JPS6118879B2 - - Google Patents
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- JPS6118879B2 JPS6118879B2 JP14685778A JP14685778A JPS6118879B2 JP S6118879 B2 JPS6118879 B2 JP S6118879B2 JP 14685778 A JP14685778 A JP 14685778A JP 14685778 A JP14685778 A JP 14685778A JP S6118879 B2 JPS6118879 B2 JP S6118879B2
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 25
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 20
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はモード制御可能な半導体レーザの製造
方法に関するものである。
方法に関するものである。
半導体レーザを高温下において、連続発振させ
るためにはその接合部から熱を除去する最良の熱
経路を与え、かつ同時に光の損失と無駄な再結合
を最小にする特定領域に光エネルギーおよび注入
電流を閉じ込めるいわゆる電極ストライプ型半導
体レーザが実現された。その後、各種のストライ
プ構造が開発され現在に至つているが、いずれも
それぞれの欠点を有し、特性上不満足なものであ
る。例えば、電極ストライプ型等、単に電流分布
のみを規定した場合には、レーザ光は主として利
得分布によりストライプ方向に導かれるが、この
利得による導波路作用は不安定でもあり、容易に
高次横モード発振や多モード発振を起し、更にこ
れにより電流−光出力特性が歪む場合も多い。
るためにはその接合部から熱を除去する最良の熱
経路を与え、かつ同時に光の損失と無駄な再結合
を最小にする特定領域に光エネルギーおよび注入
電流を閉じ込めるいわゆる電極ストライプ型半導
体レーザが実現された。その後、各種のストライ
プ構造が開発され現在に至つているが、いずれも
それぞれの欠点を有し、特性上不満足なものであ
る。例えば、電極ストライプ型等、単に電流分布
のみを規定した場合には、レーザ光は主として利
得分布によりストライプ方向に導かれるが、この
利得による導波路作用は不安定でもあり、容易に
高次横モード発振や多モード発振を起し、更にこ
れにより電流−光出力特性が歪む場合も多い。
そのためには、導波路作用を構造的にレーザ素
子の内部に作り込んでこれらの欠点を修正しよう
とする試みが行なわれている。
子の内部に作り込んでこれらの欠点を修正しよう
とする試みが行なわれている。
いわゆるZn拡散型のストライプレーザもこう
した試みの一つと理解し得る。この型式では、ス
トライプ状の活性領域の周囲を高いバンドギヤツ
プ、低屈折率の半導体で取り囲み、強い光導波路
作用をもたせている。
した試みの一つと理解し得る。この型式では、ス
トライプ状の活性領域の周囲を高いバンドギヤツ
プ、低屈折率の半導体で取り囲み、強い光導波路
作用をもたせている。
まず従来のZn拡散型ストライプ半導体レーザ
の概略図を第１図に示し、その製法、構造および
その機構等について、図面を用いて簡単に説明す
る。
の概略図を第１図に示し、その製法、構造および
その機構等について、図面を用いて簡単に説明す
る。
例えばZn型GaAs基体１上に連続液相エピタキ
シヤル成長でｎ型Al0.3Ga0.7As２、ｎ型GaAs活
性層３、ｎ型Al0.3Ga0.7As層４を順次形成する。
最上層のｎ型Al0.3Ga0.7As層４表面からZnをｎ型
Al0.3Ga0.7As２に達するように拡散し、Ｐ型領域
６を形成し電極７と８を取り付け、活性層３に垂
直な反射面を形成してZn拡散型のストライプ半
導体レーザが製作される。
