JPH0376288A - 埋め込み型半導体レーザ - Google Patents
埋め込み型半導体レーザInfo
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- JPH0376288A JPH0376288A JP21334689A JP21334689A JPH0376288A JP H0376288 A JPH0376288 A JP H0376288A JP 21334689 A JP21334689 A JP 21334689A JP 21334689 A JP21334689 A JP 21334689A JP H0376288 A JPH0376288 A JP H0376288A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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〕
本発明は光情報処理等に使用する半導体レーザに関し鴇
特にＤＢＤＨ（ｄｏｕｂｌｅ−ｂａｒｒｉｅｒ ｄｏｕ
ｂｌｅ−ｈｅｔｅｒ。
特にＤＢＤＨ（ｄｏｕｂｌｅ−ｂａｒｒｉｅｒ ｄｏｕ
ｂｌｅ−ｈｅｔｅｒ。
５ｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造を有する埋め込み型半導体レ
ーザに関する。
ーザに関する。
活性層とクラッド層との間にミ広いバンドギャップを有
するキャリア閉じ込め層（バリア層）を介在させた構成
をなす、ＡｌＧａＡｓ系のＤＢＤＨ型半導体レーザが公
知である（Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、Ｖｏｌ、
３８゜Ｎｏ、１１．Ｉ Ｊｕｎｅ １９８１等〉。
するキャリア閉じ込め層（バリア層）を介在させた構成
をなす、ＡｌＧａＡｓ系のＤＢＤＨ型半導体レーザが公
知である（Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、Ｖｏｌ、
３８゜Ｎｏ、１１．Ｉ Ｊｕｎｅ １９８１等〉。
このような埋め込み型半導体レーザの製造技術としては
、第１回目の結晶成長後、数μｍ幅のマスクを付けてＬ
ＰＥ法（ｌｉｑｕｉｄ ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ
：液相成長法）にてマスク以外の部分を一旦溶かし、第
２回目の結晶成長を行うことが知られている。
、第１回目の結晶成長後、数μｍ幅のマスクを付けてＬ
ＰＥ法（ｌｉｑｕｉｄ ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ
：液相成長法）にてマスク以外の部分を一旦溶かし、第
２回目の結晶成長を行うことが知られている。
ＬＰＥ法を用いた製造方法では、不要な部分を溶かした
後に再成長が可能であって便利であるが、温度変化に伴
って溶゛ける量が変化するので、埋め込まれる半導体レ
ーザの幅の制御を行うためには、溶かし込む溶液の空間
的な温度差または過飽和度を厳密に制御する必要がある
。また、ＬＰＥ法では、第１回目の戒長済みウェハを約
８００℃以上の高温下にさらすことになるので、第１回
目の成長時のキャリア濃度の分布状態が変化したり、量
子井戸構造のへテロ界面でのＧａとＡＩとの相互拡散が
起こることがある。
後に再成長が可能であって便利であるが、温度変化に伴
って溶゛ける量が変化するので、埋め込まれる半導体レ
ーザの幅の制御を行うためには、溶かし込む溶液の空間
的な温度差または過飽和度を厳密に制御する必要がある
。また、ＬＰＥ法では、第１回目の戒長済みウェハを約
８００℃以上の高温下にさらすことになるので、第１回
目の成長時のキャリア濃度の分布状態が変化したり、量
子井戸構造のへテロ界面でのＧａとＡＩとの相互拡散が
起こることがある。
このような理由により、第２回目の結晶時には、比較的
低温にて成長可能なＭＢＥ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅ
ａｍｅｐｉｔａｘｙ：分子線エピタキシ）法またはＭＯ
ＣＶＤ（＋ｗｓｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ：有機金
属気相成長）法を用いることが考えられる。ところが、
これらの方法ではＬＰＥ法のように不要部分を溶かし込
むことはできないので、−旦メサエフチングの工程にお
