JPH06252508A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
- Publication number
- JPH06252508A JPH06252508A JP3850993A JP3850993A JPH06252508A JP H06252508 A JPH06252508 A JP H06252508A JP 3850993 A JP3850993 A JP 3850993A JP 3850993 A JP3850993 A JP 3850993A JP H06252508 A JPH06252508 A JP H06252508A
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- JP
- Japan
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- layer
- refractive index
- low refractive
- algaas
- semiconductor laser
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 エッチング停止に用いる低屈折率層とクラッ
ド層との界面の組成分布を改良し、より確実にエッチン
グを可能にする。 【構成】 本発明の半導体レーザは、ｎ−ＧａＡｓ基板
１のｐ上にｎ−ＧａＡｓバッファ層２、ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓ低屈折率層３、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４、ｎ−
ＡｌＧａＡｓ低屈折率層５、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド
層６、ノンドープＡｌＧａＡｓ光ガイド層７、ノンドー
プＡｌＧａＡｓ量子井戸層８、ノンドープＡｌＧａＡｓ
光ガイド層９，ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１０、ｐ−
ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ低屈折率層１１、ｐ−ＡｌＧａＡｓ
クラッド層１２、ｐ−ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１３、ｐ
−ＧａＡｓキャップ１４の順に分子エピタキシ法により
形成されいる。ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１２のＡｌ
の混晶比は、０．４５から０．８に徐々に増やされてい
る。
ド層との界面の組成分布を改良し、より確実にエッチン
グを可能にする。 【構成】 本発明の半導体レーザは、ｎ−ＧａＡｓ基板
１のｐ上にｎ−ＧａＡｓバッファ層２、ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓ低屈折率層３、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４、ｎ−
ＡｌＧａＡｓ低屈折率層５、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド
層６、ノンドープＡｌＧａＡｓ光ガイド層７、ノンドー
プＡｌＧａＡｓ量子井戸層８、ノンドープＡｌＧａＡｓ
光ガイド層９，ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１０、ｐ−
ＡｌX Ｇａ1-X Ａｓ低屈折率層１１、ｐ−ＡｌＧａＡｓ
クラッド層１２、ｐ−ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１３、ｐ
−ＧａＡｓキャップ１４の順に分子エピタキシ法により
形成されいる。ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層１２のＡｌ
の混晶比は、０．４５から０．８に徐々に増やされてい
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ、特に垂直
方向の放射角が狭く光ファイバやレンズ等の光学系との
結合効率が高く、かつ基本横モード発振の安定性に優れ
た半導体レーザに関する。
方向の放射角が狭く光ファイバやレンズ等の光学系との
結合効率が高く、かつ基本横モード発振の安定性に優れ
た半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年における光通信技術や光情報処理技
術は各種の分野において中心的な役割をはたすようにな
っており、例えば光ファイバを用いたデジタル光通信は
データ通信密度の飛躍的な増大を可能とし、また光ディ
スクやレーザプリンターは光情報処理の応用範囲を著し
く拡大している。このような光通信技術や光情報処理技
術の発展は光源である半導体レーザの進歩に負うところ
が大きく、小型かつ高効率という優れた特徴を利用して
コンパクトディスクやビデオディスク、光通信網などの
光源として幅広く応用されている。周知のごとく、半導
体レーザはＰＮ接合を用いて、活性層に多数のキャリア
を注入することにより励起状態を実現させレーザ発振を
行うものである。そして、最近の半導体技術の進歩、特
に分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法や有機金属気相成長
（ＭＯＣＶＤ）法の進歩により１０Ａ程度以下の原子オ
ーダに至る極薄膜のエピタキシャル成長層の制御が可能
になったことに伴い、２００Ａ程度以下の量子井戸を活
性領域とする半導体レーザが実現され、高効率・低駆動
電流化が進んだ（参考文献：W.T.Tsang,in Semiconduct
ors and Semimetals vol.24,"pp.397 edited by R.Ding
le,Academic Press,San Diego(1987))。
術は各種の分野において中心的な役割をはたすようにな
っており、例えば光ファイバを用いたデジタル光通信は
データ通信密度の飛躍的な増大を可能とし、また光ディ
スクやレーザプリンターは光情報処理の応用範囲を著し
く拡大している。このような光通信技術や光情報処理技
術の発展は光源である半導体レーザの進歩に負うところ
が大きく、小型かつ高効率という優れた特徴を利用して
コンパクトディスクやビデオディスク、光通信網などの
光源として幅広く応用されている。周知のごとく、半導
体レーザはＰＮ接合を用いて、活性層に多数のキャリア
を注入することにより励起状態を実現させレーザ発振を
行うものである。そして、最近の半導体技術の進歩、特
に分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法や有機金属気相成長
（ＭＯＣＶＤ）法の進歩により１０Ａ程度以下の原子オ
ーダに至る極薄膜のエピタキシャル成長層の制御が可能
になったことに伴い、２００Ａ程度以下の量子井戸を活
性領域とする半導体レーザが実現され、高効率・低駆動
電流化が進んだ（参考文献：W.T.Tsang,in Semiconduct
ors and Semimetals vol.24,"pp.397 edited by R.Ding
le,Academic Press,San Diego(1987))。
【０００３】半導体レーザの大きな特徴はガスレーザや
一般の固体レーザに比べて小型で高効率な点である。し
かしながら、実際にシステムに組み込んで応用する場合
には何らかの光学系のレーザ光を結合させなければなら
ない。システム側からみれば光学系との結合特性を含め
た総合的な半導体レーザの特性が問題となるが、一般に
半導体レーザの光の出射角度が３０度以上と広くまた放
射パターンが等方的でなく１：２から１：３以上と空間
的に非対象であるため高い結合効率を実現するのは容易
ではない。特に最近では光ディスクメモリの記録時の高
速化、光通信における光ファイバ増幅器の励起や固体レ
ーザの励起等の応用において、高効率な光結合特性がま
すます重要になっている。また、これらの高出力を必要
とする応用においては結合効率が低ければその文半導体
レーザの光出力を増加させる必要があり、このために生
じる半導体レーザの信頼性の低下によってシステム全体
の信頼性も低下させることになってしまう。更にこれら
の応用分野においては安定な単一横モードが重要であり
