JPH0621564A - 半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents
半導体レーザ装置の製造方法Info
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- JPH0621564A JPH0621564A JP17218692A JP17218692A JPH0621564A JP H0621564 A JPH0621564 A JP H0621564A JP 17218692 A JP17218692 A JP 17218692A JP 17218692 A JP17218692 A JP 17218692A JP H0621564 A JPH0621564 A JP H0621564A
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- Japan
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- quantum
- semiconductor laser
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高効率かつ低しきい値で、温度特性を良くす
ると共に、近接ストライプ間の熱的クロストークを低減
させる。 【構成】 代表的な結晶面方位（００１）から傾斜した
結晶面を表面とする傾斜基板１に、エッチング法などに
より１または複数個のストライプ状凸形状の平坦面１ａ
を形成する。この基板表面全体にクラッド層５，１０と
コンファイメント層６とそれにより挟まれた活性層（井
戸層７，障壁層８）を主構成要素とする半導体レーザ構
造を作製する。活性層はストライプ状凸形状の上部平坦
面に存在する単原子層ステップを利用した縦型超格子で
形成された量子井戸、あるいは量子細線あるいは量子箱
により構成される。マルチビームレーザの場合、クラッ
ド層１０を覆うｐ型キャップ層１１上にはエッチングで
分離されたｐ型電極２１ａ，２１ｂを、また基板１側に
はｎ型電極２２が形成される。
ると共に、近接ストライプ間の熱的クロストークを低減
させる。 【構成】 代表的な結晶面方位（００１）から傾斜した
結晶面を表面とする傾斜基板１に、エッチング法などに
より１または複数個のストライプ状凸形状の平坦面１ａ
を形成する。この基板表面全体にクラッド層５，１０と
コンファイメント層６とそれにより挟まれた活性層（井
戸層７，障壁層８）を主構成要素とする半導体レーザ構
造を作製する。活性層はストライプ状凸形状の上部平坦
面に存在する単原子層ステップを利用した縦型超格子で
形成された量子井戸、あるいは量子細線あるいは量子箱
により構成される。マルチビームレーザの場合、クラッ
ド層１０を覆うｐ型キャップ層１１上にはエッチングで
分離されたｐ型電極２１ａ，２１ｂを、また基板１側に
はｎ型電極２２が形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高効率、低しきい値で
ある温度特性の良い半導体レーザ装置の製造方法に関す
る。
ある温度特性の良い半導体レーザ装置の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】量子箱や量子細線では、電子・正孔は量
子井戸ポテンシャルにより形成された０次元や１次元的
な領域に閉じ込められるので、量子準位における状態密
度がピークを持つ（先鋭化）。この状態密度は、電子・
正孔を二次元的な領域に閉じ込める量子井戸より先鋭化
している。状態密度の尖鋭化はレーザの利得スペクトル
を狭くし、注入キャリア（電子・正孔）のレーザ発振波
長における利得への寄与を大きくする。従って、量子箱
レーザや量子細線レーザは量子井戸レーザより、レーザ
発振のしきい値を低減できる。また、状態密度の尖鋭化
により、しきい値電流の温度依存性が改善される。この
ように量子箱レーザや量子細線レーザは高効率で温度特
性が良いという特徴がある。
子井戸ポテンシャルにより形成された０次元や１次元的
な領域に閉じ込められるので、量子準位における状態密
度がピークを持つ（先鋭化）。この状態密度は、電子・
正孔を二次元的な領域に閉じ込める量子井戸より先鋭化
している。状態密度の尖鋭化はレーザの利得スペクトル
を狭くし、注入キャリア（電子・正孔）のレーザ発振波
長における利得への寄与を大きくする。従って、量子箱
レーザや量子細線レーザは量子井戸レーザより、レーザ
発振のしきい値を低減できる。また、状態密度の尖鋭化
により、しきい値電流の温度依存性が改善される。この
ように量子箱レーザや量子細線レーザは高効率で温度特
性が良いという特徴がある。
【０００３】一方、近接した発光点を有するマルチビー
ムレーザは発光ストライプ間の熱的なクロストークが問
題になりやすく、高効率でしかも温度特性が良いレーザ
を必要としている。従って、量子箱レーザや量子細線レ
ーザはマルチビームレーザとして非常に有望である。量
子箱レーザや量子細線レーザの作製方法としてE.Kapo
n，Bellcore,USA（第５回ＭＳＳ会議１９９１年予講集
Ｃ−１）は、Ｖ字溝を形成した基板表面上に、通常の量
子井戸層を作製し、Ｖ字溝底部の量子井戸層の形状が三
ケ月状になることを利用した。三ケ月状量子井戸層で
は、その井戸層幅が広い部位ほど量子準位エネルギーが
小さくなり、井戸層幅が狭い部位ほど量子準位エネルギ
ーが大きくなる。これにより横方向にキャリアの閉じ込
め効果が発生するので、三ケ月量子井戸は量子箱や量子
細線の効果を持っている。この量子箱や量子細線を上下
方向（結晶成長方向）の近接位置に複数個設けて一個の
発光点の量子箱レーザや量子細線レーザを作製すること
