JPH0231488A - 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Info
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- JPH0231488A JPH0231488A JP63182393A JP18239388A JPH0231488A JP H0231488 A JPH0231488 A JP H0231488A JP 63182393 A JP63182393 A JP 63182393A JP 18239388 A JP18239388 A JP 18239388A JP H0231488 A JPH0231488 A JP H0231488A
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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。
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、動的単一縦モード（ＤＳＭ：Ｄｙｎａｍｉ
ｃ Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ）を有する半導体レーザ装
置及びその製造方法に関するものである。
ｃ Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ）を有する半導体レーザ装
置及びその製造方法に関するものである。
第４図（ａ）はアプライド フィジックス レターズ（
Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌａｔｔ、 ４９ （１８）、
３ Ｎｏｖ、 １９８６）に示された従来の単一モー
ドを有する半導体レーザを示す図、第４図中）はそのＡ
−Ａ ’断面図である。
Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌａｔｔ、 ４９ （１８）、
３ Ｎｏｖ、 １９８６）に示された従来の単一モー
ドを有する半導体レーザを示す図、第４図中）はそのＡ
−Ａ ’断面図である。
図において、１１はｎ−１ｎＰ基板、１２はｐ−Ｉ ｎ
ＧａＡｓ Ｐコンタクト層、２はｎ−ＩｎＰ電流阻止層
、３はｐ−ＩｎＰ電流阻止層、４はｐ−ＩｎＰクラッド
層、６はＩｎＧａＡｓＰ活性層、８はｐ−１ｎＰクラッ
ド層４上に形成された回折格子、９はｎ−ＩｎＰクラッ
ド層である。
ＧａＡｓ Ｐコンタクト層、２はｎ−ＩｎＰ電流阻止層
、３はｐ−ＩｎＰ電流阻止層、４はｐ−ＩｎＰクラッド
層、６はＩｎＧａＡｓＰ活性層、８はｐ−１ｎＰクラッ
ド層４上に形成された回折格子、９はｎ−ＩｎＰクラッ
ド層である。
本半導体レーザはＶ溝中に活性Ｊｉ１６を有し、回折格
子８をｐ−ＩｎＰクラッド層４上に形成したことを特徴
としている。半導体レーザの基本特性（低閾値、高出力
動作、基本横モード発振）満たす構造として、Ｂ Ｃ（
Ｂｕｒｉｅｄ Ｃｒｅｓｅｎｔ：埋込み三日月）型や■
溝型が適しているが、回折格子を■溝。
子８をｐ−ＩｎＰクラッド層４上に形成したことを特徴
としている。半導体レーザの基本特性（低閾値、高出力
動作、基本横モード発振）満たす構造として、Ｂ Ｃ（
Ｂｕｒｉｅｄ Ｃｒｅｓｅｎｔ：埋込み三日月）型や■
溝型が適しているが、回折格子を■溝。
中に形成することは不可能である。そこで本従来例では
、■溝構造を有するファプリーペロー型の半導体レーザ
を液相成長法により作製後、最終エビ層（ここではｐ−
ＩｎＰクラッド層４）上にＥＢ （Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｂｅａｎ＋：電子ビーム）蒸着により回折格子を形成し
