JPS58164282A - 半導体レ−ザ装置の製造方法 - Google Patents

半導体レ−ザ装置の製造方法

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JPS58164282A
JPS58164282A JP4560982A JP4560982A JPS58164282A JP S58164282 A JPS58164282 A JP S58164282A JP 4560982 A JP4560982 A JP 4560982A JP 4560982 A JP4560982 A JP 4560982A JP S58164282 A JPS58164282 A JP S58164282A
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striped
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轟 悟
Hisatoshi Uchida
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure 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
    • H01S5/22Structure 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
    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2231Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
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    • H01S5/223Buried stripe structure
    • H01S5/2232Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は活性層の中央部で高光出−力の安定した基本横
モード発振をする高信頼度の半導体レーザ装置の製造方
法に関する。
光フアイバ通信、光ビデオディスク、光計測装置等に使
用される半導体レーザ装置は一般に次の方法で製造され
る。すなわち(100)結晶面を有(するNg半導体基
板上にN[光及びキャリア閉じ込め層と、N型またはP
g活性層とPIII光及びキャリア閉じ込め層とN型中
921層とを液相エビタ牛シャル成長法を用いて連続的
に成長させた後、所定の幅を有してNgキャップ層を貫
き、上記P漏光及びキャリア閉じ込め層の一部に達する
深さのストライプ状のオーミック接触層を<11 o)
結晶軸方向に設ける。
その後上記N型キャン1層表面と前記N型手導体晶板裏
面にそれぞれ電極を被着して半導体し−ザ装置を製造す
る。この方法で製造された半導体レーザ装置では、N#
IiまたはP型活性層の屈折率(nl )とそれを挾む
N[及びP型の光及びキャリア閉じ込め層の屈折率(n
()との間にはnB ) ncの関係があるので、電極
より注入されたキャリアの再結合はN型またはP型活性
層内で生じ、活性層のエネルギーギャップに応じた光が
活性層内に閉じ込められる。この閉じ込められた光の活
性層に対して垂直方向(縦方向)の閉じ込め効果は上記
の屈折率差が大きい程著しくなるが、活性層に対して水
平方向(横方向)の閉じ込めはオーミック接触層から前
記N型半導体基板への注入キャリアの広がりが大きく効
果がないため、発振しきい電流値の増大や発振横モード
の変動を生じたり高光出力レーザ発振が困難となり長期
信頼性に欠ける等の欠点な有することになる。
これらの次点を改良した従来技術として、(a)一層以
上の半導体層基板にストライプ状の四部または凸部を設
け、−面をこれと接合し他面は別な半導体層と接合する
ダブルへテロ構造の三重層を設けて発振モードの安定化
を図る方法(特開185 s −110489) 、ア
ルイハ(b)半導体層基板の表面にストライプ状凹部を
形成し、液相エピタキシャル成長のときに活性領域とな
る層の上下にガイド層と光子閉じ込め層と【設けること
により高出力の基本横モードを得る方法(特開昭55−
123189)、また(C)レーザ発振波長に対し半導
体レーザの中心部を導波構造にし他の領域を非導波構造
とすることにより半導体レーザの中心部で安定な基本モ
ード発振を得る方法(特開昭55−108791)、さ
らに(d) InP トIn1−z Gaz As1−
y Py  の縞状積層体を化学食刻により形成し、A
sを含むInの未飽和融液を用いてメルトバック処理後
エピタキシャル層で埋込み高性能の堀込み型半導体装置
とした方法(特開昭55−162288)などがある。
上記(a)及び山)の従来例ではN型半導体   ゛基
板上に設けたNg光及びキャリア閉じ込め層のストライ
プ状凹部とその周辺部で層厚が異るので実効的な屈折率
