JPH01198088A - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents

半導体レーザおよびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電子素子との集積に適しかつ動作電流の小
さい半導体レーザおよびその製造方法に関するものであ
る。
〔従来の技ｊネｉ〕
第２図は電子素子との集積に適した半導体レーザとして
従来知られた超格子の無秩序化を用いた埋め込み形半導
体レーザを示す断面図であり、図において、２０１は半
絶縁性ＧａＡｓ基板、２０２はｐ型ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層、２０３は多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層、２０４
はｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層、２０５はｎ型ＧａＡｓ
層、２０６はｐ電極、２０７はｎ電極、２０Ｂはｐ拡散
領域である。
次に製造方法について説明する。
このレーザは半絶縁性（Ｓｉ）ＧａＡｓ基板２０１の上
に、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２ｏ２゜活性領域とな
るＭＱＷ層２０３．ｎ型ＡＩＧａＡＳクラッド層２０４
．ｎ型ＧａＡｓ層２０５を順次形成し、その後亜鉛（Ｚ
　ｎ）を選択的に拡散し、ストライプ状にｎ型領域を残
すようにｐ型拡散領域２０８を形成する。さらにｐ−ｎ
接合が表面に現れる部分のｎ型ＧａＡｓ層２０５を選択
的にエツチングしてｎ及びｐそれぞれの表面に電極２０
６．２０７を形成する。
このようにすると、活性層のＭＱＷＪｉＪはＺｎ拡散部
分が無秩序化し丁度平均的な組成のＡｌＧａＡｓ層にな
ることが知られており、いわゆる埋め込み型のレーザ構
造となる。
次に動作について説明する。
このような構造では活性領域２０９（ＭＱＷの無秩序化
されていない部分）周辺のｐ−ｎ接合と該活性領域上の
ｎ型ＡｌＣａＡｓクラッド層２゜４と両側の拡散部分２
０８との間に形成されるｐ−ｎ接合の２種類のｐ−ｎ接
合をもつことになる。
前者のｐ−ｎ接合は後者のｐ−ｎ接合に比べて拡散電位
が低いため、ｐ、ｎ両電極間に電圧を印加すると電流は
拡散電位の低い活性層周辺のｐ−ｎ接合に流れキャリア
を活性領域に注入する。活性領域は四辺を屈折率の低い
ＡｌＧａＡｓで囲まれているため光の導波路となりこの
ストライプ幅を十分に狭くできれば安定な単一モードで
発振し、かつ低閾値が得られる。また、この構造では電
極がｐ、ｎ双方とも同一主面上に形成できかつ段差も極
めて少ないので集積化に適している。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の超格子の無秩序化を用いた埋め込み形半導体レー
ザは以上のように構成され、ｎ型電極を活性領域上に形
成する必要があるため活性領域幅をあまり狭くできない
。従って闇値電流はそれほど低くできず、モードも安定
しないという問題点があった。これは、今日の通常技術
では写真製版によって２μｍ程度の幅の電極を形成する
のが限界であり、一方単一横モードの条件は活性領域幅
が２μｍ以下だからである。また、仮に今日の最先端技
術により１μｍ以下の電極幅が形成されたとしてもその
位置合わせは至難の技となり、かつ連続動作用のレーザ
としては電極の抵抗が大きすぎるという問題点がある。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、活性層幅は狭く、電極を形成する表面層の
幅は広いレーザを得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る半導体レーザは、超格子の無秩序化を用
いた埋め込み型レーザにおいて、無秩序化を受けた活性
層上の上側クラッド層の表面の一部が無秩序化を受けて
いない活性層上の上側クラッド層と電気的につながって
いるものである。
またこの発明に係る半導体レーザの製造方法は、第１導
電形または第２導電形の下側クラッド層。
量子井戸よりなる活性層、第２導電形の上側クラッド層
を順次形成した後、上記活性層の一部を上記上側クラッ
ド層上からの第１導電形の不純物の固相拡散によって無
秩序化し、その後、該拡散により第１導電形に反転した
、上記無秩序化を受けた活性層上の上側クラッド層の表
