JPS62130581A - 半導体レーザの製造方法 - Google Patents

半導体レーザの製造方法

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JPS62130581A
JPS62130581A JP60270509A JP27050985A JPS62130581A JP S62130581 A JPS62130581 A JP S62130581A JP 60270509 A JP60270509 A JP 60270509A JP 27050985 A JP27050985 A JP 27050985A JP S62130581 A JPS62130581 A JP S62130581A
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    • 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
    • H01S5/04Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
    • H01S5/0422Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer
    • H01S5/0424Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer lateral current injection

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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】 〔概要〕 活性層に量子井戸構造を使用し、それを挾むクラッド層
に絶縁半導体層を用い、クラッド層を通して活性層にp
、n電極を形成し電流を横方向に流す半導体レーザ構造
で集積化に適する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は量子井戸構造を使用した半導体レーザに係り、
特に集積化に通した構造に関する。
〔従来の技術〕
半導体レーザ、特に、光・電子簗積回路(OEIC)へ
の応用を考えた場合、如何に完全にプレーナ化し、如何
に容易に電極が取出せるかが重要であり、さらに特性(
数GHzの変調ができる)をより向上させることが要請
されている。
従来の半導体レーザの大半はレーザ・エピタキシャル面
に垂直に電流を流している。第5図に従来例の半導体レ
ーザの概要を示しており、例えば、基板上に順にクラッ
ド層53、活性層52、クラッド層51をエピタキシャ
ル成長し、エツチングにより活性層52の幅を狭窄し、
絶縁層54.55で埋め込んでいる。そして、基板側(
図示せず)とレーザ表面とに電極56を形成している。
このようなレーザ・エピタキシャル面に垂直に電流を流
す構造では同一面上で電極を取出すことが困難であり、
従って、集積化が難しい。
又、最近になって、活性層に平行に電流を流す半導体レ
ーザが提案されている。
第6図にその構造の概要を表しである。第6図において
、半導体基板61上に下側クラッド層となるn型A l
! G a A s 層62、活性層のn型Ga△s層
63、上側クラッド屓となるn型A 7!G aΔ5j
i64が順にエピタキシャル成長で形成され、p型拡1
1受屓65及びn型拡散層66が設けられ、これら拡散
層に電極68.69が形成されている。
その構成では、電流はn型拡散層65から活性層63を
横方向に流れ、n型拡散層66に達する。
この構成で、発光は図示67のp−n接合近傍で生しる
この構造は、電流を横方向に流し、電極を同−而に取出
すことができるので集積化に適する。しかし、−ト下方
向ではクラッド層の64.62と活性層63との屈折率
差をつけることができるので光の閉じ込めができるが、
横方向では拡散層の形成による1度勾配による微妙な屈
折率差を利用するので、光の閉し込めか弱い。また、ス
トライプ幅βは、拡散Jif65.66の横方開拡がり
のため、実際上微小化するのが困難である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、半導体レーザの集積化に適した構造を提供す
るものであり、特に、活性層に横方向に電流を流すレー
ザ構造において、上記従来の半導体レーザが持つ特性上
の欠点及び製造上の困難性を解決しようとするものであ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明においては、活性層を量子井戸構造とし、該活性
層を挾むクラッド層に絶縁性半導体を使用し、注入電流
方向を活性層に対して平行に流すようにし、クラッド層
を通して活性層にp型及びn型電極を形成し、量子井戸
の無秩序化によって活性層の横方向に沿ってダブルヘテ
ロ構造を形成し横方向にも屈折率分布を持たせるように
する。
〔作用〕
上記構成によれば、活性層に平行に電流を流し、半導体
レーザ表面側から両極の電極を取出すことが出来ブレー
