JPS59127892A - 半導体レ−ザとその製造方法 - Google Patents
半導体レ−ザとその製造方法Info
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- JPS59127892A JPS59127892A JP58002680A JP268083A JPS59127892A JP S59127892 A JPS59127892 A JP S59127892A JP 58002680 A JP58002680 A JP 58002680A JP 268083 A JP268083 A JP 268083A JP S59127892 A JPS59127892 A JP S59127892A
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- semiconductor layer
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- 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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- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体レーザとその製造方法に関し、更に詳し
くは、単一軸モード発振を可能にするための分布帰還機
構を有する埋め込みへテロ（ＢｕｒｉｅｄＨａｔｅｒｏ
、以下ＢＨと略す）構造レーザ及びその製造方法に関す
る。
くは、単一軸モード発振を可能にするための分布帰還機
構を有する埋め込みへテロ（ＢｕｒｉｅｄＨａｔｅｒｏ
、以下ＢＨと略す）構造レーザ及びその製造方法に関す
る。
安定な単−横モードかつ単一軸モード発振の可能な半導
体レーザとして第１図にその斜視図を示すようなストリ
ップ埋め込みへテロ（Ｓｔｒｉｐ ＢｕｒｉｅｄＨｅｔ
ｅｒｏ以下ＳＢＨと略す）−分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉ
ｂｕｔｅｄＦｅｅｄ ＢａｅｋＰＪ、下ＤＦＢと略す）
レーザが従来よシ提案されている。（アプライド フィ
ジックス レターズ、 １９７９年第３４巻１１号頁７
５２〜７５５参照）。
体レーザとして第１図にその斜視図を示すようなストリ
ップ埋め込みへテロ（Ｓｔｒｉｐ ＢｕｒｉｅｄＨｅｔ
ｅｒｏ以下ＳＢＨと略す）−分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉ
ｂｕｔｅｄＦｅｅｄ ＢａｅｋＰＪ、下ＤＦＢと略す）
レーザが従来よシ提案されている。（アプライド フィ
ジックス レターズ、 １９７９年第３４巻１１号頁７
５２〜７５５参照）。
この５ＢＴ（−ＤＦＢレーザ光出射方向にストライプ状
に伸延したＧａＡｓ活性層４とその下に設けられたＧａ
Ａｓ活性層４よシ屈折率の小さいｎ型Ｍ Ｇａ Ａ
ｓＯ，１５０，ｓ５ た、いわゆる５ＢＴ（構造において、ｎ型Ａ１ ｏ、１
５Ｇ ｍ ０．８５ＡＩフイ一ドバツク層２とｐ型Ａ１
ｏ、３１ｉＧ ’ ｏ、６４Ａ Ｂ埋め込み層７との
界面に周期的凹凸１１が形成されたものである。
に伸延したＧａＡｓ活性層４とその下に設けられたＧａ
Ａｓ活性層４よシ屈折率の小さいｎ型Ｍ Ｇａ Ａ
ｓＯ，１５０，ｓ５ た、いわゆる５ＢＴ（構造において、ｎ型Ａ１ ｏ、１
５Ｇ ｍ ０．８５ＡＩフイ一ドバツク層２とｐ型Ａ１
ｏ、３１ｉＧ ’ ｏ、６４Ａ Ｂ埋め込み層７との
界面に周期的凹凸１１が形成されたものである。
この構造ではＧａＡｓ活性層４で発振したレーザ光がｎ
型Ａｌ ｏ、５ｓＧａ ｏ、３６Ａ ｌフィードバック
層２に浸み出して導波され、ＧａＡＩＩ活性層４の部分
が実効的に屈折率が高くなりた。ゆるやかな屈折率分布
が横方向に形成される。その結果、高出力でも安定な基
本横モードで動作するととができる。
型Ａｌ ｏ、５ｓＧａ ｏ、３６Ａ ｌフィードバック
層２に浸み出して導波され、ＧａＡＩＩ活性層４の部分
が実効的に屈折率が高くなりた。ゆるやかな屈折率分布
が横方向に形成される。その結果、高出力でも安定な基
本横モードで動作するととができる。
一方、ｎ型Ａ１ ｏ、、ｓＧ ａ ｏ、ｗＡ ＩＩフィ
ードバック層２に浸み出した光は、前記の周期的凹凸に
よるレーザ光伝播方向の屈折率分布と相互作用し、光学
的帰還がかか沙、凹凸の周期のブラッグ条件を満たす特
定の波長の光が選択される。とのため発振閾値電流の約
３倍の駆動電流まで発振波長が変化せず安定な単一軸モ
ードで発振すると報告されている。
ードバック層２に浸み出した光は、前記の周期的凹凸に
よるレーザ光伝播方向の屈折率分布と相互作用し、光学
的帰還がかか沙、凹凸の周期のブラッグ条件を満たす特
定の波長の光が選択される。とのため発振閾値電流の約
３倍の駆動電流まで発振波長が変化せず安定な単一軸モ
ードで発振すると報告されている。
しかし、従来の５ＢＣ−ＤＦＢレーザは、その製造方法
が複維で難しい問題点がある。５ＢＨ−ＤＦＢレーザは
概略以下の工程により製造される。即ち、まず、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１上にｎ型Ａｌ ｏ、３６Ｇ ａ ｏ、ｕＡ
１１クラッド層３．ｎ型Ａ＆１０．ｌ５Ｇａ ｏ、ｙ
Ａ Ｓフィードバック層２ＧａＡｓ活性層’ｅＰ型ＡＩ
