JPS63187A - 半導体レ−ザ及びその製造方法 - Google Patents

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】 童栗上曳机１分互 本発明は半導体レーザ、殊に埋込型半導体レーザ及びそ
の製造方法に関する。

獲−ＬＪとに■ 埋込型半導体レーザ（以下、ＢＨレーザという。）とし
て従来のものは第４図に示すようにｎ型ＧａＡｓ基板４
１上の中央部に共振部４２が形成され、この共振部４２
の両側に埋込層４３．４３が形成された構造をしている
。４４．４５は電極である。共振部４２は、例えばＧａ
Ａ　Ｉ　Ａｓからなる活性層４６を禁制帯幅の広いクラ
ッド層（ＧａＡ　Ｉ　Ａ’５）４７．４８で挟んだＤＨ
溝構造し、更に上側のクラッド層４８の上にはキャップ
層４９が形成されている。埋込［４３は、基板４１に近
い側をｐ型ＧａＡｓ、遠い側をｎ型ＧａＡｓとした２層
構造をしている。この埋込層４３のｐｎ接合方向は共振
部４２のそれとは逆であり、これによって電流を共振部
４２だけに制限する電流狭窄を行っている。上記構成の
半導体レーザの製造は第５図に示す通り、先ず、ＧａＡ
ｓ１板４１の上面に全面に共振部４２を結晶成長により
形成して後（図（イ）参照）、中央部を残して左右両側
をケミカルエツチングにより除去しく図（ロ）参照）、
次いで、この除去された左右両側部分に埋込層４３を結
晶成長二こより形成するという手順にて行う。

先日が　決しようとする問題点 ところで、上記従来の半導体レーザによれば、次のよう
な問題点がある。

■　基板４１としてＧａＡｓ５仮を用いるので、高価に
つく。

■　共振部４２は埋込層４３を結晶成長する際に高温に
加熱されるので、熱歪が入りやすく、結晶欠陥が生じる
原因となる。

■　埋込層４３を形成する前の第５図（ロ）の状態では
、エツチングされないで残った中央部の側面が露出し空
気に触れるため、クラッド層等に入っているＡｌ成分が
酸化して次に行う埋込層の結晶成長を困難にしたり、酸
化したＡｌのために共振部と埋込層との間にすができた
りする。この結果、漏れ電流が多くなって閾電流が高く
なり発振が困難になる。

本発明はこのような問題に鑑み、低いコストでｒＡ雷電
流低く、しかも熱歪等を生じるおそれのない新規かつ有
用な半導体レーザ並びにその製造方法を提供することを
目的としている。

間　点を解決するための 上記目的を達成するため本発明に係る半導体レーザは、
シリコン基板上の中央部に共振部が形成され、この共振
部を埋込む状態でその両側に絶縁性単結晶層が形成され
ていることを特徴としている。

又、本発明に係る半導体レーザの製造方法は、シリコン
基板上に絶縁性単結晶の層を結晶成長し、その中央部を
エツチングにより除去して後、当該中央部分に共振部を
形成することを特徴としている。

詐−一一一里 絶縁性単結晶は電流狭窄のために必要であるが、このよ
うな単結晶は結晶成長させるのに高温に加熱することを
要するものが多い。しかして、シリコン基板（以下、Ｓ
ｉ基板という。）は耐熱性に優れているので、絶縁性単
結晶を結晶成長させるのに好適に使用できる。その上、
Ｓｉ基板は安価で放熱効果も高いので、コスト的、熱対
策上多くの利益をもたらす。

又、半導体レーザの製造方法として、先に絶縁性単結晶
の層を形成して、その後でその中央の絶縁性単結晶除去
部分に共振部を形成するので、従来のように共振部が埋
込層を形成する際に高温に加熱されるといったことがな
く、熱歪を生じるおそれが少ない。その上、製造中も共
振部の側面は絶縁性単結晶の内壁面と接しているので、
空気に触れることがなく、Ａｌ成分の酸化が効果的に防
止できる。

実　　施　　　例 第１図は本発明の一実施例としての半導体レーザを示し
、図中、１は例えば厚みが２００〜３００μｍのシリコ
ン基板で、その上面中央部には共振部２が形成され、両
側には共振部２を埋込む状態で埋込層３が形成されてい
る。そして、基板ｌの下面及び共振部２と埋込層３の上
面に電極４．５が形成されている。

前記共振部２は従来と同じく、ＧａＡ　１＾Ｓからなる
活性層６の上下両側にｐ又はｎ型のＧａＡ　Ｉ　Ａｓか
らなるクラッド層７．８を形成したダブルへテロ（ＤＨ
）構造をしており、Ｓｉ基板１に対してバッファ層９を
介して設けられている。このバッファ層９は、Ｓｉ基板
１と共振部２との結晶性が異なるのでその差を緩和する
ために用いられるものであり、ＧａＡｓを低温で（約６
００℃）で成長させた結晶性の低い（即ち、アモルファ
ス化された）層としである。バッファ層としてはその他
にＧａＡｓとＡ　Ｉ　Ａｓとを１００人程工程薄層で交
互に積層した量子井戸構造を採用することもできる。−
方、活性層６の上側のクラッド層８上にはキャップ層１
０が形成され、電極５に対し、てオーミック接続を行っ
ている。