いてＡｌＧａＡｓからなる層を大気にさらすことになる
。この結果、ＡｌＧａＡｓ層の酸化によって第２回目の
成長が困難であるという問題点がある。
低温にて成長可能なＭＢＥ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅ
ａｍｅｐｉｔａｘｙ：分子線エピタキシ）法またはＭＯ
ＣＶＤ（＋ｗｓｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ：有機金
属気相成長）法を用いることが考えられる。ところが、
これらの方法ではＬＰＥ法のように不要部分を溶かし込
むことはできないので、−旦メサエフチングの工程にお
いてＡｌＧａＡｓからなる層を大気にさらすことになる
。この結果、ＡｌＧａＡｓ層の酸化によって第２回目の
成長が困難であるという問題点がある。
このＡｌＧａＡｓ層の酸化を防止するためにはＡＩＭｉ
威比を０．２以下にする必要がある。ところがＡｌ組成
比をこのような値に設定すると、キャリア閉じ込め効果
は低下し、温度特性が悪い半導体レーザしか得られない
。
威比を０．２以下にする必要がある。ところがＡｌ組成
比をこのような値に設定すると、キャリア閉じ込め効果
は低下し、温度特性が悪い半導体レーザしか得られない
。
本発゛明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、キ
ャリア閉じ込め層を除＜ ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比
を０．２以下とし、また活性層とキャリア閉じ込め層と
の間にＡｌ組成比の差を緩和する層を設けることにより
、ＭＢＥ法またはＭＯＣＶＤ法を用いた低温状態での埋
め込み成長が可能であり、ＬＰＢ法における難点を解消
できる埋め込み型半導体レーザを提供することを目的と
する。
ャリア閉じ込め層を除＜ ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比
を０．２以下とし、また活性層とキャリア閉じ込め層と
の間にＡｌ組成比の差を緩和する層を設けることにより
、ＭＢＥ法またはＭＯＣＶＤ法を用いた低温状態での埋
め込み成長が可能であり、ＬＰＢ法における難点を解消
できる埋め込み型半導体レーザを提供することを目的と
する。
本発明に係る埋め込み型半導体レーザは、活性層及び該
活性層を挟むキャリア閉じ込め層を含むダブルヘテロ構
造を有するＡｌＧａＡｓ系の埋め込み型半導体レーザに
おいて、前記キャリア閉じ込め層以外の各層のＡｌ組成
比は０．２以下であり、前記活性層と前記キャリア閉じ
込め層との間に、その厚み方向にＡｌ組成比が異なる層
を有することを特徴とする。
活性層を挟むキャリア閉じ込め層を含むダブルヘテロ構
造を有するＡｌＧａＡｓ系の埋め込み型半導体レーザに
おいて、前記キャリア閉じ込め層以外の各層のＡｌ組成
比は０．２以下であり、前記活性層と前記キャリア閉じ
込め層との間に、その厚み方向にＡｌ組成比が異なる層
を有することを特徴とする。
本発明の埋め込み型半導体レーザでは、キャリア閉じ込
め層以外のＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比は０．２以下で
あるので、酸化の影響は少なく、第２回目の成長は可能
である。また活性層とキャリア閉じ込め層との間におい
て設けられた層は、活性層及びキャリア閉じ込め眉間の
Ａｌ＆ｌ１ｔｃ比（格子定数）の不調和を低減する。
め層以外のＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成比は０．２以下で
あるので、酸化の影響は少なく、第２回目の成長は可能
である。また活性層とキャリア閉じ込め層との間におい
て設けられた層は、活性層及びキャリア閉じ込め眉間の
Ａｌ＆ｌ１ｔｃ比（格子定数）の不調和を低減する。
以下、本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に
説明する。
説明する。
第１図は本発明に係る埋め込み型半導体レーザにおける
第１回目の結晶成長後の構成を示す模式的断面図、第２
図は同じく第１回目の結晶成長後におけるＡｌ組成比の
分布状態を示す模式図である。
第１回目の結晶成長後の構成を示す模式的断面図、第２
図は同じく第１回目の結晶成長後におけるＡｌ組成比の
分布状態を示す模式図である。