ｌ Ｇ、アＧａ ｏ、ｕＡｓクラッド層５゜ｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層６を積層させる第１の液相エピタキシャ
ル成長工程により基板結晶を形成する。次に選択的エツ
チングによりｐ ｆＪＧａＡｓコンタクト層６とｐ型Ａ
１０．Ｍ’” Ｏ，ＭＡ ｌクラッド層５、ＧａＡｓ
活性層４をストライプ状に残して除去し、メサ構造を形
成する。続いて露出されたｎ ｍ ｋｌ。、ｕ” ｏ、
ｓＡｓＡｓフィードバラ２０表面にフォトレジストマス
クとイオンミリング法によシ周期的凹凸１１を形成する
。その後、第２０液相エビタキシヤル工程により Ｐ
ｍ ＡＧ、３ＩｉＧａｏ、＠ＡＩ埋め込み層７とｔｔ
Ｉ！ Ａ１．。
が複維で難しい問題点がある。５ＢＨ−ＤＦＢレーザは
概略以下の工程により製造される。即ち、まず、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板１上にｎ型Ａｌ ｏ、３６Ｇ ａ ｏ、ｕＡ
１１クラッド層３．ｎ型Ａ＆１０．ｌ５Ｇａ ｏ、ｙ
Ａ Ｓフィードバック層２ＧａＡｓ活性層’ｅＰ型ＡＩ
ｌ Ｇ、アＧａ ｏ、ｕＡｓクラッド層５゜ｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層６を積層させる第１の液相エピタキシャ
ル成長工程により基板結晶を形成する。次に選択的エツ
チングによりｐ ｆＪＧａＡｓコンタクト層６とｐ型Ａ
１０．Ｍ’” Ｏ，ＭＡ ｌクラッド層５、ＧａＡｓ
活性層４をストライプ状に残して除去し、メサ構造を形
成する。続いて露出されたｎ ｍ ｋｌ。、ｕ” ｏ、
ｓＡｓＡｓフィードバラ２０表面にフォトレジストマス
クとイオンミリング法によシ周期的凹凸１１を形成する
。その後、第２０液相エビタキシヤル工程により Ｐ
ｍ ＡＧ、３ＩｉＧａｏ、＠ＡＩ埋め込み層７とｔｔ
Ｉ！ Ａ１．。
Ｇａ ｏ、ｅａＡｓ埋め込み層８を成長してｎ ｍ ｋ
ｌ Ｏ，１５Ｇ” ６．ｍＡ ｌフィードバック層２と
露出したメサ側面とを覆う。
ｌ Ｏ，１５Ｇ” ６．ｍＡ ｌフィードバック層２と
露出したメサ側面とを覆う。
以上のようにして製作された結晶ウェハーに電極９．１
０を取り付け、結晶を切り出してレーザ光出射端面を形
成し、５Ｂ））−ＤＦＢレーザが出来上がる。
０を取り付け、結晶を切り出してレーザ光出射端面を形
成し、５Ｂ））−ＤＦＢレーザが出来上がる。
さて、以上の工程においては、エツチング工程によりｕ
を含んだ結晶層が露出するが、Ｍが酸化され易いことも
あって第２０液相エピタキシヤル成長工程の際に成長用
融液の結晶表面との濡れが悪く、均一かエピタキシャル
成長が行われず歩留りが悪くなる問題点がある。
を含んだ結晶層が露出するが、Ｍが酸化され易いことも
あって第２０液相エピタキシヤル成長工程の際に成長用
融液の結晶表面との濡れが悪く、均一かエピタキシャル
成長が行われず歩留りが悪くなる問題点がある。
また、液相エピタキシャル成長工程中に基板結晶を高温
水素雰囲気に保持する工程があるため結晶の構成元素が
熱解離し、結晶性が損われる。これらの問題の結果、基
板結晶の表面とｐ型Ａ１０．３６Ｇ ａ ｏ、６４Ａ
ｍ埋め込み層７及びｎ型Ａ１Ｇ、３６’ ａ Ｏ，６４
Ａｓ埋め込み層８との界面付近に結晶欠陥が導入されて
半導体レーザとしての寿命が短くなる等、信頼性が良く
ない欠点がちる。これらの問題点を解決する手段として
第２０液相エビタキシヤル工程において結晶成長直前に
基板結晶を未飽和な融液で洗浄し、結晶表面をエツチン
グして新しい表面を出させるメルトバック工程を行うこ
とが一般的である。
水素雰囲気に保持する工程があるため結晶の構成元素が
熱解離し、結晶性が損われる。これらの問題の結果、基
板結晶の表面とｐ型Ａ１０．３６Ｇ ａ ｏ、６４Ａ
ｍ埋め込み層７及びｎ型Ａ１Ｇ、３６’ ａ Ｏ，６４
Ａｓ埋め込み層８との界面付近に結晶欠陥が導入されて
半導体レーザとしての寿命が短くなる等、信頼性が良く
ない欠点がちる。これらの問題点を解決する手段として
第２０液相エビタキシヤル工程において結晶成長直前に
基板結晶を未飽和な融液で洗浄し、結晶表面をエツチン
グして新しい表面を出させるメルトバック工程を行うこ
とが一般的である。
しかし、従来例の５ＢＨ−ＤＦＢレーザの場合、メルト
バックによりｎ型Ａ１ ｏ、＋５Ｇａ Ｏ，１ｇ５Ａｓ
７４−ドパツク層２に形成した凹凸の形状が崩れて波
長選択の効果が落ちてしまうので、この手段はとれない
。
バックによりｎ型Ａ１ ｏ、＋５Ｇａ Ｏ，１ｇ５Ａｓ
７４−ドパツク層２に形成した凹凸の形状が崩れて波
長選択の効果が落ちてしまうので、この手段はとれない
。
本発明の目的は、前記従来のＢ）Ｉレーザの欠点を解決
して安定で単一な軸モード発振が得られ、かつ、発振閾
値の低い新規な構造の半導体レーザとその製造方法を提
供することにある。
して安定で単一な軸モード発振が得られ、かつ、発振閾
値の低い新規な構造の半導体レーザとその製造方法を提
供することにある。
本発明によれば、第１″導電型の半導体基板１上に厚さ
が、一方向に周期的に変化した第２導電匿の第１半導体
層２と、その上に第１導電型の第２半導体層１２が形成
された基板結晶に、前記第１半導体層２の厚さの周期的
変化の方向に平行な方向に延伸した溝が前記半導体基板
ｌに達する深さに設けられ、該溝を含む前記基板結晶妻
止に少なくとも第１導電型の第３半導体層３と活性層４
と第２導電型の第４半導体層５が、前記第３半導体層３
と前記活性層４は前記溝内部に溝外部とは途切れて形成
