JPH0437598B2 - - Google Patents

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JPH0437598B2
JPH0437598B2 JP58053621A JP5362183A JPH0437598B2 JP H0437598 B2 JPH0437598 B2 JP H0437598B2 JP 58053621 A JP58053621 A JP 58053621A JP 5362183 A JP5362183 A JP 5362183A JP H0437598 B2 JPH0437598 B2 JP H0437598B2
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JP
Japan
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layer
optical waveguide
forming
semiconductor
active
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JP58053621A
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JPS59181587A (ja
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Osamu Ueda
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031Edge-emitting structures

Description

【発明の詳細な説明】 (ア) 発明の技術分野 本発明は半導体レーザ素子の製造方法に関する
ものであり、より詳しく述べるならば、半導体基
板上に異なる高さに形成された2つの活性層から
レーザ発振可能な半導体レーザ素子の製造方法に
関するものである。
(イ) 従来技術と問題点 近年、半導体レーザ素子は研究開発が進み光通
信、高密度記録再生、光計測、光情報処理関係な
どの分野での光源として使用されるようになつて
きた。半導体レーザの材料、構造などがらいろい
ろと提案されている(例えば、末松安晴、荒井滋
久:長波長光通信用光源、電子材料、1979年12月
号、pp.27−34、参照)。しかしながら、ひとつの
半導体レーザにおいて異なる2波長のレーザを発
振する(すなわち、2つの活性層を有する)もの
はあまり提案されていない。
(ウ) 発明の目的 本発明の目的は、異なる波長のレーザ発振が可
能となる複数の活性層を有する半導体レーザ素子
の製造方法を提供することである。
(エ) 発明の構成 上述の目的が、下記工程(ア)〜(ク): (ア)半導体単結晶基板の上にストライプ状凸部分
がこの基板に到達する第1光導波層を形成する工
程;(イ)この第1光導波層上に第1活性層を形成す
る工程;(ウ)この第1活性層上にクラツド層兼第1
コンタクト層を構成する半導体層を形成する工
程;(エ)前記半導体層上に第2活性層を形成する工
程;(オ)この第2活性層上にストライプ状凸部分を
有する第2光導波層を形成する工程;(カ)この第2
光導波層上に第2コンタクト層を形成する工程;
(キ)選択的エツチングによつて第1コンタクト層の
上方にある第2コンタクト層、第2光導波層、第
2活性層さらにこの第1コンタクト層部分の一部
を選択的に除去する工程;および(ク)半導体結晶基
板、第1コンタクト層、および第2コンタクト層
のそれぞれの上に電極層を形成する工程;を含ん
でなることを特徴とする半導体レーザ素子の製造
方法によつて達成される。
本発明に係る半導体レーザ素子は、いわゆる平
凸導波路(Plano−Convex Waveguide)型レー
ザと呼ばれる構造であり、光導波層の厚い凸部で
は平坦部分よりも光が多く導波層にしみ出して導
波されるため、凸部と平坦部分とで実効的な屈折
率差が生じ、安定な基本横モードが導波される。
第1および第2活性層を単一ないし複数の超薄
膜の量子井戸(quantum−well)とすることは
好ましく、このことにより低しき値、高効率の半
導体レーザ素子となる。
2つの活性層の組成を制御することによつて異
なる波長のレーザ素子あるいは同一波長のレーザ
素子が得られる。
(オ) 発明の実施態様 以下、添付図面に関連した本発明の実施態様例
によつて本発明を詳細に説明する。
第7図に示した本発明に係る製造方法によつて
製作された半導体レーザ素子は、半導体基板1上
に2つの活性層8,10を有しかつこれら活性層
の間のクラツド層9が電極18のコンタクト層を
兼ねており、光導波層6,11のストライプ状凸
部7,13に対応する活性層8,10の部分から
異なる波長のレーザが発振される。この半導体レ
ーザ素子の製造工程を添付図面を参照して説明す
る。
第1図に示すようにGaAsあるいはInPなどの
ウエハである半導体基板1上に第1電流阻止層2
をエピタキシヤル成長法で形成する。この電流阻
止層2は、例えば、p型GaAs基板であるなら
ば、n型GaAs層である。この第1電流阻止層2
上にSiO2,SiN4などのマスク層3をスパツタ法
又はCVD法によつて形成し、フオトリソグラフ
イー(フオトエツチング)法によつて〈110〉方
向にストライプ状の窓4を形成する。
次に、マスク層3をマスクとして適切なエツチ
ヤントで電流阻止層2および半導体基板1の一部
