JPH06188507A - 量子細線半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
量子細線半導体レーザおよびその製造方法Info
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- JPH06188507A JPH06188507A JP33571392A JP33571392A JPH06188507A JP H06188507 A JPH06188507 A JP H06188507A JP 33571392 A JP33571392 A JP 33571392A JP 33571392 A JP33571392 A JP 33571392A JP H06188507 A JPH06188507 A JP H06188507A
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- type inp
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 発光効率の高いレーザを作製する。
【構成】 n-InP基板1上にn-InGaAsP光ガイド層2、p-In
P電流ブロック層3、n-InP電流ブロック層4を順次成長さ
せた半導体多層膜構造ウエハー上に、フォトリソグラフ
法とウェットエッチング法により溝を形成した後、有機
金属気相エピタキシャル成長法によりn-InGaAs層6を成
長させ、次にInGaAsバリア層7とInGaAs井戸層8とを交互
に成長させ多重量子井戸層9を形成し活性層を作製す
る。活性層は電流ブロック層間に量子細線が形成された
構造となる。その後、エピタキシャル成長によりp-InGa
AsP光ガイド層10を積層させた後、電流狭搾層を形成し
レーザ構造を得る。以上の構造により、発光効率の高
い、高寿命の半導体レーザを得る事ができる。
P電流ブロック層3、n-InP電流ブロック層4を順次成長さ
せた半導体多層膜構造ウエハー上に、フォトリソグラフ
法とウェットエッチング法により溝を形成した後、有機
金属気相エピタキシャル成長法によりn-InGaAs層6を成
長させ、次にInGaAsバリア層7とInGaAs井戸層8とを交互
に成長させ多重量子井戸層9を形成し活性層を作製す
る。活性層は電流ブロック層間に量子細線が形成された
構造となる。その後、エピタキシャル成長によりp-InGa
AsP光ガイド層10を積層させた後、電流狭搾層を形成し
レーザ構造を得る。以上の構造により、発光効率の高
い、高寿命の半導体レーザを得る事ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバー通信用光源
として重要である半導体レーザ及びその製造方法に関す
る
として重要である半導体レーザ及びその製造方法に関す
る
【０００２】
【従来の技術】一般に従来のInP系量子細線の作製方法
として、多重量子井戸層を有する半導体多層膜構造ウエ
ハーを作製した後、電子線露光法と、ドライエッチング
により作製する方法がある。前記の方法の概要を図に基
づいて説明する。図４（１）において、InP基板1上に多
重量子井戸層9を積層させたウェハー上に電子線露光に
より幅500nmのレジストパターン15を形成した後、図４
（２）において反応性イオンビームエッチングにより幅
500nm以下のメサを形成することにより量子細線構造を
得る。レーザを作製する場合は、次に埋め込み成長を行
なえばよい。また、三角形状にエッチングした基板上に
多重量子井戸層を積層させることにより、三角形の頂点
部に量子細線構造を形成する方法も試みられている。
として、多重量子井戸層を有する半導体多層膜構造ウエ
ハーを作製した後、電子線露光法と、ドライエッチング
により作製する方法がある。前記の方法の概要を図に基
づいて説明する。図４（１）において、InP基板1上に多