され、かつ前記活性層４が前記溝内部で前記第１半導体
層２に接した構造を有し、該第１半導体層２の屈折率が
前記活性層４よシ小さく、前記第２半導体層１２．第３
半導体層３．第４半導体層５の何れよシも大である如く
形成された半導体レーザが得られる。
が、一方向に周期的に変化した第２導電匿の第１半導体
層２と、その上に第１導電型の第２半導体層１２が形成
された基板結晶に、前記第１半導体層２の厚さの周期的
変化の方向に平行な方向に延伸した溝が前記半導体基板
ｌに達する深さに設けられ、該溝を含む前記基板結晶妻
止に少なくとも第１導電型の第３半導体層３と活性層４
と第２導電型の第４半導体層５が、前記第３半導体層３
と前記活性層４は前記溝内部に溝外部とは途切れて形成
され、かつ前記活性層４が前記溝内部で前記第１半導体
層２に接した構造を有し、該第１半導体層２の屈折率が
前記活性層４よシ小さく、前記第２半導体層１２．第３
半導体層３．第４半導体層５の何れよシも大である如く
形成された半導体レーザが得られる。
また、本発明の半導体レーザは、第１導電型の半導体基
板１上に周期的な凹凸１１を形成後、活性層４よシも屈
折率の小さい第２導電型の第１半導体層２と、該第１半
導体層２より屈折率の小さい第１導電型の第２半導体層
１２を順次成長して基板結晶を形成する第１のエピタキ
シャル成長工程と該基板結晶上に前記凹凸１１０周期方
向と平行に延伸し、かつ前記半導体基板１に達する深さ
の溝を形成するエツチング工程と、該溝を含む前記基板
結晶上に少なくとも前記第１半導体層２より屈折率の小
さい第１導電型の第３半導体層３と活性層４と前記第１
半導体層２より屈折率の小さい第２導電型の第４半導体
層５を前記第３半導体層３と前記活性層４は前記溝内部
と該溝外部とに分離しかつ前記溝内部において前記活性
層４と前記第１半導体層２が接する如く形成する第２の
エピタキシャル成長工程とを含む本発明の製造方法によ
シ得られる。
板１上に周期的な凹凸１１を形成後、活性層４よシも屈
折率の小さい第２導電型の第１半導体層２と、該第１半
導体層２より屈折率の小さい第１導電型の第２半導体層
１２を順次成長して基板結晶を形成する第１のエピタキ
シャル成長工程と該基板結晶上に前記凹凸１１０周期方
向と平行に延伸し、かつ前記半導体基板１に達する深さ
の溝を形成するエツチング工程と、該溝を含む前記基板
結晶上に少なくとも前記第１半導体層２より屈折率の小
さい第１導電型の第３半導体層３と活性層４と前記第１
半導体層２より屈折率の小さい第２導電型の第４半導体
層５を前記第３半導体層３と前記活性層４は前記溝内部
と該溝外部とに分離しかつ前記溝内部において前記活性
層４と前記第１半導体層２が接する如く形成する第２の
エピタキシャル成長工程とを含む本発明の製造方法によ
シ得られる。
以下、本発明を図面を用いて実施例とともに説明する。
第２図は本発明の一実施例を示す半導体レーザの斜視図
である。
である。
第３図〜第７図は、本発明の半導体レーザの製造方法の
一実施例を示す工程図である。
一実施例を示す工程図である。
実施例としては、ｎ型ＩｎＰを基板ｌとし、活性層４が
■碩ａＡｓＰから成る、発振波長が１．３μｍ帯の半導
体レーザな用いるが、活性層４０組成によっては他の発
振波長の半導体レーザも本発明によシ実現できる。第２
図の本発明の一実施例の半導体レーザでは（１００）面
を主面にも７）ｖｓ型ＩｎＰ基板１（半導体基板１）の
表面に周期的な凹凸１１が形成され、その上にｐ型１ｎ
ＧａＡ＋ｓＰフィードバック層２（第１半導体層２）が
表面が平坦となるように形成され、さらにその上ｉｃｎ
型ＩｎＰ層１２（第２半導体層１２）を形成して成る基
板結晶の一部に断面がＶ字状の溝（以下Ｖ溝と略す）が
設けられている。
■碩ａＡｓＰから成る、発振波長が１．３μｍ帯の半導
体レーザな用いるが、活性層４０組成によっては他の発
振波長の半導体レーザも本発明によシ実現できる。第２
図の本発明の一実施例の半導体レーザでは（１００）面
を主面にも７）ｖｓ型ＩｎＰ基板１（半導体基板１）の
表面に周期的な凹凸１１が形成され、その上にｐ型１ｎ
ＧａＡ＋ｓＰフィードバック層２（第１半導体層２）が
表面が平坦となるように形成され、さらにその上ｉｃｎ
型ＩｎＰ層１２（第２半導体層１２）を形成して成る基
板結晶の一部に断面がＶ字状の溝（以下Ｖ溝と略す）が
設けられている。
■溝はＩｎＰ基板１に達し、延びる方向が前記ｎ型Ｉｎ
Ｐ基板１の周期の繰シ返し方向と平行である。
Ｐ基板１の周期の繰シ返し方向と平行である。
■溝の中にはｎ型ＩｎＰクラッド層３（第３半導体層３
）とＩｎＧａＡｓＰ活性層４が埋め込まれるようＫして
設けられ、■溝の外のｎ型ＩｎＰ層１２の上には、ｎ型
ＩｎＰクラッド層３と同時Ｋｎ型ＩｎＰクラッド層３′
が形成される。ＩｎＧａＡｓＰ活性層４とｎ型ＩｎＰ層
１２．ｎ型ＩｎＰり２ラド層３′の表面にはｐ型ＩｎＰ
クラッド層５（第４半導体層５）が形成されその上に電
極の接触抵抗を下げるためのｐ型ＩｎＧａＡ露Ｐコンタ
クト層６．注入電流幅を挾めるための５ｉＯ１絶縁膜１
３と、この８ｉ０を絶縁膜１３１Ｃ開けたストライプ状
の窓を介してｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層６に接す
るｐ＃ｌ電極９が順次形成された構造になっている。ｎ
型ＩｎＰ基板１の、＄４ｉ１４ｉ１はｎ側電極１０が形
成されている。ＩｎＧａＡｓＰ活性層４は、ｐ型ＩｎＧ
ａＡｓＰフィードバック層２よシ屈折率が高く、またＶ