ができる。
ムレーザは発光ストライプ間の熱的なクロストークが問
題になりやすく、高効率でしかも温度特性が良いレーザ
を必要としている。従って、量子箱レーザや量子細線レ
ーザはマルチビームレーザとして非常に有望である。量
子箱レーザや量子細線レーザの作製方法としてE.Kapo
n，Bellcore,USA（第５回ＭＳＳ会議１９９１年予講集
Ｃ−１）は、Ｖ字溝を形成した基板表面上に、通常の量
子井戸層を作製し、Ｖ字溝底部の量子井戸層の形状が三
ケ月状になることを利用した。三ケ月状量子井戸層で
は、その井戸層幅が広い部位ほど量子準位エネルギーが
小さくなり、井戸層幅が狭い部位ほど量子準位エネルギ
ーが大きくなる。これにより横方向にキャリアの閉じ込
め効果が発生するので、三ケ月量子井戸は量子箱や量子
細線の効果を持っている。この量子箱や量子細線を上下
方向（結晶成長方向）の近接位置に複数個設けて一個の
発光点の量子箱レーザや量子細線レーザを作製すること
ができる。
【０００４】しかし、この方法では量子井戸層が三ケ月
状になること利用しているため、細線の幅を狭くして横
方向の量子サイズ効果を十分に得ることが難しく、量子
箱や量子細線の特徴を十分に生かすことができない。さ
らに、量子井戸層は上下方向に複数個形成されているた
め、上方に作製される井戸層ほどその三ケ月形状の曲率
が大きくなり易いという欠点がある。曲率が変化する
と、キャリアの閉じ込めエネルギーが変化し、個々の量
子井戸層の量子準位が変動し、レーザ発振の効率が低下
する。前述の例ではマルチビーム構造になっていない
が、Ｖ字溝を横方向に複数個作製することは容易である
ので、マルチビームレーザを作製することはできる。し
かし、上記の欠点がある。
状になること利用しているため、細線の幅を狭くして横
方向の量子サイズ効果を十分に得ることが難しく、量子
箱や量子細線の特徴を十分に生かすことができない。さ
らに、量子井戸層は上下方向に複数個形成されているた
め、上方に作製される井戸層ほどその三ケ月形状の曲率
が大きくなり易いという欠点がある。曲率が変化する
と、キャリアの閉じ込めエネルギーが変化し、個々の量
子井戸層の量子準位が変動し、レーザ発振の効率が低下
する。前述の例ではマルチビーム構造になっていない
が、Ｖ字溝を横方向に複数個作製することは容易である
ので、マルチビームレーザを作製することはできる。し
かし、上記の欠点がある。
【０００５】上記以外の量子箱や量子細線の作製方法と
して、フォトリソグラフィーにより量子井戸層をストラ
イプ状にエッチングして細線にする方法がある。しかし
フォトリソグラフィーにより、量子サイズ効果が得られ
るほどの細線（例えば２５０Å幅）を形成することは、
現段階では技術的に非常に難しい。しかもこの場合はエ
ッチングされた細線表面のダメージが大きいので、非発
光再結合が起こりやすく発光特性が劣化する。当然、レ
ーザの活性層の作製方法として適当ではない。
して、フォトリソグラフィーにより量子井戸層をストラ
イプ状にエッチングして細線にする方法がある。しかし
フォトリソグラフィーにより、量子サイズ効果が得られ
るほどの細線（例えば２５０Å幅）を形成することは、
現段階では技術的に非常に難しい。しかもこの場合はエ
ッチングされた細線表面のダメージが大きいので、非発
光再結合が起こりやすく発光特性が劣化する。当然、レ
ーザの活性層の作製方法として適当ではない。
【０００６】最近、傾斜基板表面の単原子層ステップを
利用した縦型超格子の作製方法が報告されている（例、
「（AlAs)1/2(GaAs)1/2 fractional-layer superlattic
sesgrown on (001) vicinal GaAs substrates by metal
-organic chemical vapor deposition）」Takashi Fuku
i，Hisao Saito, Japan，J.Vac.Sci,Technol,B,Vol.6,N
o.4,Jul/Aug 1988，p1373-1377，American Vacuum Soci
ety発行）。この方法では、量子井戸層が縦方向に形成
されるので、その縦方向の長さを短くすると量子箱や量
子細線になる。
利用した縦型超格子の作製方法が報告されている（例、
「（AlAs)1/2(GaAs)1/2 fractional-layer superlattic
sesgrown on (001) vicinal GaAs substrates by metal
-organic chemical vapor deposition）」Takashi Fuku
i，Hisao Saito, Japan，J.Vac.Sci,Technol,B,Vol.6,N
o.4,Jul/Aug 1988，p1373-1377，American Vacuum Soci
ety発行）。この方法では、量子井戸層が縦方向に形成
されるので、その縦方向の長さを短くすると量子箱や量
子細線になる。
【０００７】図４は、傾斜基板表面の単原子層ステップ
を利用した縦型超格子の模式図である。図示の縦型超格
子の作製方法は以下の通りである。基板表面全体に単原
子層を成長させるのに必要な原子数をＧ１とする。この
原子数のある分数倍（Ｇ１／ａ）を傾斜基板１上に供給
すると、供給された原子は傾斜基板表面をマグレーショ
ンし、基板の傾斜角度によって決定される周期間隔で存
在する単原子層ステップ２に吸着され、これが面内方向
に成長して結晶表面をその分数倍（１／ａ）だけ覆う。
次にこの分数を１から引いて得られる分数（１−１／
ａ）をＧ１に乗じた原子数（Ｇ１−Ｇ１／ａ）を傾斜基
板に供給すると、元の基板表面全体が覆われることにな
る。この性質を利用して例えば、III族元素のＡをＧ１
