JP2903321B2 - 半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents
半導体レーザ装置の製造方法Info
- Publication number
- JP2903321B2 JP2903321B2 JP1185004A JP18500489A JP2903321B2 JP 2903321 B2 JP2903321 B2 JP 2903321B2 JP 1185004 A JP1185004 A JP 1185004A JP 18500489 A JP18500489 A JP 18500489A JP 2903321 B2 JP2903321 B2 JP 2903321B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- active layer
- semiconductor laser
- laser device
- diffraction grating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 44
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 30
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 123
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 17
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 claims description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 8
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 19
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 14
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 14
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 11
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 10
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 10
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 10
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 7
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 6
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- FTWRSWRBSVXQPI-UHFFFAOYSA-N alumanylidynearsane;gallanylidynearsane Chemical compound [As]#[Al].[As]#[Ga] FTWRSWRBSVXQPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 3
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- MDPILPRLPQYEEN-UHFFFAOYSA-N aluminium arsenide Chemical compound [As]#[Al] MDPILPRLPQYEEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 2
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- VLCQZHSMCYCDJL-UHFFFAOYSA-N tribenuron methyl Chemical compound COC(=O)C1=CC=CC=C1S(=O)(=O)NC(=O)N(C)C1=NC(C)=NC(OC)=N1 VLCQZHSMCYCDJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気光変換素子として利用する半導体レーザ
装置の製造方法に関する。
装置の製造方法に関する。
本発明の製造方法により製造される半導体レーザ装置
は、光通信装置、光情報処理装置、光記録装置、光応用
計測装置、その他光電子装置の光源として利用するに適
する。
は、光通信装置、光情報処理装置、光記録装置、光応用
計測装置、その他光電子装置の光源として利用するに適
する。
〔概要〕 本発明は、活性層に回折格子を設け、光分布帰還によ
ってその活性層で電子と正孔の再結合による誘導放出光
を発生させる分布帰還型半導体レーザ装置の製造方法に
おいて、 活性層の一部を、前記回折格子に相応する周期にした
がって取り除くことにより、 活性層そのものに回折格子を形成することを可能と
し、これにより誘起される利得係数の周期的摂動を主因
とする光分布帰還を施し、完全に単一波長の縦モード発
振を得るものである。
ってその活性層で電子と正孔の再結合による誘導放出光
を発生させる分布帰還型半導体レーザ装置の製造方法に
おいて、 活性層の一部を、前記回折格子に相応する周期にした
がって取り除くことにより、 活性層そのものに回折格子を形成することを可能と