ナ構造が得られるので、集積化に通している。また、そ
の構造によれば、上下のみでなく、横方向にもはっきり
した屈折率分布をつけるこが出来るので、光のとじこめ
効果が向上し、レーザの発振しきい値を低下するこがで
きる。
〔実施例〕
第1図に本発明の実施例の構造を示している。
第1図において、半絶縁性(Sl) −GaAs基板1
0上にバッファ屓3、高抵抗(HR)−ANQaAs層
 (AA 、 Gap−、AsのXイ直: 八IAsの
モル比x=0. 45)  l’ 、MQ’W (多重
量子井戸)活性層2、HR−A#GaAsFt(^ff
Asのモル比x=0.45)1、キャップ層のn−Ga
As4が順にエピタキシャル成長で形成されている。
さらに、表面側から適当なマスク(図示せず)を用いて
n型不純物9例えば亜鉛(Zn)を拡散しp型拡散領域
5pを形成し、またn型不純物2例えば硫黄(S)等を
拡散しn型拡散領域5nを形成する。多重量子井戸MQ
W2は、GaAs層(厚味30人)とAffGaAs層
(iAsモル比X=0.4、厚味120人)を交互に積
層して形成しており、この例ではGaAsを5層に形成
している。第1図の下方に各層のA7!Asのモル比X
の分布に対応するエネルギバンド図を表している。
第1図の構成において、活性層を横方向に挾む多重量子
井戸MQWの拡散領域5p、5nの部分は不純物拡散に
ともない無秩序化し、その半導体組成は平均化された組
成となっている。その結果、活性層の横方向(電流が流
れる方向)にダブルヘテロ構造が形成されることになる
。この無秩序化した多重量子井戸構造の屈折率は多重量
子井戸MQWの平均的屈折率よりも低下している。その
ため、拡散層5p、5nとこれに挾まれた活性層ストラ
イプ8(幅りは1〜2μm)には(a)のような横方向
屈折率分布が生じ、一方、 HR−AeGaAs層1.
1゛ とこれに挾まれた活性層には縦方向に(b)のよ
うな屈折率分布が生じている。それにより、光は活性層
のストライプ8内に閉じ込められ、従来の先に第5図に
関して説明した横方向に電流を流す半導体レーザより光
の閉し込め効果が勝れている。また、本実施例では活性
層に多1Tifi!子井戸MQWを用いているので、活
性層ストライプ8全体を発光領域とすることができる。
これに対して、従来の第5図のレーザでは前記のように
p−n接合の近くでしか発光が生じない。
ここで、この半導体レーザの動作を考えてみる。
活性層の多重量子井戸MQW2の全体の厚味、即ち活性
層ストライプの厚味dはエピタキシャル成長において極
めて薄く形成でき、例えば0.1μmオーダーに容易に
形成可能である。そして、この多重量子井戸MQWの活
性層は高抵抗HR−A7!GaAs層1.1”で挾まれ
ているので、p型拡散領域5pから注入される電流はこ
の極めて薄い活性層に閉じ込められる。これに対して、
先に示した第5図の縦に電流を流す通常の半導体レーザ
では、活性層の幅がエツチングで規定されるので3〜4
μm程度にしか狭窄できない。
このように、本実施例では、従来の半導体レーザより電
流の狭窄を極めて狭く行なうことができるのが特長であ
る。そのため、活性層における電流密度が極めて高くな
り、多重量子井戸MQWを活性層に用いた効果と相俟っ
てレーザの発振しきい値を大幅に低下することができ、
また単一モード発振が容易に行なえる利点がある。
ところで、第1図の構成において、上部のフラノl一層
のHR−A7!GaAs層1は厚味を1μm関して説明
したのと同様に、拡散の横方開拡がりにより活性層のス
トライプ幅りを精度よく形成することに製造上の困難性
が伴う。この活性層のストライプ幅は、長過ぎると注入
されたキャリアが発光に関与する前に再結合するため1
〜2μmに形成する必要がある。
そこで、第2図にこの問題をも解決する半導体レーザの
他の実施例を示す。
第2図(A)に実施例の要部断面を示し、(B)に多重
量子井戸MQWを、また(C)にその縦方向のエネルギ
ハンド図を示している。図において、第1図と対応する
部分には同一符号で指示している。半絶縁性(SI)半
導体基板lo上にバッファ層3、HR−Aj’GaAs
層ビ、多重量子井戸MQW2を成長し、その成長をGa
As層で停止する。次に、イオン注入によって、Zn。
Mg等のn型ドーパントとSi、Sn等のn型ドーパン
ト等の注入を行ない、それぞれp、nイオン注入領域6
.7を形成する。その時、多重量子井戸MQW層2の無
秩序化(周期構造が無くなる)によって、6,7のバン
ドギャップがわずかに増加すると共に、屈折率がイオン
が注入されていない活性層のストライプ8より低下する
。それにより、前記と同様に光の横方向閉じ込めができ
るようになる。この6.7のイオン注入の後、更に、高
抵抗(HR)−A6GaAs層1を成長し、更にキャッ
プ層のn−GaAsの成長を行なう。
その後マスク11を用いて、p、nの不純物拡散によっ
て電極取出し用の拡散領域5p、5nを形成する。
以下に上記各層を具体的に例示する。
1及び1° :クラッド層、  HR−AA X Ga
l−8AsのX値=0.45、厚さ約Iμm 2:多重量子井戸M Q W N GaAs層 A I
