JPS6212678B2 - - Google Patents
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- JPS6212678B2 JPS6212678B2 JP16932080A JP16932080A JPS6212678B2 JP S6212678 B2 JPS6212678 B2 JP S6212678B2 JP 16932080 A JP16932080 A JP 16932080A JP 16932080 A JP16932080 A JP 16932080A JP S6212678 B2 JPS6212678 B2 JP S6212678B2
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Classifications
-
- 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
- H01S5/20—Structure 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
- H01S5/22—Structure 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
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は発振閾値電流を小さくするとともに、
光出力を増大するのに有効な光ガイド層付埋込ス
トライプ型半導体レーザを歩留よく製造するため
の素子構造に関するものである。
光出力を増大するのに有効な光ガイド層付埋込ス
トライプ型半導体レーザを歩留よく製造するため
の素子構造に関するものである。
閾値電流が低くかつ発振の横姿態が安定化され
た半導体レーザ素子としては、第１図に示す如き
いわゆるBH（Buried Heterostructure）構造素
子が知られている。これはDH（ダブルヘテロ）
構造ウエハーのストライプ部以外をエツチング除
去し、その除去した部分に再び屈折率の小さい埋
込層をストライプ部と同一の高さまで成長したも
ので、その結果、接合面に垂直な方向と平行な方
向の双方において活性領域のキヤリアと光とが完
全に閉込められるものである。これによつて、10
〜20mAという極めて低い閾値電流と、安定な基
本横姿態発振が実現されている。しかしながら、
このBH構造レーザ素子の特性上の最大の欠点は
取出し可能な光出力が数mW以下という極めて低
いレベルに抑えられることにあつた。この光出力
の低さを改善したものが、いわゆるＢＧ
（Buried Optical Guide）構造半導体レーザであ
る。（K.Saito＆R.Ito；IEEE.J.Quantum
Electron.、vol.QE―16、pp.205―215、1980）。
ＢＧ型半導体レーザ素子の構造は、基本的には
第２図に示すように、クラツド層と活性層とから
成る上記三層構造BH素子に新たに光ガイド層が
加えられた四層構造となつている。この構造では
キヤリアは薄い活性層中に閉込められるのに対し
て、光は活性層とガイド層の双方から成る大きな
空洞中に閉込められることになる。これによつ
て、BH構造素子と比較して取出し可能な光出力
限界は一桁向上し、およそ20mWまでの安定な
CW動作が実現している。
た半導体レーザ素子としては、第１図に示す如き
いわゆるBH（Buried Heterostructure）構造素
子が知られている。これはDH（ダブルヘテロ）
構造ウエハーのストライプ部以外をエツチング除
去し、その除去した部分に再び屈折率の小さい埋
込層をストライプ部と同一の高さまで成長したも
ので、その結果、接合面に垂直な方向と平行な方
向の双方において活性領域のキヤリアと光とが完
全に閉込められるものである。これによつて、10
〜20mAという極めて低い閾値電流と、安定な基
本横姿態発振が実現されている。しかしながら、
このBH構造レーザ素子の特性上の最大の欠点は
取出し可能な光出力が数mW以下という極めて低
いレベルに抑えられることにあつた。この光出力
の低さを改善したものが、いわゆるＢＧ
（Buried Optical Guide）構造半導体レーザであ