シヤル成長でｎ型Al0.3Ga0.7As２、ｎ型GaAs活
性層３、ｎ型Al0.3Ga0.7As層４を順次形成する。
最上層のｎ型Al0.3Ga0.7As層４表面からZnをｎ型
Al0.3Ga0.7As２に達するように拡散し、Ｐ型領域
６を形成し電極７と８を取り付け、活性層３に垂
直な反射面を形成してZn拡散型のストライプ半
導体レーザが製作される。
この型の半導体レーザにモード制御の導波機構
を作り込むには、すなわちｎ型GaAs活性層内
に、Zn拡散を行なつてＰ型の領域を作りこのＰ
型領域とｎ型領域との屈折率差Δｎが正になる領
域を実現することである。そのためにはｎ型領域
とＰ型領域のキヤリア濃度に関して次のような条
件を満たす必要がある。
を作り込むには、すなわちｎ型GaAs活性層内
に、Zn拡散を行なつてＰ型の領域を作りこのＰ
型領域とｎ型領域との屈折率差Δｎが正になる領
域を実現することである。そのためにはｎ型領域
とＰ型領域のキヤリア濃度に関して次のような条
件を満たす必要がある。
ｐ＞ｎ〓１×1018cm-3
なぜなら、ｎ型領域のキヤリア濃度がｎ〜１×
1018cm-3以上の高濃度になると次第に屈折率が小
さくなる。一方、発光領域のｐ型キヤリア濃度は
自由キヤリア吸収が大きくならず、発光効率が低
下しない高濃度範囲 ｐ〓５×1018cm-3 で決められる。
1018cm-3以上の高濃度になると次第に屈折率が小
さくなる。一方、発光領域のｐ型キヤリア濃度は
自由キヤリア吸収が大きくならず、発光効率が低
下しない高濃度範囲 ｐ〓５×1018cm-3 で決められる。
以上の条件から結局、活性層の内と外のキヤリ
ア濃度を ５×1018cm-3〓ｐ＞ｎ〓１×1018cm-3 の範囲で制御すると、モード制御可能な屈折率導
波機構、すなわち屈折率差Δｎが正の領域を活性
層内に実現することが出来る。
ア濃度を ５×1018cm-3〓ｐ＞ｎ〓１×1018cm-3 の範囲で制御すると、モード制御可能な屈折率導
波機構、すなわち屈折率差Δｎが正の領域を活性
層内に実現することが出来る。
ところで、ｐ型キヤリア濃度ｐ＝１〜５×1018
cm-3という濃度範囲は通常のZn拡散では低濃度に
相当し、拡散フロントの非常に傾斜の急激な部分
に相当する。又、GaAs中のZn拡散はその拡散速
度が一般に速いため、制御性に劣る拡散であると
言える。
cm-3という濃度範囲は通常のZn拡散では低濃度に
相当し、拡散フロントの非常に傾斜の急激な部分
に相当する。又、GaAs中のZn拡散はその拡散速
度が一般に速いため、制御性に劣る拡散であると
言える。
更にGaAsとAlGaAsでZn拡散速度に大きな差
があり、組成の異なる２層を通して拡散を制御性
良く行なう事は非常に難しい。
があり、組成の異なる２層を通して拡散を制御性
良く行なう事は非常に難しい。
以上GaAs結晶中のZn拡散の特性を考慮する
と、Zn拡散型ストライプレーザを製作するに必
要なｐ型キヤリア濃度ｐ＝１〜５×1018cm-3を活
性層領域に実現することは非常に困難である。
と、Zn拡散型ストライプレーザを製作するに必
要なｐ型キヤリア濃度ｐ＝１〜５×1018cm-3を活
性層領域に実現することは非常に困難である。
換言すれば、この従来のZn拡散型ストライプ
レーザの製造方法では制御法、生産性、経済性、
歩留り等が極めて悪くこの優秀な構造上のメリツ
トを生かし得ないでいた。
レーザの製造方法では制御法、生産性、経済性、
歩留り等が極めて悪くこの優秀な構造上のメリツ
トを生かし得ないでいた。
この発明の目的は、上記従来方法におけるよう
な上記難点を持たない制御が容易で、経済性、生
産性に富むZn拡散型ストライプレーザの製造方
法を提供することにある。
な上記難点を持たない制御が容易で、経済性、生
産性に富むZn拡散型ストライプレーザの製造方
法を提供することにある。
この発明の骨子はZn拡散した半導体基体に多
層を成長し、その後の熱処理工程で基体に拡散し
たZnをドライブイン拡散し、活性層のｐ型濃度
