JPH06252510A - 利得結合分布帰還型半導体レーザとその作製方法 - Google Patents

利得結合分布帰還型半導体レーザとその作製方法

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JPH06252510A
JPH06252510A JP5064762A JP6476293A JPH06252510A JP H06252510 A JPH06252510 A JP H06252510A JP 5064762 A JP5064762 A JP 5064762A JP 6476293 A JP6476293 A JP 6476293A JP H06252510 A JPH06252510 A JP H06252510A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】容易に作製でき、再成長界面を活性層から離れ
たところに設定できるので再成長界面での再結合電流を
少なくでき、活性層に量子井戸構造を用いられるので設
計の自由度が大きい、利得結合によって単一モード動作
をする利得結合分布帰還型半導体レーザ、及びその作製
方法である。 【構成】異なる指数を持つ面１１０、１１１、１１２で
囲まれた周期形状１０９の上にエピタキシャル成長を行
う際に、Ｓｉ等のＩＶ族元素を不純物として用いると、
成長の面方位によってｐとｎ両方の導電型が現れるのを
利用する。活性層１０５近傍に第１の導電型と第２の導
電型の交互に配列した層１１４、１１５を設ける。この
層を注入電流狭窄層１１３として用いて活性層１０５へ
の電流注入を不均一に行い、利得の周期構造を形成する
ことで、利得結合動作する分布帰還レーザ構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は単一モード動作する分布
帰還型半導体レーザに関し、特に利得結合によって単一
モード動作をする利得結合分布帰還型半導体レーザ構造
とその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】単一モードレーザとしては、分布帰還型
レーザが知られている。導波路の等価屈折率が周期Λで
変調を受けたブラッグ導波路においては、ブラッグ波長
近傍の光は前進波と後進波が結合し、反射される。この
導波路に利得がある場合、レーザ発振が起こるが、その
波長はブラッグ波長とはならず、ストップバンドの外側
の縦モードでの単一モード発振をすることになる。
【０００３】より安定な単一モード動作を実現するため
に、レーザ中央部において回折格子の位相をシフトさせ
る構造を導入して、ブラッグ条件の波長のモードを発振
させる方法が知られている。位相シフト量はブラッグ波
長の１／４になるように決めることが多いが、位相シフ
ト回折格子の作製には複雑な工程が必要となるという問
題があった。
【０００４】また、以上に述べてきた屈折率結合分布帰
還型レーザには以下に述べるような、原理的な問題点が
存在している。分布帰還レーザの単一モード動作は空間
的ホールバーニングや端面の反射によって影響を受け易
く、また戻り光による影響も受け易い。また、高速変調
時にはチャーピングを受け、線幅の増大を招いてしま
う。
【０００５】これらの問題点を解決するために、利得結
合分布帰還型レーザが提案されている。利得結合の利点
は、位相シフト構造を導入することなくブラッグ条件で
の単一モード動作が可能であること、戻り光に対して屈
折率結合と比べて影響を受けにくいこと、チャープ量が
少なくなること、ファセット面の位相位置による分留ま
りの低下がないことである。たとえば、活性層上部に吸
収体を周期的に作製し、周期的な吸収損失を与えること
で、利得結合動作をさせる構造が、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ． Ｖｏｌ．５５，Ｎ
ｏ．１６，ｐｐ．１６０６−１６０８において提案され
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、平均的損失の
増大によって発振しきい値が上昇するという問題点があ
った。また、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｑｕａ
ｎｔｕｍ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ． Ｖｏｌ．２７，
Ｎｏ．６，ｐｐ．１７２４−１７３１においては、Ａｌ
ＧａＡｓ系の２次の回折格子の上にバッファ層と活性層
を再成長して作製した利得結合分布帰還型レーザが提案
されている。しかし、この構造においては、再成長界面