／ａだけ供給し、次にIII族元素のＢを（Ｇ１−Ｇ１／
ａ）だけ供給する。
を利用した縦型超格子の模式図である。図示の縦型超格
子の作製方法は以下の通りである。基板表面全体に単原
子層を成長させるのに必要な原子数をＧ１とする。この
原子数のある分数倍（Ｇ１／ａ）を傾斜基板１上に供給
すると、供給された原子は傾斜基板表面をマグレーショ
ンし、基板の傾斜角度によって決定される周期間隔で存
在する単原子層ステップ２に吸着され、これが面内方向
に成長して結晶表面をその分数倍（１／ａ）だけ覆う。
次にこの分数を１から引いて得られる分数（１−１／
ａ）をＧ１に乗じた原子数（Ｇ１−Ｇ１／ａ）を傾斜基
板に供給すると、元の基板表面全体が覆われることにな
る。この性質を利用して例えば、III族元素のＡをＧ１
／ａだけ供給し、次にIII族元素のＢを（Ｇ１−Ｇ１／
ａ）だけ供給する。
【０００８】すると、単原子層ステップ２で成長したＡ
原子の領域とＢ原子の領域が交互に規則正しく並ぶ。そ
の後、Ｖ族元素をＧ１供給するとＡ原子からなる化合物
とＢ原子からなる化合物が一層できる。この様な結晶成
長を何回も繰り返し行うことによりＡ原子で構成された
化合物の領域とＢ原子で構成された化合物の領域が縦方
向に成長していき、基板の傾斜角度によって決定される
単原子層ステップの周期を持つ縦型超格子井戸層３およ
び縦型超格子障壁層４からなる量子井戸や量子細線を作
製することができる。また基板表面の傾斜角度を図５の
ようにとり上記と同様の方法で縦型超格子を作製すると
量子細線を形成できる。
原子の領域とＢ原子の領域が交互に規則正しく並ぶ。そ
の後、Ｖ族元素をＧ１供給するとＡ原子からなる化合物
とＢ原子からなる化合物が一層できる。この様な結晶成
長を何回も繰り返し行うことによりＡ原子で構成された
化合物の領域とＢ原子で構成された化合物の領域が縦方
向に成長していき、基板の傾斜角度によって決定される
単原子層ステップの周期を持つ縦型超格子井戸層３およ
び縦型超格子障壁層４からなる量子井戸や量子細線を作
製することができる。また基板表面の傾斜角度を図５の
ようにとり上記と同様の方法で縦型超格子を作製すると
量子細線を形成できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記縦型超格子や量子
細線を、半導体レーザの活性層に使用することは従来か
ら可能であったが、半導体レーザの特性を向上させるの
に必要な横方向の光閉込め構造や電流峡窄構造を結晶成
長と同時に作製する方法は提案されていなかった。従来
法は、例えば結晶成長した後でエッチング法を用いるリ
ッジ構造の作製方法や、エッチングと再成長を併用した
埋め込み型構造の作製方法である。これらの方法は作製
手順が複雑であるため作業工数が多く長時間が必要であ
ったり、歩留りが悪くなり易いなどの問題点があった。
細線を、半導体レーザの活性層に使用することは従来か
ら可能であったが、半導体レーザの特性を向上させるの
に必要な横方向の光閉込め構造や電流峡窄構造を結晶成
長と同時に作製する方法は提案されていなかった。従来
法は、例えば結晶成長した後でエッチング法を用いるリ
ッジ構造の作製方法や、エッチングと再成長を併用した
埋め込み型構造の作製方法である。これらの方法は作製
手順が複雑であるため作業工数が多く長時間が必要であ
ったり、歩留りが悪くなり易いなどの問題点があった。
【００１０】一方、マルチビーム半導体レーザの場合、
上記問題点の他に、半導体レーザの特性を向上させるの
に必要な横方向の光閉込め構造や電流峡窄構造とマルチ
ビーム化を結晶成長と同時に作製する方法が提案されて
いなかった。マルチビーム化の方法としては、例えば結
晶成長した後でエッチング法を用いて活性層を切り離し
たり、あるいはエッチングと再成長を併用した埋め込み
リッジ型構造が採用されてきたが、これらの方法は作製
手順が複雑であるため作業工数が多く長時間が必要であ
ったり、歩留りが悪くなり易いなどの問題点があった。
本発明の目的は、高効率かつ低しきい値である温度特性
の良い半導体レーザ装置を提供することにある。
上記問題点の他に、半導体レーザの特性を向上させるの
に必要な横方向の光閉込め構造や電流峡窄構造とマルチ
ビーム化を結晶成長と同時に作製する方法が提案されて
いなかった。マルチビーム化の方法としては、例えば結
晶成長した後でエッチング法を用いて活性層を切り離し
たり、あるいはエッチングと再成長を併用した埋め込み
リッジ型構造が採用されてきたが、これらの方法は作製
手順が複雑であるため作業工数が多く長時間が必要であ
ったり、歩留りが悪くなり易いなどの問題点があった。
本発明の目的は、高効率かつ低しきい値である温度特性
の良い半導体レーザ装置を提供することにある。
【００１１】また本発明の他の目的は、高効率かつ低し
きい値である温度特性が良く、しかも発光ストライプ間
の熱的クロストークの小さいマルチビーム半導体レーザ
装置を提供することにある。さらに本発明の他の目的
は、高効率かつ低しきい値である温度特性の良い半導体
レーザを簡単かつ歩留り良く作製することができる製造
方法を提供することにある。また本発明の他の目的は、
高効率かつ低しきい値である温度特性が良く、しかも発
光ストライプ間の熱的クロストークの小さいマルチビー
ム半導体レーザを簡単かつ歩留り良く作製することがで
きる製造方法を提供することにある。
きい値である温度特性が良く、しかも発光ストライプ間
の熱的クロストークの小さいマルチビーム半導体レーザ
装置を提供することにある。さらに本発明の他の目的
は、高効率かつ低しきい値である温度特性の良い半導体
レーザを簡単かつ歩留り良く作製することができる製造
方法を提供することにある。また本発明の他の目的は、