溝内にのみ形成されてＶ溝側面においてｐ型ＩｎＧａＡ
ｓＰフィードバック層２に接している。
）とＩｎＧａＡｓＰ活性層４が埋め込まれるようＫして
設けられ、■溝の外のｎ型ＩｎＰ層１２の上には、ｎ型
ＩｎＰクラッド層３と同時Ｋｎ型ＩｎＰクラッド層３′
が形成される。ＩｎＧａＡｓＰ活性層４とｎ型ＩｎＰ層
１２．ｎ型ＩｎＰり２ラド層３′の表面にはｐ型ＩｎＰ
クラッド層５（第４半導体層５）が形成されその上に電
極の接触抵抗を下げるためのｐ型ＩｎＧａＡ露Ｐコンタ
クト層６．注入電流幅を挾めるための５ｉＯ１絶縁膜１
３と、この８ｉ０を絶縁膜１３１Ｃ開けたストライプ状
の窓を介してｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層６に接す
るｐ＃ｌ電極９が順次形成された構造になっている。ｎ
型ＩｎＰ基板１の、＄４ｉ１４ｉ１はｎ側電極１０が形
成されている。ＩｎＧａＡｓＰ活性層４は、ｐ型ＩｎＧ
ａＡｓＰフィードバック層２よシ屈折率が高く、またＶ
溝内にのみ形成されてＶ溝側面においてｐ型ＩｎＧａＡ
ｓＰフィードバック層２に接している。
尚、典型的な各層の厚さは、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰフィー
ドバック層２が最小０５５μｍ 、 ｎ型ＩｎＰ Ｎ１
２が０．４μｍ、 ｎ型ＩｎＰクラッド層３が最も厚い
部分で１．５μｍＩｎＧａＡａＰ活性層４が０．１５／
ｊｒｆｌ、 ｐ型ＩｎＰクラッド層５が１．２及至１．
５μｍ、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ ：ｌンタクト層６が１．
０μｍ、Ｖ溝の外に形成されるｎ型ＩｎＰクラッド層ご
は０゜３μｍである。■溝は深さ約２７Ｉｎ 。
ドバック層２が最小０５５μｍ 、 ｎ型ＩｎＰ Ｎ１
２が０．４μｍ、 ｎ型ＩｎＰクラッド層３が最も厚い
部分で１．５μｍＩｎＧａＡａＰ活性層４が０．１５／
ｊｒｆｌ、 ｐ型ＩｎＰクラッド層５が１．２及至１．
５μｍ、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ ：ｌンタクト層６が１．
０μｍ、Ｖ溝の外に形成されるｎ型ＩｎＰクラッド層ご
は０゜３μｍである。■溝は深さ約２７Ｉｎ 。
幅約３μｍである。またレーザ光出射端は波長の選択性
を確実とするために臂開面で社なく、結晶を切り出した
ままの荒れた面を形成する。
を確実とするために臂開面で社なく、結晶を切り出した
ままの荒れた面を形成する。
以上の説明でもわかるように、本発明の半導体レーザで
はＩｎＧａＡｓＰ活性層４が、それ自身よシ屈折率が小
さく、かつ禁制帯幅が大きいｐ ｍ ＩｎＧａＡｓＰフ
ィードバック層２とｎ型ＩｎＰクラッド層３とｐ型１ｎ
Ｐクラッド層５にレーザ光出射方向を除いて完全に囲ま
れている。また、■溝の両側にはｐ型ＩｎＧａＡｓＰ
フィードバック層２が存在し、この部分の導電型は上か
らｐ−ｐ−ｎ”ｎ−ｐ−ｎという電流の流れにくい構造
になっている。従って、本発明の半導体レーザにｐ側電
極８からｎ側電極９へ順方向電流を通じれげＩｎＧａＡ
ｓＰ活性層に電流と光が集中し１００ｍＡ以下の低閾値
電流で発振し、高効率で動作、できる。
はＩｎＧａＡｓＰ活性層４が、それ自身よシ屈折率が小
さく、かつ禁制帯幅が大きいｐ ｍ ＩｎＧａＡｓＰフ
ィードバック層２とｎ型ＩｎＰクラッド層３とｐ型１ｎ
Ｐクラッド層５にレーザ光出射方向を除いて完全に囲ま
れている。また、■溝の両側にはｐ型ＩｎＧａＡｓＰ
フィードバック層２が存在し、この部分の導電型は上か
らｐ−ｐ−ｎ”ｎ−ｐ−ｎという電流の流れにくい構造
になっている。従って、本発明の半導体レーザにｐ側電
極８からｎ側電極９へ順方向電流を通じれげＩｎＧａＡ
ｓＰ活性層に電流と光が集中し１００ｍＡ以下の低閾値
電流で発振し、高効率で動作、できる。
一方、本発明の半導体レーザの軸モードは、ｐ型ＩｎＧ
ａＡｓＰフィードバック層２を導入した新規な構造の結
果、極めて安定である。即ち、発振したレーザ光の一部
はＩｎＧａＡｓＰ活性層４から屈折率のや＼低いｐ型１
ｎＧａＡｓＰフィードバック層２に浸み出して、ｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰフィードバック層２の層厚の周期性の影響
を受け、２つの出射端面の間を通過する際、前記の周期
のブラッグ条件を満たす波長のレーザ光が強められて伝
播し、特定の発振波長の光が得られる。本実施例の場合
、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰフィードバック層２として光の波
長にして１．０５μｍの組成を用い、周期３９２０Ｘの
２次格子とした結果波長約１．３０μｍで発振した。発
振横モードは勿論単一モードであったが、本発明の効果
により軸モードも単一となり、しかもその温度安定性は
約ＩＸ、τと従来より高いものである。
ａＡｓＰフィードバック層２を導入した新規な構造の結
果、極めて安定である。即ち、発振したレーザ光の一部
はＩｎＧａＡｓＰ活性層４から屈折率のや＼低いｐ型１
ｎＧａＡｓＰフィードバック層２に浸み出して、ｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰフィードバック層２の層厚の周期性の影響
を受け、２つの出射端面の間を通過する際、前記の周期
のブラッグ条件を満たす波長のレーザ光が強められて伝