が活性層近傍にあるために低しきい値化が容易でない、
活性層に量子井戸構造を導入することが難しいなどの問
題点を有していた。
【０００７】よって、本発明の目的は、容易に作製で
き、再成長界面を活性層から離れたところに設定できる
ので再成長界面における再結合電流を少なくでき、また
活性層に量子井戸構造を用いることができるので設計の
自由度が大きい、利得結合によって単一モード動作をす
る利得結合分布帰還型半導体レーザ、及びその作製方法
を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、異なる指数を
持つ面で囲まれた第１の周期形状の上にエピタキシャル
成長を行う際に、Ｓｉ等のＩＶ族元素を不純物として用
いると成長の面方位によってｐとｎ両方の導電型が現れ
ることを利用して、活性層近傍に第１の導電型と第２の
導電型の交互に配列した層を設け、この層を注入電流狭
窄層として用いて活性層への電流注入を不均一に行い、
利得の周期構造を形成することで、利得結合動作する分
布帰還レーザ構造とすることに特徴がある。また、本発
明はその作製法である。
【０００９】より具体的には、レーザ干渉露光法によっ
て少なくとも２つ以上の異なる指数を持った結晶面から
なる回折格子を形成し、ここに気相のエピタキシャル成
長法を用いて再成長を行う。ここで不純物として両性不
純物として知られるＩＶ族元素を用いて、成長条件を制
御することで、下地の面方位に応じてｐとｎ両方の導電
型が得られるので、この層を電流狭窄層としてレーザ構
造を形成する。電流狭窄層の周期は回折格子の周期によ
って定まり、これによって電流注入時のキャリア密度は
導波方向に沿って周期的に変調を受ける。キャリア密度
の変調によって、導波路の屈折率と利得に周期的な変調
が与えられるので、導波路はブラッグ導波路となり、発
振しきい値以上で単一モード動作する。
【００１０】また、本発明によれば、活性層として、量
子井戸構造を利用できるので、従来の構造に比べて低し
きい値化が可能である、量子井戸のパラメータを制御す
ることで発振波長のチューニングができる、ＴＭモード
での発振を抑圧できる、歪構造の導入による狭スペクト
ル化が可能である、という利点を有している。
【００１１】
【実施例】図１は、本発明の第１の実施例として埋込み
ヘテロ構造の単一モード分布帰還レーザを示す。以下
に、詳細な構造と作製法について図面を用いて説明す
る。
【００１２】先ず、図１（ａ）に示す様に、Ｓｉドープ
のｎ−ＧａＡｓ（００１）基板１０１上に、０．５μｍ
のｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２が形成され、その上に
ＳｉドープＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層１０３を１．
５μｍ形成している。次に、１００ｎｍ厚の光閉じ込め
領域であるＳｉドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ１０４を積層
し、この上に活性層である多重量子井戸１０５が形成さ
れている。この多重量子井戸１０５は、１０ｎｍ厚のア
ンドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓのバリア層と６ｎｍ厚のア
ンドープＧａＡｓの井戸層の５回ずつの繰り返しからな
る。この上に上部の光閉じ込め領域であるＢｅドープＡ
ｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層１０６を１００ｎｍ形成し、さらに
ＢｅドープＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓのキャリアブロック層１
０７を４０ｎｍ形成している。この上に光ガイド層とし
てＢｅドープのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層１０８を形成
し、第１回目の成長を終了する。
【００１３】ここに、図１（ｂ）に示す様に、レーザ干
渉露光法によって、ピッチ２５０ｎｍのレジストパター
ンを形成し、エッチングによってグレーティング１０９
を形成する。これは、発振波長８３０ｎｍ付近のＡｌＧ
ａＡｓ系レーザにとっては２次の回折格子となる。この
とき、グレーティング１０９の溝の方向は（１−１０）
方向とし、硫酸系のエッチャントを用いたウエットエッ
チング、あるいはドライエッチング後の硫酸系のエッチ
ャントによる軽いウエットエッチングによって、図１
（ｂ）に示したように、（１１１）Ａ面１１０、１１１
からなる傾斜部と（００１）面１１２からなる平坦部を
形成する。
【００１４】ＭＢＥチャンバ内でのサーマルクリーニン
