JPH05110185A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- JPH05110185A JPH05110185A JP26418491A JP26418491A JPH05110185A JP H05110185 A JPH05110185 A JP H05110185A JP 26418491 A JP26418491 A JP 26418491A JP 26418491 A JP26418491 A JP 26418491A JP H05110185 A JPH05110185 A JP H05110185A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 量子井戸の混晶化領域での遷移エネルギーが
大きい半導体レーザ装置を提供すること、および、相互
拡散領域と非相互拡散領域で充分な波長差を得ることが
容易な多波長半導体レーザ装置を提供すること。 【構成】 光発光層となる禁制帯幅の狭い井戸層を、前
記井戸層より禁制帯幅の広い障壁層で挟んでキャリアを
閉じ込めた量子井戸構造の活性層と、前記活性層を光の
閉じ込められる光導波層とクラッド層により挟んだ半導
体層をもつ半導体レーザ装置において、前記障壁層の禁
制帯幅が光導波層の禁制帯幅より広くした半導体レーザ
装置、または、前記半導体レーザ装置における各層の面
に平行な面方向に複数の活性領域を持ち、前記複数の活
性領域が非相互拡散領域および相互拡散領域からなり、
前記非相互拡散領域と前記相互拡散領域における発光波
長がそれぞれ異なる多波長半導体レーザ装置。
大きい半導体レーザ装置を提供すること、および、相互
拡散領域と非相互拡散領域で充分な波長差を得ることが
容易な多波長半導体レーザ装置を提供すること。 【構成】 光発光層となる禁制帯幅の狭い井戸層を、前
記井戸層より禁制帯幅の広い障壁層で挟んでキャリアを
閉じ込めた量子井戸構造の活性層と、前記活性層を光の
閉じ込められる光導波層とクラッド層により挟んだ半導
体層をもつ半導体レーザ装置において、前記障壁層の禁
制帯幅が光導波層の禁制帯幅より広くした半導体レーザ
装置、または、前記半導体レーザ装置における各層の面
に平行な面方向に複数の活性領域を持ち、前記複数の活
性領域が非相互拡散領域および相互拡散領域からなり、
前記非相互拡散領域と前記相互拡散領域における発光波
長がそれぞれ異なる多波長半導体レーザ装置。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、波長多重を用いた光通
信において波長の異なる複数の光ビームを出射する半導
体レーザ装置に関する。
信において波長の異なる複数の光ビームを出射する半導
体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、多波長半導体レーザとして、特開
平３−６６１８８号公報にあるように図９、図１０に示
す構造が提案されている。図９に示すレーザの構造で
は、ＧａＡｓ基板上５１に１μｍのｎ側ＳｉドープＡｌ
0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層５２、五層のＧａＡｓ／Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ａｓ量子井戸層５３、０．８μｍのｐ側Ｂｅ
ドープＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層５４、０．１μｍ
のｐ側ＢｅドープＧａＡｓキャップ層５５、０．１μｍ
のＳｉＮｘ層５６、ｐ側オーミック電極５７およびｎ側
オーミック電極５８を形成してなるものである。
平３−６６１８８号公報にあるように図９、図１０に示
す構造が提案されている。図９に示すレーザの構造で
は、ＧａＡｓ基板上５１に１μｍのｎ側ＳｉドープＡｌ
0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層５２、五層のＧａＡｓ／Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ａｓ量子井戸層５３、０．８μｍのｐ側Ｂｅ
ドープＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層５４、０．１μｍ
のｐ側ＢｅドープＧａＡｓキャップ層５５、０．１μｍ
のＳｉＮｘ層５６、ｐ側オーミック電極５７およびｎ側
オーミック電極５８を形成してなるものである。
【０００３】この構造において、前記量子井戸層５３は
禁制帯幅の狭い量子井戸層５３ａを禁制幅の広い障壁層
（＝光導波層）５３ｂで挟んだ量子井戸構造からなる半
導体層であり、この量子井戸層５３が光を閉じ込めるク
ラッド層５２、５４で挟まれているものである。
禁制帯幅の狭い量子井戸層５３ａを禁制幅の広い障壁層
（＝光導波層）５３ｂで挟んだ量子井戸構造からなる半
導体層であり、この量子井戸層５３が光を閉じ込めるク
ラッド層５２、５４で挟まれているものである。
【０００４】なお、ここで層５３ｂは量子井戸層５３ａ
にキャリアを閉じ込めるための障壁層ということができ
るが、量子井戸層５３ａで発生した光がクラッド層５
２、５４で挟まれたこの層５３内に閉じ込められて伝播
し、その場合の光の閉じ込めは層５３ｂとクラッド層５
２、５４の構造によって決まるため、層５３ｂを光導波
層ということもできる。
にキャリアを閉じ込めるための障壁層ということができ
るが、量子井戸層５３ａで発生した光がクラッド層５
２、５４で挟まれたこの層５３内に閉じ込められて伝播
し、その場合の光の閉じ込めは層５３ｂとクラッド層５
２、５４の構造によって決まるため、層５３ｂを光導波
層ということもできる。
【０００５】この半導体レーザ装置は前記ｐ側Ｂｅドー
プＧａＡｓキャップ層５５にｐ側ＢｅドープＡｌ0.2Ｇ
ａ0.8Ａｓ熱処理保護層（図示せず。）を着膜した後、