そのためには屈折率導波法の半導体レーザ構造が不可欠
となる。
一般の固体レーザに比べて小型で高効率な点である。し
かしながら、実際にシステムに組み込んで応用する場合
には何らかの光学系のレーザ光を結合させなければなら
ない。システム側からみれば光学系との結合特性を含め
た総合的な半導体レーザの特性が問題となるが、一般に
半導体レーザの光の出射角度が３０度以上と広くまた放
射パターンが等方的でなく１：２から１：３以上と空間
的に非対象であるため高い結合効率を実現するのは容易
ではない。特に最近では光ディスクメモリの記録時の高
速化、光通信における光ファイバ増幅器の励起や固体レ
ーザの励起等の応用において、高効率な光結合特性がま
すます重要になっている。また、これらの高出力を必要
とする応用においては結合効率が低ければその文半導体
レーザの光出力を増加させる必要があり、このために生
じる半導体レーザの信頼性の低下によってシステム全体
の信頼性も低下させることになってしまう。更にこれら
の応用分野においては安定な単一横モードが重要であり
そのためには屈折率導波法の半導体レーザ構造が不可欠
となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザにおいて
は、半導体の多層構造を基板上にエピタキシャル成長し
て光導波層を含む動作層を形成しており、従って基板に
垂直な方向では屈折率が大きく異なる多層構造により強
く光を閉じ込めて導波しているため、一般に１μｍ以下
の光スポット径となると同時に回折により放射角度は２
０−３０度程度以上と大きくなる。これに対して基板に
水平な方向では、埋め込み構造を除くほとんどの屈折率
導波型の半導体光レーザにおいて、層厚の変化等による
伝搬定数の違いに基づく等価的な屈折率変化により光を
閉じ込めて導波しているので光の閉じ込めが弱い。かつ
この導波構造は主にフォトリソグラフィ法を用いた半導
体のプロセスにより作製するための導波路の幅は一般に
２−５μｍ程度であり、このため光スポット径も同程度
に広がると同時に回折が弱いので出射角度は１０度程度
以下と狭くなる（参考文献：L.Figueroa,in Handbook o
f Microwave and Optical Components Vol.3,Optical C
omponent,"pp.246-252 edited by K.Chang. Wiley-Inte
rscience Publication,New York(1990))。光の閉じ込め
が強い場合には導波路の幅を２．５μｍ程度以下と小さ
くしないと、空間的ホールバーニングや高次横モードの
影響により高出力まで安定な基本横モードを保つことが
できず、従って光の密度が高くなって信頼性に悪影響を
及ぼす。
は、半導体の多層構造を基板上にエピタキシャル成長し
て光導波層を含む動作層を形成しており、従って基板に
垂直な方向では屈折率が大きく異なる多層構造により強
く光を閉じ込めて導波しているため、一般に１μｍ以下
の光スポット径となると同時に回折により放射角度は２
０−３０度程度以上と大きくなる。これに対して基板に
水平な方向では、埋め込み構造を除くほとんどの屈折率
導波型の半導体光レーザにおいて、層厚の変化等による
伝搬定数の違いに基づく等価的な屈折率変化により光を
閉じ込めて導波しているので光の閉じ込めが弱い。かつ
この導波構造は主にフォトリソグラフィ法を用いた半導
体のプロセスにより作製するための導波路の幅は一般に
２−５μｍ程度であり、このため光スポット径も同程度
に広がると同時に回折が弱いので出射角度は１０度程度
以下と狭くなる（参考文献：L.Figueroa,in Handbook o
f Microwave and Optical Components Vol.3,Optical C
omponent,"pp.246-252 edited by K.Chang. Wiley-Inte
rscience Publication,New York(1990))。光の閉じ込め
が強い場合には導波路の幅を２．５μｍ程度以下と小さ
くしないと、空間的ホールバーニングや高次横モードの
影響により高出力まで安定な基本横モードを保つことが
できず、従って光の密度が高くなって信頼性に悪影響を
及ぼす。
【０００５】このような半導体レーザのもつ光出射特性
より、光学系への結合効率を上げるためには、まず基板
に垂直な方向の出射角度を小さくすることが重要とな
る。一般に垂直方向出射角度を小さくするためには活性
領域近傍の屈折率の高い層の厚みを薄くして光を周囲の
弓折率の低いクラッド領域へしみ出させて光スポット径
を大きくする方法がとられる。しかしながら、この方法
でけではスポット径を大きくするほど活性層に閉じ込め
られる光子の量が少なくなるため、いわゆる光の閉じ込
め係数（confinement factor) が小さくなって発振開始
に必要な閾値電流が増加してしまう。特に活性層に量子
井戸を用いている場合には注入キャリアの増加に伴う利
得の飽和が著しいため閉じ込め係数の減少に伴う閾値電
流の増加は極めて大きい。一般には量子井戸の個数を２
ないし３程度に最適化することによって利得の飽和を補
償する方法がとられるが、この場合も閾値電流は量子井
戸の個数が増すと共に増加する。このような従来の半導
体レーザのもつ欠点を改善するため最近、クラッド層中
の活性層の近傍にクラッド層より屈折率の低い層を挿入
する構造（Depressed-Index Clad Structure) によって
光の強度分布を活性層側とクラッド層内の活性層から離
れた部分へシフトさせることにより基板に垂直な方向の
出射角度を小さくする方法が提案されている（参考文
献：(1)ExtendedAbstracts(The 52nd Autumn Meeting,1
991) ；The Japan Sosiety of Applied Physics Part3,
pp.972,(2)Extended Abstracts(The 53rd Autumn Meeti
ng,1992）； The Japan Sosiety of Applied Physics P
art3,pp.930）。
より、光学系への結合効率を上げるためには、まず基板
に垂直な方向の出射角度を小さくすることが重要とな
る。一般に垂直方向出射角度を小さくするためには活性
領域近傍の屈折率の高い層の厚みを薄くして光を周囲の
弓折率の低いクラッド領域へしみ出させて光スポット径
を大きくする方法がとられる。しかしながら、この方法
でけではスポット径を大きくするほど活性層に閉じ込め
られる光子の量が少なくなるため、いわゆる光の閉じ込
め係数（confinement factor) が小さくなって発振開始
に必要な閾値電流が増加してしまう。特に活性層に量子
井戸を用いている場合には注入キャリアの増加に伴う利
得の飽和が著しいため閉じ込め係数の減少に伴う閾値電
流の増加は極めて大きい。一般には量子井戸の個数を２
ないし３程度に最適化することによって利得の飽和を補
償する方法がとられるが、この場合も閾値電流は量子井
戸の個数が増すと共に増加する。このような従来の半導
体レーザのもつ欠点を改善するため最近、クラッド層中
の活性層の近傍にクラッド層より屈折率の低い層を挿入
する構造（Depressed-Index Clad Structure) によって
光の強度分布を活性層側とクラッド層内の活性層から離
れた部分へシフトさせることにより基板に垂直な方向の
出射角度を小さくする方法が提案されている（参考文
献：(1)ExtendedAbstracts(The 52nd Autumn Meeting,1
991) ；The Japan Sosiety of Applied Physics Part3,
pp.972,(2)Extended Abstracts(The 53rd Autumn Meeti
ng,1992）； The Japan Sosiety of Applied Physics P
art3,pp.930）。
【０００６】しかし、この方法を採用した場合の屈折率
導波型レーザにおける横方向の光閉じ込めや基本横モー
ドの安定性についてはこれまでほとんど考察されておら
ず、垂直方向の遠視野像を小さくする有効な構造とこれ
に適した屈折率導波構造を同時に実現して安定な基本横
モード発振を実現する必要があった。
導波型レーザにおける横方向の光閉じ込めや基本横モー
ドの安定性についてはこれまでほとんど考察されておら
ず、垂直方向の遠視野像を小さくする有効な構造とこれ
に適した屈折率導波構造を同時に実現して安定な基本横