重量子井戸層9を積層させたウェハー上に電子線露光に
より幅500nmのレジストパターン15を形成した後、図４
（２）において反応性イオンビームエッチングにより幅
500nm以下のメサを形成することにより量子細線構造を
得る。レーザを作製する場合は、次に埋め込み成長を行
なえばよい。また、三角形状にエッチングした基板上に
多重量子井戸層を積層させることにより、三角形の頂点
部に量子細線構造を形成する方法も試みられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記前
者の方法ではドライエッチング時のダメージによる欠陥
が量子細線構造内に入り、レーザ構造を作製した際に欠
陥を介した無効電流により発振しきい値が大幅に上昇す
る。また、上記後者の方法では、InP基板上に三角形状
のエッチングを行なった場合、溝内に結晶成長しにくい
(111)A面が露出しやすい。また、Ｖ字形の溝内へのエピ
タキシャル成長では、成長界面に欠陥が発生しやすく発
光効率の低下および寿命の劣化が発生する。
者の方法ではドライエッチング時のダメージによる欠陥
が量子細線構造内に入り、レーザ構造を作製した際に欠
陥を介した無効電流により発振しきい値が大幅に上昇す
る。また、上記後者の方法では、InP基板上に三角形状
のエッチングを行なった場合、溝内に結晶成長しにくい
(111)A面が露出しやすい。また、Ｖ字形の溝内へのエピ
タキシャル成長では、成長界面に欠陥が発生しやすく発
光効率の低下および寿命の劣化が発生する。
【０００４】本発明の目的は、量子細線近傍にダメージ
を与える事なくレーザを作製する事にある。
を与える事なくレーザを作製する事にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、(100)面を主面とする第１の導電型のI
nP基板上に、第１の導電型InGaAsP層、第２の導電型のI
nP層、第１の導電型のInP層を順次成長させた半導体多
層膜構造ウエハーを作製する工程と、前記半導体多層膜
構造ウエハーの所望の第１の領域に絶縁膜ストライプマ
スクを形成し、前記ストライプマスクに隣接する前記第
２の導電型のInP層と前記第１の導電型のInP層からなる
第２の領域をエッチングする工程と、前記第２の領域に
InGaAs3元層からなる多重量子井戸層を形成する工程
と、前記絶縁膜ストライプマスクを除去した後、第２の
導電型のInGaAsP層を形成することを特徴とする半導体
レーザの製造方法を提供する。
解決するために、(100)面を主面とする第１の導電型のI
nP基板上に、第１の導電型InGaAsP層、第２の導電型のI
nP層、第１の導電型のInP層を順次成長させた半導体多
層膜構造ウエハーを作製する工程と、前記半導体多層膜
構造ウエハーの所望の第１の領域に絶縁膜ストライプマ
スクを形成し、前記ストライプマスクに隣接する前記第
２の導電型のInP層と前記第１の導電型のInP層からなる
第２の領域をエッチングする工程と、前記第２の領域に
InGaAs3元層からなる多重量子井戸層を形成する工程
と、前記絶縁膜ストライプマスクを除去した後、第２の
導電型のInGaAsP層を形成することを特徴とする半導体
レーザの製造方法を提供する。
【０００６】また、InGaAs3元層により構成される多重
量子井戸層とInP層とが交互に隣接する活性層を有し、
さらに前記活性層の上下にInGaAsP層を具備することを
特徴とする量子細線半導体レーザを提供する。
量子井戸層とInP層とが交互に隣接する活性層を有し、
さらに前記活性層の上下にInGaAsP層を具備することを
特徴とする量子細線半導体レーザを提供する。
【０００７】
【作用】上記の手段では、１回目のエピタキシャル成長
で形成した電流ブロック層内にダメージの少ないウェッ
トエッチングで溝を設けた後、２回目のエピタキシャル
成長で多重量子井戸層を形成するため、多重量子井戸層
