JPH084172B2 - 埋め込み型量子井戸半導体レーザ - Google Patents
埋め込み型量子井戸半導体レーザInfo
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- JPH084172B2 JPH084172B2 JP29253586A JP29253586A JPH084172B2 JP H084172 B2 JPH084172 B2 JP H084172B2 JP 29253586 A JP29253586 A JP 29253586A JP 29253586 A JP29253586 A JP 29253586A JP H084172 B2 JPH084172 B2 JP H084172B2
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- Japan
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- quantum well
- layer
- semiconductor laser
- diffusion
- active layer
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
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- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、埋め込み型量子井戸半導体レーザに関す
る。
る。
（従来の技術） 量子井戸構造を活性層とする半導体レーザは、通常の
二重ヘテロ接合による半導体レーザに比して効率、温度
特性等の改善が可能であり、また、不純物の選択拡散に
より埋め込み構造の形成が可能な特徴を有する。量子井
戸構造とは所謂二重ヘテロ接合の活性層をキャリアの物
質波波長程度以下に薄く形成したもので、活性層内キャ
リアの量子化を行わせるようにしたものである。
二重ヘテロ接合による半導体レーザに比して効率、温度
特性等の改善が可能であり、また、不純物の選択拡散に
より埋め込み構造の形成が可能な特徴を有する。量子井
戸構造とは所謂二重ヘテロ接合の活性層をキャリアの物
質波波長程度以下に薄く形成したもので、活性層内キャ
リアの量子化を行わせるようにしたものである。
以下AlGaAs/GaAs系の量子井戸構造を例として説明を
行う。
行う。
一般に量子井戸構造は高温放置や不純物拡散によりそ
の配列秩序が乱され、周辺結晶の組成と平均的な組成の
混晶になることが知られている。また、量子井戸のエネ
ルギーレベルに対応する波長の光に対し、量子井戸状態
よりも混晶化した状態の方が屈折率が低くなるようにす
ることも可能である。このような特徴を生かして埋め込
み構造の形成が可能である。即ち、量子井戸活性層に所
定の幅を残して不純物拡散を行うことにより、不純物の
拡散されていない領域を埋め込み構造とすることが可能
となる。この例として例えば1985年春季応用物理学関係
連合講演会講演予稿集30p−ZB−11（p136）に示されて
いる例がある。第３図にその構成断面図を示す。１はｎ
形GaAs基板、２はｎ形Al0.48Ga0.52Asクラッド層、３は
量子井戸活性層でありここでは多重量子井戸（MQW）と
している。４はｐ形Al0.48Ga0.52Asクラッド層、５はｐ
形GaAs層、６はZn拡散領域、12は絶縁膜、8,9は電極金
属である。この従来例の特徴としては、初めにメサエッ
チングを行い、不純物拡散を量子井戸活性層に近い部分
から行っているため比較的浅い不純物拡散で埋め込み構
造が形成できる点にある。また、そのため不純物拡散の
制御性が高く、更に狭い埋め込みストライプが作り易い
等の利点がある。
の配列秩序が乱され、周辺結晶の組成と平均的な組成の
混晶になることが知られている。また、量子井戸のエネ
ルギーレベルに対応する波長の光に対し、量子井戸状態
よりも混晶化した状態の方が屈折率が低くなるようにす
ることも可能である。このような特徴を生かして埋め込
み構造の形成が可能である。即ち、量子井戸活性層に所
定の幅を残して不純物拡散を行うことにより、不純物の
拡散されていない領域を埋め込み構造とすることが可能
となる。この例として例えば1985年春季応用物理学関係
連合講演会講演予稿集30p−ZB−11（p136）に示されて
いる例がある。第３図にその構成断面図を示す。１はｎ
形GaAs基板、２はｎ形Al0.48Ga0.52Asクラッド層、３は
量子井戸活性層でありここでは多重量子井戸（MQW）と
している。４はｐ形Al0.48Ga0.52Asクラッド層、５はｐ
