JPS63312689A - 分布帰還型半導体レ−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】 （産業上の利用分野） この発明は、単一軸（縦）モートで発振するＡｌ２Ｇａ
Ａｓ／ＧａＡｓ系半導体レーザと、その製造方法とに関
するものである。

（従来の技術） 半導体レーザは、光通信や情報処理袋Ｍ等用の光源とし
て好適であり良く知られているが、それの応用を考えた
時レーザそのものの特徴である単−波長件を有するもの
か要求される時代になってきている。

単−縦モートて発振するＡｐＧａＡｓ系の従来の分布帰
還型半導体レーザは、種々の構造のものか知られでおり
、その−例としては例えば文献（第３２回応用物理学開
係連合会講演２９ｐ−２８−３（昭和６０年春）に開示
されたリッジ導波路型ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ
　Ｆｅｅｄｂａｃｋ　）し＝ザがある。

第３図は、この文献に開示された半導体レーザの構造を
概略的に示す斜視図である。この図を参照して従来の半
導体レーザの構造及びその製造方法につき簡単に説明す
る。

第３図においで、１１はｎ型ＧａＡｓ基板を示す。この
基板１１上には基板１１側からＡβｘＧａ、−、Ａｓ下
側クラッド層１３、ｐ＋Ｉｌｖ　Ｇａ＋−ｙ　Ａｓ活性
層１５及びＡｌ２２Ｇａ＋−ｚ　Ａｓ光ガイド層１７が
順次に設けられでいる。これら各層１３．１５及び１７
の形成は液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）を用い
て行なわれでいた。

又、光ガイド層１７０表面は、凹凸の繰り返し方向かこ
の半導体レーザの共振器方向であって凹凸の繰り返し周
期及び凹部深ざが適切な値にされた波形（コルゲーショ
ン）１７ａの形状に加工されでいる。光ガイド層１７の
表面をこのような波形に加工することは、通常のフオロ
グラフィックリソグラフィ技術及びケミカルエツチング
技術を用いで行なわれでいた。

この波形１７ａを有する光ガイド層１７上には、第２回
目のＬＰＥ法によって、光ガイド層１７側から順次にＡ
Ａ、Ｇａ、−ＸＡｓ上側クラッド層１９、ｐ型ＧａＡｓ
キャップ層２１か形成されでいる。そして、このキャッ
プ層２１は上述の波形１７ａの凹凸の繰り返し方向に伸
びるリッジ状に、又、上側クラッド層１９はこれの光ガ
イド層１７に接する部分はある厚みで残存させ然もそれ
より上側部分はキャップ層２１と同様にリッジ状にそれ
ぞれ加工されている。この加工はケミカルエツチングに
よってなされでいた。

１ノツジの両側に残存している上側クラッド層の表面上
にはＳｉ○２膜２３膜設３られており、このＳ１０．膜
２３の形成はスパッタ法によってなされていた。す・ン
シ状になっているキャップ層２１の上側面にはｐ側オー
ミッウコンタクト層２５か、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の下
側面にはｎ側オーミッウコンタクト層２７かそれぞれ設
けられている。

このように、上述の半導体レーザは、−回目のＬＰＥＰ
Ｅ結晶成長液形形成のための加工がなされ、その後に第
二回目の結晶成長かなされて製造されでいた。

（発明か解決しようとする問題点） しかしながら、上述したような半導体レーザの従来の製
造方法では、Ａｌ２　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ光ガイｉ層表面に
波形を形成する際に、この層か非常に活゛１であるため
その表面か容易に酸化されでしまうという問題点かあっ
た。

このように酸化されたＡβＧａＡｓｆには新たな結晶は
非常に成長しすらくなるため、上述の半導体レーザの場
合は、上側クラッド層及びキャップ層形成のための二回
目のＬＰＥ結晶成長が非常に困難になる。又、例え結晶
成長を行なったとしでも、光ガイド層と上側クラッド層
との界面には高抵抗層か出来、これがため、半導体レー
ザの特性を悪化させたつ、信頼性を低下させたりするこ
とになる。

