JP2639912B2 - 半導体レーザの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、面発光型の半導体レーザを製造する半導
体レーザの製造方法に関する。
体レーザの製造方法に関する。
一般に、半導体レーザは、半導体基板上に，開口を有
する電流ブロック層，半導体下部クラッド層，半導体活
性層，半導体上部クラッド層が順次エピタキシャル成長
されて形成されたのち、各エピタキシャル層に垂直な前
面および後面がへき開され、このへき開面に反射膜が形
成されて共振器面が形成されて構成されており、この場
合前記共振器面における前記活性層を含む活性領域端面
に相当する線状部分のみが発光し、面発光にはならな
い。
する電流ブロック層，半導体下部クラッド層，半導体活
性層，半導体上部クラッド層が順次エピタキシャル成長
されて形成されたのち、各エピタキシャル層に垂直な前
面および後面がへき開され、このへき開面に反射膜が形
成されて共振器面が形成されて構成されており、この場
合前記共振器面における前記活性層を含む活性領域端面
に相当する線状部分のみが発光し、面発光にはならな
い。
これに対し、共振器面を各エピタキシャル層に平行に
形成して面発光するようにした面発光型の半導体レーザ
があり、この種の半導体レーザの例として，たとえばア
イイーイーイージャーナルオブカンタムエレクトロニク
ス，ボリウムキューイー21,ナンバー6,ジューン1985頁6
63〜668〔IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS,V
OL QE−21,NO.6,JUNE 1985P.663〜668〕に記載のもの
があり、このような面発光型の半導体レーザはその特性
から、（ｉ）単一縦モード動作レーザ，（ii）２次元レ
ーザアレイ，（iii）低ノイズレーザへの応用が期待さ
れている。
形成して面発光するようにした面発光型の半導体レーザ
があり、この種の半導体レーザの例として，たとえばア
イイーイーイージャーナルオブカンタムエレクトロニク
ス，ボリウムキューイー21,ナンバー6,ジューン1985頁6
63〜668〔IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS,V
OL QE−21,NO.6,JUNE 1985P.663〜668〕に記載のもの
があり、このような面発光型の半導体レーザはその特性
から、（ｉ）単一縦モード動作レーザ，（ii）２次元レ
ーザアレイ，（iii）低ノイズレーザへの応用が期待さ
れている。
しかし、従来の面発光型の半導体レーザは、発振動作
に必要な駆動電流，すなわちしきい値電流が、たとえば
室温におけるパルス動作時で330mAと高いため、実用上
連続発振させて使用する場合、電力消費が非常に大きい
という問題点がある。
に必要な駆動電流，すなわちしきい値電流が、たとえば
室温におけるパルス動作時で330mAと高いため、実用上
連続発振させて使用する場合、電力消費が非常に大きい
という問題点がある。
さらに、面発光であるため、出射レーザ光の広がりが
大きくなり、光ファイバなどの他の光学機器との結合を
行なう場合に、実効的な結合効率が低下するという問題
点がある。
大きくなり、光ファイバなどの他の光学機器との結合を
行なう場合に、実効的な結合効率が低下するという問題
点がある。
そこで、この発明では、しきい値電流が従来に比べて
大幅に低く、出射レーザ光の広がりを従来よりも抑えた
面発光型の半導体レーザを提供することを技術的課題と
する。
大幅に低く、出射レーザ光の広がりを従来よりも抑えた
面発光型の半導体レーザを提供することを技術的課題と
する。
この発明は、前記の点に留意してなされたものであ
り、半導体基板上に、電流ブロック層，半導体下部クラ
ッド層，半導体活性層および半導体上部クラッド層を順
次エピタキシャル成長させ、面発光型の半導体レーザを
製造する半導体レーザの製造方法において、前記基板上
に半導体エッチング停止層を形成し，該エッチング停止
層上に前記ブロック層を形成する工程と、前記ブロック
層，前記エッチング停止層および前記基板の表層部にか
けて電流狭さく用の逆円錐台状の穴を形成する工程と、
前記ブロック層上および前記穴内に前記下部クラッド層
を形成する工程と、前記基板の前記穴の裏面に窓孔を形
成する工程とを含むことを特徴とする半導体レーザの製
造方法である。
り、半導体基板上に、電流ブロック層，半導体下部クラ
ッド層，半導体活性層および半導体上部クラッド層を順
次エピタキシャル成長させ、面発光型の半導体レーザを