グとＥＣＲ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ
ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）水素プラズマ処理によって、レジ
スト残渣と表面の酸化物を除去した後、この上に、原料
に有機金属とＡｓＨ3とを用い、ドーパントとして固体
Ｓｉを用いたＣＢＥ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｂｅａｍｅｐ
ｉｔａｘｙ）法でＳｉドープのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層
を０．２μｍ成長させて電流狭窄層１１３とする（図１
（ｃ））。成長条件を選べば、ＳｉドープのＡｌＧａＡ
ｓ層は下地の面方位に従って導電型が異なる。すなわ
ち、（１００）面上ではｎ型１１４となり、（１１１）
Ａ面上ではｐ型１１５となるので、図１（ｃ）に示した
ように、回折格子１０９のピッチと同じピッチでｐ型と
ｎ型のＡｌＧａＡｓ層１１５、１１４を並べることがで
きる。この上にＢｅドープＡｌ0.5ＧａＡｓ0.5クラッド
層１１６を１．５μｍ形成し、この上にＢｅドープＧａ
Ａｓのキャップ層１１７を０．５μｍ形成する。
【００１５】さらに、図２に示したように、通常のフォ
トリソグラフィ手法を用いて、エッチングによりストラ
イプを形成し、サイド部をｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ１１
８とｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ１１９で埋込み、上部ｐ側
電極１２０と下部ｎ側電極１２１を形成し、横方向の閉
じ込めを行って横単一モード化を実現している。
【００１６】次に本実施例の動作について説明する。電
流注入時に電流狭窄層のｐ型部１１５は電流の経路とな
り、ｎ型部１１４は電流阻止部として働く。また、ｐ−
ｎ接合部のポテンシャルの曲がりは、上部光ガイド層１
０８と活性層１０５のポテンシャルをわずかに曲げるの
で、活性層１０５へ注入される正孔は拡散によって広が
るもののポテンシャル差によって弱く閉じ込められてお
り、不均一に注入されることになり、周期的に変調を受
けた密度分布を持つ。
【００１７】図１（ｄ）に活性層１０５におけるキャリ
ア密度の分布を示す。キャリアの密度分布によって、活
性層１０５の利得と等価屈折率は変調を受けることにな
る。また、電流狭窄層１１３とクラッド層１１６界面の
凹凸によって導波路の等価屈折率は変調を受けている。
また、電流狭窄層１１３における導電型の違いも屈折率
の違いを招くが、この違いは構造的な変調による屈折率
変調量に比べて小さい。こうして、構造的要因と、不均
一注入によってブラッグ導波路が形成され、安定した単
一縦モード発振が実現される。
【００１８】本実施例においては、素子長５００μｍ、
メサ幅２μｍの素子において、発振しきい値が約１０ｍ
Ａとなり、波長８３５ｎｍの単一モード発振が確認され
た。本実施例においては、キャリアブロック層１０７が
再成長界面での再結合を防ぎ、低しきい値化に貢献して
いる。
【００１９】本実施例においては、横方向の閉じ込め
に、埋め込みヘテロ構造を用いたが、量子井戸構造の活
性層を持つレーザに適用できる、その他の公知のキャリ
ア閉じ込め型導波構造を形成しても良い。また、２次の
回折格子１０９の形状は、図１（ｂ）に示した形状に限
定されるものではなく、ｎ−ＡｌＧａＡｓとｐ−ＡｌＧ
ａＡｓを同時に成長できるような異なる結晶面を露出し
ていれば良く、たとえば図３に示したような形状であっ
ても良い。図３では、図１の各部を示す番号に１００を
加えた番号で、図１の各部に対応する部分を示してい
る。
【００２０】
【他の実施例】図４は、本発明の第２の実施例として、
活性層よりも下に電流狭窄層をもうけた構造の利得結合
分布帰還型半導体レーザを示す。以下に、詳細な構造と
作製法を説明する。
【００２１】先ず、図４（ａ）に示す様に、Ｓｉドープ
のｎ−ＧａＡｓ（００１）基板３０１上に、０．５μｍ
のｎ−ＧａＡｓバッファ層３０２が形成され、その上に
ＳｉドープＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層３０３を１．
５μｍ形成している。次に、１００ｎｍ厚のＳｉドープ
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ光ガイド層３０４を積層する。
【００２２】ここに、図４（ｂ）に示す様に、レーザ干
渉露光法によって、ピッチ２５０ｎｍのレジストパター
ンを形成し、エッチングによって２次グレーティング３