! xGap−XAsのXイ直は0.4、厚味30人/
120人、GaAs 5層、キャリア濃度はAj!xG
aトxAJのみn型としてキャリア濃度n=lX10蔦
7cm−3程度、GaAsは非ドープ(アンドープ)と
する。
3:バッファ層、厚味1μm 4:n拡散、不純物Zn等キャリア濃度2 X 101
10l8以上 5n:n拡散、不純物S等キャリア濃度2 X 10”
印−3以上 5p:注入イオンZn (亜鉛)、又はng (マグネ
シウム)キャリア濃度10” cm−3〜10!!1c
+n −37:注入イオン、Si(シリコン)キャリア
濃度l Q” cta−3〜l QI9cta −38
:活性層ストライプ:レーザ発振領域、幅L=1〜2μ
m 以上の実施例で、量子井戸構造は第1図に示した構造と
同じでもよいが、これに代えて第2図(C)のGRIN
−MQW構造(傾斜組成領域を有する多重量子井戸構造
)にすることもできる。図<C>において、例えば1の
クラッド層のHR−A7!GaAs層1のX値は0.4
5としその幅を0.5μm、その(頃斜組成領域の幅7
1!2を1μmとする。
また、GRIN−MQWの傾斜組成領域β1は0゜2μ
m程度となる。その他は前記と同様にGaAs/A7!
X Ga1−yAsのX値は0.4、厚味30人/12
0人、GaAs 5Ftとする。この幅/!2のAAの
X値を、例えばx2分布で変化させる利点は、第1図の
製作工程のような拡散によってp、n電極をつくる時、
拡散フロントを垂直にたたせることかできるようになり
、幅りをより狭くできることにある。この拡散フロン1
−(DFと指示)の様子を第7図(A)に示してあり、
一方比較のために、第7図(B)に通常のMQWの場合
の拡散フロンl−(DF)を示している。
次にこの第2図の構造を作製する場合の利点を説明する
ために第3図に工程図を示している。
第3図(A)において、イオン注入はマスク12を用い
行なう。この場合、マスク12の間隔は正確に前記活性
層のストライプ幅のLとする。それにより、イオン注入
の特性から8の活性層領域は1〜2μmT:精度良く形
成される。次に、(B)図のように、HR−A I G
 a A s N 1を成長し、拡散マスク11を形成
する。この拡散マスク11の開口の間隔LDは第3図(
B)のように、前記8の活性層ストライプ領域8の幅り
より大きく形成することができ、マスク合せや電極形成
が容易である。
第4図に更に他の実施例を示す。図において、各部の符
号は同一部分について前記と統一してあり、前記実施例
と異な部分を説明すると、(A)のように各エピタキシ
ャル成長層を形成した後、エツチングで凹部13.14
を形成して活性層ストライプ8を形成する。次に、凹部
13.14よりそれぞれn型及びn型の不純物を拡散し
、拡散領域15.16を形成する。その後、凹部13.
14を17及び18の電極で埋め込んで平坦化を図る。
それにより、拡散層の深さを浅くすることが可能になり
、活性層のストライプ8の幅を精度良く形成するごとが
できる。
以上本発明について、実施例を示したが、本発明はこれ
に限らす種々の変更が可能であり、例えば、実施例のG
aAs系に限ることなく多重量子井戸MQW構造が形成
可能な他の半導体系、例えば、InP系等においても適
用可能である。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明の半導体レーザによれば、活性層
に平行に電流を流し、半導体レーザ表面側から両極の電
極を取出すことが出来プレーナ構造が得られるので、集
積化に通したレーザ構造が提供される。また、その構造
によれば、上下のみでた、レーザの発振領域である活性
層のストライプ幅を精度良く形成できる利点もある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1の構成図、第2図(A)〜(
C)は本発明の実施例2の構成図、第3図(A)(B)
は実施例2の工程断面図、第4図)(B)はそれぞれG
RIN−MQWと通常(7)MQW(7)比較説明図で
ある。 1及び1゛ :クラソト′層、 HR−八12 GaA
s2:多重量子井戸MQWIi、GaAs/ Aff 
xGal−8八S3:ハノファ層 4:n型拡散層 5:n型拡散層 6:n型イオン注入領域 7:n型イオン注入領域

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 量子井戸構造の活性層と、該活性層を挟むクラッド層の
    絶縁性又は半絶縁性半導体層と、該絶縁性又は半絶縁性
    半導体層を通して該活性層に互いに間隔を隔てて形成さ
    れたp型及びn型電極層とを有し、該p型及びn型電極
    層が形成された部分の量子井戸構造は無秩序化され、該
    活性層に横方向にダブルヘテロ構造を持つことを特徴と
    する半導体レーザ。
JP60270509A 1985-11-30 1985-11-30 半導体レーザの製造方法 Granted JPS62130581A (ja)

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