を制御し、正の屈折率差を実現しようとするもの
である。
層を成長し、その後の熱処理工程で基体に拡散し
たZnをドライブイン拡散し、活性層のｐ型濃度
を制御し、正の屈折率差を実現しようとするもの
である。
以下この発明の実施例について図面を参照して
説明する。
説明する。
第２図は本発明を実施した場合のZn拡散型ス
トライプレーザの概略図である。
トライプレーザの概略図である。
先ず第３図Ａに示す如く、ｐ型GaAsでなる半
導体基体９上にSiO2膜１８をスパツターし、フ
オトレジスト膜を介してSiO2膜１８にストライ
プ状の幅３μの窓を形成する。次いでZn拡散工
程でストライプ窓部分にZn10を数μ厚さにわた
り拡散する（第３図Ｂ）。この半導体基体９上に
液相エピタキシヤル成長工程で、ｎ型GaAs層１
１、ｐ型Al0.3Ga0.7As層１２、ｎ型GaAs活性層
１３、ｎ型Al0.3Ga0.7As層１４を順次成長させ第
３図Ｃの層構造を得る。その後熱処理工程で半導
体基体９の表面に拡散した高濃度Zn１０を、再
度ドライブイン拡散し、そのフロントがｎ型
Al0.3Ga0.7As層１４に達するようにする。この熱
処理でｎ型GaAs１１とｎ型GaAs活性層１３の一
部分がｐ型に変換し、ｐ型領域１５が形成される
（第３図Ｄ）。最後に成長した結晶に電極１６，１
７を形成し目的とするZn拡散型ストライプレー
ザが出来上がる（第３図Ｅ）。ところで、本実施
例の第３図にて上述せる製造方法によれば、ｐ型
領域１５は基板９に拡散せられた高濃度Zn１０
のドライブイン拡散にて形成される。その際、
Zn濃度とその深さの制御、すなわち濃度はあら
かじめ基板表面９に拡散せられるZn層１０の濃
度とその層厚に依存する。拡散層１０が低濃度な
ほど、又その層厚が薄いほどドライブイン拡散に
て得られる活性層領域中のｐ型キヤリア濃度は拡
散層１０より一層低濃度となる。
導体基体９上にSiO2膜１８をスパツターし、フ
オトレジスト膜を介してSiO2膜１８にストライ
プ状の幅３μの窓を形成する。次いでZn拡散工
程でストライプ窓部分にZn10を数μ厚さにわた
り拡散する（第３図Ｂ）。この半導体基体９上に
液相エピタキシヤル成長工程で、ｎ型GaAs層１
１、ｐ型Al0.3Ga0.7As層１２、ｎ型GaAs活性層
１３、ｎ型Al0.3Ga0.7As層１４を順次成長させ第
３図Ｃの層構造を得る。その後熱処理工程で半導
体基体９の表面に拡散した高濃度Zn１０を、再
度ドライブイン拡散し、そのフロントがｎ型
Al0.3Ga0.7As層１４に達するようにする。この熱
処理でｎ型GaAs１１とｎ型GaAs活性層１３の一
部分がｐ型に変換し、ｐ型領域１５が形成される
（第３図Ｄ）。最後に成長した結晶に電極１６，１
７を形成し目的とするZn拡散型ストライプレー
ザが出来上がる（第３図Ｅ）。ところで、本実施
例の第３図にて上述せる製造方法によれば、ｐ型
領域１５は基板９に拡散せられた高濃度Zn１０
のドライブイン拡散にて形成される。その際、
Zn濃度とその深さの制御、すなわち濃度はあら
かじめ基板表面９に拡散せられるZn層１０の濃
度とその層厚に依存する。拡散層１０が低濃度な
ほど、又その層厚が薄いほどドライブイン拡散に
て得られる活性層領域中のｐ型キヤリア濃度は拡
散層１０より一層低濃度となる。
更に、拡散層１０の層厚がある程度薄ければ、
ドライブイン拡散に寄与する拡散層１０のZn濃
度が半分となる。なぜなら、ドライブイン拡散は
成長層１１，１２，１３側のみならず基板側にも
同じ条件でZnがドライブイン拡散するためであ
る。ドライブイン拡散の濃度プロフアイルは拡散
源である拡散層１０に比較して深さ方向に非常に
緩慢な傾斜となる。
ドライブイン拡散に寄与する拡散層１０のZn濃
度が半分となる。なぜなら、ドライブイン拡散は
成長層１１，１２，１３側のみならず基板側にも
同じ条件でZnがドライブイン拡散するためであ
る。ドライブイン拡散の濃度プロフアイルは拡散
源である拡散層１０に比較して深さ方向に非常に
