化合物半導体よりなりメサ形状の突起を有する第１クラッド層２１，２２と、前記突起の上にストライプ状に形成され、かつ前記第１クラッド層２１，２２の上面に対して７０度以上且つ９０度以下の角度で傾斜する側面を有する活性層２３と、前記突起の両側に形成された第１導電型不純物と異なる第２導電型不純物を含む埋込層２７と、前記活性層２３の側面を上側に延長させた仮想面に一端が接し、さらに該一端から下方に向けて前記第１クラッド層２１，２２の前記上面に対してほぼ５５度の角度で傾斜する第１の面と、前記活性層２３の側方において前記活性層２３の側面の角度よりも大きく前記第１クラッド層２１，２２の前記上面に対して垂直の角度よりも小さく傾斜する第２の面とを有して前記埋込層２７の上に形成された第１導電型不純物を含有する電流ブロック層２８ａと、前記電流ブロック層２８ａと前記活性層２３の上に形成された第２導電型不純物を含む第２クラッド層２４，２９ａとを有することを特徴とする半導体レーザによって解決する。
【００２０】
上記した半導体レーザにおいて、前記電流ブロック層２８ａの前記第２の面は前記活性層２３の下面と等しいかそれよりも下方に延び、さらに、前記第２の面の下端からは前記突起から離れる方向に延びる第３の面を有することを特徴とする。
【００２１】
上記した半導体レーザにおいて、前記活性層２３と前記電流ブロック層２８の最短距離は０．１〜０．３μｍの範囲内にあることを特徴とする。または、前記電流ブロック層２８の前記一端から上方には、前記活性層２３の側方に広がって前記基板の面に対してほぼ５５度の角度で傾斜する面を有することを特徴とする。
【００２２】
上記した課題は、図８、図９に例示するように、第１導電型不純物を含む第１クラッド層２１，２２の上に活性層２３と第２導電型不純物を含む第２クラッド層の下側層２４を形成する工程と、前記第２クラッド層の前記下側層２４の上にストライプ形状のマスク２５を形成する工程と、前記マスク２５に覆われない部分の前記第２クラッド層の下側層２４から前記第１クラッド層２１，２２の上部までをドライエッチングして平面ストライプ状のメサ部２６を形成する工程と、前記メサ部２６の頂面の縁から下に広がって（１１１）面である第１の面と、該第１の面の下方且つ前記活性層の両側方において前記活性層２３の両側面の角度と前記第１クラッド層の上面に対して垂直な角度の間の角度に傾斜した第２の面を有し、さらに第２導電型不純物を含む埋込層２７を前記メサ部２６の両側方に形成する工程と、前記埋込層２７の上に第１導電型不純物を含む電流ブロック層２８を形成する工程と、前記マスク２５を除去した後に、前記第２クラッド層の前記下側層２４と前記電流ブロック層２８ａの上に前記第２クラッド層の上層部２９ａを形成する工程とを有することを特徴とする半導体レーザの製造方法によって解決する。
【００２３】
また、上記した半導体レーザの製造方法において、前記埋込層２７は、前記活性層２３の両側面上で所定膜厚が形成された後に、さらに該両側面上での成長速度を実質的に零として前記活性層よりも下側でのみ成長が局所的に進む成長過程を経て形成されることを特徴とする。この場合、前記埋込層の成長過程では塩化メチルを含むガスを用い、該塩化メチルガスの流量を増やすことによって前記活性層の前記両側面上での成長速度を実質的に零に変化させて前記活性層よりも下側でのみ成長を局所的に進ませるといった方法がある。
【００２４】
上記した半導体レーザの製造方法において、前記埋込層２７は、原料ガスとともに塩素含有ガスを用いながら成長されることを特徴とする。この場合の塩素含有ガスとしては、塩化メチルガスなどがある。
【００２５】
なお、上記した図番及び符号は、発明の理解を容易にするために引用したものであってこれに限定されるものではない。
【００２６】
次に、上記発明の作用について説明する。
【００２７】
