JPH04309280A - 分布帰還型半導体レーザの製法 - Google Patents

分布帰還型半導体レーザの製法

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JPH04309280A
JPH04309280A JP7522691A JP7522691A JPH04309280A JP H04309280 A JPH04309280 A JP H04309280A JP 7522691 A JP7522691 A JP 7522691A JP 7522691 A JP7522691 A JP 7522691A JP H04309280 A JPH04309280 A JP H04309280A
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JP
Japan
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mesa
semiconductor laser
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JP7522691A
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Inventor
Shoji Hirata
照二 平田
Hironobu Narui
啓修 成井
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Sony Corp
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Sony Corp
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、分布帰還型半導体レー
ザいわゆるDFB(Distributed Feed
back)レーザに係わる。
【0002】
【従来の技術】分布帰還型半導体レーザ(DFBレーザ
という)は、レーザダイオードの発光動作領域を構成す
る活性層の近傍に回折格子すなわちグレーティングを組
み込んで特定の波長、すなわち単一縦モードをより選択
的に発振発光し得るようになされたものであり、近年例
えば光ファイバ通信の広帯域伝送への応用化等のために
、各方面で研究開発が進んでいる。
【0003】一般にこの種のDFB半導体レーザの製造
にあたっては、このグレーティングを形成するためのエ
ッチング作業を挟んでその前後において、各半導体層の
エピタキシャル成長が分断される。
【0004】一方、低しきい値電流Ithを有する半導
体レーザを構成する場合において、その活性層の発光動
作領域を形成するためのストライプ上の埋込み構造を形
成する場合においても、その埋込み構造即ち光及びキャ
リアの閉じ込めを行う構造をとるために、溝形成のエッ
チング作業を挟んで2回のエピタキシャル成長作業に分
断されることが一般的である。
【0005】しかしながら、このように活性層の形成部
近傍で2回のエピタキシャル成長に分断された界面が存
在する場合、その2回のエピタキシャル成長間において
、前段のエピタキシャル成長表面が自然酸化して、特性
の劣化を来すなどの不都合が生じる。
【0006】これに対して低しきい値電流Ithを有す
る半導体レーザとして、1回のエピタキシャル成長作業
によって形成し得るようにしたSDH(Separat
ed Double Hetero Junction
) 半導体レーザが、本出願人による例えば特開昭61
−183987号、特開平2−174287号において
提案されている。
【0007】このSDH型半導体レーザは、図4にその
一例の略線的拡大断面図を示すように、先ず第1導電型
例えばn型で一主面が{100}結晶面を有する例えば
GaAs化合物半導体基体11のその一主面に、図4に
おいてその紙面と直交する〈011〉結晶軸方向に延び
るストライプ状のメサ突起2が形成され、この突起2を
有する基体11の一主面上に、順次通常のMOCVD(
有機金属による化学的気相成長)法すなわちメチル系M
OCVD法によって、連続的に第1導電型例えばn型の
クラッド層3と、低不純物濃度ないしはアンドープの活
性層4と、第2導電型例えばp型の第1のクラッド層5
と、第1導電型例えばn型の電流ブロック層6と、第2
導電型例えばp型の第2のクラッド層7と、第2導電型
のキャップ層8との各半導体層が1回のエピタキシャル
成長作業によって形成されてなる。