製造する半導体レーザの製造方法において、前記基板上
に半導体エッチング停止層を形成し，該エッチング停止
層上に前記ブロック層を形成する工程と、前記ブロック
層，前記エッチング停止層および前記基板の表層部にか
けて電流狭さく用の逆円錐台状の穴を形成する工程と、
前記ブロック層上および前記穴内に前記下部クラッド層
を形成する工程と、前記基板の前記穴の裏面に窓孔を形
成する工程とを含むことを特徴とする半導体レーザの製
造方法である。
したがつて、この発明によると、半導体基板上に半導
体エッチング停止層が形成されたのち、当該エッチング
層上に電流ブロック層が形成され、電流ブロック層，エ
ッチング停止層，基板の表層部にかけて逆円錐台状の穴
が形成され、ブロック層上および前記穴内に半導体下部
クラッド層が形成されるとともに、下部クラッド層上に
半導体活性層，半導体上部クラッド層が順次積層形成さ
れ、さらに基板の前記穴の裏面に出射レーザ光取り出し
用の窓孔が形成され、面発光型の半導体レーザが作成さ
れる。
体エッチング停止層が形成されたのち、当該エッチング
層上に電流ブロック層が形成され、電流ブロック層，エ
ッチング停止層，基板の表層部にかけて逆円錐台状の穴
が形成され、ブロック層上および前記穴内に半導体下部
クラッド層が形成されるとともに、下部クラッド層上に
半導体活性層，半導体上部クラッド層が順次積層形成さ
れ、さらに基板の前記穴の裏面に出射レーザ光取り出し
用の窓孔が形成され、面発光型の半導体レーザが作成さ
れる。
このとき、逆円錐台状の穴を形成したため、いわゆる
内部電流狭さく部が形成され、通電時に各半導体層を通
る電流の流路が前記穴の上側部分のみに限られ、光増幅
に寄与する電流が集中的に流れることになり、従来のよ
うに電流が分散することによる発振動作電流のうちの光
増幅に寄与しない無効電流の増大が大幅に抑制され、し
きい値電流の低減が図れ、しかも前記穴内に形成される
下部クラッド層が構造上集光用凸レンズとして働き、出
射レーザ光の広がりが抑制されることになる。
内部電流狭さく部が形成され、通電時に各半導体層を通
る電流の流路が前記穴の上側部分のみに限られ、光増幅
に寄与する電流が集中的に流れることになり、従来のよ
うに電流が分散することによる発振動作電流のうちの光
増幅に寄与しない無効電流の増大が大幅に抑制され、し
きい値電流の低減が図れ、しかも前記穴内に形成される
下部クラッド層が構造上集光用凸レンズとして働き、出
射レーザ光の広がりが抑制されることになる。
つぎに、この発明を、その１実施例を示した図面とと
もに詳細に説明する。
もに詳細に説明する。
まず、第１図（ａ）に示すように、半導体基板として
のｐ形GaAs基板（１）上に、液相エピタキシャル成長法
（以下LPEという）により厚さ１〜1.5μｍのｐ形Ga0.7A
l0.3Asからなる半導体エッチング停止層（２）を形成
し、さらにエッチング停止層（２）上にLPEにより厚さ
１μｍのｎ形のGaAsからなる電流ブロック層（３）を形
成し、その後ブロック層（３）上に中央部に直径約10μ
ｍの円形開口を残してエッチングマスクを形成し、混合
比3:1:1のリン酸〔H3PO4〕，過酸化水素水〔H2O2〕，酢
酸〔CH3COOH〕の混合溶液をエッチャントとしエッチン
グを行ない、同図（ｂ）に示すように、ブロック層
（３），エッチング停止層（２）および基板（１）の表
層部にかけて最大口径10μm,深さ３μｍの電流狭さく用
の逆円錐台状の穴（４）を形成する。
のｐ形GaAs基板（１）上に、液相エピタキシャル成長法
（以下LPEという）により厚さ１〜1.5μｍのｐ形Ga0.7A
l0.3Asからなる半導体エッチング停止層（２）を形成
し、さらにエッチング停止層（２）上にLPEにより厚さ
１μｍのｎ形のGaAsからなる電流ブロック層（３）を形
成し、その後ブロック層（３）上に中央部に直径約10μ
ｍの円形開口を残してエッチングマスクを形成し、混合
比3:1:1のリン酸〔H3PO4〕，過酸化水素水〔H2O2〕，酢
酸〔CH3COOH〕の混合溶液をエッチャントとしエッチン
グを行ない、同図（ｂ）に示すように、ブロック層
（３），エッチング停止層（２）および基板（１）の表
層部にかけて最大口径10μm,深さ３μｍの電流狭さく用
の逆円錐台状の穴（４）を形成する。
つぎに、第２図（ｃ）に示すように、ブロック層
（３）上および穴（４）内にLPEによりｐ形Ga0.7Al0.3A
sからなる半導体下部クラッド層（５）を，ブロック層
（３）上での厚さが0.2μｍとなるように形成し、下部
クラッド層（５）上にLPEにより厚さ２μｍのｐ形GaAs