播し、特定の発振波長の光が得られる。本実施例の場合
、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰフィードバック層２として光の波
長にして１．０５μｍの組成を用い、周期３９２０Ｘの
２次格子とした結果波長約１．３０μｍで発振した。発
振横モードは勿論単一モードであったが、本発明の効果
により軸モードも単一となり、しかもその温度安定性は
約ＩＸ、τと従来より高いものである。
次に、本発明の製造方法について上述と同じ実施例に基
づき説明する。本発明の半導体レーザの構造上の特徴は
、第２導電型の第１半導体層２０層厚が周期的に変化し
てフィードバック層として働く点にある。このような構
造を実現する手段としては、平坦な表面を有するｎ型Ｉ
ｎＰ基板ｌ上にｐ型ＩｎＧａＡ■Ｐフィードバック層２
を形成し、しかる後、その表面にエツチングにより凹凸
を付けて基板結晶とする方法が考えられる。
づき説明する。本発明の半導体レーザの構造上の特徴は
、第２導電型の第１半導体層２０層厚が周期的に変化し
てフィードバック層として働く点にある。このような構
造を実現する手段としては、平坦な表面を有するｎ型Ｉ
ｎＰ基板ｌ上にｐ型ＩｎＧａＡ■Ｐフィードバック層２
を形成し、しかる後、その表面にエツチングにより凹凸
を付けて基板結晶とする方法が考えられる。
しかし、この方法によると、次の結晶成長工程の際に凹
凸が変形してしまい、周期性が乱されて波長を選択する
効果が小さくなる欠点がある。この点を解決するために
、本発明の製造方法においては、まずｎ型ＩｎＰ基板１
に凹凸を形成してからその上にｐ型１ｎＧａＡｓＰフィ
ードバック層２を形成させるものである。
凸が変形してしまい、周期性が乱されて波長を選択する
効果が小さくなる欠点がある。この点を解決するために
、本発明の製造方法においては、まずｎ型ＩｎＰ基板１
に凹凸を形成してからその上にｐ型１ｎＧａＡｓＰフィ
ードバック層２を形成させるものである。
以下、順を追って本発明の製造方法を説明する。
まず、第３図に示す（１００）面を主面とするｎ型Ｉｎ
Ｐ基板ｌの表面にフォトレジスト膜を塗布する。
Ｐ基板ｌの表面にフォトレジスト膜を塗布する。
次に、ホトグラムによりＨｅ−Ｃｄレーザ光の干渉縞パ
ターンを作り露光を行う。現像の後、塩酸を主成分とす
るエツチング液でエツチングし、表面に周期的な凹凸１
１を形成する（第４図）。凹凸の深さは５００Ｘとした
。
ターンを作り露光を行う。現像の後、塩酸を主成分とす
るエツチング液でエツチングし、表面に周期的な凹凸１
１を形成する（第４図）。凹凸の深さは５００Ｘとした
。
以上のように準備したｎ型ＩｎＰ基板１を充分洗浄した
後、液相エピタキシャル成長によりｐ型Ｉｎ−ＧａＡｓ
Ｐフィードバック層２を表面が平坦となるように成長し
、その上にｎ型・ＩｎＰ層１２を成長する（第５図）。
後、液相エピタキシャル成長によりｐ型Ｉｎ−ＧａＡｓ
Ｐフィードバック層２を表面が平坦となるように成長し
、その上にｎ型・ＩｎＰ層１２を成長する（第５図）。
ｐ型１ｎＧａＡｓＰフィードバック層２は、その屈折率
がＩｎＧａＡｓＰ活性層の屈折率に近い程、光が多く浸
み出し、軸モード安定性が増す。しかし１ 光が活性領域外に浸み出す分が無駄となシ発振閾値電流
が増加する。従って、ｐ型Ｉｎ’ＧａＡｓＰフィードバ
ック層の組成は、これらのことを考慮して行う。例えば
、発振波長が１．３μｍの場合は、禁制帯幅に相当する
光の波長が１．０から１．２μｍ程度が適当である。ｐ
型１ｎＧａＡｓＰフィードバック層２は厚さ０．２μｍ
程成長すれば凹凸１１を埋めつくして表面を平坦にでき
るが、後の第２の液相エピタキシャル成長工程での活性
層の位置の制御性を考慮し厚さ０．５及至０．６μｍ成
長させる。次Ｉｃ、ｎ型ＴｎＰ層１２上にＣＶＤ法等に
よｊり Ｓｉｎ、膜を付着し、通常のフォトレジスト法
により（ｏｉＴ）方向にストライプ状のｓｉｏ、膜を形
成する。このＳ ｉｏ、膜をマスクとして塩酸と燐酸の
混液でエツチングし、■溝を形成する。■溝の深さはｎ
型１ｎＰ基板１に達するように制御する。次にｓｉｏ、
マスクを除去しく第６図）基板結晶を充分洗浄した後、
第２の液相エピタキシャル工程により以下の４層を成長
する。即ち、ｎ型ＩｎＰクラッド層３． ＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性層４．ｐ型ＩｎＰクラッド層５．ｐ型ＩｎＧａＡ
ｓＰコンタクト層６を順次酸−Ｉ、 長する。その際、ｎ型ＩｎＰクラッド層３はＶ溝の外の
ｎ型ＩｎＰ層１０の表面にも成長する３′が、ＩｎＧａ
ＡｓＰ活性層４はＶ溝内部にのみ成長させることができ
る。ＩｎＧａＡｓＰ活性層４の位置は前述のようにｐ型
ＩｎＧａＡｓＰフィードバック層２に接するように制御
して成長する。また、ｐｍＩｎＰクラッド層５社ｖ溝内
を埋め、基板結晶の表面がほぼ平坦となるまで成長する
。
がＩｎＧａＡｓＰ活性層の屈折率に近い程、光が多く浸
み出し、軸モード安定性が増す。しかし１ 光が活性領域外に浸み出す分が無駄となシ発振閾値電流
が増加する。従って、ｐ型Ｉｎ’ＧａＡｓＰフィードバ
ック層の組成は、これらのことを考慮して行う。例えば
、発振波長が１．３μｍの場合は、禁制帯幅に相当する
光の波長が１．０から１．２μｍ程度が適当である。ｐ
型１ｎＧａＡｓＰフィードバック層２は厚さ０．２μｍ
程成長すれば凹凸１１を埋めつくして表面を平坦にでき
るが、後の第２の液相エピタキシャル成長工程での活性
