JPS6050983A - 半導体レ−ザ素子の製造方法 - Google Patents

半導体レ−ザ素子の製造方法

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JPS6050983A
JPS6050983A JP58160681A JP16068183A JPS6050983A JP S6050983 A JPS6050983 A JP S6050983A JP 58160681 A JP58160681 A JP 58160681A JP 16068183 A JP16068183 A JP 16068183A JP S6050983 A JPS6050983 A JP S6050983A
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Toshiro Hayakawa
利郎 早川
Nobuyuki Miyauchi
宮内　伸幸
Naohiro Suyama
尚宏 須山
Morichika Yano
矢野　盛規
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    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • 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
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
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    • H01S5/2232—Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode
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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】 く技術分野〉 本発明は半導体レーザ素子に関し、特にレーザ発振の横
モード制御に有効な構造を有しＭＢＥあいはＭＯ−ＣＶ
Ｄ等の新しい成長技術によって製造可能な半導体レーザ
の素子構造及び製造方法に関するものである。
〈従来技術〉 近年、分子線エビクキシー（ＭＢＥ）あるいは有機金属
を用いた気相成長（ＭＯ−ＣＶＤ　）などの薄膜単結晶
成長技術の進歩は著しく、これらの成長技術を用いれば
１０’Ａ程度の薄い成長層を得ることも可能となってき
ている。このような製造技術の進歩は、半導体レーザ装
置の分野においても、従来の液相成長法（ＬＰＥ）では
製作が困難であった極めて薄い層を利用することができ
、レーザ素子としての新たな効果や優れた特性を得るこ
とが可能となった。その代表的なものは量子井戸（Ｑｕ
ａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌ：略してＱＷ）　レーザである。
このＱＷレシーは従来の二重へテロ（ＤＨ）シーあるい
はそれ以下とすることによって活性層中に量子化準位が
できることを利用しており、従来のＤＨレシーに比べて
閾電流が下がるとともに温度特性が良いあるいは過渡特
性に優れている等の数々の利点を有している。ＱＷレシ
ーについては下記の文献に詳述されている。
（１）Ｗ、Ｔ、Ｔｓａｎｇ、Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｂｙｓ
ｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ、３９．Ｎｏ、１．０　
ｐｐ、７８６（１９８１）、 （２）　Ｎ、　Ｋ、　Ｄｕ　ｔ　ｔ　ａ。
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ。
ｖｏｌ、５３．Ｎｏ、１１．ｐｐ、７２１１（１９８２
）、（３）Ｈ，１ｗａｍｕｒａ、Ｔ、５ａｋｕ、Ｔ、ｌ
５ｈｉｂａｓｈｉ。
Ｋ、０ｔｕｋａ、Ｙ、Ｈｏｒｉｋｏｓｈｉ、Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ、１’９．ＮＯ，
５，ｐｐ、７８０（１９８３）、以上の如く、ＭＢＥや
ＭＯ−ＣＶＤなとの薄膜単結晶成長技術を用いることに
より、新しい多層構造をもった高性能の半導体レーザ装
置の実用化への道が開けてきた。
一方、従来の半導体レーザも多くの改良が積み重ねられ
て実用化に至っているが、その中の重要な要素に横モー
ドの安定化がある。ストライプ状の電極を形成すること
により電流のみを制限した初期の電極ストライプ型レー
ザにおいては、レーザ発振の閾値電流のわずか上の電流
領域ではヌトライプ直下の活性領域でのみ発振に必要な
利得が損失を上まわるので零次あるいは基本横モードで
発振する。しかし駆動電流を増加していくと活性層への
注入キャリアはしだいにストライブ領域の両側へ拡がる
ため、高利得領域が拡大され、横モードの拡がシや高次
横モード発振を招く。このような横モードの不安定性と
駆動電流依存性は駆動電流対レーザ出力特性の直線性を
悪化させ、パルス電流により変調を行なった場合、レー
ザ出力に不安定な変動を生じて信号対雑音比を劣化させ
る。
また出力光の指向性を不安定にするのでレーザ出力を光
ファイバ等の光学系に効率よく安定に導くことを困難に
するなど実用上多くの障害があった。
この点に関して、電流のみでなく光も横方向に閉じ込め
ることにより横モードを安定化させる多くの構造がＬＰ
Ｅ（Ｍ相成長法）で作製したＧａＡ＃Ａｓ系及びＩｎＧ
ａＡｓＰ系の半導体レーザについて提案されてきた。し
かしながら、これらの構造の多くは、溝、メサあるいは
段差加工をした基板上にＬＰＥの特殊性を利用して製作