混晶化する領域（相互拡散領域ともいう。）にＳｉＮｘ
層（図示せず。）を着膜した後、熱処理炉中で１００℃
／ｓの昇温速度で９５０℃まで急速加熱し、９５０℃に
到着後、直ちに冷却する。この操作を繰り返すことによ
って、前記図示していないＳｉＮｘ層で覆われた領域の
量子井戸活性層５３内では量子井戸層５３ａと障壁層５
３ｂ間で構成元素の相互拡散が生じて、混晶化され、電
子の遷移エネルギーが増大する。
プＧａＡｓキャップ層５５にｐ側ＢｅドープＡｌ0.2Ｇ
ａ0.8Ａｓ熱処理保護層（図示せず。）を着膜した後、
混晶化する領域（相互拡散領域ともいう。）にＳｉＮｘ
層（図示せず。）を着膜した後、熱処理炉中で１００℃
／ｓの昇温速度で９５０℃まで急速加熱し、９５０℃に
到着後、直ちに冷却する。この操作を繰り返すことによ
って、前記図示していないＳｉＮｘ層で覆われた領域の
量子井戸活性層５３内では量子井戸層５３ａと障壁層５
３ｂ間で構成元素の相互拡散が生じて、混晶化され、電
子の遷移エネルギーが増大する。
【０００６】この後、前記ＳｉＮｘ層とＡｌ0.2Ｇａ0.8
Ａｓ熱処理保護層を除去し、ＧａＡｓキャップ層５５を
１０μｍ幅のストライプ状に残してエッチングする。次
に図９に示す０．１μｍのＳｉＮｘ層５６を堆積し、１
０μｍ幅の窓をあける。その後ｎ側オーミック電極５８
およびｐ側オーミック電極５７を形成し、へき開によっ
て端面を形成して半導体レーザとする。
Ａｓ熱処理保護層を除去し、ＧａＡｓキャップ層５５を
１０μｍ幅のストライプ状に残してエッチングする。次
に図９に示す０．１μｍのＳｉＮｘ層５６を堆積し、１
０μｍ幅の窓をあける。その後ｎ側オーミック電極５８
およびｐ側オーミック電極５７を形成し、へき開によっ
て端面を形成して半導体レーザとする。
【０００７】こうして混晶化活性領域５９から形成され
た半導体レーザは、非混晶化活性領域６０から形成され
た半導体レーザより、遷移エネルギーの大きな発光、す
なわち短波長の光を放射する。
た半導体レーザは、非混晶化活性領域６０から形成され
た半導体レーザより、遷移エネルギーの大きな発光、す
なわち短波長の光を放射する。
【０００８】なお、ここで混晶化とは互いに組成の異な
った半導体層間の構成元素を相互に拡散させることであ
る。量子井戸の場合、禁制帯幅の小さい組成で形成され
た井戸層と禁制帯幅の大きい組成で形成された障壁層の
間で混晶化が生じると、井戸層の組成が禁制帯幅が増加
するように変化し、遷移エネルギーが増大する。
った半導体層間の構成元素を相互に拡散させることであ
る。量子井戸の場合、禁制帯幅の小さい組成で形成され
た井戸層と禁制帯幅の大きい組成で形成された障壁層の
間で混晶化が生じると、井戸層の組成が禁制帯幅が増加
するように変化し、遷移エネルギーが増大する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の多波長半導
体レーザでは光の閉じ込めはクラッド層５２、５４によ
り行われるので、障壁層５３ｂとクラッド層５２、５４
との組成差を大きくしなければならなかった。そのた
め、必然的に障壁層５３ｂと量子井戸層５３ａの間の組
成の差を大きくとることができなくなる。したがって、
図１０に示すように障壁層（＝光導波層）５３ｂと量子
井戸層５３ａの間の相互拡散により、光の短波長化が生
じる場合、両者の組成差が小さいために混晶化領域（相
互拡散領域）での遷移エネルギーＥ1’と非混晶化領域
（非相互拡散領域）での遷移エネルギーＥ2’との間に
はあまり差がなく、したがって、これらの間のレーザ光
には充分な波長差を得ることが難しかった。
体レーザでは光の閉じ込めはクラッド層５２、５４によ
り行われるので、障壁層５３ｂとクラッド層５２、５４
との組成差を大きくしなければならなかった。そのた
め、必然的に障壁層５３ｂと量子井戸層５３ａの間の組
成の差を大きくとることができなくなる。したがって、
図１０に示すように障壁層（＝光導波層）５３ｂと量子
井戸層５３ａの間の相互拡散により、光の短波長化が生
じる場合、両者の組成差が小さいために混晶化領域（相
互拡散領域）での遷移エネルギーＥ1’と非混晶化領域
（非相互拡散領域）での遷移エネルギーＥ2’との間に
はあまり差がなく、したがって、これらの間のレーザ光
には充分な波長差を得ることが難しかった。
【００１０】そこで、本発明の目的は、量子井戸の混晶
化領域での遷移エネルギーが大きい半導体レーザ装置を
提供することである。また、本発明の他の目的は相互拡
散領域と非相互拡散領域で充分な波長差を得ることが容
易な多波長半導体レーザ装置を提供することにある。
化領域での遷移エネルギーが大きい半導体レーザ装置を
提供することである。また、本発明の他の目的は相互拡
散領域と非相互拡散領域で充分な波長差を得ることが容
易な多波長半導体レーザ装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は次の
構成により達成される。すなわち、光発光層となる禁制
帯幅の狭い量子井戸層を、前記量子井戸層より禁制帯幅
の広い障壁層で挟んでキャリアを閉じ込めた量子井戸構
造の活性層と、前記量子井戸活性層を光の閉じ込められ
る光導波層とクラッド層により挟んだ半導体層をもつ半
導体レーザ装置において、前記障壁層の禁制帯幅を光導
波層の禁制帯幅より広くした半導体レーザ装置、また
は、前記半導体レーザ装置における各層の面に平行な面
方向に複数の活性領域を持ち、前記複数の活性領域が非
相互拡散領域および相互拡散領域からなり、前記非相互
拡散領域と前記相互拡散領域における発光波長がそれぞ
れ異なる多波長半導体レーザ装置である。
構成により達成される。すなわち、光発光層となる禁制
帯幅の狭い量子井戸層を、前記量子井戸層より禁制帯幅
の広い障壁層で挟んでキャリアを閉じ込めた量子井戸構
造の活性層と、前記量子井戸活性層を光の閉じ込められ
る光導波層とクラッド層により挟んだ半導体層をもつ半
導体レーザ装置において、前記障壁層の禁制帯幅を光導