本発明と別な発明によれば、メサ状の第１クラッド層の上に形成された活性層の側面の角度を第１クラッド層の上面に対して７０〜９０度の範囲内に設定するとともに、その側面の上方への延長上に電流ブロック層の一端を接触させ、さらに、その一端から活性層の下側に延びる電流ブロック層の面の角度を実質的に５５度傾けるようにしている。
【００２８】
これにより、活性層の両側方で電流ブロック層の下側に存在する埋込層が狭くなるので、活性層の上側に存在する第２クラッド層からその埋込層を通るリーク電流の通過領域が狭くなっててリーク電流が低減する。この結果、高温時、高出力時における電流−光出力特性を均一にすることができる。
【００２９】
このような半導体レーザの製造方法としては、第１クラッド層の上に活性層と第２クラッド層の下層部とを順に形成した後に、第２クラッド層の下層部から第１クラッド層の上層部までをドライエッチングを用いてパターニングしてメサ部を形成した後に、活性層の側方から下側まで（１１１）面が存在するように埋込層の成長を制御し、その埋込層の上に電流ブロック層を形成することによって達成される。
【００３０】
この場合、埋込層の（１１１）面は、基板面に対してほぼ５５度の傾斜を有する。また、埋込層のうち（１１１）面の下にメサ部の側面とほぼ平行になる面を残しておくことによってその（１１１）面上に別な面の層が形成されることを未然に防止できる。
【００３１】
また、本発明によれば、メサ状の第１クラッド層の上に形成された活性層の側面の角度を第１クラッド層の上面に対して７０〜９０度の範囲内に設定するとともに、その側面から上方への延長上に電流ブロック層の一端を接触させ、さらに、その一端から下側に延びる電流ブロック層の面の角度を実質的に５５度傾け且つ活性層の両側では活性層の側面の角度よりも大きく且つ９０度よりも小さくなるように傾けている。
【００３２】
これにより、活性層と電流ブロック層との距離が活性層の両側面全体に沿って最短となるので、それらの間にある埋込層の領域が狭くなって、その領域を通るリーク電流がさらに低減する。
【００３３】
このような半導体レーザの製造方法としては、第１クラッド層の上に活性層と第２クラッド層の下層部とを順に形成した後に、第２クラッド層の下層部から第１クラッド層の上層部までをドライエッチングを用いてパターニングしてメサ部を形成した後に、活性層の上方まで（１１１）面が存在し、その下に活性層とほぼ平行な面が表れるような条件で埋込層の成長を制御することによって達成される。
【００３４】
この場合、活性層の側面に成長する埋込層の膜厚を薄くする一方で、活性層と電流ブロック層の下側にある埋込層の膜厚を増やすことにより、寄生サイリスタをターンオンし難くする必要がある。このためには、埋込層の成長の際に塩素含有ガスを用いて、活性層の側面の上に所望の膜厚を形成した後にその塩素含有ガスの導入量を増やす方法を採用する方法があり、これによって基板面の上に成長する膜厚を局所的に増加することができる。
【００３５】
以上のように本発明を用いることで、高温時の特性ばらつきに影響するリーク電流が流れる領域の埋込層のサイズを再現性よく作製することが可能となり、高温動作光通信用半導体レーザの高均一特性化に寄与するところが大きい。
【発明の効果】
【００３６】
以上述べたように本発明と別な発明によれば、メサ状の第１クラッド層の上に形成された活性層の側面の角度を第１クラッド層の上面に対して７０〜９０度の範囲内に設定するとともに、その側面の上方への延長上に電流ブロック層の一端を接触させ、さらに、その一端から活性層の下側に延びる電流ブロック層の面の角度を実質的に５５度傾けるようにしている。したがって、活性層の両側に存在する埋込層が狭くなるので、活性層の上側に存在する第２クラッド層から埋込層に流れるリーク電流の通過領域が狭くなっててリーク電流を低減することができ、高温時、高出力時における電流−光出力特性を均一にすることができる。
