JP2001352130A - 半導体レーザーおよびその作製方法 - Google Patents

半導体レーザーおよびその作製方法

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groove
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 互いに間隔をおいて延びる１対のガイド層の
間に基本横モード光を閉じ込めるS-ARROW 構造を有する
半導体レーザーにおいて、ガイド部の形状の精度を高く
して、安定して基本横モードで発光可能とする。 【解決手段】 活性層21およびそれと平行な複数の層1
4,15,16,17を有する半導体レーザーにおいて、それらの
層14,15,16,17のうちの少なくとも一部の層を貫通する
第１の溝71を形成し、この第１の溝71が貫通している層
のうちの特定層16に、該第１の溝71から両側に所定位置
まで延びる１対の第２の溝72を形成し、これらの第２の
溝72の中に、上記特定層16より高屈折率の材料13を埋め
込んで上記等価的屈折率が高い２つの部分を形成する。

Description

【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ーに関
し、特に詳細には、互いに間隔をおいて延びる１対の高
屈折率層の間に基本横モード光を閉じ込めるようにし
た、いわゆるS-ARROW 構造を有する半導体レーザーに関
するものである。
【０００２】また本発明は、このS-ARROW 構造を有する
半導体レーザーを製造する方法に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】現在、半導体レーザーは、レーザー光が
回折限界まで集光可能である性質を利用し、光通信用光
源、また光ディスク装置用光源等として広く用いられて
いる。しかしながら、半導体レーザーから放射される光
ならば全て回折限界まで集光可能であるわけではない。
半導体レーザーの出射端面において、位相が揃っている
光のみが集光される。このような光を提供できる状態の
半導体レーザーは、基本横モードで発光していると呼ば
れている。それに対して、様々な位相の光が混在してい
る状態、つまり高次の横モードが混在して発光している
状態では、回折限界まで集光することはできない。
【０００４】上述の基本横モード動作は、高次の横モー
ドが混在し難くなるように、発光断面積を小さくすれば
するほど、安定することが広く知られている。そのた
め、半導体レーザーにおける導波路のサイズは、厚さ方
向においては1μｍ以下、発光層に水平な方向には２乃
至４μｍ程度に設定される。特に、この水平方向の幅を
狭めれば狭めるほど、安定して基本横モードで発光する
素子を高い歩留りで製造可能となることは、経験的にも
広く知られている。
【０００５】しかしながら、このように導波路の横幅を
狭めて発光断面積を狭くすると、必然的に、半導体レー
ザーの出射端面における光密度の上昇を招く。この出射
端面における光密度の増大は、半導体レーザーの構成材
料の劣化を招き、素子の寿命を短くする一要因となる。
【０００６】言い換えれば、基本横モードの安定化（導
波路の断面積を小さくすること）と、光出力の増大（導
波路の断面積を大きくすること）はトレードオフの関係
にある。そこで、この限界を打破することが、現在の半
導体レーザーの研究、開発における大きな課題となって
いる。
【０００７】その一アイデアとして、 IEEE PHOTONICS
TECHNOLOGY LETTERS, Vol.10, No.8, August 1998 に開
示されているように、 S-ARROW ( Simplified Antireso
nantReflecting Optical Waveguide )構造が提案されて
いる。この構造では、発光幅は６μｍ程度であり、従前
の構造と比較して発光断面の幅を1.5〜２倍に設定する
ことができ、最大光出力の改善が期待されている。
【０００８】以下、このS-ARROW構造の半導体レーザー
が基本横モードで発光する理由を説明する。
【０００９】まず図１８の(a)に、本構造を有する半導
体レーザーの主要部分の断面形状（導波方向に垂直な断
面内の形状）を示す。この半導体レーザーは、n-GaAs基
板39上に、n-InGaPからなる下部クラッド層38、InGaAs
量子井戸活性層を含んだInGaAsPからなるSCH(Separate-
confinement-heterostructue)構造層37、p−InGaPから
なる上部クラッド層36および32、n-GaAsからなるエッチ
ング停止層35、n-AlInPからなる電流阻止層34、n-GaAs
からなる例えば厚さ0.25μｍのガイド部33、そしてp-Ga