モード発振を実現する必要があった。
【０００７】本発明は、上記の従来の半導体レーザの問
題点に鑑みてなされたものであり、垂直方向の放射角度
が小さく、低閾値電流でかつ安定な基本横モード発振を
実現した高出力半導体レーザを提供することを目的とし
たものである。
題点に鑑みてなされたものであり、垂直方向の放射角度
が小さく、低閾値電流でかつ安定な基本横モード発振を
実現した高出力半導体レーザを提供することを目的とし
たものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ＳＣＨ（Separate Confinemente Hetero
structure ）構造やＧＲＩＮ−ＳＣＨ（GRaded Index S
CH）構造などを含む、基本的にはＤＨ（Double Heteros
tructure）構造を有する半導体レーザにおいて、活性層
を含むより屈折率の高い領域に光を閉じ込めるためのク
ラッド領域中の比較的活性領域の近くに、少なくとも隣
接するクラッド層より屈折率の低い層を挿入して垂直方
向の狭い放射角度を得ると同時に、半導体レーザの作製
時にクラッド層とこれに挿入した低屈折率層に対して異
なるエッチング速度を有する選択的なエッチング法を用
いて層に水平な横方向の光導波路構造を作製できる導波
路構造をとったことを特徴とする。
に、本発明は、ＳＣＨ（Separate Confinemente Hetero
structure ）構造やＧＲＩＮ−ＳＣＨ（GRaded Index S
CH）構造などを含む、基本的にはＤＨ（Double Heteros
tructure）構造を有する半導体レーザにおいて、活性層
を含むより屈折率の高い領域に光を閉じ込めるためのク
ラッド領域中の比較的活性領域の近くに、少なくとも隣
接するクラッド層より屈折率の低い層を挿入して垂直方
向の狭い放射角度を得ると同時に、半導体レーザの作製
時にクラッド層とこれに挿入した低屈折率層に対して異
なるエッチング速度を有する選択的なエッチング法を用
いて層に水平な横方向の光導波路構造を作製できる導波
路構造をとったことを特徴とする。
【０００９】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図に基づいて詳
細に説明する。図１に本発明の一実施例であるＧａＡｓ
／ＡｌＧａＡｓリッジ導波路型量子井戸レーザの断面を
模式的に示す。（１００）方位を有するｎ−ＧａＡｓ基
板１（Ｓｉ＝２×１０18ｃｍ-3）上にｎ−ＧａＡｓバッ
ファ層２（Ｓｉ＝１×１０18ｃｍ-3，０．７μｍ）、ｎ
−Ａｌ0.7 Ｇａ0.15Ａｓ低屈折率層３（Ｓｉ＝１×１０
18ｃｍ-3，０．１μｍ）、ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓク
ラッド層４（Ｓｉ＝１×１０18ｃｍ-3，２．６μｍ）、
ｎ−Ａｌ0.6 Ｇａ0.3 Ａｓ低屈折率層５（Ｓｉ＝１×１
０18ｃｍ-3，０．１μｍ）、ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ
クラッド層６（Ｓｉ＝１×１０18ｃｍ-3，０．２μ
ｍ）、ノンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ光ガイド層７
（０．０３６μｍ）、ノンドープＧａＡｓ量子井戸層８
（０．０１μｍ）、ノンドープＡｌ0. 2 Ｇａ0.8 Ａｓ光
ガイド層９（０．０３６μｍ）、ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55
Ａｓクラッド層１０（Ｂｅ＝１×１０18ｃｍ-3，０．２
μｍ）、ｐ−Ａｌ0.6 Ｇａ0.3Ａｓ低屈折率層１１（Ｂ
ｅ＝１×１０18ｃｍ-3，０．１μｍ）、ｐ−Ａｌ0.45Ｇ
ａ0.55Ａｓクラッド層１２（Ｂｅ＝１×１０18ｃｍ-3，
１．２μｍ）、ｐ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.15Ａｓ低屈折率層１
３（Ｓｉ＝１×１０18ｃｍ-3，０．１μｍ）、ｐ−Ｇａ
Ａｓキャップ１４（Ｂｅ＝１×１０19ｃｍ-3，０．１μ
ｍ）を分子線エピタキシ法を用いて連続的に形成する。
ＭＢＥ成長の後、ｐ−ＧａＡｓキャップ１４上にプラズ
マＣＶＤにより作製したＳｉＮｘ膜をストライプ状にフ
ォトリソグラフィを用いて形成したものをマスクとして
最初にＨ2 ＳＯ4 、Ｈ2 Ｏ2 、Ｈ2Ｏを混合したＡｌ混
晶比に対して選択性をもたないエッチング液によりｐ−
Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層１２の途中ｐ−Ａｌ
0.6 Ｇａ0.3 Ａｓ低屈折率層１１から３００ｎｍ程度の
距離までエッチングしリッジストライプ上部となるメサ
形状を形成する。次にＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層
１２に対してはＡｌ0.6Ｇａ0.3 Ａｓの５倍程度のエッ
チング速度の選択性を有する酒石酸［tartaric acid
］，Ｈ2 Ｏ2 ，Ｈ2 Ｏを混合したエッチング液を用い
てメサストライプ外の残りのｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ
クラッド層１２を除去してｐ−Ａｌ0.6 Ｇａ0. 3 Ａｓ低
屈折率層１１上部にてエッチングを止めてリッジ形状を
完成する。この選択性を有するエッチングプロセスによ
りリッジの形状およびリッジ以外の部分のエッチングの
残りの厚みを制御性良く、かつウエハ内で均一に作製す
ることができる。次にエッチング用マスクに用いたＳｉ
Ｎｘ膜を一旦除去した後全面にプラズマＣＶＤにより、
ＳｉＮｘ膜１５（２５０ｎｍ）を形成し、フォトリソグ
ラフィー法と希釈したＨＦによる化学エッチングによ
り、メサ上部のＳｉＮｘ膜を除去してストライプ状の窓
を形成する。最後に、ｐ−ＧａＡｓキャップ層側にＴｉ
／Ｐｔ／Ａｕ１６、ｎ−ＧａＡｓ基板側にＡｕＧｅ／Ｎ
ｉ／Ａｕ１７を真空蒸着後、熱アニールにてオーミック
電極を形成する。
細に説明する。図１に本発明の一実施例であるＧａＡｓ
／ＡｌＧａＡｓリッジ導波路型量子井戸レーザの断面を
模式的に示す。（１００）方位を有するｎ−ＧａＡｓ基
板１（Ｓｉ＝２×１０18ｃｍ-3）上にｎ−ＧａＡｓバッ
ファ層２（Ｓｉ＝１×１０18ｃｍ-3，０．７μｍ）、ｎ
−Ａｌ0.7 Ｇａ0.15Ａｓ低屈折率層３（Ｓｉ＝１×１０
18ｃｍ-3，０．１μｍ）、ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓク
ラッド層４（Ｓｉ＝１×１０18ｃｍ-3，２．６μｍ）、
ｎ−Ａｌ0.6 Ｇａ0.3 Ａｓ低屈折率層５（Ｓｉ＝１×１
０18ｃｍ-3，０．１μｍ）、ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ
クラッド層６（Ｓｉ＝１×１０18ｃｍ-3，０．２μ
ｍ）、ノンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ光ガイド層７
（０．０３６μｍ）、ノンドープＧａＡｓ量子井戸層８
（０．０１μｍ）、ノンドープＡｌ0. 2 Ｇａ0.8 Ａｓ光
ガイド層９（０．０３６μｍ）、ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55
Ａｓクラッド層１０（Ｂｅ＝１×１０18ｃｍ-3，０．２
μｍ）、ｐ−Ａｌ0.6 Ｇａ0.3Ａｓ低屈折率層１１（Ｂ
ｅ＝１×１０18ｃｍ-3，０．１μｍ）、ｐ−Ａｌ0.45Ｇ
ａ0.55Ａｓクラッド層１２（Ｂｅ＝１×１０18ｃｍ-3，
１．２μｍ）、ｐ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.15Ａｓ低屈折率層１
３（Ｓｉ＝１×１０18ｃｍ-3，０．１μｍ）、ｐ−Ｇａ
Ａｓキャップ１４（Ｂｅ＝１×１０19ｃｍ-3，０．１μ
ｍ）を分子線エピタキシ法を用いて連続的に形成する。
ＭＢＥ成長の後、ｐ−ＧａＡｓキャップ１４上にプラズ
マＣＶＤにより作製したＳｉＮｘ膜をストライプ状にフ
ォトリソグラフィを用いて形成したものをマスクとして
最初にＨ2 ＳＯ4 、Ｈ2 Ｏ2 、Ｈ2Ｏを混合したＡｌ混
晶比に対して選択性をもたないエッチング液によりｐ−
Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層１２の途中ｐ−Ａｌ
0.6 Ｇａ0.3 Ａｓ低屈折率層１１から３００ｎｍ程度の