と電流ブロック層との界面に欠陥が発生せず発光効率が
良好となる。また、前記多重量子井戸層と前記電流ブロ
ック層からなる活性層上下にInGaAsP層を設ける事によ
り、光の閉じ込め効率を向上させ、レーザ発振しきい値
を大幅に低減できる。
で形成した電流ブロック層内にダメージの少ないウェッ
トエッチングで溝を設けた後、２回目のエピタキシャル
成長で多重量子井戸層を形成するため、多重量子井戸層
と電流ブロック層との界面に欠陥が発生せず発光効率が
良好となる。また、前記多重量子井戸層と前記電流ブロ
ック層からなる活性層上下にInGaAsP層を設ける事によ
り、光の閉じ込め効率を向上させ、レーザ発振しきい値
を大幅に低減できる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の具体例を詳細に述べる。
【０００９】（実施例１）まず第１の実施例について説
明する。
明する。
【００１０】図１（ａ）に示すように、(100)面を主面
とするn-InP基板1上に厚さ0.2μmのn-InGaAsP光ガイド
層2、厚さ0.15μmのp-InP電流ブロック層3、厚さ0.15μ
mのn-InP電流ブロック層4を順次成長させた半導体多層
膜構造ウエハー上に、光ＣＶＤ（あるいはプラズマＣＶ
Ｄ）によりSiO2膜5を堆積し、二光束干渉露光法を用い
たフォトリソグラフ法とウェットエッチング法により<0
11>方向に平行なストライプ状のエッチング用のマスク
を形成する。この時、マスクの幅は約500Å、マスクの
間隔d1は約2000Åである。
とするn-InP基板1上に厚さ0.2μmのn-InGaAsP光ガイド
層2、厚さ0.15μmのp-InP電流ブロック層3、厚さ0.15μ
mのn-InP電流ブロック層4を順次成長させた半導体多層
膜構造ウエハー上に、光ＣＶＤ（あるいはプラズマＣＶ
Ｄ）によりSiO2膜5を堆積し、二光束干渉露光法を用い
たフォトリソグラフ法とウェットエッチング法により<0
11>方向に平行なストライプ状のエッチング用のマスク
を形成する。この時、マスクの幅は約500Å、マスクの
間隔d1は約2000Åである。
【００１１】次に図１（ｂ）において、マスクに隣接す
るp-InP電流ブロック層3、n-InP電流ブロック層4を、塩
酸と燐酸の混合液で選択的にエッチングすることによ
り、上部の幅d2が約1500Å、下部の幅d3が約500Åの溝
を形成した後、図１（ｃ）において有機金属気相エピタ
キシャル成長法によりn-InGaAs層6(λg=1.3μm)を約100
0Å成長させ、次にInGaAsバリア層7(λg=1.3μm:厚さLb
=100Å)とInGaAs井戸層8(λg=1.55μm:厚さLz=100Å)と
を交互に成長させ多重量子井戸層9を形成する。この時
始めにn-InGaAs層6(λg=1.3μm)を約1000Å成長させる
理由として、エピタキシャル成長前のソーク時に欠陥の
生じた電流ブロック層の側面と多重量子井戸層とを接触
させないためである。
るp-InP電流ブロック層3、n-InP電流ブロック層4を、塩
酸と燐酸の混合液で選択的にエッチングすることによ
り、上部の幅d2が約1500Å、下部の幅d3が約500Åの溝
を形成した後、図１（ｃ）において有機金属気相エピタ
キシャル成長法によりn-InGaAs層6(λg=1.3μm)を約100
0Å成長させ、次にInGaAsバリア層7(λg=1.3μm:厚さLb
=100Å)とInGaAs井戸層8(λg=1.55μm:厚さLz=100Å)と
を交互に成長させ多重量子井戸層9を形成する。この時
始めにn-InGaAs層6(λg=1.3μm)を約1000Å成長させる
理由として、エピタキシャル成長前のソーク時に欠陥の
生じた電流ブロック層の側面と多重量子井戸層とを接触
させないためである。
【００１２】図２に前記構成の活性層部の拡大断面図を
示す。多重量子井戸層の中央部の幅は約500Å以下とな
