JPS6261382A

JPS6261382A - 半導体レ−ザ

Info

Publication number: JPS6261382A
Application number: JP19941785A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Fukuzawa; 董福沢; Naoki Kayane; 茅根　直樹; Shinichi Nakatsuka; 慎一中塚; Katsutoshi Saito; 斉藤　勝利; Takashi Kajimura; 梶村　俊
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-09-11
Filing date: 1985-09-11
Publication date: 1987-03-18

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】〔発明の利用分野〕本発明は、横モードの制御された半導体レーザに関する
。

〔発明の背景〕

超格子レーザ活性層に、不純物イオンを拡散して、超格
子を混晶化し、バンド・ギャップを増加させ、屈折率を
下げることにより、埋込みへテロ構造を持つ半導体レー
ザを作製する方法が、福沢他アプライド・フィジックス
・レター、第４５巻第１頁、１９８４年（ｐｕｋｕｚａ
ｗａ　ｅｔ　ａｔ、　、Ａｐｒｌ。

Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、　４５．１　（１７８４）　）に
述べられている。この方法は、半導体レーザのための結
晶成長が１回でよいため、大量生産に適した方法である
が、１／−ザ共振器の全領域にわたり、横車−モードを
与える屈折率導波型の埋込ヘテロ構造であるため、縦モ
ードは、単一モードとなり、コンパクト・ディスク用半
導体１／−ザ等１反射戻り光雑音が小さいことを要求さ
れる用途には適さない。

又、プロトン打込により、篭流狭搾を行う方式の縦多モ
ードレーザが＊　Ｔ、　Ｍａｍｉｎｅ等により。

Ｊ、Ａｐｌ）１．Ｐｈｙｓ、５４．４３０２（１９８３
）報告されているが、利得ガイド型レーザであるため、
レーザの非点収差が大きく、微少スポットに絞り込むた
めには、円柱レンズ等の補助レンズを用いなければなら
ない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、超格子の不純物誘起無秩序化（混晶化
）を用いて、縦多モードで、かつ、横モードが制御され
、ビーム形状の優れた半導体レーザを得ることにある。

〔発明の概要〕

この様な本願発明者は上記の目的の半導体レーザを得る
には、第１図に示す様に、レーザ光１の出口付近のレー
ザ活性領域２，４を屈折率導波型レーザとし、それ以外
のレーザ活性領域３をオ（１得導波型レーザとすればよ
いと判断した。

本発明は、超格子の不純物誘起混晶化を用いた横モード
制御の方法をレーザの端面近傍にのみ適用し、それ以外
の領域は、電流狭搾法による利得導波型レーザとする。

上記目的のために、不純物イオンを高エネルギーで打込
み、超格子ｌ／−ザ活性層まで到達させる。ＧａＡ、！
ＡｓにＳＬイオンをＩＭｅＶと３ＭｅＶで打込んだ場合
の結晶中のイオン濃度の分布形状（５）　、　（６）を
第２図に示す。

通常のレーザの活性層からキャップ層までの厚さは、１
．５〜２μｍであるから、３ＭｅＶの打込みエネルギー
で、充分活性層まで、Ｓｉを到達させることができる。

又、加速電圧が高いため、結晶の表面側の打込み１１７
４度は低下するだめ。

打込イオン層ｆ：ｐ−ｎ−ｐ又はｎ　−ｐ　−ｎ等の電
流阻止層とすることも可能である。

打込み後８００Ｃで２時間アニールすることによりｉＳ
ｉイオンの濃度が５　Ｘ　１０”ｃｍ−”以上の領域で
は、ＧａＡＳ／ＧａＡｔＡｓ超格子間の■族原子どうし
が相互拡散し、超格子が消滅する。これが超格子の不純
物誘起混晶化である。