共振部２の厚みは上記バッファ層、キャップ層を含めて
３〜４μｍである。

埋込層３は、絶縁性単結晶として例えばスピネル（Ｍｇ
Ｏ’　　Ａ　１２０３）で形成されている。スピネル層
の厚みは共振部２と同じかそれより若干薄く３〜４μｍ
である。この埋込層３と共振部２はレーザ光の進行方向
両側がエツチングされて共振器長として所要の長さく約
２５０μｍ）に形成されている。尚、電極４としては金
、アンチモン或いはアルミ製電極、電極５としては金、
クロム製電極が用いられている。

次に、上記構成の半導体レーザを製造する手順を第２図
に基づいて説明する。先ず、厚み２００〜３００μのｎ
形Ｓｉ基板を石英の反応管中に入れて約９８０℃まで加
熱する。そして、その温度に保った状態でＡｌ２−　Ｈ
ｃｌ　−ＭｇｃＬｔ−ＣＯｇ系ガスを流しＣＶＤ法によ
りスピネル層を成長させる（図（ロ））。成長時間は約
１００分で３〜４μｍの所定厚みを得る。

次に、スピネル層３の中央部に対し、Ａｒガスのスパフ
タエソチング或いはＢｃ＃、ガス中でリアクティブイオ
ンビームエツチングを行うことにより、約４μｍ幅分の
スピネル層を除去しく図（ハ））、しかる後この除去部
分ｍに対して低温でＧａＡｓを成長させてバッファ層９
を形成し、更にその上に有機金属気相成長法ＣＭＯＣＶ
Ｄ法）によりＧａＡｌ！Ａｓ系ＤＨ構造の共振部２を形
成する（図（ニ））。

尚、共振部２の形成方法はよく知られているので詳細は
省略する。

この後、Ｓｉ基板１の下面と共振部２、スピネル層３の
上面とにオーミック電極４．５を形成する。

最後に、レーザ光の進行方向両側の共振部２及びスピネ
ル層３をリアクティブイオンビームエツチングにより図
（へ）に示すように削って所定の長さの共振器を形成す
る。

上記の如くして製造された半導体レーザの電流−光出力
特性を第３図に示す、閾電流がＩｔｈ＝　１５０ｍＡで
あり、室温でパルス発振が可能である。今後は結晶性の
改善や活性層への量子井戸構造の導入により閾電流Ｉｔ
ｈの低下を図り、室温での連続発振の実現が期待される
。

尚、絶縁性単結晶層３として実施例ではスピネルを用い
ているが、Ｓｉ基板の格子定数に近い絶縁性の単結晶で
あれば、例えばアルミナ（Ａ　ｆ　２０．）でも使用で
きる。アルミナを用いた場合、スピネルと異なりＣＶＤ
法によらなくても分子線成長法（ＭＢＥ法）で行うこと
もできる。

又１とｊＬ果 以上説明したように本発明によれば、基板としてＳｉ基
板を用いることで全体を安価に構成できると共に、Ｓｉ
基板が放熱効果が良い（ＧａＡｓ基板の約３倍）ところ
から、別途に放熱板等を設けなくてもＳｉ基板自体で所
要量の放熱が確保でき、全体構成の小型化、部品数の低
減化が図れる。

又、Ｓｉ基板上に絶縁性単結晶を形成し、その中央部分
を除去して後、最後にその中央部分に共振部を形成する
ので、共振部の加熱回数が１回で済み、熱的歪を生じる
おそれが少ないし、結晶欠陥の発生も回避できる。

更に、部分を除去し、その除去された溝状部分に共振部
を形成するので、共振部側面が空気に触れるのが防止さ
れ、クラッド層等に含まれるＡＩ！成分の酸化を防ぎ、
しきい電流の低下が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての半導体レーザを示す
構造図、第２図は本発明の半導体レーザの製造方法の一
例を示す図、第３図は第１図の半導体レーザの電流−光
出力特性曲線、第４図は従来の半導体レーザの構造図、
第５図は従来の半導体レーザの製造方法を説明する図で
ある。 工・・・Ｓｉ基板、２・・・共振部、３・・・絶縁性単
結晶層、ｍ・・・除去部分。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン基板上の中央部に共振部が形成され、こ
   の共振部を埋込む状態でその両側に絶縁性単結晶層が形
   成されていることを特徴とする半導体レーザ。
2. （２）シリコン基板上に絶縁性単結晶の層を結晶成長し
   、その中央部をエッチングにより除去して後、当該中央
   部分に共振部を形成することを特徴とする半導体レーザ
   の製造方法。