JPS62158385A

JPS62158385A - 半導体レーザ素子の製造方法

Info

Publication number: JPS62158385A
Application number: JP45486A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Matoba; 的場　昭大; Saeko Oshiba; 小枝子大柴; Hiroshi Ogawa; 洋小川; Yoshio Kawai; 義雄川井
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1986-01-06
Filing date: 1986-01-06
Publication date: 1987-07-14
Anticipated expiration: 2009-01-26
Also published as: JPH067640B2

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ｒＩ）この発明は、単一軸モードで発振する半導体レーザ素子
に関する。

（従来の技術）従来から、単一軸モードで発振する半導体レーザ素子と
して種々の構造の半導体レーザが提案ざれている。

このような素子は例えば文献（アプライドフィジイック
ス　レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ　ＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔ
ｔｅｒｓ　）　、４２　（８）　（１９８３）　　Ｐ、
８５０〜８５２　）に開示されている。第３図はこの素
子を示す模式図であり、この素子は二つの個別半導体レ
ーザ１１及び１３の各々の共振器１５及び１７を所定間
隔で直列配置し構成されている。

この素子において１個別半導体レーザ１１及び１３の個
別端子１９及び２１と共通端子２３との間に所定バイア
スを印加しこれら個別レーザを発振させると、各々の共
振器１５及び１７の軸モードが競合し。

二つの共振器間で波長９一致する軸モードのみが発振す
ることとなるが、ある波長で軸モードが一致した場合、
これ以外に軸モードが一致する波長までの間隔は非常に
広くなる。従って、レーザの利得の得られる波長範囲内
では一つの軸モードしか立たない（一つの波長でしか発
振しない）から、よって、単一軸モードで発振する。

このように二つの共振器１５及び１７を直列配置した構
成の半導体レーザ素子は、光の結合を良好とするため二
つの共振器１５及び１７の位置合わせを高精度で行なう
必要がある。

上述した文献によれば、二つの半導体レーザ１１及び１
３間に約５ｇｍの間隔（第３図中、ｄで示す寸法）を設
けそれら素子の共振器１５及び１７が一直線上に直列配
置されるように位置合わせして、銅（Ｃｕ）のヒートシ
ンク２５上に接着していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述したような従来の半導体レーザ素子
の構造では高精度な組み立て技術が必要なため、素子の
組み立て工程が非常に複雑かつ難易であるという問題点
があった。

従って、単一軸モードで発振する半導体レーザ素子を簡
易に提供することが出来ない。

この出願の第一発明の目的は、上述した問題点を解決し
、同一下地層上に複数の共振器が直列配置された構造を
有し単一軸モードで発振する半導体レーザを提供するこ
とにある。

この出願の第二発明の目的は、同一下地層上に複数の共
振器が直列配置された構造の半導体レーザを簡易に製造
することが出来る製造方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）この目的の達成を図るため、この発明によれば、下地層
上に設けられた電流狭窄層と、この電ｇＬ狭窄層の表面
から前述した下地層に至り互いに直交するストライブ状
の第一及び第二溝と、この第一溝内に形成された活性層
及び上側クラッド層と、この第二溝内に形成された下側
クラッド層、活性層及び上側クラッド層とを具えること
を特徴とする半導体レーザ素子。

この発明の実施に当り、下地層をＩｎＰの（１００）面
とし、第一溝は溝側面が（ｌ　ｌ　ｌ）Ａ面で＜１１０
＞方向にストライプ状でかつこのストライプと直交する
断面がＶ形状の溝とするのが好適である。

又、同一下地層上に共振器が直列配置された構造の半導
体レーザを製造するに当り、その製造工程は、下地層上に電流狭窄層形成用の半導体層を形成する工程
と。

この半導体層表面から前述した下地層に達する深さの第
一溝及びこの第一溝と直交する第二溝をエツチング形成
する工程と、前述の第一溝、前述の第二溝及び前述の半導体層上に下
側クラッド層、活性層及び上側クラッド層とを順次に形
成する工程とを含むことを特徴とする。

この発明の実施に当り、下地層を（１００）面とし、第
一溝を側面が（１１１）　Ａ面のＶ溝とし、下側クラッ
ド層の形成を液相エピタキシャル成長法で行なうのが好
適である。

（作用）この発明の半導体レーザ素子の構造によれば、第一溝内
には活性層及び上側クラッドを具え、第二溝内には下側
クラッド層、活性層及び上側クラッド層を具えており、
又、下地層表面から第一溝内の活性層までの高さよりも
、下地層表面から第二溝内の活性層までの高さの方が下
側クラッド層の層厚性だけ高くなる。さらに、第二溝内
にのみダブルへテロ接合が形成される。