超格子レーザ活性層にイオンを打込むマスクとして、ス
トライプ幅が、レーザの共振器方向に対し、一様でない
ものを用いる。第３図は、実施例１に用いたもので、図
中で７のハツチ領域が、イオンが打込まれない領域であ
る。ストライプの両端における幅ｄｍＡは１〜３μｍで
、中央部の広い領域の幅ｄｖＢである。第４図は、第３
図で示したマスクを用いたイオン打込よりも低い加速゛
電圧で打込む際に用いるマスクである。８で示した領域
には、イオンが打込まれない。第３図のマスクを点線７
で示し１両者の位置関係を明らかにした。

〔発明の実施例〕

以下、実施例を図を用いて、説明する。

実施例１第３〜６図を用いて説明する。

ＱａＡｓ基板（ｎ型）９上に、ｎ−ＧａｏａａＡｔｏ、
ｓｓ　Ａｓクラッド層１０、アンドープＱ　ａ　Ａ　Ｓ
　／Ｑ　ａ６．５　Ａ４５　Ａｓ超格子レーザ活性層１
１、ｐ型Ｇ　ａｏ、　ａｓ　Ａｔ６．　ｓｓ　Ａ　ｓク
ラッド層１２．ｐ型ＱａＡｓキャップ層１３を１１日次
分子線エピタキシ法で結晶成長する。次いで。

Ｔｉ３ｏｏ人、Ｗ１μｍを蒸着し、フオトリソグラフイ
法とそれにつづくドライエツチングにより。

Ｗマスクをエツチングし、第３図のパターンを形成する
。Ｓｉイオンを加速電圧Ｚ８ＭｅＬ　　ドーズ量Ｉ　Ｘ
　１０１４／　ｃｒＡで打込む。次いで、パターン７の
形状に残っていたＷマスクをパターン８を用いて通常の
フォトリングラフィ法とドライエツチング法で再度エツ
チングし、ストライプ幅ｄｍＡのマスクとする。Ｓｉイ
オンを加速電圧ＩＭｅＶで打込む。この時の結晶内部に
ついて、第４図ＡとＢで示した断面図を第５図、第６図
に示す。図中で１４は、２．８ＭｅＶで打込まれたＳｉ
イオン、１５は、ＩＭｅＶで打込まれたＳｉイオンであ
る。

領域１５は、正孔に対する阻止層として働くため、飛流
は、ｄｍ１又はｄｍＢの幅で挟挿される。第４図のマス
クでは　、１．ａ　＝＝：　ｄ　、！１である。１６で
示した領域は、超格子１１がＳａｉイオンを高濃度で含
んでいるため、５ｏｏＣで２時間アニールすることによ
り、超格子が消滅し、超格子よりも小さい屈折率を持つ
。

従って、第５図に示した断面を持つレーザ活性領域（第
１図において２及び４）は、屈折率導波となる。一方、
第６図に示した断面を有する領域（第１図の３）では　
６．Ｂを１０μｍ以上に選べば、利得導波型レーザとな
った。これらのことは。

ｄｍム＝ｄ＝１であるストレート状のストライプで、ス
トライプ幅を変えた実験で［認した。

第３図に示したマスクを用いた素子で、ｄｍ’＝ｄｍ”
＝２μｍ、ｄｗＡ＝３　μｍ、ｄｖ”＝２０ａｍ。

ｔｔ　＝ｌｓ　＝５０μｍ＋　　４３＝１５０μｍとし
た素子のレーザ特性は、しきい値４５ｍＡであった。

相対雑音強度（ＲＩＮ：ｒｅｌａｔｉｖｅ　１ｎｔｅｎ
ｓｉｔｙｎｏｉｓｅ）は１反射戻シ光量が０．０１〜１
０％の範囲で５　Ｘ　１０−１４Ｈｚ−’以下であり、
反射戻シ光に対し、強いレーザであることが示された。

レーザの遠視野像は、単峰性で整っており、非点収差は
。

２μｍ以下であり、コ／バクト・ディスク用レーザ光源
として優れた特性を示した。レーザの縦モードは、多モ
ードであり、パルセーションのため、個々のスペクトル
が、完全に分離しておらず、当初の目的である。屈折率
導波型と、利得導波型し一ザの利点を合せ持っているこ
とがわかった。