０５を形成する。このとき、グレーティングの溝の方向
は（１−１０）方向とし、硫酸系のエッチャントを用い
たウエットエッチング、あるいはドライエッチング後の
硫酸系のエッチャントによる軽いウエットエッチングに
よって、図４（ｂ）に示したように（１１１）Ａ面から
なる傾斜部３０６、３０７と（００１）面からなる平坦
部３０８を形成することは、第１の実施例と同じであ
る。
【００２３】続いて、ＭＢＥチャンバ内でサーマルクリ
ーニングとプラズマ処理によって、レジスト残渣と表面
の酸化物を除去した後、この上にＭＢＥ法でＳｉドープ
のＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層を０．２μｍ成長させて電流狭
窄層３０９とする（図４（ｃ））。成長条件を選べば、
ＳｉドープのＡｌＧａＡｓ層は下地の面方位に従って導
電型が異なるので、（１００）面上ではｎ型導電層３１
０、（１１１）Ａ面上ではｐ型ブロック層３１１が形成
される。
【００２４】この上に、下側の光閉じ込め領域であるＳ
ｎドープのＡｌ0.2Ｇａ0.2Ａｓ層３１２を０．２μｍ形
成し、さらに活性層であるノンドープＧａＡｓ層３１３
が０．１μｍ形成されている。この上に、上部の光閉じ
込め領域であるＢｅドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層３１４
を１００ｎｍ形成し、さらにＢｅドープＡｌ0.5Ｇａ0.5
Ａｓのクラッド層３１５を１．５μｍ形成している。こ
の上に、ＢｅドープＧａＡｓのキャップ層３１６を０．
５μｍ形成している（図４（ｃ））。
【００２５】ＳｎドープＡｌＧａＡｓは、面方位によら
ずｎ型となるので、下側の光閉じ込め層３１２の導電型
はｎ型となっている。
【００２６】このウェハに、第１の実施例と同様の横方
向の導波構造と、キャリアの閉じ込め構造、上部ｐ電
極、下部ｎ電極を形成し、単一モードレーザとしてい
る。
【００２７】本実施例においては、ｐ層がキャリアブロ
ック層３１１になっており、注入される電子に対して電
流狭窄をおこなうことが特徴である。また、活性層３１
３に凹凸が生じるので、第１の実施例に比べて屈折率結
合係数の変調も同時に大きくなっている。単一モード動
作の作用については第１の実施例と同じである。
【００２８】図５は、本発明の第３の実施例として、Ａ
ｌＧａＡｓ系半導体レーザにおいて１次の結合をする分
布帰還型半導体レーザを示す。以下に、詳細な構造と作
製法について説明していく。
【００２９】先ず、図５（ａ）に示す様に、Ｓｉドープ
のｎ−ＧａＡｓ（００１）基板４０１上に０．５μｍの
ｎ−ＧａＡｓバッファ層４０２が形成され、その上にＳ
ｉドープＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層４０３を１．５
μｍ形成している。次に、４０４は１００ｎｍ厚の光閉
じ込め領域であるＳｉドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓであ
り、この上に活性層である多重量子井戸４０５が形成さ
れている。この多重量子井戸４０５は、１０ｎｍのアン
ドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓのバリア層と６ｎｍのアンド
ープＧａＡｓの井戸層の５回ずつの繰り返しからなる。
この上に、上部の光閉じ込め領域であるＢｅドープＡｌ
0.3Ｇａ0.7Ａｓ層４０６を１００ｎｍ形成し、さらにＢ
ｅドープＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓのキャリアブロック層４０
７を４０ｎｍ形成している。この上に、光ガイド層とし
てＢｅドープのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層４０８を形成
し、第１回目の成長を終了する。
【００３０】ここに、図５（ｂ）に示す様に、レーザ干
渉露光法によって、ピッチ２５０ｎｍのレジストパター
ンを形成し、エッチングによって２次グレーティング４
０９を形成する。溝の方向は（１−１０）方向とする。
本実施例においては、ドライエッチング後の硫酸系のエ
ッチャントによる軽いウエットエッチングによって、図
５（ｂ）に示したように（１１１）Ａ面４１０、４１１
からなる傾斜部と（００１）面４１２、４１３からなる
平坦部を形成し、全体として台形形状のグレーティング
４０９とする。ここでキャリアの拡散の効果を考慮にい
れて、上側の平坦部４１３を下側の平坦部４１２よりも
広くなるようにエッチング条件を制御している。
【００３１】ＭＢＥチャンバ内でサーマルクリーニング
