JPH0461391A - ウィンドウ構造半導体レーザ及びその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光励起光源、衛星間光通信光源等に用いるウ
ィンドウ構造半導体レーザ及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体レーザの高出力化と共振器端面劣化防止には、発
光端部に発振波長に対して、透明なウィンドウ領域を設
け、端面での発振光の吸収を防ぐ結晶で埋込んだウィン
ドウ構造の半導体レーザが報告されている。

例えば、１９８６年アンカー（Ｊ、ｌＪｎｇａｒ）らが
、エレクトロニクスレター（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、Ｌｅｔ
ｅ）、２２巻。

２７９ページで提案した「高出力Ｇ　ａ　Ａ　（！　Ａ
　ｓウィンドウレーザＪ　（”Ｈｉｇｈ、Ｐｏｗｅｒ　
ＧａＡ４！　Ａｓ　ＷｉｎｄｏｗＬａｓｅｒｓ”）の構
造概略図を第３図（ａ）　、　（ｂ）に示す。

第３図（ａ）は、光軸に平行で、かつ、共振器端面と積
層面に垂直に切断した断面を示す断面図であり、第３図
（ｂ）は、ウィンドウ領域と活性領域の境界部分で切断
し、活性領域を図面上方にずらして描いた斜視図である
。

第３のレーザ構造は、次の様に製造する。まず、ｎ形Ｇ
　ａ　Ａ　ｓ基板３１上に、液相成長法（ＬＥＰ法）に
より、ｎ形Ａｊ？、Ｇａ、−、Ａｓクラッド層３２゜ｎ
形ＡｎｙＧａ＋−ｙＡｓ　（ｘ＞ｙ）光ガイド層３３゜
活性層３４．ｐ形Ａｆ２、Ｇａｔ−ｔＡｓクラッド層（
ｚ＞ｘ＞ｙ）３５を連続成長し、ウェットエツチングに
より、メサストライプを形成するとともに、共振器端面
近傍１５μｍ長を活性層まで完全に除去するヶ再び、Ｌ
ＰＥ法により、ｐ形Ａｊ！、Ｇａｌ。

Ａｓ　（ｗ＞ｘ）電流ブロック層３６．及びｎ形ＡＣＧ
　ａ　１−ｗ　Ａ　Ｓ電流ブロック層３７を順次成長す
る。

この時、ＬＰＥ法では、ＡｐＧａＡｓ上へのＡ、　Ｎ組
成比の大きな結晶は成長し難い性質を利用して、メサ上
に成長せず、はとんどメササイドのＧａＡｓ基板上に成
長する。したがって、ウィンドウ領域は、ｎ形Ａ、ＬＧ
ａ＋、Ａｓ’［流ブ０　＋７り層３７でメサ部分が埋込
まれる。次にウェノ・表面に選択的にＺｎを拡散を行な
い、ｐ形電極を形成し、裏面にｎ形電極を形成して第３
図の半導体レーザは成る。

この様なウィンドウ構造半導体レーザでは、中火部分の
高い注入キャリア密度によって作られる最大利得波長（
発振波長）に対して、共振器端面近傍が吸収の無いウィ
ンドウ領域となり、光出力を増大させることができる。

第３図のレーザ構造において、端面破壊レベルが数十ｍ
Ｗより、１００ｍＷ迄向上した。

〔発明が解決しようとする課題〕

共振器両端を活性層よりＡｕ混晶比の大きな結晶で押込
んでなる第３図の構造では、ウィンドウ領域のｐ形Ａ　
Ｒ−Ｇ　ａ　＋　−ｔ　Ａ　ｓ　電流ブｌ１ｆｆツク層
３６及びｎ形Ａｆ、、Ｇａｔ、Ａｓ電流ブロック層３７
の層厚の制御性が要求され、ｎ形ＡＡｙＧａｌ−、Ａｓ
光カイト層３３のメサ上にｐ形Ａ、Ｃ，Ｇａ、、Ａｓ電
流ブロック層が成長すれば、大きな電流リークとなる。