Asからなるコンタクト層31が形成されてなる。
【００１０】ここで、上記のガイド部33を構成している
GaAsは、周囲部分に比較して高い屈折率を有するため、
SCH構造層37と平行な方向において等価的な屈折率は、
同図の(b)に示す通り、ガイド部で高く、その他の部分
では低い分布を持つことになる。
【００１１】このような導波路構造において、２本のガ
イド部33の各幅Ａは、それらの間に基本横モードの光の
みを閉じ込める一方、高次の横モードの光はそれらの間
に閉じ込められることなく、ガイド部33の外側に漏れ出
るようになる寸法が選ばれる。前掲の参考文献によれ
ば、ガイド部33の幅Ａは0.85μｍ、溝幅Ｂは6.5μｍと
されている。
【００１２】また電流阻止層34の作用により、レーザー
の利得の基となる電流はこれら２本のガイド部33の間に
のみ注入され、レーザー光に対する利得は、ガイド部33
の間のみで発生する。
【００１３】このため、基本横モードの光のみがガイド
部33の間に閉じ込められ、十分な利得を得ることがで
る。一方、高次の横モードの光はガイド部33の間に閉じ
込められないので、利得を得ることができない。そこで
当然の帰結として、基本横モードの光が優先的に発光す
ることになり、半導体レーザーは高光出力まで安定な基
本横モードにて動作する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかし従来は、このS-
ARROW 構造を作製する際に、以下に示す理由のために低
歩留りになることが避けられず、それが量産上の大きな
問題となっていた。この理由を説明するために、まず図
１９〜２２を参照してS-ARROW 構造を有する半導体レー
ザーの作製方法を説明する。
【００１５】まず図１９に示すように、有機金属成長法
により、n-GaAs基板39上に、n-InGaPからなる下部クラ
ッド層38、InGaAs量子井戸活性層を含んだInGaAsPから
なるSCH(Separate-confinement-heterostructue)構造層
37、p-InGaPからなる上部クラッド層36、n-GaAsからな
るエッチング停止層35、n-AlInPからなる電流阻止層3
4、n-GaAsからなる厚さ0.25μｍのガイド部33を順次成
長させる。
【００１６】次にフォトリソグラフィー工程およびエッ
チング工程により、ガイド部33となるGaAsを残し、周囲
のGaAs層を除去して、図２０に示す断面構造を得る。
【００１７】さらに図２１に示すように、フォトリソグ
ラフィー工程により、幅Ｂの溝（図１８参照）に対応す
る部分以外にレジストパターン40を形成する。
【００１８】その後、上記レジストパターン40をマスク
として、p-InGaPからなる上部クラッド層36が露出する
まで半導体層を順次エッチング除去して、図２２に示す
断面構造を得る。
【００１９】その後、レジストパターン40を除去し、再
度、結晶成長により p-InGaPからなる上部クラッド層3
2、p-GaAsからなるコンタクト層31を形成すると、図１
８に示す構造を有する半導体レーザーが得られる。
【００２０】以上述べた従来方法では、S-ARROW構造を
作成するにあたり、２度のフォトリソグラフィー工程を
行ない、１対のレジストパターン40の形状を0.1μｍ程
度の非常に高い精度で互いに一致させる必要があった。
この精度が低いと、各ガイド部33の幅が互いに異なって
所定幅からずれたり、それぞれの形成位置が所定位置か
らずれたりする。
【００２１】そのように形成された半導体レーザーにお
いては、基本横モード以外の光がガイド部間に残るた
め、基本横モード以外で発光したり、また、基本横モー
ドの光が十分にガイド部間を導波せず、基本横モードで
の発振閾電流値が上昇したりする不具合が生じる。具体
的には、ガイド部33の位置や幅が所定値から0.1〜0.2μ
ｍ程度ずれても、半導体レーザーの特性劣化を招いてし
まう。
【００２２】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、高屈折率の１対のガイド部の形状の精度が高く
て、それにより安定して基本横モードで発光し、また基
本横モードでの発振閾電流値を低く保つことができる、
S-ARROW構造を有する半導体レーザーを提供することを
目的とするものである。
【００２３】また本発明は、そのような半導体レーザー
を作製する方法を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体レー
ザーの作製方法は、導波方向に垂直な面内で活性層に平
行な方向において、互いに離れた２つの部分の等価的屈
折率が、隣接部分の等価的屈折率より高い構造を有する
半導体レーザーの作製方法であって、前記活性層および
それと平行な複数の層を形成し、その後、前記複数の層
