JPS5992591A - 低放射角半導体レ−ザおよびその製造方法 - Google Patents

低放射角半導体レ−ザおよびその製造方法

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JPS5992591A
JPS5992591A JP20267882A JP20267882A JPS5992591A JP S5992591 A JPS5992591 A JP S5992591A JP 20267882 A JP20267882 A JP 20267882A JP 20267882 A JP20267882 A JP 20267882A JP S5992591 A JPS5992591 A JP S5992591A
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mesa
stripe
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width
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JP20267882A
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Masafumi Seki
雅文 関
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NEC Corp
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NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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    • 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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    • H01S5/22Structure 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
    • H01S5/227Buried mesa structure ; Striped active layer
    • HELECTRICITY
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    • H01S5/1053Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
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    • H01S5/227Buried mesa structure ; Striped active layer
    • H01S5/2275Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
    • H01S5/2277Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching double channel planar buried heterostructure [DCPBH] laser

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は活性層の埋め込まれた放射角の小さい低放射角
半導体レーザおよびその製造方法に関する。一般に、半
導体レーザの放射角を小さくすることはζ光通信システ
ムにおいて半導体レーザと光ファイバの間の結合効率を
高めるためや、集光された光ビームの穴開を高め民生用
機器に利用する等の観点から重要である。この半導体レ
ーザを低放射角とする方法のうち水平方向の低放射角化
に関しては、活性1@の横幅を大きくすることによリロ
[能である。しかし、この方法では一般に高次モードが
発生しやすいので、光の出射するり開面付近のみの活性
層横幅を大きくすることが考えられていた。しかし、そ
の場合でも高次モードが発生しやすい上に、反射光等の
戻り光が活性層に再注入されやす〈レーザ@儂が不安定
になるという欠点があった。
本発明の目的は、−このような欠点を解決し、作製が比
較的容易で水平放射角が小さく、シかも閾値tfの小さ
い低放射角半導体レーザおよびその製造方法を提供する
ことにある。
本発明の構成は、第1の導電型の半導体基板の上に第1
の導電型の第1バッファ層、活性層および第2の導電型
の第2バツツア層を形成し゛たメサ状ストライブと、こ
のメサ状ストライプの上側を除いて形成した第2の導電
型の第1電流ブロック層および第1の導電型の第2の電
流ブロック層と、前記メサ状ストランプの上側および前
