JPS62281487A - 半導体レ−ザ - Google Patents
半導体レ−ザInfo
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- JPS62281487A JPS62281487A JP12546486A JP12546486A JPS62281487A JP S62281487 A JPS62281487 A JP S62281487A JP 12546486 A JP12546486 A JP 12546486A JP 12546486 A JP12546486 A JP 12546486A JP S62281487 A JPS62281487 A JP S62281487A
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Landscapes
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
３、発明の詳細な説明
（産業上の利用分野）
本発明は光通信用光源等として用いられる半導体レーザ
に関する。
に関する。
（従来の技術）
光フアイバ通信システムが急速に進展し、４００’ ｂ
／’ 、５６０ Ｍ ｂ／ｓといった大容量の、又２０
〜３０ＩｃＲの長距離の基幹回線が敷設されている。
／’ 、５６０ Ｍ ｂ／ｓといった大容量の、又２０
〜３０ＩｃＲの長距離の基幹回線が敷設されている。
日本や北米、ヨーロッパにおいて現在急速に実用化が進
められている。この様に基幹回線への光フアイバ通信シ
ステムの普及が進められた後は、加入者系システムへの
普及が進められると考えられる。この時、システムの価
格が安くなる必要がある。現在光源として用いられてい
る半導体レーザは、一般に液相エピタキシャル成長法を
用いて作製されており、大面積化が難しいこと、又エピ
タキシャル層膜厚のウェハ面内における均一性について
もばらつきがあり、均一性、再現性Ｖこ難点があること
、等から、生産コストの低減が難しく比較的高い価格に
なっていた。しかしながら、今後高速応答、高出力等の
面において優れる半導体し−ザを加入者系システム等へ
適用して行くには、低価格にすることが是非とも必要で
ある。
められている。この様に基幹回線への光フアイバ通信シ
ステムの普及が進められた後は、加入者系システムへの
普及が進められると考えられる。この時、システムの価
格が安くなる必要がある。現在光源として用いられてい
る半導体レーザは、一般に液相エピタキシャル成長法を
用いて作製されており、大面積化が難しいこと、又エピ
タキシャル層膜厚のウェハ面内における均一性について
もばらつきがあり、均一性、再現性Ｖこ難点があること
、等から、生産コストの低減が難しく比較的高い価格に
なっていた。しかしながら、今後高速応答、高出力等の
面において優れる半導体し−ザを加入者系システム等へ
適用して行くには、低価格にすることが是非とも必要で
ある。
（発明が解決しようとする問題点）
半導体レーザでは、制御する必要がある最小膜厚が０．
１μｍあるいは０．０５μｍといった厚さになる。従っ
て従来用いて来た液相成長法では、制御できる膜厚が０
．０２μｍ程度であり、再現性に乏しかった。最近、有
機金属を用いた気相成長法の技術が進展し、高品質のエ
ピタキシャル層が得られる様になった。また気相成長法
の特徴としては、０．００５μｍ程度の薄膜の制御が可
能であり、半導体レーザを再現性良く作製するのに適し
た結晶成長法である。また２インチ、３インチといった
大面積成長が可能なことも特徴である。従って半導体レ
ーザの生産コストを低減する上で有用な結晶成長法であ