【００３７】
また、本発明によれば、メサ状の第１クラッド層の上に形成された活性層の側面の角度を第１クラッド層の上面に対して７０〜９０度の範囲内に設定するとともに、その側面の上方への延長上に電流ブロック層の一端を接触させ、さらに、その一端から下側に延びる電流ブロック層の面の角度を実質的に５５度傾け、さらに活性層の両側では活性層の側面の角度よりも大きくて９０度よりも小さくしている。したがって、活性層と電流ブロック層との距離が活性層の両側面全体に沿って最短となるので、それらの間にある埋込層の領域が狭くなって、その領域を通るリーク電流をさらに低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
そこで、以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３９】
図２、図３は、本発明の実施形態に係る半導体レーザの埋込層を形成するまでの工程を示している。
【００４０】
まず、図２(a) に示すように、ＭＯＶＰＥ法によって、n-InP基板２１の（１００）面上に  膜厚３００〜１０００nmのｎ型バッファ層（ｎ型クラッド層）２２、膜厚２００〜３００nmのアンドープInGaAsPよりなるＭＱＷ（multi-quantum well）活性層２３、膜厚２５０〜７００nmのp-InPよりなる第１のｐ型クラッド層２４を順に形成する。
【００４１】
InPは、トリメチルインジウム（ＴＭIn）とホスフィン（PH３）を原料ガスとして成長され、InGaAsPはＴＭIn、PH３、アルシン（AsH３）、トリエチルガリウム（ＴＥGa）を原料ガスとして成長される。また、ｐ型ドーパントとしてジメチル亜鉛（ＤＭZn）を使用し、ｎ型ドーパントとしてシラン（SiH４）を用いる。
【００４２】
ＭＱＷ活性層２３は、例えば、圧縮率１％の６nm厚さのInGaAsPよりなる５周期の井戸層と、InPと格子整合する膜厚１０nmのInGaAsPからなって各井戸層の間に形成される障壁層と、井戸層及び障壁層のさらに上と下に形成される膜厚１００nmのInGaAsPよりなる光ガイド層を有している。障壁層と光ガイド層のそれぞれは、ともにバンドギャップに対応する波長が１．１μｍとなる組成のInGaAsPから構成される。これにより、波長帯が１．３μｍのレーザが構成される。
【００４３】
なお、ＭＱＷ活性層２３の層構成は、これに限るものではなく、１．５５μｍ帯、１．４８μｍ帯、その他の波長帯のInGaAsP系から構成していもよい。
【００４４】
また、n-InPバッファ層２２の不純物濃度は約５×１０17atoms/cm3、p-InPクラッド層２４の不純物濃度は約５×１０17atoms/cm3である。
【００４５】
なお、活性層２３の下のn-InPよりなるｎ型バッファ層２２とn-InP基板２１はｎ型クラッド層として機能する。
【００４６】
以上のような１回目の膜の成長を終えた後に、第１のｐ型クラッド層２４上に誘電体膜、例えばSiO２膜をＣＶＤ法によって約０．３μｍの厚さに形成する。そしてその誘電体膜をフォトリソグラフィー法によって＜０１１＞方向に細長く延びる幅１．５μｍ程度のストライプ形状にパターニングしてこれをマスク２５として使用する。
【００４７】
次に、図２(b)に示すように、マスク２５に覆われない部分のp-InPクラッド層２４からn-InP基板２１の上部までを２〜３μｍ程度の深さまでエッチングすることによって、マスク２５の下に断面がメサ状であり平面がストライプ状の突起であるメサ部２６を形成する。そのエッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）法によって行なわれ、エタン系のガス、例えばC２H６とO２とH２の混合ガスを使用する。