【0008】ここに第1導電型のクラッド層3と第2導
電型の第1及び第2のクラッド層5及び7と、第1導電
型の電流ブロック層6とは、活性層4に比してバンドギ
ャップが大すなわち屈折率が小なる材料より成る。
【0009】そして、この場合基体11及びストライプ
状のメサ突起2との結晶方位、突起2の幅及び高さ、即
ちその両側のメサ溝の深さ、さらに第1導電型のクラッ
ド層3、活性層4、第2導電型の第1のクラッド層5等
の厚さを選定することによってメサ突起2上に第1導電
型のクラッド層3、活性層4、第2導電型の第1のクラ
ッド層5を、メサ溝上におけるそれらと分断するように
斜面9A及び9Bによる断層を形成し、これら斜面9A
及び9Bによって分断されたストライプ状のエピタキシ
ャル成長層30がメサ突起2上に形成されるようにする
【0010】これは、通常のMOCVD法、即ちメチル
系の有機金属を原料ガスとして行ったMOCVD法によ
る場合、(111)B結晶面が一旦生じてくると、この
面に関してはエピタキシャル成長が生じにくいことを利
用して、ストライプ状のエピタキシャル成長層30を形
成するものである。そして、この場合電流ブロック層6
は、ストライプ状のエピタキシャル成長層30によって
これを挟んでその両側に分断され、この分断によって生
じた両端面が丁度ストライプ状エピタキシャル成長層3
0における他と分断されたストライプ状活性層4の両側
端面即ち斜面9A及び9Bに臨む端面に衝合するように
なされる。
【0011】このようにしてメサ突起2上のストライプ
状エピタキシャル成長層30における活性層4が、これ
より屈折率の小さい電流ブロック層6によって挟みこま
れるように形成されて横方向の閉じ込めがなされて発光
動作領域となるようにされ、しかもこの電流ブロック層
6の存在によってストライプ状エピタキシャル成長層3
0の両外側においては、第2導電型の第2のクラッド層
7と、ブロック層6と、第2導電型の第1のクラッド層
5と、第1導電型のクラッド層3とによってp−n−p
−nのサイリスタが形成されて、ここにおける電流が阻
止され、これによってこのメサ突起2上のストライプ状
エピタキシャル成長層30の活性層4に電流が集中する
ようになされて、低しきい値電流化をはかるようになさ
れている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】さらに、このようなS
DH型半導体レーザに対して、本発明者等は先に特願平
2−20086号出願において、図5及び図6にその一
例の略線的拡大斜視図及び一製造工程図を示すように、
化合物半導体基体11の(100)結晶面による主面1
1Aに、〈011〉結晶軸方向に沿って形成されたスト
ライプ状のメサ突起2の上面または側面、或いは上面及
び側面、この場合上面にストライプの延長方向と交差す
る方向に延びる多数の平行溝の配列による回折格子即ち
グレーティング13が形成され、このストライプ状メサ
突起2を有する主面11Aに第1導電型のクラッド層3
と、活性層4と、第2導電型のクラッド層5とが順次エ
ピタキシャル成長され、ストライプ状メサ突起2上には
第1導電型クラッド層3と、活性層4と、第2導電型の
クラッド層5とが他部と分断されてストライプ状のエピ
タキシャル成長層30として形成されて成る半導体レー
ザを提案した。このような構造とする場合、SDH構造
を採るため低しきい値電流Ithを有するという利点と
共に、活性層4の近傍にグレーティング13が存在して
いることによって、DFB動作による単一波長発振の半
導体レーザを構成することができる。
【0013】更にストライプ状メサ突起2の形成とグレ
ーティング13の形成とを行った後に各半導体層3〜5
を一連のエピタキシャル成長によって形成することがで
きるため、特性に優れた安定な半導体レーザを得ること
ができる。
【0014】このようなストライプ状メサ突起2上への
平行溝よりなるグレーティング13の形成は、周知の技
術例えば2つの光束による干渉露光法を適用し得る。即
ち、例えばメサ突起2を形成した後にフォトレジスト層
を全面的に形成し、これに対して1つの干渉性の例えば
半導体レーザ光を2つの光束に分断し、再びこれをフォ
トレジスト層の所定部上に集中させてその干渉縞を発生
させ、これによって縞状に露光するものである。この場
合、光の波長の選定によってレジストのパターニングを
行い、その後これをエッチングマスクとして化合物半導
体基体11へのエッチングを行えば平行配列された溝の
形成、従ってグレーティング13を形成することができ