形GaAs層、６はZn拡散領域、12は絶縁膜、8,9は電極金
属である。この従来例の特徴としては、初めにメサエッ
チングを行い、不純物拡散を量子井戸活性層に近い部分
から行っているため比較的浅い不純物拡散で埋め込み構
造が形成できる点にある。また、そのため不純物拡散の
制御性が高く、更に狭い埋め込みストライプが作り易い
等の利点がある。
しかしながら、このような従来例にあっては次のよう
な欠点があった。
な欠点があった。
まず、拡散表面近傍の高濃度拡散領域によって横方向
へ拡がった電流がpn接合を通して流れ易い。これは発光
領域（不純物の拡散されていない領域）以外を流れる電
流となるため無効電流であり、素子の効率を低下させる
要因となる。
へ拡がった電流がpn接合を通して流れ易い。これは発光
領域（不純物の拡散されていない領域）以外を流れる電
流となるため無効電流であり、素子の効率を低下させる
要因となる。
次に、高濃度拡散領域が発光領域に近いため高濃度拡
散領域での不純物吸収による光学的損失が大きい。これ
らの理由により、従来例では素子の効率低下、しきい値
電流の上昇等が起こり易く、素子の歩留り、特にウェハ
ー間でのばらつきが大きかった。
散領域での不純物吸収による光学的損失が大きい。これ
らの理由により、従来例では素子の効率低下、しきい値
電流の上昇等が起こり易く、素子の歩留り、特にウェハ
ー間でのばらつきが大きかった。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明はこのような従来例のもつ問題点を考慮して成
され、拡散表面近傍の高濃度層による影響を少くし、高
効率で動作電流の低い埋め込み型半導体レーザを提供す
ることを目的としている。
され、拡散表面近傍の高濃度層による影響を少くし、高
効率で動作電流の低い埋め込み型半導体レーザを提供す
ることを目的としている。
（問題点を解決するための手段及び作用） 本発明は、第１導電型半導体基板上に第１導電型クラ
ッド層、量子井戸活性層、第２導電型クラッドを少なく
とも有し、前記量子井戸活性層に達しない範囲で形成さ
れたストライプ状メサと該ストライプ状メサの側面に形
成された再成長クラッド層とを有するとともに、前記再
成長クラッド層下部の前記量子井戸活性層が選択的に不
純物拡散されてなることを特徴とする埋め込み型量子井
戸半導体レーザを提供するものであり、これによって前
記再成長クラッド層がストライプ状メサエッチングによ
る光学的閉じ込め効果の低下を防ぎ、前記選択的に不純
物拡散された量子井戸活性層がストライプ状メサ下部の
量子井戸活性層より屈折率が低下して埋め込み構造を形
成する。
ッド層、量子井戸活性層、第２導電型クラッドを少なく
とも有し、前記量子井戸活性層に達しない範囲で形成さ
れたストライプ状メサと該ストライプ状メサの側面に形
成された再成長クラッド層とを有するとともに、前記再
成長クラッド層下部の前記量子井戸活性層が選択的に不
純物拡散されてなることを特徴とする埋め込み型量子井
戸半導体レーザを提供するものであり、これによって前
記再成長クラッド層がストライプ状メサエッチングによ
る光学的閉じ込め効果の低下を防ぎ、前記選択的に不純
物拡散された量子井戸活性層がストライプ状メサ下部の
量子井戸活性層より屈折率が低下して埋め込み構造を形
成する。
（実施例） 以下、従来技術と同様AlGaAs/GaAs系材料を例にとっ
て説明を行う。
て説明を行う。
第１図は本発明実施例による半導体レーザの構成断面
図を示す。７の層は２回目の結晶成長による低屈折率結
晶層である。
図を示す。７の層は２回目の結晶成長による低屈折率結
晶層である。
第２図は本発明実施例を示す工程図である。まず、第
２図（ａ）は１回目の結晶成長及びエッチングマスク10
の形成工程である。結晶成長として例えばMBEを用いｎ
形GaAs基板１上にｎ形Al0.48Ga0.52Asクラッド層２を約
３μｍ、量子井戸活性層３、ｐ形Al0.48Ga0.52Asクラッ
ド層４を約２μｍ、ｐ形GaAsコンタクト層５を約0.5μ
ｍ成長させる。そしてエッチングマスク10として例えば
SiO2を約５μｍのストライプ状にフォトリゾグラフィー
により形成する。ここで量子井戸活性層としては例えば
100Åの厚さのAl0.22Ga0.78Asバリア層と80Åの厚さのG
aAs井戸層を５〜10層積層したものを用いる。第２図
（ｂ）はメサエッチング及び不純物拡散を行った状態を
示す。メサエッチングとしては例えば、H3PO4:H2O2:CH3
HO＝3:1:1（容積比）20℃の混合液で深さが約1.5μｍと
なるように行う。しかる後不純物として例えばZnを約1.