のうちの少なくとも一部の層を貫通する第１の溝を形成
し、この第１の溝が貫通している層のうちの特定層を選
択的に、該第１の溝から両側に所定位置までエッチング
除去して１対の第２の溝を形成し、次いでこれらの第２
の溝の中に、前記特定層より高屈折率の材料を埋め込ん
で前記等価的屈折率が高い２つの部分を形成することを
特徴とするものである。
【００２５】他方、本発明による第１の半導体レーザー
は、上記第１の方法によって作製可能なもので、導波方
向に垂直な面内で活性層に平行な方向において、互いに
離れた２つの部分の等価的屈折率が、隣接部分の等価的
屈折率より高い構造を有する半導体レーザーであって、
前記活性層およびそれと平行な複数の層を有し、前記複
数の層のうちの少なくとも一部の層を貫通する第１の溝
が形成され、この第１の溝が貫通している層のうちの特
定層に、該第１の溝から両側に所定位置まで延びる１対
の第２の溝が形成され、これらの第２の溝の中に、前記
特定層より高屈折率の材料が埋め込まれて前記等価的屈
折率が高い２つの部分が形成され、前記第１の溝の表面
部分に残った前記高屈折率の材料に接する状態にして、
他の層が形成されていることを特徴とするものである。
【００２６】また本発明による第２の半導体レーザー
は、上記第２の方法によって作製可能なもので、導波方
向に垂直な面内で活性層に平行な方向において、互いに
離れた２つの部分の等価的屈折率が、隣接部分の等価的
屈折率より高い構造を有する半導体レーザーであって、
前記活性層およびそれと平行な複数の層を有し、前記複
数の層のうちの少なくとも一部の層を貫通する第１の溝
が形成され、この第１の溝が貫通している層のうちの特
定層に、該第１の溝から両側に所定位置まで延びる１対
の第２の溝が形成され、これらの第２の溝の中に、前記
特定層より高屈折率の材料が埋め込まれて前記等価的屈
折率が高い２つの部分が形成され、前記第１の溝の表面
部分に接する状態にして、前記高屈折率の材料とは異な
る材料からなる他の層が形成されていることを特徴とす
るものである。
【００２７】また本発明による第３の半導体レーザー
は、上記第３の方法によって作製可能なもので、導波方
向に垂直な面内で活性層に平行な方向において、互いに
離れた２つの部分の等価的屈折率が、隣接部分の等価的
屈折率より高い構造を有する半導体レーザーであって、
前記活性層およびそれと平行な複数の層を有し、前記複
数の層のうちの少なくとも一部の層を貫通する第１の溝
が形成され、この第１の溝が貫通している層のうちの特
定層に、該第１の溝から両側に所定位置まで延びる１対
の第２の溝が形成され、これらの第２の溝の中に、前記
特定層より高屈折率の材料が埋め込まれており、前記第
１の溝内で露出している前記高屈折率の材料の上に、こ
の材料よりも低屈折率の材料の層が積層されて、該低屈
折率の材料の外側に前記等価的屈折率が高い２つの部分
が形成されていることを特徴とするものである。
【００２８】なお上記第３の半導体レーザーにおいて、
前記高屈折率の材料および前記低屈折率の材料は、それ
ぞれが一定の屈折率を有する２つの材料であってもよい
し、あるいは、両材料の積層方向に屈折率が次第に変化
する１つの屈折率分布材料であってもよい。
【００２９】
【発明の効果】本発明による各半導体レーザーの作製方
法においては、活性層と平行な層を貫通する第１の溝を
形成した後、この第１の溝が貫通している層のうちの特
定層を選択的に、該第１の溝から両側に所定位置までエ
ッチング除去して１対の第２の溝を形成しているから、
これら１対の第２の溝は当然互いに等しいエッチング速
度で形成され、第１の溝からの深さが等しいものとな
る。そこで、これら１対の第２の溝に埋め込まれた高屈
折率の材料の幅、つまりガイド部の幅は、自己整合的に
高精度で互いに等しいものとなる。
【００３０】したがって、本発明の方法によって作製さ
れた半導体レーザーは、高屈折率材料からなる１対のガ
イド部の形状の精度が高くて、それにより安定して基本
横モードで発光し、また基本横モードでの発振閾電流値
を低く保てるものとなる。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施形態による半導体レーザーの、導波方向に垂直な断面
内の形状を示すものであり、また図２〜６はこの半導体
レーザーを作製する工程を順を追って示している。
【００３２】図１(a)に示す通りこの半導体レーザー
は、n-GaAs基板23上に、n-InGaPからなる下部クラッド
層22、InGaAs量子井戸活性層を含んだInGaAsPからなるS
CH構造層21、 p-InGaPからなる上部第１クラッド層20、
p-GaAsからなる第１エッチング停止層19、n-InGaPから
なる第２エッチング停止層18、n-GaAsからなる第１電流
阻止層17、n-InGaAsPからなる第２電流阻止層16、n-AlG