この発明の目的は、上述した問題点を解決し、単−縦モ
ード発振可能な分布帰還型半導体レーザと、この半導体
レーザを信頼性良く製造することか出来る製造方法とを
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、この発明の分布帰還型半導
体レーザによれば、 ＧａＡｓ下地に設けられたストライプ状の溝と、この溝
両側の前述の下地表面に設けられ凹凸の繰り返し方向か
前記ストライプ方向と平行な波形と、前述の波形を有す
る前述の下地上及び前述の溝上にこの下地側から順次に
設けられたＡｐｘＧ　ａ　Ｉ　−Ｘ　Ａ　Ｓ下側クラッ
ド層、層厚か均一で平坦なＡｊ２ｙ　Ｇ　ａ　＋−ｖ　
Ａ　８活性層Ａ　１２　ｘ　Ｇ　ａ　＋−Ａ　ｓ上側ク
ラッド層及びＧａＡｓキャップ層とを具えたことを特徴
とする。

尚、この発明の実施に当たり、前述のＧａＡｓ下地を第
一導電型のＧａＡｓ基板及びこの基板上に設けられた第
二導電型のＧａＡｓ層を以って構成し、前述のストライ
プ状の溝を前述の第二導電型ＧａＡｓ層表面から前述の
第一導電型ＧａＡｓ基板に至る深さの溝とするのか好適
である。

又、この発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法によ
れば、 ＧａＡｓ下地表面を波形に加工する工程と、この表面に
ストライプ方向か前述の波形の凹凸の繰り返し方向であ
るストライプ状溝を形成する工程と、前述の波形を有す
る前述の下地上及び前述の溝上（ここの下地側から表面
平坦なＡβイＧ　ａ　＋　−ｘＡｓ下側クラッド層、Ａ
（ｌｖ　Ｇａ、−ｙＡｓ活性層、Ａ　１２　ｘ　Ｇ　ａ
　＋　−ｘ　Ａ　Ｓ上側クラッド層及びＧａＡｓキャッ
プ層を一度の液相エピタキシャル成長で連続的に形成す
る工程とを含むことを特徴とする。

（作用） この発明の半導体レーザによれば、活性層か平坦な層に
なっているため、この活゛ｉ層と、ＧａＡｓ下地とは溝
幅の中央部から溝の幅方向の端側に近ずくに従い近接し
でくる。これ（こ伴ない、光のカップリングによって実
効屈折率ｎ　ａｆｆも低下する。ざらに、この実効屈折
率ｎ、ｆｆの低下の具合は、波形の上に形成されでいる
下側クラッド層の層厚が波の白部分では薄く凹部分では
厚くなることに起因して変化する。即ち、下側クラッド
層の厚みが薄い部分ではｎ　＠ｆｆは大きくなり下側ク
ラッド層の厚みか厚い部分では小さくなる。従って、溝
両側の領域には実効屈折率ｎｅｆ＋の大小の分布か、ス
トライプ方向（共振器方向）に沿って波形の周期と同じ
周期で出来るため、波長選択用の回折格子が形成される
ことになる。これがため、この半導体レーザによれば、
ブラッグ反射条件を満たす波長即ち単一の縦モードを選
択することが出来るようになる。ざらに、ストライプ状
の溝＠を適正な値にすることによって横シングルモード
発振か可能になる。

又、この発明の半導体レーザの製造方法によれば、波長
選択用の波形はＧａＡｓ下地表面に形成され、ＡβＧａ
Ａｓて構成される下側クラッド層、活性層及び上側クラ
ッド層と、この上側クラッド層上に形成されるＧａＡＳ
キャップ層とは下地上に一回の液相エピタキシャル成長
法で連続的に成長される。このため、活性なＡβＧａＡ
ｓで構成される各半導体層は常に保護されるから、これ
ら層が酸化されることはない。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明の分布帰還型半導体レー
ザ（以下、半導体レーザと略称することもある。）及び
その製造方法の実施例につき説明する。尚、以下の説明
に用いる各図はこの発明か理解出来る程度に概略的に示
しであるにすぎず、従って各構成成分の寸法、形状、及
び配置間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では同一の符号を
付しで示しである。