る。（K.Saito＆R.Ito；IEEE.J.Quantum
Electron.、vol.QE―16、pp.205―215、1980）。
ＢＧ型半導体レーザ素子の構造は、基本的には
第２図に示すように、クラツド層と活性層とから
成る上記三層構造BH素子に新たに光ガイド層が
加えられた四層構造となつている。この構造では
キヤリアは薄い活性層中に閉込められるのに対し
て、光は活性層とガイド層の双方から成る大きな
空洞中に閉込められることになる。これによつ
て、BH構造素子と比較して取出し可能な光出力
限界は一桁向上し、およそ20mWまでの安定な
CW動作が実現している。
しかしながら、これらのBH及びＢＧ構造半
導体レーザに共通な最大の欠点は製造工程の困難
性とそれに起因する素子歩留の著しい低下にあ
る。この製造工程の困難性を第１図のBH構造半
導体レーザの場合を例にとつて以下工程を追つて
説明する。まず、ｎ型GaAs基板１上に液相成長
法を用いてｎ型Ga1-x2Alx2Asクラツド層２、アン
ドープGa1-x2Alx1As活性層３及びＰ型
Ga1-x2Alx2Asクラツド層４（ここで、x1＝0.〜
0.07，x2＝0.3〜0.4）を順次積層する。次に、SiO2
膜をマスクとしてこのエピタキシヤル成長層を数
ミクロン以下の幅でストライプ状にメサエツチす
るが、第１の困難がここで発生する。即ち、この
構造ではエピタキシヤル成長層厚が数ミクロンに
対して必要なメサストライプ幅が数ミクロン以下
という極めて微細な深いメサエツチングを行なう
ことからストライプ幅がバラツキ、従つて素子特
性のバラツキも非常に大きくなるという欠点があ
つた。次いで、ｎ型Ga1-x3Alx3As（x3＝0.3〜
0.4）埋込層５を液相成長する工程に入るが、こ
の時、埋込層の高さをストライプ部の高さと同一
にしなければならないというこの構造における最
大の困難に遭遇する。実際の実験側によれば、埋
込層の高さをストライプ部の高さに合致させるた
めの成長条件の再現性が乏しいことに加えて同一
ロツト内に於ける埋込層の面内層厚不均一性に起
因して所望の特性が得られる素子歩留は平均的に
５％程度という極めて低い値であつた。この後、
CVD法によつて形成したAl2O3／SiO2二重酸化膜
７をマスクとしてオーミツク用のZn拡散を行な
い、最後にｎ側電電極８とＰ側電極９をそれぞれ
形成してBH構造素子を得る。以上述べたよう
に、BH並びにＢＧ構造素子では構造上の無理
があり、ゆえに上記の二点の製造上の困難が発生
して素子保留が非常に低下するという欠点があつ
た。
導体レーザに共通な最大の欠点は製造工程の困難
性とそれに起因する素子歩留の著しい低下にあ
る。この製造工程の困難性を第１図のBH構造半
導体レーザの場合を例にとつて以下工程を追つて
説明する。まず、ｎ型GaAs基板１上に液相成長
法を用いてｎ型Ga1-x2Alx2Asクラツド層２、アン
ドープGa1-x2Alx1As活性層３及びＰ型
Ga1-x2Alx2Asクラツド層４（ここで、x1＝0.〜
0.07，x2＝0.3〜0.4）を順次積層する。次に、SiO2
膜をマスクとしてこのエピタキシヤル成長層を数
ミクロン以下の幅でストライプ状にメサエツチす
るが、第１の困難がここで発生する。即ち、この
構造ではエピタキシヤル成長層厚が数ミクロンに
対して必要なメサストライプ幅が数ミクロン以下
という極めて微細な深いメサエツチングを行なう
ことからストライプ幅がバラツキ、従つて素子特
性のバラツキも非常に大きくなるという欠点があ
つた。次いで、ｎ型Ga1-x3Alx3As（x3＝0.3〜
0.4）埋込層５を液相成長する工程に入るが、こ
の時、埋込層の高さをストライプ部の高さと同一
にしなければならないというこの構造における最
大の困難に遭遇する。実際の実験側によれば、埋
込層の高さをストライプ部の高さに合致させるた
めの成長条件の再現性が乏しいことに加えて同一
ロツト内に於ける埋込層の面内層厚不均一性に起
因して所望の特性が得られる素子歩留は平均的に
５％程度という極めて低い値であつた。この後、
CVD法によつて形成したAl2O3／SiO2二重酸化膜
７をマスクとしてオーミツク用のZn拡散を行な
い、最後にｎ側電電極８とＰ側電極９をそれぞれ
形成してBH構造素子を得る。以上述べたよう
に、BH並びにＢＧ構造素子では構造上の無理