距離までエッチングしリッジストライプ上部となるメサ
形状を形成する。次にＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層
１２に対してはＡｌ0.6Ｇａ0.3 Ａｓの５倍程度のエッ
チング速度の選択性を有する酒石酸［tartaric acid
］，Ｈ2 Ｏ2 ，Ｈ2 Ｏを混合したエッチング液を用い
てメサストライプ外の残りのｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ
クラッド層１２を除去してｐ−Ａｌ0.6 Ｇａ0. 3 Ａｓ低
屈折率層１１上部にてエッチングを止めてリッジ形状を
完成する。この選択性を有するエッチングプロセスによ
りリッジの形状およびリッジ以外の部分のエッチングの
残りの厚みを制御性良く、かつウエハ内で均一に作製す
ることができる。次にエッチング用マスクに用いたＳｉ
Ｎｘ膜を一旦除去した後全面にプラズマＣＶＤにより、
ＳｉＮｘ膜１５（２５０ｎｍ）を形成し、フォトリソグ
ラフィー法と希釈したＨＦによる化学エッチングによ
り、メサ上部のＳｉＮｘ膜を除去してストライプ状の窓
を形成する。最後に、ｐ−ＧａＡｓキャップ層側にＴｉ
／Ｐｔ／Ａｕ１６、ｎ−ＧａＡｓ基板側にＡｕＧｅ／Ｎ
ｉ／Ａｕ１７を真空蒸着後、熱アニールにてオーミック
電極を形成する。
【００１０】このようにして作製したウエハを、共振器
長５００μｍに劈開し前端面に反射率１０％のＡｌ2 Ｏ
3 膜、後端面に反射率９５％のＡｌ2 Ｏ3 とアモルファ
スＳｉを交互に二周期積層した多層膜のコーティングを
電子ビーム蒸着により施した後、幅５００μｍのチップ
に切り出し、Ｉｎはんだを用いて同ヒートシンク上にマ
ウントして素子が完成する。
長５００μｍに劈開し前端面に反射率１０％のＡｌ2 Ｏ
3 膜、後端面に反射率９５％のＡｌ2 Ｏ3 とアモルファ
スＳｉを交互に二周期積層した多層膜のコーティングを
電子ビーム蒸着により施した後、幅５００μｍのチップ
に切り出し、Ｉｎはんだを用いて同ヒートシンク上にマ
ウントして素子が完成する。
【００１１】次に理論計算により本発明を説明する。計
算はＧａＡｓ層によるレーザ光の吸収を考慮したＭａｘ
ｗｅｌｌの電磁界方程式を用いた。横モードについては
等価屈折率近似を用いて計算した。上記実施例の層構造
の場合、垂直方向の遠視野像の半値全幅は約２１度が得
られる。リッジストライプ外のエッチングが完全にｐ−
Ａｌ0.6 Ｇａ0.3 Ａｓ低屈折率層１１上部にて停止した
場合のストライプ内外の等価屈折率の差は０．００５が
得られ、リッジストライプ底部の幅を４μｍ程度以下に
小さくとれば高出力まで安全な基本モード発振が可能で
ある。この時の活性層内の光閉じ込め係数［optical co
nfinement factor］は２．６％である。低屈折率層５お
よび１１が無い場合には遠視野像の半値全幅２６度と大
きく、光閉じ込め係数は２．３％と小さくなり特性は劣
化する。本発明の特徴はこのような低屈折率挿入の長所
を損なうことなく容易に横モードの安定な条件を実現可
能にしたことにある。すなわち遠視野像の広がり角をほ
とんど変えることなくストライプ内外の屈折率の差を制
御できることである。この様子を図２の計算結果に示
す。図２の横軸は図１の実施例の構造を有するリッジ導
波路型半導体レーザに置いてリッジ作製のエッチングの
深さを変えたときのＳＣＨ領域とＳｉＮｘ膜との距離ｔ
をとっている。縦軸はストライプ内外の等価屈折率の差
である。図１に示す実施例においては図２中に示すｔ
＝０．３μｍのところにエッチング時に制御されるため
リッジストライプ内外の等価屈折率の差は約０．００５
が再現性良くウエハ内で均一に得られる。挿入する低屈
折率層とＳＣＨ領域との距離、すなわちＡｌ0.45Ｇａ
0.55Ａｓクラッド層６および１０の厚みを変えた場合、
遠視野像の広がり角が変化するが、Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａ
ｓ光ガイド層７および９の厚みを変えることによって所
望の広がり角に保つことが可能である。例えば、上記実
施例の場合から、Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層６お
よび１０の厚みを０．１５μｍに減らしても、Ａｌ0.2
Ｇａ0.3 Ａｓ光ガイド層７および９の厚みを０．０４μ
ｍへ増せば広がり角は２１度に保つことができる。さら
にこの時、リッジ作製時のエッチング深さを変えて図２
中のｔを変化させた場合、等価屈折率差のｔ依存性は前
記のＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層６および１０の厚
みが０．２μｍの場合とほとんど同じである。従って、
本発明の構造を用いれば、図２中で示すｔ＝０．１５
μｍの位置に制御され、ストライプ内外の屈折率差は約
０．００７が得られる。垂直方向の遠視野像の半値全角
が２０−２３度の範囲で計算したところ、等価屈折率の
依存性は図２の太線の範囲に入った。従って本発明を用
いればＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ光ガイド層７および９の厚
みを結晶成長時に精密に設定することにより、所望の広
がり角においてストライプ内外の等価屈折率差を極めて
制度良く設計して実現することが可能である。これは以
上の実施例の説明の場合に限らず、遠視野像と近視野像
とは一定の関係を持って結ばれているので、同様の広が
り角を有する場合には挿入する低屈折率層の位置を変え
ても導波光の強度が減衰した裾（evanescencent wave）
の分布があまり変わらないため、ストライプ内外の等価
屈折率差とｔとの関係はほぼ同じになる。このように、
垂直方向の遠視野像の広がり角と横方向の光導波路の基
本パラメータである等化屈折率差を独立に制御できると
ころに本発明の特徴がある。
算はＧａＡｓ層によるレーザ光の吸収を考慮したＭａｘ
ｗｅｌｌの電磁界方程式を用いた。横モードについては
等価屈折率近似を用いて計算した。上記実施例の層構造
の場合、垂直方向の遠視野像の半値全幅は約２１度が得
られる。リッジストライプ外のエッチングが完全にｐ−
Ａｌ0.6 Ｇａ0.3 Ａｓ低屈折率層１１上部にて停止した
場合のストライプ内外の等価屈折率の差は０．００５が
得られ、リッジストライプ底部の幅を４μｍ程度以下に
小さくとれば高出力まで安全な基本モード発振が可能で
ある。この時の活性層内の光閉じ込め係数［optical co
nfinement factor］は２．６％である。低屈折率層５お
よび１１が無い場合には遠視野像の半値全幅２６度と大
きく、光閉じ込め係数は２．３％と小さくなり特性は劣
化する。本発明の特徴はこのような低屈折率挿入の長所
を損なうことなく容易に横モードの安定な条件を実現可
能にしたことにある。すなわち遠視野像の広がり角をほ
とんど変えることなくストライプ内外の屈折率の差を制
御できることである。この様子を図２の計算結果に示
す。図２の横軸は図１の実施例の構造を有するリッジ導
波路型半導体レーザに置いてリッジ作製のエッチングの
深さを変えたときのＳＣＨ領域とＳｉＮｘ膜との距離ｔ
をとっている。縦軸はストライプ内外の等価屈折率の差
である。図１に示す実施例においては図２中に示すｔ
＝０．３μｍのところにエッチング時に制御されるため
リッジストライプ内外の等価屈折率の差は約０．００５
が再現性良くウエハ内で均一に得られる。挿入する低屈
折率層とＳＣＨ領域との距離、すなわちＡｌ0.45Ｇａ
0.55Ａｓクラッド層６および１０の厚みを変えた場合、
遠視野像の広がり角が変化するが、Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａ
ｓ光ガイド層７および９の厚みを変えることによって所
望の広がり角に保つことが可能である。例えば、上記実
施例の場合から、Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層６お
よび１０の厚みを０．１５μｍに減らしても、Ａｌ0.2
Ｇａ0.3 Ａｓ光ガイド層７および９の厚みを０．０４μ
ｍへ増せば広がり角は２１度に保つことができる。さら
にこの時、リッジ作製時のエッチング深さを変えて図２
中のｔを変化させた場合、等価屈折率差のｔ依存性は前
記のＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層６および１０の厚
みが０．２μｍの場合とほとんど同じである。従って、