従って、第二溝内に半導体レーザの導波路が形成される
と共に、第二溝に設けた活性層は第一溝と交差する部分
で不Ｍ続に切れ（以下、段差と称することもある）交差
部分で実質的に分断されるから、第一溝を挟んだ両側の
第二溝内には二つの共振器が形成されることになる。

又、この発明の製造方法によれば、従来の製造技術を用
いて第一溝及びこの第一溝と直交する第二溝と、下側ク
ラッド層と、活性層と、上側クラッド層とを形成する。

又、例えば、下地層を（１００）面とし、第一溝を側面
が（ｌ　ｌ　ｌ）　Ａ面のＶ溝とし、下側クラッド層の
形成を液相エピタキシャル成長法で形成した場合、液相
エピタキシャル成長の面方位依・有性によってこの第一
溝内には下側クラッド層は成長しない。一方、この第一
溝と直交する第二溝内には下側クラッド層は成長する。

又、活性層は第一溝内及び第二溝内の両内部に成長する
。従つて、第二溝内の活性層の下地層表面からの高さは
は、第一溝との交点領域において下側クランド層の層厚
性だけ低くなり、活性層の不Ｍ統部（段差）が容易に形
成される。

（実施例〕以下、図面を参照してこの発明の実施例につき説明する
。尚、これらの図はこの発明が理解出来る程度に概略的
に示しであるにすぎず、その形状、寸法及び配置関係は
図示例に限定されるものではない、又、これら図におい
て同一の構成成分については同一の符号を付して示しで
ある。

第１図はこの発明の半導体レーザ素子の構造を示す斜視
図である。

第１図において、３１はＩｎＰ下地層としてのｎ型Ｉｎ
Ｐ基板（以下、基板３１と称することもある）を示す、
３３は基板３１の（１００）面上に設けられ第一溝３５
及びこの第一溝と直交する第二溝３７によって画成され
た電流狭窄層としての例えばｐ型ＩｎＰ層を示す、この
実施例では、第一溝３５は基板３１に至る深さを有しく
１１０＞方向にストライプ状でこのストライブと直交す
る断面がＶ字形状の溝３５となるよう好適なエッチャン
ト（詳細は後述する）によってエツチング形成しである
。従って、このＶ溝３５の内部側面は（１００）Ａ面と
なる。−万、第一溝（Ｖ溝）３５と直交する例えば＜１
１０＞方向にストライプ状の第二溝も基板３１に至る深
さを有しており、第一溝と同時にエツチング形成した場
合、この第二溝３７のストライプ方向と直交する断面は
将棋の駒状（基板３１に向かって矢尻状）となる。

尚、詳細は後述するが、第一溝３５は第二溝を分断し、
第二溝に二つの半導体レーザのそれぞれの共振器を形成
する。従って、第一溝３５の幅はこれら二つの共振器の
設計例えば共振器の結合度等に応じて決定される。又、
第二溝３７の幅は半導体レーザの設計に応じ例えば横モ
ード制御等を考慮して決定される。

又、電流狭窄層３３及び第二溝３７の内面上に、下側ク
ラッド層としての例えばｎ型ＩｎＰ層３８と、活性層と
しての例えばｐ型ＩｎＧａＡｓＰ層４１（第１図中、斜
線で示す領域）と、上側クラッド層としての例えばｐ型
ＩｎＰクラッド層４３とを順次に設けである。この第二
溝３７内部の活性層４１は下側クラッド層３９及び上側
クラッド層４３に挟まれると共にその形状は三日月形状
となる。又、これら各層３９．４１及び４３は溝３７の
内部に埋め込まれダブルへテロ接合構造を形成すると共
に、溝３７のストライブ方向にレーザ光の導波路を形成
する。

又、第一溝３５の内面上に前述のｐ型ＩｎＧａＡｓＰ活
性層４１と、前述のｐ型ＩｎＰクラッド層４３とを設け
である。ここで、第一溝３５内部に下側クラッド層３８
を設けていない理由は、第二溝３７内部に設けた活性層
を第一溝３５によって実質的に分断するためである。詳
細は後述するが、液相エピタキシャル成長によって、前
述の下側クラッド層３８、活性層４１及び上側クラッド
層４３を、第一溝３５、第二溝３７及び電流狭窄層３３
上に成長させた場合、溝内面が（１１１）　Ａ面である
第一溝３５にはＩｎＰは成長しない。このため、第一溝
３５の内面へは下側クラッド層３９の成長は起こらず、
下側りラッド層の成長に続く活性層４１から成長する。