また、共振器端面部分のエツチング工程で、活性層３４
を除去し、光ガイド層３３−Ｆ部で止めることは困難で
ある。

本発明の目的は制御性、＃産性に優れたへ１０ＶＰＥ技
術を利用し、活性領域とウィンドウ領域との結合をスム
ーズにするとともに、ウィンド゛つ領域形成のエツチン
グ工程を容易にし、歩留良く大出力半導体レーザな実現
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前述の課題を解決するために本発明が提供する手段は、
キャリア注入により発光に与る活性層を有する活性領域
の両端に、活性領域で発光したレーザ光に対して透明な
ウィンドウ領域を備えたウィンドウ構造半導体レーザに
おいて、前記活性層が量子井戸構造で成り、前記ウィン
ドウ領域に存る活性層が無秩序化されており、前記活性
領域上前記ウィンドウ領域の境界に２　Ｘ　１０　”Ｃ
「３以上の不純物濃度を有する層が設けられていること
を特徴とするウィンドウ構造半導体レーザである。

さらに、もう１つの手段は、量子井戸構造の活性層を含
む多層積層構造を形成する工程と、前記多層積層構造の
活性領域とすべき部分にエツチングマスクを施し、エツ
チングマスクのないウィンドウ領域となす部分を前記活
性層に達するまでエツチングする工程と、前記エツチン
グマスクを残したままで前記多層積層構造にイオン注入
する工程と、前記エツチングマスク除去後、電流狭窄構
造を具備する半導体層を形成する工程と、電極を形成す
る工程とを少くとも備えていることを特徴とするウィン
ドウ構造半導体レーザの製浩方法である。

Ｃ作用〕 本発明では、活性領域とウィンドウ領域との結合に重要
なエツチング工程で、量子井戸構造活性層ヲ有したウェ
ハのエツチング深さを活性層近傍とし、再成長前にイオ
ンビーム注入、又は、Ｓｉイオンビーム注入をｎ形光ガ
イド層４内と浅くし結晶欠陥を表面部分とする。この際
、残存するウィンドウ領域の活性層を無秩序化し、ヒス
テリシス特性をなくすことができるとともに、活性層が
残存しない場合にも、再成長界面を通しての電流リーク
を低減することができる。

再成長と７ニールが同時に進行するとともに、Ｓｉイオ
ンビーム注入で生じた高濃度不純物層の損失は１Ｏａｎ
−’程度と小さく閾値を大きく上昇させるものではない
。したがって、本発明によれば、結合効率が良好で、高
効率な大出力半導体レーザを歩留良く製作できる。

〔実施例〕

以下、第２図（ａ）〜（「）を参照して、本発明の一実
施例を説明する。ｎ形ＧａＡｓ基板１（Ｓｉミド−７，
不純物濃度２　Ｘ　１０　”ｃｍ−’）上ＥＭＯＶＰＥ
技術により、ｎ形Ａ　（ｉ　ｏ、、　Ｇ　ａ　ｏ、ａＡ
　ｓクラッド層２（Ｓｉドープ、不純物濃度Ｉ　Ｘ　１
０　”ａｍ−’）を２μｍ、ｎ形Ａ　ｊ２　ｏ、ｓ　Ｇ
　ＥＬ　ｏ、ｒ　Ａ　Ｓ光ガイド層３（Ｓｉドープ、不
純物濃度１×１０１ｙ■一つを０．２μｍ、活性層４（
二重量子井戸構造：　ＧａＡｓ井戸幅８０人、　Ａ　Ｉ
ｌ　、、ｓ　Ｇ　ａ　ｏ、ｒ　Ａ　ｓバリア層５０人）
さらに、ｐ１３　Ａ　Ｉｌ　１３Ｇ　ａ　ｏ、ｒ　Ａ　
Ｓ　工ｙチンゲストツブ層５（Ｍｇドープ、不純物濃度
５ＸＩＯ１７ｃｍ−〇を５００人、ｐ形Ａ　４７０．４
　Ｇ　ａ　ｏ、ｓ　Ａ　Ｓクラッド層６（Ｍｇドープ、
不純物濃度Ｉ　Ｘ　１０　”ｃｍ−’）を１，５μｍ、
最後にｐ”ＧａＡｓキ＋ツブ層７（Ｍｇドープ）１．０
μｍを順次連続成長する（第２図（ａ））。