面の一部を上記固相拡散に用いた拡散源の一部をマスク
として用いて第２導電形に変換し、無秩序化を受けてい
ない活性層上の上側クラッド層と電気的につながるよう
にしたものである。
〔作用〕
この発明においては、超格子の無秩序化を用いた埋め込
み型の半導体レーザにおいて、半導体基板とは異なる側
の無秩序化を受けた活性層上のクラッド層の表面の一部
が無秩序化を受けていない活性層上のクラッド層と電気
的につながるようにしたから、活性領域幅を容易に狭く
できる。
またこの発明における半導体レーザの製造方法は、活性
層の一部を上側クラッド層上からの第１導電形の不純物
の固相拡散によって無秩序化し、該拡販により第１導電
形に反転した、上記無秩序化を受けた活性層上の上側ク
ラッド層の表面の−部を上記固相拡散に用いた拡散源の
一部をマスクとして用いて第２導電形に変換して無秩序
化を受けていない活性層上の上側クラッド層と電気的に
つながるようにしたから、狭い活性領域を持つ半導体レ
ーザが自己整合的に容易に製造できる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図は本発明の一実施例による半導体レーザの製造方
法を示す図であり、図において、１０１はＺｎＯ膜、１
０２はＳｉ０ｇ膜、１０３は窓、１０５はイオン注入な
どで得られたｎ領域、１０６はｎ−ＧａＡｓ２０５に設
けられた分離溝である。
次に製造工程について説明する。
まず第１図（ａ）に示すように半絶縁性ＧａＡｓ基板２
０１上に気相成長法或いは分子線成長法などによってｐ
−ＡｌＧａＡｓクラッド層２０２．多重量子井戸活性層
２０３．ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２０４及びｎ−Ｇ
ａＡｓ相２０５を成長する。続いてｎ−ＧａＡｓ相２０
５主面上に気相成長法或いはスパッタ法によりドープト
オキサイドであるＺｎＯ膜１０１および該ＺｎＯ膜１０
１を保護するＳｉＯ□膜１０２を形成する。ここでＳｉ
Ｏ□膜１０２がある方が高い濃度のＺｎ拡散が可能とな
るが、この５ｉｎ２膜１０２は必ずしも必要ではなく省
略することも可能である。各々の膜厚は、５００オング
ストロ一ム程度が適当である。次に通常の写真製版法お
よび化学エツチング法などを用いて５ｉＯｚ膜１０２お
よびＺｎＯ膜１０１に第１図（ｂ）に示すように幅１０
μｍ程度のストライプ状の窓１０３を形成する。必要に
応じてｔｌ−ＧａＡｓ２０５表面の保護のため図示しな
い５ｔ３Ｎ４などの誘電体膜でこの窓１０３を覆っても
よい。ストライプ窓をもつこのウェハを窒素雰囲気ある
いは窒素と水素の混合雰囲気で例えば７００℃数時間保
持するとＺｎＯ膜１０１からＺｎのいわゆる固相拡散が
起こりｐ−拡散領域２０８が形成される。多重量子井戸
で形成されている活性層２０３は、この不純物拡散に伴
ってＧａＡｓとＡｌＧａＡｓの混ざり込みが生じ、組成
が平均化されたＡｌＧａＡｓ層となる（多重量子井戸の
無秩序化）。ｐ型に反転されない窓１０３の下付近は多
重量子井戸のまま残り、活性領域２０９を作る（第１図
（Ｃ））、窓１０３の幅を１０μｍにしておいても拡散
時に拡散領域は成長層に平行に横方向に広がるため活性
層２０９の幅は容易に基本モード発振に必要な２μｍ以
下の幅に制御することが可能である。拡散後、拡散源と
して働いたＳ　ｉ　Ｏ，膜１０２およびＺｎＯ膜１０１
の一部を窓１０３を広げるように除去する。次に除去せ
ずに残したＳ　ｉ　Ｏ□膜１０２およびＺｎＯ膜１　（
１１をマスクとしてＳｉイオンを打ち込みｐ−拡散領域
２０日の表面部分を第１図（ｄ）に示すようにｎ型にに
反転させ、ｎ−領域１０５を形成する。最後にｐ−ｎ接
合が表面に現れる部分のｎ型ＧａＡＳ２０５を選択的に
エツチングしてｎ及びｐそれぞれの表面に電極２０６，
２０７を形成して第１図（ｅｌに示すような本実施例に
よる半導体レーザが完成する。
次に動作について説明する。
ｐ電極が正になるように電圧を印加すると従来例と同じ
原理によって活性領域でレーザ発振が起こる。本実施例
では活性領域幅はｎ電極幅とは無関係に狭くできるため
、基本横モード発振が容易に実現できるとともに、闇値
も１ｍＡ程度にまで低減することができる。また、ｐ、
ｎ両電極は同一主面上に形成され、他の電子回路との集
積に適した半導体レーザが得られる。
なお、上記実施例では活性層を多重量子井戸としたもの
について述べたが、これは必ずしも多重である必要はな
く、単層の量子井戸であってもよい。
また、活性層を挟み込んだｐ形、ｎ形ＡｌＧａＡｓクラ