緩慢な傾斜となる。
故に本実施例で上記した活性層のｐ型キヤリア
濃度ｐ＝１〜５×1018cm-3は拡散層１０を1020cm
-3程度にするだけで簡単に得られる。一方深さの
制御は熱処理の温度と時間で正確に行なえる。都
合のよいことに、ドライブイン拡散は通常の拡散
と比較して拡散速度が非常に遅い。これは厚さ制
御の容易さをもたらす以上の特徴は、生産性、経
済性、歩留りの高い製法を提供し、更に信頼性の
高いZn拡散型ストライプ半導体レーザが容易に
得られる大なる利点を有するものである。
濃度ｐ＝１〜５×1018cm-3は拡散層１０を1020cm
-3程度にするだけで簡単に得られる。一方深さの
制御は熱処理の温度と時間で正確に行なえる。都
合のよいことに、ドライブイン拡散は通常の拡散
と比較して拡散速度が非常に遅い。これは厚さ制
御の容易さをもたらす以上の特徴は、生産性、経
済性、歩留りの高い製法を提供し、更に信頼性の
高いZn拡散型ストライプ半導体レーザが容易に
得られる大なる利点を有するものである。
本実施例は基板９と第２層目のAl0.3Ga0.7As層
１２との間にｎ型GaAs層１１が成長されている
ため電流の狭窄作用も充分になされる。
１２との間にｎ型GaAs層１１が成長されている
ため電流の狭窄作用も充分になされる。
第４図は本発明の別の実施例を示したもので、
連続動作のレーザを作るためのものである。この
場合ｎ型Al0.3Ga0.7As層１４に加えてｎ型GaAs
層１９を成長させておく点が異なる。ｎ型GaAs
層はｎ型AlGaAs層に比してオーミツク・コンタ
クトをとりやすく、レーザ動作時の等価的直列抵
抗を下げることができる。従つて余分な発熱源を
持たないので連続動作ないし、高いデユーテイサ
イクルの動作に適するものである。
連続動作のレーザを作るためのものである。この
場合ｎ型Al0.3Ga0.7As層１４に加えてｎ型GaAs
層１９を成長させておく点が異なる。ｎ型GaAs
層はｎ型AlGaAs層に比してオーミツク・コンタ
クトをとりやすく、レーザ動作時の等価的直列抵
抗を下げることができる。従つて余分な発熱源を
持たないので連続動作ないし、高いデユーテイサ
イクルの動作に適するものである。
本実施例を効率良く動作させるにはドライブイ
ン拡散のフロントがｎ型Al0.3Ga0.7As層１４にわ
ずかに達するか、又は接する程度で活性層がｐ型
領域に変換される事が望ましい。
ン拡散のフロントがｎ型Al0.3Ga0.7As層１４にわ
ずかに達するか、又は接する程度で活性層がｐ型
領域に変換される事が望ましい。
その際にｎ型GaAs活性層のｎキヤリア濃度は
ｎ＞１×1018cm-3にあり、ｐ型に変換された活性
層ｐ型領域のキヤリア濃度が ５×1018cm-3＞ｐ＞ｎ＞１×1018cm-3 に制御されることが望ましい。
ｎ＞１×1018cm-3にあり、ｐ型に変換された活性
層ｐ型領域のキヤリア濃度が ５×1018cm-3＞ｐ＞ｎ＞１×1018cm-3 に制御されることが望ましい。
以上の実施例はGaAs−AlGaAs系半導体レー
ザについて記したが、InP−InGaAsP系の材料か
らなる長波長半導体レーザに本発明を実施する
と、一層有利となる。なぜなら、InP結晶中のド
ライブイン拡散効果はGaAs結晶に比較して低い
熱処理温度で、より正確な制御が可能なためであ
る。
ザについて記したが、InP−InGaAsP系の材料か
らなる長波長半導体レーザに本発明を実施する
と、一層有利となる。なぜなら、InP結晶中のド
ライブイン拡散効果はGaAs結晶に比較して低い
熱処理温度で、より正確な制御が可能なためであ
る。
第１図は従来のZn拡散型ストライプ半導体レ
ーザの概略図、第２図は本発明の実施により得ら
れたZn拡散型ストライプ半導体レーザの概略
図、第３図は本発明のレーザの製法を示す略線的
工程図第４図は本発明の他の実施例の概略図をそ
れぞれ示す。 図において、１……ｎ型GaAs基体、２，４…
…ｎ型Al0.3Ga0.7As層、３，１３……ｎ型GaAs