波層の禁制帯幅より広くした半導体レーザ装置、また
は、前記半導体レーザ装置における各層の面に平行な面
方向に複数の活性領域を持ち、前記複数の活性領域が非
相互拡散領域および相互拡散領域からなり、前記非相互
拡散領域と前記相互拡散領域における発光波長がそれぞ
れ異なる多波長半導体レーザ装置である。
【００１２】ここで、前記多波長半導体レーザ装置の相
互拡散領域は相互拡散の程度の異なる複数の領域から構
成して、前記相互拡散の程度の異なる複数の領域におけ
る発光波長をそれぞれ異ならせても良い。
互拡散領域は相互拡散の程度の異なる複数の領域から構
成して、前記相互拡散の程度の異なる複数の領域におけ
る発光波長をそれぞれ異ならせても良い。
【００１３】
【作用】本発明の量子井戸構造の概念図の一例を図２に
示す。本発明によれば、量子井戸層および障壁層の厚さ
を光の波長に比べて十分薄くすることにより、光の閉じ
込めにはこれらの層は無関係となり、光の閉じ込めは光
導波層とクラッド層の構造によって決めることができ
る。そのため、量子井戸層および障壁層の各構成元素の
組成および厚さは光導波層およびクラッド層の各構成元
素の組成とは独立に決めることができる。また、光を有
効に閉じ込めるための光導波層およびクラッド層の構成
元素の組成と厚さは、量子井戸層および障壁層とは独立
に決めることもできる。
示す。本発明によれば、量子井戸層および障壁層の厚さ
を光の波長に比べて十分薄くすることにより、光の閉じ
込めにはこれらの層は無関係となり、光の閉じ込めは光
導波層とクラッド層の構造によって決めることができ
る。そのため、量子井戸層および障壁層の各構成元素の
組成および厚さは光導波層およびクラッド層の各構成元
素の組成とは独立に決めることができる。また、光を有
効に閉じ込めるための光導波層およびクラッド層の構成
元素の組成と厚さは、量子井戸層および障壁層とは独立
に決めることもできる。
【００１４】また、量子井戸層と障壁層の間で構成元素
の相互拡散が生じた場合、障壁層が禁制帯幅の広い構成
元素の組成を持てば、持つほど、混晶化領域での構成元
素の組成拡散時に障壁層から量子井戸層に拡散する構成
元素の量が多くなり、量子井戸層における混晶化領域で
の遷移エネルギーＥ1と非混晶化領域での遷移エネルギ
ーＥ2との差がより大きくなる。
の相互拡散が生じた場合、障壁層が禁制帯幅の広い構成
元素の組成を持てば、持つほど、混晶化領域での構成元
素の組成拡散時に障壁層から量子井戸層に拡散する構成
元素の量が多くなり、量子井戸層における混晶化領域で
の遷移エネルギーＥ1と非混晶化領域での遷移エネルギ
ーＥ2との差がより大きくなる。
【００１５】このため、例えば障壁層の構成元素の組成
を光導波層のそれと変えることで、図２に示すように、
障壁層の禁制帯幅を光導波層のそれよりも広いものにす
ることにより、図１０に示す従来の障壁層と光導波層
（共に層５３ｂ）とが同一禁制帯幅を持つ場合に比べ
て、混晶化（相互拡散）領域の遷移エネルギーを大きく
（Ｅ1＞Ｅ1’）することができる。このとき、障壁層の
厚みは発光波長より充分薄くしているので、障壁層の禁
制帯幅を広くしても光の閉じ込めには影響は与えない。
その結果、本発明の半導体レーザ装置の混晶化（相互拡
散）領域の遷移エネルギーＥ1と非混晶化領域の遷移エ
ネルギーＥ2との差（Ｅ1−Ｅ2）を従来のそれ（Ｅ1’−
Ｅ2’）に比べて大きくすることができる。
を光導波層のそれと変えることで、図２に示すように、
障壁層の禁制帯幅を光導波層のそれよりも広いものにす
ることにより、図１０に示す従来の障壁層と光導波層
（共に層５３ｂ）とが同一禁制帯幅を持つ場合に比べ
て、混晶化（相互拡散）領域の遷移エネルギーを大きく
（Ｅ1＞Ｅ1’）することができる。このとき、障壁層の
厚みは発光波長より充分薄くしているので、障壁層の禁
制帯幅を広くしても光の閉じ込めには影響は与えない。
その結果、本発明の半導体レーザ装置の混晶化（相互拡
散）領域の遷移エネルギーＥ1と非混晶化領域の遷移エ
ネルギーＥ2との差（Ｅ1−Ｅ2）を従来のそれ（Ｅ1’−
Ｅ2’）に比べて大きくすることができる。
【００１６】こうして、本発明の半導体レーザ装置では
非相互拡散領域の量子井戸層と相互拡散領域の量子井戸
層間でのレーザ光の波長差を充分大きくすることができ
る。
非相互拡散領域の量子井戸層と相互拡散領域の量子井戸
層間でのレーザ光の波長差を充分大きくすることができ
る。
【００１７】
【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。 実施例１ 図１は本発明の実施例を示すＡｌＧａＡｓ多波長半導体
レーザの縦断面図である。この半導体レーザの製造手順
を示す。
レーザの縦断面図である。この半導体レーザの製造手順
を示す。
【００１８】まず、図３（ａ）に示すようにｎ側ＧａＡ
ｓ基板１上にＳｅドープＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓでなる厚さ
１μｍのクラッド層２、ノンドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ
でなる厚さ０．１μｍの光導波層３、ノンドープＡｌ
0.5Ｇａ0.5Ａｓでなる厚さ０．００３μｍの障壁層４、
ノンドープＧａＡｓでなる厚さ０．０１μｍの量子井戸
層５、ノンドープＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓでなる厚さ０．０
０３μｍの障壁層４、ノンドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓで
なる厚さ０．１μｍの光導波層３、ＭｇドープＡｌ0.6
Ｇａ0.4Ａｓでなる厚さ１μｍのクラッド層６、Ｍｇド
ープＧａＡｓでなる厚さ０．１μｍのキャップ層７をＭ
ＯＣＶＤ法により順次積層する。
