JP2804062B2 - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ装置及びその製造方法

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    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers

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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は光情報処理や光計測等の光源として用いられ
る半導体レーザ装置及びその製造方法に関する。
(従来の技術) 近年、高密度光ディスクシステムや高速レーザプリン
タあるいはバーコードリーダ等への応用を目的として短
波長の半導体レーザの開発が進められている。この中で
も0.6μm帯に発振波長を持つInGaAlP赤色レーザは、従
来のHe−Neガスレーザの代替えとして様々な応用の可能
性を持っており、光情報処理や光計測の分野において、
小型、軽量で低消費電力の光源を実現するキーデバイス
として注目されている。
上記用途の中で、バーコードリーダを除く応用におい
ては基本横モードで発振する横モード制御レーザが必要
とされる。そのような横モード制御InGaAlPレーザとし
て第5図に示すようなリッジストライプ型のSBR(Seler
ctively Buried Ridge Waveguide)レーザ(Extended A
bstracts,19th Conf.Solid State Devices and Materia
ls,Tokyo(1987),pp115〜118参照)がある。このレー
ザは適当な構造パラメータを選ぶことにより、基本横モ
ードが得られる。しかしながら、縦モードに関しては、
結晶の劈開面をレーザ共振器として用いているため、複
数の縦モードが発振してしまう。従って、特定の波長を
必要とするような光計測の分野においては単一縦モード
発振するレーザが必要となる。単一縦モード発振させる
ためには、回折格子を用いた分布帰還型(Distributed
Feedback:略してDFB)レーザあるいは分布反射型(Dist
ributed Bragg Reflector:略してCBR)レーザがあり、I
nP系、GaAs系の半導体レーザにおいて開発されている。
このような単一縦モード発振する構造をInGaAlP系の
横モード制御SBRレーザに採用するには、回折格子をレ
ーザ内部に作成しなければならない。従って、有機金属
を用いた化学気相成長を用いると結晶成長の回数が4回
になる。これはレーザの作成工程の簡略化、歩留まりあ
るいは低価格化を考慮すると非常に大きな短所であっ
た。
(発明が解決しようとする課題) 上述のように、従来装置では、劈開面をレーザ共振器
としたファブリペロー型レーザのため、横モードは制御
されていても、縦モードは制御されておらず、安定に単
一縦モード発振させることは困難であった。また、横モ
ード制御SBRレーザの単一縦モード化を実現するには、
結晶成長の回数が4回になり、非常に歩留まりが悪かっ
た。
この発明は、上記の課題を考慮してなされたもので、
その目的とするところはわずか2回の結晶成長で安定に
単一縦モード発振する横モード制御InGaAlP系半導体レ
ーザ装置及びその製造方法を提供するところにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の骨子は、構造の簡単な新しい横モード制御In
GaAlP系半導体レーザに回折格子を内蔵させることによ
り、安定な単一縦モード発振を可能とするところにあ
る。すなわち、本発明はn型In0.5(Ga1-zAlz0.5Pク
ラッド層、In0.5(Ga1-xAlx0.5P活性層、P型In0.5
(Ga1-yAly0.5P光導波路及びストライプ状のリッジ
を有したP型In0.5(Ga1-zAlz0.5Pクラッド層(0≦
x<y<x≦1)からなり、前記P型光導波路層と前記
P型クラッド層との間に周期的凹凸を備えたダブルヘテ
ロ構造部と、このダブルヘテロ構造部上の少なくともP
型In0.5(Ga1-zAlx0.5のリッジ部外の領域に形成され
たn型電流阻止層と、前記P型クラッド層及びn型半導
体電流阻止層上に形成されたP型コンタクト層とを備え
た半導体レーザ装置である。また本発明は、この半導体
レーザ装置を有機金属を用いた化学気相成長(MOCVD)
法により層を形成することを特徴とした方法である。
(作 用) この発明によれば、横モード制御InGaAlP系半導体レ
ーザに回折格子が内蔵されているため、波長選択性が強
く、単一縦モード発振させることができ、さらに回折格
子の周期を変化させることにより、発振波長も自由に選
択できる。また、レーザの構造も非常に簡単で、わずか