り、活性層は電流ブロック層間に量子細線が形成された
構造となる。図１（ｄ）において、SiO2膜5をフッ酸系
溶液により除去し、エピタキシャル成長によりp-InGaAs
P光ガイド層10、p-InP埋め込み層11を積層させた後、レ
ーザ構造の中央部に幅3μmのストライプマスクを形成
し、マスク外のp-InP埋め込み層11をエッチングする。
次にn-InP埋め込み層12を成長させ、さらにストライプ
マスク除去後、p-InGaAsPコンタクト層13を成長させ、
レーザ構造を作製する。
示す。多重量子井戸層の中央部の幅は約500Å以下とな
り、活性層は電流ブロック層間に量子細線が形成された
構造となる。図１（ｄ）において、SiO2膜5をフッ酸系
溶液により除去し、エピタキシャル成長によりp-InGaAs
P光ガイド層10、p-InP埋め込み層11を積層させた後、レ
ーザ構造の中央部に幅3μmのストライプマスクを形成
し、マスク外のp-InP埋め込み層11をエッチングする。
次にn-InP埋め込み層12を成長させ、さらにストライプ
マスク除去後、p-InGaAsPコンタクト層13を成長させ、
レーザ構造を作製する。
【００１３】このレーザ構造は下記の２つの特徴があ
る。１つは、量子細線間が電流ブロック層で挟まれてい
るため、電流が非常に効率良く量子細線部に注入される
点である。もう１つは、レーザ発振に必要となる光閉じ
込め効率を向上させるために活性層領域の上下に屈折率
の高いInGaAsP層を設けている点である。以上の２つの
特徴により、従来の多重量子井戸レーザに比べ低しきい
値発振、微分利得の増大による緩和振動数の向上等の特
性向上が可能となる。
る。１つは、量子細線間が電流ブロック層で挟まれてい
るため、電流が非常に効率良く量子細線部に注入される
点である。もう１つは、レーザ発振に必要となる光閉じ
込め効率を向上させるために活性層領域の上下に屈折率
の高いInGaAsP層を設けている点である。以上の２つの
特徴により、従来の多重量子井戸レーザに比べ低しきい
値発振、微分利得の増大による緩和振動数の向上等の特
性向上が可能となる。
【００１４】（実施例２）次に第２の実施例として、光
ファイバー通信に用いられているＤＦＢレーザ構造作製
の実施例を示す。本発明はＤＦＢレーザの作製にも応用
できる。以下に、図面を用いてその製造方法を説明す
る。
ファイバー通信に用いられているＤＦＢレーザ構造作製
の実施例を示す。本発明はＤＦＢレーザの作製にも応用
できる。以下に、図面を用いてその製造方法を説明す
る。
【００１５】図３（ａ）において、(100)面を主面とす
るn-InP基板1上にフォトレジストを約1000Åの厚みで塗
布してHe-Cdレーザ（波長345nm）の二光束干渉露光法に
より回折格子パターンを形成し、飽和臭素水と燐酸と水
の混合液を用いて基板をエッチングした後、フォトレジ
ストを有機溶剤で除去することにより回折格子を形成す
る。このようにして周期2000Åの回折格子を形成した
後、第１の実施例と同様に図３（ｂ）において、厚さ0.
2μmのn-InGaAsP光ガイド層2、厚さ0.15μmのp-InP電流
ブロック層3、厚さ0.15μmのn-InP電流ブロック層4を順
次成長させた半導体多層膜構造ウエハー上に、光ＣＶＤ
（あるいはプラズマＣＶＤ）によりSiO2膜5を堆積し、
再び二光束干渉露光法を用いたフォトリソグラフ法とウ
ェットエッチング法により<011>方向に平行なストライ
プ状のエッチング用のマスクを形成する。
るn-InP基板1上にフォトレジストを約1000Åの厚みで塗
布してHe-Cdレーザ（波長345nm）の二光束干渉露光法に
より回折格子パターンを形成し、飽和臭素水と燐酸と水
の混合液を用いて基板をエッチングした後、フォトレジ
ストを有機溶剤で除去することにより回折格子を形成す
る。このようにして周期2000Åの回折格子を形成した
後、第１の実施例と同様に図３（ｂ）において、厚さ0.
