JPS61236187A - 半導体レ−ザ装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体レ−ザ装置及びその製造方法

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JPS61236187A
JPS61236187A JP7668085A JP7668085A JPS61236187A JP S61236187 A JPS61236187 A JP S61236187A JP 7668085 A JP7668085 A JP 7668085A JP 7668085 A JP7668085 A JP 7668085A JP S61236187 A JPS61236187 A JP S61236187A
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JP
Japan
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light emitting
layer
active layer
semiconductor
quantum well
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JP7668085A
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English (en)
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Shigeru Semura
滋 瀬村
Takaro Kuroda
崇郎 黒田
Tsuneaki Oota
太田 恒明
Hisao Nakajima
尚男 中島
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • 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
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34Structure 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
    • 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
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031Edge-emitting structures

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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】 (産業上の利用分野) この発明は半導体基板上に複数の量子井戸型構造の発光
領域を横方向にアレイ状に配列した半導体レーザ装置及
びその製造方法に関するものである。
(従来の技術) 従蓮、横方向単一モード発振の半導体レーザ装置は活性
領域の周囲が禁制帯幅の大きな半導体によって囲まれた
埋込み形へテロ構造がとられている。この埋込み形ヘテ
p構造のレーザー置は2回の液相成長法とメサエッチン
グを用いて製造されている。即ち、第1Igl目の液相
成長でダブルへテロ構造結晶が作られ、この結晶を化学
エツチングでメサ・ストライプ状にした後、第2@目の
液相成長によりこのメサ・ストライプが禁制帯幅の大き
い半導体によって埋込まれる。このように従来の埋込み
形へテロ構造レーザ装置は製造工程が煩雑でストライプ
の幅の制゛御がむずかしく、製品の歩留りが悪かった0
上記に鑑み、本出願人は量子井戸型構造の活性層の上下
を量子井戸型を構成している二種の半導体の平均組成よ
りも大きな組成を有する半導体で構成し、活性層の左右
は量子井戸型構造に亜鉛を拡散して量子井戸型構造の平
均組成の半導体で構成する半導体レーザ装置を提案し魁
この半導体レーザ装置はエピタキシャル成長法で形成し
た多層半導体結晶成長層に不純物の拡散処理を行うのみ
で量子井戸構造を活性層とした埋込み型ダブルへテロ構
造と同じ構成の半導体レーザ装置が製造できるようにな
った(特開昭59−21084号)。
上述のように埋込み型ダブルへテロ構造と同じ構成を有
する半導体レーザ装置が容易に製造することができるよ
うになったが、その光出力は数10mWと小さく充分な
ものと言えない。大きな光出力を得るためには、そのよ
うな半導体レーザ装置を多数並列に並べ発振すれば、並
べた半導体レーザ装置の数に応じて大きな出力が得られ
、レーザビームの幅は装置数に従って大きくなる。
(発明が解決しようとする問題点) しかし、多数の半導体レーザ装置を並べて発振したとき
の問題点は各半導体レーザ装置より発振するレーザビー
ムの位相を一致させることであって、種々検討されてい
るのが現況である。
この発明は上記に鑑みなされたものであって、複数の発
光領域より位相の揃ったレーザ光が発振する高出力半導
体レーザ装置及び上記半導体レーザ装置を容易に且う再
現性良く製造する方法を提供することを目的とするもの
である。
(問題点を解決するための手段) この発明による半導体レーザ装置は量子井戸型構造の活
性層をレーザ共振器方向に活性層を構成する二種の化合
物半導体の平均組成とした半導体にて区切って複数の発
光領域をアレイ状に配列させる。このように一つの活性
層を仕切って複数の発光領域をアレイ状に配列すること
により各発光領域よりは位相の同調した光が出力するた
め、光出力が大幅に増加する。
またこの半導体レーザ装置は半導体基板上に下部クラッ
ド層、量子井戸型構造の活性層、上部クラッド層を順次