従って、第一溝３５と第二溝３７との溝内部の層構造が
異なり、基板３１表面から第一溝３５の内面に設けた活
性層までの高さと、基板３１表面から第二溝３７の内面
に設けた活性層までの高さとは、下側クラッド層３３の
層厚分だけ第一溝３５内に設けた活性層の方が低くなる
。従って、第二溝３７内部の活性層は第二溝３７と直交
する第一溝３５の領域で不連続に切れる部分（段差）を
構成するから、第二溝３７内部の活性層は導波路内で実
質的に分断されたこととなる。

さらに１図示せずも例えば、基板３１の下側面に共通電
極を、又、溝３７の上側に対応する領域で二つの共振器
４５及び４６の上側に個別電極をそれぞれ設けてこの発
明の半導゛体し−ザ素子を構成する。

このような構造の半導体レーザ素子において、＜１１０
＞方向にレーザ発振を起こした場合、第一溝３５及び第
二溝３７の交点領域での活性層の不連続領域でレーザ光
は一部反射され、一部が透過する。これがため、第一溝
３５によって分割した第二溝３７の両部会の溝にはそれ
ぞれ個別の第一及び濱二共振器４５及び４６を形成した
と同様の効果が得られ、よって、あたかも二つの共振器
を直列配置したような構造となり、レーザの利得の得ら
れる波長範囲内で二つの共振器の波長の一致した縦モー
ドで単一モード発振が可能となる。

以下、上述したこの発明の半導体レーザ素子の製造方法
の一例につき、第２図（Ａ）及びＣＢ）と、第１図とを
参照して説明する。

先ず、液相エピタキシャル成長法によって、電流狭窄層
形成用半導体層としてｐ型ＩｎＰ層３２を、下地として
のｎ型ＩｎＰ基板３１の（Ｚｏｏ）面上に形成する。ａ
いて、通常のフォトリソ手法によって、ｐ型ＩｎＰ半導
体層上に＜１１０＞方向に第一溝３５形成のためストラ
イプ状に及びこのストライプと直交する方向（＜１１０
＞方向）に第二溝３７形成のためストライプ状に、半導
体層３２を露出する十字形状の窓５１ａを有するエツチ
ングマスク５１（第２図（Ａ）中、斜線で示す）を形成
して、第２図（Ａ）に示すウェハ構造を得る。尚、第２
図（Ａ）中、ｗ＋及びＷ２で示した寸法は前述した通り
、第一溝及び第二溝の目的及び設計に応じて決定する。

次に、塩酸系のエッチャントとして、例えば塩酸ニリン
酸＝３：ｌのエッチャントを用い、窓５１ａによって露
出している半導体層３２をエツチングして、半導体層３
２表面から基板３１に至る第一溝３５及び第二溝３７を
同時に形成する。この加工によって、第一溝は＜１１０
＞方向にストライプ状でこのストライプと直交する断面
がＶ字形状の溝３５となり、従って、Ｖ溝３５の内部側
面は（１１１）　Ａ面となる。−万、第一溝３５と直交
する第二溝は、この第二溝３７のストライプ方向と直交
する断面が将棋の刺状（基板３１向かって矢尻状）の溝
となる。又残存したｐ型ＩｎＰ半導体層によって電流狭
窄層３３を形成して、第２図（Ｂ）に示すウェハ構造を
得る。

次に、液相エピタキシャル成長法によって、ｎ型ＩｎＰ
下側クラッド層３７と、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層４１
と、ｐ型ＩｎＰ上側クラッド層４３とを、第一溝３５．
第二溝３７及び電流狭窄層３３上に形成する。この成長
において、溝内面が（１１１）Ａ面である第一溝３５に
はＩｎＰは成長しない、このため、第一溝３５の内面へ
は下側クラッド層３９の成長は起こらず、下側クラッド
層の成長に続いて行なう活性層４１の成長によって、ｐ
型ＩｎＧａＡｓＰ層が成長する。一方、第二溝３７内面
には下側クラッド層３９、活性層４１及び上側クラッド
層４３が順次成長し、溝内部にダブルへテロ接合構造を
構成する。従って、第一溝３５と第二溝３７との溝内部
の層構造が異なる第１図に示すようなウェハ構造の半導
体レーザ素子を得ることが出来る。

尚、上述した実施例では下地層をｎ型ＩｎＰ基板を用い
た例で説明したが、この下地層をｎ型ＩｎＰ基板と、ｐ
型ＩｎＰバッファ層とを以って構成してもこの実施例と
同様の効果が得られる。