高効率かつ低しきい値である温度特性が良く、しかも発
光ストライプ間の熱的クロストークの小さいマルチビー
ム半導体レーザを簡単かつ歩留り良く作製することがで
きる製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成させる
ため、本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、代表的
な結晶面方位（００１）等から傾斜した結晶面を基板表
面に有する傾斜基板上に、該基板表面を凸形状の上部平
坦面とするストライプ状凸形状を形成した後に、前記ス
トライプ状凸形状の上部平坦面を含む基板表面上に主構
成要素としてのクラッド層、光導波路層、活性層、光導
波路層、クラッド層を順次成長させ、前記活性層を前記
ストライプ状凸形状の上部平坦面に存在する単原子層ス
テップを利用した縦型超格子による量子細線で形成する
ものである。
ため、本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、代表的
な結晶面方位（００１）等から傾斜した結晶面を基板表
面に有する傾斜基板上に、該基板表面を凸形状の上部平
坦面とするストライプ状凸形状を形成した後に、前記ス
トライプ状凸形状の上部平坦面を含む基板表面上に主構
成要素としてのクラッド層、光導波路層、活性層、光導
波路層、クラッド層を順次成長させ、前記活性層を前記
ストライプ状凸形状の上部平坦面に存在する単原子層ス
テップを利用した縦型超格子による量子細線で形成する
ものである。
【００１３】また半導体レーザ装置の他の製造方法は、
上記方法発明において、活性層をストライプ状凸形状の
上部平坦面に存在する単原子層ステップを利用した縦型
超格子による量子井戸で形成するものである。また半導
体レーザ装置の他の製造方法は、上記方法発明におい
て、活性層をストライプ状凸形状の上部平坦面に存在す
る単原子層ステップを利用した縦型超格子による量子箱
で形成するものである。
上記方法発明において、活性層をストライプ状凸形状の
上部平坦面に存在する単原子層ステップを利用した縦型
超格子による量子井戸で形成するものである。また半導
体レーザ装置の他の製造方法は、上記方法発明におい
て、活性層をストライプ状凸形状の上部平坦面に存在す
る単原子層ステップを利用した縦型超格子による量子箱
で形成するものである。
【００１４】さらに他の発明のマルチビーム半導体レー
ザ装置の製造方法は、代表的な結晶面方位（００１）等
から傾斜した結晶面を基板表面に有する傾斜基板上に、
該基板表面を凸形状の上部平坦面とする複数個のストラ
イプ状凸形状を形成した後に、前記ストライプ状凸形状
の上部平坦面を含む基板表面上に主構成要素としてのク
ラッド層、光導波路層、活性層、光導波路層、クラッド
層を順次成長させ、前記活性層を前記ストライプ状凸形
状の上部平坦面に存在する単原子層ステップを利用した
縦型超格子による量子細線で形成するものである。
ザ装置の製造方法は、代表的な結晶面方位（００１）等
から傾斜した結晶面を基板表面に有する傾斜基板上に、
該基板表面を凸形状の上部平坦面とする複数個のストラ
イプ状凸形状を形成した後に、前記ストライプ状凸形状
の上部平坦面を含む基板表面上に主構成要素としてのク
ラッド層、光導波路層、活性層、光導波路層、クラッド
層を順次成長させ、前記活性層を前記ストライプ状凸形
状の上部平坦面に存在する単原子層ステップを利用した
縦型超格子による量子細線で形成するものである。
【００１５】またマルチビーム半導体レーザ装置の他の
製造方法は、活性層をストライプ状凸形状の上部平坦面
に存在する単原子層ステップを利用した縦型超格子によ
る量子井戸で形成するものである。またマルチビーム半
導体レーザ装置の他の製造方法は、活性層をストライプ
状凸形状の上部平坦面に存在する単原子層ステップを利
用した縦型超格子による量子箱で形成するものである。
製造方法は、活性層をストライプ状凸形状の上部平坦面
に存在する単原子層ステップを利用した縦型超格子によ
る量子井戸で形成するものである。またマルチビーム半
導体レーザ装置の他の製造方法は、活性層をストライプ
状凸形状の上部平坦面に存在する単原子層ステップを利
用した縦型超格子による量子箱で形成するものである。
【００１６】
【作用】半導体レーザの場合、活性層がストライプ状凸
形状の上部平坦面に存在する単原子層ステップを利用し
た縦型超格子で形成された量子細線あるいは縦型超格子
で形成された量子井戸あるいは縦型超格子で形成された
量子箱で構成することにより、発光領域が限定され、高
効率かつ低しきい値になり、かつ温度特性が向上する。
マルチビームレーザの場合、複数個あるストライプ状凸
部の上部平坦面に存在する単原子層ステップを利用した
活性層にしたことにより、発光領域が限定され、かつ低
しきい値，高効率のために発熱量が少なく、さらに温度
特性が良いので、近接ストライプ間の熱的クロストーク
が低減される。また、本発明の製造方法によれば、結晶
成長するだけで横方向のレーザ構造が形成され、レーザ
作製工程が大幅に短縮される。
形状の上部平坦面に存在する単原子層ステップを利用し
た縦型超格子で形成された量子細線あるいは縦型超格子
で形成された量子井戸あるいは縦型超格子で形成された
量子箱で構成することにより、発光領域が限定され、高
効率かつ低しきい値になり、かつ温度特性が向上する。
マルチビームレーザの場合、複数個あるストライプ状凸
部の上部平坦面に存在する単原子層ステップを利用した
活性層にしたことにより、発光領域が限定され、かつ低
しきい値，高効率のために発熱量が少なく、さらに温度
特性が良いので、近接ストライプ間の熱的クロストーク
が低減される。また、本発明の製造方法によれば、結晶