し、これにより誘起される利得係数の周期的摂動を主因
とする光分布帰還を施し、完全に単一波長の縦モード発
振を得るものである。
半導体レーザの活性層近傍に回折格子を形成し、この
回折格子により光分布帰還を施して活性層に誘導放出光
を発生させる分布帰還型半導体レーザ装置の技術が広く
知られている。分布帰還型半導体レーザ装置は、比較的
簡単に発振スペクトル特性の優れた誘導放出光が得られ
るとともに、回折格子のピッチにより発振波長を制御で
きるので、単一モード光ファイバを利用するあるいは光
波長多重を行う長距離大容量光通信装置その他光電子装
置の光源としてその有用性が期待されている。
回折格子により光分布帰還を施して活性層に誘導放出光
を発生させる分布帰還型半導体レーザ装置の技術が広く
知られている。分布帰還型半導体レーザ装置は、比較的
簡単に発振スペクトル特性の優れた誘導放出光が得られ
るとともに、回折格子のピッチにより発振波長を制御で
きるので、単一モード光ファイバを利用するあるいは光
波長多重を行う長距離大容量光通信装置その他光電子装
置の光源としてその有用性が期待されている。
このための従来例レーザ装置は、活性層にきわめて近
接して透明な導波路層を作り、この導波路層の活性層よ
り遠い側の面に断面形状がおおむね三角波状である凹凸
形状を形成して、導波路層のみかけの屈折率を周期的に
変化させて光分布帰還を施すものである。この構造は広
く知られたものであって、一般的なハンドブックである オーム社：電子情報通信ハンドブック、1988年 984
−985頁 にも記載がある。この構造の半導体レーザ装置は、光導
波路層の層厚変化の周期に対応して生じるブラッグ波長
の光に対して、光位相についての適正な帰還が行われな
いので、このブラッグ波長領域に発振阻止帯域が生じ
る。すなわち、従来例装置では、ブラッグ波長の上下に
ほぼ対称に離隔した二つの波長の縦モード発振が生じる
現象がある。さまざまな実験的検討から、この二つの波
長の縦モード発振の一方のみが生じるように設定するこ
と、さらにその一方のみを予め設定することは、実用的
な半導体レーザ装置を設計および製作するうえで困難で
あることが経験されている。このため、製造歩留りを高
くすることができない。
接して透明な導波路層を作り、この導波路層の活性層よ
り遠い側の面に断面形状がおおむね三角波状である凹凸
形状を形成して、導波路層のみかけの屈折率を周期的に
変化させて光分布帰還を施すものである。この構造は広
く知られたものであって、一般的なハンドブックである オーム社：電子情報通信ハンドブック、1988年 984
−985頁 にも記載がある。この構造の半導体レーザ装置は、光導
波路層の層厚変化の周期に対応して生じるブラッグ波長
の光に対して、光位相についての適正な帰還が行われな
いので、このブラッグ波長領域に発振阻止帯域が生じ
る。すなわち、従来例装置では、ブラッグ波長の上下に
ほぼ対称に離隔した二つの波長の縦モード発振が生じる
現象がある。さまざまな実験的検討から、この二つの波
長の縦モード発振の一方のみが生じるように設定するこ
と、さらにその一方のみを予め設定することは、実用的
な半導体レーザ装置を設計および製作するうえで困難で
あることが経験されている。このため、製造歩留りを高
くすることができない。
これを解決するために、回折格子をそのほぼ中央で４
分の１波長分だけ位相シフトさせる構造が提案され実施
された。これにより二つの波長の縦モードの利得差が大
きくなり、発振モードを一つに設定することができるよ
うになる。しかし、この構造は回折格子の形成が複雑で
あるため特別の製造工程が必要であり、さらにレーザ素
子端面に反射防止膜を形成する必要があるなど複雑であ
り、製造工数が大きく高価である。この構造の半導体レ
ーザ装置についても上記ハンドブックに記載がある。
分の１波長分だけ位相シフトさせる構造が提案され実施
された。これにより二つの波長の縦モードの利得差が大
きくなり、発振モードを一つに設定することができるよ
うになる。しかし、この構造は回折格子の形成が複雑で
あるため特別の製造工程が必要であり、さらにレーザ素
子端面に反射防止膜を形成する必要があるなど複雑であ
り、製造工数が大きく高価である。この構造の半導体レ
ーザ装置についても上記ハンドブックに記載がある。
一方、上述のように屈折率結合により光分布帰還を行
うとブラッグ波長領域に発振阻止帯域が生じるが、利得
係数の周期的摂動に基づく利得結合により光分布帰還を
行うとすれば、発振阻止帯域は現れず完全に単一波長の
縦モード発振が得られるはずであるとの原理的な理論
が、 コゲルニック他「分布帰還レーザの結合波理論（Coup
led−Wave Theory of Distributed Feedback Laser
s）」米国雑誌、アプライド・フィジックス（Journal o
f Applied Physics,1972 vol.43 pp 2327−2335） によって示された。この論文はあくまでも原理的な検討
結果であって、上記の利得結合を実現するための半導体
レーザ装置の構造やその製造方法についてはなんら記述
がない。
うとブラッグ波長領域に発振阻止帯域が生じるが、利得
係数の周期的摂動に基づく利得結合により光分布帰還を
行うとすれば、発振阻止帯域は現れず完全に単一波長の
縦モード発振が得られるはずであるとの原理的な理論
が、 コゲルニック他「分布帰還レーザの結合波理論（Coup
led−Wave Theory of Distributed Feedback Laser
s）」米国雑誌、アプライド・フィジックス（Journal o
f Applied Physics,1972 vol.43 pp 2327−2335） によって示された。この論文はあくまでも原理的な検討