又、基板をはじめ、各層の導電型を反対導電型としても
良い。

又、上述した実施例では同一下地層上に二つの共振器を
設けた例で説明したが、この発明の構造及び製造方法は
、同一下地層上に複数個（三以上）の共振器を形成する
場合に用いても好適である。

さらに、第二溝を分割する第一溝の位置は、第二溝のス
トライブ方向の長さの中央に限定されるものではなく、
目的及び設計に応じて、最適な位置とすることが出来る
。

（発明の効果）上述した説明からも明らかなように、この発明の半導体
レーザ素子の構造によれば、第二溝内に半導体レーザの
共振器が形成されると共に、第二溝の活性層は第一溝と
交差する部分で活性層の段差によって実質的に分断され
るから、第一溝を挟んだ両側の第二溝内には二つの共振
器が形成されることになる。

これがため、二つの共振器が精度良く直列配置された構
造を有し、単−縦モード発振する半導体レーザを提供す
ることが出来る。

又、この発明の半導体レーザの製造方法によれば、フォ
トリソ技術と、液相エピタキシャル成長の面方位依存性
とを用いて、二つの共振器を一つの基板上に精度良く形
成することが出来る。従って、従来用いていた高精度の
組み立て技術は不要となる。

これがため、同一下地層上に複数の共振器が直列配置さ
れた構造の半導体レーザを簡易に製造す方法を提供する
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の半導体レーザ素子の構造を示す斜視
図、第２図（Ａ）及び（Ｂ）はこの発明の半導体レーザの製
造方法の一例を示す製造工程図、第３図は従来技術の説
明に供する線図である。３１・・・下地層（ｎ型ＩｎＰ基板）３２・・・電流狭窄層形成用半導体層（ｐ型ＩｎＰ層）
３３・・・ｐ型ＩｎＰ電流狭窄層３５・・・第一溝、　　　　　３７・・・第二溝３９・
・・ｎ型ＩｎＰ下側クラッド層４１・ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ活性層４３・・・ｐ型ＩｎＰ上側クラッド層４５・・・第一共振器、　　　４７・・・第二共振器５
１・・・エツチングマスク、　５１ａ・・・窓。特許出願人　　　　沖電ヌ工業株式会社３ｆ゛下ｒｔ層
（ｎ”１ＩｎＰ基渾反）　　　ｉｆ　：　ｐ　＜’Ｌｎ
（ｒａＡｓＰ虐洩層Ｊ３：ｐ”１Ｌ７ＩＰ４シ１ＧＪｅ
９７’ｔ　　　　　　　４３　：　ｐ型１ｎＰよイＩリ
クラ１ｂ看Ｊ５　　不一溝　　　　　　　　　　　Ｉｆ
−第一共振器３７　第二専　　　　　　　　　　　　４
７゛第二八丑Ｕ隊ｊｑニ−ｎ型１ｎＰ下イ則クフッド層この発明の千導イ条し丁希チ五ホむ針子【図第１図３２゛實流狭隼層形八用牛喜今参層この得１月の電ｈ１方シスの審見日月国第２図ｇｉ　＋７）ｆ＄４２Ｌ１−一’Ｙ’ｉ　；’ｒ−；ｉ
　４９　　Ｋ　Ｂ第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）下地層上に設けられた電流狭窄層と、該電流狭窄
層の表面から前記下地層に至り互いに直交するストライ
プ状の第一及び第二溝と、該第一溝内に形成された活性
層及び上側クラッド層と、該第二溝内に形成された下側クラッド層、活性層及び上
側クラッド層とを具えることを特徴とする半導体レーザ素子。
（２）下地層をＩｎＰの（１００）面とし、第一溝は溝
側面が（１１１）Ａ面で〈１＠１＠０〉方向にストライ
プ状でかつ該ストライプと直交する断面がＶ形状の溝と
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導
体レーザ素子。
（３）下地層上に電流狭窄層形成用の半導体層を形成す
る工程と、該半導体層表面から前記下地層に達する深さの第一溝及
び該第一溝と直交する第二溝をエッチング形成する工程
と、前記第一溝、前記第二溝及び前記半導体層上に下側クラ
ッド層、活性層及び上側クラッド層とを順次に形成する
工程とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
（４）下地層をＩｎＰの（１００）面とし、第一溝を側
面が（１１１）Ａ面のＶ溝とし、下側クラッド層の形成
を液相エピタキシャル成長法で行なうことを特徴とする
特許請求の範囲第３項記載の半導体レーザの製造方法。