からなる半導体活性層（６），厚さ２μｍのｎ形Ga0.7A
l0.3Asからなる半導体上部クラッド層（７）および厚さ
0.1μｍのｎ形GaAsからなるキャップ層（８）を順次積
層して形成する。
（３）上および穴（４）内にLPEによりｐ形Ga0.7Al0.3A
sからなる半導体下部クラッド層（５）を，ブロック層
（３）上での厚さが0.2μｍとなるように形成し、下部
クラッド層（５）上にLPEにより厚さ２μｍのｐ形GaAs
からなる半導体活性層（６），厚さ２μｍのｎ形Ga0.7A
l0.3Asからなる半導体上部クラッド層（７）および厚さ
0.1μｍのｎ形GaAsからなるキャップ層（８）を順次積
層して形成する。
このとき、下部クラッド層（５）を形成する際に、サ
ーマルエッチングやメルトバックにより、第２図（ｃ）
に示すように、穴（４）の角部分が滑らかになり、とく
に穴（４）の底部は放物面状になり、穴（４）内の下部
クラッド層（５）が集光用の凸レンズとして作用し、出
射レーザ光を集光して広がりを抑制することになる。
ーマルエッチングやメルトバックにより、第２図（ｃ）
に示すように、穴（４）の角部分が滑らかになり、とく
に穴（４）の底部は放物面状になり、穴（４）内の下部
クラッド層（５）が集光用の凸レンズとして作用し、出
射レーザ光を集光して広がりを抑制することになる。
さらに、キャップ層（８）の上面および基板（１）の
裏面にそれぞれ金〔Au〕−ゲルマニウム〔Ge〕−ニッケ
ル〔Ni〕および金〔Au〕−亜鉛〔Zn〕を蒸着して上部電
極（９）および下部電極（10）を形成したのち、ヨウ化
カリウム〔KI〕とヨウ素〔I2〕の溶液などをエッチャン
トとして、上部電極（９）および下部電極（10）の中央
部にそれぞれ直径10μm,200μｍの円形孔（11），（1
2）を形成し、温度40〜50℃で混合比1:20の水酸化アン
モニウム〔NH4OH〕，過酸化水素水〔H2O2〕の混合溶液
をエッチャントとしてエッチングを行ない、同図（ｄ）
に示すように、円形孔（11）に露出したキャップ層
（８）に円形孔（11）と同じく直径10μｍの円形の上部
窓孔（13）を形成するとともに、円形孔（12）に露出し
た基板（１）の穴（４）の裏面に円錐台状の下部窓孔
（14）を形成する。
裏面にそれぞれ金〔Au〕−ゲルマニウム〔Ge〕−ニッケ
ル〔Ni〕および金〔Au〕−亜鉛〔Zn〕を蒸着して上部電
極（９）および下部電極（10）を形成したのち、ヨウ化
カリウム〔KI〕とヨウ素〔I2〕の溶液などをエッチャン
トとして、上部電極（９）および下部電極（10）の中央
部にそれぞれ直径10μm,200μｍの円形孔（11），（1
2）を形成し、温度40〜50℃で混合比1:20の水酸化アン
モニウム〔NH4OH〕，過酸化水素水〔H2O2〕の混合溶液
をエッチャントとしてエッチングを行ない、同図（ｄ）
に示すように、円形孔（11）に露出したキャップ層
（８）に円形孔（11）と同じく直径10μｍの円形の上部
窓孔（13）を形成するとともに、円形孔（12）に露出し
た基板（１）の穴（４）の裏面に円錐台状の下部窓孔
（14）を形成する。
このとき、NH4OH,H2O2の混合溶液がGaAsのみをエッチ
ングしてGaAlAsを侵さない性質を有しているため、前記
したエッチング工程において、キャップ層（８）の下層
のｎ形GaAlAsの上部クラッド層（７），および基板
（１）の上層のｐ形GaAlAsのエッチング停止層（２）で
エッチングが自動的に停止し、鏡面を有する窓孔（1
3），（14）がそれぞれ形成されることになる。
ングしてGaAlAsを侵さない性質を有しているため、前記
したエッチング工程において、キャップ層（８）の下層
のｎ形GaAlAsの上部クラッド層（７），および基板
（１）の上層のｐ形GaAlAsのエッチング停止層（２）で
エッチングが自動的に停止し、鏡面を有する窓孔（1
3），（14）がそれぞれ形成されることになる。
つぎに、第２図（ｅ）に示すように、上部窓孔（13）
に露出した上部クラッド層（７）上にSiO2/TiO2多層膜
やAu膜などの高反射率膜からなる上部反射膜（15）を形
成するとともに、下部窓孔（13）に露出したエッチング
停止層（２）の下面および穴（４）内の下部クラッド層
（５）の下面に前記高反射率膜からなる下部反射膜（1
6）を形成し、面発光型の半導体レーザを作成する。
に露出した上部クラッド層（７）上にSiO2/TiO2多層膜
やAu膜などの高反射率膜からなる上部反射膜（15）を形
成するとともに、下部窓孔（13）に露出したエッチング
停止層（２）の下面および穴（４）内の下部クラッド層