る。しかしながら、液相成長の特徴を生かした数多ぐの
半導体レーザ構造が案出されて来たのに比べ気相成長法
の特徴を十分に生かした半導体レーザ構造は未だ十分開
発されているとは言えない。従って本発明では、気相成
長の特徴を生かした新しい構造の半導体レーザを提案す
るものである。
１μｍあるいは０．０５μｍといった厚さになる。従っ
て従来用いて来た液相成長法では、制御できる膜厚が０
．０２μｍ程度であり、再現性に乏しかった。最近、有
機金属を用いた気相成長法の技術が進展し、高品質のエ
ピタキシャル層が得られる様になった。また気相成長法
の特徴としては、０．００５μｍ程度の薄膜の制御が可
能であり、半導体レーザを再現性良く作製するのに適し
た結晶成長法である。また２インチ、３インチといった
大面積成長が可能なことも特徴である。従って半導体レ
ーザの生産コストを低減する上で有用な結晶成長法であ
る。しかしながら、液相成長の特徴を生かした数多ぐの
半導体レーザ構造が案出されて来たのに比べ気相成長法
の特徴を十分に生かした半導体レーザ構造は未だ十分開
発されているとは言えない。従って本発明では、気相成
長の特徴を生かした新しい構造の半導体レーザを提案す
るものである。
（問題点を解決するための手段）
本発明によれば、第一導電形の半導体基板に、第一導電
形のバッファ層、第二導電形の電流閉じ込め層および低
不純物濃度の遮断層が積層してあり、前記バッファ層に
達する深さの第一導電形の不紳物拡散がストライブ状に
施されかつ前記拡散部に浅い溝が設けられた多層膜基板
に、第一導電形のクラッド層、活性層および第二導電形
のクラッド層が積層されていることを特徴とする半導体
レーザ等が得られる。
形のバッファ層、第二導電形の電流閉じ込め層および低
不純物濃度の遮断層が積層してあり、前記バッファ層に
達する深さの第一導電形の不紳物拡散がストライブ状に
施されかつ前記拡散部に浅い溝が設けられた多層膜基板
に、第一導電形のクラッド層、活性層および第二導電形
のクラッド層が積層されていることを特徴とする半導体
レーザ等が得られる。
（作用）
本発明は有機金属化合物を原料として用いる気相成長等
においては基板に段差がある場合に、エピタキシャル層
の形状が基板表面の形状をそのまま受は継ぐ形で積層さ
れることを利用するものである。従来用いられて来た液
相成長では、基板表面に段差があると、一般にこの段差
を埋め込む形で成長した。従って局部的に膜厚の大きな
部分を形成でき、この部分を光導波路として用いること
ができた。しかし、気相成長ではこの様な手法を用いる
ことが難しいため、どの様にして光導波路を構成するか
が素子構造を考える上での鍵となる。
においては基板に段差がある場合に、エピタキシャル層
の形状が基板表面の形状をそのまま受は継ぐ形で積層さ
れることを利用するものである。従来用いられて来た液
相成長では、基板表面に段差があると、一般にこの段差
を埋め込む形で成長した。従って局部的に膜厚の大きな
部分を形成でき、この部分を光導波路として用いること
ができた。しかし、気相成長ではこの様な手法を用いる
ことが難しいため、どの様にして光導波路を構成するか
が素子構造を考える上での鍵となる。
本発明では、基板表面に導波路を形成する僅かの段差を
有する溝を設け、活性層が、一部で折れ曲る形状となる
様に成長し、かつ、この溝部へ、効果的に電流を集中さ
せる形状とすることで、良好な素子特性を示す半導体レ
ーザを形成するものである。
有する溝を設け、活性層が、一部で折れ曲る形状となる
様に成長し、かつ、この溝部へ、効果的に電流を集中さ
せる形状とすることで、良好な素子特性を示す半導体レ
ーザを形成するものである。
（実施例）