る。
【0015】このような方法によりグレーティング13
を形成する場合、図5に示すように、グレーティング1
3と活性層4との距離dを0.3μm程度以下の小なる
距離に設定し、レーザ光のカップリング係数を大とする
ことによって、グレーティング13によるDFB動作の
効果を高めることができる。しかしながら、このように
距離dを小とすると、活性層4のエピタキシャル成長の
際に、グレーティング13の凹凸の影響を受けてこの活
性層4の結晶性が劣化する恐れがあり、また結晶性を考
慮して距離dを大とすると、上述したようにグレーティ
ング13のカップリングが低下する恐れがある。
【0016】本発明が解決しようとする課題は、活性層
の結晶性劣化を回避し、信頼性の高いDFBレーザを得
る製法を提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明による分布帰還型
半導体レーザの製法の一例を図1の製造工程図、図2の
略線的拡大斜視図及び図3の略線的拡大断面図に示す。 本発明製法は、図1Aに示すように、〈011〉結晶軸
方向に延長するストライプ状メサ突起2を有する{10
0}結晶面を主面1Aとする基板1上に、少なくとも第
1導電型のクラッド層3、活性層4、ガイド層14、こ
のガイド層14に対してエッチング選択比を有する選択
エッチング層15とを有する半導体多層構造部20を形
成する工程と、図1Bに示すように、選択エッチング層
15をストライプ状メサ突起2上においてのみエッチン
グして、ガイド層14の平坦部14Sを外部に露出させ
る工程と、図2に示すように、その後この平坦部14S
にグレーティング13を形成する工程と、図3に示すよ
うに、その後少なくとも第2導電型のクラッド層18を
形成する工程とを有する。
【0018】
【作用】上述したように、本発明製法では、〈011〉
結晶軸方向に延長するストライプ状メサ突起2を有する
{100}結晶面を主面1Aとする基板1上に第1導電
型のクラッド層3、活性層4、ガイド層14及び選択エ
ッチング層15とを有する半導体多層構造部20を形成
するものであるが、このように基板1の結晶面と、スト
ライプ状メサ突起2の延長する方向を選択することによ
って、通常のMOCVD法、即ちメチル系の有機金属を
原料ガスとして行ったMOCVD法による場合は、メサ
突起2上においては、(111)B面より成る斜面9A
,9Bが自然発生的に生じ、メサ突起2上の半導体多層
構造部20が、メサ突起2を挟んで互いに他と分断して
形成される。
【0019】そしてガイド層14上の選択エッチング層
15をストライプ状メサ突起2上においてのみエッチン
グし、ガイド層14の平坦部14Sを露出させてここに
グレーティング13を形成するものであるが、このよう
に活性層4をMOCVD法により一旦平坦なメサ突起2
上の主面1A上に形成した後、これの上のガイド層14
にグレーティング13を形成することから、結晶性のよ
い活性層4を得ることができる。
【0020】従って本発明によれば、上述したように(
111)B面より成る斜面9A及び9Bによって囲まれ
た、メサ突起2上の狭隘な領域に活性層4を形成するた
め、従来のSDH型半導体レーザと同様に低しきい値電
流化をはかることができ、更に、活性層4の結晶性の劣
化を伴うことなくグレーティング13を形成することが
できて、信頼性の高いDFBレーザを得ることができる
【0021】
【実施例】以下本発明分布帰還型半導体レーザの製法の
一例を、図1〜図3を参照して詳細に説明する。この場
合AlGaAs系のIII −V族半導体レーザを得る
場合を示す。
【0022】先ず図1Aに示すように、第1導電型例え
ばn型のGaAsより成る基板lを用意する。この基板
1は、その一主面1Aが{100}結晶面の例えば(1
00)結晶面を有して成り、この主面1A上に所要の幅
をもって、図示しないが〈011〉結晶軸方向の例えば
〔011〕結晶軸方向に沿って延長するストライプ状の
エッチングマスクを、例えばフォトレジストの塗布、パ
ターン露光により形成し、このエッチングマスクをマス
クとして主面1A上から例えばH2 SO4 とH2 
O2 とH2 Oとが3:1:1の割合で混合されたエ
ッチング液による結晶学的エッチングを行って、〔01
1〕結晶軸方向に沿って延長するストライプ状メサ突起
2を形成する。即ちこの場合図1Aにおいて紙面に直交
する方向を〔011〕結晶軸方向とする。
【0023】そしてエッチングマスクを除去した後に、
通常のMOCVD法、すなわちメチル系の有機金属を原