をエツチングしてストライプ状の溝5を第2図の
ように形成する。
マスク層3を除去した後で、第3図に示すよう
に第1光導波層6を溝5を埋めかつその表面が平
坦となるようにエピタキシヤル成長させる。溝5
を埋めている凸部7での厚さd1と平坦部での厚さ
d2との比d1/d2が大きいほど好ましい。この第1
光導波層6は、例えば、p型GaAs基板ならば、
p型GaAlAs層である。
次に、第1光導波層6の上に第1活性層8をエ
ピタキシヤル成長で形成する。この活性層は、例
えば、GaAs基板であるならばGaAs層又は
AlGaAs層であり、InP基板であるならば
InGaAsP層であり、液相エピタキシヤル成長
(LPE)法、気相エピタキシヤル成長(VPE)法
又は有機金属熱分解法(MO−CVD)法により
形成する。この第1活性層8を第4図に示したよ
うに超薄膜からなる(すなわち、超格子構造の)
量子井戸にすることが特に好ましい。量子井戸は
一層又は複数層のウエルとそれをはさむバリヤと
からなり共に厚さが数ナノメートル(nm)の超
薄膜であつて、GaAs系ならば分子量エピタキシ
ー(MBE)によつて形成され、また、InP系な
らばMBE法、VPE法又はMO−CVD法によつて
形成できる。第1活性層8の上にクラツド層9
が、第2活性層10が、さらにその上に第2光導
波層11がエピタキシヤル成長で形成される(第
4図)。第2活性層10は第1活性層8と同様な
ものが、その組成を第1活性層と異なるようにし
て異なる2つの波長のレーザが発振されることが
好ましい。また、第2光導波層11は、第1光導
波層6と同様なものであり、例えば、p型
GaAlAs層である。さらに、第2光導波層11の
上にSiO2,Si3N4などをスパツタ法又はCVD法に
よつて層状に形成し、それをフオトリソグラフイ
ー法によつて〈110〉方向にストライプ状に残し
てストライプマスク層12を形成する。
次に、第2光導波層11を適切なエツチヤント
でエツチングしてストライプマスク層12の下に
凸部13を第5図のように形成する。さらにスト
ライプマスク層12を残こしたままで、第2電流
阻止層14を第2光導波層11上にその凸部13
の高さまでエピタキシヤル成長させる。そして、
ストライプマスク層12を除去する。この電流阻
止層14は第1電流阻止層と同様なものであり、
例えば、n型GaAs層である。
第6図に示すように、第2電流阻止層14およ
び第2光導波層11の凸部13の上にコンタクト
層15をエピタキシヤル成長させる。このコンタ
クト層15は、例えば、p型GaAs基板であるな
らば、p型GaAs層である。そして、コンタクト
層15の上にSiO2,Si3N4などの層をスパツタ法
又はCVD法によつて形成し、それをフオトソグ
ラフイー法によつてストライプ状凸部13を含む
領域の上方は残すようにエツチングしてマスク層
16を形成する。
次に、マスク層16をマスクとして適切なエツ
チヤントによつて、第7図に示すように、コンタ
クト層15、第2電流阻止層14、第2光導波層
11および第2活性層10をエツチングし、さら
に、クラツド層9の一部もエツチングする。
GaAs系の多層構造であれば、エツチング液と
してはH2SO4/H2O2/H2O系のエツチング液が
適している。マスク層16を除去した後で、コン
タクト層15の上に電極17を、クラツド層9の
表出部分(すなわち、コンタクト層として働く部
分)の上に電極18を、および半導体基板1上に
も電極19を形成する。電極18は第1および第
2活性層8,10に関して共通電極である。そし
て、ウエハをへき開することによつて個々の半導
体レーザ素子のチツプにする。
上述した製造工程でのエピタキシヤル成長は、
量子井戸の活性層以外は、LPE法、VPE法、MO
−CVD法のいずれかの方法を適切に選んで行な
うことができるが、LPE法が最も好ましい。
半導体層の導電性を上述した場合とは逆の導電
性としてもよい。
電流阻止層は上述の場合ではPN接合を利用し
ているが、高抵抗層であつてもよい。
実施例 p型(001)GaAs基板1(Znドープ、p=1
×1018cm-3、厚さ約350μm)を用意して、その上
にLPE法によつてn−GaAs電流阻止層2(Teド
ープ、n=1×1018cm-3、厚さ約1μm)を成長さ
せる。次に、SiO2スパツタ層3(厚さ約0.3μm)
を電流阻止層2上に形成し、フオトリソグラフイ
ーで〈110〉方向のストライプ状窓4を形成する。
SiO2スパツタ層3の窓4を通してH2SO4/H2
O2/H2O系エツチング液で電流阻止層2および
その下のGaAs基板1をエツチングしてストライ
プ状溝5を形成する。そして、SiO2スパツタ層
3を希HFで除去する。p−Ga0.7Al0.3As第1光
導波層6(Znドープ、p=5×1017cm-3)をLPE
法により形成して、凸部7で厚さd1約2.5μmかつ
平坦部で厚さd2約0,5μmの表面平坦な層とす
る。その上に複数の超薄膜からなる量子井戸型活
性層8をMBE法によつて形成する。まず、ウエ
ルであるGa0.5As層(厚さ約1−nm)を次にバリ
アであるGa0.7Al0.3As層(厚さ約10nm)を形成
するようにして4層のウエルと3層のバリアで量
子井戸の活性層とする。次に、n−Ga0.7Al0.3As
クラツド層9(Teドープ、n=1〜4×1018cm-
、厚さ約2μm)をLPEで形成する。量子井戸型
活性層10を4層のGaAs層ウエル(厚さ約10n
m)と3層のGa0.7Al0.3As層(厚さ約10nm)の