記第2電流ブロック層の上側に形成した第2の導電型の
埋め込み層および第2の導′電型のキャップ層とを含む
プレーナ形埋め込み構造の半導体レーザにおいて、前記
メサ状ストライブの幅を出力個装開面近傍で小さくシ、
前記活性層の幅を前記メサ状ストライブの幅よりも小さ
くしたことを特徴とする。
本発明の低放射角半導体レーザの製造方法は、第1の導
電型の半導体基板上に第1の導電型の第1バッファ層、
活性層および第2の導電型の第2バッファ層からなる多
層構造を形成する第1の工程と、III記多記構層構造
トリソグラフィーと化学エツチングとにより前記基板に
到達する2本の溝をつくり出力襞間面近傍で狭くなった
メサ状ストライブを形成する第2の工程と、前記メサ状
ストライプ中の前記活性層のみを選択エツチングしてそ
の幅を前記メサ状ストライブの幅よりも狭くする第3の
工程と、前記活性IIを高温下で物質移送させて前記第
1および第2バッファ層に包含させる第4の工程と、前
記メサ状ストライブの上部に除いて第2の導電型の第1
′#を流ブロック層および第lの4電型の第2電流ブロ
ック層とを形成する第5の工程と、前記メサ状ストライ
ブの上側および前記$2電流プロ、り層の上側に第2の
導電型の埋め込み層および第2の導電型のキャップ層を
形成する第6の工程とを含み構成される。
本発明においては、メサ状ストライプ中の活性層の幅を
出力側襞間向近傍でのみ小さくしているので、出射する
光ビームの水平放射角が小さくなると同時に、襞間面近
傍を除く他の部分でのフィリング7アクタを従来と同様
に大きく保てるので、閾値電流は従来と同等種変に小さ
い。また、出射する光ビームの水平放射角を小さくする
ためにメ5− サ状ストライプ中の活性層の幅を出力個装開面近傍での
み小さくしているので、高次モードが発生しに〈<、反
射光等の戻り光が活性層に再注入されてレーザ発振が不
安定になるということがない。
また、活性層の幅を小さくする工程として、活性層の含
まれるメサ状ストライブを単に細くするのではなく、メ
サ状ストライブを形成後選択工、チング法により活性層
の幅のみを小さくしているので、作製時の制御性に優れ
ている。さらに、選択エツチング法により幅の小さくな
った活性層を高温下の物質移送(ヒートトランスポート
)現象により第1バッファ層及び第2バッファ層で包含
するので、その後の結晶成長の再現性が良く、その結晶
性も良好になる。
次に本発明をInGBA4P/IHP系半導体レーザを
例に上半導体レーザいて詳細に説明する。
第1図はIrtPを基板とし工nl−,cGaxASy
P1−y(0≦XIV≦1)を活性層とするl nGa
kB P/ I n P系の1μmμm溝体レーザの活
性層幅Wと水平放射角半値全幅θ、□の関係を計算によ
り求めたグラフで 6− あり、活性層厚dがパラメータとなっている。図中、実
線がWとθ0、の関係、破線が高次モードがカットオフ
になる領域の境界を示す。この図から解る様に水f放射
角θ□1を小さくする領域は活性層幅Wが小さい領域と
大きい領域の2つありうるが、単−横モード発振を確保
して水平放射角θ、1を減小させるためには、図中の破
線との交点で示される活性層幅より小さい領域でなけれ
ばならない。1ntiaASpZtnp系半導体レーザ
の場合には、この値は1〜2μm以下となっている。従
って、例えば基本横モード発振を確保しつつ半導体レー
ザの低放射化を図るには、出力個装開面近傍の活性層幅
を1μm以下、それ以外のところの活性層幅を15μm
程度とすることが望ましい。
第2図は本発明の実癩例の出力側襞間面を示す断面1凶
、第3図は第2図の出力側と反対のり開面を示す断面図
である。第4図はこの実施例の活性層平面図、第5図、
第6(9)は製造途中における狭部メサ状ストライプお
よび広部メサ状ストライブの1fr而図である。この実
施例は、波長1.3 tt mの基本横モード発振低放
射角半導体レーザであハその製造工程は次の様になる。
まず、n−1r+pウエーハの基板lの上に、n−1n
Pの第1バッファ層2、発振波長1.3μmの11oy
2Gao、2s AsoAt Po5e活性Ill 3
 + )’−11P の第2バック7層4を順次液相成
長させる。次に、ホトリソグラフィー技術と化学エツチ
ングにより2本の溝を形成し、狭部メサ状ストライブ2
0及び広部メサ状ストライプ30を作製する。使用した
エツチング溶液はB「メタノール混液である。その狭部
メサ状ストライプ2oの幅は約1.7μm+広部メサ状
ストライブ300幅は約2.5μmである。次に、活性
層3の選択エツチング溶液であるK(JHとKsFe(
ON)、の50:1重量比混液により、メサ状ストライ
プ20*30中の活性層3のみをエツチングし、狭部メ
サ状ストライプ2o中の活性層3の幅を0.8μm程度
、広部メサ状ストライプ30中の活性層3の幅を1.6
μm程度とする。
第5図、第6図は選択エツチング終了後のメサ状ストラ
イプ20+30の断面形状を示している。
次に、i2[g1目の成長工程において第1ブロック!