とプラズマ処理によって、レジスト残渣と表面の酸化物
を除去した後、この上に、原料に有機金属とアルシンＡ
ｓＨ3を用いたＣＢＥ法でＳｉドープのＡｌ0.2Ｇａ0.8
Ａｓ層を０．２μｍ成長させて電流狭窄層４１４とす
る。
【００３２】下地の面方位に従って異なる導電型が出現
し、ｐ型４１５とｎ型４１６のＡｌＧａＡｓ層を並べる
ことができるのは第１の実施例と同じ（図５（ｃ）参
照）であるが、図５（ｄ）に示したように、電流注入時
のキャリア密度の変調の周期λがもとの回折格子の周期
Λの１／２となるのが本実施例の特徴である。
【００３３】更に、この上に、ＢｅドープＡｌ0.5Ｇａ
0.5Ａｓクラッド層４１７を１．５μｍ形成し、この上
にＢｅドープＧａＡｓのキャップ層４１８を０．５μｍ
形成する。 このウェハに、第１の実施例と同様の横方
向の導波構造と、キャリアの閉じ込め構造、上部ｐ電
極、下部ｎ電極を形成し、単一モードレーザとしてい
る。
【００３４】図６は、本実施例の第４の実施例として、
（１１１）Ａ基板を用いたＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ
に対して本発明を適用した分布帰還型半導体レーザを示
す。以下に、詳細な構造と作製法について説明してい
く。
【００３５】先ず、図６（ａ）に示すように、Ｓｉドー
プのｎ−ＧａＡｓ（１１１）基板５０１上に、０．５μ
ｍのｎ−ＧａＡｓバッファ層５０２が形成され、その上
にＳｉドープＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層５０３を
１．５μｍ形成している。次に、５０４は１００ｎｍ厚
の光閉じ込め領域であるＳｉドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ
であり、この上に活性層である多重量子井戸５０５が形
成されている。この多重量子井戸は、１０ｎｍのアンド
ープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓのバリア層と６ｎｍのアンドー
プＧａＡｓの井戸層の５回ずつの繰り返しからなる。こ
の上に、上部の光閉じ込め領域であるＢｅドープＡｌ
0.3Ｇａ0.7Ａｓ層５０６を１００ｎｍ形成し、さらにＢ
ｅドープＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓキャリアブロック層５０７
を４０ｎｍ形成している。この上に、光ガイド層として
ＢｅドープのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層５０８を形成し、
第１回目の成長を終了する。
【００３６】ここに、図６（ｂ）に示すように、レーザ
干渉露光法によって、ピッチ２５０ｎｍのレジストパタ
ーンを形成し、エッチングによって２次グレーティング
５０９を形成する。溝の方向は（１−１０）方向とす
る。本実施例においては、ドライエッチング後の硫酸系
のエッチャントによる軽いウエットエッチングによっ
て、図６（ｂ）に示すように、（００１）面からなる傾
斜部５１０と（１１０）面からなる傾斜部５１１と（１
１１）面からなる平坦部５１２を形成し、全体として非
対称形状のグレーティング５０９とする。
【００３７】続いて、ＭＢＥチャンバ内でサーマルクリ
ーニングとプラズマ処理によって、レジスト残渣と表面
の酸化物を除去した後、この上に、原料に有機金属とア
ルシンを用いたＣＢＥ法でＳｉドープのＡｌ0.2Ｇａ0.8
Ａｓ層を０．２μｍ成長させて電流狭窄層５１３とす
る。
【００３８】下地の面方位に従って異なる導電型が出現
し、ｐ型５１４とｎ型５１５のＡｌＧａＡｓ層を並べる
ことができるのは第１の実施例と同じであるが、平坦部
上にｐ型層５１４が形成されて電流の経路となる点が本
実施例の特徴である。
【００３９】この上にＢｅドープＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓク
ラッド層５１６を１．５μｍ形成し、この上にＢｅドー
プＧａＡｓのキャップ層５１７を０．５μｍ形成する。
このウェハに、第１の実施例と同様の横方向の導波構造
と、キャリアの閉じ込め構造、上部ｐ電極、下部ｎ電極
を形成し、単一モードレーザとしている。
【００４０】図７は、本発明の第５の実施例として、Ａ
ｌＧａＡｓ系単一モード分布帰還レーザの別の形態を示
す。以下に、詳細な構造と作製法について説明してい
く。
【００４１】先ず、図７（ａ）に示すように、Ｓｉドー
プのｎ−ＧａＡｓ（００１）基板６０１上に、０．５μ
ｍのｎ−ＧａＡｓバッファ層６０２が形成され、その上
にＳｉドープＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓクラッド層６０３を