2回の結晶成長で作成可能なため、歩留まりが良く、低
価格が可能である。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第
1図は、本発明の一実施例に係わる半導体レーザの概略
構造を示す図である、図中、10はn−GaAs基板、11はn
−In0.5(Ga0.3Al0.70.5Pクラッド層、12はノンドー
プInGaP活性層、13はp−In0.5(Ga0.7Al0.30.5P光
導波路層、14は回折格子、15はp−In0.5(Ga0.3A
l0.70.5クラッド層、16はn−GaAs電流阻止層、17は
p−GaAsコンタクト層、18はn電極、19はp電極をそれ
ぞれ示している。このレーザでは、ストライプ外でn−
GaAs電流阻止層16が活性層12に近接して置かれており、
このn−GaAs層は光吸収層として働くため、リッジ部と
リッジ部祖ととで複素屈折率の差が生じ、これにより水
平方向の光閉じ込めが実現される。また、n−GaAs層は
電流も阻止するので、低しきい値の特性が得られる。
次に内蔵された回折格子の効果について説明する。す
なわち、回折格子により共振器方向の光のみが増幅さ
れ、あるしきい値に達するとレーザ発振する。そのとき
の発振波長λは次式で示される。
ここで、neffは等価屈折率、Λは回折格子の周期であ
る。従って、回折格子の周期Λを変化させれば発振波長
λを変化させることができる。
また第2図はAl組成xに対する屈折率nを示してい
る。第1図に示した実施例における各層の屈折率は、活
性層が3.65、光導波路層が3.55クラッド層が3.4とな
り、等価屈折率として約3.5程度になる。従って、発振
波長を6700A程度にするには回折格子の周期は960×m
Aになり、回折格子の作り易さの点から、mの値は2が
良い。次に上記構成の半導体レーザの製造方法について
説明する。
第3図(a)〜(h)は実施例レーザの製造工程を示
す断面図である。まず、原料としてメタル系III族有機
金属(トリメチルインジウム、トリメチルガリウム、ト
リメチルアルミニウム)と、V族水素化物(アルシン、
ホスフィン)とを使用した大気圧未満の圧力下でのMOVD
法により、第3図(a)に示す如く面方位(100)のn
−GaAs基板10(Siドープ、3×1018cm-3)上に厚さ0.8
μmのn−In0.5(Ga0.3Al0.70.5P層クラッド層11
(Siドープ、4×1017cm-3)、厚さ0.06μmのIn0.5Ga
0.5P型活性層12、厚さ0.15μmのp−In0.5(Ga0.7Al
0.30.5P光導波路層13(Znドープ、4×1017cm-3)を
連続成長させた。続いて、二光束干渉露光装置を用いて
第3図(b)に示す如くホトレジスト上に1920Åの周期
を有する回折格子を形成した。次いで、第3図(c)に
示す如くホトレジストをマスクとして、化学エッチング
により光導波路層上に回折格子を転写する。
次いで、上記MOCVD法により、第3図(d)に示す如
く厚さ0.8μmのp−In0.5(Ga0.3Al0.70.5Pクラッ
ド層15(Znドープ、4×1017cm-3)を成長した。次い
で、第3図(e)に示す如く、幅5μmのストライプ状
にSiO2膜21を形成した。次いで、第3図(f)に示す如
くSiO2膜21をマスクとして用い、化学エッチングにより
p−クラッド層15を回折格子が露出するまでエッチング
し、幅3μmのストライプ状のリッジを形成した。
次いで、トリメチルガリウムとアルシンを原料とした
減圧MOCVD法により、第3図(g)に示す如くn−GaAs
電流阻止層16(Siドープ、5×1018cm-3)を厚さ0.5μ
m成長した。次いで、SiO2膜21を除去した後、第3図
(h)に示す如くMOCVD法により全面にp−GaAsコンタ
クト層17(Znドープ、5×1018cm-3)を厚さ3μm成長
した。その後、通常の電極工程により、コンタクト層17
上にp型電極を基板10の下面にn電極を被着することに
よって、前記第1図に示す構造のレーザ用ウェハを作成
した。
かくして得られたウェハをへき開して、共振器長250
μmのDFBレーザを作成したところ、しきい値電流40mA
が得られ10mW以上まで安定な単一縦モード発振を示し
た。
次に第2の実施例について説明する。第4図にその概
略構造を示す、第1図との違いはInGaP活性層12とp−I
n0.5(Ga0.7Al0.30.5P光導波路層13との間にp−In
0.5(Ga0.3Al0.70.5Pバリア層22(Znドープ、4×10
17cm-3)を設けたことである。これにより、活性層から
の電子のオーバーフローをより少なくすることができ、
低しきい値で温度特性の優れた半導体レーザを得ること
ができる。なお、製造工程については第3図に示した製
造工程と同様である。
このように本実施例によれば安定に単一縦モード発振
する横モード制御レーザを実現することができる。