ｓ基板１上にＳｅドープＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓでなる厚さ
１μｍのクラッド層２、ノンドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ
でなる厚さ０．１μｍの光導波層３、ノンドープＡｌ
0.5Ｇａ0.5Ａｓでなる厚さ０．００３μｍの障壁層４、
ノンドープＧａＡｓでなる厚さ０．０１μｍの量子井戸
層５、ノンドープＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓでなる厚さ０．０
０３μｍの障壁層４、ノンドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓで
なる厚さ０．１μｍの光導波層３、ＭｇドープＡｌ0.6
Ｇａ0.4Ａｓでなる厚さ１μｍのクラッド層６、Ｍｇド
ープＧａＡｓでなる厚さ０．１μｍのキャップ層７をＭ
ＯＣＶＤ法により順次積層する。
【００１９】この試料上に図３（ｂ）に示すように０．
０５μｍの厚さのＳｉＯ2膜１６を堆積し、非相互拡散
領域とする部分のＳｉＯ2膜１６をフォトリソグラフィ
ーとフッ酸系のエッチャントを用いたウェットエッチン
グによって除去する。その後、図３（ｃ）に示すように
熱処理保護膜として０．１μｍの厚さのＳｉＮｘ膜１７
を試料全面に着膜する。この試料を石英管内にひ素（Ａ
ｓ）と共に入れ、真空引きした後、電気炉内で加熱す
る。すると、この熱処理によって、ＳｉＯ2膜１６の下
では量子井戸層５内の構成元素が相互拡散し、相互拡散
領域１１が形成され、電子の遷移エネルギーは増大す
る。
０５μｍの厚さのＳｉＯ2膜１６を堆積し、非相互拡散
領域とする部分のＳｉＯ2膜１６をフォトリソグラフィ
ーとフッ酸系のエッチャントを用いたウェットエッチン
グによって除去する。その後、図３（ｃ）に示すように
熱処理保護膜として０．１μｍの厚さのＳｉＮｘ膜１７
を試料全面に着膜する。この試料を石英管内にひ素（Ａ
ｓ）と共に入れ、真空引きした後、電気炉内で加熱す
る。すると、この熱処理によって、ＳｉＯ2膜１６の下
では量子井戸層５内の構成元素が相互拡散し、相互拡散
領域１１が形成され、電子の遷移エネルギーは増大す
る。
【００２０】また、この熱処理の時間によって量子井戸
層５の構成元素の相互拡散の程度を変えることにより、
相互拡散領域１１の遷移エネルギーの大きさを制御する
ことができる。
層５の構成元素の相互拡散の程度を変えることにより、
相互拡散領域１１の遷移エネルギーの大きさを制御する
ことができる。
【００２１】なお、試料表面にＳｉＯ2膜１６を堆積さ
せ熱処理を行った場合はＳｉＮｘ膜１７を堆積させた場
合に比べ、量子井戸層５の構成元素の相互拡散が促進さ
れることは、Ａｐｐｌｉｒｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ，４９（９），１．１９８６，５１０〜５１２
頁等により知られている。
せ熱処理を行った場合はＳｉＮｘ膜１７を堆積させた場
合に比べ、量子井戸層５の構成元素の相互拡散が促進さ
れることは、Ａｐｐｌｉｒｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ，４９（９），１．１９８６，５１０〜５１２
頁等により知られている。
【００２２】この後、ＳｉＮｘ膜１７とＳｉＯ2膜１６
をドライエッチングにより除去する。続いて図１に示す
とおり０．１μｍの厚さのＳｉＮｘ膜８を試料全面に着
膜し、相互拡散領域１１と非相互拡散領域１２のそれぞ
れに１０μｍ幅の窓を開け、ｐ側電極９を蒸着する。そ
して、相互拡散領域１１と非相互拡散領域１２の間のメ
タルをフォトレジストをマスクとしてエッチングし、電
極９を分離する。その後、レジストをはく離し、ＧａＡ
ｓ基板１側を１００μｍまで研磨した後、ｎ側電極１０
を蒸着する。そして、へき開によって端面を形成して、
相互拡散した活性領域１３と相互拡散してない活性領域
１４でそれぞれ半導体レーザを形成する。
をドライエッチングにより除去する。続いて図１に示す
とおり０．１μｍの厚さのＳｉＮｘ膜８を試料全面に着
膜し、相互拡散領域１１と非相互拡散領域１２のそれぞ
れに１０μｍ幅の窓を開け、ｐ側電極９を蒸着する。そ
して、相互拡散領域１１と非相互拡散領域１２の間のメ
タルをフォトレジストをマスクとしてエッチングし、電
極９を分離する。その後、レジストをはく離し、ＧａＡ
ｓ基板１側を１００μｍまで研磨した後、ｎ側電極１０
を蒸着する。そして、へき開によって端面を形成して、
相互拡散した活性領域１３と相互拡散してない活性領域
１４でそれぞれ半導体レーザを形成する。
【００２３】本実施例においては量子井戸層５の厚みを
０．０１μｍ、障壁層４の厚みを０．００３μｍと充分
薄くしたので、光の閉じ込めは光導波層３とクラッド層
２、６で行うことができる。
０．０１μｍ、障壁層４の厚みを０．００３μｍと充分
薄くしたので、光の閉じ込めは光導波層３とクラッド層
２、６で行うことができる。
【００２４】また、障壁層４のアルミニウム（Ａｌ）の
組成比を光導波層３のアルミニウムのそれとは僅かに大
きくすることで、障壁層４のポテンシャルエネルギーを
光導波層３より高めることができる。それを図２に示
す。このため、光導波層３と障壁層４とが同一の構成元
素の組成からなるものに比べ、障壁層４のアルミニウム
を相互拡散領域１１の活性領域１３により多く注入する
ことができ、活性領域１３の禁制帯幅を非相互拡散領域
１２の活性領域１４の禁制帯幅より大きくすることがで
きる。
組成比を光導波層３のアルミニウムのそれとは僅かに大
きくすることで、障壁層４のポテンシャルエネルギーを
光導波層３より高めることができる。それを図２に示
す。このため、光導波層３と障壁層４とが同一の構成元
素の組成からなるものに比べ、障壁層４のアルミニウム
を相互拡散領域１１の活性領域１３により多く注入する
ことができ、活性領域１３の禁制帯幅を非相互拡散領域