層の位置の制御性を考慮し厚さ０．５及至０．６μｍ成
長させる。次Ｉｃ、ｎ型ＴｎＰ層１２上にＣＶＤ法等に
よｊり Ｓｉｎ、膜を付着し、通常のフォトレジスト法
により（ｏｉＴ）方向にストライプ状のｓｉｏ、膜を形
成する。このＳ ｉｏ、膜をマスクとして塩酸と燐酸の
混液でエツチングし、■溝を形成する。■溝の深さはｎ
型１ｎＰ基板１に達するように制御する。次にｓｉｏ、
マスクを除去しく第６図）基板結晶を充分洗浄した後、
第２の液相エピタキシャル工程により以下の４層を成長
する。即ち、ｎ型ＩｎＰクラッド層３． ＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性層４．ｐ型ＩｎＰクラッド層５．ｐ型ＩｎＧａＡ
ｓＰコンタクト層６を順次酸−Ｉ、 長する。その際、ｎ型ＩｎＰクラッド層３はＶ溝の外の
ｎ型ＩｎＰ層１０の表面にも成長する３′が、ＩｎＧａ
ＡｓＰ活性層４はＶ溝内部にのみ成長させることができ
る。ＩｎＧａＡｓＰ活性層４の位置は前述のようにｐ型
ＩｎＧａＡｓＰフィードバック層２に接するように制御
して成長する。また、ｐｍＩｎＰクラッド層５社ｖ溝内
を埋め、基板結晶の表面がほぼ平坦となるまで成長する
。
以上のようＫして、第７図のような構造を有する結晶が
得られる。次にｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層６の表
面にＣＶＤ法等によりＳ ｉｏ、膜７を付着し、フォト
レジスト法により活性層直上部にストライプ状の窓を開
ける。その上に金属を蒸着しｐ側電極８を得る。一方、
ｎ型１ｎＰ基板１の裏面にも金属を蒸着し、ｎｇＡ電極
９とする。以上のようにして本発明の半導体レーザが製
作される（第２図）。
得られる。次にｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層６の表
面にＣＶＤ法等によりＳ ｉｏ、膜７を付着し、フォト
レジスト法により活性層直上部にストライプ状の窓を開
ける。その上に金属を蒸着しｐ側電極８を得る。一方、
ｎ型１ｎＰ基板１の裏面にも金属を蒸着し、ｎｇＡ電極
９とする。以上のようにして本発明の半導体レーザが製
作される（第２図）。
以上のようＫして、本発明によれば発振閾値電流が低く
、高効率で単−横モード及び単一軸モードで安定に発振
するＢＩ（レーザが得られる。
、高効率で単−横モード及び単一軸モードで安定に発振
するＢＩ（レーザが得られる。
前述のように、軸モード安定化及び単一化のための機構
は、従来例の５ＢＨ−ＤＦＢレーザと同様でいわゆる分
布帰還レーザと同一である。しかし、従来例の場合もそ
うであったように活性層には直接凹凸を形成しないので
、結晶性が損われず、信頼性の高い半導体レーザが得ら
れ易い利点がある。
は、従来例の５ＢＨ−ＤＦＢレーザと同様でいわゆる分
布帰還レーザと同一である。しかし、従来例の場合もそ
うであったように活性層には直接凹凸を形成しないので
、結晶性が損われず、信頼性の高い半導体レーザが得ら
れ易い利点がある。
前述したように、本発明のＢ）（レーザは従来例と異な
り、活性層４を第２のエピタキシャル成長工程で成長す
るので、熱解離の問題がなく、結晶性の点において優れ
ている。また、実施例のようにＶ溝中に結晶成長する場
合は、結晶成長用融液が濡れがいという問題が見い出せ
なかった。
り、活性層４を第２のエピタキシャル成長工程で成長す
るので、熱解離の問題がなく、結晶性の点において優れ
ている。また、実施例のようにＶ溝中に結晶成長する場
合は、結晶成長用融液が濡れがいという問題が見い出せ
なかった。
しかし、本発明のＢ）ｌレーザの場合は、たとえ第２の
エピタキシャル成長工程においてメルトバックを行って
も、周期的凹凸１１は露出していないので、凹凸形状が
影響を受けかい利点がある。従って、本発明のＢＨレー
ザによれば、従来例のＳＢＨ−ＤＦＢレーザより高い信
頼性を有する素子をより高い歩留りで得ることができる
のである。
エピタキシャル成長工程においてメルトバックを行って
も、周期的凹凸１１は露出していないので、凹凸形状が
影響を受けかい利点がある。従って、本発明のＢＨレー
ザによれば、従来例のＳＢＨ−ＤＦＢレーザより高い信
頼性を有する素子をより高い歩留りで得ることができる
のである。
尚、本発明の半導体レーザでは、第１のエピタキシャル
成長工程中にｎ型ＩｎＰ層１２が設けられるが、この層
はｐ型ＩｎＧａＡｇＰフィードバック層２の表面を保護
する役目を果しているだけでなく、■構外の部分にｐ−
ｎ−ｐ−７１逆接合を確実に形成することを可能にして
いる。即ち、前者は四元混晶であるｐ型ＩｎＧａＡｓＰ
フィードバック層２が、第２の液相エビタキシャル工程
で、メルトバックされ易く結晶性の悪化を招くのでこれ
を防止するためである。また、後者はもしｎ ｒＩｌＩ
ｎＰ Ｎ １２がないと、第２の液相エビタキシャル工
程の際、ｎ型ＩｎＰクラッド層３が成長するｐ型ＩｎＧ
ａＡｓＰフィードバック層２の表面は、熱損傷を受けて
いるため、界面の結晶性が劣り、理想的なｎ−ｐ逆接合
が形成し得ない問題を解決する本のである。
成長工程中にｎ型ＩｎＰ層１２が設けられるが、この層
はｐ型ＩｎＧａＡｇＰフィードバック層２の表面を保護
する役目を果しているだけでなく、■構外の部分にｐ−
ｎ−ｐ−７１逆接合を確実に形成することを可能にして
いる。即ち、前者は四元混晶であるｐ型ＩｎＧａＡｓＰ
フィードバック層２が、第２の液相エビタキシャル工程
で、メルトバックされ易く結晶性の悪化を招くのでこれ