するものが多い。
代表例として、Ｃ５Ｐンーザ（Ｋ　、　Ａｉｋｉ。
Ｍ、Ｎａｋａｍｕｒａ　、　Ｔ、　Ｋｕｒｏｄａ　ａｎ
ｄ　Ｊ、　Ｕｍｅｄｎ。
Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖ
ｏｌ、３０゜Ｎｏ、１２．ｐｐ、６４９（１９７７））
、ＣＤＨレーザ（Ｄ、Ｂｏｔｅｚ。
Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖ
ｏｌ、３３゜ｐｐ、８７２（１９７Ｂ））、ＴＳレーザ
（Ｔ、Ｓｕｇ　ｉｎｏ、Ｍ。
Ｗａｄａ、Ｈ，Ｓｂ１ｍ１ｚｕ、に、Ｊｔｏｈ、ａｎｄ
　１．Ｔｅｒａｍｏｔｏ、Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ。
ｖｏｌ、３４．Ｎｏ、４．（１９７９））はいずれも液
相成長の成長速度の異方性を利用することによって製作
可能な構造である。従って、これらの構造の大半はＭＢ
ＥやＭＯ−ＣＶＤなどの成長法では製作不可能なもので
ある。
〈発明の目的） 本発明は、上述の問題点に鑑み、ＭＢＥあるいはＭＯ−
ＣＶＤを利用して製作することが可能でかつ横モードが
安定化された半導体レーザ及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。
〈実施例〉 第１図乃至第５図は本発明の１実施例を示す半導体レー
ザ素子の各製造工程に於ける断面描成図である。第１図
に示すように、ｐ型ＧａＡｓ基板１上にフォトリソグラ
フィ法によりストライプ状のＳｉ３Ｎ４膜２０を形成し
、次いでこのＳｉ３Ｎ＜膜２０をマスクとしてストライ
プ状の領域を除く部分を第２図に示すようにメサエッチ
ングする。次にＳｉ３Ｎ４膜２０を残存させたままこの
基板１」二にＭＢＥ法によりｎ型ＧａＡｓ層２，２１を
形成する。
この際にｎ型ＧａＡｓ層２の厚みｔ２がノサ部の高さｔ
ｉ　より小さくなるようにｔ２を制御してエビクキシャ
ル成長を行なう。このような膜厚の制御はＭＢＥ法を用
いれば容易に行なうことが可能である。またｎ型ＧａＡ
ｓ層２と同時にＳｉ：＋Ｎ４膜２０上に成長したｎ型Ｇ
ａＡｓ層２１は単結晶とならず多結晶化する。次いで、
塩酸により５ｉａＮ４膜２６を除去すると同時にｎ型Ｇ
ａＡｓ層２１が除去され、第４図に示すｎ型ＧａＡｓ層
２′ｆ：有する基板となる。
このとき多結晶ＧａＡｓ層２１及びＳｉ：＋Ｎ４膜２０
のみをエツチングするようなエッチャントを用いるとｎ
型ＧａＡｓ層２はエツチングされず効果的な選択エツチ
ングができる。つぎに、第４図の基板上にｐ型Ｇ　ａｏ
、７　Ａ（１０，３Ａ　ｓクラ・ンド層３（厚さ１μｍ
）、ノンドープＧａＡｓ活性層４（厚さ０．０８μ”）
＋ｎ型Ｇ　ａ６，７　Ａｌｏ、’　３Ａ　Ｓクラッド層
５（厚さｌμｍ）、ｎ型ＧａＡｓキャップ層６（厚さ０
．５μｍ）をＭＢＥ法により連続的に形成し、その後ｎ
型電極３０及びｐ型電＋：Ｍ３１を蒸着形成して第５図
に示すレーザ素子とする。ここでＬ２＞ｔｌに設定して
いるため、第４図の基板上にはわずかな段差が存在し、
この上にＭＢＥ法により成長を行なうと第５図に示すよ
うに、成長層表面は基板」二の段差をほぼ引き継いで凹
凸状に成長する。従って、活性層４はストライプの両端
においてくびれだような形に成長するため、このくびれ
によって区切られたストライブ領域は光導波路として有
効に働き、レーザの横モードは安定化される３、まだ、
電流はｎ型ＧａＡｓ層２によって阻止され、基板１のメ
サ部のみを流れるので活性層の光導波路と電流注入スト
ライプは位置的に整合しており、モード安定化に優れた
構造となっている。さらに、第５図のＧａＡｓ活性層４
のかわりに第６図に示すようなノンドープＧａＡｓ井戸
層４１（厚さ１００Ａ）及びノンドープＧ　ａ　ｎ、ｓ
　ＡｌＯ，２Ａ　Ｓ障壁層４２（厚さ３０Ａ）より成る
量子井戸構造を採用することにより、量子井戸効果を利
用したかつ横モードが安定化された半導体レーザ素子を
容易に製作することができる。
尚、第７図に示す実施例のように、基板１のメサ部の高
さｔｌよりＧａＡｓ　２の厚みｔ２を上記とは逆に大き
くとることによっても、凹状基板上の成長となり、活性
層４に光導波路が形成される。
以上、実施例をＭＢＥにより作製したＧａＡｐＡｓ系半
導体レーザについて示したが、ＭＯ−ＣＶＤによっても
基板の形状を引き継いだ形での成長か可能であり、さら
に他の成長方法によっても作製可能である。また、Ｇａ
ｌ？Ａｓ系以外の例えばＩｎＧａＡｓ系あるいはＩｎＧ
ａＡｓＰ糸等のレーザ素子にも適用できることは明らか
である。
〈発明の効果〉 以上詳説した如く、本発明によればＭＢＥやＭＯ−ＣＶ
Ｄ等の薄膜生成技術を導入して、きわめて成長層の薄い
素子構造の半導体レーザを作製することができ、その横
モードも安定に保持される。
【図面の簡単な説明】
第１図乃至第５図は本発明の１実施例を示す半導体レー
ザの各製造工程における断面構成図である。 第６図は量子井戸となる活性層の断面構成図である。 第７図は本発明の他の実施例を示す半導体レーザの断面
構成図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １　帯状領域と他の領域間に段差を形成した成長面を有
    する基板上に電流阻止層を堆積した後、前記帯状領域の
    電流阻止層を除去して電流通路を開通し、前記段差に即
    して凹凸状のレーザ動作用成長層を積層することを特徴
    とする半導体レーザ素子の製造方法。
JP58160681A 1983-08-30 1983-08-30 半導体レ−ザ素子の製造方法 Pending JPS6050983A (ja)

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