料ガスとするMOCVD法によって、メサ溝22内を含
んで全面的に第1導電型例えばn型のAlx Ga1−
x Asより成るクラッド層3をエピタキシャル成長す
る。このとき、メサ突起2上とメサ溝22内とでエピタ
キシャル成長されるが、メサ突起2の上面では(100
)結晶面に対しての角度が約55°をなす(111)B
結晶面より成る斜面9A,9Bが自然発生的に生じ、ま
たこの斜面9A,9B上ではメチル系MOCVD法によ
るエピタキシャル成長が進行しにくいので、この第1導
電型のクラッド層3はメサ突起2上とメサ溝22内とで
は、互いに分断して形成される。
【0024】続いて供給原料ガスの組成を変えてアンド
ープもしくは低濃度の例えばAly Ga1−y As
より成る活性層4と、第2導電型例えばp型のAlx 
Ga1−x As等より成るガイド層14及び例えばア
ンドープのGaAsより成る選択エッチング層15をメ
チル系MOCVD法によって順次エピタキシャル成長す
る。
【0025】またこのとき、ガイド層4の厚さを2〜5
μm程度の例えば2μmとして、この上の選択エッチン
グ層15が、その成長が進行してメサ突起2上において
その両側の斜面9A,9Bが交叉する厚さにまで成長す
ると共に、一方メサ溝22内で、この選択エッチング層
15の上面と斜面9A,9Bとの接する境界線9Rから
、メサ突起2上の活性層4までの距離が充分大となる位
置まで、この選択エッチング層15を成長するようにな
す。この場合、この境界線9Rと活性層4との距離を、
基板1に対し直交する向きに関する厚さtが1μm程度
以上となるようにする。このように活性層4と選択エッ
チング層15との距離を充分大に保持するようにして、
Aly Ga1−y Asより成る活性層4からの光が
このメサ溝22内の真性(i型)のGaAsより成る選
択エッチング層15に吸収されることを充分抑制し得る
【0026】そして更にこの場合、第2導電型例えばp
型のAlx Ga1−x Asより成る第1のクラッド
層16と、n型のAlx Ga1−x Asより成る電
流ブロック層17とを全面的にメチル系MOCVD法に
よりエピタキシャル成長する。このとき、斜面9A,9
B上においては、エピタキシャル成長が生じにくいため
、このp型クラッド層16及び電流ブロック層17はメ
サ溝22内において成長し、互いに他と分断して形成さ
れる。またこのとき第2導電型の第1のクラッド層16
の厚さを適切に例えば1μm以下程度に選定して、電流
ブロック層17が斜面9A,9B上において、メサ突起
2上の活性層4の斜面9A,9Bに臨む端面を覆うよう
になす。
【0027】そしてこの後例えばNH3 OHとH2 
O2 との混合液によるエッチング液を用いてGaAs
等より成る選択エッチング層15のみに対してエッチン
グを行い、図1Bに示すように、メサ突起2上の選択エ
ッチング層15のみを除去して、ガイド層14の上面即
ち平坦面14Sを外部に露出させる。
【0028】この場合、メサ溝22内のエピタキシャル
成長層の上面、即ち電流ブロック層17が、選択エッチ
ング層15とエッチング選択比を有するAlGaAs系
により構成されるため、この電流ブロック層17によっ
て斜面9A,9Bに臨む端面が覆われた活性層4は、エ
ッチング液によって影響されずに、良好な結晶性を保持
することができる。
【0029】そしてこの外部に露出させた平坦部14S
上に、フォトリソグラフィ等の適用によって、例えばフ
ォトレジストを塗布した後、通常の二光束干渉露光(ホ
ログラフィック露光)法、または電子ビーム描画等によ
って所要のパターンに露光した後現像を施してレジスト
のパターニングを行い、これをマスクとしてガイド層1
4に対してエッチングを行って、図2に示すように、メ
サ突起2の延長する〈011〉結晶軸方向に沿って一定
のピッチを有して平行配列された溝、即ちグレーティン
グ13を形成する。
【0030】そして図3に示すように、このガイド層1
4上を含んで全面的に、第2導電型例えばp型のAlG
aAsより成る第2のクラッド層18と、例えばp型の
GaAsより成るキャップ層19とを順次メチル系或い
はエチル系MOCVD法によってエピタキシャル成長す
る。そして更にこのキャップ層19上に蒸着、スパッタ
リング等によってAl等の金属層を被着した後、この金
属層を所要のパターン例えばメサ突起2上において、〈
011〉結晶軸方向に沿う方向に延長する平行帯状パタ
ーンにフォトリソグラフィ等の適用によってパターニン
グして電極21を形成する。また図示しないが、基板1