を防止するためである。また、後者はもしｎ ｒＩｌＩ
ｎＰ Ｎ １２がないと、第２の液相エビタキシャル工
程の際、ｎ型ＩｎＰクラッド層３が成長するｐ型ＩｎＧ
ａＡｓＰフィードバック層２の表面は、熱損傷を受けて
いるため、界面の結晶性が劣り、理想的なｎ−ｐ逆接合
が形成し得ない問題を解決する本のである。
尚、以上の実施例は発振波長１．３μｍのＩｎＧａＡｓ
Ｐ系半導体レーザについて述べたが、本発明の要件を有
すれば、波長は異なっても良く、また材料も（ＡｆｉＧ
ａ）Ａｍ等であっても同様の効果を有するととは言うま
でもない。また、第１及び第２のエピタキシャル成長法
として液相のみでなく、気相法や分子紗エピタキシー法
でも良いことは明らかであろう。溝４．Ｖ溝でなく、他
の断面形状の溝で本本実施例と同じ効果が得られる。
Ｐ系半導体レーザについて述べたが、本発明の要件を有
すれば、波長は異なっても良く、また材料も（ＡｆｉＧ
ａ）Ａｍ等であっても同様の効果を有するととは言うま
でもない。また、第１及び第２のエピタキシャル成長法
として液相のみでなく、気相法や分子紗エピタキシー法
でも良いことは明らかであろう。溝４．Ｖ溝でなく、他
の断面形状の溝で本本実施例と同じ効果が得られる。
第１図は、従来の５ＢＴ（−ＤＦＢレーザの斜視図、第
２図は、本発明の分布帰還部を有する坤め込みへテロ型
半導体レーザの斜視図である。第３図から第７図は、本
発明の半導体レーザの製造方法を説明する概略の工程図
である。 各図中で１・・・半導体基板（ｉ型ＩｎＰ基板、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板）、２・・・第１半導体層（ｐ型ＩｎＧａＡ
ａＰフィードバック層、ｎ型Ａｆｌ−ｏ、ＬＳＧ ａ
ｏ、ｓＡ ＩＩフィードバック層）、３・・・第３半導
体層（ｎ型ＩｎＰクラッド層、ｎ型Ａ００，３６Ｇ ａ
ｏ、６４Ａ ｓクラッド層）、４・・・活性層（Ｉｎ
ＧａＡｓＰ活性層、ＧａＡｓ活性層）、５・・・第４半
導体層（ｐ型ＩｎＰクラッド層、ｐ型Ａｆｌ 。、−ｍ
、６４Ａ ｓクラッド層）６・・・コンタクト層、フ
・・・ｐ型Ａ Ｑｏ、ｙｔ、Ｇ ａ ｏ、６４１” Ｉ
Ｉ埋め込み層、８・−ｎ型Ａ １ ｏｘＧａ ｏｕＡ
！ｌ埋め込み層、９−ｐ側電極、１０・・・ｎ側電極、
１１・・・凹凸、１２・・・ｎ型ＩｎＰ層、１３・・・
８１０．絶縁膜である。ただしく）内は（第２図、第１
図）の順である。 第 １ 図 ３ 手続補正書（オへ） 特許庁長官 殿 １、事件の表示 昭和５８年 特許 願第２６８
０ 号２、発明の名称 半導体レーザとその製造方
法３、補正をする者 事件との関係 出 願 人東京都港区芝五
丁目３３番１号 （４２３） 日本電気株式会社 代表者 関本忠弘 ４、代理人 ５、 １１Ｉ正命令の日付 昭和５８年４月２６日（発送日） ６、補正の対象 明細書の発明の名称の欄、特許請求の範囲の欄２発明の
詳細な説明の欄および図面の簡単な説明の欄。 ７、補正の内容 明細書を別紙明細書と差し換える。 （内容に変更なし。）
２図は、本発明の分布帰還部を有する坤め込みへテロ型
半導体レーザの斜視図である。第３図から第７図は、本
発明の半導体レーザの製造方法を説明する概略の工程図
である。 各図中で１・・・半導体基板（ｉ型ＩｎＰ基板、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板）、２・・・第１半導体層（ｐ型ＩｎＧａＡ
ａＰフィードバック層、ｎ型Ａｆｌ−ｏ、ＬＳＧ ａ
ｏ、ｓＡ ＩＩフィードバック層）、３・・・第３半導
体層（ｎ型ＩｎＰクラッド層、ｎ型Ａ００，３６Ｇ ａ
ｏ、６４Ａ ｓクラッド層）、４・・・活性層（Ｉｎ
ＧａＡｓＰ活性層、ＧａＡｓ活性層）、５・・・第４半
導体層（ｐ型ＩｎＰクラッド層、ｐ型Ａｆｌ 。、−ｍ
、６４Ａ ｓクラッド層）６・・・コンタクト層、フ
・・・ｐ型Ａ Ｑｏ、ｙｔ、Ｇ ａ ｏ、６４１” Ｉ
Ｉ埋め込み層、８・−ｎ型Ａ １ ｏｘＧａ ｏｕＡ
！ｌ埋め込み層、９−ｐ側電極、１０・・・ｎ側電極、
１１・・・凹凸、１２・・・ｎ型ＩｎＰ層、１３・・・
８１０．絶縁膜である。ただしく）内は（第２図、第１
図）の順である。 第 １ 図 ３ 手続補正書（オへ） 特許庁長官 殿 １、事件の表示 昭和５８年 特許 願第２６８
０ 号２、発明の名称 半導体レーザとその製造方
法３、補正をする者 事件との関係 出 願 人東京都港区芝五
丁目３３番１号 （４２３） 日本電気株式会社 代表者 関本忠弘 ４、代理人 ５、 １１Ｉ正命令の日付 昭和５８年４月２６日（発送日） ６、補正の対象 明細書の発明の名称の欄、特許請求の範囲の欄２発明の
詳細な説明の欄および図面の簡単な説明の欄。 ７、補正の内容 明細書を別紙明細書と差し換える。 （内容に変更なし。）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、第１導電型の半導体基板上に少なくとも第２導電型
の第１半導体層と第１導電製の第２半導体層が形成され
、該第２半導体層から前記半導体基板に達する深さの帯
状の溝・を備えた基板結晶上に少なくとも第１導電型の
第３半導体層と活性層と第２導電型の第４半導体層が前
記第３半導体層と活性層は、前記溝内部と外部とに途切
れて形成されかつ前記活性層は前記溝内部で前記第１半
導体層に接し、該第１半導体層の屈折率は前記活性層よ
シ小で、かつ前記第２半導体層、第３半導体層、第４半
導体層の何れよシも大であるが如く形成された構造を有