１２の活性領域１４の禁制帯幅より大きくすることがで
きる。
【００２５】こうして得られた半導体レーザ装置の相互
拡散した活性領域１３での発光波長は７７０ｎｍであ
り、非相互拡散の活性領域１４での発光波長は８４５ｎ
ｍであった。
拡散した活性領域１３での発光波長は７７０ｎｍであ
り、非相互拡散の活性領域１４での発光波長は８４５ｎ
ｍであった。
【００２６】一方、障壁層４と光導波層３の構成元素の
組成を同一にして、本実施例と同一の製造手順で図９に
示す半導体レーザを製造した場合の相互拡散活性領域５
９と非相互拡散活性領域６０での発光波長はそれぞれ８
００ｎｍ、８５０ｎｍであり、本実施例ではより大きな
波長差のある多波長半導体レーザが得られた。
組成を同一にして、本実施例と同一の製造手順で図９に
示す半導体レーザを製造した場合の相互拡散活性領域５
９と非相互拡散活性領域６０での発光波長はそれぞれ８
００ｎｍ、８５０ｎｍであり、本実施例ではより大きな
波長差のある多波長半導体レーザが得られた。
【００２７】実施例２ 図４は本発明の第二の実施例で、実施例１の半導体レー
ザ装置の製法に不純物拡散法を併用したものである。半
導体層の構造は実施例１と同じである。この半導体レー
ザの製造手順を次に示す。
ザ装置の製法に不純物拡散法を併用したものである。半
導体層の構造は実施例１と同じである。この半導体レー
ザの製造手順を次に示す。
【００２８】実施例１と同様に、まず、図５（ａ）に示
すようにｎ側ＧａＡｓ基板２１上にＳｅドープＡｌ0.6
Ｇａ0.4Ａｓでなる厚さ１μｍのクラッド層２２、ノン
ドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓでなる厚さ０．１μｍの光導
波層２３、ノンドープＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓでなる厚さ
０．００３μｍの障壁層２４ｂ、ノンドープＧａＡｓで
なる厚さ０．０１μｍの量子井戸活性層２５、ノンドー
プＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓでなる厚さ０．００３μｍの障壁
層２４ａ、ノンドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓでなる厚さ
０．１μｍの光導波層２３、ＭｇドープＡｌ0.6Ｇａ0.4
Ａｓでなる厚さ１μｍのクラッド層２６、ＭｇドープＧ
ａＡｓでなる厚さ０．１μｍのキャップ層２７をＭＯＣ
ＶＤ法により順次積層する。
すようにｎ側ＧａＡｓ基板２１上にＳｅドープＡｌ0.6
Ｇａ0.4Ａｓでなる厚さ１μｍのクラッド層２２、ノン
ドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓでなる厚さ０．１μｍの光導
波層２３、ノンドープＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓでなる厚さ
０．００３μｍの障壁層２４ｂ、ノンドープＧａＡｓで
なる厚さ０．０１μｍの量子井戸活性層２５、ノンドー
プＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓでなる厚さ０．００３μｍの障壁
層２４ａ、ノンドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓでなる厚さ
０．１μｍの光導波層２３、ＭｇドープＡｌ0.6Ｇａ0.4
Ａｓでなる厚さ１μｍのクラッド層２６、ＭｇドープＧ
ａＡｓでなる厚さ０．１μｍのキャップ層２７をＭＯＣ
ＶＤ法により順次積層する。
【００２９】この試料上に図５（ｂ）に示すように０．
０５μｍの厚さのＳｉＯ2膜３６を堆積し、相互拡散す
る領域にＳｉＯ2膜３６を残して非相互拡散領域とする
部分のＳｉＯ2膜３６をフォトリソグラフィーとフッ酸
系エッチャントを用いたウェットエッチングによって除
去する。その後、図５（ｃ）に示すように不純物拡散の
保護膜として０．１μｍの厚さのＳｉＮｘ膜３７を着膜
する。次いで図６に示すように相互拡散する領域３１と
非相互拡散領域３２にそれぞれ５μｍのストライプが残
るようにＳｉＮｘ膜３７をエッチングし、全面にＳｉ膜
３８を１００Åの厚さ着膜する。そして、その上に図６
（ｂ）に示すように、拡散キャップ層としてＳｉＯ2膜
３９を０．５μｍの厚さ堆積させ、８５０℃で２時間熱
処理を行う。
０５μｍの厚さのＳｉＯ2膜３６を堆積し、相互拡散す
る領域にＳｉＯ2膜３６を残して非相互拡散領域とする
部分のＳｉＯ2膜３６をフォトリソグラフィーとフッ酸
系エッチャントを用いたウェットエッチングによって除
去する。その後、図５（ｃ）に示すように不純物拡散の
保護膜として０．１μｍの厚さのＳｉＮｘ膜３７を着膜
する。次いで図６に示すように相互拡散する領域３１と
非相互拡散領域３２にそれぞれ５μｍのストライプが残
るようにＳｉＮｘ膜３７をエッチングし、全面にＳｉ膜
３８を１００Åの厚さ着膜する。そして、その上に図６
（ｂ）に示すように、拡散キャップ層としてＳｉＯ2膜
３９を０．５μｍの厚さ堆積させ、８５０℃で２時間熱
処理を行う。
【００３０】その結果、相互拡散領域３１と非相互拡散
領域３２を残して、前記ＳｉＮｘ膜３７をエッチングし
て除去した領域に不純物シリコン（Ｓｉ）が拡散した領
域４０が形成される。同時にこのとき、相互拡散領域３
１では障壁層２４と量子井戸層２５で熱拡散が行われ
る。
領域３２を残して、前記ＳｉＮｘ膜３７をエッチングし
て除去した領域に不純物シリコン（Ｓｉ）が拡散した領
域４０が形成される。同時にこのとき、相互拡散領域３
１では障壁層２４と量子井戸層２５で熱拡散が行われ
る。
【００３１】その後、Ｓｉ膜３８、ＳｉＮｘ膜３７およ
びＳｉＯ2膜３６をドライエッチングにより除去する。
続いて実施例１と同様に図４に示すようにＳｉＮｘ膜２
８を試料全面に着膜し、相互拡散領域３１と非相互拡散