成長するだけで横方向のレーザ構造が形成され、レーザ
作製工程が大幅に短縮される。
【００１７】
【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。図１
は、本発明の半導体レーザ装置の構造を示している。代
表的な結晶面方位（００１）から傾斜した結晶面を表面
とする傾斜基板１に、エッチング法などにより形成され
たストライプ状凸形状の平坦面１ａを有し、この基板表
面全体にクラッド層５，１０と光導波路層（コンファイ
メント層）６とそれにより挟まれた活性層（井戸層７，
障壁層８）からなる半導体レーザの主構成要素が作製さ
れている。活性層は、縦型超格子（分数超格子）で形成
された量子井戸あるいは縦型超格子の縦方向（成長方
向）の厚さを薄くして形成された量子細線あるいは基板
の傾斜方向を変えて作製した縦型超格子からなる量子細
線により構成されている。
は、本発明の半導体レーザ装置の構造を示している。代
表的な結晶面方位（００１）から傾斜した結晶面を表面
とする傾斜基板１に、エッチング法などにより形成され
たストライプ状凸形状の平坦面１ａを有し、この基板表
面全体にクラッド層５，１０と光導波路層（コンファイ
メント層）６とそれにより挟まれた活性層（井戸層７，
障壁層８）からなる半導体レーザの主構成要素が作製さ
れている。活性層は、縦型超格子（分数超格子）で形成
された量子井戸あるいは縦型超格子の縦方向（成長方
向）の厚さを薄くして形成された量子細線あるいは基板
の傾斜方向を変えて作製した縦型超格子からなる量子細
線により構成されている。
【００１８】次に半導体レーザ装置の作製について説明
すると、（００１）面を＜０１１＞方向に２度傾斜した
結晶面（単原子層ステップ４の周期１６０Å）を表面と
するｎ型ＧａＡｓ傾斜基板１をフォトリソグラフィを用
いて、図２に示すストライプの間隔が８μｍで、その凸
形状の平坦面１ａの幅が３μｍになるストライプ状凸形
状１Ａをエッチングにより形成する。その結晶表面上
に、高温に保持されたセル中のＧａ、Ａｌから飛来する
Ｇａ、Ａｌ原子と、ＡｓＨ3ガスを高温分解させて得ら
れるＡｓ分子を用いたガスソース分子線エピタキシー法
により結晶を成長させる。
すると、（００１）面を＜０１１＞方向に２度傾斜した
結晶面（単原子層ステップ４の周期１６０Å）を表面と
するｎ型ＧａＡｓ傾斜基板１をフォトリソグラフィを用
いて、図２に示すストライプの間隔が８μｍで、その凸
形状の平坦面１ａの幅が３μｍになるストライプ状凸形
状１Ａをエッチングにより形成する。その結晶表面上
に、高温に保持されたセル中のＧａ、Ａｌから飛来する
Ｇａ、Ａｌ原子と、ＡｓＨ3ガスを高温分解させて得ら
れるＡｓ分子を用いたガスソース分子線エピタキシー法
により結晶を成長させる。
【００１９】先ず、ｎ型ＧａＡｓバッファ層を０.２μ
ｍ厚さ、ｎ型Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓクラッド層５を１.０
μｍ厚さ、Ａｌ0.4Ｇａ0.8Ａｓコンファイメント層６を
０.１μｍ厚さ成長させる。次にＧａ、Ａｌ、Ａｓをこ
の順序で適切な分量だけパルス的に供給して、８０Å幅
のＧａＡｓ井戸層７と８０Å幅のＡｌＡｓ障壁層８から
構成される超格子を厚さ１５０Å成長させ、量子細線を
形成する。 この量子細線は、横方向と縦方向からの閉
じ込め効果を持つ多重量子細線となる。これが活性層と
なる。さらにＡｌ0.4Ｇａ0.8Ａｓコンファイメント層６
を０.１μｍ厚さ、ｐ型Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓクラッド層
１０を１.０μｍ厚さ、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１を
０.２μｍ厚さ成長させる。最後にｐ型キャップ層の上
にｐ型電極Ａｕ−Ｚｎ２１を、ｎ型ＧａＡｓ基板１側に
共通電極となるｎ型電極Ａｕ−Ｇｅ２２を０.２μｍ厚
さ蒸着する。このように作製された量子細線レーザは、
低しきい値で発振し高効率であり、しかも温度特性が良
い。
ｍ厚さ、ｎ型Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓクラッド層５を１.０
μｍ厚さ、Ａｌ0.4Ｇａ0.8Ａｓコンファイメント層６を
０.１μｍ厚さ成長させる。次にＧａ、Ａｌ、Ａｓをこ
の順序で適切な分量だけパルス的に供給して、８０Å幅
のＧａＡｓ井戸層７と８０Å幅のＡｌＡｓ障壁層８から
構成される超格子を厚さ１５０Å成長させ、量子細線を
形成する。 この量子細線は、横方向と縦方向からの閉
じ込め効果を持つ多重量子細線となる。これが活性層と
なる。さらにＡｌ0.4Ｇａ0.8Ａｓコンファイメント層６
を０.１μｍ厚さ、ｐ型Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓクラッド層
１０を１.０μｍ厚さ、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１を
０.２μｍ厚さ成長させる。最後にｐ型キャップ層の上
にｐ型電極Ａｕ−Ｚｎ２１を、ｎ型ＧａＡｓ基板１側に
共通電極となるｎ型電極Ａｕ−Ｇｅ２２を０.２μｍ厚
さ蒸着する。このように作製された量子細線レーザは、
低しきい値で発振し高効率であり、しかも温度特性が良
い。
【００２０】本実施例によれば、傾斜した結晶面はスト
ライプ状凸形状の上部平坦面１ａであるので、この上に
量子細線や量子井戸が形成される。ストライプ状凸部の
斜面３は、傾斜した結晶面ではなくエッチングによって
表出しやすい（１１１）Ａ面などの結晶面であるため、
縦型超格子や多重量子細線は形成されず混晶となって混