結果であって、上記の利得結合を実現するための半導体
レーザ装置の構造やその製造方法についてはなんら記述
がない。
本願発明者の一部は、上記コゲルニック他の基礎理論
を適用した新しい半導体レーザ装置として、 特許出願（特願昭63−189593号） 昭和63年７月30日出願、本願出願時において未公開
（以下「先願」という） を出願した。この先願に記載された技術は、活性層の近
傍に半導体の不透明層を設け、その不透明層に回折格子
を形成し、その不透明層の利得係数または損失係数に周
期的摂動に基づく分布帰還を施すものである。
を適用した新しい半導体レーザ装置として、 特許出願（特願昭63−189593号） 昭和63年７月30日出願、本願出願時において未公開
（以下「先願」という） を出願した。この先願に記載された技術は、活性層の近
傍に半導体の不透明層を設け、その不透明層に回折格子
を形成し、その不透明層の利得係数または損失係数に周
期的摂動に基づく分布帰還を施すものである。
この構造により上記コゲルニック他の理論を満たす装
置を実現できた。しかし、この構造では活性層の近傍に
不透明層を設けてこの不透明層により帰還を施すもので
あるから、この不透明層にエネルギの吸収損失があり、
誘導放出光を発生させるために供給するエネルギが大き
くなる欠点がある。
置を実現できた。しかし、この構造では活性層の近傍に
不透明層を設けてこの不透明層により帰還を施すもので
あるから、この不透明層にエネルギの吸収損失があり、
誘導放出光を発生させるために供給するエネルギが大き
くなる欠点がある。
上述のコゲルニック他の理論に基づき利得係数の周期
的摂動を与えるように分布帰還を施すには、活性層の一
方の面に回折格子を形成し、活性層の厚さそのものを回
折格子の凹凸に応じて光波の進行方向にそって変化させ
ることが最適である。ところで、利得結合を実現する目
的とは別であるが、半導体レーザ装置の活性層に直接に
回折格子を印刻する実験結果が 中村他「ガリウム・ヒ素−ガリウム・アルミニウム・
ヒ素ダブルヘテロ構造分布帰還型半導体レーザ」（GaAs
−GaAlAs Doublehetero Structure Distributed Feedba
ck Diode Lasers）米国雑誌アプライド・フィジックス
・レターズ（Applied Physics Letters,1974 vol.25 pp
487−488）に報告されている。しかし、活性層に直接
に回折格子として凹凸を印刻すると、凹凸を形成するた
めの成長中断、印刻加工、再成長などの一連の操作によ
り活性層の半導体結晶に欠陥が発生してしまう。この半
導体結晶の欠陥により、非発光再結合が増加して誘導放
出光が大きく減少し、半導体レーザ装置としては効率の
悪い装置となり実用的な装置が得られないことがわかっ
た。
的摂動を与えるように分布帰還を施すには、活性層の一
方の面に回折格子を形成し、活性層の厚さそのものを回
折格子の凹凸に応じて光波の進行方向にそって変化させ
ることが最適である。ところで、利得結合を実現する目
的とは別であるが、半導体レーザ装置の活性層に直接に
回折格子を印刻する実験結果が 中村他「ガリウム・ヒ素−ガリウム・アルミニウム・
ヒ素ダブルヘテロ構造分布帰還型半導体レーザ」（GaAs
−GaAlAs Doublehetero Structure Distributed Feedba
ck Diode Lasers）米国雑誌アプライド・フィジックス
・レターズ（Applied Physics Letters,1974 vol.25 pp
487−488）に報告されている。しかし、活性層に直接
に回折格子として凹凸を印刻すると、凹凸を形成するた
めの成長中断、印刻加工、再成長などの一連の操作によ
り活性層の半導体結晶に欠陥が発生してしまう。この半
導体結晶の欠陥により、非発光再結合が増加して誘導放
出光が大きく減少し、半導体レーザ装置としては効率の
悪い装置となり実用的な装置が得られないことがわかっ
た。
本発明は、このような背景に行われたものであって、
上述の発振阻止帯域を生じる屈折率結合による光分布帰
還ではなく、上述のコゲルニック他による理論にしたが
い主として利得係数の周期的摂動に基づく利得結合によ
り光分布帰還を行う半導体レーザ装置の実現を目指すも
のである。しかも、上記先願に記載されたもののように
不透明層を設けてエネルギ吸収損失を生じさせることな
く、また、活性層に回折格子を形成しても半導体結晶構
造に欠陥を生じさせることがないように、これを実現し
ようとするものである。
上述の発振阻止帯域を生じる屈折率結合による光分布帰
還ではなく、上述のコゲルニック他による理論にしたが
い主として利得係数の周期的摂動に基づく利得結合によ
り光分布帰還を行う半導体レーザ装置の実現を目指すも
のである。しかも、上記先願に記載されたもののように
不透明層を設けてエネルギ吸収損失を生じさせることな
く、また、活性層に回折格子を形成しても半導体結晶構
造に欠陥を生じさせることがないように、これを実現し
ようとするものである。
すなわち本発明は、２モード発振を起こすことなく発
振モードが単一モードでありかつ安定であり、その発振
モードを予め設定することが可能であり、構造が簡単で
あり、製造工程が簡単であり、良好な製造歩留りが期待
され、したがって安価であり、しかも、上記先願発明の
欠点を除いてエネルギ吸収損失がなく、さらに活性層に
回折格子を形成しても活性層となる半導体結晶構造に欠
陥を引き起こすことがなく誘導放出光を効率的に発生さ
せる半導体レーザ装置の製造方法を提供することを目的
とする。
振モードが単一モードでありかつ安定であり、その発振