差が生じ、横方向の光の閉じ込めが行われる。しかしな
がらN型半導体基板のストライプ状凹部にNg光及びキ
ャリア閉じ込め層【液相エピタキシャル成長させる際に
、該N型半導体基板表面のメルトバックが不可能である
ため、上記ストライプ状四部とN型光及びキャリア閉じ
込め層の界面に極めて多くの結晶欠陥を誘発させる。ま
たN型光及びキャリア閉じ込め層の結晶成長が上記スト
ライプ状四部の底面コーナ部分から始まるため、該スト
ライプ状四部の中央部に不純物原子あるいは格子欠陥の
集中による転位あるいは内部応力の発生源となる結晶境
界面【形成し、発振動作中に該ストライフ状日部中央部
分に、ストライプに沿ったく110〉ダークライン欠陥
といわれる欠陥領域を生じ極めて短時間で故障するとい
う信頼性上重大な欠点を有する。また上記(C)及び(
d)の従来例では活性層の屈折率よりも小さな屈折率の
半導体結晶で活性層を囲むため、横方向の光及びキャリ
アの閉じ込めに対しては効果が太きいが、エツチング速
度が興なるNgまたはP型活性層とP!M光及びキャリ
ア閉じ込め層とNg今ヤップ層との各層を同一の条件で
エツチングし上記活性層幅を精度良く制御することは技
術的に極めて困難で、安定した発振横モードを再現性よ
く実現することは不可能という欠点を有している。
本発明はこれらの欠点を除き、簡単な構造で高出力の安
定した基本横モード発振が長期間継続する半導体レーザ
装置を得るために、あらかじめNW1半導体基板上に形
成したNg光及びキャリア閉じ込め層のストライプ状凸
部の周囲を該N[半導体基板と同一の半導体結晶で埋め
(N[半導体基板のストライプ状凹溝を形成することを
特徴とする。
すな9も本発明はN型半導体結晶を基板とした第1のN
Wi光およびキャリア閉じ込め層の表面に開孔をもつ酸
化膜を設け、化学エツチングにより上記第1ON[J光
及びキャリア閉じ込め層の鮨孔内に露出している部分を
除去して所定の輻【有するストライプ状の凸部を形成し
、上記酸化膜なマスクとしてストライプ周辺の凹部を前
記Nm半導体基板と同−N型半導体層で埋めた後、上記
酸化膜を取除き、ストライプ状の第1のN[光及びキャ
リア閉じ込め層を含む上記Ni!il体層の表面【わず
かにメルトノ(ツクしながら第2のNlI光及び中ヤリ
ア閉じ込め層と、NutたはPWl活性層と、P型光及
び中ヤリア閉じ込め層と、N型キャップ層とを連続して
液相エピタキシャル成長させ、前記ストライプ状の第1
のN型光及びキャリア閉じ込め層に対応して上記N型キ
ャップ層【貫きP型光及びキャリア閉じ込め層の一部に
達fる深さのオーミック接触層を設けた後、上記N型キ
ャップ層の表面と前記N型半導体基板の裏面とにそれぞ
れ電極を被着した半導体レーザ装置である。
次に本発明の実施例【図面とともに説明する。
第1図〜第4図は本発明による半導体レーザ装置の製造
工程を示す断面図である。第1図は(100)結晶面を
有するN型GmA@半導体基板の表面に第1のN型Ga
1−2AlzAs光及び中ヤリア閉じ込め層2を液相エ
ビタ平シャル成長させた後、このtJXlのN MI 
Ga1−XAIXAS  光及び中ヤリア閉じ込め層2
の表面に開孔をもつAI、0.等の酸化膜5を設けた状
態を示す図である。第2図は化学エツチングにより上記
開孔内に露出している第1のN M Ga1−1A1x
As  光及びキャリア閉じ込め層2とN型GaA1基
板1の一部を除去して所定のストライプ幅を有する凸W
6(チャネル)を形成した状1Irr:示す図である。
第5図は上記の状態におけるAI、0.等の酸化膜3を
マスクとして該ストライプ状凸部の周辺を取巻く凹部を
、N al! GaA1半導体基板1と同一のキャリア
濃度及び移動度【有するN 510aAs埋込み層4で
埋めた状態を示す図である。第4図は本発明の半導体レ
ーザ装置の完成した状態を示す図である。第5図から第
4図に示すまでの工程としては、上記したN型GaAs
 埋込み層4が形成されたのち前記All0.等の酸化
膜Sを取除き、上記ス)ライブ状第1のN型Ga 1 
+ XA I XAl光及びキャリア閉じ込め層2f:
含むN型QaAs埋込み層4の表面をAsを含むGaの
不飽和溶液でわずかにメルトバックしながら第2のN 
M Ga1−xAIzAs光及びキャリア閉じ込め層5
と、このN11Ga (1−z )AI XAl光及び
キャリア閉じ込め層のAl混晶比(X)よりも小さなA
t混晶比(y) を有するN型またはP型Ga 1− 
yAl yAs活性層6と、PgGa < 1− X 
)AI XA’光及びキャリア閉じ込め層7と、GaA
sキャップ層8とを連続して液相エピタキシャル成長さ
せる。次に上記ストライプ状の第1 tn N lll
Ga1−XAIXAS光及び中ヤリア閉じ込め層2に対
応して、N II GaAsキャップ層を貫きP MI
 GJll−xAlxA’光及びキャリア閉じ込め層7
の一部に達する深さのオーミック接触層s+tZnを拡
散して設けた後、上記N ill GaAsキャップ層
8の表面にCr合金を用いた電極10及び前記N型Ga