ている。ここで回折格子と活性層との距離は０．７ μ
ｍである。
、■溝構造を有するファプリーペロー型の半導体レーザ
を液相成長法により作製後、最終エビ層（ここではｐ−
ＩｎＰクラッド層４）上にＥＢ （Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｂｅａｎ＋：電子ビーム）蒸着により回折格子を形成し
ている。ここで回折格子と活性層との距離は０．７ μ
ｍである。
従来の半導体レーザは以上のように構成されているので
、単一縦モード発振の条件として活性層に回折格子が近
接している（距離〜０．２μｍ程度）ことが必要だが上
記の構成では不可能である。即ち、回折格子を最終表面
Ｎ（ここではｐ−ＩｎＰクラッド層４）上に形成してい
るため、活性層までの距離が遠く、単一縦モード発振し
にくくなっている。このためここでは回折格子の高さを
０．３μｍとし、２次の回折格子（周期０．４６μｍ）
を利用している。
、単一縦モード発振の条件として活性層に回折格子が近
接している（距離〜０．２μｍ程度）ことが必要だが上
記の構成では不可能である。即ち、回折格子を最終表面
Ｎ（ここではｐ−ＩｎＰクラッド層４）上に形成してい
るため、活性層までの距離が遠く、単一縦モード発振し
にくくなっている。このためここでは回折格子の高さを
０．３μｍとし、２次の回折格子（周期０．４６μｍ）
を利用している。
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、ＢＣ構造またはＶ溝構造の半導体レーザ装
置において、回折格子を活性層に近接させて形成できか
つ１次の回折格子を使用して安定した単一縦モード発振
が可能な半導体レーザ装置を得ることを目的とする。
れたもので、ＢＣ構造またはＶ溝構造の半導体レーザ装
置において、回折格子を活性層に近接させて形成できか
つ１次の回折格子を使用して安定した単一縦モード発振
が可能な半導体レーザ装置を得ることを目的とする。
この発明に係る半導体レーザ装置は、ストライプ状に形
成した溝内に下クラッド層を液相成長により溝がほぼ埋
まるまで形成し、該溝内の下クラッド層上に溝を完全に
埋込むように活性層、導波路層をＭＯＣＶＤ又はＶＰＥ
で形成した後、該導波路層上に回折格子を形成するよう
にしたものである。
成した溝内に下クラッド層を液相成長により溝がほぼ埋
まるまで形成し、該溝内の下クラッド層上に溝を完全に
埋込むように活性層、導波路層をＭＯＣＶＤ又はＶＰＥ
で形成した後、該導波路層上に回折格子を形成するよう
にしたものである。
この発明においては、ストライプ溝中の活性層を溝の上
部に形成し、該活性層上に溝が完全に埋込まれるように
導波路層を形成し、該導波路層上に回折格子を形成する
構成としたから、回折格子を活性層に近接させて形成で
き、低閾値、高出力動作に優れたＢＣ型あるいはＶ溝型
レーザにおいて安定した単一縦モード発振を実現できる
。
部に形成し、該活性層上に溝が完全に埋込まれるように
導波路層を形成し、該導波路層上に回折格子を形成する
構成としたから、回折格子を活性層に近接させて形成で
き、低閾値、高出力動作に優れたＢＣ型あるいはＶ溝型
レーザにおいて安定した単一縦モード発振を実現できる
。
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装置を作
製する過程で、溝中にｐ−ＩｎＰクラッド層４を溝がほ
ぼ埋込まれるように成長した状態を示す断面構造図であ
り、図において、１はｐ−ＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＰ
電流阻止層、３はｐ−ＩｎＰ電流阻止層である。第２図