バリアとの組合せでMBE法により形成する。こ
の活性層10の上にp−Ga0.7Al0.3As第2光導波
層11(Znドープ、p=5×1017cm-3、厚さ約2μ
m)をLPE法によつて形成する。次に、SiO2
パツタ層(厚さ約0,2μm)を形成し、フオト
リソグラフイーで〈110〉方向のストライプマス
ク層12とする。このSiO2マスク層12をマス
クとしてH2SO4/H2O2/H2O系エツチング液で
第2光導波層11の一部をエツチングしてストラ
イプ状凸部13を形成する。このSiO2マスク層
12を付けたままでLPEによつてn−GaAs第2
電流阻止層14(Teドープ、n=4×1018cm-3
厚さ約1μm)をほぼ凸部13の高さまで形成す
る。SiO2マスク層12を希HFで除去する。第2
電流阻止層14および凸部13の上にp−GaAs
コンタクト層15(Znドープ、p=1×1019cm-
、厚さ1.5〜2μm)をLPE法により形成する。こ
のコンタクト層15の上にSiO2スパツタ層16
を形成し、フオトリソグラフイーでストライプ凸
部13の上方領域に残す。このSiO2スパツタ層
16で覆われていない部分のコンタクト層15、
第2電流阻止層14、第2光導波層11、第2活
性層10さらにクラツド層9の一部までもH2
SO4/H2O2/H2O系エツチング液でエツチング
除去する。SiO2スパツタ層16を希HFで除去し
た後で、コンタクト層15の上にp−電極17
(Au/Zn)を、クラツド層9の表出部分の上に
n−電極18(Au/Ge/Ni)をそしてGaAs基
板1上にp電極19(Au/Zn)を公知の方法で
形成する。そして、へき開によつて半導体レーザ
チツプ(長さ=共振器長約250μm、幅約300μm)
にする。
(カ) 発明の効果 本発明によつて波長の異なる2つのレーザをひ
とつの半導体レーザから発振することが可能にな
り、しかも個々独立して動作できる。量子井戸型
活性層とすることによつて低しき値電流でかつ高
効率の半導体レーザでもある。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第7図は、本発明に係る半導体レ
ーザの製造工程を説明する半導体レーザの概略断
面図である。 1……半導体基板、6……第1光導波層、7…
…凸部、8……第1活性層、9……クラツド層、
10……第2活性層、11……第2光導波層、1
3……凸部、15……コンタクト層、17,1
8,19……電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 下記工程(ア)〜(ク): (ア) 半導体単結晶基板の上にストライプ状凸部分
    がこの基板に到達する第1光導波層を形成する
    工程; (イ) この第1光導波層上に第1活性層を形成する
    工程; (ウ) この第1活性層上にクラツド層兼第1コンタ
    クト層を構成する半導体層を形成する工程; (エ) 前記半導体層上に第2活性層を形成する工
    程; (オ) この第2活性層上にストライプ状凸部分を有
    する第2光導波層を形成する工程; (カ) この第2光導波層上に第2コンタクト層を形
    成する工程; (キ) 選択的エツチングによつて前記第1コンタク
    ト層の上方にある前記第2コンタクト層、第2
    光導波層、第2活性層さらにこの第1コンタク
    ト層部分の一部を選択的に除去する工程;およ
    び (ク) 前記半導体結晶基板、第1コンタクト層、お
    よび第2コンタクト層のそれぞれの上に電極層
    を形成する工程; を含んでなることを特徴とする半導体レーザ素子
    の製造方法。 2 前記第1活性層および第2活性層を量子井戸
    構造とすることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の半導体レーザ素子の製造方法。 3 前記半導体結晶基板上に、第1電流阻止層を
    介して前記第1光導波層を形成することにより、
    該第1光導波層のストライプ状凸部の両側に該第
    1電流阻止層を形成することを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の半導体レーザ素子の製造方
    法。 4 前記第2光導波層上に、第2電流阻止層を介
    して前記第2コンタクト層を形成することによ
    り、該第2光導波層のストライプ状凸部の両側に
    該第2電流阻止層を形成することを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ素子の製
    造方法。
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KR100705738B1 (ko) 2005-09-16 2007-04-09 강봉섭 전해질이 분할된 리튬 전지
KR100874896B1 (ko) 2007-01-04 2008-12-19 한국과학기술연구원 좁은 광퍼짐을 갖는 반도체 레이저

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JPS57155790A (en) * 1981-03-23 1982-09-25 Hitachi Ltd Optical transmission module

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