As半導体基板1のJI!面にQeNi合金を用いた電
極11をそれぞれ真空蒸着法により被着して半導体レー
ザ装置を構成する。
本発明の半導体レーザ装置の発振動作原理は次のとおり
である0すなわち図における電極10より電611を流
しキャリアを注入すると、N型またはP型のGa 1 
+ yAl yAl活性層6のAl混晶比(y)はそれ
を挾む第2のN型Ga1−xAlzAs光及びキャリア
閉じ込め層5並びにP型Ga1−1AlzAa光及びキ
ャリア閉じ込め層7のA1混晶比(X)よりも小さいの
で、注入されたキャリアの再結合が主にNgまたはP型
Ga1−yAlyAs活性層6内で生じ、屈折率が高い
該N型またはP型Ga1−yAl yAs活性層6内で
発生した光の一部の縦方向(活性層6に対して当直方向
)の閉じ込めが行われる。一方、ストライプ状の第1の
NM Ga 1− zAl xAs光及びキャリア閉じ
込め層2並びに第2のN型Gt1−1A1zAs光及び
中ヤリア閉じ込め層5からなり上記N型またはP il
[Qal −yAlyAa活性層6からしみ出した光を
閉じ込める役割をもつ光及びキャリア閉じ込め層の層厚
は前記ストライプ部分よりその周辺部が薄いため、前記
ストライプ周辺部においてしみ出した光はすべてN I
f GaAs埋込み層4に吸収される。従つて上記活性
層6の屈折率は前記ストライプ部分よりもその周辺部に
おける方が実効的に小さくなるため、横方向の光の閉じ
込めが行われる。
そして前記ストライプ状の第1のN型Ga1−1Alz
A3光及びキャリア閉じ込め層2に対応した領域のNl
!またはP 型Ga1−yAl yAs活性層6内に閉
じ込められた光の増幅利得が内部損失よりも大きくなる
とレーザ光として外部に放出される。
本発明による半導体レーザ装置は上記したように、N型
半導体基板のスジライブ状凹満を、該N型半導体基板上
にあらかじめ設けたストライプ状凸部(チャネル)の周
辺に上記N型半導体基板と同一の材料を埋込むことによ
り形成しているため、上記チャネル内における〈110
〉ダークツイン欠陥の発生要因となる不純物原子等の集
中による転位や内部応力が生じるのを避けることができ
る。また上記ストライプ状チャネルは主に半導体基板上
に設けた第1のN型Ga 1 + XAI XA1層の
一層だけe化学エツチングして作られるので、ストライ
プ幅の制御が容易でかつ再現性に富んでいる。従って本
発明はストライプ幅に対応した活性層内で安定した横モ
ードのレーザ光発振を長期間維持でき、しかも簡単な構
造で高信精度を有する半導体レーザ装置の製造方法を提
供するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第5図、第4図はそれぞれ本発明によ
る半導体レーザ装置の製造工程を示す図である。 1・・・N型半導体基板、 2・・・第1ONIM光及びキャリア閉じ込め層、3・
・・醗化膜、      4・・・N型半導体埋込み層
、5・・・第2のN型光及びキャリア閉じ込め層、6・
・・N型またはP復活性層、 7・・・P型光及びキャリア閉じ込め層、8・・・N型
キャップ層、  9・・・オー電ツク接触層、10及び
11・・・電極。 代理人弁理士 薄 1)利 、中

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. Na1l半導体結晶を基板とした゛第1のNi光及びキ
    ャリア閉じ込め層の表面に開孔をもつ酸化膜を設け、上
    記第1のN型光及びキャリア閉じ込め層の開孔内に露出
    している部分をエツチングにより除去してストライプ状
    凸部を形成し、前記酸化膜をマスクとしてストライプ状
    凸部周辺の凹部に上記N型半導体基板と同一のN型半導
    体層f:M込んだ後、前記酸化膜を取除き、上記ストラ
    イプ状の第1ON[光及びキャリア閉じ込め層およびそ
    %II辺のN型半導体層の上に第2のNm光及びキャリ
    ア閉じ込め層と、N型・またはP型の活性層と、P型光
    及びキャリア閉じ込め層と、N型キャップ層とを順次形
    成してストライプ状の第1のN型光及びキャリア閉じ込
    め層に対応し、N型キャップ層を貫き、P型光及びキャ
    リア閉じ込め層の一部に達する深さのオーミック接触層
    を設けた後、上記N型キャップ層め表面とNil半導体
    基板の裏面にそれぞれ亀IIlを被着することを特徴と
    する半導体レーザ装置の製造方法。
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KR100457481B1 (ko) * 1995-07-13 2005-06-10 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 데이타저장방법,데이타저장시스템,정보캐리어,데이타인출방법

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