活性層、４，１２……ｐ型ｎ型Al0.3Ga0.7As層、
５，１８……SiO2膜、６，１５……ｐ型領域、
７，１７……ｎ型電極、８，１６……ｐ型電極、
９……ｐ型GaAs基体、１０……Zn拡散層、１
１，１９……ｎ型GaAs層をそれぞれ示す。
ーザの概略図、第２図は本発明の実施により得ら
れたZn拡散型ストライプ半導体レーザの概略
図、第３図は本発明のレーザの製法を示す略線的
工程図第４図は本発明の他の実施例の概略図をそ
れぞれ示す。 図において、１……ｎ型GaAs基体、２，４…
…ｎ型Al0.3Ga0.7As層、３，１３……ｎ型GaAs
活性層、４，１２……ｐ型ｎ型Al0.3Ga0.7As層、
５，１８……SiO2膜、６，１５……ｐ型領域、
７，１７……ｎ型電極、８，１６……ｐ型電極、
９……ｐ型GaAs基体、１０……Zn拡散層、１
１，１９……ｎ型GaAs層をそれぞれ示す。
Claims (1)
- １ 第１導電型半導体基体の一方の主面のほぼ中
央部に第１導電型の不純物を所定幅のストライプ
状に拡散する工程と前記半導体基体上に第２導電
型の第１半導体層と第１導電型の第２半導体層
と、該第２半導体層より禁止帯幅の小さい第２導
電型の第３半導体層と、該第３半導体層より禁止
帯幅の大きい第２導電型の第４半導体層とを順次
形成する液相エピタキシヤル成長工程と、前記半
導体基体のほぼ中央部に所定のストライプ状に拡
散された第１導電型の不純物で、前記第１半導体
層と第３半導体層の導電型を異種導電型にストラ
イプ状に反転せしめる熱処理工程とから成る半導
体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14685778A JPS5574195A (en) | 1978-11-28 | 1978-11-28 | Manufacturing semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14685778A JPS5574195A (en) | 1978-11-28 | 1978-11-28 | Manufacturing semiconductor laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5574195A JPS5574195A (en) | 1980-06-04 |
| JPS6118879B2 true JPS6118879B2 (ja) | 1986-05-14 |
Family
ID=15417119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14685778A Granted JPS5574195A (en) | 1978-11-28 | 1978-11-28 | Manufacturing semiconductor laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5574195A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH073908B2 (ja) * | 1987-07-16 | 1995-01-18 | 三菱電機株式会社 | 半導体発光装置の製造方法 |
| JPH0775265B2 (ja) * | 1988-02-02 | 1995-08-09 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
-
1978
- 1978-11-28 JP JP14685778A patent/JPS5574195A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5574195A (en) | 1980-06-04 |
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