し、前記第１半導体層は厚さが前記溝の帯が伸延せる方
向に周期的に変化していることを特徴とする半導体レー
ザ。 ２、第１導電型の半導体基板上に周期的な凹凸を形成稜
、活性層よりも屈折率の小さい第２導電型の第１半導体
層と該第１半導体層よシも屈折率の小さい第１導電型の
第２半導体層を順次成長して基板結晶を形成する第１の
エピタキシャル成長工程を有する帯状の溝を形成するエ
ツチング工程と該溝を含む前記基板結晶上に少なくとも
前記第１半導体層より屈折率が小さい第１導電型の第３
半導体層と前記第１半導体層より屈折率が大きく禁制帯
幅の小さい活性層と前記第１半導体層より屈折率の小さ
い第２導電型の第４半導体層を、前記第３半導体層と前
記活性層は前記溝内部と外部とに分離し、かつ前記溝内
部において前記活性層と前記第１半導体層２が接するよ
うに形成する第２のエピタキシャル成長工程とを有する
半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58002680A JPS59127892A (ja) | 1983-01-11 | 1983-01-11 | 半導体レ−ザとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58002680A JPS59127892A (ja) | 1983-01-11 | 1983-01-11 | 半導体レ−ザとその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59127892A true JPS59127892A (ja) | 1984-07-23 |
| JPH037153B2 JPH037153B2 (ja) | 1991-01-31 |
Family
ID=11536010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58002680A Granted JPS59127892A (ja) | 1983-01-11 | 1983-01-11 | 半導体レ−ザとその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59127892A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0187718A2 (en) * | 1985-01-10 | 1986-07-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | A distributed feedback semiconductor laser device |
| JPS625682A (ja) * | 1985-07-02 | 1987-01-12 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ |
| US4824747A (en) * | 1985-10-21 | 1989-04-25 | General Electric Company | Method of forming a variable width channel |
| US4837775A (en) * | 1985-10-21 | 1989-06-06 | General Electric Company | Electro-optic device having a laterally varying region |
-
1983
- 1983-01-11 JP JP58002680A patent/JPS59127892A/ja active Granted
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0187718A2 (en) * | 1985-01-10 | 1986-07-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | A distributed feedback semiconductor laser device |
| US4716570A (en) * | 1985-01-10 | 1987-12-29 | Sharp Kabushiki Kaisha | Distributed feedback semiconductor laser device |
| JPS625682A (ja) * | 1985-07-02 | 1987-01-12 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ |
| US4824747A (en) * | 1985-10-21 | 1989-04-25 | General Electric Company | Method of forming a variable width channel |
| US4837775A (en) * | 1985-10-21 | 1989-06-06 | General Electric Company | Electro-optic device having a laterally varying region |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH037153B2 (ja) | 1991-01-31 |
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