があり、ゆえに上記の二点の製造上の困難が発生
して素子保留が非常に低下するという欠点があつ
た。
本発明は以上の製造上の困難を解消して素子歩
留を大幅に向上するのに有効な半導体レーザの素
子構造を提供することを目的とするものである。
留を大幅に向上するのに有効な半導体レーザの素
子構造を提供することを目的とするものである。
以下、実施例に基いて本発明を図面とともに詳
細に説明する。
細に説明する。
第３図は本発明の１実施例を示す光ガイド層付
埋込ストライプ型半導体レーザの構造断面図であ
つて、GaAs―GaAlAs系の材料を用いた場合で
ある。
埋込ストライプ型半導体レーザの構造断面図であ
つて、GaAs―GaAlAs系の材料を用いた場合で
ある。
この構造では第１の多層エピタキシヤル成長層
中のガイド層２４′内にＷ型ストライプ溝を設
け、これによつて形成される中央部の逆Ｖ型メサ
ストライプ領域２４を主たる光導波路とするため
に、Ｗ型ストライプ溝を埋める第２のエピタキシ
ヤル成長層２６の屈折率を上記ガイド層の屈折率
より小さくしている。更に、この埋込エピタキシ
ヤル成長層２６を横方向電流閉込層として兼用す
るために導電型をｎ型となし、ここに電流通路２
８を設けるためのZn拡散を行つている。尚、本
構造の大きな特徴は、Ｗ型ストライプ溝を設けた
第１のエピタキシヤル成長層の全面を覆つて第２
のエピタキシヤル成長（埋込層２６及びキヤツプ
層２７）を行なうことにあり、このため、従来の
BH並びにＢＧ構造で発生したようなストライ
プ部と埋込層の高さを同一にしなければならない
という大きな困難が除去され、従つて、素子保留
が大幅に向上する。
中のガイド層２４′内にＷ型ストライプ溝を設
け、これによつて形成される中央部の逆Ｖ型メサ
ストライプ領域２４を主たる光導波路とするため
に、Ｗ型ストライプ溝を埋める第２のエピタキシ
ヤル成長層２６の屈折率を上記ガイド層の屈折率
より小さくしている。更に、この埋込エピタキシ
ヤル成長層２６を横方向電流閉込層として兼用す
るために導電型をｎ型となし、ここに電流通路２
８を設けるためのZn拡散を行つている。尚、本
構造の大きな特徴は、Ｗ型ストライプ溝を設けた
第１のエピタキシヤル成長層の全面を覆つて第２
のエピタキシヤル成長（埋込層２６及びキヤツプ
層２７）を行なうことにあり、このため、従来の
BH並びにＢＧ構造で発生したようなストライ
プ部と埋込層の高さを同一にしなければならない
という大きな困難が除去され、従つて、素子保留
が大幅に向上する。
以下、上記実施例に示す半導体レーザ素子の製
造方法について第３図を参照しながら説明する。
まず、ｎ型GaAs基板２１に第１のエピタキシヤ
ル工程としてｎ型Ga1-x2Alx1Asクラツド層（0.4
＜x1＜0.6）２２を〜２μｍの層厚で成長させ次
いで、順次ｐ型Ga1-x2Alx2As活性層（0.1＜x2＜
0.2）２３を〜0.1μｍ、ｐ型Ga1-x3Alx3Asガイド
層（0.35＜x3＜0.55）２４を〜４μｍ、更にｐ型
GaAs２５を〜0.2μｍ成長させる。次に、
AZ1350レジストをマスクとし、15℃の水50cc：
過酸化水素水2cc：アンモニア水1ccをエツチング
液として、通常のフオトエツチング法でガイド層
２４内にＷ型ストライプ溝を形成する。この後、
第２のエピタキシヤル工程に移り、まず、ｎ型
Ga1-x4Alx2As埋込層（クラツド層兼横方向電流閉
込層；0.4＜x4＜0.6）２６を溝部外で〜0.3μｍに
なるように成長するが、この時Ｗ型ストライプ溝
内での成長速度が溝部外での速度に較べてはるか
に大きくなるので、図に示したように溝部外で〜
0.3μｍ成長した時点で埋込層表面は完全に平坦
面となる。次いで、ｎ型GaAsキヤツプ層２７を
〜0.5μｍ成長して第２のエピタキシヤル工程を
終える。即ち本実施例の構造では、第２のエピタ
キシヤル成長層の厚さを前述の従来例で説明した
BH構造の場合のように厳密に規定する必要が全
くなく、従つて、素子歩留は大幅に向上する。更
に、CVD法で形成したSiO2／Al2O3二重酸化膜を
マスクとして680℃・１時間のZn拡散を行ない電
流通路２８を形成する。最後に拡散マスクをエツ
チング除去し、ｐ側電極３０、ｎ型電極２９を順
次形成して本実施例の半導体レーザ素子が実現す