【００４８】
この後に、ドライエッチングによってダメージを受けた各化合物半導体層の表面を硫酸などの酸処理により厚さ０．１μｍ程度除去した後に、メサ部２６の両側の凹部にp-InP埋込層２７を成長する。
【００４９】
このp-InP埋込層２７は、以下のような過程を経て成長する。
【００５０】
まず、マスク２５はメサ部２６の上面から庇状に張り出していない状態となっており、メサ部２６の側面は水平方向（即ち基板面）に対して７０度又はそれ以上急峻に傾斜した状態となっている。
【００５１】
そのような状態において、２回目のＭＯＶＰＥ法によりp-InP埋込層２７を形成する。そのp-InP埋込層２７を成長する際に、原料ガスとしてＴＭInとPH３をＭＯＶＰＥ装置の反応室内に導入するともに、反応室内に原料ガスとともに塩化メチル（CH３Cl)を導入することにより、マスク２５上でのInPの成長を防ぐことにより、メサ部の頂面の縁から（１１１）面が成長することになる。
【００５２】
即ち、図３(a)に示すように、p-InP埋込層２７については、メサ部の頂面の縁から下方に（１１１）面が現れ、メサ部２６の側面上ではその側面にほぼ平行な面が現れ、メサ部２６の底部近傍では基板面に対して３０度程度の緩い角度の面が現れ、さらにメサ部２６の両側の基板面に（１００）面が表面に現れる。
【００５３】
さらに、p-InP埋込層２７の成長を進めていくと、図３(b)に示すように、その（１１１）面は斜め下方に延びてさらに広がる一方、メサ部２６の側面にほぼ平行なp-InPの面はその側面に沿って短くなっていく。また、メサ部２６の側面にほぼ平行なp-InPの面は、成長が進むにつれて基板面に対して少しずつ垂直に近づいていく。
【００５４】
p-InP埋込層２７の成長がさらに進むと、図３(c)に示すように埋込層２７のうちメサ部２６の側面にほぼ平行なp-InP面は消えてゆく。
【００５５】
さらに、p-InP埋込層２７の成長が進むと、図４(a),(b)に示すように、埋込層２７のうちメサ部２６の底から成長する３０度程度の緩い角度の面が（１１１）面上にも成長していくので、その成長とともに（１１１）面は短くなっていく。この形状の現われ方は各面方位での成長速度の違いによっている。
【００５６】
なお、上記したp-InP埋込層２７の成長過程において、面の角度が変化する領域（コーナー部分）では、上記しない面や遷移領域が発生しているが、図では省略されている。
【００５７】
以上のようなp-InP埋込層２７の成長過程による形状の違いを利用することによって、以下に説明するような構造の半導体レーザの形成が可能になる。なお、以下の半導体レーザの３つの例では、メサ部２６形成までの過程は省略して説明している。
【００５８】
第１例
以下に説明する半導体レーザは、埋込層２７の表面のうちメサ部２６の側面に平行な面が消滅した状態になった時点で埋込層２７の成長を停止し、その後に電流ブロック層を形成する例を示している。
【００５９】
即ち、図５(a)に示すように、成長を終えた埋込層２７のうちメサ部２６の頂面の縁から底部に向かう方向で、（１１１）面、３０度傾斜面、（１００）面が順に露出した状態となっている。
【００６０】
この場合、活性層２３の厚さは約０．３μｍ、第１のｐ型クラッド層２４の厚さは０．４μｍ、メサ部２６の高さは約２μｍで、またメサ部２６のうちの活性層２３の側面の角度は約８３度である。また、ｐ-InP埋込層２７のうち平坦部での膜厚は０．７μｍであり、また、ｐ-Inp埋込層２７のうち（１１１）面の角度は水平線に対しても約５５度となっている。
【００６１】
そのような状態から、図５(b)に示すように、メサ部２６の両側のｐ-Inp埋込層２７の上にｎ-InP電流ブロック層２８を成長すると、ｎ-InP電流ブロック層２８の底面は、ｐ-InP埋込層２７の上面と同じ形状となる。また、メサ部２６の両側面の延長上において活性層２３から０．４μｍ上方位置にｎ-InP電流ブロック層２８の一端が位置することになる。