実施例２第４．７および８図を用いて説明する。

実施例１で用いた電流挟挿の方法は、ＩＭｅＶでＳｉを
打ち込むことで行なったが、ここでは。

第４図に示したマスクを用いる際に、プロトンを打ち込
み、高抵抗化することで電流挟挿を行なった。

ｎ−ＧａＡ、ｓ基板９上にｎ　　０ａｏｓｓ　Ａ４．ｓ
ｓ　Ａｓクラッド層１０．アンドープＧ　ａ　Ａ、　ｓ
　／Ｇ　ａｏ、５　Ａム、５ＡＳ超格子レ一ザ活性層１
１、ｐＧａｏＪｓ　Ａｓ５ｓ　Ａｓクラッド層１２ｈｐ
−ＧａＡｓ　キャップ層１２をＭＯＣＶＤ法で成長後、
ＭＯ／Ａｕをそれぞれ厚さ０．１５μｍ、１．２μｍ蒸
着し、第３図に示したパターンを形成する。これをマス
ク１７として、Ｆイオンを加速電圧ＩＭｅｖ、　　ドー
ズ量２Ｘ１０１４ｍ″２で打ち込む（領域１４）。８５
０Ｃで１時間アニールして、活性層の超格子１１を消滅
させる。しかる後、ストライプ状のマスクパターン（第
４図）を用いて、８の形状にＭ　ｏ　／　Ａ　ｕマスク
をエツチングし、プロトンを１．２０　ｋ　ｅ　Ｖで打
ち込む。（領域１８）この時のＡにおける断面を第７図
に％Ｂにおける断面を第８図に示す。実施例１で述べた
ごとく、第７図の領域では、屈折率導波型、第８図の領
域では、利得導波型となり、非点収差の小さい縦多モー
ド・レーザが得られた。

実施例３第９〜１１図を用いて説明する。

１回のイオン打込とアニール過程で、所望の構造が得ら
れる様に、打ち込み用マスクを作製した。

第９図において、レーザ用エピタキシ構造を含む結晶を
２０で表わす。厚さ１．８μｍのＷを蒸着後。

幅２μｍのストライプ状にＷを加工する２１０しかるの
ち、厚さ３μｍのポリイミド系樹脂を全面に塗布後、人
ｕｔｌ″０．３μｍ蒸着し、第１図の２と４の領域に相
当する部分の樹脂とＡｕを除去し。

マスク２２を作る。

このマスクを用いて、Ｓｉイオンを２．５ＭｅＶで打ち
込み、マスクをすべて除去した後、８００Ｃで２時間ア
ニールする。第１０図は、人におけるレーザ構造の断面
、第１１図は、Ｂにおける断面である。

図において２３は、Ｉｔ−ＧａＡＳ基板、２４は、ｎ−
Ｇａｏ、ａｓＡｔｏ、５ｓＡｓクラッド層、２５は、ｎ
型の超格子光ガイド層、２６は、アンドープ超格子レー
ザ活性層％２７は、ｐＧａｏ、ｇｓ　Ａｔｏ、ｓｓ　Ａ
ｓクラッド層、２８はｔｐ−ＱａＡｓキャップ層である
。

Ａｕのマスク２２がない領域ではＳＳｔイオンは、レー
ザ活性層２６と、光ガイド層２５まで到達し、アニール
処理により、３１以外の領域の超格子が消滅し、埋込ヘ
テロ型屈折率ガイド型レーザとなる。２２が存在する領
域では、Ｓｉは、レーザ活性層２６まで到達せず、領域
２７のみ正孔を流す。電流挟挿領域３０となる。レーザ
活性領域３２は、従って、利得導波型となる。

この様に、１回の打込みプロセスで、本発明の目的であ
る第１図のレーザが得られた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、一つのレーザ・ダイオードで。