る。
造方法について第３図を参照しながら説明する。
まず、ｎ型GaAs基板２１に第１のエピタキシヤ
ル工程としてｎ型Ga1-x2Alx1Asクラツド層（0.4
＜x1＜0.6）２２を〜２μｍの層厚で成長させ次
いで、順次ｐ型Ga1-x2Alx2As活性層（0.1＜x2＜
0.2）２３を〜0.1μｍ、ｐ型Ga1-x3Alx3Asガイド
層（0.35＜x3＜0.55）２４を〜４μｍ、更にｐ型
GaAs２５を〜0.2μｍ成長させる。次に、
AZ1350レジストをマスクとし、15℃の水50cc：
過酸化水素水2cc：アンモニア水1ccをエツチング
液として、通常のフオトエツチング法でガイド層
２４内にＷ型ストライプ溝を形成する。この後、
第２のエピタキシヤル工程に移り、まず、ｎ型
Ga1-x4Alx2As埋込層（クラツド層兼横方向電流閉
込層；0.4＜x4＜0.6）２６を溝部外で〜0.3μｍに
なるように成長するが、この時Ｗ型ストライプ溝
内での成長速度が溝部外での速度に較べてはるか
に大きくなるので、図に示したように溝部外で〜
0.3μｍ成長した時点で埋込層表面は完全に平坦
面となる。次いで、ｎ型GaAsキヤツプ層２７を
〜0.5μｍ成長して第２のエピタキシヤル工程を
終える。即ち本実施例の構造では、第２のエピタ
キシヤル成長層の厚さを前述の従来例で説明した
BH構造の場合のように厳密に規定する必要が全
くなく、従つて、素子歩留は大幅に向上する。更
に、CVD法で形成したSiO2／Al2O3二重酸化膜を
マスクとして680℃・１時間のZn拡散を行ない電
流通路２８を形成する。最後に拡散マスクをエツ
チング除去し、ｐ側電極３０、ｎ型電極２９を順
次形成して本実施例の半導体レーザ素子が実現す
る。
以上、詳述したように、本発明ではＷ型ストラ
イプ溝が再現性よく形成されることに加えて第２
のエピタキシヤル成長に厳密性が要求されないた
めにロツト内での素子歩留はほぼ50％まで増大
し、かつロツト内での保留変動は著しく低下し
た。
イプ溝が再現性よく形成されることに加えて第２
のエピタキシヤル成長に厳密性が要求されないた
めにロツト内での素子歩留はほぼ50％まで増大
し、かつロツト内での保留変動は著しく低下し
た。
この構造に係る半導体レーザの特性の一例は、
発振波長が760nmのものに対して閾値電流は
25mAと小さく、片面出力30mWのCW動作が可
能であり、かつ3mW以上の光出力レベルで縦横
とも単一モード発振であつた。
発振波長が760nmのものに対して閾値電流は
25mAと小さく、片面出力30mWのCW動作が可
能であり、かつ3mW以上の光出力レベルで縦横
とも単一モード発振であつた。
前述の実施例はGaAs―GaAlAs系材料を用い
た場合について説明したが、本発明はこれに限ら
れるものではなく、InP―InGaAsP系、GaAs―
GaInP系などの他の材料に対しても同様に適用す
ることができる。
た場合について説明したが、本発明はこれに限ら
れるものではなく、InP―InGaAsP系、GaAs―
GaInP系などの他の材料に対しても同様に適用す
ることができる。
第１図は従来のBH構造型半導体レーザの構造
断面図である。第２図は従来のBOG型半導体レ
ーザの構造断面図である。第３図は本発明の１実
施例を示すGaAs―GaAlAs光ガイド層付埋込ス
トライプ型半導体レーザの構造断面図である。 ２１…ｎ型GaAs基板、２２…ｎ型
Ga1-x1Alx1Asクラツド層（x1＝0.4〜0.6）、２３
…ｐ型Ga1-x2Alx2As活性層（x2＝0.1〜0.2）、２
４…ｐ型Ga1-x3Alx3Asガイド層（x3＝0.35〜
0.55）、２５…ｐ型GaAs層、２６…GaAlAs埋込
層（ｘ＝0.4〜0.6）、２７…ｎ型GaAsキヤツプ
層、２８…Zn拡散p+領域（電流通路）、２９…ｎ
側電極、３０…ｐ側電極、２４′…逆Ｖ型メサス
トライプ領域（光ガイド層）。
断面図である。第２図は従来のBOG型半導体レ
ーザの構造断面図である。第３図は本発明の１実
施例を示すGaAs―GaAlAs光ガイド層付埋込ス
トライプ型半導体レーザの構造断面図である。 ２１…ｎ型GaAs基板、２２…ｎ型
Ga1-x1Alx1Asクラツド層（x1＝0.4〜0.6）、２３
…ｐ型Ga1-x2Alx2As活性層（x2＝0.1〜0.2）、２