はｐ−ＩｎＦ’クラッド層４上にＩｎＧａＡｓＰ活性層
６及び活性Ｎ６より屈折率の小さいＩ ｎＧａＡｓ Ｐ
導波路層７をＶ溝が完全に埋まるように成長した状態を
示す断面構造図であり、図において、５はＳｉＮ絶縁膜
であり、溝以外に活性層６や導波路層７が成長するのを
防いでいる。
製する過程で、溝中にｐ−ＩｎＰクラッド層４を溝がほ
ぼ埋込まれるように成長した状態を示す断面構造図であ
り、図において、１はｐ−ＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＰ
電流阻止層、３はｐ−ＩｎＰ電流阻止層である。第２図
はｐ−ＩｎＦ’クラッド層４上にＩｎＧａＡｓＰ活性層
６及び活性Ｎ６より屈折率の小さいＩ ｎＧａＡｓ Ｐ
導波路層７をＶ溝が完全に埋まるように成長した状態を
示す断面構造図であり、図において、５はＳｉＮ絶縁膜
であり、溝以外に活性層６や導波路層７が成長するのを
防いでいる。
第３図ば該導波路層７上に（Ｖ溝上部以外はｐ−ＩｎＰ
電流阻止層３上に）回折格子８を形成し、該回折格子８
上にｎ−ＩｎＰクラッドｉｉ９．ｎ−Ｉ ｎＧａＡｓ
ＰコンタクトＪｌｉｌＯを形成した状態を示す断面図で
ある。
電流阻止層３上に）回折格子８を形成し、該回折格子８
上にｎ−ＩｎＰクラッドｉｉ９．ｎ−Ｉ ｎＧａＡｓ
ＰコンタクトＪｌｉｌＯを形成した状態を示す断面図で
ある。
次に本構造の製造について詳細に述べる。
まず第１回目の成長でｐ−ｎ電流阻止層まで成長（液相
、気相成長法のいずれでもよい）する。
、気相成長法のいずれでもよい）する。
そして巾１〜２μｍの溝を、写真製版技術でバターニン
グした後ウェットエッチで４〜５μｍの深さにエツチン
グして形成する。次に第２回目の成長でｐ−Ｉｎ、Ｐク
ラッド層４を清上部まで液相成長法（Ｌ Ｐ Ｅ）によ
り成長させる。ＬＰＥにおいては、結晶は溝中を溝の底
より成長を開始するので、ｐ−１ｎＰクラッド層４は三
日月状に埋まって成長するが、溝上部付近まで埋まって
くると、第１図に示すように平坦になってくる。平坦に
なったところ、ここではｐ−１ｎＰクラッド層４の層厚
が３．５〜４．５μｍでＬＰＥの成長を終了せさる。こ
こでｐ−１ｎＰクラッド層４は溝以外のｐ〜ＩｎＰ電流
阻止Ｎ３上にもわずかに成長するが、クラッド層４と電
流阻止層３は同一導電型、同一組成の層であるから何等
さしつかえはない。次に、ＳｉＮ絶縁膜を溝以外の部分
に形成させた後、ＭＯＣ，ＶＤＪ？３ＶＰＥによりｒｎ
ＧａＡｓＰ活性Ｎ６及び活性層６より屈折率の小さいＩ
ｎＧａＡｓ Ｐ導波路層７を溝中に単結晶が完全に埋
まるまで成長させる。ここで活性層６と導波路Ｎ７の層
厚はそれぞれ０．１−０．２μｍ程度とする。またＩｎ
Ｃ。
グした後ウェットエッチで４〜５μｍの深さにエツチン
グして形成する。次に第２回目の成長でｐ−Ｉｎ、Ｐク
ラッド層４を清上部まで液相成長法（Ｌ Ｐ Ｅ）によ
り成長させる。ＬＰＥにおいては、結晶は溝中を溝の底
より成長を開始するので、ｐ−１ｎＰクラッド層４は三
日月状に埋まって成長するが、溝上部付近まで埋まって
くると、第１図に示すように平坦になってくる。平坦に
なったところ、ここではｐ−１ｎＰクラッド層４の層厚
が３．５〜４．５μｍでＬＰＥの成長を終了せさる。こ
こでｐ−１ｎＰクラッド層４は溝以外のｐ〜ＩｎＰ電流
阻止Ｎ３上にもわずかに成長するが、クラッド層４と電
流阻止層３は同一導電型、同一組成の層であるから何等
さしつかえはない。次に、ＳｉＮ絶縁膜を溝以外の部分
に形成させた後、ＭＯＣ，ＶＤＪ？３ＶＰＥによりｒｎ
ＧａＡｓＰ活性Ｎ６及び活性層６より屈折率の小さいＩ
ｎＧａＡｓ Ｐ導波路層７を溝中に単結晶が完全に埋
まるまで成長させる。ここで活性層６と導波路Ｎ７の層