aAsからなる第３電流阻止層15、n-GaAsからなるカバー
層14、p-GaAsからなるガイド層13、p-AlGaAsからなる上
部第２クラッド層12、および p-GaAsからなるコンタク
ト層11を備えてなる。またn-GaAs基板23の裏面にはｎ側
電極24が、コンタクト層11の上にはｐ側電極25が形成さ
れている。
【００３３】ここで、第２電流阻止層16、第３電流阻止
層15を構成する半導体はそれぞれ、GaAsよりも屈折率が
低くなるような組成とする。本構造にて、水平方向（SC
H構造層21と平行な方向）の屈折率分布を決めるのは、
上部第１クラッド層20より上の屈折率の高いGaAsからな
る層である。ただし、第３電流阻止層15より上のGaAs層
は発光部分から遠いため、屈折率分布に対する効果が小
さい。したがって、等価的な屈折率の分布は、図６中の
斜線で示す第１電流阻止層17およびガイド層13を構成す
るGaAsの分布と同等である。当然、厚いGaAs層を有する
部位Ｃは、他の部分と比べて等価的に高い屈折率を有す
る。そこでこの構造は、水平方向に見ると図１(b)中に
示す等価的屈折率分布を持ち、前述したS-ARROW構造の
導波路構造となっていることが分かる。
【００３４】次に、この半導体レーザーを製造する方法
を、図２〜６を参照して説明する。まず図２に示すよう
に、有機金属成長法によりn-GaAs基板23上に、n-InGaP
からなる下部クラッド層22，InGaAs量子井戸活性層を含
んだInGaAsPからなるSCH構造層21、 p-InGaPからなる上
部第１クラッド層20、p-GaAsからなる第１エッチング停
止層19、n-InGaPからなる第２エッチング停止層18、n-G
aAsからなる第１電流阻止層17、n-InGaAsPからなる第２
電流阻止層16、n-AlGaAsからなる第３電流阻止層15、n-
GaAsからなるカバー層14を順次成長させる。
【００３５】次に図３に示すように、フォトリソグラフ
ィー工程により、溝部を残してレジストパターン70を形
成する。さらに図４に示すように、化学エッチング法に
より、カバー層14、第３電流阻止層15、第２電流阻止層
16、第１電流阻止層17および第２エッチング停止層18を
エッチング除去する。これにより、基板23の表面と交わ
る方向に延びる第１の溝71が形成される。
【００３６】次にこの半導体多層膜を、InGaAsPに対し
てのみエッチング速度が速い酒石酸系のエッチング液に
浸して、電流阻止層16を上記第１の溝71から左右両方向
に所定位置まで除去し、さらにレジストパターン70も除
去すると、図５に示す断面構造が得られる。ここで、上
述のように電流阻止層16を除去して得られる、SCH構造
層21と平行な方向に延びる溝を第２の溝72と称する。
【００３７】さらに図６に示すように、p-GaAsからなる
ガイド層13、p-AlGaAsからなる上部第２クラッド層12、
p-GaAsからなるコンタクト層11を、それぞれ結晶成長
させて形成する。この際、気相成長法を用いれば、ガイ
ド部Ｃに対応する狭い第２の溝72にも容易に成長原料ガ
スが進入するので、該第２の溝72をガイド層13によって
埋めることができる。
【００３８】その後、コンタクト層11の上にｐ側電極25
を形成し、さらに基板23を研磨してからｎ側電極24を形
成する。さらに、試料をへき開して形成した共振器面に
高反射率コート、低反射率コートを形成し、その後チッ
プ化すると、図１に示した半導体レーザー素子が得られ
る。
【００３９】この半導体レーザ素子を、導電性のろう材
（In等）を用いてジャンクションダウンでヒートシンク
に実裝し、ｎ側電極24の側にワイヤーボンドを施すと半
導体レーザ装置が完成する。
【００４０】この実施の形態においては、電流阻止層16
を第１の溝71から左右両方向に所定位置までエッチング
除去して第２の溝72を形成しているので、左右の第２の
溝72は互いに第１の溝71から等距離の位置まで延びるも
のとなる。したがってガイド層13の、左右の第２の溝72
に埋め込まれる各部分の幅は、自己整合的に、高い精度
で互いに等しくなる。そこで、このS-ARROW構造を有す
る半導体レーザーは、安定して基本横モードで発光し、
また基本横モードでの発振閾電流値を低く保てるものと
なる。
【００４１】具体的に上記構成の半導体レーザー素子
は、共振器長1.5ｍｍにて、発振波長980ｎｍで発振する
が、出力0.5Ｗまで光出力-電流特性の上で異常無く動作
する。またこの半導体レーザー素子は、近視野像の乱れ
も無く、実際のシステム搭載時においても、安定な光出
力を得ることができた。そして以上述べた作製方法によ
れば、このような特性の半導体レーザー素子を再現性良
く得ることができる。