４…ｐ型Ga1-x3Alx3Asガイド層（x3＝0.35〜
0.55）、２５…ｐ型GaAs層、２６…GaAlAs埋込
層（ｘ＝0.4〜0.6）、２７…ｎ型GaAsキヤツプ
層、２８…Zn拡散p+領域（電流通路）、２９…ｎ
側電極、３０…ｐ側電極、２４′…逆Ｖ型メサス
トライプ領域（光ガイド層）。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基板上にクラツド層、活性層及び該活性層と
反対側の表面にＷ型のストライプ溝が設けられた
光ガイド層が順次積層され、該光ガイド層上に前
記ストライプ溝を埋めるとともに前記ストライプ
溝の中央部に対応する電流通路を有する埋込層が
重畳されていることを特徴とする半導体レーザ素
子。 ２ 埋込層をキヤリアに対する横方向内部閉込層
とした特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ
素子。 ３ 埋込層の屈折率を光ガイド層の屈折率よりも
小さくした特許請求の範囲第１項又は第２項記載
の半導体レーザ素子。 ４ 基板上にクラツド層、活性層、光ガイド層を
順次積層してエピタキシヤル成長させる工程と、
前記光ガイド層表面にＷ型のストライプ溝をエツ
チング加工する工程と、前記ストライプ溝をエピ
タキシヤル成長層で埋込むとともに前記ストライ
プ溝の中央部に対応する領域に電流通路となる導
電領域を拡散形成する工程と、を具備して成る半
導体レーザ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16932080A JPS5791581A (en) | 1980-11-28 | 1980-11-28 | Semiconductor laser element and manufacture therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16932080A JPS5791581A (en) | 1980-11-28 | 1980-11-28 | Semiconductor laser element and manufacture therefor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5791581A JPS5791581A (en) | 1982-06-07 |
| JPS6212678B2 true JPS6212678B2 (ja) | 1987-03-19 |
Family
ID=15884350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16932080A Granted JPS5791581A (en) | 1980-11-28 | 1980-11-28 | Semiconductor laser element and manufacture therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5791581A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59129486A (ja) * | 1983-01-14 | 1984-07-25 | Toshiba Corp | 半導体レーザ装置の製造方法 |
| FR2587852B1 (fr) * | 1985-09-24 | 1989-04-07 | Chaminant Guy | Procede de realisation d'un laser a semiconducteur a ruban enterre avec ou sans reseau de diffraction et laser obtenu par ce procede |
-
1980
- 1980-11-28 JP JP16932080A patent/JPS5791581A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5791581A (en) | 1982-06-07 |
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