晶層９が形成される。またストライプ状凸部の底部２
は、エッチングによってほとんど傾斜しない結晶面にな
るため、縦型超格子は形成されず、これも混晶となって
混晶層９が形成される。
ライプ状凸形状の上部平坦面１ａであるので、この上に
量子細線や量子井戸が形成される。ストライプ状凸部の
斜面３は、傾斜した結晶面ではなくエッチングによって
表出しやすい（１１１）Ａ面などの結晶面であるため、
縦型超格子や多重量子細線は形成されず混晶となって混
晶層９が形成される。またストライプ状凸部の底部２
は、エッチングによってほとんど傾斜しない結晶面にな
るため、縦型超格子は形成されず、これも混晶となって
混晶層９が形成される。
【００２１】また、別の実施例は図５に示すように（０
０１）面を＜０１０＞方向に２．８度傾斜させた結晶面
を表面とするｎ型ＧａＡｓ傾斜基板１を用いて、上記の
実施例と全く同様に半導体レーザ装置を作製した例であ
る。この基板表面には、＜１１０＞方向と＜−１１０＞
方向のそれぞれに対して単原子層ステップが１６０Å周
期で存在する。
０１）面を＜０１０＞方向に２．８度傾斜させた結晶面
を表面とするｎ型ＧａＡｓ傾斜基板１を用いて、上記の
実施例と全く同様に半導体レーザ装置を作製した例であ
る。この基板表面には、＜１１０＞方向と＜−１１０＞
方向のそれぞれに対して単原子層ステップが１６０Å周
期で存在する。
【００２２】したがって、上記実施例と同じように結晶
成長を行うと、横方向には一辺の長さが１１３Åの正方
形の底面を持ち、高さ方向には１５０Åの長さの直方体
の量子箱を活性層とする半導体レーザが作製できる。こ
の実施例においても、ストライプ状凸部の斜面３は、エ
ッチングによって表出しやすい（１１１）Ａ面などの結
晶面であるため、量子箱は形成されず、混晶層９が形成
される。また、ストライプ状凸部の底部２はエッチング
によってほとんど傾斜しない結晶面になるため、縦型超
格子は形成されず、混晶層９が形成される。このように
して作製された量子箱レーザは低しきい値で発振し、高
効率であり、しかも温度特性が良い。
成長を行うと、横方向には一辺の長さが１１３Åの正方
形の底面を持ち、高さ方向には１５０Åの長さの直方体
の量子箱を活性層とする半導体レーザが作製できる。こ
の実施例においても、ストライプ状凸部の斜面３は、エ
ッチングによって表出しやすい（１１１）Ａ面などの結
晶面であるため、量子箱は形成されず、混晶層９が形成
される。また、ストライプ状凸部の底部２はエッチング
によってほとんど傾斜しない結晶面になるため、縦型超
格子は形成されず、混晶層９が形成される。このように
して作製された量子箱レーザは低しきい値で発振し、高
効率であり、しかも温度特性が良い。
【００２３】次に、マルチビーム半導体レーザ装置につ
いて説明する。図３は、単原子層ステップを利用した縦
型超格子で形成された量子細線あるいは縦型超格子で形
成された量子井戸構造の活性層を使用した複数個の発光
点をもつマルチビーム半導体レーザ装置の構造を示して
いる。なお、個々の半導体レーザの構造は、図１に示す
ものと同一なので、ここでは２つの発光点をもつデュア
ルビーム半導体レーザ装置の作製について説明する。
いて説明する。図３は、単原子層ステップを利用した縦
型超格子で形成された量子細線あるいは縦型超格子で形
成された量子井戸構造の活性層を使用した複数個の発光
点をもつマルチビーム半導体レーザ装置の構造を示して
いる。なお、個々の半導体レーザの構造は、図１に示す
ものと同一なので、ここでは２つの発光点をもつデュア
ルビーム半導体レーザ装置の作製について説明する。
【００２４】（００１）面を＜０１１＞方向に２度傾斜
した結晶面（単原子層ステップ４の周期１６０Å）を表
面とするｎ型ＧａＡｓ傾斜基板１をフォトリソグラフィ
を用いて、ストライプの間隔が８μｍで、その凸形状の
平坦面１ａの幅が３μｍになる２個のストライプ状凸形
状１Ａ，１Ｂをエッチングにより形成する。その結晶表
面上に、高温に保持されたセル中のＧａ、Ａｌから飛来
するＧａ、Ａｌ原子と、ＡｓＨ3ガスを高温分解させて
得られるＡｓ分子を用いたガスソース分子線エピタキシ
ー法により結晶を成長させる。
した結晶面（単原子層ステップ４の周期１６０Å）を表
面とするｎ型ＧａＡｓ傾斜基板１をフォトリソグラフィ
を用いて、ストライプの間隔が８μｍで、その凸形状の
平坦面１ａの幅が３μｍになる２個のストライプ状凸形
状１Ａ，１Ｂをエッチングにより形成する。その結晶表
面上に、高温に保持されたセル中のＧａ、Ａｌから飛来
するＧａ、Ａｌ原子と、ＡｓＨ3ガスを高温分解させて
得られるＡｓ分子を用いたガスソース分子線エピタキシ
ー法により結晶を成長させる。
【００２５】先ず、ｎ型ＧａＡｓバッファ層を０.２μ
ｍ厚さ、ｎ型Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓクラッド層５を１.０
μｍ厚さ、Ａｌ0.4Ｇａ0.8Ａｓコンファイメント層６を
０.１μｍ厚さ成長させる。次にＧａ、Ａｌ、Ａｓをこ
の順序で適切な分量だけパルス的に供給して、８０Å幅
のＧａＡｓ井戸層７と８０Å幅のＡｌＡｓ障壁層８から
構成される超格子を厚さ１５０Å成長させ、活性層を形
成する。この活性層は、横方向と縦方向からの閉じ込め
効果を持つ多重量子細線から構成される。
ｍ厚さ、ｎ型Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓクラッド層５を１.０
μｍ厚さ、Ａｌ0.4Ｇａ0.8Ａｓコンファイメント層６を
０.１μｍ厚さ成長させる。次にＧａ、Ａｌ、Ａｓをこ
の順序で適切な分量だけパルス的に供給して、８０Å幅
のＧａＡｓ井戸層７と８０Å幅のＡｌＡｓ障壁層８から
構成される超格子を厚さ１５０Å成長させ、活性層を形