第１図は本発明の第１の実施例を示す斜視図である。こ
の構造を第２図の製作法を示す工程図を用いて説明する
。エピタキシャル成長は、トリメチルガリウム、トリメ
チルインジウム、ＰＨ３、Ａ ｓ Ｈｓ等を用いた有機
金属化合物気相成長法で行なった。最初に第２図（ａ）
に示す様に（００１）面のｐ彫工ｎＰ基板１（Ｚｎドー
プ、キャリア濃度２ Ｘ １０”ｃＩｒＬ−３）に、ｐ
彫工ｎＰバッファ層２（Ｚｎドープ、キャリア濃度Ｉ
Ｘ １０ ” ａｒｔ−”、膜厚０．７μｍ）、ｎ形Ｉ
ｎＰ電流閉じ込め層３（Ｓ１ドーグ、キャリア濃度Ｉ
Ｘ １０”、膜厚０．３μｍ）、ノンドープの工ｎＰｌ
断層４（キャリア濃度５ Ｘ １０”、膜厚１μｍ）お
よびノンドープエｎＧａＡｓＰキャップ層５（膜厚０．
５μｍ、発光波長にして１．３μｍ組成）を順次積層す
る。次に、第２図（ｂ）に示す様に表面に、熱ＣＶＤ法
により、膜厚０．３ μｍ ＋７） Ｓｉｎ、拡散マス
ク１０を形成する。通常のフォトリングラフィの手法で
（１１０）方向に１μｍの幅でキャップ層５を露出させ
、この部分から、Ｚｎをｐ形ＩｎＰバッファ層に達する
深さまで選択的に拡散させ、ｐ形のＺｎ拡散領域２０を
形成した。ｚｎ拡散領域の幅は、拡散時の構拡がりによ
り約１．５μｍとなった。拡散は、ウェハを真空のアノ
プル中に、Ｚ ｎ Ａ ｓ ２、ＺｎＰ２等とともに封
じ込め、６５０℃の温度で行なった。次に第２図（Ｃ）
に示す様にＳ１０゜拡散マスク１０及びＩｎＧａＡｓＰ
キャップ層５を沸酸及び（３Ｈ，ＳＯ２： Ｉ Ｈ２Ｏ
２： Ｉ Ｈ２Ｏ）の混合液を用いて選択的にエツチン
グした。次にフェリシア／化カリウムと水酸化カリウム
の混合液を用いてエツチングすることにより、Ｚｎ拡散
領域２０の表面に深さ０．２μｍの溝３０を形成した。
の構造を第２図の製作法を示す工程図を用いて説明する
。エピタキシャル成長は、トリメチルガリウム、トリメ
チルインジウム、ＰＨ３、Ａ ｓ Ｈｓ等を用いた有機
金属化合物気相成長法で行なった。最初に第２図（ａ）
に示す様に（００１）面のｐ彫工ｎＰ基板１（Ｚｎドー
プ、キャリア濃度２ Ｘ １０”ｃＩｒＬ−３）に、ｐ
彫工ｎＰバッファ層２（Ｚｎドープ、キャリア濃度Ｉ
Ｘ １０ ” ａｒｔ−”、膜厚０．７μｍ）、ｎ形Ｉ
ｎＰ電流閉じ込め層３（Ｓ１ドーグ、キャリア濃度Ｉ
Ｘ １０”、膜厚０．３μｍ）、ノンドープの工ｎＰｌ
断層４（キャリア濃度５ Ｘ １０”、膜厚１μｍ）お
よびノンドープエｎＧａＡｓＰキャップ層５（膜厚０．
５μｍ、発光波長にして１．３μｍ組成）を順次積層す
る。次に、第２図（ｂ）に示す様に表面に、熱ＣＶＤ法
により、膜厚０．３ μｍ ＋７） Ｓｉｎ、拡散マス
ク１０を形成する。通常のフォトリングラフィの手法で
（１１０）方向に１μｍの幅でキャップ層５を露出させ
、この部分から、Ｚｎをｐ形ＩｎＰバッファ層に達する
深さまで選択的に拡散させ、ｐ形のＺｎ拡散領域２０を
形成した。ｚｎ拡散領域の幅は、拡散時の構拡がりによ
り約１．５μｍとなった。拡散は、ウェハを真空のアノ
プル中に、Ｚ ｎ Ａ ｓ ２、ＺｎＰ２等とともに封
じ込め、６５０℃の温度で行なった。次に第２図（Ｃ）
に示す様にＳ１０゜拡散マスク１０及びＩｎＧａＡｓＰ
キャップ層５を沸酸及び（３Ｈ，ＳＯ２： Ｉ Ｈ２Ｏ
２： Ｉ Ｈ２Ｏ）の混合液を用いて選択的にエツチン
グした。次にフェリシア／化カリウムと水酸化カリウム
の混合液を用いてエツチングすることにより、Ｚｎ拡散
領域２０の表面に深さ０．２μｍの溝３０を形成した。
この混合液は工ｎＰの導電形に関し、ｐ彫工ｎＰを若干
速くエツチングするという性質を有するため、Ｚｎ拡散
領域２０の上部に自動的に溝３０を形成することができ
る。次に、第２図（ｄ）に示す様に、この様にして形成