領域３２のそれぞれに５０μｍ幅の窓を開け、ｐ側電極
２９を蒸着する。また、ＧａＡｓ基板２１側にも実施例
１と同様にｎ側電極３０を蒸着する。そして、へき開に
よって端面を形成して、相互拡散した活性領域３３と相
互拡散してない活性領域３４でそれぞれ半導体レーザを
形成する。
びＳｉＯ2膜３６をドライエッチングにより除去する。
続いて実施例１と同様に図４に示すようにＳｉＮｘ膜２
８を試料全面に着膜し、相互拡散領域３１と非相互拡散
領域３２のそれぞれに５０μｍ幅の窓を開け、ｐ側電極
２９を蒸着する。また、ＧａＡｓ基板２１側にも実施例
１と同様にｎ側電極３０を蒸着する。そして、へき開に
よって端面を形成して、相互拡散した活性領域３３と相
互拡散してない活性領域３４でそれぞれ半導体レーザを
形成する。
【００３２】一般に不純物拡散を拡散した領域では熱拡
散に比べて、構成元素が相互拡散しやすいので、Ｓｉ拡
散領域４０はクラッド層２２、２６、光導波層２３、障
壁層２４、量子井戸層２５の間で混晶化が生じる。その
ため、Ｓｉ拡散領域４０における量子井戸層２５および
光導波層２３はＳｉ非拡散領域３１、３２における量子
井戸層２５および光導波層２３に比べ、Ａｌの組成が多
くなる。そのため、量子井戸層２５および光導波層２３
のエネルギーギャップはＳｉ非拡散領域３１、３２に比
べＳｉ拡散領域４０で大きくなる。したがって、キャリ
アを注入するとエネルギーギャップの小さいＳｉ非拡散
領域３１、３２にキャリアは閉じ込められ易くなる。ま
た、Ａｌの組成が多いと、屈折率は小さくなるため、Ｓ
ｉ非拡散領域３１、３２で屈折率が高く、それを挟むＳ
ｉ拡散領域４０の屈折率が低いという光導波路が形成さ
れ、Ｓｉ非拡散領域３１、３２に光も閉じ込められる。
散に比べて、構成元素が相互拡散しやすいので、Ｓｉ拡
散領域４０はクラッド層２２、２６、光導波層２３、障
壁層２４、量子井戸層２５の間で混晶化が生じる。その
ため、Ｓｉ拡散領域４０における量子井戸層２５および
光導波層２３はＳｉ非拡散領域３１、３２における量子
井戸層２５および光導波層２３に比べ、Ａｌの組成が多
くなる。そのため、量子井戸層２５および光導波層２３
のエネルギーギャップはＳｉ非拡散領域３１、３２に比
べＳｉ拡散領域４０で大きくなる。したがって、キャリ
アを注入するとエネルギーギャップの小さいＳｉ非拡散
領域３１、３２にキャリアは閉じ込められ易くなる。ま
た、Ａｌの組成が多いと、屈折率は小さくなるため、Ｓ
ｉ非拡散領域３１、３２で屈折率が高く、それを挟むＳ
ｉ拡散領域４０の屈折率が低いという光導波路が形成さ
れ、Ｓｉ非拡散領域３１、３２に光も閉じ込められる。
【００３３】また、Ｓｉ非拡散領域３１、３２のうち、
ＳｉＯ2膜３６で覆われた領域３１ではＳｉＮｘ膜３７
で覆われた領域３２より熱的な相互拡散が促進されるた
め、ＳｉＯ2膜３６の下の量子井戸層２５の電子の遷移
エネルギーはＳｉＮｘ膜３７の下の量子井戸層２５のそ
れに比べ大きくなり、短い波長の発光が行われる相互拡
散した活性領域３３が形成される。また非相互拡散領域
３２では長波長の発光が行われる活性領域３４が形成さ
れる。
ＳｉＯ2膜３６で覆われた領域３１ではＳｉＮｘ膜３７
で覆われた領域３２より熱的な相互拡散が促進されるた
め、ＳｉＯ2膜３６の下の量子井戸層２５の電子の遷移
エネルギーはＳｉＮｘ膜３７の下の量子井戸層２５のそ
れに比べ大きくなり、短い波長の発光が行われる相互拡
散した活性領域３３が形成される。また非相互拡散領域
３２では長波長の発光が行われる活性領域３４が形成さ
れる。
【００３４】本実施例では、Ｓｉ拡散領域４０の量子井
戸層２５および光導波層２３はＳｉ非拡散領域３１、３
２のそれよりエネルギーギャップが大きく、屈折率が小
さいため、キャリアはＳｉ非拡散領域３１、３２に閉じ
込められる。そのため、Ｓｉ非拡散領域３１、３２での
キャリア、光の閉じ込めは実施例１の半導体レーザ装置
に比べても、より効果的に行われる。
戸層２５および光導波層２３はＳｉ非拡散領域３１、３
２のそれよりエネルギーギャップが大きく、屈折率が小
さいため、キャリアはＳｉ非拡散領域３１、３２に閉じ
込められる。そのため、Ｓｉ非拡散領域３１、３２での
キャリア、光の閉じ込めは実施例１の半導体レーザ装置
に比べても、より効果的に行われる。
【００３５】このように、本実施例は電流および光を図
４の紙面の横方向に有効に閉じ込めを行い、波長の異な
る半導体レーザをビームの間隔が１０μｍ程度に近接し
て形成することが可能となる。
４の紙面の横方向に有効に閉じ込めを行い、波長の異な
る半導体レーザをビームの間隔が１０μｍ程度に近接し
て形成することが可能となる。
【００３６】本実施例１、２では、障壁層４、２４の組
成が量子井戸層５、２５の組成に対して対称となる構造
について述べたが、図７に示すようにｐ側の障壁層２４
ａの禁制帯幅をｎ側の障壁層２４ｂの禁制帯幅より狭く
することによって、電子に比べて障壁層２４ａを通り抜
けにくい正孔が量子井戸層２５に注入されやすくした構
造にしてもよい。なお、障壁層２４ａの禁制帯幅を障壁
層２４ｂのそれより小さくするためには障壁層２４ａの
Ａｌの混晶比を障壁層２４ｂのそれより小さくすればよ
い。
成が量子井戸層５、２５の組成に対して対称となる構造
について述べたが、図７に示すようにｐ側の障壁層２４
ａの禁制帯幅をｎ側の障壁層２４ｂの禁制帯幅より狭く
することによって、電子に比べて障壁層２４ａを通り抜
けにくい正孔が量子井戸層２５に注入されやすくした構
造にしてもよい。なお、障壁層２４ａの禁制帯幅を障壁
層２４ｂのそれより小さくするためには障壁層２４ａの
Ａｌの混晶比を障壁層２４ｂのそれより小さくすればよ
い。
【００３７】また、図８（ａ）に示すように量子井戸層
５の層の厚さ方向に複数並べた多重量子井戸構造を持つ
半導体レーザ装置においても、障壁層４の禁制帯幅を光
導波層３のそれより広くすることによって、図８（ｂ）
に示すような障壁層４’と光導波層３’に比べて、相互