九糺苑走皿竺専久セニ１９」」 先ず、この発明の半導体レーザの構造につき説明する。

第１図は、この発明の実施例の半導体レーザの構造を一
部を切り欠いて概略的に示す斜視図である。尚、この図
面は、図面が複雑化することを回避するため、切り欠き
部を示すハツチングを省略しで示しである５ 第１図において、３１はＧａＡｓ下地を示す。この実施
例の場合のＧａＡｓ下地３１は、ｐ型ＧａＡｓ基板３１
ａと、このｐ型ＧａＡｓ基板３１ａ上に設けられたｎ型
Ｇ　ａ　Ａ　Ｓ　／１Ｆ３１ｂとで構成しである。

又、この下地３１はストライプ状の溝３３ヲ具える。こ
の実施例の場合の溝３３は、ｎ型ＧａＡｓ層３１ｂの表
面からｐ型ＧａＡｓ基板３１ａに至る深さの溝であって
然もストライプ方向と直交する方向に切った断面かＶ字
形状の溝としである。ざらに、この溝３３の幅（第１図
中Ｗて示す寸法）を、この半導体レーザが横シングルモ
ード発撮するように、５ｕｍ以下の適正な寸法にしであ
る。尚、この溝３３の両側のｎ型ＧａＡｓ層３１ｂは電
流阻止層としても機能する。

又、この溝３３の両側のｎ型ＧａＡｓ層３１ｂ表面即ち
下地表面は、溝３３のストライプ方向と平行な方向に凹
凸か繰り返すようにかつ凹凸のピッチ及び凹部の深さか
適正な値の波形（コルゲーション）３５に加工されでい
る。

又、この波形３５上及び溝３３上には、下地側から、表
面が平坦なｐ型Ａρｘ　Ｇ　ａ　＋−ｙ＾Ｓ下側クラ・
ント層３７、層厚が均一であって平坦であるＡｐ　Ｖ　
Ｇ　ａ　＋−ｖＡ　Ｓ活性層３９、ｎ型Ａ　（ｌ　Ｘ　
Ｇ　ａ＋、−×Ａｓ層４１及びｎ型ＧａＡｓキャップ層
４３を順次に具える。

ざらに、ｎ型ＧａＡｓキャップ層４３の上側にはｎ型オ
ーミックコンタクト層４５を、ｐ型ＧａＡｓ基板３１ａ
の下側にはｎ型オーミックコンタクト層４７をそれぞれ
具える。

上述の構造の半導体レーザにおいては、既に説明したよ
うに、下地表面即ちｎ型ＧａＡｓ層３１ｂ表面に形成さ
れた波形３５の周期と同じ周期の実効屈折率ｎ　ｅ１１
分布か溝両側に沿った領域に形成されることになり、よ
って、波長選択用回折格子が形成され、これがため、ブ
ラッグ反射条件を満たす波長即ち単一の縦モードを選択
することが出来る。

尚、この発明の半導体レーザの構造は上述の実施例のみ
に限定されるものではなく他の構造例えば以下（こ記載
するような構造のものであっても良い。

例えば、上述の実施例の半導体レーザの各層の導電型を
反対導電型とすることも出来る。

又、ストライプ状溝の断面形状はＶ字形状に限定される
ものではなく、Ｕ字形状等他の好適な形状であっても良
い。

又、下地をｎ型ＧａＡｓ基板とし、この基板にストライ
プ状の溝を設ける。又、この溝両側のｎ型ＧａＡｓ基板
表面には上述の実施例の如く波形を設ける。ざらに、こ
の溝及び波形上にｎ型＾β、Ｇａｐ−、Ａｓ下側クラッ
ド層、層厚が均一で平坦なＡｊ’　ｙ　Ｇ　ａ　Ｉ　−
Ｖ　Ａ　ｓ活性層１．型ＡＩ２゜Ｇａｐ−、Ａｓ上側ク
ラッド層及びｎ型ＧａＡｓ電流阻止層を下地側から順次
に設ける。そして、この電流阻止層の溝に対応する領域
にこの電流阻止層から上側クラッド層に至る例えばＺｎ
等によるストライプ状の拡散領域を形成する。ざらに、
電流阻止層上側にｐ側オーミッウコンタクト層を、ｎ型
ＧａＡｓ基板下側にｎ側オーミッウコンタクト層をそれ
ぞれ設ける。このような構成の半導体レーザであっても
実施例と同様に波長選択用の回折格子か形成され、単−
縦モード発振が可能になる。