次に表面にレジストを施し、（０１１）順メサ方向にス
トライプ状に５０μｍ幅のウェハ表面を５００μｍ間隔
に出しく活性領域５００μｍ長。

ウィンドウ領域長２５μｍ　）　、リン酸−メタノール
系エツチング液（３ＣＨ３０Ｈ＋Ｈ２０□＋Ｈ３ＰＯ４
゜２０℃）でエツチングストップ層上０．２μｍ残して
エツチングする。さらにＨＦ系エツチング液（ＨＦ＋Ｈ
２０，２０℃）で、エツチングストップ層上まで除去す
る（第２図（ｂ））。この後、エッチソゲしたウェハ表
面全体にＳｉイオンビームを注入しくドーズ量Ｉ　Ｘ　
Ｉ　Ｏ１３ａｎ−２，加速電圧５０Ｋｅｖ）、少なくと
も活性層中は、高濃度状態で、無秩序状態にする（第２
はｃ））。

イオン注入されたウェハは、ＭＯＶＰＥ炉内で再成長よ
り予め、十分なＡｓ圧下、８００℃で水素雰囲気中で、
表面の酸化膜除去及び、アニールの為、１０分間保存さ
れる。その後、成長温度に保ち、再成長を行なう。ｎ形
ＡＩ！。ｓ　Ｇ　ａ　６．６　Ａ　ｓ電流ブロック層１
０（Ｓｉドープ、不純物濃度ｌ×１０　”Ｃｍ−’）を
２μｍ、次にｎ形Ｇ　ａ　Ａ　ｓ電流ブロック層１１（
Ｓｉドープ、不純物濃度２Ｘ１０”ＣｌＴｌ−りを１μ
ｍ連続成長する（第２図（ｄ））。

再成長したウェハは、ウィンドウ領域のみストライプ状
にレジストで覆い、ウェハ表面が露出している部分は、
前述のリン−メタノールエツチング液で３μｍ厚除去し
、ウェハ表面を平坦化する第２図（ｅ））。さらに、平
坦化されたウェハの表面にはｐ側電極８．裏面にはｎ側
電極９を形成して、本発明の半導体レーザが製作される
（第２図１図を用いて説明する。なお、第１図は、半導
体レーザの内部構造が分るように、一部を切り欠いて描
いである。

ｐ側電極８より注入されたキャリアは、活性領域内に注
入される。しかし、ｐ”−ＧａＡｓキャップ層は、低抵
抗のため、高注入時には、結合部分の界面を通して流れ
る可能性は有るが、Ｓｉイオンビームによって、結合部
分は高濃度のｎ形半導体層となっており、この部分を通
しての電流のリークはほとんど無い。

さて、活性層領域でキャリアの再結合で発生した光は、
ウィンドウ領域と活性領域が光ガイド層でつながってい
るばかりでなく、活性層本体がつながっているためにス
ムーズに結合され、端面で徹 帰還をくり返し、増幅発進する。本発明の構造では、ウ
ィンドウ領域を介しての電流リークを抑制しているとと
もに、結合部分では、活性層自体を切ることなく無秩序
化によりウィンドウ領域のバンドギャップを広げている
ので、無秩序化での不純物の散乱損失のみで、結合効率
を高くとれる。

この不純物による散乱損失は１０ｃｍ−’程度で、閾値
電流を増大させるものではない。又、再成長界面では、
Ａｎ混晶比を０．３と低くすることにより、空気中での
酸化を緩和させるとともに、再成長時の水素雰囲気中で
のアニールと表面のクリーン化で、良好な面と考えられ
る。

〔発明の効果〕

本発明において、制御性、量産性に優れたＭＯＶＰＥ技
術に適した構造であるとともに、ウィンドウ領域と活性
領域との結合が、活性層、光導波路層を切らずに、無秩
序化を利用しているので、スムーズな結合となる。また
、再成長界面では、Ａ　、ｆｆ液晶比を下げて、酸化を
緩和し、イオン注入で生じた結晶欠陥な再成長時の充分
なアニール効果て緩和される。