【００４２】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図７は、本発明の第２の実施形態による半導
体レーザーの、導波方向に垂直な断面内の形状を示すも
のであり、また図８〜１２はこの半導体レーザーを作製
する工程を順を追って示している。
【００４３】図７(a)に示す通りこの半導体レーザー
は、n-GaAs基板60上に、n-InGaPからなる下部クラッド
層59、InGaAs量子井戸活性層を含んだInGaAsPからなるS
CH構造層58、 p-InGaPからなる上部第１クラッド層57、
n-GaAsからなる第１エッチング停止層56、n-AlGaAsから
なる第１電流阻止層55、n-InGaAsPからなる第２電流阻
止層54、n-AlGaAsからなる第３電流阻止層53、n-GaAsか
らなるガイド層50、p-InGaPからなる上部第２クラッド
層52、および p-GaAsからなるコンタクト層51を備えて
なる。またn-GaAs基板60の裏面にはｎ側電極61が、コン
タクト層51の上にはｐ側電極62が形成されている。
【００４４】ここで、第１電流阻止層55、第２電流阻止
層54および第３電流阻止層53を構成する半導体はそれぞ
れ、GaAsよりも屈折率が低くなるような組成とする。本
構造にて、水平方向（SCH構造層58と平行な方向）の屈
折率分布を決めるのは、屈折率の高いGaAsガイド層50で
ある。そこでこの構造は、水平方向に見ると図７(b)中
に示す等価的屈折率分布を持ち、前述したS-ARROW構造
の導波路構造となっていることが分かる。
【００４５】次に、この半導体レーザーを製造する方法
を、図８〜１２を参照して説明する。まず図８に示すよ
うに、有機金属成長法によりn-GaAs基板60上に、n-InGa
Pからなる下部クラッド層59，InGaAs量子井戸活性層を
含んだInGaAsPからなるSCH構造層58、 p-InGaPからなる
上部第１クラッド層57、n-GaAsからなる第１エッチング
停止層56、n-AlGaAsからなる第１電流阻止層55、n-InGa
AsPからなる第２電流阻止層54、 n-AlGaAsからなる第３
電流阻止層53、GaAsからなる保護層63を順次成長させ
る。
【００４６】次に図９に示すように、フォトリソグラフ
ィー工程により、溝部を残してレジストパターン64を形
成する。次いで化学エッチング法により、保護層63、第
３電流阻止層53、第２電流阻止層54および第１電流阻止
層55を順次エッチング除去する。これにより、基板60の
表面と交わる方向に延びる第１の溝71が形成される。
【００４７】次にこの半導体多層膜を、InGaAsPに対し
てのみエッチング速度が速い酒石酸系のエッチング液に
浸して、第２電流阻止層54を上記第１の溝71から左右両
方向に所定位置まで除去し、さらにレジストパターン64
も除去すると、図１０に示す断面構造が得られる。ここ
で、上述のように第２電流阻止層54を除去して得られ
る、SCH構造層58と平行な方向に延びる溝を第２の溝72
と称する。
【００４８】さらに図１１に示すように、GaAsからなる
ガイド層50を気相成長法を用いて形成する。この際、気
相成長法を用いることにより、狭い第２の溝72にも容易
に成長原料ガスが進入するので、該第２の溝72をガイド
層50によって埋めることができる。
【００４９】次に、GaAsを溶解する性質のあるアンモニ
アと過酸化水素水の混合液からなるエッチング液に、以
上のように形成した半導体多層膜を浸す。このエッチン
グ液はInGaAsPを溶かすことはなく、また、InGaAsPに挟
まれた形のGaAs薄層であるガイド層50に対しては、著し
く溶解速度が低下する性質があるため、図１２に示す構
造を得ることができる。
【００５０】その後、p-InGaPからなる上部第２クラッ
ド層52、 p-GaAsからなるコンタクト層51を気相成長に
て形成し、コンタクト層51の上にｐ側電極62を形成し、
さらに基板60を研磨してからｎ側電極61を形成する。そ
して、試料をへき開して形成した共振器面に高反射率コ
ート、低反射率コートを形成し、その後チップ化する
と、図７に示した半導体レーザー素子が得られる。
【００５１】この実施の形態においては、第２電流阻止
層54を第１の溝71から左右両方向に所定位置までエッチ
ング除去して第２の溝72を形成しているので、左右の第
２の溝72は互いに第１の溝71から等距離の位置まで延び
るものとなる。したがってガイド層50の、左右の第２の
溝72に埋め込まれる各部分の幅は、自己整合的に、高い
精度で互いに等しくなる。そこで、このS-ARROW構造を
有する半導体レーザーは、安定して基本横モードで発光
し、また基本横モードでの発振閾電流値を低く保てるも
のとなる。
【００５２】上記構成の半導体レーザー素子も、共振器
長1.5ｍｍにて、発振波長980ｎｍで発振するが、出力0.