【００６２】
その場合、活性層２４の側面の下端でのｐ-InP埋込層２７の膜厚は約０．４μｍとなり、活性層２４の上端からｎ-InP電流ブロック層２８までの最短距離は約０．１９μｍとなる。ただし、最短距離は０．１〜０．３μｍの範囲内になるように第１のｐ型クラッド層２４の厚さやメサ部２６の側面の傾きを調整してもよい。
【００６３】
ｎ-InP電流ブロック層２８の平坦領域における膜厚を約０．９μｍ程度とすると、ｎ-InP電流ブロック層２８においては、第１のｐ型クラッド層２４に最も近い一端を境にしてその底面は前述したようにp-InP埋込層２７との境界面である（１１１）面が活性層２４よりも下に延在し、その上面はその一端から遠ざかるにつれて、まず（１１１）面である上り斜面が現れ、続いて平坦面と下り斜面とが順に現れる。
【００６４】
そのようなn-InP電流ブロック層２８の成長を終え、マスク２５を除去した後に、３回目の結晶成長工程に移る。
【００６５】
３回目のＭＯＶＰＥ結晶成長では、図５(c) に示すように、n-電流ブロック層２８及び第１のp-InPクラッド層２４の上に膜厚約１．５μｍのp-InPよりなる第２のｐ型クラッド層２９を形成し、さらに、第２のｐ型クラッド層２９の上に膜厚０．２μｍのp-InGaAsPよりなる中間層３０と膜厚０．５μｍのｐ+型InGaAsよりなるコンタクト層３１を形成する。
【００６６】
次に、図６に示すように、コンタクト層３１の上にTi／Pt／Auよりなるｐ側電極３２を形成した後に、n-InP基板２１の下面にAuGe／Auよりなるｎ側電極３３を形成する。
【００６７】
なお、以上述べた膜厚は、特に説明しない限り平坦な領域での値である。
【００６８】
これにより半導体レーザの基本的な構造が完了する。
【００６９】
以上のような半導体レーザでは、n-InP電流ブロック層２８のメサ部２６に近い面が水平面に対して５５度の角度になっているので、n-InP電流ブロック層２８が活性層に０．２μｍ以下の距離で近づいている。
【００７０】
したがって、第１及び第２のp-InPクラッド層２４，２９とp-InP埋込層２７が繋がっている領域が従来に比べて狭くなり、その領域を通る漏れ電流が小さくなる。
【００７１】
また、p-InP埋込層２７のうち活性層２３の近傍に現れる（１１１）面を活性層２３よりも下まで延びるように、埋込層２７の成長条件などを設定したので、メサ部２６の高さが製造上の誤差によって少し変わっても活性層２３の両側方に必ず（１１１）面が位置することになる。
【００７２】
このため、n-InP電流ブロック層２８と活性層２３の距離は、活性層２３からメサ部２６（即ち、第１のｐ型クラッド層２４）の頂面までの距離でほぼ決定され、活性層２３とn-InP電流ブロック層２８との距離の製造上の誤差は、メサ部２６の側面の角度のズレにのみに依存することになる。したがって、漏れ電流が通る領域の最短の幅、即ち活性層２３と電流ブロック層２８の間隙の最短距離は膜の成長条件やメサ部２６の高さの製造上のズレに依存しなくなり、漏れ電流の大きさを安定に低減させることができ、高温時、高出力時における電流−光出力特性を均一にすることができ、かつ再現性を向上することができる。
【００７３】
また、本例では、n-InP電流ブロック層２８の上側の（１１１）面が約５５度の角度で傾いてその（１１１）面の最上部がメサ部２６よりも高くなっている。このように、メサ部２６の両側にある電流ブロック層２８の上部を活性層２３に向けて狭くなるようなテーパ形状にすると、活性層２３の近傍で電流ブロック層２８の膜厚が急激に厚くなることで効果的に注入電流を活性層２３上部に集めることができる。
【００７４】