した基板表面にｐ形ＩｎＰクラッド層６（Ｚｎドーグ、
キャリア濃度Ｉ Ｘ １０”α−３、膜厚０．２μｍ）
、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層７（発光波長にして
１．３μｍ組成、膜厚０．１μｍ）およびｎ形ＩｎＰク
ラッド層８（Ｓ１ドープ、キャリア濃度Ｉ Ｘ １０”
ａｎ−”、膜厚３μｍ）を積層してエピタキシャル成長
を終える。次に第１図の斜視図に示す様に全体が１４０
μｍ程度の厚さになるまでｐ形ＩｎＰ基板１側を研磨し
たのち、ｐ彫工ｎＰ基板１の表面にはＡｕＺｎを用いた
ｐ側電極５０を、又ｎ彫工ｎＰクラッド層７の表面には
Ａｕ−Ｇｏ −Ｎｉを用いたｎ側電極５１を形成する。
速くエツチングするという性質を有するため、Ｚｎ拡散
領域２０の上部に自動的に溝３０を形成することができ
る。次に、第２図（ｄ）に示す様に、この様にして形成
した基板表面にｐ形ＩｎＰクラッド層６（Ｚｎドーグ、
キャリア濃度Ｉ Ｘ １０”α−３、膜厚０．２μｍ）
、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層７（発光波長にして
１．３μｍ組成、膜厚０．１μｍ）およびｎ形ＩｎＰク
ラッド層８（Ｓ１ドープ、キャリア濃度Ｉ Ｘ １０”
ａｎ−”、膜厚３μｍ）を積層してエピタキシャル成長
を終える。次に第１図の斜視図に示す様に全体が１４０
μｍ程度の厚さになるまでｐ形ＩｎＰ基板１側を研磨し
たのち、ｐ彫工ｎＰ基板１の表面にはＡｕＺｎを用いた
ｐ側電極５０を、又ｎ彫工ｎＰクラッド層７の表面には
Ａｕ−Ｇｏ −Ｎｉを用いたｎ側電極５１を形成する。
全体の長さを２５０μｍＫしてチップ化した。
次にダイアモンドヒートシンクに、ｎ側電極５１側を下
にして融着し素子特性を評価した。ｐ側電極５０を正、
ｎ側電極５１を負にバイアスした時、電流が流れる通路
は、Ｚｎ拡散領域２０を通してのみでおる。その他の領
域ではｐｎｐｎ接合となっているから電流が流れない。
にして融着し素子特性を評価した。ｐ側電極５０を正、
ｎ側電極５１を負にバイアスした時、電流が流れる通路
は、Ｚｎ拡散領域２０を通してのみでおる。その他の領
域ではｐｎｐｎ接合となっているから電流が流れない。
従って活性層７へ電流が注入されるのはＺｎ拡散領域２
０の上部の溝３０の上に形成された凹部４０の部分で最
も強くなる。従って、凹部４０で強い利得を有しレーザ
発振に到る。又、幅約１．５μｍの凹部４０の活性層が
両側で折れ曲っていることにより、この凹部４０を伝搬
する光は凹部４０の外側には洩れ難い。
０の上部の溝３０の上に形成された凹部４０の部分で最
も強くなる。従って、凹部４０で強い利得を有しレーザ
発振に到る。又、幅約１．５μｍの凹部４０の活性層が
両側で折れ曲っていることにより、この凹部４０を伝搬
する光は凹部４０の外側には洩れ難い。
従って、凹部４０は実質的に光導波路として機能する。
結局、電流の流入経路と光導波路が重なるから効率の良
いレーザ発振が可能となる。発振閾値は１５ ｍＡ、外
部微分量子効率は、前方端面からの出力に関し３０％と
なった。５ Ｑ ｍＷ程度の測定出力レベルまで安定な
基本横モードで発振した。最大ｃＷ動作温度は１２０℃
であった。この構造では、発光領域となる凹部４０の外
側のｐｎｐｎ接合において、逆バイアスとなるｎ彫工ｎ
Ｐ電流閉じ込め層３と、ｐ彫工ｎＰクラッド層６との間
に、キャリア濃度が約５ Ｘ １０”ｃｒｒｔ−”と低
い工ｎＰ遮断層４が１μｍと厚く積層されている。従っ
てｐｎｐｎ接合の接合容量が１０ ｐＰ程度と小さいた
め、ｐ側室ａｓｏ、ｎ側電極５１を全面に形成しても、