ＭＢＥ法を用いて、基板温度を６８０℃にして、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１上に以下の各層を連続的に成長させる（第
１図参照）。
ａＡｓ基板１上に以下の各層を連続的に成長させる（第
１図参照）。
’ｌ ： ｒｌ−ＧａＡｓバフ７１層、膜厚１μｍＩ
ＸＩＯ”（Ｊｌ−’ （Ｓｉドープ〉３ ： ｎ−Ａｌ
ｏ、ｔ Ｇａｓ、ｓ Ａｓクラフト層、１１１４１μｍ
３ ＸＩＯ”ｃｍ−” （Ｓｉドープ〉４：ｎ−Ａｌ、
Ｇａｌ−、Ａｓキャリア閉じ込め層（ｘ−０，２→０．
４） 膜厚５００人＋ ３ ＸＩＯ”ａｍ−’ （Ｓｉドー
プ）５ ： ｎ−Ａｌ、 Ｇａ１−ｙ Ａｓ調整層（ｙ
−０，４−０，２５）膜厚５００人、３Ｘ１０”備−
３（Ｓｉドープ）（ｉ：ＧａＡｓ活性層、膜厚５００人
（アンドープ）７ ： ｐ−ＡＩ、 ＧａＩ−ｙ Ａ
ｓ調整層 （ｙ −０，２５→０．４）膜厚５００人＋
５ ＸＩＯ”Ｃｓ−” （Ｂｅドープ）８ ： Ｉ
）−Ａｌｘ Ｇａｌ−、Ａｓキャリア閉じ込め層（ｘ
＝ ０．４−＝０．２） 膜厚５００人、 ５ ＸＩＯ”ａｍ−” （Ｂｅドー
プ）９ ” Ｉ）−Ａｌｏ、ｔ Ｇａｓ、＠ Ａｓクラ
ッド層、膜厚１μｍ５ ＸＩＯ”ｃｍ−” （Ｂｅドー
プ）ＩＱ ： ｐ−ＧａＡｓキャ７プ層、膜厚０．１ｐ
ｍＩ ＸＩＯ”ｅｌｍ−” （Ｂｅドープ）上記したよ
うに、両クラフト層３，９のＡｌ組成比は０．２であり
、また両キャリア閉じ込め層４゜８と活性層６との間に
、両層間のＡｌ組成比の不調和を低下させるための調整
層５．７を設けている。
ＸＩＯ”（Ｊｌ−’ （Ｓｉドープ〉３ ： ｎ−Ａｌ
ｏ、ｔ Ｇａｓ、ｓ Ａｓクラフト層、１１１４１μｍ
３ ＸＩＯ”ｃｍ−” （Ｓｉドープ〉４：ｎ−Ａｌ、
Ｇａｌ−、Ａｓキャリア閉じ込め層（ｘ−０，２→０．
４） 膜厚５００人＋ ３ ＸＩＯ”ａｍ−’ （Ｓｉドー
プ）５ ： ｎ−Ａｌ、 Ｇａ１−ｙ Ａｓ調整層（ｙ
−０，４−０，２５）膜厚５００人、３Ｘ１０”備−
３（Ｓｉドープ）（ｉ：ＧａＡｓ活性層、膜厚５００人
（アンドープ）７ ： ｐ−ＡＩ、 ＧａＩ−ｙ Ａ
ｓ調整層 （ｙ −０，２５→０．４）膜厚５００人＋
５ ＸＩＯ”Ｃｓ−” （Ｂｅドープ）８ ： Ｉ
）−Ａｌｘ Ｇａｌ−、Ａｓキャリア閉じ込め層（ｘ
＝ ０．４−＝０．２） 膜厚５００人、 ５ ＸＩＯ”ａｍ−” （Ｂｅドー
プ）９ ” Ｉ）−Ａｌｏ、ｔ Ｇａｓ、＠ Ａｓクラ
ッド層、膜厚１μｍ５ ＸＩＯ”ｃｍ−” （Ｂｅドー
プ）ＩＱ ： ｐ−ＧａＡｓキャ７プ層、膜厚０．１ｐ
ｍＩ ＸＩＯ”ｅｌｍ−” （Ｂｅドープ）上記したよ
うに、両クラフト層３，９のＡｌ組成比は０．２であり
、また両キャリア閉じ込め層４゜８と活性層６との間に
、両層間のＡｌ組成比の不調和を低下させるための調整
層５．７を設けている。
第２図に示すように、キャリア閉じ込め層４（８）では
、クラッド層３（９）との界面（ｘ ＝０．２）から調
整層５ （７）との界面（ｘ ＝０．４）に向けて離隔
するにつれてＡｌ組成比（ｘ）が漸増しており、一方、
調整層５（７）では、キャリア閉じ込め層４（８）との
界面（ｙ＝０．４）から活性層６（６〉との界面（ｙ
＝０．２５）に向けて離隔するにつれてＡｌ組成比（ｙ
）が漸減している。
、クラッド層３（９）との界面（ｘ ＝０．２）から調
整層５ （７）との界面（ｘ ＝０．４）に向けて離隔
するにつれてＡｌ組成比（ｘ）が漸増しており、一方、
調整層５（７）では、キャリア閉じ込め層４（８）との
界面（ｙ＝０．４）から活性層６（６〉との界面（ｙ
＝０．２５）に向けて離隔するにつれてＡｌ組成比（ｙ
）が漸減している。
このような第１回目の結晶成長が終了した後、例えば５
μｍ幅のストライブ状のレジストを用いてメサエッチン
グ行う。この際のエンチング条件は、エンチング液４旧
ＰＯ＃ ＋ ＨｇＯ＊ ＋ ＣＨ３０Ｈにて３０℃。
μｍ幅のストライブ状のレジストを用いてメサエッチン
グ行う。この際のエンチング条件は、エンチング液４旧
ＰＯ＃ ＋ ＨｇＯ＊ ＋ ＣＨ３０Ｈにて３０℃。
４０秒間とした。このような条件によって約２μｍ深さ
のメサ形状を形成する。
のメサ形状を形成する。
メサエンチング終了後のウェハに対して、基板温度を６
００℃にして、アンドープ＾ｌｏ、ｓ Ｇａ５１Ａｓ層
（膜厚１．５μｍ）とアンドープＧａＡｓ層（膜厚０．
１μｍ）を形成すべく、２回目の結晶成長を行う。
００℃にして、アンドープ＾ｌｏ、ｓ Ｇａ５１Ａｓ層
（膜厚１．５μｍ）とアンドープＧａＡｓ層（膜厚０．