本発明の構造を用いれば、図２中で示すｔ＝０．１５
μｍの位置に制御され、ストライプ内外の屈折率差は約
０．００７が得られる。垂直方向の遠視野像の半値全角
が２０−２３度の範囲で計算したところ、等価屈折率の
依存性は図２の太線の範囲に入った。従って本発明を用
いればＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ光ガイド層７および９の厚
みを結晶成長時に精密に設定することにより、所望の広
がり角においてストライプ内外の等価屈折率差を極めて
制度良く設計して実現することが可能である。これは以
上の実施例の説明の場合に限らず、遠視野像と近視野像
とは一定の関係を持って結ばれているので、同様の広が
り角を有する場合には挿入する低屈折率層の位置を変え
ても導波光の強度が減衰した裾（evanescencent wave）
の分布があまり変わらないため、ストライプ内外の等価
屈折率差とｔとの関係はほぼ同じになる。このように、
垂直方向の遠視野像の広がり角と横方向の光導波路の基
本パラメータである等化屈折率差を独立に制御できると
ころに本発明の特徴がある。
【００１２】図３に本発明の第２の実施例であるＧａＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸レーザの断面を模式的に示
す。２１−３２の各層は図１に示す第一実施例の１−１
２の各層と同じである。従って本実施例においては、第
１の実施例と同様のエッチングによりｐ−Ａｌ0.45Ｇａ
0.55Ａｓクラッド層３２の成長後メサストライプをエッ
チングにより形成し次にエッチング時に使用したＳｉＮ
ｘマスクを残したままＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層
３２より高いＡｌ混晶比を持つｎ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａ
ｓ層３３によりメサ以外の部分を埋め混む。さらにＳｉ
Ｎｘマスクを除去した後、３回目の結晶成長によりｐ−
Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層３４、ｐ−ＧａＡｓキ
ャップ層１４を成長する。最後にｐ−ＧａＡｓキャップ
層側にＡｕＺｎ／Ａｕ３６、ｎ−ＧａＡｓ基板側にＡｕ
Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ３７を真空蒸着後、４６０℃で５分間
アニールしてオーミック電極を形成する。本実施例では
ストライプ外でＡｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ層３３の屈折率が
Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層３２の屈折率より約
０．１５小さいことを利用して等価屈折率差を作り付け
ているが、これは第一の実施例の場合のＳｉＮｘとＡｌ
0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層との屈折率差約１．４と比
べて小さいためストライプ内外における等価屈折率差も
小さくなり、自励発振を伴う光ディスク用レーレーザな
どのように等価屈折率差の小さい領域で高精度の制御を
要求される場合に適している。
ｓ／ＡｌＧａＡｓ量子井戸レーザの断面を模式的に示
す。２１−３２の各層は図１に示す第一実施例の１−１
２の各層と同じである。従って本実施例においては、第
１の実施例と同様のエッチングによりｐ−Ａｌ0.45Ｇａ
0.55Ａｓクラッド層３２の成長後メサストライプをエッ
チングにより形成し次にエッチング時に使用したＳｉＮ
ｘマスクを残したままＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層
３２より高いＡｌ混晶比を持つｎ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａ
ｓ層３３によりメサ以外の部分を埋め混む。さらにＳｉ
Ｎｘマスクを除去した後、３回目の結晶成長によりｐ−
Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層３４、ｐ−ＧａＡｓキ
ャップ層１４を成長する。最後にｐ−ＧａＡｓキャップ
層側にＡｕＺｎ／Ａｕ３６、ｎ−ＧａＡｓ基板側にＡｕ
Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ３７を真空蒸着後、４６０℃で５分間
アニールしてオーミック電極を形成する。本実施例では
ストライプ外でＡｌ0.7 Ｇａ0.3 Ａｓ層３３の屈折率が
Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層３２の屈折率より約
０．１５小さいことを利用して等価屈折率差を作り付け
ているが、これは第一の実施例の場合のＳｉＮｘとＡｌ
0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層との屈折率差約１．４と比
べて小さいためストライプ内外における等価屈折率差も
小さくなり、自励発振を伴う光ディスク用レーレーザな
どのように等価屈折率差の小さい領域で高精度の制御を
要求される場合に適している。
【００１３】上記第一および第二の実施例においてはエ
ッチングによるメサストライプの形成を基本とする素子
構造について示したが、図４に示す第三の実施例のよう
にストライプ部をエッチングした後、再成長によって埋
める形の素子構造も可能である。
ッチングによるメサストライプの形成を基本とする素子
構造について示したが、図４に示す第三の実施例のよう
にストライプ部をエッチングした後、再成長によって埋
める形の素子構造も可能である。
【００１４】上記実施例においてはＧａＡｓ量子井戸活
性層の場合のみ示したが、一般にＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧ
ａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓなどを活性層としてＡｌＧａ
Ａｓをクラッド領域に用いたレーザには上記実施例の作
製方法をもって適応可能である。さらにＡｌＧａＩｎ
Ｐ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＺｎＳＳｅなど他の半導体混晶を
用いたレーザについても適当なエッチング法と組み合わ
せることにより適応可能である。また上記実施例におい
ては挿入した低屈折率層が単層の場合のみについて説明
したが、例えばＡｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａｓ層の代わりにＧａ
Ａｓ（０．９ｎｍ）、ＡｌＡｓ（１．５ｎｍ）を交互に
積層した超格子のような多層構造によって置き換えるこ
とも可能である。さらにクラッド層など他の層について
も多層構造を用いることが可能なことはいうまでもな
い。光導波路としてのレーザの基本構造についても通常
のＤＨ（Double Heterostructure）構造や図１、図３の
ようなＳＣＨ構造をはじめＧＲＩＮ−ＳＣＨ（Graded I
ndex SCH) 構造をはじめとした種々の構造を用いること
ができることは言うまでもない。
性層の場合のみ示したが、一般にＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧ
ａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓなどを活性層としてＡｌＧａ
Ａｓをクラッド領域に用いたレーザには上記実施例の作
製方法をもって適応可能である。さらにＡｌＧａＩｎ
Ｐ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＺｎＳＳｅなど他の半導体混晶を
用いたレーザについても適当なエッチング法と組み合わ
せることにより適応可能である。また上記実施例におい
ては挿入した低屈折率層が単層の場合のみについて説明
したが、例えばＡｌ0.6 Ｇａ0.4 Ａｓ層の代わりにＧａ
Ａｓ（０．９ｎｍ）、ＡｌＡｓ（１．５ｎｍ）を交互に
積層した超格子のような多層構造によって置き換えるこ
とも可能である。さらにクラッド層など他の層について
も多層構造を用いることが可能なことはいうまでもな
い。光導波路としてのレーザの基本構造についても通常