5Ｗまで光出力-電流特性の上で異常無く動作する。また
この半導体レーザー素子は、近視野像の乱れも無く、実
際のシステム搭載時においても、安定な光出力を得るこ
とができた。そして以上述べた作製方法によれば、この
ような特性の半導体レーザー素子を再現性良く得ること
ができる。
【００５３】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。図１３は、本発明の第３の実施形態による半
導体レーザーの、導波方向に垂直な断面内の形状を示す
ものであり、また図１４〜１７はこの半導体レーザーを
作製する工程を順を追って示している。
【００５４】図１３(a)に示す通りこの半導体レーザー
は、n-GaAs基板93上に、n-InGaPからなる下部クラッド
層91，InGaAs量子井戸活性層を含んだInGaAsPからなるS
CH構造層90、 p-InGaPからなる上部第１クラッド層89、
p-GaAsからなるエッチング停止層88、n-InGaAsPからな
る第１電流阻止層86、n-AlGaAsからなる第２電流阻止層
85、n-GaAsからなるカバー層84、p-GaAsからなるガイド
層83、p-AlGaAsからなる逆ガイド層92、p-AlGaAsからな
る上部第２クラッド層82、および p-GaAsからなるコン
タクト層81を備えてなる。またn-GaAs基板93の裏面には
ｎ側電極94が、コンタクト層81の上にはｐ側電極95が形
成されている。
【００５５】ここで、 n-InGaAsPからなる電流阻止層86
を構成する半導体は、GaAsよりも屈折率が低くなるよう
な組成とする。また、p-AlGaAsからなる逆ガイド層92を
構成する半導体は、n-AlGaAsからなる電流阻止層85より
も屈折率が低くなるような組成とする。
【００５６】したがって、本構造にて水平方向（SCH構
造層90と平行な方向）の屈折率分布を決めるのは、図１
７中で101の破線にて示す屈折率が低い部分と、同図中
で102の斜線部にて示す屈折率が高い部分である。溝中
央部では、高い屈折率と低い屈折率の半導体が重なりあ
っているために屈折率は打ち消し合い、その一方、えぐ
った部分Ｄについては、屈折率の高い部分しか存在しな
い。そこでこの構造は、水平方向に見ると図１３(b)中
に示す等価的屈折率分布を持ち、前述したS-ARROW構造
の導波路構造となっていることが分かる。
【００５７】次に、この半導体レーザーを製造する方法
を、図１４〜１７を参照して説明する。まず図１４に示
すように、有機金属成長法によりn-GaAs基板93上に、n-
InGaPからなる下部クラッド層91，InGaAs量子井戸活性
層を含んだInGaAsPからなるSCH構造層90、 p-InGaPから
なる上部第１クラッド層89、p-GaAsからなるエッチング
停止層88、n-InGaAsPからなる第１電流阻止層86、n-AlG
aAsからなる第２電流阻止層85、n-GaAsからなるカバー
層84を順次成長させる。
【００５８】次に図１５に示すように、フォトリソグラ
フィー工程により、溝部を残してレジストパターン110
を形成する。さらに化学エッチング法により、n-GaAsか
らなるカバー層84、n-AlGaAsからなる第２電流阻止層85
およびn-InGaAsPからなる第１電流阻止層86をエッチン
グ除去する。これにより、基板93の表面と交わる方向に
延びる第１の溝71が形成される。
【００５９】次にこの半導体多層膜を、InGaAsPに対し
てのみエッチング速度が速い酒石酸系のエッチング液に
浸し、第１電流阻止層86を上記第１の溝71から左右両方
向に所定位置まで除去し、さらにレジストパターン110
も除去すると、図１６に示す断面構造が得られる。ここ
で、上述のように第１電流阻止層86を除去して得られ
る、SCH構造層90と平行な方向に延びる溝を第２の溝72
と称する。
【００６０】さらに図１７に示すように、p-GaAsからな
るガイド層83、p-AlGaAsからなる逆ガイド層92、 p-AlG
aAsからなるクラッド層82、およびp-GaAsからなるコン
タクト層81を結晶成長により形成する。この際、気相成
長法を用いることにより、狭い第２の溝72にも容易に成
長原料ガスが進入するので、該第２の溝72をガイド層83
によって埋めることができる。
【００６１】その後、コンタクト層81の上にｐ側電極95
を形成し、さらに基板93を研磨してからｎ側電極94を形
成する。さらに、試料をへき開して形成した共振器面に
高反射率コート、低反射率コートを形成し、その後チッ
プ化すると、図１３に示した半導体レーザー素子が得ら
れる。
【００６２】この実施の形態においては、第１電流阻止
層86を第１の溝71から左右両方向に所定位置までエッチ
ング除去して第２の溝72を形成しているので、左右の第
２の溝72は互いに第１の溝71から等距離の位置まで延び
るものとなる。したがってガイド層83の、左右の第２の
溝72に埋め込まれる各部分の幅は、自己整合的に、高い
精度で互いに等しくなる。そこで、このS-ARROW構造を
有する半導体レーザーは、安定して基本横モードで発光
し、また基本横モードでの発振閾電流値を低く保てるも
のとなる。
【００６３】なお以上説明した各実施の形態では、n型
基板上に各層を成長させているが、本発明ではp型基板
を用いてもよく、その場合は導電性を反転するだけでよ