モードを予め設定することが可能であり、構造が簡単で
あり、製造工程が簡単であり、良好な製造歩留りが期待
され、したがって安価であり、しかも、上記先願発明の
欠点を除いてエネルギ吸収損失がなく、さらに活性層に
回折格子を形成しても活性層となる半導体結晶構造に欠
陥を引き起こすことがなく誘導放出光を効率的に発生さ
せる半導体レーザ装置の製造方法を提供することを目的
とする。
本発明は、活性層の一部を回折格子に相応する周期で
除去することにより実質的に活性層そのものに回折格子
を形成することを特徴とする。
除去することにより実質的に活性層そのものに回折格子
を形成することを特徴とする。
本発明は半導体レーザの製造方法は、第一のクラッド
層（３）を成長させる第一工程と、この第一のクラッド
層の上に活性層（７）を成長させる第二工程と、この活
性層の上に第二のクラッド層（８）を成長させる第三工
程とを含み、この第二工程は、活性層およびこの活性層
の保護層を形成する工程を含む製造方法において、前記
第二工程と前記第三工程との間に、回折格子の周期にし
たがって前記活性層（７）の上にマスク（15）を設ける
工程と、このマスクに覆われない前記活性層の部分を気
相エッチングにより取り除く工程と、この気相エッチン
グにより取り除かれた部分に分離層（16）を選択成長さ
せる工程と、この選択成長させる工程の後に前記マスク
（15）を除く工程とを含むことを特徴とする。
層（３）を成長させる第一工程と、この第一のクラッド
層の上に活性層（７）を成長させる第二工程と、この活
性層の上に第二のクラッド層（８）を成長させる第三工
程とを含み、この第二工程は、活性層およびこの活性層
の保護層を形成する工程を含む製造方法において、前記
第二工程と前記第三工程との間に、回折格子の周期にし
たがって前記活性層（７）の上にマスク（15）を設ける
工程と、このマスクに覆われない前記活性層の部分を気
相エッチングにより取り除く工程と、この気相エッチン
グにより取り除かれた部分に分離層（16）を選択成長さ
せる工程と、この選択成長させる工程の後に前記マスク
（15）を除く工程とを含むことを特徴とする。
本発明の製造方法により製造される半導体レーザ装置
は、活性層の一部が光波の進行方向にそって、回折格子
の周期にしたがって除去されているから、上述のコゲル
ニック他による理論における利得係数の周期的摂動に基
づく利得結合により光分布帰還を行う。したがって、特
定の波長領域に発振阻止帯域が生じるようなことがな
く、その特定の波長領域の上下に二つの波長の縦モード
発振が生じることもなく、回折格子の周期により定まる
安定な一つのモードの発振を行う。この安定な一つのモ
ードの発振波長はブラッグ波長に対応するからこれを予
め設定し設計製造することができる。
は、活性層の一部が光波の進行方向にそって、回折格子
の周期にしたがって除去されているから、上述のコゲル
ニック他による理論における利得係数の周期的摂動に基
づく利得結合により光分布帰還を行う。したがって、特
定の波長領域に発振阻止帯域が生じるようなことがな
く、その特定の波長領域の上下に二つの波長の縦モード
発振が生じることもなく、回折格子の周期により定まる
安定な一つのモードの発振を行う。この安定な一つのモ
ードの発振波長はブラッグ波長に対応するからこれを予
め設定し設計製造することができる。
本発明では、実質的に活性層そのものに回折格子を形
成することになる。上記先願に記載の技術は、コゲルニ
ック他による理論における利得係数の周期的摂動に基づ
く利得結合により光分布帰還を行うものであっても、活
性層に近接して不透明半導体層を設け、この不透明半導
体層における回折格子により光分布帰還を施すものであ
るから、活性層そのものに回折格子を形成する本発明と
は本質的に異なる。上記先願記載の技術では、この不透
明半導体層に光ネルギの吸収があったが、本発明の半導
体レーザ装置はこの不透明層に相当するものはもとより
なく、光エネルギの吸収もないので、励起エネルギの効
率が高くなる特徴がある。
成することになる。上記先願に記載の技術は、コゲルニ
ック他による理論における利得係数の周期的摂動に基づ
く利得結合により光分布帰還を行うものであっても、活
性層に近接して不透明半導体層を設け、この不透明半導
体層における回折格子により光分布帰還を施すものであ
るから、活性層そのものに回折格子を形成する本発明と
は本質的に異なる。上記先願記載の技術では、この不透
明半導体層に光ネルギの吸収があったが、本発明の半導
体レーザ装置はこの不透明層に相当するものはもとより
なく、光エネルギの吸収もないので、励起エネルギの効
率が高くなる特徴がある。
本発明では一つのマスクは気相エッチングと選択成長
の両方に使用する。気相エッチングはMOCVD装置内で行
うもので、エッチング用のガスを停止した後にひきつづ
いて結晶成長を可能にする。また、選択成長の工程では
マスクの上には付着物ができず、マスクのない部分に単
結晶の成長ができる。
の両方に使用する。気相エッチングはMOCVD装置内で行
うもので、エッチング用のガスを停止した後にひきつづ
いて結晶成長を可能にする。また、選択成長の工程では
マスクの上には付着物ができず、マスクのない部分に単
結晶の成長ができる。
活性層をエッチング後に大気中にさらすと、界面が劣
化して発光効率が低下するが、本発明の方法ではエッチ
ングとそれにつづく半導体成長を連続的に行うことがで
きるから、界面の劣化がなく発光効率が高く維持でき
る。
化して発光効率が低下するが、本発明の方法ではエッチ
ングとそれにつづく半導体成長を連続的に行うことがで
きるから、界面の劣化がなく発光効率が高く維持でき
る。
これにより、活性層の構造およびキャリア密度にレー