厚はそれぞれ０．１−０．２μｍ程度とする。またＩｎ
Ｃ。
ａＡｓ Ｐの組成比としては活性層の波長が１．３ μ
ｍの場合は導波路層のＩ ｎＧａＡｓ Ｐの組成比はそ
の波長が１．１ μｍとなる組成、活性層の波長が１．
５５μｍの場合は導波路層はその波長が１．３μｍとな
る組成のＩ ｎＧａＡｓ Ｐにすればよい。ＭＯＣＶＤ
やＶＰＥを使用する最大の利点は活性層６や導波路Ｎ７
の層厚を再現よく均一にかつ薄膜（〜０．１μｍ）成長
できる点である。また、ＬＰＥ後のエビ表面層のモホロ
ジーもなく、その後の工程で回折格子８が形成し易い。
ｍの場合は導波路層のＩ ｎＧａＡｓ Ｐの組成比はそ
の波長が１．１ μｍとなる組成、活性層の波長が１．
５５μｍの場合は導波路層はその波長が１．３μｍとな
る組成のＩ ｎＧａＡｓ Ｐにすればよい。ＭＯＣＶＤ
やＶＰＥを使用する最大の利点は活性層６や導波路Ｎ７
の層厚を再現よく均一にかつ薄膜（〜０．１μｍ）成長
できる点である。また、ＬＰＥ後のエビ表面層のモホロ
ジーもなく、その後の工程で回折格子８が形成し易い。
次にＳｉＮ膜を除去して、レジストを形成し、該レジス
トを写真製版技術及び干渉露光技術を用いてバターニン
グした後エツチングを行なうことにより回折格子８を形
成する。ここで回折格子としては、活性層までの距離が
０．１〜０．２μｍと短いので１次の回折格子が使用で
きる。また、回折格子８は溝以外の部分ではｐ−ＩｎＰ
電流阻止層３上に形成される。
トを写真製版技術及び干渉露光技術を用いてバターニン
グした後エツチングを行なうことにより回折格子８を形
成する。ここで回折格子としては、活性層までの距離が
０．１〜０．２μｍと短いので１次の回折格子が使用で
きる。また、回折格子８は溝以外の部分ではｐ−ＩｎＰ
電流阻止層３上に形成される。
回折格子８を形成した後、引き続きｎ−１ｎＰクラ７ド
層９．ｎ−１ｎＧａＡｓＰコンタクト層１０を成長させ
る。このときの成長法としてはＬＰＥ、ＭＯＣＶＤのい
ずれを用いてもよい。
層９．ｎ−１ｎＧａＡｓＰコンタクト層１０を成長させ
る。このときの成長法としてはＬＰＥ、ＭＯＣＶＤのい
ずれを用いてもよい。
本実施例による半導体レーザ装置は、上述のようにして
作製され、ＢＣ構造でも回折格子を活性層に近接させて
形成できるため低閾値、高出力動作に優れかつ単一縦モ
ード発振できる。
作製され、ＢＣ構造でも回折格子を活性層に近接させて
形成できるため低閾値、高出力動作に優れかつ単一縦モ
ード発振できる。
なお、上記実施例では基板の導電形がｐ形のＢＣ型構造
の半導体レーザについて説明したが、本発明は■溝構造
の半導体レーザについても適用することができ、上記実
施例と同様の効果を奏する。
の半導体レーザについて説明したが、本発明は■溝構造
の半導体レーザについても適用することができ、上記実
施例と同様の効果を奏する。
以上のように、この発明によれば半導体レーザ装置にお
いて、ストライプ状に形成した溝をほぼ埋込むように液
相成長された下クラッド層と、該溝内の下クラッド層上
に溝を完全に埋込むように形成された活性層、及び導波
路層とを備え、さらに該導波路層上に形成された回折格
子を備えた構成としたから、ＢＣ構造、■溝構造であっ
ても活性層と回折格子が近接した構造を持ち、低閾値。
いて、ストライプ状に形成した溝をほぼ埋込むように液
相成長された下クラッド層と、該溝内の下クラッド層上
に溝を完全に埋込むように形成された活性層、及び導波
路層とを備え、さらに該導波路層上に形成された回折格
子を備えた構成としたから、ＢＣ構造、■溝構造であっ
ても活性層と回折格子が近接した構造を持ち、低閾値。
高出力動作に優れかつ単一縦モード発振する半導体レー
ザ装置を得ることができる効果がある。またこの発明に
よれば半導体レーザ装置の製造方法において、ストライ