成する。この活性層は、横方向と縦方向からの閉じ込め
効果を持つ多重量子細線から構成される。
【００２６】さらに、Ａｌ0.4Ｇａ0.8Ａｓコンファイメ
ント層６を０.１μｍ厚さ、ｐ型Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓク
ラッド層１０を１.０μｍ厚さ、ｐ型ＧａＡｓキャップ
層１１を０.２μｍ厚さ成長させる。最後にｐ型キャッ
プ層の上にｐ型電極Ａｕ−Ｚｎ２１ａおよび２１ｂを、
ｎ型ＧａＡｓ基板１側に共通電極となるｎ型電極Ａｕ−
Ｇｅ２２を０.２μｍ厚さ蒸着する。各々のレーザ発光
を独立駆動するために、ｐ型電極をフォトリソグラフィ
を用いたエッチングで分離する。
ント層６を０.１μｍ厚さ、ｐ型Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓク
ラッド層１０を１.０μｍ厚さ、ｐ型ＧａＡｓキャップ
層１１を０.２μｍ厚さ成長させる。最後にｐ型キャッ
プ層の上にｐ型電極Ａｕ−Ｚｎ２１ａおよび２１ｂを、
ｎ型ＧａＡｓ基板１側に共通電極となるｎ型電極Ａｕ−
Ｇｅ２２を０.２μｍ厚さ蒸着する。各々のレーザ発光
を独立駆動するために、ｐ型電極をフォトリソグラフィ
を用いたエッチングで分離する。
【００２７】このように作製された量子細線レーザは、
低しきい値で発振し高効率であり、しかも温度特性がよ
い。従って、発光ビーム間のクロストークが少ない特徴
がある。本実施例では、デュアルビームレーザの例をあ
げたが、ビームの数はいくつでも可能で、その結晶成長
方法は全く同じである。上記各実施例では、ＡｌＧａＡ
ｓ系材料を利用したが、勿論、これ以外の材料として、
例えばＡｌＧａＩｎＰ系、ＧａＩｎＡｓＰ系などの化合
物半導体材料の全般に適用できる。
低しきい値で発振し高効率であり、しかも温度特性がよ
い。従って、発光ビーム間のクロストークが少ない特徴
がある。本実施例では、デュアルビームレーザの例をあ
げたが、ビームの数はいくつでも可能で、その結晶成長
方法は全く同じである。上記各実施例では、ＡｌＧａＡ
ｓ系材料を利用したが、勿論、これ以外の材料として、
例えばＡｌＧａＩｎＰ系、ＧａＩｎＡｓＰ系などの化合
物半導体材料の全般に適用できる。
【００２８】
【発明の効果】上述のとおり、本発明によれば、ストラ
イプ状凸形状部の上部平坦面に存在する単原子層ステッ
プを利用した縦型超格子で形成された量子細線あるいは
縦型超格子で形成された量子井戸構造の活性層により構
成された半導体レーザであるため、高効率かつ低しきい
値になり、しかも温度特性が優れている。前記半導体レ
ーザ構造を同一基板上に複数個形成して構成されたマル
チビーム半導体レーザの場合は、上記効果に併せて、さ
らに近接ストライプ間の熱的クロストークが低減され
る。また、本発明の製造方法によれば、量子細線レーザ
の結晶成長プロセスが一回で済み、その後に結晶をエッ
チングするプロセスなどを通さないので、作製工程が大
幅に削減され、かつ歩留りが向上される。
イプ状凸形状部の上部平坦面に存在する単原子層ステッ
プを利用した縦型超格子で形成された量子細線あるいは
縦型超格子で形成された量子井戸構造の活性層により構
成された半導体レーザであるため、高効率かつ低しきい
値になり、しかも温度特性が優れている。前記半導体レ
ーザ構造を同一基板上に複数個形成して構成されたマル
チビーム半導体レーザの場合は、上記効果に併せて、さ
らに近接ストライプ間の熱的クロストークが低減され
る。また、本発明の製造方法によれば、量子細線レーザ
の結晶成長プロセスが一回で済み、その後に結晶をエッ
チングするプロセスなどを通さないので、作製工程が大
幅に削減され、かつ歩留りが向上される。
【図１】 本発明の半導体レーザ装置の構造図である。
【図２】 本発明の半導体レーザに用いる基板の説明図
である。
である。
【図３】 本発明のマルチビーム半導体レーザ装置の構
造図である。
造図である。
【図４】 傾斜基板表面の単原子層ステップを利用した
縦型超格子の模式図である。
縦型超格子の模式図である。
【図５】 傾斜基板表面の単原子層ステップを利用した
量子箱の模式図である。
量子箱の模式図である。
１ ｎ型ＧａＡｓ傾斜基板、５ ｎ型Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａ
ｓクラッド層、６ Ａｌ0.4Ｇａ0.8Ａｓコンファイメン
ト層、７ ＧａＡｓ井戸層、８ ＡｌＡｓ障壁層、Ａｌ
ＧａＡｓ混晶層、１０ Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓクラッド
層、１１ ｐ型ＧａＡｓキャップ層、２１ ｐ型電極、
２２ ｎ型電極
ｓクラッド層、６ Ａｌ0.4Ｇａ0.8Ａｓコンファイメン
ト層、７ ＧａＡｓ井戸層、８ ＡｌＡｓ障壁層、Ａｌ
ＧａＡｓ混晶層、１０ Ａｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓクラッド
層、１１ ｐ型ＧａＡｓキャップ層、２１ ｐ型電極、
２２ ｎ型電極
Claims (6)
- 【請求項１】 代表的な結晶面方位（００１）等から傾
斜した結晶面を基板表面に有する傾斜基板上に、該基板
表面を凸形状の上部平坦面とするストライプ状凸形状を
形成した後に、前記ストライプ状凸形状の上部平坦面を
含む基板表面上に主構成要素としてのクラッド層、光導
波路層、活性層、光導波路層、クラッド層を順次成長さ
せ、前記活性層が前記ストライプ状凸形状の上部平坦面
に存在する単原子層ステップを利用した縦型超格子によ
る量子細線で形成されていることを特徴とする半導体レ
ーザ装置の製造方法。 - 【請求項２】 活性層がストライプ状凸形状の上部平坦