ザ共振器軸方向に沿って所望のとおりの摂動が生じ、こ
れらの総合効果として共振器軸方向に伝搬する光波に対
する利得係数が回折格子の周期に一致する周期で変化す
ることになり、利得結合による分布帰還が実現される。
ザ共振器軸方向に沿って所望のとおりの摂動が生じ、こ
れらの総合効果として共振器軸方向に伝搬する光波に対
する利得係数が回折格子の周期に一致する周期で変化す
ることになり、利得結合による分布帰還が実現される。
本発明の製造方法により製造される構造では、共振器
中の定在波位置が利得係数変化の周期に一致して固定さ
れるから、レーザ素子端面の反射の影響を受けにくくな
り、単一縦モード発振を得るために、必ずしも反射防止
措置を必要としない。したがって、上記従来例で説明し
た４分の１波長分だけ回折格子の位相をシフトさせる構
造のものに比べて、その構造はいちじるしく単純になり
製造工数が小さくなり、このため製造歩留りが向上す
る。
中の定在波位置が利得係数変化の周期に一致して固定さ
れるから、レーザ素子端面の反射の影響を受けにくくな
り、単一縦モード発振を得るために、必ずしも反射防止
措置を必要としない。したがって、上記従来例で説明し
た４分の１波長分だけ回折格子の位相をシフトさせる構
造のものに比べて、その構造はいちじるしく単純になり
製造工数が小さくなり、このため製造歩留りが向上す
る。
以下に図面を参照して実施例につき本発明を詳細に説
明する。第１図は本発明第一実施例半導体レーザ装置の
製造工程を示す図である。図示の構造においては、高濃
度ｎ型砒化ガリウム（n+−GaAs）基板１上に量子井戸構
造の半導体レーザ素子の各層をエピタキシャル層によ
り、二段階に分けて連続的に有機金属気相成長させる。
明する。第１図は本発明第一実施例半導体レーザ装置の
製造工程を示す図である。図示の構造においては、高濃
度ｎ型砒化ガリウム（n+−GaAs）基板１上に量子井戸構
造の半導体レーザ素子の各層をエピタキシャル層によ
り、二段階に分けて連続的に有機金属気相成長させる。
すなわち第一段階では、第１図（ａ）に示すように、
基板１の上にｎ型クラッド層３を成長させ、その上に活
性層７を成長させる。すなわち、砒化アルミニウム混晶
比が0.6から0.3まで滑らかに変化するようにｎ型砒化ア
ルミニウムガリウム傾斜屈折率層7Gを平均厚さ0.15μｍ
に成長させ、その上に、きわめて薄い砒化ガリウム量子
井戸7Wを平均厚さ10nmに成長させ、さらにその上に、砒
化アルミニウム混晶比が0.3から0.6まで滑らかに変化す
るようにｐ型砒化アルミニウムガリウム傾斜屈折率層7
G′を平均厚さ0.15μｍに成長させる。
基板１の上にｎ型クラッド層３を成長させ、その上に活
性層７を成長させる。すなわち、砒化アルミニウム混晶
比が0.6から0.3まで滑らかに変化するようにｎ型砒化ア
ルミニウムガリウム傾斜屈折率層7Gを平均厚さ0.15μｍ
に成長させ、その上に、きわめて薄い砒化ガリウム量子
井戸7Wを平均厚さ10nmに成長させ、さらにその上に、砒
化アルミニウム混晶比が0.3から0.6まで滑らかに変化す
るようにｐ型砒化アルミニウムガリウム傾斜屈折率層7
G′を平均厚さ0.15μｍに成長させる。
なお、ここで、ｐ型砒化アルミニウムガリウム傾斜屈
折率層7G′は活性層の表面の保護層としての機能を果た
している。
折率層7G′は活性層の表面の保護層としての機能を果た
している。
ここで第１図（ｂ）に示すように、形成された活性層
７の表面にSiO2を約50nm厚さに形成したマスク15を形成
する。このマスク15は気相エッチングおよび選択成長に
耐える構造であり、回折格子の周期に一致させて形成す
る。この実施例では干渉露光法およびエッチングにより
光の進行方向に対し255nmの周期で形成した。つぎに第
１図（ｃ）および（ｄ）に示すように、この周期的にマ
スク15で覆われた活性層７の表面から気相エッチングを
行う。この結果第１図（ｄ）に示すように活性層７は量
子井戸層7Wまで除去される。この気相エッチング用ガス
はGaAs系の半導体層に対して反応するHClおよびAsH3の
混合気体を利用する。この混合気体に対してSiO2により
形成されたマスクは反応しない。
７の表面にSiO2を約50nm厚さに形成したマスク15を形成
する。このマスク15は気相エッチングおよび選択成長に
耐える構造であり、回折格子の周期に一致させて形成す
る。この実施例では干渉露光法およびエッチングにより
光の進行方向に対し255nmの周期で形成した。つぎに第
１図（ｃ）および（ｄ）に示すように、この周期的にマ
スク15で覆われた活性層７の表面から気相エッチングを
行う。この結果第１図（ｄ）に示すように活性層７は量
子井戸層7Wまで除去される。この気相エッチング用ガス
はGaAs系の半導体層に対して反応するHClおよびAsH3の
混合気体を利用する。この混合気体に対してSiO2により
形成されたマスクは反応しない。
気相エッチングのあと大気にさらすことなくひきつづ
き、第１図（ｅ）に示すように選択成長により分離層16
を成長させる。この分離層16は、i-Al0.3Ga0.7Asで厚さ
は約0.1μｍである。この分離層16は高抵抗の層であ
る。
き、第１図（ｅ）に示すように選択成長により分離層16
を成長させる。この分離層16は、i-Al0.3Ga0.7Asで厚さ
は約0.1μｍである。この分離層16は高抵抗の層であ
る。
この後、第１図（ｆ）に示すようにマスク15を除去
し、さらに第１図（ｇ）に示すように、活性層７の上
に、クラッド層８およびコンタクト層９を成長させる。
し、さらに第１図（ｇ）に示すように、活性層７の上
に、クラッド層８およびコンタクト層９を成長させる。
すなわち、活性層７の上にクラッド層８として厚さ1.