い。
【００６４】また以上は、GaAs系半導体を用いる実施の
形態について説明したが、本発明ではそれに限らず、Ga
N系、InP系、あるいはその他の半導体を用いることも可
能である。
【００６５】また半導体のエッチングは、液体、気体に
拘わらず、InGaAsPと他の結晶を選択的にエッチングで
きるものであれば、何を用いても支障は無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による半導体レーザー
の概略断面図
【図２】図１の半導体レーザーの作製工程を示す図
【図３】図１の半導体レーザーの作製工程を示す図
【図４】図１の半導体レーザーの作製工程を示す図
【図５】図１の半導体レーザーの作製工程を示す図
【図６】図１の半導体レーザーの作製工程を示す図
【図７】本発明の第２の実施形態による半導体レーザー
の概略断面図
【図８】図７の半導体レーザーの作製工程を示す図
【図９】図７の半導体レーザーの作製工程を示す図
【図１０】図７の半導体レーザーの作製工程を示す図
【図１１】図７の半導体レーザーの作製工程を示す図
【図１２】図７の半導体レーザーの作製工程を示す図
【図１３】本発明の第３の実施形態による半導体レーザ
ーの概略断面図
【図１４】図１３の半導体レーザーの作製工程を示す図
【図１５】図１３の半導体レーザーの作製工程を示す図
【図１６】図１３の半導体レーザーの作製工程を示す図
【図１７】図１３の半導体レーザーの作製工程を示す図
【図１８】S-ARROW 構造を有する従来の半導体レーザー
の概略断面図
【図１９】図１８の半導体レーザーの作製工程を示す図
【図２０】図１８の半導体レーザーの作製工程を示す図
【図２１】図１８の半導体レーザーの作製工程を示す図
【図２２】図１８の半導体レーザーの作製工程を示す図
【符号の説明】
11 p-GaAsコンタクト層 12 p-AlGaAs上部第２クラッド層 13 p-GaAsガイド層 14 n-GaAsカバー層 15 n-AlGaAs第３電流阻止層 16 n-InGaAsP第２電流阻止層 17 n-GaAs第１電流阻止層 18 n-InGaP第２エッチング停止層 19 p-GaAs第１エッチング停止層 20 p-InGaP上部第１クラッド層 21 InGaAsP−SCH構造層 22 n-InGaP下部クラッド層 23 n-GaAs基板 24 ｎ側電極 31 p-GaAsコンタクト層 32 p-InGaP上部クラッド層 33 n-GaAsガイド部 34 n-AlInP電流阻止層 35 n-GaAsエッチング停止層 36 p−InGaP上部クラッド層 37 SCH構造層 38 n-InGaP下部クラッド層 39 n-GaAs基板 40 レジストパターン 50 n-GaAsガイド層 51 p-GaAsコンタクト層 52 p-InGaP上部第２クラッド層 53 n-AlGaAs第３電流阻止層 54 n-InGaAsP第２電流阻止層 55 n-AlGaAs第１電流阻止層 56 n-GaAs第１エッチング停止層 57 p-InGaP上部第１クラッド層 58 InGaAsP−SCH構造層 59 n-InGaP下部クラッド層 60 n-GaAs基板 61 ｎ側電極 62 ｐ側電極 63 GaAs保護層 64、70 レジストパターン 71 第１の溝 72 第２の溝 81 p-GaAsコンタクト層 82 p-AlGaAs上部第２クラッド層 83 p-GaAsガイド層 84 n-GaAsカバー層 85 n-AlGaAs第２電流阻止層 86 n-InGaAsP第１電流阻止層 88 p-GaAsエッチング停止層 89 p-InGaP上部第１クラッド層 90 InGaAsP−SCH構造層 91 n-InGaP下部クラッド層 92 p-AlGaAs逆ガイド層 93 n-GaAs基板 94 ｎ側電極 95 ｐ側電極 110 レジストパターン
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年５月２１日（２００１．５．２
１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】他方、本発明による第１の半導体レーザー
は、上記の方法によって作製可能なもので、導波方向に
垂直な面内で活性層に平行な方向において、互いに離れ
た２つの部分の等価的屈折率が、隣接部分の等価的屈折
率より高い構造を有する半導体レーザーであって、前記
活性層およびそれと平行な複数の層を有し、前記複数の
層のうちの少なくとも一部の層を貫通する第１の溝が形
成され、この第１の溝が貫通している層のうちの特定層
に、該第１の溝から両側に所定位置まで延びる１対の第
２の溝が形成され、これらの第２の溝の中に、前記特定
層より高屈折率の材料が埋め込まれて前記等価的屈折率
が高い２つの部分が形成され、前記第１の溝の表面部分
に残った前記高屈折率の材料に接する状態にして、他の
層が形成されていることを特徴とするものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２６】また本発明による第２の半導体レーザー
も、上記の方法によって作製可能なもので、導波方向に
垂直な面内で活性層に平行な方向において、互いに離れ
た２つの部分の等価的屈折率が、隣接部分の等価的屈折
率より高い構造を有する半導体レーザーであって、前記
活性層およびそれと平行な複数の層を有し、前記複数の