5μｍ拡散する。Zn拡散としてはZnAs2を拡散源として64
0℃20分の拡散を行えば良い。次に拡散層表面の高濃度
拡散層の除去を行う。これには通常のエッチングを用い
て行っても良いが、ここでは拡散プロファイルになるべ
く合わせてエッチングするため自己酸化膜の形成とその
選択除去による方法を用いる。つまり、不純物拡散は表
面から等方的に行われるのに対し、通常のエッチングで
はその形状がマスク状態、結晶方位、エッチング溶液状
態等によって決まり、一般には拡散プロファイル合った
形状でエッチングすることは難しいからである。本発明
の主旨である高濃度拡散層の除去には、素子のばらつき
を少くするため拡散プロファイルに沿って除去するのが
望ましい。第２図（ｃ）は拡散層表面に構成結晶の自己
酸化膜11を形成した状態である。自己酸化膜の形成方法
としては、例えば陽極酸化法を用いる。陽極酸化は酒石
酸水溶液とエチレングリコールの混合液中で行う所謂AG
W法で行う。酸化耐圧として例えば100Vまで酸化処理を
行い、続いてHClによる選択除去を行う。この酸化，除
去の工程を３〜４回繰り返して行い約0.8〜1.0μｍの拡
散層除去を行う。（第２図（ｄ））しかる後、除去を行
った面上に２回目の結晶成長を行う。結晶成長法として
は例えばLPE法によりAl0.48Ga0.52As層を約２μｍ成長
させる。このときメサ上にはSiO2マスクの存在により結
晶成長は行われない。更に、２回目の結晶成長層をｎ形
とすることにより残った拡散層６が電流閉じ込め層とな
り電流狭搾が行われるようになる。この後電極金属の形
成を行えば第１図に示した様になる。
２図（ａ）は１回目の結晶成長及びエッチングマスク10
の形成工程である。結晶成長として例えばMBEを用いｎ
形GaAs基板１上にｎ形Al0.48Ga0.52Asクラッド層２を約
３μｍ、量子井戸活性層３、ｐ形Al0.48Ga0.52Asクラッ
ド層４を約２μｍ、ｐ形GaAsコンタクト層５を約0.5μ
ｍ成長させる。そしてエッチングマスク10として例えば
SiO2を約５μｍのストライプ状にフォトリゾグラフィー
により形成する。ここで量子井戸活性層としては例えば
100Åの厚さのAl0.22Ga0.78Asバリア層と80Åの厚さのG
aAs井戸層を５〜10層積層したものを用いる。第２図
（ｂ）はメサエッチング及び不純物拡散を行った状態を
示す。メサエッチングとしては例えば、H3PO4:H2O2:CH3
HO＝3:1:1（容積比）20℃の混合液で深さが約1.5μｍと
なるように行う。しかる後不純物として例えばZnを約1.