のＤＨ（Double Heterostructure）構造や図１、図３の
ようなＳＣＨ構造をはじめＧＲＩＮ−ＳＣＨ（Graded I
ndex SCH) 構造をはじめとした種々の構造を用いること
ができることは言うまでもない。
【００１５】以下、この発明の第四実施例を図に基づい
て詳細に説明する。図５に本発明の第四実施例であるＧ
ａＡｓ／ＡｌＧａＡｓリッジ導波路型量子井戸レーザの
断面を模式的に示す。本実施例の基本的な導波路構造は
図１に示す本発明の第一実施例と同様のリッジ導波路型
である。（１００）方位を有するｎ−ＧａＡｓ基板１
（Ｓｉ＝２×１０18ｃｍ-3）上にｎ−ＧａＡｓバッファ
層２（Ｓｉ＝１×１０18ｃｍ-3，０．７μｍ）、ｎ−Ａ
ｌ0.7 Ｇａ0.15Ａｓ低屈折率層３（Ｓｉ＝１×１０18ｃ
ｍ-3，０．１μｍ）、ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッ
ド層４（Ｓｉ＝１×１０18ｃｍ-3，２．６μｍ）、ｎ−
Ａｌ0.6 Ｇａ0.3 Ａｓ低屈折率層５（Ｓｉ＝１×１０18
ｃｍ-3，０．１μｍ）、ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラ
ッド層６（Ｓｉ＝１×１０18ｃｍ-3，０．２μｍ）、ノ
ンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ光ガイド層７（０．０３
６μｍ）、ノンドープＧａＡｓ量子井戸層８（０．０１
μｍ）、ノンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ光ガイド層９
（０．０３６μｍ）、ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッ
ド層１０（Ｂｅ＝１×１０18ｃｍ-3，０．２μｍ）、ｐ
−Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ低屈折率層１１´（Ｂｅ＝１×１
０18ｃｍ-3，０．１μｍ）、ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ
クラッド層１２（Ｂｅ＝１×１０18ｃｍ-3，１．２μ
ｍ）、ｐ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.15Ａｓ低屈折率層１３（Ｓｉ
＝１×１０18ｃｍ-3，０．１μｍ）、ｐ−ＧａＡｓキャ
ップ１４（Ｂｅ＝１×１０19ｃｍ-3，０．１μｍ）を分
子線エピタキシ法を用いて連続的に形成する。ここで図
１に示す第一実施例との違いは第一実施例においてはｐ
−ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１１はＡｌ混晶比０．６の一
定組成の層であったのに対して、本実施例においては図
６に示すようにｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層１
２との界面付近約２０ｎｍの間に徐々に組成を増やして
最終的にＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ１２との界面においては
０．８のＡｌ混晶比となるように組成を変えていること
である。
て詳細に説明する。図５に本発明の第四実施例であるＧ
ａＡｓ／ＡｌＧａＡｓリッジ導波路型量子井戸レーザの
断面を模式的に示す。本実施例の基本的な導波路構造は
図１に示す本発明の第一実施例と同様のリッジ導波路型
である。（１００）方位を有するｎ−ＧａＡｓ基板１
（Ｓｉ＝２×１０18ｃｍ-3）上にｎ−ＧａＡｓバッファ
層２（Ｓｉ＝１×１０18ｃｍ-3，０．７μｍ）、ｎ−Ａ
ｌ0.7 Ｇａ0.15Ａｓ低屈折率層３（Ｓｉ＝１×１０18ｃ
ｍ-3，０．１μｍ）、ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッ
ド層４（Ｓｉ＝１×１０18ｃｍ-3，２．６μｍ）、ｎ−
Ａｌ0.6 Ｇａ0.3 Ａｓ低屈折率層５（Ｓｉ＝１×１０18
ｃｍ-3，０．１μｍ）、ｎ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラ
ッド層６（Ｓｉ＝１×１０18ｃｍ-3，０．２μｍ）、ノ
ンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ光ガイド層７（０．０３
６μｍ）、ノンドープＧａＡｓ量子井戸層８（０．０１
μｍ）、ノンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ光ガイド層９
（０．０３６μｍ）、ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッ
ド層１０（Ｂｅ＝１×１０18ｃｍ-3，０．２μｍ）、ｐ
−Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ低屈折率層１１´（Ｂｅ＝１×１
０18ｃｍ-3，０．１μｍ）、ｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ
クラッド層１２（Ｂｅ＝１×１０18ｃｍ-3，１．２μ
ｍ）、ｐ−Ａｌ0.7 Ｇａ0.15Ａｓ低屈折率層１３（Ｓｉ
＝１×１０18ｃｍ-3，０．１μｍ）、ｐ−ＧａＡｓキャ
ップ１４（Ｂｅ＝１×１０19ｃｍ-3，０．１μｍ）を分
子線エピタキシ法を用いて連続的に形成する。ここで図
１に示す第一実施例との違いは第一実施例においてはｐ
−ＡｌＧａＡｓ低屈折率層１１はＡｌ混晶比０．６の一
定組成の層であったのに対して、本実施例においては図
６に示すようにｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層１
２との界面付近約２０ｎｍの間に徐々に組成を増やして
最終的にＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ１２との界面においては
０．８のＡｌ混晶比となるように組成を変えていること
である。
【００１６】図１に示す第一実施例においてはＡｌ0.45
Ｇａ0.55Ａｓクラッド層１２と低屈折率層Ａｌ0.6 Ｇａ
0.3 Ａｓ１１との界面においてエッチングを停止する。
このときの最終エッチングとして例えばクエン酸や酒石
酸とＨ2 Ｏ2 、Ｈ2 Ｏを混合したエッチング液による選
択的なエッチング法がある。しかしながら図１２に示す
ように、いずれのエッチング液を用いてもＡｌ0.45Ｇａ
0.55Ａｓのエッチング速度はＡｌ0.6 Ｇａ0.3 Ａｓの５
倍程度であり、必ずしも大きくない。また発振波長ある
いは光学的特性の要請からこれらの層のＡｌ混晶比を変
えた場合、例えばクラッド層のＡｌ混晶比をさらに０．
５まで増した場合、さらに選択比が小さくなってしまう
こともある。
Ｇａ0.55Ａｓクラッド層１２と低屈折率層Ａｌ0.6 Ｇａ
0.3 Ａｓ１１との界面においてエッチングを停止する。
このときの最終エッチングとして例えばクエン酸や酒石
酸とＨ2 Ｏ2 、Ｈ2 Ｏを混合したエッチング液による選
択的なエッチング法がある。しかしながら図１２に示す
ように、いずれのエッチング液を用いてもＡｌ0.45Ｇａ
0.55Ａｓのエッチング速度はＡｌ0.6 Ｇａ0.3 Ａｓの５
倍程度であり、必ずしも大きくない。また発振波長ある
いは光学的特性の要請からこれらの層のＡｌ混晶比を変
えた場合、例えばクラッド層のＡｌ混晶比をさらに０．
５まで増した場合、さらに選択比が小さくなってしまう
こともある。
【００１７】ＭＢＥ成長の後、ｐ−ＧａＡｓキャップ１
４上にプラズマＣＶＤにより作製したＳｉＮｘ膜をスト
ライプ状にフォトリソグラフィを用いて形成したものを
マスクとして最初にＨ2 ＳＯ4 、Ｈ2 Ｏ2 、Ｈ2 Ｏを混
合したＡｌ混晶比に対して選択性をもたないエッチング
液によりｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層１２の途
中ｐ−Ａｌ0.6 Ｇａ0.3 Ａｓ低屈折率層１１から３００
ｎｍ程度の距離までエッチングしリッジストライプ上部
となるメサ形状を形成する。次にＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ
クラッド層１２に対してはＡｌ0.6 Ｇａ0.3 Ａｓの５倍
程度、さらにＡｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓより５０倍程度速い