プ状に形成した溝内に下クラッド層を液相成長により溝
がほぼ埋まるまで形成し、該溝内の下クラッド層上に溝
を完全に埋込むように活性層、導波路層をＭＯＣＶＤ又
はＶＰＥで形成した後、該導波路層上に回折格子を形成
するようにしたから、ＢＣ構造、■溝構造であっても活
性層と回折格子が近接した動的単一縦モードを有する半
導体レーザを再現性よく作製することができる効果があ
る。
ザ装置を得ることができる効果がある。またこの発明に
よれば半導体レーザ装置の製造方法において、ストライ
プ状に形成した溝内に下クラッド層を液相成長により溝
がほぼ埋まるまで形成し、該溝内の下クラッド層上に溝
を完全に埋込むように活性層、導波路層をＭＯＣＶＤ又
はＶＰＥで形成した後、該導波路層上に回折格子を形成
するようにしたから、ＢＣ構造、■溝構造であっても活
性層と回折格子が近接した動的単一縦モードを有する半
導体レーザを再現性よく作製することができる効果があ
る。
第１図、第２図、第３図はこの発明の一実施例による半
導体レーザ装置の製造工程を示す断面図、第４図は従来
の半導体レーザ装置を示す図である。 １はｐ−ＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＰ電流阻止層、３は
ｐ−ＩｎＰ電流阻止層、４はｐ−１ｎＰクラッド層、５
はＳｔＮｗＡ＆！膜、６はＩｎＧａＡｓＰ活性層、７は
Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａｓ ｐ導波路層、８は回折格子、９
はｎ−ＩｎＰクラッド層、１０はｎ−Ｉ ｎＧａＡｓ
Ｐコンタクト層。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
導体レーザ装置の製造工程を示す断面図、第４図は従来
の半導体レーザ装置を示す図である。 １はｐ−ＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＰ電流阻止層、３は
ｐ−ＩｎＰ電流阻止層、４はｐ−１ｎＰクラッド層、５
はＳｔＮｗＡ＆！膜、６はＩｎＧａＡｓＰ活性層、７は
Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａｓ ｐ導波路層、８は回折格子、９
はｎ−ＩｎＰクラッド層、１０はｎ−Ｉ ｎＧａＡｓ
Ｐコンタクト層。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (2)
- （１）第１導電型の半導体基板上に、ｐ−ｎ−ｐ−ｎ構
造を有する電流阻止機構及び該機構中にストライプ溝を
有し、該溝中に活性領域を埋込んだ半導体レーザ装置に
おいて、 上記ストライプ溝をほぼ埋込むように液相成長された下
クラッド層と、 該溝内の下クラッド層上に形成された活性層と、該活性
層上に上記溝を完全に埋込むように形成された導波路層
と、 該導波路層上に形成された回折格子とを備えたことを特
徴とする半導体レーザ装置。 - （２）第１導電型の半導体基板上に、ｐ−ｎ−ｐ−ｎ構
造を有する電流阻止機構及び該機構中にストライプ溝を
有し、該溝中に活性領域を埋込んだ半導体レーザ装置を
作製する半導体レーザ装置の製造方法において、 ストライプ状に形成した溝内に下クラッド層を液相成長
により溝がほぼ埋まるまで形成する工程と、 該溝内の下クラッド層上に溝を完全に埋込むように活性
層、導波路層を気相成長法又は有機金属成長法により形
成する工程と、 該導波路層上に回折格子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装置の製造方法。
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