１μｍ）を形成すべく、２回目の結晶成長を行う。
最後にメサ上部における２回目の成長層を下のレジスト
と共に、フォトエツチングにより除去する。
と共に、フォトエツチングにより除去する。
この際のエツチング条件は、エツチング液４Ｈ３ＰＯ。
＋ ｎ、ｏ、 ＋ ＣＨ３０Ｈにて３０℃、３５秒間と
した。露出したキャップ層にＡｕ／Ｃｒからなるｐ側電
極を蒸着し、更に基板１を１００μｍまでラフピシグ除
去した後、Ａｕ／Ｓｎからなるｎ側電極を蒸着して、レ
ーザ素子を作製する。
した。露出したキャップ層にＡｕ／Ｃｒからなるｐ側電
極を蒸着し、更に基板１を１００μｍまでラフピシグ除
去した後、Ａｕ／Ｓｎからなるｎ側電極を蒸着して、レ
ーザ素子を作製する。
本発明の埋め込み型半導体レーザ素子（共振器長２５０
μｍ）における、端面コーティングしていない際のＩ−
Ｌ （電流−光出力）特性を第３図に示す。発振しき
い値電流Ｉｔｈは２５〜３０ｓ＾であって低い数値であ
り、温度特性も１５０〜１７０にと通常のＤｔｌ （ｄ
ｏｕｂｌｅ−ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）レーザ
と同等であった。比較例として、第１回目の成長におい
て調整層５．７を設けない埋め込み型半導体レーザ素子
を作製し、そのＩ−Ｌ特性を測定すると、発振しきい値
電＠【いは８０〜９５ｓ＾であり、調整層５．７を設け
た効果が大きいことがわかる。
μｍ）における、端面コーティングしていない際のＩ−
Ｌ （電流−光出力）特性を第３図に示す。発振しき
い値電流Ｉｔｈは２５〜３０ｓ＾であって低い数値であ
り、温度特性も１５０〜１７０にと通常のＤｔｌ （ｄ
ｏｕｂｌｅ−ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）レーザ
と同等であった。比較例として、第１回目の成長におい
て調整層５．７を設けない埋め込み型半導体レーザ素子
を作製し、そのＩ−Ｌ特性を測定すると、発振しきい値
電＠【いは８０〜９５ｓ＾であり、調整層５．７を設け
た効果が大きいことがわかる。
本発明の半導体レーザは埋め込み構造であるので、活性
層の左右にも十分に大きな屈折率差を付けることが可能
であるので、注入電流による活性層の屈折率減少（１０
４〜１０−３程度）に影響を受けることなく、高電流（
つまり高出力）まで安定したモードの発振が可能である
と考えられる。このような考えに基づいて、１５０ｍ−
までの遠視野像を調べた結果を第４図に示す。光出力が
増加しても遠視野像は変化せず、モードが安定している
ことが第４図から理解される。
層の左右にも十分に大きな屈折率差を付けることが可能
であるので、注入電流による活性層の屈折率減少（１０
４〜１０−３程度）に影響を受けることなく、高電流（
つまり高出力）まで安定したモードの発振が可能である
と考えられる。このような考えに基づいて、１５０ｍ−
までの遠視野像を調べた結果を第４図に示す。光出力が
増加しても遠視野像は変化せず、モードが安定している
ことが第４図から理解される。
また本発明の埋め込み型半導体レーザでは、クラッド層
のＡｌ組成比を低く抑えている（０．２）ので、上下の
屈折率差が小さくなって光が上下に拡がり、通常の半導
体レーザに比してビームの真円率が１に近くなる。通常
の半導体レーザにおける出射ビームの水平拡がり角θ−
は８°、垂直拡がり角θ工は３５°であることに比べて
、本発明例ではθりθ工が夫々１２°以下、２０゛以下
であり、真円率の向上が確認された。
のＡｌ組成比を低く抑えている（０．２）ので、上下の
屈折率差が小さくなって光が上下に拡がり、通常の半導
体レーザに比してビームの真円率が１に近くなる。通常
の半導体レーザにおける出射ビームの水平拡がり角θ−
は８°、垂直拡がり角θ工は３５°であることに比べて
、本発明例ではθりθ工が夫々１２°以下、２０゛以下
であり、真円率の向上が確認された。
以上詳述した如く本発明の埋め込み型半導体レーザでは
、キャリア閉じ込め層のみのＡｌ組成比が高く他のＡｌ
ＧａＡｓ層ではＡｌ組成比が低いので、ＭＢＥ法または
ＭＯＣＶＤ法を用いて低温にて埋め込み成長が可能にな
り、ＬＰＢ法を用いた場合におけるキャリア濃度の分布
変化の発生を完全に解消することができる。また、埋め
込み成長が可能であるので、レーザの集積化における平
坦化が容易になり、電気配線も容易となる。
、キャリア閉じ込め層のみのＡｌ組成比が高く他のＡｌ