（５）の下面に前記高反射率膜からなる下部反射膜（1
6）を形成し、面発光型の半導体レーザを作成する。
なお、下部反射膜（16）側からレーザ光を取り出す場
合には上部反射膜（15）の反射率を100％とし、逆の場
合には下部反射膜（16）の反射率を100％とし、両反射
膜（15），（16）側からレーザ光を取り出す必要がある
場合には、両反射膜（15），（16）の反射率を適宜設定
すればよい。
合には上部反射膜（15）の反射率を100％とし、逆の場
合には下部反射膜（16）の反射率を100％とし、両反射
膜（15），（16）側からレーザ光を取り出す必要がある
場合には、両反射膜（15），（16）の反射率を適宜設定
すればよい。
そして、第２図に示すように、直流電源（＋Ｂ）の
正，負端子をリード線により下部電極（10），上部電極
（９）にそれぞれ接続し、通電を行なうと、電流は、同
図中の矢印に示すように、基板（１）からエッチング停
止層（２），下部クラッド層（５），活性層（６），上
部クラッド層（７）およびキャップ層（８）を順次流
れ、活性層（６）で生じた光が両反射膜（15），（16）
間のレーザ共振器内で共振，増幅を繰り返し、たとえば
下部反射膜（16）からレーザ光が出射される。
正，負端子をリード線により下部電極（10），上部電極
（９）にそれぞれ接続し、通電を行なうと、電流は、同
図中の矢印に示すように、基板（１）からエッチング停
止層（２），下部クラッド層（５），活性層（６），上
部クラッド層（７）およびキャップ層（８）を順次流
れ、活性層（６）で生じた光が両反射膜（15），（16）
間のレーザ共振器内で共振，増幅を繰り返し、たとえば
下部反射膜（16）からレーザ光が出射される。
ところで、この場合、逆円錐台状の穴（４）を形成し
たため、いわゆる内部電流狭さく部が形成され、各層
（５），（６），（７）を通る電流の流路が，前記電流
狭さく部により，ブロック（３）を除去した断面幅が10
μｍ程度の穴（４）の上側の円柱部分のみに限られ、電
流が当該部分に集中して流れ、実効的に光の発生に寄与
する活性領域は第２図中のクロスハッチングで示すよう
に活性層（６）の直径約10μｍの円形領域となり、面発
光することになるとともに、前記したように、穴（４）
内の下部クラッド層（５）が集光用凸レンズとして働
き、下部反射膜（16）から出射されるレーザ光の広がり
が従来の面発光型半導体レーザに比べて抑制されること
になる。
たため、いわゆる内部電流狭さく部が形成され、各層
（５），（６），（７）を通る電流の流路が，前記電流
狭さく部により，ブロック（３）を除去した断面幅が10
μｍ程度の穴（４）の上側の円柱部分のみに限られ、電
流が当該部分に集中して流れ、実効的に光の発生に寄与
する活性領域は第２図中のクロスハッチングで示すよう
に活性層（６）の直径約10μｍの円形領域となり、面発
光することになるとともに、前記したように、穴（４）
内の下部クラッド層（５）が集光用凸レンズとして働
き、下部反射膜（16）から出射されるレーザ光の広がり
が従来の面発光型半導体レーザに比べて抑制されること
になる。
このとき、前記した内部電流狭さく部による電流流路
の集中により、前記したレーザのしきい値電流は従来の
ものの約1/16程度に低減でき、たとえば室温におけるパ
ルス動作時に従来スポット径10μｍのレーザ光を得るた
めのしきい値電流が330mAであつたものが、その1/16の
約20mAにまで低減できることになり、さらに従来出射レ
ーザ光の広がり角が半値全角で約10度であつたものが、
数度程度に抑制できることになり、光ファイバ等の他の
光学機器との結合効率を大幅に向上することが可能とな
る。
の集中により、前記したレーザのしきい値電流は従来の
ものの約1/16程度に低減でき、たとえば室温におけるパ
ルス動作時に従来スポット径10μｍのレーザ光を得るた
めのしきい値電流が330mAであつたものが、その1/16の
約20mAにまで低減できることになり、さらに従来出射レ
ーザ光の広がり角が半値全角で約10度であつたものが、
数度程度に抑制できることになり、光ファイバ等の他の
光学機器との結合効率を大幅に向上することが可能とな
る。
以上のように、この発明の半導体レーザの製造方法に
よると、従来の面発光型の半導体レーザに比べ、しきい
値電流が大幅に低く、出射レーザ光の広がりを抑制した
特性の優れた面発光型の半導体レーザを提供することが
でき、単一縦モード動作レーザ,2次レーザアレイ，低ノ
イズレーザとして非常に有効であり、その応用範囲の拡
充を大いに期待できる。
よると、従来の面発光型の半導体レーザに比べ、しきい