拡散により発光波長の変化の度合を容易に変えることが
できる。
５の層の厚さ方向に複数並べた多重量子井戸構造を持つ
半導体レーザ装置においても、障壁層４の禁制帯幅を光
導波層３のそれより広くすることによって、図８（ｂ）
に示すような障壁層４’と光導波層３’に比べて、相互
拡散により発光波長の変化の度合を容易に変えることが
できる。
【００３８】本発明は前記実施例の半導体組成以外でも
よく、例えばＧａＩｎＡｌＰ混晶系、ＧａＩｎＡｓＰ混
晶系、ＡｌＩｎＡｓＰ混晶系等の材料系であっても実施
可能である。
よく、例えばＧａＩｎＡｌＰ混晶系、ＧａＩｎＡｓＰ混
晶系、ＡｌＩｎＡｓＰ混晶系等の材料系であっても実施
可能である。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば量子井戸層と混晶化を行
う障壁層の組成を光の閉じ込められる光導波層の組成に
より禁制帯幅の広い組成とすることにより、混晶化後の
量子井戸における遷移エネルギーを変化させることが容
易にできる。したがって、量子井戸構造の活性層からな
る複数の活性領域を持つ半導体レーザに適用した場合、
それぞれの領域を混晶化領域と非混晶化領域とするか、
あるいは混晶化の程度を変えることにより、近接した活
性領域における発光波長の隔たりの大きい多波長半導体
レーザを形成することが可能となる。
う障壁層の組成を光の閉じ込められる光導波層の組成に
より禁制帯幅の広い組成とすることにより、混晶化後の
量子井戸における遷移エネルギーを変化させることが容
易にできる。したがって、量子井戸構造の活性層からな
る複数の活性領域を持つ半導体レーザに適用した場合、
それぞれの領域を混晶化領域と非混晶化領域とするか、
あるいは混晶化の程度を変えることにより、近接した活
性領域における発光波長の隔たりの大きい多波長半導体
レーザを形成することが可能となる。
【図１】 本発明の多波長半導体レーザの第一の実施例
の断面図である。
の断面図である。
【図２】 本発明の多波長半導体レーザの第一の実施例
のポテンシャルエネルギーの分布を示した図である。
のポテンシャルエネルギーの分布を示した図である。
【図３】 本発明の多波長半導体レーザの第一の実施例
の製造手順を示す断面図である。
の製造手順を示す断面図である。
【図４】 本発明の多波長半導体レーザの第二の実施例
の断面図である。
の断面図である。
【図５】 本発明の多波長半導体レーザの第二の実施例
の製造手順を示す断面図である。
の製造手順を示す断面図である。
【図６】 本発明の多波長半導体レーザの第二の実施例
の製造手順を示す断面図である。
の製造手順を示す断面図である。
【図７】 本発明の多波長半導体レーザの第一、第二の
実施例に適用できるｐ側の障壁層の禁制帯幅をｎ側の障
壁層の禁制帯幅より狭くした場合のポテンシャルエネル
ギーの分布を示した図である。
実施例に適用できるｐ側の障壁層の禁制帯幅をｎ側の障
壁層の禁制帯幅より狭くした場合のポテンシャルエネル
ギーの分布を示した図である。
【図８】 本発明の多波長半導体レーザの第一、第二の
実施例に適用できる量子井戸層の層の厚さ方向に複数並
べた多重量子井戸構造を持つ半導体レーザ装置の障壁層
の禁制帯幅を光導波層のそれより広くした場合のポテン
シャルエネルギーの分布を示した図である。
実施例に適用できる量子井戸層の層の厚さ方向に複数並
べた多重量子井戸構造を持つ半導体レーザ装置の障壁層
の禁制帯幅を光導波層のそれより広くした場合のポテン
シャルエネルギーの分布を示した図である。
【図９】 従来の多波長半導体レーザの斜視図である。
【図１０】 従来の多波長半導体レーザのポテンシャル
エネルギーの分布を示した図である。
エネルギーの分布を示した図である。
１、２１…ｎ側ＧａＡｓ基板、 ２、２２…ｎ側ＳｅドープＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓクラッド
層、 ３、２３…ノンドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ光導波層、 ４、２４…ノンドープＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ障壁層、 ５、２５…ＧａＡｓ量子井戸層、 ６、２６…ＭｇドープＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓクラッド層、 ７、２７、９、２９、５７…ｐ側オーミック電極、 １０、３０、５８…ｎ側オーミック電極、 １１、３１…相互拡散領域、 １２、３２…非相互拡散
領域、 １３、３３、５９…相互拡散した活性領域、 １４、３０、６０…非相互拡散していない活性領域、 ４０…Ｓｉ拡散領域、 ５１…ｎ側ＧａＡｓ基板、 ５２…ｎ側ＳｉドープＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層、 ５３…五層のＧａＡｓ／Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ量子井戸活
性層、 ５３ａ…量子井戸層、 ５３ｂ…障壁層、 ５４…ｐ側ＢｅドープＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層、 ５５…ｐ側ＢｅドープＧａＡｓキャップ層
層、 ３、２３…ノンドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ光導波層、 ４、２４…ノンドープＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ障壁層、 ５、２５…ＧａＡｓ量子井戸層、 ６、２６…ＭｇドープＡｌ0.6Ｇａ0.4Ａｓクラッド層、 ７、２７、９、２９、５７…ｐ側オーミック電極、 １０、３０、５８…ｎ側オーミック電極、 １１、３１…相互拡散領域、 １２、３２…非相互拡散