5μｍのｐ型砒化アルミニウムガリウム層を成長させ、
さらに、0.4μｍ厚のｐ型砒化ガリウムキャップ層９を
成長させる。このキャップ層９上および基板１に電極を
蒸着により形成する。
5μｍのｐ型砒化アルミニウムガリウム層を成長させ、
さらに、0.4μｍ厚のｐ型砒化ガリウムキャップ層９を
成長させる。このキャップ層９上および基板１に電極を
蒸着により形成する。
上述の傾斜屈折率層および量子井戸を含む活性層７の
形成方法については、バート他による論文、オランダ国
雑誌、ジャーナル・オブ・クリスタル・グロース（R Bh
at et al:PATTERNED QUANTUM WELL HETEROSTRCTURES GR
OWN BY OMCVD ON NONPLANAR SUBSTRATES:APPLICATIONS
TO EXTREMELY NARROW SQW LASERS,Journal of Crystal
Growth 93（1988）pp850−856 Amsterdam）に詳しい記
載があり、この記載にしたがって製造することができ
る。
形成方法については、バート他による論文、オランダ国
雑誌、ジャーナル・オブ・クリスタル・グロース（R Bh
at et al:PATTERNED QUANTUM WELL HETEROSTRCTURES GR
OWN BY OMCVD ON NONPLANAR SUBSTRATES:APPLICATIONS
TO EXTREMELY NARROW SQW LASERS,Journal of Crystal
Growth 93（1988）pp850−856 Amsterdam）に詳しい記
載があり、この記載にしたがって製造することができ
る。
また、量子井戸構造の半導体レーザ装置については、
浅田「量子井戸レーザの利得特性と高次元量子化による
極低しきい値化の可能性」雑誌応用物理第57巻第５号
（1988年）に解説記事がある。
浅田「量子井戸レーザの利得特性と高次元量子化による
極低しきい値化の可能性」雑誌応用物理第57巻第５号
（1988年）に解説記事がある。
マスクを用いた気相エッチングについては、下山他に
よる論文、オランダ国雑誌、ジャーナル・オブ・クリス
タル・グロース（K Shimoyama et al:TRANSVERSE JUNCT
ION BURIED HETEROSTRUCTURE LASER DIODE GROWN BY MO
VPE,Journal of Crystal Growth 93（1989）pp803−808
Amsterdam）に詳しい記載がある。
よる論文、オランダ国雑誌、ジャーナル・オブ・クリス
タル・グロース（K Shimoyama et al:TRANSVERSE JUNCT
ION BURIED HETEROSTRUCTURE LASER DIODE GROWN BY MO
VPE,Journal of Crystal Growth 93（1989）pp803−808
Amsterdam）に詳しい記載がある。
この実施例の各層構造を表で示す。
第２図は本発明第二実施例装置の製造手順を示す断面
図である。この例は、半導体レーザ素子に連続して、導
波路を形成する例である。すなわち、第２図（ａ）に示
すように、半導体成長により、基板１、クラッド層３お
よび量子井戸層7Wを含む活性層７を形成する。その後
に、第２図（ｂ）に示すようにマスク15を回折格子の周
期にしたがって形成し、第２図（ｃ）に示すように気相
エッチングを行う。これにより活性層７はその量子井戸
層7Wまで除去される。これにひきつづき分離層16を成長
させる。マスク15を除いてから第２図（ｄ）に示すよう
に、ガイド層14、クラッド層８、コンタクト層９を順次
成長させる。
図である。この例は、半導体レーザ素子に連続して、導
波路を形成する例である。すなわち、第２図（ａ）に示
すように、半導体成長により、基板１、クラッド層３お
よび量子井戸層7Wを含む活性層７を形成する。その後
に、第２図（ｂ）に示すようにマスク15を回折格子の周
期にしたがって形成し、第２図（ｃ）に示すように気相
エッチングを行う。これにより活性層７はその量子井戸
層7Wまで除去される。これにひきつづき分離層16を成長
させる。マスク15を除いてから第２図（ｄ）に示すよう
に、ガイド層14、クラッド層８、コンタクト層９を順次
成長させる。
この第二実施例では、第２図（ｄ）に示すように半導
体レーザ装置の部分L2の両側に連接して、外部導波路部
分L1およびL3が形成された構造になる。
体レーザ装置の部分L2の両側に連接して、外部導波路部
分L1およびL3が形成された構造になる。
この構造においても、活性層７の量子井戸層7Wが光波
の進行方向にそって、回折格子の周期にしたがって除去
されているから、上述のコゲルニック他による理論にお
ける利得係数の周期的摂動に基づく利得結合により光分
布帰還を行う。
の進行方向にそって、回折格子の周期にしたがって除去
されているから、上述のコゲルニック他による理論にお
ける利得係数の周期的摂動に基づく利得結合により光分
布帰還を行う。
なお、量子井戸層7Wは、複数の量子井戸層および障壁
層を交互に積層した多重量子井戸層７（MQW）で構成す
ることもできる。
層を交互に積層した多重量子井戸層７（MQW）で構成す
ることもできる。
InP系の場合にも第１図、第２図と同様の製造方法を
実施でき、同様の構造を作製できる。そのときには、各