良好な高速変調特性を示した。閾値の１．５倍にバイア
スした時の、小信号変調で測定した３ ｄＢ低下応答周
波数は５〜５ ＧＨｚと高く、又２ Ｇ ｂ／ｓでＲＺ
のランダムパルス変調ヲ行なった場合にも良好な応答波
形を得た。
いレーザ発振が可能となる。発振閾値は１５ ｍＡ、外
部微分量子効率は、前方端面からの出力に関し３０％と
なった。５ Ｑ ｍＷ程度の測定出力レベルまで安定な
基本横モードで発振した。最大ｃＷ動作温度は１２０℃
であった。この構造では、発光領域となる凹部４０の外
側のｐｎｐｎ接合において、逆バイアスとなるｎ彫工ｎ
Ｐ電流閉じ込め層３と、ｐ彫工ｎＰクラッド層６との間
に、キャリア濃度が約５ Ｘ １０”ｃｒｒｔ−”と低
い工ｎＰ遮断層４が１μｍと厚く積層されている。従っ
てｐｎｐｎ接合の接合容量が１０ ｐＰ程度と小さいた
め、ｐ側室ａｓｏ、ｎ側電極５１を全面に形成しても、
良好な高速変調特性を示した。閾値の１．５倍にバイア
スした時の、小信号変調で測定した３ ｄＢ低下応答周
波数は５〜５ ＧＨｚと高く、又２ Ｇ ｂ／ｓでＲＺ
のランダムパルス変調ヲ行なった場合にも良好な応答波
形を得た。
第３図は本発明の第２の実施例を示す斜視図である。第
１図の第１の実施例と異なる点は工ｎＰ遮断層４の表面
に、周期２０００Ｘ、深さ５ｏｏｘの回折格子６０が形
成されている点、及び第１図のｐ形ＩｎＰクラッド層６
に代えてｐ彫工ｎＧａＡｓＰ光ガイド層９（発光波長に
して１．１５μｍ５μｍ組成ドープキャリア濃度５×１
０′？α−３、膜厚は回折格子の山の頂上のところでＱ
、ｌ ）ｘｒ ）が形成されている点である。この構造
は所謂、分布帰還形半導伏し−ぜ１去でも久−同析芭半
６０の固朋に対内したブラッグ波長の約１．３０５μｍ
で単一軸モードの発振スペクトル特性を示した。発振閾
値は２０ｍＡ、微分量子効率Ｉｒｉｆｍ方からの出力に
関し３０％であった。５℃から７０℃まで測定した温度
範囲で安定な単一軸モードで動作した。
１図の第１の実施例と異なる点は工ｎＰ遮断層４の表面
に、周期２０００Ｘ、深さ５ｏｏｘの回折格子６０が形
成されている点、及び第１図のｐ形ＩｎＰクラッド層６
に代えてｐ彫工ｎＧａＡｓＰ光ガイド層９（発光波長に
して１．１５μｍ５μｍ組成ドープキャリア濃度５×１
０′？α−３、膜厚は回折格子の山の頂上のところでＱ
、ｌ ）ｘｒ ）が形成されている点である。この構造
は所謂、分布帰還形半導伏し−ぜ１去でも久−同析芭半
６０の固朋に対内したブラッグ波長の約１．３０５μｍ
で単一軸モードの発振スペクトル特性を示した。発振閾
値は２０ｍＡ、微分量子効率Ｉｒｉｆｍ方からの出力に
関し３０％であった。５℃から７０℃まで測定した温度
範囲で安定な単一軸モードで動作した。
（発明の効果）
第１の実施例、第２の実施例で、本発明の半導体レーザ
構造を示した。得られた特性は、現在液相成長で作製さ
れている半導体レーザの良好な素子とほぼ同程度であっ
た。又、ウエノ・面内での均一性は例えば第１の実施例
については、発振閾値は、±１０％程度、ウェー・間で
も±１５％程度でちり、良好な結果を得た。又、ｐ側電
極５０、ｎ側電極５１の作製に際し、全面に一様に蒸着
するだけで良いことから、非常に容易であり、又、プロ
セスは速い、生産コストの低減に有効であった。
構造を示した。得られた特性は、現在液相成長で作製さ
れている半導体レーザの良好な素子とほぼ同程度であっ
た。又、ウエノ・面内での均一性は例えば第１の実施例
については、発振閾値は、±１０％程度、ウェー・間で
も±１５％程度でちり、良好な結果を得た。又、ｐ側電
極５０、ｎ側電極５１の作製に際し、全面に一様に蒸着
するだけで良いことから、非常に容易であり、又、プロ