層のうちの少なくとも一部の層を貫通する第１の溝が形
成され、この第１の溝が貫通している層のうちの特定層
に、該第１の溝から両側に所定位置まで延びる１対の第
２の溝が形成され、これらの第２の溝の中に、前記特定
層より高屈折率の材料が埋め込まれて前記等価的屈折率
が高い２つの部分が形成され、前記第１の溝の表面部分
に接する状態にして、前記高屈折率の材料とは異なる材
料からなる他の層が形成されていることを特徴とするも
のである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２７】また本発明による第３の半導体レーザー
も、上記の方法によって作製可能なもので、導波方向に
垂直な面内で活性層に平行な方向において、互いに離れ
た２つの部分の等価的屈折率が、隣接部分の等価的屈折
率より高い構造を有する半導体レーザーであって、前記
活性層およびそれと平行な複数の層を有し、前記複数の
層のうちの少なくとも一部の層を貫通する第１の溝が形
成され、この第１の溝が貫通している層のうちの特定層
に、該第１の溝から両側に所定位置まで延びる１対の第
２の溝が形成され、これらの第２の溝の中に、前記特定
層より高屈折率の材料が埋め込まれており、前記第１の
溝内で露出している前記高屈折率の材料の上に、この材
料よりも低屈折率の材料の層が積層されて、該低屈折率
の材料の外側に前記等価的屈折率が高い２つの部分が形
成されていることを特徴とするものである。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 導波方向に垂直かつ活性層に平行な方向
    において、互いに離れた２つの部分の等価的屈折率が、
    隣接部分の等価的屈折率より高い構造を有する半導体レ
    ーザーの作製方法であって、 前記活性層およびそれと平行な複数の層を形成し、 その後、前記複数の層のうちの少なくとも一部の層を貫
    通する第１の溝を形成し、 この第１の溝が貫通している層のうちの特定層を選択的
    に、該第１の溝から両側に所定位置までエッチング除去
    して１対の第２の溝を形成し、 次いでこれらの第２の溝の中に、前記特定層より高屈折
    率の材料を埋め込んで前記等価的屈折率が高い２つの部
    分を形成することを特徴とする半導体レーザーの作製方
    法。
  2. 【請求項２】 導波方向に垂直かつ活性層に平行な方向
    において、互いに離れた２つの部分の等価的屈折率が、
    隣接部分の等価的屈折率より高い構造を有する半導体レ
    ーザーであって、 前記活性層およびそれと平行な複数の層を有し、 前記複数の層のうちの少なくとも一部の層を貫通する第
    １の溝が形成され、 この第１の溝が貫通している層のうちの特定層に、該第
    １の溝から両側に所定位置まで延びる１対の第２の溝が
    形成され、 これらの第２の溝の中に、前記特定層より高屈折率の材
    料が埋め込まれて前記等価的屈折率が高い２つの部分が
    形成され、 前記第１の溝の表面部分に残った前記高屈折率の材料に
    接する状態にして、他の層が形成されていることを特徴
    とする半導体レーザー。
  3. 【請求項３】 導波方向に垂直かつ活性層に平行な方向
    において、互いに離れた２つの部分の等価的屈折率が、
    隣接部分の等価的屈折率より高い構造を有する半導体レ
    ーザーであって、 前記活性層およびそれと平行な複数の層を有し、 前記複数の層のうちの少なくとも一部の層を貫通する第
    １の溝が形成され、 この第１の溝が貫通している層のうちの特定層に、該第
    １の溝から両側に所定位置まで延びる１対の第２の溝が
    形成され、 これらの第２の溝の中に、前記特定層より高屈折率の材
    料が埋め込まれて前記等価的屈折率が高い２つの部分が
    形成され、 前記第１の溝の表面部分に接する状態にして、前記高屈
    折率の材料とは異なる材料からなる他の層が形成されて
    いることを特徴とする半導体レーザー。
  4. 【請求項４】 導波方向に垂直かつ活性層に平行な方向
    において、互いに離れた２つの部分の等価的屈折率が、
    隣接部分の等価的屈折率より高い構造を有する半導体レ
    ーザーであって、 前記活性層およびそれと平行な複数の層を有し、 前記複数の層のうちの少なくとも一部の層を貫通する第
    １の溝が形成され、 この第１の溝が貫通している層のうちの特定層に、該第
    １の溝から両側に所定位置まで延びる１対の第２の溝が
    形成され、 これらの第２の溝の中に、前記特定層より高屈折率の材
    料が埋め込まれており、 前記第１の溝内で露出している前記高屈折率の材料の上
    に、この材料よりも低屈折率の材料の層が積層されて、
    該低屈折率の材料の外側に前記等価的屈折率が高い２つ
    の部分が形成されていることを特徴とする半導体レーザ
    ー。
  5. 【請求項５】 前記高屈折率の材料および前記低屈折率
    の材料が、両材料の積層方向に屈折率が次第に変化する
    １つの屈折率分布材料からなることを特徴とする請求項
    ４記載の半導体レーザー。
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