１．５μｍ形成している。次に、６０４は１００ｎｍ厚
の光閉じ込め領域であるＳｉドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ
であり、この上に活性層である多重量子井戸６０５が形
成されている。この多重量子井戸６０５は、１０ｎｍの
アンドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓのバリア層と６ｎｍのア
ンドープＧａＡｓの井戸層の５回ずつの繰り返しからな
る。この上に、上部の光閉じ込め領域であるＢｅドープ
Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層６０６を１００ｎｍ形成し、さら
にＢｅドープＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓのキャリアブロック層
６０７を１２０ｎｍ形成して第１回目の成長を終了す
る。
【００４２】ここに、図７（ｂ）に示すように、レーザ
干渉露光法によって、ピッチ２５０ｎｍのレジストパタ
ーンを形成し、エッチングによって２次グレーティング
６０８を形成する。溝の方向は（１−１０）方向とす
る。硫酸系のエッチャントにウエットエッチングによっ
て、図７（ｂ）に示したように、（１１１）Ａ面６０
９、６１０からなる傾斜部と上部光閉じ込め層６０６の
露出した（００１）面６１１からなる平坦部を形成し、
グレーティングとする。このとき、光閉じ込め層６０６
のＡｌ混晶比とキャリアブロック層６０７のＡｌ混晶比
の違いによって、エッチングレートが変わるのでグレー
ティング形状の作製がきわめて容易である。
【００４３】ＭＢＥチャンバ内でサーマルクリーニング
とプラズマ処理によって、レジスト残渣と表面の酸化物
を除去した後、この上に、原料に有機金属とアルシンを
用いたＣＢＥ法でＳｉドープのＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ層を
０．２μｍ成長させて電流狭窄層６１２とする。
【００４４】下地の面方位に従って異なる導電型が出現
し、ｐ型ＡｌＧａＡｓの電流注入部６１３とｎ型ＡｌＧ
ａＡｓの電流阻止層６１４を並べることができるのは第
１の実施例と同じ（図７（ｃ））であるが、再成長界面
での再結合は以下の機構によって抑えられる。（１１
１）Ａ面上にｐ型ＡｌＧａＡｓを成長した電流注入部６
１３では、キャリアブロック層６０７の働きで再成長界
面に電子が注入されるのを阻止している。上部光閉じ込
め領域部６０６上にｎ型ＡｌＧａＡｓを成長した電流阻
止部６１４では、再成長界面にｐ−ｎ接合が形成され内
部電界によってキャリアが吐き出されているので、再結
合が少なくなっている。
【００４５】この上に、ＢｅドープＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓ
クラッド層６１５を１．５μｍ形成し、この上に、Ｂｅ
ドープＧａＡｓのキャップ層６１６を０．５μｍ形成す
る。このウェハに第１の実施例と同様の横方向の導波構
造と、キャリアの閉じ込め構造、上部ｐ電極、下部ｎ電
極を形成し、単一モードレーザとしている。
【００４６】以上、いずれの実施例においても、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板上の結晶成長をもちいて、ＡｌＧａＡｓ系半
導体レーザを形成する例を説明してきた。しかし、ｐ−
ＧａＡｓ基板上にレーザを構成しても、電流狭窄層での
ブロック層と電流透過部が入れ替わるだけであり、その
構成、動作については以上の説明から容易に理解でき
る。また、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザに限って説明し
てきたが、本発明の構成はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に
よるレーザであって、ＭＢＥ法あるいはＭＯＭＢＥ法で
気相成長できる材料系であればよく、たとえば、ＩｎＧ
ａＡｓＰ系レーザ、ＩｎＡｌＧａＰ系レーザ、ＩｎＧａ
Ａｓ系レーザ、ＩｎＡｌＧａＡｓ系レーザにも適用でき
ることは明らかである。また、添加不純物もＳｉに限ら
ず、成長面に応じてｐ型とｎ型を発現させるＩＶ族の両
性不純物を用いれば良いことも自明である。また、成長
法として、ＩＶ族を不純物として用いたＭＯＶＰＥ法な
どを使用してもよい。
【００４７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、利
得結合によって単一モード動作をする利得結合分布帰還
レーザを容易に作製でき、さらに再成長界面を活性層か