面に存在する単原子層ステップを利用した縦型超格子に
よる量子井戸で形成されていることを特徴とする請求項
１記載の半導体レーザ装置の製造方法。 - 【請求項３】 活性層がストライプ状凸形状の上部平坦
面に存在する単原子層ステップを利用した縦型超格子に
よる量子箱で形成されていることを特徴とする請求項１
記載の半導体レーザ装置の製造方法。 - 【請求項４】 代表的な結晶面方位（００１）等から傾
斜した結晶面を基板表面に有する傾斜基板上に、該基板
表面を凸形状の上部平坦面とする複数個のストライプ状
凸形状を形成した後に、前記ストライプ状凸形状の上部
平坦面を含む基板表面上に主構成要素としてのクラッド
層、光導波路層、活性層、光導波路層、クラッド層を順
次成長させ、前記活性層が前記ストライプ状凸形状の上
部平坦面に存在する単原子層ステップを利用した縦型超
格子による量子細線で形成されていることを特徴とする
マルチビーム半導体レーザ装置の製造方法。 - 【請求項５】 活性層がストライプ状凸形状の上部平坦
面に存在する単原子層ステップを利用した縦型超格子に
よる量子井戸で形成されていることを特徴とする請求項
４記載の半導体レーザ装置の製造方法。 - 【請求項６】 活性層がストライプ状凸形状の上部平坦
面に存在する単原子層ステップを利用した縦型超格子に
よる量子箱で形成されていることを特徴とする請求項４
記載の半導体レーザ装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17218692A JPH0621564A (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 半導体レーザ装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17218692A JPH0621564A (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 半導体レーザ装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0621564A true JPH0621564A (ja) | 1994-01-28 |
Family
ID=15937175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17218692A Pending JPH0621564A (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 半導体レーザ装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0621564A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5882952A (en) * | 1997-01-07 | 1999-03-16 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device including quantum wells or quantum wires and method of making semiconductor device |
| EP1311002A1 (en) * | 2000-07-18 | 2003-05-14 | Sony Corporation | Semiconductor light-emitting device and method for manufacturing semiconductor light-emitting device |
| JP2013001616A (ja) * | 2011-06-20 | 2013-01-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 化合物半導体結晶の製造方法 |
-
1992
- 1992-06-30 JP JP17218692A patent/JPH0621564A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5882952A (en) * | 1997-01-07 | 1999-03-16 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device including quantum wells or quantum wires and method of making semiconductor device |
| EP1311002A1 (en) * | 2000-07-18 | 2003-05-14 | Sony Corporation | Semiconductor light-emitting device and method for manufacturing semiconductor light-emitting device |
| EP1311002A4 (en) * | 2000-07-18 | 2009-03-11 | Sony Corp | SEMICONDUCTOR LIGHT EMISSION ELEMENT AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
| JP2013001616A (ja) * | 2011-06-20 | 2013-01-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 化合物半導体結晶の製造方法 |
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