エッチング速度の選択性を有するクエン酸［citric aci
d ］、Ｈ2 Ｏ2 、Ｈ2 Ｏを混合したエッチング液を用い
てメサストライプ外の残りのＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラ
ッド層１２を除去してｐ−Ａｌ0. 6 Ｇａ0.3 Ａｓ低屈折
率層１１´上部にてエッチングを止めてリッジ形状を完
成する。ここでｐ−Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ低屈折率層１１
´の最終的な界面のＡｌ混晶比が０．８であることから
極めて再現性良くリッジ形状およびリッジ以外の部分の
エッチングの残りの厚みを制御でき、かつウエハ内で均
一に作製することができる。次にエッチング用マスクに
用いたＳｉＮｘ膜を一旦除去した後全面にプラズマＣＶ
Ｄにより、ＳｉＮｘ膜１５（２５０ｎｍ）を形成し、フ
ォトリソグラフィー法と希釈したＨＦによる化学エッチ
ングにより、メサ上部のＳｉＮｘ膜を除去してストライ
プ状の窓を形成する。最後に、ｐ−ＧａＡｓキャップ層
側にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ１６、ｎ−ＧａＡｓ基板側にＡｕ
Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ１７を真空蒸着後、熱アニールにてオ
ーミック電極を形成する。
４上にプラズマＣＶＤにより作製したＳｉＮｘ膜をスト
ライプ状にフォトリソグラフィを用いて形成したものを
マスクとして最初にＨ2 ＳＯ4 、Ｈ2 Ｏ2 、Ｈ2 Ｏを混
合したＡｌ混晶比に対して選択性をもたないエッチング
液によりｐ−Ａｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラッド層１２の途
中ｐ−Ａｌ0.6 Ｇａ0.3 Ａｓ低屈折率層１１から３００
ｎｍ程度の距離までエッチングしリッジストライプ上部
となるメサ形状を形成する。次にＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓ
クラッド層１２に対してはＡｌ0.6 Ｇａ0.3 Ａｓの５倍
程度、さらにＡｌ0.8 Ｇａ0.2 Ａｓより５０倍程度速い
エッチング速度の選択性を有するクエン酸［citric aci
d ］、Ｈ2 Ｏ2 、Ｈ2 Ｏを混合したエッチング液を用い
てメサストライプ外の残りのＡｌ0.45Ｇａ0.55Ａｓクラ
ッド層１２を除去してｐ−Ａｌ0. 6 Ｇａ0.3 Ａｓ低屈折
率層１１´上部にてエッチングを止めてリッジ形状を完
成する。ここでｐ−Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ低屈折率層１１
´の最終的な界面のＡｌ混晶比が０．８であることから
極めて再現性良くリッジ形状およびリッジ以外の部分の
エッチングの残りの厚みを制御でき、かつウエハ内で均
一に作製することができる。次にエッチング用マスクに
用いたＳｉＮｘ膜を一旦除去した後全面にプラズマＣＶ
Ｄにより、ＳｉＮｘ膜１５（２５０ｎｍ）を形成し、フ
ォトリソグラフィー法と希釈したＨＦによる化学エッチ
ングにより、メサ上部のＳｉＮｘ膜を除去してストライ
プ状の窓を形成する。最後に、ｐ−ＧａＡｓキャップ層
側にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ１６、ｎ−ＧａＡｓ基板側にＡｕ
Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ１７を真空蒸着後、熱アニールにてオ
ーミック電極を形成する。
【００１８】このようにして作製したウエハを、共振器
超５００μｍに劈開し前端面に反射率１０％のＡｌ2 Ｏ
3 膜、後端面に反射率９５％のＡｌ2 Ｏ3 とアモルファ
スＳｉを交互に二周期積層した多層膜のコーティングを
電子ビーム蒸着により施した後、幅５００μｍのチップ
に切り出し、Ｉｎはんだを用いて同ヒートシンク上にマ
ウントして素子が完成する。
超５００μｍに劈開し前端面に反射率１０％のＡｌ2 Ｏ
3 膜、後端面に反射率９５％のＡｌ2 Ｏ3 とアモルファ
スＳｉを交互に二周期積層した多層膜のコーティングを
電子ビーム蒸着により施した後、幅５００μｍのチップ
に切り出し、Ｉｎはんだを用いて同ヒートシンク上にマ
ウントして素子が完成する。
【００１９】上記実施例においては低屈折率層内の界面
近傍で徐々に組成を変化させることにより界面における
組成の差を大きくしたが、図７に示すように隣接するク
ラッド層内において逆にエッング速度が速くなる方向に
組成を変化させることによりさらに選択性が向上する。
また例えばクラッド層の混晶比がさらに大きい時などの
ように、場合によってはクラッド層側の組成のみ変化さ
せる方が効果が大きい場合も考えられる。さらに組成を
徐々に変化させるかわりに、図８に示すように極めて薄
い層を界面に挿入することにより界面における組成の差
を大きくとることができる。この場合も図９に示すよう
に隣接するクラッド層において逆の方向に組成が変化す
るように薄層を挿入することでさらに選択性を向上でき
る。これらの各層はＭＢＥ法などで作製する場合、組成
の異なる数オングストローム程度の薄層を交互に積層し
た超格子層で置き換えることも可能である。ＭＯＣＶＤ
法などのようにガスフローを用いる場合は徐々に組成を
変える方が一般的に作りやすい。
近傍で徐々に組成を変化させることにより界面における
組成の差を大きくしたが、図７に示すように隣接するク
ラッド層内において逆にエッング速度が速くなる方向に
組成を変化させることによりさらに選択性が向上する。
また例えばクラッド層の混晶比がさらに大きい時などの
ように、場合によってはクラッド層側の組成のみ変化さ
せる方が効果が大きい場合も考えられる。さらに組成を
徐々に変化させるかわりに、図８に示すように極めて薄
い層を界面に挿入することにより界面における組成の差
を大きくとることができる。この場合も図９に示すよう
に隣接するクラッド層において逆の方向に組成が変化す
るように薄層を挿入することでさらに選択性を向上でき
る。これらの各層はＭＢＥ法などで作製する場合、組成
の異なる数オングストローム程度の薄層を交互に積層し
た超格子層で置き換えることも可能である。ＭＯＣＶＤ
法などのようにガスフローを用いる場合は徐々に組成を
変える方が一般的に作りやすい。
【００２０】素子構造としては図５に示すリッジ導波路
型以外にも図１０や図１１に示した埋め込み再成長を用
いた各種構造に適応できる。なお図１０及び図１１にお
いては簡単のためにエッチング停止に用いる低屈折率層
及びクラッド層はそれぞれ反層として示してあるが、上
述したように組成変化あるいは界面に薄層を挿入して選
択比を向上させてあることは言うまでもない。
型以外にも図１０や図１１に示した埋め込み再成長を用
いた各種構造に適応できる。なお図１０及び図１１にお
いては簡単のためにエッチング停止に用いる低屈折率層
及びクラッド層はそれぞれ反層として示してあるが、上
述したように組成変化あるいは界面に薄層を挿入して選
択比を向上させてあることは言うまでもない。
【００２１】上記実施例においてはＧａＡｓ量子井戸活
性層の場合のみ示したが、一般にＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧ
ａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓなどを活性層としてＡｌＧａ
Ａｓをクラッド領域に用いたレーザには上記実施例の作
製方法をもって適応可能である。さらにＡｌＧａＩｎ
Ｐ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＺｎＳＳｅなど他の半導体混晶を
用いたレーザについても適当なエッチング法と組み合わ
せることにより適応可能である。光導波路としてのレー
ザの基本構造についても通常のＤＨ（Double Heterostr
ucture）構造や図１、図１０、図１１のようなＳＣＨ構
造をはじめＧＲＩＮ−ＳＣＨ（Graded Index SCH) 構造
をはじめとした種々の構造を用いることができることは
言うまでもない。
性層の場合のみ示したが、一般にＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧ
ａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＡｓなどを活性層としてＡｌＧａ