層をInPに格子整合させ、例えば、 基板１ ｎ−InP クラッド層３ ｎ−InP クラッド層８ ｐ−InP コンタクト層９ p-In0.53Ga0.47As ガイド層14 p-In0.72Ga0.28As0.61P0.39 分離層16 i-In0.72Ga0.28As0.61P0.39 とし、活性層７としては、例えばi-In0.72Ga0.28As0.61
P0.39障壁層とi-In0.53Ga0.47As量子井戸層とを交互に
積層した多重量子井戸を用いる。
実施でき、同様の構造を作製できる。そのときには、各
層をInPに格子整合させ、例えば、 基板１ ｎ−InP クラッド層３ ｎ−InP クラッド層８ ｐ−InP コンタクト層９ p-In0.53Ga0.47As ガイド層14 p-In0.72Ga0.28As0.61P0.39 分離層16 i-In0.72Ga0.28As0.61P0.39 とし、活性層７としては、例えばi-In0.72Ga0.28As0.61
P0.39障壁層とi-In0.53Ga0.47As量子井戸層とを交互に
積層した多重量子井戸を用いる。
以上説明したように、本発明によれば、コゲルニック
他による理論における利得係数の周期的摂動に基づく利
得結合により光分布帰還を行う半導体レーザ装置が実現
された。しかも、上記先願に記載されたもののように不
透明層を設けてエネルギ吸収損失を生じさせることな
く、また、活性層に回折格子を形成しても半導体結晶構
造に欠陥を生じさせることがない。また、反射防止措置
を必要としない。
他による理論における利得係数の周期的摂動に基づく利
得結合により光分布帰還を行う半導体レーザ装置が実現
された。しかも、上記先願に記載されたもののように不
透明層を設けてエネルギ吸収損失を生じさせることな
く、また、活性層に回折格子を形成しても半導体結晶構
造に欠陥を生じさせることがない。また、反射防止措置
を必要としない。
したがって、本発明の製造方法により製造される半導
体レーザ装置では、２モード発振を起こすことなく発振
モードが安定であり、これを予め設計設定することがで
きる。本発明の製造方法により製造される半導体レーザ
装置は、回折格子の形成が簡単であり、素子端面に反射
防止膜を形成する必要もなく、その構造が簡単であり、
製造工程が簡単であり、良好な製造歩留りが期待され、
したがって安価である。しかも、上記先願発明の欠点を
除いてエネルギ吸収損失がなく、さらに活性層に回折格
子を形成しても活性層の半導体結晶構造に欠陥を引き起
こすことがないので、誘導放出光を効率的に発生させる
ことができる。
体レーザ装置では、２モード発振を起こすことなく発振
モードが安定であり、これを予め設計設定することがで
きる。本発明の製造方法により製造される半導体レーザ
装置は、回折格子の形成が簡単であり、素子端面に反射
防止膜を形成する必要もなく、その構造が簡単であり、
製造工程が簡単であり、良好な製造歩留りが期待され、
したがって安価である。しかも、上記先願発明の欠点を
除いてエネルギ吸収損失がなく、さらに活性層に回折格
子を形成しても活性層の半導体結晶構造に欠陥を引き起
こすことがないので、誘導放出光を効率的に発生させる
ことができる。
本発明の製造方法により製造される半導体レーザ装置
は、その発振波長を予め設計設定しそのとおりに製造す
ることができ、しかも量産に適するから、長距離光通信
用、波長多重光通信用、光情報処理装置、光情報記録装
置、光応用計測装置その他各種の光電子装置の光源とし
てきわめて有用である。
は、その発振波長を予め設計設定しそのとおりに製造す
ることができ、しかも量産に適するから、長距離光通信
用、波長多重光通信用、光情報処理装置、光情報記録装
置、光応用計測装置その他各種の光電子装置の光源とし
てきわめて有用である。
第１図は本発明第一実施例装置の製造手順を示す構造断
面図。 第２図は本発明第二実施例装置の製造手順を示す構造断
面図。 １……基板、３……クラッド層、７……活性層、８……
クラッド層、９……コンタクト層、14……ガイド層、15
……マスク、16……分離層。
面図。 第２図は本発明第二実施例装置の製造手順を示す構造断
面図。 １……基板、３……クラッド層、７……活性層、８……
クラッド層、９……コンタクト層、14……ガイド層、15
……マスク、16……分離層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩岡 秀人 東京都武蔵野市中町２丁目11番13号 光 計測技術開発株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−151094（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−184894（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18
Claims (1)
- 【請求項１】第一のクラッド層（３）を成長させる第一
工程と、 この第一のクラッド層の上に活性層（７）を成長させる
第二工程と、 この活性層の上に第二のクラッド層（８）を成長させる
第三工程とを含み、 前記第二工程は、活性層およびこの活性層の保護層を形
成する工程を含む半導体レーザ装置の製造方法におい
て、 前記第二工程と前記第三工程との間に、 回折格子の周期にしたがって前記活性層（７）の上にマ
スク（15）を設ける工程と、このマスクに覆われない前
記活性層の部分を気相エッチングにより取り除く工程
と、 この気相エッチングにより取り除かれた部分に、この気
相エッチングのあと大気にさらすことなく、分離層（1