−5等を成長させるに先だち、ウェーハ1をカーボンス
ライダーに設置しカーボン板で糧った状態で成長炉中に
H2ガスとPH3ガスを満たし660°Cで1時間放置
することにより、高温下の物質移送現象を生ぜしめ、メ
サ状ストライプ20.30中の活性層3を第1バッファ
層2及び第2バツクアNI3で包含せしめる。その後、
通常の結晶成長に移行しp−1nPの第1プロyり(帽
5、n−1nPの第2ブロック層6+plnPの埋め込
み層7゜禁止−fil1g波長1.15μmのp−11
onzGao、xsAgo、4゜)’o、aoのキャッ
プ層8を液相成長させる。その後第1電極9I42電極
10を形成した後、狭部メサ状ストライブ20及び広部
メサ状ストライブ30の位置で襞間して低放射角半導体
レーザを得る。
本発明の実施例における必要条件は次の点にある。
(1)  活性層を含むメサ状ストライプを作製し、そ
のメサ状ストライブの幅を出力側襞間面近 9− 傍で小さくする。
(2)選択エツチング法によりメサ状ストライプ中の活
性層の幅をメサ状ストライブよりさらに小さくする。
(3)高温下の物質移送現象によりメサ状ストライプ中
の活性層をその上下のクラッド層で包含せしめる。
(4)活性層の包含されたメサ状ストライプの作製後、
第1ブロックI−1第2ブロック層、埋め込み層、キャ
ップ層を成長させ電流狭9作用を有するプレーナ形半導
体レーザウェーハを形成する。
また、本発明の実施例における望ましい条件は次のとお
りである。
(1)メサ状ストライプ中に含まれる活性層の幅は大き
いところでも高次モードのカットオフ条件を満たす幅と
する。
(2)狭部メサ状ストライブと広部メサ状ストライブと
の境界の領域は、なめらかに幅が変化するようにする。
10− 以上、1nGaABP/Iyl)’系中導体レーザの実
施例により本%明を説明したが、その大要は他の半導体
レーザに対しても適用しうるものであり、その結晶成長
法も液相成長に限定する必要はなく、またエツチング溶
液やエツチング溶液も実施例で用いた方法や溶液に限定
されるものではない。
【図面の簡単な説明】
第1図は1nGaAs)’/Inf’系のl/jm帯半
導体レーザの活性7!1111@Wと水平放射角半値全
幅θ11の関係を示す特性図、第2図、第3図は本発明
の実施例の出力側およびこの出力と反対側の臂1用向の
各断面図、第4図は本実施例の活性層の平曲図、第5図
、第6図は第3図の製造途中における狭部メサ状ストラ
イブおよび広部メサ状ストライブの各断面図である。図
において、 l・・・・・・lnPウェーハ、2・・・・・・第1ク
ラッド層、3・・・・・・活性層、4・・・・・・第2
クラッド層、5・・・・・・第1ブロツクノー、6・・
・・・・第2ブロック1−17・・・・・・埋め込みL
−18・・・・・・キャップIll、9110・・・・
・・電極、20・・・・・・狭部メサ状ストライブ、3
0・旧・・広部メサ状ストライブである。 第1閉 μル Pル 0/234Pつ ;8をも眉十昌 (W) 第4閉 j¥751        ¥;60

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)第1の導電型の半導体基板の上に第1の導電型の$
    1バッファ層、活性層および第2の導電型の第2バッフ
    ァ層とを形成したメサ状ストライブと、このメサ状スト
    ライプの上側を除いて形成した第2の導電型の第1電流
    ブロック層および第1の導′醒型の第2電流ブロック層
    と、前記メサ状ストライプの上側およびAft記第2屯
    流ブロック層の上聞に形成した第2の導電型の埋め込み
    層および第2の導電戴のキャップ層とを含むブレーナ形
    埋め込み構造の半導体レーザにおいて、前記メサ状スト
    ライプの幅を出力側襞間面近傍で小さくシ、前記活性1
    −の幅を前記メサ状ストライプの幅よりも小さくしたこ
    とを特徴とする低放射角半導体レーザ。 2)第1の導電型の半導体基板上に第1の導電型の第1
    バッファ層、活性層および第2の導電型の第2バッファ
    層からなる多層構造を形成する第1の工程と、前記多ノ
    ー構造をホトリソグラフィーと化学エツチングとにより
    前記基板に到達する2本の溝をつくり出力臂開面近傍で
    狭くなったメサ状ストライプを形成する第2の工程と、
    前記メサ状ストライブ中の前記活性層のみを選択エツチ
    ングして、その幅を前記メサ状ストライプの幅よりも挟
    くする第3の工程と、前記活性層を高温下で物質移送さ
    せて前記第1および第2バツクア層に包含させる第4の
    工程と、前記メサ状ストライプの上部を除いて第2の導
    電型の第1電流ブロック層および第1の導電型の第2電
    流ブロック層とを形成する第5の工程と、前記メサ状ス
    トライプの上側および前記第2電流ブロック層の上側に
    第2の導電型の埋め込み層および第2の導電型のキャッ
    プ層を形成する第6の工程とを含む低放射角半導体レー
    ザの製造方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4777148A (en) * 1985-01-30 1988-10-11 Massachusetts Institute Of Technology Process for making a mesa GaInAsP/InP distributed feedback laser
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