＼　　、ヨ・−１レー　９　　岬１ゝ告　　ラ次に、第
２図（Ａ）〜（Ｃ）及び第１図を参照してこの発明の分
布帰還型半導体レーザの製造方法の実施例につき説明す
る。尚、第２図（Ａ）〜（Ｃ）はこの製造工程中の主な
工程にあける半導体レーザの様子を斜視図でそれぞれ示
した製造工程図である。尚、この実施例の場合のＧａＡ
ｓ下地を第一導電型のＧａＡｓ基板と、この基板上に設
けられた第二導電型のＧａＡｓ層とを以って構成した例
で説明する。

先ず、第一導電型のＧａＡｓ基板として例えばｐ型Ｇａ
Ａｓ基板３１ａ　％用意する。このｐ型ＧａＡｓ基板３
１ａ上に例えば液相エピタキシャル法を用いてｎ型Ｇａ
Ａｓ層３１ｂ　を形成して、ＧａＡｓ下地を得る。

次に、この下地表面この場合であればｎ型ＧａＡｓ層３
１ｂ表面を波形に加工することを行なう。

この加工は、従来公知のフオログラフィックリソグラフ
ィ技術及びケミカルエツチング技％％用いで行なうこと
が出来、よって、ｎ型ＧａＡｓ層３１ｂ表面を適切なピ
ッチの凹凸を有しその凹部が適正な深さの波形３５の形
状に加工出来る（第２図（Ａ）。） 次に、波形３５ヲ有する下地にストライプ方向かこの波
形３５の凹凸の繰り返し方向であるストライプ状の溝を
形成する。このような溝の形成は、例えば以下に記載す
るようして行なうことが出来る。先ず、下地表面にこの
表面を上述の方向にストライプ状にかつ所定の幅Ｗて露
出する窓を有するマスクを形成する。次に、好適なエッ
チャントを用いて窓から露出する下地部分をｐ型ＧａＡ
ｓ基板３１ａに至るまでかつ所定の深ざまで除去する。

このようにしてこの場合、ストライプ方向と直交する方
向にとった溝の断面形状がＶ字であって溝幅Ｗの溝３３
を得る（第２図（Ｂ））。

次に、ＬＰＥ法を用い、溝３３及び波形３５上にｐ型Ａ
Ｒ）ｌ　Ｇ　ａ　Ｉ　−Ｘ　Ａ　ｓ下側クラッド層３７
、Ａｌ。

Ｇ　ａ　Ｉ−ｙ　Ａ　ｓ活性層３９、ｎ型Ａｊ２．　Ｇ
ａｐ−、Ａｓ上側クラッド層４１及びｎ型ＧａＡｓキャ
ップ層４３を下地側から順次に成長させる。この際、下
側クラッド層３７の結晶成長条件を適切に制御しこの下
側クラッド層３７の溝３３とは反対側の面（表面）が平
坦面になるように結晶成長を行なう、このようにするこ
とによって、この下側クラッド層３７上の活性層３９は
この層内の厚みか均一で然も平坦な層になる（第２図（
Ｃ））。

次に、従来公知の成膜技術及びフォトエツチンク技術を
用いてｎ型ＧａＡｓキャップ層４３上にｎ側オーミッウ
コンタクト層４５ヲ、ｐ型ＧａＡｓ基板３１ａの下側に
ｐ側オーミッウコンタクト層４７をそれぞれ形成して第
１図に示すようなこの発明の半導体レーザを得ることが
出来る。

尚、上側及び下側クラッド層３７及び４１の混晶比Ｘ、
活゛ｉ層の混晶比ｙの値は、半導体レーザの発振波長に
より決定されるもので、例えば発振波長！８３０ｎｍと
するばあいであれば、混晶比ｙは０．０８程度テアリ、
ｘｆ＜ｔＹよりも０．２５〜０．３程度大きな値になる
。