ら離れたところに設定できるので、再成長界面における
再結合電流の少ないレーザを実現できる。また、活性層
に量子井戸構造を用いることができるので、設計の自由
度が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例として埋込みヘテロ構造
の単一モード分布帰還レーザの構造等を示す図である。
【図２】第１実施例の一部破断斜視図である。
【図３】光ガイド層上に形成される回折格子の変形例を
示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例の構造等を示す図であ
る。
【図５】本発明の第３の実施例の構造等を示す図であ
る。
【図６】本発明の第４の実施例の構造等を示す図であ
る。
【図７】本発明の第５の実施例の構造等を示す図であ
る。
【符号の説明】
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１
Ｓｉドープのｎ−ＧａＡｓ（００１）基板 １０４，２０４，４０４，５０４，６０４ 下部光閉
じ込め領域 １０５，２０５，４０５，５０５，６０５ 活性層で
ある多重量子井戸 １０６，２０６，４０６，５０６，６０６ 上部光閉
じ込め領域 １０７，２０７，４０７，５０７，６０７ キャリア
ブロック層 １０８，２０８，３０４，４０８，５０８ 光ガイド
層 １０９，２０９，３０５，４０９，５０９，６０８
グレーティング １１０，１１１，３０６，３０７，４１０，４１１
（１１１）Ａ面 １１２，３０８，４１２，４１３，５１０，５１１
（００１）面 １１３，３０９，４１４，５１３ 電流狭窄層 １１４，３１０，４１６，５１５ ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓ １１５，３１１，４１５，５１４ ｐ−ＡｌＧａＡ
ｓ ３１２ ＧａＡｓ活性層 ５１２ （１１１）面 ６０９，６１０ （１１１）Ａ面 ６１１ （００１）面 ６１２ 電流狭窄層 ６１３ ｐ−ＡｌＧａＡｓ ６１４ ｎ−ＡｌＧａＡｓ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 導波路に沿って、ｐ型とｎ型の半導体
    を、光の伝播方向に、周期的に配列して電流狭窄層と
    し、これによって利得結合分布帰還動作をすることを特
    徴とする利得結合分布帰還型半導体レーザ。
  2. 【請求項２】 前記ｐ型とｎ型の半導体を、光の伝播方
    向に、導波路を伝播する光の波長の１／２あるいはその
    整数倍を周期として配列して電流狭窄層とすることを特
    徴とする請求項１記載の利得結合分布帰還動作をする利
    得結合分布帰還型半導体レーザ。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の利得結合分布帰還型半導
    体レーザの作製方法において、異なる面指数を持った複
    数種の面からなる凹凸を形成し、その上に気相の結晶成
    長法を用いてｐ型部とｎ型部を同時に作製することで電
    流狭窄層を形成することを特徴とする半導体レーザの作
    製方法。
  4. 【請求項４】 ｐ型部とｎ型部を同時に作製するための
    気相の成長方法が、ＭＢＥ法あるいはＣＢＥ法、ＭＯＭ
    ＢＥ法、ＧＳＭＢＥ法であり、不純物として、両性不純
    物のＩＶ族を使用することを特徴とする請求項３記載の
    半導体レーザの作製方法。
  5. 【請求項５】 ｐ型部とｎ型部を同時に作製するための
    気相の成長方法が、ＭＯＶＰＥ法であり、不純物とし
    て、両性不純物のＩＶ族を使用することを特徴とする請
    求項３記載の半導体レーザの作製方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007294774A (ja) * 2006-04-27 2007-11-08 Opnext Japan Inc 半導体レーザ素子およびその製造方法
JP2014220386A (ja) * 2013-05-08 2014-11-20 富士通株式会社 光半導体装置及び光半導体装置の製造方法
JP2016184705A (ja) * 2015-03-26 2016-10-20 富士通株式会社 半導体光素子およびその製造方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2308732A (en) * 1995-12-29 1997-07-02 Sharp Kk A semiconductor laser device