値電流が大幅に低く、出射レーザ光の広がりを抑制した
特性の優れた面発光型の半導体レーザを提供することが
でき、単一縦モード動作レーザ,2次レーザアレイ，低ノ
イズレーザとして非常に有効であり、その応用範囲の拡
充を大いに期待できる。
図面は、この発明の半導体レーザの製造方法の１実施例
を示し、第１図（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ製造工程を示
す断面図、第２図は製造された半導体レーザの動作説明
図である。 （１）……基板、（２）……半導体エッチング停止層、
（３）……電流ブロック層、（４）……穴、（５）……
半導体下部クラッド層、（６）……半導体活性層、
（７）……半導体上部クラッド層、（14）……下部窓
孔。
を示し、第１図（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ製造工程を示
す断面図、第２図は製造された半導体レーザの動作説明
図である。 （１）……基板、（２）……半導体エッチング停止層、
（３）……電流ブロック層、（４）……穴、（５）……
半導体下部クラッド層、（６）……半導体活性層、
（７）……半導体上部クラッド層、（14）……下部窓
孔。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に、電流ブロック層，半導体
下部クラッド層，半導体活性層および半導体上部クラッ
ド層を順次エピタキシャル成長させ、面発光型の半導体
レーザを製造する半導体レーザの製造方法において、前
記基板上に半導体エッチング停止層を形成し，該エッチ
ング停止層上に前記ブロック層を形成する工程と、前記
ブロック層，前記エッチング停止層および前記基板の表
層部にかけて電流狭さく用の逆円錐台状の穴を形成する
工程と、前記ブロック層上および前記穴内に前記下部ク
ラッド層を形成する工程と、前記基板の前記穴の裏面に
窓孔を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体レ
ーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14591186A JP2639912B2 (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | 半導体レーザの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14591186A JP2639912B2 (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | 半導体レーザの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS632395A JPS632395A (ja) | 1988-01-07 |
| JP2639912B2 true JP2639912B2 (ja) | 1997-08-13 |
Family
ID=15395921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14591186A Expired - Fee Related JP2639912B2 (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | 半導体レーザの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2639912B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0575207A (ja) * | 1991-09-13 | 1993-03-26 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 共振器型半導体光装置及びその製法 |
| WO2023171148A1 (ja) * | 2022-03-08 | 2023-09-14 | ソニーグループ株式会社 | 面発光レーザ、面発光レーザアレイ及び面発光レーザの製造方法 |
-
1986
- 1986-06-20 JP JP14591186A patent/JP2639912B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS632395A (ja) | 1988-01-07 |
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