さらに、ウィンドウ形成時のエッチンダ工程て、選択エ
ツチングを利用しているので、容易にエツチングストッ
プ層で制御できるとともに、平坦化後に逆メサ方向にス
トライブ状のメサエッチングを形成後、ｎ形Ｇ　ａ　Ａ
　ｓ　Ｎ流ブロック層をメサ両端を埋込んで水平横方向
モード制御が容易となり、モード制御された太田カレー
ザとしてＣＷ動作で３０ｍＷ以上期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の構造概略図であり、第２図は、その
製造工程概略図である。第３図は、従来のウィンドウ構
造半導体レーザの構造概略図である。 １・・・・・ｎ形Ｇ　ａ、　Ａ　ｓ基板、２・・・・・
・ｎ形Ａβ０Ｇａ、、、クラッド層、３−　ｎ形Ａｎｙ
Ｇａｉ−ｙＡｓ光ガイド層、４・・・・・活性層、５・
・・・・・ｐ形Ａｐ。 Ｇａ１−、ＡＳエツチングストップ層（Ｘ＞Ｚ）、６・
・・・・・ｐ形ＡＣＧａ＋−、Ａｓクラッド層、７・・
・・・・ｐ＋形ＧａＡｓキャップ層、８・・・・・・ｎ
形電極、９・・・・・ｎ形電極、１０・・・・・・ｎ形
ＡＡ＝Ｇａ＋、Ａｓ（ｗ　＞　Ｘ　）電流ブロック層、
１１・・・・・・ｎ＋形Ｇ　ａ　Ａ　ｓ電流ブロック層
、２１・・・・・・レジスト、３１・・・・・・ｎ形Ｇ
ａＡｓ基板、３２　・−−−ｎ形Ａ　ｆ２０．３１　Ｇ
　ａ　ｏ、ｅａ　Ａ　ｓクラッド層、３３−・ｎ形Ａ　
（！　ｏ２ｓＧ　ａｏ４２Ａ　ｓ光カイト層、３４−・
−Ａ　Ａ？　ｏ、ｏｓ　Ｇ　ａ　Ｏ，９２Ａ　ｓ活性層
、３５・＝＝−ｐＰ／Ａｆ！ｏ、＋Ｇａｏ、ｇＡｓクラ
ッド層、３６”’”’ｐ形Ａ　ｆ！　０．３　ａ　Ｇ　
ａ　ｏ、ｓ　２　Ａ　Ｓ電流フロック層、３７−−　ｎ
形Ａ　ｊ２　ｏ、ｘａ　Ｇ　ａ　ｏ、ｅ＋　Ａ　ｓ電流
プＯツク層。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋 第　／　　閏 Ｃｂ） Ｃｃ−＋ 峯２ 詔 （ｄ） Ｕン 兇 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）キャリア注入により発光に与る活性層を有する活
   性領域の両端に、活性領域で発光したレーザ光に対して
   透明なウィンドウ領域を備えたウィンドウ構造半導体レ
   ーザにおいて、前記活性層が量子井戸構造で成り、前記
   ウィンドウ領域に存る活性層が無秩序化されており、前
   記活性領域と前記ウィンドウ領域の境界に２×１０＾１
   ＾０ｃｍ＾−＾３以上の不純物濃度を有する層が設けら
   れていることを特徴とするウィンドウ構造半導体レーザ
   。
2. （２）量子井戸構造の活性層を含む多層積層構造を形成
   する工程と、前記多層積層構造の活性領域とすべき部分
   にエッチングマスクを施し、エッチングマスクのないウ
   ィンドウ領域となす部分を前記活性層に達するまでエッ
   チングする工程と、前記エッチングマスクを残したまま
   で前記多層積層構造にイオン注入する工程と、前記エッ
   チングマスク除去後、電流狭窄構造を具備する半導体層
   を形成する工程と、電極を形成する工程とを少くとも備
   えていることを特徴とするウィンドウ構造半導体レーザ
   の製造方法。