JPH0125238B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、AlGaAs系材料を用いた多重量子
井戸（MQW）半導体レーザの製造方法に関す
る。

（従来の技術） 従来のZn拡散法による屈折率導波型多重量子
井戸AlGaAs半導体レーザの製造は、第２図に示
すように光導波層ａの左右に、Zn拡散によつて
光導波層の多重量子井戸が破壊されたZn拡散領
域ｂを形成して電流狭窄を行なわせるようにして
いた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、この方法はｎ−GaAsコンタク
ト層ｃの頂部よりZn拡散して光導波層ａの左右
の多重量子井戸構造を破壊するもので、このため
時間が掛り、しかもストライプ幅の制御が困難で
あり、発振しきい電流を低くすることが難しく、
同時にZn拡散領域ｂのZn濃度を減少させること
も困難であり、このため吸収損失が大きくなる等
の欠点がある。

また、Zn拡散法においてはｎ−GaAsコンタク
ト層ｃの頂部よりZn拡散する関係上、ｎ側電極
ｄの形成手段も複雑になり、またプレーナ型の電
極が形成できないなどの欠点がある。

そこで、この発明の目的は、Zn拡散工程を用
いずに簡単な製造工程で多重量子井戸（MQW）
屈折率導波AlGaAs半導体レーザを製造して上述
のZn拡散法に見られる欠点を解決することにあ
る。

（問題点を解決するための手段） 以上の問題点を解決するために、この発明では
１回目の分子線エピタキシヤル成長により多重量
子井戸構造の光導波路を形成した後、Siを蒸着
し、該Si蒸着層をストライプ状にエツチングして
から２回目の分子線エピタキシヤル成長を行な
い、エツチング処理されなかつた上記Si蒸着層は
２回目の分子線エピタキシヤル成長前、成長中、
成長後の熱処理により拡散させて光導波層の左右
の多重量子井戸構造を無秩序化して電流狭窄層を
形成するようにした屈折率導波型AlGaAs系多重
量子井戸半導体レーザの製造方法を提案するもの
である。

（作用） この発明においては１回目のの分子線エピタキ
シヤル成長により多重量子井戸構造の光導波路を
形成した後、この上からそのまま或はこの上に
GaAsキヤツプ層等を設けてその上からSiを蒸着
し、蒸着されたSi層をストライプ状にエツチング
してから２回目の分子線エピタキシヤル成長を行
なうとともに、上記Si層は熱処理により拡散させ
る。このようにすると、Si層はストライプ状にエ
ツチングされた部分を残して下部の光導波路に拡
散され、このため光導波路の左右の多重量子井戸
構造が破壊され、無秩序化されて電流狭窄層が形
成されるのである。

したがつて、Zn拡散法に比べてこの方法にお
いては光導波路に電流狭窄層を極めて簡単に形成
することができ、しかもストライプ幅の制御が容
易であり、かつ電流狭窄層のキヤリア濃度をZn
拡散法に比べて低く抑えることができ、また内部
ストライプ構造であるため、電極のコンタクトが
極めて簡単に行なうことができ、更にプレーナ型
の電極を形成することができる。

この発明において上述のSi層拡散のための熱処
理は、通常は１回目の分子線エピタキシヤル成長
後、例えば700℃以下の温度で約10分程度行なう
が、２回目の分子線エピタキシヤル成長も700〜
750℃程度の行なわれるため、この熱処理によつ
て分子線エピタキシヤル成長中にもSiの拡散が行
なわれる。また、Siの拡散が不十分な時には２回
目の分子線エピタキシヤル成長後に熱処理を行な
つてもよい。

即ち、上述の熱処理はSiの拡散が十分に行なわ
れるように２回目の分子線エピタキシヤル成長
前、成長中、成長後行なうようにする。

なお、蒸着するSi層の厚みは１回目のエピタキ
シヤル成長により形成した光導波路をSiの拡散に
よりSiが通り抜けないように制御すればよい。

（実施例） 第１図は、多重量子井戸を光導波路とする
AlGaAs系内部電流狭窄層を有する屈折率導波型
多重量子井戸レーザの製造工程を示すものであ
る。

まず、第１図ａに示すように、分子線エピタキ
シヤル成長法を用いて、１回目の分子線エピタキ
シヤル成長でｎ型GaAs（100）基板１上にｎ型
GaAsバツフア層２、ｎ型Al_xGa_1-xAs／
GaAsMQWバツフア層３、ｎ型Al_xGa_1-xAsクラ
ツド層４、約0.1μｍ程度のｎ型Al_yGa_1-yAs光導
波層５、Al_zGa_1-zAs／GaAsMQW活性層６、約
0.2μｍ程度のｐ型Al_yGa_1-xAs光導波層７、約0.3μ
ｍ程度のｐ型Al_wGa_1-wAs／GaAsMQW光導波層
８、約5nm程度のｐ型GaAsキヤツプ層９を積層
する。