しかし、その電流ブロック層２８の上部を必ずしもメサ部２６の両側で盛り上げる必要はない。
【００７５】
また、上述したように、メサ部２６の側面を約８３度と非常に垂直に近い形状にしているので、活性層２３の下方のn-InP層（n-InPバッファ層２２、n-InP基板２１）とn-InP電流ブロック層２８との距離が下方に向けてどんどん広がっていく構造になっている。このため、p-InPよりなる第１及び第２のｐ型クラッド層２４，２９、n-InP電流ブロック層２８、p-InP埋込層２７、メサ部２６下部のn-InP層（n-InPバッファ層２２、n-InP基板２１）からなるｐｎｐｎサイリスタがターンオンしにくくなっている。
【００７６】
したがって、上述したような活性層２３と電流ブロック層２８との最短距離の制御についてのみ考えると、活性層２３よりも下側の部分がウェットエッチングで形成されるようななだらかな裾広がりの形状でもその最短距離の制御が可能である。しかし、サイリスタの電流ブロック特性の観点からは、本例のように、ドライエッチングで形成されるような垂直に近い側面を有する形状のメサ部２６が好ましいといえる。
【００７７】
第２例
本例では、メサ部２６の高さを２．５μｍ程度と高めに設定することでp-InP埋込層２７の成長が終わった段階で、表面にメサとほぼ平行になるp-InP面が埋込層２７に残っているような構造としたことに特徴がある。即ち、本例では、図３(c)に示すような段階でp-InP埋込層の成長を停止させている。
【００７８】
そのようなp-InP埋込層２７を形成した後には、第１例と同様に、p-InP埋込層２７の上にn-InP電流ブロック層２８を形成し、さらにマスク２５を除去した後に、n-InP電流ブロック層２８及び第１のp-InPクラッド層２４の上に第２のｐ型クラッド層２９、p-InGaAsP中間層３０とｐ+型InGaAsよりなるコンタクト層３１をＭＯＶＰＥ法によって形成する。その後に、ｐ側電極３２とｎ側電極３３を形成することにより、図７に示す構造の半導体レーザが得られる。
【００７９】
以上のように、p-InP埋込層２７を成長する前にメサ部２６の側面に平行なp-InP面をp-InP埋込層２７の一部に残すように予定しておけば、何らかの条件の変化でp-InP埋込層２７の成長速度が少し変化しても、埋込層２７の（１１１）面上でp-InPが成長しなくなって、活性層２３上のp-InPの膜厚制御、即ち、ｎ型電流ブロック層２８と活性層２３との距離の制御がより確実に容易になる。
【００８０】
第３例
上記した第１例では、図３(c)と図４(a)の間の状態でp-InP埋込層２７の成長を停止し、その後に、n-InP電流ブロック層２８を形成した。
【００８１】
これに対して、本例では図３(b)に近い状態でp-InP埋込層２７の成長を停止し、その後に、n-InP電流ブロック層等を成長する工程を採用している。
【００８２】
即ち、図８(a)に示すように、成長を終えた埋込層２７の表面形状は、メサ部２６の頂面の縁から斜め下方に（１１１）面が現れ、さらに活性層２３の両側方にはメサ部２６の側面とほぼ平行な面が現れ、さらに活性層２３の下方には３０度傾斜面と（１００）面が順に現れる状態となっている。この場合、埋込層２７の上側の面のうち活性層２３とほぼ平行な面は、前記活性層２３の側面の傾きより大きく基板面に対して垂直な角度よりも小さい面となる。
【００８３】
この場合、メサ部２６の高さは約２μｍで、また、メサ部２６のうちの活性層２３の膜厚は約０．３μｍ、活性層２３の下端はメサ部２６の底から約１．３μｍの位置にある。また、p-InP埋込層２７のうち平坦部分での膜厚は０．６μｍであり、（１１１）面の角度は基板面（水平面）に対して約５５度となっている。さらに、メサ部２６を構成している活性層２３の側面上でのp-InP埋込層２７の膜厚は約０．２μｍとなっている。