また、本発明は電流阻止層として実施例で述べたGaAs
のほかにGaAlAs、あるいはIn0.5(Ga1-wAlw0.5P(z
<w≦1)であってもよい。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種種変形して実施することができる。
以上詳述したように本発明によれば、回折格子を内蔵
しているため、安定に単一縦モード発振する横モード制
御レーザを実現することができる。
[発明の効果] 以上詳述したように、本発明によれば、回折格子を内
蔵しているため、安定に単一縦モード発振する横モード
制御レーザを実現することができる。また、製造工程に
おいても、成長回数が2回と少なく簡単なため、特性の
そろったDFBレーザが歩留まり良く低価格で得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示す斜視図、第2図は
InGaAlPのAl組成xと屈折率nとの関係を示す図、第3
図は本発明の第1図に示した半導体レーザ装置を制作す
る工程を示す図、第4図は他の実施例を説明するための
図、第5図は従来例を示す図である。 10……n−GaAs基板、11……n−In0.5(Ga0.3Al0.7
0.5Pクラッド層、12……ノンドープIn0.5Ga0.5P活性
層、13……p−In0.5(Ga0.7Al0.30.5P光導波路、14
……回折格子、15……p−In0.5(Ga0.3Al0.70.5Pク
ラッド層、16……n−GaAs電流阻止層、17……p−GaAs
コンタクト層、18……n電極、19……p電極、21……Si
O2、22……p−In0.5(Ga0.3Al0.70.5Pバリヤ層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−185087(JP,A) 特開 昭63−43387(JP,A) 特開 昭62−176183(JP,A) 特開 昭63−73683(JP,A) 特開 昭63−62293(JP,A) 特開 昭63−250886(JP,A) 1988年(昭和63年)第49回応物学会予 稿集 4p−ZC−11 P.836 Electron.Lett.23[18 ](1987)P.938−939 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】n型GaAs基板上にn型In0.5(Ga1-zAlz
    0.5Pクラッド層、In0.5(Ga1-xAlx0.5P活性層、P
    型In0.5(Ga1-yAly0.5P光導波路及びストライプ状の
    リッジを有したP型In0.5(Ga1-zAlz0.5Pクラッド層
    (0≦x<y<x≦1)からなり、前記P型光導波路層
    と前記P型クラッド層との間に周期的凹凸を備えたダブ
    ルヘテロ構造部と、このダブルヘテロ構造部上の少なく
    とも前記P型クラッド層のリッジ部外の領域に形成され
    たn型半導体電流阻止層と、前記P型クラッド層及び電
    流阻止層上に形成されたP型コンタクト層とを具備して
    なることを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 【請求項2】n型GaAs基板上に有機金属を用いた化学気
    相成長法により、n型In0.5(Ga1-zAlz0.5Pクラッド
    層、In0.5(Ga1-xAlx0.5P活性層、P型In0.5(Ga1-y
    Aly0.5P光導波路層を連続して成長形成する工程と、
    前記P型光導波路層上に周期的なエッチングマスクを形
    成する工程と、前記エッチングマスクを用いて前記P型
    光導波路層をエッチングして周期的凹凸を形成する工程
    と、前記エッチングマスクを除去するする工程と、次い
    で有機金属を用いた化学気相成長法により、前記周期的
    凹凸の形成されたP型光導波路層上にP型In0.5(Ga1-z
    Alz0.5Pクラッド層を成長形成する工程と、前記P型
    クラッド層上にエッチングマスクを形成する工程と、前
    記エッチングマスクを用いて前記P型クラッド層をその
    途中まで選択エッチングして該クラッド層にストライプ
    状のリッジ部を形成する工程と、次いで前記P型クラッ
    ド層のストライプ状のリッジ部外の領域に有機金属を用
    いた化学気相成長法により、n型半導体電流阻止層を成
    長形成する工程と、前記エッチングマスクを除去する工
    程と、次いで前記P型クラッド層及び電流阻止層上に有
    機金属を用いた化学気相成長法によりP型コンタクト層
    を成長形成する工程とを含むことを特徴とする半導体レ
    ーザ装置の製造方法。
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