その後100℃以下の低温でSi層１０を約1nm（４
〜５単原子層）程度蒸着し、更にその上にAs被
覆層１１を形成する。Alの組成はｗｘ＞ｙ
ｚとする。

MQW光導波層８の障壁の組成及び厚みと井戸
の厚みは、MQWが無秩序化し均一な混晶になつ
た時の屈折率が発振波長でMQWの屈折率より小
さくなるように設定する。Si層１０及びAs被覆
層１１をドライエツチングによつてストライプ状
に除去する。この時のストライプ幅は約3μｍと
し、GaAsキヤツプ層９を2nm程度エツチングし
てもよい。

次に、第１図ｂに示すように成長室内でAs圧
を加えながら700℃程度の温度で、10分間維持し
て熱処理する。この時の熱処理によりSi層１０の
Siが拡散されると同時に、As被覆層１１が蒸発
する。

更に、２回目の分子線エピタキシヤル成長法に
よりｐ型Al_xGa_1-xAsクラツド層１２、ｐ型GaAs
コンタクト層１３を積層する。成長温度は700〜
750℃、成長時間は約３時間であり、Si濃度が１
×10¹⁹cm^-3以上の時の750℃でのSiの拡散係数は
〜10^-13cm²／ｓであるので、この２回目の成長で
第１図ｂに示す斜線領域に拡散し、光導波層８の
MQWの斜線領域は無秩序化され、斜線領域はSi
の拡散によりｎ型になり電流狭窄層となる。この
場合、光導波層７をSiが通りぬけないようにSi層
の厚みを制御すればよい。

なお、Siの拡散が不充分な時には成長後にも熱
処理すればよい。

そして、最後に蒸着によりｐ側電極１４、ｎ側
電極１５を形成してレーザ素子を完成する。

この素子の動作原理を以下に述べると、ｐ側電
極１４を接地してｎ側電極１３に負電圧を加える
ことによつて電流はｐ型クラツド層１２、ｐ型
MQW光導波層８、ｐ型光導波層７のSi拡散領域
によつて狭窄されて活性層６のMQWに注入され
て発光し、この光は光導波層８のMQWに沿つて
屈折率導波され発振する。この場合ストライプ幅
を制御することによつて低発振しきい値電流、高
効率動作、高出力までの横基本モード発振が確保
できる。

（発明の効果） この発明は、Zn拡散工程を使用せず、Si拡散
工程を使用するため製造工程が簡単となり、また
内部ストライプ構造であるために電極のコンタク
トも非常に簡単となり、プレーナ型の電極を形成
できる。

更に、Siの拡散によるために電流狭窄層のキヤ
リア濃度を低く抑えることができ、発振光の吸収
が小さく、発振しきい値電流が低くなる。またス
トライプ幅の制御が容易にでき、このため低発振
しきい値電流で高出力までの横基本モード発振が
できる。

更に、この発明に係る半導体レーザは屈折率導
波型レーザであり、非点収差が小さいために、デ
イジイタル・オーデイオ、デイスク、書込み及び
読み取り用の光デイスクメモリ、レーザビームプ
リンタ等の光源として最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の多重量子井戸を光導波路と
し、かつ内部電流狭窄層を有する屈折率導波型
AlGa系多重量子井戸レーザの製造工程を示すも
ので、第１図ａ第１回目の分子線エピタキシヤル
成長とSiのエツチング工程を示す図、第１図ｂは
第２回目の分子線エピタキシヤル成長と電極形成
工程を示す図、第２図は従来法による屈折率導波
型AlGa系多重量子井戸レーザの製造工程を示す
図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ １回目の分子線エピタキシヤル成長により多
   重量子井戸構造の光導波路を形成した後、Siを蒸
   着し、該Si蒸着層をストライプ状にエツチングし
   てから２回目の分子線エピタキシヤル成長を行な
   い、エツチング処理されなかつた上記Si蒸着層は
   ２回目の分子線エピタキシヤル成長前、成長中、
   成長後の熱処理により拡散させて光導波層の左右
   の多重量子井戸構造を無秩序化して電流狭窄層を
   形成するようにしたことを特徴とする屈折率導波
   型AlGaAs系多重量子井戸半導体レーザの製造方
   法。