【００８４】
そのような形状のp-InP埋込層２７を成長する場合には、以下のような条件が必要となる。
【００８５】
まず、メサ部２６は、ドライエッチングを用いて形成してその側面が基板面に対して垂直に近い形状になることが望ましい。これは、（２１１）面に近い面での膜成長がはやく進むことから、ウェットエッチングによってメサ部を形成してその側面に図１のような緩やかな傾斜面が表れていると、p-InP埋込層２７のうちメサ部の側面にほぼ平行な面が早く消失してしまうからである。
【００８６】
また、活性層２３の側面上では膜厚０．２μｍ程度でしかp-InP埋込層２７を成長させないために、原料ガスだけを使用するという単純な方法では水平面上（基板面上）でのp-InP埋込層２７を厚く形成できない。
【００８７】
そして、n-InP基板２１上でp-InP埋込層２７の平坦部分の膜厚が薄くなってしまうと、メサ部２６の両側に形成されるｐｎｐｎサイリスタがターンオンし易くなって漏れ電流が増えてしまう。そこで、本構造のp-InP埋込層２７は活性層２３の側面上で０．２μｍの厚さになり、且つn-InP基板２１の水平面上で０．６μｍの厚さにするための方法を採用する。
【００８８】
その実現方法は、第１例と同様に反応室内に原料ガスとしてＴＭInとPH３に加えてCH３Clを微量（その分圧が１４mTorr程度）導入し、メサ部２６の側面にも水平面にも約０．２μｍのp-InP層をまず成長した後に、引続きCH３Clの導入量を分圧９２mTorr程度まで増加させて約０．４μｍ厚さのp-InPの成長を行う。
【００８９】
埋込層２７を構成するp-InPの成長時にCH３Cl流量を増加させていくと、基板面上での成長速度に対してメサ部２６の側面上の成長速度が急激に低下していき、ついにはメサ部２６側面上に殆ど成長せずに、基板面上でのp-InP の厚さのみが増加する。このような方法によれば、図８(a)に示すような形状のp-InP埋込層２７が得られ、メサ部２６側面のみp-InP層が薄くなるようなｐｎｐｎサイリスタ構造となる。
【００９０】
この場合、p-InP埋込層２７のうちメサ部２６側面とほぼ平行な面の下端が活性層２３の下面のほぼ延長上に位置する状態にする。
【００９１】
以上のようなp-InP埋込層２７を形成した後に、図８(b)に示すように、メサ部２６の両側のp-InP埋込層２７の上にn-InP電流ブロック層２８ａを成長する。そのn-InP電流ブロック層２８ａの底面の形状は、p-InP埋込層の上面と同じになる。この場合、n-InP電流ブロック層２８ａは、第１例と同じように、その一端が第１のｐ型クラッド層２４の頂面の縁に接するとともに、その一端から斜め上方と斜め下方にそれぞれ（１１１）面が表れるようにする。
【００９２】
これにより活性層２３の側面に相対向する領域でのn-InP電流ブロック層２８ａが、活性層２３側面とほぼ平行で０．２μｍ離れた構造となる。
【００９３】
このような構造によって、n-InP電流ブロック層２８ａから狭い領域のp-InP埋込層２７を通して活性層２３下方のn-InP層へ流れ込む漏れ電流が低減する。
【００９４】
そのようなn-InP電流ブロック層２８ａの成長を終え、マスク２５を除去した後に、３回目の結晶成長工程に移る。
【００９５】
３回目の結晶成長では、図８(c)に示すように、n-InP電流ブロック層２８ａ及び第１のp-InPクラッド層２４の上に膜厚約１．５μｍの第２のp-InPクラッド層２９ａを形成し、さらに、第２のp-InPクラッド層２９ａの上に膜厚０．２μｍのp-InGaAsPよりなる中間層３０と膜厚０．５μｍのｐ+型InGaAsよりなるコンタクト層３１をＭＯＶＰＥ法によって形成する。
【００９６】
次に、図９に示すように、コンタクト層３１の上にTi／Pt／Auよりなるｐ側電極３２を形成した後に、n-InP基板２１の下面にAuGe／Auよりなるｎ側電極３３を形成する。