ッド層のＡｔ混晶比は各層内で一定である必要はなく、
いわゆる厚みによって混晶比をかえるグレーデッド型で
あってもよい。
また、上記実施例ではＧａＡｓ系のレーザを説明したが
、ＩｎＰ系など他の材料のレーザに適用できることは言
うまでもない。
また、固相拡散の例としてドープトオキサイドであるＺ
ｎＯ膜からのＺｎ拡散を示したが、Ｓｉ膜からのｎ型不
純物の固相拡散も可能であるので、ｐ型とｎ型を反転さ
せた構造も同様の効果をもつことは明らかである。
また、上記実施例の構成において、活性領域の下側のＡ
ｌＧａＡｓクラッド層のみを反対の導電型あるいは半絶
縁型にしてもよく、この場合キャリア注入が拡散領域の
みから起こり、上記実施例のように下クラッド層からの
注入が起こらないことを除けば上記実施例と同様の効果
を奏する。
ま”た、上記実施例では上側クラッド層上にＧａＡｓコ
ンタクト層を形成したものについて述べたが、このコン
タクト層を形成しない場合には、分離溝１０６をつくる
必要はない。ただしこの場合オーミック抵抗は高くなる
。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、超格子の無秩序化を
用いた埋め込み型の半導体レーザにおいて、無秩序化を
受けた活性層上の上側クラッド層の表面の一部が無秩序
化を受けていない活性層上の上側クラッド層と電気的に
つながった構成としたから、上面にｐ、ｎ両電極を有す
るとともに、活性領域幅が狭く、電極幅の広い、集積化
に適し、低閾値で安定な発振モードの特性を有する半導
体レーザを得られる効果がある。またこの発明によれば
半導体レーザの製造方法において、活性層の一部を上側
クラッド層上からの第１導電形の不純物の固相拡散によ
って無秩序化し、該拡散により第１導電形に反転した、
上記無秩序化を受けた活性層上の上側クラッド層の表面
の一部を上記固相拡散に用いた拡散源の一部をマスクと
して用いて第２導電形に変換して無秩序化を受けていな
い活性層上の上側クラッド層と電気的につながるように
したから、上面にｐ、ｎＷＪ電極を有するとともに、活
性領域幅が狭く、電極幅の広い、集積化に適し、低閾値
で安定な発振モードの特性を有する半導体レーザを容易
に自己整合的に製造できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例による半導体レーザの製造
方法を示す模式図、第２図は従来の半導体レーザの製造
方法を示す模式図である。 ２０３は多重量子井戸活性層、２０２はｐ−ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層、２０４はｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、
２０５はｎ　　ＧａＡｓ層、１０１はＺｎＯ膜、２０８
はｐ−拡散領域、１０５はｎ領域、２０６はｐ電極、２
０７はｎ電極。 尚図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）第１導電形または第２導電形の下側クラッド層と
    、該下側クラッド層上に形成された量子井戸よりなる活
    性層と、該活性層上に形成された第２導電形の上側クラ
    ッド層とを有し、上記活性層の一部が第１導電形の不純
    物の拡散によって無秩序化された埋め込み型レーザにお
    いて、 上記無秩序化を受けた活性層上の上側クラッド層の表面
    の一部が無秩序化を受けていない活性層上の上側クラッ
    ド層と電気的につながっていることを特徴とする半導体
    レーザ。
  2. （２）第１導電形または第２導電形の下側クラッド層、
    量子井戸よりなる活性層、第２導電形の上側クラッド層
    を順次形成した後、上記活性層の一部を上記上側クラッ
    ド層上からの第１導電形の不純物の固相拡散によって無
    秩序化する工程と、上記拡散により第１導電形に反転し
    た、上記無秩序化を受けた活性層上の上側クラッド層の
    表面の一部を上記固相拡散に用いた拡散源の一部をマス
    クとして用いて第２導電形に変換し、無秩序化を受けて
    いない活性層上の上側クラッド層と電気的につながるよ
    うに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。
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