尚、この発明の製造方法は、電流狭窄を拡散ストライプ
で行なう既に説明したような半導体レーザの場合であっ
ても適用することが出来る。このような場合には、下地
であるＧａＡｓ基板表面に波形をＭ接形成した後ストラ
イプ状溝を形成し、その後、この構造に適した各半導体
層を上述した製造方法の実施例の如く成長させれば良い
、この場合も、上述した製造方法の実施例と同様な効果
を得ることが出来る。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の分布帰
還型半導体レーザによれば、溝両側のＧａＡｓ下地表面
に設けられた波形によって実効屈折率の分布か生して波
長選択用の回折格子が出来る。したがって、この回折格
子に応したブラッグ反射条件を満たす波長で発振、即ち
、単−縦モートて発振するようになる。

又、この発明の半導体レーザの製造方法によれば、波長
選択用の波形はＧａＡｓ下地表面に形成され、ＡｌＧａ
Ａｓで構成される下側クラッド層、活性層及び上側クラ
ッド層と、この上側クラッド層上に形成されるＧａＡｓ
キャップ層とは下地上に一回の液相エピタキシャル成長
法で連続的に成長される。このため、活性なＡｌ２Ｇ　
ａ　Ａ　ｓで構成される各半導体層は常に保護されるか
ら、これら層が酸化されることはない。

これかため、単−縦モード発振可能な分布帰還型半導体
レーザと、この半導体レーザを信頼性良く製造すること
か出来る製造方法とを提供することか可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の分布帰還型半導体レーザの一橋造
例を概略的に示す図であって、一部を切り欠いて示す斜
視図、 第２図（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の分布帰還型半導体
レーザの製造方法の実施例を説明するための製造工程図
、 第３図は従来の分布帰還型半導体レーザの一例を示す斜
視図である。 ３１−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ下地 ３１ａ・・・第一導電型ＧａＡｓ基板（ｐ型ＧａＡｓ基
板） ３１ｂ−・・第二導電型ＧａＡｓ層（ｎ型ＧａＡｓ層）
３３・・・ストライプ状溝 ３５・・・波形 ３７−・・下側クラッド層（ｐ型ＡＮ　ｘ　Ｇ　ａ　＋
　−＋ｃ　Ａ　３層） ３９−・・活性層（Ａｌ２ｖ　Ｇａ＋−ｖ　Ａｓ層）４
１−・・上側クラッド層（ｎ型ｔ＋（１，Ｇａ、−ｘＡ
ｓ層） ４３−・・キャップ層（ｎ型ＧａＡｓ層）４５・・・ｎ
側オーミックコンタクト層４７−１）側オーミックコン
タクト層。 特許出願人　　　　沖電気工業株式会社この発明の分布
帰還型半導体レーザを示す切り欠き斜視図第１図 へへ ＝ 、ノ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＧａＡｓ下地に設けられたストライプ状の溝と、 該溝両側の前記下地表面に設けられ凹凸の繰り返し方向
   が前記ストライプ方向と平行な波形と、前記波形を有す
   る前記下地上及び前記溝上に該下地側から順次に設けら
   れたＡｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓ下側クラッド層、層
   厚が均一で平坦なＡｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙＡｓ活性層
   、Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓ上側クラッド層及びＧ
   ａＡｓキャップ層と を具えたことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
2. （２）前記ＧａＡｓ下地を第一導電型のＧａＡｓ基板及
   び該基板上に設けられた第二導電型のＧａＡｓ層を以っ
   て構成し、前記ストライプ状の溝を前記第二導電型Ｇａ
   Ａｓ層表面から前記第一導電型ＧａＡｓ基板に至る深さ
   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
   の分布帰還型半導体レーザ。
3. （３）分布帰還型半導体レーザを製造するに当たり、 ＧａＡｓ下地表面を波形に加工する工程と、該表面にス
   トライプ方向が前記波形の凹凸の繰り返し方向であるス
   トライプ状溝を形成する工程と、 前記波形を有する前記下地上及び前記溝上に該下地側か
   ら表面平坦なＡｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓ下側クラッ
   ド層、Ａｌ＿ｙＧａ＿１＿−＿ｙＡｓ活性層、Ａｌ＿ｘ
   Ｇａ＿１＿−＿ｘＡｓ上側クラッド層及びＧａＡｓキャ
   ップ層を一度の液相エピタキシャル成長で連続的に形成
   する工程と を含むことを特徴とする分布帰還型半導体レーザの製造
   方法。