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

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。