2μmのn-InGaAsP光ガイド層2、厚さ0.15μmのp-InP電流
ブロック層3、厚さ0.15μmのn-InP電流ブロック層4を順
次成長させた半導体多層膜構造ウエハー上に、光ＣＶＤ
（あるいはプラズマＣＶＤ）によりSiO2膜5を堆積し、
再び二光束干渉露光法を用いたフォトリソグラフ法とウ
ェットエッチング法により<011>方向に平行なストライ
プ状のエッチング用のマスクを形成する。
【００１６】次に図３（ｃ）において、マスクに隣接す
るp-InP電流ブロック層3、n-InP電流ブロック層4を、塩
酸と燐酸の混合液で選択的にエッチングで溝を形成した
後、有機金属気相エピタキシャル成長法によりn-InGaAs
層6(λg=1.3μm)を約1000Å成長させ、次にInGaAsバリ
ア層7(λg=1.3μm:厚さLb=100Å)とInGaAs井戸層8(λg=
1.55μm:厚さLz=100Å)とを交互に成長させ多重量子井
戸層9を形成する。
るp-InP電流ブロック層3、n-InP電流ブロック層4を、塩
酸と燐酸の混合液で選択的にエッチングで溝を形成した
後、有機金属気相エピタキシャル成長法によりn-InGaAs
層6(λg=1.3μm)を約1000Å成長させ、次にInGaAsバリ
ア層7(λg=1.3μm:厚さLb=100Å)とInGaAs井戸層8(λg=
1.55μm:厚さLz=100Å)とを交互に成長させ多重量子井
戸層9を形成する。
【００１７】図３（ｄ）において、SiO2膜5をフッ酸系
溶液により除去し、エピタキシャル成長によりp-InGaAs
P光ガイド層10、p-InP埋め込み層11を積層させた後、第
１の実施例と同様のレーザ構造を作製する。従来例の１
つであるＶ字形の溝内への成長方法ではＤＦＢレーザの
作製は困難であるが、本発明では実施例１のプロセスに
おいてグレーティングを施した基板を用いれば良いた
め、従来のＤＦＢレーザ作製プロセスとの整合性が大変
良い。従って、従来の多重量子井戸ＤＦＢレーザに比
べ、低しきい値発振及び高速変調時の応答特性向上が可
能となる。
溶液により除去し、エピタキシャル成長によりp-InGaAs
P光ガイド層10、p-InP埋め込み層11を積層させた後、第
１の実施例と同様のレーザ構造を作製する。従来例の１
つであるＶ字形の溝内への成長方法ではＤＦＢレーザの
作製は困難であるが、本発明では実施例１のプロセスに
おいてグレーティングを施した基板を用いれば良いた
め、従来のＤＦＢレーザ作製プロセスとの整合性が大変
良い。従って、従来の多重量子井戸ＤＦＢレーザに比
べ、低しきい値発振及び高速変調時の応答特性向上が可
能となる。
【００１８】
【発明の効果】以上詳細に示したように、本発明によれ
ば次のような効果を奏する事ができる。
ば次のような効果を奏する事ができる。
【００１９】(100)面を主面とする第１の導電型のInP基
板上に、第１の導電型InGaAsP層、第２の導電型のInP
層、第１の導電型のInP層を順次成長させた半導体多層
膜構造ウエハーを作製する工程と、前記半導体多層膜構
造ウエハーの所望の第１の領域に絶縁膜ストライプマス
クを形成し、前記ストライプマスクに隣接する前記第２
の導電型のInP層と前記第１の導電型のInP層からなる第
２の領域をエッチングする工程と、前記第２の領域にIn
GaAs3元層からなる多重量子井戸層を形成する工程と、
前記絶縁膜ストライプマスクを除去した後、第２の導電
型のInGaAsP層を形成することにより量子細線構造内に
欠陥の少ないレーザ素子を作製することが容易となるた
め、発光効率の向上、高寿命化が可能となる。また、活
性層の上下にInGaAsP層を設ける事により、光の閉じ込
め効率が向上するため、低しきい値レーザ発振が可能と
なる。
板上に、第１の導電型InGaAsP層、第２の導電型のInP
層、第１の導電型のInP層を順次成長させた半導体多層
膜構造ウエハーを作製する工程と、前記半導体多層膜構
造ウエハーの所望の第１の領域に絶縁膜ストライプマス
クを形成し、前記ストライプマスクに隣接する前記第２
の導電型のInP層と前記第１の導電型のInP層からなる第
２の領域をエッチングする工程と、前記第２の領域にIn
GaAs3元層からなる多重量子井戸層を形成する工程と、
前記絶縁膜ストライプマスクを除去した後、第２の導電
型のInGaAsP層を形成することにより量子細線構造内に
欠陥の少ないレーザ素子を作製することが容易となるた
め、発光効率の向上、高寿命化が可能となる。また、活
性層の上下にInGaAsP層を設ける事により、光の閉じ込
め効率が向上するため、低しきい値レーザ発振が可能と
なる。
【図１】本発明の実施例のレーザ製造工程の断面図
【図２】本発明の実施例のレーザの活性層部の拡大断面
図
図
【図３】本発明の実施例のＤＦＢレーザ製造工程の断面
図
図
【図４】従来の実施例のレーザ製造工程の断面図