【００９７】
これにより半導体レーザの基本的な構造が完了する。
【００９８】
以上のような半導体レーザでは、活性層２３の両側方にあるp-InP埋込層２７の表面の一部がメサ部２６（活性層２３）の側面にほぼ平行になる構造を有している。
【００９９】
したがって、この構造では活性層２３と電流ブロック層２８ａとの距離が最も短い部分は、図５のように活性層２３の側面内の一点ではなくて、活性層２３の側面の全領域で最短となるので、漏れ電流を低減する効果は第１例の半導体レーザよりも大きくなり、高温時、高出力時における電流−光出力特性が均一となる。  但し、第１例と異なり、n-InP電流ブロック層２８ａと活性層２３との距離は自動的に決まらず、p-InP埋込層２７の成長膜厚によって制御している。
【０１００】
しかしながら、p-InP埋込層２７の成長前に形成されているある特定面上での成長速度の制御性は、従来例のような面方位による成長速度の違いの結果、成長中に新たに表れる面の位置制御に比べて格段に優れている。
【０１０１】
即ち、メサ部２６の側面はp-InP埋込層２７の形成前に決定され、その側面上での膜成長の制御は、完全に平坦な基板面の上での膜の成長の制御に比べて劣るものの、０．０１μｍ程度の制御性を有していて、従来に比べて膜厚の均一性が顕著に向上している。
【０１０２】
また、本例においては、p-InP埋込層２７の成長速度のメサ角依存性は、数度程度の範囲では殆どなく、しかも、メサ角度の多少のゆらぎは埋込層２７の成長により吸収される。
【０１０３】
以上の３つの例ではファブリペロー型の半導体レーザで説明を行ったが、本発明は回折格子を有するＤＦＢレーザやＤＢＲレーザ、テーパ導波路を集積した狭放射角レーザ、また半導体光アンプ等同様な埋め込み構造の光素子にも適用できることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】図１は、従来の半導体レーザを示す断面図である。
【図２】図２(a),(b)は、本発明の実施形態の半導体レーザに用いる埋込層の成長過程による構造上の相違を示す断面図（その１）である。
【図３】図３(a) 〜図３(c)は、本発明の実施形態の半導体レーザに用いる埋込層の成長過程による構造上の相違を示す断面図（その２）である。
【図４】図４(a),(b)は、本発明の実施形態の半導体レーザに用いる埋込層の成長過程による構造上の相違を示す断面図（その３）である。
【図５】図５(a)〜図５(c)は、本発明の実施形態に係る半導体レーザの第１例の製造工程を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る半導体レーザの第１例を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る半導体レーザの第２例を示す断面図である。
【図８】図８(a)〜図８(c)は、本発明の実施形態に係る半導体レーザの第３例の製造工程を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係る半導体レーザの第３例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０５】
２１…n-InP基板、２２…n-InPバッファ層、２３…活性層、２４…p-InP第１のｐ型クラッド層、２５…マスク、２６…メサ部、２７…埋込層、２８，２８ａ…n-InP電流ブロック層、２９，２９ａ…p-InP第２のｐ型クラッド層、３１…コンタクト層。
【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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