5μｍ拡散する。Zn拡散としてはZnAs2を拡散源として64
0℃20分の拡散を行えば良い。次に拡散層表面の高濃度
拡散層の除去を行う。これには通常のエッチングを用い
て行っても良いが、ここでは拡散プロファイルになるべ
く合わせてエッチングするため自己酸化膜の形成とその
選択除去による方法を用いる。つまり、不純物拡散は表
面から等方的に行われるのに対し、通常のエッチングで
はその形状がマスク状態、結晶方位、エッチング溶液状
態等によって決まり、一般には拡散プロファイル合った
形状でエッチングすることは難しいからである。本発明
の主旨である高濃度拡散層の除去には、素子のばらつき
を少くするため拡散プロファイルに沿って除去するのが
望ましい。第２図（ｃ）は拡散層表面に構成結晶の自己
酸化膜11を形成した状態である。自己酸化膜の形成方法
としては、例えば陽極酸化法を用いる。陽極酸化は酒石
酸水溶液とエチレングリコールの混合液中で行う所謂AG
W法で行う。酸化耐圧として例えば100Vまで酸化処理を
行い、続いてHClによる選択除去を行う。この酸化，除
去の工程を３〜４回繰り返して行い約0.8〜1.0μｍの拡
散層除去を行う。（第２図（ｄ））しかる後、除去を行
った面上に２回目の結晶成長を行う。結晶成長法として
は例えばLPE法によりAl0.48Ga0.52As層を約２μｍ成長
させる。このときメサ上にはSiO2マスクの存在により結
晶成長は行われない。更に、２回目の結晶成長層をｎ形
とすることにより残った拡散層６が電流閉じ込め層とな
り電流狭搾が行われるようになる。この後電極金属の形
成を行えば第１図に示した様になる。
本発明によれば、高濃度拡散層による電流拡がりや光
学的吸収損失を減少させることができ且つ十分に光学的
な閉じ込めが行われるため、高効率で動作電流の小さい
半導体レーザを得ることができる。また更に、２度目の
結晶成長の際、成長させる結晶層として高抵抗層や逆バ
イアス層を用いることが可能であるため、高出力時にお
ける光出力の飽和現象等の少い半導体レーザを得ること
も可能である。
学的吸収損失を減少させることができ且つ十分に光学的
な閉じ込めが行われるため、高効率で動作電流の小さい
半導体レーザを得ることができる。また更に、２度目の
結晶成長の際、成長させる結晶層として高抵抗層や逆バ
イアス層を用いることが可能であるため、高出力時にお
ける光出力の飽和現象等の少い半導体レーザを得ること
も可能である。
第１図は本発明実施例による埋め込み形半導体レーザの
構成断面図、第２図は本発明実施例の工程を示す断面
図、第３図は従来例を示す断面図である。 １……半導体基板 2,4……クラッド層 ３……量子井戸活性層 ５……コンタクト層 ６……不純物拡散層 ７……再成長クラッド層 8,9……電極金属 10……SiO2マスク 11……酸化層 12……絶縁膜
構成断面図、第２図は本発明実施例の工程を示す断面
図、第３図は従来例を示す断面図である。 １……半導体基板 2,4……クラッド層 ３……量子井戸活性層 ５……コンタクト層 ６……不純物拡散層 ７……再成長クラッド層 8,9……電極金属 10……SiO2マスク 11……酸化層 12……絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−54987（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−136090（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−51890（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】第１導電型半導体基板上に第１導電型クラ
ッド層、量子井戸活性層、第２導電型クラッドを少なく
とも有し、前記量子井戸活性層に達しない範囲で形成さ
れたストライプ状メサと該ストライプ状メサの側面に形
成された再成長クラッド層とを有するとともに、前記再
成長クラッド層下部の前記量子井戸活性層が選択的に不
純物拡散されてなることを特徴とする埋め込み型量子井
戸半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29253586A JPH084172B2 (ja) | 1986-12-10 | 1986-12-10 | 埋め込み型量子井戸半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29253586A JPH084172B2 (ja) | 1986-12-10 | 1986-12-10 | 埋め込み型量子井戸半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63146480A JPS63146480A (ja) | 1988-06-18 |
| JPH084172B2 true JPH084172B2 (ja) | 1996-01-17 |
Family
ID=17783049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29253586A Expired - Lifetime JPH084172B2 (ja) | 1986-12-10 | 1986-12-10 | 埋め込み型量子井戸半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH084172B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2679358B2 (ja) * | 1990-04-25 | 1997-11-19 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ装置 |
-
1986
- 1986-12-10 JP JP29253586A patent/JPH084172B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63146480A (ja) | 1988-06-18 |
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