6）を選択成長させる工程と、 この選択成長させる工程の後に前記マスク（15）を除く
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1185004A JP2903321B2 (ja) | 1989-07-18 | 1989-07-18 | 半導体レーザ装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1185004A JP2903321B2 (ja) | 1989-07-18 | 1989-07-18 | 半導体レーザ装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0349286A JPH0349286A (ja) | 1991-03-04 |
| JP2903321B2 true JP2903321B2 (ja) | 1999-06-07 |
Family
ID=16163094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1185004A Expired - Lifetime JP2903321B2 (ja) | 1989-07-18 | 1989-07-18 | 半導体レーザ装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2903321B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5289494A (en) * | 1990-10-19 | 1994-02-22 | Optical Measurement Technology Development Co., Ltd. | Distributed feedback semiconductor laser |
| JPH0817230B2 (ja) * | 1992-12-18 | 1996-02-21 | 工業技術院長 | 半導体の微細加工方法 |
| JP4898768B2 (ja) * | 2008-12-09 | 2012-03-21 | 三菱重工業株式会社 | ディスク移送用媒体 |
-
1989
- 1989-07-18 JP JP1185004A patent/JP2903321B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0349286A (ja) | 1991-03-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7941024B2 (en) | Buried heterostructure device having integrated waveguide grating fabricated by single step MOCVD | |
| US6541297B2 (en) | Method for fabricating semiconductor device and semiconductor device | |
| JP2001308451A (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP2004179274A (ja) | 光半導体装置 | |
| JP4006729B2 (ja) | 自己形成量子ドットを用いた半導体発光素子 | |
| JP2903321B2 (ja) | 半導体レーザ装置の製造方法 | |
| JP5169534B2 (ja) | 集積型光半導体装置の製造方法及び集積型光半導体装置 | |
| US20040038440A1 (en) | Method of manufacturing a semiconductor laser | |
| JP2882335B2 (ja) | 光半導体装置およびその製造方法 | |
| JP2852663B2 (ja) | 半導体レーザ装置およびその製造方法 | |
| JPH06152059A (ja) | 半導体光集積素子 | |
| JP2957198B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JP4984514B2 (ja) | 半導体発光素子および該半導体発光素子の製造方法 | |
| EP1037342A2 (en) | Semiconductor laser device and fabrication method thereof | |
| JPH0548215A (ja) | 半導体レーザダイオードおよびその製造方法 | |
| JP2751699B2 (ja) | 半導体レーザ | |
| JPH08330665A (ja) | 光半導体レーザの製造方法 | |
| JP2973215B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JPH0437598B2 (ja) | ||
| JPH07109928B2 (ja) | 半導体レーザ装置およびその製造方法 | |
| JPH0349284A (ja) | 半導体レーザ装置およびその製造方法 | |
| JPS62199085A (ja) | 半導体レ−ザ | |
| JP3022351B2 (ja) | 光半導体装置及びその製造方法 | |
| JPS60126880A (ja) | 半導体レ−ザ装置 | |
| JP2003304028A (ja) | 光変調器集積半導体レーザ |