の裏面にも同様に対向電極をオーミックに被着形成して
、SDH構成を有するDFBレーザを得ることができる
【0031】このときy<xとし、活性層4のバンドギ
ャップが、第1導電型のクラッド層3と、ガイド層14
及び電流ブロック層17のバンドギャップより小となる
ように選定する。
【0032】上述の製法によるDFB型かつSDH型の
半導体レーザは、活性層4をエピタキシャル成長によっ
て平坦面であるメサ突起2上に形成した後、活性層4上
のガイド層14上にグレーティング13を形成するため
、活性層4の結晶性を良好に保持することができて、こ
のグレーティング13によるブラッグ反射によって良好
に単一波長発振を実現することができる。
【0033】更に上述の例においては、メサ突起2上の
ストライプ状の活性層4がその上下及び両斜面9A,9
Bに臨む端面においてそれぞれバンドギャップの大なる
クラッド層3、ガイド層14及び電流ブロック層17に
よって囲まれていることによって、光及びキャリアの閉
じ込めがなされ、かつ電流ブロック層17による電流集
中によって低しきい値電流化をはかることができる。
【0034】尚、上述の例には選択エッチング層15の
材料が真性(i型)のGaAsより成る場合であるが、
その他例えばn型GaAs等の、ガイド層14に対して
エッチング選択比を有する種々の材料を用いることがで
きる。
【0035】また、上述の例においては、基板1がGa
Asより成り、AlGaAs系の材料をもって半導体レ
ーザを形成した場合であるが、その他InP基板を用い
る等、種々の材料を用いることができる。
【0036】
【発明の効果】上述したように、本発明分布帰還型半導
体レーザの製法によれば、結晶性の良好な活性層を有す
るSDH型かつDFB型構成の半導体レーザを得ること
ができ、低しきい値電流でかつ信頼性が高く、波長の安
定化した半導体レーザを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明分布帰還型半導体レーザの製法の一例を
示す製造工程図である。
【図2】本発明分布帰還型半導体レーザの製法の一例の
一製造工程を示す略線的拡大斜視図である。
【図3】本発明分布帰還型半導体レーザの製法の一例の
一製造工程を示す略線的拡大断面図である。
【図4】従来の半導体レーザの一例の略線的拡大断面図
である。
【図5】従前の分布帰還型半導体レーザの要部の略線的
拡大斜視図である。
【図6】従前の分布帰還型半導体レーザの一製造工程図
である。
【符号の説明】
1  基板 1A  主面 2  ストライプ状メサ突起 3  第1導電型のクラッド層 4  活性層 9A  斜面 9B  斜面 9R  境界線 14  ガイド層 14S  平坦部 15  選択エッチング層 16  第2導電型の第1のクラッド層17  電流ブ
ロック層 18  第2導電型の第2のクラッド層19  キャッ
プ層 20  半導体多層構造部 21  電極 22  メサ溝

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  〈011〉結晶軸方向に延長するスト
    ライプ状メサ突起を有する{100}結晶面を主面とす
    る基板上に、少なくとも第1導電型のクラッド層、活性
    層、ガイド層、このガイド層に対してエッチング選択比
    を有する選択エッチング層とを有する半導体多層構造部
    を形成する工程と、上記選択エッチング層を上記ストラ
    イプ状メサ突起上においてのみエッチングして、上記ガ
    イド層の平坦部を外部に露出させる工程と、その後この
    平坦部にグレーティングを形成する工程と、その後少な
    くとも第2導電型のクラッド層を形成する工程とを有す
    ることを特徴とする分布帰還型半導体レーザの製法。
JP7522691A 1991-04-08 1991-04-08 分布帰還型半導体レーザの製法 Pending JPH04309280A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6084901A (en) * 1996-12-17 2000-07-04 Nec Corporation Semiconductor laser device
KR100458251B1 (ko) * 2002-10-25 2004-11-26 엘지전자 주식회사 화합물 반도체 레이저 다이오드

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