Ａｓをクラッド領域に用いたレーザには上記実施例の作
製方法をもって適応可能である。さらにＡｌＧａＩｎ
Ｐ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＺｎＳＳｅなど他の半導体混晶を
用いたレーザについても適当なエッチング法と組み合わ
せることにより適応可能である。光導波路としてのレー
ザの基本構造についても通常のＤＨ（Double Heterostr
ucture）構造や図１、図１０、図１１のようなＳＣＨ構
造をはじめＧＲＩＮ−ＳＣＨ（Graded Index SCH) 構造
をはじめとした種々の構造を用いることができることは
言うまでもない。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば低
閾値電流・高微分効率でかつビーム広がり角度が小さく
光学系への結合効率を高めた低屈折率層挿入法の屈折率
導波単一横モード半導体レーザを高い制御性をもって均
一性良く製造することが可能となり、光ファイバ増幅器
や半導体レーザ励起固体レーザなどの半導体レーザを用
いたシステムの小型化・高効率化に極めて大きな効果が
ある。
閾値電流・高微分効率でかつビーム広がり角度が小さく
光学系への結合効率を高めた低屈折率層挿入法の屈折率
導波単一横モード半導体レーザを高い制御性をもって均
一性良く製造することが可能となり、光ファイバ増幅器
や半導体レーザ励起固体レーザなどの半導体レーザを用
いたシステムの小型化・高効率化に極めて大きな効果が
ある。
【００２３】また光ディスクなどの応用に対しては本発
明を用いることにより作り付けの屈折率差を精密に制御
できるため自励振動に基づく低コヒーレンス光を得やす
くなるので戻り光雑音の低減に大きな効果がある。
明を用いることにより作り付けの屈折率差を精密に制御
できるため自励振動に基づく低コヒーレンス光を得やす
くなるので戻り光雑音の低減に大きな効果がある。
【図１】本発明に係る半導体レーザの第一実施例の断面
模式図である。
模式図である。
【図２】リッジ作製のエッチングの深さと、ＳＣＨ領域
とＳｉＮｘ膜との距離との関係を示すグラフである。
とＳｉＮｘ膜との距離との関係を示すグラフである。
【図３】本発明に係る半導体レーザの第二実施例の断面
模式図である。
模式図である。
【図４】本発明に係る半導体レーザの第三実施例の断面
模式図である。
模式図である。
【図５】本発明に係る半導体レーザの第四実施例の断面
模式図である。
模式図である。
【図６】本発明に係る半導体レーザにおけるエッチング
停止に用いる界面付近のＡｌ混晶比分布を示す説明図で
ある。
停止に用いる界面付近のＡｌ混晶比分布を示す説明図で
ある。
【図７】本発明に係る半導体レーザにおけるエッチング
停止に用いる界面付近のＡｌ混晶比分布の他の例を示す
説明図である。
停止に用いる界面付近のＡｌ混晶比分布の他の例を示す
説明図である。
【図８】本発明に係る半導体レーザにおけるエッチング
停止に用いる界面付近のＡｌ混晶比分布のさらに他の例
を示す説明図である。
停止に用いる界面付近のＡｌ混晶比分布のさらに他の例
を示す説明図である。
【図９】本発明に係る半導体レーザにおけるエッチング
停止に用いる界面付近のＡｌ混晶比分布のさらに他の例
を示す説明図である。
停止に用いる界面付近のＡｌ混晶比分布のさらに他の例
を示す説明図である。
【図１０】本発明に係る半導体レーザの他の実施例の断
面模式図である。
面模式図である。
【図１１】本発明に係る半導体レーザの他の実施例の断
面模式図である。
面模式図である。
【図１２】エッチング速度のＡｌ混晶比依存性を示す説
明図である。
明図である。
１，２１，４１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２，２２，４３ ｎ−ＧａＡｓバッファ層 ３，５，２３，２５，４５ ｎ−ＡｌＧａＡｓ低屈折率
層 ４，６，２４，２６，４４，４６ ｎ−ＡｌＧａＡｓク
ラッド層 ７，９，２７，２９，４７，４９ アンドープＡｌＧａ
Ａｓ光ガイド層 ８，２８，４８，１０８ ＧａＡｓ量子井戸層 １０，１２，３０，３２，３４，５０，５３，１０ ｐ
−ＡｌＧａＡｓクラッド層 １１，１１´，１３，３１，５１，５７ ｐ−ＡｌＧａ
Ａｓ低屈折率層 ３３，５２ ｎ−ＡｌＧａＡｓ電流狭窄層 １４，３５，５４ ｐ−ＧａＡｓキャップ層 １５ ＳｉＮｘ膜 １６，３６，５５ ｐ−電極 １７，３７，５６ ｎ−電極
層 ４，６，２４，２６，４４，４６ ｎ−ＡｌＧａＡｓク
ラッド層 ７，９，２７，２９，４７，４９ アンドープＡｌＧａ
Ａｓ光ガイド層 ８，２８，４８，１０８ ＧａＡｓ量子井戸層 １０，１２，３０，３２，３４，５０，５３，１０ ｐ
−ＡｌＧａＡｓクラッド層 １１，１１´，１３，３１，５１，５７ ｐ−ＡｌＧａ
Ａｓ低屈折率層 ３３，５２ ｎ−ＡｌＧａＡｓ電流狭窄層 １４，３５，５４ ｐ−ＧａＡｓキャップ層 １５ ＳｉＮｘ膜 １６，３６，５５ ｐ−電極 １７，３７，５６ ｎ−電極
Claims (3)
- 【請求項１】 少なくとも１層の屈折率の高い層より成
る光導波領域を、少なくとも１層の屈折率の低い層を含
む単層または多層より成るクラッド領域により両側から
挟んだ光導波用多層構造を有し、光を閉じ込めるための
少なくともひとつの該クラッド領域の中の前記光導波領
域の近傍に少なくとも１層の屈折率のより低い層を挿入
し、該低屈折率層とこれに接するクラッド層との間のエ
ッチング速度の違いを利用してこれらの層に水平な方向
の光導波路構造を作製できる構造を有する半導体レーザ
において、該低屈折率層とこれに接するクラッド層との
界面においてより組成の差が大きくなるように構成した
ことを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記低屈折率層とこれに接するクラッド
層との界面に、少なくとも１層以上の隣接する層と組成
の異なる薄層を挿入したことを特徴とする請求項１記載
の半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記低屈折率層とこれに接するクラッド
層の少なくともいずれか一方の層において低屈折率層と
これに接するクラッド層との界面に向って組成を徐々に
変化させたことを特徴とする請求項１記載の半導体レー
ザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3850993A JPH06252508A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3850993A JPH06252508A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06252508A true JPH06252508A (ja) | 1994-09-09 |
Family
ID=12527240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3850993A Pending JPH06252508A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06252508A (ja) |
Cited By (2)
| 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 |
| US7164701B2 (en) | 2002-03-15 | 2007-01-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor laser and method for manufacturing the same |
-
1993
- 1993-02-26 JP JP3850993A patent/JPH06252508A/ja active Pending
Cited By (2)
| 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 |
| US7164701B2 (en) | 2002-03-15 | 2007-01-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor laser and method for manufacturing the same |
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