領域、 １３、３３、５９…相互拡散した活性領域、 １４、３０、６０…非相互拡散していない活性領域、 ４０…Ｓｉ拡散領域、 ５１…ｎ側ＧａＡｓ基板、 ５２…ｎ側ＳｉドープＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層、 ５３…五層のＧａＡｓ／Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ量子井戸活
性層、 ５３ａ…量子井戸層、 ５３ｂ…障壁層、 ５４…ｐ側ＢｅドープＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層、 ５５…ｐ側ＢｅドープＧａＡｓキャップ層
Claims (3)
- 【請求項１】 光発光層となる禁制帯幅の狭い量子井戸
層を、前記量子井戸層より禁制帯幅の広い障壁層で挟ん
でキャリアを閉じ込めた量子井戸構造の活性層と、前記
量子井戸活性層を光の閉じ込められる光導波層とクラッ
ド層により挟んだ半導体層をもつ半導体レーザ装置にお
いて、前記障壁層の禁制帯幅を光導波層の禁制帯幅より
広くしたことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体レーザ装置におけ
る各層の面に平行な面方向に複数の活性領域を持ち、前
記複数の活性領域が非相互拡散領域および相互拡散領域
からなり、前記非相互拡散領域と前記相互拡散領域にお
ける発光波長がそれぞれ異なることを特徴とする多波長
半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 前記相互拡散領域は発光波長がそれぞれ
異なる相互拡散の程度の異なる複数の領域からなること
を特徴とする請求項２記載の多波長半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26418491A JPH05110185A (ja) | 1991-10-14 | 1991-10-14 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26418491A JPH05110185A (ja) | 1991-10-14 | 1991-10-14 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05110185A true JPH05110185A (ja) | 1993-04-30 |
Family
ID=17399641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26418491A Pending JPH05110185A (ja) | 1991-10-14 | 1991-10-14 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05110185A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6563850B1 (en) | 1997-10-06 | 2003-05-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light-emitting device and fabricating method thereof |
| WO2004093274A1 (ja) * | 2003-04-18 | 2004-10-28 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | 半導体素子の製造方法 |
| US7358522B2 (en) | 2001-11-05 | 2008-04-15 | Nichia Corporation | Semiconductor device |
| JP2009218623A (ja) * | 2009-06-29 | 2009-09-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ及びｉｉｉ族窒化物半導体レーザを作製する方法 |
-
1991
- 1991-10-14 JP JP26418491A patent/JPH05110185A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6563850B1 (en) | 1997-10-06 | 2003-05-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light-emitting device and fabricating method thereof |
| US7358522B2 (en) | 2001-11-05 | 2008-04-15 | Nichia Corporation | Semiconductor device |
| US7667226B2 (en) | 2001-11-05 | 2010-02-23 | Nichia Corporation | Semiconductor device |
| WO2004093274A1 (ja) * | 2003-04-18 | 2004-10-28 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | 半導体素子の製造方法 |
| CN100407524C (zh) * | 2003-04-18 | 2008-07-30 | 古河电气工业株式会社 | 半导体元件的制造方法 |
| JP2009218623A (ja) * | 2009-06-29 | 2009-09-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ及びｉｉｉ族窒化物半導体レーザを作製する方法 |
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