屈折率導波型レーザと、利得導波型縦条モードレーザの
長所を合せ持つことが可能であることが明らかとなシ、
非点収差の少ない、良質のビーム特性を持ち、かつ、反
射契り光による雑音の発生が小さいレーザが得られた。

本方法によれば、１回成長と、イオン打込という大量生
産に適した再現性の良いプロセスを用いて、安価に高性
能のレーザ・ダイオードが作製できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、レーザの平面図、第２図は、イオン打込の不
純物分布を示す図、第３図、第４図は。イオン打込用のマスクの平面図、第５図〜８図は。レーザの断面図、第９図は、イオン打込用マスクを装着
したレーザ用結晶の斜視図、第１０．１１図は、レーザ
の断面図である。１・・・レーザ光、２．４・・・屈折率導波型レーザ活
性領域、３・・・利得導波型レーザ活性層領域、５，６
・・・不純物濃度分布、７，８・・・打込用金属マスク
のパターン、９．２３・・・基板、１０．２４・・・ｎ
型クラッド、１１．２６・・・超格子レーザ活性層、１
２゜２７・・・ｐ型クラッド、１３．２８・・・ｐ型キ
ャップ層、１４・・・第１回目の打込による不純物、１
５・・・２回目の打込による不純物、１６・・・消失し
た超格子、１７・・・金属マスク％　１８・・・プロト
ン打込による高抵抗領域、１９・・・ｎ側１を極、２０
・・・レーザ結晶、２１・・・ストライプ状金属マスク
、２２・・・マスク、２６・・・超格子光ガイド層、２
９．３０・・・打ち茅１０茅２０１１込、み；家−ｙ　　　（／ｌＬ″ＰＮ−）Ａ　　　
　５茅Ｓ図茅乙口

Claims

【特許請求の範囲】１、超格子のレーザ活性層および／または超格子の光ガ
イド層を有する半導体レーザにおいて、上記超格子の少
くともどちらか一方が、不純物をイオン打込又は、拡散
により生じた超格子の不純物誘起混晶化された領域Ａと
、混晶化されなかつた領域Ｂとからなり、領域Ｂのレー
ザの共振器方向に対し直交する方向の幅（ｄ（ｘ））が
一様でなく、レーザの励起領域のストライプ幅の平均値
が、上記ｄ（ｘ）の幅の平均値より小さく、レーザの導
波機構が、利得導波による領域と、屈折率導波による領
域の両方に依存し、かつ、主たるレーザ光の出射端面近
傍が、屈折率導波型となつていることを特徴とする半導
体レーザ。２、上記領域Ｂの少くとも一方のレーザ端面及びその近
傍における幅ｄ＿ｍが、レーザの横基本モードを与える
幅で、それ以外の領域における幅ｄ＿■（ｘ）が、レー
ザの共振器方向に対し、連続的又は、階段状に大きくな
つていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
の半導体レーザ。３、上記レーザの活性層を流れる電流の径路の幅ｄ＿■
（ｘ）が、上記領域Ｂの幅の広い領域の幅ｄ＿■（ｘ）
に対し、充分狭く、レーザ発振が、利得ガイド型による
縦多モード発振をすることを特徴とする特許請求の範囲
第１もしくは２項に記載の半導体レーザ。４、上記超格子の不純物誘起混晶化を生じさせたイオン
と同種のイオンを、打込電圧をかえるか、又は、マスク
を通して打込むことにより、イオンの到達深さを変える
ことで、不純物がレーザ活性層および／または光ガイド
層に到達しないで、かつ、上記レーザ活性層に流れる電
流の幅ｄ＿■（ｘ）を制御する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。５、上記超格子の不純物誘起混晶化が、イオンの打込電
圧５００ｋｅＶから６ＭｅＶの高エネルギー・イオン打
込と、アニールにより構成されたことを特徴とする特許
請求の範囲第１〜４項のいずれかに記載の半導体レーザ
。