セスは速い、生産コストの低減に有効であった。
第１図は本発明の第１の実施例を示す斜視図、第２図は
第１の実施例を作製する工種を示す図、第３図は本発明
の第２の実施例を示す斜視図である。 図中、１はｐ彫工ｎＰ基板、２はｐ彫工ｎＰバッファ層
、３はＤ彫工ｎＰ電流閉じ込め層、４はノンド−７’
ＩｎＰ遮断層、５はノンドーブエｎＧａＡｇＰキャップ
層、６はｐ彫工ｎｐクラッド層、７は工ｎＧａＡｓＰ活
性層、８はｎ彫工ｎＰクラッド層、９はｐ彫工ｎＧａＡ
ｓＰ光ガイド層、１０はＳ１０．拡散マスク、２０はＺ
ｎ拡散領域、３０は溝、４０は活性層７の凹部、５０は
ｐ（１１１１に極、５１はｎ側電極、６０は回折格子で
ある。 代理人 弁理士 本 庄 伸 介 第１図 第２図 第３図
第１の実施例を作製する工種を示す図、第３図は本発明
の第２の実施例を示す斜視図である。 図中、１はｐ彫工ｎＰ基板、２はｐ彫工ｎＰバッファ層
、３はＤ彫工ｎＰ電流閉じ込め層、４はノンド−７’
ＩｎＰ遮断層、５はノンドーブエｎＧａＡｇＰキャップ
層、６はｐ彫工ｎｐクラッド層、７は工ｎＧａＡｓＰ活
性層、８はｎ彫工ｎＰクラッド層、９はｐ彫工ｎＧａＡ
ｓＰ光ガイド層、１０はＳ１０．拡散マスク、２０はＺ
ｎ拡散領域、３０は溝、４０は活性層７の凹部、５０は
ｐ（１１１１に極、５１はｎ側電極、６０は回折格子で
ある。 代理人 弁理士 本 庄 伸 介 第１図 第２図 第３図
Claims (2)
- （１）第一導電形の半導体基板に第一導電形のバッファ
層、第二導電形の電流閉じ込め層および低不純物濃度の
遮断層が積層してあり、前記バッファ層に達する深さの
第一導電形の不純物拡散がストライプ状に施され、かつ
前記拡散部に浅い溝が設けられてなる多層膜基板に、第
一導電形のクラッド層、活性層および第二導電形のクラ
ッド層が積層されていることを特徴とする半導体レーザ
。 - （２）前記活性層に隣接して、前記活性層から遠い面に
回折格子が形成されている光ガイド層が積層されている
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12546486A JPS62281487A (ja) | 1986-05-30 | 1986-05-30 | 半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12546486A JPS62281487A (ja) | 1986-05-30 | 1986-05-30 | 半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62281487A true JPS62281487A (ja) | 1987-12-07 |
| JPH058875B2 JPH058875B2 (ja) | 1993-02-03 |
Family
ID=14910734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12546486A Granted JPS62281487A (ja) | 1986-05-30 | 1986-05-30 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62281487A (ja) |
-
1986
- 1986-05-30 JP JP12546486A patent/JPS62281487A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH058875B2 (ja) | 1993-02-03 |
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