結晶成長させた後に、上面に複数の直線状マスクを所定
の間隔で設け、不純物を活性層の最下層に達するまで拡
散することにより、活性層に不純物の拡散領域と非拡散
領域が交互に隣合って形成し、不純物の非拡散領域を発
光領域として用いるので、容易に且つ再現性良く製造す
ることができる。
以下、この発明を添付の図面に基き説明すると、第1図
はこの発明の半導体レーザ装置の一実施例を示し、lは
pfJi半導体基板であって、この半導体基板/の上に
は下部クラッド層として後述の活性層を構成する半導体
より禁制帯幅の大きいp型半導体層λがある。このp型
半導体層2の上には厚さ数10〜数10OAの組成の異
なる二種の化合物半導体極薄膜を交互に三層以上積層し
た量子井戸型構造の活性層ψが存在する。この量子井戸
型構造を構成する化合物半導体としてはGaムa 、 
GaAlAm 、 GaムaP 、 Ggl5Aa。
l5GaAaPなどの2元系、3元系、4元系の禁制帯
幅の異なる半導体が挙げられる。上記の活性層ψの上に
は上部クラッド層として活性層≠を構成する半導体より
禁制帯幅の大きい爲型半導体層3がある。上記上部クラ
ッド層3の上面中央にはクラッド層よりも禁制帯幅の狭
いストライプ状の5型半導体よをレーザ共振器方向に所
定の間隔を隔てて設ける。各ストライプ状半導体5の下
の下部クラッド層λまでの領域7を除゛いて亜鉛などの
p型不純物を拡散した不純物拡散領域6があり、活性コ
リの不純物拡散領域は量子井戸型構造を構成している二
種の半導体の合金化により活性コリの不純物非拡散領域
tより禁制帯幅が大きくなり、屈折率は小さくなる。
この活性コリの不純物非拡散領域tは半導体レーザのス
トライプ発振領域となる。上部タラッド層3上のストラ
イプ状外型半導体jを設けた領域を除いて絶縁膜9で被
覆する。また発光領域tを通らない洩れ電流が生じるの
を防ぐため、各ストライプ状外型半導体よと上部クラッ
ド層3の不純物拡散領域とはt気的に上部クラッド層J
の不純物非拡散領域を介して接続された状態とする。%
塵半導体Sの上面には外側電極IOがあり、半導体基板
lの底面にはp側電極l/がある。
上記量子井戸型構造の活性層に不純物の拡散により形成
する二つの半導体の合金により区切られて形成する発光
領域の幅は1〜10μm程度であり、また発光領域を区
画する不純物拡散領域の幅も同じく1〜10μm程度で
あって、領域の幅を上記より広くすると、発光領域が各
々独笠、に作用するために発光ビームが複数になる。
また発光領域の数は多ければそれだけ光出力が大きくな
るが、実用的には5〜20程度である。
次にこの発明の半導体装置の製造方法の一実施例を第2
図及び第3図により説明する。先ず、p型GaAs基板
有機lを有機洗浄及び化学エツチングした後に分子線エ
ピタキシャル成長法、気相エピタキシャル成長法などを
用いて基板l上に下部クラッド層として活性層を構成す
る半導体より禁制帯幅の大きいp型GaAJAa 71
2を形成する。次いで下部クラッド層2上に禁制帯幅の
桑なる二種の化合物半導体薄膜を数10〜数100A程
度の厚さで交互に三層以上積層し、この量子井戸型構造
を活性層μとする。続いて、量子井戸型構造活性層μの
上に活性層を構成する半導体より禁制帯幅の大きいn型
GaAjAm層3を上部クラッド層として形成し、所謂
ダブルへテロ接合構造とする。
上部クラッド層3上には次に上部クラッド層より禁制帯
幅の狭い%型GcLA#層j′を電極と接続性を良くす
るために成長する。必要に応じて基板結晶lと下部クラ
ッド層−との間にはp型GaAx層またはp型Gaムl
AJ層をバッファ層として設けても良い。
上述の如く多層構造が形成したらn型GaAs層β′上
にシリカ、シリコンナイトライドなどの膜を被着した後
にレーザめ共振器となる方向で所定の幅の膜を所定の間
隔で除き不純物拡散用のマスク12とする(第2図)。
次にこのマスク/2を利用して最上層のf&型、GaA
s層S′をメサ状にエツチングし、マスク/2と同じよ
うな多数のストライプ状の半導体よとする。しかる後に
上面より加熱した亜鉛(h)などのp型不純物13を少
くとも活性コルを構成している量子井戸型構造の最下層
の半導体極薄膜に達するまで拡散する。第3図において
不純物拡散領域6は斜線で示す。この不純物の深さ方゛
 向と横方向の拡散の制御は不純物の拡散温度と拡散時
間により行う。このように不純物の拡散により活性コル
の不純物拡散領域は量子井戸型を構成している二つの半
導体が合金化し、非拡散領域、即ち、ストライプ状s 
I[GaAx N jの下部の発光領域rとなる活性層
よりも禁制帯幅は大きくなり、屈折率は小さくなる。
上述の如く、不純物を所定の間隔で拡散して活性層を隣
合せて交互に不純物の拡散領域と非拡散領域としたら、
マスク/2を除き、不純物拡散領域6上を絶縁膜りで被
覆し、その上より五uGaNi合金IOを蒸着して外側
電極とする。また基板lの裏面を研磨した後に0rAu
合金/Iを蒸着してp側電極とする。最後に形成した多
層構造体の両端面を骨間して第1図に示した多数の発光
領域rをアレイ状に配列した半導体レーザ装置となる。
(作用) 上述の如き構成の半導体レーザ装置において、外側電極
10に電子電流を、ptNIL極/ノに正孔電流を供給
すると、電流は各不純物非拡散領域7の活性層(発光領
域)!へ集中する。各発光領域lの両側面は量子井戸型
構造が合金化した不純物拡散領域で構成されているため
、発光領域より屈折率が小さく、また上下のクラッド層
3゜2も発光領域より屈折率が小さく、従って、横方向
に単一モードのレーザ光が発振し、光の閉じ込めが行わ
れて光は発光領域内を伝搬する。
このようにして、活性層グに形成された複数の不純物非
拡散領域を発光領域lとして半導体レーザ装置が構成さ
れ、発光領域が量子井戸型構造であるため、小さい発振