ＧａＡｓ層ではＡｌ組成比が低いので、ＭＢＥ法または
ＭＯＣＶＤ法を用いて低温にて埋め込み成長が可能にな
り、ＬＰＢ法を用いた場合におけるキャリア濃度の分布
変化の発生を完全に解消することができる。また、埋め
込み成長が可能であるので、レーザの集積化における平
坦化が容易になり、電気配線も容易となる。
第１図は本発明に係る埋め込み型半導体レーザにおける
第１回目の結晶成長後の構成を示す模式的断面図、第２
図は同じく各層のＡｌ組成比を示す模式図、第３図は本
発明の埋め込み型半導体レーザ素子のＩ−Ｌ特性を示す
グラフ、第４図は同じく光出力を変化させた際のビーム
の拡がり角の変化を示すグラフである。 １・・・基板 ２・・・バッファ層 ３・・・クラッド
層４・・・キャリア閉じ込め層 ５・・・調整層 ６・
・・活性層 ７・・・調整層 ８・・・キャリア閉じ込
め層 ９・・・クラッド層 １０・・・キャップ層
第１回目の結晶成長後の構成を示す模式的断面図、第２
図は同じく各層のＡｌ組成比を示す模式図、第３図は本
発明の埋め込み型半導体レーザ素子のＩ−Ｌ特性を示す
グラフ、第４図は同じく光出力を変化させた際のビーム
の拡がり角の変化を示すグラフである。 １・・・基板 ２・・・バッファ層 ３・・・クラッド
層４・・・キャリア閉じ込め層 ５・・・調整層 ６・
・・活性層 ７・・・調整層 ８・・・キャリア閉じ込
め層 ９・・・クラッド層 １０・・・キャップ層
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、活性層及び該活性層を挟むキャリア閉じ込め層を含
むダブルヘテロ構造を有するＡｌＧａＡｓ系の埋め込み
型半導体レーザにおいて、 前記キャリア閉じ込め層以外の各層のＡｌ組成比は０．
２以下であり、前記活性層と前記キャリア閉じ込め層と
の間に、その厚み方向にＡｌ組成比が異なる層を有する
ことを特徴とする埋め込み型半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21334689A JPH0376288A (ja) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | 埋め込み型半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21334689A JPH0376288A (ja) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | 埋め込み型半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0376288A true JPH0376288A (ja) | 1991-04-02 |
Family
ID=16637637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21334689A Pending JPH0376288A (ja) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | 埋め込み型半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0376288A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5289484A (en) * | 1992-03-25 | 1994-02-22 | Eastman Kodak Company | Laser diode |
| US5467364A (en) * | 1992-02-05 | 1995-11-14 | Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. | Semiconductor laser element and laser device using the same element |
| US5706304A (en) * | 1995-08-18 | 1998-01-06 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device |
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1989
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