1 (100)n-InP基板 2 n-InGaAsP光ガイド層 3 p-InP電流ブロック層 4 n-InP電流ブロック層 5 SiO2膜 6 n-InGaAs層 7 InGaAsバリア層 8 InGaAs井戸層 9 多重量子井戸層 10 p-InGaAsP光ガイド層 11 p-InP埋め込み層 12 n-InP埋め込み層 13 p-InGaAsPコンタクト層 14 p-InP層 15 レジスト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 康 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】第１の導電型のInP基板上に、第２の導電
型InP層と第１の導電型InP層からなる電流ブロック層と
InGaAs3元層により構成される多重量子井戸層とが基板
面と平行方向に交互に隣接する活性層領域を有し、さら
に前記活性層領域の上下にInGaAsP層を具備することを
特徴とする量子細線半導体レーザ。 - 【請求項２】活性層領域の間に回折格子を具備すること
を特徴とする請求項１記載の量子細線半導体レーザ。 - 【請求項３】(100)面を主面とする第１の導電型のInP基
板上に、第１の導電型InGaAsP層、第２の導電型のInP
層、第１の導電型のInP層を順次成長させた半導体多層
膜構造ウエハーを作製する工程と、前記半導体多層膜構
造ウエハーの所望の第１の領域に絶縁膜ストライプマス
クを形成し、前記ストライプマスクに隣接する前記第２
の導電型のInP層と前記第１の導電型のInP層からなる第
２の領域をエッチングする工程と、前記第２の領域にIn
GaAs3元層からなる多重量子井戸層を形成する工程と、
前記絶縁膜ストライプマスクを除去した後、第２の導電
型のInGaAsP層を形成することを特徴とする半導体レー
ザの製造方法。 - 【請求項４】(100)面を主面とする第１の導電型のInP基
板上に回折格子を形成し、さらに第１の導電型InGaAsP
層、第２の導電型のInP層、第１の導電型のInP層を順次
成長させた半導体多層膜構造ウエハーを作製する工程
と、前記半導体多層膜構造ウエハーの所望の第１の領域
に絶縁膜ストライプマスクを形成し、前記ストライプマ
スクに隣接する前記第２の導電型のInP層と前記第１の
導電型のInP層からなる第２の領域をエッチングする工
程と、前記第２の領域にInGaAs3元層からなる多重量子
井戸層を形成する工程と、前記絶縁膜ストライプマスク
を除去した後、第２の導電型のInGaAsP層を形成するこ
とを特徴とする半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33571392A JPH06188507A (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | 量子細線半導体レーザおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33571392A JPH06188507A (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | 量子細線半導体レーザおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06188507A true JPH06188507A (ja) | 1994-07-08 |
Family
ID=18291647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33571392A Pending JPH06188507A (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | 量子細線半導体レーザおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06188507A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2380605A (en) * | 2001-10-02 | 2003-04-09 | Toshiba Res Europ Ltd | A photon source and method of its fabrication and operation |
| US6822990B2 (en) | 2000-09-08 | 2004-11-23 | Mitsui Chemicals, Inc. | Semiconductor laser device |
-
1992
- 1992-12-16 JP JP33571392A patent/JPH06188507A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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