US6072812A (en) * 1997-08-01 2000-06-06 Lucent Technologies Inc. Distributed feedback laser with loss coupling
JP4375834B2 (ja) * 1998-03-19 2009-12-02 シャープ株式会社 利得結合型分布帰還半導体レーザ装置及びその製造方法
US6330265B1 (en) * 1998-04-21 2001-12-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Optical functional element and transmission device
JP3643486B2 (ja) * 1998-08-04 2005-04-27 株式会社東芝 光機能素子及び光通信システム
WO2004068653A2 (en) * 2003-01-24 2004-08-12 California Institute Of Technology Traverse bragg resonance lasers and amplifiers and method of operating the same
US6911674B2 (en) * 2003-04-16 2005-06-28 Zeolux Corporation Feedback and coupling structures and methods
US10126499B2 (en) * 2015-06-30 2018-11-13 Stmicroelectronics Sa Electro-optic device with semiconductor junction area and related methods
US11133649B2 (en) * 2019-06-21 2021-09-28 Palo Alto Research Center Incorporated Index and gain coupled distributed feedback laser
CN113540974A (zh) * 2021-07-20 2021-10-22 苏州大学 一种增益耦合分布反馈式半导体激光器及其制作方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4445218A (en) * 1981-09-28 1984-04-24 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Semiconductor laser with conductive current mask
JPS62173786A (ja) * 1986-01-28 1987-07-30 Sony Corp 分布帰還型半導体レ−ザ
US4932033A (en) * 1986-09-26 1990-06-05 Canon Kabushiki Kaisha Semiconductor laser having a lateral p-n junction utilizing inclined surface and method of manufacturing same
JP2606838B2 (ja) * 1987-03-27 1997-05-07 三菱電機株式会社 分布帰還型半導体レーザ
JPH01124279A (ja) * 1987-11-09 1989-05-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd 分布帰還型レーザ
JP2713445B2 (ja) * 1988-11-25 1998-02-16 古河電気工業株式会社 半導体レーザ素子
JPH05145169A (ja) * 1990-09-05 1993-06-11 Hikari Keisoku Gijutsu Kaihatsu Kk 半導体分布帰還型レーザ装置
DE69323127T2 (de) * 1992-08-10 1999-07-22 Canon Kk Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007294774A (ja) * 2006-04-27 2007-11-08 Opnext Japan Inc 半導体レーザ素子およびその製造方法
JP2014220386A (ja) * 2013-05-08 2014-11-20 富士通株式会社 光半導体装置及び光半導体装置の製造方法
JP2016184705A (ja) * 2015-03-26 2016-10-20 富士通株式会社 半導体光素子およびその製造方法

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