閾値電流にて横方向単一モードのレーザ光が発振するこ
とになる。
また、各発光領域?より発振されるレーザ光の位相は揃
っていて、発光領域の数に応じて光出力も大きくなる。
発振するレーザ光は単峰性または双峰性を示すため集光
することも容易である。
(実施例) 次にこの発明を実施例により説明する。
有機洗浄及び化学エツチングを施したp型GaAs基板
結晶の上に分子線エピタキシ法を用いて、下部クラッド
層としてp型Ga6,1lA16.@ As ’層をL
5μmの厚さで成長させ、次いでその上に活性層として
100ム厚のGaAs層と70ム厚のGa6,7ム10
8.ム8層を交互に合計10層形成し、続いて上部クラ
ッド層として1.5μm厚の5型Ga6.6 A16,
611層及び0.3μm厚の外型GcLAJ層を結晶成
長した。
この多層構造体の上面にシリコンナイトライドを被着し
た後にフォトリソグラフィ法により上記膜に幅5μmの
ストライプ状溝を3μmの間隔で10本設け、この膜を
マスクとして用いて最上層の外型GcLAJ層をメサ状
にエツチングし、続いて600℃の溶融亜鉛を活性層の
最下層に達するまで拡散した。活性層での亜鉛の非拡散
領域は横方向の拡散が存在するためマスク幅より狭く約
4μmであった。このようにして、活性層には幅約4μ
mの発光領域が10本形成した。次に最上層のIS型G
aAs層の亜鉛が拡散された部分をサイドエツチングで
除失し、陽極酸化法により、露出している%型GaAI
Aa層の上に酸化膜を形成させ、マスクとしていたシリ
コンナイトライドを除去し、n型Gah層を除いて絶縁
膜で被覆し、次に5型G(111層上にムuGaN(合
金を蒸着して外側電極とした。またp型GaAa基板の
底面は研磨して0rAuを蒸着し、p側電極とし、両端
面を襞間し、切断して長さ約300μm、幅約400μ
mの半導体装置とした。
100pW&、高さ約2μ怨であった。
上記と同様の構造で発光領域を5本とした半導体レーザ
装置の場合、発振閾値電流は100−1発振波長は78
00人、光出力は500mWであり、幅は約50μm1
高さは約2μmの大口径ビームが発振した。
(発明の効果) この発明は上述の説明で明らかなように、膜厚制御性の
良い分子線エピタキシャル成長性成るいは気相エピタキ
シャル成長法を用いた多層構造体の結晶成長工程と7オ
トリソグラフイによるマスクの形成と、難かしいマスク
合せの技術を必要としない自己整合(セルファライン)
方式による不純物拡散工程の極めて簡単な方法により、
量子井戸型構造の発光領域を多数アレイ状に備えた高出
力半導体レーザ装置を製造することができ、光出力を大
幅に向上させることができるので、コンパクトディスク
、追記型光ディスク、消去・再書き込み用の光ディスク
などの記録を高速に行うことができる。また宇宙通信や
無中継のり一カルエリアネットワークへの利用にも期待
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による半導体レーザ装置の一実施例を
示す斜視図、第2図及び第3図はこの半導体レーザ装置
の製造過程を示す正面図である。 l・・・半導体基板、2・・・下部クラッド層、3・・
・上部クラッド層、弘・・・活性層、6・・・不純物拡
散領域、7・・・不純物非拡散領域、r・・・発光領域
、10・・・外側電極、7ノ・・・p側電極、/2・・
・マスク、13・・・不純物。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上に上下より活性層を構成する二種の
    化合物半導体の平均組成より大きな組成の化合物半導体
    で挾まれた量子井戸型構造の活性層をレーザ共振器方向
    に活性層を構成する二種の化合物半導体の平均組成の化
    合物半導体にて区切つて複数の発光領域をアレイ状に配
    列したことを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. (2)半導体基板上に下部クラッド層、二種の組成の異
    なる化合物半導体極薄膜を交互に三層以上積み重ねて構
    成した量子井戸型構造の活性層、上部クラッド層を順次
    結晶成長させ、形成した多層構造体の上面に所定の幅を
    有する複数の直線状のマスクを所定の間隔で設けて不純
    物を最上層より少くとも活性層の最下層に達するまで拡
    散し、不純物の非拡散領域の上面に電極を設けて、活性
    層のそれぞれの不純物非拡散領域を発光領域としたこと
    を特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
JP7668085A 1985-04-12 1985-04-12 半導体レ−ザ装置及びその製造方法 Pending JPS61236187A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6214488A (ja) * 1985-07-12 1987-01-23 Hitachi Ltd 半導体レ−ザおよびその製造方法
US4980895A (en) * 1988-03-28 1990-12-25 Canon Kabushiki Kaisha Distributed feedback semiconductor laser having a laser-active layer serving as diffraction grating

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6214488A (ja) * 1985-07-12 1987-01-23 Hitachi Ltd 半導体レ−ザおよびその製造方法
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